BAB I PIPA DAN PERPIPAAN
1.1.
SEJARAH PERPIPAAN
PIPA, PIPA, Sebuah barang sederhana yang mungkin mungkin telah kita temui sejak jaman masih jauh dibelakang. Untuk mengisi bak air, menyiram bunga, atau apalah. Ya benar, pipa adalah semacam selongsong selongsong bundar bundar yang digunakan digunakan untuk mengalirkan mengalirkan sesuatu, biasanya biasanya berupa berupa fluida, dari satu tempat ke tempat lain. Tahukah kalian baha pipa, dalam perkembangan modifikasinya dan tetap dalam prinsip kerja yang sama dengan pipa penyiram bunga kita, adalah salah satu urat nadi bagi beberapa bidang industri. Saat masih kuliah, sambil lalu salah satu dosenku berkata baha tidak kurang dari !" # instalasi industri teknik adalah pipa. Itu kini kutemui dalam dunia kerja. $alam sejarah dunia, kemampuan menginstalasi pipa sudah ada ribuan tahun silam. Aal mula mulany nya, a, siste sistem m perpi perpipa paan an digu diguna naka kan n untu untuk k kepe keperlu rluan an iriga irigasi si perta pertani nian an oleh oleh masyarakat di china pada tahun %"""&'""" tahun sebelum masehi. Pakistan dan bagian utara india india yang yang dahu dahulu lu dike dikena nall deng dengan an nama nama indus indus valley valley juga juga sudah termasyur keahlian penduduknya dalam merangkai sistem perpipaan pada tahun '!"" sebelum masehi. Saat itu mereka mereka masih masih menggu menggunak nakan an bambu bambu atau atau kayu. kayu. (esir (esir juga juga tercatat tercatat dalam dalam sejarah sejarah saat penduduknya berhasil mengalirkan air dari sungai nil untuk mengairi lahan pertanian mereka. Sampai hari inipun, tradisi macam ini masih mudah kita temui pada sistem irigasi di pedesaan. Pada tahun )!" setelah masehi, roma menarik pada jaman itu adalah setelah berhasil membangun jaringan perpipaan untuk rumah&rumah mereka dan membuat air mancur di tengah kota.
Irigasi bambu (kompas.com)
Teknologi berkembang pesat, tantangan kebutuhan perpipaan pun makin beragam. (isalnya adalah pemuaian material pipa, yang mulai menggunakan bahan perak, saat dialiri air bertemperatur tinggi. Pada tahun )*'+ muncul sebuah metode analisa pipa yang ditulis oleh oleh A.(. .(. ahl dan dan . -og -ogard ard yang yang berju berjudu dull "Sres "Sresses ses and Reacti Reaction on in Expans Expansion ion Pipe" dan"Deformation dan"Deformation of Plain Pipe Bends" yang yang kemudian ditulis dalam buku yang kini menjadi salah satu panduan desain perpipaan, "Design of Piping systems" .
Pada tahun )*%/, 0.-. Tingey memperkenalkan istilah virtual center of gravity or elastic center dalam dalam tulisannya yang berjudul "!etod of #alculation $ermal Expansion Stres Stresses ses in Piping Piping" " . 1alu 1alu pada pada tahu tahun n )*/! )*/! dike dikena nalk lkan an meto metode de grap grapho hoan anali ality tycal cal oleh oleh S.2rocker S.2rocker dan A.(c2uthan A.(c2uthan dalam buku Piping -andbook terbitan (c3ra&-ill 4ook 2o, 5e York. York.
4erbicara tentang pipa di industri tak akan lepas dari AS(6 (%merican Society of !ecanical Engineering). Engineering). AS(6 adalah salah satu organisasi yang terkemuka di dunia, yang mengembangkan dan menerbitkan kode dan standar, semacam aturan main dalam pemakaian material di dunia dunia industri, industri, termasuk pipa. Saat ini sistem perpipaan bukan lagi barang baru, terutama bagi dunia industri teknik. 0ibuan perusahaan dengan engineer&engineer mereka pasti berupaya membuat sistem perpipaan yang paling efektif bagi bisnis mereka. 4ukan hanya dari sisi ekonomi, namun juga keamanan dan keindahan instalasinya. (engalirkan minyak minyak,, membua membuang ng limbah limbah,, mengur menguras as lubang lubang&lub &lubang ang tamban tambang, g, mengal mengalirk irkaan aan air untuk untuk sistem pendinginan mesin, dan masih banyak lagi macamnya.
2.2. PIPA
Pipa adalah benda berbentuk lubang silinder dengan lubang di tengahnya yang terbuat dari dari logam logam maupun maupun bahan& bahan&bah bahan an lain sebaga sebagaii sarana sarana pengal pengaliran iran atau atau transpo transportas rtasii fluida fluida
Teknologi berkembang pesat, tantangan kebutuhan perpipaan pun makin beragam. (isalnya adalah pemuaian material pipa, yang mulai menggunakan bahan perak, saat dialiri air bertemperatur tinggi. Pada tahun )*'+ muncul sebuah metode analisa pipa yang ditulis oleh oleh A.(. .(. ahl dan dan . -og -ogard ard yang yang berju berjudu dull "Sres "Sresses ses and Reacti Reaction on in Expans Expansion ion Pipe" dan"Deformation dan"Deformation of Plain Pipe Bends" yang yang kemudian ditulis dalam buku yang kini menjadi salah satu panduan desain perpipaan, "Design of Piping systems" .
Pada tahun )*%/, 0.-. Tingey memperkenalkan istilah virtual center of gravity or elastic center dalam dalam tulisannya yang berjudul "!etod of #alculation $ermal Expansion Stres Stresses ses in Piping Piping" " . 1alu 1alu pada pada tahu tahun n )*/! )*/! dike dikena nalk lkan an meto metode de grap grapho hoan anali ality tycal cal oleh oleh S.2rocker S.2rocker dan A.(c2uthan A.(c2uthan dalam buku Piping -andbook terbitan (c3ra&-ill 4ook 2o, 5e York. York.
4erbicara tentang pipa di industri tak akan lepas dari AS(6 (%merican Society of !ecanical Engineering). Engineering). AS(6 adalah salah satu organisasi yang terkemuka di dunia, yang mengembangkan dan menerbitkan kode dan standar, semacam aturan main dalam pemakaian material di dunia dunia industri, industri, termasuk pipa. Saat ini sistem perpipaan bukan lagi barang baru, terutama bagi dunia industri teknik. 0ibuan perusahaan dengan engineer&engineer mereka pasti berupaya membuat sistem perpipaan yang paling efektif bagi bisnis mereka. 4ukan hanya dari sisi ekonomi, namun juga keamanan dan keindahan instalasinya. (engalirkan minyak minyak,, membua membuang ng limbah limbah,, mengur menguras as lubang lubang&lub &lubang ang tamban tambang, g, mengal mengalirk irkaan aan air untuk untuk sistem pendinginan mesin, dan masih banyak lagi macamnya.
2.2. PIPA
Pipa adalah benda berbentuk lubang silinder dengan lubang di tengahnya yang terbuat dari dari logam logam maupun maupun bahan& bahan&bah bahan an lain sebaga sebagaii sarana sarana pengal pengaliran iran atau atau transpo transportas rtasii fluida fluida
berbentuk cair,gas maupun udara. udara. 7luida yang mengalir ini memiliki temperature dan tekanan yang berbeda&beda. Pipa biasanya ditentukan berdasarkan nominalnya sedangkan 8TU469 adalah salah satu jenis pipa yang ditetapkan berdasarkan diameter luarnya. 4erdasarkan :at yang dialirkan,jenis pipa dapat diklasifikasikan,yaitu; ). Pipa Air '. Pipa (inyak %. Pipa 3as /. Pipa Uap !. Pipa Udara <. Pipa 1umpur =. Pipa $rainase dan lain&lain 2.2.1. Proses Pembuatan Pipa
4erdasarkan cara pembuatannya secara umum kita mengenal % jenis pipa besi yaitu ; ). Pipa Baja Seamless >pembuatan pipa tanpa pengelasan? yaitu dibentuk dengan menusuk batang besi silinder untuk menghasilkan lubang pada diameter dalam pipa
Pipa Baja Baja Welded lded >pem '. Pipa >pembu buata atan n pipa pipa deng dengan an peng pengela elasan san?? yait yaitu u dibe dibent ntuk uk deng dengan an
pelengkungan plat baja hingga ujung sisinya saling bertemu untuk kemudian dilakukan pengelasan.
%. Pipa Besi Dutile yaitu dibentuk dengan cara casting sentrifugal logam campuran panas
Sedang Sedangkan kan dilihat dilihat dari dari struktu strukturr bahan bahan baku baku yang yang diguna digunakan kan secara secara umum umum kita mengenal jenis&jenis pipa sebagai berikut ; ). Pipa 2arbon Steel '. Pipa 2arbon (oly %. Pipa Steinless Steel /. Pipa $uple@ >biasa digunakan di proyek migas? !. Pipa 3alanis <. Pipa 7erro 5ikel =. Pipa 2hrom (oly +. Pipa P2 *. Pipa -$P6 >-igh $ensity Poly6thylene? Selain itu ada juga jenis pipa dari bahan khusus antara lain ; ). Pipa ibre 3lass '. Pipa Aluminium %. Pipa rought Iron >besi tanpa tempa? /. Pipa 2ooper >tembaga? !. Pipa 5ickel 2ooper >timah tembaga? <. Pipa 5ickel 2hrom Iron B inconnel >besi timah chrom? =. Pipa 0ed 4rass >kuningan merah? 2.2.2. !e"unaan Pipa
#un"si pipa yaitu sebagai sarana untuk menyalurkan bahan fluida cair,gas maupun
uap dari suatu tempat ke tempat tertentu dengan mempertimbangkan efek,temperature dan tekanan fluida yang dialirkan,lokasi serta pengaruh lingkungan sekitar. Selain fungsi di atas jenis pipa tertentu bisa juga digunakan sebagai konstruksi bangunan gedung,gudang dan lain& lain. $alam dunia industri fungsi pipa bisa kita lihat di baah ini ; ). Perpipaan untuk pembangkit tenaga '. Perpipaan untuk industri bahan migas %. Perpipaan untuk penyulingan minyak mentah /. Perpipaan untuk pengangkutan minyak !. Perpipaan untuk proses pendinginan <. Perpipaan untuk tenaga nuklir =. Perpipaan untuk distribusi dan transmisi gas dan lain&lain
2.1.$ !omponen%&omponen Perpipaan
$alam sebuah proyek instalasi perpipaan baik migas maupun non migas kita melihat ada komppo kompponen nen lain yang yang selalu selalu berhub berhubun ungan gan dan menemp menempel el pada pada pipa. pipa. Compon Componen& en& komponen tersebut adalah ; ). 7langes & alat penggabung ke komponen lain '. 7ittings & sambungan sa mbungan pipa %. ales & katup
/. Strainger & saringan !. 4land <. 4oltings & baut <. 3asket =. Special Items +. $an lain&lain
2.$ PIPE AND '(BE 2.$.1. PIPE
4erdasarkan klasifikasi pengguna >user?, pipa dapat dikelompokkan menjadi <, ). Standard pipe (echanical seruice pipe Untuk kepentingan structural dan mekanikal. 4erdasarkan ketebalan dinding, dibagi menjadi % kelas, yaitu standard eight, e@tra strong, double e@tra strong. Ada dalam bentuk seamless dan elded. 4erdiameter sampai )' in, D$. 0efrigeration pipe untuk membaa refrigerant, 4erdiameter %BE & 'in. $ry&kiln pipe $igunakan di industri kayu. '. Pressure pipe $igunakan untuk membaa fluida atau gas pada tekanan atau temperature normal, sub:eroB atau tinggi. 4erukuran 1l+ in. nominal si:e sampai %< in. actual D$ dengan berbagai ketebalan dinding. %. 1ine Pipe $ihasilkan dalam bentuk elded dan seamless 4erukuran )B+ in. nominal D$ sampai %< in. actual D$. $igunakan untuk membaa gas, minyak atau air. /. ater&ell pipe $iproduksi dalam bentuk elded atau seamFess dengan bahan steel. $igunakan untuk membaa air untuk digunakan diperkotaan maupun industri. 4erukuran )B+ & *< in. dengan berbagai ketebalan dinding.
