ALIRAN FLUIDA - PEMBAHASAN

BAB VI BAB VI ALIRAN FLUIDA ALIRAN FLUIDA A A.. TTUUJJUUAANN 1.

1. MamMampu pu menmenghighituntung seg secara cara anaanalitilitis das dan nn numeumeri sri suhu uhu !utl!utlet pet pipaipa el"!# dengan peru"ahan suhu

el"!# dengan peru"ahan suhu mula$mulamula$mula %.

%. MenMengetgetahuahui pengi pengaruaruh turh tur"ul"ulent inent intentensit&sit& terhadap perpindahan 'luidaterhadap perpindahan 'luida dalam pip

dalam pip

aa

.. (.

(. Mampu mMampu men)elaen)elasan pesan pengarungaruh terhadh terhadap perpap perpindahindahan pada an pada pipa dpipa denganengan menaian densitas dan *is!sitas dari 'luida.

menaian densitas dan *is!sitas dari 'luida. B

B.. DDAA++AAR R TT,,--RRII Fluid

Fluida a adalah at &ang dapat mengaliradalah at &ang dapat mengalir/ / &ang terdir&ang terdiri dari i dari at cair at cair dandan gas. Ada 'luida &ang ta mengalir dan ada 'luida &ang

gas. Ada 'luida &ang ta mengalir dan ada 'luida &ang mengalirmengalir. Ilmu &ang. Ilmu &ang mempela)ari 'luida &ang ta mengalir dise"ut statia 'luida dan ilmu &ang mempela)ari 'luida &ang ta mengalir dise"ut statia 'luida dan ilmu &ang mem

mempelpela)ara)ari i 'lu'luida ida &an&ang g menmengalgalir ir disdise"ue"ut t dindinamiamia a 'lu'luidaida.0.0elmelmiariar// %2113

%2113

+edangan aliran 'luida "ila ditin)au dari !laan &ang ter)adi/ di"agi +edangan aliran 'luida "ila ditin)au dari !laan &ang ter)adi/ di"agi men)adi tiga macam &aitu 4

men)adi tiga macam &aitu 4 1.

1. AAliliraran Ln Lamamininer er  Ali

Aliran ran didiataataan an lamlamineiner r apaapa"il"ila a parpartitiel el 'lu'luida ida menmengalgalir ir padpada a satusatu lin

lintasatasan n dan dan "er"ergergera a dendengan gan ececepaepatan tan &an&ang g renrendah dah sehsehinginga a tidtida a  ter)ad

ter)adi i arus !laan. arus !laan. 5arena perger5arena pergeraann&aann&a a &ang satu &ang satu lapisalapisan n melunmeluncur cur  sec

secara lancarara lancar. Anal!. Anal!gi gi alialiran laminran laminer er adaadalah "agailah "agaian an !li!limpimpiadeade renan

renang/ perenang/ perenang g han&a aan "erhan&a aan "erenang pada satu lintenang pada satu lintasann&asann&a sendiria sendiri dan tida aan "erenang pada lintasan perenang lain.

dan tida aan "erenang pada lintasan perenang lain. %.

%. AlAliriran an TTraransnsisisii Aliran transi

Aliran transisi si merupmerupaan aliran peralihan dari aliran aan aliran peralihan dari aliran laminlaminar ar e alirane aliran tur"ulen.

tur"ulen. (.

(. AlAliriran an TTurur"u"ulelenn

Aliran diataan tur"ulen apa"ila partiel 'luida "ergera pada lintasan Aliran diataan tur"ulen apa"ila partiel 'luida "ergera pada lintasan &an

&ang g tidtida a "er"eratuaturan ran dendengan gan ececepaepatan tan tintinggi ggi sehsehingingga ga terter)ad)adi i aruaruss !laan. Anal!gi aliran tur"ulen adalah

!laan. Anal!gi aliran tur"ulen adalah "alapan m!t! 67"alapan m!t! 67/ pem"alap aan/ pem"alap aan memac

memacu u endendaraannaraann&a dengan ece&a dengan ecepatan tingpatan tinggi dengan "ergi dengan "ergera digera di lintasan &ang tida "eraturan sehingga "isa mena"ra pem"alap lain. lintasan &ang tida "eraturan sehingga "isa mena"ra pem"alap lain.

Untu mengetahui )enis aliran 'luida dalam pipa adalah dengan cara menghitung "ilangan Re&n!ld n&a.

