BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI. MICRO BUBBLE GENERATOR Micro Bubbl Gnrator (MBG) mrupakan suatu alat yang difungsikan untuk mnghasilkan glmbung udara dalam ukuran mikro, yaitu glmbung dngan diamtr 00 μm []. Aplikasi micro-bubbls tlah banyak digunakan [], diantaranya : Untuk mningkatkan kualitas air yang trpolusi hasil buangan limbah industri. Tknologi ini tlah diprknalkan di ngara Jpang untuk mmbantu prkmbangan dari krang laut untuk trhindar dari mikro-organism yang dapat mnybabkan krang trsbut mnjadi hilang pigmn warna. Di dunia kdoktran tknologi micro-bubbls mulai dimanfaatkan untuk mndiagnosa luka yang diakibatkan olh kankr, dngan cara mnyuntikkan glmbung trsbut mlalui prdaran darah. Dalam luas prmukaan trtntu, micro-bubbls dapat mlakukan pntrasi scara dalam k prmukaan kulit dngan mmbrikan fk gosokan yang baik tanpa prlu mnggunakan shampoo atau sabun... Prinsip Krja MBG Dngan Bola Prinsip krja dari MBG dngan mnggunakan bola sbagai intinya adalah, ktika aliran air brtkanan mngalir dalam sbuah pipa dan brdasarkan dari prsamaan dari massa dan nrgi (dalam hal ini prsamaan Brnoulli), kcpatan air yang mlwati darah downstram yang brada di titik trtinggi bola akan mnjadi lbih cpat daripada kcpatan masuk, hal ini mnybabkan tkanan pada darah trsbut mnjadi lbih rndah. Apabila tkanan didalam lbih kcil dibandingkan dngan tkanan atmosfr, maka udara scara otomatis akan trhisap kdalam aliran air, mlalui lubang lubang kcil hasil pngboran pada Tst Sction pada darah yang brtkanan kcil. Dikarnakan aliran yang trjadi pada darah downstram adalah turbuln 6 Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008

2 dan trdapat aliran gsr, udara yang masuk trsbut akan trpcah mnjadi micro-bubl dngan jumlah yang sangat banyak. Tst Sction Udara Trhisap Arah Aliran Gambar.. Ilustrasi Aliran yang Mlalui Bola di Pipa. LITERATUR MEKANIKA FLUIDA Trdapat bbrapa matri dari Mkanika Fluida yang digunakan dalam pross prhitungan dan prancangan MBG ini, antara lain : a. Prsamaan Brnoulli. b. Aliran Viskos Dalam Pipa. c. Aliran Laminar dan Turbuln. d. Darah Masuk dan Brkmbang Pnuh.. Pngukuran Tkanan... Prsamaan Brnoulli Dalam pnulisan Tugas Akhir kali ini, prsamaan Brnoulli dimanfaatkan untuk mndapatkan prssur drop (pnurunan tkanan), agar dapat mmanfaatkan prbdaan tkanan untuk mnydot udara. Prhitungan dilakukan pada sbuah aliran air di pipa, dngan bola trdapat didalamnya ssuai dngan ilustrasi pada Gambar, shingga formula untuk prhitungan prssur drop adalah ; Prsamaan dasar Brnoulli : P γ + V. g + Z P γ V +. g + Z [4] (.) 7 Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008

3 Asumsi Z Z ; dan g 0 m/s + P V + ρ. g. g V. g V. g P ρ. g P ρ. g V. g P ρ. g V V. g P P ρ. g V P ( V V 0 V ) P P P Jadi prsamaan prssur drop adalah : ( V V ).0000 P P (.) 0 Dari prsamaan trsbut dapat diktahui bahwa tkanan pada diamtr kcil yang tpat brada di tngah tngah puncak bola akan lbih kcil daripada tkanan atmosfr, hal ini brakibat udara luar akan trhisap masuk kdalam pipa... Aliran Viskos Dalam Pipa [4] Sistm transportasi Fluida dngan mnggunakan pipa atau saluran mmiliki aplikasi praktik yang cukup banyak. Pabrik kimia dan pnyaring Oli sangat trgantung trhadap pipa pipa ini. Pmbangkit tnaga listrik brisikan brmacam macam pipa dan saluran untuk mmindahkan fluida yang diaplikasikan dalam pross konvrsi nrgi dan lain sbagainya. Walaupun tidak sluruh saluran yang digunakan untuk mmindahkan fluida dari suatu tmpat k tmpat lainnya mmpunyai pnampang bundar, namun kbanyakan yang digunakan adalah sprti itu. Saluran ini mliputi pipa-pipa air, slang-slang hidrolik dan saluran-saluran lainnya yang dirancang untuk mnahan prbdaan tkanan yang sangat bsar mlintasi dinding-dindingnya tanpa mngakibatkan prubahan bntuk. Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008 8

