Air Flowrig


2.1 Air flowrig

            Air flowrig merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk mengukur kecepatan dari suatu aliran fluida yang diperoleh dari perbedaan tekanan pada suatu talang sehingga diperoleh berbagai karakteristik yang terdapat pada aliran tersebut. Beberapa komponen yang digunakan pada rangkaian peralatan air flowrig ialah :

  • 1)  Manometer
  • 2)  Piezometer
  • 3)  Tabung pitot
  • 4)   Blower
  • 5)   Talang
  • 6)   Rangka

2.2 Konsep Aliran dalam Talang

             Pada daerah masuk (hulu talang) alirannya adalah core flow. Pengaruh antara gesekan dengan dinding fluida membentuk aliran kental, atau yang kecepatannya menurun dari kecepatan aliran sebelum masuk talang. Pada susunan molekul fluida yang menyentuh dinding kecepatan aliran fluida bernilai nol karena pengaruh gesekan.semakin ke tengah talang maka pengaruh gesekan akan semakin berkurang sehingga kecepatan meningkat sampai daerah yang mendekati kecepatan awal aliran masuk (v≈0,99 vin). Pada daerah yang kecepatannya adalah v≈0,99 vin disebut boundary layer. Boundary layer yang kental meluas ke hilir, menekan aliran aksial u(r,x) pada dinding dan dengan demikian akan mempercepat aliran di bagian tengah untuk tetap memenuhi syarat kontinuitas inkompresibel.

Q = ∫u dA = tetap … (m3/s)

Keterangan :    Q         : Debit

A  : Luas penampang

u   : laju aliran fluida

Boundary layer ini akan meluas selama profil berkembang karena dipengaruhi oleh celah viskos. Di dalam boundary layer ini mempunyai jenis aliran bergolak (aliran turbulen). Lapisan akan hilang apabila profil telah berkembang penuh. Sedankan core flow merupakan aliran fluida saat memasuki pipa yang terdapat dalam boundary layer.  Aliran ini akan hilang saat aliran berkembang penuh dan aliran akan menjadi seragam.

Pada jarak tertentu dari lubang masuk, lapisan batas ini akan mengumpul dan aliran yang encer akan hilang. Aliran pipa tersebut lalu akan menjadi kentalseluruhnya dan kecepatan aksialnya menyesuaikan nilainya sampai pada x=Le. Profil kecepatan tetap, gesekan dindingnya tetap dan tekanannya menurun secara linier dengan x, baik untuk aliran berlapis maupun untuk aliran bergolak.

Tekanan akan mengalami penurunan dengan semakin jauhnya dari dinding pipa. Hal ini dipengaruhi oleh semakin berkurangnya gesekan oleh dinding ke fluida. Gesekan terbesar ada pada dinding pipa dan semakin berkurang kea rah tengah aliran.

  Persamaan Konsep Aliran Dalam Talang

Persamaan yang paling sederhana dipakai untuk menghitung

1)      laju aliran massa

Fluida pada saluran yang berpenampang A adalah  :

m  = ∫ρ.v. dA  = ρ .v. A … (kg/s)

Keterangan :

  •   ρ : massa jenis fluida
  •   A  : luas penampang (m2)
  •   v  : laju aliran fluida

2.3 Bilangan Tak berdimensi

a)   Bilangan Reynolds ( Re )

Bilangan Reynolds adalah suatu bilangan yang tak berdimensi yang menunjukkan rezim suatu aliran. Besar dari bilangan Reynold’s dapat diiitung dengan menggunakan persamaan :

Dalam aliran suatu talang, bilangan Reynolds yang terjadi adalah :

  •   0 < Re < 2300             : aliran laminer
  •   2300 < Re < 4000       : aliran transisi
  •   Re > 4000                   : aliran turbulen

Jenis-jenis aliran berdasarkan bilangan Reynold spesifik adalah :