Untu mengetahui tipe aliran 'luida dalam pipa/ &ang paling mudah dengan menghitung "ilangan Re&n!ld 0Re3

5eterangan 4

Di 8 diameter dalam pipa 8 rapat massa 'luida

* 8 la)u alir 'luida 9 8 *is!sitas 'luida

5etentuan aliran 'luida dalam pipa Re : %222 Tipe aliran Laminar  Re : %222 ; <222 Tipe aliran Transisi Re = <222 Tipe aliran Tur"ulen.

06ean!plis/ 1>>(3 Vis!sitas 'luida merupaan uuran etahanan se"uah 'luida terhadap de'!rmassi atau peru"ahan "entu. Vis!sitas dipengaruhi !leh temperatur/ teanan/ !hesi dan la)u perpindahan m!mentum m!leularn&a. Vis!sitas at cair cenderung menurun dengan seiring  "ertam"ahn&a enaian temperatur hal ini dise"a"an ga&a$ga&a !hesi  pada at cair "ila dipanasan aan mengalami penurunan dengan semain "ertam"ahn&a temperatur pada at cair &ang men&e"a"an turunn&a *is!sitas dari at cair terse"ut.

Densit& atau rapat )enis 0?3 suatu at adalah uuran untu  !nsentrasi at terse"ut dan din&ataan dalma massa persatuan *!lume/ si'at ini ditentuan dengan cara menghitung rasi! massa at &ang terandung dalam suatu "agian tertentu terhadap *!lume "agian terse"ut. u"ungann&a dapat din&ataan se"agai "eriut

Dimana 4

m 4 massa 'luida 0g3 V 4 *!lume 'luida 0m(3

0Muslimu/ %21%3

 Nilai densit& dapat dipengaruhi !leh temperatur semain tinggi temperatur maa erapatan suatu 'luida semain "erurang arena dise"a"an ga&a !hesi dari m!leul$m!leul 'luida semain  "erurang.

Dalam perc!"aan aliran 'luida ini ter)adi pr!ses perpindahan  panas/ dengan inlet "esar "erupa cairan dingin dan inlet cairan hangat. Dengan per"edaan panas maa ter)adi pr!ses perpindahan secara !n*esi.

7erpindahan panas adalah perpindahan energi arena adan&a  per"edaan temperatur. Ada tiga "entu meanisme perpindahan  panas &ang dietahui/ &aitu !ndusi/ !n*esi/ dan radiasi. 7erpindahan panas secara !n*esi &aitu perpindahan panas pada suatu at &ang disertai perpindahan partiel$partiel at terse"ut.

La)u perpindahan al!r secara !n*esi dapat din&ataan se"agai 4 @8h.A.T

5eterangan 4

h 8 !e'isien perpindahan panas !n*esi 0Cm%_.53

A 8 luas area perpindahan panas 0m%3

T 8 selisih antara suhu 'luida dingin dengan 'luida hangat.

05ern/ 1>(3 Adapun pada silinder atau pipa luas area perpindahan panasn&a adalah4 A8E.d.L

5eterangan 4

 L8 pan)ang pipa 0m3 d8 diameter pipa 0m3

!mputati!nal Fluid D&namics 0FD3 adalah suatu analisa sistem &ang meli"atan aliran 'luida/ perpindahan al!r dan 'en!mena$'en!mena &ang terait di dalamn&a seperti reasi imia &ang dilauan dengan simulasi "er"asis !mputer. Dengan menggunaan FD/ hasil penelitian mengenai aliran 'luida dan perpindahan al!r tida perlu dilauan  pengu)ian secara atual/ melainan dapat terle"ih dahulu mem"uat m!del untu selan)utn&a dilauan simulasi. Be"erapa euntungan menggunaan FD antara lain4

a. Meredusi #atu dan "ia&a pada se"uah perancangan.

 ". Dapat dilauan penelitian terhadap sistem &ang dalam eadaan n&ata sulit untu dilauan.

c. Dapat dilauan penelitian terhadap sistem &ang dalam eadaan n&ata terlalu "er"aha&a untu dilauan.

