ALIRAN FLUIDA MELEWATI HAMPARAN BENDA PADAT

Khusnia Normawati

(011200313)

Nimas Agustina Pratomo

( 0112003 16 )

Novita Wiwoho

(011200317)

Tujuan

• Menentukan bilangan Reynold aliran fluida yang melewati media berpori

• Menentukan faktor friksi

• Menentukan energi yang hilang akibat gayafriksi

Dasar TeoriFluidisasi dipakai untuk menerangkan atau menggambarkan

salah satu cara mengontakkan butiran-butiran padat dengan fluida(gas atau cair). Sebagai ilustrasi dengan apa yang dinamakanfluidisasi ini, kita tinjau suatu bejana dalam air di dalam manaditempatkan sejumlah partikel padat berbentuk bola, melaluiunggun padatan ini kemudian dialirkan gas dengan arah aliran daribawah ke atas. Pada laju alir yang cukup rendah partikel padat akandiam. Keadaan yang demikian disebut sebagai unggun diam atau”fixedbed”. Kalau laju alir gas dinaikkan, maka akan sampai padasuatu keadaan dimana unggun padatan tadi tersuspensi di dalamaliran gas yang melaluinya. Pada kondisi partikel yang mobilini, sifat unggun akan menyerupai sifat-sifat suatu cairan denganviskositas tinggi, misalnya ada kecenderungan untukmengalir, mempunyai sifat hidrostatik. Keadaan demikian disebut“fluidized bed”

Unggun jejalan yang terdapat di dalam kolom di samping tentunyadinding kolom itu sendiri, merupakan tahanan terhadap aliran fluida.Untuk mengalirkan fluida (baik cairan maupun gas) melalui unggunjejalan diperlukan penurunan tekanan (pressure drop) sebagai gayapendorong.Besaran ini memegang peranan penting, terutama dalam masalahpenentuan kebutuhan energi untuk memasok aliran gas ke kolom. Sebagaigambaran, untuk kolom yang berisikan jejalan acak (packing yangdituangkan secara acak ke dalam kolom), penurunan tekanan gassepanjang unggun dapat dapat mencapai harga 50-100 kali penurunantekanan pada kolom kosong [2]Penurunan tekanan gas di sepanjang kolom/unggun diperanguhisejumlah faktor berikut : (1) fraksi lowong unggun jejalan, (2) laju massagas, (3) bentuk dan ukuran efektif jejalan, (4) densitas gas, dan (5) laju alircairan.

Kecepatan Minimum FluidisasiYang dimaksud kecepatan minimum fluidisasi (Umf), adalah kecepatansuperficial fluida minimum dimana fluida mulai terjadi. Karakter unggunterfluidakan biasanya dinyatakan dalam bentuk grafik antara penurunantekanan (ΔP) dan kecepatan superficial fluida (U). Untuk keadaan yangideal, kurva hubungan ini berbentuk seperti terlihat dalam gambar

Garis AB : menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun diamGaris BC : menunjukkan keadaan dimana unggun telah terfluidakanGaris DE : menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun diam padawaktu kita menurunkan kecepatan air fluida. Harga penurunan tekanan untukkecepatan aliran fluida tertentu, sedikit lebih rendah daripada harga penurunantekanan pada saat awal operasi.

Alat :KolomManometer Kondensor SpiralPenyambung antara kolom dengan kondensorPompa AirPiknometerViskometerJangka sorongStopwatchBeaker glassGelas ukur

Bahan :AquadestBahan isian berupa Rasching Ring

Alat dan Bahan

Cara kerja

• Densitas dan viskositas fluida diukur.• Diameter bahan isian, diameter kolom, dan panjang susunan bahan

isian dalam kolom diukur.• Aquadest dimasukkan kedalam wadah penampung (labu distilasi).• Bahan isian dimasukkan pada kolom, kemudian ketinggiannya

diatur.• Posisi alat diatur sedemikian rupa dengan urutan dari bawah: heat

mantel, labu distilasi, kolom berisi bahan isian, penyambung yang memiliki kran, dan yang paling atas kondensor spiral. Sedangkanselang manometer ujung pertama disambungkan dengan kolom danujung kedua dengan udara terbuka. Dan untuk kondensor spiral kedua ujungnya dihubungkan dengan selang dari pompa.

• Kemudian heat mantel dinyalakan dengan menekan on pada bagianbelakang heat mantel, kemudian ditunggu hingga air mendidih.

• Waktu dicatat dari saat air dalam labu distilasi mendidih hinggakeluar tetesan pertama melalui kran pada penyambung.

• Langkah-langkah diatas diulangi dengan mengubah ketinggianbahan isian.

