Comparison of Laminar or Turbulent Pressure Drop

Studi kasus dan Terjemahannya

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

Terjemahan

Diketahui Udara dalam kondisi standar mengalir melewati pipa berdiameter 4.0 mm dengan kecepatan rata-rata V=50m/s. Untuk kondisi seperti ini, normalnya terjadi aliran turbulen. Namun, jika dilakukan upaya pencegahan untuk menghilangkan gangguan terhadap aliran (jalan masuk menuju pipa sangat halus, udara yang ada merupakan udara yang jernih, pipa tidak mengalami getaran, dll) ada kemungkinan untuk tetap mempertahankan keadaan aliran laminar.

Ditanyakan

(a) Tentukan rugi tekanan pada bagian 0,1 m dalam pipa jika aliranyang mengalir aliran laminar.

(b) Ulangi perhitungan jika aliran yang mengalir adalah aliran turbulen

Artikel 1 hasil diskusi : Pengaruh Aliran Laminer dan Turbulen terhadap Pressure Drop pada Aliran Fluida

Konsep yang digunakan pada soal ini adalah pengaruh dari aliran laminer dan turbulen terhadap pressure drop. Aliran laminer merupakan aliran teratur yang mana setiap partikel fluidanya tidak terjadi gesekan sehingga tegangan yang ditimbulkan hanya diakibatkan oleh viskositasnya. Sedangkan aliran turbulen merupakan aliran yang tidak teratur yang mana setiap partikel fluidanya saling bergesekan sehingga tegangan yang terjadi pada aliran ini ditimbulkan selain oleh viskositasnya, diakibatkan juga akibat gesekan antar partikelnya. Pada fluida sendiri terdapat 3 jenis tekanan, yaitu:

Tekanan Statik => tekanan yang diberikan oleh partikel fluida saat dalam kondisi diam atau statis ke segala arah.

Tekanan Dinamis => tekanan yang diakibatkan oleh pergerakan dari partikel fluida yang dipengaruhi oleh kecepatan dari partikel fluida itu sendiri.

Tekanan Hydrostatik => tekanan yang diakibatkan dari ketinggian fluida dari fluida terhadap titik steady statenya.

Dari pernyataan-pernyataan di atas dapat kita simpulkan bahwa pressure drop pada aliran turbulen akan lebih besar dibandingkan dengan pada aliran laminer. Hal ini dapat kita lihat dari tegangan yang terjadi pada kedua aliran tersebut. Pada aliran laminer hanya terjadi tegangan viskos, sedangkan pada aliran turbulen terjadi tegangan viskos dan tegangan gesek partikel sehingga tegangan yang terjadi pada aliran turbulen akan lebih besar dibanding tegangan pada aliran laminer. Tegangan pada kedua aliran tersebut dapat menyebabkan penurunan kecepan dari partikelnya sehingga tekanan dinamis pada aliran fluidanya akan turun dam penurunan tekanan dinamis ini akan lebih besar terjadi pada aliran turbulen.

Aplikasi dari konsep ini adalah, dalam perancangan pemasangan pipa kita dapat merekayasa aliran dalan pipa tersebut dengan menurunkan tingkat turbulensinya sehingga pompa yang dibutuhkan dapat lebih murah.

Ahmad Mohammad Fahmi (1806181836)

Artikel 2 Perbandingan Pressure Drop pada Aliran Turbulen dan Laminar Dalam Distribusi Fluida Pada Sistem Pipa Melintang Panjang

Pada aliran laminar di soal nomor 4 dengan diameter pipa 25cm. kecepatan aliran adalah 3.84 x 10-4 m/s dan viskositas dinamik 7.87 x 〖10〗^(-3) m/s menghasilkan pressure drop sebesar 0.161 Pa. Akan tetapi pada dunia nyata kecepatan aliran tersebut sangat kecil, Jika kita asumsikan kecepatan aliran pada kehidupan sehari – hari adala 1 m/smaka bagaimana pressure dropnya.

Pertama harus dicari Reynold Number dahulu.

Dapat dilihat jika perbandingan reynold number sangat signifikan.

ReLaminar : Re Turbulen (Perbandingan Re soal nomor 4 dan nomor 6)

2400 : 304878.05 atau setara 1 : 127. 03

Maka Kita dapat menghitung pressure dropnya dengan cara:

Dilihat dari hasilnya pressure drop sangat tinggi sampai 13kPa. Biasanya dalam kehidupan sehari – hari untuk menyalurkanfluida tersebut sejauh 1 kilo meter dengan membutuhkan flow rate yang stabil maka pasti di antara 1 – 1000 m akan diberikan tambahan pompa untuk menjaga agar tekanan fluida tidak turun dengan besar sehingga fluida tetap bisa mengalir.

