Pressure Drop Doc

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Dasar teori II.1.1 Pengertian Pressure Drop Pressure drop merupakan istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan penurunan tekanan dari satu titik didalamsistem (misalnya aliran didalam pipa) ke titik yang lain yang mempunyai tekanan lebih rendah. Pressure drop juga merupakan hasil dari gaya-gaya friksi terhadap fluida yang mengalir didalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan fluida untuk mengalir (Geankoplis C. J., 1997). Pressure drop didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara dua titik dari jaringan pembawa cairan. Pressure drop terjadi dengangesekan kekuatan, yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran, pada fluida yang mengalir melalui tabung. Penentu utama resistensi

terhadap

aliran

fluida

adalah

cairan kecepatan melalui

pipa

dan

cairan viskositas. Pressure drop meningkat sebanding dengan gesekan gaya geser dalam jaringan pipa. Sebuah jaringan pipa yang mengandung kekasaran relatif tinggi serta banyak pipa fitting dan sendi, konvergensi tabung, divergensi, ternyata, kekasaran permukaan dan sifat fisik lainnya akan mempengaruhi penurunan tekanan. Kecepatan tinggi aliran dan /atau viskositas fluida tinggi menghasilkan penurunan tekanan yang lebih besar di bagian pipa atau katup atau siku. Kecepatan rendah akan menghasilkan lebih rendah atau tidak ada penurunan tekanan (wikipedia, 2013). Suatu fluida dapat mengalir melalui pipa dengan cara yang berbeda–beda, ketika suatu fluida mengalir dalam pipa silinder dan velositasnya diukur pada jarak yang berbeda dari dinding pipa ke pusat pipa, ini telah ditunjukkan bahwa keduanya beraliran laminer dan turbulen. Dimana fluida dalam pusat itu berpindah lebih cepat daripada fluida yang dekat dengan dinding. Dalam sejumlah aplikasi teknik, hubungan antara velositas ratarata(Vav) dalam pipa dan velositas maksimum(Vmax) itu sangat bergantung, karena dalam beberapa masalah hanya Vmax pada titik pusat pipa yang diukur. Selanjutnya hanya pengukuran satu titik hubungan antara Vmax dan Vav ini dapat digunakan untuk menetapkan Vav. Velositas rata-rata itu lima kali velositas maksimum pada pusat pipa dimana ini diberikan oleh kesetimbangan momentum shell untuk aliran laminer. Sedangkan untuk aliran turbulen, velositas rata-ratanya itu delapan kali velositas maksimum. (Geankoplis C. J., 1997)

II-1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pressure drop merupakan hasil dari gaya-gaya terhadap fluida yang mengalir didalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan fluida yang mengalir.

Gambar II.1.1 Penurunan tekanan yang terjadi pada pipa Gambar diatas berdasrkan prinsip bernouli : Δ E dalam + Δ E kinetik + Δ E Potensial +ΔE tekan = 0 Persamaan pressure drop atau pressure loss karena friksi menurut hagen poiseuille untuk aliran laminar didalam pipa horizontal adalah sebagai berikut : 

Tekanan pada pipa 1



Tekanan pada pipa 2

Dimana : = perbedaan tekanan dari titik 1 ke titik 2 (N/m2) = densitas fluida (gr/ml) = gravitasi (m/s2) = ketinggian fluida h1 dan h2 (m) Ketika suatu fluida mengalir dalam pipa silinder dan velositasnya diukur pada jarak yang berbeda dari dinding pipa ke pusat pipa, ini telah ditunjukkan bahwa keduanya beraliran laminer dan turbulen. Dimana fluida dalam pusat itu berpindah lebih cepat daripada fluida yang dekat dengan dinding (Geankoplis C. J., 1997). Jika fluida mengalir dalam pipa, belokan-belokan (elbow), katup-katup (valves) dan tee, maka akan terjadi hambatan. Hambatan tersebut akan mengurangi tekanan, terutama II-2

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA disebabkan gesekan antara aliran dan dinding dalam yang dilewati fluida tersebut dan akibat terjadinya turbulensi dari fluida tersebut. Sebab-sebab terjadinya pressure drop (penurunan tekanan dalam pipa) antara lain adalah : 1. Diameter pipa yang dilewati fluida sangat kecil. 2. Suhu fluida sangat tinggi. 3. Panjang pipa yang terlalu besar. 4. Velositas massa fluida yang terlalu besar. (Geankoplis C. J., 1997)

II.1.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pressure Drop Adapun hal-hal yang mempengaruhi pressure drop (P) antara lain adalah : -

Diameter pipa (D) Semakin besar diameter pipa, maka semakin kecil penurunan tekanannya (pressure dropnya)

-

Berat molekul fluida yang mengalir (M) Semakin besar berat molekul fluida yang mengalir, maka semakin kecil presure dropnya

-

Faktor friksi (f) Semakin besar faktor friksinya, maka semakin besar pula pressure dropnya(P).

-

Panjang pipa((L) Semakin besar panjang suatu pipa, maka semakin besar pula pressure dropnya.

-

Suhu aliran (T) Semakin besar suhu suatu aliran, maka semakin besar pula pressure dropnya

-

Velositas massa aliran (G) Semakin besar velositas massa aliran suatu aliran fluida, maka semakin besar pula pressure dropnya..

