LABORATORIUM SATUAN OPERASI

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013

MODUL : Aliran Fluida

PEMBIMBING : Ir. Agus Djauhari, M.T.

Oleh :

Kelompok : V (lima)

Nama : 1. Hana Afifah Rahman NIM.111411045

2. Yudha Fitriansyah NIM.111411059

Kelas : 2B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

Praktikum : 7 Maret 2013Penyerahan : 14 Maret 2013(Laporan)

ALIRAN FLUIDA

I. TUJUAN

Dapat menghitung harga koefisien orificemeter, venturimeter dan

membandingkannya dengan literatur

Dapat membuat kurva antara orificemeter, venturimeter terhadap bilangan

reynold

Membuktikan apakah pressure drop harganya tetap untuk laju aliran fluida yang

berbeda

II. DASAR TEORI

Fluida adalah zat yang mampu mengalir dan yang menyesuaikan diri dengan

bentuk wadahnya. Perbedaan antara fluida dengan zat padat anatara lain adalah fluida

tidak dapat menahan tegangan singgung (geser) yang dialaiminya. Adanya tegangan

singgung dari luar walaupun kecil akan menyebabkan kondisi fluida diam akan

bergerak atau mengalir.

Sifat dasar dari setiap fluida static ialah tekanan. Tekanan dikenal sebagai

gaya permukaan yang diberikan oleh fluida terhadap dinding bejana. Tekanan

terdapat pada setiap titik di dalam volume fluida. Pada ketinggian yang sama, tekanan

pada fluida adalah sama.

Fluida terdiri dari 2 jenis yaitu fluida cair dan fluida gas.

Ciri fluida cair:

- Tidak kompresibel, yaitu volume fluida akan tetap walaupun dikenai tekanan

tertentu.

- Mengisi volume tertentu.

- Mempunyai permukaan bebas.

- Daya kohesi besar, jarak antar molekul rapat.

Ciri fluida gas:

- Kompresibel

- Mengisi seluruh bagian wadah.

- Jarak antar molekul besar, daya kohesi dapat diabaikan.

Dalam aliran kondisi mantap (steady state) dikenal 2 rejim aliran atau

pola aliran yang tergantung kepada kecepatan rata-rata aliran (v), densitas (ρ),

viskositas fluida (μ) dan diameter pipa (D). kedua rejim aliran tersebut diatur oleh

hokum-hukum yang berbeda sehingga perlu dipelajari secara keseluruhan.

Rejim aliran Laminer

Rejim aliran laminar mempunyai cirri-ciri sebagai berikut:

Terjadi pada kecepatan rendah.

Fluida cenderung mengalir tanpa adanya pencampuran lateral.

Berlapis-lapis seperti kartu.

Tidak ada arus tegak lurus arah aliran.

Tidak ada pusaran (arus eddy).

Rejim aliran Turbulen

Rejim aliran turbulaen mempunyai cirri-ciri sebagai berikut:

Terbentuk arus eddy.

Terjadi lateral mixing.

Secara keseluruhan arah aliran tetap sama.

Distribusi kecepatan lebih uniform atau seragam.

Rejim aliran Transisi

Rejim aliran yang terbentuk di antara rejim laminer dan turbulen adalah rejim

transisi .

Penentuan rejim aliran dilakukan dengan menentukan bilangan tak

berdimensi yaitu bilangan Reynolds (Reynolds Number/NRe). Bilangan Reynolds

merupakan perbandingan antara gaya dinamis dari aliran massa terhadap tegangan

geser yang disebabkan oleh viskositas cairan.

NRe =

ρ vDμ

Keterangan:

ρ : massa jenis fluida.v : kecepatan fluida.

μ : viskositas fluida.

D : diameter pipa dalam.

Untuk pipa circular lurus;

NRe < 2100 : rejim laminar.

NRe > 4000 : rejim turbulen.

2100 < NRe > 4000 : rejim transisi.

Kecepatan kritis:

Kecepatan pada saat NRe = 200.

Prinsip[ kerja alat ukur fluida adalah mengganggu aliran dengan penambahan alat

tertentu sehingga menyebabkan terjadinya pressure drop yang dapat diukur. Nilai

pressure drop ini berhubungan dengan debit dari aliran tersebut. Adanya pressure

drop bias disebabkan Karena adanya perubahan energi kinetik (karena laju alir

berubah), skin friction, dan form friction.

