fluid flow acara 5-6-2012
Post on 18-Feb-2018
226 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 2/52
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 3/52
!"#$%&'&$"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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 4/52
' 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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 5/52
)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*
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 6/52
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 7/52
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 8/52
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 9/52
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 10/52
' 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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 11/52
F4UID. /9/-/T9/I./
' Persamaan Power Law Model:
3 ; + 062n <<<<<=
' Persamaan >erschel-?ulkle#:
3 ; 3o @ + 062n <<A
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 12/52
3o ; 6ield &tress
+ ; onsistenc# IndeB
n ; Flo8 "ehaviour indeB
Dari pers C dan = maka:
3 ; + 062n-E 6
3 - 3o ; + 062n-E 6
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 13/52
$$-!" /0SS0
4app 5 + 062n <<<<<G
4app 5 3(6<<<<<<<H
4app 5 )3 - 3o 2(6<<<
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 14/52
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 15/52
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%
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 16/52
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 17/52
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 18/52
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 19/52
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.
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 20/52
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&:
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 21/52
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.
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 22/52
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.
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 23/52
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 24/52
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 25/52
ontoh fluida thi9otropic:
6oghurtcat
gelatin
cream
shortening
salad dressing etc.
ontoh fluida rheopectic:
pasta highl6 concentrated starch solution
ontoh fluida /isco,elastic:
utih elur
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 26/52
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 27/52
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 28/52
!"=&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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 29/52
/
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:
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 30/52
$'0-$" +'&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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 31/52
'
/
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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 32/52
'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
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 33/52
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 34/52
78&&9'):d V'(-&(',)!)8(
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 35/52
CONTINUITY (Conservation of Mass
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 36/52
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$'ara**e* strea0*ines
"EYNOLDS NUM1E"2In &enera*2 "e 3 vL4
3ρ
vL4
Units2ONE
For 'i'es2 L 3 D
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 37/52
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 38/52
-e 51.LH 'aminar +low Stead6 "o +ore<$ft S6mmetr6
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 39/52
-e 5D. 'aminar +low Stead6 Separated +low
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 40/52
-e 52 'aminar +low Stead6
Separated +low
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 41/52
-e 51HG &nstead6 ransitional +low 7arman /orte9 Street
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 42/52
-e 52GGG &nstead6 urbulent +low
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 43/52
TRANSPORTASI FLUIDA
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 44/52
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 45/52
#$S$- -$"S-$S0 +'&0#$
( ransportasi dalam bentuk fluida
!fisiensi
+luidisasi
( #asar perhitungan transportasi fluida
7esetimbangan massa
7esetimbangan momentum
7esetimbangan !nergi
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 46/52
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 $lir 6aitu sekumpulan garis aliran 6ang membentuk a tube-li
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 47/52
7"0"&0$S
'aju aliran massa keluar5 N2$2/2
'aju aliran massa masuk5
N1$1/1
'uas $1
#ensitas N1
7ecepatan /1
'uas $2
#ensitas N2
7ecepatan /2
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 48/52
7"0"&0$S
#alam aliran 7M-!S0B!'
melalui OtabungP
N$/5 konstan
#alam aliran 0"7M-!S0B!'
N tidak berubah sehingga:
$/ 5 konstan
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 49/52
7"0"&0$S
$/ adalah laju aliran volumetrik )Q* 5 debit
Q 5 d/<dt m3
<detik
Q1 5 Q2 5 konstan
'aju aliran volumetrik pada fluida inkompresibel adalah kon
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 50/52
7$-$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:&>
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 51/52
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
$2
M2
7/23/2019 Fluid Flow Acara 5-6-2012
http://slidepdf.com/reader/full/fluid-flow-acara-5-6-2012 52/52
7!S!0MB$"=$" !"!-=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
top related