bab 6 aliran fluida laporan

Upload: faris-junaidi

Post on 14-Oct-2015

68 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

laporan operasi teknik kimia

TRANSCRIPT

BAB 6

BAB 6

Aliran Fluida

Pada bab ini, pembahasan akan difokuskan pada perilaku dan aplikasi fluida yang bergerak, yang diistilahkan dengan mekanika fluida atau dinamika fluida atau hidrodinamika. Namun disini digunakan istilah sederhana Aliran Fluida yang menggambarkan perpindahan fluida dari suatu posisi ke posisi yang lain. Sekalipun fluida dapat berupa gas dan cairan, disini kita akan lebih memberikan penekanan pada fluida berupa cairan. Mengapa fluida yang bergerak menjadi topik penting dipelajari di Teknik Kimia? Memindahkan bahan dari satu tempat/lokasi/titik ke tempat/lokasi/titik lain di suatu pabrik/industri akan jauh lebih mudah dilakukan jika bahan tersebut berbentuk fluida atau berperilaku seperti fluida, daripada dalam bentuk padatan. Hal ini disebabkan karena cairan lebih mudah mengalir dan dapat menyesuaikan diri dengan wadah penyalurannya, seperti pipa. Oleh karena itu, insinyur teknik kimia berupaya sedapat mungkin melakukan pemindahan (transportasi) bahan dalam bentuk cairan, larutan atau suspensinya. Bila hal itu tidak mungkin, barulah meraka melakukan pengangkutan bahan padat dalam bentuk padat. Walaupun begitu, masih diusahakan cara tambahan untuk memudahkan pengangkutannya, misalnya menghaluskan padatan lalu diangkut dengan aliran gas atau cairan seperti operasi fluidisasi dan peunematic conveying.

6.1 Klasifikasi Aliran Fluida

Fluida yang bergerak dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa katagori. Apakah alirannya steadi atau tak steadi, apakah fluidanya kompresibel (dapat mampat) atau inkompresibel (tak dapat mampat), apakah fluidanya viskos atau non-viskos, atau apakah aliran fluidanya laminar atau turbulen. Jika fluidanya steadi, kecepatan partikel fluida pada setiap titik tetap terhadap waktu. Fluida pada berbagai bagian dapat mengalir dengan laju atau kecepatan yang berbeda, tetapi fluida pada satu lokasi selalu mengalir dengan laju atau kecepatan yang tetap. Apabila anda memahami pengertian fluida steadi, maka dengan mudah dapat mendefenisikan aliran fluida tak-steadi. Fluida inkompressibel adalah suatu fluida yang tak dapat dimampatkan. Sebagian besar cairan dapat dikatakan sebagai inkompressibel. Dengan mudah anda dapat mengatakan bahwa fluida gas adalah fluida kompressibel, karena dapat dimampatkan Suatu fluida viskos adalah fluida yang tidak mengalir dengan mudah, seperti madu, aspal; sementara fluida tak-viskos adalah fluida yang mengalir dengan mudah, seperti air. Kita biasanya akan sering berhubungan dengan fluida aliran steadi, tak kompresibel, dan tak-viskos.

Aliran fluida dapat dibedakan kepada aliran laminar dan aliran turbulen, tergantung pada jenis garis alir yang dihasilkan oleh partikel-partikel fluida. Jika aliran dari seluruh partikel fluida bergerak sepanjang garis yang sejajar dengah arah aliran (atau sejajar dengan garis tengah pipa, jika fluida mengalir di dalam pipa), fluida yang seperti ini dikatakan laminar. Fluida laminar kadang-kadang disebut dengan fluida viskos atau fluida garis alir (streamline). Kata laminar berasal dari bahasa latin lamina, yang berarti lapisan atau plat tipis. Sehingga, aliran laminar berarti aliran yang berlapis-lapis. Lapisan-lapisan fluida akan saling bertindihan satu sama lain tanpa bersilangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.1 (atas). Jika gerakan partikel fluida tidak lagi sejajar, mulai saling bersilang satu sama lain sehingga terbentuk pusaran di dalam fluida, aliran yang seperti ini disebut dengan aliran turbulen, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.1 (bawah).

