Dinamika fluida(pertemuan5)
-
Upload
purnoemo-sidik -
Category
Documents
-
view
254 -
download
1
Transcript of Dinamika fluida(pertemuan5)
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
1/34
MEKANIKA FLUIDAKonsep dan Persamaan Dasar Aliran
Fluida Cair dan Gas
Nishia W. Meray, M. Si
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
2/34
KINEMATIKA FLUIDA
Metode Lagrange :
Mengamati gerakpartikel fluida
dalam suatu ruangtertentu
Metode Euler : Mengamati gerak
partikel fluida pada
suatu titik tertentudalam ruang.
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
3/34
LAGRANGIAN DRIFTER CURRENT METER
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
4/34
ALIRAN FLUIDA
Kecepatan fluida yang bergerak umumnya berubah
besar (tidak tenang) dengan arah di sepanjang garis alir. Umumnya pada waktu tertentu fluida bergerak akan
mencapai keadaan dimana kecepatan disemua titikmenjadi konstan, disebut aliran stasioner.
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
5/34
KLASIFIKASI ALIRAN
Secara garis besar, aliran fluida dapat digolongkansebagai berikut :
1. Aliran steady dan unsteady
2. Aliran uniform dan non uniform
3. Aliran satu, dua dan tiga dimensi
4. Aliran laminar dan turbulen
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
6/34
1. Aliran steady dan unsteady
Suatu aliran dikatakan steady, jika berbagaikarakter seperti kecepatan,tekanan,kerapatan, temperatur dan lain sebagainyapada tiap titik alirannya tidak berubah
dengan perubahan waktu.
Jika salah satu atau seluruh karakter fluida
dalam gerakannya berubah denganperubahan waktu pada tiap titik dalam fluidamaka aliran tersebut dikatan unsteady
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
7/34
2. Aliran uniform dan non uniform
Jika kecepatan fluida baik arah maupun besarnya, tidakberubah dari titik ketitik sepanjang alirannya dalamwaktu singkat, sehingga bentuk persamaan suatualiranuniform dinyatakan sebagai:
jika kecepatan fluida berubah dari titik ke titik sepanjangalirannya dalam waktusingkat, maka bentuk persamaanaliran non uniform dinyatakan sebagai :
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
8/34
3. Aliran Satu, dua dan tiga dimensi
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
9/34
PERSAMAAN DASAR DALAM DINAMIKA
FLUIDA
Persamaan kontinuitas
Adanya hukum kekekalan massa, sehingga:
Dimana, m adalah laju aliran massa (Kg/s) dan vAmerupakan laju aliran volume.
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
10/34
Persamaan BernoulliMenyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titiksama dengan jumlah energi pada suatu titik yanglain pada suatu stream lineyang sama.
Prinsip Bernoulli
Pada suatu aliran fluida, peningkatan kecepatanfluida akan menimbulkan penurunan tekananpada aliran tersebut.
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
11/34
APLIKASI PRINSIP BERNOULLI Teorema Torricceli
Laju aliran fluidaadalah :
Laju aliran fluida pada
lubang yang berjarak hdari permukaan wadahsama dengan laju aliranyang jatuh bebas sejauh h.
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
12/34
APLIKASI PRINSIP BERNOULLI Venturimeter
Ketika fluida melewatibagian pipa yangpenampangnya kecil (A2),maka laju fluida bertambah(ingat persamaankontinuitas).
Menurut prinsip Bernoulli,jika kelajuan fluida
bertambah, maka tekananfluida tersebut menjadikecil. Jadi tekanan fluida dibagian pipa yang sempitlebih kecil tetapi laju aliranfluida lebih besar.
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
13/34
APLIKASI PRINSIP BERNOULLI
Botol semprot
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
14/34
ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
15/34
Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak
digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas,maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke
tempat yang lain
Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas :
Pipa
Sambungan-Sambungan (fitting)
Peralatan pipa (pompa)
dll
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
16/34
SIFAT-SIFAT ALIRAN BERDASARKAN BILANGAN
REYNOLDS
16
Dalam mempelajari aliran dalam pipa, sebelumnya perlu diketahui aliranberdasarkan bilangan reynolds
Bila sebuah pipa mengalirkan air dan dituangkan tinta, maka ada 3 kemungkinan
bentuk tinta tersebut, yaitu :
Jejak Tinta
Bila Aliran
Lambat
Bila Aliran Cepat
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
17/34
17
Fenomena diatas diselidiki oleh Osbourne Reynolds dengan alat sebagai berikut
(yang dikenal sebagai Reynolds apparatus):
Dari percobaan dengan alat tersebut, makadidapat bahwa aliran dipengaruhi oleh:
Dimana nilainya diantara kurang dari 2000 untukaliran laminar dan lebih dari 4000 adalah aliranturbulen.