Berdasarkan persamaan Bernoulli, persamaan neraca energi dapat ditentukan

yaitu:[ P2−P1

ρ ]+ v22−v

12

2gc α+∑ F=0

disusun ulang menjadi:

v22−v

12=−2 gc .α [ P2−P1

ρ+∑ F]

digabung dengan persamaan kontinuitas:

v1 x A1 x ρ1 = v2 x A2 x ρ2

karena fluida inkompresibel (khusus bahasan fluida cair), maka:

v2 =

v1⋅A1

A2

sehingga dimasukan ke persamaan neraca energi menjadi:

v1 = √ 2⋅gc⋅[ ΔPρ

+∑ F]⋅α

[1− A12

A22 ]

dimana:

gc : 32,174

lbm⋅ft

lbf⋅sec2 = 1kg m N-1 det-2

∑ F : jumlah energi yang hilang.

Ada beberapa jenis alat untuk mengukur laju suatu fluida. Beberapa alat yang

biasa digunakan diantaranya:

Venturimeter

Meteran ini terbentuk dari bagian masuk yang mempunyai flens, yang terdiri dari

bagian pendek berbentuk silinder dan kerucut terpotong. Bagian leher berflens dan

bagian keluar juga berflens yang terdiri dari kerucut terpotong yang panjang.

Dalam venturimeter, kecepatan fluida bertambah dan tekanannya berkurang di

dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan di dalam kerucut hulu itu lalu

dimanfaatkan untuk mengukur laju aliran melalui instrument itu. Kecepatan fluida

kemudian berkurang lagi dan sebagian besar tekanan awalnya kembali pulih di dalam

kerucut sebelah hilir. Agar pemulihan lapisan batas dapat dicegah dan gesekan

minimum. Oleh karena itu pada bagian penampungnya mengecil tidak ada pemisahan,

maka kerucut hulu dapat dibuat lebih pendek daripada kerucut hilir. Gesekannya pun di

sini kecil juga. Dengan demikian ruang dan bahan pun dapat dihemat. Walaupun

meteran venturi dapat digunakan untuk mengukur gas, namun alat ini biasanya

digunakan juga untuk mengukur zat cair terutama air.

Persamaan yang digunakan dalam venturimeter:

Q = v1 x A1

v =

Cv√1−β4

⋅√ 2⋅gc⋅( ΔP )ρ

keterangan:

Cv : koefisien venturi

β :

D1

D0 ; D1<D0

ρ : massa jenis fluida

gc : 32,174

lbm⋅ft

lbf⋅sec2 = 1kg m N-1 det-2

Orificemeter

Venturimeter memiliki beberapa kekurangan pada kenyataannya. Untuk meteran

tertentu dengan sistem tertentu pula, laju alir maksimum yang dapat terukur terbatas,

sehingga apabila laju alir berubah, diameterleher menjadi terlalu besar untuk

memberikan bacaan yang teliti , atau terlalu kecil untuk dapat menampung laju aliran

maksimum yang baru. Meteran orifice dapat mengatasi kekurangan-kekurangan

venturimeter, tetapi konsumsi dayanya cukup tinggi.

Prinsip meteran orifice identik dengan meteran venturi. Penurunan penampang

arus aliran melalui orifice menyebabkan tinggi tekan kecepatan menjadi meningkat

tetapi tinggi tekan akan menurun, dan penurunan antara kedua titik dapat diukur

dengan manometer. Persamaan Bernoulli memberikan dasar untuk mengkolerasikan

peningkatan tinggi tekan kecepatan dengan penurunan tinggi tekanan.

Persamaan yang berlaku untuk orificemeter adalah:

Q = v1 x A1

v1 =

Co√1−β4

⋅√ 2⋅gc⋅( ΔP )ρ

keterangan:

Co : koefisien orifice.

Fluida cair yang mengalir dalam sistem perpipaan akan mengalami banyak

kehilangan energi karena adanya friksi selama fluida mengalir. Kehilangan energi ini

akan berakibat penurunan tekanan aliran aliran yang dikenal sebagai pressure drop

(ΔP).

III. LANGKAH KERJA

1. Membuka semua keran aliran2. Menghidupkan pompa3. a. Menggunakan pipa venture- mengukur waktu yang dibutuhkan untuk setiap bukaan-Mengukur perbedaan tekanan pada pipa untuk raksa

b. Menggunakan pipa orifice

- sama seperti langkah a

4. Ukur perbedaan tekanan P3 – P2

IV. DATA HASIL PENGAMATAN

a. Orrificemeter

A1 = 0.000855 m2

v1 =

Co√1−β4

⋅√ 2⋅gc⋅( ΔP )ρ A0

= 0.001194 m2

D1=

0.033 m

D0=

0.039 m

ρ=

998,8 kg/m3

µ =

0.0009 kg/m.s

No

∆P

(mmHg

)

∆P (Pa)Volume

(Liter)

Waktu

(detik)

Debit

(L/s)v Nre Co ᵝ

debit

(m3/s)

1 12 1599.86 20 358 0.0559 0.0653 2392.9 0.001660.8461

55.59E-05

2 13 1733.19 20 271 0.0738 0.0863 3161.1 0.00210.8461

57.38E-05

3 16 2133.15 20 243 0.0823 0.0963 3525.4 0.002110.8461

58.23E-05

4 17 2266.47 20 200 0.1 0.117 4283.4 0.002490.8461

50.0001

5 17 2266.47 20 183 0.1093 0.1278 4681.3 0.002720.8461

50.000109

6 19 2533.12 20 164 0.122 0.1426 5223.6 0.002870.8461

50.000122

7 19 2533.12 20 120 0.1667 0.1949 7138.9 0.003930.8461

50.000167

Co rata-rata = 0.00255

b. Venturimeter

A1 = 0.000855 m2

v =

Cv√1−β4

⋅√ 2⋅gc⋅( ΔP )ρA0

= 0.001194 m2

D1=

0.033 m

D0=

0.039 m

ρ minyak=

998,8 kg/m3

µ =

0.0009 kg/m.s

No

∆P

(mmHg

)

∆P (Pa)Volume

(Liter)

Waktu

(detik)

Debit

(L/s)v Nre Cv ᵝ

debit

(m3/s)

1 50 6661 20 372 0.0538 0.0629 2302.9 0.00078 0.84615 5.38E-05

2 56 7460.32 20 331 0.0604 0.0707 2588.1 0.00083 0.84615 6.04E-05

3 60 7993.2 20 226 0.0885 0.1035 3790.6 0.00117 0.84615 8.85E-05

4 66 8792.52 20 205 0.0976 0.1141 4178.9 0.00123 0.84615 9.76E-05

5 72 9591.84 20 154 0.1299 0.1519 5562.8 0.00157 0.84615 0.00013

6 75 9991.5 20 143 0.1399 0.1636 5990.7 0.00166 0.84615 0.00014

7 75 9991.5 20 125 0.16 0.1871 6853.4 0.0019 0.84615 0.00016

Cv rata-rata = 0.00131

V. HASIL PERCOBAAN Grafik hubungan Co vs Nre

2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000

0.00050.001

0.00150.002

0.00250.003

0.00350.004

0.0045

f(x) = 4.67983899663299E-07 x + 0.000521107674290747R² = 0.991328452863943

Kurva Co terhadap Nre (Orrifice)

Nre

Co

Grafik hubungan Cv vs Nre

2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000

0.00020.00040.00060.0008

0.0010.00120.00140.00160.0018

0.002f(x) = 2.43871688999104E-07 x + 0.000217024276457669R² = 0.998271608192377

Kurva Co terhadap Nre (Venturi)

Nre

Cv

Grafik hubungan Tekanan vs Laju Alir pada Orrificemeter

0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.00016 0.000180

500

1000

1500

2000

2500

3000

f(x) = 8873578.30159859 x + 1252.31740825598R² = 0.784713483766922

Kurva delta P terhadap laju alir (Q) - Orrifice

Laju Alir (m3/detik)

delta

P (N

/m2)

Grafik hubungan Tekanan vs Laju Alir pada Venturimeter

0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.00016 0.000180

2000

4000

6000

8000

10000

12000

f(x) = 31509794.6545489 x + 5354.3676666918R² = 0.943398482359405

Kurva delta P terhadap laju alir (Q)- Venturi

Laju Alir (m3/detik)

delta

P (N

/m2)

VI. PEMBAHASANPada praktikum aliran fluida ini dilakukan pengukuran laju alir (flow) suatu

fluida (dalam hal ini cairan). Pengukuran lajua liri ini bertujuan untuk menentukan

konstanta atau koefisien dari alat ukur yang digunakan. Alat ukur laju alir yang

digunakan pada praktikum ini yaitu venturimeter dan orificemeter. Prinsip kerja alat

ukur fluida adalah mengganggu aliran dengan penambahan alat tertentu sehingga

menyebabkan terjadinya pressure drop yang dapat diukur. Nilai pressure drop ini

berhubungan dengan debit aliran tersebut. Adanya pressure drop dapat disebabkan

karena adanya perubahan energy kinetik (karena laju alir tambah), skin friction, dan

form friction. Perubahan energy kinetic disebabkan karena adanya penurunan luas

penampang aliran sehingga menyebabkan perubahan kecepatan aliran.

Pada praktikum, dilakukan pengamatan beda tekan pada kondisi yang berbeda,

yaitu pada orrificemeter dan venturimeter. Prinsip dari kedua alat yang digunakan

sama, ujung-ujung dari bagian yang menyempit dihubungkan kedalam manometer

pipa U. Jika ada fluida yang mengalir maka akan ada penekanan pada air raksa yang

ada dalam pipa U. Karena kecepatan di penampang pipa berbeda, maka penekanan

pada pipa U juga berbeda, sehingga didapat perbedaan tinggi air raksa dari kedua

pipa/perbedaan tekanan ( P).

Venturi meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju alir yang

mempunyai bentuk bagian dalam semakin mengecil secara beraturan. Hal ini dapat

menyebabkan adanya penambahan laju alir sehingga terjadi penurunan tekanan, Nilai

perubahan pressure drop yang terjadi pada bagian venture akan sangat tergantung

pada nilai koefisien venturi (Cv), semakin besar koefisien venture maka semakin

kecil pressure drop yang terjadi atau sebaliknya. Nilai koefisien venturimeter pada

percobaan sangat jauh perbedaannya dengan literatur. Hal ini akibat adanya

gelembung udara yang terdapat pada manometer sehingga mempengaruhi nilai beda

tekan yang dihasilkan dari percobaan.

Dalam venturimeter, kecepatan fluida akan bertambah dan tekanannya berkurang

di dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan tersebut menghasilkan perubahan

laju alir yang berakibat berbedanya nilai bilangan Reynould, sehingga dapat

diperoleh hubungan antara bilangan Reynould dengan laju alir adalah berbanding

lurus, semakin besar laju alir maka bilangan Reynould yang dihasilkan semakin besar

pula. Dari perhitungan Bilangan Reynould dapat disimpulkan bahwa fluida mengalir

turbulen.

Selain venturimeter digunakan pula orificemeter. Pada orificemeter terjadi

pengecilan lubang secara mendadak. Sama halnya dengan venturimeter, semakin

besar koefisien orificemeter maka semakin kecil pula pressure drop yang terjadi.

Perbedaan tekanan ( P) paling besar yang dihasilkan terdapat pada alat

Venturimeter, hal ini dikarenakan luas penampang/pipa dari venturimeter yang

semakin mengecil sehingga menimbulkan perbedaan laju alir fluida yang masuk dan

keluar. Meskipun pada orificemeter juga terjadi penyempitan luas penampang, tetapi

perbedaan tekanan yang terjadi sangat kecil jika dibandingkan pada venturimeter.

Nilai koefisien orificemeter pada percobaan sangat jauh perbedaannya

dengan literatur. Hal ini akibat adanya gelembung udara, kurang tepatnya dalam

pengukuran debit aliran pada bukaan keran, dan kesalah pengamatan visual pada

manometer sehingga mempengaruhi nilai beda tekan yang dihasilkan dari percobaan.

VII. KESIMPULAN

Untuk aliran turbulen, maka Nre nya >4000, dan untuk aliran laminar harga Nre

nya < 2000, baik pada venturimeter, orificemeter, dan elbowmeter.

Berdasarkan kurva, apabila terjadi kenaikan bilangan reynold maka nilai

koefisien flowmeter (laju alir) juga semakin besar.

Pressure drop terjadi karena perubahan penampang arus, friction loss dan juga

karena peningkatan debit.

Harga pressure drop berbeda untuk setiap perubahan laju alir

P pada orificemeter lebih besar daripada venturimeter

Konstanta alat ukur

Alat Ukur Konstanta

Praktikum Literatur

Orificemeter (Co) 0.00255 0.38

Venturimeter (Cv) 0.00131 0.126

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, Christij. 1993. Transport Processes and Unit Operations: Third Edition.

P T R Prentice-Hall, Inc. New Jersey.

Soeswanto, Bambang. 2004. Diktat Transportasi Fluida. Jurusan Teknik Kimia

POLBAN.

Jobsheet Praktikum Satuan Operasi. 2004. Modul Aliran Fluida.Jurusan Teknik

Kimia, POLBAN.