ALIRAN PADA PIPA. Oleh: Enung, ST.,M.Eng

Transkripsi

1 ALIRAN PADA PIPA Oleh: Enung, ST.,M.Eng

2 Konsep Aliran Fluida Hal-hal yang diperhatikan : Sifat Fisis Fluida : Tekanan, Temperatur, Masa Jenis dan Viskositas. Masalah aliran fluida dalam PIPA : Sistem Terbuka (Open channel) Sistem Tertutup Sistem Seri Sistem Parlel

3 Konsep Aliran Fluida Viskositas suatu fluida bergantung pada harga TEKANAN dan TEMPERATUR. Untuk fluida cair, tekanan dapat diabaikan. Viskositas cairan akan turun dengan cepat bila temperaturnya dinaikkan.

4 Konsep Aliran Fluida Hal-hal yang diperhatikan : Faktor Geometrik : Diameter Pipa dan Kekasaran Permukaan Pipa. Sifat Mekanis : Aliran Laminar, Aliran Transisi, dan Aliran Turbulen.

5 Konsep Aliran Fluida Aliran Laminar Bilangan REYNOLDS Aliran Transisi Re DV Aliran Turbulen

6 Konsep Aliran Fluida Arti fisis Bilangan REYNOLDS : Menunjukkan kepentingan Relatif antara EFEK INERSIA dan EFEK VISKOS dalam GERAKAN FLUIDA.

7 Konsep Aliran Fluida Parameter yang berpengaruh dalam aliran : Diameter Pipa (D) Kecepatan (V) Viskositas Fluida (µ) Masa Jenis Fluida () Laju Aliran Massa (ṁ)

8 Persamaan Dalam Aliran Fluida Prinsip Kekekalan Massa Persamaan KONTINUITAS Q AV

9 Persamaan Dalam Aliran Fluida Prinsip Energi Kinetik Suatu dasar untuk penurunan persamaan Seperti : 1. Persamaan Energi Persamaan BERNAULI 2. Persamaan Energi Kinetik HEAD KECEPATAN

10 Persamaan Dalam Aliran Fluida Prinsip Momentum Menentukan gaya-gaya Dinamik Fluida Banyak dipergunakan pada perencanaan : POMPA, TURBIN, PESAWAT TERBANG, ROKET, BALING-BALING, KAPAL, BANGUNAN, dll

11 Hilang Tinggi Tekanan, h L Klasifikasi hilang tinggi tekanan : Hilang Tinggi Tekanan besar (Mayor Losses), hgs Disebabkan oleh gesekan sepanjang pipa Hilang Tinggi Tekanan kecil (Minor Losses), h f Disebabkan oleh perlengkapan pipa : kontraksi ekspansi belokan perlengkapan pipa lain, seperti : kran, alat ukur air

12 Persamaan Energi ( Bernoulli) : V 12 /2 g P 1 / = h 1 1 GGE GGH Q 2 h L V 22 /2 g P 2 / = h 2 dimana : h L = hilang tingg tekanan (m) Z 1 Z 2 datu m Persamaan Energi : Z 1 + P 1 / + V 12 /2g = Z 2 + P 2 / + V 22 /2g + h L

13 Persamaan Darcy hgs L v Weisbach d 2g 2 hgs L d v 2 2g hgs = hilang tinggi tekanan karena gesekan sepanjang pipa (m) = koefisien Darcy L = panjang pipa (m) d = diameter pipa (m) v = kecepatan aliran dalam pipa (m/det) g = percepatan grafitasi (=9,81 m/det 2 )

14 Cara menghitung koefisien gesekan Darcy, : Re untuk pipa, Re vd dimana : Re = bilangan Reynold v = kecepatan aliran (m/det) d = diameter pipa (m) = kekentalan kinematik (m 2 /det)

15 Aliran laminer, Re <2000 dimana : 64 Re = koefisien Darcy Re = bilangan Reynold Aliran turbulen, Re > 4000, pipa halus dimana : 1 2 log 2,51 Re = koefisien Darcy Re = bilangan Reynold

16 . Aliran turbulen, Re >4000, pipa kasar 1 ks/ 2 log d 3,71 dimana : ks = kekasaran mutlak (mm) d = diameter pipa (mm) Aliran turbulen, peralihan halus ke kasar 1 2,51 ks/ 2 log d Re 3,71

17 Besi tempa 0,045 Bahan Kekasaran mutlak, ks (mm) Tembaga, kuningan 0, ,00152 Baja yang dikeling 0,9 9,0 Beton 0,3 3,0 Kayu 0,18 0,9 Besi cor 0,26 Besi digalvanis 0,15 Besi cor diaspal 0,12 Baja yang diperdagangkan 0,045

18 Diagram Moody.

19 CONTOH SOAL : Saluran pipa dari baja yang diperdagangkan berdiameter 0,5 m, panjang 9 km, menghubungkan 2 tangki. Hitunglah hilang tinggi tekanan karena gesekan, apabila kecepatan aliran air melaui pipa adalah 1,09 m/det, suhu air adalah 20 0 C

20 Penyelesaian v, kecepatan aliran = 1,09 m/det d, diameter pipa = 0,5 m = 500 mm L, panjang pipa = 9 km =9000 m Lihat Tabel kekentalan kinematik, : air 20 0 C = 1,009 x 10-6 m 2 /det vd 1,09 0,5 Re Re x 6 1, x Re > 2000, aliran turbulen

