Turbulent Pipe Flow Properties, Example 8.4, FFM, Munson et. al

From ccitonlinewiki
Jump to: navigation, search

< back to Soal-jawab Mekanika Fluida

Contents

Knowledge base

Studi kasus dan Terjemahannya

Turbulent Pipe Flow Properties.png

(Ref. Fundamentals of fluid mechanics, Munson et. al., 6th ed., John Wiley & Sons)

Terjemahan

Diketahui

Air pada suhu 20 ⁰C (ρ = 998 kg/m³ dan ν = 1,004 × 10⁻⁶ m²/s) mengalir pada pipa horizontal berdiameter 0,1 m dengan laju alir Q = 4 × 10⁻² m³/s dan gradian tekanan sebesar 2,59 kPa/m.

Ditanyakan

a. Tebal sub-lapisan viskos (δs).

b. Kecepatan pada bagian tengah (centerline) pipa (Vc), r = 0,05 m.

c. Perbandingan antara tegangan geser turbulen dan tegangan geser laminer (τturblam) antara bagian tengah (centerline) pipa dengan dinding pipa, r = 0,025 m.

Artikel 1 hasil diskusi : Pengaruh Sub-Layer Viskos terhadap Aliran pada Pipa

Konsep mekanika fluida yang digunakan dalam soal ini adalah tentang sub-lapisan viskos. Sub-lapisan viskos sendiri merupakan sebuah lapisan tipis pada aliran sekat dinding pipa yang lebih didominasi oleh tegangan laminer dibanding tegangan turbulen. Dari pernyataan tersebut dapat diasumsikan bahwa sub-lapisan viskos ini merupakan lapisan dengan tegangan turbulen sangat kecil yang mana tegangan turbulen nantinya akan menimbulkan panas dan pressure drop yang tingg yang bersifat merugikan sehingga jika sub-lapisan viskos ini lebih tebal maka kerugian yang akan ditimbulkan pada aliran akan semakin kecil.


Aplikasi dari konsep ini adalah pada saat mendesain pipa, kita dapat merekayasa ketebalan dari sub-layer viskos ini untuk mengurangi kerugian yang ditimbulkan oleh tegangan turbulen.


Ahmad Mohammad Fahmi (1806181836)

Artikel 2 Pengaruh Ketebalan Viscous Sublayer Terhadap Pressure Drop Pada Aliran Turbulent

Viscous Sublayer adalah lapisan yang memiliki tegangan turbulen yang kecil dimana tegangan tubulen akan menimbulkan efek panas dan menyebabkan pressure drop pada alira fluida. Sublayer viscous adalah lapisan tipis yang terbentuk akibat hubungan antara kecepatan turbulen (kecepatan rata – rata ditambah kecepatan local) dengan kecepatan gesek.

Hitung5a.Jpg

Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa semakin besar tegangan geser dinding terhadap fluida maka sublayer akan semakin tipis. Semakin tebal sublayer akan menyebabkan pressure drop akan semakin tinggi hal ini akan merugikan, karena akan menghabiskan banyak tenaga untuk mencapai jarak tertentu pada debit aliran tertentu.

Gandes Satria Pratama

1906435492

Artikel 3 hasil diskusi : Turbulen dan Pengaruhnya pada Aliran

Terdapat dua jenis aliran. Yakni laminer dan turbulen. Pada kehidupan sehari-hari, jenis aliran turbulen akan lebih umum ditemui dibanding laminer.

Yang khas dari aliran turbulen adalah karakteristiknya yang cenderung acak. Hal ini terjadi baik pada kecepatan, pressure, shear stress, temperatur, dan variabel-variabel lain yang memiliki medan. Selain itu, aliran turbulen di sebabkan oleh vorticity 3 dimensi yang juga bergerak acak. Vorticity adalah perputaran partikel fluida.

Dapat di highlight pula, bahwa pada aliran turbulen, shear stress dan pressure drop akan jauh lebih tajam dibanding dengan aliran laminer.

Hal ini disebabkan karena sublayer viskos pada aliran turbulen sangat tipis. Kondisi ini menyebabkan ketidak sempurnaan dari dinding pipa akan masuk ke sublayer dan memengaruhi karakteristik aliran.

Viskos sub layer adalah lapisan tipis dekat dinding yg kontak langsung dengan dinding aliran fluida pd aliran turbulen dgn turbulensi minimal yg nantinya energi turbulen itu diubah mnjadi energi panas.

Aliran turbulen fully developed pada pipa juga merupakan aliran axisymmetric. Yang berarti pola aliran identik pada setiap bidang yang melewati suatu garis lurus.


-Elita Kabayeva, 1906435486-

Artikel 4 hasil diskusi : Viscous Sublayer pada Aliran Pipa

Pada struktur aliran turbulen, ada beberapa lapisan yang dibedakan berdasarkan jarak daerah dari dinding pipa. Salah satunya adalah viscous sublayer. Viscous sublayer adalah lapisan yang sangat tipis dan paling dekat dengan dinding pipa. Pada lapisan ini, tegangan geser viscous lebih dominan dibandingkan dengan turbulen dan kecepatan aliran sangat kecil sehingga aliran laminer. Semakin besar viskositas fluida, maka semakin besar viscous sublayernya, semakin besar kecepatan aliran maka viscous sublayernya semakin tipis.

Sifat dari viscous sublayer berpengaruh dari kekasaran. dinding pipa. Bila kekasaran pipa kebih kecil dibenading tebal dari viscous sublayer, maka kekasaran terendam oleh viskositas sehingga tidak terlalu berpengaruh. Situasi ini dinamakan hydraulically smooth flow. Jika kekasaran pipa lebih besar dari tebal viscous sublayer, bisa menyebabkan gangguan aliran dan pressure drop. Situasi ini dinamakan hydraulically rough flow.

