Kuliah 3 Mekflu

Neraca Massa dan Neraca
Energi pada Sistem Perpipaan

Retno Sulistyo DL
Learning Outcome
Mahasiswa diharapkan dapat :
Menyusun neraca massa dan neraca
energiuntuk dasar-dasar mekanika fluida
Menentukan penurunan tekanan karena
friksi
Menentukan panjang ekivalen pipa
Merancang sistem perpipaan sederhana
Neraca Massa
Berdasarkan Hukum Kekekalan Massa, yaitu
massa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dimusnahkan
Kecepatan massa masuk kecepatan massa
keluar kecepatan perubahan massa +
kecepatan pembentukan massa = kecepatan
akumulasi massa
cepatan massa fluida masuk = kecepatan massa fluida kelua
Persamaan-persamaan untuk laju alir

1. Laju alir volume
Q = V x A ; m3/s, ft3/s
2. Laju alir massa (m)
m = Q x = V x A x ; kg/s, lb/s
3. Laju alir fluks massa (G)
G = V x ; kg/m2.s
Aliran fluida dalam pipa

Aliran fluida dalam pipa lurus
cepatan massa fluida masuk = kecepatan massa fluida kelua

m1 = m 2
(1)
1A1v1 = 2A2v2
(2)
Persamaan (2) disebut dengan Persamaan
Kontinuitas.
Untuk jenis fluida yang sama ( 1 = 2) dan untuk
ukuran pipa yang sama (A1 = A2), persamaan (2)
dapat dituliskan sebagai
v1 = v2
(3)
Aliran fluida dalam pipa

2
Aliran fluida dalam pipa dengan percabangan

1
Berdasarkan persamaan neraca

massa dapat dituliskan persamaan
sebagai berikut :
m1 = m 2 + m 3
(4)
1A1v1 = 2A2v2 + 3A3v3
(5)
Untuk jenis dan sifat cairan yg tetap,
A1v1 = A2v2 + A3v3
(6)
Contoh soal
1. Crude oil dengan spesific gravity 0,887 mengalir
melalui pipa baja A, NPS 2 inci dengan Sch. No.
40, pipa B dengan NPS 3 inci Sch. No.40, dan
pipa C dan D masing-masing mempunyai
diameter sama 1 inci Sch. No. 40 dan jumlah
massa yang mengalir dalam pipa C dan D
masing-masing sama. Jumlah massa yang
mengalir pada pipa A sebesar 30 gal/menit.
Tentukan kecepatan aliran massa dan kecepatan
linier pada masing-masing pipa !!
2. Suatu fluida, = 892 kg/m3mengalir dalam
sistem pemipaan seperti terlihat pada gambar
3
berikut,masuk ke bagian 1 dengan kecepatan
1 inci
1
1,388.10-3 m3/s. Jika aliran fluida dibagi sama dan
2 inci
pipa yang digunakan pipa baja, tentukan :
1 inci 3
a. Kecepatan massa di pipa 1 dan pipa 3
b. Kecepatan rata-rata di pipa 1 dan pipa 3
Neraca Energi
Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi, yaitu
energi tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan tetapi hanya berubah dari
suatu bentuk energi ke bentuk lainnya atau
dipindahkan dari suatu obyek ke obyek
lainnya.
Bentuk energi dalam aliran

fluida
1. Energi yang dibawa oleh fluida :
Energi dalam (U), sifat dasar fluida karena gerakan
molekul fluida : jumlah tenaga mekanis dari
molekul2, tidak tergantung posisi atau kecepatan
alirnya
Energi potensial (mgz), energi yang dimiliki fluida
karena elevasinya
Energi kinetik (mv2), energi yang dimiliki fluida
karena gerakannya.
Energi tekanan (PV), kerja lingkungan yang
mendorong fluida masuk ke sistem atau keluar dari
sistem
2. Energi yang dipindahkan antara fluida dengan
lingkungan
Kerja poros (w)
Energi panas (q)
Neraca energi pada keadaan steady state

