MODUL 1.01 Aliran Fluida

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

Departemen Teknik Kimia ITB

Halaman1dari 17

MODUL 1.01 Aliran Fluida

I. Pendahuluan

Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara

permanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di dalam fluida

tersebut akan terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu akan mengalir di atas

lapisan yang lain, sehingga tercapai bentuk baru. Selama perubahan bentuk tersebut,

terdapat tegangan geser (shear stress), yang besarnya bergantung pada viskositas fluida

dan laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu. Bila fluida telah mendapatkan bentuk

akhirnya, semua tegangan geser tersebut akan hilang sehingga fluida berada dalam

keadaan kesetimbangan. Pada temperatur dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai

densitas tertentu. Jika densitas hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang suhu dan

tekanan yang relatif besar, fluida tersebut bersifat incompressible. Tetapi jika densitasnya

peka terhadap perubahan variabel temperatur dan tekanan, fluida tersebut digolongkan

compresible. Zat cair biasanya dianggap zat yang incompresible, sedangkan gas

umumnya dikenal sebagai zat yang compresible.

Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah fluida

itu berada di bawah pengaruh bidang batas padat atau tidak. Di daerah yang pengaruh

gesekan dinding kecil, tegangan geser dapat diabaikan dan perilakunya mendekati fluida-

ideal, yaitu incompresible dan mempunyai viskositas 0. Aliran fluida ideal yang demikian

disebut aliran potensial. Pada lairan potensial berlaku prinsip-prinsip mekanika Newton

dan hukum kekekalan massa. Aliran potensial mempunyai 2 ciri pokok:

1. tidak terdapat sirkulasi ataupun pusaran sehingga aliran potensial itu disebut

aliran irotasional

2. tidak terjadi gesekan sehingga tidak ada disipasi (pelepasan) dari energi mekanik

menjadi kalor.

Prinsip-prinsip dasar yang paling berguna dalam penerapan mekanika fluida

adalah persamaan-persamaan neraca massa atau persamaan kontinuitas; persamaan-

persamaan neraca momentum linear dan neraca momentum angular (sudut), dan neraca

energi mekanik. Persaman-persamaan itu dapat dituliskan dalam bentuk diferensial yang

menunjukkan kondisi pada suatu titik di dalam elemen volume fluida, atau dapat pula

dalam bentuk integral yang berlaku untuk contoh volume tertentu atau massa tertentu.



Modul 1.01 Aliran Fluida Halaman 2 dari 17

II. Tujuan

Praktikum modul Aliran Fluida dilakukan dengan tujuan agar praktikan

mempelajari aliran fluida dan peralatan-peralatan yang berkaitan dengan transportasi

fluida.

III. Sasaran

Praktikum ini dilaksanakan dengan sasaran agar praktikan dapat menentukan

parameter-parameter untuk:

1. karakteristik sight gage

2. karakteristik venturimeter

3. karakteristik orificemeter

4. karakteristik elbow

5. karakteristik tee

6. karakteristik gate valve

7. karakteristik pipa tunggal

8. karakteristik pipa paralel

IV. Tinjauan Pustaka

IV.1 Pipa dan Tabung

Fluida dapat dialirkan dalam pipa atau tabung yang berpenampang bundar dan

dijual dipasaran dengan berbagai ukuran, tebal dinding, dan bahan konstruksi. Pada

umumnya pipa berdinding tebal, berdiameter relatif besar, dan tersedia dalam panjang

antara 20-40 ft. Sedangkan tabung berdinding tipis dan biasa tersedia dalam bentuk

gulungan yang panjangnya sampai beberapa ratus kaki. Ujung pipa logam biasanya

berulir. Dinding pipa umumnya kesat, sedangkan dinding tabung licin. Potongan-

potongan pipa disambung dengan menggunakan ulir (screw), flens (flange), atau las

(weld), sedangkan tabung disambung dengan sambungan kompresi (compression fitting),

flare fitting, atau sambungan solder (soldered fitting). Tabung biasanya dibuat dengan

teknik ekstrusi atau cold drawn, sedangkan pipa logam biasanya dibuat dengan teknik las,

cor (casting), dan piercing.