Hal ini sesuai dengan rumus : (p12-p22) = 4 f

LG 2 RT DM

(Geankoplis C. J., 1997)

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS

II-3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1.3 Pengertian Friksi Gaya gesek (Friksi) adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta gas adalah gaya Stokes. (wikipedia, 2013) II.1.3.1 Friksi Pada Pipa lurus Friksi Pada Pipa lurus dan head loss Akibat adanya gesekan antar fluida dan dinding fluida dalam aliran fluida, maka akan terjadi kehilangan energy (Head loss). Head loss pada pipa horizontal dapat dihitung dengan persamaan friksi fanning berikut :

Dimana : = faktor friksi fanning = panjang pipa (m) = kecepatan aliran (m/s2) = diameter pipa (m) (Geankoplis, 1997)

Gambar II.1.2 Gambar Friksi Pada Pipa Lurus Frictional Losses in mechanical energy balance equation

II-4

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Friction loss dari gesekan pada pipa lurus (fanning friction), expansion loss, contraction loss dan kerugian dalam pemasangan sambungan dan katup semuanya dimasukkan pada persamaan F berikut :

Jika semua kecepatan v1,v2 dan v2 semuanya sama, dari persamaan diatas menjadi bentuk yang lebih sederhana yaitu :

Dimana : = jumlah friksi = perbedaan panjang pipa (Geankoplis C. J., 1997)

II.1.3.2 Friction loss pada Ekspansi, kontraksi, dan pipa sambungan Gesekan pada dinding pipa yang mengalir melalui pipa lurus dihitung dengan menggunakan factor friksi. Namun jika kecepatan fluida mengalami perubahan arah dan besar, maka akan terjadi penambahan friction loss. Hal ini terjadi karena tambahan dari turbulensi karena vortisitas dan faktor lainnya. Metode untuk memperkirakan friction loss pada sambungan akan dibahas dibawah ini: 1. Sudden Enlargement losses Jika penampang pipa membesar secara bertahap, maka kerugian sangat sedikit atau mungkin tidak terjadi. Jika perubahan itu terjadi secara tiba-tiba, akan menimbulkan kerugian tambahn karena pusaran dibentuk oleh jet expansi di bagian yang diperbasar.

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS

II-5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Gambar II.1.3 Gambar Friksi Sudden Enlargement Losses Friction loss dapat dihitung dengan cara berikut untuk aliran turbulen :

Keterangan : = friction loss dalam (J/kg) = koefisien expansion loss = (1-A1/A2)2 = kecepatan masuk pada area yang lebih kecil (m/s) = kecepatan downstream (m/s) = 1 untuk aliran turbulen, ½ untuk aliran laminer (Geankoplis, 1997) 2. Sudden Contaction Losses

Ketika penampang dari pipa mengecil secara tiba-tiba, aliran tidak dapat mengikuti sekitar sudut yang tajam, dan friction loss bertambah karena terjadi pusaran.(Geankoplis, 1997)

Gambar II.1.4 Gambar Friksi Sudden Contraction Losses II-6

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Persamaan untuk aliran turbulen :

Keterangan : = friction loss = 1 untuk aliran turbulen, ½ untul aliran laminer = kecepatan rata-rata pada daerah yang lebih kecil atau downstream = koefisien kontraksi-loss (P1) = 0.55(1-A2/A1)2 untuk english unit bagian kanan dibagi dengan faktor gc. (Geankoplis C. J., 1997) II.1.3.3 Losses in Fitting and valves Sambungan pipa dan katup juga mengganggu jalur aliran dalam pipa yang menyebabkan friction loss bertambah. Dalam sebuah pipa pendek dengan banyak sambungan, friction loss akan lebih besar daripada pipa lurus. Friction loss untuk sambungan dan katup diberikan sebagai berikut :

Dimana: adalah friction loss coefficient dari sambungan dan valve, v1 adalah kecepatan rata-rata pada kepala pipa untuk sambungan (Geankoplis C. J., 1997).

Type of fitting or valve

Frictional Loss, Kf

Elbow , 450 0,35 Elbow , 900 0,75 Tee 1 Return Bend 1,5 Coupling 0,04 Union 0,04 Gate Valve Laboratorium Operasi Teknik Kimia I Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS

Frictional Loss, Equivalent Length of Straight Pipe in Pipe Diameters, L/D 17 35 50 75 2 2 II-7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Wide Open Half Open Globe Valve Wide Open Half Open Angle valve, wide open Check Valve Ball Swing Water Meter, disk

0,17 4,5

9 225

6 9,5 2

300 475 100

70 2 7 Tabel II.1.1 Friction loss fitting

3500 100 350

(Geankoplis C. J., 1997)

II.1.4 Macam-Macam Rumus Faktor Friksi Selama tahun-tahun terakhir sejak diagram moody, persamaan yang paling banyak digunakan untuk perhitungan faktor friksi adalah sebagai berikut: 1. Colebrook-white (1939) Persamaan ini berlaku untuk Nre> 4000.

Dimana : D = Diameter pipa (m)

= Kekerasan pipa (m) Nre = Bilangan Reynold

)

2. Wood (1966)

Persamaan ini berlaku untuk NRe>10000 dan 10-5<