water hammer - staff official site unila | blog dosen...

Aquaculture Engineering Eko Efendi

Aquaculture Engineering 1

AQUACULTURE ENGINEERING

PART-2

Asupan air ke pertanianikan dapat mencapaibeberapa ratus meter

kubik permenit.

Eko

Efen

di

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 untuktingkat penggunaan yang kecil (mahal).

Eko

Efen

di

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 yangmelebihi 4 bar harus di pecah.

» Yang biasa digunakan dalam perikanan adalahPN4, PN6, dan PN10

» Perbedaan kelas PN ditentukan oleh ketebalanpipa

Eko

Efen

di

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

Efen

di

5


»VACUUMVacuum dihasilkan padabagian pipa ketikadibaringkan pad ketinggianyang berbeda melewatipuncak dan berfungsi untukmenyedot.Bagaimana mengatasinya?(Kumpulkan Minggu Depan)

Eko

Efen

di

6


A vacuum may occur inside the pipe onthe 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, pabrikdan tanggal produksi.

Eko

Efen

di

7


Katup biasanya digunakan untuk mengatur lajualiran air dan arah aliran

Tipe yang digunakan harus menyesuaikandengan aliran dalam sistem

Material yang digunakan PVC, ABS, PP dan PVDF.

Eko

Efen

di

8


Eko

Efen

di

9


diagrams showing valve cross-sections

Eko

Efen

di

10


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

» Katup bola solusi murah, tetapi tidak dapatmengatur aliran dengan tepat, tetapi lebih tepatsebagai katup on/off

» Angle seat valves memiliki piston yang berdiridalam dudukan pada sudut tertentu. Ketika diputarakan membuat piston naik atau turun. Dapatmengatur aliran secara tepat, mahal, headlosstinggi

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

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

Eko

Efen

di

11


Eko

Efen

di

12




Eko

Efen

di

13


» Jumla air yang mengalir melalui pipa atausaluran terbuka yang tergantung dari kecepatandan luas penampang pipa atau saluran dimananair mengalir. Persamaan kontinuitas:

Eko

Efen

di

14


» Contoh» Kecepatan aliran adalah 1000 l/min

(0.0167m3/s). Kecepatan dalam pipa diaturpada 1.5m/s. Hitung dimensi pipa yang bisadigunakan.

Eko

Efen

di

15


» Sekarang

» Dimana r adalah jari-jari internal pipa, sehingga

Eko

Efen

di

16


» Untuk saluran terbuka kecepatan alirantergantung pada kelandaian, jari-jari hidrolikdan koefisien manning:

Eko

Efen

di

17


» Radius hidrolik adalah rasio antara wilayahpotongan melintang dimana air mengalir dandaerah yang basah yang mana panjang permukaanbasah diukur normal terhadap aliran.

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

Eko

Efen

di

18




» Example» Jarak horizontal antara dua titik A dan B adalah

500m.A berada 34 m diatas permukaan lautdan B 12 meter diatas permukaan laut.Hitungkelerengan.

Eko

Efen

di

19


» Untuk memastikan pengeringandirekomendasikan kelerengan lebih dari 0.0013,sementara untuk dapat membersihkan sendirikisaran kelerengan 0.005–0.010.

» Koefisien Manning ditentukan dari percobaan» Nilai untuk saluran beton 0.015, saluran plastik

0.013, sedangkan untuk saluran tanah 0.023dan aluran berbatu 0.025

Eko

Efen

di

20


» Berdasarkan kecepatan aliran dan wilayahpotongan melintang, laju aliran dapat dihitungdengan persamaan kontinuitas sbb:

Eko

Efen

di

21


» Perpindahan air melalui pipa atau saluran dari duatitik akan menghasilkan kehilangan energi (headloss).

» Hal ini disebabkan friksi antara molekul air danlingkungannya.

» Pada semua bagian pipa dimana ada perubahanarah aliran(bends) atau melalui celah sempit(valves) friksi tambahan mungkin terjadi sehinggaakan meningkatkan headloss.