Viscous sublayer ini juga bisa menyebabkan disturbansi jika batas aliran laminer pada dekat dinding dan aliran turbulen tidak rata. Aliran yang cepat ketika menyentuh dinding, akan berdeformasi dari kecil hingga seluruh permukaan saling bertabrakan dan menyebabkan turbulansi.

Aplikasi pada perhitungan viscous sublayer adalah pada sayap pesawat. Pada sayap, tidak semua permukaan halus. Ada beberapa fin diatas sayap pada area tertentu yang digunakan untuk membuat vorteks yang dinamakan vortex generator. Pada umumnya, vorteks akan menyebabkan drag pada pesawat. Namun, pada kasus ini vortex generator sengaja membuat vorteks untuk menghasilkan energi. Karena ada energi tambahan pada viscous sublayer, maka aliran tidak akan terpisah sehingga angle of attack pada pesawat bisa diperbesar dan menambah lift pada pesawat itu.

Raditya Aryaputra Adityawarman (1806181691)

Artikel 05 : Ilustrasi aliran turbulen dibandingkan dengan aliran lainnya

Aliran fluida dalam pipa bisa berupa aliran laminar atau aliran turbulen. Osborne Reynolds, seorang ilmuwan dan ahli matematika Inggris, adalah orang pertama yang membedakan perbedaan antara dua klasifikasi aliran ini dengan menggunakan peralatan sederhana seperti yang ditunjukkan pada Gambar.1.

Il1-Hans.jpg

Gambar 1: (a) Eksperimen Reynolds menggunakan air dalam pipa untuk mempelajari transisi menuju turbulensi, (b) Tingkatan pewarnaan khas

Jika air mengalir melalui pipa berdiameter D dengan kecepatan rata-rata V, karakteristik berikut diamati dengan menyuntikkan zat warna yang mengapung secara netral seperti yang ditunjukkan. Untuk laju aliran yang cukup kecil , goresan pewarna (streakline) akan tetap sebagai garis yang terdefinisi dengan baik karena mengalir sepanjang, dengan hanya sedikit kabur karena difusi molekul pewarna ke dalam air sekitarnya. Untuk aliran intermediate yang sedikit lebih besar, corak pewarna berfluktuasi dalam ruang dan waktu, dan semburan perilaku tidak teratur yang muncul di sepanjang coretan. Di sisi lain, untuk laju aliran yang cukup besar, lapisan pewarna segera menjadi kabur dan menyebar ke seluruh pipa secara acak. Ketiga karakteristik ini, dilambangkan sebagai aliran laminar, transisi, dan turbulen, masing-masing, diilustrasikan pada Gambar. 1b.

Untuk aliran pipa, parameter tanpa dimensi yang paling penting adalah angka Reynolds, Re = VD / n rasio inersia dengan efek viskos dalam aliran. Karenanya, istilah flowrate seharusnya digantikan oleh angka Reynolds, di mana V adalah kecepatan rata-rata dalam pipa. Yaitu aliran dalam pipa adalah laminar, transisi, atau turbulen asalkan angka Reynolds cukup kecil, menengah, atau cukup besar. Bukan hanya kecepatan fluida yang menentukan karakter aliran , densitas, viskositas, dan ukuran pipanya sama pentingnya. Parameter ini bergabung untuk menghasilkan angka Reynolds.

Perbedaan antara aliran pipa laminar dan turbulen dan ketergantungannya pada kuantitas berdimensi yang tepat pertama kali ditunjukkan oleh Osborne Reynolds pada tahun 1883. Rentang angka Reynolds yang diperoleh dari aliran pipa laminar, transisi, atau turbulen tidak dapat diberikan secara tepat . Transisi aktual dari aliran laminar ke turbulen dapat terjadi pada berbagai bilangan Reynolds , tergantung pada seberapa banyak alirannya terganggu oleh getaran pipa, kekasaran wilayah pintu masuk, dan sejenisnya. Untuk tujuan rekayasa umum (yaitu, tanpa tindakan pencegahan yang tidak semestinya untuk menghilangkan gangguan seperti itu), nilai-nilai berikut sesuai: Aliran dalam pipa bundar adalah laminar jika bilangan Reynolds kurang dari sekitar 2100. Aliran dalam pipa bundar bergolak jika Jumlah Reynolds lebih besar dari sekitar 4000. Untuk bilangan Reynolds antara dua batas ini, aliran dapat beralih antara kondisi laminar dan turbulen dalam aliran transisi mode acak).

Oleh : Hans Thiery T (1806233341)


Artikel 6 : Kecepatan pada Aliran Turbulen

Pada dasarnya efek aliran fluida terhadap suatu alat-alat teknik dapat diketahui lewat gesekan-gesekan antara fluida dengan dinding fluida. Gesekan-gesekan tersebut dapat diketahui dengan mengetahui tegangan geser, dan dalam mengetahui tegangan geser yang mana rumusnya adalah (viskositas x regangan) dimana regangan yang dimaksud adalah perubahan kecepatannya. Jika kita mengambil suatu titik (titik A) pada aliran laminer dan aliren turbulen, maka nilai kecepatan dan arah kecepatan pada aliran laminer tidak berubah. Beda halnya dengan aliran turbulen yang arah dan nilai kecepatannya berubah-ubah sangat cepat sehingga vektor-vektor kecepatan yang awalnya bergerak selaras pada aliran laminer, mengalami fluktuasi yang sangat cepat sehingga akan sangat sulit untuk menentukan nilai kecepatan sesaat pada titik A dikarenakan kecepatan selalu berubah-ubah terhadap waktu. Maka dari itu dibuatlah fluktuasi pada sebuah kecepatan seperti digambarkan pada gambar sebagai berikut :

Kec. rata2.PNG

Sehingga kecepatan sesaat di titik A adalah penjumlahan kecepatan rata-rata dengan kecepatan fluktuasinya (u’).


