Tutorial Pipe Flow 1 Dari 5 [PDF]

Citation preview

TutorialPipe flow bagian 1 dari 5 Pipe Flow Expert produksi dari www.pipeflow.co.uk (negara inggris) , dibuat untuk membantu eNGiNeer dalam menganalisa dan menyelesaikan permasalahan aliran dalam pipa incompressible / fluid flow baik mengenai kecepatan aliran , perubahan tekanan dan lain-lain pada seluruh jaringan pipa. Jaringan pipa dapat tertutup maupun jaringan terbuka tak jadi masalah. Pipe Flow Expert memungkinkan ENGINEER menganalisis jaringan pipa yang kompleks sehingga diperoleh hasil perilaku aliran dalam pipa. Penggunaannya misalnya dalam masalah 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.



Jaringan pipa HVAC, atau jaringan pemadam kebakaran dalam struktur bangunan, jaringan penyedian air bersih dalam bangunan gedung bertingkat banyak, jaringan pipa PDAM jaringan pipa pertamnian jaringan pemipaan dalam kontruksi bangunan pabrik yang berkaitan dengan fluida dan lain-lain



Sampai saat ini telah banyak tersedia paket software yang tersedia oleh bermacam-macam vendor baik yang bersifat komersial maupun public domain, mulai dari yang paling lengkap fiturnya sampai dengan yang paling sederhana diantaranya seperti yang ditunjukkan Tabel 1. Tabel 1. Software untuk pemodelan jaringan pipa (Mays, 1999)



Output yang diperoleh dari PFe Pipe Flow Expert ini adalah 1. Debit masing-masing pipa 2. Kecepatannya 3. Reynold number Re



4. Friction factor 5. Friction loss 6. Fittingloss/sambungan 7. Pressures pada setiap titik 8. HGL atau garis energy atau hydraulic Graade Line 9. Pump operation point 10. Daya yang dibutuhkan pompa



Tutorial saya bagi menjadi tiga bagian yi 1. Tingkat dasar : adalah untuk mengenal secara mudah penggunaan PFe ini, sehingga akan mempermudah pada tingkatan selanjutnya. Pda tingkat ini akan diberikan contoh-contoh penggunaan jaringan sederhana, misalnya 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.



pipa yang panjang, efek jika memamakai sambungan penggunaan pompa untuk menambah tenaga penggunaan reservoir /penampung pemipaan air minum untuk mensuplai gedung dengan tiga lantai jaringan pipa PDAM pada kompleks perumahan kecil dan lain-lain menganalisa jaringan yang kompleks melakukan modifikasi baik diameter pipanya , jenis pipa, pompa dll melakukan efektifitas perencanaan jaringan pemipaan



1. Tingkat lanjut, pada tingkat ini kita mencoba jringan-jaringan yang sederhana misalnya 1. pemipaan air minum untuk mensuplai gedung dengan tiga lantai 2. jaringan pipa PDAM pada kompleks perumahan kecil dan lain-lain 3. Tingkat professional adalah



1. menganalisa jaringan yang kompleks 2. melakukan modifikasi baik diameter pipanya , jenis pipa, pompa dll 3. melakukan efektifitas perencanaan jaringan pemipaan Ok, kita mulai saja 1. Prinsip Dasar Aliran Melalui Pipa Aliran melalui pipa dianalisis menggunakan persamaan kontinuitas dan persamaan energi. Persamaan kontinuitas untuk aliran mantap dalam pipa lingkaran dengan diameter D adalah:



(1)



Dimana V = kecepatan aliran rata-rata, dan Q = debit aliran. Persamaan energi untuk aliran mantap adalah:



(2) Dimana z1 dan z2 = elevasi titik 1 dan 2 pada sumbu pipa (diukur dari garis datum), h1 dan h2 = energi tekanan, V1 dan V2 = kecepatan aliran rata-rata pada penampang 1 dan 2 (Gambar 1), g = percepatan gravitasi, dan hL = kehilangan energi antara penampang 1 dan 2. Kehilangan energi hL dibagi menjadi dua bagian, yaitu: hf = kehilangan energi akibat tahanan/friksi permukaan saluran (disebut juga sebagai kehilangan energi primer), dan hm = kehilangan energi akibat tahanan bentuk saluran, yang dapat berupa perubahan bentuk saluran (disebut juga sebagai kehilangan energi sekunder). Dengan demikian, (3) Kehilangan energi sekunder hm adalah nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Nilai h + z disebut sebagai energi piezometrik, dan garis penghubung energi piezometrik tersebut di sepanjang pipa disebut sebagai garis gradien hidrolik.



