Aquaculture Engineering 1

Aquaculture Engineering

Eko Efendi

AQUACULTURE ENGINEERING PART-2

Eko Efendi

Asupan air ke pertanian ikan dapat mencapai beberapa ratus meter kubik permenit.

2


» 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 3



Eko Efendi

Eko Efendi

» 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).

4


1


Eko Efendi

» 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.

Vacuum dihasilkan pada bagian pipa ketika dibaringkan pad ketinggian yang berbeda melewati puncak dan berfungsi untuk menyedot. Bagaimana mengatasinya? (Kumpulkan Minggu Depan)

5

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

Eko Efendi

»VACUUM

Eko Efendi

»WATER HAMMER

6


» 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.

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.

7



Eko Efendi

Eko Efendi


8


2


Eko Efendi

9

diagrams showing valve cross-sections

Eko Efendi

Eko Efendi

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


10


11



Eko Efendi

Eko Efendi

» 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).

12


3


Eko Efendi

13

Eko Efendi

Eko Efendi

» Jelaskan bagaimana mekanisme penggabungan pipa dengan metode diatas » Dikumpulkan Minggu depan

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:

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

15



Eko Efendi


Eko Efendi


16


4


Eko Efendi

» Sekarang

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

17

Eko Efendi

Eko Efendi

» Dimana r adalah jari-jari internal pipa, sehingga

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.

» 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.

19



Eko Efendi

Eko Efendi

» Kelerengan adalah rasio antara perbedaan elevasi antara dua titik dalam saluran dan jarak horizontal antara dua titk yang sama. 20


5


Eko Efendi

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

21

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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

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.

» 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 :

23



Eko Efendi


Eko Efendi


24


6


Eko Efendi

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

25

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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

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

» 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. 27



Eko Efendi


Eko Efendi


28


7


Eko Efendi

» 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 .

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

29

Eko Efendi

Eko Efendi

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


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.

31



Eko Efendi

Eko Efendi

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

32


8


Eko Efendi

» 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 :

33

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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.)

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?

» 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.

35



Eko Efendi


Eko Efendi


36


9


Eko Efendi

» 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.

37

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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.


38


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

39



Eko Efendi

Eko Efendi

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

40


10


Eko Efendi

» Pada air-lift pumps, Udara dimasukkan kedalam pipa terbuka yang tegak dibawah permukaan dan sebagian diisi air » Gelembung udara akan menggeser air menuju permukaan

41

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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.

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)

» Cavitation mengurangi efektivitas pompa juga memperpendek umur pompa » Cavitation dapat juga terjadi karena kebocoran dalam pipa atau sambungan pipa pada sisi suction 43



Eko Efendi


Eko Efendi


44


11


Eko Efendi

» 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 .

45

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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



» 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:

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

» where:

47


Eko Efendi

Eko Efendi

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).


46

48


12


Eko Efendi

» 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.

» 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:

49

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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.

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.

» 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 51



Eko Efendi


Eko Efendi


52


13


Eko Efendi

53

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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)


54


55



Eko Efendi

Eko Efendi

» 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

56


14


Eko Efendi

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

57

Eko Efendi

Eko Efendi

» 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


58


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

59



Eko Efendi

Eko Efendi

» 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

60


15

Eko Efendi


Eko Efendi

61



16

Aquaculture Engineering 1

Recommend Documents