!. Dil country goods 2asing digunakan sebagai structural retainer untuk dinding sumur minyak atau gas dan juga untgk mengeluarkan fluida yang tidak diinginkan, dan untuk melindungi dan mengalirkan minyak atau gas dari sumber di baah permukaan menuju permukaan tanah. 2asing dihasilkan dalam ukuran / )B' & '" in . D$. Ukuran Standar Pipa, $iameter 1G in. dan kurang dari 1' in. memiliki nomin si:e yang menyatakan mendekati diameter dalam dari pipa standar. $iameter luar nominal sudah standar dengan mengabaikan berat. Penambahan ketebal dinding berarti akan memperkecil diameter dalam. Standarisasi pipa diatas )' in. beralasarkan pada diameter luar actual, ketebalan dindi,rg, dan berat per ft.
P06SSU06 TU4I53 Aplikasi ; melibatkan penggunaan panas eksternal, seperti pada boiler atau superheater. 4iasanya terbuat dari steel yang dihasilkan dari proses open&hearth, basic o@ygen, atau electric furnace.
(62-A5I2A1 TU4I53 $iklasifikasikan berdasarkan metode manufaktur. & Seamless Tube 4erukuran ". 1+= in&)",=! in D$ & elded Tube
Pemili)an ba)an *
Pemilihan bahan perpipaan haruslah disesuaikan dengan pembuatan teknik perpipaan dan hal ini dapat dilihat pada AST( serta A5SI dalam pembagian sebagai berikut; )? '? %? /? !?
Perpipaan untuk pembangkit tenaga Perpipaan untuk industri bahan migas Perpipaan untuk penyulingan minyak mentah Perpipaan untuk pengangkutan minyak Perpipaan untuk proses pendinginan Perpipaan untuk tenaga nuklir Perpipaan untuk distribusi dan transmisi gas
Selain dari penggunaan instalasi atau konstruksi seperti diterangkan diatas perlu pula diketahui Henis aliran temperatur, sifat korosi, 7aktor gaya serta kebutuhan lainnya dari aliran serta pipanya. +aam Sambun"an Perpipaan *
Sambungan perpipaan dapat dikelompokkan sebagai berikut ; )? Sambungan dengan menggunakan pengelasan '? Sambungan dengan menggunakan ulir Selain sambungan seperti diatas terdapat pula penyambungan khusus dengan menggunakan pengeleman >perekatan? serta pengkleman >untuk pipa plsatik dan pipa ibre glass?. Pada pengilangan umumnya pipa bertekanan rendah dan pipa dibaah ' sajalah yg menggunakan sambungan ulir.
'ipe sambun"an aban"; Tipe sambungan cabang >branch connection?dapat dikelompokkan sbb; )? Sambungan langsung >stub in? '? Sambungan dengan menggunakan fittings >alat penyambung? %? Sambungan dengan menggunakan flanges >flens&flens? Tipe sambungan cabang dapat pula ditentukan pada spesifikasi yg telah dibuat sebelum mendesain atau dapat pula dihitung berdasarkan perhitungan kekuatan, kebutuhan, dengan tidak melupakan faktor efektifitasnya. Sambungan cabang itu sendiri merupakan sambungan antara pipa dengan pipa, misal sambungan antara header dengan cabang yg lain apakah memerlukan alat bantu penyambung lainnya atau dapat dihubungkan secara langsung, hal ini tergantung kebutuhan serta perhitungan kekuatan. Diameter, !etebalan, S)edule *
Spesifikasi umum dapat dilihat pada AST( >American Society of Testing (aterials?.$imana disitu diterangkan mengenai $iameter, Cetebalan serta schedule pipa. $iameter 1uar >Dutside $iameter?, ditetapkan sama alaupun ketebalan >thickness?berbeda untuk tiap schedule. $iameter dalam >Inside $iameter?, ditetapkan berbeda untuk setiap schedule. $iameter 5ominal adalah diameter pipa yg dipilih untuk pemasangan ataupun perdagangan >commodity?. Cetebalan dan schedule, sangatlah berhubungan, hal ini karena ketebalan pipa tergantung daripada schedule pipa itu sendiri. Schedule pipa ini dapat dikelompokkan sebagai berikut ;
)? '? %? /? !?
Schedule !, )" , '", %", /", <", +", )"", )'", )<". Schedule standard Schedule 6@tra strong >JS? Schedule double 6@tra Strong >JJS? Schedule special Perbedaan&perbedaan schedule ini dibuat guna ;
)? '? %? /?
(enahan internal pressure dari aliran Cekuatan dari material itu sendiri >Strength of material? (engatasi karat (engatasi kegetasan pipa. Untuk melihat ukuran diameter, ketebalan, dan schedule dapat dipelajari tabel&tabel
Alat&alat khusus. Alat&alat khusus dalam bab ini hanya membicarakan mengenai saringan >strainer? dan alat perangkap uap >steam Trap?. Saringan >strainer? Saringan >strainer? gunanya adalah sebagai alat penyaring kotoran baik yg berupa padat, cair atau gas. Alat penyaring ini digunakan pada jalur pipa guna menyaring kotoran pada aliran sehingga aliaran yg akan diproses atau hasil proses lebih baik mutunya. Tipe&tipe alat penyaring ini dapat dibagi menjadi ; a. Tipe T. Tipe ini digunakan secara umum untuk memperluas ruang dan meredusir tekanan b. c. d. e.
pada jalur pipa Tipe Y Tipe sementara Tipe datar Perangkap Uap >steam Trap?;
Steam Trap merupakan alat yg digunakan untuk menyingkirkan air dari uap, dimana air ini tidak ada gunaya bahkan akan memberikan hambatan pada aliran uap atau dapat menimbulkan kerugian lainnya. Perangkap uap ini ditempatkan pada tempat terendah dari suatu jalur perpipaan atau dipasang pada kantung pipa yg disebut $rip 1eg. 2ara Cerja;
Steam Trap pada daerah jalur pipa yg terendah dimana disitu dianggap air mungkin telah
menggantungkan pada kantung pipa >$rip 1eg? Steam trap ini akan mengosongkan air ke sistem uap yg mempunyai tekanan lebih rendah Sistem perangkap yg tertutup didalam pengosongan air menggunakan katup&katup pada sisi perangkap tersebut.
3unakan saringan seandainya sistem perangkap ini belum menggunakannya. Pasang katup uji untuk pembuangannya selama pengetesan aliran >start up?. -EN' dan DRAIN
ent adalah suatu alat pembuangan gas, udara atau uap air. sedangkan drain adalah suatu alat pembuangan :at cair. Pada sistem pembuangan yg terdapat pada pipa atau eKuipment, ent dan $rain dalam cara kerjanya dapat dibagi dua bagian yaitu ; bekerja dan tidak bekerja. Untuk ent dan $rain yg dikelompokkan bekerja, dimaksudkan baha peralatan ini digunakan pada pipa atau eKuipment dalam keadaan bekerja dalam jangka aktu lama atau terus menerus. ent dan $rain dikelompokkan tidak bekerja hanya digunakan pada aktu tertentu saja, misalnya pada saat pengetesan, start up atau shut don. Untuk ent dan $rain pemasangannya haruslah disetujui piping engineering group terlebih dahulu, baik mengenai pemakaiannya maupun penempatannya. Selain itu harus pula diperhatikan pemasangan sumbat pada katupnya seperti plug atau blind flange. Untuk hal yg khusus yaitu aliran yg mempunyai tingkat bahaya tinggi, penempatannya dan penggunaannya harus benar&benar diperhitungkan serta dikontrol pelaksanaannya. ara Penempatan /o&asi -ent dan Drain
Penempatan
ent
dan
drain
haruslah
benar&benar
diperhitungkan
sehingga
penggunaannya benar&benar efektif serta aman. Hangan sampai pemasangan ent dan drain ini terbalik, akan hal ini akan berakibat fatal, misalnya untuk aliran beracun atau mudah terbakar. Penempatan ent pada pipa atau eKuipment diusahakan pada tempat yg paling tinggi karena fungsinya sebagai pembuangan ke udara. 4egitu pula pada penempatan drain haruslah pada tempat yg rendah sesuai fungsinya sebagai pembuangan cairan atau pembersihan cairan serta pembuangan kotoran pada jalur pipa atau eKuipment. 2.0. SIS'E+ PERPIPAAN DAN DE'AI/
Pada dasarnya sistem pipa dan detail untuk setiap industri atau pengilangan tidaklah jauh berbeda, perbedaan&perbedaan mungkin terjadi hanya pada kondisi khusus atau batasan tertentu yg diminta pada setiap proyek. Pabrikasi pipa dapat dilakukan pada bengkel&bengkel di lapangan atau pada suatu pembuatan pipa khusus di suatu tempat lalu dikirim kelapangan, baik melalui transportasi laut atau darat, sehingga dilapangan hanya merupakan
penyambungan saja. -al ini menguntungkan dari segi aktu, ongkos kerja dan pekerjaan dilapangan. Pemilihan keputusan untuk pabrikasi pipa di suatu bengkel dilapangan atau di suatu tempat di luar lapangan bahkan dinegara lain, memerlukan perhitungan teknis dan ekonomis secara cermat. Pemasangan pekerjaan perpipaan dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian sbb; )? Pipa diatas tanah '? Pipa dibaah tanah %? Pipa dibaah air > didalam air? PE+ASANAN PIPA DI A'AS 'ANAH
Pemasangan ini dapat dilakukan pada rak pipa >pipe 0ack?, diatas penyangga penyangga pipa, atau diatas dudukan pipa >sleeper?. Pada pemasangan pipa diatas tanah ini dapat pula dimasukkan pipa peralatan >eKuipment? yaitu yg meliputi pipa kolom dan esel, pipa e@changer, pipa pompa dan turbin, pipa kompressor dan pipa utilitas. berikut akan dijelaskan sebagai berikut ; Pipa Colom dan esel pipa yg akan dipasang pada kolom dan esel harus ditempatkan secara radial disekitar kolom di bagian jalur pipa, jalan orang, platform dibagian access. Untuk pipa )+ keatas bisa langsung dilas ke esel, kecuali pertimbangan pemeliharaan dan akan digunakan sambungan flange. Sambungan dalam skirt tidak boleh ditempatkan katup atau flange. Penggunaan ent atmosferis berkatup dan bertudung harus disediakan pada tempat lokasi titik tertinggi dari essel atau jalur pipa diatasnya, sedangkan drain dipasang pada
tempat
lokasi
terendah
yg
akan
ditentukan
oleh
PLI$.
Catup pelepas tekanan yg membuang kedalam sistem blodon tertutup harus ditinggikan guna memungkinkan bagian pengeluaran pengaliran sendiri ke dalam sistem blodon. Catup pelepas tekanan yg membuang uap ke udara bebas harus dilengkapi dengan pipa paling sedikit tiga meter diatas setiap platform dalam radius =.! meter, juga disediakan lubang pembuangan yg besarnya < mm>)B/? dibaah pipa guna mencegah akumulasi cairan.
