Minor Losses

< back to Soal-jawab Mekanika Fluida

Knowledge Base

Case Study

(Ref. Fundamentals of fluid mechanics, Munson et. al., 6th ed., John Wiley & Sons)

Terjemahan

Terjemahan

Diketahui sebuah saluran udara tertutup seperti ditunjukkan pada gambar E8.6a yang merupakan gambaran kecil dari gambar E8.6b. Udara pada kondisi standar mengalir melewati sebuah test section pada bagian 5 dan 6 dengan kecepatan 200 ft/s. Aliran tersebut digerakkan oleh sebuah fan yang pada dasarnya membuat tekanan statik meningkat sejumlah p1 - p9 yang dibutuhkan untuk mengatasi headloss yang dialami fluida sebagaimana fluida tersebut mengalir mengelilingi circuit tersebut.

Tentukan nilai p1 - p9 dan daya yang diberikan fan terhadap fluida tersebut.

Judul Konsep Dasar Minor Loss Artikel1 1 hasil diskusi

Konsep dasar yang ingin disampaikan pada subbab ini adalah bahwa penambahan komponen-komponen pada pipa seperti valves, belokan, Tees, akan menambahkan head loss total pada sistem. Adapun, head loss yang disebabkan karena komponen-komponen tersebut dinamakan hLminor.

Terdapat dua metode untuk mengetahui hLminor. Yang pertama adalah dengan menggunakan loss coefficient atau KL. Yang mana, nilai KL sangat bergantung pada geometri dari komponen tambahan tadi serta pada Reynolds Number.

Perlu diperhatikan bahwa pada beberapa aplikasi dimana nilai Re sangat tinggi, flow akan dipengaruhi oleh efek inersia. Sehingga viskositas tidak terlalu berpengaruh dibanding inersia. Pada flow seperti ini, head loss dan pressure drop berhubungan langsung dengan tekanan dinamis. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa pada flow dengan Re sangat tinggi, friction factor aliran terkembang penuhnya akan cenderung tidak terpengaruhi oleh Re. Kondisi ini juga berlaku pada aliran melalui komponen tambahan tadi. Sehingga, nilai KL lebih sering hanya bergantung pada geometri saja.

Metode kedua adalah menggunakan equivalent length. headloss yang disebabkan oleh komponen akan dicari melalui rumus yang menyatakan headloss tersebut dalam suatu panjang pipa. Maksudnya, untuk komponen tersebut, digunakan asumsi panjang pipa yang diperlukan untuk mencapai headloss yang ekuivalen (menggunakan metode Major Loss). Namun metode ini jarang digunakan.

Headloss juga didapatkan dari pergantian diameter, serta dari exit loss maupun inlet loss.

-Elita Kabayeva, 1906435486-

Judul Konsep Dasar Pelat Pipa Lurus Artikel2 1 hasil diskusi

Konsep dasar yang akan dibawa adalah konsep tekanan yang terjadi pada aliran pipa lurus. Melalui materi yang sudah dibawakan di kelas, dijelaskan bahwa tekanan pada pipa lurus dibagi menjadi tiga, yaitu tekanan statik, tekanan dinamik, dan tekanan stagnasi. Hal tersebut dijelaskan dengan gambaran berikut.

Gambar di atas dapat membenarkan rumus yang dipelajari, yakni rumus:

Pada teori yang sudah dijelaskan, pada pipa lurus sudah akan terjadi pressure drop (tekanan jatuh) yang akan megakibatkan rugi. Pada industri pengaliran gas atau minyak akan disiasatkan agar pipa pengalir tetap lurus. Pada kasus industri, contoh pada proses midstream atau pengantaran minyak dan gas bumi bisa saja digunakan pipa bending dengan menimbang kondisi kontur daratan. Seperti yang pernah dibahas di kelas sebelumnya mengenai pipa bending, aliran pada pipa tersebut akan mengalami rugi lebih besar daripada pipa datar karena adanya separated flow pada bagian pipa yang lengkung. Perusahaan minyak dan gas tentunya akan meminimalisir rugi (losses) karena akan menyebabkan kerugian secara finansial. Insinyur yang bekerja pada perusahaan minyak dan gas tentunya akan memasukkan pertimbangan tersebut dalam upaya meminimalkan biaya produksi dengan memilih pipa datar, sebab pipa datar hanya berlaku hukum yang ada pada gambar di atas.