Gambar 6.1 Aliran laminar (atas) dan aliran turbulen (bawah)

Perbedaan antara aliran laminar dan turbulen secara eksperimen pertama sekali dilaporkan oleh Osborne Reynolds pada tahun 1883. Eksperimen itu dijalankan dengan menyuntikkan cairan berwarna ke dalam aliran air yang mengalir di dalam tabung kaca. Jika fluida bergerak dengan kecepatan cukup rendah, cairan berwarna akan mengalir di dalam sistem membentuk garis lurus tidak bercampur dengan aliaran air, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 6.2 (a). Pada kondisi seperti ini, fluida masih mengalir secara laminar. Jadi pada prinsipnya, jika fluida mengalir cukup rendah seperti kondisi eksperimen ini, maka terdapat garis alir. Bila kecepatan fuida ditingkatkan, maka akan dicapai suatu kecepatan kritis. Fluida mencapai kecepatan kritis dapat ditandai dengan terbentuknya gelombang cairan warna. Artinya garis alir tidak lagi lurus, tetapi mulai bergelombang dan kemudian garis alir menghilang, karena cairan berwarna mulai menyebar secara seragam ke seluruh arah fluida air, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 6.2 (b). Perilaku ketika fluida mulai bergerak secara acak (tak menentu) dalam bentuk arus-silang dan pusaran, menunjukkan bahwa aliran air tidak lagi laminar. Pada kondisi seperti ini garis alir fluida tidak lagi lurus dan sejajar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.2 (b).

Gambar 6.2. Eksperimen aliran yang dilakukan oleh Osborne Reynolds

Untuk dapat membedakan secara visual antara aliran laminar dan aliran turbulen, Gambar 6. 3 (a dan b) memuat kedua pola aliran di dalam satu peristiwa. Pada sebuah bendungan, Gambar 6.3 (a), terlihat bahwa air mengalir tenang dan pelan tanpa riak sebelum mencapai sisi ujung bendungan. Dapat dikatakan aliran sebelum menuruni bendungan merupakan aliran laminar. Namun riak arus dan pusaran terlihat muncul ketika aliran menuruni bendungan. Di posisi ini aliran sudah berubah menjadi turbulen. Kejadian yang mirip juga terlihat jelas pada Gambar 6.3 (b).

(a)

(b)

Gambar 6.3. Ilustrasi aliran laminar dan turbulen

6.2 Bilangan Reynolds

Secara eksperimental Osborne Reynolds menyatakan bahwa aliran, baik laminar ataupun turbulen, tergantung pada diameter dalam pipa, D, kecepatan fluida yang mengalir, v, densitas fluida, dan viskositas fluida, . Selain secara eksperimental, Reynolds juga menunjukkan bahwa ke empat parameter di atas dapat digabung menjadi satu kelompok yang menghasilkan bilangan tak-berdimensi, yang disebut dengan bilangan Reynolds. Persamaan dengan bilangan Reynolds tersebut disajikan pada persamaan 6.1.

..... [6-1]Dalam satuan Amerika/Inggris, satuan yang harus digunakan agar menghasilkan bilangan tak berdimensi adalah sebagai berikut: diameter pipa dalam ft; kecepatan dalam ft/det; densitas lbm/ft3; dan viskositas dalam lbm/ft.det. Jika digunakan sistem SI, satuannya adalah: diameter pipa dalam m; kecepatan dalam m/det; densitas kg/m3; dan viskositas dalam kg/m.det. Bila bilangan Reynolds melewati 2100, maka aliran di dalam pipa tersebut dikatakan turbulen. Sebaliknya jika bilangan Reynolds lebih kecil dari 2100, maka alirannya dikatakan laminar.

6.3 Peran Viskositas Pada Aliran Fluida

Viskositas fluida merupakan sifat yang dimiliki oleh bahan yang menunjukkan ketahanan fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Fluida yang mempunyai viskositas rendah, seperti air, memiliki ketahanan lebih rendah terhadap perubahan bentuk dibandingkan dengan fluida yang memiliki viskositas tinggi seperti minyak atau cairan lem. Untuk dapat merasakan viskositas rendah dan tinggi, anda dapat melakukan percobaan sederhana menggunakan pisau. Lewatkan pisau, seperti memotong, melalui air, anda akan merasakan bahwa pisau dengan mudah melewati cairan air. Ini menunjukkan bahwa air memiliki viskositas rendah. Dengan pisau yang sama dan gaya yang sama, lewatkan pisau melalui cairan lem. Anda akan merasakan bahwa kali ini pisau lebih susah melewati cairan lem. Dibutuhkan gaya yang lebih besar agar diperoleh kecepatan lewat yang sama seperti pada air. Ini menujukkan bahwa cairan lem mempunyai viskositas yang lebih tinggi.