Ikhsanul Fikri Fakhrurrozi (1906435510)

Artikel 07: Hubungan Tegangan Geser Terhadap Viscous Sublayer pada Aliran Turbulen

Dalam aliran turbulen yang fully developed, terdapat tiga daerah yaitu: viscous sublayer, daerah overlap, dan lapisan turbulen luar. Pada viscous sublayer, tegangan geser viskos lebih dominan dibanding turbulent stress. Viscous sublayer itu sendiri merupakan besaran tak berdimensi, dapat ditulis sebagai yu*/v, dimana y adalah jarak dari dinding, v adalah kinematic viscousity, dan u* adalah kecepatan friksi. Satuan u* adalah m/s, namun sebenarnya kecepatan friksi ini bukanlah kecepatan pada umumnya. Kecepatan friksi ini adalah sebuah satuan yang kebetulan mempunyai dimensi yang sama dengan kecepatan. Rumusnya adalah (τw/ρ)^0.5. Dari definisi kecepatan friksi, terdapat hubungan antara tegangan geser dengan viscous sublayer. Semakin besar tegangan fluida pada dinding, semakin besar juga viscous sublayer yang terbentuk. Secara teoritis, nilai viscous sublayer sangat sulit didapatkan. Maka kebanyakan nilai viscous sublayer didapat dari hasil eksperimen.

oleh: Edward Joshua Patrianus Mendrofa (1806233354)

Artikel 8: Viscous Sublayer

Viscous sublayer adalah salah satu lapisan pada aliran turbulen yang terletak sangat dekat dengan dinding pipa. Bilangan Reynolds pada lapisan ini akan mengalami penurunan sampai aliran turbulen menjadi laminar (dekat dinding pipa). Pada lapisan ini kecepatan aliran sangat kecil dan di dominasi oleh tekanan laminar, sehingga aliran bisa dibilang laminar. Sehingga dapat diasumsikan bahwa sub-lapisan viskos ini merupakan lapisan dengan tegangan turbulen sangat kecil yang mana tegangan turbulen nantinya akan menimbulkan panas dan pressure drop yang tinggi yang bersifat merugikan.

Oleh: Muhammad Fairuz Daffa (1806181716)

Artikel 9: Pembentukan Viscous Sub-Layer pada Aliran Turbulen dalam Pipa

Turbulenmunson.jpg

Pada suatu aliran pipa terdapat viscous sublayer yang merupakan lapisan yang berada pada pinggir pipa. Dilihat pada gambar diatas kita dapat melihat bagaimana shear stress dan kecepatan fluida dapat dipengaruhi oleh reynold's number. Kecepatan fluida pada pinggiran dari boundary layer lebih seragam dan kecepatan tinggi ini lebih ditemukan dekat pada wall dibandingkan dengan pada aliran laminar. Hal ini menyebabkan gradien yang sangat curam di posisi dekat pada wall dan memiliki shear stress yang tinggi. Shear stress dan pressure drop yang lebih tinggi pada aliran turbulen ini disebabkan oleh tebalnya viscous sublayer.

Oleh: Virsya Pramesti Salsabila - 1806181760

Artikel 10 hasil diskusi :Lapisan batas dan tegangan geser aliran turbulen

Aliran Turbulent biasanya diindaksikan dengan Reynold Number diatas 3500, berarti kecepatan pada aliran turbulen besar. Sementara lapisan batas adalah daerah aliran tipis di dekat permukaan yang diperlamat oleh gesekan anatar aliran dan permukaan dimana pengaruh gesekan dinyatakan oleh tegangan geser karena velocity gradien yang sangat besar terutam pada aliran turbulent. Pada lapisan batas turbulent karena Gerakan yang acak membuat fluktuasi kecepatan dan menyebabkan perpindahan massa dan momentum yang sangat besar, sehingga aliran turbulent sangat cocok untuk mengalirkan massa aliran yang besar. Hal tersebut membuat tegangan geser pada aliran turbulent juga lebih besar . Pada aliran turbulen ada juga viscous sublayer dimana aliran yang sangat tipis di dekat permukaan yang dapat meredam fluktuasi kecepatan terhdap permukaan. Pada vicous sublayer tegangan geser hanya diakibatkan dari viskositas aliran.

Oleh : Muhammad Bagir Alaydrus (1806233373)

Artikel 11 hasil diskusi : Viscous Sublayer, Center Line Velocity dan efek Aliran Fluida

a) Viscous sublayer, kita disuruh mencari ketebalan viscous sublayer yang menyebabkan geseran gesekan di aliran pipa.

Secara prinsip lapisan geser berada di dinding di daerah aliran. Dimana viskositas turbulen berada di dinding pipa, untuk menyelesaikan masalah ini, kita harus menentukan viskositas layer karena hal ini penting untuk menentukan pressure drop yang terjadi.

Apa efek aliran dalam pipa, aliran itu menyebabkan gesekan dan gesekan ini menghambat energi aliran maka aliran tersebut. Kemudian, dari situ kita tau untuk ditambahkan pompa karna ada geseran pada dinding-dindingnya.