» Di dalam pipa terdapat gradien velositas, dimanavelositas tercepat terjadi ditengah pipa, yang palingrendah di dekat dinding pipa.

Eko

Efen

di

22


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

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

Eko

Efen

di

23


» Koefisien friksi tergantung permukaanpipabiasanya disebut kekasaran (roughness).Kekasaran relatif (r) didefinisikan sebagaihubungan antara kekasaran mutlak (e) dandiameter (d) pipa,r = e/d

» Pipa baru memiliki kekasaran lebih rendah daripipa lama

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

Eko

Efen

di

24




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

Eko

Efen

di

25


» Bilangan Reynolds adalahbilangan tak berdimensi yangdigunakan untuk menggambarkan kondisi aliran.

» Jika < 2000 aliran laminar, jika > 4000 aliran turbulen.» Jika diantara maka aliran tidak stabil.» dapat dihtung dengan persamaan

Eko

Efen

di

26


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

» Viskositas kinematik meyatakan bagaimana mudahnyasebuah cairan mengalir

» Minyak akan mengalir keluar secara lambat ketikatumpah 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 dan1.05m2/s pada 20°C.

Eko

Efen

di

27


» Rerata kecepatan air tawar dalam pipa dengan diameter internal123.8 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 theturbulent area.

Eko

Efen

di

28


» Dengan menghitung Bilangan Reynolds dankekasaran relatif, koefisien friksi f, dapatditemukan dari diagram Moody.

Eko

Efen

di

29


» Example» Hitung head loss pada pipa tua PE dengan

diameter internal 110mm (0.11m). Panjangpipa adalah 500 m dan kecepatan dalam pipaadalah 1.5m/s; koefisien friksi adalah 0.030.

Eko

Efen

di

30




» Principle of the Moody diagram showing therelation between relative roughness and Reynoldsnumber.

Eko

Efen

di

31


» Diagram showingthe relation betweeninternal diameter,water flow (1000 l =1m3), water velocityand head loss for apipe with a known fvalue. (Reproducedwith permissionfrom HelgelandHoldings.)

Eko

Efen

di

32


» Head loss dalam pipa adalah kehilangan energi karena friksi padafitting karena halangan yang menciptakan turbulen ekstra yangmeningkatkan head loss.

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

Eko

Efen

di

33


» 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

Efen

di

34


» As this example illustrates, there is a greatadvantage in using two 45° bends rather thanone 90° bend to reduce the head loss. This willapply, for instance, for the outlet pipe from afish tank.

Eko

Efen

di

35


» 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

Efen

di

36




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

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

Eko

Efen

di

37


» A major pump type is thedisplacement pump inwhich liquid is displacedfrom one area to another.

Eko

Efen

di

38


» Gear pumps and screw pumpsare other types ofdisplacement pump. Thepumps may break if the outletis blocked.

Eko

Efen

di

39


» An example is the piston pump:when the piston moves up anddown it creates, respectively, avacuum and pressure, and inthis way the liquid istransported; back-flow valvesmust be included.

Eko

Efen

di

40


» Pada air-lift pumps, Udaradimasukkan kedalam pipaterbuka yang tegakdibawah permukaan dansebagian diisi air

» Gelembung udara akanmenggeser air menujupermukaan

Eko

Efen

di

41


»Ketika air diangkat dari satu levelke level lainnya yang berbedaketinggiannya disebut staticlifting height.

»Tinggi pengangkatan setaradengan pressure head( padapompa rendam)

Eko

Efen

di

42




»Cavitation mengurangi efektivitaspompa juga memperpendekumur pompa

»Cavitation dapat juga terjadikarena kebocoran dalam pipaatau sambungan pipa pada sisisuction

Eko

Efen

di

43


» Cavitation dapat terjadi jika suction head terlalutinggi

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

» Sebagai contoh tekanan atmosfer turun dari10.3mH2O ke 1mH2O, air akan mendidih pada46°C.

