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 dengan gesekan 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. ecepatan tinggi aliran dan !atau viskositas fluida tinggi menghasilkan penurunan tekanan yang lebih besar di bagian  pipa atau katup atau siku. ecepatan 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 rata-rata(V_av) dalam pipa dan velositas maksimum(V_max) itu sangat bergantung, karena dalam  beberapa masalah hanya V_max pada titik pusat pipa yang diukur. Selanjutnya hanya  pengukuran satu titik hubungan antara V_max dan V_av ini dapat digunakan untuk menetapkan V_av. 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)

Hukum Bernouli diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa. P + lg y + ½ ρ v² = C, P = tekanan, ρ.g.y = energi potensial, ½ ρ v² = energi kinetik . Cepat aliran / debit air (Q) adalah volume fluida yang dipindahkan tiap satuan waktu
Q = A.V
A1.v1=A2.v2
V = kecepatan fluida (m/s)
A = luas penampang yang dilalui fluida
Untuk zat cair yang mengalir melalui sebuah lubang paga tangki, maka besar kecepatannya selalu dapt diturunkan dari hukum Bernouli yaitu : V = √2gh, h adalah kedalaman lubang dari permukaan zat cair (Mirower dan Ersemhork, 2003).

KARBURATOR, ALAT PENYEMPROT DAN AERFOIL

Rumus Hukum Bernoulli:  

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:

• Aliran bersifat tunak (steady state)
• Tidak terdapat gesekan

Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:

Aplikasi Hukum Bernoulli Hukum Bernoulli bermanfaat bagi kehidupan manusia, beberapa aplikasi penerapan hukum bernoulli adalah sebagai berikut: 

• Torriceli/Tangki Air
• Venturimeter
• Manometer
• Gaya Angkat Pesawat khususnya sayap airfoil
• Tabung Pitot
• Penyemprot
• Karburator
• Aerfoil

Penerapan asas bernoulli pada karburator

Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar untuk sebuah mesin pembakaran dalam. Karburator masih digunakan dalam mesin kecil dan dalam mobil tua atau khusus seperti yang dirancang untuk balap mobil stock. Kebanyakan mobil yang diproduksi pada awal 1980-an telah menggunakan injeksi bahan bakar elektronik terkomputerisasi. Mayoritas motor masih menggunakan karburator dikarenakan lebih ringan dan murah, namun pada 2005 sudah banyak model baru diperkenalkan dengan injeksi bahan bakar.

Karburator dapat dikelompokan menurut arah aliran udara, barel dan tipe venturi. Tiap-tiap karburator mengkombinasikan ketiganya dalam desainnya.

A.      Arah aliran udara

1. Aliran turun (downdraft), udara masuk dari bagian atas karburator lalu keluar melalui bagian bawah karburator.
2. Aliran datar (sidedraft), udara masuk dari sisi samping dan mengalir dengan arah mendatar lalu keluar lewat sisi sebelahnya.
3. Aliran naik (updraft), kebalikan dari aliran turun, udara masuk dari bawah lalu keluar melalui bagian atas.

B.      Barel

Barel adalah saluran udara yang didalamnya terdapat venturi.

1. Single barel, hanya memiliki satu barel.  Umumnya digunakan pada sepeda motor atau mobil dengan kapasitas mesin kecil.
2. Multi barel, memimiliki lebih dari satu barel (umumnya dua atau empat barel), untuk memenuhi kebutuhan akan aliran udara yang lebih besar terutama untuk mesin dengan kapasitas mesin yang besar.

C.        Venturi

1. Venturi Tetap, pada tipe ini ukuran venturi selalu tetap. Pedal gas mengatur katup udara yang menentukan besarnya aliran udara yang melewati venturi sehigga menentukan besarnya tekanan untuk menarik bahan bakar.
2. Venturi bergerak, pada tipe ini pedal gas mengatur besarnya venturi dengan menggunakan piston yang dapat naik-turun sehingga membentuk celah venturi yang dapat berubah-ubah. Naik-turunnya piston venturi ini disertai dengan naik-turunnya needle jet yang mengatur besarnya bahan bakar yang dapat tertarik serta dengan aliran udara. Tipe ini disebut juga "tekanan tetap" karena tekanan udara sebelum memasuki venturi selalu sama.

·       Prinsip Kerja

Pada dasarnya karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli: semakin cepat udara bergerak maka semakin kecil tekanan statis-nya namun makin tinggi tekanan dinamis-nya. Pedal gas pada mobil sebenarnya tidak secara langsung mengendalikan besarnya aliran bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar. Pedal gas sebenarnya mengendalikan katup dalam karburator untuk menentukan besarnya aliran udara yang dapat masuk kedalam ruang bakar. Udara bergerak dalam karburator inilah yang memiliki tekanan untuk menarik serta bahan bakar masuk kedalam ruang bakar.

