Pengantar Thermofluid

8/19/2019 Pengantar Thermofluid

1/29

Thermofuid


2/29

Fluid Mechanic MechanicalEngineering

Static ?

Dinamik Flow internal & external

Internal Flow : Laminar / turbulent Re

Pressure losses (friction, ra!it", acceleration#

Losses (minor, ma$or# %ea 'um' 'ower

usselt, Pranl number, )) *eat transfer

review


3/29

+iskositas Viskositas kekentalan (dinamik/absolut,

kenematik/relati) !iat "ang dimiliki fuida "ang mem#engaruhi

kece#atan aliran antar #artikel fuida "angberdekatan (distribusi kece#atan dalam saluran

fuida ideal, riil (laminer, turbulen))

$airan %erdasar siat kohesi diantara #artikel,gas tumbukan antar molekul

Viskositas di#engaruhi tem#eratur (cairan dangas berbeda karena mekanisme berbeda)

!ehingga kecenderungan #erubahann"a untuk

air (&' cair) dan ua#/steam (&' gas) berbeda Tegangan geser gradien kece#atan

viskositas meru#akan aktor kesebandingann"a


4/29

Macam*macam fuida berdasarkanviskositas

erasar aa tiakn"a !iskositas Fluia ieal, -uia "an tiak mem'un"ai

!iskositas (an ra'at massa konstan#)

Fluia riil, -uia "an mem'un"ai

!iskositas) erasar beruba*n"a !iskositas

ewton -ui (newtonian#, -uia "an!iskositasn"a tiak beruba* enan

beruba*n"a shear strain. on ewton -ui (non-newtonian#, -uia

"an !iskositasn"a beruba* enanberuba*n"a shear strain.


5/29

Diaram R*eoloi

.eteranan:

dydvdy

dv τ µ µ τ =→=

shear dydv

y viscosit

stressshear

=

=

=

µ

τ


6/29

.lasikasi 0liran erasar

+iskositas.lasikasi aliran berasarkan faktorimana !iskositas ominan atau

tiak: 0liran Laminer

+iskositas cairan "an menalir lebi*ominan ibanin a"a inersia)

0liran 1urbulen

2a"a inersia lebi* ominan ibaninkan!iskositas cairan)


7/29


8/29

Re"nol umber 6ntuk meneta*ui $enis aliran laminer

atau turbulen kita unakan R;3LD

number) Re"nol umber (Re#

υ

µ

ρ

µ

ρ

vd

vd

d v

v

=

==

=

Re

ForceViscous

ForceInertiaRe

2

viscositykinematic

viscositydynamic pipadiameterd

(Q/A)aliranrata-ratakecepatanv

:dimana

=

=

=

=

υ

µ


9/29

Re"nol umbererasarkan 'ercobaan "an ilakukann"a,Re"nol meneta'kan rentan macam aliransebaai berikut:

Re"nol umber >> (88>># 0liran Laminer

8>>> = Re = >>> 0liran 1ransisi

Re @ >>> 0liran 1urbulen

Re A 8>>> Lower critical !elocit"

Re A >>> 6''er critical !elocit"


10/29

Pressure Dro' (5#Pressure drop a'at isebabkan ole*:

5) FrictionPaa aliran -uia n"ata/riil, faktor esekan(friction# i'er*itunkan) Fluia "an menalirakan menalami esekan se*ina tekanann"aturun)

Persamaan untuk menentukan keruian headkarena esekan aala* 'ersamaan Darc"

Beisbac*,sbb:

)( f P ∆

d g

vl f H f

2

2

=

pipadiameterd

!luidakecepatanv

pipa pan"an# l

#esek koe!isien!

#esekankarenalosshead$

:%imana

!

=

=

=

=

=


11/29

Pressure Dro' (8#8) 2ra!itasi

Penurunan tekanan karena ra!itasii'enaru*i 'erbeaan ole* ketinian,

se*ina -uia "an menalir ke tem'at"an lebi* tini akan menalami 'enurunantekanan)

C) Perce'atanPerce'atan ter$ai karena 'eruba*an

kece'atan "an berarti $ua ter$ai'eruba*an momentum se*ina ter$ai'enurunan tekanan) 9onto*: 'aa 'eruba*an'enam'an, belokan, obstruction ( misal:katu', tting, ll #)

)( g P ∆

)( a P ∆


12/29

.om'etensi 1eknik esin

em'ela$ari Fluia enentukan keruian aliran alam 'i'a

f (ε,D,Re# *ea 'om'a

Paa 'er*itunan heat transfer misalbilanan Re"nol iunakan untukmenentukan koesien 'er'ina*an kalorimensi alam menesain heat exchanger

(konensor, e!a'orator, boiler, ))))#

External ow Lift & Drag


13/29

ar 5, 8>5E 5C

PHASE CHANGES

%eat must be ae or remo!e to c*ane

a substance from one '*ase to anot*er)

ner" is absorbe w*en c*ane of'*ase in t*is irection

!+-

.0LI6ID

ner" is release w*en c*aneof '*ase in t*is irection

Thermodinamka


14/29

Peruba*an Fase 'aa ' A

konstan5) 0ir 'aa tekanan 5 atm an tem'eratur

8>>9, fase "an ter$ai seluru*n"a beru'a

fase cair an tiak aa 'enua'an( !ubcooled +i1uid #)

