Prinsip-prinsip perpindahan
momentum dan neraca massa
Aliran dan kelakuan fluida merupakan hal penting dalam berbagai unit operasi dalam teknik kimia.
Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen.
Fluida apabila bentuknya dirubah dan dikenai tekanan maka:
terbentuk lapisan, bergeser dan meluncur satu diatas yang lain.
terdapat tegangan geser/ shear stress viskositas fluida dan laju luncur).
pada P dan T tertentu, mempunyai densitas atau kerapatan tertentu (lb/ft3) 1.
Fluida inkompresibel
Densitas sedikit terpengaruh pada perubahan P dan T
Misalnya liquid
. Fluida kompresibel
Densitas peka terhadap perubahan P dan T
Misalnya gasKeadaan Fluida,
Dinamik :
Fluida bergerak, misalnya aliran fluida dalam pipa
Terjadi shear stress.
Statis :
Fluida dalam keadaan setimbang, dimana shear stress =0
Misalnya: fluida dalam tabung (diam)
Perilaku fluida bergantung pada pengaruhbidang batas padat / dinding terhadap fluida.
Pengaruh bidang batas terhadap aliran
biasanya terbatas pada suatu lapisan fluida yang sangat berdekatan dengan dinding
padat itu. Lapisan ini disebut lapisan batas (bounday layer).
Gaya geser terdapat pada fluida di dalam lapisan batas
Dalam bidang teknik: aliran dikaji denganmenganggap arus fluida itu terdiri dari 2 bagian:
Lapisan batas
Fluida ...Macam-macam Aliran:
1.Aliran Laminar
Memiliki ciri-ciri:
Kecepatan rendah, fluida mengalir tanpa percampuran secara lateral
Lapisan-lapisan berdampingan menggelincir satu diatas yang lain
Tidak terdapat aliran silang atau pusaran (…….) 2.Aliran Turbulen
Memiliki ciri-ciri:
Kecepatan tinggi, dan seterusnya.
Perbedaan kedua aliran diamati oleh Reynold,
3.Aliran transisi
Jenis aliran mungkin laminar, mungkinturbulen, berganutng pada kondisi di lubang masuk tabung dan jaraknya dari lubang masuk itu.
P e rs a m a a n - p e rs a m a a n D a sa
r
A li ra n F lu id a
Cara pe
rhitungan:
Langkah1: Nera
ca massa
Massa masuk = M
assa keluar + akumulasi
(tidak terjadi reaksi kimia, keadaan
sudah m
enjadi kecepatan ....)
Pada ke
adaan steady,
Aliran massa masuk ke tabung
= laju alir massa
keluar tabung (akumulasi=0)
Andaikan: - densitas dalam setiap penampang tertentu tetap
aliran melalui tabung nonviskos,
sehingga kecepatan di semua titk di dalam penampang adalah tetap.
Massa fluida yang masuk dan
meninggalkan tabung pada satu satuan waktu adalah:
(persamaan kontinuitas)
Contoh (Neraca energi mekanis pada sistem pemompaan)
Air dengan = 998 kg/m3 mengalir pada laju alir massa yang steady melalui sebuahpompa berdiameter seragam. Tekanan masuk fluida =68,9 kN/m2 abs pada pipa yang
dihubungkan dengan sebuah pompa yang mensuplai secara aktual 155,4 J/kg fluida yang mengalir dalam pipa. Diameter pipa keluar dan masuk pompa adalah sama. Pipa keluar berada setinggi 3,05 m diatas pipa masuk, dengan tekanan 137,8 kN/m2 abs.
Bilangan Reynolds dalam pipa > 4000. Hitung kehilangan gesekan dalam pipa tersebut.
Contoh
Sebuah pompa mengambil air pada 600F dari suatu reservoir yang besar dan memompanya ke bagian bawah suatu tangki terbuka yang letaknya 25 ft diatas permukaan reservoirtersebut melalui pipa dengan 10 3” . Masukan (inlet) ke dalam pompa terletak 10ft di bawah permukaan air dan permukaan air didalam
tangki konstan dan tingginya 160 ft di atas reservoir. Pompa mengalirkan 150 gal/men.
Jika total kehilangan energi karena gesekan 35 ft lbf/lb. Tentukan besar daya pompa (Hp) jika efesiensi keseluruhan pompa 50%.
Contoh (Laju alir dari pengukuran tekanan)
Cairan dengan densitas (konstan, kg/m3)mengalir pada kecepatan v1 (m/dt) yang belum diketahui melalui pipa horizontal dengan luas penampang A1 (m2) pada tekanan P1 (N/m2).
Kemudian cairan melewati bagian pipa yang luas penampangnya berubah menjadi A2 (m2) dan
tekanannya menjadi P2 (N/m2). Asumsi tidak ada kehilangan gesekan. Hitung v1 dan v2 jika
perbedaan tekanan (P1-P2) diukur
