DISTILASI FRAKSIONASI DENGAN

LAPORAN PRAKTIKUM PTK IV

ALIRAN FLUIDA

Disusun Oleh:

Ermawati Heri Suhendri

Pramono Adi Nugroho

2004430034Jurusan Kimia

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Jakarta

2009ALIRAN FLUIDA

I. MAKSUD DAN TUJUAN

1. Menentukan hubungan pressure drop dengan kecepatan aliran menggunakan suatu orifice.

2. Mengamati efek perubahan diameter orifice terhadap diameter pipa dengan melihat penurunan tinggi tekan tekanan pada tiap orifice yang digunakan.II. TEORI PERCOBAAN

Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara permanen. Adanya usaha mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di dalam fluida itu akan terbentuk lapisan-lapisan yang satu meluncur di atas lainnya sehingga mencapai bentuk baru. Selama perubahan bentuk terdapat tegangan geser yang besarnya tergantung viscositas dan laju luncur fluida. Jika keseimbangan tercapai semua tegangan geser akan hilang.

Fluida dapat mengalir di dalam pipa atau saluran menurut dua cara berlainan. Pada laju aliran rendah, penurunan tekanan di dalam fluida bertambah secara langsung berdasarkan kecepatan fluida tersebut, sedangan pada laju aliran tinggi maka pertambahan itu jauh lebih cepat, yaitu kira-kira menurut kuadrat kecepatan. Perbedaan kedua jenis aliran ini pertama kali dipelajari oleh Osborne Reynolds (1883).

Reynolds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran berubah menjadi aliran jenis lain, dan menemukan bahwa kecepatan kritis, dimana aliran laminer berubah menjadi aliran turbulen, bergantung pada empat buah besaran, yaitu : diameter tabung, viskositas, densiti dan kecepatan linier rata-rata zat cair.

Pada pengamatan selanjutnya ditunjukkan bahwa transisi dari aliran laminer menjadi aliran turbulen dapat berlangsung pada kisaran angka Reynolds yang cukup luas. Aliran laminer selalu ditemukan pada angka reynolds di bawah 2100, tetapi bisa terdapat pada angka Reynolds sampai beberapa ribu, yaitu dalam kondisi khusus dimana lubang masuk tabung sangat baik kebundarannya, dan zat cair di dalam tangki sangat tenang.

Pada kondisi aliran biasa, antara 2100 dan 4000, terdapat suatu daerah transisi, dimana jenis aliran itu mungkin laminer dan mungkin pula turbulen, tergantung pada kondisi di lubang masuk tabung dan jaraknya dari lubang masuk tersebut.

Fluida biasa ditransportasikan di dalam pipa atau tabung yang penampangnya bundar dan terdapat di pasaran dalam berbagai ukuran, tebal dinding dan bahan konstruksi yang penggunaannya cepat dengan kebutuhan prosesnya. Untuk menyambung potongan-potongan pipa atau tabung bergantung antara lain pada sifat -sifat bahan yang digunakan, tetapi ditentukan juga oleh tebalnya pipa. Bagian-bagian tabung yang berdinding tebal biasanya dipersambungkan dengan penyambung ulir, flens atau las. Tabung-tabung berdinding tipis disambung dengan solder atau dengan sambungan jolak. Pipa yang terbuat dari bahan rapuh, seperti gelas atau besi cor dipersambungkan dengan sambungan flens. Bila menggunakan pipa sambung berulir bagian luar ujung pipa dibuat berulir dengan alat pembuat ulir. Untuk menjamin rapatnya sambungan itu pada ujung berulir pipa itu dibalutkan terlebih dahulu oleh pita politetraflouro etilen. Laju alir fluida merupakan fungsi dari waktu, disamping merupakan fungsi diameter lubang dan panjang fluida, persamaan-persamaan dasar fluida dan lain sebagainya.

Sifat-Sifat Fluida

Fluida itu dapat didefinisikan sebagai suatu benda yang tidak menahan distorsi (perubahan bentuk) secara permanen.

