Laporan Akhir Aliran Fluida

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Transportasi fluida merupakan salah satu satuan opersai teknik kimia yang penting terutama di industri kimia berbasis fluida, industri pupuk, pengilangan minyak bumi, petrokimia dan sebagainya. Transportasi fluida di industri-industri seperti pada contoh diatas menjadi sangat penting. Transportasi fluida di industri yang berbasis padat pun tidak kurang pentingnya karena di industri-industri tersebut selalu ada transportasi fluida, yaitu di bagian penyediaan air. Setiap bahan yang ditransportasikan dari satu unit pemproses ke unit pemproses penyediaan air dengan mengetahui besar laju alir setiap bahan dalam satuan waktu.

1.2 Tujuan Percobaan

1. Mengetahui Head Loss pada sistem perpipaan (pipa lurus, kerangan, belokan siku dan simpangan empat).

2. Mengetahui koefisien gesekan setiap komponen perpipaan.

BAB II

TEORI PENUNJANG

II.1. Definisi FluidaFluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen. Fluida memilik sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser. Konsekuensi dari sifat ini adalah hukum Pascal yang menekankan pentingnya tekanan dalam mengkarakterisasi bentuk fluida.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, 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. Berdasarkan pengaruh tekanan terhadap volumenya, fluida dapat digolongkan menjadi 2 golongan :

a. incompressible fluid

Fluida digolongkan sebagai incompressible fluid jika volume dari fluida hanya sedikit terpengaruh oleh perubahaan yang agak besar pada suhu dan tekanan.

b. compressible fluid

Fluida digolongkan sebagai compressible fluid jika volume dari fluida sangat peka terhadap perubahan suhu dan tekanan.

Dalam praktikum kali hanya menyangkut incompressible fluid.II.2. Jenis Aliran Fluida

Berdasarkan jenis alirannya, fluida digolongkan dalam dua kelompok, yaitu:

a. Aliran turbulen

Pada aliran turbulen terjadi percampuran fluida dalam satu penampang akibat adanya pusaran dalam aliran, hal ini menyebabkan profil aliran menjadi datar.Dalam aliran turbulen, dikarenakan oleh gerakan yang tidak teratur dari partikel-partikel fluida, selalu terdapat fluktuasi-fluktuasi kecil yang terjadi di setiap titik. Definisi aliran steady harus agak harus agak dibuat umum (digeneralisasikan) guna menampung fluktuasi-fluktuasi ini.

b. Aliran laminer

Fluida tampak seperti lapisan-lapisan yang tidak saling campur. Aliran ini terjadi pada kecepatan fluida yang lambat,densitas rendah dan viskositas tinggi.

Jenis aliran diatas merupakan fungsi dari kecepatan alir fluida (v), viskositas fluida (), densitas fluida (), dan diameter pipa (D), yang dapat dinyatakan sebagai bilangan Reynold (NRe), yaitu:

NRe = Dengan batasan sebagai berikut:

NRe 2100 ; aliran fluida adalah laminer

NRe 4000 ; aliran fluida adalah turbulen

II.3. Prinsip Dasar Aliran FluidaPrinsip-prinsip dasar yang paling berguna dalam penerapan mekanika fluida adalah persamaan-persamaan neraca massa atau persamaan kontinuitas dan persamaan neraca energi mekanik.II.3.1. Neraca massa sistem aliran fluidaHukum kekekalan massa :

Laju massa masuk + laju produksi = laju massa keluar + laju akumulasi

- untuk sistem tanpa reaksi kimia, laju produksinya = 0, karena tidak ada massa yang terbentu atau terkonversi.

- bila sistem berada dalam keadaan tunak, maka laju akumulasinya = 0

Sehingga transportasi fluida akan mengikuti hukum kekekalan massa sebagai berikut:

A1v11

A2v22

Laju massa masuk = laju massa keluar

A1 . v1. 1 = A2 . v2. 2 .. (1)Keterangan :

A = luas penampang pipa (m2)

V = kecepatan aliran fluida (m/s)

= densitas (kg/m3)

II.3.2. Neraca energi sistem aliran fluida :

V22

Heater P2

QV11P1 Z1

Ws Z2Laju energi masuk = laju energi keluar + selisih energi yg tersedia dalam sistemQ = W + (E2 E1) ................................................................... (2)

Sedangkan:

