Rugi – Rugi Aliran


2.1  Jenis – Jenis Rugi Aliran

Rugi – rugi aliran adalah berkurangnya masa, volume dan kecepatan suatu fluida yang melewati suatu aliran.

Adapun jenis-jenis rugi-rugi aliran antara lain :

1. Rugi Minor

Rugi Minor adalah rugi yang disebabkan gangguan lokal seperti pada perubahan penampang, adanya katup, belokan elbow dan lainnya.

Kuantitas dari rugi minor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Koefisian rugi (K) merupakan fungsi geometri dan bilangan Reynolds (Re), tetapi hampir semua komponen kehilangan energi disebabkan oleh turbulensi. Koefisien rugi (K), biasanya dianggap independent atau tidak tergantung pada bilangan Reynolds (Re). Cara lain yang digunakan untuk menghitung rugi lokal adalah metode panjang ekivalen. Pada metode ini komponen tersebut digantikan dengan sebuah pipa lurus yang mempunyai rugi aliran yang sama. Dengan menyamakan rugi gesekan dengan rugi lokal, panjang ekivalen dapat dihitung dari :

Dengan f adalah koefisien rugi gesekan pipa.

2. Rugi Mayor

Rugi Mayor adalah rugi yang terjadi akibat adanya gesekan aliran fluida dengan dinding pipa. Profil aliran fluida dalam pipa ditentukan dari bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds ini menerangkan rezim atau profil aliran fluida dalam pipa seperti :

  • –  aliran laminar  NRe < 2300
  • –  aliran transisi   2300 < NRe < 4000
  • –  aliran turbulent NRe > 4000

Kehilangan energi untuk seluruh regim atau profil aliran dapat dianalisa dengan menggunakan bilangan Reynolds dan persamaan yang cocok

Untuk aliran laminar koefisien gesekan f adalah

Pada aliran turbulent harga koefisien gesekan tergantung pada kekasaran permukaan pipa dan bilangan Reynolds yang diestimasi dari diagram moody.

Nilai f dapat ditentukan dengan mengacu kepada diagram Moody dan diagram kekasaran relatif. Ini berlaku pada aliran dalam pipa bulat ataupun piapa tidak bulat dan untuk aliran pipa saluran tertutup. Data dapat diadaptasi dengan perkiraan aliran lapisan batas. Daerah yang dinaungi pada diagram Moody itu diindikasikan dimana batas transisi dari laminar untuk aliran turbulen. Jadi faktor gesekan tidak dapat dipercaya pada range ini, 2000 < Re < 4000. Catatan bahwa kurva kekasaran mendekati garis horizontal regim kekasaran penuh untuk garis yang kanan.

Pada aliran turbulent harga koefisien gesekan tergantung pada kekasaran permukaan pipa dan bilangan reynolds yang diestimasi dari diagram moody.

2.2  Sistem Pemipaan

Sistem pemipaan dapat ditemukan hampir pada semua jenis industri, dari sistem pipa tunggal yang sederhana sampai sistem pipa bercabang yang sangat kompleks. Contoh sistem perpipaan adalah, sistem distribusi air minum pada gedung atau kota. sistem pengangkutan minyak dari sumur bor ke tandon atau tangki penyimpan, sistem distribusi udara pendingin pada suatu gedung, sistem distribusi uap pada proses pengeringan dan lain sebagainya.

Sistem pemipaan meliputi semua komponen dari lokasi awal sampai dengan lokasi tujuan antara lain, saringan (strainer), katup atau kran, sambungan, nosel dan sebagainya. Untuk sistem perpipaan yang fluidanya liquid, umumnya dari lokasi awal fluida, dipasang saringan untuk menyaring kotoran agar tidak menyumbat aliran fuida. Saringan dilengkapi dengan katup searah ( foot valve) yang fungsinya mencegah aliran kembali ke lokasi awal atau tandon. Sedangkan sambungan dapat berupa sambungan penampang tetap, sambungan penampang berubah, belokan (elbow) atau sambungan bentuk T (Tee).

 Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di dalam pipa. Jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada pipa. Dengan adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan menyebabkan gesekan tambahan. Pada pipa yang pendek dan mempunyai banyak sambungan, fluida yang mengalir di dalamnya akan mengalami banyak kehilangan energi. Selain sambungan belokan ikut mempengaruhi kehilangan energi dalam pipa. Energi yang hilang dalam pipa ini tidak akan kembali melainkan diubah ke dalam bentuk panas.

2.2.1 Sambungan ( fitting )

Jenis-jenis fitting diantaranya :

  • Contraction yaitu pipa yang mengalami pengurangan cross sectional area secara mendadak dari saluran dengan membentuk pinggiran yang tajam. Tekanan yang melewatinya akan bertambah besar.
  • Long bend yaitu belokan panjang pada pipa dengan sudut yang melingkar dan cross sectional area yang besar sehingga tekanannya kecil.
  • Short bend  yaitu belokan pipa seperti long bend tetapi lebih pendek dan cross sectional area yang lebih kecil sehingga tekanannya lebih besar.
  • Elbow bend  yaitu merupakan belokan pada pipa yang membentuk sudut siku-siku (90o) dengan cross sectional area yang sangat kecil sehingga akan menimbulkan tekanan yang sangat besar.

2.2.2 Katup

Isolasi pabrik/sistem produksi terhadap jalannya sistem tersebut hanya diizinkan ketika risiko terhadap penghentian produksi dan pengurangan tekanan sistem tidak dapat dihindari.

Katup penutup atau isolasi tidak boleh digunakan untuk keperluan tekanan yang naik turun secara terus menerus karena akan berpengaruh terhadap kemampuan katup untuk menutup dengan rapat. Setiap katup yang digunakan untuk isolasi harus tersedia segel positif yang dapat diandalkan ketika menutup. Kriteria yang spesifik untuk memilih tingkatan isolasi harus disediakan oleh  project owner yang tentunya selalu berbeda-beda. Sehingga, jenis katup yang dipilih untuk tujuan isolasi harus bedasarkan evaluasi yang sistematis dari syarat-syarat dan karakteristik-karakteristik alami dari katup tersebut. Secara umum, katup untuk isolasi adalah ball valve. Tetapi, gate valve atau conduit gate valve dapat juga digunakan untuk keadaan proses

yang berpasir atau abrasif. Butterfly valve dapat digunakan untuk proses non hazardous ketika tight shut off tidak begitu diperlukan. Semua katup  isolasi harus mampu dikunci rapat untuk terbuka maupun menutup.

Jenis katup, gambar, fungsi dan kondisi kerjanya

  1. Gate valve

Gate valve mudah dikenali karena mempunyai body dan stem yang panjang. Kegunaan utama dari gate valve adalah hanya untuk menutup dan membuka aliran (fully closed & fully opened position), on/off control dan isolation equipment.

Gate valve tidak bisa digunakan untuk mengatur besar kecilnya aliran (regulate atau trotthling). Karena akan merusak posisi disc nya dan mengakibatkan valve bisa passing pada saat valve ditutup (passing = aliran tetap akan lewat, walaupun valve sudah menutup), disc tidak menekan seat dengan baik yang diakibatkan karena posisi disc sudah berubah (tidak rata lagi).

Pada saat Gate valve terbuka sebagian (misal 50% opening), maka aliran fluida akan sebagian lewat dibawah disc yang menyebabkan turbulensi (turbulensi = aliran fluida yang bergejolak) pada aliran tersebut, turbulensi ini akan menyebabkan 2 hal:

a. Disc mengayun (swing) terhadap posisi seat, sehingga lama kelamaan posisi disc akan berubah terhadap seat sehingga apabila valve menutup maka disc tidak akan berada pada posisi yang tepat, sehingga bisa menyebabkan passing.

b. Akan terjadi pengikisan (erosion) pada badan disc.

