jwb latihan soal aliran fluida
TRANSCRIPT
Latihan Soal Aliran Fluida
1. Tabung dengan ukuran diameter 20 cm dan panjang 30 m digunakan untuk mengukur viskositas suatu fluida Newtonian. Fluida dipompakan dengan laju 20 kg/s. Tekanan yang terbaca di bagian ujung hulu (upstream) dan hilir (downstream) berturut-turut adalah 130 kPa dan 120 kPa. Tentukan berapa viskositas fluida tersebut. Diketahui densitas fluida = 1000 kg/m3Jawab: Silakan dihitung sendiri, dengan rumus:
2. Suatu bahan pangan berbentuk fluida dianalisis karakteristik reologinya dengan menggunakan viscometer rotasional. Rotary viscometer yang digunakan memiliki konstanta spindle silinder dengan 7187 dyne/cm pada skala penuh. Spindle (diameter 1 cm, panjang 6 cm) dimasukkan ke dalam thermo jacket housing (dimater dalam 1.5 cm). Hasil viscometer indicator reading (% full scale) adalah sbb:
N (rpm) Viscometer indicator reading (% full scale)2 48 2310 2818 4822 96
Berdasarkan pada analisis Anda, bagaimana karakteristik fluida tersebut?
Jawab:Buat plot ln w vs ln w
N.N. rpmrpm
TorsiTorsi terbacaterbaca(%FS)(%FS)
ww(1/s)(1/s)
ww(dyne/cm(dyne/cm22))
LnLnww Ln Ln ww
2 0.04 0.42 30.5 -0.38 1.488 0.23 1.68 175.39 0.23 2.2410 0.28 2.09 213.53 0.32 2.3318 0.48 3.77 366.03 0.58 2.5622 0.96 4.61 732.06 0.66 2.86
Ingat : w = K(w)n ln w = ln K + n ln(w) cari persamaan garis lurus ln w vs ln w
kemiringan = nintersep = ln K
A = 1.94 à log K = 1.94 à K = 87B = 1.24 à n > 1 à Fluida Non Newtonian
3. Dengan menggunakan viskometer tabung, seorang mahasiswa ITP melakukan karakterisasi reologi produk baru berupa emulsi sebagai tugas akhirnya. Tabung yang digunakan mempunyai diameter 2 cm dan panjang 30 cm, dan data yang diperoleh adalah sbb:
P (Pa) Volumetrik flow rate (cm3/s)
10.012.515.017.520.0
1.251.551.802.052.55
Berdasarkan pada analisis Anda, bagaimana karakteristik reologi produk emulsi tersebut?
Jawab:Dik: D = 2 cm = 2 x 10-2 = 0.02 mL = 30 cm = 0.3 m = o + k n à o ~ 0
Linearisasi : log o = n . log + log k w = PR / 2 L = 0.0167 P Pa/m2
w = 8 V/D à V = Q/(/4 x D2) = 3184.7 Q m/sw = 8 V/D = 8 (3184.7 Q) / (0.02) = 1273880 Q P (Pa) w Q (m3/s) w Log w
(sb y)Log w
(sb x)10.012.515.017.520.0
0.1670.2090.2510.2920.334
1.25 x 10-61.55 x 10-61.80 x 10-62.05 x 10-62.55 x 10-6
1.5921.9742.2932.6123.248
-0.777-0.680-0.600-0.535-0.476
0.2020.2950.3600.4170.512
Buat dalam persamaan Linier:Log w = n log w + log kà n dalam kalkulator = 1.0004648Log w = 1.000 log w - 0.971n = 1.000 à Fluida NewtonianLog k = -0.971K = 0.107 = kn
à = 0.107 PaS
Latihan Soal Transportasi Fluida
4. Susu dengan viskositas 2 cP dan densitas 1.01 g/cm3 dipompa melalui pipa sanitari lurus berukuran 1-in (nominal) dan panjang 1 feet dengan debit aliran 3 gal/menit. Hitunglah pressure drop (P) dari sistem pemompaan tersebut!.
Jawab:Dari Tabel tentang ukuran pipa, 1-in (nominal), maka ID = 0,02291 mL = 1 ft(0.3048) m/ft = 0.3048 m.