Untu dapat melauan analisa seperti &ang telah di)elasan di atas/ met!de FD memilii ( elemen utama/ &aitu4

a. 7re$7r!sess!r 

,lemen ini terdiri dari pende'inisian ge!metri "enda er)a &ang aan di analisa/ input data a#al/ seperti 'luida er)a/ massa  )enis/ ecepatan/ dll. Melalui data ini/ !mputer aan menganalisa "asis er)a FD/ &aitu *!lume endali dengan mem"angun mesh.

 ". +!l*er 

7ada tahap ini/ !mputer aan melauan perhitungan terhadap data$data input &ang telah di"erian +!l*er dilauan dengan pr!ses Iterasi sampai hasil perhitungan "er"entu  !n*ergen. Tahap ini )uga sering dise"ut se"agaipr!ses running.

c. 7!st$7r!cess!r 

Tahap ini merupaan hasil perhitungan. Ini antara lain dapat ditun)uan se"agai pl!t gra'i/ gam"ar p!t!ngan/ tra)et!ri aliran/ dll. +elan)utn&a/ analisa dapat dilauan pada hasil untu mengetahui 'en!mena$'en!mena

&ang ter)adi pada !")e er)a. 0Muslimu/ %21%3

Turbulence Intensity (TI)

Tur"ulence intensit& merupaan se"uah parameter &ang menun)uan tingat tur"ulensi di suatu titi penguuran/ &ang dengan ata lain men&ataan tingat 'lutuasi se"uah aliran. 0Dea  7ur#ant!/ %2123. +e"uah aliran &ang tuna aan memilii tur"ulence intensit& &ang ecil.

Intensitas tur"ulensi dihitung "erdasaran persamaan 0Ria N!har&/ %2234

Bilangan Nusselt

Untu aliran melintas silinder dan aliran dalam pipa Bilangan Prandlt (Pr)

Bilangan 7randlt merupaan parameter &ang menghu"ungan ete"alan relati' antara lapis "atas hidr!dinami dan lapis "atas termal. Bilangan 7randlt )uga merupaan per"andingan antara di'usi m!mentum dan di''usi*itas al!r di dalam 'luida.

Neraca massa konveksi

G 8 hA0T;T23   .d h d  Nu

. ALAT BAAN 1. Alat dan Bahan

+atu set pr!gram FD 0!mputati!nal Fluid D&namic3 %. +ema 5er)a

itung suhu !utlet pipa el"!#

6am"ar VI.1 +ema er)a pengamatan aliran 'luida dalam el"!# Dua cairan dalam pipa el"!#

0simulasi di FD3 Varia"el diu"ahH Met!de Numeri  0Rumus 7erpindahan3 Met!de Analitis 07r!gram FD3 Analisis perc!"aan

asil suhu !utlet asil suhu !utlet

H7engu"ahan *aria"el/ Th!t'luid (%/ 5/ intensitas

D. A+IL DAN 7,MBAA+AN 1. Data 7engamatan

+ema A#al 7r!"lem 05!ndisi Mula$Mula3

6arm"ar VI.% +ema ,l"!# 7ipe asil 7engamatan Dari Ans&s

a. 7ada !ndisi mula$mula

6am"ar VI.< Vet!r ecepatan pada !ndisi mula$mula

 ". +aat Th!t'luid diu"ah men)adi (%/ 5 

6am"ar VI. Vet!r ecepatan )ia Th!t'luid diu"ah men)adi (%/ 5.

c. Jia intensitas tur"ulen dinaian men)adi ((

d. Jia densitas dan *is!sitas men)adi K/ dan  dari !ndisi a#al

6am"ar VI.> 5!ntur temperatur )ia densitas dan *is!sitas diu"ah men)adi K/ dan  dari !ndisi a#al.

6am "ar VI.12 Vet!r ecepatan )ia densitas dan *is!sitas diu"ah men)adi K/ dan  dari !ndisi a#al

Ta"el VI.1 Data 7erhitungan Numeri dengan Menggunaan FD Varia"el T inlet 053 Tur"ulent

intensit& 03 Densit& 0gCm(₃ Visc!sit& 0gCms3 T !ut 053 Large small 5!ndisi a#al %>(/1 (1(/1  1222 2/222 %>/( 5!ndisi 1 %>(/1 (%/  1222 2/222 (%1/2 5!ndisi % %>(/1 (1(/1 (( 1222 2/222 %>/2 5!ndisi ( %>(/1 (1(/1  K22 2/22< %>/(

