ikan dapat mencapai beberapa ratus meter kubik . · pdf filehitung dimensi pipa yang bisa...

Aquaculture Engineering Eko Efendi

Aquaculture Engineering 1

AQUACULTURE ENGINEERING

PART-2

Asupan air ke pertanian ikan dapat mencapai beberapa ratus meter

kubik permenit.

Eko

Efe

nd

i

2

Aquaculture Engineering

» Pipa Thermoplastic dibagi menjadi weldable (polyethylene; PE) dan glueable (polyvinyl chloride; PVC) tergantung cara dihubungkan.

» Polypropylene (PP), acrylonitrile–butadiene–styrene (ABS) and polyvinyl difluoride (PVDF) digunakan untuk tingkat penggunaan yang kecil (mahal).

Eko

Efe

nd

i

3


» Pipa harus tebal Toleransi takanan. » Kelas Tekanan (PN) menyatakan tekanan

maksimum yang dapat ditoleransi pipa » Kelas tekanan dinyatakan dalam bar (1 bar = 10m

kolom air (mH2O) = 98100Pa); » Contoh pipa PN4 dapat mentoleransi 4 bar atau 40

m kolom air, artinya tekanan dalam pipa yang melebihi 4 bar harus di pecah.

» Yang biasa digunakan dalam perikanan adalah PN4, PN6, dan PN10

» Perbedaan kelas PN ditentukan oleh ketebalan pipa

Eko

Efe

nd

i

4




»WATER HAMMER » Ketika Katup pada pipa panjang yang diisi

banyak air ditutup dengan cepat.

» Membangkitkan tekanan lokal yang tinggi di ujung pipa

» Hasilnya pipa dapat meledak

» Dapat juga terjadi ketika menghidupkan atau mematikan pompa dengan cepat.

Eko

Efe

nd

i

5


»VACUUM Vacuum dihasilkan pada bagian pipa ketika dibaringkan pad ketinggian yang berbeda melewati puncak dan berfungsi untuk menyedot.

Bagaimana mengatasinya?

(Kumpulkan Minggu Depan)

Eko

Efe

nd

i

6


A vacuum may occur inside the pipe on the top crest causing deformation.

» Diameter pipa biasanya distandarisasi

» Diameter internal digunakan untuk menghitung kecepatan pada jalur pipa

» Pipa harus ditandai dengan jelas setiap meter

» Tanda yang biasa digunakan: bahan pipa, Kelas tekanan, diameter eksternal, ketebalan, pabrik dan tanggal produksi.

Eko

Efe

nd

i

7


Katup biasanya digunakan untuk mengatur laju aliran air dan arah aliran

Tipe yang digunakan harus menyesuaikan dengan aliran dalam sistem

Material yang digunakan PVC, ABS, PP dan PVDF.

Eko

Efe

nd

i

8




Eko

Efe

nd

i

9


diagrams showing valve cross-sections Eko

Efe

nd

i

10


(B) ball valve; (C) angel seat valve; (D) diaphragm or membrane valve; (E) butterfly valve.

» Katup bola solusi murah, tetapi tidak dapat mengatur aliran dengan tepat, tetapi lebih tepat sebagai katup on/off

» Angle seat valves memiliki piston yang berdiri dalam dudukan pada sudut tertentu. Ketika diputar akan membuat piston naik atau turun. Dapat mengatur aliran secara tepat, mahal, headloss tinggi

» Untuk aliran yang akurat misalnya pada tank tunggal disarankan menggunakan katup diafragma.

» Katup kupu-kupu biasanya digunakan pada pipa besar (biasanya pipa utama).

Eko

Efe

nd

i

11


Eko

Efe

nd

i

12




Eko

Efe

nd

i

13


» Jelaskan bagaimana mekanisme penggabungan pipa dengan metode diatas

» Dikumpulkan Minggu depan

Eko

Efe

nd

i

14


» Jumla air yang mengalir melalui pipa atau saluran terbuka yang tergantung dari kecepatan dan luas penampang pipa atau saluran dimanan air mengalir. Persamaan kontinuitas:

Eko

Efe

nd

i

15


» Contoh

» Kecepatan aliran adalah 1000 l/min (0.0167m3/s). Kecepatan dalam pipa diatur pada 1.5m/s. Hitung dimensi pipa yang bisa digunakan.