Secara umum aliran fluida dapat dibedakan menjadi :

1. Fluida Incompressible (Fluida yang tidak dipengaruhi tekanan).2. Fluida Compressible ( Fluida yang dipengaruhi tekanan ).Fluida yang peka terhadap perubahan variable (tekanan, suhu) Bila kita mencoba mengubah bentuk massa suatu fluida, maka di dalam fluida itu akan terbentuk lapisan-lapisan dimana lapisan yang satu meluncur di atas yang lain, hingga mencapai suatu bentuk baru. Selama perubahan bentuk itu terdapat tegangan geser (shear stress), yang besarnya tergantung pada viskositas fluida dan laju luncur. Tetapi bila fluida itu sudah akan mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser itu akan hilang. Fluida yang dalam keseimbangan itu bebas segala tegangan geser.

Pada suatu suhu dan tekanan tertentu setiap fluida mempunyai densitas tertentu, yang dalam praktek keteknikan biasa diukur dalam kilogram per-meter kubik. Walupun densitas fluida bergantung pada suhu dan tekanan, perubahan karena variabel itu mungkin besar dan mungkin kecil.

Fluida biasanya diangkut di dalam pipa dan tabung dengan penampang lingkaran bundar dan tersedia dalam berbagai macam ukuran, ketebalan dinding dan bahannya. Tidak ada perbedaan antara pipa dengan tabung. Pada umumnya, pipa mempunyai panjang yang sedang dari 20 ft - 40 ft. Tabung pada umumnya berdinding tipis dan sering dijumpai sebagai lilitan (coils) dengan panjang beberapa ratus feet. Pipa logam dapat dibuat ulir, sementara tabung biasanya tidak. Dinding pipa biasanya besar, tabung mempunyai dinding yang sangat halus. Pipa disambung dengan ulir, flange atau sambungan las. Tabung disambung dengan sambungan tekan, fitting, flare fitting atau soldered fitting.

Pipa dan tabung dapat dibuat dari berbagai macam bahan yang meliputi logam dan logam paduan, plastik, karet, kayu, keramik, beton, asbes.

Pengukuran aliran fluida perlu dilakukan agar dapat melakukan pengendalian atas proses-proses industri. Berbagai jenis meteran digunakan untuk industri termasuk diantaranya :

1. Meteran yang didasarkan atas penimbangan langsung atau pengukuran volume.

2. Meteran dengan tinggi tekan variabel .

3. Meteran penampang aliran.4. Meteran Arus.5. Meteran anjakan positip.6. Meteran magnetik.7. Meteran Ultrasonik.Meteran yang menyangkut penimbangan langsung dan penggunaan volume sederhana sekali tidak akan dibahas. Meteran arus seperti anemometer mangkuk atau anemometer sudu, menggunakan elemen yang berputar pada kecepatan yang ditentukan oleh kecepatan aliran fluida dimana meteran itu ditempatkan. Meteran anjakan-positif meliputi berbagai jenis pompa pengukur, yang prinsipnya sama dengan pompa putar dan pompa bolak-balik. Meteran aliran magnetik bergantung pada timbulnya potensial listrik karena gerakan fluida yang bersifat menghantar melalui medan magnet yang seragam yang dibangkitkan dari luar. Menurut Faraday tentang induksi elektromagnetik, tegangan listrik (voltase) yang dibangkitkan berbanding lurus dengan kecepatan aliran fluida. Meteran aliran magnetik yang terdapat dalam perdagangan dapat dipergunakan untuk mengukur kecepatan pada hampir semua jenis fluida, kecuali hidrokarbon karena konduktivitas (kehantaran) listriknya terlalu kecil. Oleh karena itu tegangan hasil induksi itu hanya bergantung pada kecepatan saja, perubahan viskosiatas atau density tidak mempunyai pengaruh terhadap bacaan meteran itu. Meteran ultrasonik menggunakan pergeseran frekuensi Doppler daripada sinyal-sinyal (isyarat) listrik yang dipantulkan dari diskontinuitas seperti gelembung atau partikel zat padat di dalam arus zat cair. Alat ini tidak mempunyai bagian yang bergerak, tidak menyebabkan bertambahnya penurunan tekanan dan tidak pula mengganggu pola aliran fluida.Yang paling banyak digunakan untuk mengukur aliran fluida adalah beberapa jenis meteran tinggi tekan variabel dan meteran venturi, meteran orifice, tabung pitot, dalam kelompok meteran penampang aliran tercakup rotameter dengan berbagai rancangan. Pada prakteknya yaitu dilakukan untuk mengukur laju alir fluida dengan menggunakan orifice.