Konsep viskositas berperan penting dalam aliran fluida karena besar kecilnya viskositas memberikan pengaruh terhadap tahanan fluida. Fluida yang memiliki viskositas lebih rendah akan lebih mudah mengalir dibandingkan dengan fluida yang memiliki viskositas tinggi. Kenyataan ini memberikan kesimpulan bahwa mengalirkan air di dalam pipa akan jauh lebih mudah daripada mengalirkan cairan lem!!!.

Persamaan untuk viskositas dapat diperoleh dengan meninjuau dua lapisan fluida yang sejajar, yang masing-masing mempunyai luas A dan terpisah satu sama lain sejarak dy. Pada kondisi seperti ini, sejumlah gaya geser harus diberikan kepada lapisan fluida bagian atas agar tetap bisa bergerak sejajar dengan lapisan lain dengan kecepatan relatif dv. Hasil penelitian menunjukkan bahwa gaya ini berbanding lurus dengan perbedaan kecepatan dv dan luas penampang lapisan A dan berbanding terbalik dengan jarak antar lapisan dy. Persamaan 6.2 menyimpulkannya ke dalam bentuk matematis.

..... [6-2]Konstanta proporsionalitas yang dinyatakan dengan disebut dengan viskositas. Untuk gas dan sebagian besar cairan nilai konstant jika temperatur dan tekanan tetap. Fluida yang seperti itu disebut dengan fluida Newtonian.

Dari persamaan 6.2, viskositas mempunyai dimensi massa/(panjang).(waktu). Dalam sistem Inggris/Amerika, viskositas absolut mempunyai satuan (lb)/ft.det, dalam satuan SI, viskositas mempunyai satuan Pa.det (kg/m.det), sedangkan dalam satuan cgs viskositas memiliki satuan g/cm.det. Dalam prakteknya satuan viskositas sering dinyatakan dalam poise (P) yang setara dengan g/cm.det. Sehingga;10 P = 1 kgm1s1 = 1 Pas = 0,672 lb/ft.det1 cP = 0,01 P = 0,001 Pas = 1 mPas = 0,000672 lb/ft.det

Viskositas udara pada temperatur ruang kira-kira 0,02 cP, sementara viskositas air pada temperatur ruang sekitar 1 cP. Minyak mempunyai viskositas antara 10 sampai 5000 cP, tergantung pada temperatur dan jenis minyak.

6.4 Distribusi Kecepatan di Dalam PipaTinjaulah fluida yang mengalir di dalam sebuah pipa. Fluida yang mengalir bersentuhan (bergesek) dengan dinding pipa, karenanya lapiasan fluida yang bersentuhan langsung dengan permukaan dinding pipa mengalami tahanan (hambatan) paling besar. Akibatnya partikel fluida melekat atau menempel (tertahan) pada permukaan dinding, sehingga kecepatan fluida pada permukaan dinding sama dengan nol. Namun, semakin jauh partikel fluida dari permukaan dinding semakin kecil pengaruh tahanan permukaan dinding. Ini berarti bahwa partikel fluida pada tengah-tengah pipa mengalami tahanan paling minimum. Gambar 6.4 menggambarkan distribusi kecepatan fluida yang mengalir secara laminar di dalam sebuah pipa lurus. Seperti terlihat pada gambar, kecepatan maksimum terjadi pada tengah-tengah pipa karena tahanan padada posisi ini minimim dan semakin dekat ke permukaan dinding kecepatan fluida semakin berkurang hingga sama dengan nol pada permukaan dalam dinding.

Gambar 6.4 distribusi kecepatan fluida aliran laminar di dalam pipa

Kecepatan aliran fluida linear rata-rata melalui pipa dapat dihitung dengan persamaan 6.3 yang menyatakan bahwa kecepatan merupakan laju alir volumetris dibagi dengan luas penampang.

..... [6-3]

Dimana, v = kecepatan fluida, m/det; ft/det

Q = laju alir volumetris, m3/det; ft3/det

A = luas penampang pipa, m2; ft2

D = diameter dalam pipa, m; ft

Contoh 6.1

Hitunglah bilangan Reynolds untuk fluida yang mengalir dengan laju 6 ft3/menit melalui pipa dengan diameter dalam 2 in. Fluida tersebut memiliki densitas 30 lb/ft3 dan viskositas 0,002 lb/det ft.Penyelesaian:

Kecepatan linear fluida rata-rata dihitung menggunakan persamaan 6.3

Bilangan Reynolds dihitung menggunakan persamaan 6.1.