Pipa dan tabung dapat dibuat dengan berbagai material seperti logam, alloy,

keramik, gelas, dan polimer. Untuk praktikum ini digunakan pipa dari PVC dan logam.

Pada indsutri kimia umumnya digunakan pipa dari baja berkarbon rendah.

Ukuran pipa ditentukan oleh diameter dan tebal dindingnya. Tebal pipa

ditunjukkan dengan schedule number. Hal ini berkatitan dengan allowabel stress dan

ultimate strength-nya. Ukuran pipa yang optimum ditentukan oleh biaya relatif untuk

investasi, daya, pemeliharaan, persediaan dan fleksibilitas sambungan.Untuk instalasi

kecil, umumnya kecepatan rendah lebih menguntungkan terutama dalam aliran gravitasi

dari tekanan tinggi.

IV.2 Valve

Sistem instalasi pipa biasanya terdiri dari banyak sekali valve dengan ukuran dan

bentuk yang beragam. Beberapa jenis valve sangat cocok untuk membuka dan menutup

penuh aliran, ada valve yang cocok untuk mengurangi tekanan dan laju aliran fluida, ada

pula valve yang berfungsi mengatur agar aliran fluida terjadi pada satu arah saja.

Dua jenis valve yang paling dikenal adalah gate valve dan globe valve. Pada gate

valve, bukaan tempat aliran fluida hampir sama besar dengan pipa sehingga aliran fluida

tidak berubah. Akibatnya, gate valve yang terbuka penuh hanya menyebabkan penurunan

tekanan sedikit. Dalam gate valve terdapat piringan tipis yang berada pada dudukan yang

tipis pula. Bila gate valve dibuka, piring naik ke selongsong atas, sehingga seluruhnya

berada di luar lintasan fluida. Valve ini tidak cocok digunakan sebagai pengendali aliran,

dan biasanya dipakai dalam keadaan terbuka atau tertutup penuh.

Sebaliknya, globe valve banyak digunakan sebagai pengendali aliran. Bukaannya

bertambah secara hampir linear menurut posisi batang valve, sehingga keausan di

sekeliling piringan terdistribusi secara seragam. Fluida mengalir melalui bukaan yang

terbatas dan berubah arah beberapa kali. Akibatnya, penurunan tekanan pada globe valve

cukup besar.

Untuk suhu di bawah 250 0C, tipe plug cock yang terbuat dari logam banyak

digunakan dalam sistem pipa pengolahan bahan kimia. Seperti tipe stop cock yang biasa

terdapat di laboratorium, tipe plug cock dapat berubah dari posisi terbuka penuh sampai

tertutup sempurna dengan memutar batang seperempat putaran. Pada posisi terbuka

penuh, saluran di dalam plug cock dapat sebesar penampang pipa sehingga penurunan

tekanan kecil sekali. Pada ball valve, elemen penutup ini berbentuk bola. Daerah kontak




antara elemen yang bergerak dan dudukannya biasanya besar, dan valve ini dapat

digunakan untuk menurunkan laju alir fluida atau mengendalikan tekanan.

Check valve menyebabkan aliran hanya berlangsung pada satu arah saja. Valve

terbuka oleh tekanan fluida pada arah yang dikehendaki, bila aliran berhenti atau akan

berbalik, valve menutup otomatis karena gravitasi atau dengan bantuan pegas yang

menekannya ke piringan.

Beberapa rule of thumb yang penting dalam penyusunan aliran pipa, antara lain:

1. Pipa-pipa harus sejajar dengan belokan-belokan tegak lurus pipa-pipa disusun

sedemikian sehingga dapat dibuka bila perlu untuk mengganti pipa yang rusak

atau membersihkannya.

2. Dalam sistem aliran gravitasi, pipa harus dibuat lebih besar daripada seharusnya

dan belokan dirancang sesedikit mungkin. Pengotoran saluran sangat

mengganggu bila aliran berlangsung dengan gravitasi saja, karena tinggi tekan

fluida tidak dapat ditambah untuk meningkatkan laju aliran saat pipa mengecil

karena fouling.

