Pipa Dengan Turbin

Seperti dilihat pada gambar di atas, garis tenaga (EL) turun secara teratur berhimpit dengan garis tekanan (HGL). Di bagian curat, garis tenaga menurun sedikit, sedang garis tekanan memisah turun dengan tajam menuju ujung hilir curat dimana tekanannya adalah tekanan atmosfer.

Dengan mengabaikan tenaga sekunder, maka tinggi tekanan efektif (H) adalah :

Daya yang tersedia pada curat :

P  =  Q H γ

dengan,

P = daya pada curat (kgf m/det)

Q = debit aliran (m³/det)

H = tinggi tekanan efektif (m)

γ = berat jenis zat cair (kgf/cm³)

Pustaka :

Modul ajar Mekanika Fluida dan Hidraulika 2, Unissula. Ir. M. Faiqun Ni’am, MT dan Ir . H. Wahono Busro, MS

1. Hidrolika 2 , Bambang triatmodjo, Dr.Ir.CES

2. Hidrolika, Nur Yuwono, Prof Dr Ir Dipl HE

3. Jaringan Perpiapaan, Radianta Triatmadja, Dr Ir

Pompa Dalam Sistem Perpiapaan

Pompa dapat dipandang sebagai alat untuk menaikkan tekanan atau energi potensial air. Dengan pompa maka tinggi tekanan yang telah berkurang, dapat dinaikkan kembali sehingga sistem dapat mengalirkan air.

Pompa mengalirkan air ke satu arah dengan menaikkan tinggi tekanan di sebelah hilir dan menurunkan tekanan di sebelah hulu.

Karakteristik pompa tidak ditunjukkan oleh diameter pompa & kecepatan putarnya, tetapi oleh debit yang dapat dihasilkannya untuk berbagai variasi tinggi tenaga yang harus ditambahkan. Semakin tinggi, head yang harus ditambahkan, semakin kecil debit yang dapat diproduksi (lihat grafik).

Pompa dapat dipasang seri maupun pararel. Pada pompa yang serupa karakteristiknya, dan dipasang SERI, tinggi tekanan naik dua kali lipat tetapi debit pompa tetap,

Pada pompa PARAREL, tinggi tekanan tetap, tetapi debit pompa menjadi 2 kali lipat.

Dalam praktek, pemasangan pompa secara seri kadang menyulitkan operasional. Misalnya ada 2 pompa, emudian salah satunya macet dan berhenti bekerja, maka pompa yang lain juga harus segera dimatikan agar bebannya tidak berat.

Dalam sistem pipa, selain digunakan pompa untuk menaikkan zat cair dari elevasi berbeda, zat cair itu sendiri dapat dimanfaatkan tenaganya untuk memutar turbin pembangkit tenaga listrik. Untuk mendapat kecepatan yang besar, pada ujung diberi curat.

Pustaka :

Modul ajar Mekanika Fluida dan Hidraulika 2, Unissula. Ir. M. Faiqun Ni’am, MT dan Ir . H. Wahono Busro, MS

1. Hidrolika 2 , Bambang triatmodjo, Dr.Ir.CES

2. Hidrolika, Nur Yuwono, Prof Dr Ir Dipl HE

3. Jaringan Perpiapaan, Radianta Triatmadja, Dr Ir

Kehilangan Tenaga Pada Pipa

A. Mayor Losses/Kehilangan Energi Primer ; yi :

Kehilangan energi akibat gesekan dengan dinding pipa sebelah dalam.

B. Minor Losses/Kehilangan Energi Sekunder ; yi :

Kehilangan energi setempat akibat dari pembesaran penampang, pengecilan penampang, diafragma, dan belokan pipa.

