v = kecepatan [m/s]
D = diameter dalam [mm]
μ = viskositas dinamik [cP]
Bilangan Reynolds adalah rasio gaya inersia terhadap gaya viskos. Menentukan sifat aliran di dalam pipa.
Laminar
Re < 2300. Aliran teratur lapis-demi-lapis. Profil kecepatan parabola. f = 64/Re.
Transisi
2300 ≤ Re ≤ 4000. Tidak stabil, bisa laminar atau turbulen. Hindari zona ini dalam desain.
Turbulen
Re > 4000. Aliran kacau, pencampuran intensif. Paling umum di industri.
Target Industri
Liquid proses: 1–3 m/s. Suction pompa: 0.5–1.5 m/s. Gas: 5–30 m/s.
ε/D = relative roughness [dimensionless]
Valid untuk laminar & turbulen, semua ε/D
Persamaan Churchill adalah solusi eksplisit yang valid untuk semua regime aliran dan semua nilai kekasaran relatif. Tidak memerlukan iterasi seperti Colebrook-White.
Laminar (Re<2300)
f = 64/Re. Friction factor hanya fungsi Re, tidak tergantung kekasaran.
Turbulen (Re>4000)
f dipengaruhi Re dan ε/D. Makin besar ε/D, makin tinggi f, makin besar ΔP.
Target ΔP Industri
Liquid: 0.02–0.5 bar/100m. Di bawah 0.02 → overdesign. Di atas 0.5 → naikkan D.
Minor Losses
Tambahkan equivalent length: elbow 90° ≈ 30D, gate valve ≈ 7D, globe valve ≈ 300D.
| Service | m/s |
|---|---|
| Pump Suction | 0.5 – 1.5 |
| Pump Discharge | 1.0 – 3.0 |
| Proses Umum (liquid) | 1.0 – 3.0 |
| Boiler Feed Water | 1.5 – 2.5 |
| Steam (LP) | 20 – 40 |
| Gas / Vapor | 5 – 30 |
G = mass flux (konstan sepanjang pipa)
ρ_avg = ρ pada P_avg, dihitung iteratif (3x)
Validitas: ΔP/P₁ < 40%. Untuk ΔP lebih besar, gunakan Panhandle.
Gas berbeda dengan liquid karena compressible — densitasnya berubah sepanjang pipa akibat perubahan tekanan. Semakin tekanan turun, densitas turun dan kecepatan naik. Ini menyebabkan pressure drop gas harus dihitung secara iteratif.
Kalkulator ini menggunakan pendekatan mass flux (G = ρV) yang konstan sepanjang pipa, dengan iterasi densitas rata-rata. Valid untuk ΔP/P₁ hingga ~40%.
Mass Flux (G)
G = ρ × V konstan di semua titik pipa (continuity). Re = G × D / μ juga konstan. Ini membuat friction factor tidak berubah sepanjang pipa.
Iterasi ΔP
3 iterasi biasanya cukup. Dimulai dengan ρ_inlet, lalu gunakan ρ pada P_avg = (P₁+P₂)/2. Konvergen cepat untuk ΔP/P₁ < 40%.
Sonic Velocity
V_sonic = √(γ × Z × R/MW × T). Untuk gas ideal (Z=1): udara ~340 m/s, natural gas ~430 m/s, H₂ ~1270 m/s pada 20°C.
Mach Number
Ma = V/V_sonic. Ma > 0.3 → kompresibilitas signifikan. Ma → 1.0 → choked flow (flow tidak bisa bertambah). Design target: Ma < 0.7.
| Ma Range | Kondisi | Rekomendasi |
|---|---|---|
| Ma < 0.1 | Incompressible OK | Standar Darcy cukup akurat |
| 0.1–0.3 | Kompresibilitas minor | Hasil kalkulator ini akurat |
| 0.3–0.7 | Kompresibilitas signifikan | Gunakan hasil iteratif ini dengan hati-hati |
| 0.7–1.0 | Mendekati choked | Perbesar diameter pipa segera |
| Ma ≥ 1.0 | Choked flow | Tidak mungkin di pipa subsonic |
| Service | m/s |
|---|---|
| Fuel gas (low pressure) | 15–25 |
| Natural gas (high pressure) | 5–15 |
| Steam LP (< 3 bar) | 20–40 |
| Steam HP (> 10 bar) | 30–60 |
| Compressed air | 15–25 |
| Flare header | ≤ 0.25 × V_sonic |
| Vacuum line | ≤ 60 |
| Gas | MW | γ | μ (cP) | V_sonic (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| Natural Gas | 17.0 | 1.27 | 0.011 | ~430 |
| Methane (CH₄) | 16.04 | 1.31 | 0.011 | 445 |
| Nitrogen (N₂) | 28.01 | 1.40 | 0.017 | 349 |
| Air | 28.97 | 1.40 | 0.018 | 343 |
| CO₂ | 44.01 | 1.29 | 0.015 | 268 |
| Hydrogen (H₂) | 2.016 | 1.41 | 0.009 | 1270 |
| Propane (C₃H₈) | 44.10 | 1.15 | 0.008 | 248 |
| H₂S | 34.08 | 1.32 | 0.012 | 305 |
Hydraulic power adalah daya minimum yang dibutuhkan untuk memompa fluida. Daya aktual (shaft/motor) selalu lebih besar karena adanya losses mekanis dan volumetris.
Hydraulic Power
Daya ideal untuk menaikkan fluida setinggi H meter. Tidak ada rugi-rugi di sini.
Shaft Power
Daya aktual di shaft pompa. Ph ÷ η_pump. Memperhitungkan mechanical & volumetric losses.
Motor Power
Daya listrik total. Pshaft ÷ η_motor. Selalu tambahkan margin 10–15% saat memilih motor.
NPSHa vs NPSHr
NPSHa harus > NPSHr + 0.5m minimum. Jika tidak → kavitasi → impeller rusak.
| Tipe | η Tipikal |
|---|---|
| Centrifugal pump | 60 – 80% |
| Positive displacement | 70 – 90% |
| Electric motor (≥15kW) | 90 – 95% |
| Electric motor (<5kW) | 80 – 88% |
Kecepatan yang terlalu rendah menyebabkan sedimentasi dan korosi. Terlalu tinggi menyebabkan erosi, noise, pressure drop besar, dan water hammer.
| Service | m/s | Keterangan |
|---|---|---|
| Pump suction | 0.5–1.5 | Hindari kavitasi |
| Pump discharge | 1.0–3.0 | Umum |
| Proses (liquid) | 1.0–3.0 | Optimal |
| BFW | 1.5–2.5 | Anti-erosion |
| Steam LP | 20–40 | Low pressure |
| Gas / vapor | 5–30 | Varies |
| Slurry | 1.5–3.0 | Min. settling |