3. Kebocoran valve harus selalu diperhtungkan. Valve harus dipasang vertikal

dengan batangnya ke atas. Valve harus mudah dicapai, dan didukung tanpa

mengalami regangan, dan diberi allowance untuk menampung ekspansi termal

pipa di sebelahnya.

IV.3 Pompa

Pemindahan fluida melalui pipa, peralatan, atau udara terbuka dilakukan dengan

pompa, kipas, blower, dan kompresor. Alat-alat tersebut berfungsi meningkatkan energi

mekanik fluida. Tambahan energi itu lalu digunakan untuk meningkatkan kecepatan,

tekanan, atau elevasi fluida. Metoda yang umum untuk penambahan energi tersebut

adalah dengan positive displacement dan aksi sentrifugal yang diberikan dengan gaya dari

luar. Kedua metoda tersebut menyebabkan ada 2 jenis utama peralatan pemindah fluida,

yaitu menggunakan tekanan langsung pada fluida dan menggunkaan momen puntir untuk

membangkitkan rotasi

Pompa digunakan untuk mengalirkan fluida (umumnya cair) dari satu unit

operasi ke unit operasi yang lain. Fluida mengalir akibat terjadinya perpindahan energi.

Driving force yang umum digunakan untuk mengalirkan fluida adalah gravitasi,

displacement, gaya sentrifugal, gaya elektromagnetik, perpindahan momentum, impuls




mekanik, atau kombinasinya. Saat ini, yang paling umum diaplikasikan adalah gaya

sentrifugal dan gravitasi.

Ada 2 kelompok utama pompa:

1. Positive Displacement Pump

Pada pompa jenis ini, volume tertentu zat cair terperangkap di dalam satu ruang

yang berganti-ganti diisi melalui pemasuk dan dikosongkan pada tekanan yang

lebih tinggi melalui pembuang. Ada 2 jenis positive displacement pump. Pada

reciprocating pump ruang tersebut adalah silinder stasioner yang berisi piston

atau plunger. Pada pompa putar ruangnya bergerak dari pemasuk sampai

pembuang dan masuk lagi ke inlet. Contoh reciprocating pump antara lain pompa

piston, pompa plunger, dan pompa diafragma. Sedangkan jenis-jenis pompa

putar antara lain gear pump, lobe pump, screw pump, cam pump, dan vane pump.

2. Pompa Sentrifugal

Pada jenis pompa ini energi mekanik zat cair ditingkatkan dengan aksi

sentrifugal. Pompa ini paling banyak digunakan dipabrik.

Pada pompa, densitas fluida konstan dan besar. Perbedaan tekanan biasanya

cukup besar dan konstruksinya harus kuat. Pompa dipasang untuk memberikan energi

yang diperlukan untuk menarik zat cair dari sumber dan membuatnya mengalir dengan

laju alir volumetrik yang konstan pada waktu keluar pada ketinggian tertentu di atas

pompa. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1. Pada pompa zat cair masuk melalui

sambuangan isap (a) dan keluar melalui sambungan buangan (b). Persamaan Bernoulli

dapat digunakan untuk kedua titik tersebut. Gesekan hanya terjadi pada dinding pompa

sendiri, dan dapat dihitung dalam efisiensi mekanik η dan hf = 0. Dengan

penyederhanaan tersebut, persamaan Bernoulli menjadi:

++−

++=

c

2aa

c

aa

c

2bb

c

bbp 2.g

.Vαg

g.Zρ

p2.g.Vα

gg.Z

ρp

.Wη (1)

Jumlah dalam urung disebut total head dan ditandai dengan H

++=

c

2

c 2.gα.V

gg.Z

ρpH (2)

Jumlah kerja yang dihasilkan oleh pompa atau kompresor bergantung pada

kapasitas dan head. Kapasitas adalah laju alir massa atau volume fluida yang dialirkan,




sedangkan head adalah perbedaan total tekanan masuk dan keluar alat, yang biasanya

dinyatakan dalam tinggi kolom fluida dalam kondisi adiabatik.