E2 E1 = (U2-U1) +

EMBED Equation.3 + (Z2 Z1)g ............. (3)

Dari persamaan (2) dan (3) diperoleh:

(U2-U1) +

EMBED Equation.3 + (Z2 Z1)g = Q W .......... (4)

(U2-U1) +

EMBED Equation.3 + (Z2 Z1)g = Q (P2V2 P1V1) - Ws

(U2 + P2V2 ) - (U1 + P1V1) +

EMBED Equation.3 + (Z2 Z1)g = Q - Ws

H2 - H1+

EMBED Equation.3 + (Z2 Z1)g = Q - Ws .................. (5)Pada gambar sistem aliran fluida :

( Isotermal (T = 0)

( Tidak ada gesekan antara fluida terhadap dinding pipa F = 0

( Tidak ada kerja (Ws = 0)

( Tidak ada panas yang masuk maupun yang keluar (Q = 0)

Persamaan neraca energinya menjadi:

P2V2 - P1V1 +

EMBED Equation.3 + (Z2 Z1)g = 0 ............... (6)Bila V = volume fluida per-satuan massa (1/) :

P2(1/) 2 - P1(1/) 1 +

EMBED Equation.3 + (Z2 Z1)g = 0

.................. (7)

II.4. Hilang Energi (Head loss) dalam sistem perpipaan

Hilang energi sangat dipengaruhi oleh laju alir fluida dan panjang pipa, semakin besar laju alir maka pergerakan partikel-partikel fluida semakin cepat dan menyebabkan semakin besar energi yang hilang.

Penentuan besarnya hilang energi pada percobaan ini berdasarkan perbedaan tekanan pada sisten perpipaan yang dilalui aliran fluida.

Dalam suatu aliran fluida terjadi gesekan antara fluida dengan pipa. Timbulnya gesekan menyebabkan kehilangan energi atau friction loss (hl).

Pada keadaaan tunak, kerja: w = ......................... (8)

Hukum termodinamika I : U = Q W ....................................... (9)

H = U + d(PV) ............................. (10)

Subtitusi persamaan (9) ke (10) :

H = Q W + ..................................................... (11)

Subtitusi persamaan (8) ke (11) :

H = Q + H = Q + hl + ............................................. (12) Subtitusi persamaan (12) ke (5) :

0 0 0

+ (Z2 Z1)g + (P2 P1) + hl + Ws = 0 ........... (13)

Dimana:

hl = Head loss (J/kg) v = perbedaan kecepatan (m/s)

P = perbedaan tekanan (N/m2)

Z = perbedaan ketinggian (m)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

= densitas (kg/m3)

Apabila luas penampang pipa sama, maka kecepatan aliran fluida sama, sehingga v = 0 dan apabila tidak ada perbedaan ketinggian maka Z = 0, sehingga persamaan tersebut menjadi:

(P2 P1) = hl

Head loss dapat dihitung dengan cara:

a. Hilang energi untuk pipa lurus

hl = 4f

EMBED Equation.3 Harga f (koefisien gesekan) dapat dihitung dengan rumus:

f =

b. Hilang energi pada belokan, sambungan, dan kerangan

hl = Kf

c. Hilang energi karena kontraksi tiba-tiba

hl = 0,55

BAB III

HASIL PERCOBAAN

III.1. Head Loss Pada Tiap Sistem Perpipaan1. Head loss pada sistem B - C (pipa lurus 0,15 m + belokan siku + pipa lurus 0,02 m) Tabel Head Lossh (mHg)v (m/s)hl (J/Kg)

0,70,2142151880,414

1,20,2337233050,473

1,40,2515968650,628

2. Head loss pada sistem D-E (pipa lurus horizontal 3,64 m + belokan simpang empat) Tabel Head Lossh(mHg)v (m/s)hl (J/Kg)

0,70,2142151880,205

1,20,2337233050,296

1,40,2515968650,482

3. Head loss pada belokan siku Tabel Head Loss

v (m/s)hl belokan siku

0,2142151880,025886508

0,2337233050,029532495

0,2515968650,03923082

4.Head loss pipa lurus 0.02 m; 0.15 m dan 3.64 m Tabel head loss

v(m/s)hl 0,02 m (J/Kg)hl 0,15 m (J/Kg)hl 3,64 m (J/Kg)