Kebanyakan mesin berkarburator hanya memiliki satu buah karburator, namun ada pula yang menggunakan satu karburator untuk tiap silinder yang dimiliki. Bahkan sempat menjadi trend modifikasi sepeda motor di Indonesia penggunaan multi-carbu (banyak karburator) namun biasanya hal ini hanya digunakan sebagai hiasan saja tanpa ada fungsi teknisnya. Mesin-mesin generasi awal menggunakan karburator aliran keatas (updraft), dimana udara masuk melalui bagian bawah karburator lalu keluar melalui bagian atas. Keuntungan desain ini adalah dapat menghindari terjadinya mesin banjir, karena kelebihan bahan bakar cair akan langsung tumpah keluar karburator dan tidak sampai masuk kedalam intake mainfold; keuntungan lainnya adalah bagian bawah karburator dapat disambungkan dengan saluran oli supaya ada sedikit oli yang ikut kedalam aliran udara dan digunakan untuk membasuh filter udara; namun dengan menggunakan filter udara berbahan kertas pembasuhan menggunakan oli ini sudah tidak diperlukan lagi sekarang ini.

Mulai akhir 1930-an, karburator aliran kebawah (downdraft) dan aliran kesamping (sidedraft) mulai popouler digunakan untuk otomotif.

Penerapan Asas Bernoulli Pada Alat Penyemprot

Alat penyemprot yang menggunakan prinsip Bernoulli yang sering kita gunakan adalah alat penyemprot racun serangga. Perhatikan gambar berikut.

Ketika kita menekan batang pengisap, udara dipaksa keluar dari tabung pompa melalui tabung sempit pada ujungnya. Semburan udara yang bergerak dengan cepat mampu menurunkan tekanan pada bagian atas tabung tandon yang berisi cairan racun. Hal ini menyebabkan tekanan atmosfer pada permukaan cairan turun dan memaksa cairan naik ke atas tabung. Semburan udara berkelajuan tinggi meniup cairan, sehingga cairan dikeluarkan sebagai semburan kabut halus.

Hukum Bernoulli tentang aliran dan tekanan udara (sayap pesawat /aerofoil)

Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yangmelalui sayap pesawat tersebut, berbeda dengan roket yang terangkat ke atas karena aksi-reaksi antara gas yang disemburkan roket dengan roket itu sendiri. Roket menyemburkan gas ke belakang (ke bawah), sebagai reaksinya gas mendorong roket ke atas. Jadi roket tetap dapat terangkat ke atas meskipun tidak ada udara, pesawat terbang tidak dapat terangkat jika tidak ada udara.
Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dari pada bagian depan, dan sisi bagian atas yang lebih melengkung dari pada sisi bagian bawahnya. Gambar di bawah adalah bentuk penampang sayap yang disebut dengan aerofoil.

Garis arus pada sisi bagaian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawahnya, yang berarti laju aliran udara pada sisi bagian atas pesawat (v2) lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap (v1). Sesuai dengan asas Bernoulli

                                                

Tekanan pada sisi bagian atas pesawat (p2) lebih kecil daripada sisi bagian bawah pesawat (p1) karena laju udara lebih besar. Beda tekanan p1 – p2 menghasilkan gaya angkat sebesar: , dengan A merupakan luas penampang total sayap jika nilai p1 – p2 dari persamaan gaya angkat diperoleh , , dengan ρ adalah massa jenis udara.

Dua Bersaudara Wilbur Wright dan Oliver Wright penemu pesawat terbang

Pesawat dapat terangkat keatas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat, jadi apakah suatu pesawat dapat atau tidak tergantung pada berat pesawat, kelajuan pesawat dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin kecepatan udara dan ini berarti bertambah besar sehingga gaya angkat Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat

Hukum Bernoulli pada Daya Angkat Sayap Pesawat Terbang

Penampang sayap pesawat terbang memiliki bagian belakang yang tajam dan sisi bagian atas yang lebih melengking dari sisi bagian bawahnya. Bentuk ini membuat kecepatan aliran udara melalui muka bagian atas lebih besar dari kecepatan aliran udara melalui muka bagian bawah pada saat pesawat tinggal landas.

Besarnya gaya angkat pesawat terbang dapat dirumuskan sebagai berikut:

P₁ – P₂= 1/2ρ . A(v₂² – v₁²)

Dimana: P₁ = tekanan di bawah sayap

               P₂ = tekanan di atas sayap

              v₁ = kecepatan udara di bawah sayap

              v₂ = kecepatan udara di bawah sayap

              ρ = massa jenis udara

              A= luas penampang sayap

Jadi dapat disimpulkan bahwa pada saat pesawat akan berangkat, tekanan udara pada bagian bawah lebih besar daripada tekanan udara pada bagian atas.