Bab 05 b Fluida 2 Transport 2

Prinsip Teknik Pangan/

Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB -Transportasi Fluida 1

TRANSPORTASITRANSPORTASIFLUIDAFLUIDATRANSPORTASITRANSPORTASIFLUIDAFLUIDAL t N tL t N tbb Lecture Note Lecture Note Principles of Food Principles of Food EngineeringEngineering (ITP 330)(ITP 330)DosenDosen : : Prof. Prof. DrDr. . PurwiyatnoPurwiyatno HariyadiHariyadi, , MScMSc

Dept of FoodDept of Food Science &Science & TechnologyTechnology

bb

Dept of Food Dept of Food Science & Science & TechnologyTechnologyFaculty of Agricultural TechnologyFaculty of Agricultural TechnologyBogor Agricultural UniversityBogor Agricultural UniversityBOGORBOGOR

TRANSPORTASITRANSPORTASITRANSPORTASITRANSPORTASITRANSPORTASITRANSPORTASIFLUIDAFLUIDAdidiINDUSTRIINDUSTRI

TRANSPORTASITRANSPORTASIFLUIDAFLUIDAdidiINDUSTRIINDUSTRIPANGANPANGANPANGANPANGAN

PurwiyatnoPurwiyatno HariyadiHariyadi/ITP//ITP/FatetaFateta/IPB/IPB




Sistim pipadlm transportasi fluida

Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB




ALIRAN FLUIDA : Transportasi FluidaALIRAN FLUIDA : Transportasi FluidaALIRAN FLUIDA : Transportasi FluidaALIRAN FLUIDA : Transportasi Fluida

rr22))(R(R224l4lPP

rr22))(R(R224L4L

PP22))(P(P11VV --==----

==

(R(R22))PP22))(P(P11 --VV ==

PRPR22==

1.1.

2..2..

r = 0, V = Vr = 0, V = Vmaxmax

r = R, V = 0r = R, V = 0

(R(R ))4l4lVVmax max == 4L4L==

Hal tsb dipengaruhi oleh : Bil ReynoldHal tsb dipengaruhi oleh : Bil Reynold


8L8LPPRR44

Q =Q =3 3

Hal tsb dipengaruhi oleh : Bil ReynoldHal tsb dipengaruhi oleh : Bil Reynold

== DvDvReRe

dimensionlessdimensionless

Re < 2100 laminarRe < 2100 laminarRe > 2100 turbulenRe > 2100 turbulen

FLOW THROUGH TUBEFLOW THROUGH TUBE

A:A:

Q:Q:Why are the thick Why are the thick

shake straws shake straws larger than larger than

ordinary straws?ordinary straws?

Because the flow rate Because the flow rate inversely proportional inversely proportional to to But,But,Q depends on RQ depends on R44 power. power.

>>Have to increase R Have to increase R slightly to get same flow slightly to get same flow rate for highly viscous rate for highly viscous shakeshake




Aliran laminar : Re < 2100Aliran laminar : Re < 2100STREAMLINESTREAMLINE /garis arus/garis arusSemua partikel yang memulai aliran di titik A akan Semua partikel yang memulai aliran di titik A akan mengikuti jejak yang sama, melalui B dan akhirnya Cmengikuti jejak yang sama, melalui B dan akhirnya C

JejakJejakstreamlinestreamline

Koleksi atau berkas garis arus Koleksi atau berkas garis arus menunjukkan arah aliran pada menunjukkan arah aliran pada berbabagi titikberbabagi titik-- hanya ada 1 komponen vhanya ada 1 komponen v

AA

BBCC

Arah kecepatan partikel Arah kecepatan partikel ditunjukkan oleh tangent ditunjukkan oleh tangent pada titik tttpada titik ttt Jarak antar streamlines Jarak antar streamlines memberikan indikasi ttg kecepatan memberikan indikasi ttg kecepatan

fluida pada berbagai titikfluida pada berbagai titik


Aliran trubulen . Re > 2100Aliran trubulen . Re > 2100PusaranPusaranSemua partikel yang memulai aliran titik A Semua partikel yang memulai aliran titik A tidak tidak akan akan mengikuti jejak yang sama, melalui B dan akhirnya Cmengikuti jejak yang sama, melalui B dan akhirnya C

Tidak ada streamlineTidak ada streamlineTerjadi mixing antar lapisan fluidaTerjadi mixing antar lapisan fluidaPada titik ttt : > 1 komponen kecepatanPada titik ttt : > 1 komponen kecepatan


ARAH ALIRAN



Bilangan Reynold : Bilangan Reynold : sangat berpengaruh pada faktor gesekansangat berpengaruh pada faktor gesekan

