Transportasi fluida

TRANSPORTASI FLUIDA

Oleh

MOH. TAUFIK, STP, MSI

DEPARTEMEN

ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN

Review: Pengertian dan Jenis Fluida

Jenis-Jenis Aliran Fluida

Kecepatan Aliran Fluida

Transportasi Fluida

SUBTOPIK

1. REVIEW: PENGERTIAN DAN JENIS FLUIDA

JENIS-JENIS FLUIDA

Fluida merupakan zat yang dapat mengalir, umumnya

berupa zat cair atau gas

Fluida berdasarkan nilai viskositasnya

Newtonian

Non-newtonian

Newtonian dan Non-newtonian Fluida Newtonian Nilai kekentalan atau viskositas tidak

dipengaruhi oleh gaya yang mengalirkan Viskositas

konstan

Air, minuman ringan, larutan garam dll

t= K (g )n nilai n = 1 t= K (g )

Fluida Non-newtonian Nilai kekentalan atau viskositas

dipengaruhi oleh gaya yang mengalirkan Viskositas

berubah

Dilatan

Viskositas meningkat dengan meningkatnya gaya

pengadukan Gula kental

t= K (g )n nilai n > 1

Pseudoplastik

Viskositas menurun dengan meningkatnya gaya

pengadukan Krim cair

t= K (g )n nilai n < 1

Keterangan:

t = shear stress (N/m2)

g = Shear rate (1/s)

K = Koefisien kekentalan (N/m2. sn )

n = Indeks tingkah laku aliran

t= K (g )n

2. JENIS-JENIS ALIRAN FLUIDA

JENIS-JENIS ALIRAN FLUIDA

1. Aliran laminar

Fluida mengalir/bergerak dengan pola lurus disepanjang

pipa

2. Aliran turbulen

Fluida mengalir secara acak, seolah-olah terjadi proses

pengadukan

Bagaimana menuntukan jenis aliran secara

kuantitatif?

Bilangan Reynolds (Re)

Bilangan Reynolds (Re)

Re < 2100 Jenis aliran laminar

2100 < Re < 4000 Jenis aliran transisi

Re > 4000 Jenis aliran turbulen

Newtonian

Non-newtonian

v = Kecepatan rata-rata (m/s)

n = indeks tingkah laku

R = Jari-jari (m)

K = Koefisien kekentalan (N/m2. sn )ρ = massa jenis (Kg/m3)

NReGe = Generalized Reynolds Number

Soal

1. Tentukan bilangan Reynold dan jenis aliran dari fluida Newtonian

yang dipompa dengan debit aliran 100 L/menit. Fluida/cairan

tersebut mempunyai densitas 1.02 g/cm3, viskositas 100 cP dan

mengalir melalui pipa yang diametenya 5,6 cm dan panjangnya 50

m. (1 cP = 0.001 Pa.s)

3. Kecepatan Aliran Fluida


ΔP = Perbedaan tekanan titik awal dan akhir (N/m2)

R = Jari-jari pipa (m)

L = Panjang pipa (m)

µ = Viskositas (Pa S)

v = Kecepatan rata-rata (m/s)

Vmaks = Kecepatan maksimum (m/s)

Q = debit (m3/s)

V = volume (m3)

A = luas permukaan (m2)

t = waktu (s)

v = kecep. rata2 (m/s)

Q = V/t = v A






4. TRANSPORTASI FLUIDA

TRANSPORTASI FLUIDA

Transportasi Perpindahan

Fluida merupakan zat yang dapat mengalir, umumnya

berupa zat cair atau gas

TRANSPORTASI FLUIDA

Produksi makanan di industri Terdiri dari beberapa tahap produksi

masing-masing tahap menghasilkan intermediate product (produk

antara) Intermediate product ditransport dari satu tahap produksi ke

tahap produksi berikutnya melalui pipa

Bahan baku

(SMP, PO,

gula dll)

Pasteurisasi Evaporasi SKM

Air

Mixing

Produk antara Produk antara

Prinsip Dasar Transportasi Fluida

1. Kesetimbangan Massa

Nilai debit disetiap titik pada fluida yang mengalir dalam pipa Konstan

Persamaan kontinuitas

v1= Kecep. fluida rata2 titik 1 (m/s)

v2= Kecep. fluida rata2 titik 2 (m/s)

A1 = Luas permukaan titik 1 (m2)

A2 = Luas permukaan titik 2 (m2)

