Persamaan-persamaan Dasar dalam Fluida Bergerak (Part VI/Habis)

 Kehilangan Energi dan Tinggi Tekan

Bro and sist, di pembahasan sebelumnya penulis telah membahas mengenai persamaan kontinuitas, momentum, bernoulli, persamaan energi (euler), dan juga hubungan antara persamaan energi dan hukum termodinamika dan kali ini kita akan lanjut membahas kehilangan energi dan tinggi tekan.

Seperti yang kalian telah ketahui, viskositas adalah sifat fluida yang menyebapkan tegangan geser di dalam fluida yang bergerak. Viskositas juga merupakan situasi dimana ketakmampubalikan atau kerugian berkembang.

HGL dan EGL

Suatu zat cair yang mengalir dalam suatu bidang batas seperti melalui pipa akan mengalami tegangan geser dan kemiringan kecepatan (gradien kecepatan) pada seluruh medan aliran akibat kekekantalan. Tegangan geser tersebut akan mengakibatkan kehilangan energi selama pengaliran. Kehilangan energi ini disebut dengan kehilangan energi primer yang ditulis dengan h_f.

Bagaimana bisa kita mengetahui satu titik dengan titik lainnya (pipa) terjadi kehilangan energi dan tekanan, caranya yakni dibantu dengan garis khayal HGL (hydraulic grade line) dan EGL (energy grade line). Garis kemiringan hidraulik (garis kemiringan tekanan) atau HGL adalah garis yang menunjukan tinggi tekanan (pressure head) sepanjang pipa. Di dalam pipa dengan penampang seragam, tinggi kecepatan adalah konstan dan garis kemiringan enersi adalah sejajar dengan garis kemiringan tekanan (EGL // HGL).  Sedangkan garis gradien energi (EGL) adalah garis yang menghubungkan sederetan titik-titik yang menggambarkan energi tersedia untuk tiap titik sepanjang pipa sebagai ordinat, yang digambar terhadap jarak sepanjang pipa sebagai absis.

Kalian bisa lihat garis HGL dan EGL pada penampang pipa 1 dan 2 di bawah ini yang merupakan persamaan Bernoulli yang memperhitungkan kehilangan  energi (h_f) :

Dalam aliran takmampumampat stedi (ajeg) di dalam pipa, ketakmampubalikan dinyatakan dalam kerugian tinggi-tekan atau jatuh (droop) pada garis gradien hidrolik. Kerugian atau ketakmampubalikan menyebapkan garis ini menurun dalam arah aliran. Untuk perhitungan aliran dalam pipa umumnya dipakai persamaan Darcy-Weisbach ;

h_f ialah kerugian tinggi-tekan, atau jatuh garis gradien hidrolik, dalam panjang pipa L, yang mempunyai garis tengah dalam D dan kecepatan rata-rata V, sedangkan f merupakan faktor gesekan (tanpa dimensi).

Tinggi tekan karena penyempitan dan pembesaran mendadak

Kerugian tinggi tekan sebanding dengan kuadrat kecepatan. Jika pembesaran mendadak tersebut adalah dari pipa ke reservoar, D1/D2 = 0 dan kerugiannya menjadi V21, dimana seluruh energi kinetik dalam aliran diubah menjadi energi panas. Kerugian tinggi tekan yang disebapkan oleh pembesaran mendadak  (termasuk gesekan pipa sepanjang pembesaran), telah diteliti oleh Gibson dan rumusannya sebagai berikut :

C_c itu merupakan koefisien penyempitan, untuk air telah ditentukan oleh Weisbach.

Untuk kerugian tinggi tekan dalam pipa dapat disimpulkan sebagai berikut :

1        Kerugian tinggi-tekan berbanding lurus dengan panjang pipa.

2        Kerugian tinggi-tekan hampir sebanding dengan kuadrat kecepatan.

3        Kerugian tinggi-tekan hampir berbanding terbalik dengan garis tengah.

4        Kerugian tinggi-tekan bergantung pada kekasaran permukaan dinding pipa sebelah dalam.

5        Kerugian tinggi-tekan bergantung pada sifat-sifat fluida kerapatan dan viskositas.

6        Kerugian tinggi-tekan tidak bergantung pada tekanan.

Well, pembahasan kita tentang kehilangan energi dan tinggi tekan kira-kira seperti itu. Pembahasan kita kali ini merupakan pokok bahasan terakhir tentang persamaan-persamaan dasar dalam fluida bergerak. Persamaan-persamaan dasar yang dibahas dalam blog ini hanya secara garis besar mengingat ruang di blog yang terbatas. Selanjutnya, kalian bisa cari dan baca buku-buku yang terkait dengan pokok bahasan kita seperti mekanika fluida, hidraulika, drainase ataupun buku-buku yang terkait dengan sumber daya air supaya bisa lebih paham (*)

SUMBER PUSTAKA

1. Streeter L.V dan Wylie E.B., Mekanika Fluida Jilid I & II, McGraw-Hill,Inc.,1985.

2. Buku Ajar Hidraulika