Pipa E)an"er
Pemasangan pipa pada e@hcanger tidak boleh dipasang diatas daerah&daerah kanal, tutup shell dan fasilitas fasilitas lain yg telah terpasang pada e@changer atau handling yg suka digunakan. 0uang&ruang bebas untuk pemasangan flange e@changer harus disediakan. Spool
dipasang diluar no::le kapal guna memungkinkan pemindahan bundel pipa e@changer. Pipa Pompa $an Turbin. Pipa suction atau pipa yg mengalirkan aliran disebut juga pipa hisap harus diatur sedemikian rupa guna mencegah penurunan tekanan dan kantung uap yg dapat pula menimbulkan kaitasi pada impeler. Apabila perubahan ukuran diperlukan untuk mempercepat atau memperlambat aliran, maka reduser eksentris harus dipakai bilaman kantung tanpa ent tak dapat dihindari. Pemasangan pipa pada pompa dan turbin harus diatur sedemikian rupa, sehingga mudah untuk peraatan dan perbaikan. -al ini penting untuk mencegah pembongkaran besar yg tak perlu pada pemeliharaan dan perbaikan pipa. Saringan permanen dan sementara harus disediakan pada inlet pompa dan turbin. Sedangkan untuk aliran panas dan dingin harus diperhatikan fleksibilitasnya, begitu pula kedudukan& kedudukan penyangga haruslah baik dan dapat mengatasi getaran&getaran yg diakibatkan motor pipa serta aliran. Pipa !ompresor
Pemasangan pipa pada kompresor harus diatur perbaikan dan pemeliharaannya. Sambungan pipa dengan menggunakan flanges lebih diutamakan demi memperlancar jalannya perbaikan dan pemeliharaan. Pipa hisap >suction? dan buang >discharge? harus benar&benar diperhatikan fleksibilitasnya, terutama untuk temperatur rendah atau tinggi atau tekanan tinggi. (asalah getaran termasuk bagian terpenting pada pipa kompresor ini, akibat adanya beban dinamis yg berhubungan dengan kompresor ini. Carena itu masalah penyangga, guide dan anchor juga harus menjadi perhatianbagian perencana teknik.
Pipa (tilitas
Pemasangan pipa utilitas ini harus benar&benar direncanakan sehingga kebutuhan utilitas di proyek dapat terjangkau penggunaanya. Pipa utilitas seperti apa yg lain haruslah direncanakan beroperasi pada temperatur dan tekanan berapa. Perencanaan sub header haruslah dapat memenuhi daerah eKuipment proses atau kelompok peralatan lainnya yg memerlukan jalur utilitas. Sambungan cabang haruslah dibuat dari atas header. Apabila aliran utilitas berupa uap jangan lupa membuat kantung kantung uap pada setiap daerah titik terendah dimana aliran akan mendaki dan diperhitungkan tidak boleh lebih dari /"# tekanannya dalam jarak yg dihitung dalam feet.
#ittin" 7ittings diperlukan untuk mengubah arah baik /!" maupun *"", dan melakukan
percabangan, maupun merubah diameter aliran. Henis&jenis alat penyambung Pada dasarnya alat penyambung ini dikelompokkan dalam dua bagian ; A. Henis sambungan dengan pengelasan ; /! derajat elbo *" derajat elbo )+" derajat elbo 2oncentric reducer >pemerkecil sepusat? 6ccentric reducer > pemerkecil tak sepusat? Tee 2ross >silang? 2ap >tutup? 0ed Tee >pemerkecil tee? Sage concentric 4S6 >seg sepusat ujung beel? Sage eccentric >seg tak sepusat ujung beel? 4. Henis sambungan dengan ulir 4ushing >paking? 2ap >tutup? 2oupling 0ed coupling >kopling pemerkecil? /! derajat elbo *! derajat elbo /! derajat lateral 0educer >pemerkecil? Tee 0ed Tee 2ross >silang? Plug >sumbat? Union Sage concentric >seg sepusat? Sage eccentric >seg tak sepusat? Ada beberapa ara pen3ambun"an 4ittin"s, 3aitu*
)? 4utt&eld >4? $igunakan pada secara luas untuk proses, keperluan umum, dsb. 2ocok untuk pipa dan fitting berukuran besar, dengan reliabilitas yang tinggi >leak&proof?. Prosedur fabrikasinya adalah dengan menyatukan masing&masing ujung sambungan >beel?, diluruskan >align?, tack&eld, lalu las kontinu. 4eberapa contoh fitting yang menggunakan 4 antara lain;
&
4 Tee, dipakai untuk membuat percabangan *"" dari pipa utama. 2abang dapat
&
berukuran lebih kecil >reduced tee? atau sama dengan pipa utama >eKual tee? Stub&in digunakan untuk membuat cabang langsung ke pipa utama. 2abang berukuran
& & &
lebih kecil. eldolet digunakan untuk membuat percabangan *"" pada pipa utama. 6lbolet digunakan untuk membuat percabangan tangensial pada suatu elbo. Seepolet digunakan untuk membuat percabangan *"". Umumnya dipakai pada pipa
transmisi dan distribusi >pipe line system? '? Socket&eld >S? S digunakan untuk ukuran kecil. Ujung pipa dibuat rata, lalu didorong masuk ke dalam fitting, ale atau flange. $ibandingkan dengan 4, S memiliki kelebihan dalam hal penyambungan dan pelurusan yang lebih mudah, terutama untuk ukuran kecil. Tetapi, adanya sisa jarak )B)< in antara pertemuan ujung pipa dan fittings, ale, atau flange dapat menyebabkan kantung cairan. Penggunaan S juga dilarang per AS(6 4%).)."& )*<= jika terdapat erosi atau korosi cresie. 4eberapa contoh S fittings; & 7ul&coupling untuk menyambung pipa ke pipa & Sage 5ipples >Plain 4oth 6ndsBP46? digunakan untuk menyambung S item ke & & &
4 pipa atau fitting berukuran lebih besar S 6lbo digunakan untuk menghasilkan perubahan arah *"" atau /!". 5ipolet digunakan untuk sambungan ke ale berukuran kecil. S Tee dipakai untuk membuat percabangan *"" dari pipa utama. 2abang dapat
&
berukuran lebih kecil >reduced tee? atau sama dengan pipa utama >eKual tee? Sockolet digunakan untuk membuat percabangan *"" pada pipa utama.
&
S elbolet digunakan untuk membuat percabangan tangensial pada suatu elbo
%? Screed Seperti S, screed piping digunakan untuk pipa berukuran kecil. Umumnya tidak dipakai untuk proses, meskipun mungkin pressure&temperature ratingnya memenuhi. S dan screed fitting umumnya berkelas '""", %""", dan <""" PSI. /? Muick 2onnector and 2ouplings $igunakan baik untuk koneksi permanen atau sementara, tergantung pada kondisi seris, dan jenis sambungan. 4iasanya cocok dipakai pada saat perbaikan jalur, dan modifikasi proses. -al5e 6!lep, !atup7
ale atau sering disini disebut sebagai katup >terjemahan resmi mungkin? juga disebut Clep >terjemahan 4engkel? adalah piranti yang berfungsi mengatur aliran suatu fluida >baik berupa gas, cair, padatan atau mi@ed sekalian?. 4iasanya ale terpasang dengan istem perpipaan karena di sistem perpipaan itulah fluida mengalir. (enurut fungsinya, ale dapat dibedakan menjadi ;
Stop ales ; buka&tutup aliran.
2ontoh ; globe ale, gate ale, ball ale, butterfly ale 0egulating ales ; mengatur laju, debit dan tekanan aliran 2ontoh ; non return ale, pressure reducing ale Safety ales ; mengatur tekanan >jika berlebih maupun kekurangan?. 4iasanya hal ini terkait dengan nilai ambang tekanan maksimum atau minimum pada sistem. 2ontoh ; relief ale, back pressure ale
#un"si 5al5e *
a? Untuk menutup dan membuka aliran. Syarat ; ketika terbuka, memiliki hambatan aliran dan pressure loss yang minimum. 2ontoh ; 3ate, plug, ball, atau buttenfly ale. b? Untuk mengatur aliran. $engan memberikan tahanan terhadap aliran baik denganperubahan arah atau dengan menggunakan suatu harnbatan, atau kombinasi keduanya. 2ontoh ; 3lobe, angle, needle, dnd butterfly ale c? Untuk mencegah aliran balik >4ack&7lo?. 4iasanya menggunakan check ale >lift check dan sing check? , ale Ini tetap terbuka oleh aliran fluida, dan akan tertutup oleh graitasi atau adanya aliran yang berlaanan arah. d? Untuk mengatur tekanan. $alam beberapa aplikasi, tekanan yang masuk atau line pressure harus dikurangi untuk rnencapai tekanan serice yang diinginkan 4iasanya menggunakan pressure&reducing ale atau regulator. e? Untuk pressure relief. 0elief ale digunakan jika adanya tekanan yang berlebihan dalam sistem akan menyebabkan kerusakan atau kegagalan. Safety ale pada umunya menggunakan per >spring& loaded?. ale akan membuka jika tekanan melebihi batas yang sudah ditentukan. Henis khusus safety ale menggunaka n rupture disk yang akan hancur jika tekanannya melebihi batas tekanan disk. Jenis 8Jenis 5al5es
31D46 ales
-anya digunakan sbg stop ale, biasanya digunakan untuk tekanan yg sangat tinggi. 4uka tutup katup dilakukan dengan memutar roda engkol >untuk tipe manual?.
3AT6 ales 3ate ale digunakan untuk membuka dan menutup aliran dan tidak digunakan untuk tekanan tinggi serta memberikan pressure drop yg lebih rendah. Selain itu 3ate ales juga dapat difungsikan untuk mengontrol tekanan dan debit aliran. 0elatie lebih murah daripada 3lobe ale. $isebut gate karena ada kayak gerbang yg naik turun.
4A11 ales -anya digunakan sebagai stop ale untuk tekanan rendah saja. (emberikan pressure drop yang lebih rendah namun tidak dapat digunakan untuk mengatur tekanan dan kapasitas aliran.
4UTT6071Y ales -anya digunakan sebagai stop ale untuk tekanan rendah saja. (emberikan pressure drop yang paling rendah >dibanding kaan'&nya sesama stop ale? dan tidak dapat digunakan untuk mengatur tekanan dan kapasitas aliran.
5D5 06TU05 ales $isebut juga check ale. ale jenis ini digunakan pada tekanan rendah. Terdapat dua tipe check ale yaitu lift check ale dan sing check ale. 2heck ale didesain untuk mencegal, terjadinya aliran balik. Henis&jenis check ale, yaitu; lift check, sing check, dan ball check. Yang paling banyak digunakan adalah sing check, 1ift atau poppet atau piston check sering digunakan pada pipeline ertikal. 3aya graitasi menggerakkan salah satu bagian dalam memfungsikan check ale dan posisi ale harus selalu diperhitungkan. 1Nft dan ball check harus dipasang sedemikian rupa sehingga arah lift ertical Sing check ditempatkan untuk memastikan flappe selalu tertutup dengan bebas dengan gaya graitasi. 1ift check digunakan untuk tekanan tinggi dengan kecepatan aliran yang tinggi.
SA76TY ales $isebut juga 0elief ale, biasanya safety ale ini bias diatur seberapa batasan tekanan yang dapat terjadi >disesuaikan dengan keinginan?. safety ale digunakan untuk mencegah terjadinya oerpressure pada sisterm proses dan piping dan mencegah terjadinya >erusakan pada peralatan dan piping. Ada dua jenis safety ale, yaitu relief ale dan pop ale. Cedua jenis ale ini membuka secara cepat. 0elief ale terutama
digunakan untuk membebaska tekanan berlebih pada liKuid serice. Pop ale digunakan pada aplikasi tekanan tinggi >balanced type?. Cedua ale ini sebaiknya tidak dipakai jika ; & 7luida bersifat korosif pada komponen ale & (elibatkan back&pressure & (emerlukan piping pengeluaran ke remote location & (elibatkan pressure contol atau
bypass
ale
Henis khusus dari pressure relief deice adalah menggunakan rupture disk. $isk didesain akan hancur dengan sendirinya pada tekanan tertentu yang sudah ditetapkan sebelumnya. ale jenis ini memiliki sangat menguntungkan jika harus segera melepaskan sejumlah besar gas atau liKuid clalam aktu yang singkat.