0,2142151880,0517730160,3882976194,671530265

0,2337233050,059064990,4429874246,741867541

0,2515968650,0784616410,58846230710,96217045

III. 2. Koefisien Gesekan Pada Tiap Sistem Perpipaan

1. Pipa lurus 0,02 m; 0,15 m dan 3,64 m Tabel koefisien gesekv (m/s)f (ln 0,02)f (ln 0,15)f (ln 3,64)

0,2142151880,5697631030,5697631030,282474102

0,2337233050,5460312190,5460312190,342449209

0,2515968650,6259480840,6259480840,48051405

2. Belokan siku Tabel koefisien gesekv (m/s)kf belokan siku

0,2142151881,128243769

0,2337233051,081249939

0,2515968651,239501157

BAB IV

PEMBAHASANPada kalibrasi orifice meter, terlihat bahwa semakin besar tinggi tekan pada manometer U yang berisi Hg, maka semakin besar pula laju alir fluida . Kekasaran pada pipa merupakan penyebab lain besarnya head loss, jika kekasaran pipa semakin besar maka aliran fluida akan mengalami gangguan berupa pusaran-pusaran pada saat melewati bagian pipa yang kasar. Sehingga kurva-kurva faktor gesekan diatas menunjukkan semakin besar kecepatan maka faktor gesekan semakin kecil. Hal ini disebabkan karena pada saat kecepatan fluida makin besar, maka gesekan pada bidang padat akan semakin kecil seolah-olah fluida tidak menempel pada pipa. Disebabkan juga oleh pembacaan skala pada manometer yang kurang akurat karena posisi CCl4 yang sulit untuk konstan yang mengakibatkan posisi pada skala sulit terbaca.

Kecepatan aliran tinggi harga headloss besar, ini karena pada kecepatan aliran yang tinggi, pergerakan molekul-molekul fluida semakin tidak stabil serta semakin cepat bergerak ke segala arah dan cenderung bergerak ke tengah , sehingga molekul-molekul tersebut memakai sebagian besar energi yang dimilikinya untuk mempertahankan arah aliran. Kecenderungan molekul-molekul fluida untuk bergerak ke tengah pada saat kecepatan aliran fluida tinggi menyebabkan molekul-molekul fluida yang berdekatan dan bergesekan dengan dinding fluida ikut bergerak ke tengah sehingga gesekan dengan dinding fluida berkurang dan faktor gesekan mengecil.

BAB V

KESIMPULAN. Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa:1. Terjadi pola aliran transisi dan turbulen selama percobaan dilakukan, yang ditunjukkan dari bilangan Reynold.

2. Semakin besar beda tekanan pada manometer Hg, semakin besar pula laju alir volumetriknya3. Semakin besar beda tekannya, semakin sedikit pula waktu yang di perlukan.

4. Harga head loss yang besar juga dapat disebabkan oleh jenis aliran dan kekasaran pipanya.

5. Besarnya headloss dan faktor gesekan dipengaruhi oleh faktor :

a. Laju alir fluida

b. Panjang pipa

c. Diameter pipa

d. Sifat dari pipa itu sendiri

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, C.j., Transport Process and Unit Operations, 2nd Edition, Allyn and Bacon Inc., Boston, 1978Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Co., New York, 1978Nugroho, Adi Febrianto. Diktat Operasi Teknik Kimia I. Cimahi: Jurusan Teknik Kimia UNJANI.Streeter, Victor L., dan Wylie, E. Benjamin. Alih Bahasa: Prijono, Arko. Mekanika Fluida. Edisi Kedelapan. Jilid 1. Erlangga: Jakarta. 1985WWW.GEOGLE.COM.Aliran Fluida.

LAMPIRAN ADATA LITERATUR

1. (air (25 oC) = 997.08 kg/m32. (CCl4 (25 oC) = 1590 kg/m33. (air (25 oC) = 8.94 x 10-04 kg/m.s

4. g (25 oC) = 9.8 m/s2LAMPIRAN BDATA PERCOBAAN

B. 1 Kalibrasi laju alir

h (m Hg)V1 (m)t1 (detik)V2 (m/s)t2 (detik)

0.0630.000980.0009822.6122.72

0.0760.000960.0009621.0920.97

0.0890.000980.0009720.6519.91

0.1020.000970.0009719.219.29

0.1150.000960.0009818.3318.78

B. 2 Data pengukuran pada tiap perlengkapan sistem perpipaana. diameter dalam pipa = 0,02 m

b. panjang pipa lurus pendek pada sistem B C = 0,15 mc. panjang pipa lurus datar pada sistem D E = 3,64 m