Nama “Gate valve” diambil karena bentuk disc dari jenis valve ini pada saat menutup atau membuka berlaku seperti “Gate” (Gate dari bahasa inggris = Gerbang/Pagar). Dimana saat disc membuka keatas maka seluruh aliran akan bebas masuk tanpa hambatan yang berarti, namun pada saat disc tertutup rapat maka aliran akan berhenti tertahan oleh disc tersebut.

Globe valve

Globe valve merupakan salah satu jenis valve yang dirancang untuk mengatur besar kecilnya aliran fluida (regulate atau trotthling). Pada dasarnya bagian utama dari Globe valve ini sama saja dengan Gate valve. Yaitu terdiri dari body, seat, disc, bonnet, stem, packing dan gland.

Globe valve dengan gate valve bentuknya hampir sama, tetapi ada ciri-ciri tertentu yang dapat di jadikan acuan untuk membedakan antara keduanya, yaitu:

a.  Pada bagian dalam valve, disc dan seat nya berbeda. Perbedaan disc dan seat ini menyebabkan terjadi profil (pola) aliran yang berbeda. Bentuk dari disc dan seat inilah yang menyebabkan globe valve dapat diandalkan sebagai throttling valve. Aliran fluida saat melewati globe valve akan mengalami sedikit hambatan sehingga akan terjadi pressure drop yang lebih besar dari gate valve, pertama aliran akan mengenai seat lalu membelok keatas melewati dan mengenai seluruh bagian disc, lalu aliran akan dibelokkan lagi ke arah yang sama.

b. Pada bagian luar, body dari globe valve terlihat lebih menggelembung.

Khusus untuk globe valve yang menangani fluida steam, maka biasanya valve akan dilengkapi dengan back seat yang terletak berhadapan dengan seat. Back seat ini berperan sebagai pelapis pelindung bagian atas globe valve mencegah steam untuk menerobos masuk.

  1. Rotation valve

Dikatakan rotation valve karena valve membuka dan menutup dengan cara rotasi pada disc. Valve – valve dibawah ini berbeda dengan gate valve dan globe valve dalam hal cara membuka dan menutup valve. Pada gate valve dan globe valve, kita diharuskan memutar handwell, namun untuk rotation valve, kita bisa membuka dan munutup valve hanya dengan memutar handle valve sebesar 90 derajat. Oleh karena itu valve jenis ini bisa membuka dan menutup lebih cepat dari gate valve ataupun globe valve.

Handle pada valve tipe ini adalah pengganti handwell pada gate valve dan globe valve. Hal penting yang harus diperhatikan adalah, pada posisi valve fully open maka handle akan searah dengan aliran atau pipa, namun jika posisi valve fully close maka posisi handle tidak searah dengan aliran atau pipa, melainkan akan membentuk sudut 90 derajat dengan aliran atau pipa.

Yang termasuk jenis ini adalah: Plug valve, Ball valve dan Butterfly valve.

a. Cock Valve Or Plug Valve

Secara umum, kegunaan dari plug valve adalah untuk fully open dan fully close (isolation atau on/off control). Merupakan bentuk katup yang paling sederhana. Biasanya dipakai untuk pada ujung saluran fluida untuk menutup atau membuka saluran.

Bagian – bagian utama plug valve sama saja dengan gate valve ataupun globe valve. Yaitu body, stem, packing bolt, seal, plug. Seal sama fungsinya dengan packing, packing bolt sama fungsinya dengan gland nut atau gland, sedangkan plug sama fungsinya dengan disc tapi bentuknya berbeda.

