MODUL PRAKTIKUM

LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA

ALIRAN FLUIDA

(ALF)

Disusun oleh:

Darren Kurnia

Paul Victor

Dr. Yogi Wibisono Budhi

Dr. Irwan Noezar

Dr. Ardiyan Harimawan

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2013

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 2

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI .............................................................................................................................. 2

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 3

DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 4

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 5

BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN................................................................. 7

2.1. Tujuan Percobaan ........................................................................................................ 7

2.2. Sasaran Percobaan ....................................................................................................... 7

BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 8

3.1. Perangkat dan Alat Ukur ............................................................................................. 8

3.2. Bahan ........................................................................................................................... 8

3.3. Skema Alat .................................................................................................................. 8

BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................. 10

4.1. Penentuan Densitas Air Keran .................................................................................. 11

4.2. Penentuan Viskositas Air Keran ............................................................................... 12

4.3. Prosedur Start Up ...................................................................................................... 13

4.4. Prosedur Shut Down .................................................................................................. 14

PUSTAKA ............................................................................................................................... 15

LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH ............................................................................. 16

LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN ...................................................................... 18

LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR ......................................................................... 20

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 3

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ ....................................................................................... 9

Gambar C.1. Moody Diagram ................................................................................................. 20

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 4

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1 ............................................................................................ 9

Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa ...................................................... 16

Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran ............................................................................... 16

Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran............................................................................. 17

Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve ................................................................. 21

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 5

BAB I

PENDAHULUAN

Fluida merupakan suatu jenis zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara

permanen, sehingga apabila terjadi perubahan bentuk di dalam fluida, maka akan terbentuk

lapisan-lapisan yang mengalir di atas lapisan lain dan terbentuklah lapisan baru. Pada proses

tersebut terdapat tegangan geser yang besarnya tergantung pada viskositas fluida dan laju alir

fluida relatif terhadap suatu arah. Tegangan geser ini akan hilang setelah fluida mencapai

keadaan kesetimbangan.

Berdasarkan densitas, fluida dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu: fluida compressible dan

fluida incompressible. Fluida compressible mempunyai densitas yang peka terhadap

perubahan temperatur dan tekanan (misalnya: gas), dan fluida incompressible kebalikan dari

fluida compressible (misalnya: zat cair).

Dalam suatu sistem perpipaan transportasi fluida, terdapat beberapa komponen atau peralatan

umum yang digunakan, seperti: pipa/tabung, valve, blower, pompa, dll. Pipa merupakan

tempat mengalirnya fluida, dan valve dipasang untuk mengatur laju alir/bukaan fluida. Dalam

suatu sistem perpipaan dibutuhkan penambahan energi mekanik untuk mempercepat laju alir

fluida. Alat yang dapat digunakan antara lain pompa, blower, kipas, dan kompresor. Peralatan

pemindah fluida dibagi menjadi dua, berdasarkan cara kerja menggunakan tekanan langsung

ke fluida, atau dengan membangkitkan rotasi menggunakan momen punter.

Untuk menganalisis sistem pipa digunakan persamaan Bernoulli:

Keterangan:

A : bagian hisap pompa

B : bagian keluaran pompa

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 6

Jumlah kerja dari pompa bergantung pada kapasitas dan head. Kapasitas adalah laju alir

massa per volume fluida yang dialirkan, sedangkan head adalah perbedaan total tekanan

masuk dan keluar alat, yang dinyatakan dalam tinggi kolom fluida pada kondisi adiabatik.

Efisiensi pompa dinyatakan sebagai perbandingan daya output terhadap input. Dalam operasi

pompa harus dihindari fenomena kavitasi, yaitu fenomena berubahnya sebagian fluida

menjadi uap akibat tekanan hisap yang lebih tinggi dibandingkan tekanan uap fluida yang

menyebabkan timbulnya gelembung yang dapat merusak pompa. Agar tidak terjadi kavitasi,

nilai (NPSH)R harus terpenuhi. (NPSH)R merupakan total head cairan pada garis pusat

pompa, dikurangi tekanan uap P. NPSH dapat dihitung menggunakan persamaan:

(NPSH)A dalam instalasi pompa harus lebih besar atau sama dengan (NPSH)R untuk kapasitas

yang diinginkan.

Laju alir fluida dapat diukur dengan berbagai jenis alat ukur, contohnya pitot tube,

orificemeter, dan venturimeter. Ketiga alat ini menggunakan prinsip Bernoulli untuk

menentukan laju alir fluida.

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 7

BAB II

TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN

2.1. Tujuan Percobaan

Praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari karakteristik sistem perpipaan,

serta fluida yang mengalir di dalamnya.

