Fluid Flow Acara 5-6-2012

7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012

http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 1/52

ALIRAN FLUIDA

RHEOLOGY

Jurusan Teknik Manajemen IndustriPertanian

Fakultas Teknologi Industri Pertanian

Universitas Padjadjaran

2012



TUJUAN INSTRUKSIONAL

Setelah mempelajari Bab ini mahasiswa dapat:

1. Mendefinisikan dan membedakan berbagai jenis dan sifat fluida

2. Mengukur dan menghitung viskositas flluida

3. Memecahkan permasalahan transportasi fluidadalam penanganan hasil pertanian



!"#$%&'&$"Dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal tiga jenis materi:padat,cair dan gas Meskipun !at cair dan gas "er"eda dalam"an#ak hal, tapi keduan#a mempun#ai karakteristik umum #angmem"edakann#a dengan !at padat, #aitu: !at cair dan gasadalah $uida, #ang resistensin#a rendah dan akan "eru"ah

"entuk jika dikenai ga#a di"andingkan dengan !at padat

Fluida merupakan su"stansi #ang mengalami de%ormasi secarakontin#u jika dikenai ga#a atau tegangan geser sekecil apapun&e"alikn#a, $uida "erada pada kondisi diam jika tidak terdapat

ga#a atau tegangan geser #ang mengenain#a dan, karenan#aseluruh ga#a #ang mengenai $uida terse"ut harus tegak lurusterhadap "idang datar dimana ga#a terse"ut "eraksi

Fluida adalah su"stansi #ang "ila dikenai tekanan

akan mengalir tanpa mengalami disintegrasi



' Pengetahuan mengenai $uida sangat penting "agi &TP, karenaoperasi penanganan "ahan pertanian umumn#a dilaksanakanse"agian atau seluruhn#a pada %asa $uida

' Penanganan pada %asa $uida sangat sederhana, murah dan amandi"andingkan penanganan pada %asa padat

Fluid &tatics:' Mempelajari $uida dalam keadaan statis(diam dan "erada pada

keadaan setim"ang tanpa tegangan geser(shear stressFluid Mechanics: ' Mempelajari pergerakan atau $uida #ang "ergerak dengan

mengaplikasikan ilmu mekanika khususn#a statika dan dinamika!at cair dan gas



)heologi' Ilmu #ang #ang mempelajari tingkah laku dandeformasi $uida dalam keadaan statis

maupun dinamis Pengetahuaan dan konsepdasar Mekanika Fluida diperlukan

( Bahan pangan merespon terhadap stress

)tegangan* dan strain )regangan*





KONSEP VISKOSITAS

' *iskositas merupakan ukuran resistensi $uida terhadapaliran

' *iskositas menentukan "esarn#a ga#a #ang diperlukanagar $uida terse"ut mengalir pada +P.T./ tertentu

' .liran $uida terjadi karena adan#a ga#a #ang di"erikanpada $uida #ang men#e"a"kan "ergerak pada kecepatantertentu dan "esarn#a ga#a tergantung dari viskositas

' .liran terjadi jika molekul-molekul $uida saling"ergeseran satu sama lainn#a dalam arah tertentu padasuatu "idang datar



VISKOSITAS

' .dan#a pergeseran terse"ut karena adan#aper"edaan kecepatan antar molekul #ang"erdekatan, velocity gradient

' Gradient Kecepatan 0-d*(dr, 12 dise"a"kanoleh resistensi #ang dikeluarkan oleh

molekul $uida karena adan#a ga#a danmengaki"atkan pergeseran satu molekulle"ih cepat dari moekul #ang lain



VISKOSITAS

' )esistensi suatu "ahan untuk mengaliratau "erde%ormasi dise"ut dengan

Stress atau Shear Stress 032' Gradient Kecepatan adalah ukuran

se"erapa cepat se"uah molekul"ergeser satu dengan #ang lainn#a,

sehingga dise"ut juga Rate of Shear 04aju 5eser, 62



' 7 adalah viskositas' Fluida /e8tonian mempun#ai 7 konstan

dan tidak tergantung pada laju geser

' Fluida #ang mempun#ai karakteristikmen#impang dari si%at di atas dise"ut

+luida "on,newtonian



F4UID. /9/-/T9/I./

' Persamaan Power Law Model:

3 ; + 062n <<<<<=

' Persamaan >erschel-?ulkle#:

3 ; 3o @ + 062n <<A



3o ; 6ield &tress

+ ; onsistenc# IndeB

n ; Flo8 "ehaviour indeB

Dari pers C dan = maka:

3 ; + 062n-E 6

3 - 3o ; + 062n-E 6



$$-!" /0SS0

4app 5 + 062n <<<<<G

4app 5 3(6<<<<<<<H

4app 5 )3 - 3o 2(6<<<



VISCOSITY

F/A = σ = µ dV/dy NEWTONS LAW

µ = DYNAMIC VISCOSITY S!"#$ %&'() * %+d)! * N+d)!/,2

1 %&'() = 100 -)#!'.&'() = 10 %+d)!+

= 100 /,+d)! = 0+1 N+d)!/,2

KINEMATIC VISCOSITY

= µ /ρ

S!"#$ ,2/d)!

NEWTONIAN AND NON NEWTONIAN FLUIDS



NEWTONIAN AND NON-NEWTONIAN FLUIDS

NEWTONIAN FLUIDS:

Fluida yang mematuhi Hukum Viskositas Newton

disebut fluida Newtonian 3 5 4 ), d/ *

d6

3 = tegangan geser/shear stress

4 = viskositas fluidadV/dy = Laju geser, laju regangan/strain atau gradien

keceatan

!eluruh gas dan kebanyakan "at cair yang

memunyai rumus molekul yang lebih sederhana dan

berat molekul yang rendah seerti# air, ben"ena, ethyl

alcohol, he$ane dan sebagian besar larutan dengan

molekul sederhana meruakan fluida Newtonian%



NONNEWTONIAN FLUIDS

+luida 6ang men6impang dari %ukum /iskositas "ewton disebut

fluida "on,"ewtonian.

ersamaan Power Law Model :

3 5 7 )*n

ersamaan %erschel,Bulkle6:

3 5 3o 8 7 )*n

3o 5 ield Stress

7 5 onsistenc6 0nde9

n 5 +low behaviour inde9







JENIS FLUIDA NONNEWTONIAN

Time-Independent behaviors:

Bingham atau Plastic: -esisten terhadap tegangan geser 6ang kecil namun akan mengalir dengan mudah bila

diberikan tegangan geser awal )3o * 6ang lebih besar contoh: dol ;eli beberapa jenis

slurries.

Pseudoplastic:

7eban6akan fluida non,"ewtonian masuk ke dalam katagori ini. /iskositasn6a

menurun dengan meningkatn6a velocit6 gradient contoh: larutan pol6mer darah.

seudoplastic fluids disebut juga sebagai Shear thinning fluids dimana pada tegangan

geser )d/<d6* 6ang rendah fluida ini lebih kental dibandingkan fluida "ewtonian dan

pada tegangan geser 6ang tinggi akan berkurang viskositasn6a.



Dilatant :

/iskositas fluida meningkat dengan meningkatn6a velocit6 gradient. +luida ini

tidak umum ditemukan dalam industri pertanian namun suspensi pati memiliki

karakteristik seperti ini. +luida ini juga disebut sebagai shear thickening fluids.

Bingham pseudoplastic / ersle!-Buckle! / "asson T!pe:

7ombinasi antara fluida bingham dengan pseudoplastic dimana memerlukan

tegangan geser awal untuk mulai bergerak dan setelah bergerak akan menurun

viskositasn6a sejalan dengan meningkatn6a velocit6 gradient.

Time-Independent behaviors #$an%utan&:



FLUIDA NONNEWTONIAN4 TIME DE%ENDENT

( /iskositas fluida ini tergantung pada suhu laju geser dan waktu. ( ergantung dari bagaimana viskositasn6a berubah karena

waktu sejalan dengan diaplikasikann6a tegangan geser fluida

ini mempun6ai karakteristik sbb.:

thi9otropic )time thinning 6aitu viskositasn6a menurun

terhadap waktu* rheopectic )time thickening 6aitu viskositasn6a

meningkat terhadap waktu* /isco,elastic fluids Beberapa jenis fluida mempun6ai sifat

elastis 6aitu akan kembali ke bentuk semula bila tegangan

geser dihentikan.



