Rumus Flow Rate dan Contoh Perhitungannya

Dear sahabat BT, senang bisa jumpa lagi. Hari ini Om BT akan sharing tentang rumus flow rate dan contoh perhitungannya. Semoga bermanfaat.

Apa pentingnya kita mengetahui teori dan rumus flow rate ini?. Bagi engineer yang bekerja di bidang yang terkait seperti engineer MEP (Mechanical, Electrical and Plumbing) tentu sangat penting.

Tujuannya agar pemilihan perangkat instalasi seperti pipa dan pompa-pompa bisa secara tepat dan tentunya akan lebih tepat dan efisien penggunaannya. 

Selain para engineer tentu para konsultan dan project owner juga tidak kalah pentingnya untuk mengetahui hal-hal teknis semacam ini, paling tidak dasar-dasar teorinya dimiliki untuk menghindari kerugian dari berbagai aspek dikemudian hari.

Definisi dari flow rate adalah ukuran volume cairan yang bergerak dalam jumlah waktu tertentu. 

Flow rate tergantung pada luas pipa atau saluran yang dilalui cairan, dan kecepatan cairan.

Jika cairan mengalir melalui pipa, luasnya adalah A=πr^2, di mana r adalah jari-jari pipa.

Untuk persegi panjang, luasnya adalah A = wh di mana w adalah lebarnya, dan h adalah tinggi. 

Flow rate bisa diukur dalam meter kubik per detik (m^3/s), atau dalam liter per detik (L/s). Liter lebih umum untuk pengukuran volume cairan, dan 1 m^3/s = 1000 L / s.

Sehingga rumus flow rate dapat dihitung dengan cara :

Flow Rate = Luas Permukaan Pipa x Kecepatan Cairan

atau secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

Q = A x v

Dimana :

Q :  flow (dalam cubic meter per detik, m^3/s) 

A : luas permukaan pipa (dalam meter kuadrat, m^2/s) 

v  : kecepatan cairan di dalam pipa (dalam m/s)

Pada umumnya beberapa pabrikan khususnya di negara Amerika menggunakan satuan british dimana flow rate (Q) dalam gpm (gallons per minute), sehingga rumus diatas disesuaikan menjadi: Q = 449 x A x V. Dengan A dalam feet kuadrat (ft^2), dan V dalam ft/s.

Bunyi hukum Bernoulli yang menyatakan bahwa kenaikan kecepatan aliran dari fluida mampu menyebabkan adanya penurunan tekanan fluida secara bersamaan. Atau juga bisa diartikan dengan menurunnya energi potensial fluida tersebut.

Perlu diketahui bahwa hukum Bernoulli hanya bisa diterapkan pada zat cair mengalir, dengan kecepatan yang berbeda-beda melalui sebuah pipa. Hukum ini pada intinya menekankan bahwa suatu tekanan akan menurun apabila kecepatan aliran fluida mengalami kenaikan atau peningkatan.

Dari hukum Bernoulli dapat kita tarik kesimpulan bahwa ketika kecepatan fluida naik maka pressure akan turun. Penurunan pressure berbanding dengan besar kecilnya pipa.

Semakin kecil pipa, semakin besar gaya gesek (friction)nya sehingga losses (rugi-rugi) semakin besar  dan berakibat semakin besar penurunan pressurenya.

Pada pipa suction (masukan) hal ini penting untuk diperhatikan, bila terlalu kecil maka suction pressurenya juga akan menjadi kecil. Ini artinya NPSHA (Net Positive Suction Pressure) nya akan semakin rendah yang dapat menyebabkan kavitasi.

Hal ini tentu saja sudah menjadi bahan pertimbangan manufacture dalam merancang diameter suction pompanya, juga biasanya mereka merekomendasikan minimal diameter pipa yang harus disambungkan ke suction pompa tersebut.

Satu lagi yang dapat kita pelajari dari rumus flow rate di atas adalah v atau kecepatan cairan dalam pipa, v = Q/A semakin kecil diameter pipa, semakin tinggi kecepatan cairan di dalamnya.

Terlalu tinggi v ditandai noise (suara berisik) pada pipa. Untuk itulah terkadang pabrikan mensyaratkan kecepatan aliran (v) maksimal tertentu  untuk pompa dan aplikasi tertentu.

Dengan diketahui Q (flowrate) pompa dan v maksimal maka A dapat dicari sehingga diameter minimal pipa yang dipakai dapat dipilih.

Jadi diameter pipa harus ditentukan berdasarkan flow rate (Q) dan kecepatan cairan (v) yang direkomendasikan.

Contoh Perhitungan :

1. Air mengalir melalui pipa melingkar yang memiliki radius 0,0900 m. Kecepatan air adalah 4,40 m/s. Berapakah flow rate air dalam liter per detik (L/s)?

Jawab: 

Untuk menjawab pertanyaan di atas, maka kita bisa menjawab seperti ini bahwasanya flow rate tergantung pada luas pipa melingkar:

 A = πr^2

A = π (0,0900 m)^2

A = π (0,0081 m^2)

A = 0,0254 m^2

Luas pipa adalah 0,0254 m^2.

Flow rate dapat dicari pada m^3/s dengan menggunakan rumus:

Q = A.v

Q = (0,0254 m^2)(4,40 m/s)

Q = 0,112 m³/s

Flow rate dapat dikonversi menjadi liter per detik : 

1 m^3/s = 1000 L/s.

Q = 0,112 m^3/s x 1000 Ls /  1 m^3/s 

Q = 112 L/s

Sehingga flow rate air yang mengalir pada pipa melingkar tersebut adalah 112 L/s.

2) Air mengalir ke saluran talang terbuka. Saluran talangnyanya memiliki lebar 1,20 m, dan kedalaman air yang mengalir di dalamnya adalah 0,200 m. Kecepatan airnya melalui pipa melingkar yang memiliki radius 0,0800 m. Kecepatan air adalah 5,00 m/s.

Berapakah flow rate air melalui saluran dalam liter per detik (L/s)?

Jawab: 

Untuk menjawab pertanyaan di atas, maka kita bisa menjawab seperti ini bahwasanya flow rate tergantung pada luas saluran air yang mengalir melalui:

A = w.h

A = (1,20 m)(0,200 m)

A = 0,240 m^2

Luas wadah air yang mengalir melalui talang adalah 0,240 m^2.

Kecepatan alir dapat ditemukan pada m^3/s dengan menggunakan rumus:

Q = A.v

Q = (0,240 m^2)(5.00 m/s)

Q = 1,20 m^3/s

Flow rate dapat dikonversi menjadi liter per detik : 1 m^3/s = 1000 L/s.

Q = 1,20 m^3/s x 1000 Ls /  1 m^3/s

Q = 1200 L/s

Sehingga flow rate air yang mengalir pada pipa melingkar tersebut adalah 1200 L/s.

Demikianlah pembahasan tentang rumus flow rate dan contoh perhitungannya yang Om BT rangkum dari berbagai sumber yang tervalidasi, semoga bisa membantu kawan-kawan yang membutuhkan.

Jika terdapat koreksi pada postingan di atas, silahkan berkomentar pada postingan di bawah ini atau bisa berkirim pesan pada email kami di blogteknisi@gmail.com.  Semoga bermanfaat! [www.blogteknisi.com]

KETERANGAN :

“^” dibaca pangkat. Jika ditulis 3^2 dibaca 3 pangkat 2.