Energi masuk = energi keluar
2
V
V
U1 P1 V1 1 g z1 Q U 2 P2 V2 2 g z2 Ws F
2
2
1. Untuk fluida yang dipengaruhi temperatur

dan tidak ada gesekan, f = 0
2. Untuk fluida yang tidak dipengaruhi
temperatur dan tidak ada faktor gesekan
3. Untuk friction loss/faktor gesekan
diperhitungkan
Persamaan Bernoulli
P1 v12
P2 v22
z1 F Ws
z2
g 2 g
g 2 g
P2 P1 v22 v12
Ws
z 2 z1
g
2g
-Ws = Head, yaitu tinggi kolom cairan yang
ekivalen dengan perbedaan energi
Satuan = ft.lbf/lbm = ft
J/N = m
Contoh soal
Example 2.7-2 hal. 66
Daya Motor (Daya Fluida)

Untuk memberikan kerja pada fluida kita selalu
memakai pompa, dan biasanya kerja oleh
pompa ini disebut dengan power (kecepatan
melakukan kerja).
Daya fluida (power)
Wp = Ws x m = J/kg x kg/s = Watt
BHP (Break Horse Power) = Tenaga
Pemompaan
Daya Fluida
BHP
efisiensi
BHP
Ws m
Contoh soal
= 1 = Aliran Turbulen
= 114.8 lbm/ft
f = 10 ft lbf/lbm
g = 32.174 ft/dt
= 65%
Q = 69.1 gal/mnt
gc = 32.174 lbm ft/dt
Hitung :
a. Berapa daya pompa ???
b. Berapa tekanan di titik 3 dan 4
Dik :
Contoh soal
Sebuah pompa mengalirkan cairan dengan =
1.2 gr/cc dari suatu tangki ke tempat lain
dengan laju alir 0.2 m/menit. Pada
pemompaan ini memberi tinggi tekan / head
sebesar 15 m. Apabila kecepatan gravitasi 9.8
m/dt dan efisiensi pompa 80%. Hitung BHP
daya yang diberikan kepada pompa.
Kehilangan energi pada sistem

perpipaan
Friksi dalam pipa terjadi karena adanya

gesekan/hambatan alir. Komponen-komponen
penyebab friksi adalah :
Gesekan dalam pipa lurus
Adanya fitting dan valve : elbow, tee, return
bend, gate valve, globe valve, check valve
Adanya perubahan penampang secara
mendadak (pembesaran / pengecilan)
Gesekan pada pipa
BAHAN
(m)
Baja Komersial
4.6 x 10-5
Besi Tuang
2.6 x 10-4
Galvanize Iron
1.5 x 10-4
Tembaga
1.5 x 10-6
Gelas, plastik
Smooth Pipe
Persamaan umum yang biasa digunakan untuk

menggambarkan hilang energi karena gesekan adalah
Persamaan Fanning
L
Pf 4 f '
V2
Pf
L
F
4 f '
D
L
F 4 f '
V2
2
gc
V2
Joule
lbf . ft
kg
lbm
Untuk aliran laminer, f 16

N Re
Untuk aliran turbulen, f bergantung pada bilangan
Reynolds dan kekasaran pipa. Lihat Moody chart
(Geankoplis hal. 94)
Moodys chart
Hilang energi akibat valve dan fitting
Hilang energi akibat kontraksi
Hilang energi akibat ekspansi
Sehingga total faktor gesekan :