FLUIDA NONNEWTONIAN4 TIME DE%ENDENT

+luida thi9otropic sangat umum terdapat dalam industri pangan

dan kimia sedangkan fluida rheopectic sangat jarang.

$$$": beberapa fluida menunjukkan tingkah laku time thinning karena struktur fluida tersebut pecah dan

fenomena ini disebut dengan rheomalaxis.





ontoh fluida shear thinning:

cat

shampooslurries

konsentrat juice buah,buahan

kecap

ontoh fluida shear thickening:

pasir basah

konsentrat suspensi pati

ontoh fluida plastic: pasta tomato

odol

hand cream

kecap kental manis



ontoh fluida thi9otropic:

6oghurtcat

gelatin

cream

shortening

salad dressing etc.

ontoh fluida rheopectic:

pasta highl6 concentrated starch solution

ontoh fluida /isco,elastic:

utih elur





VISCOSITY

M.T)I.4

D6/.MI *I&9&IT6

µ0Pas2

.ir EK-L

ater EK-=

9live oil EK-E

5l#cerol E

4iuid >one# EK

5lass EKAK



!"=&7&-$" /0S7S0$S

/iskosimeter /iskosimeter abung atau 7apiler

-otational /iskosimeter

rinsip perhitungann6a berdasarkan:

1. ersamaan oiseuille untuk fluida "ewtonian dan2. ersamaan -abinowitsch,Mone6 untuk fluida "on, "ewtonian



/

ALIRAN FLUIDA NEWTONIAN DALAM %I%A

5%ENURUNAN %ERS+ %OISEUILLE6

'

1 2-

dr

r

> 5 ?)1 @ 2* )Ar 2* < 2Ar'

5 ?)1 @ 2* r < 2 '

CCCC............ D

0"=$ EE > 5 4 ), d/ * jadi

d6

=a6a 6ang bekerja pada permukaan silinder + 5 )1 @ 2* )

'uas permukaan silinder $ 5 2Ar'

;adi egangan =esern6a:



$'0-$" +'&0#$ "!F"0$" #$'$M 0$

)!"&-&"$" !-S. 0S!&0''!*

4 ), d/ * 5 )1 @ 2*r d6 2'0ntegralkan sehingga:

∫ d/ 5 )1 @ 2* ∫ , r dr

2' 4

/ 5 )1 @ 2* ) , r 2 * 8 2' 4 2

ada Boundar6 'a6er )kondisi batas* r 5- / 5 G

Maka 5 )1 @ 2* )- 2* < H' ;adi:

/ 5 )1 @ 2* ) - 2, r 2 * 5 ∆ )-2 @ r2* CCC. 1G

H' 4 H' 4

/ adalah kecepatan titik )point velocit6* dan sukar untuk diukur

sehingga untuk memudahkan maka digunakan 7ecepatan rata,rata

6aitu 'aju $liran /olumetrik atau #ebit dibagi dengan'uas



'

/

d

$

- dr

ipa dengan jari,jari - kontrol volume

adalah dinding silinder berbentuk donat

dengan ketebalan dr dimana luas penampangn6a adalah

d$ 5 A I)r 8 dr*2 @ r 2*J 5 A )r 2 8 2r dr 8 )dr*2 @

r 2*

5 2Ar dr 8 )dr*2



'aju $liran /olumetrik atau #ebit )volume<waktu* melalui kontrol volume di atas:

/d$ 5 2Ar/ dr

/olume total 6ang masuk melalui pipa merupakan integral dari debit melalui volume kontrol r 5 Gsampai r 5 - sehingga jika dimasukkan pada pers. 1G:

-

/ )A- 2* 5 )1 @ 2* )2A* ∫ )- 2 @ r 2*r dr

H'4 G

-

/ 5 )1 @ 2* I - 2r 2 , r H J H'4 2 H G

/ 5 )1 @ 2*- 2

K'4

/ 5 ∆)*- 2 CCCCCCCCCCCCCCCC.