Pada pertanyaan ini, kecepatan friksional, tegangan geser adalah tegangan yang kita cari, dari pressure drop kita bisa menentukan tegangan geser pada soal, dari tegangan geser kita bisa tau frictional velocity yg u aksen tadi nah dari situ kita bisa mendapatkan tebal sublayer atau lapisan.

b) Center line velocity

Masalah sublayer itu ketebalan tipisnya mempengaruhi gaya gesek pada satu aliran, bagaimana cara kita untuk mengurangi sublayer tersebut?

Jawab kita kembali ke rumusan dasar, kita lihat viskositas dan regangan, untuk mengurangi sublayer maka kita harus mengurangi regangan, artinya gradien pada sublayer tsb harus dikurangi.

Prinsip utamanya yaitu fisika fenomena, viskositas dan gradiennya yang harus dikendalikan (energi) biar tidak terjadi perubahan tegangan, tinggal bagaimana kita mengendalikan viskositas atau gradien kecepatan. Fenomenanya diidentifikasi dulu tekanan yang di analisis dulu yang berat atau mengalami masalah itu dimana, maka, di zona tertentu itu kita harus kendalikan untuk menekan rugi-rugi aliran.

c) Apa efek aliran fluida?

Aliran fluida menabrak dinding menyebabkan tegangan geser, kita juga harus tau medan aliran yaitu distribusi kecepatan (tau) sama dengan miu do u/do y, untuk itu kita bisa mendapatkan kecepatan lokal di setiap medan aliran yaitu u, u sulit untuk diprediksi karna u dapat berubah dalam setiap milisecond, bagaimana cara kita menentukannya, pertama melalui pendekatan statistik atau grafik yang bisa mewakili u, lalu dibuat fluktuasi ini dengan menentukan kecepatan rata2 pada grafik yang naik turun.

Setelah itu melakukan pendekatan lain yaitu mendekomposisi atau menguraikan kecepatan aliran tersebut dalam berupa kecepatan rata2 dan ditambah kecepatan fluktuasinya VA=VA+VA aksen dimana kecepatan rata rata interval waktu T adalah waktu yg diperlukan partikel fluida untuk mengalami pusaran yang besar atau large eddies.

Oleh: Mizan Eryandhika Guntorozi - 1806181823

Artikel 12 hasil diskusi : Pengaruh Tegangan Geser terhadap Viscous Sublayer

Pada soal nomor 5, yaitu Example 8.4. Soal ini menanyakan tentang lapisan viskos atau viscous sublayer dan membahas tentang tegangan geser turbulen ataupun laminar di pipa. Konsep untuk soal ini bisa diawali dengan memahami viscous sublayer itu sendiri. Viscous Sublayer adalah suatu lapisan tipis yang berada pada aliran sekat dinding pipa.

Aliran2 No5.png

Terlihat di gambar tersebut viscous sublayer terletak dibawah dekat dengan permukaan. Viscous Sublayer merupakan lapisan yang terbentuk akibat adanya kecepatan turbulen dengan kecepatan gesek. Di viscous sublayer ini, tegangan turbulen yang terjadi kecil atau sangat tipis. Dikarenakan pada viscous sublayer yang lebih dominan adalah tegangan geser viscous yang menyebabkan kecepatan aliran nya cenderung kecil dan merupakan aliran laminar. Tegangan geser dinding berbanding terbalik dengan sublayernya, yaitu semakin besar tegangan geser tersebut maka sublayernya akan semakin kecil atau semakin tipis. Aplikasi pada soal ini kita dapat memanfaatkannya untuk menciptakan atau saat simulasi suatu pipa, kita dapat memanfaatkan konsep tegangan geser dinding yang menyebabkan tipisnya sublayer yang memperkecil pressure drop.

Oleh: Muhammad Ridhwan Sunandar - 1806181861

Artikel 13 hasil diskusi : Turbulen dan Pengaruhnya pada Aliran

Diketahui Air pada suhu 20 ⁰C (ρ = 998 kg/m³ dan ν = 1,004 × 10⁻⁶ m²/s) mengalir pada pipa horizontal berdiameter 0,1 m dengan laju alir Q = 4 × 10⁻² m³/s dan gradian tekanan sebesar 2,59 kPa/m. Ditanyakan a. Tebal sub-lapisan viskos (δs). b. Kecepatan pada bagian tengah (centerline) pipa (Vc), r = 0,05 m. c. Perbandingan antara tegangan geser turbulen dan tegangan geser laminer (τturb/τlam) antara bagian tengah (centerline) pipa dengan dinding pipa, r = 0,025 m. Pada studi kasus tersebut kita membahas mengenai aliran turbulen,tepatnya kita membahas tentang perbandingan penurunan tekanan. Penurunan tekanan tersebut disebabkan karena fluida yang mengalir mengalami gesekan di sepanjang aliran fluida seperti panjang pipa, diameter pipa, kekasaran permukaan dan viskositas dari fluida tersebut.Adapun viskositas ini menyebabkan timbulnya gaya geser yang sifatnya menghambat.

Oleh : Muhammad Bagus Pratama 1806181792

Artikel 14 hasil diskusi : Faktor yang Mempengaruhi Angka Rasio Tegangan Geser pada Aliran Laminar dan Turbulen.