» Fenomena ini dapat diamati ketika mendidihkanair di puncak gunung

Eko

Efen

di

44


» 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

Efen

di

45


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

» where:hb = barometric pressurehv = vapour pressure of the liquid at the operating temperaturehf = frictional losses due to fluid moving through the inlet pipeincluding bendshh = pressure head on pumping inlet (negative if it is a static lifton the suction side of the pump).

Eko

Efen

di

46


» Example» Sebuah pompa dipilih pada perikanan darat, dengan debit (Q) dan

head (H), NPSH yang diperlukan dapat dibaca dari kurva dayaguna4mH2O. Lokasi dikondisikan tertutup dari lautan dan tekananbarometrik (hb) diukur10.3mH2O. Temperatur maksimum selamamusim panas 30°C yang berhubungan dengan tekanan uap (hv)4.25N/m2 setara 0.44mH2O. Friksi yang hilang pada pipa inlettermasuk kehilangan fitting (hf) dengan kecepatan aktual1.5mH2O. Suction lift aktual (hh) adalah 2m. NPSH dapat dihitung:

Eko

Efen

di

47


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

» Konsumsi energi biasanya diekspresikan sebagai power (P), yangmana 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

Efen

di

48




» Hitung energi yang diperlukan untuk mengangkat 1000 l/min air dengan5m dan 15m (termasuk friksi head). Densitas air 1025kg/m3, laju aliran0.016m3/s dan percepatan gravitasi 9.81m/s2.

» Case 1: 5m liftP = ρghQ= 1025kg/m3 × 9.81m/s2 × 5m × 0.016m3/s= 804.4 J/s= 804.4W.» Case 2: 15m liftP = 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

Efen

di

49


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

» Efisiensi pompa dihitung dengan persamaan = PD/PS

where: = efficiencyPD = energy delivered from the pump to the waterPS = energy supplied to the pump.

Eko

Efen

di

50


» Pompa centrifugal paling banyak digunakandalam perikanan

» Terdiri dari tiga komponen: power, batangpompa dan sumbu pendorong

» Power (motor elektrik) menyebabkan batangpompa berputar yang menempel padapendorong.

» Sekitar batang pompa dilapis untuk mencegahkebocoran

Eko

Efen

di

51


Eko

Efen

di

52


» Pompa propeler dibangun secara sederhanadengan propeler yang berputar dalam pipa

» Keuntungan dapat mengirimkan jumlah air yangbesar pada tekanan yag rendah, normalnya kurangdari 10mH2O

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

» Pada beberapa pompa laju aliran dapat diaturdengan menambah sudut propeler.

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

Eko

Efen

di

53


Eko

Efen

di

54




» Pompa kering terdiri dati ruang pompa dengansumbu pendorong yang dihubungkan denganmotor.

» Pompa kering didinginkan dengan kipas» Antara ruang pompa dan motor dilapis untuk

mencegah kebocoran air

Eko

Efen

di

55


» Dalam pompa rendam motor dan ruang pompadibangun bersama dan dibungkus dalam satuunit yang lebih rendah dari air

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

» Motor didinginkan oleh air sekitar

Eko

Efen

di

56


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

Eko

Efen

di

57


» Pompa dapat dihubungkan dalam rangkaian series atauparalel

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

yang lainnya dalam satu jalur pipa yang sama sehinggaakan meningkatkan head dan menjaga lairan tetapsama

» Tekanan inlet pada pompa kedua adalah tekanan outletpada pompa pertama

» Ketika disusun paralel pipa utama dibagi menjadibeberapa sub, tiap pompa diletakkan dalam setiap sub,sehingga akan meningkatkan aliran sementara headtetap

Eko

Efen

di

58


» Laju aliran dantekanan akanberubah denganmenghubungkanpopmpa dalamrangkaian seriatau paralel.

Eko

Efen

di

59


Eko

Efen

di

60


water hammer - staff official site unila | blog dosen...

Documents