Studi Numerik Aliran Melintasi Sistem Perpipaan Bercabang dengan Modifikasi Sudut Sambungan Pipa

Terjadinya energy losses pada aliran dalam sebuah sistem perpipaan secara umum disebabkan oleh beberapa hal yaitu perbedaan kecepatan, perbedaan ketinggian pada sisi inlet dan outlet serta terjadinya head loss. Head loss sendiri dibagi menjadi dua jenis yaitu head loss mayor dan head loss minor. Head loss mayor terjadi akibat gesekan antara aliran dengan dinding pipa sedangkan head loss minor terjadi akibat aliran melalui aksesoris system perpipaan seperti elbow, radial expansion, percabangan dan berbagai aksesoris lainnya. Gesekan antara aliran dengan dinding pipa, aliran melewati elbow, radial expansion, percabangan serta aksesoris system perpipaan lainnya. Nilai energy losses aliran yang melalui ketiga aksesoris ini lebih besar dibanding energy losses pada pipa lurus yang memiliki panjang fisik yang sama. Pada bagian percabangan, terjadinya frictional losses, separation losses dan secondary losses yang kemudian memicu terjadinya blockage effect yang merupakan factor penyebabkan terjadinya energy losses pada daerah aksesoris tersebut. Tingginya nilai energy losses berdampak pada meningkatnya daya listrik yang dibutuhkan pompa dalam beroperasi. Penelitian secara numerik dilakukan dengan menggunakan software ANSYS FLUENT 19.1 dengan tujuan untuk mengetahui bagaimana bentuk instalasi system perpipaan serta pola operasi pompa yang mengalami nilai energy losses paling kecil. Penelitian dilakukan pada instalasi system perpipaan yang terdiri dari pipa lurus, elbow, radial expansion dan percabangan dengan diameter hidraulik pipa cabang sebesar 200 mm serta memiliki empat buah pompa. Standard k-epsion model dengan near-wall treatment berupa standard wall function dipilih sebagai model turbulensi pada simulasi numerik. Model sambungan pipa pada bagian percabangan dimodifikasi dengan variasi sudut sebesar 45° dan 90° serta dengan memvariasikan pola operasi pompa. Adapun fluida yang digunakan pada penelitian ini adalah air, kecepatan aliran 4,65 meter per detik dengan pola empat pompa beroperasi dan 6,2 meter per detik dengan pola tiga pompa beroperasi serta nilai tekanan pada outlet diatur sebesar 10000 Pascal baik pada kecepatan 4.65 meter per detik maupun 6,2 meter per detik. Dengan hasil penelitian berupa data kuantitatif berupa data pressure, kualitatif berupa data kontur tekanan dan kecepatan menunjukkan bahwa system perpipaan dengan sudut percabangan dengan sudut 45° memiliki nilai energy losses yang lebih rendah daripada system perpipaan dengan sudut percabangan 90°. Sedangkan pola operasi empat pompa menyala memiliki nilai energy losses yang lebih rendah daripada pola operasi system dengan tiga pompa menyala. ========================================================= The occurrence of energy losses of flow through piping system commonly caused by velocity and elevation difference of inlet and outlet also the existence of head loss on flow. Head loss is classified into major head loss and minor head loss. Major head loss occurred as there is friction between flow and the pipe wall, whereas minor head loss occurredred as the flow passes the pipe system accessories such as elbow, radial expansion, junction, etc. The value of energy losses caused by the flow passes the accessories is larger than the value of energy losses caused by friction between flow and the pipe wall with similar physical length. At junction region, there are frictional losses, separation losses and secondary losses. The secondary losses become the main cause of blockage effect in junction region. The higher the energy losses of a flow, the higher the electricity needed by pump to operate. Numerical study is conducted using ANSYS FLUENT 19.1 software in order to find and understand what type of junction and pumping scenario that cause the lowest value of energy losses. The research is conducted on piping system that consist of straight pipe, elbow, radial expansion and junction with inner diameter of branch pipe 200 mm. The pipe system has four pump. The turbulence model of this numerical study is standar k-epsion with standard wall function as near-wall treatment. The junction of the pipe system is modified with angle variation of 45° and 90°, beside of that the pumping scenario is modified. The fluid that simulated in this numerical study is water with 20° celcius, velocity inlet with all pump on is 4.65 meter per second and 6.20 meter per second with three pump on and pressure outlet is defined as 10000 pascal in both inlet velocity. By observing the quantitave data of total pressure, and qualitative data of total pressure contour, velocity magnitude contour combined with pathline. It shows that pipe system with 45° junction has lower energy losses value than pipe system with 90°. The pumping scenario observation shows that pumping scenario with all pump on provide the lower value of energy losses than only three pump on