Oleh: Favian Adyatma - 1806181773

Aliran fluida pada Pipa yang Mengalami Pengecilan Penampang, Artikel3 1 hasil diskusi

Ketika fluida mengalir dari sebuah penampang ke penampang yang lebih kecil dengan perubahan diameter secara tiba-tiba dengan sharp-edge, akan meningkatkan kecepatan aliran fluida tersebut pada titik maksimum dan terbentuk sebuah daerah bernama vena-contracta region yang mana ditunjukkan pada gambar berikut :

Vena contracta region terbentuk dikarenakan aliran fluida tidak mampu melewati tepi ujung perubahan diameter yang tajam. Aliran-aliran fluida tersebut dapat dianggap memisahkan diri dari tepi ujung yang tajam tersebut. Berikut adalah macam-macam bentuk vena contracta region yang terjadi pada pipa dengan pengecilan ukuran penampang.

Pada dasarnya jika fluida mengalir dari sebuah penampang ke penampang yang diameternya lebih kecil, maka kecepatan fluida tersebut akan meningkat. Kecepatan fluida pada bagian b lebih besar dibandingkan dengan bagian c dikarenakan bagian b memiliki tepi ujung yang lebih tajam dibandingkan dengan bagian c sehingga semakin kecepatan fluida tersebut meningkat maka semakin banyak juga headloss yang terjadi. Hal ini juga dibuktikan oleh koefisien kerugian pada masing-masing bagian. Gambar diatas menjelaskan bahwa semakin tepi ujung penampang memiliki radius yang lebih besar maka semakin kecil koefisien kerugiannya dan semakin kecil pula kemungkinan terbentukanya vena contracta region yang berisi separated flow.

Oleh : Ikhsanul Fikri Fakhrurrozi - 1906435510

Judul Hubungan Loss Coefficient dengan Enterance Flow Codition Artikel4 1 hasil diskusi

Minor loses adalah penurunan tekanan (pressure drop) yang terjadi pada beberapa komponen pendukung saluran seperti fitting, valve dan elbow. Head loses minor dijumlahkan dengan Head loses mayor untuk mendapatkan minor loses total. Minor loss yang paling mudah diibaratkan adalah valve. Pada valve pola aliran, analisis teoritis untuk menentukan detail dari aliran masih belum memungkinkan. Jadi, untuk menentukan detail tersebut didapatkan dari data eksperimen. Metode yang umum digunakan adalah menggunakan rumus :

Pada kebanyakan kasus, aliran yang memiliki nilai Reynold number yang cukup besar inersianya lebih berpengaruh daripada viskositas dan pada kasus ini juga nilai pressure drop dan head loss berbanding lurus dengan tekanan dinamik sehingga koefisien loss tidak bergantung pada Reynold number. Karena itu koefisien loss hanya bergantung pada geometri , sehingga rumus minor head loss terkadang berhubungan dengan equivalent length (leq).

Tetapi pada buku ini lebih banyak menggunakan metode coefficient loss yang nilainya bergantung pada geometri. Bentuk atau geometri dari yang dimaksud dalam konteks ini adalah pada daerah minor pipa seperti contohnya pada daerah enterance region. Perubahan diameter pipa kadang tidak diperhitungkan dalam perhitungan head loss fully developed seperti contoh pada sistem pipa daerah inlet (dari reservoir ke pipa).

Perubahan diameter besar dan ke kecil kadang terjadi secara tiba-tiba dan kadang secara agak halus. Bentuk dari perubahan diameter itu yang mempengaruhi coefficient loss seperti yang terlihat pada gambar. Bentuk yang memiliki ujung yang lebih halus memiliki nilai coefficient loss yang lebih rendah, sementara jika ujungnya tajam, fluida akan berbelok secara tiba-tiba dan akan menyebabkan coeficient loss nya lebih besar. Sehingga dapat disimpulkan ingin mengurangi head loss pada area enterance dan outlet maka dapat ditambahkan radius pada ujung perubahan diameter.

Pada enterance yang memiliki ujung perubahan diameter lancip seperti pada gambar maka akan terterbentuk vena contracta region. Vena contracta region terbentuk akibat aliran fluida yang tidak dapat berbelok secara tajam pada batas diameter besar dan kecil. Velocity maksimum pada titik (2) lebih besar daripada titik (3). Jika kecepatan dapat diturunkan dengan baik maka energi kinetic dapat dikonversikan menjadi pressure, dan head loss akan menjadi 0.