METERAN ORIFICE

Meteran Orifice mempunyai kelemahan tertentu dalam praktek pabrik pada umumnya. Alat ini cukup mahal, mengambil tempat cukup besar, dan diameter leher terhadap diameter pipa tidak dapat diubah-ubah. Untuk meteran tertentu dengan sistem manometer tertentu pula, laju aliran maksimum yang dapat diukur terbatas sehingga apabila laju aliran berubah, diameter leher mungkin menjadi terlalu besar untuk memberikan bacaan yang teliti, atau terlalu kecil untuk dapat menampung laju aliran maksimum yang baru. Meteran Orifice dapat mengatasi keberatan-keberatan terhadap venturi, tetapi konsumsi dayanya lebih tinggi.

Prinsip meteran orifice identik dengan prinsip venturi, Penurunan penampang arus aliran melalui orifice itu menyebabkan tinggi tekan kecepatan meningkat tetapi tinggi tekan menurun, dan penurunan tekanan antara kedua titik sadap diukur dengan manometer.

Persamaan Bernoulli memberikan dasar untuk mengkorelasikan peningkatan tinggi tekan kecepatan dengan penurunan tinggi tekan tekanan.

Ada satu kesulitan pokok yang terdapat pada meteran orifice yang tidak terdapat pada venturi. Oleh karena orifice itu tajam, arus fluida itu memisah disebelah hilir, disitu terbentuk vena kontrakta.

Jet itu tidak dipengaruhi oleh dinding padat, seperti halnya pada venturi, dan luas penampang jet itu bervariasi antara besarnya lubang orifice dan vena kontrakta. Luas penampang pada setiap titik tertentu, umpamanya pada posisi sadap hilir tidak mudah ditentukan, sedangkan kecepatan jet pada lokasi sadap hilir tidak dapat dihubungkan dengan mudah dengan diameter orifice. Koefisien orifice lebih empirik sifatnya daripada venturi, dan pengolahan kuantitatif untuk meteran orifice harus dimodifikasikan berhubungan dengan itu.

Persamaan untuk aliran orifice adalah sebagai berikut :

Uo =

Dimana :Uo= kecepatan fluida melalui orifice. (= rasio diameter orifice terhadap diameter pipa.

Pa-Pb= tekanan pada titik A dan titik B.

Co= koefisien orifice.Pada persamaan di atas Co adalah koefisien orifice, tanpa termasuk kecepatan datang. Koefisien ini memberikan koreksi atas kontraksi jet fluida antara orifice dan vena kontrakta , Juga terhadap gesekan dan terhadap Pa dan Pb. Nilai Co selalu ditentukan d5ari percobaan. Nilainya cukup bervariasi sesuai dengan b dan Bilangan Reynolds pada orifice, persamaan Bilangan Reynolds sebagai berikut :

NRe =

Dimana :Nre= Bilangan Reynold

(= Viskositas

Do= Diameter Orifice

m= Laju alir massa

U= Kecepatan fluida melalui orifice

(= Densitas

III. PERALATAN DAN GAMBAR PERCOBAAN

1. Orifice

2. Gelas Ukur

3. Stop Watch

4. Meteran

5. Pompa

6. Pipa

7. Kelingan

8. ManometerIV. PROSEDUR

1. Susun rangkaian alat untuk mengukur kecepatan aliran fluida dengan diameter orifice tertentu.

2. Celupkan pompa ke dalam air dan aliran listrik disambungkan.3. Catat perbedaan tekanan sebelum dan sesudah orifice dan waktu yang diperlukan oleh fluida untuk mencapai volum penampungan tertentu (volum konstan).