Plug ini digunakan untuk mengontrol (membuka dan menutup) aliran pada plug valve, plug mempunyai celah atau lubang tempat aliran lewat. Saat handle diputar menuju open position maka plug akan berputar secara rotasi terhadap seat dan bagian yang bercelah akan melewatkan aliran. Namun pada saat handle diputar pada close position maka plug akan berputar secara rotasi terhadap seat dan bagian yang tak bercelah akan menahan aliran, sehingga aliran pun akan berhenti.

Plug harus rapat dengan body, agar tidak terjadi kebocoran ( leaking ) atau passing. Antara plug dan body akan terjadi gesekan (friction), maka untuk menimalkan efek gesekan tersebut, pada daerah sentuhan plug dan body diberikan pelumas.

Karena itu ada type plug valve yang mempunyai tempat pengisian pelumas diatas stem, ada juga yang sudah diberikan pelumas dari pabrik pembuatnya, ada juga yang yang tidak membutuhkan pelumas namun pada daerah sentuhan sudah dilapisi material teflon, jenis ini dinamakan self lubricating.

Jenis – jenis valve yang lain yang masih termasuk plug valve adalah:

a. Three way plug valve

Yaitu jenis plug valve yang mempunyai 3 port (sambungan), 1 untuk inlet dan 2 untuk outlet. Dengan menggunakan valve ini maka dengan mudah kita dapat mengarahkan outlet kearah aliran/pipa yang dikehendaki.

b. Four way plug valve

Biasa digunakan pada fluida cooling water yang melewati heat exchanger, dimana aliran cooling water bisa dengan mudah dibalikkan arahnya dengan tujuan untuk membersihkan heat exchanger tersebut dari kotoran-kotoran (fouling, sediment, solids).

4. Ball valve

Secara sederhana, Ball valve sama saja dengan plug valve, tetapi bentuk disc nya berbeda. Dinamakan Ball valve karena bentuk disc nya ini bulat seperti bola, dan bentuk body nya silinder .Ball valve digunakan juga sebagai on/off valve, fully opened atau fully closed valve, dan handal untuk aliran fluida yang mengandung partikel-partkel solid (slurry).

Sama seperti plug valve, ball valve juga membuka dan menutup dengan cara rotasi pada disc sehingga dapat membuka dan menutup lebih cepat. Ball valve juga mempunyai handle yang sama dengan plug valve, dimana pada posisi valve fully open maka handle akan searah dengan aliran atau pipa, namun jika posisi valve fully close maka posisi handle tidak searah dengan aliran atau pipa, melainkan akan membentuk sudut 90 derajat dengan aliran atau pipa.

       5. Butterfly valve

Butterfly valve digunakan untuk mengontrol (trhottling/regulate valve) aliran fluida yang bertekanan rendah.

Bagian-bagian utama pada valve ini sama saja dengan valve-valve yang diatas, yaitu body, disc, seat, dan handle. Disc nya berbentuk piringan yang tipis. Seat nya, melingkar mengikuti bentuk disc. Handle nya berbeda dengan type plug valve dan ball valve, karena mempunyai lever yang harus kita tekan apabila ingin membuka dan menutup valve dan kita lepaskan apabila telah sampai ke posisi yang kita inginkan.

Dibagian bawah handle dan lever terdapat skala (scale) yang digunakan untuk pembacaan posisi valve opening atau valve closing.

Butterfly valve juga membuka dan menutup dengan cara rotasi pada disc sehingga dapat membuka dan menutup lebih cepat. Dan mempunyai handle yang sama dengan plug valve, dimana pada posisi valve fully open maka handle akan searah dengan aliran atau pipa, namun jika posisi valve fully close maka posisi handle tidak searah dengan aliran atau pipa, melainkan akan membentuk sudut 90 derajat dengan aliran atau pipa.

  1. Diaphgram valve

Diaphgram valve bisa digunakan untuk mengatur aliran (trhottling) dan bisa juga digunakan sebagai on/off valve. Diaphgram valve handal dalam penanganan material kasar seperti fluida yang mengandung pasir, semen, atau lumpur, serta fluida yang mempunyai sifat korosif atau Chemical Fluid.

