bab ii pressure drop.doc

28
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Dasar teori II.1.1 Pengertian Pressure Drop Pressure drop merupakan istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan penurunan tekanan dari satu titik didalamsistem (misalnya aliran didalam pipa) ke titik yang lain yang mempunyai tekanan lebih rendah. Pressure drop juga merupakan hasil dari gaya-gaya friksi terhadap fluida yang mengalir didalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan fluida untuk mengalir (Geankoplis C. J., 1997). Pressure drop didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara dua titik dari jaringan p embawa cairan. Pressure drop terjadi dengan gesekan kekuatan, yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran, pada fluida y ang mengalir melalui tabung. Penentu utama resistensi terhadap aliran fluida adalah cairan kecepatan melalui pipa dan cairan viskositas . Pressure drop meningkat sebanding dengan gesekan gaya geser dalam jaringan pipa. Sebuah jaringan pipa yang mengandung kekasaran relatif tinggi serta banyak pipa fitting dan sendi, konvergensi tabung, divergensi, ternyata, kekasaran permukaan dan sifat fisik lainnya akan mempengaruhi penurunan tekanan. Kecepatan tinggi aliran dan /atau viskositas fluida tinggi menghasilkan penurunan tekanan yang lebih besar di bagian pipa atau katup atau siku. Kecepatan rendah akan menghasilkan lebih rendah atau tidak ada penurunan tekanan (wikipedia, 2013) . II-1

Upload: ahmad-nurman

Post on 01-Jan-2016

2.096 views

Category:

Documents


13 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB II PRESSURE DROP.doc

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Dasar teori

II.1.1 Pengertian Pressure Drop

Pressure drop merupakan istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan penurunan

tekanan dari satu titik didalamsistem (misalnya aliran didalam pipa) ke titik yang lain yang

mempunyai tekanan lebih rendah. Pressure drop juga merupakan hasil dari gaya-gaya friksi

terhadap fluida yang mengalir didalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan fluida untuk

mengalir (Geankoplis C. J., 1997).

Pressure drop didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara dua titik dari jaringan

pembawa cairan. Pressure drop terjadi dengangesekan kekuatan, yang disebabkan oleh

resistensi terhadap aliran, pada fluida yang mengalir melalui tabung. Penentu utama

resistensi terhadap aliran fluida adalah cairan kecepatan melalui pipa dan

cairan viskositas. Pressure drop meningkat sebanding dengan gesekan gaya geser dalam

jaringan pipa. Sebuah jaringan pipa yang mengandung kekasaran relatif tinggi serta banyak

pipa fitting dan sendi, konvergensi tabung, divergensi, ternyata, kekasaran permukaan dan

sifat fisik lainnya akan mempengaruhi penurunan tekanan. Kecepatan tinggi aliran dan

/atau viskositas fluida tinggi menghasilkan penurunan tekanan yang lebih besar di bagian

pipa atau katup atau siku. Kecepatan rendah akan menghasilkan lebih rendah atau tidak ada

penurunan tekanan (wikipedia, 2013).

Suatu fluida dapat mengalir melalui pipa dengan cara yang berbeda–beda, ketika

suatu fluida mengalir dalam pipa silinder dan velositasnya diukur pada jarak yang berbeda

dari dinding pipa ke pusat pipa, ini telah ditunjukkan bahwa keduanya beraliran laminer

dan turbulen. Dimana fluida dalam pusat itu berpindah lebih cepat daripada fluida yang

dekat dengan dinding. Dalam sejumlah aplikasi teknik, hubungan antara velositas rata-

rata(Vav) dalam pipa dan velositas maksimum(Vmax) itu sangat bergantung, karena dalam

beberapa masalah hanya Vmax pada titik pusat pipa yang diukur. Selanjutnya hanya

pengukuran satu titik hubungan antara Vmax dan Vav ini dapat digunakan untuk menetapkan

Vav. Velositas rata-rata itu lima kali velositas maksimum pada pusat pipa dimana ini

diberikan oleh kesetimbangan momentum shell untuk aliran laminer. Sedangkan untuk

aliran turbulen, velositas rata-ratanya itu delapan kali velositas maksimum.

(Geankoplis C. J., 1997)

II-1

Page 2: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pressure drop merupakan hasil dari gaya-gaya terhadap fluida yang mengalir

didalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan fluida yang mengalir.

