kecepatan aliran dengan kerusakan pada pompa akibat kavitasi. Kerusakan tersebut akan meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan aliran. Kavitasi yang
terjadi pada pompa sentrifugal sangatlah merugikan. Hal-hal yang diakibatkan oleh kavitasi antara lain: terjadinya suara berisik dan getaran noise and
vibration, terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding pipa isap, performansi pompa akan turun, bisa menyebabkan kerusakan pada impeller. Kavitasi sedapat
mungkin harus dihindari agar impeler dan komponen-komponen pompa yang lain bisa lebih awet. Cara-cara yang bisa digunakan untuk menghindari terjadinya
kavitasi antara lain : Tekanan sisi isap tidak boleh terlalu rendah pompa tidak boleh diletakkan jauh di atas permukaan cairan yang dipompa sebab
menyebabkan head statisnya besar, Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh terlalu besar bagian yang mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan
rendah. Oleh karena itu besarnya kecepatan aliran harus dibatasi, caranya dengan membatasi diameter pipa isap tidak boleh terlalu kecil. Menghindari instalasi
berupa belokan-belokan tajam pada belokan yang tajam kecepatan aliran fluida akan meningkat sedangkan tekanan fluida akan turun sehingga menjadi rawan
terhadap kavitasi.
2.5 Pola Aliran
Dalam berbagai industri sebagian besar fluidanya mengalir pada pipa-pipa saluran tertutup closed conduit flow. Masalah utama yang muncul antara lain:
1. Terjadinya gesekan pada dinding pipa.
2. Terjadinya turbulensi karena gerakan relatif dalam molekul fluida yang
dipengaruhi oleh viskositas fluida, kecepatan aliran dan bentuk pipa. 3.
Terjadinya fluktuasi aliran akibat pemasangan belokan elbow dan pengecilan saluran mendadak sudden contraction.
Dalam suatu aliran yang melewati sistem atau instalasi pipa maka akan terjadi hambatan aliran, hambatan tersebut diakibatkan oleh faktor- faktor bentuk
instalasi. Hambatan aliran akan menyebabkan turunnya energy dari fluida tersebut yang sering disebut dengan kerugian tinggi tekan head loss atau penurunan
tekanan pressure drop. Kedua faktor ini merupakan pengaruh yang ditimbulkan karena pengaruh gesekan fluida friction loss dan perubahan pola aliran terjadi
Universitas Sumatera Utara
karena fluida harus mengikuti bentuk saluran dan dindingnya. Ketika pipa utama dialiri fluida yang bersifat turbulen, maka fluida dalam pipa akan mengalami
pulsasi atau perubahan pola aliran yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran meningkat dan tekanannya menurun.
Salah satu besaran non-dimensional yang menggambarkan pola aliran fluida adalah Bilangan Reynolds. Pada tahun 1883 Osborne Reynolds menunjukkan
bahwa penurunan tekanan tergantung pada parameter: kerapatan ρ, kecepatan
V, diameter D dan viskositas dinamik µ yang selanjutnya disebut dengan bilangan Reynolds.
Aliran fluida dalam pipa yang berbentuk lingkaran terbagi menjadi dua, yaitu aliran laminar dan turbulen. Karakteristik antara kedua aliran tersebut berbeda-
beda dari segi kecepatan, debit dan massa jenisnya. Bilangan Reynolds dapat mendefinisikan kedua aliran tersebut, dengan persamaan :
υ µ
ρ
D V
D V
. .
. Re
= =
Dimana: ρ
= Kerapatan massa fluida kgm
3
V = Kecepatan karakteristik ms
d = Diameter saluran m
µ = Viskositas dinamik kgm.s
2.5.1 Konsep Aliran
Konsep masalah aliran fluida dalam pipa adalah: 1.
Sistem Terbuka Open channel 2.
Sistem Tertutup 3.
Sistem Seri 4.
Sistem Paralel Hal-hal yang diperhatikan :
1. Sifat Fisis Fluida : Tekanan, Temperatur, Masa Jenis dan Viskositas,
dimana Viskositas suatu fluida bergantung pada harga tekanan dan temperature. Untuk fluida cair, tekanan dapat diabaikan. Viskositas cairan
akan turun dengan cepat bila temperaturnya dinaikkan.
Universitas Sumatera Utara
2. Faktor Geometrik : Diameter Pipa dan Kekasaran Permukaan Pipa.
3. Sifat Mekanis : Aliran Laminar, Aliran Transisi, dan Aliran Turbulen,
dimana sifat mekanis ini akan dihubungkan terhadap bilangan Reynolds Parameter yang berpengaruh dalam aliran adalah:
1. Diameter Pipa D
2. Kecepatan V
3. Viskositas Fluida µ
4. Masa Jenis Fluida
ρ 5.
Laju Aliran Massa ṁ Dimana persamaan dalam aliran Fluida adalah:
Q = V x A Prinsip Kekekalan Massa Prinsip Kekekalan Massa adalah laju aliran massa neto didalam elemen
adalah sama dengan laju perubahan massa tiap satuan waktu.