Masalah pada kasus ini adalah, fluida tidak dengan mudah mengalami perlambatan. Jadi energi kinetic pada titik 2 menghilang karena viscous dissipation. Sehingga tekanan tidak Kembali secara aktual seperti pada grafik. Head loss (pressure drop) pada enterance disebabkan mayoritas karena efek inersia yang akhirnya hilang kerena shear stress antar fluida, dan hanya Sebagian kecil yang berpengaruh karena gesekan antara fluida dengan dinding.

Jadi, kesimpulannya semakin kompleks enterance dari suatu sistem pipa maka semakin sulit juga aliran itu berbelok sehingga aliran terfokus ditengah, sementara didinding area enterance terbentuk separated flow yang mempersempit aliran pada titik enterance. Karena sempit maka aliran akan bertambah cepat dan tekanan berkuang. Setelah masuk tekanan tidak akan Kembali seperti semula melainkan mengalami pressure drop akibat dari nilai inersia yang semakin besar akibat akselerasi kecepatan. Sehingga semakin tajam belokan aliran maka semakin tinggi nilai inersia dan menyebabkan nilai dari coefficient factor semakin besar.

Oleh : Christian Emanuel Kefi - 1906435460

Judul Minor Losses pada Sudden Expansion dan Gradual Expansion Artikel 5 1 hasil diskusi

Sudden enlargement adalah kondisi Ketika fluida mengalir dari pipa kecil ke pipa yang lebih besar melalui ekspansi mendadak, kecepatannya tiba-tiba menurun, sehingga menghasilkan minor losses yang besar. Head loss pada kondisi ini adalah karena turbulen, tergantung dari besarnya perbedaan diameter pipa. minor loss bisa dihitung dengan persamaan:

  hL=KL*v2/2g

Berikut adalah grafik loss coefficient dengan perbandingan luas pipa:

Minor losses bisa diminimalisir dengan membuat ekspansi secara bertahap, yaitu dengan membentuk bagian kerucut(conical) pada kedua diameter pipa. Head loss pada kondisi ini dipengaruhi oleh rasio diameter pipa dengan sudut kerucut. Jika sudut besar maka minor losses akan semakin besar, jika sudut kecil maka minor losses akan mengecil tetapi terjadi losses karena adanya gesekan pada dinding pipa.

Berikut adalah grafik loss coefficient dengan sudut pada kerucut:

Oleh : Raditya Aryaputra - 1806181691

Head Loss pada katup ǀ Artikel 6 hasil Diskusi

Kerugian Head yang berkaitan dengan aliran yang melalui sebuah katup adalah kerugian minor yang biasa terjadi. Tujuan dari penggunaan sebuah katup. Tujuan dari penggunaan sebuah katup adalah untuk memberikan suatu cara untuk mengatur laju aliran. hal ini dipenuhi dengan mengubah geometri dari sistem ( yaitu dengan membuka atau menutup katup akan mengubah pola aliran melalui katup), yang pada akhirnya akan mengubah kerugian yang berkaitan dengan aliran melalui katup tersebut. tahanan aliran atau kerugian head melalui katup mungkin merupakan bagian yang penting dari tahanan sistem. pada kenyataannya, dengan katup tertutup, tahanan aliran tak terhingga-fluida tidak dapat mengalir. kerugian minor seperti itu mungkin akan menjadi sangat penting. dengan katup terbuka lebar, tambahan tahanan karena keberadaan katuk mungkin dapat diabaikan namun mungkin juga tidak.

Oleh: Iza Azmar Aminudin - 1806233316

Judul Pengaruh Radius Fillet pada Lubang Masuk Pipa dari Reservoir Artikel 7 1 hasil diskusi

Head Loss adalah rugi yang disebabkan jatuh tekanan pada pipa yang diakibatkan oleh banyak faktor. Head Loss yang berkaitan dengan komponen yang dilalui oleh fluida (katup, belokan, tee, dll.) disebut dengan minor losses. Banyak sistem pipa yang melalui bermacam transisi, salah satunya dimana diameter pipa berubah dari satu ukuran ke ukuran lainnya. Pada kasus tertentu termasuk aliran pipa dari reservoir (penyimpanan).

Perlu diketahui bahwa fluida tidak dapat berbelok pada sudut tajam. Akibat dari ketidakmampuan fluida untuk berbelok tajam, mereka membentuk suatu daerah dinamakan vena contracta region, seperti pada gambar dibawah.

Dapat dilihat pada gambar diatas, dimana lubang pipa memiliki sudut 90°, terjadi jatuh tekan tambahan yang diakibatkan energi kinetik tidak pulih secara penuh. Hal ini disebabkan oleh adanya fenomena vena contracta akibat sudut lancip pada lubang pipa. Besar atau kecilnya daerah vena contracta ini dapat diperbaiki dengan memperbesar radius fillet lubang sehingga sudut lubang tersebut tumpul. sudut yang tumpul membuat fluida mengalir dengan mulus, sehingga tidak menyebabkan terbentuknya daerah vena contracta yang mengakibatkan adanya jatuh tekan tambahan.

Pada gambar diatas, kita mengetahui bahwa semakin besar radius fillet pada lubang masuk pipa, semakin kecil nilai koefisien loss nya. Semakin kecil nilai koefisien lossnya semakin kecil pula minor losses-nya.

Oleh: Edward Joshua Patrianus Mendrofa - 1806233354

Judul Pengaruh Geometri Pipa pada Diffuser dan Nozzel Terhadap Nilai K dan Terbentuknya Vena Contracta

Geometri pada nozzle dan difusser sangat mempengaruhi nilai K. Pada jenis nozzle rectangular dengan penggunaan nilai θ yang berbeda akan memiliki nilai K yang berbeda pula. Nilai K dapat dicari berdasarkan perbandingan (A2/A1) pada nozzle dan (A1/A2) pada difusser. Kemudian dicocok dengan menggunakan table ataun grafik untuk mencari nilai K nya.

Pada bentuk penampang nozzle A akan memiliki angka K yang lebih besar daripada nozzle B. hal tersebut menjadikan hl pada nozzle A lebih besar dari B.

Pada bentuk penampang nozzle A akan memiliki angka K yang lebih besar daripada nozzle B. hal tersebut menjadikan hl pada nozzle A lebih besar dari B. Vena contracta sendiri merupakan daerah dimana luas penampang aliran memiliki nilai yang paling minimum. Fenomena memiliki ini tekanan aliran akan sangat rendah dan kecepatan aliran sangat tinggi. Seiring aliran menjauhi vena contracta, kecepatan aliran berkurang untuk mengisi penuh kembali pipa (fully developed). Profil kecepatan fluida kembali seperti semula saat streamline fluida yang terseparasi kembali bertemu dengan dinding pipa atau yang sering disebut dengan reattachment point. Tekanan aliran juga pulih pada reattachment point. Akan tetapi tekanan aliran tidak sepenuhnya dipulihkan. Selisih nilai tekanan tersebut sering disebut dengan permanent pressure loss. Pada geometri pipa yang memiliki nilai K yang tinggi akan mengasilkan daerah vena contracta dengan kecepatan yang tinggi, pressure yang rendah dan akan memiliki reattachment point yang lebih panjang.

Oleh: Dendy Dwi Rohma P J 1906435473

Judul :hubungan besar sudut pada belokan dengan Minor dan Mayor Losses

Kerugian minor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan yang terjadi pada katup-katup, sambungan Tee, sambungan belokan, dan pada luas penampang yang tidak konstan. Pada aliran yang melewati belokan dan katup head loss minor yang terjadi dapat dihitung dengan rumusan Darcy – Weisbach (White, 1988) yaitu:

                                       Hm = k v2/2g

Dimana : Hm = head minor (m) v = kecepatan (m/s) g = gravitasi bumi (m/s2 ) k = koefisien kerugian pada fiting

Kerugian mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran dengan luas penampang tetap atau konstan. Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh fluida. Kerugian head akibat dari gesekan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan Darcy – Weisbach yaitu:

                                      Hf = f. L . v2/ D. 2g

Hasil pengujian pada diameter yang sama dan panjang pipa yang sama menunjukkan bahwa mayor losses berbanding terbalik dengan sudut sambungan belokan pipa, sedangkan minor losses berbanding lurus dengan sambungan belokan pipa. Pada pengujian tersebut, semakin besar sudut sambungan belokan pipa mayor losses yang dihasilkan semakin kecil, sedangkan minor losses yang dihasilkan semakin besar seiring dengan naiknya sudut sambungan belokan pipa

Oleh : Muhammad Bagir Alaydrus (1806233373)