Gambar II.1.1 Penurunan tekanan yang terjadi pada pipa

Gambar diatas berdasrkan prinsip bernouli :

Δ E dalam + Δ E kinetik + Δ E Potensial +ΔE tekan = 0

Persamaan pressure drop atau pressure loss karena friksi menurut hagen poiseuille

untuk aliran laminar didalam pipa horizontal adalah sebagai berikut :

Tekanan pada pipa 1

Tekanan pada pipa 2

Dimana :

= perbedaan tekanan dari titik 1 ke titik 2 (N/m2)

= densitas fluida (gr/ml)

= gravitasi (m/s2)

= ketinggian fluida h1 dan h2 (m)

Ketika suatu fluida mengalir dalam pipa silinder dan velositasnya diukur pada jarak

yang berbeda dari dinding pipa ke pusat pipa, ini telah ditunjukkan bahwa keduanya

beraliran laminer dan turbulen. Dimana fluida dalam pusat itu berpindah lebih cepat

daripada fluida yang dekat dengan dinding (Geankoplis C. J., 1997).

Jika fluida mengalir dalam pipa, belokan-belokan (elbow), katup-katup (valves) dan

tee, maka akan terjadi hambatan. Hambatan tersebut akan mengurangi tekanan, terutama

disebabkan gesekan antara aliran dan dinding dalam yang dilewati fluida tersebut dan

II-2

Page 3: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

akibat terjadinya turbulensi dari fluida tersebut. Sebab-sebab terjadinya pressure drop

(penurunan tekanan dalam pipa) antara lain adalah :

1. Diameter pipa yang dilewati fluida sangat kecil.

2. Suhu fluida sangat tinggi.

3. Panjang pipa yang terlalu besar.

4. Velositas massa fluida yang terlalu besar.

(Geankoplis C. J., 1997)

II.1.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pressure Drop

Adapun hal-hal yang mempengaruhi pressure drop (P) antara lain adalah :

- Diameter pipa (D)

Semakin besar diameter pipa, maka semakin kecil penurunan tekanannya (pressure

dropnya)

- Berat molekul fluida yang mengalir (M)

Semakin besar berat molekul fluida yang mengalir, maka semakin kecil presure

dropnya

- Faktor friksi (f)

Semakin besar faktor friksinya, maka semakin besar pula pressure dropnya(P).

- Panjang pipa((L)

Semakin besar panjang suatu pipa, maka semakin besar pula pressure dropnya.

- Suhu aliran (T)

Semakin besar suhu suatu aliran, maka semakin besar pula pressure dropnya

- Velositas massa aliran (G)

Semakin besar velositas massa aliran suatu aliran fluida, maka semakin besar pula

pressure dropnya..

Hal ini sesuai dengan rumus :

(p12-p2

2) = 4 f

(Geankoplis C. J., 1997)

II-3

Page 4: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1.3 Pengertian Friksi

Gaya gesek (Friksi) adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah

kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda

bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan

dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya

adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta

gas adalah gaya Stokes. (wikipedia, 2013)

II.1.3.1 Friksi Pada Pipa lurus

Friksi Pada Pipa lurus dan head loss

Akibat adanya gesekan antar fluida dan dinding fluida dalam aliran fluida, maka

akan terjadi kehilangan energy (Head loss). Head loss pada pipa horizontal dapat dihitung

dengan persamaan friksi fanning berikut :

Dimana :

= faktor friksi fanning

= panjang pipa (m)

= kecepatan aliran (m/s2)

= diameter pipa (m)

(Geankoplis, 1997)

Gambar II.1.2 Gambar Friksi Pada Pipa Lurus

Frictional Losses in mechanical energy balance equationFriction loss dari gesekan pada pipa lurus (fanning friction), expansion

loss, contraction loss dan kerugian dalam pemasangan sambungan dan

katup semuanya dimasukkan pada persamaan F berikut :

II-4

Page 5: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Jika semua kecepatan v1,v2 dan v2 semuanya sama, dari persamaan diatas menjadi bentuk yang lebih sederhana yaitu :

Dimana : = jumlah friksi

= perbedaan panjang pipa(Geankoplis C. J., 1997)

II.1.3.2 Friction loss pada Ekspansi, kontraksi, dan pipa sambungan

Gesekan pada dinding pipa yang mengalir melalui pipa lurus dihitung dengan menggunakan factor friksi. Namun jika kecepatan fluida mengalami perubahan arah dan besar, maka akan terjadi penambahan friction loss. Hal ini terjadi karena tambahan dari turbulensi karena vortisitas dan faktor lainnya. Metode untuk memperkirakan friction loss pada sambungan akan dibahas dibawah ini:

1. Sudden Enlargement lossesJika penampang pipa membesar secara bertahap, maka kerugian

sangat sedikit atau mungkin tidak terjadi. Jika perubahan itu terjadi secara tiba-tiba, akan menimbulkan kerugian tambahn karena pusaran dibentuk oleh jet expansi di bagian yang diperbasar.