MAYOR LOSSES

EL = Energy Line (Garis Tenaga)

HGL = Hydrolic Gradien Line (Garis Tekanan)

Rumus Darcy-Weisbach

MINOR LOSSES

a) Perbesaran Penampang

Dari gambar, tampak : (dipandang titik 1 dan 2)

dengan rumus bernoulli

Dengan :

D = Diameter Pipa

V = Kecepatan Aliran

Q = A1 . V1 = A2 . V2

Dari titik 1 ke titik 2, aliran adalah “steady non uniform”. Persamaan Impuls Momentum adalah :

Dari persamaan 1 dan  2 maka di dapatkan :

ada beberapa alternatif lain untuk mencari kehilangan tenaga (hf) dengan mengotak atik rumus di atas :

KEADAAN KHUSUS

(1) Kejadian khusus bila pipa masuk reservoir, dalam hal ini :

(2) Kejadian khusus dalam hal ini apabila perbesaran penampang dibuat secara berangsur-angsur, maka :

dan masih banyak lagi kejadian khusus seperti pengecilan pipa, pembelokan penampang dll.

Pustaka :

Modul ajar Mekanika Fluida dan Hidraulika 2, Unissula. Ir. M. Faiqun Ni’am, MT dan Ir . H. Wahono Busro, MS

1. Hidrolika 2 , Bambang triatmodjo, Dr.Ir.CES

2. Hidrolika, Nur Yuwono, Prof Dr Ir Dipl HE

3. Jaringan Perpiapaan, Radianta Triatmadja, Dr Ir

Kekasaran Bidang Alir Zat Cair

Tinggi kekasaran (k) adalah tinggi efektif ketidakteraturan permukaan bidang batas yang membentuk kekasaran.

Kekasaran Relatif adalah perbandingan antara kekasaran & jari-jari hidraulis atau perbandingan kekasaran dan diameter pipa.

Pada gambar (a) diatas k<SL ; maka kekasaran tidak punya pengaruh terhadap aliran. Alirannya disebut : HIDRAULIS LICIN

Untuk gambar (b) di atas SL < k < ST ; sehingga kekasaran berada di daerah transisi. Alirannya disebut : ALIRAN TRANSISI

Untuk gambar diatas (c) dimana, k > ST dan k>SL ; maka kekasaran berada di daerah Turbulen. Permukaan ini disebut : HIDRAULIS KASAR.

Pustaka :

1. Hidrolika 2 , Bambang triatmodjo, Dr.Ir.CES

2. Hidrolika, Nur Yuwono, Prof Dr Ir Dipl HE

3. Jaringan Perpiapaan, Radianta Triatmadja, Dr Ir

Bilangan Reynolds

Tahun 1884 OSBORNE REYNOLDS melakukan percobaan untuk menunjukkan sifat aliran laminer dan turbulen.

Reynolds menunjukkan bahwa untuk kecepatan aliran yang kecil, zat warna akan mengalir dalam satu garis lurus seperti benang/sumbu pipa.

Bila kecepatan bertambah besar, benang warna akan mulai bergelombang & akhirnya pecah/menyebar pada seluru aliran dalam pipa. Kecepatan rerata pada saat benang warna mulai pecah disebut kecepatan kritis.

Tiga faktor yang mempengaruhi aliran di atas :

• Kekentalan zat cair (μ)
• Rapat massa zat cair (ρ)
• Diameter pipa (D)

Dari percobaan di atas, ditemukan rumus yang kemudian di kenal dengan sebutan : BILANGAN REYNOLDS/ANGKA REYNOLDS.

Bilangan Reynolds dihitung dengan rumus :

Dengan :

V = Kecepatan aliran (m/dt)

D = Diameter pipa (m)

V = μ/ρ = Kekentalan kinematik (m²/dt) , (untuk air dengan t = 20 C, V = 10^-6 m²/dt)

Re < 2000       =  Aliran Laminer

2000 < Re < 4000  = Aliran Transisi

Re > 4000       =  Aliran Turbulen

Batas Kritis bawah & atas adalah Re antara 2000 dan 4000

Pustaka :