Data Pengamatan

A. Rasching Ring (bahan isian)

Tinggi = 0,808 cm

Diameter luar = 0,896 cm

Diameter dalam = 0,428 cm

Panjang kolom = 2,73 cm

No Volume (ml)

T (s) Q (ml/s)

1 1,2 120 0,01

2 1,25 120 0,0104

No Volume (ml)

T (s) Q (ml/s)

1 1,4 120 0,0117

2 1,3 120 0,0108

Panjang hamparan (L1) = 9 cmΔh = 1,5 cmT = 72oCρ = 976,619 kg/m3

Panjang hamparan (L2) = 23 cmΔh = 0,8 cmT = 75oCρ = 976,619 kg/m3

Panjang hamparan (L3) = 38 cmΔh = 0,6 cmT = 83oCρ = 969,909 kg/m3

No Volume (ml)

T (s) Q (ml/s)

1 3,65 120 0,0304

2 3,5 120 0,0292

Perhitungan

• Panjang hamparan (L1) = 9 cm = 0,295 ft

• P = 1 atm = 2116,224 lbf/ft2

• Diameter luar = 0,896 cm = 0,029 ft

• Diameter dalam = 0,428 cm = 0,014 ft

• Diameter kolom = 2,73 cm = 0,0896 ft

• Diameter partikel

Porositas X

• Porositas X = 0,62

Sphericity = 0,45

FRe = 44 dan Ff = 900

Menentukan nilai Re

Menentukan nilai faktor friksi (f)

Menentukan energy yang hilangakibat friksi (wf)

Dengan cara sama untuk panjanghamparan yang berbeda:

No.Panjang

Hamparan(L)

NRe f w f

(lbf.ft/lbm)

1 9 cm 19.000,97 0,0335 0,0490

2 23 cm 22.231,42 0,00551 0,0260

3 38 cm 65.249,73 0,00035 0,0196

PEMBAHASAN

Prinsip dasar dari percobaan ini adalah dengan mengalirkan fluida yang berupa gas dalam media berpori berupa rasching ring untuk dapat ditentukanbilangan Reynold (NRe)

Faktor friksi dan energi yang hilang akibat gaya gesekan.

Air yang dipanaskan akan berubah wujud menjadi uap . Uap tersebut akanmelewati kolom destilasi yang didalamnya terdapat partikrl padat (rasching ring).

Diatas kolom destilasi juga dipasang rangkaian reflux dengan tujuan untukmengembalikan bentuk uap menjadi air kembali, sehingga dapat dihitung debit fluidanya.

Uap yang berubah menjadi air akan keluar melalui kran akibat adanya perbedaantekanan.

Enegi yang masuk tidaksama dengan energi yang keluar, ini disebabkankarena ada energi yang hilang akibat adanya gesekan antara fluida denganrasching ring.

Faktor-faktor yang mempengaruhi percobaan ini adalah :1.Porositas Media

Porositas merupakan perbandingan antara luasan kosong dengan luaspenampang kolom2. Diameter Partikel

Semakin besar diameter partikel, maka friksi akan semakin kecil.3. Derajat Kebundaran

Apabila bentuk semakin mendekati bentuk bola maka friksi dan energi yang hilang juga akan semakin besar4. Kekasaran

Semakin kasar permukaan partikel maka friksi dan tenaga yang hilang akansemakin besar.

• Percobaan dilakukan dengan tiga variasipanjang hamparan. Dari ketiga hasilperhitungan dapat diketahui nilai bilanganreynoldnya :untuk L1, NRe = 19.000,97

• Untuk L2, Nre = 22.231,42

• Untuk L3, Nre = 65.249,73

Nilai bilangan reynold yang diperoleh >4000, sehingga alirannya turbulen. Pressuredrop dapat diketahui dengan adanya perbedaantinggi manometer. Pressure drop berpengaruhpada penentuan faktor friksi yang kemudianberpengaruh pada besatnya energi yang hilang.

Dari hasil percobaan diperoleh hasil bahwasemakin panjang hamparan maka faktor friksidan energi yang hilang akan semakin kecil.

Hal ini tidak sesuai dengan teori yang menyatakanbahwa semakin panjang hamparan maka faktorfriksinya akan semakin besar dan energi yanghilang juga semakin besar :

Penyimpangan yang ada dalam percobaan inidisebabkan :1. Adanya perbedaan suhu antara fluida padasaat percobaan. Seharusnya fluida memilikisuhu yang sama untuk setiap percobaan.

2. Ketidaktelitian pada saat pembacaan ∆h manometer

3. Ketidaktelitian sat mengukur air yang keluardari kran

KESIMPULAN

1. Hasil dari percobaan diperoleh :

No.Panjang

Hamparan(L)

NRe f w f

(lbf.ft/lbm)

1 9 cm 19.000,97 0,0335 0,0490

2 23 cm 22.231,42 0,00551 0,0260

3 38 cm 65.249,73 0,00035 0,0196

2. Semakin besar porositas dan diameter partikel, friksi akan semakin kecil dan energiyang hilang akibat friksi juga akan semakin kecildan bilangan Reynoldnya semakin besar.

3. Semakin panjang hamparan benda padat, makafriksi dan tenaga yang hilang akibat friksi akansemakin besar.

DAFTAR PUSTAKA

• Putra, Sugili dkk. 2006. Petunjuk PaktikumOTK1. Yogyakarta : STTN-BATAN

• Warren L.McCabe,Julian C.Smith, dan Peter Harriot. Erlangga.1986