566$16 ale >katup jarum? 4iasanya digunakan untuk instrument, gage, dan meter line serice. ale ini dapat digunakan untuk throttling dengan sangat akurat dan juga dapat digunakan pada tekanan danBatau temperatur tinggi.
$IAP-0A3(A ale >katup diaphragma? 7ungsi untuk membuka L menutup dengan diaphragma. Celebihan ale ini dibandingkan dengan jenis ale yang lain adalah menghasilkan aliran tanpa riak >tenangBsmooth? dan fluida mengalir tanpa tahanan. ale ini sangat baik untuk flo control dan penutupan aliran yang sangat rapat, meskipun di dalam pipeline terkandung suspended solid, ale ini dapat digunakan untuk berbagai aplikasi secaraluar biasa >e@traordinarily? karena fleksibilitas pemasangan dan banyak pilihan material untuk body lining, dan diaphragm. $iaphragm ale biasanya digunakan di berbagai industri untuk mengatasi masalah korosi, abrasi, kontamina penyumbatan, kebocoran, dan ale maintenance. ale ini cocok untuk fluida korosif, iscous materials, ibrous slurries, sludges, solids in suspension, minuman makanan semifluida, air, gas, dan udara bertekanan. Untuk aplikasi pada fluida yang korosif, diaphragm ale terbuat dari stainless steel atau plastik P2, atau dilapis dengan glass, rubber, lead, plastik, titanium, dll.
#lan"e 6#lens7 Pipa
#lan"es adalah suatu komponen yang digunakan untuk menggabungkan antara dua
element pipa dengan ale atau pipa dengan eKuipment lainnya menjadi satu kesatuan yang utuh dengan menggunakan baut sebagai perekatnya. 7lange untuk pipa memiliki jenis dan ukuran yang berariasi tergantung spesifikasi dan desain pemipaan yang digunakan. #un"si #lan"es adalah sebagai komponen sambungan perpipaan untuk memudahkan
pekerjaan,peraatan,perbaikan ataupun untuk penggantian eKuipment lain tanpa merusak komponen yang bersangkutan. Jenis%jenis #lan"e Pipa
Henis&jenis flange pipa bisa dibedakan,antara lain; )? Henis flange berdasarkan ukuran >dimensi? A5SI,misalnya; A5SIO)!",A5SIO%"",A5SIO<"" dan seterusnya. '? Henis flange berdasarkan scedule,misalnya; sch %",sch /",sch +",sch JS >e@tra strong? dan lain&lain. %? Henis flange berdasarkan tipe face pada pipa,misalnya;type flat face,type raised face dan ring type joint. /? Henis flange berdasarkan bentuknya menurut A5SI. Yang perlu dijelaskan di sini adalah jenis flange berdasarkan bentuknya menurut A5SI,karena ini point utama yang harus diketahui seorang fitter atau pipe fitter.4ukan berarti yang lain tidak penting tapi setelah tahu bentuknya baru kemudian melihat A5SI berapa atau scedule berapa.Untuk jenis flange yang lain akan saya ulas pada posting berikutnya. 4erdasarkan ANSI 6Amerian National Standards Institute7, flange dibedakan jenisnya menjadi ; 1. So&et #lan"es >7lange tipe soket?
Yaitu flange yang pada sisi terluar terdapat tahanan yang menyebabkan pipa yang dimasukkan ke dalamnya tidak tembus keluar.
2. Slip 9n #lan"es >7lange tipe slip on?
$alam slip on, flange hanya masuk sebagain, sisi luar dan dalamnya akan di las. Dleh karena itu diametar inside flange slip on harus lebih besar daripada diameter outside pipa.
$. /ap Joint #lan"es
Yaitu jenis flange yang bisa diputar posisi lubang bautnya. Henis flange ini tidak disarankan untuk pressure yang tinggi.
0. Weldne& #lan"es >7lange tipe eldneck?
7lange jenis ini biasa dan paling banyak digunakan dalam sebuah plant,karena sifatnya mudah untuk disambungkan dengan pipa.Selain dapat digunakan untuk pressure dan temperatur yang rendah,baik juga untuk pressure dan temperature yang tinggi.
:. ')readed #lan"es >7lange tipe Ulir ?
Seperti namanya, jenis flange ini memiliki tipe penyambungan mengunakan ulir. 4iasanya digunakan untuk system yang sangat raan kebakaran kalau mengunakan las.
;. Blind #lan"es
Yaitu flange yang berfungsi untuk menutup aliran, seperti halnya cap dalam fitting. Henis flange ini rata, tidak berlubang karena memang berfungsi untuk menutup.
Selain jenis%jenis 4lan"es di atas,ada ju"a 4lan"es 3an" termasu& jenis &)usus 6speial 4lan"es7 antara lain< 1. 9ri4ie #lan"es Drifice Slip&Dn 7lange Drifice Socket 7lange Drifice Threaded 7lange Drifice eld 5eck 7lange 2. Standard onnetions 1ong eld 5eck 7lange -eay 4arrel 7lange 7ull 4arrel 7lange $. Rin" '3pe Joint #lan"es 0TH 4lind 7lange 0TH Slip&Dn 7lange 0TH Threaded 7lange 0TH eld 5eck 7lange 0. Epander #lan"e :. Reduin" #lan"e ;. Studdin" 9utlet 7lat 4ottom (ount ShellB-ead (ount Tangential (ount =. Weldo4lan"e > Nipo4lan"e ?. 9ri4ie plate >part for orifice flange? @. Spetale blind >part for flange?
Pipe #ittin" Pipe #ittin" >sambungan pipa? adalah sebuah benda yang dipergunakan untuk
menyambung dua buah pipa atau lebih dan bisa berbentuk elbo,tee,reducer dan lain& lain.$alam kesempatan kali ini yang saya bahas adalah mengenai fitting untuk pipa baja. $alam proses menyambung pipa baja menggunakan fitting, tentunya akan di pelajari terlebih dahulu apakah sambungan yang akan dibuat tersebut bersifat tetap dan tidak bisa dibuka atau
sambungan tersebut diinginkan seaktu&aktu dapat dibuka untuk keperluan maintenance atau perbaikan. Dleh karena itulah sambun"an pipa atau 4ittin" ini secara garis besar terbagi menjadi ' jenis, yaitu; 1. Welded omponent elded component yaitu fitting yang disambung pada pipa dengan dengan cara di
las >elding?, sehingga sambungannya menjadi tetap dan tidak dapat dibuka. 7itting
ini
biasa
digunakan
7itting jenis ini terbagi lagi menjadi ', yaitu; a7 Butt elded omponent Yaitu proses pengelasannya langsung
pada
pada
main
butt
dari
line
pipa
dan
pipe.
fitting.
4entuk fittingnya seperti gambar di baah ini;
2. ')readed omponent
Threaded 2omponent yaitu fitting yang disambung pada pipa dengan cara diulir sehingga jika diperlukan suatu saat bisa dilepas. $engan menggunakan fitting jenis ini pipa yang disambung dapat di buka kembali. $an ini memudahkan untuk proses perbaikan atau maintenance. 7itting jenis ini biasa digunakan pada perpipaan mesin,compressor,pipa perhotelan dan lain&lain.4entuk threaded component seperti tampak pada gambar di baah ini ;
+aam%maam Pipe #ittin" 6sambun"an pipa7
BAB II
+E!ANI!A #/(IDA
(ekanika 7luida adalah suatu ilmu yang mempelajari prilaku 7luida 4aik dalam Ceadan diam > Statik ? (aupun 3erak > dinamik ? serta akibat interaksi dengan mediabatas nya > Gat padat atau fluida dengan 1ain ?.seperti kebanyakan di siplin ilmu lainnya, (ekanik fluida mempunyai sejarah panjang dalam pencapaian hasil&hasil pokok hingga menuju area modern seperti sekarang ini.
Pada masa prasejarah, kebudayaan&kebudayaan
kuno sudah memiliki pengetahuan yang cukup untuk memecahkan persoalan&persoalan Aliran tertentu.sebagi contoh perahu layar yang sudah di lengkapi dengan dayung dan sistem pengairan untuk pertanian sudah di kenal pada masa itu.pada abad ketiga sebelum masehi , Archimedes dan -ero dari Iskandariah memperkenal kan -ukum Hajaran genjang untuk penjumlahan ector. Selanjutnya Archimedes > '+!&')' S( ? merumuskan -ukum Apung dan menerapkan pada benda&benda terapung Atau (elayang, dan juga memperkenalkan bentuk kalkulus $ifferensial sebagi bagian analisis 5ya. Sejak pemulaan masehi, sampai jaman 0enaissance terus menerus terjadiperbaikan dalam rancangan sistem&sistem aliran, seperti kapal, saluran, dan talang air. Akan tetapi tidak ada bukti&bukti adanya perbaikan yang mendasar dalam analisis aliran akhir nya 1eonardo $a inci > )/!'&)!)* ? menjabar kan persamaan kekekalan massa dalam aliran tunak satu demensi, 1eonardo $a inci adalah ahli eksperimen ulung dan catatan&catatanya berisi diskripsi yang seksama dengan gelombang, jet atau semburan, loncatan hidraulik, pembentuk pusaran , dan rancangan&rancangan seretan rendah > bergaris aliran ? serta seratan tinggi >parasut ?. 3alileo > )! ) )sempurna ? dan Tampa gesekan, dan para matematikaan abab ke lapan belas seperti; $aniel 4ernoelidan 1eonhrad 6uler > Siss ?, 2lairaut dan $9Alembert >Perancis?, Hoseph&1ouis 1agrange >)=%<&)+)%?, Pierre&Simon 1aplace >)=/*&)+'=?, dan 3erstner
>)=!<&)+%'?,
mengembangkan
ilmu matematika
untuk
mekanika
fluida
>hidrodinamika?, dan banyak menghasilkan penyelesaian&penyelesaian dari soal&soal aliran tanpa gesekan.
