LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK KIMIA IV

DINAMIKA PROSES PADA

SISTEM PENGOSONGAN TANGKI

Disusun Oleh : Zeffa Aprilasani

NIM : 2008430039

Fakultas Teknik Kimia

Universitas Muhammadiyah Jakarta

2011

PENGOSONGAN TANGKI

I. MAKSUD DAN TUJUAN

1. Mempelajari dinamika proses keadaan tunak dan keadaan tidak tunak sehingga dapat

mengenali dan mendefinisikan keadaan tunak dan tidak tunak pada sistem fisika

sederhana.

2. Mengetahui pengaruh aliran fluida terhadap waktu pengosongan tangki.

II. TEORI PERCOBAAN

Efflux time adalah waktu penurunan cairan dari permukaan tangki sampai ke dasar

tangki melalui pipa vertikal karena gaya beratnya sendiri. Waktu penurunan cairan ini bisa

diperkirakan dengan rumus pendekatan yang kemudian dikenakan faktor koreksi untuk

mendapatkan waktu penurunan cairan yang mendekati sebenarnya.

Sebagian besar industri kimia selalu melibatkan tangki-tangki sebagai penampung

cairan atau gas. Untuk mengalirkan cairan dari penampung ini dapat dipakai pompa atau

dengan memanfaatkan gaya beratnya sendiri karena beda elevasi. Untuk tangki penampung

bahan cair biasanya ditempatkan pada ketinggian tertentu, sehingga untuk mengalirkan cairan

cukup digunakan gaya beratnya sendiri.

Proses dalam industri kebanyakan berlangsung secara kontinyu, sehingga tinggi

cairan dalam penampung setiap saat dapat diketahui dengan menghitung waktu penurunan

cairan. Jadi pengetahuan efflux time ini sangat diperlukan dalam industri-industri kimia,

terutama yang dalam prosesnya melibatkan cairan.

Bila suatu cairan dengan kecepatan sama masuk kedalam sebuah pipa, maka pada

dinding pipa akan terbentuk lapisan batas. Fluida mengalir dari ruang besar masuk ke dalam

pipa kecil pada entrance akan terjadi friksi antara fluida yang mengalir dengan dinding pipa.

Faktor gesekan harus diperhatikan benar sebab faktor ini akan mempengaruhui waktu

yang diperlukan oleh zat cair untuk melewati pipa. Friksi yang disebabkan oleh bentuk pipa

biasanya dinyatkan dalam panjang pipa ekivalen terhadap sebuah pipa lurus (Streater,1962)

SIFAT-SIFAT FLUIDA

Fluida dapat didefinisikan sebagai suatu benda yang tidak dapat menahan distorsi

(perubahan bentuk) secara permanen. Bila kita coba mengubah bentuk masa suatu fluida

maka di dalam fluida itu akan terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu meluncur

di atas yang lain, sehingga mencapai suatu bentuk yang baru. Selama perubahan bentuk itu

1 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

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 menghilang. Fluida yang dalam kesetimbangan itu bebas dalam segala

tegangan geser.

Fluida biasa ditransportasikan di dalam pipa atau tabung yang penampangnya bundar

dan terdapat dipasaran dalam berbagai ukuran, tebal dinding dan bahan konstruksinya yang

penggunaannya sesuai dengan kebutuhan prosesnya.

Untuk menyambung potongan-potongan pipa atau tabung bergantung antara lain pada

sifat-sifat bahan yang digunakan serta ditentukan juga oleh tebal. 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 disambung 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 dengan pita politetrafloroetilen. Laju alir fluida merupakan fungsi dari waktu,

disamping merupakan fungsi dari diameter lubang dan pipa panjang.

Pada suatu suhu dan tekanan tertentu setiap fluida mempunyai densitas tertentu, yang

dalam praktek keteknikan biasa diukur dalam kilogram permeter kubik. Walaupun densitas

fluida tergantung pada suhu dan tekanan, perubahan karena variabel itu mungkin besar,

mungkin kecil.

