Penanganan fluida adalah aktivitas yang sangat penting pada sebagian besar proses plant. Dalam menangani bahan-bahan proses di satu pabrik, dapat digunakan berbagai macam cara perpindahan, untuk bahan yang berupa fluida atau yang dapat diperlakukan seperti fluida salah satu caranya adalah mengalirkan bahan yang bersangkutan melalui saluran tertutup, umumnya saluran tersebut mempunyai penampang lingkaran dan sering disebut pipa.
Sifat fisis dari suatu fluida dapat didefinisikan dengan berdasarkan pada:
Tekanan
Temperatur
Densiti
Viskositas
Berdasarkan pengaruh tekanan terhadap volumenya, fluida dapat digolongan menjadi 2 golongan:
a. Compressible fluid.
b. Incompressible fluid.
Transportasi fluida dalam suatu sistem perpipaan akan mengikuti hukum:
a. Hukum Kekekalan Massa
Untuk incompressible fluid:
massa masuk = massa keluar
volume masuk = volume keluar
atau V1.A1 = V2.A2 …………(1)
Persamaan di atas sering dikenal sebagai “persamaan kontinuitas”.
b. Hukum Kekekalan Energi
Untuk perpindahan fluida dalam sistem perpipaan berlaku sebagai berikut:
(en.dalam + en.potensial + en.kinetik + en.tekanan)1 = (en.dalam + en.potensial + en.kinetik + en.tekanan)2 + en.kerja + en.panas + en.yang hilang akibat gesekan
Persamaan di atas jika dinyatakan dalam energi persatuan massa akan diperoleh persamaan sebagai berikut:
P/ + V2/2gc + g/gc . Z = (-f) + (-W) + q … (2)
Jika faktor W dan q=0, maka persamaan tersebut menjadi persamaan Bernoulli dan dapat dinyatakan dalam satuan S.I. (dalam satuan panjang), menjadi:
Z1 + P1/g + V21/2g = Z2 + P2/g + V22/2g + h1 …… (3)
Dimana: V = kecepatan rata-rata (m/s)
A = luas penampang (m2)
Z = ketinggian di atas datum (m)
P = tekanan statik (N/m2)
HL= head loss akibat gesekan (m)
= densitas (kg/m3)
g = percepatan grafitasi (9,81 m/s2)
Fluida ialah zat yang tidak dapat menahan perubahaan bentuk (distorsi) secara permanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka didalam fluida itu akan terbentuk lapisan-lapisan dimana lapisan yang satu meluncur di atas yang lain, hingga mencapai suatu bentuk baru. Selama perubahan bentuk itu, terdapat tegangan geser (Shear stress), yang besarnya tergantung pada viskositas fluida dan laju luncur.
Pada suatu suhu dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu. Jika densitas itu hanya sedikit terpengaruh oleh perubahaan yang agak besar pada suhu dan tekanan, maka disebut fluida tidak mampu mampat (Incompressible), contohnya zat cair. Tapi jika densitasnya peka terhadap perubahan tersebut, disebut fluida mampu mampat (compressible) contohnya gas. Densitas fluida tidak mampu mampat selalu tetap dan untuk fluida yang mampu mampat pun dapat dianggap mendekati tetap.
Sifat dasar dari semua fluida static adalah tekanan. Tekanan adalah gaya permukaan yang diberikan oleh fluida terhadap dinding bejana. Tekanan terdapat pada setiap titik didalam volume fluida.
Viskositas fluida Newton bergantung kepada suhu dan sedikit tekanan. Viskositas gas bertambah dengan suhu dan tidak bergantung pada tekanan. Sedangkan viskositas zat cair turun bila suhu dinaikan dan bertambah dengan tekanan.