6uler
mengembangkan
persamaan
gerak
diferensial
dan
bentuk
integral nya.yangsekarang disebut persamaan bernoelli. $9Alembret memakai persamaan ini untuk menampilkan paradoksnya baha suatu benda yang terbenamdi dalam fluida tampa gesekan mempunyai seretan nol. sedangkan 3erstner memakai persamaan 4ernoelli untuk menganalisis gelombang permukaan. -asil&hasil ini merupakan hal yang berlebihan, karena asumsi fluida sempurna dalam praktek hanya mempunyai penerapan yang sangat terbatas dan kebanyakan aliran di bidang teknik sangat dipengaruhi oleh efek kekentalan. Para ahli teknik mulai menolak teori yang sama sekali tidak realistik itu, dan mulai mengembangkan hidraulika yang bertumpu pada ekperimen. Ahli&ahli eksperimen seperti Pitot, 2he:y, 4orda, 4ossut, 2oulomb >)=%<&)+")+"/&)+*)?, 7rancis >)+)!&)+*'?, 0ussel >)+"+&)++'?, -agen >)=*=&)++*?, 7renchman Poiseuille >)=**&)+<*?, 7renchman $arcy >)+"%&)+!+?, (anning >)+)<&)+*=?, 4a:in >)+'*&)*)=?, dan Sa@on eisbach >)+"<&)+=)? banyak menghasilkan data tentang beraneka ragam aliran seperti saluran terbuka, hambatan kapal, aliran melalui pipa, gelombang, dan turbin. Pada akhir abad kesembilan belas, hidraulika eksperimental dan hidrodinamika teoritis mulai dipadukan. illiam 7roude >)+)"&)+=*? dan putranya, 0obert >)+/'&)*'/? mengembangkan hukum&hukum pengujian model, 1ord 0ayleigh >)+/'&)*)*? mengusulkan metode analisis dimensional, dan Dsborne 0eynolds >)+/'&)*)'? memperkenalkan bilangan 0eynolds takberdimensi yang diambil dari namanya sendiri. Sementara itu, sejak 5aier >)=+!&)+%)+)*&)*"%? menambahkan suku&suku kental neton pada persamaan gerak dan dikenal dengan persamaan 5aier&Stokes, belum dapat digunakan untuk aliran sembarang. Selanjutnya pada tahun )*"/, setelah seorang insinyur Herman, 1udig Prandtl >)+=!&)*!%?, menerbitkan makalah yang barangkali paling penting yang pernah ditulis orang di bidang mekanika fluida. Prandtl menunjukan baha aliran fluida yang kekentalannya rendah, seperti aliran air atau aliran udara, dapat dipilah menjadi suatu lapisan kental >lapisan batas? di dekat permukaan :at padat dan antar muka, dan lapisan luar yang hampir encer yang memenuhi persamaan 6uler dan 4ernoulli. Teori lapis batas ternyata merupakan salah satu alat yang paling penting dalam analisis&analisis aliran modern, disamping teori yang dikembangkan oleh Theodore on Carman >)++)& )*<%? dan Sir 3eofrey I. Taylor >)++<&)*=!?. 2.1. Penemu%Penemu 'eori #luida Stati&
Adapun para nama&nama penemu teori fluida statik yang dapat kita sebut diantaranya adalah; 17 Ar)imedes 62?= 8 212 S+7 Sejara) Penemuan 'eori Ar)imedes
Archimedes lahir di kota Sirakusa di Pulau Sisilia, sebelah selatan Italia, pada tahun '+= S(. Ia belajar di kota Ale@andria, (esir. Cemudian ia kembali ke (esir. Ayahnya ahli bintang namanya Phidias. Archimedes adalah ilmuan terbesar sebelum 5eton. Ia adalah ahli matematika Yunani >terutama geometri?, ahli fisika >terutama mekanika , statistika, dan hidrostatika?, ahli optika, ahli astronomi, arga 5egara Sisilia, pengarang , dan penemu. Ia mendapat julukan bapak IPA eksperimental karena mendasarkan penemuannya pada eksperimen. Cebenaran penemuan&penemuannya telah ia buktikan dengan eksperimen. Consep pelambungan >air mendorong objek keatas sama dengan berat air yang digantikan objek? dan pengungkit >gaya mendorong kebaah pada satu sisi dari pengungkit menciptakan gaya mengangkat pada sisi lain yang proposional pada panjang dua sisi pengungkit? mendasari semua ilmu kuantitatif dan teknik. Prinsip ini meakili pemahaman manusia yang paling aal mengenai hubungan dalam dunia fisika di sekitar kita dan merumuskan secara matematika kejadian fisika di dunia. 4erbagai kemajuan ilmu dan teknik bergantung pada penemuan ' prinsip ini. Seperti teknologi kapal >konensional? dan kapal selam >submarine?. Pada aktu itu yang jadi raja di Sirakusa adalah -ieron II,sahabat Archimedes. Pada suatu hari -ieron II menyuruh seorang pandai emas membuat mahkota.-ieron merasa baha pandai emas itu curang. (ahkota itu tidak terbuat dari emas murni tapi dari campuran emas dan perak. (aka -ieron menyuruh Archimedes membuktikan kecurangan pandai emas itu tanpa merusak mahkota tersebut. 4erhari&hari Archimedes berpikir keras. Ia tidak tahu cara membuktikan kecurangan pandai emas. aktu itu belum ada alat elektronik yang dapat mendeteksi apakah sebuah benda terbuat dari emas murni atau emas campuran. Cetika kepala Archimedes terasa panas karena terlalu banyak berpikir,ia masuk ke tempat mandi umum. Ia membuka pakaian dan masuk ke bak mandi yang penuh dengan air. Archimedes menyadari lengannya terapung diatas air. Sebuah ide kemudian terbesit di benaknya. $ia menarik tangannya kedalam air dan dia merenggangkan lengannya. 1engannya dengan sendiri mengapung kembali ke atas. Cemudian dia mencoba berdiri dari bak, leel air menjadi menyusut, kemudian dia duduk kembali, leel air meningkat kembali. $ia berbaring, air naik lebih tinggi lagi, dan dia merasa lebih ringan. $ia berdiri, leel air
menurun dan dia merasa dirinya lebih berat. Air harusnya telah mendorong dia keatas sehingga dia merasa ringan. Tiba&tiba ia bangkit, lupa mengenakan pakaian, sambil telanjang bulat lari sepanjang jalan menuju rumahnya. Cepada istrinya ia berteriak, 6ureka 6ureka Artinya, Sudah kutemukan Sudah Cutemukan Apa yang ia temukanQ Ia menemukan nama hukum Archimedes ,yang bunyinya; Sebua) benda 3an" dielup&an seba"ian atau seluru)n3a &e dalam Cat air a&an mendapat "a3a &eatas seberat Cat air 3an" didesa& ole) benda itu. $engan hukum itu ia bermaksud membuktikan kecurangan pandai emas.
$irumahnya ia melakukan percobaan selanjutnya. $ia kemudian mengambil sebuah batu dan sebalok kayu yang memiliki ukuran sama ke dalam bak dan merendamkan mereka kedua&duanya. 4atu tenggelam tetapi terasa ringan. $ia harus menekan kayu supaya tenggelam. Itu artinya air harus menekan ke atas dengan gaya yang relatif terhadap jumlah air yang tergantikan oleh ukuran objek daripada berat dari objek. Seberat apa objek itu dirasakan di air mempengaruhi kepadatan objek. Ini membuat Archimedes mengerti bagaimana memecahkan masalah raja. $ia kembali ke raja. Cuncinya adalah kepadatan. Hika mahkota ini terbuat dari logam bukan emas, dia dapat memiliki berat yang sama tetapi akan memiliki kepadatan yang berbeda sehingga akan menumpahkan jumlah air yang berbeda. (ahkota dan sebuah emas yang beratnya sama di masukkan ke sebuah mangkok berisi air. (ahkotanya ternyata menumpahkan air lebih banyak sehingga terbukti mahkota itu adalah palsu. Pada masa itu, kapal yang dibuat oleh Archimedes adalah kapal yang terbesar. Untuk dapat mengambang, kapal ini harus dikeringkan dahulu dari air yang menggenangi dek kapal. Carena besarnya kapal ini, jumlah air yang harus dipindahkanpun amat banyak. Carena itu Archimedes menciptakan sebuah alat yang disebut RSekrup Archimedes. $engan ini air dapat dengan mudah disedot dari dek kapal. Ukuran kapal yang besar ini juga menimbulkan masalah lain. (assa kapal yang berat, menyebabkan ia sulit untuk dipindahkan. Untuk mengatasi hal ini, Archimedes kembali menciptakan sistem katrol yang disebut R2ompound Pulley. $engan sistem ini, kapal tersebut beserta aak kapal dan muatannya dapat dipindahkan hanya dengan menarik seutas tali. Capal ini kemudian diberi nama Syracusia, dan menjadi kapal paling fenomenal pada :aman itu.
Si4at e&sentri& Ar)imedes $alam hal eksentrik Archimedes sering dibandingkan dengan eierstrass >)+)! )+*=?. (enurut penuturan saudarinya, eierstrass pada aktu sekolah, tidak pernah diberi kepercayaan untuk memegang pinsil. Apabila memegang pinsil, maka dia akan menggambari
apapun yang dianggapnya masih kosong. $ari allpaper sampai balik kerah baju. Sebaliknya, Archimedes belum mengenal kertas, selalu menggambar di pasir atau tanah yang lembek sebagai ganti fungsi Rpapan tulis. $ia akan menggambar sesuka hatinya. Apabila duduk di dekat perapian, dia akan mengambil arang atau sisa pembakaran dan digunakan untuk menggambar. Setelah mandi, biasanya dia akan melumuri seluruh tubuhnya dengan minyak :aitun, yang la:im dipakai pada jaman itu, daripada mengenakan pakaian, dia akan menggambar diagram&diagram dengan menggunakan jari kuku dengan Rpapan tulis adalah seluruh tubuhnya yang berminyak. Ada sifat yang la:im diidap oleh para matematikaan seperti; lupa makan. Sifat lupa makan Archimedes, saat menekuni problem matematika, ternyata diariskannya kepada FIsaac 5eton dan Filliam 0oan -amilton.
Prinsip Ar)imedes $alam kehidupan sehari&hari, kita akan menemukan baha benda yang dimasukan ke dalam :at cair seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih kecil daripada ketika benda tidak berada di dalam :at cair tersebut. kamu mungkin sulit mengangkat sebuah batu dari atas permukaan tanah tetapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam. -al ini disebabkan karena adanya gaya apung sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. &aya apung ter'adi karena adanya peredaan tekanan at cair pada kedalaman yang ereda . Seperti yang telah dijelaskan pada pokok bahasan $ekanan pada *at cair , tekanan :at cair bertambah terhadap kedalaman. Semakin dalam :at cair >:at cair?, semakin besar tekanan :at cair tersebut. Cetika sebuah benda dimasukkan ke dalam :at cair, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara :at cair pada bagian atas benda dan :at cair pada bagian baah benda. Gat cair yang terletak pada bagian baah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada :at cair yang berada di bagian atas benda. Gat cair yang berada dibagian baah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada :at cair yang terletak pada bagian atas benda. -al ini disebabkan karena :at cair yang berada di baah benda memiliki kedalaman yang lebih besar dari pada :at cair yang berada di atas benda >h' V h)?. 4esarnya tekanan :at cair pada kedalamana h' adalah ; P' W X 7' W P'AW gh'A 4esarnya tekanan :at cair pada kedalamana h) adalah ;
P) W X 7) W P)AW gh)A 7' W gaya yang diberikan oleh :at cair pada bagian baah benda, 7 ) W gaya yang diberikan oleh :at cair pada bagian atas benda, A W luas permukaan benda, Selisih antara 7' dan 7) merupakan gaya total yang diberikan oleh :at cair pada benda, yang kita kenal dengan istilah gaya apung. 4esarnya gaya apung adalah ; 7apung W 7'&7) 7apung W >gh'A?& >gh)A? 7apung W gA>h'&h)? 7apung W 7 gAh 7apung W 7 g +eterangan , - / !assa 'enis fluida (kg0m 1 ) g/Percepatan gravitasi (m0s2 ) 3/volume enda yang erada didalam fluida (m 1 ) Carena ; Z W X m W (aka persamaan yang menyatakan besarnya gaya apung >7apung? di atas bisa kita tulis menjadi ; 7apung W 73 7apung W m7g W 7 m7g W 7 W berat :at cair yang memiliki olume yang sama dengan olume benda yang tercelup. 4erdasarkan persamaan di atas, kita bisa mengatakan baha gaya apung pada benda sama dengan berat :at cair yang dipindahkan. Ingat baha yang dimaksudkan dengan at cair yang dipindakan di sini adalah volume zat cair yang sama dengan volume benda yang
tercelup dalam at cair . Pada gambar di atas, telah menggunakan ilustrasi di mana semua bagian benda tercelup dalam :at cair >air?. Hika dinyatakan dalam gambar maka akan tampak sebagai berikut ; Apabila benda yang dimasukkan ke dalam :at cair terapung , di mana bagian benda yang tercelup hanya sebagian maka volume at cair yang dipindakan Wvolume agian enda yang tercelup dalam :at cair tersebut. Tidak peduli apapun benda dan bagaimana bentuk benda tersebut, semuanya akan mengalami hal yang sama. Ini adalah buah karya e yang buyut Archimedes >'+=&')' S(? yang saat ini diariskan kepada kita dan lebih dikenal dengan julukan “Prinsip Archimedes”. Prinsip Archimedes menyatakan baha ; Ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. 27 /eonardo Da -ini 610:2%1:1@7 /eonardo da -ini >lahir di inci, propinsi 7iren:e, Italia, )! April)/!' meninggal
di 2los
1uc[, Perancis, '
(ei)!)* pada
umur
<=
tahun?
adalah arsitek,
musisi, penulis, pematung, dan pelukis 0enaisans Italia. 1eonardo berasal dari sebuah keluarga yang cukup mapan. (eskipun ibunya, 2aterina di Piero, hanyalah seorang putri petani, ayahnya, Pietro d9Antonio da inci adalah seorang notaris di kota 7lorence. dia adalah salah satu penemu ilmu hidrolik, mungkin juga termasuk perangkat hidrometer. Penemuan 1eonardo lainnya yang bermanfaat, misalnya, pakaian selam. Selain itu, peranti terbang
rancangannya
juga
telah
menerapkan
prinsip
aerodinamika.