Eko

Efe

nd

i

16




» Sekarang

» Dimana r adalah jari-jari internal pipa, sehingga

Eko

Efe

nd

i

17


» Untuk saluran terbuka kecepatan aliran tergantung pada kelandaian, jari-jari hidrolik dan koefisien manning:

Eko

Efe

nd

i

18


» Radius hidrolik adalah rasio antara wilayah potongan melintang dimana air mengalir dan daerah yang basah yang mana panjang permukaan basah diukur normal terhadap aliran.

» Kelerengan adalah rasio antara perbedaan elevasi antara dua titik dalam saluran dan jarak horizontal antara dua titk yang sama.

Eko

Efe

nd

i

19


» Example

» Jarak horizontal antara dua titik A dan B adalah 500m.A berada 34 m diatas permukaan laut dan B 12 meter diatas permukaan laut.Hitung kelerengan.

Eko

Efe

nd

i

20




» Untuk memastikan pengeringan direkomendasikan kelerengan lebih dari 0.0013, sementara untuk dapat membersihkan sendiri kisaran kelerengan 0.005–0.010.

» Koefisien Manning ditentukan dari percobaan

» Nilai untuk saluran beton 0.015, saluran plastik 0.013, sedangkan untuk saluran tanah 0.023 dan aluran berbatu 0.025

Eko

Efe

nd

i

21


» Berdasarkan kecepatan aliran dan wilayah potongan melintang, laju aliran dapat dihitung dengan persamaan kontinuitas sbb:

Eko

Efe

nd

i

22


» Perpindahan air melalui pipa atau saluran dari dua titik akan menghasilkan kehilangan energi (head loss).

» Hal ini disebabkan friksi antara molekul air dan lingkungannya.

» Pada semua bagian pipa dimana ada perubahan arah aliran(bends) atau melalui celah sempit (valves) friksi tambahan mungkin terjadi sehingga akan meningkatkan headloss.

» Di dalam pipa terdapat gradien velositas, dimana velositas tercepat terjadi ditengah pipa, yang paling rendah di dekat dinding pipa.

Eko

Efe

nd

i

23


» Sebagai hasil kehilangan friksi ketika mengalir melalui pipa, energi air harus lebih tinggi pada bagian permulaan (inlet) daripada bagian akhir (outlet);

» Energi yang hilang (hm) karena friksi ketika melalui pipa dapat dihitung menggunakan persamaan Darcy– Weisbach :

Eko

Efe

nd

i

24




» Koefisien friksi tergantung permukaan pipabiasanya disebut kekasaran (roughness). Kekasaran relatif (r) didefinisikan sebagai hubungan antara kekasaran mutlak (e) dan diameter (d) pipa,

r = e/d

» Pipa baru memiliki kekasaran lebih rendah dari pipa lama

» Kekasaran untuk pipa PE atau PVC yang dibuat pabrik biasanya berkisar antara 0.025 – 0.035

Eko

Efe

nd

i

25


» Relative roughness describes the relation between the absolute roughness (e) and the pipe diameter (d).

Eko

Efe

nd

i

26


» Bilangan Reynolds 𝑅𝑒 adalahbilangan tak berdimensi yang digunakan untuk menggambarkan kondisi aliran.

» Jika 𝑅𝑒 < 2000 aliran laminar, jika > 4000 aliran turbulen.

» Jika 𝑅𝑒 diantara maka aliran tidak stabil.

» 𝑅𝑒 dapat dihtung dengan persamaan

Eko

Efe

nd

i

27


» Viskositas kinematik adalah viskositas mutlak dibagi dengan densitas cairan, dengan satuan m2/s.

» Viskositas kinematik meyatakan bagaimana mudahnya sebuah cairan mengalir

» Minyak akan mengalir keluar secara lambat ketika tumpah pada permukaan horizontal dibanding air

» Viskositas kinematik menurun dengan temperatur

» Sebagai contoh akan berkurangdari 1.79 × 10−6m2/s pada 0°C menjadi 1.00 × 10−6m2/s pada 20°C.

» Salinitas juga akan meningkatkan viskositas kinematik , pada salinitas 3.5% adalah 1.83m2/s pada 0°C dan 1.05m2/s pada 20°C.

Eko

Efe

nd

i

28




» Rerata kecepatan air tawar dalam pipa dengan diameter internal 123.8 mm adalah 1.5m/s (0.1238m). Temperatur adalah 20°C. Hitung bilangan Reynolds .

» This clearly illustrates that the water flow in the pipe is in the turbulent area.

Eko

Efe

nd

i

29


» Dengan menghitung Bilangan Reynolds dan kekasaran relatif, koefisien friksi f, dapat ditemukan dari diagram Moody.

