Teori Dasar Aliran Fluida

1.  Kesetimbangan Massa

Prinsip dasar untuk memahami aliran fluida adalah Hukum Kesetimbangan

Massa, yaitu massa partikel pada suatu sistem akan tetap terhadap waktu.

Persamaan:

  2.1
Dimana  :
dm = laju perubahan massadt = perubahan waktu

Pengaplikasiannya pada sistem ventilasi industri, aliran udara dalam jaringan duct dapat dianggap satu dimensi jika variable-variabel pada penampang melintang duct tersebut adalah rata-rata (Buonicore & Davis,1992). Persamaan sederhana untuk sembarang dua titik dalam sistem fluida berdasarkan aliran termampatkan satu dimensi dengan hanya satu lubang masuk dan satu lubang keluar adalah :

rg1.A1.ng1 = rg2 . A2 . ng2

2.2

Dimana :

rg1,2 = densitas gas di titik 1 dan 2 (lbm/ft3)

A1,2  = luas penampang duct di titik 1 dan 2 (ft2)

ng1,2  = kecepatan gas rata-rata di titik 1 dan 2 (fpm)

 Gambar 2.1 Penampang saluran

             Penerapan yang dominan dilakukan pada sistem ventilasi industri adalah tekanan absolut relatif konstan dan oleh karenanya, densitas gas atau udara menjadi relatif konstan atau rg1 = rg2 = konstan.

Akibatnya persamaan menjadi:

A1.ng1 = A2 . ng2

2.3

Sementara

Qg = A . ng

Qg1  = Qg2

2.4

2.  Kesetimbangan Energi

Bernoulli mengembangkan persamaan energi umum yang menghubungkan energi kinetik, energi potensial, dan energi aliran. Persamaan umum ini dapat disederhanakan untuk kasus aliran steady dari fluida tak termampatkan dan tanpa gesekan.

 

2.5

Dimana :

n1,2 = Kecepatan aliran fluida di 1 dan 2 (fpm)

g = Percepatan gravitasi (ft/s2)

P1,2 = Tekanan absolut di titik 1 dan 2 (lb/ft2)

g = Berat spesifik ( lbf/ft3)

z1,2 = Ketinggian di atas datum di titik 1 dan 2 (ft)

Setiap variable energi di atas dinyatakan dalam satuan ft/m kolom air

Pada fluida sebab terjadi kehilangan tekanan sepanjang duct disebabkan akibat faktor gesekan (friction loss) maupun kehilangan akibat turbulensi (turbulent loss) sehingga persamaan diatas ditambahkan faktor losses ini menjadi:

 

2.6

Kehilangan energi, baik itu kehilangan tekanan akibat gesekan maupun kehilangan tekan akibat turbulensi selalu terjadi pada aliran udara di dalam sistem ventilasi. Kehilangan tekanan akibat gesekan terjadi pada titik pergerakan antara partikel fluida dengan boundary level sepanjang dinding duct. Kehilangan tekan akibat turbulensi terjadi sebagai akibat perubahan kecepatan atau arah aliran udara di dalam duct. Pendesainan sistem ventilasi membutuhkan besarnya kehilangan tekanan energi total sepanjang sistem.

3.  Tekanan (Total, statis, dan kecepatan)

Tekanan total menggambarkan energi yang dibutuhkan untuk memulai dan menjaga aliran udara agar tetap bergerak sepanjang duct. Tekanan total merupakan jumlah dari tekanan statis dan tekanan kecepatan, yaitu:

TP = SP + VP

2.7

Dimana:

TP = tekanan total (inci H2O)

SP = tekanan statis (inci H2O)

VP = tekanan kesepatan (inci H2O)

Tekanan statis disebut juga tekanan gesekan atau tahanan, tekanan ini bisa bernilai positif maupun negatif. Tekanan ini merupakan tekanan potensial yang dimiliki fluida dan mempunyai kecenderungan untuk mengembangkan (expanding) atau menciutkan (compressing) fluida tersebut. Nilai tekanan statis tetap ada meskipun tidak ada pergesekan udara.

Tekanan statis menentukan besarnya kecepatan udara awal dan besarnya tekanan minimal yang diperlukan untuk mengatasi hambatan aliran udara akibat gesekan antara partikel di udara itu sendiri ataupun gesekan antara udara dengan permukaan duct serta turbulensinya.

Tekanan kecepatan merupakan tekanan kinetik pada arah aliran, yang menyebabkan fluida dapat mengalir pada kecepatan yang diinginkan. Tekanan ini hanya ada jika terdapat pergerakan udara dan resultan gayanya searah dengan kecepatan sehingga nilainya selalu positif. Bernoulli menemukan hubungan antara kecepatan udara dan kehilangan tekanan, yaitu:

 

2.8

Dimana :

Hl = kehilangan tekanan (ft)

ng = kecepatan gas (ft/s)

g = percepatan gravitasi (ft/s2)

Persamaan tersebut dapat dikonversikan menjadi :

 

2.9

Dimana :

VP = Tekanan kecepatan (inci H2O)

ng = Kecepatan gas (fpm)

 
🙂

Advertisements

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