21 Lihat Tabel Kekasaran mutlak,ks : pipa dari baja yang diperdagangkan, ks = 0,045 mm ks/d = 0,045/500 = 0,00009 Lihat Diagram Moody : Re = ks/d = 0,00009 Diperoleh = 0,0143 Maka hilang tinggi tekanan karena gesekan sepanjang pipa, hgs adalah : 2 2 L v 9000x(1,09) hgs 0, , 59 d 2g 0,5x2x9,81 m

22 Hilang tinggi tekanan karena gesekan sepanjang pipa, hgs dengan rumus MGS adalah : L hgs = I E L I E hgs I E tan hgs L 2 v hgs 2 4/ 3 kst R L dimana : hgs = hilang tinggi tekanan karena gesekan sepanjang pipa (m) L = panjang pipa (m)

23 Contoh Aliran air dalam pipa dengan diameter 100 mm, adalah 15 l/det. Panjang pipa tsb 1000 m dan kekentalan kinematik air adalah 10-6 m 2 /det. Hitunglah : hgs MGS, jika kst =100 hgs Darcy Weisbach, jika ks = 0,3 mm

24 Jawab : d pipa = 100 mm = 0,1 m Q = 15 l/det = 0,015 m 3 /det hgs, dengan MGS : A = ¼ d 2 = ¼ (o,1) 2 = 0,00785 m 2 v = Q/A = 0,015/0,00785 = 1,91 m/det R pipa = d/4 = 0,1/4 =0,025 m 2 2 v (1,91) hgs L x , /3 2 4/3 kst R (100) (0,025) m

25 hgs, dengan Darcy Weisbach ks/d = 0,3 / 100 = 0,003 Re = vd/ = (1,91x 0,1)/10-6 = 1,9 x 10 5 Diagram Moody, = 0, Lv 1000 (1,91) hgs 0, , 274 d 2g 0,1x 2x9,81 m

26 Persamaan Hazen William Q = 0,2783 c d 2,63 s 0,54 hgs = s L s s 0,2783 0,2783 Q c Q c d d 2,63 2, ,85 hgs Q 0,2783 c d 2,63 1,85 dimana : hgs = hilang tinggi tekanan karena gesekan sepanjang pipa (m) Q = debit (m 3 /det) c = kofisien kekasaran pipa Hazen William (lihat Tabel c) d = diameter pipa (m) s = kemiringan garis energi = hilang tinggi tekanan per m panjang pipa (m/m 1 ) L

27 Tabel c ( koefisien kekasaran pipa) Jenis Pipa c PVC Baja baru GIP(Galvanized Iron Pipe) DIP (Ductile Irin Pipe) ACP (Asbestos Cemen Pipe) Catatan : Untuk pipa >10 tahun, c =

28 Hilang Tinggi Tekanan Kecil (Minor Losses), h f Persamaannya untuk perhitungan Minor Losses, h f adalah : v 2 h k f 2g dimana : h f = hilang tinggi tekanan kecil (m) k = koefisien hilang tinggi tekanan v = kecepatan aliran (m/det) g = grafitasi (=9,81 m/det 2 )

29 Tabel k untuk perlengkapan pipa yang diperdagangkan No. Fitting k 1 Globe valve (bola), terbuka 10 penuh 2 Gate valve 0, bend 0, bend 0,2 5 T cabang 1

30 Rumus k untuk perubahan penampang melintang : k c A 2 1 A 1 Penyempitan (kontraksi) tiba-tiba, c = 0,4-0,5 2 d 1 d 2 Pembesaran (ekspansi) tiba-tiba, c = 1,0-1,2 d 1 d 2

31 Jaringan Pipa Sistim penyaluran air minum kota terdiri dari beberapa sambungan pipa sejajar dan pipa cabang, sistim ini dikenal sebagai jaringan pipa

32 Perhitungan jaringan pipa diselesaikan dengan metoda Hardy Cross Jaringan pipa harus memenuhi 3 syarat : 1. Ditiap pertemuan pipa, aliran masuk = aliran keluar 2. Jumlah dari hilang tinggi tekan pada sirkuit tertutup = 0 3. Hilang tinggi tekan ditiap titik harus sama. Rumus hilang tinggi tekan, hgs adalah sbb : hgs = k Q n dimana : k = konstanta untuk pipa Q = debit n = konstanta, untuk pers. Darcy Weisbach & MGS, n =2

33 Untuk pers. Darcy Weisbach, k adalah sbb : 8 L k 2 g d Untuk pers. MGS, k adalah sbb : k 5 101,6 L 2 2 kst d 16/3

34 Prosedur perhitungan Hardy Cross untuk pers. Darcy Weisbach dan MGS, adalah : 1. Mulai dengan memperkirakan debit pada tiap ruas (debit misal) 2. Hitung harga k 3. Hitung harga hgs ditiap pipa 4. Hitung hgs pada sirkuit tertutup = 0 Jika hgs Q Q 0, koreksi debit 0 Q pada langkah1, dengan: dimana : Q = debit setelah dikoreksi Q 0 = debit misal Q = selisih debit

35 Rumus umum untuk Q adalah : Q n kq kq n 0 n1 0 n hgs kq n1 0 Rumus Darcy Weisbwch & MGS untuk Q adalah : Q 2 0 kq hgs 2 kq 2 kq Ulangi hitungan sampai Q 10-5

36 Contoh Q Dibawah ini adalah gambar sistim sambungan pipa sejajar dengan Q =0,513 m 3 /det. Berapakah besar debit ditiap cabang dengan pers. Darcy Weisbach, jika pipa dari besi cor, ks = 0,26 mm dan suhu air 10 0 C ( = 1,31 x 10-6 m 2 /det). 8 L L =1524 m, d k 2 5 g d =305 mm L= 915 m, d =406 mm Q = 0,513 m 3 /det L hgs d 2 v 2g

37