TRANSPORTASI FLUIDAPresented by:Achmad Satria Rivaldi MN3 EGA

Pengertian FluidaFluida merupakan zat yang tidak mempunyai bentuk dan volume yang permanen, melainkan mengambil bentuk tempat sesuai yang ditempatinya serta memiliki kemampuan untuk mengalir

FLUIDACAIRAN (LIQUIDS)GAS ( GASES) DAN UAP

Perbedaan zat cair (liquid) dan gasZat Cair (liquid)IncompressibleMempunyai volume tertentu pada tekanan dan temperatur tertentu.GasCompressibleSelalu mengisi ruang

CAIRAN:

Mempunyai permukaan bebas, dan massanyaakan mengisi ruangan sesuai dengan volumenya,Serta tidak termampatkan.

GAS dan UAP :

Tidak mempunyai permukaan bebas, dan massanya selalu berkembang mengisiseluruh volume ruangan, serta dapatdimampatkan.

Gas

Tidak dapat kembali ke bentuk semula Pada tekanan normal 1 atm

Uap

Dapat kembali ke bentuk semula Tekanan normal nilainya dapat setinggi- tingginya (lebih dari 1 atm )

Kerugian yang terdapat di dalam aliran fluidaKerugian Mayor ( Head Loss) atauKerugian Minor (Pressure Drop)

Faktor yang mempengaruhi kerugian di dalam aliran fluida:Kecepatan aliranLuas penampang saluranFaktor friksiViskositasDensitas fluida

Pressure DropTerjadi akibat aliran fluida mengalami gesekan dengan permukaan saluranDapat juga terjadi ketika aliran melewati sambungan pipa,belokan,katup, difusor, dan sebagainyaBesar Pressure Drop bergantung pada : * Kecepatan aliran * Kekasaran permukaan * Panjang pipa* Diameter pipa

Kerugian Mayor(HEAD LOSS)Fluida yang mengalir melalui pipa dapat berupa zat cair atau gas. Sedangkan jenis aliran yang terjadi dapat laminer atau turbulen. Aliran zat cair riil yang melalui pipa selalu disertai kehilangan tenaga searah dengan aliran.

Angka ReynoldsAngka Reynolds mempunyai bentuk:Dimana :RE= Reynold Numberp= Density cairankg/m3)V= Kecepatan rata-rata aliran (m/s)D= Diameter dalam pipa (m2) = Viskositas absolut cairan (m2/s) = Viskositas Kinematik (m2/dt)

Besarnya angka Reynolds dapat menunjukkan jenis aliran.Re < 2000 aliran laminer2000 < Re < 4000 aliran transisiRe > 4000 aliran turbulenMenurut hasil percobaan oleh Reynold, Jika kecepatan aliran semakin kecil maka bilangan Reynolds nya akan semakin kecil pula

ALIRAN LAMINARAliran Lamineradalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan (lanima-lamina) membentuk garis-garis alir yang tidak berpotongan satu sama lain. Hal tersebut ditunjukkan oleh percobaanOsborne Reynold. Pada laju aliran rendah, aliran laminer tergambar sebagai filamen panjang yang mengalir sepanjang aliran. Aliran ini mempunyai Bilangan Reynold lebih kecil dari 2300.

Ciri- Ciri Laminar 1. Fluida bergerak mengikuti garis lurus 2.Kecepatan fluidanya rendah3. Viskositasnya tinggi dan lintasan gerak fluida teratur antara satu dengan yang lain.

Dalam aliran laminar, viskositas berfungsi untuk meredam kecenderungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi persamaan viskositas

Contoh SoalSebuah soft drink dengan temperatur 10C dihisap melalui sedotan dengan diameter 4mm pada debit 4 cm3/s. Apakah keluaran pada sedotan tersebut aliran laminar. Apakah terus terjadi?, jelaskan!dengan diketahui viskositas kinematik soft drink 1,307x10-6

Diketahui :Q = 4 cm3/s = 4x10-3 m3/sD = 4 mm = 4x10-3 mv = 1,307x10-6Jawab.

Maka

ALIRAN TURBULENAliran Turbulenadalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Oleh Osborne Reynold digambarkan sebagai bentuk yang tidak stabil yang bercampur dalam waktu yang cepat yang selanjutnya memecah dan menjadi tak terlihat. Aliran turbulen mempunyai bilangan reynold yang lebih besar dari 4000.