KONSEP TEKANAN

Sifat dasar dari setiap fluida statik adalah tekanan. Tekanan dikenal sebagai gaya

permukaan yang diberikan oleh fluida terhadap setiap titik di dalam volume fluida dalam

dinding bejana. Tekanan juga konstan pada luas setiap titik paralel pada permukaan fluida,

tetapi akan bervariasi pada setiap tinggi yang diinginkan. Suatu fluida jika melalui suatu pipa

harus diperhatikan tentang faktor gesekan, karena faktor gesekan ini akan mempengaruhi

waktu yang diperlukan oleh zat cair untuk melewati pipa. Friksi yang disebabkan oleh bentuk

pipa biasanya dinyatakan dalam panjang pipa ekivalen terhadap sebuah pipa lurus.

Friksi yang bekerja sepanjang pipa akan menyebabkan penurunan head (tenaga

persatuan berat) cairan yang lewat sepanjang pipa.

Rumus penurunan head cairan dinyatakan dalam persamaan Fanning (Brown,1950) Sebagai

berikut:

2 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

-Pf = 2 f L V 2

Do

Atau dapat dituliskan dalam bentuk:

- l w f = h = f L V 2

2g Do

dengan:

f = faktor friksi

L= panjang pipa

V=kecepatan aliran

g= percepatan gravitasi

Do =diameter pipa

a. Untuk aliran laminer, f diperoleh dari pendekatan:

f = 64/Re dan Re = Do V/

dengan: = densitas

= viskositas

b. Untuk aliran turbulen, f diperoleh dari rumus Blasius (Perry, 1988)

f = 4 Co

= 4.0,0791/ Re

Waktu pengosongan cairan dalam tangki dapat diperkirakan dengan rumus

pendekatan, kemudian dikalikan faktor koreksi untuk mendapatkan waktu pengosongan

cairan yang mendekati sebenarnya.

Variabel-variabel yang berpengaruh terhadap waktu pengosongan cairan di dalam tangki

adalah:

1. Tinggi cairan di dalam tangki

2. Panjang pipa yang digunakan

3. Diameter pipa yang digunakan

4. Diameter dari tangki itu sendiri

5. Percepatan gravitasi

6. Viskositas cairan

7. Densitas cairan

III. ALAT DAN BAHAN

3 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

1. Air

2. Tangki dinamika proses

3. Beaker glass 600 ml

4. Stop watch

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Penentuan Luas penampang tangki:

Ditentukan level ketinggian tangki dengan variasi volume fluida yang telah

ditentukan, kemudian luas penampang tangki dapat dihitung.

2. Kalibrasi laju alir keluaran tangki

Pompa dinyalakan untuk mengalirkan fluida melalui tangki 1 dan 3 atau tangki 2 dan

3, kemudian ditentukan laju alir keluaran tangki pada setiap variasi bukaan valve.

Waktunya dicatat untuk setiap ketinggian tertentu.

3. Simulasi pengosongan tangki

Fluida dialirkan ke dalam tangki no.3 sampai ketinggian tertentu, dilakukan simulasi

pengosongan tangki dengan variasi bukaan valve dicatat waktunya setiap penurunan

ketinggian tertentu.

4. Simulasi gangguan pada tangki

Pompa dinyalakan untuk mengalirkan fluida ke dalam tangki 1 dan 3 atau tangki 2

dan 3. Kemudian proses dibuat sedemikian rupa agar berada dalam keadaan tunak

atau steady state dengan cara mengatur bukaan valve pada setiap tangki. Lalu

dilakukan simulasi gangguan pada tangki yang sudah mencapai keadaan steady di

mana pada tangki tersebut secara mendadak diberikan gangguan dengan penambahan

fluida sebanyak yang ditentukan sehingga sistem di dalam tangki menjadi tidak stabil.