Pada artikel ini saya akan membahas hal-hal apa saja yang mempengaruhi rasio angka perbandingan antara tegangan geser pada aliran laminar dan turbulen.

menurut pendapat saya, gaya geser laminar dan turbulens merupakan gaya geser yang disebabkan oleh masing-masing aliran tersebut. pada suatu alira pipa kemungkinan besar terdapat dua-duanya walaupun salah satu memungkinkan sangat kecil jumlahnya. contohnya pada soal ini gaya geser turbulens sangat jauh lebih besar perbaningannya dengan gaya geser laminar, hal ini sudah dapat diprediksi karena aliran merupakan aliran turbulens. Jadi angka tersebut menurut saya normal. hal yang bisa mempengaruhi angka tersebut adalah variabel yang ada di rumus Gayageser laminar pada solusi (c) yaitu turunan dari Eq.31 pada buku munson dan miu = (pv). jadi, apabila angka itu mengecil, berarti gaya geser yang dipengaruhi oleh aliran turbulens menjadi semakin sedikit dan yang dipengaruhi aliran laminar semakin banyak

untuk mengetahui tegangan geser, harus mengetahui medan aliran untuk mengetahui kecepatan lokal di setiap titik (U). Pada aliran turbulens, sulit untuk menentukan U di setiap titik karena selalu berubah-ubah setiap saatnya. Untuk memperkirakan kecepatan lokal di titik A misalnya, harus menggunakan pendekatan statistik. Va (kecepatan rata-rata) tidak menggambarkan kecepatan aliran turbulens. Kita harus menguraikan menjadi kecepatan rata-rata dan kecepatan fluktuasi jadi:

Va = Vbar + V'

Rumus Vbar dapat dilihat pada Eq.25 bab 8 pada buku munson

pada aliran turbulens, terjadi pusaran-pusaran yang disebut dengan Eddies. Eddies pada setiap pusaran berbeda-beda pada aliran turbulens. longest fluctuation adalah waktu yang dibutuhkan untuk menjalani satu pusaran. Eddies merupakan konsep dasar dari aliran turbulens. Jadi faktor yang paling mempengaruhi rasio tegangan geser adalah kecepatan local di setiap titik (U).

Oleh : Jenizhar Adivianto - 1806181810


Artikel 15 hasil diskusi : Hubungan Shear Stress Dengan Viscous Sublayer

Dalam aliran turbulen di fully developed region, terdapat tiga daerah yaitu: viscous sublayer, daerah overlap, dan lapisan turbulen luar. Pada viscous sublayer, shear stress viskos lebih dominan dibanding tegangan turbulen. Viscous sublayer itu sendiri merupakan besaran tak berdimensi, dapat ditulis sebagai yu*/v, dimana y adalah jarak dari dinding, v adalah kinematic viscousity, dan u* adalah kecepatan friksi. Satuan u* adalah m/s, namun sebenarnya kecepatan friksi ini bukanlah kecepatan pada umumnya. Kecepatan friksi ini adalah sebuah satuan yang kebetulan mempunyai dimensi yang sama dengan kecepatan. Rumusnya adalah (τw/ρ)^0.5. Dari definisi kecepatan friksi, terdapat hubungan antara tegangan geser dengan viscous sublayer. Semakin besar tegangan fluida pada dinding, semakin besar juga viscous sublayer yang terbentuk. Secara teoritis, nilai viscous sublayer sangat sulit didapatkan. Maka kebanyakan nilai viscous sublayer didapat dari hasil eksperimen.

Oleh M.D.Fachturrohman 1806181855


Artikel 16 hasil diskusi : 5. Turbulent Pipe Flow Properties, Example 8.4, FFM, Munson et. Al

Diketahui Air pada suhu 20 ⁰C (ρ = 998 kg/m³ dan ν = 1,004 × 10⁻⁶ m²/s) mengalir pada pipa horizontal berdiameter 0,1 m dengan laju alir Q = 4 × 10⁻² m³/s dan gradian tekanan sebesar 2,59 kPa/m. Ditanyakan a. Tebal sub-lapisan viskos (δs). b. Kecepatan pada bagian tengah (centerline) pipa (Vc), r = 0,05 m. c. Perbandingan antara tegangan geser turbulen dan tegangan geser laminer (τturb/τlam) antara bagian tengah (centerline) pipa dengan dinding pipa, r = 0,025 m. Pada kasus ini, membahas tentang viscous sublayer yang adalah lapisan yang memiliki tegangan kecil terhadap permukaan aliran. Tegangan ini dapat menimbulkan pressure drop yang memungkinkan energi yang tertinggal menghasilkan panas. δ=v/u^* Dimana v merupakan kecepatan gesek, ⸹ merupakan densitas fluida. Ini membuktikan bahwa kecepatan gesek dipengaruhi oleh densitas fluida. Aplikasi dari kasus ini untuk perancangan pipa yang menyesuaikan dengan fluida yang akan melewatinya.


Oleh Gema Akbar Ilhamsyah 1806233386


Artikel 17 hasil diskusi : Pemahaman Mengenai Perbedaan Jenis Aliran

Seperti kita ketahui, kita dapat mengidentifikasikan jenis aliran melalui data yang kita peroleh. Setelahnya kita akan mendapatkan Reynolds Number, dimana sebenarnya Reynolds Number sendiri adalah rasio antara gaya inersia dengan gaya viskositasnya. Aliran laminar adalah aliran yang memiliki Bilangan Reynolds dibawah 2300 sementara aliran turbulen lebih dari 4000 (sebenarnya angka ini tergantung pada referensi yang kita gunakan, tidak ada angka yang pasti). Aliran turbulen adalah jenis aliran yang paling umum kita jumpai. Sementara yang pasti, rentang Bilangan Reynold diantara aliran laminar dan aliran turbulen adalah aliran transisi. Itu artinya pada aliran turbulen, gaya viskositas tidak mampu melawan gaya inersia pada fluida.

