BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Transportasi yang terdapat pada industri merupakan salah satu bagian yang amat amat pentin penting g bagi bagi indust industri ri tersebu tersebut. t. Segala Segala proses proses yang yang berjala berjalan n dalam dalam suatu suatu pabrik membutuhkan bahan baku atau produk dipindahkan dari satu alat ke alat yang lain sehingga sehingga dalam memudahkan memudahkan proses transportasi transportasi tersebut, tersebut, kebanyakan kebanyakan penanganan bahan baku dalam bentuk fluida. Hal ini karena sifat fluida yang mengal mengalir ir sehing sehingga ga tidak tidak membut membutuhk uhkan an terlalu terlalu banyak banyak energi energi mekani mekanik k untuk untuk memindahkannya. Pada Pada umumny umumnya, a, transpo transportas rtasii fluida fluida pada pada indust industri ri menggu menggunak nakan an pipa pipa karena lebih mudah dan aman. Setiap pengangkutan pengangkutan dalam industri industri yang berupa berupa cairan, larutan ataupun suspensi akan sering dijumpai dalam transportasi fluida baik secara "closed duct " atau "open "open chanel ". ". Untuk pengangkutan zat padat pula dilakukan secara fluidized yaitu zat padat tersebut dimasukan ke dalam fluida sehingga menjadi campuran fase dan ini membuat zat padat tersebut dapat ditransport dengan mudah. !liran fluida terjadi karena adanya perbedaan tekanan dan eleasi #pengaruh graitasi$. %leh %leh karena karena itu, itu, aliran aliran fluida fluida sangat sangat pentin penting g untuk untuk dipelaj dipelajari ari karena karena banyak digunakan dalam industri. &i samping itu, karakteristik fluida juga harus dipelajari agar fluida dapat dikelaskan dalam cara penanganannya misalkan jenis pipa, pompa dan alat'alat lainnya yang akan digunakan. Sifat atau karakteristik fluida yang berbeda membutuhkan cara penanganan yang berbeda pula. (isalkan fluida yang bersifat korosi membutuhkan pipa yang tidak mudah korosi. !liran fluida #cairan atau gas$ didalam sebuah saluran tertutup atau pipa sangat penting di dalam kehidupan sehari'hari. )eberapa komponen dasar yang berkaitan dari suatu sistem perpipaan adalah meliputi pipa'pipa itu sendiri, sambungan pipa # fitting) fitting)
yang yang digu diguna naka kan n untu untuk k meny menyam ambu bung ng masi masing ng'm 'mas asin ing g
pipa pipa guna guna
membentuk sistem yang diinginkan, peralatan pengatur laju aliran dan pompa' pompa yang menambahkan energi energi atau mengambil energi dari fluida. Umumnya suatu aliran dalam pipa mempunyai penampang sirkular dan digunakan untuk mengalirkan fluida melalui tekanan pompa atau kipas angin. )ila pipa mengalir dengan terisi penuh maka itu disebabkan oleh adanya tekanan yang
1
menyebabkan mengalir.Untuk mengalirkan fluida dari tempat yang satu ke tempat yang yang lain diperl diperluka ukan n suatu suatu peralat peralatan. an. Selain Selain peralat peralatan an &alam &alam suatu suatu sistem sistem pemipaan aliran fluida pasti mengalami penurunan tekanan seiring dengan panjang pipa yang dilalui oleh aliran fluida tersebut. &alam mekanika fluida penurunan tekanan tersebut dikarenakan fluida yang yang mengali mengalirr mengal mengalami ami berbag berbagai ai macam macam kerugi kerugian an sepanja sepanjang ng aliran aliran fluida fluida seperti panjang pipa, besar kecilnya diameter pipa, kekasaran permukaan dan iskositas dari suatu fluida tersebut. Penampang pipa dengan ukuran yang berbeda atau karena adanya pembesaran atau pengecilan mendadak akan menimbulkan pola aliran fluida menjadi tidak beraturan dan kondisi ini merupakan suatu bentuk kerugian aliran dalam suatu sistem perpipaan. &isamping itu aliran fluida didalam pipa akan terjadi friksi atau gesekan antara fluida dan dinding pipa. Sehingga secara teoritis panjang pipa masuk sangat berpengaruh pada timbulnya kerugian, kondis kondisii ini dikaren dikarenaka akan n aliran aliran yang yang keluar keluar mengal mengalami ami turbul turbulens ensii yang yang cepat cepat sehingga aliran mengalami penurunan tekanan yang drastis. Turbulensi ini pada umumnya akan terjadi pada saat aliran fluida mele*ati pipa dengan pembesaran mendadak. Untuk Untuk mengur mengurang angii kerugi kerugian an ini biasany biasanyaa diguna digunakan kan pipa pipa yang yang lebih lebih panjang, agar terjadi aliran alira n fluida yang berkembang penuh#fully deeloped flo*$. Tapi, faktor dimensi pipa yang semakin panjang juga merupakan suatu kerugian, karena pasti akan timbul gesekan antara fluida dan dinding. efisiensi kerja yang diinginkan. )agian )agian dari dari peralat peralatan an ini dapat dapat berup berupaa pipa'p pipa'pipa ipa yang yang dihubu dihubungk ngkan. an. !pabila fluida dile*atkan ke dalam pipa maka akan terjadi gesekan antara pipa dengan fluida tersebut. )esarnya gesekan yang terjadi tergantung pada kecepatan, kekerasan pipa, diameter dan iskositas fluida yang digunakan.
2.1. 2.1. Rumu Rumusa san n Masal asalah ah
+. Sebutk Sebutkan an lasif lasifika ikasi si !liran !liran -lui -luida da . Sebutk Sebutkan an macam'm macam'macam acam /enis' /enis' /enis /enis !lir !liran an -luida -luida 0. !pa saja saja Persama Persamaan' an'Per Persam samaan aan !liran !liran -lui -luida da 1. )agaim )agaimana ana Peng Penguku ukuran ran !liran !liran -lui -luida da 2. /elaska /elaskan n ecepat ecepatan an dan apas apasita itass !liran !liran -lui -luida da
2
3. /elaska /elaskan n mengen mengenai ai Pipa Pipa dan dan Sambun Sambungan gan 4. /elas /elaska kan n menge mengena naii !li !liran ran 5as 5as 6. /elaska /elaska /enis /enis 7 /enis /enis -rik -riksi si !lir !liran an pada pada pipa pipa
3.1.
Tujuan
Setelah membaca makalah ini, diharapkan mampu8 +. (emahami (emahami lasifikasi lasifikasi dari !liran -luida -luida . (emahami (emahami macam'macam macam'macam /enis' /enis /enis !liran !liran -luida -luida 0. (emahami (emahami Persamaan'Persa Persamaan'Persamaan maan !liran !liran -luida -luida 1. (emahami (emahami Pengukura Pengukuran n !liran !liran -luida -luida 2. (emahami (emahami ecepatan ecepatan dan apasitas apasitas !liran !liran -luida -luida 3. (emahami (emahami mengenai mengenai Pipa Pipa dan Sambun Sambungan gan 4. (emahami (emahami mengenai mengenai !liran 5as 5as 6. (emahami (emahami /enis 7 /enis /enis -riksi !liran pada pada pipa
3
BAB II TINAUAN PU!TA"A
1.2.