Karena bilangan Reynolds lebih besar dari 2100, aliran pada contoh ini adalah turbulen. Sebagai latihan anda dapat membuktikan sendiri bahwa bilangan Reynolds benar-benar tak berdimensi dengan mengkonversikan seluruh parameter dalam contoh ini ke satuan SI, lalu hitung bilangan Reynoldsnya6.5 Energi yang dibutuhkan pada aliran fluida

Di industri kimia, fluida dipompakan dari suatu peralatan pemroses ke peralatan pemroses lain yang jaraknya cukup jauh, misalnya dari tangki penyimpan ke reaktor atau sebaliknya dari reaktor ke tangki penyimpan. Pompa dalam hal ini menambah/memberikan tekanan kepada fluida agar fluida tersebut dapat bergerak berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain. Selama perpindahan ini, fluida akan mengalami kehilangan tekanan baik di dalam pipa maupun di dalam peralatan, seperti reaktor. Oleh karena itu, perhitungan yang berhubungan dengan kebutuhan daya pompa sekaligus dengan rancangan sistem perpipaan dan estimasi ukuran pipa yang ekonomis merupakan salah satu tahapan paling penting di dalam perancangan pabrik kimia.Pada Bab 5 telah dikembangkan neraca energi total untuk kasus umum yang memuat energi potensial, energi kinetik dan energi dalam. Konsep yang sama dapat juga diterapkan untuk menghitung energi total pada fluida yang mengalir. Namun pada energi total di Bab 5 belum diperhitungkan energi atau kerja yang diperlukan untuk menjaga agar fluida bisa terus mengalir (masuk dan keluar dari sistem). Energi ini diberikan kepada fluida dalam bentuk tekanan, tanpa mengubah volume fluida. Dengan memasukkan suku energi ini, pers 5.8 dapat dimodifikasi menjadi pers 6.4.

[6-4]Pada persamaan 6.4, tanda menunjukkan perubahan energi atas dasar dari satu lokasi ke lokasi lain. Seluruh suku energi pada persamaan di atas dinyatakan per satauan massa fluida. Simbol adalah volume spesifik seperti yang dijelaskan pada Sub-bab 3.1.Perubahan energi dalam sangat dipengaruhi oleh adanya perubahan temperatur fluida dan hal itu kurang berperan dalam kasus yang kita tinjau saat ini. Suku Q yang menunjukkan pertukaran energi dalam bentuk panas ke lingkungan juga tidak diperlukan untuk pemindahan fluida murni di dalam sistem perpipaan. Atas dasar ini, neraca energi total fluida dapat dimodifikasi dengan memanfaatkan hubungan thermodinamik yang ditunjukkan pada persamaan 6.5 dan 6.6 berikut ini.

[6-5]dan

[6-6]

Simbol S menyatakan entropi yang tidak akan dijelaskan di sini, jika ingin mendalami hal ini pembaca dapat merujuk pada literatur thermodinamik. Sementara symbol F mengacu kepada kehilangan (dissipasi) energi total akibat gesekan antara fluida dengan dinding pipa, keran, pembesaran dan pengecilan, dan sambungan-sambungan di sepanjang pipa yang ditinjau. Jika kehilangan energi akibat gesekan ditinjau untuk masing-masing komponen, maka kehilangan energi keseluruhan akibat gesekan sering ditulis dengan symbol F.Suku ke dua pada persamaan 6.4 menurut aturan differensial dapat diurai menjadi persamaan 6.7.

[6-7]Jika persamaan 6.7 dan hasil substitusi persamaan 6.6 ke dalam persamaan 6.5 dimasukkan ke dalam persamaan 6.4, maka akan diperolah persamaan 6.8.

[6-8]Persamaan di atas dapat diubah menunjukkan perubahan energi fluida yang ingin dipindahkan dari titik 1 ke titik 2, seperti yang ditunjukkan pada persamaan 6.9.