$ari
sketsa
penelitian kapal selam bisa terlihat, mula mula dia tertarik pada arus air. Cemudian dengan serius meneliti ikan ikan yang berenang melaan arus serta hambatan tekanan arus yang terjadi pada kapal, dan meninggalkan sejumlah lima sketsa mengenai badan kapal, yang besar pengaruhnya pada masa sekarang. Sejak aal (asehi sampai :aman 0enaissance telah terjadi perbaikan dalam rancangan sistem&sistem aliran seperti; kapal, saluran, dan talang air. Akan tetapi tidak ada bukti&bukti adanya perbaikan yang mendasar dalam analisis alirannya. Akhirnya kemudian 1eonardo da inci menjabarkan persamaan kekekalan massa dalam aliran tunak satu&dimensi.
$7 alileo alilei 61:;0%1;027 Sejara) Penemuan Dasar%Dasar Hidrostatisti&a
Ilmuan Itali besar ini mungkin lebih bertanggung jaab terhadap perkembangan metode ilmiah dari siapa pun juga. 3alileo lahir di Pisa, tahun )!Cebetulan, kebiasaan 3alileo melakukan percobaan melempar benda dari menara Pisa tampaknya tanpa sadar?. 07 !vangelista 'orielli 61;?%1;0=7
6angelista Torricelli >)<"+&)
membaliknya. $engan cepat ia melepaskan jempolnya dari ujung tabung dan menaruh tabung ertikal dalam sebuah bejana berisi raksa. Ia mengamati permukaan raksa dalam tabung turun dan berhenti ketika tinggi kolom raksa dalam tabung =< cm di atas permukaan raksa dalam bejana. 0uang akum terperangkap di atas kolam raksa. Selama beberapa hari Torriceli mengamati baha tinggi air raksa dalam tabung selalu berubah&ubah. Akhirnya ia tahu baha hal itu disebabkan oleh tekanan udara. Tekanan air raksa setinggi =< sentimeter itu kemudian disebut tekanan satu atmosfer. Cesimpulan dari percobaan Toricelli adalah Berdasarkan kapilaritas air raksa yang naik ke dalam taung4 naiknya permukaan raksa dalam taung terseut setinggi 56 cm dari udara seingga toricelli menyimpulkan a7a 8 atm / 56 cm9g:. :7 Blaise Pasal 61;2$%1;;27
4laise Pascal >)<'%&)<<'? terlahir di 2lermont 7errand pada )* Hune )<'%. Pada tahun )<%) keluarganya pindah ke Paris. 4laise Pascal adalah anak 6tienne Pascal, seorang ilmuan dan matematikaan lahir di 2lermont. 6tienne Pascal, juga merupakan penasehat kerajaan yang kemudian diangkat sebagai presiden organisasi the 2ourt of Aids di kota 2lermont. Ibu Pascal, Antoinette 4igure, meninggal saat umur Pascal berumur empat tahun tidak lama setelah memberinya seorang adik perempuan, HacKueline. Ia mempunyai kakak perempuan yang bernama, 3ilberte. Pascal juga pernah melakukan studi hidrodinamik dan hidrostatik, prinsip&prinsip cairan hidraulik > hydraulic 7luida ?. Penemuannya meliputi hidraulik tekan > press -ydraulic ? dan tentang jarum suntik > syringe ?. Umur )+ tahun, tubuhnya lemah dan mengalami kelumpuhan tungkai atas membuat Pascal harus tinggal di tempat tidur. -arus menelan cukup makanan agar tetap hidup, meskipun selalu merasa sakit kepala. Umur '/ tahun, dia dan HacKueline pergi ke Paris untuk pemeriksaan medis dengan peralatan yang lebih canggih. Ternyata dia diharuskan tinggal di rumah sakit. Saat ini banyak ilmuan datang menyambangi yang tertarik dengan eksperimen kehampaan >akum? yang sedang dikerjakannya. $escartes datang untuk berdiskusi. Akhir tahun, kesehatan tubuhnya memungkinkan dia meneruskan pekerjaan, menguji teori kehampaan. Ia memiliki sebuah replika percobaan yang berupa tabung sepanjang %) inci >=+,= cm? yang diisi air raksa yang diposisikan terbalik dalam sebuah mangkok mercuri. Pascal ingin mengetahui kekuatan apa yang menjaga mercuri dalam tabung, dan apa yang mengisi ruang
kosong dibagian atas dalam tabung mercuri tersebut. Apakah berisi; udaraQ uap air raksaQ kehampaanQ Pada aktu itu, kebanyakan ilmuan berpendapat baha ruang kosong ditabung atas mercuri tersebut adalah tak lebih daripada acuum > kosong ?, dan beberapa kejadian yang dianggap tak mungkin oleh ilmuan sebelumnya, telah terlihat saat percobaan itu dilakukan. -al ini berdasarkan pemikiran Ariestoteles, baha R penciptaan R sesuatu yang bersifat R subtansi R, apakah terlihat atau tidak terlihat, dan R:at B subtansi R selamanya bergerak. -ukum Ariestoteles adalah sebagai berikut ; RSegala sesuatu yang ergerak4 arus digerakan ole sesuatu > 6erything that is in motion must be moed by something ? R. Dleh karena itu para ilmuan penganut Ariestoteles menyatakan, baha acuum > tenaga isap ? itu adalah hal yang mustahil. 4agaimana bisa begitu Q (aka bukti itu ditunjukan ; •
#aaya yang mele7ati itu di seut ; vacuum ( kosong ) : dalam taung kaca.
• %riestoteles menulis4 segala sesuatu ergerak4 arus digerakan ole sesuatu yang lain 6Kuilibrium of 7luids?, yang tak sempat dipublikasikan sampai satu tahun setelah kematiannya. (akalahnya tentang Persamaan 4enda 2air mendorong Simion Stein melakukan analisis tentang paradoks hidrostatik dan dan meluruskan apa yang disebut sebagai hukum terakhir hidrostatik; Ba)a benda air men3alur&an da3a te&an seara sama%rata &e semua ara) yang kemudian dikenal sebagai -ukum Pascal. -ukum Pascal
dianggap penting karena keterkaitan antara Teori 4enda 2air dan Teori 4enda 3as, dan tentang Perubahan 4entuk tentang keduanya yang kemudian dikenal dengan Teori -idrodinamik.
Hu&um Pasal 61;:?7
;=ika suatu at cair dikenakan tekanan4 maka tekanan itu akan meramat ke segala ara dengan tidak ertama atau erkurang kekuatannya:. Hu&um Pasal menyatakan baha $ekanan yang dierikan at cair dalam ruang tertutup
diteruskan ke segala ara dengan sama esar. 2.2 Beberapa Si4at #luida
Salah satu pertanyaan yang pertama&tama perlu kita kaji adalah, apakah fluida ituQ Atau kita mungkin bertanya, apa perbedaan antara sebuah benda padat dengan sebuah fluidaQ Cita memiliki gagasan umum yang samar&samar mengenai perbedaan tersebut. Sebuah benda padat Rkeras dan tidak mudah dideformasi, sementara sebuah fluida Rlunak dan mudah dideformasi >kita dapat bergerak dengan mudah meleati udara?. (eskipun agak deskriptif, pengamatan sepintas lalu mengenai perbedaan beKda padat dan fluida ini sangat tidak memuaskan dari sudut pandang ilmiah atau keteknikan. Pengamatan lebih mendalam mengenai struktur molekul dari material mengungkapkan baha :at&:at yang biasanya kita anggap sebagai benda padat >baja, beton, dan lain&lain? memiliki jarak antar molekul yang rapat dengan gaya&gaya kohesi antar molekul yang besar yang memungkinkan sebuah benda padat mempertahankan bentuknya dan tidak mudah untuk dideformasi. 5amun, untuk :at&:at yang biasanya kita anggap sebagai sebuah cairan >air, minyak, dan lain&lain?, molekul&molekulnya agak terpisah, gaya antar molekulnya lebih lemah daripada benda&benda padat dan molekul&molekul tersebut mempunyai pergerakan yang lebih bebas. Hadi :at cair dapat dengan mudah dideformasi >tetapi tidak mudah dimampatkan? dan dapat dituangkan ke dalam bejana atau dipaksa melalui sebuah tabung. 3as&gas >udara, oksigen, dan lain&lain? memiliki jarak molekul yang lebih besar dan gerakan yang bebas dengan gaya antar molekul yang dapat diabaikan, sehingga gas sangat mudah dideformasi >dan dimampatkan? dan akan mengisi secara penuh olume suatu bejana di mana gas tersebut ditempatkan. (eskipun perbedaan antara benda padat dan fluida dapat dijelaskan secara kualitatif berdasarkan struktur molekulnya, pembedaan yang lebih spesifik didasarkan pada bagaimana :at tersebut berdeformasi di baah suatu beban luar yang bekerja. Secara khusus, fluida didefmisikan seagai at yang erdeformasi terus>menerus selama dipengarui suatu tegangan geser. Sebuah tegangan >gaya per satuan luas? geser terbentuk apabila sebuah gaya tangensial bekerja pada sebuah permukaan. Apabila benda&benda padat biasa seperti baj a atau
logam&logam lainnya dikenai oleh suatu tegangan geser, mula&mula benda ini akan berdeformasi >biasanya sangat kecil?, tetapi tidak akan terus&menerus berdeformasi >mengalir?. 5amun, cairan yang biasa seperti air, minyak, dan udara memenuhi defmisi dari sebuah fluida\artinya, at>at t ersebut akan mengalir apabila padanya bekerja sebuah tegangan geser. 4eberapa bahan, seperti lumpur, aspal, dempul, odol dan lain sebagainya tidak mudah untuk diklasifikasikan karena bahan&bahan tersebut akan berperilaku seperti benda padat jika tegangan geser yang bekerja kecil, tetapi jika tegangan tersebut melampaui suatu nilai kritis tertentu, :at&:attersebut akan mengalir. Ilmu yang mempelajari bahan&bahan tersebut disebut reologi dan tidak termasuk dalam cakupan mekanika fluida klasik. Hadi, seluruh fluida yang akan ditinjau dalam buku teks ini memenuhi defmisi fluida yang telah diberikan sebelumnya. (eskipun struktur molekuler fluida penting untuk membedakan satu fluida dengan fluida yang lainnya, tidaklah mungkin untuk mengkaji masing&masing molekul ketika kita mencoba untuk menggambarkan perilaku fluida&fluida tersebut dalam keadaan diam atau bergerak. Cita mengkarakteristikkan perilaku tersebut dengan lebih mempertimbangkan nilai rata&rata atau makroskopik dari besaran yang ditinjau, di mana nilai rata&rata tersebut diealuasi pada sebuah olume kecil yang berisi banyak molekul. Hadi, ketika kita mengatakan baha kecepatan pada suatu titik tertentu dalam sebuah fluida adalah sebesar tertentu, maka kita sebenarnya mengmdikasikan kecepatan rata&rata dari molekul&molekul dalam olume kecil yang mengelilingi titik tersebut. olume tersebut sangat kecil di& bandingkan dengan dimensi fisik dari sistem yang ditinjau, tetapi cukup besar dibandingkan dengan jarak rata&rata antarmolekul. Apakah cara ini cukup beralasan untuk menggambarkan perilaku sebuah fluidaQ Haabannya secara umum9adalah ya, karena jarak antara molekul biasanya sangat kecil. Untuk gas&gas pada tekanan dan temperatur normal jarak antara ini berada pada tingkat )" < mm, dan untuk :at cair pada tingkat )"] = mm. 4anyaknya molekul setiap milimeter kubik pada tingkat )" )+ untuk gas dan )" ') untuk :at cair. Hadi jelas baha jumlah molekul di dalam sebuah olume yang sangat kecil sangat besar, sehingga gagasan untuk menggunakan nilai rata&rata dari seluruh olume ini cukup beralasan. Hadi kita mengasumsikan baha seluruh karakteristik fluida yang kita tinjau >tekanan, kecepatan, dan lain&lain.? berariasi terus&menerus di seluruh fluida\artinya, kita memperlakukan fluida tersebut sebagai suatu materi kontinu (continuum). Satu bidang mekanika fluida di mana konsep materi kontinu ini tidak berlaku adalah pada kajian gas&gas yang sangat renggang seperti yang dihadapi pada kasus dengan ketinggian yang sangat besar. $alam hal ini jarak
antara molekul udara dapat menjadi sangat besar dan konsep materi kontinu tidak lagi bisa diterima.