sviskosita
diameterd
rata-ratakecepatanu
jenisMassa
ud
Bilangan diatas dikenal dengan nama bilangan reynolds
Ketentuan aliran sebagai berikut :
laminar flow : re < 2000
Transitional flow: 2000 < re < 4000
Turbulent flow : re > 4000
Bilangan reynolds tidak berdimensi
8
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
18/34
18
Dari rumus tersebut dapat dikatakan bahwa bila gaya inersia
melebihi gaya viskositas (kecepatan lebih cepat danbil.Reynolds besar), maka terjadi aliran Turbulen dan
sebaliknya, maka akan terjadi aliran Laminar.
Secara umum :
Aliran Laminar
Re < 2000
Kecepatan rendah
Tinta tidak bercampur
dengan air
Partikel fluida bergerakdalam garis lurus
Memungkinkan
analisis matematik
sederhana
Jarang terjadi dalam
sistem air
Aliran Transisi
2000< Re < 4000
Kecepatan sedang
Tinta sedikit
bercampur dengan
air
Aliran Turbulen
Re > 4000
Kecepatan tinggi
Tinta bercampur dengan air
secara cepat
Partikel fluida bergeraksecara acak
Pergerakan partikel sangat
sulit dideteksi
Analisis matematik sangat
sulit dilakukan
Sering dalam sistem air
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
19/34
KARAKTERISTIK ALIRAN DI DALAM
SALURAN/PIPA
Aliran yang terlalu cepat akan menimbulkanpressure drop yang tinggi sedangkan aliran yangterlalu lambat pressure drop-nya akan rendah akantetapi tidak efisien
Kecepatan aliran perlu dibatasi denganmemperhatikan :
* Besarnya daya yang dibutuhkan* Masalah erosi pada dinding pipa* Masalah pembentukan deposit/endapan* Tingkat kebisingan yang terjadi
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
20/34
Kerugian yang terdapat di dalam aliran fluida Kerugian tekanan (Pressure Drop) atau Kerugian head ( Head Loss)
Faktor yang mempengaruhi kerugian di dalam aliran
fluida:Kecepatan aliranLuas penampang saluranFaktor friksi
ViskositasDensitas fluida
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
21/34
PRESSURE DROP
Terjadi akibat aliran fluida mengalami gesekan
dengan permukaan saluran
Dapat juga terjadi ketika aliran melewati sambungan
pipa, belokan, katup, difusor, dan sebagainya Besar Pressure Dropbergantung pada :
* Kecepatan aliran
* Kekasaran permukaan
* Panjang pipa* Diameter pipa
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
22/34
Harga-harga kecepatan aliran air yang
dianjurkan untuk berbagai pemakaian
Service Daerah kecepatan (fps)
Keluaran pompa 8-12
Pipa isap pompa 4-7
Saluran pembuangan 4-7
Header 4-15
Riser 3-10
Service umum 5-10
Air minum 3-7
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
23/34
Jenis fluida Kecepatan maksimum
[ft/s]
Uap untuk proses 120 150
Slurry 5 10
Uap air 100 130
Air 6 10
Fluida cair 100/1/2
Kecepatan maksimum aliran fluida dalam pipa
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
24/34
Penggunaan Material Pipa dan Sambungan
yang Dianjurkan
25
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
25/34
PRESSURE DROP AKIBAT GESEKAN
(MAJOR LOSS)
25
Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan dalam pipa
termasuk dalam kehilangan yang besar (major loss)
Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan dalam pipa
tergantung dari :
1. Tidak tergantung dari tekanan pada aliran air
2. Berbanding lurus dengan panjang pipa (l)
3. Berbanding terbalik dengan diameter pipa (d)
4. Berbanding lurus dengan kecepatan rata-rata (v)
5. Tergantung dari kekasaran pipa, bila aliran turbulen
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
26/34
2
2V
d
lP
Hubungan antara head dan tekanan :
hgP ..
