Convert_feri Kusnandar - 004

download Convert_feri Kusnandar - 004

of 64

Transcript of Convert_feri Kusnandar - 004

Transportasi FluidaF. Kusnandar, P. Hariyadi dan E. Syamsir

Topi k

5A

Tujuanlnstruksionai Khusus:

Setelah menyelesaikan subtopik 5.1 ini, mahasiswa diharapkan dapat menjelaskan perbedaan antara aliran laminar dan turbulen dan faktor- faktor yang menentukan jenis aliran fluida didalam pipa, menjelaskan prin- sip dalam desain transportasi fluida dan parameter-parameter yang digu- nakan dalam proses transportasi fluida (seperti Bilangan Reynold), dan mendisain jenis aliran fluida untuk memecahkan soal-soal aplikasi tentang aliran fluida (kasus industri pangan).

V_____________________________s _______________________________ JPendahuluan Sifat aliran fluida penting dipahami ketika mendisain proses pengaliran bahan. Dalam proses pengolahan pangan, bahan atau produk cair akan diatirkan dari satu tahap proses ke tahap proses lain hingga ke tahap pengemasan. Disain dari transportasi fluida

Topik 5. Transportasi Fluida

1

bahan dari satu tempat ke tempat lain yang meiibatkan pompa, pipa, dan sambungan-sambungan pada pipa, akan sangat dipengaruhi oleh sifat aliran bahan, Sebagal contoh, daya pompa untuk mengalirkan bahan yang kental (misal saus) akan berbeda dengan daya pompa untuk bahan yang cair (misal susu). Memahami sifat aliran bahan juga sangat penting dalam mendisain proses panas untuk proses pasteurisasi atau sterilisasi produk cair dalam sistem sinarnbung (continue). Kecukupan proses panas untuk sterilisasi atau pasteurisasi produk cair dalam sistem sinarnbung akan sangat ditentukan oleh sebe- rapa lama bagian bahan yang paling cepat mengalir berada di holding tube (pipa dimana proses pasteurisasi/sterilisasi berlangsung). Dalam hai ini, sifat aiiran bahan akan memainkan peranan yang penting. Di dalam proses pengolahan pangan, bahan atau produk pangan cair umumnya ditransportasikan dari satu unit proses ke unit proses lain metalui pipa dengan bantuan pompa. Gambar 1 mengilustrasikan transportasi fluida dalam sistem pasteurisasi susu, dimana -bahan mengalir dalam berbagai bentuk dan ukuran pipa. Aliran di dalam pipa dapat dikelompokkan menjadi 2, yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Bagaimana jenis aiiran fluida yang terjadi didalam pipa, akan dipengaruhi oleh kecepatan rata-rata aliran bahan dalam pipa (V), diameter

Topik 5. Transportasi Fluida

1

pipa bagian dalam (D), jenis fluida (Newtonian atau non-Newtonian)

Topik 5. Transportasi Fluida

1

dan densitas bahan (p). Keempat parameter tersebut dimasukkan ke dalam mode! matematika yang disebut dengan bilangan Reynolds Jika pada Topik 4 dipelajari bagaimana jenis dan sifat aliran fluida bahan pangan, maka dalam Sub-topik 5.1 ini akan dijelaskan tentang jenis dan sifat aliran fluida dalam pipa (aliran laminar dan turbulen). Vwytj\jrn Coolinp moclla Heatino mcfMilk

1C Homc^nnsf 2D*eeretof 7- Hiding fui>e 1 Flow controller Q Qoot*r pump A S*partor3 vacuum pump & Standsrclrtratksn unit

Fig- if ,9.9 Milk

plant wlm

Gambar 1. Transportasi susu dalam proses pasteurisasi susu

Jenis Pipa Dalam perhitungan transportasi fluida, dimensi pipa yang periu diketahui adalah diameter dan panjang pipa. Diameter pipa terdiri dari diameter luar (OD) dan diamater dalam (ID), tetapi yang digunakan dalam perhitungan transportasi

Topik 5. Transportasi Fluida

1

fluida adalah diamater pipa dalam (ID). Terdapat jenis pipa yang sering digunakan dalam transportasi fluida, yaitu sanitary pipe dan steel pipe. Ukuran pipa sering dinyatakan daiam ukuran nominal atau nominal size (dalam satuan inci) yang mempunyai nilai ekuivalen terhadap nilai OD dan ID. Tabel 1 menunjukkan ukuranukuran pipa dalam nominal size dan ekuivalensinya dengan OD dan ID (baik satuan in maupun rn). Sebagai contoh, bila dinyatakan dimensi pipa 1.0 innominal, berarti diameter dalam ipa (ID) adalah 1,049 in (0,02664 m) dan diameter luar (OD) 1,315 in (0,03340 m).

