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


2/34

KINEMATIKA FLUIDA

Metode Lagrange :

Mengamati gerakpartikel fluida

dalam suatu ruangtertentu

Metode Euler : Mengamati gerak

partikel fluida pada

suatu titik tertentudalam ruang.


3/34

LAGRANGIAN DRIFTER CURRENT METER


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.


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


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


7/34

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 :


8/34

3. Aliran Satu, dua dan tiga dimensi


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.


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.


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.


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.


13/34

APLIKASI PRINSIP BERNOULLI

Botol semprot


14/34

ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA


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


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


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


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


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


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


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


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


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


24/34

Penggunaan Material Pipa dan Sambungan

yang Dianjurkan

25


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


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


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


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


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


30/34


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



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



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


33/34


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

dinamika fluida(pertemuan5)

Documents