4 Aliran yang trjadi pada Tugas Akhir ini diasumsikan bahwa pipa trisi pnuh olh fluida yang sdang dipindahkan sprti diilustrasikan pada Gambar dibawah ini. Gambar. (a) Aliran Pipa. (b) Aliran kanal-trbuka [4].. Aliran Laminar dan Turbuln [4] Aliran fluida di dalam sbuah pipa mungkin mrupakan aliran laminar atau turbuln. Osborn Rynolds (84-9), ilmuwan dan ahli matmatika Inggris, adalah orang yang prtama kali mmbdakan dua klasifikasi aliran ini dngan mnggunakan sbuah pralatan sdrhana sprti pada Gambar dibawah ini. Jika air mngalir mlalui sbuah pipa brdiamtr D dngan kcpatan rata-rata V, sifat-sifat brikut ini dapat diamati dngan mnginjksikan zat pwarna yang mngambang sprti ditunjukkan. Untuk laju aliran yang cukup kcil guratan zat pwarna (sbuah garis-gurat) akan ttap brupa garis yan gtrlihat jlas slama mngalir, dngan hanya sdikit saja mnjadi kabur karna difusi molkulr dari zat pwarna k air di sklilingnya. Untuk suatu laju aliran sdang yang lbih bsar, guratan zat pwarna brfluktuasi mnurut waktu, ruang dan olakan putusputus dngan prilaku tak braturan muncul di spanjang guratan. Smntara itu, untuk laju aliran yang cukup bsar guratan zat pwarna dngan sangat sgra mnjadi kabur dan mnybar di sluruh pipa dngan pola yang acak. Ktiga karaktristik ini, yang masing-masing disbut sbagai aliran laminar, transisi dan turbuln. Gambar. Eksprimn ilustrasi jnis aliran. [4] Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008 9

5 Untuk aliran pipa paramtr tak brdimnsi yang paling pnting adalah bilangan Rynolds, R adalah prbandingan antara fk inrsia dan viskos dalam aliran. Dari hasil analisa, dapat diktahui bahwa aliran pada pipa trgantung trhadap angka Rynolds (Rynolds numbr), R ρv D [4] (.) μ Dimana V adalah kcpatan rata-rata di dalam pipa. Artinya, aliran di dalam sbuah pipa adalah laminar, transisi atau turbuln dapat diktahui dari bilangan Rynoldsnya; D adalah diamtr dalam pipa; Krapatan; dan Viskositas. Aliran di Pipa brlaku sbagai brikut : R 00 Aliran Laminar Maksimum di dalam pipa 00 R 4000 Aliran Transisi; bilangan Rynolds diantara kdua batas ini, aliran mungkin brubah dari kadaan Laminar mnjadi Turbuln dngan prilaku acak yang jlas. R 4000 Aliran Turbuln...4 Darah Masuk dan Aliran Brkmbang Pnuh [4] Stiap fluida yang mngalir dalam sbuah pipa harus mmasuki pipa pada suatu lokasi. Darah aliran di dkat lokasi fluida mmasuki pipa disbut sbagai darah masuk (ntranc rgion) dan diilustrasikan pada gambar dibawah ini. Gambar.4 Darah aliran sdang brkmbang dan aliran brkmbang pnuh. [4] 0 Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008

6 Darah trsbut mungkin skitar bbrapa kaki prmulaan dari sbuah pipa yang dihubungkan pada sbuah tangki atau bagian awal dari saluran duct udara panas yang brasal dari sbuah tungku. Aliran di darah masuk sbuah pipa sangat komplks, fluida biasanya mmasuki pipa dngan profil kcpatan yang hampir sragam pada bagian (). Slagi pipa fluida brgrak mlwati pipa, fk viskos mnybabkannya ttap mnmpl pada dinding pipa (kondisi lapisan batas tanpa slip). Hal ini brlaku jika fluidanya adalah udara yang rlatif inviscid ataupun minyak yang sangat viskos. Jadi, sbuah lapisan batas (boundary layr) dimana fk viskos mnjadi pnting timbul di spanjang dinding pipa sdmikian hingga profil kcapatan awal brubah mnurut jarak spanjang pipa x, sampai fluida mncapai ujung akhir dari panjang darah masuk, bagian (), dimana stlah di luar itu profil kcpatan tidak brubah lagi mnurut x. Lapisan batas tlah tumbuh ktbalannya shingga mmnuhi pipa scara mnyluruh. Efk viskos sangat pnting di dalam lapisan batas. Utuk fluida di luar lapisan batas [di dalam inti inviscid (inviscid cor) yang mnglilingi garis sumbu dari () dan ()], fk viskos dapat diabaikan. Bntuk dari profil kcpatan di dalam pipa trgantung pada apakah aliran laminar atau turbuln, sbagaimana pula panjang darah masuk, l. Sprti pada banyak sifat lainnya dari aliran pipa, panjang masuk tak brdimnsi, l / D, brkolrasi cukup baik dngan bilangan Rynolds. Panjang masuk pada umumnya dibrikan hubungan : l D 0,06 R untuk aliran laminar [4] (.4) Dan l D / 6 4,4 (R) R untuk aliran turbuln [4] (.5) Untuk aliran-aliran dngan bilangan Rynolds Sangat rndah panjang masuk dapat sangat pndk ( l 0,6D jika R 0), smntara untuk aliran-aliran Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008