  •  0 < Re < 1                      : Gerak merayap, berlapis yang sangat kental
  •  1 < Re < 100                 : Berlapis tergantung pada bilangan Reynold
  • 102 <  Re < 103            : Berlapis, teori lapisan batas terpakai
  •  103 < Re < 104             : Transisi ke aliran bergolak
  •  104 < Re < 105             : Bergolak agak tergantung pada bilangan Reynold
  •             105 < Re < ∞               : Bergolak tergantung pada bilangan Reynold

b) Bilangan Mach ( Ma )

Bilangan Mach adalah bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan kecepatan aliran suatu fluida dengan kecepatan suara.

Bilangan Mach merupakan parameter yang dominan dalam analisis aliran termampatkan, dengan pengaruh yang berbeda tergantung pada besarannya. Para ahli aerodinamik secara khusus membuat perbedaan pada berbagai rentang bilangan Mach dan diklasifikasikan atas :

  • 0 < Ma < 0,3      aliran tak termampatkan, pengaruh kerapatan dapat diabaikan.
  • 0,3 < Ma < 0,8   aliran subsonik, pengaruh kerapatan penting, tetapi tidak ada gelombang kejut.
  • 0,8 < Ma < 1,2   aliran transonik, yang pertama muncul adalah gelombang kejut, pemisahan daerah supersonik dan subsonik dari aliran
  • 1,2 < Ma < 3,0   aliran supersonik, terdapat gelombang kejut, tetapi tidak ada daerah subsonik.
  • Ma > 3,0             aliran hipersonik, gelombang kejut dan aliran lainnya terutama berubah kuat.

 

                  Tabel  2.4 Harga kecepatan suara untuk atmosfer standar

Ketinggian (km) Kecepatan suara (m/s)
0 340.294
1 336.435
2 332.532
3 328.583
4 324.589
5 320.543
6 316.452
7 312.306
8 308.105
9 303.848
10 299.532
11 295.154
12 295.069
13 295.069
14 295.069
15 295.069
16 295.069
17 295.069
18 295.069
19 295.069
20 295.069

 

c)  Bilangan Strouhal (St)

Penggunaan bilangan Strouhal dimulai penelitian yang telah dijalankan untuk mengkaji geseran vorteks dalam aliran mengelilingi objek dan melalui orifis

Bilangan ini secara umum menggambarkan keefektifan rasio diameter kolom kepada amplitudo osilasi aliran. Untuk aliran tidak steady, nilai Strouhal menjadi penting dalam menentikan kadar pemisahan didalam peralatan. Terdapat tiga sistem yang boleh dicirikan oleh bilangan ini :

1)      Strouhal rendah (St< 0.01 ).

Pada keadaan ini aliran berada dalam keadaan kuasi – steady. Pada saat pemisahan, vorteks-vorteks akan muncul dan akan berkurang dengan penambahan fluks fluida.

2)      Strouhal pertengahan ( 0.01< St <0.1 ).

Pada keadaan ini terjadi pemisahan dan aliran yang random. Ukuran vorteks tidak berkurang jika fluk berkurang, dan akan semakin meningkat pada peningkatan masukan fluida.

3)      Strouhal tinggi (St > 0.1 ).

Pada keadaan ini kesan viskositas akan mendominasi aliran. Peningkatan St akan mengurangkan panjang relatif perpindahan fluida dan akhirnya perpindahan akan sangat kecil.

a)    Tekanan Dinamik

Tekanan dinamik merupakan selisih dari tekanan stagnasi dengan tekanan statik.

b)   Tenakan Statik

Tekanan static merupakan tekanan yang diukur pada bagian tepi pipa dimana kecepatannya hampir mendekati nol

c)     Tekanan Stagnasi

Tekanan stagnasi merupakan tekanan yang diukur pada saat kecepatan sama dengan nol. Hal ini dikarenakan adanya efek momentum pada permukaan tabung pitot.