1. Kapasitas

Dalam SI, kapasitas pompa dinyatakan dalam m3/jam, baik untuk fluida cair maupun

gas. Dalam satuan U.S kapasitas dinyatakan dalam gallon/ menit untuk cairan dan

ft3/menit untuk gas. Kapasitas dalam satuan volume dapat dikonversi ke dalam

satuan massa dengan menggunakan densitas atau specific gravity. Apabila fluida

yang dialirkan adalah gas, kapasitas harus dihubungkan dengan temperatur dan

tekanan inlet.

2. Head

• Total Suction Head

Total suction head merupakan hasil pembacaan hgs dari gauge yang berada pada

bagian suction pompa, ditambah dengan velocity head pada gauge tersebut :

hs = hgs + atm +hvs (3)

Sebelum instalasi, total suction head dapat diestimasi sebagai berikut :

hs = hss - hfs (4)

dimana hss = static suction head dan hfs = suction friction head

• Static Suction Head

Static suction head, hss, merupakan jarak vertikal yang diukur dari permukaan

sumber cairan hingga garis pusat pompa, ditambah dengan tekanan absolut pada

permukaan pompa.

• Total Discharge Head

Total discharge head, hd, merupakan hasil pembacaan hgd dari gauge yang

berada pada bagian discharge pompa, ditambah dengan velocity head pada

gauge tersebut :

hd = hgd + atm +hvd (5)

Sebelum instalasi, total suction head dapat diestimasi sebagai berikut :

hds = hsd - hfd (6)

dimana hsd = static discharge head dan hfd = discharge friction head.

• Static Discharge Head

Static discharge head, hsd, merupakan jarak vertikal yang diukur dari permukaan

penerima cairan hingga garis pusat pompa, ditambah dengan tekanan absolut

pada permukaan cairan.




• Total Static Head

Total static head, hts , merupakan selisih antara discharge dan suction static

heads.

• Total Dynamic Head

Total dynamic head, H , merupakan selisih antara total discharge head dan total

suction heads.

• Velocity

Karena cairan umumnya bersifat incompressible, hubungan antara laju alir

dengan kecepatan linear pada suatu titik dan suatu waktu dinyatakan sebagai

berikut :

Q = A . v (7)

Dimana, v = kecepatan linear rata-rata, Q = debit alir fluida, dan A = luas

penampang aliran.

• Velocity Head

Velocity head merupakan jarak vertikal yang harus dilewati massa fluida untuk

mendapatkan kecepatan linier sebesar v.

hv = v2 / 2g (8)

• Viscosity

Dalam fluida yang mengalir, adanya friksi atau tahanan internal terhadap

pergerakan fluida harus diperhitungkan. Tahanan tersebut dikenal dengan

viskositas, yang pada cairan umumnya akan berkurang seiring dengan

bertambahnya temperatur. Semakin besar viskositas, friksi dalam aliran pipa dan

jumlah daya yang diperlukan oleh pompa akan meningkat, sedangkan head,

kapasitas, dan efisiensi pompa akan berkurang.

• Friction Head

Friction head merupakan jumlah tekanan yang diperlukan untuk mengatasi

tahanan alir dalam pipa maupun fittings.

Perbedaan tinggi sambungan masuk dan sambungan keluar pada pompa biasanya

dapat diabaikan, sehingga Za dan Zb dapat dikeluarkan. Jika Ha adalah tekanan total

hisap, dan Hb adalah tekanan total buang, dan ΛH=Hb-Ha, maka berlaku persamaan:

η∆H

ηHH

W abp =

−= (9)




Daya yang diberikan kepada penggerak pompa dari sumbu luar ditandai dengan

lambang Pb. Nilainya dihitung dari Wp dengan:

pb m.Wη

m.∆.P == (10)

Daya yang diberikan pada fluida dihitung dari laju alir massa dan tinggi-tekan yang

dibangkitkan pompa. Daya ini ditandap dengan lambang Pf dan didefinisikan sebagai:

Hm. Pf ∆= (11)

Sehingga dapt didefinisikan faktor efisiensi:

ηP

P fb = (12)

3. Kerja yang dihasilkan oleh pompa

Dalam menentukan performa pompa, salah satu variabel yang perlu dihitung adalah

output daya, yang merupakan fungsi dari total dynamic head dan massa cairan yang

dipompa pada rentang waktu tertentu. Daya tersebut dinyatakan dalam kilowatt (kW)

untuk satuan SI, dan horsepower (hp) untuk satuan US.