[6-9]

Pada persamaan 6.9 simbol volume spesifik dihilangkan dengan menggantikannya dengan (1/). Karena suku yang memuat energi panas (Q) tidak muncul lagi pada persamaan 6.8 dan 6.9, persamaan 6.8 atau 6.9 ini sering disebut neraca energi mekanis untuk aliran fluida. Simbol-simbol pada persamaan 6.9 sama seperti yang telah dijelaskan pada Bab 5, kecuali F yang menunjukkan banyaknya energi yang hilang dan W disini lebih spesifik kepada kerja/energi yang dipasok oleh pompa.6.6 Metoda Pemindahan FluidaMetoda yang paling sering dipakai untuk memindahkan fluida adalah memberikan gaya kepada fluida agar mengalir melalui sistem perpipaan. Pipa penampang sirkular paling sering digunakan karena bentuknya bukan saja memberikan kekuatan struktur yang besar, tapi juga memberikan luas penampang yang lebih besar per satuan luas permukaan dinding, dibandingkan dengan bentuk yang lain. Pompa merupakan peralatan yang paling efisien dalam memindahkan fluida, khususnya pada industri-industri dengan proses kontinu. Pemilihan pompa yang akan digunakan sangat tergantung pada sifat cairan yang akan dipompakan (kental, mudah meledak, korosif, dll), kecepatan keluar cairan (liter per detik) dan juga ketinggian cairan yang harus dipompakan (head). Ada beberapa metoda lain yang dapat dilakukan untuk memindahkan fluida selain menggunakan pompa. Pompa dan peralatan lain yang berhubungan dengan pemindahan fluida akan dijelaskan pada sub-bab 6.7.Pengaliran menggunakan gaya gravitasi. Cara ini digunakan jika kondisi memungkinkan karena aman dan tidak membutuhkan peralatan yang mahal. Dengan melakukan pengontrolan pada katup keluaran, kecepatan aliran dapat dikontrol dengan tepat. Tentu saja bejana penyimpanan cairan awal harus ditempatkan lebih tinggi daripada bejana penerima, seperti yang ditampakkan pada Gambar 6.5.

Gambar 6.5. Aliran fluida secara grafitasi

Pipa pindah (Siphon). Pipa pindah terdiri dari pipa atau tabung yang fleksibel yang dapat dilekukkan sehingga membentuk huruf U yang terbalik, dengan salah satu lengan pipa lebih panjang daripada lengan lainnya. Lengan pipa yang lebih pendek ditempatkan di bawah permukaan cairan yang akan dipindahkan dan ujung pipa satu lagi diletakkan lebih rendah untuk lempat keluarnyacairan ke bejana lain. Aliran terjadi jika pipa terisi penuh oleh cairan dan ini dapat diperoleh dengan menghisap ujung pipa yang lebih rendah, yang menjadi ujung pengeluaran cairan. Atau dapat juga dilakukan dengan cara membenamkan seluruh pipa ke dalam cairan, menutup kedua ujung pipa dan kemudian ditempatkan pada posisi seperti pada Gambar 6.6. Beberapa pipa pindah dioperasikan dengan pompa hisap yang dapat dioperasikan dengan tangan, diletakkan pada ujung pipa lebih rendah dari tempat keluarnya serta dilengkapi dengan katup yang dapat mengontrol kecepatan/laju aliran cairan keluar. Pipa pindah cocok sekali untuk menangani cairan yang jumlahnya sedikit dan tidak korosif.

Gambar 6.6. Pipa pindah

Pengaliran oleh tekanan (Airlift). Prinsip metoda ini adalah penekanan yang kuat yang dilakukan terhadap dinding bejana sehingga mengakibatkan cairan keluar melalui pipa yang terletak di bawah permukaan cairan tersebut atau di dasar bejana. Alatnya terdiri dari bejana berbentuk telur yang dilengkapi dengan pipa masukan serta pipa keluaran yang salah satu ujungnya terendam di dalam air. Udara dialirkan ke dalam tangki melalui pipa masukan dan tekanan yang dihasilkan pada permukaan cairan akan mendorong cairan tersebut keluar dari pipa. Katup pengoperasi dipasang pada pipa masukan dan bejana itu sendiri dilengkapi dengan pengukur tekanan serta katup pengatur tekanan untuk keselamatan atau menghindari dari ledakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.7.

Gambar 6.7 Aliran fluida atas dasar airlift

Pengaliran dalam kondisi vakum. Teknik ini mirip dengan proses pengaliran yang menggunakan tekanan, hanya saja udara di dalam bejana divakumkan terlebih dahulu sehingga akan menghisap cairan melalui pipa yang terendam dalam bejana penyimpan. Gambar 6.8 menunjukkan operasi pemindahan fluida secara vakum.

