ALIRAN FLUIDA
Pendahuluan
Dalam industri, umumnya transportasi fluida merupakan hal yang
penting. Sifat fluida meliputi kerapatan, suhu, kekentalan,
korosifitas.
Definisi suatu fluidaFluida adalah suatu zat yang mengalir
karena pengaruh gaya-gaya geser. Jika fluida dalam keadaan diam,
maka gaya-gaya yang bekerja padanya keadaan seimbang.
Gas adalah suatu fluida yang besifat mudah ditekan. Gas dapat
mengisi pada setiap tangki.
Sifat sifat fisik fluida
Densitas, rapat massa, (Densitas dari suatu fluida didefinisikan
sebagai massa per unit volume, dinyatakan dengan simbol huruf , (
.
Dengan satuan kg/m3, lb/ft3. *
Selain densitas orang juga ada yang menggunakan istilah Spesifik
Gravity (Sp Gr)
Viskositas (kekentalan) Sifat yang menentukan besarnya daya
tahanan terhadap gaya geser (gaya alir), dinyatakan =. satuannya
lbm/ft.jam.
Macam aliran
Dalam pembahasan macam aliran, dikenal bilangan tak berdimensi
yang disebut bilangan Reynold atau disingkat NRe
Dimana : ( = massa jenis fluida, kg/cm3 D = diameter pipa,
cm
v = kecepatan fluida, cm/det
= viskositas, cm/kg.det
Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa:
a. Aliran Laminar : NRe : 0 2100
b. Aliran Turbulen : NRe : > 4000
c. Aliran Transisi : NRe : 2100 - 4000
Persamaan Neraca dalam Aliran Fluida dalam Pipa
1.Pers Neraca Massa
Untuk keadaan steady State, maka M1 = M2
Rate massa yang melewati 1) sama dengan rate yang melewati 2)
(massa yang masuk = massa yang keluar, tidak ada yang
terakumulasi). Sehingga pers kontinutas adalah
M1= v1. A1. (1 M2= v2. A2. (2Contoh
Crude Oil (minyak mentah) Sp.Gr. = 0,887, mengalir dalam pipa
sebagai berikut
Pipa A 2 in Sch 40 (50 mm),----( A = 0,0233 ft2 B 3 in Sch 40
(75 mm) --- -( A2 = 0,0513 ft2 C 1,5 in Sch 40 (38 mm) ---( A3 =
0,01414 ft2Laju alir fluida pada pipa C (kedua cabang) adalah
sama).
Laju alir fluida pipa A = 30 gallon/menit = 6,65 m3/jam.Hitung
a.Rate massa yang mengalir dimasing-masing pipa (A,B,C). -b.
Kecepatan linier dimasing masing pipa.
Jawab :
a.Densitas minyak mentah , = 0,887 x 62,37 lb/ft3 = 55,3
lb/ft3.
Rate volume fluida yang mengalir = 30 gal/mnt x 1/7,48 ft3/gal x
60 mnt/jam = 240,7 ft3/jam
Menurut hukum kekekalan massa, yang mana densitas fluida tidak
berubah, maka rate massa yang melalui pipa A dan B adalah sama,
yaitu
M a = Mb = q x ( = 240,7 ft3/jam x 55,3 lb/ft3 = 13300
lb/jam.
Sedangkan rate massa yang melalui pipa C masing-masing sama,
jadi rate massanya = Mc = x 13300 lb/jam = 6650 lb/jam.
b.Kecepatan linier pada pipa (va) = q/A
va = (240,7 ft3/jam) / [(0,0233 ft2) x (3600detik/jam)]
= 2,869 ft/detik
vb = (240,7) / [(0,0513 x 3600)] = 1,303 ft/detik
vc = [240,7 / ( 0,01414 x 3600)] = 2,364 ft/detik.
2.Persamaan Neraca Energi
Hukum dasar kekekalan energi Energi masuk - Energi keluar +
Energi terakumulasi = 0.
Dalam membahas persamaan ini perlu dilakukan asumsi sbb:
fluida yang mengalir mempunyai sifat dan kecepatan seragam.