== VVDDReRe

Re < 2100 : laminarRe < 2100 : laminar HubunganHubungan P v danP v dan du diperolehdu diperolehRe < 2100 : laminarRe < 2100 : laminarRe > 2100 : turbulenRe > 2100 : turbulen

Hubungan Hubungan P, v dan P, v dan du diperoleh du diperoleh secara empiris (dengan secara empiris (dengan menggunakan chart faktor menggunakan chart faktor gesekan).gesekan).dimana:dimana:

F = A (KE) fF = A (KE) f

AA = Area= Area(KE) (KE) = Energi kinetik= Energi kinetikf f = Faktor gesekan= Faktor gesekan


APLIKASI2 : FALLING BALL VISCOMETER (1)APLIKASI2 : FALLING BALL VISCOMETER (1)

Sebuah bola yang bergerak dalam medium yang kental Sebuah bola yang bergerak dalam medium yang kental mengalami tahanan; yang besarnya berbanding dengan :mengalami tahanan; yang besarnya berbanding dengan :mengalami tahanan; yang besarnya berbanding dengan :mengalami tahanan; yang besarnya berbanding dengan :

kecepatankecepatan ukuran (jariukuran (jari--jari)jari) viskositas mediumviskositas medium

FFvv = 6= 6vRvR Stokes law Stokes law applies only for streamlineapplies only for streamlineapplies only for streamline applies only for streamline

conditions and when boundary conditions and when boundary layer stays intact (no slipping layer stays intact (no slipping between liquid and spherebetween liquid and sphere




Jika bola Jika bola dijatuhkan dijatuhkan

kedalam kedalam medium kentalmedium kental

Gaya ini Gaya ini meningkat meningkat dengan dengan meningkatnya meningkatnya kecepatankecepatan

++==

kecapatankecapatanterminalterminal

ggss33RR

3344 ggll33RR33

44 ttRvRv66

FALLING BALL VISCOMETER 2 : Terminal VelocityFALLING BALL VISCOMETER 2 : Terminal Velocity

medium kental, medium kental, akan mengalami akan mengalami

percepatan percepatan (gravitasi) (gravitasi)

sampai tahanan sampai tahanan krn kekentalan krn kekentalan

((viscous viscous resistive forceresistive force) )

FFvv

FFbbkecepatankecepatan 33

Berat bolaBerat bola

33

bouyancy bouyancy forceforce

viscous viscous forceforce

Densitas bolaDensitas bolaDensitas fluidaDensitas fluidaJariJari--jari bolajari bola

))dan daya dan daya

ambang keatas ambang keatas sama dengan sama dengan

gaya berat= gaya berat= lurus beraturanlurus beraturan mgmg

==

ll--ssgg222R2R

ttvv 99

Viscositas fluidaViscositas fluidaKecepatan Kecepatan terminalterminal


DASAR TRANSPORTASI FLUIDADASAR TRANSPORTASI FLUIDA

1. Transportasi dalam bentuk fluida 1. Transportasi dalam bentuk fluida > proses efisien> proses efisien

2. Dasar perhitungan transportasi fluida :2. Dasar perhitungan transportasi fluida :......................> Kesetimbangan Massa> Kesetimbangan Massa......................> Kesetimbangan Momentum > Kesetimbangan Momentum

......................> proses efisien> proses efisien

......................> fluidisasi> fluidisasi

......................> Kesetimbangan Energi = Bernoullis Eq.> Kesetimbangan Energi = Bernoullis Eq.




EQUATION OF CONTINUITY : EQUATION OF CONTINUITY : Conservation of mass 1Conservation of mass 1

Consider the flow of fluid through a tube of varying crossConsider the flow of fluid through a tube of varying cross--sectionsection

PP11

PP22

Mass of fluid Mass of fluid

AA22

AA passing point Ppassing point P22during time interval during time interval t is:t is:

ttvvAAmm 222222 ==

Mass of fluid passing point PMass of fluid passing point P11during time interval during time interval t is:t is:

VV is the volume ofis the volume of

AA11

(( ))ttvvAAVVmm

1111

1111

====

VV11 is the volume of is the volume of fluid that passes Pfluid that passes P11during during tt

VolumeVolume = cross= cross--sectional area x sectional area x distancedistance= cross= cross--sectional area x velocity x sectional area x velocity x distance distance


Fluid is incompressibble (Fluid is incompressibble (11 = = 22), and no fluid leaks out or is added ), and no fluid leaks out or is added through the walls of the pipe (through the walls of the pipe (mm11 = = mm22) and thus:) and thus:

AA11 vv11 t = t = AA22 vv22 t t

EQUATION OF CONTINUITY : EQUATION OF CONTINUITY : Conservation of mass 2Conservation of mass 2

Equation of continuityEquation of continuityAA11 vv1 =1 = AA22vv22

the products A v is the volume flow rate (Q) = debitthe products A v is the volume flow rate (Q) = debit

secsecmm

dtdt

dVdVQQ 33==

QQ11 = Q= Q22

Volume flow rate is constant (for incompressibel fluids)Volume flow rate is constant (for incompressibel fluids)




Kesetimbangan MomentumKesetimbangan Momentum PP11PP22 AA22

AA11

MM =M=M. . . .