Dalam satuan SI,

kW = HQρ / 3.670 × 105 (13)

dimana kW adalah daya keluaran pompa (kW); H = total dynamic head; m (kolom

cairan); Q = kapasitas, m3/ h; dan ρ = densitas cairan, kg/m3.

Dalam satuan US,

kW = HQs / 3.960 × 105 (14)

dimana kW adalah daya keluaran pompa (kW); H = total dynamic head; ft (kolom

cairan); Q = kapasitas, gal/mnt ; dan s = specific gravity, kg/m3.

Friksi atau kebocoran menyebabkan adanya daya yang hilang di dalam pompa, akibatnya

input daya ke dalam pompa lebih besar dari daya keluarannya. Efisiensi kerja pompa

dinyatakan sebagai berikut :

Efisiensi pompa = (daya output) / (daya input) (15)

Salah satu fenomena yang harus dihindari dalam pengoperasian pompa adalah

kavitasi. Jika fluida berada dalam fasa cair, dari segi energi tidak menjadi soal apakah

tekanan pompa berada jauh di atas maupun di bawah tekanan atmosfer. Namun, jika

tekanan isap hanya sedikit lebih tinggi dari tekanan uap, sebagian zat cair mungkin

berubah menjadi uap (flash) di dalam pompa. Fenomena ini terjadi apabila terdapat fraksi

uap yang masuk ke dalam pompa, membentuk gelembung yang terbawa ke daerah




bertekanan lebih tinggi, lalu tiba-tiba pecah. Kavitasi menyebabkan pelepasan logam,

getaran, kebisingan, melemahnya aliran, dan berkurangnya efisiensi. Untuk menghindari

fenomena ini, maka Required Net Positive Suction Head (NPSH)R harus dipenuhi.

(NPSH)R sama dengan total head cairan pada garis pusat pompa dikurangi tekanan uap p.

Nilai NPSH yang diperlukan adalah 5 sampai 10 feet untuk pompa sentrifugal

kecil, tetapi meningkat dengan kapasitas pompa, kecepatan impeller, dan tekanan buang.

Untuk pompa yang sangat besar nilai NPSH sebaiknya 50 ft. Nilai NPSH dapat dihitung

dengan persamaan:

aZhρ

PPg

gNPSH fs

vac −

−

−= (16)

dimana pv adalah tekanan uap dan hfs adalah gesekan dalam pompa hisap.

Tiap pompa yang diproduksi telah dilengkapi dengan kurva hubungan (NPSH)R

dengan kapasitas. Dalam instalasi pompa, Available Net Positive Suction Head (NPSH)A

harus lebih besar atau sama dengan (NPSH)R untuk kapasitas yang diinginkan. Nilai

(NPSH)A dapat dihitung sebagai berikut :

(NPSH)A = hss - hfs – p (17)

Jika (NPSH)A akan ditentukan pada pompa yang sudah diinstalasi, maka persamaan

yang dipakai adalah sebagai berikut :

(NPSH)A = atm + hgs + hvs – p (18)

Pada prakteknya, NPSH yang dibutuhkan untuk operasi lebih besar daripada nilai

teoritiknya. (NPSH)R aktual bergantung pada karakteristik cairan, total head, kecepatan

pompa, kapasitas, dan desain impeler.

IV.5 Pengukuran Aliran Fluida

Untuk melakukan pengendalian pada proses-proses industri, kuantitas bahan

yang masuk dan keluar dari proses perlu diketahui. Karena itu perlu diukur laju alir fluida

pada pipa atau saluran. Berbagai jenis alat ukur digunakan untuk itu, diantaranya:

1. alat ukur yang didasarkan pada pengukuran volume langsung

2. alat ukur dengan tangki tekan variabel

3. alat ukur penampang aliran

4. alat ukur arus

5. alat ukur positive displacement

6. alat ukur magnetik




7. alat ukur ultrasonik

Yang paling banyak digunakan untuk mengukur aliran adalah beberapa jenis alat

ukur head dan area meter . Contoh alat ukur head adalah venturi meter, oreifice meter,

dan tabung pitot

IV.5.1 Venturi Meter

Persamaan dasar untuk venturi meter adalah persamaan Bernoulli. Gesekan dapat

diabaikan dan venturi diasumsikan terpasang horisontal tanpa pompa. Jika kecepatan

rata-rata di hulu adalah va dan di hilir vb, dan densitas fluida ρb, maka:

ρ)ρ-(ρ2.g

.vα-.vα bac2aa

2bb = (19)

Jika persamaan kontinuitas berlaku, densitas tetap.

b2

b

2

a

ba .vβ.v

DDv =

= (20)

:adalah hasilnya i,dieliminas vaJikadiameter rasio dan meter, urileher ventdiameter D pipa,diameter D dimana ba === β

ρ)ρ(ρ2.g

..αβ-α

1 v bac

a4

b

b−

= (21)

Persamaan tersebut hanya berlaku untuk aliran ideal tanpa gesekan. Untuk

memperhitungkan rugi gesekan yang terdapat sedikit antara lokasi a dan b persamaan

tersebut dikoreksi dengan faktor empirik Cv:

ρ)ρ(ρ2.g

..αβ-α

C v bac

a4

b

vb

−= (22)

Pengaruh faktor kinetika αa dan αb telah diperhitungkan dalam Cv (koefisien venturi). Cv

ditentukan dari percobaan. Koefisien ini disebut koefisien venturi tanpa termasuk laju alir

inlet. Pengaruh laju alir inlet va diperhitungkan dalam suku 41/1 β− . Bila Db lebih

kecil dari Da/4, va dan suku β diabaikan. Untuk venturi yang baik, nilai Cv rata-rata 0.98

untuk diameter pipa kecil.

Pada praktiknya, besaran yang dicari biasanya bukan kecepatan melalui leher

venturi vb. Laju aliran yang lebih penting adalah laju alir massa atau laju alir volumetrik

melalui venturi tersebut. Laju alir massa dihitung dengan persamaan:




).ρρ(ρ2.g..αβ-α

.SbC .ρ.Svm bac

a4

b

vbb −== (23)

dimana m = laju alir massa dan Sb = luas leher venturi.

Laju alir volumetrik didapat dengan membagi laju alir massa dengan densitas:

ρ)ρ(ρ2.g

..αβ-α

.SC

ρmq bac

a4

b

bv −== (24)

Jika aliran melalui venturi meter benar-benar tanpa gesekan, tekanan fluida

masuk dan keluar venturi sama sehingga penempatan venturi meter di jalur pipa tidak

menyebabkan terjadinya pressure drop permanen. Gesekan tidak dapat dihilangkan

sepenuhnya, sehingga pasti terjadi pressure drop dan head loss. Karena sudut kerucut

divergen cukup kecil, pressure drop venturi meter relatif kecil, kira hanya 10%.

IV.5.2 Orifice Meter

Pada skala pabrik venturi meter jarang digunakan karena mahal, memerlukan

tempat cukup besar, dan rasio diameter leher terhadap diameter pipa tidak dapat diubah-

ubah. Untuk alat ukur tertentu, dengan sistem manometer tertentu pula, laju alir

maksimum yang dapat diukur terbatas, sehingga apabila laju aliran berubah, diameter

leher mungkin menjadi terlalu kecil untuk menampung laju alir maksimum yang baru.

Orifice meter dapat mengatasi kelemahan venturi itu, tetapi konsumsi dayanya lebih

tinggi. Prinsip orifice meter identik dengan prinsip venturi. Penurunan penampang arus

aliran melalui orifis itu menyebabkan head kecepatan meningkat tetapi head tekanan

menurun, dan penurunan tekanan antara kedua titik sadap diukur dengan manimeter.