De#$n$s$ %lu$&a
!liran fluida atau zat cair #termasuk uap air dan gas$ dibedakan dari benda padat karena kemampuannya untuk mengalir. mengalir. -luida lebih mudah mengalir karena ikatan molekul dalam fluida jauh lebih kecil dari ikatan molekul dalam zat padat, akibatnya akibatnya fluida mempunyai mempunyai hambatan yang relatif kecil pada perubahan bentuk karena gesekan. 9at padat mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap, sekalipun suatu gaya yang besar diberikan pada zat padat tersebut, zat padat tidak mudah berubah bentuk maupun olumenya, sedangkan zat cair dan gas, zat cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap, zat cair mengikuti bentuk *adahnya dan olumenya dapat diubah hanya jika diberikan padanya gaya yang sangat besar. 5as tidak mempunyai bentuk maupun olume yang tetap,gas akan berkembang mengisi
seluruh
*adah.
arena
fase
cair
dan gas
tidak
mempertahank mempertahankan an suatu bentuk yang tetap, keduanya keduanya mempunyai mempunyai kemampuan kemampuan untuk mengalir. &engan demikian kedua 7 duanya sering secara kolektif disebut sebagai fluida #%lson, +::;$.
2.2.
!$#at'!$#at %l %lu$&a
Untuk mengerti aliran fluida maka harus mengetahui beberapa sifat dasar fluida. !dapun sifat 7 sifat dasar fluida yaitu8 kerapatan #density # density$$ <, # specific gravity$ gravity$ # s.g s.g $, $, tekanan # pressure pressure$ P, kekentalan #viscosity #viscosity$$ =. 1. "era(atan ) Density* Density*
erapatan #density) #density) < suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan dinyatakan dalam massa per satuan olume. Sifat ini ditentukan dengan cara menghitung perbandingan massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap olume bagian tersebut. ρ =
m v
&imana8 > ? > olume fluida #m0$ m > massa fluida #kg$ 4
< > rapat massa #kg@m0$ ?olume jenis #v$ adalah olume yang ditempati oleh sebuah satuan massa zat dan karena itu merupakan kebalikan dari kerapatan8 1
v= ρ
berat jenis A adalah gaya graitasi terhadap massa yang terkandung dalam sebuah satuan olume zat, maka8 A > <.g
&imana8
< > rapat massa #kg@m0$ g > percepatan graitasi #:,6+ m@s$
Spesific
grafity
# s.g $
adalah
sifat
yang
digunakan
untuk
memperbandingkan kerapatan suatu zat dengan kerapatan air. arena kerapatan semua zat cair bergantung pada temperatur serta tekanan, maka temperatur zat cair yang dipertanyakan, serta temperatur air yang dijadikan acuan, harus dinyatakan untuk mendapatkan harga'harga graitasi jenis yang tepat #%lson, +::;$. s . g=
ρ . w ρ
&imana8 s.g > spesifik grafity < > rapat massa #kg@m0$ * > kerapatan air #kg@m0$ 2. Laju Al$ran Massa
Baju aliran massa yang mengalir dapat diketahui dengan persamaan diba*ah ini8
&imana8 C = laju aliran massa #kg@s$ V > kecepatan aliran fluida #m@s$ v = olume jenis #m0@kg$
5
! > luas penampang pipa #m$ Baju aliran adalah olume fluida yang dikeluarkan tiap detiknya. Baju aliran dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut8
&imana8 D > debit aliran #m0@s$ V > kecepatan aliran #m@s$ ! > Buas Penampang #m$ & > diameter pipa #m$ laju aliran melalui !+ dan ! harus sama, dengan demikian8 <+ . !+ . ?+ > < . ! . ? disebut persamaan kontinuitas. /ika <+ > <, maka persamaan kontinuitas menjadi8
+am,ar 1. "-nt$nu$tas
3. $sk-s$tas
?iskositas adalah ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan'perubahan bentuk. ?iskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur, hal ini disebabkan gaya'gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunnya iskositas dari zat cair tersebut. ?iskositas dibagi menjadi dua yaitu8
a. ?iskositas dinamik atau iskositas mutlak atau absolute viscosity.
6
?iskositas dinamik adalah sifat fluida yang menghubungkan tegangan geser dengan gerakan fluida. ?iskositas dinamik tampaknya sama dengan ratio tegangan geser terhadap gradien kecepatan.
&imana8 = > iskositas dinamik #
[email protected]$ E > tegangan geser #F@m$ du@dy> gradien kecepatan ##m@s$@m$
b. ?iskositas kinematik ?iskositas kinematik adalah perbandingan antara iskositas dinamik dengan kerapatan fluida.
&imana8 G > iskositas kinematik #m@s$ = > iskositas dinamik #
[email protected]$ < > kerapatan fluida #kg@m0$
/. Tekanan
Tekanan #pressure$ Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dengan gaya - dianggap bekerja secara tegak lurus terhadap luas permukaan !, maka 8 P > kg@m I &imana 8 P > tekanan #kg@m$ - > gaya #kg$ ! > luas permukaan #m$ Satuan tekanan dalam SJ adalah F@m. Satuan ini mempunyai nama resmi Pascal #Pa$, untuk penghormatan terhadap )laise Pascal dipakai + Pa > +
7
F@m. Famun untuk penyederhanaan, sering menggunakan F@m. Satuan lain yang digunakan adalah dyne@cm, lb@in, #kadang disingkat dengan KpsiL$, dan kg@cm #apabila kilogram adalah gaya 8 yaitu, + kg@cm > +; F@cm$. Sebagai contoh perhitungan tekanan, seorang dengan berat 3; kg yang kedua kakinya menutupi luasan 2;; cm akan menggunakan tekanan sebesar 8 -@! > m.g@! > #3; kg M :,6 m@det$ @ ;,;2; m > ++43; kg@m > + M +;1 F@m.terhadap tanah. /ika orang tersebut berdiri dengan satu kaki atau dua kaki dengan luasan yang lebih kecil, gayanya akan sama tetapi karena luasannya menjadi +N maka tekanannya akan menjadi dua kali yaitu 1 M +;1 F@m. onsep tekanan sangat berguna terutama dalam berurusan dengan fluida. Sebuah fakta eksperimental menunjukkan bah*a fluida menggunakan tekanan ke semua arah. Hal ini sangat dikenal oleh para perenang dan juga penyelam yang secara langsung merasakan tekanan air pada seluruh bagian tubuhnya. Pada titik tertentu dalam fluida diam, tekanan sama untuk semua arah. Jni diilustrasikan dalam JJ'+. )ayangan fluida dalam sebuah kubus kecil sehingga kita dapat mengabaikan gaya graitasi yang bekerja padanya. Tekanan pada suatu sisi harus sama dengan tekanan pada sisi yang berla*anan. /ika hal ini tidak benar, gaya netto yang bekerja pada kubus ini tidak akan sama dengan nol, dan kubus ini akan bergerak hingga tekanan yang bekerja menjadi sama.
