Aliran fluida - Praktikum Teknik Kimia IV - Zeffa Aprilasani

LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK KIMIA IV

ALIRAN FLUIDA

Disusun Oleh : Zeffa Aprilasani

NIM : 2008430039

Fakultas Teknik Kimia

Universitas Muhammadiyah Jakarta

2011

ALIRAN 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.

1 Praktikum Teknik Kimia IV – Aliran Fluida

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.


1

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. Manometer


7

66

5

1

8

Perbedaan Orificemeter dengan Venturimeter :

Gambar: Orifice Meter

Gambar: Venturi Meter

Perbedaannya:

Orifice: plat tipis yang diflens antara dua buah flens pipa. Bentuknya sederhana, sehingga

harganya murah dan mudah untuk dipasang. Kekurangan orifice adalah kerugian headnya

tinggi dan kapasitas pengukuran rendah.

Venturi : dibuat langsung dengan pengecoran dan dihaluskan untuk memperoleh ketentuan

sesuai standar. Harganya mahal karena berat dan kapasitas pengukurannya juga tinggi, serta

kerugian headnya rendah.


IV. 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 PENGAMATAN

Debit Fluida

No. Waktu (detik) Volume (m3) Q (m3/detik)1 2 0.000063 0.00003152 3 0.000071 0.00002373 4 0.000086 0.0000215

Orificemeter

Valve Waktu (detik)Volume

(m3)Q

(m3/detik) Δ Hc √Δ Hc

212 0.000067 0.0335 0.56 0.74833 0.000118 0.0393 0.565 0.75174 0.000123 0.0308 0.56 0.7483

222 0.000067 0.0335 0.53 0.72803 0.000118 0.0393 0.535 0.73144 0.000123 0.0308 0.53 0.7280


Venturimeter

Valve Waktu (detik)Volume

(m3) Q (m3/detik) Δ Hc √Δ Hc

193 0.000117 0.000039 0.615 0.78424 0.00011 0.000028 0.6 0.77465 0.000115 0.000023 0.625 0.7906

203 0.000117 0.000039 0.615 0.78424 0.00011 0.000028 0.6 0.77465 0.000115 0.000023 0.623 0.7893

ParalelValve Waktu (detik) Volume Δ Hp √Δ Hp Kp


(m3)

112 0.00008 0.735 0.857321 0.0000443 0.000107 0.755 0.868907 0.000043

172 0.00008 0.72 0.848528 0.0000443 0.000107 0.74 0.860233 0.000043

Paralel

ValveWaktu (detik)

Volume (m3) Δ Hp √Δ Hp Kp

113 0.000105 0.735 0.857321 0.0000444 0.000135 0.74 0.860233 0.000043

153 0.000105 (rusak) - -4 0.000135 (rusak) - -

Paralel

ValveWaktu (detik)

Volume (m3) Δ Hp √Δ Hp Kp

103 0.000093 0.645 0.803119 0.0000474 0.000122 0.665 0.815475 0.000046

6 3 0.000093 0.68 0.824621 0.0000454 0.000122 0.68 0.824621 0.000045

Seri

ValveWaktu (detik)

Volume (m3) Δ Hs √Δ Hs Ks

151 0.00005 (rusak) - -3 0.0001 (rusak) - -

161 0.00005 0.65 0.806226 0.0000463 0.0001 0.615 0.784219 0.000048

Seri

ValveWaktu (detik)


113 0.000095 0.75 0.866025 0.0000435 0.000138 0.7 0.83666 0.000045

123 0.000095 0.57 0.754983 0.0000505 0.000138 0.655 0.809321 0.000046

Seri

ValveWaktu (detik)


7 2 0.000085 0.74 0.860233 0.000043


3 0.000095 0.725 0.851469 0.000044

82 0.000085 0.74 0.860233 0.0000433 0.000095 0.725 0.851469 0.000044

Seri

ValveWaktu (detik)


31 0.000051 0.75 0.866025 0.0000432 0.000071 0.74 0.860233 0.000043

41 0.000051 0.74 0.860233 0.0000432 0.000071 0.73 0.8544 0.000044

Tee

ValveWaktu (detik)

Volume (m3) Δ Ht √Δ Ht Kt

163 0.000118 0.61 0.781025 0.0000484 0.000124 0.6 0.774597 0.0000485 0.000172 0.605 0.777817 0.000048

173 0.000118 0.535 0.731437 0.0000514 0.000124 0.595 0.771362 0.0000495 0.000172 0.605 0.777817 0.000048

Elbow

ValveWaktu (detik)

Volume (m3) Δ He √Δ He Ke

184 0.000111 0.59 0.768115 0.0000495 0.000154 0.595 0.771362 0.0000496 0.000193 0.62 0.787401 0.000048

174 0.000111 0.595 0.771362 0.0000495 0.000154 0.595 0.771362 0.0000496 0.000193 0.62 0.787401 0.000048


Perhitungan Co

A = 1,9793 x 10 -4 m3

β = 0,6097gc = 9,81ko = diperoleh dari grafik hubungan ÖDHc Vs Q, yaitu 0.00005

Co= 0.05294

Karakteristik pipa pada DHc = 0,615

Qo = 0.000037

Qo = Qp


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. KESIMPULAN

1. 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.


0.000037

0.7681= 0.000048

0.7810

0.000037= 0.000047

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 PUSTAKA

Anonimus. 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 York

Satibi, Lukman Dr. Ir. 2003. Diktat Kuliah Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Jurusan.

Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.


JAWABAN TUGAS

1. 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.

2. Grafik pada orificemeter dan venturimeter :


3. Cari gambar globevalve dan gatevalve


Globe Valve

Aliran fluida - Praktikum Teknik Kimia IV - Zeffa Aprilasani

Documents

Transcript of Aliran fluida - Praktikum Teknik Kimia IV - Zeffa Aprilasani