No title

Prinsip Teknik Pangan/

TRANSPORTASI FLUIDA

b

L t Lecture Note N t Principles of Food Engineering (ITP 330) Dosen : Prof. Dr Dr.. Purwiyatno Hariyadi, Hariyadi, MSc Dept of Food Science & Technology Faculty of Agricultural Technology Bogor Agricultural University BOGOR

TRANSPORTASI FLUIDA di INDUSTRI PANGAN

Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB

Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB Transportasi Fluida

1


Sistim pipa dlm transportasi fluida Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB

Sistim pipa dlm transportasi fluida Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


2





3


ALIRAN FLUIDA : Transportasi Fluida 1.

V=

(P1 - P2) 4Lμ 4L μ

(R2 - r2) =

ΔP 4lμ 4l μ

(R2 - r2)

ΔPR2 (P1 - P2) 2 2.. V = (R ) = max 4lμ 4l μ 4Lμ 4L μ r = R, V = 0 r = 0, V = Vmax

Hal tsb dipengaruhi oleh : Bil Reynold ρ Dv Re = η

3…

ΔPπR4 Q= 8Lμ 8L μ

Re < 2100 laminar Re > 2100 turbulen

dimensionless


FLOW THROUGH TUBE

Q: Why are the thick shake straws larger than ordinary straws?

A: Because the flow rate inversely proportional to μ But, Q depends on R4 power. ……………>

Have to increase R slightly to get same flow rate for highly viscous shake Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB


4


Aliran laminar : ………… Re < 2100 STREAMLINE /garis arus Semua partikel yang memulai aliran di titik “A” akan mengikuti jejak yang sama, melalui B dan akhirnya C Jejak “streamline”

B

C

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

A Arah kecepatan partikel ditunjukkan oleh tangent pada titik ttt

Jarak antar ”streamlines” memberikan indikasi ttg kecepatan fluida pada berbagai titik


Aliran trubulen …. Re > 2100 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 : > 1 komponen kecepatan

ARAH ALIRAN



5


Bilangan Reynold : DV Re= ρ μ

sangat berpengaruh pada faktor gesekan

Re < 2100 : laminar Re > 2100 : turbulen

Hubungan ΔP, P v dan μ du diperoleh secara empiris (dengan menggunakan chart faktor gesekan). dimana: F = A (KE) f A = Area (KE) = Energi kinetik f = Faktor gesekan


APLIKASI…2 : FALLING BALL VISCOMETER (1)

Sebuah bola yang bergerak dalam medium yang kental mengalami tahanan; yang besarnya berbanding dengan : • kecepatan • ukuran (jari(jari-jari) • viskositas medium

Fv = 6πη 6πηvR vR

Stoke’s law • applies only for streamline conditions and when boundary layer stays intact (no slipping between liquid and sphere

Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


6


FALLING BALL VISCOMETER 2 : Terminal Velocity Jika bola dijatuhkan kedalam medium kental, kental akan mengalami percepatan (gravitasi) sampai tahanan krn kekentalan (viscous resistive force) force) dan daya ambang keatas sama dengan gaya berat= lurus beraturan

Gaya ini meningkat dengan meningkatnya kecepatan

kecapatan terminal

4 π R3ρ g = 4 πR3ρ g + 6π μ Rv l t s 3 3

Fb Berat bola

Fv

bouyancy force

viscous force

Densitas bola Jari--jari bola Jari

Densitas fluida ⎛

⎞

2R2 g ⎜⎜ ρs - ρ ⎟⎟ ⎝ l⎠ v = t 9μ mg

Kecepatan terminal

Viscositas fluida


DASAR TRANSPORTASI FLUIDA 1. Transportasi dalam bentuk fluida ...........> proses efisien ...........> fluidisasi 2. Dasar perhitungan transportasi fluida : ...........> Kesetimbangan Massa ...........> Kesetimbangan Momentum ...........> Kesetimbangan Energi = Bernoulli’s Eq.



7


EQUATION OF CONTINUITY : Conservation of mass …1 Consider the flow of fluid through a tube of varying cross cross--section P2 P1

A2 Mass of fluid passing point P2 during time interval Δt is: δ m 2 = ρA 2v 2Δt

A1

Mass of fluid passing point P1 during time interval ΔΔt is: Δ V1 is the volume of fluid that passes P1 during Δt

δ m1 = ρΔV1 = ρ (A 1v 1Δt )

Δ Volume = crosscross-sectional area x Δ distance = cross cross--sectional area x velocity x Δ distance Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB

EQUATION OF CONTINUITY : Conservation of mass …2 Fluid is incompressibble (ρ (ρ1 = ρ2), and no fluid leaks out or is added through the walls of the pipe (δ (δm1 = δm2) and thus: ρA1 v1Δ t = ρA2 v2Δ t A1 v1 = A2v2