Meskipun dari pengamatan, kita melihat seluruh fluida akan bergerak ke arah yang sama, sesungguhnya secara mikroskopis partikel fluida tidak memiliki lintasan yang tetap dan diam. Partikel-partikel tersebut akan bergerak secara acak pada aliran yang mengalir. Viskositas sendiri adalah sifat fluida yang menyebapkan tegangan geser di dalam fluida yang bergerak. Sementara inersia adalah sifat benda yang mempertahankan keadaan gerak atau keadaan diam. Kita dapat menemui suatu lapisan yang disebut viscous sublayer pada aliran. Lapisan ini dapat kita jumpai di dekat dinding pipa. Lapisan ini terbentuk karena adanya tegangan geser dan kecepatan fluida.


Oleh : Bolonni Nugraha / 1806181741

Artikel 18 hasil diskusi : Pengaruh Area Aliran Fluida terhadap Kecepatan Aliran Fluida

Pada aliran laminar dan dialirkan fluida, aliran tersebut akan memasuki daerah inlet dan setelah melewati entrance length, aliran fluida akan mengalami fully developed. Dalam percobaan simulasi dengan cfd – sof daerah aliran fluida mengalami perbedaan bergantung seberapa dekat dengan dinding dari fluida yang dilewati.

Hal tersebut karena pada kecepatan di tengah aliran itu shear stress lebih kecil dari pada bagian aliran yang lebih dekat dengan dinding. Hal tersebut menyebabkan kecepatan pada aliran tengah pipa menjadi lebih besar dan area dekat dinding aliran mengalami pengurangan kecepatan.

Berdasarkan profile distribution aliran kecepatan seperti berikut.

Velocity profile luthfi.jpg

Analisa dari aliran pipa dan distribus kecepatannya memperlihatkan semakin mendekati dinding dari benda fluida yang dialiri akan mengecil hingga mendekati nol. Untuk area yang berjarak paling jauh dari dinding akan mencapai kecepatan sesuai yang diberikan kepada aliran.

Dalam hal ini kecepatan aliran fluida sejajar dan memiliki komponen kecepatan Vx tidak nol, sedangkan komponen kecepatan Vy dan Vz sama dengan nol. Aliran air akan tampak bergaris yang membentuk segitiga dimana puncak segitiga berada ditengah saluran atau sumbu dari benda aliran fluida.

Oleh : Luthfi Aldianta - 1806181804

Artikel 19 Hasil Diskusi : HUBUNGAN PRESSURE DROP – TEGANGAN GESER – KECEPATAN FRIKSIONAL – TEBAL VISCOUS SUB – LAYER

Viscous Sub – Layer adalah daerah dekat dinding pada aliran turbulen dimana viscous masih lebih dominan. Biasanya lapisan ini sangat tipis dan Energi Kinetik dikonversi menjadi energi panas.

Pada viscous sub – layer terjadi gesekan dan menyebabkan pressure drop. Gesekan yang terjadi ini menyebabkan adanya pengurangan energi aliran. Biasanya solusi dari adanya pengurangan energi aliran adalah dengan penambahan pompa.

u* (kecepatan friksional) merupakan parameter dasar aliran. Tegangan geser merupakan tegangan yang akan dicari dengan data pressure drop. Sehingga jika mengeahui Tegangan geser dapat diketahui nilai dari u* (kecepatan friksional). Sehingga didapat tebal dari viscous sub – layer.

MessageImage 1586928997792.jpg

Oleh : Kevan Jeremy Igorio - 1806233266


Artikel 20 Hasil Diskusi : Pengaruh ketebalan sublayer terhadap pressure drop aliran turbulen

Pressure drop adalah turunnya tekanan dalam pipa karena adanya gaya gesek pada fluida Ketika kontak langsung dengan permukaan.Nilai pressure drop salah satunya dipengaruhi oleh diameter dari pipa tersebut dikarena dari perumusan pressure drop dimana :

Pressure drop = 128μLQ/πD^4

Semakin besar diameter pipa maka semakin rendah pressure dropnya sebaliknya semakin kecil diameter pipa maka semakin besarnya pressure dropnya.maka flow rate aliran tersebut juga berpengaruh terhadap pressure dropnya karena diameter tersebut mempengaruhi luas penampangnya.

oleh : Ahmad Farras 1906435435

Artikel 21 hasil diskusi : Turbulen dan Pengaruhnya pada Aliran

Diketahui Air pada suhu 20 ⁰C (ρ = 998 kg/m³ dan ν = 1,004 × 10⁻⁶ m²/s) mengalir pada pipa horizontal berdiameter 0,1 m dengan laju alir Q = 4 × 10⁻² m³/s dan gradian tekanan sebesar 2,59 kPa/m. Ditanyakan : a. Tebal sub-lapisan viskos (δs). b. Kecepatan pada bagian tengah (centerline) pipa (Vc), r = 0,05 m. c. Perbandingan antara tegangan geser turbulen dan tegangan geser laminer (τturb/τlam) antara bagian tengah (centerline) pipa dengan dinding pipa, r = 0,025 m. Kecepatan fluida pada aliran turbulen adalah besar. Dalam kasus ini ada lapisan batas yaitu dimana aliran terhambat karena adanya gesekan dengan permukaan yang bisa dinyatakan dengan tegangan geser. Faktor-faktor yang mempengaruhi seperti panjang pipa, diameter pipa, kekasaran permukaan dan viskositas dari fluida tersebut.

