pipa dan pompa

PEMIPAAN DAN POMPA

PEMIPAAN Pada sistem tata udara, pemipaan air

dijumpai pada sistem udara-penuh, sistem air-penuh, dan sistem udara-air.

Sistem sirkulasi yang digunakan dapat bersifat terbuka maupun tertutup.

Sistem terbuka ditemui pada pemipaan menara pendingin, sementara sistem tertutup dijumpai pada pemipaan air dingin (chilled-water).

DEBIT AIR

𝑄= 𝑐 𝑥 𝐺 𝑥 ∆𝑡

𝑄 = kapasitas pendinginan [kW] 𝑐 = kalor jenis [kJ/kg.0C] 𝐺 = debit air [l/s] ∆𝑡 = beda temperatur [K]

JENIS PEMIPAAN Sekali-lintas/Once-through type Resirkulasi terbuka/Open recirculating

type Resirkulasi tertutup/Closed recirculating

type Direct return Reverse return

ONCE THROUGH PIPING Air mengalir melalui sistem dan langsung

dibuang. Contoh untuk aplikasi ini adalah

penggunaan city water untuk pendingin kondenser.

Sistem ini dapat bekerja dengan atau tanpa pompa.

OPEN RECIRCULATING Air dipompakan dari reservoir

ke sistem dan kembali lagi ke reservoir, dengan memberikan kesempatan kepada air untuk kontak dengan udara.

Contoh jenis ini adalah sistem air dingin dengan pencuci udara/air washer untuk pendinginan dan dehumidifikasi, dan sistem air pendinginn kondenser dengan menara pendingin. Bak

Sumur

Pompa

KONDENSER

COOLING TOWER

A B

CD

EF

GH

I

CLOSED RECIRCULATING SYSTEM Air disirkulasikan pada

pipa dan peralatan lain secara tertutup, tanpa kontak dengan udara (kecuali jika ada tanki ekspansi).

Contoh untuk jenis ini adalah sistem air dingin dengan koil untuk proses pendinginan dan dehumidifikasi.

AH

U/F

CU

AH

U/F

CU

AH

U/F

CU

Chill

er/

Boile

r

DIRECT RETURN TYPE Merupakan bagian dari

sistem pemipaan resirkulasi tertutup.

Jika drop tekanan pada unit-unit sama, maka pada direct return type setiap unit akan memerlukan balancing valve dan memeerlukan waktu untuk menjamin debit air yang sama ke setiap unit.

REVERSE RETURN beda tekanan dari supply line menuju

unit ke return line sama untuk setiap unit.

Setiap unit akan memiliki debit yang sama dan tidak diperlukan lagi balancing.

Biaya untuk tambahan pemipaan pada pipa balik bisa jadi lebih berharga dibandingkan biaya untuk katup-katup, biaya balancing, dan waktu yang digunakan untuk proses balancing.

Sangat disarankan digunakan pada gedung dengan banyak ruangan yang menggunakan banyak FCU yang memiliki drop tekanan yang sama.

KATUP Mengalirkan dan menghentikan aliran air Mengatur debit air Mencegah aliran balik

GATE VALVE Untuk mengalirkan dan

menghentikan aliran air, sering digunakan katup gerbang atau gate valve, karena pada saat terbuka penuh, air dapat mengalir tanpa drop tekanan yang terlalu besar.

Jenis ini sering digunakan untuk isolating pump, cooler, dan condenser.

Ulir yang pada sisi luar stem akan memudahkan pencegahan korosi dan pelumasan.

Pada posisi buka penuh, stem akan tertarik keluar dan katup akan sangat “tinggi”, sehingga seringkali ditemui kesulitan dalam memasang katup tersebut pada tempat-tempat yang instalasi pemipaannya rumit atau terhalang oleh instalasi lain.

GLOBE DAN ANGLE VALVE

GLOBE DAN ANGLE VALVE Katup globe dan katup sudut/angle valve

umum digunakan untuk mengatur atau “mencekik” aliran air.

