Membaca Kurva Karakteristik Pompa : Friction

Friksi atau gaya gesek adalah sebuah gaya yang dtimbulkan apabila dua buah benda saling bersentuhan yang menyebabkan kehilangan energi. Mari kita lihat lagi kurva karakteristik pompa pada post sebelumnya, sperti dibawah ini:

Kurva karakteristik pompa

Jika kita lihat hubungan antara flowrate dengan head, kita akan menemukan ada tiga garis yang menyatakan hubungan antara dua variable tersebut. Yang membedakan adalah, bahwa dari ketiga garis tersebut menunjukkan hasil yang berbeda untuk diameter yang berbeda-beda.

Note: Diameter yang ditunjukkan kurva karakteristik adalah diameter impeller, bukan diameter pipa.

Dengan diameter 540 mm, dihasilkan total head tertinggi adalah 113 meter, untuk 573 mm, total head tertinggi adalah 126 m dan yang terakhir, pada diameter 584 mm dihasilkan head sekitar 130 m.

Dari data, kita tahu bahwa semakin besar diameter impeller akan menghasilkan jumlah total head yang semakin besar. Jika kita tarik garis horizontal untuk menghubungkan ketiga garis tersebut seperti gambar dibawah:

Perbandingan head dengan flowrate untuk diameter yang berbeda

Terlihat bahwa untuk total head yang sama, akan menghasilkan flowrate yang berbeda-beda. Dan, pompa dengan diameter terbesarlah yang menghasilkan flow rate paling tinggi.

Untuk selanjutnya, mari kita lihat tabel berikut untuk melihat pengaruh diameter sistem perpipaan dengan hilang tekan karena gaya gesek

Pembacaan friksi dalam psi untuk dua buah pipa yang berbeda

Diatas disajikan sebuah data untuk dua buah pipa sepanjang 100 feet berukuran 0.5 inch dan 1 inch. Sedikit menjelaskan cara eksperiment ini dilakukan. Kita mengalirkan fluida melalui sebuah pipa berukuran 100 feet. Dilakukan pemasangan pressure gauge di posisi 0 feet dan 100 feet, Perbedaan kedua pembacaan tersebut lalu dianggap sebagai kehilangan tekanan karena friksi.

Percobaan untuk mencari besarnya friksi yang dinyatakan dalam hilang tekanan

Beberapa hal yang bisa kita simpulkan dari data tersebut :

• Semakin tinggi flow, semakin tinggi kecepatan, semakin tinggi pula friksinya
• Untuk flow yang sama, pada diameter yang berbeda, akan memberikan friksi yang berbeda. Friksi yang lebih kecil didapatkan oleh diameter yang lebih kecil.

Mari kita telaah dulu dua pernyataan diatas. Data diatas sekilas seperti tidak masuk akal. Logikanya, jika kita perbesar flow, maka makin cepat kecepatan fluida. Semakin cepat, waktu tinggal dalam pipa akan semakin sedikit. Jika waktu tinggal fluida dalam pipa sedikit, logikanya kehilangan tekanan juga lebih sedikit karena waktu kontak fluida dengan dinding pipa semakin singkat. Namun, mengapa semakin cepat fluida, semakin tinggi pula kehilangan tekanan.

Untuk perbedaan diameter memang tidak ada masalah. Semakin kecil diameter, semakin kecil ruang yang harus ditempati oleh fluida. Maka semakin mudah fluida untuk kontak dengan dinding yang menyebabkan friksinya naik.

Bagaimana menjawab pernyataan yang bertolak-belakang seperti diatas?

Jika melihat dengan cermat, dalam data tersebut ada sebuah keunikan. Kita lihat pada diameter 0.5 inch, nilai friksi naik secara signifikan, sedangkan pada diameter 1 inch, nilai friksi naik secara sedikit demi sedikit seiring bertambahnya flowrate. Nah, ini berhubungan dengan pola aliran karena naiknya kecepatan alir.

Untuk membedakan pola alir ini biasanya dinyatakan secara matematis melalui bilangan reynold. Bilangan Reynold akan memberikan suatu pola alir yang disebut laminar, transisi atau turbulen pada range angka tertentu. Semakin tinggi kecepatan aliran, semakin tinggi bilangan Reynold dan akan membuat pola aliran semakin bersifat turbulen

Pola aliran dalam pipa

Coba lihat gambar dibawah untuk melihat perbedaan antara dua pola alir fluida tersebut. 

Diatas, sebagaimana kita ketahui adalah profil aliran dalam sebuah pipa. Kita bisa melihat bahwa untuk aliran turbulen kontak fluida dengan dinding cenderung lebih banyak jika dibandingkan dengan pola aliran laminar. Sebagaimana kita tahu, semakin banyak kontak, semakin besar friksi, yang menyebabkan semakin tingginya hilang tekanan pada fluida. Nah, inilah mengapa, semakin cepat fluida, malah membuat friksinya semakin naik. Hubungan kecepatan fluida dengan hilang tekanan bisa dilihat dalam grafik dibawah:

Grafik hubungan kecepatan alir dengan friksi

Nah, untuk aliran laminar jumlah kehilangan tekanan setara dengan kenaikan kecepatan alir. Sementara untuk aliran turbulen, jumlah kehilangan tekanan setara dengan kenaikan kecepatan alir pangkat 1.7 sampai 2.0.

                            

Dalam dunia industri, kita selalu berhadapan dengan aliran turbulen, jarang kita menggunakan aliran laminar.