Topik 5. Transportasi Fluida

1

Tabel 1. Dimensi pipa untuk steel pipe dan sanitary pipe (Toledo, 1991) Nomina/ Steel pipe Sanitary pipe i size{ in)0.5 0.75 i 1.5 2.0 ID in. (m1) 0.622(0.01579) 0.824 (0.02093) 1,049 (0,02664) 1,610 (0,04089) 2,067 (0,05250) OD in. (m) 0,840 (0,02134) 1,050 (0,02667) 1,315 (0,03340) 1,900 (0,04826) 2,375 (0,06033) ID in. (m)-

OD in. (m) |-

0,902 (0,02291) 1,402 (0,03561) 1,870 (0,04749)_!

TW(00254)1 1,50(0,0381) 2,00(0,0508) |

Nomina/ size (in)2.5 3.0 4.0

Steel pipeID in. (m) f OD in, (m) 2,469 (0,06271) 2,875 (0,07302) 3,068 (0,07793) 3,500 (0,08890) 4,026 (0,10226) | 4,500(0,11430)

Sanitary pipeID in. Cm) 2,370 (0,06019) 2,870 (0,07289) 3,834 (0,09739) OD in. Cm) 2,50 (0,0635) 3,0 (0,0762) 4/0 (0,1016)

Bilangan Reynolds dan Jenis Aiiran Aliran di dalam pipa dapat dikelompokkan menjadi 2, yaitu aiiran laminar dan aliran turbulen. Perbedaan antara kedua aliran tersebut diilustrasikan pada Gambar 2. r =R,

v

Aliran Laminar

= 0

a-

r = 0,v=vmax

Aiiran Turbulen

ARAH ALfRAN

Topik 5. Transportasi Fluida

1

Gambar 2. A li r a n l a m i n a r d a n t u r b u l e n fl u i d a y a n g m e n g a li r d a l a m

Topik 5. Transportasi Fluida

1

p i p a Aliran laminar Aliran laminar terjadi pada suatu sistem fluida dimana partikei fluida berge- rak dalam pola lurus di sepanjang pipa, Kecepatan aliran fluida yang mengalir secara laminar akan berbeda-beda di dalam pip?, tergantung pada jarak cairan tersebut terhadap dinding pipa Mp

Kecepatan rata-rata fluida (V) di dalam pipa dihitung dengan persamaan 2. Kecepatan rata-rata dari suatu dalam pipa dapat juga dihitung dari debit aliran Q (volume bahan yang mengalir per satuan waktu) (persamaan 3) dibagi dengan iuasan pipa bagian dalam (A) (persamaan 4). (lihat Gambar 2). Kecepatan aliran fluida pada titik tertentu diukur dari dinding pipa dapat ditentukan dengan persamaan 1. Rumus tersebut diturunkan sebagaimana pad a viskometer tabung (lihat kembaJi Kegiatan Belajar 1 tentang penurunan rumus kecepatan aliran pada viskometer tabung).

( 1 )

Topik 5. Transportasi Fluida

1

y

=

(P\-P2)R2U/i 8 Ljx

=

APR2

,

(3)oLju

A tiRPola kecepatan fluida laminar di dalam pipa berbentuk parabola, dimana kecepatan maksimum aliran terjadi di pertengahan pipa dan yang paling lam bat di bagian dinding pipa (lihat Gambar 2). Kecepatan pada dinding pipa adalah minimum karena r=R, sehingga V=0, sedangkan kecepatan alir pada pertengahan pipa adalah maksimum karena r=0. Kecepatan maksimum aliran fluida yang mengalir secara laminar adalah (persamaan 5).

dimana: AP perbedaan tekanan antara titik awal dan titik akhir fluida bergerak (perbedaan tekanan antara PI dan P2 menyebabkan fluida mengalir, P1>P2), L - panjang pipa; ^i=viskositas fluida, R= jari-jari pipa. Untuk fluida yang bersifat Newtonian kecepatan maksimumnya adalah dua kati dari kecepatan rata-ratanya (persamaan 6), sedangkan yang bersifat non- Newtonian kecepatan maksimumnya tergantung pada indeks tingkah laku aliran (n) (persamaan 7). Cairan Newtonian dalam aliran laminar ; V^ = 2V Cairan non-Newtonian dalam aliran laminar : Kmv = max ( +1) v ' Aliran turbufen Aliran turbulen terjadi apabila fluida mengalir dalam pipa dengan gerakan acak dimana seolah terjadi proses pengadukan. Dengan demikian, kecepatan fluida yang mengalir secara turbulen lebih seragam (Gambar 2). Aliran turbulen umumnya terjadi pada fluida yang bersifat Newtonian. (6)

(7)

Topik 5. Transportasi Fluida

4

Bilangan Reynolds Jenis aliran fluida dipengaruhi oleh (a) kecepatan rata-rata aliran bahan dalam pipa (K); (b) diameter pipa bagian dalam (D); (c) jenis fluida (Newtonian atau non-Newtonian); dan (d) densitas bahan (p). Keempat parameter tersebut dimasukkan ke dalam mode) matematika yang disebut dengan bilangan Reynolds (persamaan 8). Bilangan Reynolds (Re) adalah bilangan yang tidak berdimensi dan digunakan untuk menentukan jenis aliran fluida di dalam pipa. Bila nilai Re < 2100, maka jenis alirannya laminar, sedangkan bila Re >4000 jenis alirannya adalah turbulen. Nilai 2100