4. Percobaan dilakukan kembali dengan ukuran diameter orifice yang berbeda.

5. Percobaan diulangi untuk variable waktu konstan dengan mencari volume penampungan yang diperoleh pada waktu konstan.

V. DATA PENGAMATANDebit Fluidawaktu (Detik)Volume (m3)Q (m3/detik)

25,80 x 10 -42,9 x 10-4

Orificemeter

No.Waktu (detik)Volume (m3)Q (m3/detik)(Hc((Hc

128,0 x 10 -44,0 x 10 -40,0410,202

239,0 x 10 -43,0 x 10 -40,0310,176

3410,0 x 10 -42,5 x 10 -40,0370,192

Venturimeter

No.Waktu (detik)Volume (m3)Q (m3/detik)(Hc((Hc

11,212,0 x 10 -41,65 x 10 -40,0170,130

21,563,0 x 10 -41,92 x 10 -40,0240,155

32,194,0 x 10 -41,83 x 10 -40,03250,180

ValveNo.( pipa (inch)KranWaktu (detik)(Hv((Hv

11,0151620,03650,191

20,7511122,50,0390,197

30,57830,03950,199

Pipa Seri

No.( pipa (inch)KranWaktu (detik)(Hp((Hp

11,0101530,03680,192

30,55720,03620,190

Elbow

No.Volume (m3)KranWaktu (detik)(He((He

17,8 x 10 -4171820,0310,176

Tee

No.Volume (m3)KranWaktu (detik)(Ht((Ht

110,0 x 10 -4161730,03250,180

Perhitungan CoA= 1,9793 x 10 -4 m3(= 0,6097

gc= 9,81

ko= diperoleh dari grafik hubungan ((Hc Vs Q = 0,013

Karakteristik pipa pada (Hc = 0,037

Qo = Qp

Karakteristik Valve

Karakteristik Elbow

Karakteristik Tee

VI. PEMBAHASAN

Bahan-bahan yang digunakan dalam pabrik kimia sedapat mungkin dalam keadaan berupa fluida. Hal ini memungkinkan agar transportasinya mudah dan murah. Oleh sebab itu praktikum aliran fluida penting untuk dipelajari.

Dalam praktikum ini dipelajari mengenai alat ukur fluida, yaitu berupa orifice. Untuk keperluan tersebut digunakan variabel-variabel : diameter orifice, volume, dan waktu.

Dengan variabel-variabel tersebut dipelajari pengaruh diameter orifice terhadap kecepatan aliran fluida dan terhadap diameter pipa berdasarkan perbedaan tekanan yang terjadi sebelum dan seudah aliran melalui orifice.Dalam praktikum ini kecermatan melihat perbedaan tekanan pada manometer sangat penting. Selain itu ketepatan dalam menampung aliran fluida dengan volume yang tepat serta mengatur waktu dengan cermat juga menentukan besar kecilnya faktor kesalahan.

VII. KESIMPULAN1. Faktor-faktor kesalahan yang terjadi dalam praktek terdiiri dari :

Pengamatan, yaitu adalah kurang teliti dalam membaca manometer

Peralatan, di antaranya adalah alat-alat yang sudah tua dan mempunyai ketelitian yang sangat kurang (manometer).

Pengerjaan, misalnya pemasangan orifice kurang sempurna sehingga terjadi kebocoran pada fllange. Kemudian penadahan volume dan pencatatan waktu kurang teliti.

Lain-lain, seperti tegangan (voltase) listrik yang tidak konstan, sehingga mengakibatkan laju aliran fluida tidak konstan pula.

2. Semakin besar diameter orifice maka volume yang tertampung dalam waktu konstan akan semakin banyak.

3. Semakin besar diameter orifice maka waktu yang dibutuhkan untuk menampung aliran fluida pada volume konstan semakin cepat.

4. Presure drop yang terjadi dipengaruhi oleh diameter orifice, dimana semakin besar diameter orifice pressure dropnya akan semakin kecil.

5. Kecepatan aliran fluida juga dipengaruhi oleh diameter orifice, dimana semakin besar diameter orifice maka kecepatan alirannya semakin pelan.

VIII. DAFTAR PUSTAKAAnonimus. 2003. Petunjuk Praktikum Operasi Teknik Kimia , Lab. Operasi Teknik Kimia FT-UMJ. Fakultas Teknik, Jurusan. Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.