+am,ar 2 0 tekanan &alam suatu #lu$&a
Tekanan dalam cairan yang mempunyai kerapatan seragam akan berariasi terhadap kedalaman. P > kg@m I #'3$ P > <.g.h kg@m I &engan demikian, tekanan berbanding lurus dengan kerapatan cairan, dan kedalaman cairan tersebut. Secara umum, tekanan pada kedalaman yang sama dalam cairan yang seragam sama. Persamaan diatas berlaku untuk fluida yang
8
kerapatannya konstan dan tidak berubah terhadap kedalaman 7 yaitu, jika fluida tersebut tak dapat dimampatkan #incompressible$. Jni biasanya merupakan pendekatan yang baik untuk fluida #meskipun pada kedalaman yang sangat dalam didalam lautan, kerapatan air naik terutama akibat pemampatan yang disebabkan oleh berat air dalam jumlah besar diatasnya $. &ilain pihak, gas dapat mampat, dan kerapatannya dapat berariasi cukup besar terhadap perubahan kedalaman. /ika kerapatannya hanya berariasi sangat kecil, persamaan berikut dapat digunakan untuk menentukan perbedaan tekanan Op pada ketinggian yang berbeda dengan < adalah kerapatan rata'rata Op > < g Oh mmHg I dimana 8 Op > perbedaan tekanan # mmHg $ < > kerapatan # kg@m0 $ g > graitasi # m@det$ Oh > pertambahan kedalaman # m $
3.2.
Pengetahuan Dasar P$(a
1. P$(a
Pipa didefinisikan sebagai cubing #lingkaran$ panjang dari tanah liat, konkret, metal, kayu, dan seterusnya, yang berfungsi untuk mengalirkan #fluida$ air, gas, minyak dan cairan'cairan lain. 2. "las$#$kas$ ($(a
ang dimaksud klasifikasi pipa merupakan parameter utam yang terdapat pada pipa, dimana ukuran standar dari pipa dibuat dalam satuan inchi. Ukuran'ukuran yang perlu diperhatikan dalm pipa ialah8 ' &iameter dalam #J&$ ' &iameter luar #%&$
9
' Tebal pipa 'Panjang pipa ' )ahan pipa etebalan dinding pipa nominal menurut !FSJ #!merican Fational Standar Jnstitute$ dibedakan menurut ukuran pipa. Terdapat tiga jenis ukuran pipa 8 +.
Ukuran normal Pipa dengan ukuran normal digunakan dengan tekanan normal
.
Ukuran QRtra Strong /enis pipa ini mempunyai ketebalan dinding ekstra kuat dirancang untuk tekanan hidrolik.
0.
Ukuran double strong Pipa ini dirancang untuk tekanan yang sangat tinggi.
etebalan dan ukuran pipa sangat berhubungan, hal ini disebabkan karena ketebalan pipa tergantung dari ukuran pipa itu sendiri.
10
Ta,el 1. Re(resentat$e Eu$alent Length $n P$(e D$ameters )LD*
3. %$t$ng )sam,ungan*
&alam sistem pemipaan air yang dimaksud bukan hanya pipa saja. Tetapi juga material sebagai pendukung kelancaran proses pemasangan pipa serta kelancaran fluida yang akan dialirkan.
11
omponen pendukung yang terdapat pada sitem instalasi perpipaan tersebut adalah sebagai berikut 8 a.
fiting #sambungan$
b.
katup'katup#ale$
c.
flens #flange$
&alam sistem pemipaan fiting digunakan untuk membagi aliran secara ertikal, menyudut dengan ukuran 12 ˚, :; ˚, juga +6; ˚. &an juga untuk menaikkan tekanan aliran. )eberapa jenis sambungan yang terdapat pada instalasi pemipaan adalah 8 +. omponen Penyambung )engkokan #Qlbo*$
:;˚ Short adius Qlbo*
+am,ar 3. !h-rt Ra&$us El,-4
&igunakan untuk membengkokkan aliran sampai :; ˚
:;˚ Bong adius Qlbo*
+am,ar./ L-ng Ra&$us El,-4
12
Tipe elbo* :;˚ yang mempunyai panjang lebih dari tipe :; ˚ short radius elbo* dan mempunyai fungsi yang sama.
. omponen Penyambung KTeeL
educing tee
+am,ar 5. Re&u6$ng tee
educing tee merupakan jenis sambungan yang digunakan untuk membagi aliran secara ertikal untuk mendapatkan tekanan yang lebih kecil dengan cara memperkecil diameter tee pada bagian keluarnya.
Straigth tee
+am,ar 7. !tra$gth tee
13
Straigth tee merupakan jenis sambungan yang berfungsi untuk membagi aliran secara ertikal dimana diameter keluar aliran sama dengan diameter masuk.
0. omponen Penyambung educer
+am,ar. 8 "-m(-nen Pen9am,ung Re&u6er
&alam instalasi pemipaan mempunyai peranan yang penting yaitu untuk menyambungkan pipa yang berbeda ukurannya #memperkecil$ diameter pipa dengan maksud untuk mendapatkan tekanan aliran yang lebih besar.
1. omponen Penyambung Keturn )endL
+am,ar :. "-m(-nen Pen9am,ung ;Return Ben&<
Qlbo* dengan bentuk setengah lingkaran ini berfungsi untuk memba*a aliran secara melingkar dengan sudut mencapai +6; ˚
14
15
BAB III PEMBAHA!AN
1.3.
"las$#$kas$ Al$ran %lu$&a
Untuk aliran fluida dalam pipa khususnya untuk air terdapat kondisi yang harus diperhatikan dan menjadi prinsip utama, kondisi fluida tersebut adalah fluida merupakan fluida inkompresibel, fluida dalam keadaan steady dan seragam. Q> R !
dimana8 D > laju aliran #m0@s$ ! > luas penampang aliran # m $ > kecepatan aliran # m@s $ Untuk aliran steady dalam pipa dengan diameter pipa konstan pada *aktu yang sama berlaku 8
!+ R +> ! R
+am,ar =. Al$ran Steady &an !eragam
Secara garis besar jenis aliran dapat dibedakan atau dikelompokkan sebagai berikut #%lson, +::;$8 Al$ran Tunak )steady)
Suatu aliran dimana kecepatannya tidak terpengaruh oleh perubahan *aktu sehingga kecepatan
konstan
pada setiap titik
percepatan$. 16
#tidak mempunyai
Al$ran T$&ak Tunak )unsteady*
Suatu aliran dimana terjadi perubahan kecepatan terhadap *aktu.