Katup ini memiliki drop tekanan yang tinggi saat terbuka, namun memiliki karakteristik pencekikan atau “throttling” yang baik, yaitu persentase debit hampir proporsional dengan persentase bukaan katup.

Tanki ekspansi Tanki ekspansi dibutuhkan

untuk mengantisipasi pemuaian dan penyusutan air akibat perubahan temperatur

Tanki ekspansi juga diperlukan untuk menyediakan tempat untuk penambahan air sebagai pengganti air yang hilang akibat kebocoran pada pompa dan bagian pemipaan lainnya.

Tanki ekspasiJenis

tangki ekspansi jenis terbuka tanki ekspansi jenis tertutup tanki ekspansi diafragma

Tanki ekspansi Tanki ekspansi tertutup:

air tidak berhubungan langsung dengan udara luar. Tekanan air dalam tanki akan lebih besar dibandingkan dengan tekanan udara luar.

Tanki ekspansi diafragma:air dan gas bertekanan dalam tanki dibatasi oleh sekat diafragma yang dipasang dalam tanki.

Tanki ekspansi terbuka:ditempatkan pada bagian tertinggi dari sistem pemipaan balik, sedekat mungkin dengan pompa untuk menjaga tekanan positif pada saluran isap pompa

Tanki ekspansi terbuka

Tanki ekspansi tertutup Alternatif jika tanki

ekspansi terbuka sulit dipasang.

Tanki ini dapat dipasang sedekat mungkin dengan bagian sistem pemipaan yang memiliki tekanan terendah.

Tanki ekspansi diafragma Penambahan volume akibat

kenaikan temperatur akan mendorong difragma yang ada pada tanki ekspansi, sehingga kenaikan tekanan air tidak akan terlalu besar.

Volume tanki ekspansi Kenaikan volume air

Volume tanki ekspansi terbuka

Vnet = (v1 / v0) - 1

Vnet = nilai ekspansi netto air v0 = volume spesifik air awal, saat dingin (ft3/lb, m3/kg)

v1 = volume spesifik air akhir, setelah menghangat (ft3/lb, m3/kg)

Vet = k Vw [(v1 / v0) - 1]

Vet = volume tanki ekspansi (gallon, liter)

k = faktor keamanan/safety factor (umumnya digunakan nilai 2)Vw = volume air dalam sistem (gallon, liter)

v0 = volume spesifik air awal, saat dingin (ft3/lb, m3/kg)


Volume tanki ekspansi Volume tanki ekspansi tertutup

Vet = k Vw [ ( v1 / v0 ) - 1 ] / [ ( pa / p0 ) - ( pa / p1 ) ]

Vet = volume tanki ekspansi (gallon, liter)k = faktor keamanan/safety factor (umumnya digunakan nilai 2)Vw = volume air dalam sistem (gallon, liter)v0 = volume spesifik air awal, saat dingin (ft3/lb, m3/kg)


pa = tekanan udara atmosfer, ~ 14.7 (psia)p0 = tekanan air awal (psia)p1 = tekanan air akhir (psia)

Volume tanki vs temperatur Estimasi volume tanki ekspansi

tertutup pada berbagai temperatur, dengan asumsi temperatur awal 100C, tekanan awal 70 kPa, dan tekanan maksimum 200 kPa.

Koreksi volume tanki Jika temperatur awal dan

tekanan maksimum selain dari angka-angka di atas, maka volume tanki ekspansi tertutup harus dikalikan dengan faktor koreksi.

Volume tanki Volume tanki diafragma

Vet = k Vw [ ( v1 / v0 ) - 1 ] / [ 1 - ( p0 / p1 ) ]

Vet = volume tanki ekspansi (gallon, liter)

k = faktor keamanan/safety factor (umumnya digunakan nilai 2)Vw = volume air dalam sistem (gallon, liter)

v0 = volume spesifik air awal, saat dingin (ft3/lb, m3/kg)


p0 = tekanan air awal (psia)

p1 = tekanan air akhir (psia)

Estimasi volume tanki diafragma Estimasi volume tanki

ekspansi diafragma pada berbagai temperatur, dengan asumsi temperatur awal 100C, tekanan awal 70 kPa, tekanan maksimum 200 kPa, faktor keamanan 2, dan acceptance factor 0.5.