2.2. Sasaran Percobaan

Dari praktikum ini praktikan diharapkan dapat:

Menentukan hubungan laju alir dan head loss

Menentukan hubungan bilangan Reynold dengan pipe friction coefficient

Menentukan nilai K masing-masing fitting

Menghitung konstanta yang diperlukan pada perhitungan laju alir fluida

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 8

BAB III

RANCANGAN PERCOBAAN

3.1. Perangkat dan Alat Ukur

Perangkat dan alat ukur yang digunakan pada percobaan ini adalah:

a) Satu set peralatan SOLTEQ

b) Viskometer Ostwald

c) Piknometer

d) Stopwatch

e) Gelas ukur 1 Liter

f) Neraca analitis

g) Ember, lap bersih, dan tissue

3.2. Bahan

Bahan yang diperlukan pada percobaan ini adalah:

a) Aqua dm

b) Air keran

3.3. Skema Alat

Rangkaian alat yang digunakan pada percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 3.1, dan

dengan keterangan yang ditampilkan pada Tabel 3.1.

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 9

Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ

Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1

Kode Keterangan Kode Keterangan

A 6 mm smooth bore pipe K In-line y strainer

B Sudden contraction L 90o elbow

C 10 mm smooth bore pipe M 90o bend

D Sudden enlargement N 90o T

E 17 mm smooth bore pipe O Pitot static tube

F 17 mm artificial roughened pipe P Venturimeter

G 45o elbow Q Orificemeter

H 45o Y R Outlet control valve

I Gate valve S Water manometer

J Globe valve T Digital manometer

D C

A

B

E

F G

C H I

C

J K L

M N O

C

P Q R

S

T

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 10

BAB IV

PROSEDUR KERJA

Berikut merupakan langkah kerja praktikum modul Aliran Fluida.

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 11

4.1. Penentuan Densitas Air Keran

Mulai

Piknometer dan

aseton disiapkan

Piknometer dicuci, dan

dikeringkan

Piknometer kosong

ditimbang; massa

dicatat

Massa

piknometer

kosong

Aqua dm dimasukkan ke

dalam piknometer hingga

tepat penuh

Piknometer ditutup

rapat hingga aqua dm

meluap

Dinding luar piknometer

dikeringkan dengan tissue

atau lap kering yang bersih

Piknometer berisi

aqua dm ditimbang;

massa dicatat

Massa

piknometer

+ fluida

Suhu aqua dm

dalam piknometer

diukur

Temperatur

aqua dm

Diulang

menggunakan air

keran

Piknometer dikosongkan;

dibilas dengan aseton;

keringkan

Densitas air keran

dihitung

Densitas

air keran

Selesai

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 12

4.2. Penentuan Viskositas Air Keran

Mulai

Bersihkan dan keringkan

viskometer

Masukkan aqua dm ke

dalam viskometer

Cairan dihisap dari ujung atas

reservoir B hingga melewati m

Cairan dibiarkan mengalir; waktu dari

titik m ke n dicatat

Waktu m

ke n

Ulangi prosedur untuk mencari

waktu m ke n air keran

Viskositas air keran dicari

dengan membandingkan

terhadap viskositas aqua dm

Viskositas

air keran

Selesai

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 13

4.3. Prosedur Start Up

Mulai

Alat disiapkan

Isi bak penampung air dengan air hingga mencapai setengah atau

lebih tinggi bak penampung

Buka seluruh keran; pompa dan manometer disambungkan ke

power supply

Power supply dinyalakan

Selesai

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 14

4.4. Prosedur Shut Down

Mulai

Seluruh valve dibuka

Power supply dimatikan

Isi bak penampung dikuras dan dikeringkan

Bereskan peralatan

Selesai

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 15

PUSTAKA

Geankoplis, C. J., 2003, Transport Process and Separation 4th

edition, USA: Prentice Hall

(halaman 90 – 107; 136 – 149)

SOLTEQ, Fluid Friction Measurements Apparatus Model : FM 100, Equipment for

Engineering Education & Research, 2011

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 16

LAMPIRAN A

TABEL DATA MENTAH

Contoh tabel pengamatan yang digunakan pada percobaan adalah sebagai berikut.

CONTOH

Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa

Variasi Laju Alir ke- Volume (mL) Waktu (s) Head Loss (mm H2O)

Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran

Massa piknometer kosong (g)

Massa piknometer kosong + aqua dm (g)

Massa piknometer kosong + air keran (g)

Temperatur aqua dm (oC)

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 17

Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran

Waktu tempuh aqua dm (s)

Waktu tempuh air keran (s)

Temperatur aqua dm (oC)

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 18

LAMPIRAN B

PROSEDUR PERHITUNGAN

Perhitungan yang dilakukan pada modul Aliran Fluida ini dapat dilakukan dengan langkah-

langkah sebagai berikut :

1. Perhitung densitas air keran

Densitas aqua dm diperoleh dari data literatur hubungan densitas terhadap temperatur

aqua dm. Densitas air keran dapat dihitung dengan persamaan berikut :

2. Perhitungan viskositas air keran

Viskositas aqua dm diperoleh dari data literatur hubungan viskositas terhadap

temperatur aqua dm. Viskositas air keran dapat dihitung dengan persamaan berikut :