-luida diklasifikasikan berdasarkan ariasi rapat massa fluida tersebut selama mengalir. "-m(res$,el Ink-m(res$,el
&imana perbedaan dalam massa jenis dapat diabaikan disebut inkompresibel. etika perbedaan massa jenis aliran yang tidak dapat diabaikan, aliran ini disebut kompresibel. Pada kenyataannya tidak ada fluida yang massa jenisnya konstan, tetapi ada beberapa masalah aliran fluida yang dapat disederhanakan dengan menganggap massa jenisnya konstan. Hal ini tidak mengurangi keakuratan solusi yang didapat. Parameter yang menjadi acuan utama untuk menentukan suatu aliran kompresibel atau tidak, dilihat dari nilai Mach Number # M), yang didefinisikan sebagai rasio antara kecepatan aliran lokal terhadap kecepatan suara lokal. m=
v c
M > bilangan (ach v > kecepatan aliran #m@s$ c > kecepatan suara #m@s$
Pada saat ( ;,0 aliran tersebut dianggap aliran inkompresibel
2.3.
en$s' en$s Al$ran %lu$&a
!liran fluida dapat dibedakan atas 0 jenis yaitu aliran laminar , aliran transisi dan aliran turbulen. /enis aliran ini didapatkan dari hasil eksperiman yang dilakukan oleh %sborne eynold tahun +660 yang mengklasifikasikan aliran 0 jenis. /ika air mengalir melalui sebuah pipa berdiameter d dengan kecepatan rata'rata ? maka dapat diketahui jenis aliran yang terjadi. )erdasarka eksperimen tersebut maka didapatkan bilangan reynold dimana bilangan ini tergantung pada kecepatan fluida, kerapatan, iskositas, dan diameter. !liran dikatakan laminar jika partikel'partikel fluida yang bergerak teratur mengikuti lintasan yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan
17
sama. !liran ini terjadi apabila kecepatan kecil atau kekentalan besar. !liran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rata'rata saja yang mengikuti sumbu pipa. !liran ini terjadi apabila kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil. )ilangan eynolds merupakan
bilangan yang tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran dinamakan laminer, transisi dan turbulen. ℜ=
VD ρ μ
&imana8 ? > kecepatan fluida #m@s$ & > diameter dalam pipa #m$ < > rapat massa fluida #kg@m0$ = > iskositas dinamik fluida #kg@ms$ atau #F.s@m$
+am,ar 1>. en$s'jen$s al$ran
a. Al$ran Lam$nar
!liran laminar didefinisikan sebagai aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan7lapisan atau lamina7lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar. !liran laminar ini mempunyai nilai bilangan eynoldsnya kurang dari 0;; #e 0;;$.
18
+am,ar 11. al$ran lam$ner
,. Al$ran Trans$s$
!liran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminer ke aliran turbulen. eadaan peralihan ini tergantung pada iskositas fluida, kecepatan dan lain'lain yang menyangkut geometri aliran dimana nilai bilangan eynoldsnya antara 0;; sampai dengan 1;;; #0;;e1;;;$ .
+am,ar 12. Al$ran Trans$s$
6. Al$ran Tur,ulen
!liran turbulen didefinisikan sebagai aliran yang dimana pergerakan dari partikel'partikel
fluida
sangat
tidak
menentu
karena
mengalami
percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lain dalam skala yang besar. &imana nilai bilangan enoldsnya lebih besar dari 1;;; #e1;;;$.
+am,ar 13. Al$ran Tur,ulen
19
!liran juga dibedakan berdasarkan salurannya. /enis aliran berdasarkan salurannya yaitu8
1* Al$ran ter,uka
!liran terbuka adalah aliran air dalam saluran yang memiliki permukaan bebas. !liran terbuka meliputi aliran yang bersifat alami, misalkan aliran sungai. 2* Al$ran tertutu(
!liran tertutup adalah aliran dalam saluran yang alirannya tidak dipengaruhi oleh tekanan udara secara langsung kecuali oleh tekanan hydraulic.
3.3.
Persamaan'Persamaan Al$ran %lu$&a
Untuk aliran fluida adapun beberapa persaman'persaman yang digunakan yaitu 8
1*
Persamaan ontinuitas
Persamaan Qnergi
Persamaan (omentum
Persamaan )ernoulli
Persamaan "-nt$nu$tas
Persamaan kontinuitas digunakan untuk menyeimbangkan kapasitas aliran dan olume untuk sebuah jaringan distribusi. &engan asumsi fluida merupakan fluida inkompresibel dengan massa jenis #<$ konstan ρ =
m v
dimana 8 < > massa jenis # kg@m0$ m> massa # kg$
20
> omume # m0 $ Qin=Qout
∆ V ∆ t
dimana 8 O?> perubahan olume #m0$ Ot > interal *aktu
2*
Persamaan Energ$
Persamaan energi menunjukkan keseimbangan energi yaitu energy masuk sama dengan energi keluar dan dinyatakan dalam persamaan 8 E 1= E 2
3*
Persamaan M-mentum
Persamaan momentum mengganbarkan tahan pipa terhadap beban dinamik yang disebabakan oleh aliran bertekanan. untuk fluida inkompresibel momentum ( #F$ dirumuskan8 M = ρQv &imana8 < > massa jenis #kg@m0$ D> kapasitas aliran #m0@s$ > kecepatan fluida #m@s$
/*
Persamaan Bern-ull$
Penurunan persamaan )ernoulli untuk aliran sepanjang garis arus didasarkan pada hokum Fe*ton JJ. Persamaan ini diturunkan dengan anggapan bah*a8
9at cair adalah ideal, jadi tidak mempunyai kekentalan #kehilangan energi akibat gesekan adalah nol$.
9at cair adalah homogen dan tidak termampatkan #rapat massa zat cair adalah konstan$.
!liran adalah kontiniu dan sepanjang garis arus.
21
ecepatan aliran adalah merata dalam suatu penampang.
5aya yang bekerja hanya gaya berat dan tekanan.
Qnergi yang ditunjukkan dari persamaan energi total di atas, atau dikenal sebagai head pada suatu titik dalam aliran steady adalah sama dengan total energi pada titik lain sepanjang aliran fluida tersebut. Hal ini berlaku selama tidak ada energi yang ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida. onsep ini dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang disebut dengan persamaan )ernoulli, yaitu8 p 1 v 1² p 2 v 2² + + z 1 = + + z 2 γ 2 g γ 2 g dimana8 p+ dan p > tekanan pada titik + dan + dan > kecepatan aliran pada titik + dan z+ dan z > perbedaan ketinggian antara titik + dan A > berat jenis fluida g > percepatan graitasi > :,6;3 m@s dimana8 p+ dan p > tekanan pada titik + dan + dan > kecepatan aliran pada titik + dan z+ dan z > perbedaan ketinggian antara titik + dan A > berat jenis fluida g > percepatan graitasi > :,6;3 m@s
/.3.
Pengukuran Al$ran %lu$&a
Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju aliran, olume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan kea*etan alat ukur tersebut.