Momentum Momentum = = masa x kecepatan aliranmasa x kecepatan aliranMM == m x vm x v

[=][=] kg.m.skg.m.s--11

Laju aliran momentum Laju aliran momentum = = laju aliran masa x kecepatanlaju aliran masa x kecepatan

MM11=M=M22

[=][=] (kg.s(kg.s--11)(ms)(ms--11) = kg.m.s) = kg.m.s--22

..mmMM == x vx v..

M = mv = qM = mv = qv v . . . .


Kesetimbangan Energi.Kesetimbangan Energi.Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli

Umum:Umum:

EfEfwwKEKE

hhggPP ++++

++==

PP11

PP22 AA22

AA11

PP

: : energi potensial karena adanya energi potensial karena adanya P; perb. tekananP; perb. tekanan

ggh : h : energi potensial karena adanya energi potensial karena adanya h; perb. elevasi/ketinggianh; perb. elevasi/ketinggian

KEKE : : energi kinetikenergi kinetik W: kerja pompaW: kerja pompa

Ef: kehilangan energi krn gesekanEf: kehilangan energi krn gesekan




Energy terms Involved in the Mechanical Energy BalanceEnergy terms Involved in the Mechanical Energy BalanceFor Fluid Flow in a Piping System, For Fluid Flow in a Piping System, the formula for calculating them, and their unitthe formula for calculating them, and their unit

Energy TermEnergy Term ...... Formula...... Formula ...... Formula...... Formula(basis : 1 kg)(basis : 1 kg)............. Unit............. Unit

Potential EPotential E

-- pressurepressure-- elevationelevation

Kinetic EKinetic E

..... m(P/..... m(P/))............ mgh............ mgh

...... (1/2)mv...... (1/2)mv22

( g)( g)

............. P/............. P/................ gh................ gh

.......... (1/2)v.......... (1/2)v22

............. J/kg............. J/kg

............. J/kg............. J/kg

............. J/kg............. J/kg

Work (Pump input)Work (Pump input)

Frictional ResistanceFrictional Resistance

................. W................. W

... (m... (m PPff)/)/................. W................. W

......... ......... PPff//............. J/kg............. J/kg

............. J/kg............. J/kg


vv22dd(EK/(EK/) =) =22

....................> = f(n,Re)> = f(n,Re)

EEffwwEKEK

hhggPP ++++

++==Kesetimbangan Energi.Kesetimbangan Energi.

Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli

22VV 22VV

LaminarLaminar TurbulenTurbulen

22

22VV , , = 1= 122

22VV , , = 2= 2N = 1, NewtonianN = 1, Newtonian

N = 1 NonN = 1 Non NewtonianNewtonian VV 22VV

(( ))(( ))(( )) 22113333

3355112222

++++++==

nn

nnnn

N = 1, NonN = 1, Non--NewtonianNewtonian




EEffwwKEKE

hhggPP ++++

++==

Kesetimbangan Energi.Kesetimbangan Energi.Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli

PP

22vvhh22

PPWW22

vvhh11PP ff22221111 ++++++==++++++

Tahanan krn gesekan??Tahanan krn gesekan??


EEf1f1 : tahanan karena pipa lurus: tahanan karena pipa lurusEEf2f2 : tahanan karena penyempitan pipa: tahanan karena penyempitan pipa

EEf3f3 : tahanan karena ekspansi pipa: tahanan karena ekspansi pipaEEf4f4 : tahanan karena sambungan/fitting & valve: tahanan karena sambungan/fitting & valve

Aliran fluida dalam pipa selalu diikuti denganAliran fluida dalam pipa selalu diikuti dengan

Tahanan krn GesekanTahanan krn Gesekan((Frictional ResistanceFrictional Resistance)) 1 Pipa Lurus

Aliran fluida dalam pipa selalu diikuti dengan Aliran fluida dalam pipa selalu diikuti dengan penurunan tekanan (pressure drop = penurunan tekanan (pressure drop = P) :P) :

..............> karena adanya tahanan gesek (pipa + fluida)..............> karena adanya tahanan gesek (pipa + fluida)

..............> besarnya ..............> besarnya P = f(sifat fluida, dimensi pipa)P = f(sifat fluida, dimensi pipa)

..............> perlu energi untuk menyebabkan aliran..............> perlu energi untuk menyebabkan aliran..............> pompa?..............> pompa?