Gambar II.1.3 Gambar Friksi Sudden Enlargement Losses

Friction loss dapat dihitung dengan cara berikut untuk aliran turbulen :

II-5

Page 6: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Keterangan : = friction loss dalam (J/kg)

= koefisien expansion loss = (1-A1/A2)2

= kecepatan masuk pada area yang lebih kecil (m/s)

= kecepatan downstream (m/s)

= 1 untuk aliran turbulen, ½ untuk aliran laminer (Geankoplis, 1997)

2. Sudden Contaction Losses Ketika penampang dari pipa mengecil secara tiba-tiba, aliran

tidak dapat mengikuti sekitar sudut yang tajam, dan friction loss bertambah karena terjadi pusaran.(Geankoplis, 1997)

Gambar II.1.4 Gambar Friksi Sudden Contraction Losses Persamaan untuk aliran turbulen :

Keterangan : = friction loss

= 1 untuk aliran turbulen, ½ untul aliran laminer

= kecepatan rata-rata pada daerah yang lebih kecil atau downstream

= koefisien kontraksi-loss (P1) = 0.55(1-A2/A1)2 untuk english unit bagian kanan dibagi dengan faktor gc.

(Geankoplis C. J., 1997)

II-6

Page 7: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1.3.3 Losses in Fitting and valvesSambungan pipa dan katup juga mengganggu jalur aliran dalam pipa

yang menyebabkan friction loss bertambah. Dalam sebuah pipa pendek dengan banyak sambungan, friction loss akan lebih besar daripada pipa lurus. Friction loss untuk sambungan dan katup diberikan sebagai berikut :

Dimana:

adalah friction loss coefficient dari sambungan dan valve, v1 adalah

kecepatan rata-rata pada kepala pipa untuk sambungan (Geankoplis C. J., 1997).

Type of fitting or valve Frictional Loss, KfFrictional Loss, Equivalent Length of Straight Pipe in

Pipe Diameters, L/D

Elbow , 450 0,35 17Elbow , 900 0,75 35

Tee 1 50Return Bend 1,5 75

Coupling 0,04 2Union 0,04 2

Gate Valve    Wide Open 0,17 9Half Open 4,5 225

Globe Valve    Wide Open 6 300Half Open 9,5 475

Angle valve, wide open 2 100Check Valve    

Ball 70 3500Swing 2 100

Water Meter, disk 7 350Tabel II.1.1 Friction loss fitting

(Geankoplis C. J., 1997)

II-7

Page 8: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1.4 Macam-Macam Rumus Faktor Friksi

Selama tahun-tahun terakhir sejak diagram moody, persamaan yang paling banyak

digunakan untuk perhitungan faktor friksi adalah sebagai berikut:

1. Colebrook-white (1939)Persamaan ini berlaku untuk Nre> 4000.

Dimana :D = Diameter pipa (m)

= Kekerasan pipa (m)

Nre = Bilangan Reynold )

2. Wood (1966)

Persamaan ini berlaku untuk NRe>10000 dan 10-5< <0.04

Dimana :

3. Swamee and Jain (1976)Swamee dan jain mengusulkan persamaan yang mencakup rentang Nre dari 5000

sampai 107 dan hasil dari diantara 0.00004 dan 0.05.