1. Hidrolika 2 , Bambang triatmodjo, Dr.Ir.CES

2. Hidrolika, Nur Yuwono, Prof Dr Ir Dipl HE

3. Jaringan Perpiapaan, Radianta Triatmadja, Dr Ir

Contoh Soal Aliran melalui Pipa

Tentang Aliran melalui Pipa

SOAL

Air mengalir dari kolam A menuju kolam B melalui pipa sepanjang  150 m dan diameter  15 cm. Perbedaan elevasi muka air kedua kolam adalah 3 m. Koefisien gesekan Darcy – Weisbach f = 0,025.Hitung aliran kehilangan tenaga sekunder diperhitungkan :

PENYELASAIAN

• Panjang pipa                      =             L = 150 m
• Diameter pipa                   =             D = 15 cm = 0,15 m
• Koefisien gerakan            =             f = 0,025
• Kehilangan tenaga           =             H = 3,0 m

Kehilangan tenaga terjadi pada sambungan antara pipa dan kolam ( titik P dan Q ), dan di sepanjang pipa.

H             =             he_p +  h_{f  +} he_Q

3              =             0,5 V²/2g+ 0,025 *150/15* V²/2g+ V²/2g

3              =             26,5 *V²/2g                                V = 1,49

Debit aliran

Q = AV

= Pi / 4 * ( 0,15 )² * 1,49

= 0,0263 m³ /d

= 26,3  liter / detik

SOAL 2

Minyak dipompa melalui pipa sepanjang 4000 m dan diameter  30 cm dari titik A ke titik B.Titik B terbuka ke udara luar. Elevasi titik B adalah 50 m diatas titik A. Debit aliran 40 liter/detik . Rapat relative S = 0,9 dan kekentalan kinematik  2,1 x 10^-4 m²/d. Hitung tekanan di titik A.

PENYELESAIAN

Diameter pipa : D = 30 cm = 0,3 m

Panjang pipa :  L = 4000 m

Debit aliran : Q = 40 l/d  = 0,04 m³/d

Kekentalan kinematik : v = 2,1 x 10^-4 m²/d

Rapat relative : S = 0,9  à  ᵨ = 900 kg/m³

Elevasi ujung atas pipa (B) terhadap ujung bawah (A) : z_A – z_B = 50 m

Kecepatan aliran

V = Q/A  = 0,04/ 3,14 : 4 * 0,3 * 0,3  = 0,556 m/d

Angka Reynolds

Re = VD / v = 0,556*0,3 / 2,1 x 10^-4 m²/d  = 808,6

Karena angka Reynold, Re < 2000 berarti aliran adalah laminar

Kehilangan tenaga

h_f =  32 v*V*L / g*D² = 32*2,1 x 10^-4*0,566*4000  =  17,23 m

Dengan menggunakan persamaan Bernaoulli untuk kedua ujung pipa :

z_A + p_A/_y + V_A² /2g = z_B + p_B/_y + V_B² /2g

Dibuat garis refrensi melalui titik A. Karena tempang sepanjang pipa adalah seragam dan ujung pipa B terbuka ke udara luar, maka kecepatan aliran adalah seragam (V_A = V_B) dan p_B = 0, sehingga :

0 + p_A/_y = 50 + 0 + 17,23

p_A/_y = 67,23 m

p_A = 67,23 *y = 67,23 *900*9,81 = 593,574  N/m² = 593,574 k Pa

Soal 3

Hitung kehilangan tenaga karena gesekan di dalam pipa sepanjang 1500 m dan diameter 20 cm, apabila air mengalir dengan kecepatan 2 m/d. Koefisien gesekan f = 0,02.

Penyelesaian

Panjang pipa :  L  =  1500 m

Diameter pipa : D  =  20 cm = 0,2 m

Kecepatan aliran :  V =  2 m/d

Koefisien gesekan : f = 0,02

Kehilangan tenaga dihitung dengan rumus berikut :

Pustaka :

Bambang Triadmojo, Penyelesaian hidraulika 2