Cara Menghitung Kehilangan Tekanan pada Pipa Bitumen Panas

Menghitung diameter pipa bitumen hanyalah langkah pertama dalam desain sistem transfer. Pertanyaan selanjutnya adalah apakah pompa yang dipilih benar-benar mampu mengalirkan fluida yang dibutuhkan melalui pipa tersebut.

Setiap meter pipa, setiap siku, katup, dan filter, serta setiap meter elevasi vertikal menciptakan hambatan. Karena bitumen sangat sensitif terhadap suhu dan dapat jauh lebih kental daripada air atau produk minyak bumi ringan, kehilangan tekanan dapat menjadi kendala desain utama.

Panduan ini menjelaskan kerangka kerja rekayasa yang digunakan untuk mengevaluasi kehilangan tekanan dalam pipa bitumen panas dan bagaimana hasilnya digunakan untuk menentukan tekanan diferensial pompa.

Apa Itu Kehilangan Tekanan pada Pipa?

Ketika sebuah pompa memompa bitumen melalui pipa, sebagian tekanan pompa akan digunakan untuk mengatasi hambatan.

Total tekanan diferensial yang dibutuhkan dapat dianggap sebagai:

Tekanan diferensial total pompa = gesekan pipa lurus + kehilangan akibat fitting dan peralatan + perbedaan tekanan statis

Tergantung pada sistemnya, kehilangan tambahan dapat berasal dari filter, penukar panas, katup kontrol, meteran, dan nosel peralatan.

Langkah 1: Tentukan Laju Aliran yang Diperlukan

Kehilangan tekanan tidak dapat dihitung tanpa terlebih dahulu mendefinisikan alirannya.

Alur desain dapat dikendalikan oleh:

• Konsumsi pabrik aspal
• Waktu transfer antar tangki
• Waktu bongkar muat tanker
• Hasil peleburan dalam drum atau kantong
• Permintaan sirkulasi

Untuk metodologi perhitungan aliran pompa, lihat:

Cara Menghitung Laju Aliran Pompa Bitumen untuk Pabrik Pencampuran Aspal

Langkah 2: Gunakan Diameter Dalam Pipa yang Sebenar-benarnya

Ukuran pipa nominal tidak selalu sama dengan diameter internal sebenarnya. Ketebalan dinding dan jadwal pipa memengaruhi luas aliran.

Untuk aliran tertentu, diameter internal yang lebih kecil meningkatkan kecepatan dan biasanya meningkatkan kehilangan gesekan.

Hubungan kecepatan dasarnya adalah:

V = Q ÷ A

Di mana:

• V = kecepatan rata-rata
• Q = aliran volumetrik
• A = area pipa bagian dalam

Untuk perhitungan diameter awal, lihat:

Perhitungan Diameter Pipa Bitumen untuk Pabrik Aspal

Langkah 3: Menentukan Viskositas Bitumen pada Suhu Operasional

Ini adalah salah satu masukan terpenting.

Viskositas bitumen dapat berubah secara drastis dengan suhu. Perhitungan kehilangan tekanan berdasarkan viskositas pada 160°C tidak dapat secara otomatis diterapkan ketika material yang sama dipindahkan pada suhu yang jauh lebih rendah.

Gunakan data viskositas untuk:

• Tingkat kualitas pengikat sebenarnya
• Suhu transfer yang diharapkan
• Kondisi geser yang relevan bila diperlukan

Untuk pengikat SBS atau yang dimodifikasi karet, perilaku reologi mungkin berbeda dari bitumen penetrasi konvensional. Pendekatan fluida Newtonian sederhana tidak boleh secara otomatis digunakan untuk setiap pengikat yang dimodifikasi.

Langkah 4: Menentukan Rezim Alur

Dalam perhitungan fluida konvensional, bilangan Reynolds umumnya digunakan untuk mengevaluasi apakah aliran bersifat laminar, transisi, atau turbulen:

Re = ρVD ÷ μ

Di mana:

• ρ = kepadatan fluida
• V = kecepatan rata-rata
• D = diameter dalam pipa
• μ = viskositas dinamis

Karena bitumen panas dapat tetap relatif kental, perilaku alirannya dapat berbeda secara signifikan dari sistem perpipaan berbasis air.

Oleh karena itu, model gesekan yang dipilih harus sesuai dengan perilaku material dan rezim aliran.

