aliran fluida (alf) - · pdf fileterhadap pengaruh tekanan dan temperature ... bagian hisap...

MODUL PRAKTIKUM

LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA

ALIRAN FLUIDA

(ALF)

Koordinator LabTK

Dr. Pramujo Widiatmoko

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2016

LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FTI - ITB

MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)

ALF – 2016/PW 2

Kontributor:

Dr. Yogi Wibisono Budhi, Dr. Irwan Noezar, Dr. Ardiyan Harimawan, Darren Kurnia, Paul

Victor


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 3

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI .............................................................................................................................. 3

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 4

DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 5

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 6

BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN................................................................. 8

2.1. Tujuan Percobaan ........................................................................................................ 8

2.2. Sasaran Percobaan ....................................................................................................... 8

BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 9

3.1. Perangkat dan Alat Ukur ............................................................................................. 9

3.2. Bahan ........................................................................................................................... 9

3.3. Skema Alat .................................................................................................................. 9

BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................. 11

4.1. Penentuan Densitas Air Keran .................................................................................. 11

4.2. Penentuan Viskositas Air Keran ............................................................................... 12

4.3. Prosedur Start Up ...................................................................................................... 13

4.4. Prosedur Shut Down .................................................................................................. 14

PUSTAKA ............................................................................................................................... 15

LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH ............................................................................. 16

LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN ...................................................................... 18

LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR ......................................................................... 20


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 4

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ ..................................................................................... 10

Gambar C.1. Moody Diagram ................................................................................................. 20


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 5

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1 ......................................................................................... 10

Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa ...................................................... 16

Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran ............................................................................... 16

Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran............................................................................. 17

Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve ................................................................. 21


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 6

BAB I

PENDAHULUAN

Fluida merupakan suatu jenis zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara

permanen. Perubahan bentuk di dalam fluida akan membentuk lapisan-lapisan yang mengalir

di atas lapisan lain dan terbentuklah lapisan baru. Pada proses tersebut, tegangan geser timbul

dan besarnya tergantung pada viskositas fluida serta laju alir fluida relatif terhadap arah

tertentu. Tegangan geser ini akan hilang setelah fluida mencapai keadaan kesetimbangan.

Berdasarkan sifat densitasnya, fluida dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu fluida compressible

dan incompressible. Fluida compressible mempunyai densitas yang peka terhadap perubahan

temperatur dan tekanan (misalnya gas). Sebaliknya, fluida incompressible lebih stabil

terhadap pengaruh tekanan dan temperature (misalnya cairan).

Dalam suatu sistem perpipaan untuk mengalirkan fluida, komponen atau peralatan umum

yang digunakan antara lain pipa/tabung, valve, blower, pompa. Pipa berfungsi sebagai tempat

mengalirnya fluida, sementara valve berguna untuk mengatur aliran fluida. Energi mekanik

diperlukan untuk memindahkan dan mengatur kecepatan alir fluida dalam sistem perpipaan.

Alat yang dapat antara lain pompa, blower, kipas, dan kompresor. Berdasarkan prinsip

kerjanya, peralatan pemindah fluida dibagi menjadi dua, tekanan langsung ke fluida atau

dengan membangkitkan rotasi menggunakan momen punter.

Persamaan Bernoulli digunakan untuk menganalisis perubahan energi dalam sistem

perpipaan.

(

) (

)

Keterangan:

A : bagian hisap pompa

B : bagian keluaran pompa

(

(

)

)


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 7

Jumlah kerja dari pompa bergantung pada kapasitas dan head. Kapasitas adalah laju alir

massa per volume fluida yang dialirkan, sedangkan head adalah perbedaan total tekanan

masuk dan keluar alat. Head dinyatakan dalam tinggi kolom fluida pada kondisi adiabatik.

Efisiensi pompa dinyatakan sebagai perbandingan daya output terhadap input. Dalam

pengoperasian pompa, fenomena kavitasi harus dihindari. Kavitasi merupakan fenomena

perubahan sebagian fluida menjadi uap akibat tekanan hisap yang lebih tinggi dibandingkan

tekanan uap fluida. Timbulnya gelembung dalam aliran cairan akibat proses tersebut dapat

merusak pompa. Untuk menghindari terjadinya kavitasi, nilai (NPSH)R harus terpenuhi.

(NPSH)R merupakan total head cairan pada garis pusat pompa, dikurangi tekanan uap (P).

NPSH dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.

(

)

(NPSH)A dalam instalasi pompa harus lebih besar atau sama dengan (NPSH)R untuk kapasitas

yang diinginkan.

Laju alir fluida dapat diukur dengan berbagai jenis alat ukur, contohnya pitot tube,

orificemeter, dan venturimeter. Ketiga alat ini menggunakan prinsip Bernoulli untuk

menentukan laju alir fluida.


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 8

BAB II

TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN

2.1. Tujuan Percobaan

Praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari karakteristik sistem perpipaan,

serta fluida yang mengalir di dalamnya.