B. 3 Pengukuran beda tekan pada tiap perlengkapan sistem perpipaan 1. 1. Sistem B - CP1 (0.6 Kg/Cm3)P2 (1 Kg/Cm3)P3 (1.2 Kg/Cm3)

h (m Hg)hm1 (m CCl4)hm2 (m CCl4)hm3 (m CCl4)

14,515,3517

2614,517,5

3513,518

45,512,317,5

55,21218,5

2. Sistem D-E

P1 (0.6 Kg/Cm3)P2 (1 Kg/Cm3)P3 (1.2 Kg/Cm3)

h (m Hg)hm1 (m CCl4)hm2 (m CCl4)hm3 (m CCl4)

14,58,59

248,710

33,97,99,9

43,87,99,8

53,78,49,5

Keterangan :

B - C = (pipa lurus 0,15 m + belokan + sambungan + pipa lurus 0,02 m)D - E = pipa lurus datar 3,64 LAMPIRAN CPERHITUNGAN ANTARA

C.1 Perhitungan Head Loss

1.1 Tabel Kalibrasi Laju Alir

h(mHg)V (m)t (detik)Q (m3/s)Q hitung (m3/s)A (m2)v (m/s)

0,01497012,18,04883E-058,05893E-050.0003140,251596865

0,01398012,657,7501E-057,77843E-050.0003140,242839694

0,01297012,957,55082E-057,48642E-050.0003140,233723305

0,01198013,657,1677E-057,18141E-050.0003140,224201026

0,0198014,236,84955E-056,86156E-050.0003140,214215188

1.2 Tabel Perhitungan Bilangan Reynoldv (m/s) (kg/m3)D (m) (kg/m.s)NreAliran

0,251596865997.080.028,94E-045,67E+03turbulen

0,242839694997.080.028,94E-045,47E+03turbulen

0,233723305997.080.028,94E-045,27E+03turbulen

0,224201026997.080.028,94E-045,05E+03turbulen

0,214215188997.080.028,94E-044,83E+03turbulen

1.3Head loss pada sistem B C (pipa lurus 0,15 m + belokan + pipa lurus 0,02 m) h(m Hg)hm CCl4P (Pa)hl (J/Kg)

0,0070,071412,9750,414

0,0120,081471,1400,473

0,0140,1076625,8600,628

1.4 Head loss pada sistem D-E (pipa lurus horizontal 3,64 m)

h(m Hg)hm CCl4P (Pa)hl (J/Kg)

0,0070,0352204,7420,205

0,0120,0508295,4800,296

0,0140,0826480,4470,482

1.5 Head loss pada belokan sikuv (m/s)hl belokan siku

0,2142151880,025886508

0,2337233050,029532495

0,2515968650,03923082

1.6 Head loss pipa lurus 0,02 mv (m/s)hl (J/Kg)

0,2142151880,051773016

0,2337233050,05906499

0,2515968650,078461641

1.7Head loss pipa lurus 0,15 mv (m/s)hl (J/Kg)

0,2142151880,388297619

0,2337233050,442987424

0,2515968650,588462307

1.8 Head loss pipa lurus 3,54 m

v (m/s)hl (J/Kg)

0,2142151884,671530265

0,2337233056,741867541

0,25159686510,96217045

C. 2. Koefisien Gesekan Pada Tiap Sistem Perpipaan

1. Pipa lurus 0,02 m; 0,15 m; 3,64 mv (m/s)f (ln 0,02)f (ln 0,15)f (ln 3,64)

0,2142151880,5697631030,5697631030,282474102

0,2337233050,5460312190,5460312190,342449209

0,2515968650,6259480840,6259480840,48051405

2. Belokan siku

v (m/s)kf belokan siku

0,2142151881,128243769

0,2337233051,081249939

0,2515968651,239501157

LAMPIRAN DCONTOH PERHITUNGAN

1. Menghitung persamaan kurva kalibrasi laju alir

Q = k (hcLn Q = ln k + c ln (hh(mHg)Q (m/s)ln hln Qln h x ln Q(ln h)