Cabe W.L, Mc. and Smith, J.C. 1956. Unit Operation of Chemical Engineering, Mc.Graw Hill Ltd. New YorkSatibi, Lukman Dr. Ir. 2003. Diktat Kuliah Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Jurusan. Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.

JAWABAN TUGAS

1. Penurunan rumus aliran fluida :

Persamaan Bernoulli:

Z1 + V12/2gc + P1/(1 +W F = Z2 + V22/ 2 gc + P2/(2Z1 = 0W= 0

Z2 = 0F= 0

Dimana :Z=Static HeadW= Working Head

V2/2gc= Velocity HeadF= Friction Losses

P/(= Pressure Head

V12/ 2 gc + P1/(1= V22/2 gc + P2/(2

(V22 V12) / 2 gc= (P1 P2)/(

(V22 V12)= (P1 P2) 2 gc / ( ..(1)

Hukum Kontinuitas :Q1=Q2

V1 x A1=V2 x A2 V1=(A2/A1) V2

=(1/4)(()(D22) / (1/4)(()(D12) V2

=(D2/D1)2 V2 . D2/D1 = (

=(2.V2(2)

Substitusi (2) ke dalam (1)

V22 ((4) V22=(P1 P2) 2 gc/ (

V22 (1 - ()4=(P1 P2)2 gc/ (

V22=(P1 P2) (2 gc) / ( (1 - (4 )

Dimana :Q=DebitP=Tekanan

V=Kecepatangc=Percepatan Gravitasi

A=Luas Penampang

2. a. Grafik Diameter Orifice vs Volume pada waktu konstan :

b. Grafik Diameter Orifice vs Waktu pada volume konstan :

c. d. Grafik Diameter orifice vs P pada volume konstan :

Grafik Diameter Orifice vs P pada waktu konstan :

e. Grafik Diameter Orifice vs Vo praktek pada volume konstan :

Grafik Diameter Orifice vs Vo teoritis pada waktu konstan :

Grafik Diameter Orifice vs Vo praktek pada waktu konstan :

Grafik Diameter Orifice vs Vo teoritis pada waktu konstan :

3. Analisa kesalahan

Pengamatan, yaitu adalah kurang teliti dalam membaca manometer

Peralatan, di antaranya adalah alat-alat yang sudah tua dan mempunyai ketelitian yang sangat kurang (manometer).

Pengerjaan, misalnya pemasangan orifice kurang sempurna sehingga terjadi kebocoran pada fllange. Kemudian penadahan volume dan pencatatan waktu kurang teliti.

Lain-lain, seperti tegangan (voltase) listrik yang tidak konstan, sehingga mengakibatkan laju aliran fluida tidak konstan pula.

4. Kavitasi adalah peristiwa terjebaknya uap air dalam suatu penampang aliran fluida (pompa, pipa, dll.). Hal ini dimungkinkan pada aliran fluida berkecepatan tinggi yang mengakibatkan cairan menguap di bawah tekanan uapnya. Kavitasi jika didiamkan akan mengakibatkan kerusakan pada penampang aliran fluida. Untuk mencegah terjadinya kavitasi dapat dilakukan hal-hal sebagai berikut :

1. Menjaga agar nilai NPPSH yang tersedia lebih kecil daripada NPSH yang disediakan.

2. Menempatkan pompa pada tempat yang tepat.

3. Mengurangi jumlah volume fluida yang akan dibangkitkan dengan pompa.

4. Diket :( Hg= 13,6 gr/cm3g/gc=1

( CCl4 = 1,6 gr/cm3P(Hg)= 3 inch = 7,62 cm

( air= 1,0 gr/cm3

Ditanya : Berapa P jika Hg diganti dengan air

Jawab :P=

Utuk manometer berisi Hg :

7,62= R (13,6 1,6) 1

R= 7,62/12

= 0,635

Untuk manometer berisi Air :

P= 0,635 (1,6-1,0) 1

= 0,381 cm

7

6

6

5

1

8

1

EMBED Equation.3

PAGE Djs art work

_1269853400.unknown

_1269853403.unknown

_1269853402.unknown

_1269853399.unknown