22
&alam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan iskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan pengukuran'pengukuran, misalnya 8 langsung, tak langsung, graimetrik, olumetrik, elektronik, elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara langsung terdiri dari atas penentuan olume atau berat fluida yang melalui suatu penampang dalam suatu selang *aktu tertentu. (etoda tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa dititik pada suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. (etode pengukuran aliran yang paling teliti adalah penentuan graimerik atau penentuan olumetrik dengan berat atau olume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang dikalibrasikan untuk selang *aktu yang diukur. Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui 8
ecepatan #velocity$ )erat #massanya$ Buas bidang yang dilaluinya ?olumenya
Pengenalan Alat Ukur Laju Al$ran %lu$&a
&alam pabrik'pabrik pengolahan diperlengkapi dengan berbagai macam alat pengoperasian setiap peralatan saling mendukung antar satu peralatan dengan peralatan yang lainnya. Untuk mencapai hasil yang diinginkan maka diperlukan peralatan pendukung. Salah satu pendukung yang penting dalam suatu pabrik adalah peralatan instrument pabrik. Peralatan instrument merupakan bagian dari kelengkapan keterpasangan peralatan yang dapat digunakan untuk mengetahui dan memperoleh sesuatu yang dikehendaki dari suatu kegiatan kerja peralatan mekanik. Salah satu peralatan instrument yang penting adalah alat ukur. Penggunaan alat ukur dalam pabrik sangat banyak digunakan, ini bertujuan untuk menjaga hasil yang dibutuhkan, sehingga perlu adanya pemeliharan dari alat'alat ukur tersebut. !lat'alat ukur instrument yang dipergunakan untuk mengukur dan menunjukkan besaran suatu fluida disebut dengan alat ukur fluida. !lat ukur aliran fluida dari dua bagian pokok yaitu 8 +. !lat Ukur Primer
23
ang dimaksud alat ukur primer adalah bagian alat ukur yang berfungsi sebagai alat perasa # sensor $. . !lat Ukur Sekunder Sedangkan alat ukur sekunder adalah bagian yang mengubah dan menunjukkan besaran aliran yang dirasakan alat perasa supaya dapat dibaca.
!lat ukur yang sering dijumpai dalam pabrik dibagi menurut fungsinya yaitu8 +. !lat Pengukur !liran !lat yang digunakan untuk mengukur kecepatan aliran dari fluida yang mengalir. . !lat Pengukuran Tekanan !lat yang digunakan untuk mengukur dan menunjukan besaran tekanan dari suatu fluida. 0. !lat Pengukur Tinggi Permukaan Vairan !lat yang digunakan untuk mengukur ketinggian dari permukaan s uatu cairan 1. !lat Pengukur Temperatur !lat yang dipergunakan untuk mengukur dan menunjukkan besaran temperatur. Tujuan dari pada pengukuran aliran fluida adalah untuk mencegah kerusakan peralatan, untuk mendapatkan mutu produksi yang diinginkan dan mengontrol jalannya proses.
en$s Alat Ukur Al$ran %lu$&a
/enis alat ukur aliran fluida yang paling banyak digunakan diantaranya alat ukur lainnya adalah alat ukur fluida jenis laju aliran. Hal ini dikarenakan oleh konstruksinya yang sederhana dan pemasangannya yang mudah. !lat ukur aliran fluida jenis ini dibagi empat jenis yaitu 8
?enturi meter Fozzle
Pitot tubes
-lat orifice
24
Pada dasarnya prinsip kerja dari keempat alat ukur ini adalah sama yaitu bila aliran fluida yang mengalir melalui alat ukur ini mengalir maka akan terjadi perbedaan tekanan sebelum sesudah alat ini. )eda tekanan menjadi besar bila laju aliran yang diberikan kepada alat ini bertambah.
entur$ Meter
+am,ar 1/. entur$meter
?enturi (eter ini merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang berfungsi untuk mendapatkan beda tekanan. Sedangkan alat untuk menunjukan besaran aliran fluida yang diukur atau alat sekundernya adalah manometer pipa U. ?enturi (eter memiliki kerugian karena harganya mahal, memerlukan ruangan yang besar dan rasio diameter throatnya dengan diameter pipa tidak dapat diubah. Untuk sebuah enturi meter tertentu dan sistem manometer tertentu, kecepatan aliran yang dapat diukur adalah tetap sehingga jika kecepatan aliran berubah maka diameter throatnya dapat diperbesar untuk memberikan pembacaan yang akurat atau diperkecil untuk mengakomodasi kecepatan aliran maksimum yang baru.
Untuk ?enturi (eter ini dapat dibagi 0 bagian utama yaitu 8
)agian Jnlet
25
)agian yang berbentuk lurus dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau cerobong aliran. Bubang tekanan a*al ditempatkan pada bagian ini.
Jnlet Vone )agian yang berbentuk seperti kerucut, yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida.
Throat #leher$ )agian tempat pengambilan beda tekanan akhir bagian ini berbentuk bulat datar. Hal ini dimaksudkan agar tidak mengurangi atau menambah kecepatan dari aliran yang keluar dari inlet cone. Pada ?enturi meter ini fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan ke
bagian outlet cone. Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan a*al. Pada bagian inlet cone fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan oleh bagian inlet cone yang berbentuk kerucut atau semakin mengecil kebagian throat. emudian fluida masuk kebagian throat inilah tempat'tempat
pengambilan tekanan akhir dimana throat ini berbentuk bulat datar. Balu fluida akan mele*ati bagian akhir dari enturi meter yaitu outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut dimana bagian kecil berada pada throat , dan pada Outlet cone ini tekanan kembali normal. /ika aliran melalui enturi meter itu benar'benar tanpa gesekan, maka tekanan fluida yang meninggalkan meter tentulah sama persis dengan fluida yang memasuki meteran dan keberadaan meteran dalam jalur tersebut tidak akan menyebabkan kehilangan tekanan yang bersifat permanen dalam tekanan.
26
Penurunan tekanan pada inlet cone akan dipulihkan dengan sempurna pada outlet cone. 5esekan tidak dapat ditiadakan dan juga kehilangan tekanan yang permanen dalam sebuah meteran yang dirancangan dengan tepat
%l-4 N-??le
+am,ar 15. %l-4 N-??le
Flo No!!le sama halnya dengan plat orifice yaitu terpasang diantara dua flensa. Flo No!!le biasa digunakan untuk aliran fluida yang kecil. arena flo no!!le mempunyai lubang lebih besar dan kehilangan tekanan lebih kecil daripada plat orifice sehinga flo no!!le dipakai untuk fluida kecepatan tinggi pada temperatur tinggi dan untuk penyediaan air ketel. Flo no!!le ini merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang berfungsi untuk mendapatkan beda tekanannya. Sedangkan alat untuk menunjukkan besaran aliran fluida yang diukur atau alat sekundernya adalah berupa manometer. Pada flo no!!le kecepatan bertambah dan tekanan semakin berkurang seperti dalam enturi meter. &an aliran fluida akan keluar secara bebas setelah mele*ati lubang flo no!!le sama seperti pada plat orifice. Flo no!!le terdiri dari dua bagian utama yang melengkung pada silinder.
P$t-t Tu,es
27
+am,ar 17. P$t-t Tu,es
Fama pitot tubes datang dari konsensip "enry de #itot pada tahun +40. #itot tubes mengukur besaran aliran fluida dengan jalan menghasilkan beda tekanan yang diberikan oleh kecepatan fluida itu sendiri dapat dilihat pada gambar Sama halnya seperti plate orifice, pitot tubes membutuhkan dua lubang pengukuran tekanan untuk menghasilkan suatu beda tekanan. Pada pitot tubes ini biasanya fluida yang digunakan adalah jenis cairan dan gas. #itot tubes terbuat dari stainless steel dan kuningan.