Langkah 5: Hitung Gesekan Pipa Lurus

Untuk fluida dan kondisi di mana pendekatan Darcy-Weisbach dapat diterapkan, kehilangan tekanan pipa lurus dapat diwakili oleh:

ΔP = f × (L ÷ D) × (ρV² ÷ 2)

Di mana:

• ΔP = kehilangan tekanan
• F = Faktor gesekan Darcy
• L = panjang pipa
• D = diameter dalam pipa
• ρ = kepadatan fluida
• V = kecepatan rata-rata

Faktor gesekan bergantung pada rezim aliran, kondisi pipa dan, dalam beberapa rezim, kekasaran relatif.

Untuk bahan pengikat yang sangat kental atau dimodifikasi non-Newtonian, insinyur harus menggunakan model yang sesuai dengan reologi sebenarnya, alih-alih menerapkan asumsi pipa air secara mekanis.

Langkah 6: Tambahkan Kerugian Fitting

Saluran transfer yang sebenarnya berisi lebih dari sekadar pipa lurus.

Hambatan tambahan dapat berasal dari:

• siku 90° dan 45°
• Kaos
• Pereduksi
• Katup isolasi
• Katup periksa
• Katup kontrol
• Filter dan penyaring
• Pengukur aliran
• Koneksi fleksibel

Kerugian ini dapat dievaluasi menggunakan koefisien kerugian yang sesuai atau metode panjang ekivalen.

Saluran yang berisi banyak katup dan siku dapat membutuhkan tekanan yang jauh lebih besar daripada saluran lurus dengan panjang fisik yang sama.

Langkah 7: Tambahkan Tekanan Elevasi Statis

Jika pompa memindahkan bitumen ke ketinggian yang lebih tinggi, pompa tersebut juga harus mengatasi tekanan statis.

Hubungan yang disederhanakan adalah:

ΔPstatic = ρgΔH

di mana ΔH adalah perbedaan ketinggian.

Jika titik tujuan lebih rendah daripada titik sumber, gravitasi dapat membantu aliran, meskipun semua persyaratan hidraulik dan operasional lainnya tetap perlu dievaluasi.

Langkah 8: Sertakan Filter dan Kerugian Peralatan

Filter dapat menjadi sangat penting dalam sistem bitumen.

Filter yang bersih dapat menghasilkan hambatan yang dapat diterima, sedangkan filter yang tersumbat sebagian dapat meningkatkan tekanan keluaran pompa secara signifikan.

Oleh karena itu, anggaran kehilangan tekanan harus mempertimbangkan:

• Kondisi bersih
• Kondisi kotor yang diharapkan di mana data tersedia.
• Penurunan tekanan peralatan yang ditentukan oleh pabrikan

Langkah 9: Tetapkan Titik Kerja Pompa

Setelah semua kerugian dijumlahkan, hasilnya menentukan perkiraan beban kerja pompa:

Laju aliran yang dibutuhkan pada tekanan diferensial yang dibutuhkan

Jangan memilih pompa hanya berdasarkan aliran maksimum saja.

Pabrikan pompa harus memverifikasi:

• Aliran pada tekanan diferensial
• Viskositas pengikat sebenarnya
• Kecepatan operasi
• Torsi yang dibutuhkan
• Tenaga motor
• Susunan segel
• Pengaturan pemanas
• Kondisi hisap

Contoh Kerangka Perhitungan

Pertimbangkan sebuah proyek dengan:

• Laju aliran bitumen yang dibutuhkan: 20 m³/jam
• Panjang pipa: 60 m
• Diameter dalam pipa aktual yang diketahui
• Delapan siku
• Beberapa katup isolasi
• Satu filter
• Kenaikan vertikal 4 m

Proses yang benar bukanlah menebak tekanan pompa dari panjang pipa 60 m.

Alih-alih:

1. Dapatkan nilai densitas dan viskositas bitumen pada suhu transfer.
2. Hitung kecepatan dari luas penampang internal pipa yang sebenarnya.
3. Tentukan rezim aliran dan metode gesekan yang berlaku.
4. Hitung kerugian pipa lurus.
5. Tambahkan kerugian akibat siku dan katup.
6. Tambahkan kerugian filter atau peralatan.
7. Tambahkan tekanan elevasi statis.
8. Tambahkan tunjangan teknik yang sesuai dengan dasar desain.
9. Periksa titik operasi yang dibutuhkan terhadap kurva pompa.

Mengapa Suhu Dapat Mengubah Kebutuhan Pompa

Saluran pipa yang dirancang menggunakan viskositas bitumen panas dapat berperilaku sangat berbeda setelah penghentian operasional yang lama atau selama pengoperasian awal dari kondisi dingin.