0,0148,05893E-05-4,2686979-9,42739860740,242717118,22178218

0,0137,77843E-05-4,3428059-9,46521986641,1056128818,85996327

0,0127,48642E-05-4,4228486-9,49126892141,9784457419,56159

0,0117,18141E-05-4,50986-9,54334006643,0391276920,33883728

0,016,86156E-05-4,6051702-9,58874186244,1577881421,20759244

=-22,149383-47,51596932210,523691698,18976517

n = 5maka, c = ( ln Q ( ln (h - n ( ln Q x ln (h ( ( ln (h)2 - n ( (ln (h2)

= 0.478

ln k =( ln Q - c ( ln (h = 210,5236916. (0,478)( -22.149383)

n 5 ln k = -7,385538132 k = 0,000620157

2. Menentukan kecepatan fluida

a. Luas pipa A = 1/4(D2 = (3.14)(0.02)2 = 3.14 x 10-04 mb. Laju alir Volumetrik : Pada h (m Hg) = 0,014 Q = 0.000104195h0.463 = 0.000104195(0,014)0.463 = 8,05893x 10-5 m3/sc. Kecepatan fluida : V = Q/A = 8,05893 x 10-4 m3/s / 3,14 x 10-4 m2 = 0,251596865 m/s3. Menentukan Reynold Number (NRe)

NRe = (D*v*()/( = (0,02 m * 0,25159 m/s * 997,08 m/s2) / 8.94 x 10-04 kg/m s = 5,67 x 1034. Menentukan Head LossKeterangan koefisien hilang gesek (Kf) pada sistem laminer dari buku Transpor Process and Unit Operations hal. 105 edisi ke-2 :a. Elbow 90o = 0.85b. Check valve = 3.2c. Globe valve = 10a. Head loss pada sistem B-C (pipa lurus 0,15 m + belokan elbow 90o + pipa lurus 0,02 m)hL = Kc = 0.85 * 0,251592

2 = 0,414 J/kgb. Head Loss pada sistem D-E(belokan simpang empat + pipa lurus datar 3,64 m)

Dari aliran laminer (dengan ketinggian Hg = 0.134 m), diketahui :

f = =

5,67x103hL = 4f = 4(0.00282) 3.64 x 0,251592

0.02 2= 0.240895 J/kgc. Head Loss pd pipa lurus hL = (panjang pipa lurus/panjang pipa lurus datar)* hL pipa lurus datar Pada pipa lurus 0,15 m terhadap pipa lurus datar 0,02 m

hL = (0,15/0,02) * 0.3618 J/kg = 2.7135 J/kg Pada pipa lurus 3,54 m terhadap pipa lurus datar 0,02 m

hL = (3,54/0,02)* 0.240895 J/kg = 42.63841 J/kgd. Head Loss pada belokan sikuhL = hL B-C hL pipa lurus 0,15 hL pipa lurus 0,02 m

= (0.4141841- 0.485793 +1.620320361) J/kg = 1.548711 J/kg 5. Menentukan faktor gesekan

a. Pada pipa lurus Pada 0.02 mf = (2*hL*D)/(4*v2*(L)

= (2*0.06072 *0.02)/(4*0.135752*0.02) = 1.620320361

Pada 0.15 m

f = (2*hL*D)/(4*v2*(L)

= (2*0.45543*0.02)/(4*0.135752*0.15)

= 1.62032

Pada 3.64 m

f = (2*hL*D)/(4*v2*(L)

= (2*4.17239*0.02)/(4*0.135752*3.64) = 0.61172

b. Pada belokan sikuKf= 2*hL / v2 = 2*(0.03036)/( 0.135752)2 = 3.20856

LAMPIRAN EKURVA KALIBRASI LAJU ALIR

E. 1 Tabel Kalibrasi Orificeh(mHg)Q (m3/s)Q hitung (m3/s)

0,0148,04883E-058,05893E-05

0,0137,7501E-057,77843E-05

0,0127,55082E-057,48642E-05

0,0117,1677E-057,18141E-05

0,016,84955E-056,86156E-05

E.2. Kurva Kalibrasi Orifice

Proses

Proses

_1228115118.unknown

_1228130667.unknown

_1953685215.unknown

_1953685762.unknown

_1953688036.unknown

_1953688283.unknown

_1953685733.unknown

_1953680330.unknown

_1953680416.unknown

_1228664672.unknown

_1953680066.unknown

_1228130692.unknown

_1228129957.unknown

_1228130421.unknown

_1228115004.unknown

_1228115104.unknown

_1096113038.unknown