TRANSPORTASI FLUIDA di INDUSTRI PANGAN

Transkripsi

1 TRANSPORTASI FLUIDA di INDUSTRI PANGAN Sistim pipa dlm transportasi fluida

2 FLOW THROUGH TUBE Q: Why are the thick shake straws larger than ordinary straws? A: Because the flow rate inversely proportional to But, Q depends on R 4 power. > Have to increase R slightly to get same flow rate for highly viscous shake Aliran laminar : Re < 00 STREAMLINE /garis arus Semua partikel yang memulai aliran di titik A akan mengikuti jejak yang sama, melalui B dan akhirnya C Jejak streamline Koleksi atau berkas garis arus menunjukkan arah aliran pd berbagai titik - hanya ada komponen v B C A Arah kecepatan partikel ditunjukkan oleh tangent pada titik ttt Jarak antar streamlines memberikan indikasi ttg kecepatan fluida pada berbagai titik

3 Aliran trubulen. Re > 00 Pusaran Semua partikel yang memulai aliran titik A tidak akan mengikuti jejak yang sama, melalui B dan akhirnya C Tidak ada streamline Terjadi mixing antar lapisan fluida Pada titik ttt : > komponen kecepatan ARAH ALIRAN DASAR TRANSPORTASI FLUIDA. Transportasi dalam bentuk fluida... > proses efisien... > fluidisasi. Dasar perhitungan transportasi fluida :... > Kesetimbangan Massa... > Kesetimbangan Momentum... > Kesetimbangan Energi = Bernoulli s Eq. 3

4 EQUATION OF CONTINUITY : Conservation of mass Consider the flow of fluid through a tube of varying cross-section A A P P Mass of fluid passing point P during time interval t is: A v t m Mass of fluid passing point P during time interval t is: m V A v t Volume V is the volume of fluid that passes P during t = cross-sectional area x distance = cross-sectional area x velocity x distance EQUATION OF CONTINUITY : Conservation of mass Fluid is incompressibble ( = ), and no fluid leaks out or is added through the walls of the pipe (m = m ) and thus: A v t = A v t A v = A v Equation of continuity the products A v is the volume flow rate (Q) = debit dv Q = dt m 3 sec Q = Q Volume flow rate is constant (for incompressibel fluids) 4

5 Kesetimbangan Momentum A P P A.. M =M Momentum = masa x kecepatan aliran M = m x v [=] kg.m.s - Laju aliran momentum. = laju aliran masa x kecepatan. M = m x v [=] (kg.s - )(ms - ) = kg.m.s -.. M = mv = qv Kesetimbangan Energi. Persamaan Bernoulli Umum: A P P A P KE g h w Ef P : energi potensial karena adanya P (perb. Tekanan) gh : energi potensial karena adanya h (perb. elevasi/ketinggian) KE : energi kinetik W: kerja pompa Ef: kehilangan energi krn gesekan 5

6 Energy terms Involved in the Mechanical Energy Balance For Fluid Flow in a Piping System, the formula for calculating them, and their unit Energy Term... Formula... Formula (basis : kg)... Unit Potential E - pressure -elevation... m(p/)... mgh Kinetic E... (/)mv Work (Pump input)... W... P/... gh... (/)v... W... J/kg... J/kg... J/kg... J/kg Frictional Resistance... (mp f )/... P f /... J/kg Kesetimbangan Energi. Persamaan Bernoulli P g h EK w E f (EK/) = d v... > = f(n,re) N =, Newtonian Laminar V, = Turbulen V, = N =, Non-Newtonian V V n 5 n 3 3 3n 6