%lat @r$#$6e
+am,ar 18. %lat @r$#$6e
!gar dapat melakukan pengendalian atau proses'proses industri, kuantitas bahan yang masuk dan keluar dari proses perlu diketahui. ebanyakan bahan ditransportasikan diusahakan dalam bentuk fluida, maka penting sekali mengukur
28
kecepatan aliran fluida dalam pipa. )erbagai jenis meteran digunakan untuk mengukur laju arus seperti -lat orifice. Untuk plat orifice ini, fluida yang digunakan adalah jenis cair dan gas. Pada -lat orifice ini piringan harus bentuk plat dan tegak lurus pada sumbu pipa. Piringan tersebut harus bersih dan diletakkan pada perpipaan yang lurus untuk memastikan pola aliran yang normal dan tidak terganggu oleh fitting, kran atau peralatan lainnya. Prinsip dasar pengukuran -lat orifice dari suatu penyempitan yang menyebabkan timbulnya suatu perbedaan tekanan pada fluida yang mengalir.
De,$t al$ran
Untuk mengukur debit aliran dapat diketahi dengan rumus sebagai berikut 8 &imana 8 D > &ebit aliran #l@jam$ > oofisien 5esekan # ;. 62+ $ ! > Buas penampang # m $ WP > Perbedaan tekanan # mm H5 $ g > 5raitasi bumi # m@sec$ ⍴ >
density # kg@cm 0 $
Buas penampang 8 !> X R d &imana 8 ! > Buas penampang # m $ X > 0, +1 #radian@m$ d > diameter plat orifice # m $
(aka kecepatan atau laju aliran dapat dihitung 8 D>?R! &imana 8 D > debit aliran # m 0@ sec $ ? > kecepatan atau laju aliran # m@sec$
29
! > Buas penampang # m $
5.3.
"e6e(atan &an "a(as$tas Al$ran %lu$&a
Penentuan
kecepatan
di
sejumlah
titik
pada
suatu
penampang
memungkinkan untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran sehingga pengukuran kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalam menganalisa suatu aliran fluida. ecepatan dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran terhadap *aktu yang dibutuhkan suatu partikel yang dikenali untuk bergerak sepanjang jarak yang telah ditentukan. )esarnya kecepatan aliran fluida pada suatu pipa mendekati nol pada dinding pipa dan mencapai maksimum pada tengah'tengah pipa. ecepatan biasanya sudah cukup untuk menempatkan kekeliruan yang tidak serius dalam masalah aliran fluida sehingga penggunaan kecepatan sesungguhnya adalah pada penampang aliran. )entuk kecepatan yang digunakan pada aliran fluida umumnya menunjukkan kecepatan yang sebenarnya jika tidak ada keterangan lain yang disebutkan.
+am,ar 1:. Pr-#$l "e6e(atan (a&a saluran tertutu(
+am,ar 1=. Pr-#$l ke6e(atan (a&a saluran ter,uka
)esarnya kecepatan akan mempengaruhi besarnya fluida yang mengalir dalam suatu pipa. /umlah dari aliran fluida mungkin dinyatakan sebagai olume, berat atau massa fluida dengan masing'masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju aliran olume #m0@s$, laju aliran berat #F@s$ dan laju aliran massa #kg@s$. apasitas aliran #D$ untuk fluida yang incompressible, yaitu 8 Q=$.v &imana 8 Q > laju aliran fluida #m0@s$
30
$ > luas penampang aliran #m$ v > kecepatan rata'rata aliran fluida #m@s$
Baju aliran berat fluida #Y$, dirumuskan sebagai 8 %=.$.v &imana 8 % > laju aliran berat fluida #F@s$
Baju aliran fluida massa #($, dinyatakan sebagai 8 M = . $ . v &imana 8 M > laju aliran massa fluida #kg@s$
7.3. P$(a &an !am,ungan 7.3.1. P$(a
Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain. Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas 8
7.3.2.
Pipa
Sambungan'Sambungan # fitting)
Peralatan lainnya
+esekan &alam P$(a
5esekan pada pipa dapat menyebabkan hilangnya energi mekanik fluida. 5esekan inilah yang menetukan aliran fluida dalam pipa, apakah laminar atau turbulen. 5esekan juga dapat menimbulkan panas pada pipa sehingga merubah energi mekanik menjadi energi panas #kalor$. &alam aplikasi kesehariannya, ada banyak sekali bentuk dan model pipa, seperti pipa bentuk elbo& mitter& tee& reducer , cross& dan lainnya. )entuk serta model yang beraneka
31
ragam tersebut sangat
membantu dalam desain layout sistem perpipaan didunia industri. Pada saat operasi, bentuk dan model pipa yang bermacam'macam tersebut akan memiliki karakteristik tegangan yang berbeda'beda sebagai akibat dari pembebanan yang diterimanya. !kumulasi dari berat pipa itu sendiri
dan tekanan fluida yang mengalir didalamnya, akan
menyebabkan tegangan pada pipa yang dikenal sebagai beban static. Famun efek dari pembebanan seperti ini dapat diminimalisasi dengan memilih jenis penyangga # support $ yang sesuai, dan menggunakan penyangga tersebut dalam jumlah cukup. Secara umum, beban dinamik dan beban termal pada pipa merupakan dua hal yang lebih penting, dan lebih sulit untuk ditangani. Pembebanan dinamik terjadi pada pipa yang berhubungan langsung dengan peralatan bergetar seperti pompa atau kompresor. )eban dinamik juga terjadi pada pipa yang mengalami beban termal, sehingga beberapa bagian pipa berekspansi dan menimbulkan tegangan pada pipa. %leh sebab itu, perlu digunakan beberapa alat atau mekanisme yang didesain untuk memperkecil tegangan pada system perpipaan tersebut, agar kelebihan beban yang bisa mengakibatkan kegagalan pada bagian pipa, atau kerusakan pada alat yang terhubung dengannya dapat dihindari. Salah satu komponen penyambungan dalam sistem perpipaan adalah pipe bend #pipa lengkung$ atau elbo. #ipe bend berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluida didalam pipa. Famun pipe bend lebih sulit untuk dianalisa karena permukaannya menjadi oal diba*ah pembebanan momen bending. Hal ini menyebabkan pipe bend memiliki fleksibilitas yang lebih besar dibandingkan dengan pipa lurus yang sama ukuran dan jenis materialnya. Bebihnya fleksibilitas ini menjadikan pipe bend berfungsi sebagai penyerap ekspansi thermal. &engan berbagai karakteristik tersebut, pipe bend menjadi komponen yang sangat penting di dalam sistem perpipaan dan memerlukan berbagai macam pertimbangan dalam proses perancangannya.
7.3.3. !am,ungan
32
Pada suatu instalasi pipa #baik air bersih maupun air kotor$ banyak dijumpai sambungan, belokan, perubahan ukuran diameter atau hubungan
lainnya.
Untuk
keperluan
tersebut
telah
diproduksi
bermacam'macam alat sambung dari berbagai ukuran maupun jenis bahan yang sesuai dengan bahan pipanya. )entuk'bentuk sambungan pada sistem perpipaan8
Sambungan lurus
Sambungan belok
Sambungan cabang
Sambungan dengan perubahan ukuran saluran Persamaan matematis kerugian akibat sambungan #kerugian minor$
dalam sistem pemipaan8
&imana 8 Whm > Perubahan heat minor #m$ ?
> ecepatan aliran #m@s$
g
> 5raitasi #m@s$
atau
&imana 8 'pm > erugian Tekanan #pa$
> oefisien hambatan minor ρ
?