Kerugian head (head loss) :
gV
dlh
2
2
Dimana :
P = kerugiantekanan
d = diameter pipa
V = kecepatan aliran
f = faktor friksi
l = panjang pipa
g = grafitasi
h = head
Catatan: harga untuk pipa-pipa tertentu dapat dicari denganmenggunakan diagram Moody dengan terlebih dahulu menghitung
bilangan Reynolds
PRESSURE DROP AKIBAT GESEKAN(MAJOR LOSS)
27KEHILANGAN TINGGI TEKAN AKIBAT GESEK
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
27/34
27KEHILANGAN TINGGI TEKAN AKIBAT GESEK
Major Loss untuk aliran laminar :
Kehilangan Tinggi Tekan Untuk Aliran Turbulen Pada Pipa Yang
Permukaan Pipa Halus :
Re
64atau
e)Pouiseuill-Hagen(menurut32
2
gD
LVhf
Blasius)(menurutRe
3164.0
28
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
28/34
28
PRESSURE DROP AKIBAT RERUGI KECIL(MINOR LOSSES)
Minor Losses Terjadi Karena Adanya :
1. Kontraksi Tiba-Tiba atau Perlahan
2. Pelebaran Tiba-Tiba atau Perlahan
3. Tikungan
4. Katup
Secara Umum Rumus Pressure Drop Akibat Minor Losses:
Dimana : kL= koefisien kehilangan energi tergantung jenis penyebab
v = kecepatan
gvkh LL2
2
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
29/34
Persamaan matematis kerugian akibat sambungan
(kerugian minor) dalam sistem pemipaan:
2
2
2
2
VKp
atau
g
VKh
m
m
Keterangan: K = Koefisien hambatan minor
30KEHILANGAN TINGGI TEKAN AKIBAT RERUGI KECIL (MINOR L
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
30/34
30KEHILANGAN TINGGI TEKAN AKIBAT RERUGI KECIL (MINOR L
1. Kehilangan energi akibat kontraksi tiba-tiba
g
VKh cc
2
2
2
Kontraksi tiba-tiba dapat membuat tekanan turun karenakehilangan energi akibat turbulensi dan meningkatnya
kecepatan (lihat gambar)
Termasuk dalam kehilangan energi akibat kontraksi tiba-tiba
adalah peralihan pipa masuk Perhitungan kehilangan energi dihitung dengan rumus
dibawah
Dimana Kc = koefisien kontraksi yang tergantung dari d2/d1
31KEHILANGAN TINGGI TEKAN AKIBAT RERUGI KECIL (MINOR L
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
31/34
31G GG UG C (MINOR L
2. Kehilangan energi akibat ekspansi tiba-tiba
Termasuk dalam kehilangan energi ini adalah pipa yangdihubungkan dengan reservoir
g
V
A
Ah
atau
g
VVh
E
E
2
1
2
2
1
2
2
1
2
21
Kehilangan energi dapat dihitung
32KEHILANGAN TINGGI TEKAN AKIBAT RERUGI KECIL (MINOR L
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
32/34
32(
3. Kehilangan energi akibat tikungan
Kehilangan energi akibat tikungan diakibatkan meningkatnya tekananpada bagian luar pipa dan menurun pada bagian dalam pipa
Untuk mengembalikan tekanan dan kecepatan pada bagian dalam
pipa, menyebabkan terjadinya pemisahan aliran
Kehilangan energi akibat tikungan bergantung pada jari-jari tikungan (r)
dan diameter pipa (d), yaitu :
g
vkh BB
2
2
R/D 1 2 4 6 10 16 20
KB 0.35 0.19 0.17 0.22 0.32 0.38 0.42
CONTOH TABEL KB
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
33/34
-
7/22/2019 Dinamika fluida(pertemuan5)
34/34
KARAKTERISTIK ALIRAN MELALUI
SAMBUNGAN-SAMBUNGAN
Bentuk-bentuk sambungan pada sistem perpipaan:
Sambungan lurus
Sambungan belok
Sambungan cabang
Sambungan dengan perubahan ukuran saluran
Cara-cara penyambungan pada sistem pemipaan:
Ulir
PressFlens
Lem
Las