7 Kesetimbangan Energi. Persamaan Bernoulli P g h KE w E f P + h + v + W = P + h + v + P f Tahanan krn gesekan?? E f : tahanan karena pipa lurus E f : tahanan karena penyempitan pipa E f3 : tahanan karena ekspansi pipa E f4 : tahanan karena sambungan/fitting & valve Pipa Lurus Aliran fluida dalam pipa selalu diikuti dengan penurunan tekanan (pressure drop = P) :...> karena adanya tahanan gesek (pipa + fluida)...> besarnya P = f(sifat fluida, dimensi pipa)...> perlu energi untuk menyebabkan aliran...> pompa? 7

8 Pipa Lurus Untuk Fluida Newtonian : Persamaan Posieuille P L 3v D Pers Fanning P L P L P 3 v D f( 6 Re D (Dv)/. Re ( v ) () D v ) L Pers ttg faktor gesekan Jadi, untuk fluida Newtonian f = 6/Re DV Re = m Re < 00 : laminar Re > 00 : turbulen Pipa Lurus Untuk Aliran Turbulen Sangat dipengaruhi oleh Re Hubungan Re, kekasaran permukaan pipa (k/d) dan f diperoleh secara empiris (dengan menggunakan chart faktor gesekan = diagram Moody). dimana: 8

9 DIAGRAM MOODY Factor Gesekan, f 6/Re, tidak dipengaruhi oleh kekasaran pipa k/d Relative Roughness, KEKASARAN RELATIF Kekasaran Relatif = k/d k = kekasaran permukaan pipa bagian dalam D = diameter dalam pipa 9

10 Pipa Lurus Newtonian Re = N Re = Dv/ Untuk Re < > f = 6/Re Untuk Re > 00 - Pipa halus (k/d=0)... > f = 0.93 (Re) x0 3 <Re< > f =0.048(Re) <Re<0 6 - Pipa kasar (k/d > 0)... > lihat diagram Moody 0

11 Non-Newtonian?? PR L v 3n K R n LK ( v P ( R ) n ) n+ n 3n n ( 6/ Re )(v ) L P R n Pipa Lurus n 8( v ) -n ( R ) Re = Re n Ge 3n K Jika n Re Ge < 00 : laminar... > f = 6/Re Ge Untuk Re Ge > 00 - Pipa halus (k/d=0)... > f = 0.93 (Re) x0 3 <Re< > f =0.048(Re) <Re<0 6 - Pipa kasar (k/d > 0)... > lihat diagram Moody Kontraksi/Penyempitan V D D Ef P f 3 k f V k f D D D D, untuk, untuk D D D D

12 3 Ekspansi/Pengembangan v A A P A - A V E f 3 f 4 4 Pipe fittings Pipe fittings - elbows - tees - valves -etc Berkontribusi pada kehilangan energi krn gesekan

13 4 Pipe fittings... 4 Pipe fittings..3 Table 6.3 (Toledo, 99, p. 8) = the equivalen length of fittings Fittings L /D (dimensionless) 90 o Elbow, std o Elbow, std 5 Tee (used as coupling), brach plugged 0 Tee (used as an elbow) entering the branch Gate valve, fully open 0 Globe valve, fully open 90 Coupling and union negligible 3

14 Stainless Steel Tubing and Pipe Diameters (all dimensions are inches) Nominal Size Sanitary Tubing Schedule 40 Pipe I.D. O.D. I.D. O.D. / / / / Pipe fittings... 4 Contoh : L /D untuk 90 o Elbow std = 35. Digunakan untuk menyambung sanitary tubing dengan ukuran nominal inci. Artinya? L /D = 35 L = 35D D =???... > Sanitary tube inci nominal : ID.870, OD.000 L = 35(.87)=65.45 Inci Jadi, sambungan (90 o elbow) akan memberikan tahanan yang sama besarnya dengan pipa (Sanitary tube inci) lurus dgn panjang in. 4

15 4 Pipe fittings... 5 Ef 4 P f 3 k f V Kf = ditetapkan dengan percobaan 90 o elbow, std Kf = o bend, close turn Kf =.5 gate valve, open Kf = 0.7 Globe valve, open Kf = 6.0 dll (Chem Eng Handbook, 973) 5