7 dngan bilangan Rynolds bsar darah masuk trsbut dapat spanjang brkalikali diamtr pipa sblum ujung akhir dari darah masuk dicapai ( l 0D untuk R 000). Untuk banyak masalah-masalah tknik praktis 0 4 < R < 0 5 shingga 0D < l < 0D. Prhitungan profil kcpatan dan distribusi tkanan di dalam darah masuk sangat rumit. Namun, apabila fluida tlah mncapai ujung akhir dari darah masuk sangat rumit. Namun, apabila fluida tlah mncapai ujung akhir dari darah masuk, bagian () dari gambar di atas, aliran lbih mudah digambarkan karna kcpatan hanyalah fungsi jarak dari sumbu pipa, r, dan tidak trgantung pada x. Hal ini brlaku sampai sifat dari pipa brubah karna ssuatu hal, misalnya prubahan diamtr, atau sampai fluida mngalir mlalui sbuah blokan, katup, atau komponn lainnya pada bagian (). Aliran antara () dan () disbut brkmbang pnuh (fully dvlopd). Stlah gangguan atas aliran brkmbang pnuh [pada bagian (4)], aliran scara brtahap mulai kmbali k sifat brkmbang pnuhnya [bagian (5)] dan trus dngan profil ini sampai komponn pipa brikutnya dicapai [bagaian (6)]. Dalam banyak kasus pipa cukup panjang shingga trdapat panjang aliran brkmbang pnuh yang lbih bsar dibandingkan dngan panjang aliran yang sdang brkmbang...5 Pngukuran Tkanan [4] Tkanan (prssur) dinyatakan sbagai gaya pr satuan luas. Dimana, satuan tkanan sama dngan tgangan (strss), dan pada umumnya tkanan dapat dianggap sbagai sjnis tgangan juga. Tkanan absolut (absolut prssur) diukur rlatif trhadap suatu kadaan hampa smpurna (tkanan nol mutlak), atau gaya pr satuan luas yang bkrja pada dinding pnampung fluida. Tkanan rlatif atau tkanan pngukuran (gag prssur) adalah slisih antara tkanan absolut dan tkanan atmosfr stmpat. Tkanan mutlak slalu positif, ttapi tkanan pngukuran dapat positif maupun ngatif, trgantung pada apakah tkanan trsbut di atas tkanan atmosfr (brnilai positif) atau dibawah tkanan atmosfr (brnilai ngatif). Sbuah tkanan ngatif disbut juga sbagai tkanan hisap atau hampa. Misalnya, tkanan mutlak Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008

8 0 psi (abs0 dapat dinyatakan sbagai pngukuran -4,7 psi (gag), jika tkanan atmosfr stmpat adalah 4,7 psi, atau dngan cara lain dinyatakan sbagai tkanan hisap 4,7 psi atau tkanan hampa 4,7 psi. Gambar.5 tkanan pngukuran dan tkanan mutlak [4] Pngukuran tkanan atmosfr biasanya dilakukan dngan sbuah baromtr air raksa, yang bntuk paling sdrhananya trdiri dari sbuah tabung glas trtutup pada satu ujungnya dan ujung trbuka lainnya trclup dalam sbuah bjana brisi pnuh dngan air raksa sprti ditunjukan pada gambar... Tabung trsbut mulai diisi punuh dngan air raksa (pada posisi trbalik dngan sisi trbukanya mnghadap k atas) dan kmudian diputar k bawah (ujung trbuka k bawah) shingga ujung trbuka didalam bjana air raksa. Ktinggian kolom air raksa akan mncapai suatu posisi kstimbangan di mana bratnya ditambah dngan gaya akibat tkanan uap (yang trbntuk pada ruang di atas kolom) mngimbangi gaya karna tkanan atmosfr. Jadi P γ h + [4] (.6) atm P uap Di mana γ adalah brat jnis air raksa. Untuk kbanyakan tujuan praktis, pngaruh tkanan uap dapat diabaikan karna nilainya sangat kcil [untuk air raksa P uap 0,0000 lb / in. (abs) pada tmpratur o F 68. Ini mrupakan cara yang konvnsional untuk mnyatakan tkanan atmosfr dngan ktinggian h dalam milimtr atau inci air raksa. Prlu dicatat jika air digunakan sbagai pngganti air raksa, maka ktinggian kolom akan mncapai kira-kira 4 ft, Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008

9 dibandingkan dngan air raksa yang hanya 9,9 in. Konsp baromtr air raksa diciptakan olh Evanglista Rorriclli pada tahun 644. Gambar.6 Baromtr air raksa. [4] 4 Micro-bubbl gnrator..., Marttriadhi Laksana, FT UI, 008