Untuk Fluida Newtonian : Persamaan PosieuilleUntuk Fluida Newtonian : Persamaan Posieuille


22DD

vv3232LL

PP ==

DD

))22(())vv((ReRe1616

22

LLPP

==

ReRe((Dv)/Dv)/..

DD22vv3232

LLPP ==

))22LLvv2f(2f(PP Pers ttgPers ttgDD

)) LLvv2f(2f(

PP

==Pers FanningPers Fanning

Jadi, untuk fluida Newtonian f = 16/ReJadi, untuk fluida Newtonian f = 16/Re

Pers ttg Pers ttg faktor gesekanfaktor gesekan


Untuk Aliran TurbulenUntuk Aliran TurbulenSangat dipengaruhi oleh ReSangat dipengaruhi oleh Re

== VVDDReRe


Sangat dipengaruhi oleh ReSangat dipengaruhi oleh Remm

Re < 2100 : laminarRe < 2100 : laminarRe > 2100 : turbulenRe > 2100 : turbulen

Hubungan Hubungan Re, kekasaran Re, kekasaran permukaan pipa (e/D) dan fpermukaan pipa (e/D) dan fdiperoleh secara empirisdiperoleh secara empirisdiperoleh secara empiris diperoleh secara empiris

(dengan menggunakan (dengan menggunakan chart faktor gesekan = diagram chart faktor gesekan = diagram Moody).Moody).dimana:dimana:




kk/D/D

DIAGRAM MOODYDIAGRAM MOODY, f, f 16/Re,

ive

Rou

ghne

ss,

ive

Rou

ghne

ss,

Fact

or G

esek

anFa

ctor

Ges

ekan tidak dipengaruhi oleh kekasaran pipa

Rel

ati

Rel

ati


KEKASARAN RELATIFKEKASARAN RELATIFKekasaran Relatif = k/DKekasaran Relatif = k/Dk = kekasaran permukaan pipa bagian dalamk = kekasaran permukaan pipa bagian dalamD = diameter dalam pipaD = diameter dalam pipa





NewtonianNewtonian


Re = NRe = NReRe = = Dv/Dv/Untuk Re < 2100 Untuk Re < 2100 ..................................................................................> > f = 16/Ref = 16/Re

Untuk Re > 2100Untuk Re > 2100-- Pipa halus (k/D=0) Pipa halus (k/D=0)

..................................................................................> f = 0.193 (Re)> f = 0.193 (Re)--0.350.35( )( )3x103x1033



nn

nnRRvv ))((22--nn))((88ReRe = Re= ReGG

NonNon--Newtonian??Newtonian??


nn

nnnn

RRvvLKLKPP

++== 1133))n+1n+1((

))nn((22

nn

nnnn

RRvv

KKLL

PRPR

++== 113322

nn

nnnn

KK

++== 1133ReRe

Re ReGeGe

JikaJikaReReGeGe < 2100 : laminar< 2100 : laminar..............> f = 16/Re> f = 16/ReGeGeUntuk ReUntuk ReGeGe > 2100> 2100-- Pipa halus (k/D=0) Pipa halus (k/D=0)

> f = 0 193 (Re)> f = 0 193 (Re)--0 350 35

RR))22LLvv)()(//((PP

22ReRe161622==

..............> f = 0.193 (Re)> f = 0.193 (Re)--0.350.353x103x1033



Tahanan krn GesekanTahanan krn Gesekan((Frictional ResistanceFrictional Resistance)) 33 Ekspansi/PengembanganEkspansi/Pengembangan

AA11 AA22vv11

==

==22

22

2211

4433 AA

AA--11VVPPEEff 11ff


Tahanan krn GesekanTahanan krn Gesekan((Frictional ResistanceFrictional Resistance)) 44 Pipe fittingsPipe fittings

Pipe fittingsPipe fittingslblb-- elbowselbows

-- teestees-- valvesvalves-- etcetc

Berkontribusi pada Berkontribusi pada kehilangan energikehilangan energikrn gesekankrn gesekan




Tahanan krn GesekanTahanan krn Gesekan((Frictional ResistanceFrictional Resistance)) 44 Pipe fittings .....2 Pipe fittings .....2


