Engineering Design: Line Sizing - Liquid Line Design (3a)

Untuk desain ukuran pipa pada jalur cairan, parameter yang digunakan bisa dikatakan kurang lebih sama dengan desain perpipaan dengan menggunakan fluida gas. Yang membedakan adalah dari segi sizing criteria. 

Mari kita tengok kembali persamaan yang digunakan pada waktu kita menentukan ukuran pipa pada fluida gas, yang kali ini dipergunakan untuk mendesain ukuran pipa untuk fluida cair:

================================================================

Formula Dasar

1. Rumus untuk menentukan kecepatan dalam aliran perpipaan untuk fluida satu fasa berbentuk cair:

2. Laju hilang tekan atau pressure drop dalam psi tiap 100 ft panjang aliran, yang dihitung berdasarkan persamaan Darcy:

Untuk mencari Moody friction factor (fm), kita harus mengetahui bilangan Reynoldnya terlebih dahulu, dengan rumus sebagaimana berikut:

Ketika aliran fluida laminar (Re < 2000), maka nilai fm memiliki hubungan dengan bilangan Re, sebagaimana berikut:

Tingkat kekasaran permukaan pipa tidak memiliki efek pada friksi yang dialami oleh aliran pada laju alir laminar. Namun, ketika fluida turbulen, maka nilai fm sangat bergantung pada bilangan Re dan tingkat kekasaran relatif dari sebuah pipa lewat persamaan berikut:

Tingkat kekasaran pipa untuk beberapa material yang berbeda ditunjukkan pada tabel dibawah:

          ================================================================

Sizing Criteria

Batasan dalam mendesain ukuran pipa untuk menangani fluida cair agak lebih rumit jika dibandingkan dengan ketika kita mendesain ukuran pipa untuk fluida gas. Untuk sistem dimana terdapat pasir dalam aliran liquid, misalkan air bawah tanah, maka kecepatan minimum 3 ft/s harus dijaga pada semua ukuran pipa untuk menghindari terjadinya endapan pasir dalam perpipaan.

A. Pumped Liquids
Untuk fluida mendidih yang berada dalam jalur perpipaan yang berhubungan dengan pompa, maka petunjuk untuk laju hilang tekan dan kecepatan aliran yang diperbolehkan ditunjukkan dalam tabel dibawah. Untuk fluida yang dianggap tidak dalam keadaan mendidih, maka suhu fluidanya setidaknya harus 30F dibawah titik didihnya. 

Untuk pompa berjenis reciprocating, perhatian yang spesifik harus diberikan ketika menentukan ukuran suction dan juga discharge pompa terhadap efek pulsasi/ getaran dan juga akselerasi. Secara umum, line didesain untuk kecepatan aliran yang rendah jika dibandingkan dengan pompa centrifugal. 

B. Liquid Flowing by Pressure
Untuk line dimana peristiwa flashing atau penguapan cairan bisa terjadi pada upstream control valve, maka line harus di-desain berdasarkan kriteria yang sama dengan line yang berada pada suction pompa, seperti yang ditunjukkan pada tabel sebelumnya.

Secara umum, untuk fluida liquid yang mengalir karena perbedaan tekanan, kriteria desainnya adalah seperti ditunjukkan pada tabel dibawah:

Jika laju hilang tekan yang tersedia rendah, routing line harus didesain sehingga laju hilang tekan akibat friksi perpipaan aktual tidak melebihi 50% dari laju hilang tekan yang tersedia.

C. Gravity Flow Lines
Untuk laju alir yang terjadi karena gravitasi, maka harus didesain dengan maksimum laju hilang tekan adalah 0.15 psi/ 100 ft panjang ekuivalen (berdasarkan kemiringan 1:100). Perhatian waktu mendesain harus diberikan untuk menghindari flashing pada line yang berada pada barometic legs. Untuk pipa dengan diameter dibawah 8 inchi harus didesain dengan 50% full liquid, sedangkan pipa dengan diameter 8 inchi atau lebih harus didesain dengan 75% full liquid.
 
D. Static Accumulation
Kecepatan maksimal dari line masuk/ meninggalkan tangki yang mengandung hidrokarbon, dan tidak memiliki blanket gas harus dibatasi sebesar 3ft/s pada 30 ft pertama line menuju/dari tangki untuk mencegah akumulasi muatan statis. Kriteria ini berlaku pada tangki yang mengandung fluida yang mudah terbakar seperti diesel.

E. Other Corrosive Liquids
Untuk meminimalisir korosi, pipa yang mengandung liquid korosif  harus didesain dengan batasan kecepatan dan laju hilang tekan maksimum seperti ditunjukkan pad tabel dibawah:

F. Drains
Untuk menghindari terbentuknya deposit partikel padat, pada sistem sewage, closed dan open drains harus didesain dengan kecepatan minimum yang diberikan pada tabel dibawah:

G. Tanks Overflows
Line overflow didesain mengacu pada net laju alir masuk maksimum ke dalam tangki dengan menggunakan head tersedia yang terbentuk pada titik overflow. Untuk overflow yang melalui line vertikal, digunakan persamaan Francis, sebagaimana berikut:

Pada bagian selanjutnya, akan dibahas mengenai aplikasi dari rumus dan kriteria desain dalam menentukan ukuran pipa yang digunakan untuk mengalirkan fluida liquid

Keep Stay Tuned