Persamaan Bernoulli memberikan dasar untuk mengkorelasi peningkatan-peningkatan

head kecepatan dengan penurunan head tekanan. Persamaan Bernoulli yang dapat

diterapkan pada orifice meter ini adalah:

ρ)ρ(ρ2.g

.β-1

C u bac

4

00

−= (25)

dimana U0 = kecepatan melalui orifice

β = rasio diameter orifice terhdap diameter pipa

pa, pb = tekanan pada stasion a dan stasion b

Co adalah koefisien orifice yang telah memoerhitungkan kecepatan datang.

Koefisien ini memberikan koreksi atas kontraksi jet fluida antara orifice dengan vena-




kontrakta, juga terhadap gesekan dan terhadap faktor kinetika αa dan αb. Co ditentukan

dari percobaan, dan nilainya bervariasi sesuai perubahan β dan angka Reynolds pada

orifice. Bilangan Reynolds didefinisikan sebagai:

.µπ.D4.m

µρ.uD

No

o.ooRE, == (26)

dimana Do adalah diameter orifice.

Persamaan tersebut sangat berguna untuk perancangan karena Co hampir konstan

dan tidak bergantung pada β selama NRE,o lebih dari 20000. Pada kondisi ini Co dapat

dianggap 0,61 untuk lokasi pengamatan di flens maupun di vena kontrakta. Jika β kurang

dari 0,25 suku 41 β− jauh lebih kecil dari 1 sehingga persamaan orifice dapat

disederhanakan menjadi:

ρ)ρ(ρ2.g

0,61. u bac0

−= (27)

Laju alir massa m menjadi

).ρρ(ρ2.g.0,61.S .ρ.Sum bac000 −== (28)

Dengan mensubstitusi nilai So (luas penampang orifice).

( )2a2

a

2o

2a

2a

o2

ao .βD

4π

DD4/(D

D.SD

S ===).π

(29)

dan penyelesaian terhadap β2 didpat persamaan:

).ρρ(ρ2.g.0,61.π,64.m β

bac2

a

2

−= (30)

Dalam sistem orifice meter ini diperlukan pipa lurus di bagian hulu dan bagian

hilir orifice untuk menjamin agar pola aliran yang normal tidak terganggu oleh

perlengkapan sambungan pipa, valve, dan peralatna lain. Jika tidak, distribusi kecepatan

menjadi tidak normal, dan koefisien orifice akan terganggu.

V. Rancangan Percobaan

V.1 Perangkat dan Alat Ukur

1. satu set sistem perpipaan dari technovate seperti pada Gambar

2. Stopwatch

3. Gelas ukur




V.2 Bahan/ Zat Kimia

Air sebagai fluida

V.3 Data Pengamatan

V.3.1 Data Percobaan

Pengamatan yang perlu dicatat dalam percobaan ini adalah:

1. karakteristik pipa (dengan variasi ukuran, susunan paralel-seri)

2. karakteristik tee

3. karakteristil elbow

4. karakteristik valve (dengan variasi jenis dan bukaan)

adalah seperti tabel berikut:

Jenis Media Pengalir Fluida : Variasi :

No. ∆h (cm) ∆hV (cm) ∆hO (cm)

V.3.2 Data Kalibrasi Orificemeter dan Venturimeter

∆hV (cm) V (m3) t (s)

V.3.3 Data Kalibrasi Sight Gauge

X (satuan skala) Vs (m3)

V.4 Data Literatur

V.4.1 Densitas dan Viskositas Air pada Rentang Temperatur Praktikum

T (0C) ρ (kg/m3) µ (cP)

V.4.2 Ukuran Pipa yang Digunakan dalam Percobaan

Dnom (in) Dout (in) Din (in)




V.4.3 Data Alat Ukur Fluida

1. Venturimeter

Diameter throat (Do) = cm

Diameter entrance (Di) = cm

2. Orificemeter

Diameter throat (Do) = cm

Diameter entrance (Di) = cm

V.4.4. Koefisien Alat Ukur Laju Alir Fluida

1. Venturimeter

CV = 0,98 untuk NRE > 10000

2. Orificemeter

CO = 0,61 untuk NRE > 30000

V.5 Contoh Perhitungan

V.5.1 Perhitungan Laju Alir Fluida

Persamaan yang digunakan:

tVQ =

dimana:

V = volume air yang ditampung (m3)

t = waktu yang dibutuhkan untuk aliran air sebanyak V tersebut (s)