Diaphgram valve mudah dikenali karena bentuk bonnet nya yang menggembung seperti lonceng. Diaphgram valve mempunyai stem, handwell, plunger dan diaphgram stud yang menjadi satu, diaphgram, seat dan body. Diaphgram valve tidak mempunyai disc, tetapi sebagai pengganti disc adalah diaphgram itu sendiri. Dimana valve ini akan menutup jika plunger menekan diaphgram, dan akan terbuka jika plunger naik keatas. Saat menutup valve ini, juga tidak boleh terlalu kencang, karena bisa merusak diaphgram.

  1. Pinch valve

Pinch valve digunakan untuk menangani fluida yang berlumpur, endapan, dan yang mempunyai partikel-partikel solid yang banyak serta fluida-fluida yang mempunyai kecenderungan untuk terjadi kebocoran (leak).

  1. Check valve atau Non return valve

Check valve digunakan untuk membuat aliran fluida hanya mengalir kesatu arah saja atau agar tidak terjadi reversed flow/back flow.

Bentuk check valve sama saja dengan gate valve tapi valve ini tidak mempunyai handwell/handle maupun stem. Secara umum ada 3 macam check valve yang cara kerjanya sama saja namun aplikasi nya terhadap material fluida yang berbeda. yaitu: Swing check valve, Lift check valve, dan Ball check valve.

Swing check valve, penggunaan untuk fluida gas ataupun liquid yang tidak mengandung partikel padat (solid)

Lift check valve, penggunaan untuk fluida steam, gas, maupun liquid yang mempunyai flow yang tinggi.

Ball check valve, penggunaan untuk fluida liquid yang mengandung partikel padatan.

  1. Relieve valve dan Safety valve

Kedua valve ini digunakan untuk melepaskan (release) tekanan (pressure) pada suatu sistem agar tidak membahayakan alat (equipment), personnel yang sedang bekerja, dan untuk kepentingan proses itu sendiri.

Antara kedua valve ini terdapat penggunaan istilah yang seringkali tertukar satu sama lain. Kadang Relieve valve dianggap Safety valve dan kadang juga Safety valve dianggap Relieve valve. Namun, sebenarnya perbedaan mendasarnya adalah cara kerjanya itu sendiri, Relieve valve akan membuka perlahan-lahan apabila terjadi kelebihan (excess) pressure dan akan menutup kembali apabila pressure telah kembali normal. Relieve valve lebih cocok diaplikasikan ke fluida liquid. Sedang Safety valve, akan membuka secara sangat cepat langsung 60% opening apabila terjadi excess pressure. Dan akan menutup kembali hanya apabila pressure telah berada dibawah pressure normal (set point). Safety valve sangat cocok diaplikasikan ke fluida gas.

Solenoid Valve

            Selenoid Vave adalah katup elektromekanik yang digunakan untuk fluida kerja udara ataupun cair.  Katup ini diatur oleh arus elekrik melalui gulungan solenoid. Katup solenoid biasanya digunakan sebagai elemen control pada fluida. Tugasnya untuk menutup, membuka, distribusi ataupun mencampur fluida.

  1. Penstock Valve

Penstock Valve berasal dari bentuk Gate Valve yang ditunjukkan pada gambar 6.22 digunakan pada bendungan atau irigasi pada sebuah penstock atau pipa yang menyalurkan fluida ketempat yang diinginkan.

2.2.3 Perbedaan pipa seri dan pipa paralel

Karakteristik Pipa seri

Q1 = Q2 = Q3 = Konstan

V1d12 = V2d22= V3d32      dimana :          v= kecepatan aliran

D = Diameter pipa

∆h a,b =  ∆h1 + ∆h2 + ∆h3

Dimana  h= heat loss

 

 Image

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s