2.$ Dimensi,!e)omo"enan Dimensi, dan Satuan
Carena di dalam kajian mengenai mekanika fluida kita akan menangani berbagai karakteristik fluida, maka kita perlu mengembangkan sebuah sistem untuk menggambarkan karakteristik&karakteristik ini secara kualitafif dan kuantitatif4 Aspek kualitatif berfungsi untuk mengidentifikasi sifat dasar atau jenis dari karakteristik tersebut >seperti panjang, aktu, tegangan dan kecepatan?, sementara aspek kuantitatif memberikan ukuran numerik dari karakteristik tersebut. Penggambaran kuantitatif membutuhkan sebuah angka dan sebuah standar yang dapat digunakan untuk memperbandingkan berbagai besaran. Suatu standar untuk panjang dapat berupa meter atau kaki, untuk aktu dapat berupa jam atau detik, untuk massa berupa slug atau kilogram. Standar seperti itu disebut satuan4 dan beberapa sistem satuan biasa digunakan seperti yang akan dibahas pada subbab berikutnya. 3ambaran kualitatif akan memudahkan jika dinyatakan dalam beberapaesaran>esaran primer seperti panjang, 1, aktu, $4 massa, (, dan temperatur, <. 4esaran&besaran primer ini kemudian dapat digunakan untuk memberikan gambaran kualitatif dari suatu esaran sekunder lainnya; misainya, luas W ?2 , kecepatan W ?$@A , kerapatan W AB1] %, dan seterusnya, di mana lambang W digunakan untuk menunjukkan dimensidari besaran sekunder yang dinyatakan dalam besaran primer. Hadi untuk menggambarkan secara kualitatif sebuah kecepatan, kita akan menuliskan ; W ?$ dan mengatakan baha Rdimensi dari sebuah kecepatan sama dengan panjang dibagi aktu. 4esaran&besaran primer juga sering disebut sebagai dimensi>dimensi dasar. Untuk berbagai masalah yang melibatkan mekanika fluida, hanya tiga dimensi dasar, ?4
$4 dan ! yang
dibuluhkan.
Alternatifnya, ?4
$4 dan dapat
digunakan,
di
mana adalah dimensi dasar dari gaya. Carena hukurn 5eton menyatakan baha gaya sama dengan massa dikalikan percepatan, maka 7 W !?$>2 atau ! / ?> $ 2.Hadi, besaran sekunder yang dinyatakan dalam ! dapat dinyatakan dalam 7 melalui hubungan di atas. (isalnya, tegangan, ^, adalah gaya persatuan luas, sehingga P W ?>2 4 namun sebuah
persamaan dimensi yang ekialen adalah >7 W !?> $ 2. Tabel ).) memberikan daftar dimensi& dimensi dari sejumlah besaran fisik yang umum.Seluruh persamaan yang diturunkan secara teoretis adalah omogen dimensinyaC artinya, dimensi di ruas kiri dari persamaan harus sama dengan dimensi di ruas kanan, dan seluruh I2T '. BAB III PRESS(RE DR9P $.1 Pen"ertian
Pressure drop merupakan istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan penurunan tekanan dari satu titik didalamsistem >misalnya aliran didalam pipa? ke titik yang lain yang mempunyai tekanan lebih rendah. Pressure drop juga merupakan hasil dari gaya&gaya friksi terhadap fluida yang mengalir didalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan fluida untuk mengalir (&eankoplis #. =.4 85). Pressure drop didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara dua titik dari jaringan pembaa cairan. Pressure drop terjadi dengan gesekan kekuatan, yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran, pada fluida yang mengalir melalui tabung. Penentu utama resistensi terhadap aliran fluida adalah cairan kecepatan melalui pipa dan cairan iskositas. Pressure drop meningkat sebanding dengan gesekan gaya geser dalam jaringan pipa. Sebuah jaringan pipa yang mengandung kekasaran relatif tinggi serta banyak pipa fitting dan sendi, konergensi tabung, diergensi, ternyata, kekasaran permukaan dan sifat fisik lainnya akan mempengaruhi penurunan tekanan. Cecepatan tinggi aliran dan Batau iskositas fluida tinggi menghasilkan penurunan tekanan yang lebih besar di bagian pipa atau katup atau siku. Cecepatan rendah akan menghasilkan lebih rendah atau tidak ada penurunan tekanan (7ikipedia4 28F). Suatu fluida dapat mengalir melalui pipa dengan cara yang berbedabeda, ketika suatu fluida mengalir dalam pipa silinder dan elositasnya diukur pada jarak yang berbeda dari dinding pipa ke pusat pipa, ini telah ditunjukkan baha keduanya beraliran laminer dan turbulen. $imana fluida dalam pusat itu berpindah lebih cepat daripada fluida yang dekat dengan dinding. $alam sejumlah aplikasi teknik, hubungan antara elositas rata&rata> a? dalam pipa dan elositas maksimum> ma@? itu sangat bergantung, karena dalam beberapa masalah hanya ma@ pada titik pusat pipa yang diukur. Selanjutnya hanya pengukuran satu titik hubungan antara ma@ dan a ini dapat digunakan untuk menetapkan a. elositas rata&
rata itu lima kali elositas maksimum pada pusat pipa dimana ini diberikan oleh kesetimbangan momentum shell untuk aliran laminer. Sedangkan untuk aliran turbulen, elositas rata&ratanya itu delapan kali elositas maksimum. (&eankoplis #. =.4 85) Pressure drop merupakan hasil dari gaya&gaya terhadap fluida yang mengalir didalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan fluida yang mengalir.
Penurunan tekanan yang terjadi pada pipa 3ambar diatas berdasrkan prinsip bernouli ; _ 6 dalam E _ 6 kinetik E _ 6 Potensial E_6 tekan W " Persamaan pressure drop atau pressure loss karena friksi menurut hagen poiseuille untuk aliran laminar didalam pipa hori:ontal adalah sebagai berikut ; Tekanan pada pipa )
P1= ρg h1 + P0 •
Tekanan pada pipa '
P2= ρg h2 + P0
$imana ;
∆P
ρ
W perbedaan tekanan dari titik ) ke titik ' >5Bm'?
W densitas fluida >grBml?
g
W graitasi >mBs'?
∆ h W ketinggian fluida h) dan h' >m? Cetika suatu fluida mengalir dalam pipa silinder dan elositasnya diukur pada jarak yang berbeda dari dinding pipa ke pusat pipa, ini telah ditunjukkan baha keduanya beraliran laminer dan turbulen. $imana fluida dalam pusat itu berpindah lebih cepat daripada fluida yang dekat dengan dinding (&eankoplis #. =.4 85). Hika fluida mengalir dalam pipa, belokan&belokan >elbo?, katup&katup >ales? dan tee, maka akan terjadi hambatan. -ambatan tersebut akan mengurangi tekanan, terutama disebabkan gesekan antara aliran dan dinding dalam yang dileati fluida tersebut dan akibat terjadinya turbulensi dari fluida tersebut. Sebab&sebab terjadinya pressure drop >penurunan tekanan dalam pipa? antara lain adalah ; ). $iameter pipa yang dileati fluida sangat kecil. '. Suhu fluida sangat tinggi. %. Panjang pipa yang terlalu besar. G. elositas massa fluida yang terlalu besar. >3eankoplis 2. H., )**=?
$.2.
#a&tor%#a&tor 3an" +empen"aru)i Pressure Drop
Adapun hal&hal yang mempengaruhi pressure drop >∆P? antara lain adalah ; ). $iameter pipa >$? Semakin besar diameter pipa, maka semakin kecil penurunan tekanannya >pressure dropnya? '. 4erat molekul fluida yang mengalir >(? Semakin besar berat molekul fluida yang mengalir, maka semakin kecil presure dropnya %. 7aktor friksi >f? Semakin besar faktor friksinya, maka semakin besar pula pressure dropnya> ∆P?.
/. Panjang pipa>>∆1? Semakin besar panjang suatu pipa, maka semakin besar pula pressure dropnya. !. Suhu aliran >T? Semakin besar suhu suatu aliran, maka semakin besar pula pressure dropnya <. elositas massa aliran >3? Semakin besar elositas massa aliran suatu aliran fluida, maka semakin besar pula pressure dropnya.. -al ini sesuai dengan rumus ;
(p12-p22) = 4 f
(&eankoplis #. =.4 85) ".".
Pen"ertian #ri&si
3aya gesek >7riksi? adalah gaya yang berarah melaan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. 3aya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. 4enda&benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. 3aya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta gas adalah gaya Stokes. (7ikipedia4 281) $.$.1. #ri&si Pada Pipa lurus #ri&si Pada Pipa lurus dan )ead loss
Akibat adanya gesekan antar fluida dan dinding fluida dalam aliran fluida, maka akan terjadi kehilangan energy >-ead loss?. -ead loss pada pipa hori:ontal dapat dihitung dengan persamaan friksi fanning berikut ;
2
∆ L∗V Fs= 4 f 2 D $imana ;
Fs
W faktor friksi fanning
∆ L W panjang pipa >m?
V
W kecepatan aliran >mBs'?
D
W diameter pipa >m? (&eankoplis4 85)
3ambar 7riksi Pada Pipa 1urus #ritional /osses in me)anial ener"3 balane eFuation
7riction loss dari gesekan pada pipa lurus >fanning friction?, e@pansion loss, contraction loss dan kerugian dalam pemasangan sambungan dan katup semuanya dimasukkan pada persamaan Σ 7 berikut ;
Hika semua kecepatan ),' dan ' semuanya sama, dari persamaan diatas menjadi bentuk yang lebih sederhana yaitu ;
$imana ;
Σ F
W jumlah friksi
∆L
W perbedaan panjang pipa
(&eankoplis #. =.4 85)
#rition loss pada E&spansi, &ontra&si, dan pipa sambun"an
3esekan pada dinding pipa yang mengalir melalui pipa lurus dihitung dengan menggunakan factor friksi. 5amun jika kecepatan fluida mengalami perubahan arah dan besar, maka akan terjadi penambahan friction loss. -al ini terjadi karena tambahan dari turbulensi karena ortisitas dan faktor lainnya. (etode untuk memperkirakan friction loss pada sambungan akan dibahas dibaah ini; 17 Sudden Enlar"ement losses
Hika penampang pipa membesar secara bertahap, maka kerugian sangat sedikit atau mungkin tidak terjadi. Hika perubahan itu terjadi secara tiba&tiba, akan menimbulkan kerugian tambahn karena pusaran dibentuk oleh jet e@pansi di bagian yang diperbasar.