3. Perhitungan hubungan laju alir dengan head loss pada pipa halus

Pertama-tama hitung kecepatan aliran fluida dalam pipa (u) dan hubungkan dengan

head loss (Δh) dengan menggunakan plot regresi linear sehingga diperoleh persamaan

berikut :

Hubungan laju alir dengan head loss dapat diketahui dengan menghitung nilai k

4. Perhitungan hubungan bilangan Reynold terhadap koefisien friksi pada pipa kasar

Hitung bilangan Reynold pada aliran pipa kasar dengan persamaan berikut :

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 19

Dengan = densitas air keran (kg/m3), kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s),

d = diameter pipa (m), = viskositas air keran (kg/m.s)

Setelah itu, hubungkan bilangan Reynold dengan koefisien friksi yang ada pada

Moody diagram yang terletak pada Lampiran C. Sehingga dapat diperoleh persamaan

hubungan antara bilangan Reynold dengan koefisien friksi pipa kasar secara linear.

5. Perhitungan karakteristik fitting dan valve

Hitung nilai hv (velocity head) terlebih dahulu dengan persamaan :

Dengan u = laju alir linear (m/s), dan g = konstanta percepatan gravitasi = 9,8 m/s2

Setelah didapat nilai hv, plotkan hv terhadap h (head loss bacaan) secara linear agar

didapatkan nilai K ( = h / hv)

6. Karakteristik alat ukur

Hitung nilai Q (debit aliran air keran (m3/s)) dan hubungkan dengan plot secara linear

terhadap akar dari head loss (√Δh (m1/2

)) agar didapatkan nilai k ( = Q/√Δh)

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 20

LAMPIRAN C

SPESIFIKASI LITERATUR

Gambar C.1. Moody Diagram

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 21

Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve

Section Diameter (cm)

6 mm smooth bore pipe 0,6

Sudden contraction 0,25 0,1

10 mm smooth bore pipe 0,1

Sudden enlargement 0,1 0,25

17 mm smooth bore pipe 0,17

17 mm artificial roughened pipe 0,17

45o elbow 2,5

45o Y 2,5

Gate valve 2,5

Globe valve 2,5

In-line y strainer 2,5

90o elbow 2,5

90o bend 2,5

90o T 2,5

Pitot static tube 2,5

Venturimeter 2,5

Orificemeter 2,5

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Aliran Fluida

ALF 22

LAMPIRAN D

LEMBAR KENDALI KESELAMATAN KERJA

Nama / Kode modul : Aliran Fluida (ALF)

Asisten modul : Darren , Paul Victor

Dosen Pembimbing : Dr. Yogi Wibisono Budhi, Dr. Irwan Noezar

No Bahan Sifat Bahan Tindakan Penanggulangan

1 Air (H2O) • Titik leleh 0oC

• Titik didih 100oC

• Stabil terhadap

reaksi

• Viskositas 0,860

cP pada 26oC

• Pelarut yang baik

Tidak memerlukan

penanggulangan secara khusus

Kecelakaan yang mungkin terjadi Penanggulangan

Hubungan arus pendek akibat listrik

yang kontak dengan air.

Usahakan untuk memutuskan hubungan arus listrik pada

alat. Apabila hal ini tidak dapat dilakukan, hubungi pihak

berwenang.

Terpleset akibat genangan air yang

diakibatkan oleh kebocoran sambungan

selang.

Pastikan semua sambungan selang terpasang dengan baik

dan benar, sehingga tidak ada air yang bocor dan

menggenang. Bersihkan apabila terjadi genangan air.

Perlengkapan keselamatan kerja

Prosedur Keselamatan Kerja

Pengecekan Alat

• Pastikan sambungan selang pada alat

tersambung dengan baik dan terhubung

dengan saluran pembuangan.

• Pastikan listrik pada pompa terhubung

dengan baik, kabel dan stop kontak

jauhkan dari sumber air.

Pasca Percobaan

• Bersihkan genangan air di sekitar alat.

• Putuskan hubungan listrik pada pompa.

• Gulung kabel listrik dan manometer lalu

letakkan pada tempatnya.

Penentuan Densitas dan Viskositas

• Pastikan piknometer dan viskometer

Ostwald diletakkan pada tempat yang

aman.

• Hindari menggenggam kedua tangkai

viskometer Ostwald karena viskometer

sangat rapuh.

Percobaan

• Berhati-hati dalam mengalirkan air.

Tekanan aliran air yang besar dapat

menyebabkan lepasnya sambungan selang

pada sight gauge.

• Hati-hati ketika menyentuh ketiga alat

ukur karena sambungannya mudah

terlepas.

Asisten modul,

Darren Paul Victor

D

Dosen Pembimbing,

Dr. Yogi W. Budhi Dr. Irwan Noezar

Koordinator Laboratorium

Instruksional,

Dr. Ardiyan Harimawan