Koreksi volume tanki diafragma Jika temperatur

awal dan tekanan maksimum berbeda, maka volume harus dikoreksi

Pipe sizing Setelah sistem pemipaan diketahui dan

debit dihitung, maka ukuran pipa dapat dihitung.

Selanjutnya, resistansi total dapat dihitung untuk menentukan head pompa yang dibutuhkan.

Ukuran pipa dibatasi oleh kecepatan yang diijinkan.

Recommended velocity

Maximum water velocity to minimize erosion

Friction loss for closed piping

Friction loss for open piping

Friction loss for open and closed copper piping

Fitting loses in equivalent of pipe length

Pipe sizing example

Closed piping chart Sistem: open recirculating

Open piping chart

Dari grafik: Pipa 200:

V = 2.3 m/s Friction loss = 350 Pa/m

Pipa 150: V = 4 m/s Friction loss = 1550 Pa/m

Pipa 150 tak dapat digunakan karena tidak memenuhi spesifikasi kecepatan.

Pipa discharge harus diganti menjadi 200.

Panjang ekuivalen pipa lurus= 3.0 + 26.0 + 3.6 + 3.6 + 1.0 + 0.6 + 2.4 + 6.0 + 30.0 + 6.4

+ 2.4 + 1.0 = 86.0 m

Jadi, total ekuivalen panjang pipa Pipa lurus = 86.0 10 elbows @ 4.0 = 40.0 2 gate valves @ 2.7 = 5.4 1 lift check valve @ 67.0 = 67.0 Total panjang ekuivalen = 157.4

Rugi gesekan Rugi gesekan = 157.4 x 350

= 55090 Pa = 55.09 kPa

TOTAL HEAD Friction head = 55.09 Head loss at tower 3.6 m x 9.807 = 35.30 Strainer pressure drop = 25.00 Condenser pressure drop = 80.00 Cooling tower nozzle pressure = 50.00 Total = 245.39 kPa

POMPA SENTRIFUGAL jenis pompa yang paling umum ditemui

pada berbagai aplikasi skala rumahtangga sampai dengan skala

industri debit yang dihasilkannya bervariasi antara

beberapa liter per jam hingga puluhan atau ratusan meter kubik per jam.

PRINSIP KERJA Menambah energi fluida Impeler – casing/volute Impeler: mengubah energi mekanik rotatif

menjadi energi kinetik Casing/volute: mengubah energi kinetik

menjadi energi tekanan

PRINSIP KERJA

HEAD POMPA Tekanan pada suatu titik pada cairan akan

sebanding dengan tinggi dan berat jenis cairan.

Head adalah satuan tekanan yang dinyatakan dengan tinggi kolom cairan.

M H2O atau meter air, ft H2O atau feet air, cm Hg, in H2O, adalah beberapa satuan yang umum digunakan untuk head.

KARAKTERISTIKT

eka

na

n

Debit

HUKUM POMPAQ nHp n2

Pw n3

di manan:Kecepatan putar pompa [rpm]Q:Debit [m3/detik]Hp:Head pompa [m]Pw:Daya pompa [W]

HUKUM POMPA

1

2

1

2

n

n

Q

Q )n/n(QQ 1212 atau

Debit vs kecepatan putar

HUKUM POMPA

2

1

2

1p

2p)

n

n(

H

H atau 2

121p2p )n/n(HH

Head vs kecepatan putar

HUKUM POMPA

3

1

2

1w

2w )n

n(

P

P

3121W2w )n/n(PP atau

Daya vs kecepatan putar

VARIASI RPMT

eka

na

n

Debit

KURVA SISTEM Darcy-Weisbach:

D2Lv

fp2

p : Drop tekanan pada pipa [Pa]

f : Faktor gesekan, tak bersatuan

L : Panjang pipa [m]

v : Kecepatan [m/detik]

D : Diameter dalam pipa [m]

: Massa jenis cairan [kg/m3]