3ambar 7riksi Sudden 6nlargement 1osses 7riction loss dapat dihitung dengan cara berikut untuk aliran turbulen ;
hex =
(v 1− v 2)2 2 α
( )
2
2
2
A v v = 1− 1 1 = K ex 1 2 α A 2 2 α
Ceterangan ;
hex K ex
W friction loss dalam >HBkg?
W koefisien e@pansion loss W >)&A)BA'?'
v1
W kecepatan masuk pada area yang lebih kecil >mBs?
v2
W kecepatan donstream >mBs?
α
W ) untuk aliran turbulen, ` untuk aliran laminer
(&eankoplis4 85)
27 Sudden ontation /osses
Cetika penampang dari pipa mengecil secara tiba&tiba, aliran tidak dapat mengikuti sekitar sudut yang tajam, dan friction loss bertambah karena terjadi pusaran.(&eankoplis4 85)
3ambar 7riksi Sudden 2ontraction 1osses
Persamaan untuk aliran turbulen ;
(
)
2
2
2
A v2 v = K c 2 hc = 0.55 1− 2 2 α A 21 2 α
Ceterangan ;
hc
W friction loss
α
W ) untuk aliran turbulen, ` untul aliran laminer
v2
W Cecepatan rata&rata pada daerah yang lebih kecil atau donstream
K c W Coefisien kontraksi&loss >P)? W ".!!>)&A BA ?' untuk english unit bagian kanan ' ) dibagi dengan faktor g c. (&eankoplis #. =.4 85) /osses in #ittin" and 5al5es
Sambungan pipa dan katup juga mengganggu jalur aliran dalam pipa yang menyebabkan friction loss bertambah. $alam sebuah pipa pendek dengan banyak sambungan, friction loss akan lebih besar daripada pipa lurus. 7riction loss untuk sambungan dan katup diberikan sebagai berikut ; 2
h f = K f
v1 2
$imana;
K f adalah friction loss coefficient dari sambungan dan ale, adalah kecepatan rata&rata ) pada kepala pipa untuk sambungan (&eankoplis #. =.4 85). 'abel $.1 7riction loss fitting
Type of fitting or ale
7rictional 1oss, Cf
7rictional 1oss, 6Kuialent 1ength of Straight Pipe in Pipe $iameters, 1B$
6lbo , /!" 6lbo , *"" Tee 0eturn 4end 2oupling Union 3ate ale ide Dpen -alf Dpen 3lobe ale ide Dpen -alf Dpen Angle ale, ide open 2heck ale 4all Sing ater (eter, disk
",%! ",=! ) ),! ","/ ","/
)= %! !" =! ' '
",)= /,!
* ''!
< *,! '
%"" /=! )""
=" ' =
%!"" )"" %!"
(&eankoplis #. =.4 85)
$.$.2 +aam%+aam Rumus #a&tor #ri&si
Selama tahun&tahun terakhir sejak diagram moody, persamaan yang paling banyak digunakan untuk perhitungan faktor friksi adalah sebagai berikut; 1. olebroo&%)ite 61@$@7 Persamaan ini berlaku untuk 5reV /""".
$imana ; $
W $iameter pipa >m?
ε
W Cekerasan pipa >m?
DxVxρ μ 5re W 4ilangan 0eynold ?
¿
2. Wood 61@;;7
Persamaan ini berlaku untuk 50eV)"""" dan )" &!
ε / D "."/
f =a + b R
( )
ε f =0,094 D
0,225
−c
( ) ( )
ε ε +0,53 + 88 D D
0,44
x NRea
$imana ;
$. Samee and Jain 61@=;7
Samee dan jain mengusulkan persamaan yang mencakup rentang 5re dari !""" sampai )"= dan hasil dari
ε / D diantara ".""""/ dan "."!.
1
f =
[(
16 log
5,74 ε + D NRe9 /10 3,7
)]
Di mana: D =Di ame t erpi pa( m)
ε
W Cekerasan pipa >m?
DxVxρ μ 5re W 4ilangan 0eynold ?
¿
0. )ur)ill 61@==7
2hurchill menyatakan baha persamaannya mencakup untuk semua nilai 5re dan
ε / D
f =8
(( )
12
8
NRe
+ ( A + B )
)
1
−1,5 12
$imana ;
−2log ((( ε / D )/ 3.7 )+( 7 / Nre) 0.9 ) 16 A = ( ¿ )
(
−2log ((( ε / D )/ 3.7 )+( 7 / Nre) 0.9 ) A = ( ¿ )16
B=
37530
ℜ
)
16
$imana; $ W diameter pipa >ft? W kekasaran pipa >ft? 5re W bilangan reynold
(
D x V x ρ μ
)
:. )en 61@=@7 2hen juga menyatakan persamaan untuk factor friksi mencakup semua range dari 0 dan
kB$ 1
(
(
( )
) (
( )
ε ε −4 xlog 0,2698 − 5,0452 xlog 0,3539 D NRe D
$imana ; $
W $iameter pipa >m?
ε
W Cekerasan pipa >m?
DxVxρ μ 5re W 4ilangan 0eynold ?
¿
1,1098
+ 5,8506 0,8981 NRe
))
;. -on !arman 61@=@7
1
√ f
(
=−1.8 log 0.27 ε / D + 6.5
1
√ f
Nre
=4,07 log ( NRE √ f )− 0,60
$imana ; $
W $iameter pipa >m?
ε
W Cekerasan pipa >m?
DxVxρ μ 5re W 4ilangan 0eynold ?
¿
(!c#ae4 81)
=. Blasius 61@?17
0,079
f = 0,25 NRe
0,079
f = NRe0,25
0,079
f = NRe0,25
Persamaan diatas berdasarkan %""" 5re )""""
1
√ f
=−2log
(
ε + 3.7 D
4.518 log
(
( ) ( )) 1 Nre 7
1 0.52 ε Nre 1 + R D 29
$imana ; $ W $iameter pipa >m?
ε
W Cekerasan pipa >m?
DxVxρ μ 5re W 4ilangan 0eynold ?
¿
0.7
)
)
?. Gi"ran" dan S3l5ester 61@?27
Untuk Aliran turbulen yaitu bilangan 0eynold lebih dari /""" sampai )" + dan
ε / D
lebih dari ",""""/&",! 1
( ( ) ( )) −4∗log
ε D
3,7
+
13
NRe
$imana ; $ W $iameter pipa >m?
ε
W Cekerasan pipa >m?
DxVxρ μ 5re W 4ilangan 0eynold ?
¿
@. Haaland 61@?$7 Persamaan ini berlaku untuk nilai 5re '%"" dan /"""
1
[( )
ε = 1.8log 3.7 D √ f 1
fW
1.11
+
6.9
Nre
]
( (
ε −3,6∗log + NRe D 6,9
3,7
))
10 0,5 9
$imana ; $ W $iameter pipa >m?
ε
W Cekerasan pipa >m?
DxVxρ μ 5re W 4ilangan 0eynold ?
¿
1. +anadilli 61@@=7 (enyatakan persamaan ini berlaku untuk 5re berkisar antara !'%! sampai )"+ dan
untuk nilai setiap
ε B$.
1
√ f
=−2log
(
95 96.2 ε + − 3.7 D Nre0.983 Nre
)
T ur b u l e n $.$.$. Per)itun"an #ri&si pada Aliran /aminer, 'ransisi dan
Aliran 1aminer Untuk fluida yang beraliran laminer dalam pipa tegangan pada fluida 5eton dapat ditulis dalam persamaan faktor friksi 7anning sebagai berikut ;
64
64
= f = NRe D ρ v / μ
16
f = NRe W )>$?B? (!c#ae4 81)
Aliran Transisi Untuk bilangan reynold diatas ')"" dan dibaah /""", maka faktor friksi dihitung dengan menggunakan persamaan ;
f !ra"s =4 x 56,8 x 10−10 ℜ2
f !ra"s =56,8 x 10−10 ℜ2
Aliran Turbulen Pada aliran turbulen seperti aliran laminer, faktor friksi juga tergantung pada bilangan reynold. 4agaimanapun, tidak mungkin untuk diprediksi secara teori faktor friksi 7anning untuk aliran turbulen seperti yang dilakukan pada aliran laminer. 7aktor friksi harus ditemukan dengan melakukan percobaan dan itu tidak hanya tergantung pada bilangan 0eynold tetapi juga pada kekasaran permukaan pipa. Untuk aliran turbulen yaitu bilangan 0eynold diatas /""" sampai )" ! dapat dihitung menurut persamaan 4lasius ;
Penurunan tekanan dan faktor friksi dalam aliran gas Persamaan dan metode dibahas untuk aliran turbuent dalam pipa untuk aliran incompressible. Pipa tersebut juga bisa untuk udara jika density >atau tekanan? berubah kurang dari )"#. Cemudian density rata rata, ρa in kgBm%, digunakan dan kesalahan yang terjadi akan kurang dari batas ketidaktentuan dalam faktor friksi f. Untuk gas, persamaan untuk aliran laminer dan turbulent ;
>P) P'?f W dimana ρA W >P) E P'? B '. Huga, 5re menggunakan $3Bµ, dimana 3 adalah kgBm ' dan konstan berdiri sendiri dari density dan elocity untuk gas.
P)' P'' W
P)' P'' W
>SI?
>6nglish?
$imana ; 0 W +%)/,% HBkg mol C atau )!/!,% ft. lbfBlb mol°0 ( W berat molekular.
Asal dari persamaan diatas digunakan hanya untuk soal gas dimana tekanan relatif berubah cukup kecil sehingga perubahan besar dalam elocity tidak dapat diabaikan, karena penting. Untuk perubahan tekanan diatas sekitar )"#, aliran bertekanan terjadi. $alam aliran adiabatic di pipa seragam, elocity di dalam pipa tidak dapat melebihi elocity suara (&eankoplis #. =.4 85) $.0 Dia"ram +ood3
$iagram moody merupakan representasi klasik dari perilaku fluida 5etonian. $i industry digunakan untuk memprediksi losses dari aliran alir an fluida. $iagram moody dibagi menjadi dua aturan aliran yaitu laminar dan turbulen. Untuk aturan aliran laminar faktor
gesek darcy eisbach ditentukan oleh poiseuille analitis. Untuk aturan aliran turbulen hubungan antara faktor gesekan dan bilangan reynold lebih kompleks dan diatur oleh persamaan 2olebrook. Pada tahun )*// 17 (oody mengeplot data dari persamaan cloebrook dan diagram ini sekarang dikenal dengan moody chart atau diagram faktor friksi, yang membantu pengguna untuk mengeplot bilangan reynold dan kekasaran relatie dinding pipa dan untuk menetapkan nilai akurat dari faktor friksi untuk kondisi turbulen. $iagram moody juga mendukung penggunaan faktor friksi darcy&eisbach dan membantu pengembangan kalkulator head loss untuk aliran fluida didalam pipa dan saluran terbuka. Sedangkan untuk faktor friksi fanning / kali faktor friksi darcy eisbach.
$iagram moody $arcy friction
$.: Hubun"an !e&asaran Pipa den"an #ri&si
7riksi adalah besaran yang berlaanan arah dengan kelajuan. 7riksi mengakibatkan kelajuan sebuah objek berkurang. 4esarnya hambatan aliran karena gesekan sangat tergantung dari kekasaran dinding pipa. $ari hasil berbagai percobaan diketahui baha makin kasar dinding pipa makin besar terjadinya penurunan Bkehilangan tekanan aliran. Henis gesekan ini dikenal dengan dengan gesekan aliran dan besarnya tahanan itu sendiri di ukur dengan koefisien gesekan,f. 'abel $.2 Tabel kekasaran pipa >? (aterial
Absolute roughness
Absolute roughness