Tabel VI.2 Data Perhitungan Numerik dengan CFD dan Perhitungan Analis T!utlet pipe053 7erhitungan Numeri 0FD3 T!utlet pipe053 7erhitungan Analitis 5!ndisi mula$mula %>/( (21/22( 5!ndisi1 (%1/2 ((/%2 5!ndisi% %>/2 (21/22( 5!ndisi( %>/( %>>/< %. 7em"ahasan

7erc!"aan aliran 'luida ini &aitu analisis FD 0Computational   Fluid Dynamics) dengan menggunaan  software ansys. Dimana FD ini

adalah suatu analisa sistem &ang meli"atan aliran 'luida/ perpindahan al!r dan 'en!mena$'en!mena &ang di dalamn&a seperti reasi imia &ang dilauan dengan simulasi "er"asis !mputer.

6am"ar VI.% +ema ,l"!# 7ipe

Desripsi masalah dapat dilihat pada gam"ar VI.%. +e"uah 'luida dingin pada temperature %>(/1 5 mengalir e pipa melalui inlet large dan  "ercampur dengan 'luida hangat pada temperature (1(/1 5 &ang masu 

melalui inlet small  terleta pada el"!#. Dimana diameter pipa dalam satuan inchi. +edangan pr!perties 'luida dan "!undar& c!nditi!n din&ataan dalam satuan +I. Dari hasil perhitungan "ilangan Re&n!ld pada masing$masing *aria"el diidapatan hasil analisis aliran 'luida &aitu aliran tur"ulen.

Dengan perhitungan numeris menggunaan FD didapatan hasil  perhitungan suhu outlet pipe se"esar %>/( 5. +edangan dari hasil  perhitungan analitis 0terlampir3 didapatan hasil suhu outlet pipe  se"esar 

(21/22( 5. +elisih &ang didapat dari edua perhitungan adalah se"esar  1/. 7er"edaan hasil edua perhitungan adalah diarenaan pada  perhitungan secara numeris sistem FD dalam perhitungann&a meli"atan aliran 'luida/ perpindahan al!r serta 'en!mena$'en!mena di dalamn&a/ seperti reasi imia/ !e'isien gese/ dll. Dimana pada perhitungan secara analitis !e'isien gese dia"aian.

7ada !ndisi edua suhu 'luida pada inlet small  dinaian men)adi (%/ 5. Dari hasil perhitungan numeris menggunaan FD didapatan hasil suhu !utlet se"esar (%1/2 5. +edangan dari hasil perhitungan analitis didapatan hasil suhu !utlet se"esar ((/% 5. 7er"edaan suhu !utlet di"andingan dengan !ndisi a#al adalah arena adan&a enaian suhu inlet pada h!t'luidn&a. Berdasaran persamaan neraca panas. G inlet 8 G!utlet/ maa semain "esar suhu inletn&a maa semain "esar suhu !utletn&a pula. +edangan per"edaan perhitungan pada met!de numeris dan analitis adalah arena pada perhitungan analisis han&a memperhitungan "erdasaran persamaan perpindahan al!rn&a sa)a/ sedangan pada perhitungan numeris tanpa menga"aian 'en!mena$ 'en!mena pada aliran 'luida dan perpindahan panasn&a.

Fen!mena aliran dalam pipa dapat dilihat dari hasil simulasi menggunaan FD. Dari gam"ar VI. dapat dilihat !ndisi temperature

'luida dalam pipa seperti &ang dietahui "erdasaran range suhu di samping iri. Fluida &ang masu pada inlet large "er#arna "iru tua/ hal ini menun)uan "ah#a 'luida masu pada suhu %>(/1 5. +edangan 'luida masu dalam inlet small  "er#arna merah menun)uan "ah#a 'luida masu pada suhu (%/ 5. Juga untu *et!r velocity pada aliran 'luida dalam pipa dapat dietahui "erdasaran range velocity  di se"elah iri. +eperti pada gam"ar IV.. Velocity inlet   menun)uan salan&a masing$ masing "erdasaran #arna pada range velocity terse"ut. 5ecepatan  pencampuran ter)adi pada dimana edua 'luida "ercampur. &aitu pada velocity &ang digam"aran pada range "er#arna hi)au. aitu memilii nilai velocity se"esar 2/<% mCs

7ada !ndisi etiga tur"ulen intensitas diu"ah men)adi (( dari semula didapatan hasil analisa dengan met!de numeris didapatan suhu outlet pipe  se"esar %>/2 sedangan hasil perhitungan analitis didapat (21/22( 5. +uhu cenderung !nstan/ namun dari gam"ar VI. terdapat  per"edaan pada ecepatan aliran 'luidan&a.