Gambar 2.4 Besarnya massa yang masuk sama dengan yang keluar
Massa yang masuk melalui titik 1 = V
1
. ρ
1
. dA
1
= Massa yang keluar melalui titik 2 = V
2
. ρ
2
. dA
2
Oleh karena tidak ada massa yang hilang : V
1
. ρ
1
. dA
1
= V
2
. ρ
2
. dA
2
Pengintegralan persamaan tersebut meliputi seluruh luas permukaan saluran akan menghasilkan massa yang melalui medan aliran :
V
1
. ρ
1
. A
1
= V
2
. ρ
2
. A
2
ρ
1
= ρ
2
Fluida Incompressible. V
1
. A
1
= V
2
. A
2
Atau : Q = A .V = Konstan
V
1
V
2
1 2
dA
1
dA
2
Universitas Sumatera Utara
Persamaan kontinuitas berlaku untuk : 1.
Untuk semua fluida gas atau cairan. 2.
Untuk semua jenis aliran laminar atau turbulen. 3.
Untuk semua keadaan steady dan unsteady 4.
Dengan atau tanpa adanya reaksi kimia di dalam aliran tersebut. Persamaan Momentum :
Momentum suatu partikel atau benda : perkalian massa m dengan kecepatan v. Partikel-partikel aliran fluida mempunyai momentum. Oleh karena
kecepatan aliran berubah baik dalam besarannya maupun arahnya, maka momentum partikel-partikel fluida juga akan berubah.
Menurut hukum Newton II, diperlukan gaya untuk menghasilkan perubahan tersebut yang sebanding dengan besarnya kecepatan perubahan momentu
Untuk menentukan besarnya kecepatan perubahan momentum di dalam aliran fluida, dipandang tabung aliran dengan luas permukaan dA seperti pada
gambar berikut :
Gambar 2.5 Tabung Aliran
2.5.2 Klasifikasi Pola Aliran
Banyak kriteria yang dapat digunakan untuk mengklasifikasikan fluida sebagai contoh aliran dapat digolongkan sebagai aliran steady atau unsteady, satu,
dua atau tiga dimensi, seragam atau tidak seragam, laminar atau turbulen dan dapat mampat atau tiduk dapat mampat. Selain itu, aliran gas ada yang subsonik,
transonic, supersonik atau hipersonik, sedangkan zat cair yang mengalir disaluran terbuka ada yang subkritis, kritis atau superkritis.
Y
Z X
V
2
V
1
Universitas Sumatera Utara
Namun secara garis besar dapat dibedakan atau dikelompokkan jenis aliran adalah sebagai berikut:
1. Aliran tunak steady : suatu aliran dimana kecepatannya tidak terpengaruh
oleh perubahan waktu, sehingga kecepatan konstan pada setiap titik tidak mernpunyai percepatan
2. Aliran seragam uniform : suatu aliran yang tidak terjadi perubahan baik
besar maupun arah, dengan kata lain tidak terjadi perubahan kecepatan dan penampang Iintasan
3. Tidak tunak :suatu aliran dimana terjadi pembahan kecepatan terhadap
waktu. 4.
Aliran tidak seragam non uniform : suatu aliran yang dalarn kondisi berubah baik kecepatan maupun penampang berubah.
Pola aliran pada pipa horizontal, ada efek kekuatan gravitasi untuk menggantikan cairan yang lebih berat mendekati pipa bagian bawah. Bentuk lain
dari pola aliran dapat bertambah karena efek ini, dimana aliran tersebut dibagi dua lapisan. Banyak kriteria pola aliran yang kita perhatikan baik dari literature dan
penelitian-penelitian, tetapi maksud dan tujuannya adalah sama. Deskripsi pola aliran menurut Collier 1980, dengan arah aliran horizontal adalah sebagai
berikut: 1.
Aliran gelembung Bubble flow 2.
Aliran kantung gas atau sumbat cairan PlugSlug flow 3.
Aliran acak Churn flow 4.
Aliran cicin kabut tetes cairan Wispy-Annular flow 5.
Aliran cincin Annular flow
Universitas Sumatera Utara
Aliran gelembung Aliran kantung gas Aliran srata licin
Aliran srata gelombang Aliran sumbat liquid Aliran cincin
Gambar 2.6 Pola aliran pada pipa horizontal
Gambar 2.7 Klasifikasi Pola aliran berdasarkan Reynolds Number Chi-2009
Universitas Sumatera Utara
2.5.3 Pola aliran Von Karman’s
Theodore von Karman, 1963, telah menguji aliran fluida disekitar silinder dengan menggunakan serbuk aluminium. Dia mendapatkan di belakang silinder
terbentuk wake, dan peluruhan vorteks, yaitu dua baris 0vortex yang berlawanan arah terbentuk dibelakang silinder. Dia menyatakan bahwa peluruhan vortex
tersebut tidak stabil sehingga menimbulkan fluktuasi aliran, fenomena tersebut dinyatakan sebagai wake drag. Bila bilangan Reynolds bertambah maka wake
cendrung tidak stabil dimana akan berlanjut terjadinya fenomena vortex pusaran air.
Gambar 2.8 Pola aliran Von Karman’s
2.6 Aliran Fluida Aliran fluida cairan atau gas di dalam sebuah saluran tertutup atau pipa