Suhu material yang lebih rendah dapat meningkatkan:

• Viskositas
• Kehilangan gesekan
• Torsi pompa
• Arus motor
• Tekanan diferensial filter

Inilah mengapa pemanasan dan isolasi pipa merupakan bagian dari keandalan hidrolik.

Mengapa Meningkatkan Diameter Pipa Dapat Mengurangi Kehilangan Tekanan

Untuk laju aliran volumetrik yang sama, diameter internal yang lebih besar mengurangi kecepatan rata-rata. Hal ini dapat mengurangi kehilangan gesekan secara signifikan.

Namun, pipa yang terlalu besar juga meningkatkan:

• Biaya material
• Area isolasi
• Volume penahanan bitumen
• Permukaan pemanas
• Volume drainase setelah penghentian operasi

Oleh karena itu, diameter pipa harus dioptimalkan, bukan hanya dimaksimalkan.

Tanda-Tanda Umum Kehilangan Tekanan Berlebihan

• Tekanan keluaran pompa lebih tinggi dari yang diperkirakan.
• Aliran aktual di bawah aliran pompa nominal.
• Arus motor meningkat selama pengoperasian pada suhu dingin.
• Sering terjadi penyumbatan filter
• Transfer antar tangki yang lambat
• Perbedaan suhu yang besar di sepanjang garis tersebut
• Beban berlebih pada pompa atau kopling

Kesalahan Perhitungan Umum

Penggunaan Sifat Air untuk Bitumen

Asumsi kehilangan tekanan berbasis air tidak cocok untuk bahan pengikat panas kental tanpa penyesuaian yang tepat.

Mengabaikan Suhu

Viskositas harus sesuai dengan material dan suhu operasi yang sebenarnya.

Menggunakan Diameter Dalam Nominal, Bukan yang Aktual

Ketebalan dinding pipa mengubah luas aliran sebenarnya.

Mengabaikan Fitting dan Filter

Suatu sistem jarang sekali hanya berupa pipa lurus.

Mengabaikan Ketinggian Statis

Pengangkatan vertikal berkontribusi langsung terhadap kebutuhan tekanan pompa.

Memeriksa Aliran Pompa Maksimum tetapi Bukan Titik Kerja

Pompa harus mampu menghasilkan aliran yang dibutuhkan pada tekanan diferensial yang telah dihitung.

Informasi yang Dibutuhkan untuk Perhitungan Teknik

• Laju aliran yang dibutuhkan
• Tingkat bitumen
• Kepadatan pada suhu operasi
• Data viskositas atau reologi pada suhu operasi.
• Diameter dalam pipa sebenarnya
• Bahan dan kondisi pipa
• Panjang lurus total
• Profil ketinggian
• Siku, tee, dan pereduksi
• Jenis dan jumlah katup
• Data filter atau saringan
• Peralatan sebaris lainnya
• Data pompa

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apakah kehilangan tekanan dapat dihitung hanya dari panjang pipa saja?

Tidak. Laju aliran, diameter dalam, viskositas, densitas, fitting, ketinggian, dan kehilangan peralatan semuanya memengaruhi hasilnya.

Mengapa tekanan pipa bitumen meningkat ketika suhu turun?

Suhu yang lebih rendah umumnya meningkatkan viskositas bitumen, sehingga meningkatkan hambatan terhadap aliran.

Apakah pipa yang lebih besar selalu menyelesaikan masalah kehilangan tekanan?

Meningkatkan diameter dapat mengurangi kehilangan gesekan, tetapi sistem secara keseluruhan tetap perlu diperiksa terkait pemanasan, biaya, kecepatan aliran, dan perilaku penghentian operasinya.

Apakah bitumen modifikasi harus menggunakan perhitungan yang sama dengan bitumen konvensional?

Tidak secara otomatis. PMB dan bitumen karet mungkin menunjukkan viskositas dan perilaku reologi yang berbeda.

Kesimpulan

Perhitungan pipa bitumen panas yang andal harus menghubungkan hambatan hidraulik dengan sifat material aktual dan suhu operasi.

Urutan rekayasa tersebut adalah:

Aliran → Viskositas → Diameter Pipa → Gesekan → Fitting → Tekanan Statis → Kapasitas Pompa

FEITENG dapat membantu mengkoordinasikan pompa bitumen, pipa berpemanas, tangki penyimpanan, dan sistem minyak termal sebagai satu sistem transfer lengkap.

WhatsApp: +86 15335447006
E-mail: [email protected]
Situs web: www.bitumenmachine.com