Gambar 6.8. Transportasi fluida secara vakum

6.7 Peralatan Aliran FluidaSeperti telah diuraikan sebelumnya bahwa pemindahan fluida di dalam industri proses kimia merupakan salah satu operasi sangat penting. Pada bagian ini akan dipaparkan secara ringkas peralatan-peralatan yang digunakan untuk memindahkan fluida.6.7.1 Pipa

Persyaratan pertama yang diperlukan untuk memindahkan suatu fluida adalah adanya saluran untuk dilewati oleh fluida yang dimaksud. Di industri kimia, saluran ini biasanya berbentuk pipa. Pipa yang digunakan dapat terbuat dari baja, baja campuran, besi tuang, kaca, baja yang dilapisi kaca atau plastik, PVC, aluminium atau tembaga. Pipa dengan tebal dan ukuran yang sesuai dipilih atas dasar temperatur dan tekanan operasi, serta maksimum kehilangan tekanan yang diperbolehkan.Pipa yang paling sering digunakan terbuat dari baja karbon. Pipa baja dulunya diklasifikasikan dalam tiga ketebalan untuk berbagai tekanan operasi yang berbeda: standar, ekstra-kuat, dan ekstra-kuat-ganda. Klasifikasi ini sekarang diganti dengan formulasi ketebalan yang dinyatakan dengan angka skedul, yang dikeluarkan oleh American Standard Association. Ada 10 angka skedul yang digunakan yaitu 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, dan 160.

Pipa baja tahan karat (stainless steel) dipakai secara luas di industri karena ketahanannya terhadap korosi. Baja-stainless diklasifikasikan atas dasar kode angka. Di antara seri 300, baja-stainless dengan tipe 316, diikuti dengan tipe 304, merupakan bahan konstruksi pipa yang paling banyak digunakan di industri. Tipe 304 lebih murah dibandingkan dengan tipe 316, tetapi ketahanannya terhadap korosi tidak sebaik tipe 316. Selain baja, kaca juga dipakai di industri sebagai bahan konstruksi pipa. Pemakaian kaca memberikan keuntungan dalam hal ketahanan terhadap korosi. Selain itu seseorang memungkinkan untuk melihat langsung apa yang terjadi di dalam pipa. Namun kaca mempunyai kelemahan yang mendasar yaitu mudah pecah dan relatif mahal. Untuk mengatasi hal ini, pipa baja yang bagian dalamnya dilapisi kaca atau teflon digunakan untuk mengganti pipa kaca. Walaupun sekarang pipa tersebut tidak lagi tembus pandang, tapi pipa seperti itu memberikan banyak keuntungan terutama dari sisi ketahanan terhadap korosi dan kekuatan.6.7.2 Fitting PipaPipa-pipa berulir sering sekali ditemui di industri, terutama yang berukuran kecil (misalnya kurang dari 6 inci). Bagian-bagian berulir dihubungkan dengan kelengkapan pipa (fitting), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.9. Kopling berfungsi untuk menyambung dua batang pipa lurus satu sama lain tanpa mengubah arah atau ukuran. Kalau ingin menyambung dua buah pipa yang ukurannya tidak sama maka digunakan bell reducer. Kalau ada lebih dari dua cabang perpipaan yang akan dihubungkan ke satu titik yang sama, maka sambungan T (tee) atau simpang empat (cross). Jika pada bagian tertentu di suatu titik di perpipaan harus di potong, misalnya untuk perawatan, maka union dapat digunakan sebagai penghubung. Apabila pipa ingin dirubah arah atau dibelokkan, dapat digunakan elbow 45 atau 90 derajad, tergantung belokan yang diinginkan. Namun jika sekaligus diinginkan membelokkan dan mengeluarkan aliran, pemasangan street elbow 90 merupakan pilihan yang tepat. Ujung pipa, jika fluida tidak diinginkan keluar dari ujung tersebut, dapat ditutup dengan sumbat (plug) atau penutup (cap).Pipa-pipa baja yang berdiameter sampai 2 in biasanyan disambung satu sama lain atau dihubungkan ke fitting menggunakan ulir. Untuk pipa 2 10 in dapat dilakukan dengan ulir atau dilas. Namun untuk pipa yang lebih besar dari 10 in biasanya dilas. Fitting yang dihubungkan dengan cara pengelasan juga tersedia dengan bentuk yang sama seperti yang disajikan pada Gambar 6.9.