Q1 = Q2

v1 A1 = v2 A2


2. Kesetimbangan Energi

Energi total selama proses transportasi adalah sama Persamaan Bernouli

(1)

(2)

𝑃1

ρ+ g h1 +

𝑣21

2=

𝑃2

ρ+ g h2 +

𝑣22

2


2. Kesetimbangan Energi

Energi total selama proses transportasi adalah sama Persamaan Bernouli

𝑃1

ρ+ g h1 +

𝑣21

2=

𝑃2

ρ+ g h2 +

𝑣22

2

𝑃1

ρ+ g h1 +

𝑣21

2+𝑊 =

𝑃2

ρ+ g h2 +

𝑣22

2+

ΔP𝑓

ρ

W = Usaha dari pompa yang digunakan

ΔP𝑓

ρ= Hambatan aliran fluida

Hambatan Aliran Fluida (ΔP𝑓

ρ)

Hambatan karena gesekan pada pipa lurus

Hambatan karena kontraksi/penyempitan

Hambatan karena ekspansi/pengembangan

Hambatan karena sambungan (fittings)

Hambatan Karena Gesekan pada Pipa Lurus

Struktur permukaan (kekasaran) pipa akan

mempengaruhi aliran fluida Hambatan

fluida

Kekasaran pipa digambarkan dengan nilai

k/D

Nilai hambatan pada pipa lurus

ΔP

ρ= Hambatan pada pipa lurus

F = Fanning friction factorv = Kecepatan rata2 aliran fluida (m/s)L = Panjang pipa (m)D = Diameter pipa (m)


Fanning friction factor Ditentukan oleh jenis aliran fluida, karakteristik fluida dan

kekasaran pipa (k/D)

Aliran Laminar (Re < 2100), baik Newtonian ataupun Non-Newtonian Nilai f = 16/Re

Aliran Transisi atau Turbulen (2100 < Re < 4000 atau Re > 4000) Nilai f tergantung

nilai kekasaran (k/D)

Jika nilai k/D = 0

Bila 3 x 103 < Re < 104 f = 0,193 (Re)-0,35

Bila 104 < Re < 106 f = 0,048 (Re)-0,20

Jika nilai k/D > 0

Ditentukan dengan menggunakan Diagram Moody


Newtonian


Non-newtonian

Soal-Soal

1. Susu dengan viskositas 2 cP dan densitas 1.01 g/cm3

dipompa melalui pipa dengan diameter 0.02291 m dan

panjang 0.03048 m dengan debit aliran 0.00018927

m3/s. Hitunglah pressure drop (ΔP) dari system

pemompaan tersebut!

2. Saus tomat dipompa melalui pipa yang berdiameter

0.02291 m dan panjang 1 m dengan debit 0.00031545

m3/s. Hitunglah pressure drop (ΔP) dari system

pemompaan tersebut jika diketahui saus tomat

memiliki indeks tingkah laku aliran (n) 0.45, koefisien

kekentalan (K) 12.5 Pa.sn dan densitas 1.13 g/cm3.

Hambatan Karena Kontraksi/Penyempitan

ΔP

ρ= Hambatan karena penyempitan

Kf = Konstanta Tergantung diameter

v1 = Kecepatan rata2 aliran fluida pada posisi 1 (m/s)

α = Konstanta Tergantung jenis fluida dan jenis alirannya

Laminar Turbulen

Newtonian 1 2

Non-newtonian x 2

ΔP

ρ= kf

𝑣21α

Hambatan Karena Pengembangan/Ekspansi

Laminar Turbulen

Newtonian 1 2

Non-newtonian x 2

ΔP

ρ=𝑣21α

(1 − (A1A2)2)

ΔP

ρ= Hambatan karena pengembangan

v1 = Kecepatan rata2 aliran fluida pada posisi 1 (m/s)α = Konstanta Tergantung jenis fluida dan jenis alirannyaA1 = Luas area pipa pada posisi 1 (m2)A2= Luas area pipa pada posisi 2 (m2)

Hambatan Karena Sambungan (fittings)

ΔP

ρ= 𝑘𝑓

𝑣21α

ΔP

ρ= Hambatan karena sambungan

v1 = Kecepatan rata2 aliran fluida pada posisi 1 (m/s)α = Konstanta Tergantung jenis fluida dan jenis alirannyaKf = Konstanta Tergantung jenis sambungan, misal

sambungan siku 90ᵒ Kf = 0,75

Laminar Turbulen

Newtonian 1 2

Non-newtonian x 2

Transportasi fluida

Food