Dari perbandingan soal nomor 4 dan soal nomor 6 dapat disimpulkan hanya dengan memvariasi kecepatan aliran dari laminar menjadi turbulen, tekanan jatuhnya sangat berbeda jauh.

Gandes Satria Pratama

1906435492

= Artikel 3 hasil diskusi : Rugi-rugi Tekanan pada Laminer dan Turbulen

Sering disebutkan bahwa aliran laminer merupakan aliran fluida yang dianggap ideal. Sedangkan aliran turbulen adalah aliran non-ideal yang banyak ditemui di kehidupan sehari-hari.

Aliran laminer dianggap sebagai aliran fluida ideal, salah satu nya adalah karena pressure drop atau rugi-rugi tekanan yang terjadi pada aliran ini sangat kecil. Untuk suatu kondisi yang sama, rugi-rugi tekanan pada aliran turbulen dapat meningkat tajam jika dibandingkan dengan laminer.

Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh dari friction force yang terjadi. Pada aliran turbulen, nilai friction force ini sangat besar disebabkan oleh karakteristik aliran tersebut yang cenderung acak. Semakin meningkatnya friction force, maka rugi-rugi tekanan yang didapatkan akan semakin besar.

Rugi-rugi tekanan pada aliran turbulen juga dapat disimpulkan sangat bergantung pada panjang dari pipa. Semakin panjang suatu pipa, maka daerah yang berkontak akan semakin tinggi, dengan demikian meningkatkan friction factor nya.

Perlu diperhatikan bahwa, friction factor untuk aliran Laminer dan Turbulen sangat berbeda. Untuk mendapatkan nilai friction factor laminer, parameter yang digunakan hanya Reynolds Number. Sedangkan, pada aliran turbulen, friction factor didapatkan dengan menggunakan formula Colebrook (yang merupakan representasi untuk bagian non-laminer Moody Chart) ataupun menggunakan formula Haaland.

Dengan penjelasan tersebut, pada kehidupan sehari-hari, sudah menjadi hal yang umum untuk membuat aliran mendekati kondisi laminer (sedekat yang dimungkinkan) salah satunya adalah untuk menekan terjadinya rugi-rugi tekanan yang terlalu tinggi.

-Elita Kabayeva, 1906435486-

Artikel 4 hasil diskusi : Pengaruh Jenis Aliran terhadap Pressure Drop

Pressure drop adalah penurunan tekanan yang terjadi akibat adanya gesekan pada fluida yang mengalir. Pressure drop akan menyebabkan panas, karena energi tekanan berubah menjadi panas. Pressure drop didapatkan dari selisih antar tekanan total inlet dan tekanan total outlet.

Pressure drop pada aliran turbulen akan lebih besar dibandingkan dengan aliran laminer. Hal itu disebabkan karena aliran laminer hanya ada tegangan viscous, sementara aliran turbulen ada tegangan viscous dan tegangan gesek antar partikel. Tegangan gesek ini akan menyebabkan penurunan kecepatan aliran, sehingga tekanan dinamisnya berkurang.

Pressure drop juga dipengaruhi oleh gravitasi, yaitu saat perubahan ketinggian pipa. Selain, pressure drop dipengaruhi oleh arah pipa dan katup. Sambungan pipa dengan arah yang berbeda dan katup akan menghasilkan gesekan dan menyebabkan pressure drop. Ukuran diameter pipa juga berpengaruh. Bila diameter pipa besar maka pressure drop kecil. Faktor tersebut selalu ada secara konstan. Ada faktor yang semakin memburuk seiring berjalannya umur pipa, yaitu kekasaran pipa dan korosi yang menyebabkan gesekan semakin besar.

Aplikasi dari konsep pressure drop adalah analisis aliran dalam pemasangan pipa. Dari analisis tersebut kita dapat memprediksi pressure drop aliran, sehingga dapat dilakukan pemilihan bentuk dan material pipa yang paling efektif untuk aliran tersebut sehingga lebih hemat untuk jangka waktu yang panjang dan meminimalisir kerusakan pipa karena aliran turbulen.

Raditya Aryaputra Adityawarman (1806181691)