17 | September | 2011 | Ir-Darmadi-MT's Blog

Pipe Flow Expert produksi dari www.pipeflow.co.uk (negara inggris) , dibuat untuk membantu eNGiNeer dalam menganalisa dan menyelesaikan permasalahan aliran dalam pipa incompressible / fluid flow baik mengenai kecepatan aliran , perubahan tekanan dan lain-lain pada seluruh jaringan pipa. Jaringan pipa dapat tertutup maupun jaringan terbuka tak jadi masalah.

Pipe Flow Expert memungkinkan ENGINEER menganalisis jaringan pipa yang kompleks sehingga diperoleh hasil perilaku aliran dalam pipa. Penggunaannya misalnya dalam masalah

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

sehingga jaringan menjadi mudah dianalisa dengan adanya software ini. Bayangkan pada jaman dahulu sebelum dunia IT / computer tidak maju sepesat ini atau bahkan belum ada,maka berapa hari harus trial dan error sehingga diperoleh hasil kesetimbangan dalam pipa !!!!!!!!!!!!.

Pipe Flow Expert menganalisis dengan metode balanced steady-state flow and pressure conditions of the system

Sebenarnya banyak sekali software yang dapat digunakan dalam menyelesaiakan jaringan pipa yi :

ePANeT, ini versi gratisan, ya … tentu saja pasti jauh dari yang diharapkan tapi mampu menyelesaikan jaringan pipa. EPANET merupakan software yang bersifat public domain (gratis) yang digunakan untuk pemodelan jaringan pipa terutama sistem distribusi air yang dikembangkan oleh U.S. Environmental Protection Agency’s Water Supply and Water Resources Division (US EPA). EPANET pertama kali hadir pada tahun 1993 (Rossman, 1993 dalam Mays, 1999) dan versi terbarunya adalah EPANET 2.0 yang dirilis pada Februari 2008 melalui situs resmi US EPA.
WaterCAD, sama saja hanya program ini berbasis CAD
AFT , Applied Flow Technology, sama atau bahkan mirip dengan PFE, hanya tampilan dan materi gambar lebih baik
Dan lain-lain, semua dapat di di DL di web.

Khusus untuk Pipe flow expert berikut dapat link yang dapat diakses http://www.pipeflow.co.uk — software asli trial versi terbaru 2010 5.12.1.1

http://www.4shared.com/get/MB8qxnto/Copy_of_Pipe_Flow_Expert_v5121.html

http://www.4shared.com/file/_dCkGBGX/Pipe_Flow_Expert_v51211.html

http://filetram.com/download/file/2907553113/portable-pipe-flow-expert-4-6-www-softarchive-net-rar

Sampai saat ini telah banyak tersedia paket software yang tersedia oleh bermacam-macam vendor baik yang bersifat komersial maupun public domain, mulai dari yang paling lengkap fiturnya sampai dengan yang paling sederhana diantaranya seperti yang ditunjukkan Tabel 1.

Tabel 1. Software untuk pemodelan jaringan pipa (Mays, 1999)

Output yang diperoleh dari PFe Pipe Flow Expert ini adalah

Debit masing-masing pipa
Kecepatannya
Reynold number Re
Friction factor
Friction loss
Fittingloss/sambungan
Pressures pada setiap titik
HGL atau garis energy atau hydraulic Graade Line
Pump operation point
Daya yang dibutuhkan pompa

Tutorial saya bagi menjadi tiga bagian yi

Tingkat dasar : adalah untuk mengenal secara mudah penggunaan PFe ini, sehingga akan mempermudah pada tingkatan selanjutnya. Pda tingkat ini akan diberikan contoh-contoh penggunaan jaringan sederhana, misalnya

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

Tingkat lanjut, pada tingkat ini kita mencoba jringan-jaringan yang sederhana misalnya

pemipaan air minum untuk mensuplai gedung dengan tiga lantai
jaringan pipa PDAM pada kompleks perumahan kecil dan lain-lain

Tingkat professional adalah

menganalisa jaringan yang kompleks
melakukan modifikasi baik diameter pipanya , jenis pipa, pompa dll
melakukan efektifitas perencanaan jaringan pemipaan

Ok, kita mulai saja

1. Prinsip Dasar Aliran Melalui Pipa

Aliran melalui pipa dianalisis menggunakan persamaan kontinuitas dan persamaan energi. Persamaan kontinuitas untuk aliran mantap dalam pipa lingkaran dengan diameter D adalah:

(1)

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

(2)

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

(3)

Kehilangan energi sekunder hm adalah nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Nilai h + z disebut sebagai energi piezometrik, dan garis penghubung energi piezometrik tersebut di sepanjang pipa disebut sebagai garis gradien hidrolik.

Gambar 1. Sketsa aliran melalui pipa

Mengetahui kondisi pada penampang 1, dan menggunakan persamaan (2), energi tekanan pada penampang 2 dapat ditulis sebagai:

(4)

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

(5)

Dengan demikian, h2 dapat diperoleh jika nilai hL diketahui.

2. Kehilangan Energi akibat Tahanan Permukaan/Friksi

Kehilangan energi akibat tahanan permukaan saluran diberikan oleh persamaan Darcy-Weisbach:

(6)

Dimana L = panjang pipa, dan f = koefisien tahanan permukaan, umumnya dikenal sebagai factor gesekan. Eliminasi V antara persamaan (1) dan (6), sehingga diperoleh persamaan berikut:

(7)

Koefisien tahanan permukaan untuk aliran turbulen tergantung pada ketinggian rata-rata proyeksi kekasaran, , dari dinding pipa. Kekasaran rata-rata dinding pipa untuk pipa komersial ditunjukkan pada Tabel 1. Nilai-nilai ini disarankan untuk dicek di pabrik pembuat pipa setempat.

Tabel 1. Tinggi kekasaran rata-rata untuk pipa komersial

Koefisien tahanan permukaan juga tergantung pada angka Reynolds Re dari aliran yang dituliskan sebagai:

(8)

Dimana = viskositas kinematik fluida yang dapat diperoleh menggunakan persamaan yang diberikan oleh Swamee (2004):

(9)

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

(10)

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

(11)

Menggunakan persamaan (11), Moody (1944) membuat kelompok kurva hubungan antara nilai f dan Re untuk variasi nilai kekasaran relatif .

Untuk aliran laminar (Re ≤ 2000), nilai f hanya tergantung pada nilai Re dan diberikan dalam persamaan Hagen – Poiseuille:

f = 64/Re (12)

Untuk nilai Re antara 2.000 dan 4.000 (disebut aliran transisi), tidak terdapat informasi untuk menghitung nilai f. Swamee (1993) memberikan persamaan berikut untuk nilai f yang berlaku pada aliran laminar, turbulen, dan transisi:

(13)

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

Gambar 2. Sebuah pipa

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

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

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

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