KURVA SISTEM Bentuk lain:

gD2Lv

fgp

h2

h : Penurunan head [m]

g : Percepatan gravitasi [m/detik2]

KURVA SISTEM Drop tekanan sebanding dengan kuadrat

debitD

rop

teka

nan

Debit

TITIK KERJA Perpotongan antara kurva sistem dan

kurva pompaT

eka

na

n/h

ea

d

Debit

Titik kerja 1

Titik kerja 2

POMPA PARALEL KONFIGURASI

Te

kan

an

Debit

pompa A atau B

pompa A dan B

POMPA PARALEL TITIK KERJA

Tek

anan

Debit

pompa A atau B

pompa A dan B

titikkerja

POMPA PARALEL HASIL

Debit ……………………………. Head …………………………….

POMPA SERI KONFIGURASI

Te

kan

an

Debit

pompa A atau B

pompa A dan B

POMPA SERI TITIK KERJA

titikkerja

Te

ka

na

n

Debit

pompatunggal

dua pompadisusun seri

POMPA PARALEL HASIL

Debit ……………………………. Head …………………………….

DAYA POMPA

/pmPwm

Pw : Daya pompa [W]

m : Laju aliran massa cairan [kg/detik]

p : Kenaikan tekanan pompa [Pa]


EFISIENSI POMPA Efisiensi pompa:

Efisiensi motor Efisiensi shaft

%100xP

P

inputDayaouputDaya

Efisiensit

w

Besaran efisiensi:

•Sampai dengan 70% untuk pompa kapasitas besar

•Di bawah 50% untuk pompa kapasitas kecil

Efisiensi total pompa = efisiensi motor x efisiensi shaft

ILLUSTRASI Hasil pengujian suatu pompa sentrifugal:

ILLUSTRASI Jika diinginkan debit sebesar 320 gallon

per menit atau 1200 liter per menit (atau 20 liter per detik, setara dengan 20 kg per detik), maka: total discharge head (TDH) sebesar 22 feet

atau 6.6 m atau 66000 Pa atau 66000 N/m2, atau 66000 kg/m.detik2

power input 3.4 kW efisiensi 53%

ILLUSTRASI Jika pengukuran juga memberikan harga

arus 9 ampere, tegangan 230 V, dan efisiensi motor73.7%, maka:

Faktor daya=3400 [Watt]/(9.9 [Ampere] x 230 [Volt] x 3 [fasa])= 0.862

ILLUSTRASI

HP motor = 3.4 [kW] x 1.341 =4.56 hp

Brake horsepower = 73.7% x 4.56 = 3.36 hp

Brake watt = 73.7% x 3400 = 2505.8 Watt

ILLUSTRASI

Daya pompa

=

==

20 [kg/detik] x 66000 [N/m2] / 1000 kg/m3

1320 N.m/detik1320 Joule/detik1320 Watt

Efisiensi total

==

(1320/3400)x100%37%

Efisiensi pompa

==

1320/2505.8 53%

PERHITUNGAN DEBIT

Manometer pipa U Water meter

PERHITUNGAN DEBIT

gD2Lv

fgp

h2

p : Drop tekanan pada pipa [Pa]

f : Faktor gesekan, tak bersatuan

L : Panjang pipa [m]



D : Diameter dalam pipa [m] Q = v x A

MENENTUKAN h Ukur beda ketinggian

level cairan pada manometer U.

h

MENENTUKAN f

VDR =

R : Bilangan Reynold

: Viskositas kinematik [m2/s]


D : Diameter pipa [m]

Bilangan Reynold:

SIFAT AIRPada tekanan dan suhu ruang: Massa jenis = 998 kg/m3

Viskositas = 988 x 106 Pa.s

PEMIPAAN Bahan: stainless steel 316 Diameter dalam = 17 mm = 0.017 m Kekasaran absolut = absolute roughness

= 0.000005 m = 0.005 mm Kekasaran relatif = 0.00003

PERHITUNGAN DEBIT

Debit juga dapat dihitung dengan menggunakan meter air (water meter).

Debit = volume/waktu

pipa dan pompa

Documents