Equation of continuity

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

dV dt

m3 sec

Q 1 = Q2 Volume flow rate is constant (for incompressibel fluids)



8


P2

A2

P1

Kesetimbangan Momentum

A1

. . M1=M2 Momentum = M = [=]

masa x kecepatan aliran mxv kg.m.s-1

Laju aliran momentum . M

= =

laju aliran masa x kecepatan . m xv

[=]

(kg.s-1)(ms-1) = kg.m.s-2

. . M = mv = qρ qρv Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB

P2

Kesetimbangan Energi. Persamaan Bernoulli

ρ ΔP ρ

P1 A1

Umum: ΔP

A2

⎛ KE ⎞ ⎟⎟ + w + Ef = g Δ h + Δ ⎜⎜ ⎝ ρ ⎠

: Δ energi potensial karena adanya ΔP; perb. tekanan

gΔh : Δ energi potensial karena adanya Δh; perb. elevasi/ketinggian ⎛ KE ⎞ ⎟⎟ Δ ⎜⎜ ⎝ ρ ⎠

: Δ energi kinetik

W: kerja pompa Ef: kehilangan energi krn gesekan



9


Energy terms Involved in the Mechanical Energy Balance For Fluid Flow in a Piping System, the formula for calculating them, and their unit ...... Formula (basis ( : 1 kg) g)

............. Unit

- pressure ..... m(P/ρ m(P/ρ) - elevation ............ mgh

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

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

• Kinetic E ...... (1/2)mv2

.......... (1/2)v2

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

• Work (Pump input) ................. W

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

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

•Frictional Resistance ... (mΔ (mΔ Pf)/ )/ρ ρ

......... Δ Pf/ρ

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

Energy Term ...... Formula • Potential E


ΔP

Kesetimbangan Energi. Persamaan Bernoulli Δ(EK/ (EK/ρ ρ) = d

α v2 2

..........>

ρ

⎛ EK ⎞ = g Δ h + Δ ⎜⎜ ⎟⎟ + w + Ef ⎝ ρ ⎠

= f(n,Re)

Laminar

Turbulen

N = 1, Newtonian

V2 , α = 1

V2 , α = 2 2

N=1 1, Non Non--Newtonian

V2 α

V2 2

α =

2 (2 n + 1 ) (5 n + 3 ) 2 3 (3 n + 1 )



10


Kesetimbangan Energi. Persamaan Bernoulli ΔP ρ

⎛ KE ⎞ = g Δ h + Δ ⎜⎜ ⎟⎟ + w + Ef ⎝ ρ ⎠

P1 + ρ h1 ρ

+

v1 + W 2

=

P2 + ρ h2 ρ

+

v2 ΔP + 2 ρ

f

Tahanan krn gesekan?? Ef1 : tahanan karena pipa lurus Ef2 : tahanan karena penyempitan pipa Ef3 : tahanan karena ekspansi pipa Ef4 : tahanan karena sambungan/fitting & valve Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB

Tahanan krn Gesekan (Frictional Resistance) Resistance)

1

Pipa Lurus

Aliran fluida dalam pipa selalu diikuti dengan penurunan tekanan (pressure drop = Δ P) : ..............> karena adanya tahanan gesek (pipa + fluida) ..............> besarnya Δ P = f(sifat fluida, dimensi pipa) ..............> perlu energi untuk menyebabkan aliran ..............> pompa?



11



1

Pipa Lurus

Untuk Fluida Newtonian : Persamaan Posieuille

ΔP L

=

32 vμ D2

Pers Fanning

32 v μ (ρDv)/ Dv)/μ μ ΔP . = 2 L D Re ⎛ 16 ⎞ 2⎜ ⎟ ( v ) 2( ρ ) ΔP ⎝ Re ⎠ = L D ΔP ρ

=

2f( v )2L D

Pers ttg faktor gesekan

Jadi, untuk fluida Newtonian f = 16/Re Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB

Tahanan krn Gesekan (Frictional Resistance) Resistance) Re = ρ

DV m

1

Pipa Lurus

Untuk Aliran Turbulen Sangat dipengaruhi oleh Re

Re < 2100 : laminar Re > 2100 : turbulen Hubungan Re, kekasaran permukaan pipa (e/D) dan f diperoleh secara empiris (dengan menggunakan chart faktor gesekan = diagram Moody). dimana: Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB


12


16/Re, tidak dipengaruhi oleh kekasaran pipa

k/D Relatiive Roughness,

Factor Gesekan, f

DIAGRAM MOODY


KEKASARAN RELATIF Kekasaran Relatif = k/D k = kekasaran permukaan pipa bagian dalam D = diameter dalam pipa