Lalu dicatat perubahan yang terjadi kemudian setiap perubahan ketinggian tertentu di

catat waktunya hingga sistem kembali ke keadaan steady state.

V. DATA PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN

4 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

1. Penentuan Luas Penampang

No h (cm)Volume

(ml)1 12 60002 15 70003 17.5 80004 19 90005 21.5 100006 23.5 11000

Luas penampang tangki didapat dari gradient grafik terhadap ketinggian tangki.

Persamaan yang di gunakan adalah:

Jika pada awal percobaan belum ada aliran air (debit / volume air mengalir = 0)

dan ketinggian air dalam tangki penampungan adalah 0, maka hubungan antara

volume air mengalir dan ketinggian dapat dinyatakan dalam sebuah persamaan

linier: ∆V = A. ∆h

Jika ∆V di plot dalam sumbu y dan ∆h di plot dalam sumbu x maka luas

permukaan tangki (A) adalah gradient garis tersebut. Jika dilihat dari grafik

percobaan diatas, terlihat bahwa hubungan antara volume dan ketinggian air

tangki: ∆V = 1000. ∆h, maka dapat disimpulkan luas permukaan tangki tersebut

adalah 1000 cm2.

2. Kalibrasi Laju Alir Keluaran Tangki

5 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

No h (cm) t (detik) No h (cm) t (detik)1 7 7 14 20 82 8 6 15 21 73 9 5 16 22 54 10 9 17 23 65 11 8 18 24 76 12 7 19 25 77 13 5 20 26 88 14 6 21 27 79 15 7 22 28 8