2.2. Sasaran Percobaan

Dari praktikum ini praktikan diharapkan dapat:

Menentukan hubungan laju alir dan head loss

Menentukan hubungan bilangan Reynold dengan pipe friction coefficient

Menentukan nilai K masing-masing fitting

Menghitung konstanta yang diperlukan pada perhitungan laju alir fluida


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 9

BAB III

RANCANGAN PERCOBAAN

3.1. Perangkat dan Alat Ukur

Perangkat dan alat ukur yang digunakan pada percobaan ini adalah:

a) Satu set peralatan SOLTEQ

b) Viskometer Ostwald

c) Piknometer

d) Stopwatch

e) Gelas ukur 1 Liter

f) Neraca analitis

g) Ember, lap bersih, dan tissue

3.2. Bahan

Bahan yang diperlukan pada percobaan ini adalah:

a) Aqua dm

b) Air keran

3.3. Skema Alat

Rangkaian alat yang digunakan pada percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 3.1, dan

dengan keterangan yang ditampilkan pada Tabel 3.1.


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 10

Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ

Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1

Kode Keterangan Kode Keterangan

A 6 mm smooth bore pipe K In-line y strainer

B Sudden contraction L 90o elbow

C 10 mm smooth bore pipe M 90o bend

D Sudden enlargement N 90o T

E 17 mm smooth bore pipe O Pitot static tube

F 17 mm artificial roughened pipe P Venturimeter

G 45o elbow Q Orificemeter

H 45o Y R Outlet control valve

I Gate valve S Water manometer

J Globe valve T Digital manometer

D C

A

B

E

F G

H I

J K L

M N OP Q R

S

T


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 11

BAB IV

PROSEDUR KERJA

Berikut merupakan langkah kerja praktikum modul Aliran Fluida.

4.1. Penentuan Densitas Air Keran

Mulai

Piknometer dan

aseton disiapkan

Piknometer dicuci, dan

dikeringkan

Piknometer kosong

ditimbang; massa

dicatat

Massa

piknometer

kosong

Aqua dm dimasukkan ke

dalam piknometer hingga

tepat penuh

Piknometer ditutup

rapat hingga aqua dm

meluap

Dinding luar piknometer

dikeringkan dengan tissue

atau lap kering yang bersih

Piknometer berisi

aqua dm ditimbang;

massa dicatat

Massa

piknometer

+ fluida

Suhu aqua dm

dalam piknometer

diukur

Temperatur

aqua dm

Diulang

menggunakan air

keran

Piknometer dikosongkan;

dibilas dengan aseton;

keringkan

Densitas air keran

dihitung

Densitas

air keran

Selesai


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 12

4.2. Penentuan Viskositas Air Keran

Mulai

Bersihkan dan keringkan

viskometer

Masukkan aqua dm ke

dalam viskometer

Cairan dihisap dari ujung atas

reservoir B hingga melewati m

Cairan dibiarkan mengalir; waktu dari

titik m ke n dicatat

Waktu m

ke n

Ulangi prosedur untuk mencari

waktu m ke n air keran

Viskositas air keran dicari

dengan membandingkan

terhadap viskositas aqua dm

Viskositas

air keran

Selesai


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 13

4.3. Prosedur Start Up

Mulai

Alat disiapkan

Isi bak penampung air dengan air hingga mencapai setengah atau

lebih tinggi bak penampung

Buka seluruh keran; pompa dan manometer disambungkan ke

power supply

Power supply dinyalakan

Selesai


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 14

4.4. Prosedur Shut Down

Mulai

Seluruh valve dibuka

Power supply dimatikan

Isi bak penampung dikuras dan dikeringkan

Bereskan peralatan

Selesai


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 15

PUSTAKA

Geankoplis, C. J., 2003, Transport Process and Separation 4th

edition, USA: Prentice Hall

(halaman 90 – 107; 136 – 149)

SOLTEQ, Fluid Friction Measurements Apparatus Model : FM 100, Equipment for

Engineering Education & Research, 2011


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 16

LAMPIRAN A

TABEL DATA MENTAH

Contoh tabel pengamatan yang digunakan pada percobaan adalah sebagai berikut.