Fluida dapat mengalir di dalam pipa atau saluran menurut dua cara yang berlainan pada laju aliran rendah, Penurunan tekanan di dalam fluida itu bertambah menurut kecepatan fluida. Pada laju tinggi, pertambahan itu jauh lebih cepat lagi yaitu pangkat dan kecepatan. Menurut Reynolds terdapat dua jenis aliran yaitu laminar dan turbulen jika air itu mengalir menurut garis-garis lurus yang sejajar berarti alirannya laminar. Bila laju aliran ditingkatkan, akan dicapai kecepatan kritis. Dan bila air bergerak kemana-mana dalam bentuk aliran silang dan pusaran maka disebut aliran turbulen. Kecepatan kritis, dimana aliran laminar berubah menjadi aliran turbulen bergantung pada diameter tabung, viskositas, densitas dan kecepatan linear zat cair.
Bila angka Reynolds (NRe) dibawah 2100 alirannya alirannya laminar dan diatas 4000 alirannya turbulen.
Aliran Stedi (tunak) terjadi bila kecepatan fluida pada suatu titik adalah tetap, sehingga medannya tidak berubah menurut waktu. Dalam aliran stedi laju massa yang memasuki suatu sistem aliransama dengan system yang meninggalkan system itu.
Dalam aliran yang mengalami gesekan, besaran-besaran diatas tidaklah konstan disepanjang garis arus, tetapi berkurang menurut arah aliran. Gesekan menyebabkan berkurangnya energi mekanik menjadi kalor didalam fluida yang mengalir. Karena adanya gesekan, maka persamaan Bernoulli diatas harus dikoreksi menjadi:
P1/ + g/gc . Z1 + V12/2gc = P2/ + g/gc. Z2 + V22/2gc + hf
hf menunjukan semua gesekan yang timbul persatuan massa fluida dan bernilai positif. Pada aliran potensial, nilainya nol.
Pompa digunakan dalam system aliran untuk meningkatkan energi mekanik fluida yang mengalir. Peningkatan itu digunakan untuk mempertahankan aliran. Bila kerja yang kerja yang dilakukan pompa persatuaan massa fluida adalah Wp, dan efisiensi pompa adalah, maka energi mekanik yang diberikan kepada fluida tentunya Wp, sehingga persamaanya menjadi :
P1/ + g/gc . Z1 + V12/2gc + W = P2/ + g/gc .Z2 + V22/2gc + hf
Gesekan timbul di dalam lapisan batas karena kerja yang dilakukan oleh gaya gesek dalam menjaga gradien-kecepatan dalam-aliran laminar maupun dalam aliran-turbulen dikonversikan menjadi kalor oleh kegiatan viskos. Gesekan yang timbul di dalam lapisan batas yang tidak memisah disebut gesekan-kulit (skin-friction). Bila lapisan batas itu memisah dan membentuk riak-ikutan, timbul lagi tambahan pelepasan energi di dalam riak-ikutan, dan gesekan jenis ini disebut gesekan – bentuk (form friction), karena merupakan fungsi dari posisi dan bentuk benda padat yang yang bersangkutan. Kerja pompa dalam persamaan Bernoulli. Pompa digunakan dalam sistem aliran untuk meningkatkan energi mekanik fluida yang mengalir. Peningkatan itu digunakan untuk memepertahankan aliran. Umpamakan antara stasion a dan b kita pasang sebuah pompa. Umpamakan kerja yang dilakukan pompa persatuan massa fluida adalah Wp. Oleh karena persamaan Bernoulli hanya merupahkan hanya merupakan neraca energi-mekanik saja, Kita harus memperhitungkan gesekan yang terjadi didalam pompa. Dalam keadaan sebenarnya, di dalam pompa semua sumber gesekan fluida itu aktif, dan disamping itu terdapat gesekan pula pada bantalan (bearing), perapat (seal) dan peti gasket (stuffing box). Energi mekanik yang diberikan kepada pompa sebagai kerja poros negatif harus dikurangi dengan rugi kehilangan tekanan karena gesekan, barulah didapatkan energi mekanik neto yang terdapat di dalam flida yang mengalir, umpamakan gesekan didalam pompa, per satuan massa fluida, ialah hfp. Jadi kerja neto terhadap fluida adalah Wp-hfp. Dalam prakteknya, sebagai pengganti hfp digunakan efisiensi pompa, yang ditandai dengan, yang didefinisikan dengan
persamaan:
Wp - hfp = Wp
Energi mekanik yang diberikan kepada fluida ialah, tentunya, Wp, dimana < wp =" Pb/">
DAFTAR PUSTAKA
Haliday, D dan Resnick, R. 1985. Fisika. Penerjemah: Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Jilid I. Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga
Sifat fisis dari suatu fluida dapat didefinisikan dengan berdasarkan pada:
Tekanan
Temperatur
Densiti
Viskositas
Berdasarkan pengaruh tekanan terhadap volumenya, fluida dapat digolongan menjadi 2 golongan:
a. Compressible fluid.
b. Incompressible fluid.