8) 0ir i'anaskan 'aa tekanan teta'sam'ai 1A5>>>9) Paa konisi ini a'abila

aa 'enamba*an kalor seikit a'a'unakan timbul fase ua' ( !aturatedli1uid #)


15/29

Peruba*an FaseC) .emuian a'abila i'anaskan lai teta'i

tem'eratur an tekanan masi* teta'(1A5>>>9 & PA5atm# maka fase "an

terbentuk beru'a fase ua' an cair(saturated li1uid*va#or mi2ture#)

) Denan 'enamba*an kalor *inasemua fase cair akan men$ai fase ua'atau serin isebut ua' $enu*(saturated va#or#) Paa keaaan inia'abila ter$ai 'enuranan kalor seikitsa$a maka fase cair akan munculkembali)


16/29

Peruba*an FaseG) Pemanasan selan$utn"a

iunakan untuk menaikkan

tem'eratur ua' *ina lebi* ari5>>>9 'aa tekanan 5atm(1@5>>>9 & PA5atm#) 6a' 'aa

konisi ini isebut ua' 'anaslan$ut (su'er*eate !a'or#)


17/29

Peruba*an Fase

.eteranan :

5) Subcooled Liuid

8) Saturated LiuidC) Saturated

!ixture

) Saturated "apor G) Superheated

"apor


18/29

P*ase 9*ane Diaram

ar 5, 8>5E 5H

3ntuk 4at 5

6ada $ritical6oint 7

Tcr 8 9:;, M6aνcr 8 =,==9


19/29

DI02R0 PR60%0 P%0S

ar 5, 8>5E 5J

6

ν

! ( +

, -

! ( + ,

- A +

, B 3 , -

+ , B 3 , -

+B3- A V65

!+- A V65

V65

Tri#le line

$ritical #oint

-iagram 6*ν

untuk 4at "ang men"usut saatmembeku


20/29

DI02R0 P 4 !

ar 5, 8>5E 8>

-iagram 6*ν

untuk 4at "ang memuai saatmembeku

6

ν

! ( + , -

! ( + , -

A +

, B 3 , -

+ , B 3 , -

+B3- A V65

!+- A V65

V65

Tri#le line

$ritical #oint


21/29


22/29

.ekekalan assa (5#


23/29

.ekekalan assa (8#


24/29

ar 5, 8>5E 1%R3D;0I9S, L94C 8

KEKEKALAN ENERGIKEKEKALAN ENERGI

i o &VQ ' − + − = ∆∑ ∑

2)2

u V #* +θ = + + + ν

h u += + ν

9+

ass,in

ass,out

B

C

Flow

energ"

Energi fuida "angmengalir

22

h V #*θ = + +

Total energimelintasi

batassistem

Total energidari massa

masuk $V

Total energidari massa

keluar $V

6erubahannetto

energidalam $V

A * 8

F

+

6Vm

$V

6iston maginer,+uas


25/29

ar 5, 8>5E 1%R3D;0I9S, L94C 8G

PRINSIP KEKEKALAN ENERGIPRINSIP KEKEKALAN ENERGI

e e i iQ ' m m− = θ − θ∑ ∑& & & &2)

e e e e2h V #*θ = + +

9+

ass, in

ass,

out

B

C 2i i i i2h V #*θ = + +

Total energimelintasi

batassistem #er

satuanwaktu

Total energidibawa massakeluar $V #ersatuan waktu

8 *Total energi

dibawa massamasuk $V #ersatuan waktu

Tidak ada #erubahan total energi di dalam $VTidak ada #erubahan total energi di dalam $V

selama #rosesselama #roses


26/29

ar 5, 8>5E 1%R3D;0I9S, L94C 8E

( ) ( )2 22 )

2 ) 2 )

V VQ ' m h h # * *

2

−− = − + + −

& & &

9+

ass, in

ass, outB

C

4<

4'<

'

2m m m= =& & &

( ) ( )2 22 )

2 ) 2 )V V, - h h # * *

2−− = − + + −

h ke #e

Single stream


27/29

ar 5, 8>5E 1%R3D;0I9S, L94C 8K

Bila pe dan ke sangat kecil dan diabaikan ,

pe 0 , dan ke 0

q – w = h

$atatan 7

6ada #ersamaan7

( ) ( )2 22 )

2 ) 2 )

V V, - h h # * *

2

−− = − + + −

kD/kg -ibagi dengan


28/29

ar 5, 8>5E 1%R3D;0I9S, L94C 8H

STEADY-FLOW ENGINEERING DEVICES

@00+E

-evice that increases thevelocit" o fuid at thee2#ense o #ressure

V< V' GG

V<

( )

2 2

2 )) 2 V Vh h2−− =

q 0

W 0

pe 0

ke ≠ 0


29/29

ar 5, 8>5E 1%R3D;0I9S, L94C 8J

STEADY-FLOW ENGINEERING DEVICES

-FF3!E5

-evice that increases the#ressure o fuid b" slowing itdown

V< V' HH

V<

q 0

W 0

pe 0

ke ≠ 0

( )

2 2

2 )) 2 V Vh h2−− =

Documents

Pengantar Thermofluid