Soal jawab mekanika fluida, munson, example 8.2 laminar pipe flow

Studi kasus dan Terjemahannya

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

Terjemahan

Diketahui

viscousity μ = 0.40 N.s/m2

density ρ = 900 kg/m3

diameter D = 0.020 m

Ditanyakan

a) pressure drop (Δp=p1-p2), Q=2×10^-5 m3/s, l=x2-x1=10 m

b) θ saat p1=p2

c) Jika p1 - 200 kPA, berapa tekanan (p) pada x3=5m

Artikel 1 hasil diskusi : Pengaruh Kemiringan Pipa terhadap Pressure Drop pada Pipa

Konsep yang digunakan pada soal ini adalah tentang pengaruh kemiringan pipa terhadap pressure drop dalam aliran pada pipa. Pressure drop merupakan sebuah peristiwa turunnya tekanan pada aliran fluida dari satu titik ke titik yang lain akibat beberapa faktor. Tekanan pada aliran fluida sendiri dapat dibedakan menjadi 3, 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 ketiga hal ini dapat kita simpulkan bahwa peristiwa pressure drop dapat diakibatkan dari penurunan kecepatan partikel fluida serta perubahan ketinggiannya. Penurunan kecepatan pada partikel fluida dapat diakibatkan oleh perlambatan akibat adanya tegangan-tegangan pada partikel dari fluida tersebut akibat viskositas dan turbulensinya. Perubahan ketinggian pada fluida dapat mempengaruhi nilai tekanan hidrostatik sehingga jika pipa aliran fluida diberikan kemiringan ke atas maka arah kecepatan partikel fluida akan melawan gravitasi sehingga terjadilah penurunan kecepatan yang akan menurunkan tekanan, sementara jika diberikan kemiringan ke bawah akan membuat kecepatan partikel searah dengan gravitasi sehingga kecepan akan bertambah dan akan menaikan tekanannya.

Aplikasi dari konsep ini adalah, dalam melakukan perancangan pada pipa kita dapat merekayasa pressure drop yang terjadi pada pipa dengan mengatur kemiringan dari pipa yang dapat menutupi energi yang hilang akibat tegangan pada fluida.

Ahmad Mohammad Fahmi (1806181836)

Artikel 2: Hasil Pressure Drop pada Aliran Laminar Dalam Distribusi Fluida Pada Pipa Panjang

Pada fluida yang mengalir di pipa dapat mengakami 2 jenis aliran, yaitu aliran laminar dan aliran. Jika diketahui . a. Aliran Laminar (Re<2400) b. Diameter dalam Pipa : 10 inch = 0.25 m (pipa yang biasa dipakai di dunia industri) c. Viskositas Dinamik : 8.2 x 10-4 Kg/m.s d. Panjang Pipa 1 km = 1000 m Panjang pipa adalah jarak dari reservoir/ rumah pompa sampai dengan ujung pompa.

Maksimal kecepatan maksimal yang diperbolehkan agar tetap pada aliran laminar adalah

Maka kecepatan maksimal yang diperbolehkan dalam mengalirkan pipa adalah 7.87 x 10-4 m/s Kecepatan sangat rendah sekali agar fluida tetap dalam kondisi laminar

Pressure Drop yang terjadi selama pipa mengalir sepanjang 1 km adalah

Pressure drop yang terjadi pada pipa sejauh 1000 m adalah 0.161 Pa. Dari hal ini dapat diketahui bahwa yang mempengaruhi pressure drop pada distribusi fluida air di pipa adalah adjust diameter dan kecepatan. Karena kecepatan diatas sangat kecil, akan susah digunakan dalam kehidupan sehari – hari, oleh sebab itu akan lebih baik jika diameter diperkecil agar kecepatan akan bertambah pada flow rate yang konstan.

Gandes Satria Pratama

1906435492

Artikel 3 hasil diskusi : Pengaruh Sudut Elevasi pada Pipeline untuk Aliran Laminer

Dalam perancangan suatu pipeline tentu pressure drop menjadi salah satu parameter vital yang harus dikonsiderasi untuk menentukan bentuk isometrik pipeline. Rugi-rugi tekanan yang terlalu besar akan menyebabkan fluida tidak dapat mengalir hingga ke tujuannya tanpa bantuan dari pompa.

Hal yang perlu diperhatikan dalam pressure drop adalah bahwa untuk suatu kondisi fluida yang sama, apabila sudut elevasi pipeline berubah, maka pressure drop yang didapatkan tidak akan sama.

Untuk memberikan suatu bukti akan klaim ini, dimisalkan suatu fluida dengan aliran laminer yang berada pada dua kondisi. Kondisi pertama adalah fluida mengalir pada pipeline yang lurus horizontal. Sedangkan kondisi kedua, fluida mengalir pada pipeline yang memiliki sudut elevasi θ. Pada dua kondisi ini, fluida memiliki viskositas, massa jenis, dan flowrate yang sama.

Dalam hukum Poiseulle, dinyatakan bahwa untuk flowrate, viskositas, dan massa jenis yang sama, pressure drop akan dikurangi oleh gamma dikali panjang dikali sinus dari sudut elevasi. Sehingga, pada kondisi pipa horizontal pressure drop yang didapatkan akan lebih kecil jika dibandingkan dengan pada kondisi pipa menanjak (memiliki sudut elevasi).

Perlu diperhatikan, jika pipeline berada pada kondisi turunan, gravitasi akan membantu pergerakan fluida, sehingga pressure drop yang lebih kecil akan di dapatkan (sin θ < 0) . Jika pipeline berada pada kondisi menanjak, pressure drop yang didapatkan akan lebih besar (sin θ > 0).

Dengan penjelasan demikian, maka terlihat bahwa untuk perancangan pipeline di lapangan sangat di pengaruhi oleh sudut elevasi. Sehingga setelah dilakukan kalkulasi, akan diketahui di titik-titik mana saja akan diperlukan pompa untuk mengatasi pressure drop yang terjadi. Aplikasi di lapangan untuk ini ada pada perancangan pipeline migas.

-Elita Kabayeva, 1906435486-