Karena Re>2100 à aliran bersifat turbulen. nilai f, dengan Re<104 dan pipa sanitari dianggap halus (tanpa hambatan).
f = 0,193(Re)-035 = 0,193(5310)-0.35=0,0095.
Nilai P dihitung sbb:
5. Saus tomat dipompa melalui sanitary pipe berdimensi 1-in (nominal) dengan flow rate 5 gal/menit. Hitunglah pressure drop (P) per meter panjang pipa! Saus tomat memiliki indeks tingkah laku aliran (n) 0.45, koefisien kekentalan (K) 125 dyne-secn/cm2 dan densitas 1,13 g/cm3.
Jawab:
Dik: Fluida bersifat non-Newtonian pseudoplastik
Konversi data yang ada ke satuan SI.Dari Tabel Ukuran pipa, D=0.02291 m; R=0.01146 mn = 0,45 (tanpa dimensi)
L = 1 m
Karena fluida non-Newtonian, Re dihitung dengan persamaan sbb:
(laminar)
Untuk aliran laminar, P dihitung sbb, dimana f=16/Re
6. Pipa dengan ID 3 cm digunakan untuk memompakan bahan pangan berbentuk emulsi (densitas 1040 kg/m3, viskositas 1600 x 10-6 Pa.s) ke dalam tangki (diameter 1.5 m dan tinggi 3 m). Diketahui bahwa bahan tersebut akan rusak (mengalami pemisahan emulsi) jika dialirkan secara turbulen. Ditanyakan, berapa waktu tercepat yang bisa digunakan untuk mengisi penuh tangki dengan bahan pangan tersebut?
Jawab:Diketahui :
ID pipa = 3 cm r = 1040 kg/m3 m = 1600 x 10-6 Pa.s D tangki = 1.5 m h tangki = 3 m
Ditanyakan:t untuk mengisi penuh tangki secara laminer.
Jawab:
Re = 2100 = D V/ = (1040 kg/m3 x 0.03 m x V) / 1600 x 10-6 Pa.s
V = 0.10769 m / sQ = V x A = V x ( x D 2/4 ) = (0.10769 m/s) x (3.14 x 0.03 m2/4) = 7.61 x 10-5 m3 /s
Volume tangki = ( x D tangki 2/4 ) x h = (3.14 x 1.52/4) x 3.0 m = 5.298 m3
t = volume tangki / Q = 5.298 m3 / 7.61 x 10-5 m3/s = 19.3 jam
7. Hitunglah total ekuivalen panjang pipa besi 1 in yang akan menghasikan perbedaan tekanan 70 kPa untuk fluida yang mempunyai Q = 50 l/min, r = 988 kg/m3 dan m = 2 cp. Pipa yang digunakan jenis wrought pipe (kasar). Gunakan Diagram Moody.
Diketahui ID (1 in) = 0.026644 mQ = 50 l/min = 50 l/min x 1/60 min/s x 10-3 m3/l = 8.33 x 10-4 m3/sm = 2 cp= 2 x 10 -3 Pa.s r = 988 kg/m3 Pipa jenis wrought iron pipe 1 inDP = 70 kPa = 70000 Pa
Gunakan Pers. FanningDP /L = 2 V2 fr / DL = DP x D / 2 V2 fr V diperoleh dari QV = Q/A = Q / ¼ pD2 = (8.33 x 10-4)/ (1/4 (3.14)(0.026644)2) = 1.495
Tentukan: aliran turbulen atau laminar?
Hitung nilai Re
Re = rDV / m = (988)(0.02664) (1.495) / (2 x 10-3) = 19681.5
Karena Re > 2100 à Aliran turbulen Tentukan nilai f à Gunakan Diagram Moody
Re = 19681.5e untuk wrought iron = 45.7 x 10-6
e/D = 1.7152 x 10-3 = 0.0017152Sehingga dari Diagram Moody diperoleh:f = 0.0075
Gunakan Pers. FanningL = (DP x D) / (2 V2 fr) = (70000 x 0.0254) / (2 x 0.0059x1.6442x 988) = 56.3 m