Oleh : Muhammad Afdhal Pradisto - 1806181703

Artikel 22 hasil diskusi : viscous sublayer dan pressure drop

a. Mencari viscous sublayer: menggunakan rumus perbandingan friction velocity (u*) dan kecepatan aliran . untuk mendapatkan friction velocity terlebih dahulu tegangan geser pada wall. Wall shear stress (τw) berbanding lurus dengan pressure drop sehingga semakin tinggi pressue drop maka semakin rendah viscous sublayernya.

b. Mencari velocity pada centerline dengan cara mencari V = Q/A . Setelah itu mencari bilangan reynoldnya. Setelah itu mencari Vc, dalam mencari Vc ditemukan nilai n=8,4 ini dapat dilihat pada table grafik 8.17 yang terdapat pada buku munson.

c. Rasio tubolen dan laminar shear stress pada point ditengah- tengah centreline dan dinding pipa. Cukup mencari tegangan geser laminar dan tegangan geser total. Tegangan geser turbolen tidak dicari karena sangat rumit.

Oleh : Christian Emanuel Kefi - 1906435460


Artikel 23 hasil diskusi : Membahas soal 8.4 yaitu pengaruh sublapisan pada aliran turbulen.

Aliran fluida air yang melewati pipa horizontal. Viskos sublapisan adalah lapisan tipis dekat dinding kontak langsung dengan dinding aliran fluida pada aliran turbulen dengan turbulensi minimal yang nantinya energi turbulen itu diubah menjadi energi panas. Point A ditanyakan ketebalan sublapisan viskos. Ketebalan sublapisan viskos dapat diperoleh dari rumus δx=5 v/(u*). Sementara itu tegangan geser dinding diperoleh dari rumus τw= D∆p/4l. Rumus ini berlaku untuk aliran laminer ataupun turbulen. Setelah itu dimasukan ke dalam rumus u*=(τw/p)^(1/2). Sublapisan viskos yang dihasilkan sangat tipis. Ketidak sempurnaan kecil pada dinding pipa akan menonjol keluar sublapisan ini dan akan mempengaruhi tegangan geser dinding dan penurunan tekanan.

Point B ditanyakan perkiraan kecepatan di sumbu tengah. Kecepatan di sumbu tengah dapat diperoleh dari kecepatan rata-rata dan asumsi profil kecepatan dengan menggunakan rumus V= Q/A . Setelah itu didapat bilangan reynolds number dengan rumus Re= VD/v . didapat Re nya lebih dari 4000, maka aliran tersebut bisa dikatakan aliran turbulen. Untuk menentukan kecepatan di sumbu tengah, Vc, harus mengetahui terlebih dahulu hubungan antara V dan Vc . Hal ini dapat diperoleh dengan mengintegralkan profil kecepatan berikut Q=AV=∫▒〖ū dA=Vc ∫_(r=0)^(r=R)▒〖(1-r/R)〗^(1/n) 〗 (2πr)dr. Yang dapat dintegralkan menjadi Q=2πR²Vc n²/((n+1)(2n+1)). Maka didapatkan kecepatan di sumbu tengah Vc.

Point C ditanyakan rasio antara tegangan geser turbulen terhadap laminer. Hasil perhitungan dari point C ini adalah perbandingan tegangan geser turbulen terhadap tegangan geser laminar di titik tengah antara garis pusat pipa dengan dinding pipa. Karena hasilnya didapat lebih besar daripada 1 maka tegangan geser turbulen lebih besar daripada tegangan geser laminar. Sebagaimana yang diperkirakan kebanyakan tegangan geser di lokasi dalam aliran turbulen ini disebabkan oleh tegangan gesesr turbulen.

Oleh : Obie Dharmawan - 1906435542

Artikel 24 hasil diskusi : “Hubungan Viscous Sublayer dengan Wall Function Pada CFD-SOF”

Beberapa percobaan membuktikan bahwa daerah dekat dinding dapat dibagi menjadi 3 lapis. Lapisan pertama disebat dengan viscous sublayer, dimana aliran hampir seluruhnya laminar dan viskositas (molekul) memegang peranan penting pada perubahan momentum dan perpindahan panas atau massa. Lapisan paling luar disebut sebagai lapisan turbulen penuh (fully-turbulent layer),Sedangkan lapisan aliran di antara daerah tersebut sebagai buffer layer atau blending region dimana pengaruh viskositas molekul dan turbulensi samasama memegang peranan penting. Pada gambar 2-52 dipaparkan lapisan batas boundary layer pada koordinat semi-log.

Artikel 5.1.png

Simulasi CFD dapat melibatkan efek dari viscous sublayer tanpa melakukan mesh yang sangat banyak didekat wall, metode tersebut disebut dengan metode wall function.Penggunakan wall function dapat menghemat mesh yang sangat banyak khususnya didekat dinding sebab daerah viscous sublayer sangat tipis. wall function digunakan untuk menjembatani wilayah viskositas antar dindingn dengan fully turbulent region. Penggunaan wall function membutuhkan modifikasi model turbulensi untuk memperhitungkan keberadaaan dinding.

Oleh: LAKSITA AJI SAFITRI -1906435523


Artikel 25 hasil diskusi : Hubungan Ketebalan Viskos Sub-layer dengan Rugi Tekanan

Konsep pressure drop (jatuh tekanan) adalah adanya energi yang hilang akibat dari tegangan geser fluida dengan permukaan pipa yang ditimbulkan oleh gaya viskositas. Adanya viscous sublayer dipengaruhi oleh gradien kecepatan dan adanya gradien kecepatan dipengaruhi oleh adanya gaya viskositas yang juga menimbulkan tegangan geser. Sehingga didapatlah hubungan antara viscous sublayer dengan pressure drop.