Eko

Efe

nd

i

30


» Example

» Hitung head loss pada pipa tua PE dengan diameter internal 110mm (0.11m). Panjang pipa adalah 500 m dan kecepatan dalam pipa adalah 1.5m/s; koefisien friksi adalah 0.030.

Eko

Efe

nd

i

31


» Principle of the Moody diagram showing the relation between relative roughness and Reynolds number.

Eko

Efe

nd

i

32




» Diagram showing the relation between internal diameter, water flow (1000 l = 1m3), water velocity and head loss for a pipe with a known f value. (Reproduced with permission from Helgeland Holdings.)

Eko

Efe

nd

i

33


» Head loss dalam pipa adalah kehilangan energi karena friksi pada fitting karena halangan yang menciptakan turbulen ekstra yang meningkatkan head loss.

» Turbulen yang terjadi pada inlet dan outlet, dalam katup, reduktor dan koneksi, dapat dihitung dengan persamaan :

Eko

Efe

nd

i

34


» Example

» Air harus mengalir melalui 90° elbow atau juga dua elbow 45° . Nilai k berturut turut adalah 0.26 dan 0.9, kecepatan aliran diatur 1.5m/s. hitung headloss?

Eko

Efe

nd

i

35


» As this example illustrates, there is a great advantage in using two 45° bends rather than one 90° bend to reduce the head loss. This will apply, for instance, for the outlet pipe from a fish tank.

Eko

Efe

nd

i

36




» The k values for different parts may be found from special tables

» Typical resistance coefficients, k, for different fittings. Values of k will vary with the producer of the fitting.

Eko

Efe

nd

i

37


» Pumps are mechanical devices that add energy to fluids by transforming mechanical energy (normally from electric motors) to potential and/or kinetic energy of the fluid.

» In most aquaculture situations pumps are used to lift water from one level to another. Water will flow only when energy is available to create a flow, i.e. there is a positive energy gradient.

Eko

Efe

nd

i

38


» A major pump type is the displacement pump in which liquid is displaced from one area to another.

Eko

Efe

nd

i

39


» Gear pumps and screw pumps are other types of displacement pump. The pumps may break if the outlet is blocked.

Eko

Efe

nd

i

40




» An example is the piston pump: when the piston moves up and down it creates, respectively, a vacuum and pressure, and in this way the liquid is transported; back-flow valves must be included.

Eko

Efe

nd

i

41


» Pada air-lift pumps, Udara dimasukkan kedalam pipa terbuka yang tegak dibawah permukaan dan sebagian diisi air

» Gelembung udara akan menggeser air menuju permukaan

Eko

Efe

nd

i

42


»Ketika air diangkat dari satu level ke level lainnya yang berbeda ketinggiannya disebut static lifting height.

»Tinggi pengangkatan setara dengan pressure head( pada pompa rendam)

Eko

Efe

nd

i

43


»Cavitation mengurangi efektivitas pompa juga memperpendek umur pompa

»Cavitation dapat juga terjadi karena kebocoran dalam pipa atau sambungan pipa pada sisi suction

Eko

Efe

nd

i

44




» Cavitation dapat terjadi jika suction head terlalu tinggi

» Ketika tekanan sekitar molekul air turun, air akan mendidih pada temperatur rendah.

» Sebagai contoh tekanan atmosfer turun dari 10.3mH2O ke 1mH2O, air akan mendidih pada 46°C.

» Fenomena ini dapat diamati ketika mendidihkan air di puncak gunung

Eko

Efe

nd

i

45


» Pompa tidak meghisap sendiri

» Tingkat air harus lebih tinggi dari pompa

» Pendorong harus memiliki tekanan untuk berfungsi normal

» NPSH memberikan tekanan terendah, air harus mengalir ke pompa .

Eko

Efe

nd

i

46


» NPSH depends on the water flow and increases with increasing flow; it can be described as follows:

» where: hb = barometric pressure

hv = vapour pressure of the liquid at the operating temperature

hf = frictional losses due to fluid moving through the inlet pipe including bends

hh = pressure head on pumping inlet (negative if it is a static lift on the suction side of the pump).

Eko

Efe

nd

i

47


» Example

» Sebuah pompa dipilih pada perikanan darat, dengan debit (Q) dan head (H), NPSH yang diperlukan dapat dibaca dari kurva dayaguna 4mH2O. Lokasi dikondisikan tertutup dari lautan dan tekanan barometrik (hb) diukur10.3mH2O. Temperatur maksimum selama musim panas 30°C yang berhubungan dengan tekanan uap (hv) 4.25N/m2 setara 0.44mH2O. Friksi yang hilang pada pipa inlet termasuk kehilangan fitting (hf) dengan kecepatan aktual 1.5mH2O. Suction lift aktual (hh) adalah 2m. NPSH dapat dihitung:

Eko

Efe

nd

i

48




» Energi adalah kebutuhan untuk pompa air dari satu level ke level berikutnya

» Konsumsi energi biasanya diekspresikan sebagai power (P), yang mana energi disuplai per unit per waktu.

» P diukur dalam Joule per detik; 1J/s = 1 watt (W). » Persamaan untuk meghitung kebutuhan energi pompa adalah sbb:

» where: ρ = density of water (kg/m3) g = acceleration due to gravity (m/s2) Q = water flow rate (m3/s) h = height that the water is pumped.

Eko

Efe

nd

i

49


» Hitung energi yang diperlukan untuk mengangkat 1000 l/min air dengan 5m dan 15m (termasuk friksi head). Densitas air 1025kg/m3, laju aliran 0.016m3/s dan percepatan gravitasi 9.81m/s2.

» Case 1: 5m lift P = ρghQ = 1025kg/m3 × 9.81m/s2 × 5m × 0.016m3/s = 804.4 J/s = 804.4W. » Case 2: 15m lift P = ρghQ = 1025kg/m3 × 9.81m/s2 × 15m × 0.016m3/s = 2413.3W = 2.4kW. » This illustrates that by tripling the pump height the energy requirement is

also tripled.

Eko

Efe

nd

i

50


» Asupan tenaga dari pompa ke air disebut efek air dan merupakan jumlah dari kecepatan head, head loss dan statik head.

» Efisiensi pompa dihitung dengan persamaan

= PD/PS

where:

= efficiency

PD = energy delivered from the pump to the water

PS = energy supplied to the pump.

Eko

Efe

nd

i

51


» Pompa centrifugal paling banyak digunakan dalam perikanan

» Terdiri dari tiga komponen: power, batang pompa dan sumbu pendorong

» Power (motor elektrik) menyebabkan batang pompa berputar yang menempel pada pendorong.

» Sekitar batang pompa dilapis untuk mencegah kebocoran

Eko

Efe

nd

i

52




Eko

Efe

nd

i

53


» Pompa propeler dibangun secara sederhana dengan propeler yang berputar dalam pipa

» Keuntungan dapat mengirimkan jumlah air yang besar pada tekanan yag rendah, normalnya kurang dari 10mH2O

» Kebocoran tekanan terjadi antara dua sisi propeler (head and suck)

» Pada beberapa pompa laju aliran dapat diatur dengan menambah sudut propeler.

» Propeler biasanya dipasang pada pipa vertikal (walaupun bisa juga pada pipa horozontal untuk menciptakan aliran)

Eko

Efe

nd

i

54


Eko

Efe

nd

i

55


» Pompa kering terdiri dati ruang pompa dengan sumbu pendorong yang dihubungkan dengan motor.

» Pompa kering didinginkan dengan kipas

» Antara ruang pompa dan motor dilapis untuk mencegah kebocoran air

Eko

Efe

nd

i

56




» Dalam pompa rendam motor dan ruang pompa dibangun bersama dan dibungkus dalam satu unit yang lebih rendah dari air

» Sangat penting untuk melapis antara ruang pompa dan motor untuk mencegah air masuk.

» Motor didinginkan oleh air sekitar

Eko

Efe

nd

i

57


Centrifugal pumps are either (A) submerged (pump shown ready to lower into the water) or (B) dry placed.

Eko

Efe

nd

i

58


» Pompa dapat dihubungkan dalam rangkaian series atau paralel

» Dengan cara ini dapat merubah tekanan dan aliran air » Ketika dihubungkan secara seri diletakkan satu setelah

yang lainnya dalam satu jalur pipa yang sama sehingga akan meningkatkan head dan menjaga lairan tetap sama

» Tekanan inlet pada pompa kedua adalah tekanan outlet pada pompa pertama

» Ketika disusun paralel pipa utama dibagi menjadi beberapa sub, tiap pompa diletakkan dalam setiap sub, sehingga akan meningkatkan aliran sementara head tetap

Eko

Efe

nd

i

59


» Laju aliran dan tekanan akan berubah dengan menghubungkan popmpa dalam rangkaian seri atau paralel.

Eko

Efe

nd

i

60




Eko

Efe

nd

i

61


ikan dapat mencapai beberapa ratus meter kubik . · pdf filehitung dimensi pipa yang bisa...

Documents