Transportasi fluida dalam suatu sistem perpipaan akan mengikuti hukum:
a. Hukum Kekekalan Massa
Untuk incompressible fluid:
massa masuk = massa keluar
volume masuk = volume keluar
atau V1.A1 = V2.A2 …………(1)
Persamaan di atas sering dikenal sebagai “persamaan kontinuitas”.
b. Hukum Kekekalan Energi
Untuk perpindahan fluida dalam sistem perpipaan berlaku sebagai berikut:
(en.dalam + en.potensial + en.kinetik + en.tekanan)1 = (en.dalam + en.potensial + en.kinetik + en.tekanan)2 + en.kerja + en.panas + en.yang hilang akibat gesekan
Persamaan di atas jika dinyatakan dalam energi persatuan massa akan diperoleh persamaan sebagai berikut:
P/ + V2/2gc + g/gc . Z = (-f) + (-W) + q … (2)
Jika faktor W dan q=0, maka persamaan tersebut menjadi persamaan Bernoulli dan dapat dinyatakan dalam satuan S.I. (dalam satuan panjang), menjadi:
Z1 + P1/g + V21/2g = Z2 + P2/g + V22/2g + h1 …… (3)
Dimana: V = kecepatan rata-rata (m/s)
A = luas penampang (m2)
Z = ketinggian di atas datum (m)
P = tekanan statik (N/m2)
HL= head loss akibat gesekan (m)
= densitas (kg/m3)
g = percepatan grafitasi (9,81 m/s2)
Fluida ialah zat yang tidak dapat menahan perubahaan bentuk (distorsi) secara permanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka didalam fluida itu akan terbentuk lapisan-lapisan dimana lapisan yang satu meluncur di atas yang lain, hingga mencapai suatu bentuk baru. Selama perubahan bentuk itu, terdapat tegangan geser (Shear stress), yang besarnya tergantung pada viskositas fluida dan laju luncur.
Pada suatu suhu dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu. Jika densitas itu hanya sedikit terpengaruh oleh perubahaan yang agak besar pada suhu dan tekanan, maka disebut fluida tidak mampu mampat (Incompressible), contohnya zat cair. Tapi jika densitasnya peka terhadap perubahan tersebut, disebut fluida mampu mampat (compressible) contohnya gas. Densitas fluida tidak mampu mampat selalu tetap dan untuk fluida yang mampu mampat pun dapat dianggap mendekati tetap.
Sifat dasar dari semua fluida static adalah tekanan. Tekanan adalah gaya permukaan yang diberikan oleh fluida terhadap dinding bejana. Tekanan terdapat pada setiap titik didalam volume fluida.
Viskositas fluida Newton bergantung kepada suhu dan sedikit tekanan. Viskositas gas bertambah dengan suhu dan tidak bergantung pada tekanan. Sedangkan viskositas zat cair turun bila suhu dinaikan dan bertambah dengan tekanan.
Fluida dapat mengalir di dalam pipa atau saluran menurut dua cara yang berlainan pada laju aliran rendah, Penurunan tekanan di dalam fluida itu bertambah menurut kecepatan fluida. Pada laju tinggi, pertambahan itu jauh lebih cepat lagi yaitu pangkat dan kecepatan. Menurut Reynolds terdapat dua jenis aliran yaitu laminar dan turbulen jika air itu mengalir menurut garis-garis lurus yang sejajar berarti alirannya laminar. Bila laju aliran ditingkatkan, akan dicapai kecepatan kritis. Dan bila air bergerak kemana-mana dalam bentuk aliran silang dan pusaran maka disebut aliran turbulen. Kecepatan kritis, dimana aliran laminar berubah menjadi aliran turbulen bergantung pada diameter tabung, viskositas, densitas dan kecepatan linear zat cair.
