BAB I

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perilaku fluida merupakan hal yang penting dalam teknik proses pada umumnya dan merupakan salah satu dasar yang diperlukan untuk mempelajari satuan-satuan proses. Proses-proses di industri kimia acap kali memerlukan pengaliran fluida melalui pipa, saluran dan peralatan proses. Para sarjana kimia biasanya berhadapan dengan masalah aliran didalam pipa tertutup yang penuh dengan fluida bergerak. Tetapi mereka juga sering menemukan masalah dimana fluida yang mengalir dalam pipa tidak terisi penuh.Di industri kimia, penggunaan energi sangat penting. Sedangkan didalam suatu sistem perpipaan, pada proses perpindahan massa terdapat energi yang hilang dari fluida.1.2 Tujuan Percobaan

Percobaan ini bertujuan untuk :1.2.1Dapat melakukan peneraan orificemeter.1.2.2Dapat menentukan koefisien orificemeter (Co).1.2.3Dapat menentukan friction losses pada sistem perpipaan ()1.2.4Dapat menentukan panjang ekivalen dari perangkat perlengkapan sistem perpipaan (Le).

1.2.5 Dapat menentukan karekteristik pompa.

1.3 Ruang Lingkup

Fluida terbagi menjadi dua, yaitu: fluida cair dan fluida gas. Berdasarkan pengaruh tekanan dan temperatur terhadap densitas, fluida dibagi menjadi dua:

1.Fluida incompressible (tak mampu mampat)

Adalah fluida yang jika tekanan dan suhunya berubah maka akan mengakibatkan ketidakberubahan densitas fluida secara signifikan.Contoh: zat cair ( air,larutan)

2.Fluida compressible (mampu mampat)

Adalah fluida yang jika temperature dan tekanan berubah sedikit saja maka akan mengakibatkan perubahan densitas fluida secara signifikan.

Contoh: gas

Dalam percobaan ini yang akan digunakan adalah fluida incompressible (tak mampu mampat) yaitu air dalam suatu sistem perpipaan yang digunakan untuk mempelajari energi yang hilang akibat adanya faktor gesekan dan adanya bagian-bagian dari perlengkapan pipa. Dimana pada sistem perpipaan tersebut tidak terdapat konsumsi dan regenerasi yang dilakukan oleh fluida (air). Selain itu kondisi yang terjadi diasumsikan steady state dan tidak melibatkan alat penukar panas.BAB II

TINJAUAN PUSTAKAFluida merupakan zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan diri dengan bentuk tempatnya. Pada suhu dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas atau rapat massa tertentu. Walaupun densitas fluida bergantung pada suhu dan tekanan, perubahan densitas karena perubahan variable itu mungkin besar dan mungkin kecil. Jika densitas itu hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang agak besar pada suhu dan tekanan tertentu, maka fluida tersebut disebut fluida tak mampu mampat (incompressible). Tetapi apabila densitasnya peka terhadap perubahan variable tekanan dan temperature disebut fluida mampu mampat (compressible). Zat cair biasanya dianggap fluida tak mampu mampat. Sedangkan gas merupakan fluida mampu mampat.Untuk mempelajari karakteristik aliran fluida tak mampu mampat dalam sistem perpipaan, yang meliputi pipa beserta alat perlengkapannya berlaku hukum Bernoulli.Persamaan Bernoulli ini diturunkan dari persamaan neraca energi yaitu:

d [m( u + g.z +)]sys = ( U + + g.z +)in dmin ( U + + g.z +)out dmout + dQ dw dengan asumsi bahwa sistem dalam keadaan steady state, maka nilai akumulasi = 0maka persamaannya menjadi:( U + + g.z +)in dmin ( U + + g.z + )out dmout = dQ dW

kedua ruas dibagi aliran massa

( U + + g.z +)in ( U + + g.z +)out = dQ/dm dW/dm

input output = akumulasi

+ g.+ = - ( )Karena fluida yang digunakan adalah fluida yang incompresible liqiud maka

= ,sehingga persamaan diatas menjadi:

(+ g. +) = - ( Persamaan Bernoulli )2.1 Pengukuran laju alir

Untuk mengukur laju alir fluida di dalam pipa digunakan orificemeter.Orificemeter adalah alat untuk mengukur laju alir fluida didalam pipa. Persamaan baku orificemeter dapat diturunkan dari persamaan Bernoulli.

(+ g. +) = - Dengan menggunakan asumsi :

1.

diabaikan karena pada sistem yang ditinjau yaitu orifice ketinggian aliran masuk sama dengan tinggi aliran keluar.2.W dapat diabaikan karena sistem yang ditinjau adalah orificemeter, dimana pada sistem tersebut tidak terdapat pompa.3.F dapat diabaikan karena diasumsikan fluida adalah fluida ideal dimana tidak terjadi gaya tarik menarik dengan dinding orificemeter.Sehingga persamaan Bernoulli diatas menjadi :

- = 0

= P2P1 v2 = v22 v12Maka di dapat persamaan :

+ = 0 .(1)

Dari neraca massa :(laju alir massa masuk)(laju alir massa keluar)+(konsumsi)(regenerasi)= (akumulasi)

min mout + konsumsi regenerasi = akumulasi

karena tidak ada reaksi kimia yang terjadi maka konsumsi dan regenerasi dapat diabaikan atau nilainya mendekati nol. Sedangkan untuk akumulasi karena sisitem diasumsikan steady state maka akumulasi dapat diabaikan atau sama dengan nol.Dari asumsi diatas maka diperoleh:

= 0

=

laju alir massa (m) sendiri merupakan hasil perkalian antara densitas() fluida dengan debit (Q)

=

1.Q1 = 2.Q2

1.A1.v1 = 2.A2.v2

karena fluida yang digunakan adalah fluida tak mampu mampat maka 1 = 2 A1.v1 = A2 .v2 ( persamaan kontinuitas )

v1 = * v2 ..(2) persamaan (1) dan (2)

=

=

=

=

=

=

Dengan asumsi yang digunakan untuk merumuskan kecepatan fluida dimana tidak terdapat beda ketinggian (Z = 0) dan tidak ada kerja yang digunakan (W = 0), maka perlu digunakan factor koreksi ( Co )

= Co .

Q A2.v2

Q = Co.A2.

Q = Co.A2.

Harga Co.A2. tetap, maka dimisalkan sebagai k sehingga dapat ditulis Q = k dimana =

Maka untuk kalibrasi orificemeter dapat dilakukan dengan membuat grafik Q terhadap

Q

Slope dari grafik diatas adalah harga nilai dari konstanta k. apabila harga k di ketahui maka kita dapat menentukan harga factor koreksi (Co)

2.2 Bilangan Reynold

Bilangan Reynold (NRe) adalah suatu bilangan tanpa dimensi yang berlaku pada saat zat alir dengan viskositas dan densitas yang mengalir dengan laju v melalui suatu pipa ( atau melalui suatu rintangan ) dengan diameter D

NRe =

Pada sistem perpipaan tertutup baik untuk aliran laminer maupun aliran turbulen memiliki harga NRe = 10.000 dengan syarat alirannya stedi state dan berkembang penuh (McCabe, Smith dan Harriot, Operasi Teknik Kimia jilid 1).2.3 Faktor GesekanApabila di dalam aliran fluida terdapat gaya gesekan dengan pipa maka dapat digunakan persamaan fanning :

Dimana : Hilang tekan karena gesekan (N/m2)

: factor gesekan

v: kecepatan rata-rata fluida (m/s)

l: panjang pipa (m)

: densitas fluida (kg/m3)

D: diameter pipa (m)

gc: 1 (tetapan konvensional) (kg.m/N.s2)Persamaan fanning berlaku tergantung pada jenis kekasaran pipa dan jenis aliran. Besarnya gaya gesek didalam pipa dapat dihitung juga dengan persamaan Bernoulli. Adapun asumsi yang digunakan adalah sebagai berikut :1. Kecepatan di sepanjang pipa tetap

2. Tidak terdapat perbedaan ketinggian.

3. Tidak ada kerja masuk.

2.4 Panjang Ekivalen

Panjang ekivalen adalah panjang pipa lurus yang dapat digunakan untuk menggantikan sambungan (misal : valve, elbow, sambungan T, dll) dimana pada laju alir yang sama memberikan pressure drop atau friction losses yang sama.

= .. (1)

= - (2)

persamaan (1) dan (2) :

=

=

Dalam penentuan factor fanning dapat dilakukan dengan menggunakan 3 cara yaitu:

1. Dengan menggunakan grafik NRe terhadap factor gesekan . Apabila menggunakan grafik maka ada data yang diperlukan yaitu tingkat kekerasan pipa harus diketahui.

2. Menggunakan persamaan rumus empirik yaitu factor fanning fungsi dari bilangan Reynold = (NRe)Untuk aliran laminar : NRe < 2000

untuk aliran turbulen : NRe > 4100

3. Menggunakan data-data percobaan

2.5 Pompa

Pompa digunakan dalam sistem aliran untuk meningkatkan energi mekanik fluida yang mengalir. Peningkatan itu digunakan untuk mempertahankan aliran. Energi mekanik yang diberikan pompa harus dikurangi dengan rugi gesekan. Tetapi pada prakteknya digunakan efisiensi pompa. Untuk mengetahui kerja pompa yang diberikan pada sistem maka kita dapat menggunakan persamaan Bernoulli dengan menggunakan asumsi yaitu:

1. Kecepatan di sepanjang pipa sama (=0)

2. Factor gesekan pompa diabaikan

3. Tidak terdapat perbedaan ketinggian (=0)

Maka persamaan Bernoulli :

= -

Karakteristik pompa dapat ditentukan berdasarkan:

1. Kerja Pompa (W) :

EMBED Equation.3 2. Head pompa (H)

3. Daya pompa ( P )

4. Efisiensi pompa ( )

P = Daya teoritis yang didapat dari persamaan bernoulli

P act = Daya poros yang disuplai oleh pompa

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN3.1 Alat dan Bahan

1. Alat

Pipa, tangki, pompa

1 buah

Orificemeter

1 buah

Manometer pipa U

2 buah

Viskometer

1 buah

Piknometer

1 buah

Stopwatch1 buah

Gelas ukur 1000 ml

1 buah

2. Bahan

Aquadest

Air kran

3.2 Prosedur Kerja1. Peneraan Orificemeter

Mengisi tangki dengan air hingga ketinggian tertentu

Mengalirkan air dari tangki dengan bantuan pompa ke pipa yang telah di pasang orificemeter kemudian ukur perbedaan ketingguan manometer

Mengukur waktu yang diperlukan air untuk mencapai volume tertentu

Mengukur t dan V untuk perbedaan manometer yang lain

2. Penentuan faktor gesekan pipa

Mengisi tangki dengan air kran sampai ketinggian tertentu

Menentukan volum control yang akan digunakan pada sistem

Memasang manometer pada pipa yang akan ditentukan factor gesekannya

Mengalirkan air pada pipa yang sudah ditentukan dengan bantuan pompa secara recycle

Mencatat pada manometer yang dipasang pada orificemeter dan pipa

3. Penentuan panjang ekivalen

Menentukan volum control yang akan digunakan sebagai sistem

Memasang manometer pada perlengkapan pipa yang akan diukur panjang ekivalennya

Mengalirkan air pada system yang telah ditentukan dengan bantuan pompa secara recycle

Mencatat manometer yang dipasang pada perlengkapan pipa dan orificemeter

4. Efesiensi pompa

Menentukan volum control yang akan digunakan sebagai sisitem

Mengalirkan air pada pipa

Mencatat pada orificemeter, serta waktu alir

3.3 Skema Alat

BAB IV

HASIL PERCOBAAN

4.1Kurva Kalibrasi Orificemeter

4.2Kurva hubungan Q (m3/s) terhadap Co (Faktor koreksi orifice)

4.3Kurva Karakteristik Pompa

4.4Kurva hubungan Q (m3/s) terhadap F (friction losses)

4.5Kurva hubungan Q (m3/s) terhadap Le (Panjang Ekivalen)

BAB V

PEMBAHASAN5.1. Pengaruh koofisien koreksi (Co) terhadap debit (Q)

Grafik Co terhadap Q (debit) berupa grafik dengan garis lurus sehingga dapat disimpulkan dengan meningkatnya atau menurunya harga Q maka harga Co tidak akan mengalami perubahan (konstan). Hal ini sesuai dengan perumusan hubungan Q terhadap h :

Q = Co.A2.

Hal itu dapat terjadi karena koefisien orifice (Co) merupakan suatu faktor koreksi dari adanya pengecilan atau pembesaran mendadak dalam sistem perpipaan, sehingga dengan ukuran (diameter) Co yang tetap akan membuat faktor koreksi Co bernilai konstan untuk setiap debit laju alir yang berbeda.Dari data literatur, harga Co relatif konstan selama nilai NRe > 2000. Harga Co untuk aliran turbulen sebesar 0.61 ( McCabe, Smith and Harriot ). Pada percobaan didapat harga Co sebesar 0.61432, hasil ini cukup mendekati dengan harga Co dari literatur.5.2. Pengaruh Friction losses () pada pipa lurus terhadap debit (Q)5.2.1 Diameter pipa berubah dengan debit tetap

Dari grafik terhadap Q dapat dilihat bahwa pipa yang diameternya paling kecil memiliki nilai friction losses () yang paling besar. Hal ini disebabkan oleh ruang gerak fluida (air kran) untuk mengalir lebih sempit sehingga hampir seluruh permukaan fluida (air kran) bergesekan dengan dinding pipa. 5.2.2 Diameter pipa tetap dan debit berubahDari grafik terhadap Q dapat dilihat nilai meningkat seiring dengan meningkatnya laju alir volumetrik (Q). Hal ini dapat terjadi karena energi kinetik yang dibawa oleh fluida sebagian berubah bentuk menjadi energi panas yang dihasilkan oleh gesekan antara fluida dengan dinding pipa, sehingga dapat disimpulkan semakin cepat fluida mengalir maka hilang energi akibat gesekan akan semakin besar pula.

5.3. Pengaruh Panjang Ekivalen (Le) terhadap Debit (Q)

Panjang ekivalen merupakan panjang pipa lurus yang mewakili panjang dari sistem perlengkapan pipa dimana dapat memberikan friction losses yang sama dan pressure drop yang sama. Dari grafik dapat dilihat semakin besar debit (Q) yang diberikan maka panjang ekivalen yang diperlukan semakin besar pula.

5.4. Pengaruh Tinggi Tekan, Efisiensi, dan Kerja Pompa terhadap Debit (Q)

5.4.1 Pengaruh Efisiensi () pompa terhadap debit (Q)Pada percobaan ini efisiensi pompa yang diperoleh kecil sekali. Hal ini disebabkan oleh pengambilan sistem kontrol yang digunakan untuk menentukan efisiensi pompa. Seharusnya sistem kontrol yang digunakan adalah sistem pompa. Tetapi karena keterbatasan alat yang digunakan sistem yang dipakai adalah sistem yang paling dekat dengan letak pompa yaitu sistem orificemeter.5.4.2 Pengaruh kerja, daya, dan tinggi tekan total Laju alir massa fluida yang di keluarkan semakin banyak jika laju alir yang diberikan semakin besar. Untuk memperbesar laju alir tersebut, dibutuhkan daya hisap pompa (P) yang besar sehingga kerja yang dihasilkan pompa (W) akan semakin besar pula. Hal ini dapat dilihat dari grafik W terhadap Q dan P terhadap Q dimana nilai P dan W meningkat seiring dengan bertambahnya nilai Q.

5.4.3 Pengaruh tinggi tekan total (H) terhadap debit (Q)

Tinggi tekan total yang dihasilkan dari percobaan ini adalah 0.4427m atau sekitar 45 cm. Nilai ini tidak sesuai dengan sistem yang digunakan pada percobaan yang tingginya sekitar 180 cm. Hal ini disebabkan oleh sistem kontrol yang digunakan bukan sistem pompa melainkan sistem yang terdekat dengan letak pompa yaitu sistem kontrol orificemeter.BAB VI

KESIMPULAN Harga Co yang diperoleh dari percobaan adalah 0.61432 Friction losses untuk setiap pipa:

Untuk D = 1.25 in diperoleh harga = 0.2479 m2/s2Untuk D = 1.00 in diperoleh harga = 0.4132 m2/s2Untuk D = 0.75 in diperoleh harga = 0.5547 m2/s2 Panjang ekivalen untuk system perlengkapan pipa:Valve 1

: 0.3667 mValve 2

: 0.6341 mValve 3

: 1.0286 mElbow

: 0.3667 mSambungan T: 0.3667 m

Karakteristik pompa ditentukan oleh kerja yang dihasilkan pompa, daya pompa, efisiensi, dan tinggi tekan total dari pompa.dari percobaan ini diperoleh:W: 4.3384 watt

P: 1.2364 watt

: 0.9891 %H: 0.4427 mBAB VII

DAFTAR PUSTAKA1. Mc.Cabe, Smith and Carnot, Operasi Teknik Kimia I, Terj. Ir.G. Jasjfi, Erlangga,1999

2. Noel de Nevers, Fluid Mechanics For Chemichal Engineering, McGraw Hill,1973.

3. Perry, J.H, Chemichal Engineers Handbook,McGraw Hill,1973.Lampiran D

Contoh PerhitunganD.1Menentukan densitas air kran

D.2Menentukan Viskositas air

D.3Menghitung Gaya Gesekan pada pipa

Diameter 1.25 in

D.4Menghitung Panjang Ekivalen

Pada Valve 1

D.5Menghitung faktor gesekan

Diameter 1.25 in

D.6Menghitung Koefisien Orifice

_1161427814.unknown

_1161591300.unknown

_1162697922.unknown

_1167060701.unknown

_1167060789.unknown

_1167060903.unknown

_1167061033.unknown

_1167060847.unknown

_1167060778.unknown

_1166795876.unknown

_1166796800.unknown

_1166797028.unknown

_1167060690.unknown

_1166797576.unknown

_1166796816.unknown

_1166795975.unknown

_1162698106.unknown

_1166790209.unknown

_1162697959.unknown

_1161592676.unknown

_1162661412.unknown

_1162661434.unknown

_1161593637.unknown

_1161594173.unknown

_1161598125.unknown

_1161592746.unknown

_1161592640.unknown

_1161592660.unknown

_1161591406.unknown

_1161592590.unknown

_1161429000.unknown

_1161429172.unknown

_1161589985.unknown

_1161591126.unknown

_1161590188.unknown

_1161429835.unknown

_1161429095.unknown

_1161428420.unknown

_1161428595.unknown

_1161428031.unknown

_1161426436.unknown

_1161427513.unknown

_1161427695.unknown

_1161427757.unknown

_1161427611.unknown

_1161426987.unknown

_1161427102.unknown

_1161426511.unknown

_1161426038.unknown

_1161426173.unknown

_1161426302.unknown

_1161426384.unknown

_1161426404.unknown

_1161426331.unknown

_1161426199.unknown

_1161426257.unknown

_1161426123.unknown

_1161426143.unknown

_1161426059.unknown

_1161425912.unknown

_1161425989.unknown

_1161426011.unknown

_1161425949.unknown

_1161425824.unknown

_1161425856.unknown

_1161425881.unknown

_1161425083.unknown

_1161425252.unknown

_1161425348.unknown

_1161425162.unknown

_1161424962.unknown

_1161425006.unknown

_1161424851.unknown

_1161424895.unknown

_1161424178.unknown