Sistem perpipaan tidak bisa lepas dari penurunan tekanan. Fenomena ini terjadi karena permukaan pipa mengalami gesekan akibat turbulensi. Peristiwa ini dikenal sebagai head loss.
Sebagus apapun sistem perpipaan tidak akan terhindarkan dari head loss. Faktor sambungan, viskositas, jenis fluida, diameter, dan permukaan pipa punya andil dalam masalah tersebut.
MEP Engineer hanya dapat meminimalisir agar nilai head loss tidak tinggi. Cara mengurangi head loss pada pipa dengan mengganti material pipa, mengurangi sambungan, dan menggan jenis fluida.
Sebelum bisa meminimalisir head loss, langkah pertama yang dilakukan adalah tahu cara menghitung head loss pada sistem perpipaan.
Pengertian head loss
Head loss adalah fenomena penurunan tekanan pada fluida mengalir di dalam pipa. Penurunan tekanan (pressure drop) terjadi pada sambungan dan belokan saluran pipa. Penyebab penurunan tekanan terjadi karena turbulensi aliran yang menimbulkan gesekan pada dinding pipa.
Head loss terbagi menjadi dua yaitu mayor losses dan minor losses. Mayor losses merupakan kerugian pada sistem perpipaan akibat gesekan fluida di sepanjang dinding pipa dengan luas penampang tetap. Sementara, minor losses adalah kerugian akibat pada sambungan, belokan, luas penampang, dan kran (valve) pipa.
Penyebab pressure drop pada pipa
Pressure drop terjadi karena berbagai faktor seperti viskositas fluida, ukuran diameter pipa, kekasaran permukaan, perubahaan ketinggian, material dan panjang pipa. Umumnya pipa dengan permukaan dalam yang halus menghasilkan gesekan yang kecil, sedangkan pipa dengan permukaan dalam kasar menghasilkan gesekan yang besar.
Semakin kasar permukaan dalam pipa, semakin besar pressure drop karena pengaruh gesekan.
Rumus head loss pada pipa
Secara umum, persamaan head loss pada pipa adalah jumlah dari Head losses mayor dan head losses minor. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut
H = Hf +Hm
Dengan
H = Head losses (m)
Hf = Major losses (m)
Hm = Minor losses (m)
Rumus head loss mayor pada pipa
Mayor losses terjadi akibat gesekan dalam pipa. Secara matematik, dapat diperoleh melalui persamaan berikut ini.
Dengan
Hf = head major (m)
ℓ = panjang pipa (m)
d = diameter pipa (m)
v = kecepatan (m/s)
g = gravitasi (m/s2)
f = faktor gesek (pada diagram Moody) (k)
Rumus head loss minor pada pipa
Minor lossess terjadi karena sambungan pada sistem perpipaan. Secara matematik, dapat diperoleh melalui persamaan berikut ini.
Dengan
Hm = head minor (m)
v = kecepatan (m/s)
g = gravitasi (m/s2)
KL = koefisien kerugian pada fitting
Bagaimana cara menghitung head loss pada pipa
Menghitung nilai head loss pipa harus memperhatikan skema sistem perpipaan. Dalam kasus ini, menghitung head loss dengan memakai persamaan Darcy-Weisbach.
Rumus ini paling sering digunakan untuk menghitung nilai head loss karena cocok untuk berbagai jenis fluida. Hasil perhitungan jauh lebih akurat untuk berbagai jenis sistem perpipaan dan kecepatan aliran.
Contoh soal head loss pada pipa
Sebagai langkah awal memahami cara menghitung head loss pada pipa, contoh soal dari PennSate College of Engineering ini bisa jadi referensi. Dalam kasus ini penyelesaian soal memakai persamaan Darcy-Weisbach.
Diketahui
Air pada suhu 20°C (ρ=998.9 kg/m³, μ=1.002×10-3 kg/(m·s)) mengalir pada kecepatan rata-rata 5.45 m/s melalui pipa halus dengan diameter 2.54 cm. Aliran ini berkembang sepenuhnya sepanjang penampang pipa. Panjang total pipa adalah 10.56 m, dan terdapat dua tikungan (elbow), masing-masing dengan KL=0.90.
Ditanyakan
Hitunglah total kehilangan energi yang tidak dapat dipulihkan (head loss) dalam meter dan penurunan tekanan dalam kPa melalui bagian pipa ini, karena kehilangan utama dan minor.
Jawab
Gambarkan CV (Control Volume)
Hitung Angka Reynolds (Re)
Tentukan faktor gesekan
Hitung head loss mayor
Hitung head loss minor
Hitung head loss total
Hitung nilai pressure drop
Kesimpulan
- Head loss adalah fenomena penutunan tekann fluida yang mengalir di dalam sistem perpipaan
- Head loss terbagi dalam dua jenis yaitu mayor dan minor
- Penyebab head loss mayor karena gesekan fluida pada dinding pipa. Sedangkan head loss minor terjadi karena faktor sambungan, luas penampang, belokan, hingga valve
- Rumus head loss pada pipa adalah jumlah dari head loss mayor dengan head loss minor
- Persamaan Darcy-Weisbach sering digunakan untuk menghitung head loss pada pipa karena akurasinya tinggi dan cocok untuk berbagai jenis aliran dan sistem perpipaan
Sumber
- Rucika. (n.d.). Head Loss pada Instalasi Pipa. Diakses pada 23 Agustus 2024, dari https://www.rucika.co.id/head-loss-pada-instalasi-pipa/
- PT Tensor. (2024, April 5). Pressure Drop atau Head Loss?. Diakses pada 23 Agustus 2024, dari https://pttensor.com/2024/04/05/pressure-drop-atau-head-loss/
- Pumps & Systems. (2015, April). Calculating Head Loss in a Pipeline. Diakses pada 23 Agustus 2024, dari https://www.pumpsandsystems.com/pumps/april-2015-calculating-head-loss-pipeline
- Toppr. (n.d.). Pressure Drop Formula. Diakses pada 23 Agustus 2024, dari https://www.toppr.com/guides/physics-formulas/pressure-drop-formula/
- H2X Engineering. (n.d.). Hazen-Williams vs. Darcy-Weisbach. Diakses pada 23 Agustus 2024, dari https://www.h2xengineering.com/blogs/hazen-williams-vs-darcy-weisbach/
- Cimbala, J. M. (n.d.). Fluid Mechanics Lesson 08F. Diakses pada 23 Agustus 2024, dari https://www.me.psu.edu/cimbala/me320/Lesson_Notes/Fluid_Mechanics_Lesson_08F.pdf