13




1

Pipa Lurus

Newtonian Re = NRe = ρDv/ Dv/μ μ Untuk Re < 2100

.........................................>

f = 16/Re

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

f = 0.193 ((Re))-0.35 3x103 f =0.048(Re)-0.20 104 0) .........................................> lihat diagram Moody Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB


14



1

Pipa Lurus

Non--Newtonian?? Non ⎡ v 3 n + 1⎤ = K⎢ ⎥ 2L ⎣R n ⎦

ΔPR

2LK (v )n ⎡ 3n + 1⎤ ΔP = (R )n+1 ⎢⎣ n ⎥⎦

ΔP =

Re =

n

n 8 ( v ) 2 -n ( R ) ρ

⎡ 3 n + 1⎤ K⎢ ⎣ n ⎥⎦

n

= ReGe G

Jika ReGe < 2100 : laminar .......> f = 16/Re Ge Untuk ReGe > 2100 - Pipa halus (k/D=0) .......> f = 0.193 0 35 0 193 (Re)-0.35 3x103 f =0.048(Re)-0.20 104 0) .......> lihat diagram Moody

n

2( 16 / Re )( v )2ρL 2R



D1

V1

2

Kontraksi/Penyempitan

V1 ⎛Δ P ⎞ Ef 2 = ⎜⎜ ⎟⎟ = k f α ⎝ ρ ⎠f3

2

D2

2 ⎧ D2 2 ⎛ D2 ⎞ < , untuk ⎜⎜ 0.715 ⎟⎟ ⎪ 0.4 1.25 − D1 ⎪⎪ ⎝ D1 ⎠ kf = ⎨ 2 ⎪ . ⎛⎜ ⎛ D 2 ⎞ ⎞⎟, untuk ⎛ D 2 ⎞ 2> 0.715 0 75 1 ⎜⎜ ⎟ ⎜ ⎟ − ⎪ ⎜ ⎜⎝ D1 ⎟⎠ ⎟ D1 ⎟⎠ ⎝ ⎪⎩ ⎝ ⎠



15



v1

3

Ekspansi/Pengembangan

A1

Ef 3

A2

2 V1 ⎛⎜ ⎛ A 1 ⎞ ⎛Δ P ⎞ 1- ⎜ ⎟⎟ = = ⎜⎜ ⎜ A ⎟⎟ ⎜ ρ α ⎝ ⎠f4 ⎝ ⎝ 2⎠

2

⎞ ⎟ ⎟ ⎠



4

Pipe fittings

Pipe fittings - elbows lb - tees - valves - etc

Berkontribusi pada kehilangan energi krn gesekan Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB


16



4

Pipe fittings .....2

4

Pipe fittings …..3



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

L’/D (dimensionless)

90o Elbow, std 45o Elbow, std Tee (used as coupling), brach plugged Tee (used as an elbow) entering the branch . . . Gate valve, fully open Globe valve, fully open Coupling and union

35 15 20 70

10 290 negligible



17


Stainless Steel Tubing and Pipe Diameters (all dimensions are inches) Nominal Size 1/2 3/4 1 1 1/2 2 2 1/2 3 4 6 8

Sanitary Tubing

Schedule 40 Pipe

I.D. 0.370 0 370 0.620 0.870 1.370 1.870 2.370 2.834 2 834 3.834 5.782 7.782

I.D. 0 622 0.622 0.824 1.049 1.610 2.067 2.469 3 068 3.068 4.026 6.065 7.981

O.D. 0 500 0.500 0.750 1.000 1.500 2.000 2.500 3 000 3.000 4.000 6.000 8.000

O.D. 0 840 0.840 1.050 1.315 1.900 2.375 2.875 3 500 3.500 4.500 6.625 8.625



4

Pipe fittings...... 4

Contoh : L’/D L /D untuk 90o Elbow std = 35 35. Digunakan untuk menyambung sanitary tubing dengan ukuran nominal 2 inci. Artinya ? L’/D = 35 L’ = 35D D = ??? .........> Sanitary tube 2 inci nominal : ID 1 1.870, 870 OD 2 2.000 000 L’ = 35(1.87)=65.45 Inci Jadi, 1 sambungan (90o elbow) akan memberikan tahanan yang sama besarnya dengan pipa (Sanitary tube 2 inci) lurus dgn panjang 65.45 in. Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


18



V1 ⎛Δ P ⎞ Ef 4 = ⎜⎜ ⎟⎟ = k f α ⎝ ρ ⎠f3

4

Pipe fittings...... 5

2

Kf = ditetapkan dengan percobaan Kf = 0.75 90o elbow, std o 180 bend,, close turn Kf = 1.5 gate valve, open Kf = 0.17 Globe valve, open Kf = 6.0 dll (Chem Eng Handbook, 1973) Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

SELESAI ....untuk Aliran Fluida

selamat belajar untuk UTS


19

No title

Recommend Documents