11 K'4

ersamaan oiseuille





78&&9'):d V'(-&(',)!)8(



CONTINUITY (Conservation of Mass



CONTINUITY (Conservation of Mass

I% the $o8 is incompressi"le, ρ E ; ρ

C

FLOW C!A"ACTE"I#ATION

ST"EAMLINES $ Lines %oinin& 'oints of e)a* ve*o+it, in a-o.

LAMINA" FLOW $ F*o. .it/ 'ara**e* strea0*ines

TU"1ULENT FLOW $ F*o. .it/ non$'ara**e* strea0*ines

"EYNOLDS NUM1E"2In &enera*2 "e 3 vL4

3ρ

vL4

Units2ONE

For 'i'es2 L 3 D





-e 51.LH 'aminar +low Stead6 "o +ore<$ft S6mmetr6



-e 5D. 'aminar +low Stead6 Separated +low



-e 52 'aminar +low Stead6

Separated +low



-e 51HG &nstead6 ransitional +low 7arman /orte9 Street



-e 52GGG &nstead6 urbulent +low



TRANSPORTASI FLUIDA





#$S$- -$"S-$S0 +'&0#$

( ransportasi dalam bentuk fluida

!fisiensi

+luidisasi

( #asar perhitungan transportasi fluida

7esetimbangan massa

7esetimbangan momentum

7esetimbangan !nergi



7"S!-/$S0 M$SS$

)ersamaan 7ontinuitas*

( #i dalam tabung tsb massa tidak dapat diciptakan dan dihancurkan. Massa 6ang masuk ke dalam tabung alir dari sebelah kiri )misal

dengan laju 1 kg<det*

harus keluar dari sebelah kanan dengan laju 6ang sama )1 kg<det*.

( abung $lir 6aitu sekumpulan garis aliran 6ang membentuk a tube-li



7"0"&0$S

'aju aliran massa keluar5 N2$2/2

'aju aliran massa masuk5

N1$1/1

'uas $1

#ensitas N1

7ecepatan /1

'uas $2

#ensitas N2

7ecepatan /2



7"0"&0$S

#alam aliran 7M-!S0B!'

melalui OtabungP

N$/5 konstan

#alam aliran 0"7M-!S0B!'

N tidak berubah sehingga:

$/ 5 konstan



7"0"&0$S

$/ adalah laju aliran volumetrik )Q* 5 debit

Q 5 d/<dt m3

<detik

Q1 5 Q2 5 konstan

'aju aliran volumetrik pada fluida inkompresibel adalah kon



7$-$7!-0S07 $'0-$"

ST"EAMLINES $ Lines %oinin& 'oints of e)a* ve*o+it,in a -o.

LAMINA" FLOW $ F*o. .it/ 'ara**e* strea0*ines

TU"1ULENT FLOW $ F*o. .it/ non$'ara**e*strea0*inesREYNOLDS NUM7ER$

R) = ;DV/µ U#'!($ '(')

F&8 .'.)($ L = D

R) < 2000 L,'#8 F:&>

2000 < R) < ?000 T8#('!'&#

F:&>



7!S!0MB$"=$" MM!"&M

( Momentum 5 massa 9 kecepatan aliran

( 'aju aliran momentum 5 laju aliran massa 9 kecepatan @ M 5 m 9 v

@ M 5 )kg.det,1* )m.det,1* 5 kg.m.det,2

@ M 5 mv 5 RNv

M 5 m 9 v

5

kg.m.det,1

1

$1

M1

2

$2

M2



7!S!0MB$"=$" !"!-=0

( %ukum Bernoulli

7ehilangan akibat friksi di dalam pipa

hf 5 f )'<#* )/hf 5 f )'<#* )/22<2g<2gcc**

f 5 koefisien friksi 6ang tergantung dari Bilangan

-e6nold dan kekasaran pipa

Fluid Flow Acara 5-6-2012

Documents