Q = debit alir air (m3/s)

Contoh untuk data

/sm 10.047,3249,310.9,9

tVQ 34

4−

−

===

V.5.2 Perhitungan Konstanta Venturimeter





h.Q

-1h2.g...Q

V

4V

∆=

∆=

V

V

K

ACβ

∆h = beda ketinggian pada manometer

Misalkan didapat data kalibrasi venturimeter adalah sebagai berikut:

No ∆ hV V∆h V (m3) t (s) QV (m3/s)

1 0.1 0.316228 0.00099 3.249 0.000304709 2 0.08 0.282843 0.00106 4.26 0.000248826 3 0.075 0.273861 0.00084 3.724 0.000225564 4 0.07 0.264575 0.00091 3.992 0.000227956 5 0.065 0.254951 0.00084 3.798 0.000221169 6 0.06 0.244949 0.00084 3.918 0.000214395 7 0.055 0.234521 0.00083 4.444 0.000186769 8 0.045 0.212132 0.00096 5.215 0.000184084

Kurva kalibrasi dari pengaluran dan linearisasi QV terhadap V∆h adalah:

Kalibrasi Venturimeter

y = 0.0009xR2 = 0.8681

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 0.32 0.34(delta hV)^0.5

QV

Dari kurva kalibrasi tersebut diketahui adalah

i

C

DD

=β

A = luas penampang vanturimeter

KV = 0,0009 → didapat dari meregresikan data percobaan kalibrasi venturimeter

9053,081,9*2

6097,011,9793.10

0,0009C

m10.9793,14

0,026035*4

.DA

6097,0026035,0015875,0

DD

4

4-V

2 422

i

i

C

=−

=

===

===

−ππ

β




V.5.3 Perhitungan Konstanta Orifice Meter


h.Q

-1h2.g...Q

00

400

∆=

∆=

K

ACβ

Jika K0 = 0,0007 → didapat dari meregresikan data percobaan kalibrasi

orificemeter

dengan nilai β = 0.6097 dan A0 = AV = 1,9793.10-4 m2

741,081,9.2

,60970-1.10.9793,1

0007,0

.2-1.

4

40

40

0

==

=

−C

gAK

C β

V.5.4 Mengetahu Karakteristik Pipa


fpipa

2pipa2f

h.KQ

.QK.Q.g2.D.A

4.f.Lh

∆=

==

hf = beda ketinggian pada manometer

Kpipa dapat dihitung dengna mengalurkan QV atau Q0 terhadap f∆h dan

kemudian meregresikannya

Misalkan diperoleh data ∆hf = 0,0305 m

1/2V

V

1/2fpipa

m 2173.0∆h

m 0,03∆h

m 0,5523∆h∆h

=

=

==

dengan memasukkan nilai V∆h ke persamaan hasil kalibrasi venturimeter

didapat:

QV = 0,0009*0,1732; QV = 0,00016 m3/s




Kemudian semua data kalibrasi pipa diperlakukan sama baik terhadap V∆h

maupun O∆h . Kemudian QV dialurkan terhadap pipa∆h dan meregresikannya

sehingga didapat Kpipa untuk setiap pipa baik dengan basis orificemeter maupun

venturimeter.

V.5.5 Mengetahui Karakteristik Valve, Tee, dan Elbow

Untuk menentukan karakteristik valve, tee, dan elbow, diguakan prosedur yang

sama dengan cara untuk menentukan karakteristik pipa.

V.5.6. Menghitung nilai f (fanning factor) dan Bilangan Reynolds


.D.

.Q4.N

.L.QB.g.D h.f

RE

22

52

µπρ

π

=

∆=

Daftar Pustaka

1. Geankoplis, C.j., Transport Process and Unit Operations, 2nd Edition, Allyn and

Bacon Inc., Boston, 1978

2. Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill

Book Co., New York, 1978

3. Perry, R., Green, D.W., and Maloney, J.O., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook,

6th Edition, McGraw-Hill, Japan, 1984

MODUL 1.01 Aliran Fluida

Documents

Transcript of MODUL 1.01 Aliran Fluida