CONTOH

Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa

Variasi Laju Alir ke- Volume (mL) Waktu (s) Head Loss (mm H2O)

Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran

Massa piknometer kosong (g)

Massa piknometer kosong + aqua dm (g)

Massa piknometer kosong + air keran (g)

Temperatur aqua dm (oC)


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 17

Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran

Waktu tempuh aqua dm (s)

Waktu tempuh air keran (s)

Temperatur aqua dm (oC)


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 18

LAMPIRAN B

PROSEDUR PERHITUNGAN

Perhitungan yang dilakukan pada modul Aliran Fluida ini dapat dilakukan dengan langkah-

langkah sebagai berikut :

1. Perhitung densitas air keran

Densitas aqua dm diperoleh dari data literatur hubungan densitas terhadap temperatur aqua

dm. Densitas air keran dapat dihitung dengan persamaan berikut :

( ) ( )

( ) ( )

2. Perhitungan viskositas air keran

Viskositas aqua dm diperoleh dari data literatur hubungan viskositas terhadap temperatur

aqua dm. Viskositas air keran dapat dihitung dengan persamaan berikut :

( ) ( )

3. Perhitungan hubungan laju alir dengan head loss pada pipa halus

Pertama-tama hitung kecepatan aliran fluida dalam pipa (u) dan hubungkan dengan

head loss (Δh) dengan menggunakan plot regresi linear sehingga diperoleh persamaan

berikut :

( )

Hubungan laju alir dengan head loss dapat diketahui dengan menghitung nilai k

4. Perhitungan hubungan bilangan Reynold terhadap koefisien friksi pada pipa kasar

Hitung bilangan Reynold pada aliran pipa kasar dengan persamaan berikut :

Dengan = densitas air keran (kg/m3), kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s), d =

diameter pipa (m), = viskositas air keran (kg/m.s)


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 19

Setelah itu, hubungkan bilangan Reynold dengan koefisien friksi yang ada pada Moody

diagram yang terletak pada Lampiran C. Sehingga dapat diperoleh persamaan hubungan

antara bilangan Reynold dengan koefisien friksi pipa kasar secara linear.

5. Perhitungan karakteristik fitting dan valve

Hitung nilai hv (velocity head) terlebih dahulu dengan persamaan :

Dengan u = laju alir linear (m/s), dan g = konstanta percepatan gravitasi = 9,8 m/s2. Setelah

didapat nilai hv, plotkan hv terhadap h (head loss bacaan) secara linear agar didapatkan nilai

K ( = h / hv)

6. Karakteristik alat ukur

Hitung nilai Q (debit aliran air keran (m3/s)) dan hubungkan dengan plot secara linear

terhadap akar dari head loss (√Δh (m1/2

)) agar didapatkan nilai k ( = Q/√Δh)


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 20

LAMPIRAN C

SPESIFIKASI LITERATUR

Gambar C.1. Moody Diagram


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 21

Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve

Section Diameter (cm)

6 mm smooth bore pipe 0,6

Sudden contraction 0,25 0,1


Sudden enlargement 0,1 0,25


17 mm artificial roughened pipe 0,17

45o elbow 2,5

45o Y 2,5

Gate valve 2,5

Globe valve 2,5

In-line y strainer 2,5

90o elbow 2,5

90o bend 2,5

90o T 2,5

Pitot static tube 2,5

Venturimeter 2,5

Orificemeter 2,5


FTI - ITB


ALF – 2016/PW 22

LAMPIRAN D

LEMBAR KENDALI KESELAMATAN KERJA

No Bahan Sifat Bahan Tindakan Penanggulangan

1 Air (H2O) • Titik leleh 0oC

• Titik didih 100oC

• Stabil terhadap

reaksi

• Viskositas 0,860

cP pada 26oC

• Pelarut yang baik

Tidak memerlukan

penanggulangan secara khusus

Kecelakaan yang mungkin terjadi Penanggulangan

Hubungan arus pendek akibat listrik

yang kontak dengan air.

Usahakan untuk memutuskan hubungan arus listrik pada

alat. Apabila hal ini tidak dapat dilakukan, hubungi pihak

berwenang.

Terpleset akibat genangan air yang

diakibatkan oleh kebocoran sambungan

selang.

Pastikan semua sambungan selang terpasang dengan baik

dan benar, sehingga tidak ada air yang bocor dan

menggenang. Bersihkan apabila terjadi genangan air.

Perlengkapan keselamatan kerja

Prosedur Keselamatan Kerja

Pengecekan Alat

• Pastikan sambungan selang pada alat

tersambung dengan baik dan terhubung

dengan saluran pembuangan.

• Pastikan listrik pada pompa terhubung

dengan baik, kabel dan stop kontak

jauhkan dari sumber air.

Pasca Percobaan

• Bersihkan genangan air di sekitar alat.

• Putuskan hubungan listrik pada pompa.

• Gulung kabel listrik dan manometer lalu

letakkan pada tempatnya.

Penentuan Densitas dan Viskositas

• Pastikan piknometer dan viskometer

Ostwald diletakkan pada tempat yang

aman.

• Hindari menggenggam kedua tangkai

viskometer Ostwald karena viskometer

sangat rapuh.

Percobaan

• Berhati-hati dalam mengalirkan air.

Tekanan aliran air yang besar dapat

menyebabkan lepasnya sambungan selang

pada sight gauge.

• Hati-hati ketika menyentuh ketiga alat

ukur karena sambungannya mudah

terlepas.

Asisten Pembimbing Koordinator Lab TK

aliran fluida (alf) - · pdf fileterhadap pengaruh tekanan dan temperature ... bagian hisap...

Documents