Ptot = Pstatik  + ½ ρ v2

Saat kondisi stagnan, x = 0, maka

Ptot = Pstg

Pstg = Pstatik +  ½ ρ v2

Dimana  :         P + ½ρv2 + ɣ1 = konstan sepanjang garis arus

ɣ1    = tekanan hidrostatik

½ ρ v2 = tekanan dinamik

Asumsi : z1 = z1 maka  P2 = P + ½ρv2

Dengan demikian tekanan pada titik stagnasi ialah besar dari tekanan P1 sebesar tekanan dinamik ½ ρ v2.

P + ½ρv2 + ɣ2 = konstan

Dimana            : P        = tekanan static

Ρ        = massa jenis fluida

ɣ        = berat jenis fluida

v        = kecepatan fluida

Persamaan di atas menyatakan bahwa tekanan total dari fluida pada titik yang satu dengan yang lainnya adalah konstan. Jika kecepatannya meningkat maka tekanan statiknya kan mengecil untuk menjaga nilainya konstan. Berdasarkan persamaan diatas dapat diketahui bahwa tekanan diatas dipengaruhi oleh tekanan static fluida, kecepatan aliran, jenis fluida dan juga ketinggian permukaan fluida.

Tekanan static merupakan tekanan termodinamik actual dari fluida pada suatu titik yang diukur dengan mengkondisikan bahwa fluida pada titik itu statis relative terhadap pergerakan fluida yang terjadi pada persamaan Bernoulli, tekanan static ini dinotasikan dengan P.

2.5 Tabung pitot

Tabung pitot merupakan sebuah tabung tipis yang sering d pasang di sebuah talang atau pipa yang panjang. Tabung Pitot atau sering disebut pipa pitot ini merupakan suatu peralatan yang dapat dikembangkan sebagai pengukur kecepatan fluida dengan memanfaatkan  perbedaan tekanan. Tabung ini mempunyai lubang pada sisi dinding untuk mengukur tekanan statik Ps dalam gerakan aliran dan sebuah lubang di depannya untuk mengukur tekanan stagnasi Po, dimana alirannya diturunkan hingga mempunyai kecepatan nol. Untuk mengukur Po dan Ps secara terpisah digunakan manometer. Prinsip kerja manometer ditunjukkan pada gambar 2.6 sedangkan untuk aplikasiny ditunjukkan pada gambar 2.7.

2.5 Teori Dasar Alat Ukur

a)      Tabung Pitot

Tabung pitot merupakan sebuah tabung tipis yang diletakkan pada suatu talang. Fungsi dari tabung ini ialah untuk mengukur tekanan pada sebuah talang. Tabung pitot yang digunakan pada percobaan ini ialah tabung pitot sederhana. Gambar tabung pitot sederhana ditunjukkan pada gambar 2.10.

b)      Manometer

Suatu lajur yang terdiri dari satu atau lebih  zat cair atau gas yang stati  dapat di pakai  atau digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di perbedaan tekanan antara dua titik. Manometer adalah alat yang dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Versi manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U yang diisi cairan setengahnya biasanya berisi minyak, air atau air raksa dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang mungkin terjadi karena atmosfir) diterapan pada tabung yang lainnya. Gambar tabung pitot yang digunakan ditunjukkan pada gambar 2.11.

c)      Piezometer

Piezometer adalah suatu pipa dengan diameter kecil yang digunakan untuk mengukur hidrolik head pada air dasar mata air. Seperti manometer, piezometer juga digunakan untuk mengukur tekanan pada aliran suatu fluida di lokasi atau tempat khusus pada suatu lajur. Penggunaan piezometer sangat sederhana, namun tidak dapat memberikan informasi pada aliran vertikal(vertical flows). Masalah utama pada piezometer adalah waktu respon yang lambat antara variasi level piezometrik. Piezometer yang digunakan ditunjukkan pada gambar 2.12
Image

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s