L
F 4 f
V2
V2
V2
V2
kf
kc
ke
2
2
2
2
Dik :
Tangki berisi air pada T = 82.2 C
Bahan pipa = commercial steel pipe schedule 40
air
lbm 3
gr
lbm
ft
0.97
62.43
60.52 3
cc
ft
1 gr
cc
0.347 cp 0.347 cp 6.7197 104 lbm
Hitung Head !
ft s
2.33 104 lbm
ft s
Panjang ekivalen
Panjang ekivalen (Le) suatu fitting yaitu besarnya

gesekan yang terjadi pada fitting tersebut bila
dibandingkan dengangesekan yang terjadi pada
pipa lurus.
Sehingga total panjang ekivalen dinyatakan dngan
L L pipa lurus Le fitting
persamaan
:
Le untuk fitting dapat ditentukan dengan
menggunakan
Grafik2 127 Brown.
L Le V
F 4head
f ' untuk
panjang
Friction
ekivalen dinyatakan dg
D
2
persamaan :
Contoh soal
1. Air limbah dengan kecepatan rata-rata 200 m3/jam akan

dialirkan dari kolam penampung ke puncak tangki. Beda
tinggi dari permukaan air di kolam dengan outlet pipa di
puncak tangki 10 m, sementara panjang total pipa 40m.
Fitting pipa yang digunakan adalah 8 elbow dan 4 gate valve
(anggap fully open). Tentukan diameter pipa dalam inci, bila
kecepatan alirnya 2 m/s. Serta tentukan head pompa dan
daya pompanya !
2. Metanol 90% berat (anggap = 0,8 g/cc, = 0,7 cp) dipompa
dari tangki penyimpan ke bagian proses dengan
menggunakan pipa standar iron yang panjangnya 1450 ft.
Fitting yg ada meliputi 15 elbow, 5 gate valve, 6 tee. Jika
tangki proses berada 22 ft diatas tangki penyimpan dan
metanol yg harus dialirkan sebanyak 20 gpm. Tentukan
ukuran pipa yg harus dipasang
TUGAS
Tugas Kelompok 1
Mengalirkan air dari sumber air di puncak bukit
Kelompok 2
Kelompok 3 :
Klasifikasi pompa Positive Displacement beserta cara kerja dan kegunaannya
Kelompok 4 :
Klasifikasi pompa Sentrifugal beserta cara kerja dan kegunaannya
Kelompok 5 :
Klasifikasi kompresor beserta cara kerjaya
Kelompok 6 :

Kuliah 3 Mekflu

Diunggah oleh

Hak Cipta:

Format Tersedia

Kuliah 3 Mekflu

Diunggah oleh

Informasi Dokumen

Deskripsi Asli:

Judul Asli

Hak Cipta

Format Tersedia

Bagikan dokumen Ini

Bagikan atau Tanam Dokumen

Opsi Berbagi

Apakah menurut Anda dokumen ini bermanfaat?

Apakah konten ini tidak pantas?

Hak Cipta:

Format Tersedia

Kuliah 3 Mekflu

Diunggah oleh

Hak Cipta:

Format Tersedia

Neraca Massa dan Neraca

Energi pada Sistem Perpipaan

cepatan massa fluida masuk = kecepatan massa fluida kelua

Persamaan-persamaan untuk laju alir

Aliran fluida dalam pipa

cepatan massa fluida masuk = kecepatan massa fluida kelua

Aliran fluida dalam pipa

Aliran fluida dalam pipa dengan percabangan

Berdasarkan persamaan neraca

Bentuk energi dalam aliran

Neraca energi pada keadaan steady state

1. Untuk fluida yang dipengaruhi temperatur

Daya Motor (Daya Fluida)

Kehilangan energi pada sistem

Friksi dalam pipa terjadi karena adanya

Gesekan pada pipa

Persamaan umum yang biasa digunakan untuk

Untuk aliran laminer, f 16

Hilang energi akibat valve dan fitting

Hilang energi akibat kontraksi

Hilang energi akibat ekspansi

Sehingga total faktor gesekan :

0.347 cp 0.347 cp 6.7197 104 lbm

2.33 104 lbm

Panjang ekivalen (Le) suatu fitting yaitu besarnya

1. Air limbah dengan kecepatan rata-rata 200 m3/jam akan

Anda mungkin juga menyukai