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