Ciri-Ciri Aliran Turbulen1. Aliran partikel tidak menentu2. Mempunyai kecepatan beraneka ragam3. Aliran ini lebih efficient dalam mengangkut dan menjalankan sediment 4. Massa air bergerak keatas, kebawah, dan secara lateral berhubungan dengan arah arus yang umum5. Memindahkan massa dan momentum

Head Loss pada Aliran LaminerPada aliran laminer, kehilangan tenaga terutama disebabkan oleh adanya kekentalan fluida dan tidak dipengaruhi oleh bidang batas atau kekasaran dinding, seperti ditunjukkan oleh persamaan Poiseuille sebagai berikut :

dengan : kekentalan kinematikV: kecepatan aliran;L : panjang pipa;g : percepatan gravitasi;D : diameter pipa.

Head Loss pada Aliran TurbulenPada aliran turbulen melalui pipa, kehilangan tenaga berhubungan dengan tegangan akibat tahanan gesek dari dinding pipa. Pada tahun 1850 Darcy dan Weisbach mengemukakan sebuah persamaan yang dikenal sebagai persamaan Darcy-Weisbach untuk kehilangan tenaga dalam pipa.

dengan f : koefisien gesekan Darcy-Weisbach

Koefisien gesek Pada persamaan di atas, f adalah koefisien gesekan Darcy-Weisbach yang tidak berdimensi. Koefisien f merupakan fungsi dari angka Reynolds dan kekasaran pipa. Untuk aliran laminer koefisien gesekan hanya dipengaruhi oleh angka Reynolds dan mempunyai bentuk :

Harga f tersebut diperoleh dari persamaan Poiseuille yang ditulis dalam bentuk persamaan Darcy-Weisbach. Pada aliran turbulen, pipa dapat bersifat hidraulis halus atau hidraulis kasar. Untuk pipa halus, Blasius mengemukakan rumus gesekan f dalam bentuk :

Rumus tersebut berlaku untuk 4000

Dalam praktek, pipa yang digunakan kebanyakan tidak halus tetapi mempunyai kekasaran dinding. Tahanan pada pipa kasar lebih besar daripada pipa halus.

Untuk pipa kasar nilai f tidak hanya tergantung pada angka Reynolds tetapi juga pada sifat dinding pipa yaitu kekasaran k/D atau :

Pada tahun 1944, Moody mengemukakan suatu grafik yang memberi gambaran f tergantung angka Reynolds (Re) dan kekasaran relatif (k/D ). Grafik tersebut dikenal sebagai grafik Moody (Gambar di bawah).

Grafik Moody

Beberapa nilai kekasaran pipa (k) dapat dilihat pada tabel di bawah.

Jenis pipa (baru)Nilai k (mm) Kaca Besi dilapis aspal Besi tuang Plester semen Beton Baja Baja dikeling Pasangan batu0,00150,06 0,240,18 0,900,27 1,200,30 3,000,03 0,090,90 9,006

Grafik Moody juga dapat dinyatakan dengan persamaan yang dikemukakan oleh Swamee dan Jain (1976) yang mempunyai bentuk :

Persamaan di atas berlaku untuk rentang 5103 < Re < 106 dan 10-6 < k/D < 10-2

SoalHitung kehilangan tenaga karena gesekan di dalam pipa sepanjang 1500 m dan diameter 20 cm, apabila air mengalir dengan kecepatan 2 m/d. Koefisien gesekan f = 0,02.

Air mengalir melalui pipa berdiameter 15 cm dengan debit aliran 20 liter/detik. Apabila panjang pipa 2 km, hitung kehilangan tenaga di sepanjang pipa jika koefisien gesekan Darcy-Weisbach f = 0,015.

PenyelesaianKehilangan tenagaSoal 1Soal 2Kecepatan aliranKehilangan tenaga

SoalAir mengalir di dalam pipa berdiameter 75 mm dan pada angka Reynolds 80.000. Jika tinggi kekasaran k = 0,15 mm, berapakah koefisien kekasaran pipa tersebut? Tentukan dengan Grafik Moody dan Rumus Swamee-Jain. Bandingkan hasilnya.

PenyelesaianDiketahuiRe = 80.000danDengan menggunakan grafik Moody untuk nilai Re dan k/D tersebut akan didapat nilai f = 0,0256

Dengan rumus

* *