Untuk sebagian besar aliran air dan tipe HVAC dalam pipa baja tahan karat, biasanya terdapat faktor gesekan Darcy yang praktis f ≈ 0,018–0,022 (bergolak sepenuhnya, rentang “halus hingga agak kasar”). Untuk bilangan Reynolds yang lebih tinggi (aliran sangat cepat), f sering kali cenderung ke arah ~0,015–0,018 ; untuk bilangan Reynolds turbulen yang lebih rendah (mendekati 5.000–20.000), f mungkin ~0,03–0,04 .
Agar akurat, hitung f dari bilangan Reynolds (Re) dan kekasaran baja tahan karat (ε) menggunakan korelasi eksplisit (misalnya Swamee–Jain atau Haaldan) atau persamaan Colebrook.
Faktor gesekan untuk pipa baja tahan karat: nilai apa yang digunakan
Gunakan Faktor gesekan Darcy (juga disebut faktor gesekan Darcy–Weisbach) kecuali bagan atau perangkat lunak Anda secara eksplisit menyatakan “Fanning.” Faktor Darcy adalah 4× faktor Fanning.
Perkiraan yang cepat dan dapat dipertahankan ketika Anda belum mengetahui aliran pastinya adalah:
- Air dalam pipa stainless biasa (Re ~ 50.000–300.000): f ≈ 0,018–0,022
- Re sangat tinggi (~1.000.000): f sering mendekati ~0,015–0,018
- Re turbulen bawah (~5.000–20.000): f umumnya ~0,03–0,04
Kemudian sempurnakan dengan langkah-langkah perhitungan di bawah ini setelah Anda mengetahui diameter, laju aliran, dan viskositas fluida.
Kekasaran baja tahan karat: masukan yang mendorong hasil
Pada aliran turbulen, faktor gesekan sangat bergantung pada aliran turbulen kekasaran relatif (ε/D). Baja tahan karat umumnya “halus”, tetapi asumsi ε tetap penting.
| Permukaan / asumsi | Kekasaran mutlak, ε (mm) | Kekasaran mutlak, ε (m) | Kapan harus digunakan |
|---|---|---|---|
| Bersihkan stainless (asumsi desain umum) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Pipa baru/bersih, garis dasar konservatif namun mulus |
| Sedikit menua/penumpukan film (rule-of-thumb) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Jika Anda mengharapkan deposit atau layanan yang kurang terkontrol |
| Kondisi tidak diketahui (margin desain) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Saat Anda membutuhkan konservatisme ekstra |
Hitung kekasaran relatif sebagai ε/D menggunakan diameter dalam (bukan ukuran nominal). Bahkan perubahan kecil pada D atau ε/D dapat mengubah f secara nyata di wilayah turbulen penuh.
Perhitungan langkah demi langkah (Re → f) dapat Anda percaya
1) Hitung bilangan Reynolds
Untuk pipa melingkar penuh:
Re = (V·D)/ν
- V = kecepatan rata-rata (m/s)
- D = diameter dalam (m)
- ν = viskositas kinematik (m²/s)
2) Pilih aturan rezim aliran yang tepat
- Laminar (Re <2300): f = 64/Re
- Transisi (2300–4000): menghindari “presisi”; konfirmasikan dengan data uji atau gunakan margin konservatif
- Turbulen (Re > 4000): gunakan ε/D dengan korelasi eksplisit
3) Aliran turbulen: rumusan praktis yang eksplisit
Dua opsi eksplisit yang banyak digunakan (Darcy f):
- Swamee–Jain: f = 0,25 / [log10( (ε/(3,7D)) (5,74/Re^0,9) )]^2
- Haaland: 1/√f = -1.8·log10( [ (ε/(3.7D))^1.11 ] [ 6.9/Ulang ] )
Jika Anda melakukan iterasi dalam perangkat lunak, referensi klasiknya adalah Colebrook (implisit):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)) )
Contoh yang berhasil: faktor gesekan pipa stainless dan penurunan tekanan
Asumsikan air mendekati 20°C, bersihkan kekasaran stainless ε = 0,015mm (1,5×10⁻⁵ m), dan diameter dalam pipa D = 0,0525 m (sekitar ID Jadwal 40 2 inci). Laju aliran Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Hitung kecepatan dan bilangan Reynolds
- Luas A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Kecepatan V = Q/A = 1,46 m/s
- Viskositas kinematik ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Kekasaran relatif ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Hitung faktor gesekan (Swamee – Jain)
Faktor gesekan Darcy f ≈ 0.0203
Terjemahkan f ke dalam kehilangan tekanan (Darcy – Weisbach)
Untuk panjang L = 100 m, massa jenis ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa per 100 m (tentang 4,2 m tinggi air per 100 m).
Tabel referensi cepat: faktor gesekan baja tahan karat vs bilangan Reynolds
Nilai-nilai di bawah ini diasumsikan ε = 0,015mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), menggunakan korelasi Swamee–Jain. Gunakan ini untuk memeriksa kewarasan hasil Anda.
| Bilangan Reynolds (Re) | Faktor gesekan Darcy (f) | Interpretasi yang khas |
|---|---|---|
| 5.000 | 0.038 | Turbulensi rendah; f masih relatif tinggi |
| 10.000 | 0.031 | Awal yang bergejolak; sensitif terhadap Re |
| 50.000 | 0.0219 | Wilayah desain umum untuk air yang dipompa |
| 100.000 | 0.0194 | Sedang bergejolak; f stabil |
| 1.000.000 | 0.0156 | Sangat bergejolak; mendekati perilaku yang dikendalikan kekasaran |
Kesalahan umum yang menyebabkan faktor gesekan salah
- Menggunakan ukuran pipa nominal dan bukan diameter dalam: f bergantung pada ε/D dan kehilangan tekanan bergantung pada L/D, jadi ID penting dua kali.
- Mencampur faktor gesekan Darcy dan Fanning: jika hasil Anda tampak meleset 4×, ini adalah alasan yang umum.
- Mengabaikan suhu cairan: perubahan viskositas Re; air yang lebih dingin meningkatkan ν dan dapat meningkatkan f.
- Dengan asumsi baja tahan karat selalu “halus sempurna”: pengelasan, kerak, atau penumpukan produk dapat dibenarkan menggunakan ε yang lebih tinggi dibandingkan pipa baru yang bersih.
- Mengharapkan presisi tinggi dalam aliran transisi: perlakukan 2300–4000 sebagai ketidakpastian dan desain dengan margin.
Intinya: pipa baja tahan karat sering kali luluh f sekitar 0,02 dalam layanan air turbulen yang umum, namun angka yang paling dapat diandalkan berasal dari Re dan ε/D menggunakan korelasi standar.