Tahanan krn GesekanTahanan krn Gesekan((Frictional ResistanceFrictional Resistance)) 44 Pipe fittings ..3Pipe fittings ..3

Table 6.3 (Toledo, 1991, p. 218) = the equivalen length of fittingsTable 6.3 (Toledo, 1991, p. 218) = the equivalen length of fittings

FittingsFittings L/D (dimensionless)L/D (dimensionless)

9090oo Elbow, stdElbow, std 35354545oo Elbow, stdElbow, std 1515Tee (used as coupling), brach pluggedTee (used as coupling), brach plugged 2020Tee (used as an elbow) entering the branchTee (used as an elbow) entering the branch 7070......Gate valve, fully openGate valve, fully open 1010Globe valve, fully openGlobe valve, fully open 290290Coupling and unionCoupling and union negligiblenegligible




Stainless Steel Tubing and Pipe Diameters (all Stainless Steel Tubing and Pipe Diameters (all dimensions are inches)dimensions are inches)Nominal SizeNominal Size Sanitary TubingSanitary Tubing Schedule 40 PipeSchedule 40 Pipe

I.D.I.D. O.D.O.D. I.D.I.D. O.D.O.D.1/21/2 0 3700 370 0 5000 500 0 6220 622 0 8400 8401/21/2 0.3700.370 0.5000.500 0.6220.622 0.8400.8403/43/4 0.6200.620 0.7500.750 0.8240.824 1.0501.05011 0.8700.870 1.0001.000 1.0491.049 1.3151.3151 1/21 1/2 1.3701.370 1.5001.500 1.6101.610 1.9001.90022 1.8701.870 2.0002.000 2.0672.067 2.3752.3752 1/22 1/2 2.3702.370 2.5002.500 2.4692.469 2.8752.87533 2 8342 834 3 0003 000 3 0683 068 3 5003 50033 2.8342.834 3.0003.000 3.0683.068 3.5003.50044 3.8343.834 4.0004.000 4.0264.026 4.5004.50066 5.7825.782 6.0006.000 6.0656.065 6.6256.62588 7.7827.782 8.0008.000 7.9817.981 8.6258.625


Tahanan krn GesekanTahanan krn Gesekan((Frictional ResistanceFrictional Resistance)) 44 Pipe fittings...... 4Pipe fittings...... 4

Contoh :Contoh :L/D untuk 90L/D untuk 90oo Elbow std = 35 Digunakan untukElbow std = 35 Digunakan untukL /D untuk 90L /D untuk 90oo Elbow std = 35. Digunakan untuk Elbow std = 35. Digunakan untuk menyambung sanitary tubing dengan ukuran nominal 2 inci.menyambung sanitary tubing dengan ukuran nominal 2 inci.Artinya ?Artinya ?

L/D = 35L/D = 35L = 35DL = 35DD = ??? D = ???

> Sanitary tube 2 inci nominal : ID 1 870 OD 2 000> Sanitary tube 2 inci nominal : ID 1 870 OD 2 000


..................> Sanitary tube 2 inci nominal : ID 1.870, OD 2.000> Sanitary tube 2 inci nominal : ID 1.870, OD 2.000L = 35(1.87)=65.45 InciL = 35(1.87)=65.45 Inci

Jadi, 1 sambungan (90Jadi, 1 sambungan (90oo elbow) akan memberikan tahanan elbow) akan memberikan tahanan yang sama besarnya dengan pipa (Sanitary tube 2 inci) lurus yang sama besarnya dengan pipa (Sanitary tube 2 inci) lurus dgn panjang 65.45 in.dgn panjang 65.45 in.



Tahanan krn GesekanTahanan krn Gesekan((Frictional ResistanceFrictional Resistance)) 44 Pipe fittings...... 5Pipe fittings...... 5

VVkkPPEfEf 2211kkEfEf ff

ff == ==11

3344

Kf = ditetapkan dengan percobaanKf = ditetapkan dengan percobaan

9090oo elbow, stdelbow, std Kf = 0.75Kf = 0.75180180oo bend, close turnbend, close turn Kf = 1.5Kf = 1.5,,gate valve, opengate valve, open Kf = 0.17Kf = 0.17Globe valve, openGlobe valve, open Kf = 6.0Kf = 6.0dlldll(Chem Eng Handbook, 1973)(Chem Eng Handbook, 1973)


SELESAI....untuk Aliran FluidaSELESAI....untuk Aliran Fluida

selamat belajaruntuk UTSselamat belajaruntuk UTS

Date post:	19-Oct-2015
Category:	Documents
Upload:	veronikasantimarbun
View:	27 times
Download:	1 times

Bab 05 b Fluida 2 Transport 2

Documents