Gambar 1. Sketsa aliran melalui pipa Mengetahui kondisi pada penampang 1, dan menggunakan persamaan (2), energi tekanan pada penampang 2 dapat ditulis sebagai:



(4) Untuk penampang pipa yang konstan(tidak berubah) dimana A1 = A2 sehingga V1 = V2, persamaan (4) menjadi:



(5) Dengan demikian, h2 dapat diperoleh jika nilai hL diketahui. 2. Kehilangan Energi akibat Tahanan Permukaan/Friksi Kehilangan energi akibat tahanan permukaan saluran diberikan oleh persamaan DarcyWeisbach:



(6) Dimana L = panjang pipa, dan f = koefisien tahanan permukaan, umumnya dikenal sebagai factor gesekan. Eliminasi V antara persamaan (1) dan (6), sehingga diperoleh persamaan berikut: (7) Koefisien tahanan permukaan untuk aliran turbulen tergantung pada ketinggian rata-rata proyeksi kekasaran, , dari dinding pipa. Kekasaran rata-rata dinding pipa untuk pipa komersial ditunjukkan pada Tabel 1. Nilai-nilai ini disarankan untuk dicek di pabrik pembuat pipa setempat. Tabel 1. Tinggi kekasaran rata-rata untuk pipa komersial



Koefisien tahanan permukaan juga tergantung pada angka Reynolds Re dari aliran yang dituliskan sebagai: (8) Dimana = viskositas kinematik fluida yang dapat diperoleh menggunakan persamaan yang diberikan oleh Swamee (2004):



(9) Dimana T = temperature air dalam °C. Eliminasi V antara persamaan (1) dan (8) menghasilkan persamaan berikut:



(10) Untuk aliran turbulen (Re ≥ 4000), Colebrook (1938) menemukan persamaan implicit berikut untuk nilai f:



(11) Menggunakan persamaan (11), Moody (1944) membuat kelompok kurva hubungan antara nilai f dan Re untuk variasi nilai kekasaran relatif . Untuk aliran laminar (Re ≤ 2000), nilai f hanya tergantung pada nilai Re dan diberikan dalam persamaan Hagen – Poiseuille: f = 64/Re (12) Untuk nilai Re antara 2.000 dan 4.000 (disebut aliran transisi), tidak terdapat informasi untuk menghitung nilai f. Swamee (1993) memberikan persamaan berikut untuk nilai f yang berlaku pada aliran laminar, turbulen, dan transisi:



(13)



Contoh. Hitung kehilangan energi akibat tahanan permukaan pada sebuah pipa cast iron (CI) berdiameter 300 mm yang mengalirkan air dengan debit 0,2 m3/det sejauh 1.000 m sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.



Gambar 2. Sebuah pipa



Penyelesaian. Menggunakan persamaan (10), angka Reynolds adalah:



Diasumsikan air pada temperatur 20°C dan menggunakan persamaan (9), viskositas kinematik air adalah:



Substitusi Q = 0,2 m3/det, = 1,012 x 10-6 m2/det, dan D = 0,3 m,



Karena Re lebih besar dari 4000, maka alirannya adalah turbulen. Menggunakan Tabel 1, tinggi koefisien untuk pipa CI adalah = 0,25 mm. Substitusi nilai Re dan dalam persamaan (14), faktor gesekan adalah:



Menggunakan persamaan (7), kehilangan energi adalah:



Contoh diatas dianalisis sebuah pipa dengan PFE Pertama, anda harus buka Pipe Flow expert yang akan memunculkan penampilan yang interfacenya 1. pilih satuan dalam metric 2. gambar seperti berikut



3. isi data-datanya diameter 300 mm, length 1000 m 4. klik kanan pipa change pipe material — pilih cast iron A—oke



5. klik pada node 2, masukkan data outflow 0.2 m3/dtk 6. CALCULATE, inilah hasilnya kehilangan tenaga = 25.395 meter View resulr table , sbb :