> &ensitas #kg@m0$ > ecepatan aliran #m@s$
Tabel nilai koefisien hambatan minor dari macam'macam alat sambung adalah sebagai berikut 8
Ta,el 2. n$la$ k-e#$s$en ham,atan m$n-r
33
(.
Socet
&igunakan untuk memperpanjang pipa #menyambung pipa lurus$
*.
&iameter pipa yang disambung sama dengan penyambungan
(emakai ulir dalam
+lbo Ta,el. 3 el,-4
34
,.
.
&igunakan untuk membelokkan aliran
(enggunakan ulir dalam
-end
&igunakan untuk membelokkan arah aliran beradius besar
(enggunakan ulir dalam - dan (
/ee Stuc
0.
1educer +lbo
2.
&igunakan untuk memperkecil aliran
4ross
5.
&igunakan untuk memperkecil aliran yang dibelokkan
1educer Socet
3.
&igunakan untuk membagi aliran menjadi dua arah
&igunakan untuk membagi aliran menjadi 0 arah
-arrel 6nion
&igunakan untuk menyambung pipa permanent # mati $ yang terdiri dari 0 bagian
7.
8op 9 F )
&igunakan untuk menutup aliran pada ujung pipa
(:. #lug
&igunakan untuk menutup pipa pada sambungan
((. Stop ;ran 9
35
&igunakan untuk mengatur aliran
&ipasang sebelum meteran
&apat menutup @ menghentikan aliran pada saat perbaikan
(*. ;ran
&igunakan untuk penutupan atau pengeluaran air
(,. -ushis
&igunakan untuk menyambung buah pipa yang berlainan ukuran diameternya
(empunyai ulir luar pada sisi luar dan ulir dalam pada sisi dalam
(. "eagonal Nipple
&igunakan untuk mengencangkan sambungann pipa, bentuk sambungan ini segi enam, ditengah alat ini digunakan untuk mengencangkan sambungan dengan bantuan kunci pipa.
8.3.
Al$ran +as
5as mempunyai sifat bentuk berubah'ubah dan olume berubah'ubah. )entuknya
berubah'ubah
dikarenakan
partikel'partikel
pada
zat gas
berjauhan, tersusun tidak teratur, gaya tarik antar partikel sangat lemah. ?olumenya berubah'ubah dikarenakan partikel pada zat gas dapat bergerak bebas meninggalkan kelompoknya. )enda ber*ujud gas mempunyai ciri'ciri, yaitu 8 +.
)entuk dan olumenya berubah sesuai dengan tempatnya. (isalnya, udara dimasukkan ke dalam balon, maka bentuknya seperti balon. /ika dimasukkan ke dalam ban sepeda, maka bentuknya seperti ban sepeda.
.
Betak antarmolekulnya sangat berjauhan
0.
5aya tank antarmolekulnya sangat lemah.
1.
Selalu memenuhi ruangan karena gerak molekulnya sangat bebas.
36
Pemanfaatan gas oleh manusia sangat beragam mulai dari untuk menyalakan kompor yang berbahan bakar gas elpiji, membuat balon terbang, untuk bahan bakar kendaraan, mengisi ban dalam kendaraan ser ta yang paling utama adalah untuk bernafas # gas oksigen $. Sedangkan pada tumbuhan gas karbondioksida membantu mereka dalam proses fotosintesis. !liran fluida gas dalam pipa sama halnya dengan fluida cair. Hanya saja untuk dapat mengalirakan fluida gas dengan kecepatan dan tekanan tertentu maka fluida gas perlu dikompressi untuk memampatkan gas. Sistem perpipaan gas terdiri dari jaringan pipa yang digunakan untuk mentrasportasikan fluida berkompresibel seperti natural gas dan hidrokarbon lainnya. (assa gas mengandung olume 2;; ftZ pada temperatur 3;[- dan tekanan +;; lb@in\ atau psi. jika temperatur dinaikkan ke +;;[- pada tekanan yang sama, tetapi olume yang akan berubah sesuai dengan hukum Vharles]s. (assa akan tetap konstan selama gas juga tidak ditambahkan atau dikurangi dari system. ?olume didefenisikan sebagai ruang yang berisi massa gas pada temperatur dan tekanan yang spesifik. Saat gas diekspansikan untuk memenuhi ruang pada tekanan dan temperatur yang berariasi. /adi olume membesar akibat massa gas pada tekanan rendah, dan temperatur dapat dikompresikan ke olume yg kecil pada tekanan dan temperatur yg tinggi. epadatan dari gas di defenisikan sebagai massa per unit olume
&imana8 ^ > kepadatan gas #kg@m0$ m > massa gas #kg$ ? > olume gas #m0$ Pressure Dr-(
Pressure drop menunjukkan penurunan tekanan dari titik + ke titik dalam suatu sistem aliran fluida. Penurunan tekanan, biasa dinyatakan juga
37
dengan WP saja. !dapun persamaan matematis kerugian tekanan di dalam saluran sirkuler, yaitu 8
( )
l V 2 ΔP f ρ 2 d =
&imana 8 WP > Perubahan tekanan #Pa$ f
> friksi
d
> diameter pipa #m$ > densitas #kg@m0$
ρ ?
> kecepatan airan fluida #m@s$
Pressure drop adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik di dalam pipa atau aliran air. "Penurunan Tekanan" adalah hasil dari gaya gesek pada fluida seperti yang mengalir melalui tabung. 5aya gesek disebabkan oleh resistensi terhadap aliran. -aktor utama yang mempengaruhi resistensi terhadap aliran fluida adalah kecepatan fluida melalui pipa dan iskositas fluida. !liran cairan atau gas selalu akan mengalir ke arah perla*anan sedikit #kurang tekanan$. Pada aliran satu fase, pressure drop dipengaruhi oleh eynold number yang merupakan fungsi dari iskositas, densitas fluida dan diameter pipa . Selain itu, besarnya pressure drop dapat bergantung pada 8 _ ecepatan aliran _ ekasaran permukaan _ Panjang pipa _ &iameter pipa
Selain pressure drop, kerugian yang terdapat dalam aliran fluida adalah kerugian head # head loss$. Hubungan antara head dan tekanan dapat dituliskan sebagai berikut 8
P > ρ . g . h &imana 8
38
P > Tekanan air #Pa$ > &ensitas #kg@m0$
ρ
g > 5raitasi #m@s$ h > etinggian cairan #m$
erugian head #head loss$ 8
( )( )
l Δh f d =
V 2 2g
&imana 8 'h > Head #m$ d
> &iameter pipa #m$
? > ecepatan aliran #m@s$
g
f
> -aktor friksi
l
> Panjang pipa #m$ > 5raitasi #m@s$
:.3. en$s en$s %r$ks$ Al$ran (a&a ($(a
-riksi aliran adalah berkurangnya massa, olume dan kecepatan suatu fluida yang mele*ati suatu aliran. !dapun jenis'jenis friksi aliran antara lain 8 :.3.1. %r$ks$ M$n-r
-riksi (inor adalah friksi yang disebabkan gangguan lokal seperti pada perubahan penampang, adanya katup, belokan elbo* dan lainnya. 1. %r$ks$ Ak$,at "atu(
ehilangan energi karena adanya katup dapat ditentukan dengan persamaan 8
39
&imana 8 H > rugi pada katup > koefisien tinggi hilang di katup Filai ini sangat bergantung pada jenis katup dan bukaannya.