Bila angka Reynolds (NRe) dibawah 2100 alirannya alirannya laminar dan diatas 4000 alirannya turbulen.
Aliran Stedi (tunak) terjadi bila kecepatan fluida pada suatu titik adalah tetap, sehingga medannya tidak berubah menurut waktu. Dalam aliran stedi laju massa yang memasuki suatu sistem aliransama dengan system yang meninggalkan system itu.
Dalam aliran yang mengalami gesekan, besaran-besaran diatas tidaklah konstan disepanjang garis arus, tetapi berkurang menurut arah aliran. Gesekan menyebabkan berkurangnya energi mekanik menjadi kalor didalam fluida yang mengalir. Karena adanya gesekan, maka persamaan Bernoulli diatas harus dikoreksi menjadi:
P1/ + g/gc . Z1 + V12/2gc = P2/ + g/gc. Z2 + V22/2gc + hf
hf menunjukan semua gesekan yang timbul persatuan massa fluida dan bernilai positif. Pada aliran potensial, nilainya nol.
Pompa digunakan dalam system aliran untuk meningkatkan energi mekanik fluida yang mengalir. Peningkatan itu digunakan untuk mempertahankan aliran. Bila kerja yang kerja yang dilakukan pompa persatuaan massa fluida adalah Wp, dan efisiensi pompa adalah, maka energi mekanik yang diberikan kepada fluida tentunya Wp, sehingga persamaanya menjadi :
P1/ + g/gc . Z1 + V12/2gc + W = P2/ + g/gc .Z2 + V22/2gc + hf
Gesekan timbul di dalam lapisan batas karena kerja yang dilakukan oleh gaya gesek dalam menjaga gradien-kecepatan dalam-aliran laminar maupun dalam aliran-turbulen dikonversikan menjadi kalor oleh kegiatan viskos. Gesekan yang timbul di dalam lapisan batas yang tidak memisah disebut gesekan-kulit (skin-friction). Bila lapisan batas itu memisah dan membentuk riak-ikutan, timbul lagi tambahan pelepasan energi di dalam riak-ikutan, dan gesekan jenis ini disebut gesekan – bentuk (form friction), karena merupakan fungsi dari posisi dan bentuk benda padat yang yang bersangkutan. Kerja pompa dalam persamaan Bernoulli. Pompa digunakan dalam sistem aliran untuk meningkatkan energi mekanik fluida yang mengalir. Peningkatan itu digunakan untuk memepertahankan aliran. Umpamakan antara stasion a dan b kita pasang sebuah pompa. Umpamakan kerja yang dilakukan pompa persatuan massa fluida adalah Wp. Oleh karena persamaan Bernoulli hanya merupahkan hanya merupakan neraca energi-mekanik saja, Kita harus memperhitungkan gesekan yang terjadi didalam pompa. Dalam keadaan sebenarnya, di dalam pompa semua sumber gesekan fluida itu aktif, dan disamping itu terdapat gesekan pula pada bantalan (bearing), perapat (seal) dan peti gasket (stuffing box). Energi mekanik yang diberikan kepada pompa sebagai kerja poros negatif harus dikurangi dengan rugi kehilangan tekanan karena gesekan, barulah didapatkan energi mekanik neto yang terdapat di dalam flida yang mengalir, umpamakan gesekan didalam pompa, per satuan massa fluida, ialah hfp. Jadi kerja neto terhadap fluida adalah Wp-hfp. Dalam prakteknya, sebagai pengganti hfp digunakan efisiensi pompa, yang ditandai dengan, yang didefinisikan dengan
persamaan:
Wp - hfp = Wp
Energi mekanik yang diberikan kepada fluida ialah, tentunya, Wp, dimana < wp =" Pb/">
DAFTAR PUSTAKA
Haliday, D dan Resnick, R. 1985. Fisika. Penerjemah: Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Jilid I. Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga
