8 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Pengertian dan Sifat Fluida
Fluida merupakan suatu zat yang berubah bentuk secara terus menerus apabila terdapat suatu gaya geser seberapapun kecilnya. Fluida tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen. Jika massa fluida diubah, maka di dalam fluida tersebut akan terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu akan mengalir di atas lapisan yang lain, sehingga tercapai bentuk baru. Selama perubahan bentuk tersebut, terdapat tegangan geser (sheer stress) yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu. Bila fluida telah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser tersebut akan hilang sehingga fluida berada dalam keadaan kesetimbangan. Perubahan bentuk ini berpengaruh besar pada mekanika aliran, dan dipengaruhi oleh berbagai sifat dari fluida itu sendiri. Berikut adalah sifat-sifat fluida yang perlu diperhatikan:
a) Density (ρ)
Densitas atau rapat jenis atau massa jenis (ρ) adalah ukuran untuk konsentrasi atau kerapatan zat yang dinyatakan dalam massa persatuan volume.
V m
=
ρ (1)
b) Specific Weight ( )
Specific weight atau berat jenis atau berat massa ( ) merepresentasikan berat per unit volume.
(2)
c) Specific Gravity (Sp G)
Specific gravity merupakan suatu dimensionless number yang mengacu pada rasio antara densitas fluida dengan densitas suatu zat referensi, pada umumnya zat referensi tersebut adalah air pada suhu 4 oC.
9 d) Compressibility
Densitas merupakan faktor yang mempengaruhi perbedaan karakteristik
compressibility atau kemampatan fluida. Berdasarkan sifat ini, aliran fluida dibagi
menjadi dua, yaitu aliran fluida yang densitasnya berupa gas sangat dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur(compressible fluid), dan aliran fluida yang densitasnya berupa liquid atau cairan sedikit sekali dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur (incompressible fluid).
e) Dinamic Viscosity (µ)
Viskositas dinamis merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk dan dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, gaya kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Semakin bertambahnya temperatur pada zat cair akan menyebabkan turunnya viskositas dari zat tersebut. Viskositas dihitung melalui persamaan:
(4)
Dimana µ melambangkan viskositas (kg/m.s, g/cm.s, Pa.s), adalah shear stress (N/m2 atau Pa) dan adalah gradient kecepatan dengan satuan (m/s)/m.
f) Kinematic Viscosity (v)
Viskositas kinematik merupakan rasio dari viskositas dinamis suatu fluida dengan massa jenis dari fluida tersebut, yang menghasilkan suatu angka yang tidak melibatkan gaya (tidak mengandung satuan gaya).
(5)
II.2. Jenis Aliran Fluida
Berdasarkan kecepatan dari pergerakannya, jenis aliran fluida dibagi menjadi 3, yaitu laminar, transisi/transient dan turbulent. Aliran laminer merupakan aliran yang paling sederhana dan lambat. Dalam aliran laminer partikel-partikel zat cair bergerak teratur mengikuti lintasan yang saling sejajar sehingga akan terlihat berlapis-lapis, dan fluida terlihat bergerak secara sliding relatif terhadap lapisan didekatnya.. Aliran laminer lebih mudah terjadi bila kecepatan aliran relatif kecil sedangkan viskositas cairan besar dan pengaruh kekentalan cukup dominan dibandingkan dengan kecepatan aliran, sehingga
10 partikel-partikel zat cair akan bergerak teratur menurut lintasan lurus. Secara matematis aliran laminer akan terjadi bila perbandingan momentum dan viskositas, atau yang lebih dikenal dengan bilangan Reynold (Re) dibawah 2300. Aliran laminar tidak dipengaruhi oleh bidang batas atau kekasaran dinding.
Bila kecepatan aliran diperbesar, gerakan partikel fluida semakin tidak teratur, sehingga terjadi pusaran-pusaran arus (eddy current). Aliran dimana eddy current ini terjadi disebut aliran turbulen, dengan bilangan Reynold diatas 10000. Turbulensi sendiri memiliki pengertian sebagai gerak partikel fluidaq yang tidak teratur dan sembarang yang ditimbulkan oleh gaya-gaya viskos dan gerak lapis zat cair yang berdampingan pada kecepatan berbeda.
Sedangkan aliran yang memiliki bilangan Reynold antara 2300 hingga 4000 merupakan aliran transisi/transient, yang merupakan fase diantara laminar dan turbulen.
Gambar 1. Aliran fluida
(Sumber: www.sigmarockets.com)
II.3. Gradien Kecepatan
Pada gambar berikut, digambarkan dua buah plat (dengan luas A) yang berjarak Y, dan diantaranya terdapat fluida. Plat bawah dibuat diam, sedangkan plat atas ditarik oleh gaya F sehingga bergerak dengan kecepatan u. Adanya gaya kohesi menyebabkan fluida bergerak searah dengan F. Apabila jarak y cukup kecil, fluida seakan bergerak secara berlapis-lapis dengan kecepatan berbeda atau dikatakan terdapat gradien kecepatan, dimana gradien tersebur merupakan perbedaan kecepatan dari partikel-partikel dalam fluida.
11
Gambar 2. Fenomena aliran fluida diantara 2 plat paralel
(Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015) Dari eksperimen didapatkan bahwa:
(6)
Apabila disubstitusi dengan gradien kecepatan , maka:
(7)
Dimana τ adalah tegangan geser (shear stress). Hubungan antara τ dan menunjukkan sifat reologi fluida seperti terlihat pada ilustrasi berikut:
Gambar 3. Ilustrasi hubungan tegangan dengan gradient kecepatan (Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015)
Hubungan yang paling sederhana ditunjukkan oleh kurva A. Fluida yang mengikuti kurva A disebut Newtonian fluids, yang memenuhi persamaan:
(8)
Fluida yang tidak mengikuti kurva A disebut Newtonian Fluid. Non-Newtonian Fluid memiliki tiga sub, yaitu:
a) Fluida dimana tegangan geser ( ) hanya tergantung pada gradien kecepatan saja, dan walaupun hubungan antara tegangan geser dan gradien kecepatan tidak linier, namun tidak tergantung pada waktu setelah fluida menggeser.
F u
12 b) Fluida dimana tegangan geser ( ) tidak hanya tergantung pada gradient kecepatan
tetapi tergantung pula pada waktu cairan menggeser atau pada kondisi sebelumnya. c) Fluida viscous-elastis yang menunjukkan karakteristik dari zat pada elastic dan fluida
viscous.
II.4. Bilangan Reynold
Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang merupakan rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskositas (μ/L) dan mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan Reynolds digunakan untuk mengidentikasikan apakah suatu jenis aliran tersebut laminar, transisi atau turbulen. (9) dimana, Re = bilangan Reynold d = diameter pipa (m) v = flowrate (m/s) = densitas fluida (kg/m3) = viskositas absolut (kg/m.s)
Jika nilai dari bilangan Reynold di bawah 2.000 maka aliran dalam keadaan laminar. Bilangan Reynold antara 2.000 sampai dengan 4.000 menunjukkan aliran dalam keadaan transisi, dan bilangan Reynold di atas 4.000 menunjukkan aliran dalam keadaan turbulen.
II.5. Energi Fluida
Pada fluida mengalir terdapat tiga bentuk energi :
1. Energi Potensial: energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena ketinggiannya relatif terhadap datum.
2. Energi Kinetik : energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena kecepatannya. 3. Energi tekanan : energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena dalam keadaan
13 Pada fluida yang mengalir akan terdapat kehilangan energi yang disebabkan oleh gesekan. Hubungan antara energi-energi di atas dapat membentuk persamaan energi mekanik.
II.6. Heat Loss karena Friksi
Fluida yang mengalir akan selalu mendapatkan tahanan yang disebabkan oleh friksi antara partikel-partikel fluida maupun friksi antara partikel fluida dengan permukaan saluran. Friksi merupakan kerugian energi mekanik sehingga tekanan di
downstream menjadi berkurang. Parameter-parameter yang berhubungan dengan faktor
friksi adalah : 1. Diameter pipa
2. Kecepatan rata-rata fluida 3. Densitas fluida
4. Viskositas fluida 5. Kekasaran pipa
6. Pemanasan akibat friksi per unit massa
Besarnya kehilangan energi karena friksi menurut persamaan Darcy-Weisbach adalah sebagai berikut :
(10)
di mana:
f = friction factor (blasius-darcy friction factor) L = panjang pipa (m)
D = diameter dalam pipa (m) V = flowrate (m3/s)
gc = konstanta konversi
II.7. Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold
Hagen-poiseuille melalui eksperimennya mengenai aliran laminer pada pipa
menemukan hubungan sebagai berikut:
(11)
14
(12)
(13)
Persamaan diatas menunjukkan hubungan linier antara f dan Re pada aliran laminer yang berlaku untuk Re dibawah 2000. Pada dasarnya kehilangan energi pada aliran laminer hanya disebabkan oleh viscous drag saja, sedangkan pada aliran turbulen disebabkan oleh gerakan turbulen dari arus eddy. Oleh karena itu friction factor untuk aliran turbulen di samping bergantung pada Re juga pada kekasaran permukaan pipa.
(14)
ε/D adalah kekasaran relatif, yaitu perbandingan antara tingginya tonjolan dalam dinding pipa dibagi diameter dalam pipa. Hubungan antara f dengan Re dan ε/D dapat diperoleh dari chart standard yang disebut Friction Factor Chart.
Gambar 4. Grafik faktor friksi
(Sumber: White, Frank. M. Fluid Mechanics. Mc Graw Hill.)
II.8. Profil Kecepatan Aliran
Pada aliran dalam pipa, partikel-partikel fluida bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Partikel yang berada pada dinding pipa mempunyai kecepatan nol, sedangkan partikel yang berada pada sumbu pipa mempunyai kecepatan maksimum. Hal ini
15 disebabkan karena perubahan momentum dan gesekan-gesekan yang terjadi antar lapisan. Untuk aliran laminar, lapisan-lapisan fluida terdapat dari dinding pipa sampai sumbu pipa
(center line) sehingga profil kecepatan partikel-partikel fluida berbentuk parabola, seperti
terlihat pada gambar berikut:
Gambar 5. Profil kecepatan fluida pada aliran laminer
(Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015)
Semakin besar bilangan Reynold, momentum yang berpindah antar lapisan fluida semakin besar kenaikan bilangan Reynold sampai melewati batas kritisnya akan menyebabkan aliran menjadi turbulen dan terjadi dua regional aliran, yaitu daerah laminar dekat dinding pipa dan daerah turbulen mulai dari batas daerah aliran laminar sampai sumbu pipa. Akibatnya profil aliran tidak parabola lagi, sebagaimana yang diilustrasikan pada gambar di bawah.
Gambar 6. Profil Kecepatan fluida pada aliran turbulen
(Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015)
Daerah laminar akan semakin tipis seiring dengan kenaikan bilangan Reynold dan semakin tidak memiliki pengaruh dibandingkan dengan kekasaran dinding pipa, sehingga efek kekasaran dinding pipa semakin dirasakan oleh aliran. Hal inilah yang menyebabkan faktor friksi pada aliran laminar hanya bergantung pada bilangan Reynold dan bergeser semakin bergantung pada kekesaran dinding pipa untuk aliran turbulen.
II.9. Heat Loss padaFitting
Kehilangan energi pada fitting secara umum dapat digambarkan dengan persamaan:
16
(16)
di mana :
Le = panjang ekivalen dari fitting Sehingga
𝐿𝑒 (17)
(18)
II.10. Pengukuran Aliran
Pengukuran aliran bertujuan untuk mengukur kapasitas aliran, volume aliran, kecepatan aliran, massa laju aliran. Penurunan tekanan, debit, turbulensi, viskositas kecepatan, dan gradient kecepatan termasuk dalam pengukuran aliran fluida. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam memilih alat ukur untuk aliran fluida ialah ketelitian, kemudahan pembacaan, kemampuan pengukuran, kesederhanaan , harga, dan keawetan alat ukur. Pengukuran aliran dapat dibagi mejadi 3, yaitu
1. Pengukuran Kuantitaas
Pengukuran kuantitas merupakan pengukuran debit secara langsung yang terdiri atas penentuan volume atau berat fluida yang melewati suatu penampan dalam suatu selang waktu tertentu. Pengukuran kuantitas diklasifikasikan menurut :
a. Pengukur gravimetri atau pengukuran berat b. Pengukur volumetri untuk cairan
c. Pengukur volumetri untuk gas 2. Pengukuran Laju Aliran
Pengukuran laju aliran digunakan untuk mengukur kecepatan cairan atau gas yang mengalir melalui pipa.
3. Pengukuran Metoda Diferensial Tekanan
Pengukuran tekanan diferensial merupakan jenis pengukur aliran yang paling luas digunakan. Perbedaan tekanan akan didapatkan pada suatu pipa dengan cara mengatur luas penampang pipa pada kedua ujungnya berbeda. Metoda pengukuran aliran fluida pada suatu pipa ini dapat dilakukan berdasarkan Hukum Bernoulli, dimana Hukum
17 Bernoulli menyatakan hubungan tekanan fluida yang mengalir pada suatu pipa adalah sebagai berikut :
(19)
dimana:
P = tekanan fluida ρ = masa jenis fluida v = kecepatan fulida g = gravitasi bumi h = tinggi fluida (elevasi)
Pada prinsipnya apabila fluida bergerak melewati pipa yang seragam dengan kecepatan rendah, maka gerakan partikel masing-masing umumnya sejajar disepanjang garis dinding pipa. Jika laju aliran meningkat, titik puncak dicapai apabila gerakan partikel menjadi lebih acak dan kompleks. Cara-cara yang digunakan untuk mengkur aliran dengan metode diferensial tekanan ialah menggunakan pipa venturi, pipa pitot, orifice plat (lubang sempit), turbine flow meter, rotameter, cara thermal, menggunakan bahan radio aktif, elektromagnetik, ultra sonic
Alat yang digunakan untuk mengukur alirandisebut flowmeter. Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan alat ukur aliran adalah fasa fluida yang mengalir (gas, liquid, steam, etc.), kondisi aliran (clean, dirty, viscous, abrasive, open channel), kesesuaian fasa fluid dan teknologi flowmeter, ukuran pipa atau saluran dan kecepatan aliran, sifat-sifat fluida, kondisi lingkungan, posisi flowmeter termasuk penurunan tekanan maksimum yang diijinkan
Pada teori ini, jenis alat ukur yang akan dibahas adalah orifice flowmeter dan venturi flowmeter karena kedua alat ini yang digunakan selama percobaan. Orifice flowmeter dan venturi flowmeter adalah pengukur aliran fluida yang menggunakan prinsip mekanika fluida dan memiliki prinsip kerja yang sama. Prinsip kerja dari orifice flowmeter dan venturi flowmeter yaitu bila aliran fluida yang mengalir melalui alat ukur ini mengalir maka akan terjadi perbedaan tekanan sebelum sesudah alat ini. Jika laju aliran yang diberikan pada alat ini makin besar maka beda tekanan akan menjadi lebih besar pula.
18 II.10.1. Orrifice Flowmeter
Orifice flowmeter mengukur laju aliran menggunakan prinsip dasar timbulnya perbedaan tekanan pada fluida yang mengalir karena adanya suatu penyempitan Terdapat 3 jenis dari orifice yaitu concentric orifice, eccentric orifice, segmental orifice. Jenis concentric orifice lebih popular karena konstruksinya lebih sederhana dan mudah dibuat. Jenis isi dapat dipergunakan untuk semua jenis fluida yang tidak mengandung partikel partikel padat.
Gambar 7. Flat jenis concentric orifice
(Sumber : www.prisma-instruments.com)
Tipe yang kedua yaitu Eccentric orifice memiliki potongan lubang pembatas secara eccentric sehingga mencapai bagian dasar pipa. Jenis ini khusus untuk fluida yang mengandung partikel partikel padat.
Gambar 8. Flat jenis eccentric orifice
(Sumber : www.general-flowproducts.com)
Jenis yang ketiga, segmental orifice digunakan untuk mengukur laju lairan yang mengandung padatan, sama seperti jenis eccentric orifice hanya saja kalau jenis eccentric berbentuk lingkaran yang berada di bawah atau dekat dasar pipa, sedangkan jenis segmental berlubang setengah lingkaran.
19
Gambar 9. Flat jenis segmental orifice
(Sumber : www.europages.co.uk)
Gambar ilustrasi untuk orifice terdapat pada gambar dibawah ini
(Sumber : www.europages.co.uk)
Peralatan ini terdiri dari plat yang dilubangi dan dikerjakan dengan mesin secara teliti, dan dipasang di antara dua flens sehingga lubang tersebut konsentrik dengan pipa tempat memasangnya. Lubang plat itu dapat dibuat miring ke sisi hilir. Penyadap tekanan, satu di hulu dan satu di hilir orifice tersebut dipasang dan dihubungkan dengan manometer atau peralatan pengukuran tekanan lainnya. Posisi lubang sadap dapat dipasang sembarang, dan koefisien meteran tersebut bergantung pada letak lubang sadap itu.
Prinsip meteran orifice identik dengan prinsip venture. Penurunan penampang arus aliran melalui orifice menyebabkan tinggi-tekan kecepatan meningkat tetapi tinggi tekan tekanan menurun, dan penurunan tekanan antara kedua titik sadap diukur dengan manometer.
20 Standar-standar rancang yang terperinci sudah tersedia secara luas di dalam literature, yang harus diikuti dengan ketat agar kerja meteran tersebut dapat diramalkan dengan teliti tanpda kalibrasi. Tetapi sebagai pendekaran, persamaan di bawah ini cukupmemadai untuk digunakan.
b a c o o p p g C u 2 1 4 (20) di mana:uo : kecepatan melalui orifice (m/s)
: rasio diameter orifice terhadap diameter pipa pa , pb : tekanan pada bagian a dan b
Co : koefisien orifice
Pada persamaan diatas, Co adalah koefisien orifice tanpa termasuk kecepatan datang. Koefisien ini memberikan koreksi atas kontraksi jet fluida antara orifice dan vena-kontrakta, juga terhadap gesekan dan terhadap a dan b. Co selalu ditentukan dari percobaan. Nilainya cukup bervariasi sesuai dengan perubahan dan angka Reynold pada orifice, NRe,o . Angka Reynolds tersebut didefinisikan sebagai
. . 4 . . Re, o o o o D m u D N (21) di mana: Do : diameter orifice
NRe,o : angka Reynold pada orifice
Pada perancangan, Co hampir konstan dan tidak bergantung pada selama NRe,o >20000. Pada kondisi ini, Co dapat dianggap 0,61 untuk lokasi sadap di lens maupun di vena kontrakta. Terlebih lagi, jika <0,25 maka
4
1
dapat dianggap bernilai 1, sehingga persamaan 26 menjadi
a b c o p p g u 0,61 2 (22)Laju aliran massa dapat ditulis:
0,61. o 2 c( a b) o oS S g p p u m (23)21 `
2 2 2 2 2 4 4 / 2
a a o a a o a o D D D D D S D S (24)dan dengan mensubstitusikan persamaan diatas diperoleh
b a c a g p p D m 2 61 , 0 4 2 2 (25)Pemeriksaan atas nilai angka Reynolds menunjukkan bahwa nilai koefisien 0,61 tidak teliti bila NRe,o <20000.
Dalam system orifice ini penting sekali adanya bagian pipa lurus di bagian hulu dan bagian hilir orifice untuk menjamin agar pole aliran yang normal dan tidak terganggu oleh perlengkapan sambung pipa, katup, dan peralatan lain. Sebab, jika tidak, distribusi kecepatan akan menjadi tidak normal, dan koefisien orifice akan terganggu dengan cara yang tidak dapat diramalkan. Mengenai penjang minimum bagian pipa lurus ini, yang harus terdapat pada bagian hulu dan bagian hilir orifice untuk mendapatkan distribusi kecepatan yang normal, sudah tersedia datanya. Terkadang , jika panjang pipa lurus tidak mencukupi, maka di bagian hulu dipasang sudut-sudut pelurus.
II.10.2. Venturi Flowmeter
Venturi merupakan gabungan dari converging tube dan diverging tube. Pada converging tube, pressure head diubah menjadi velocity head. Setelah melewati “throat”, velocity head kemabli diubah menjadi pressure head. Pada inlet dan throat dipasang manometer untuk mengukur perbedaan tekanan, karena ada hubungan antara perbedaan tekanan dan flowrate, maka flowrate dapat dihitung bila perbedaan tekanan diketahui.
Persamaan karakteristik venturi flowmeter dapat diturunkan dari persamaan Bernoulli dan persamaan kontinuitas untuk tabung venturi yang dipasang horizontal, persaman karakteritiknya dapat ditulis sebagai berikut:
(26)
di mana :
22
β : Db/Da
Da : diameter pipa (m)
Db : diameter kerongkongan venturi (m) Q : Flowrate volume (m3/s)
C : koefisien karakteristik venturi : pressure drop
Sedangkan orificemeter adalah suatu pelat yang berlubang di tengahnya yang dipasang di dalam pipa tegak lurus arah aliran. Persamaan karakteristik orificemeter mempunyai bentuk yang sama dengan venturi flowmeter.
Gambar 11. Venturi flowmeter
(sumber : www.efunda.com)
Untuk melihat bagian bagian dari alat venturi meter terdapat pada gambar dibawah ini
Gambar 12. Bagian-bagian venturi flowmeter
(Sumber: www.electronicstechnician.tpub.com)
Keterangan Gambar :
A : bagian masuk E : lubang ke ruang piezometer B : bagian leher F : lubang sadap tekanan hulu C : bagian keluar H : pelapis
23 D, G : ruang piezometer I : lubang sadap tekanan hilir
Dalam meteran venturi, kecepatan fluida bertambah dan tekanannya berkurang di dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan di dalam kerucut hulu itu lalu dimanfaatkan, sebagaimana diuraikan di bawah nanti, untuk mengukur laju aliran melalui instrumen itu. Kecepatan fluida kemudian berkurang lagi dan sebagian besar tekanan awalnya kembali pulih di dalam kerucut sebelah hilir. Agar pemulihan tekanan itu besar, sudut kerucut hilir C dibuat kecil, sehingga pemisahan lapisan-batas dapat dicegah dan gesekan pun minimum. Oleh karena pada bagian yang penampangnya mengecil tidak ada pemisahan, maka kerucut hulu dapat dibuat lebih pendek daripada kerucut hilir. Gesekannyapun di sini kecil. Dengan demikian ruang dan bahanpun dapat dihemat. Walaupun meteran venture dapat digunakan juga untuk mengukur gas, namun alat ini biasanya digunakan untuk mengukur zat cair, terutama air, pengolahan di bawah ini terbatas pada fluida incompressible.
Persamaan dasar untuk meteran venturi diperoleh dengan menuliskan kembali persamaan Bernoulli untuk fluida incompressible antara kedua station tekanan pada F dan I.
Kerja Injeksi + Energi Potensial + Energi Kinetik + Kerja + Energi friksi = 0 Gesekan dapat diabaikan, dan meteran itu diandaikan terpasang horisontal dan tidak ada pompa sehingga :
c a b a a b b p p g V V 2 . . 2 2 (27)Va , Vb : kecepatan rata-rata fluida pada station a dan station b (ft/sec ; m/sec)
c : faktor koreksi energi kinetik pada stasion a, dan station b
: densitas (lb/ft3 ; kg/m3 )
gc : faktor proporsional hukum Newton = 32,174 ft-lb/lbf-sec2 pa , pb : tekanan pada station a dan station b (lbf/ft2 ; atm)
Persamaan kontinuitas untuk aliran yang melalui saluran berpenampang bundar :
2 a b b b a a D D V V (28) di mana:
24 Da , Db: diameter saluran pada stasion a (hulu) dan station b (hilir), karena a= b
maka b b a b a V V D D V 2. 2 (29) di mana : Da: diameter pipa
Db : diameter leher meteran (m)
: rasio diameter (Db/Da)
Dengan mensubstitusi persamaan (28) ke persamaan (27) diperoleh :
b a c a b b p p g V 1 2 4 (30)II.11. Pipa, Valve, dan Pompa
Selama percobaan ini terdapat 3 instrumen lain yang penting selain alat pengukur laju alir yaitu pipa, valve dan pompa. Sistem instalasi pipa biasanya terdiri dari banyak sekali valve dengan ukuran dan bentuk yang beragam. Beberapa jenis valve sangat cocok untuk membuka dan menutup penuh aliran, ada valve yang cocok untuk mengurangi tekanan dan laju aliran fluida, adapula valve yang berfungsi mengatur agar aliran fluida terjadi pada satu arah saja. Pemindahan fluida melalui pipa, peralatan, atau udara terbuka dilakukan dengan pompa, kipas, blower, dan kompresor. Alat-alat tersebut berfungsi meningkatkan energi mekanik fluida. Tambahan energi itu lalu digunakan untuk meningkatkan kecepatan, tekanan, atau elevasi fluida. Metoda yang umum untuk penambahan energi tersebut adalah dengan positive displacement dan aksi sentrifugal yang diberikan dengan gaya dariluar. Kedua metoda tersebut menyebabkan ada 2 jenis utama peralatan pemindah fluida, yaitu menggunakan tekanan langsung pada fluida dan menggunkaan momen puntir untuk membangkitkan rotasi.
Pompa digunakan untuk mengalirkan fluida (umumnya cair) dari satu unit operasi ke unit operasi yang lain. Fluida mengalir akibat terjadinya perpindahan energi. Driving
force yang umum digunakan untuk mengalirkan fluida adalah gravitasi, displacement,
gaya sentrifugal, gaya elektromagnetik, perpindahan momentum, impuls mekanik, atau kombinasinya. Saat ini, yang paling umum diaplikasikan adalah gaya sentrifugal dan gravitasi.
25 Ada 2 kelompok utama pompa:
Gambar 13. Positive Displacement Pump
(sumber : gifsgallery.com)
a. Positive Displacement Pump
Pada pompa jenis ini, volume tertentu zat cair terperangkap di dalam satu ruang yang berganti-ganti diisi melalui pemasuk dan dikosongkan pada tekanan yang lebih tinggi melalui pembuang.
Ada 2 jenis positive displacement pump. Pada reciprocating pump ruang tersebut adalah silinder stasioner yang berisi piston atau plunger. Pada pompa putar ruangnya bergerak dari pemasuk sampai pembuang dan masuk lagi ke inlet.
b. Pompa Sentrifugal
Gambar 14. Pompa Sentrifugal
(sumber : artikel-teknologi.com)
Pada jenis pompa ini energi mekanik zat cair ditingkatkan dengan aksi sentrifugal. Pompa ini paling banyak digunakan dipabrik.Pada pompa, densitas fluida konstan dan besar. Perbedaan tekanan biasanya cukup besar dan konstruksinya harus kuat. Pompa dipasang untuk memberikan energi yang diperlukan untuk menarik zat cair dari sumber dan membuatnya mengalir dengan laju alir volumetrik yang konstan pada waktu keluar pada ketinggian tertentu di atas pompa.