⚙MechLearning

Mekanika Fluida Dasar: Tekanan, Aliran & Head

Semua rotating equipment memindahkan fluida, jadi mekanika fluida adalah fondasi wajib: kontinuitas, Bernoulli dalam bentuk head, Reynolds, dan rugi head mayor-minor. Modul ini menutup dengan perhitungan head pompa transfer — soal paling sering di lapangan.

◈ Fondasi⏱ 3-4 jam

Mengapa fluida dulu

Pompa, kompresor, turbin, dan fan semuanya adalah turbomachinery: mesin yang menukar energi dengan fluida lewat sudu berputar. Tanpa intuisi tekanan-kecepatan-elevasi, kurva pompa terlihat seperti garis misterius. Modul ini membangun intuisi itu dalam satuan head (meter) — bahasa yang dipakai semua datasheet rotating equipment.

Kontinuitas: yang masuk = yang keluar

Untuk fluida incompressible (air, oli) dalam aliran tunak:

A1·V1 = A2·V2 = Q (konstan)

Pipa menyempit setengah diameter → luas jadi seperempat → kecepatan naik 4 kali. Inilah alasan nozzle discharge pompa kecil: menaikkan kecepatan (yang lalu diubah jadi tekanan di sistem).

Bernoulli dalam bentuk head

P/ρg + V²/2g + z = H (konstan di satu streamline, tanpa rugi)
  • P/ρg = pressure head — dibaca langsung di pressure gauge (bagi dengan ρg).
  • V²/2g = velocity head — kecil di pipa (orde cm), besar di nozzle.
  • z = elevation head — tiap meter beda tinggi = 1 m head.

Pompa menambah H ke sistem; turbin mengambil H dari fluida.

Reynolds: laminar vs turbulen

Re = ρ·V·D / μ
  • Re < 2300: laminar — tenang, rugi bisa dihitung analitik.
  • Re > 4000: turbulen — pencampuran kuat, rugi ikut Moody chart.
  • Di plant, hampir semua aliran air/oli di pipa adalah turbulen.

Rugi head: mayor dan minor

hf = f·(L/D)·(V²/2g)     (gesek sepanjang pipa)
hm = K·(V²/2g)           (katup, belokan, entrance, exit)

Kedua suku sebanding V² — inilah alasan kurva sistem berbentuk parabola. Buka throttle (K turun) → kurva melandai → titik operasi bergeser ke debit besar.

Daya hidrolik dan efisiensi

P_fluida = ρ·g·Q·H        P_poros = P_fluida / η

Selisihnya adalah rugi di impeller, seal, bearing, dan motor. Pompa bagus η = 0,7–0,85 di BEP (best efficiency point). Beli pompa = cocokkan duty point (Q, H) ke dekat BEP, bukan ke ujung kurva.

Langkah penyelesaian soal head

  1. Sketsa sistem: tandai tangki, pompa, pipa, katup, beda tinggi.
  2. Hitung V dan Re — pastikan rezim aliran.
  3. Jumlahkan head: Δz + ΔP/ρg + Σhf + Σhm.
  4. Hitung daya, bagi dengan efisiensi untuk daya poros.
  5. Cek kewajaran: kecepatan air di pipa 1–3 m/s; head transfer plant orde meter–puluhan meter.

Ringkasan rumus

Konsep Rumus Keterangan
Kontinuitas A1·V1 = A2·V2 Q konstan
Bernoulli P/ρg + V²/2g + z = H head konstan tanpa rugi
Reynolds Re = ρVD/μ batas laminar 2300
Darcy-Weisbach hf = f(L/D)(V²/2g) rugi mayor
Minor loss hm = K(V²/2g) katup & fitting
Daya hidrolik P = ρgQH bagi η untuk daya poros