5ecepatan aliran 'luida le"ih "esar di"andingan dengan !ndisi a#al. Dapat dilihat pada gam"ar VI.. al itu sesuai te!ri "ah#a semain  "esar intensitas tur"ulenn&a maa semain "esar ecepatan aliran

'luidan&a.

7ada !ndisi eempat densitas diu"ah men)adi K/ ali lipatn&a &aitu men)adi K22 gCm(  _{sedangan *is!sitas "eru"ah men)adi  ali}

lipatn&a &aitu men)adi 2/22< gCms. Dari hasil perhitungan numeris dengan mengggunaan FD didapat hasil suhu !utlet pipe &aitu se"esar  %>/( sedangan "erdasaran hasil perhitungan analitis didapat hasil  perhitungan se"esar %>>/ <K 5. Jia di"andingan dari !ndisi a#al suhu tida "egitu "eru"ah secara signi'ian/ seperti dapat dilihat pada gam"ar  VI.>. namun peru"ahan &ang signi'ian dapat dilihat pada gam"ar VI.12 ecepatan aliran 'luida men)adi semain lam"at. al itu arena adan&a te!ri "ah#a semain ecil nilai *is!sitas maa semain mudah suatu 'luida untu "ergera. -leh arena itu semain tinggi nilai *is!sitas/ maa emampuan mengalir suatu 'luida aan semain lam"at. +edangan

 "ilangan re&n!ld )uga men)adi le"ih ecil di"andingan dengan pada !ndisi a#al 0terlampir 3.

,. 5,+IM7ULAN DAN +ARAN 1. 5esimpulan

a. +emain "esar suhu inlet pada sutau pencampuran 'luida maa semain "esar pula suhu !utletn&a.

 ". +emain "esar intensitas tur"ulen semain "esar ecepatan aliran 'luidan&a. 5arena semain cepat aliran 'luidan&a semain "esar   "ilangan re&n!ld &ang didapatan.

c. +emain "esar *is!sitas dan densitas men&e"a"an semain eciln&a ecepatan aliran 'luidan&a. 5arena semain ental dan semain "esar densitas suatu 'luida men&e"a"an 'luida semain sulit mengalir. Dan nilai "ilangan re&n!ldn&a )uga semain ecil. d. Met!de perhitungan menggunaan FD dengan le"ih

memperhitungan 'en!mena$'en!mena &ang ter)adi dalam 'luida/ sehingga menim"ulan per"edaan dengan perhitungan secara analitis.

%. +aran

a. Di"utuhan etelitian saat menggunaan met!de numeris dengan FD. 5esalahan saat peng!ndisian "!undar& c!nditi!n dapat mengai"atan per"edaan suhu !utlet &ang signi'ian.

F. DAFTAR 7U+TA5A

6ean!plis/ J. . 1>>(. Transport Processes and Unit Operation (3rd 

 dition)! 7rentice$all. Inc4 U+A

elmiar. %211. "tudi ##sperimental tentang $ead %oss pada &liran  Fluida yang 'elalui low **_{. Jurnal Ilmiah Teni Mesin}

ara. M. V!l.. N!.1

5ern/ D. G. 1>(. Process $eat Transfer  (+nternational "tudent dition). T!sh! 7rinting !./ Ltd. T!&!4 Japan

Muslimu/ Fahmi Al'a. %21%. Analisa Aliran Udara pada ,l"!# 7r!t! O$1 Menggunaan FD. +ripsi. Faultas Teni. Uni*ersitas Ind!nesia.

7ur#ant!/ Dea ./ Nasuti!n/ Aulia MT. %212. 7r!siding +eminar   Nasi!nal ,nergi Ter"aruan Ind!nesia PInteri!r Lengung

Di''user Untu 7eningatan 7er'!rmansi Di''user$Augmented ind Tur"ine 0Da#t3Q. I+BN >K$2%$>(<$2$<. 7r!gram +tudi +% Teni Fisia$FTI Institut Ten!l!gi +epuluh N!pem"er/ +ura"a&a.

 N!har&/ Ria. %22. P7engenalan 7erangat Luna FLU,NTQ. Institut Ten!l!gi Bandung/ Bandung.