Rate penambahan panas dan kerja tidak tergantung waktu
Macam-macam energi yang ada dalam sistem perpipaan: a. Energi
dalam (U), yaitu sebenarnya menjadi sifat dari fluida. U = H
P.V
H : entalpi
P : tekanan
V : volume
b. Energi potensial (Z. g/gc), energi yang disebabkan karena
perbedaan tinggi
c. Energi kinetic (V2/2.gc), energi yang disebabkan adanya
kecepatan aliran fluida( d Energi yang disebabkan perbedaan tekanan
(P) P : tekanan pada sistem (lb/ft2)
d. Energi yang berasal dari sistem, terdiri dari: Panas (Q) :
yaitu panas yang diserap atau diberikan fluida + (positip) panas
masuk
-(negatip) panas keluar sistem Kerja (Wf) : yaitu kerja yang
dilakukan / diterima oleh system + (positip) Kerja dilakukan
sistem
-(negatip) kerja dari luar ke sistemCatatan : kalau ada gesekan
( F) maka persamaan Hkm kekekalan energi adalah: U + Z g/gc +
v/(2gc) + PV = Q Wf - FHukum ini disebut hukum Bernoulli
Kehilangan tenaga karena gesekan
f : factor gesek (fungsi bilangan Reynold)
v : kecepatan linier pipa, ft/detik
D : diameter pipa, ft Le : jumlah panjang ekivalen total dalam
sistem perpipan termasuk (pipa, fitting dll)
Fitting adalah sepotong pipa yang digunakan untuk tujuan
tertentu (lampiran) Contoh : elbow/ knie, Kran, valve dllHarga D
bisa dicari dengan pendekatan persamaan (apabila tidak diketahui) :
D opt = 3 x Qf 0,36 x 0,18
D opt : diameter pipa dalam optimum pipa, inch
Qf : rate volumetric , ft3/detik
: viscositas, cp *
Harga factor gesek (f) dapat dicari dengan persamaan dibawah
Untuk aliran laminair f = 16/NRe
Untuk aliran turbulen f = 0,184 / (NRe)0,2Contoh Soal:
Air mempunyai Sp Gr 1 dan viskositas 1 cp dipompa dari suatu
reservoar ke dalam tangki penyimpan, dimana perbedaan kedua
permukaan air tersebut 4000 ft dan dianggap konstan.
Pipa yang digunakan berdiameter 6 inchi dan merupakan pipa
licin. Rate pemompaan 125 gpm dengan efisiensi pompa 70 %., panjang
ekivalen seluruh pipa 5000 ftBerapa power pompa (Hp) yang
digunakan.
Kita tinjau titik 1 dan titik 2 dengan anggapan : Tekanan
dikedua tempat tsb P1 = P2 = 1 atm
Kedua permukaan dianggap konstan v1 = v2 = 0
Tidak ada perubahan energi dalam V1 = V2
Tidak ada pertukaran energi panas Q = 0D = 6 inchi = 0,5 ft
A = 0,785 (0,5)0,5 = 0,196 ft2
( = 1 x 62,3 lb/ft3 = 62,3 lb/ft3 = 1 cps = 6,72 x 10 -4
lb/ft.sec
q = 125 gallon/menit x 1/60 menit/detik x ft3/7,481 gallon
= 125/449 ft3/detik
v = q/A = (125/449) / 0,196 = 1,42 ft/detik
= 65.000 (aliran turbulen)
= 0,02
= 6,82 lbf.ft/lbm
Hukum Bernoulli :
U + Z g/gc + v/(2gc) + PV = Q Wf - F0 + (4000).(1) + 0 + 0 = 0
Wf 6,82
-Wf = 4006,82 lbf.ft/lbmRate massa (m) = Q x ( =
= 17,3 lb/sec
Power Pompa=
= = 180 Hp
POMPAUntuk mengerakkan fluida melalui system perpipaan
memerlukan tenaga. Tenaga tersebut diambil/berasal dari luar dan
untuk mengubah/memindahkan tenaga bentuk aliran fluida mengunakan
suatu alat yang sering disebut pompa (selain aliran karena gaya
gravitasi).
Secara lebih luas, selain pompa dipakai pula beberapa jenis lain
yang prinsipnya hamper sama, ialah : blower, kompresor.
Untuk memilih ukuran pompa, harus tahu dulu karakterik pompa
yaitu :
Kapasitas
Energi atau head yang disupply pada fluida.
Sifat fluida yang ditransport (korosif, suhu, kekentalan)
Kondisi suctin dan discharge
Secara garis besar pompa dapat dibedakan 2 macam, yaitu
1. Pompa Sentrifugal
2. Pompa positip displacement
Pompa Sentrifugal
Banyak digunakan dalam industri karena
-perencanaan, pemeliharaan mudah
-pemakaian nya flexible
-harganya murah
Digunakan untuk memompa fluida mulai dari kapasitas beberapa gpm
sampai besar.
Prinsip pompa ini terdiri dari impeller yang berputar dalam
suatu ruangan fluida masuk kedalam pompa melalui pusat impeller dan
terlempar keluar dengan adanya gaya sentrifugal.
Pompa sentrifugal dengan satu impeller disebut single stage pump
dan apabila beberapa single stage digabung pada satu as, maka
disebut Multi stage Pump.
1
2
A1
v1
(1
A2
v2
(2
B
C
A
3 in
2 in
1 1/2 in
1 1/2 in
1
2