.Gambar 6.9. Fitting pipa yang dihubungkan secara ulir

6.7.3 Keran

Aliran fluida di dalam pipa dikendalikan atau diatur menggunakan keran atau serangkaian keran. Di industri kimia berbagai berbagai jenis keran dan yang umum digunakan akan dijelaskan disini.Keran gerbang (gate valve). Keran jenis ini memiliki sebuah gerbang atau cakra yang dapat dinaikkan atau diturunkan. Bagian paling kiri dari Gambar 6. 10 menunjukkan komponen-komponen penyusun keran gerbang secara rinci. Bila cakra diturunkan secara penuh, maka keran menutup sehingga fluida tertahan. Apabila cakra dinaikkan, berarti keran membuka sehingga fluida akan mengalir. Gambar 6.10 memberikan ilustrasi kejadian penutupan dan pembukaan keran. Bila keran ini dibuka sebahagian, fluida akan keluar, namun gesekan yang timbul antara fluida dengan cakra cukup besar sehingga menyebabkan fluida kehilangan energi. Oleh karena itu, keran jenis ini kurang cocok digunakan untuk mengendalikan laju alir fluida yang berfluktuasi. Keran jenis ini dirancang untuk dibuka atau ditutup secara penuh. Ketika dibuka secara penuh, fluida mengalir tanpa perubahan arah dan tidak mengalami hambatan sehingga kehilangan energi karena gesekan sangat kecil.

Gambar 6.10 Penampang keran gerbangKeran bulat (globe valve). Dinamai keran bulat dikarenakan dulunya bentuk struktur badan keran tersebut yang bulat. Namun keran bulat yang diproduksi sekarang ini bentuk strrukturnya sebagian besar tidak lagi bulat. Komponen utama di dalam keran ini antara lain dudukan dan cakra. Dudukan ini merupakan bukaan untuk lewatan fluida, yang sekaligus berfungsi untuk menahan cakra saat keran ditutup. Pada saat dibuka, cakra akan terangkat ke atas dan fluida akan mengalir melewati bukaan. Berbeda dengan keran gerbang, aliran fluida mengalami perubahan arah paling tidak dua kali, yang pertama aliran dari hulu berubah arah ketika memasuki bukaan dan perubahan yang kedua terjadi ketika aliran akan memasuki pipa di hilir. Peristiwa ini dilustrasikan pada Gambar 6.11 bagian sebelah kiri. Perubahan arah aliran ini menyebabkan kehilangan tekanan yang besar pada keran ini. Walaupun demikian, keran seperti ini banyak dipakai untuk mengendalikan fluida pada hilir lebih kecil atau lebih lambat dan tidak dianjurkan untuk pengaliran dengan bukaan penuh.

Gambar 6.11 Penampang keran bulatKeran kupu-kupu/baling-baling (butterfly valve). Keran balin-baling seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.12, merupakan jenis pengendali aliran fluida yang melawati suatu bagian pipa. Komponen utama pada keran ini adalah cakra atau plat yang diposisikan ditengah-tengah pipa. Plat ini dihubungkan dengan sebuah batang yang disambung dengan aktuator diluar keran. Bila aktuator memutar plat/cakra sejajar dengan arah aliran, maka fluida akan mengalir ke hilir. Sebaliknya bila aktuator memutar plat tegak lurus terhadap arah aliran, maka fluida tertahan dan tak mengalir ke hilir. Keran dapat juga dibuka sedikit demi sedikit guna mengatur aliran. Karena plat tetap berada di dalam aliran, maka kehilangan tekanan tetap terjadi pada keran seperti ini, terlepas bagaimanapun posisi keran.

Gambar 6.12 Penampang keran kupu-kupu6.7.4 PompaSalah satu peralatan yang paling sering dijumpai di industri adalah pompa. Inilah mesin yang berfungsi mengalirkan fluida di seluruh pabrik. Banyaknya kerja yang dilakukan oleh pompa disimbolkan dengan W pada persamaan 6.9. Sebagaian besar pompa dapat diklasifikasikan menjadi pompa sentrifugal, bolak-balik (reciprocating) dan putar (rotary).Pompa Sentrifugal. Diantara berbagai jenis pompa, pompa sentrifugal yang paling sering digunakan di industri karena biaya yang rendah, memberikan keseragaman aliran, biaya perawatan rendah, dan kemampuan menangani aliran yang mengandung padatan tak larut. Biasanya lebih dari 75% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal

Tetapi jika cairan ingin dipompakan lebih tinggi atau tekanan mencapai 100 psig, maka pompa jenis lain akan lebih ekonomis.Pada dasarnya, pompa sentrifugal yang ditunjukkan pada Gambar 6.13 terdiri dari impeller (H, J) berputar yang berada di dalam casing (F). Impeller ini mempunyai sudu-sudu radial yang dilekatkan pada impeler tersebut. Impeller dihubungkan dengan poros (C) yang digerakkan oleh motor listrik atau turbin. Cairan masuk melalui pusat atau mata impeller (G) dan mengalir keluar di dalam ruang-ruang antara sudu, dan sudu impeller (E) membuang fluida keluar sehingga kecepatannya jauh lebih cepat ketika masuk ke dalam impeller. Cairan yang meninggalkan keliling luar impeller dikumpulkan didalam casing yang berbentuk spiral (F) dan meninggalkan pompa melalui sambungan buang yang arahnya tangensial (K).

Gambar 6.13 Pompa sentrifugal (kanan) dan penampang pompa sentrifugal (kiri)Pompa bolak-balik (reciprocating). Pada bahagian sebelah kanan Gambar 6.14 ditunjukkan pompa bolak-balik yang digerakkan oleh motor listrik. Agak sulit membayangkan prinsip kerja pompa tersebut, sekalipun ditampilkan gambar penampang pompa tersebut. Akan lebih mudah meninjau pompa bolak-balik yang digerakkan secara manual seperti yang ditunjukkan pada bagian sebelah kiri Gambar 6.14. Ketika gagang ditarik, piston di dalam silider akan ikut tertarik, sehingga menciptakan tekanan vakum di dalam ruang silinder. Akibatnya katup pada lubang masuk terbuka dan katup keluar tertutup sehingga memungkinkan cairan masuk ke dan tertahan di dalam silinder (lihat gambar 6.14 kiri atas). Ketika gagang ditolak sehingga menolak piston di dalam silinder, katup lubang masuk akan tertutup dan katup keluar akan terbuka. Cairan akan keluar melalui lubang keluar. Ini merupakan contoh pompa bolak balik satu silinder, dimana ketika cairan dikeluarkan dari silider tidak ada cairan yang dihisap masuk ke dalam silider. Akibatnya terjadi fluktuasi keluaran, artinya cairan yang keluar tidak seragam. Untuk menghindari kelemahan itu, jumlah selinder dapat disusun lebih dari satu guna mengurangi fluktuasi laju keluaran cairan sekecil mungkin. Inilah salah satu perbedaan yang mendasar antara pompa bolak-balik dengan pompa sentrifugal. Namun demikian, pompa bolak-balik mampu menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan pompa sentrifugal.

Gambar 6.14 Pompa bolak-balik manual (kiri) dan pompa balik-balik listrikPompa putar (rotary). Ada berbagai macam jenis pompa putar, ada yang memakai pompa roda gigi (gear pump), pompa ulir (screw pump), pompa bubungan (cam pump) dan pompa baling (vane pump). Di sini ditampilkan contoh pompa putar baling-baling seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.15. Bagian sebelah kanan dari gambar tersebut mengilustrasikan penampang sebuah pompa putar baling. Pompa tersebut mempunyai lubang masukan (inlet) dan keluaran (outlet) serta baling-baling yang melekat pada rotor yang berputar. Pada saat pompa memutar baling-baling yang dapat bergeser di dalam slot motor, maka akan terjadi peningkatan ukuran atau volume pada jalan masuk kamar. Cairan disedot ke dalam daerah ruang yang bertekanan rendah dan tertampung dalam baling-baling yang berputar. Pada saat baling-baling mencapai ruang jalan keluaran yang ukurannya atau volumenya mengecil maka cairan yang terjebak pada baling-baling keluar dari pompa. Prinsip ini juga digunakan pada pompa minyak secara manual yang ditunjukkan pada bagian sebelah kiri dari Gambar 6.15. Gambar 6.15 Pompa putar tangan (kiri) dan penampang pompa putar (kanan)PAGE 82

_1303934419.unknown

_1304405289.unknown

_1304405612.unknown

_1304407729.unknown

_1304410796.unknown

_1304405431.unknown

_1304365811.unknown

_1304404533.unknown

_1303934649.unknown

_1299103252.unknown

_1299366864.unknown

_1299068314.unknown