Ta,el. / k-e#$s$en ham,atan " (a&a katu( ter,uka (enuh
&engan sekrup
&engan kerah
Sedangkan untuk foot ale sendiri nilai hambatan , adalah ;,6. /enis katup yang digunakan pada rangkaian pemipaan yang dianalis a adalah katup pintu atau katup gerbang #digunakan pada saluran utama pemipaan$ dan katup kaki.
40
2. %r$ks$ Ak$,at Pem,esaran P$(a 9ang Men&a&ak ) Eks(ans$* -aktor penyebab 8 a. Sambungan pipa dengan pipa lain yang mendadak membesar #sudden
enlargement$ b. Sambungan sebuah pipa yang masuk dalam tangki besar
&imana 8
&imana 8 ! > Buas penampang pada pipa kecil !+ >Buas penampang pada pipa besar e > oefisien hambatan pembesaran penampang
3. %r$ks$ Ak$,at Pen9em($tan P$(a 9ang Men&a&ak )"-ntraks$* -aktor penyebab8 a. &iameter pipa yang mendadak berkurang # sudden reduction$ b. Sambungan sebuah pipa dengan tanki besar c. Sambungan sebuah pipa dengan tanki besar yang menonjol ke dalam
#tonjolan ` diameter pipa$. d. Sambungan sebuah pipa dengan tanki yang tepinya bulat #rounded edge$, kalau r@&;,+6. -riksi gesek karena kontraksi tiba 7 tiba itu sebanding dengan tinggi tekan kecepatan fluida di dalam saluran yang kecil, sebesar8
41
( )
Kc= 0,4 1 −
S
2
S!
&imana 8 Hc > rugi tekanan akibat pemakaian katup #m$ c > oefisien tahanan penyempitan penampang Filai c untuk berbagai nilai &@&+ tercantum pada tabel sebagai berikut 8
Ta,el. 5 n$la$ "6 untuk ,er,aga$ D 2D1
Selain menggunakan rumus diatas, untuk memperoleh besarnya koefisien tahanan pada pembesaran penampang dan penyempitan penampang juga digunakan gambar berikut.
+ra#$k Re(resentat$e Eu$alent Length $n P$(e D$ameters )LD*
42
/. %r$ks$ Hea& Ak$,at !am,ungan P$(a -riksi head pada pipa aliran tertutup sangat tergantung pada jenis pipa dan
komponen pemipaaan yang digunakan. !dapun cara yang digunakan untuk mencari rugi head yang disebabkan oleh fiting sama halnya dengan rumus yang digunakan untuk mencari rugi head yang disebabkan oleh katup maupun ekspansi. ang membedakan hanyalah konstanta tahanan . Persamaan yang digunakan adalah 8
Ta,el. 7 n$la$ tahanan " el (a&a el,-4 &engan kerah
El,-4
12˚ uji Panjang :;˚ )iasa :;˚ uji Panjang +6;˚ )iasa
D$ameter 2 ;, ;,0: ;,0 ;,02
1 ;,+ ;,2 ;,1; ;,1+
)$n6h$* / ;,+: ;,0; ;,+: ;,0
: ;,+3 ;,3 ;,+2 ;,2
Sambungan tee digunakan untuk mengalirkan cairan pada dua sisi, dimana salah satu sisinya mengarah kekiri atau kekanan dan aliran yang lain tetap lurus. Untuk nilai tahanan pada sambungan tee dapat dilihat pada tabel. Ta,el. 8 n$la$ tahanan " (a&a sam,ungan T
43
5. "eh$langan Tekanan (a&a Ujung P$(a ugi tekanan pada ujung keluar pipa ke tangki penampungan dapat
ditentukan dengan persamaan berikut8
:.3.2. %r$ks$ Ma9-r
-riksi (ayor adalah rugi yang terjadi akibat adanya gesekan aliran fluida dengan dinding pipa. &apat dihitung dengan persamaan &arcy'*eisbach sebagai berikut8
&imana 8 hf > tinggi hilang akibat gesekan #m$ f > faktor gesekan B > panjang pipa#m$ & > diameter pipa #m$ ? > kecepatan aliran #m@s$
44
5 > percepatan graitasi #:,6+ m@s$ &iantara faktor'faktor diatas, faktor gesek f merupakan salah satu faktor yang sulit penentuannya. esulitan ini karena faktor gesekan f juga sangat tergantung pada kondisi aliran di dalam pipa. Untuk mengetahui nilai f dapat dipergunakan diagram (oody. -aktor gesek f merupakan fungsi dari bilangan eynold dan kekasaran relatif#e@&$.
e
" ;;; adalah aliran laminar
e
# 1;;; adalah aliran turbulen
&imana 8 ρ=¿ massa jenis fluida #kg@m0$
?> kecepatan aliran #m@s$ &> diameter pipa #m$ > iskositas kinematik #m@s$ μ=¿ iskositas dinamik #F.s@m$ e > bilangan eynold -aktor gesekan f untuk di dinding pipa selain menggunakan diagram (oody, facktor gesekan f dapat juga diperoleh dengan menggunakan persamaan 8 Untuk aliran laminar menggunakan persamaan 8
45
Untuk aliran turbulen menggunakan persamaan )lasius, yaitu8
Filai kekasaran relatie #e@&$ pada tiap'tiap bahan pipa dapat dilihat pada tabel berikut ini
Ta,el.: N$la$ kekasaran relat$e ,ahan k )eD*
46
47
BAB I PENUTUP
/.1.
"es$m(ulan
-luida dapat bagi menjadi bagian, yaitu 8 -luida Statis, dimana fluida ini berada dalam fase tidak bergerak #diam$, sedangkan -luida dinamis merupakan fluida #bisa berupa zat cair, gas$ yang bergerak. !da 0 tipe aliran fluida didalam pipa, yaitu 8 aliran laminer, aliran turbulen, dan aliran transisi. )erdasarkan salurannya, aliran fluida dibagi menjadi , yaitu 8 aliran terbuka dan aliran tertutup. Persamaan yang terkait dengan aliran fluida didalam pipa yaitu, persamaan
kontinyuitas
#D>!.$
dan
persamaan
)ernouli
Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain. Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas 8 pipa, sambungan'sambungan # fitting), dan peralatan pipa lainnya. &isamping itu aliran fluida didalam pipa akan terjadi friksi atau gesekan antara fluida dan dinding pipa. Sehingga secara teoritis panjang pipa masuk sangat berpengaruh pada timbulnya kerugian, kondisi ini dikarenakan aliran yang keluar mengalami turbulensi yang cepat sehingga aliran mengalami penurunan tekanan yang drastis. Turbulensi ini pada umumnya akan terjadi pada saat aliran fluida mele*ati pipa dengan pembesaran mendadak.
/.2.
!aran
&alam penyusunan makalah ini penulis menyadari ada banyak kekurangan.Untuk itu saran dan bimbingan sangat diperlukan untuk menyempurnakan makalah ini.
48