Aliran turbulen fully developed dapat dibagi menjadi 3 daerah yang dibedakan berdasarkan jarak daerah tersebut dari dinding pipa: daerah viscous sublayer (sublapisan viskos) yang sangat dekat dengan dinding pipa, daerah overlap (tumpang tindih), dan daerah turbulent layer (lapisan turbulen) sepanjang bagian pusat aliran. Pada sublapisan viskos, viscous shear stress (tegangan geser viskos) lebih dominan daripada tegangan Reynolds (tegangan turbulen) dan tidak ada olakan pada aliran. Kebalikannya di daerah lapisan turbulen, tegangan Reynolds lebih dominan dan biasanya terjadi olakan pada aliran.

Oleh: Iza Azmar Aminudin (1806233316)


Artikel 26 hasil diskusi : Pressure Drop Pada Aliran Turbulen

Aliran turbulen didalam sebuah pipa terdapat suatu lapisan yang dinamakan sublapis viskos. Sublapisan viskos ini lah yang nantinya akan menimbulkan pressure drop. Sublapisan viskos besarnya di tentukan oleh besarnya besarnya viskositas dan tegangan geser pada dinding pipa. Tegangan geser pada aliran turbulen nilainya jauh lebih besar dibanding tegangan geser aliran laminar. Semakin besar viskositas suatu aliran dan tegangan geser pada permukaan pipa maka semakin besar pula sub lapisan viskos nya. Inilah hal yang nantinya akan membuat pressure drop pada aliran turbulen akan semakin besar.

Oleh : Wildan Firdaus 1906435574


Artikel 27 hasil diskusi : Pengaruh Sub-layer pada aliran Turbulen

Viskos sub layer adalah lapisan tipis dekat dinding yg kontak langsung dengan dinding aliran fluida pada aliran turbulen dgn turbulensi minimal yg nantinya energi turbulen itu diubah mnjadi energi panas. Semakin tipis sub layernnya semakin halus pipanya maka tegangan geseknya akan semakin kecil. Makasemakin tipis sublayernya maka preassure dropnya akan semakin kecil.

Oleh : Trio Kurnia Ryplida 1906435561


Artikel 28 hasil diskusi :Pengaruh Ketebalan Sublapisan Viskos Terhadap Pressure Drop

•Aliran turbulen adalah aliran yang memiliki Re tinggi. Karakteristik aliran turbulen dalam pipa horizontal memiliki Le yang pendek, tegangan geser yang besar pada dinding pipa, energi panas dihasilkan tinggi, kecepatan aliran pada center yang lebih rendah daripada aliran laminar dalam pipa horizontal. Dengan kecepatan inlet sama, diameter pipa sama, namun densitas fluida yang melalui pipa berbeda akan menjadinkan aliran fluida yang memiliki density tinggi akan memiliki Re yang lebih tinggi (Gambar. Rumus Re). Re kental> Re cair. Pada aliran turbulen terdapat suatu lapisan semu tipis akibat tegangan geser yang dinamakan sublapis viskos. Sublapisan viskos ini yang menimbulkan pressure drop. Sublapisan viskos besarnya di tentukan oleh viskositas, density fluida, dan tegangan geser disekitar dinding pipa. Semakin besar tegangan geser pada permukaan pipa maka semakin besar viskositas fluida sehingga semakin besar pula sublapisan viskosnya (Gambar. Rumus Tegangan Geser). Inilah hal yang nantinya akan membuat pressure drop pada aliran turbulen akan semakin besar.

•Maka pressure drop akan berbanding lurus dengan sublapisan viskos.

Oleh : Dendy Dwi Rohma P J 1906435473


Artikel 29 hasil diskusi: Pengaruh sub layer viscous terhadap aliran

Viscous sublayer adalah lapisan tipis yang menempel pada dinding saluran dimana viscous sublayer ini menghasilkan gaya gesek(juga dipengaruhi oleh koefisien gesek dinding) dan pada kasus ini energi turbulen ini akan berubah menjadi energi panas dan juga adanya energi bunyi. Konsep mekanika fluida yang digunakan dalam soal ini adalah tentang sub lapisan viscous. Sub lapisan viscous sendiri merupakan sebuah lapisan tipis pada aliran dimana tegangan laminar lebih mendominasi dibanding tegangan turbulen. Dari pernyataan tersebut dapat diasumsikan bahwa sub lapisan viscous ini merupakan lapisan dengan tegangan turbulen sangat kecil yang mana tegangan turbulen nantinya akan menimbulkan panas dan pressure drop yang tinggi yang bersifat merugikan.


oleh: Khairul Hasibullah - 1806233335

Artikel 30 hasil diskusi: Pengaruh Pressure Drop dan efek viskositas terhadap aliran

Pressure drop didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara dua titik dari jaringan pembawa cairan. Pressure drop terjadi dengan gesekan kekuatan, yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran, pada fluida yang mengalir melalui tabung. Penentu utama resistensi terhadap aliran fluida adalah cairan kecepatan melalui pipa dan cairan viskositas. Pressure drop meningkat sebanding dengan gesekan dalam jaringan pipa. Panjang pipa, diameter pipa, dan kekasaran permukaan pipa juga ikut mempengaruhi hal tersebut. Viskositas juga ikut mempengaruhi dan menimbulkan gaya geser yang bersifat menghambat.

Oleh: Rasyid Indy Nur Sasongko - 1806181874