10 16 8 23 29 811 17 5 24 30 712 18 6 25 31 713 19 7 26 32 6

3. Simulasi Pengosongan Tangki

6 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

Tabel Lineariasi pengosongan tangki ½ putaran

No h (cm) t Valve 1/2 putaran dh/dt A . dh/dt ln (A . -dh/dt) ln h

1 7 43 0.1628 162.79 5.09 1.95

2 8 46.5 0.1720 172.04 5.15 2.08

3 9 45.5 0.1978 197.80 5.29 2.20

4 10 39.5 0.2532 253.16 5.53 2.30

5 11 47.9 0.2296 229.65 5.44 2.40

6 12 31.5 0.3810 380.95 5.94 2.48

7 13 38.7 0.3359 335.92 5.82 2.56

8 14 39.9 0.3509 350.88 5.86 2.64

9 15 42.4 0.3538 353.77 5.87 2.71

10 16 36.7 0.4360 435.97 6.08 2.77

11 17 36.5 0.4658 465.75 6.14 2.83

12 18 32.3 0.5573 557.28 6.32 2.89

13 19 33.5 0.5672 567.16 6.34 2.94

14 20 33.2 0.6024 602.41 6.40 3.00

15 21 32 0.6563 656.25 6.49 3.04

16 22 33.8 0.6509 650.89 6.48 3.09

17 23 29.8 0.7718 771.81 6.65 3.14

18 24 33 0.7273 727.27 6.59 3.18

19 25 29.5 0.8475 847.46 6.74 3.22

20 26 33.3 0.7808 780.78 6.66 3.26

21 27 26.6 1.0150 1015.04 6.92 3.30

22 28 30.1 0.9302 930.23 6.84 3.33

23 29 26.3 1.1027 1102.66 7.01 3.37

24 30 20.5 1.4634 1463.41 7.29 3.40

25 31 24.3 1.2757 1275.72 7.15 3.43

26 32 21.2 1.5094 1509.43 7.32 3.47

Tabel Lineariasi pengosongan tangki 1 putaran

No h (cm) t Valve 1 putaran dh/dt A . dh/dt ln (A . -dh/dt) ln h

1 7 6.5 1.0769 1076.92 6.98 1.95

7 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

2 8 7.6 1.0526 1052.63 6.96 2.08

3 9 8.2 1.0976 1097.56 7.00 2.20

4 10 7.1 1.4085 1408.45 7.25 2.30

5 11 8.2 1.3415 1341.46 7.20 2.40

6 12 7.3 1.6438 1643.84 7.40 2.48

7 13 8.4 1.5476 1547.62 7.34 2.56

8 14 7.4 1.8919 1891.89 7.55 2.64

9 15 8.1 1.8519 1851.85 7.52 2.71

10 16 5.6 2.8571 2857.14 7.96 2.77

11 17 7.5 2.2667 2266.67 7.73 2.83

12 18 6.6 2.7273 2727.27 7.91 2.89

13 19 7.2 2.6389 2638.89 7.88 2.94

14 20 7.3 2.7397 2739.73 7.92 3.00

15 21 6.5 3.2308 3230.77 8.08 3.04

16 22 6.8 3.2353 3235.29 8.08 3.09

17 23 7.1 3.2394 3239.44 8.08 3.14

18 24 6 4.0000 4000.00 8.29 3.18

19 25 5.1 4.9020 4901.96 8.50 3.22

20 26 6.2 4.1935 4193.55 8.34 3.26

21 27 5.3 5.0943 5094.34 8.54 3.30

22 28 5.4 5.1852 5185.19 8.55 3.33

23 29 5.3 5.4717 5471.70 8.61 3.37

24 30 7.1 4.2254 4225.35 8.35 3.40

25 31 4.6 6.7391 6739.13 8.82 3.43

26 32 5.4 5.9259 5925.93 8.69 3.47

4. Simulasi Gangguan Pada Tangki

No. h ( cm ) t ( s )

1 31 0

2 30 310

8 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

3 29 740

4 28 1800

Keadaan steady state tercapai pada ketinggian 28 cm, ketika keadaan tunak selama 30 menit.

VI. PEMBAHASAN

Pada percobaan ini dilakukan pengosongan tangki, dimana fluida yang digunakan

adalah air dengan berat jenis () = 1 gr/cm3 dan viskositas () = 0,8465 gr/cm.det.

Pada awalnya tangki diisi air dengan volume tertentu yaitu 6000 ml, 7000 ml,

8000ml, 10000 ml dan 11000 ml. Kemudian masing masing volume tersebut di catat

ketinggian level permukaan air pada tangki, hal ini bertujuan untuk mencari luas penampang

dari tangki.

Faktor – faktor kesalahan yang terjadi dalam praktikum diantaranya adalah :

Kurangnya ketelitian praktikan dalam membaca skala pada

penurunan fluida didalam tangki dan dalam penampungan volume konstan

penampungannya kurang tepat.

Kurang ketelitian praktikan dalam membuka dan menutup kran

air sehingga waktu maupun volume yang diperoleh kurang tepat.

Dengan data-data yang didapat dalam percobaan dapat dihitung waktu pengosongan

tangkinya (tt) pada pipa dengan panjang sama, diameter berbeda dan diameter sama, panjang

berbeda.

VII.KESIMPULAN

9 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

1. Grafik penentuan luas penampang tangki berbentuk linear dan dari persamaan dapat

diperoleh gradien yang merupakan luas penampang tangki, yaitu 1000 cm2.

2. Keadaan steady state tercapai saat ketinggian level permukaan tangki menunjukkan

28 cm selama 30 menit.

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Anonimus. 2003. Penuntun 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, Loekman Dr. Ir. H. 2003. Diktat Kuliah Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Jurusan. Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.

10 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses

JAWABAN TUGAS

1. Analisa Kesalahan pada praktikum dinamika proses?

Pembukaan valve yang tidak sesuai antara satu dengan yang lain

Pembacaan skala yang tidak tepat.

Pembacaan waktu yang tidak tepat.

2. Aplikasi dinamika proses di dunia industri?

Pada industry kimia, pada saat mereaksikan reactor dalam reactor continue. Pada saat

penambahan reactor kondisinya harus steedy state.

Pada proses pengosongan tangki.

3. Grafik :

11 Praktikum Teknik Kimia IV – Dinamika Proses