Dimana :D = Diameter pipa (m)

= Kekerasan pipa (m)

Nre = Bilangan Reynold )

4. Churchill (1977)

Churchill menyatakan bahwa persamaannya mencakup untuk semua nilai Nre dan

II-8

Page 9: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Dimana :

Dimana:

D = diameter pipa (ft)

ε = kekasaran pipa (ft)

Nre = bilangan reynold

5. Chen (1979)Chen juga menyatakan persamaan untuk factor friksi mencakup semua range dari R dan k/D

Dimana :D = Diameter pipa (m)

= Kekerasan pipa (m)

Nre = Bilangan Reynold )

6. Von Karman (1979)

Dimana :D = Diameter pipa (m)

= Kekerasan pipa (m)

Nre = Bilangan Reynold )

(McCabe, 1993)7. Blasius (1981)

Persamaan diatas berdasarkan 3000 <Nre <10000Dimana :

D = Diameter pipa (m)

= Kekerasan pipa (m)

II-9

Page 10: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Nre = Bilangan Reynold )

8. Zigrang dan Sylvester (1982)

Untuk Aliran turbulen yaitu bilangan Reynold lebih dari 4000 sampai 108 dan

lebih dari 0,00004-0,5

Dimana :D = Diameter pipa (m)

= Kekerasan pipa (m)

Nre = Bilangan Reynold )

9. Haaland (1983)Persamaan ini berlaku untuk nilai Nre ≤ 2300 dan ≥4000

f = Dimana :

D = Diameter pipa (m)

= Kekerasan pipa (m)

Nre = Bilangan Reynold )

10. Manadilli (1997)Menyatakan persamaan ini berlaku untuk Nre berkisar antara 5235

sampai 108 dan untuk nilai setiap /D.

II.1.5 Perhitungan Friksi pada Aliran Laminer, Transisi dan Turbulen

II-10

Page 11: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

a. Aliran Laminer

Untuk fluida yang beraliran laminer dalam pipa tegangan pada fluida Newton dapat

ditulis dalam persamaan faktor friksi Fanning sebagai berikut :

(McCabe, 1993)

b. Aliran Transisi

Untuk bilangan reynold diatas 2100 dan dibawah 4000, maka faktor friksi dihitung

dengan menggunakan persamaan :

c. Aliran Turbulen

Pada aliran turbulen seperti aliran laminer, faktor friksi juga tergantung pada

bilangan reynold. Bagaimanapun, tidak mungkin untuk diprediksi secara teori faktor friksi

Fanning untuk aliran turbulen seperti yang dilakukan pada aliran laminer. Faktor friksi

harus ditemukan dengan melakukan percobaan dan itu tidak hanya tergantung pada

bilangan Reynold tetapi juga pada kekasaran permukaan pipa.

Untuk aliran turbulen yaitu bilangan Reynold diatas 4000 sampai 105 dapat dihitung

menurut persamaan Blasius :

d. Penurunan tekanan dan faktor friksi dalam aliran gas

Persamaan dan metode dibahas untuk aliran turbuent dalam pipa untuk aliran

incompressible. Pipa tersebut juga bisa untuk udara jika density (atau tekanan) berubah

kurang dari 10%. Kemudian density rata – rata, av in kg/m3, digunakan dan kesalahan

yang terjadi akan kurang dari batas ketidaktentuan dalam faktor friksi f. Untuk gas,

persamaan untuk aliran laminer dan turbulent :

(P1 – P2)f =

dimana AV = (P1 + P2) / 2. Juga, Nre menggunakan DG/, dimana G adalah kg/m2

dan konstan berdiri sendiri dari density dan velocity untuk gas.

II-11

Page 12: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

P12 – P2

2 = (SI)

P12 – P2

2 = (English)

Dimana : R = 8314,3 J/kg mol K atau 1545,3 ft. lbf/lb molR

M = berat molekular.

Asal dari persamaan diatas digunakan hanya untuk soal gas dimana tekanan relatif

berubah cukup kecil sehingga perubahan besar dalam velocity tidak dapat diabaikan,

karena penting. Untuk perubahan tekanan diatas sekitar 10%, aliran bertekanan terjadi.

Dalam aliran adiabatic di pipa seragam, velocity di dalam pipa tidak dapat melebihi

velocity suara (Geankoplis C. J., 1997)

II.1.6 Diagram Moody

Diagram moody merupakan representasi klasik dari perilaku fluida Newtonian. Di

industry digunakan untuk memprediksi losses dari aliran aliran fluida.

Diagram moody dibagi menjadi dua aturan aliran yaitu laminar dan turbulen. Untuk aturan

aliran laminar faktor gesek darcy weisbach ditentukan oleh poiseuille analitis. Untuk

aturan aliran turbulen hubungan antara faktor gesekan dan bilangan reynold lebih

kompleks dan diatur oleh persamaan Colebrook. Pada tahun 1944 LF Moody mengeplot

data dari persamaan cloebrook dan diagram ini sekarang dikenal dengan moody chart atau

diagram faktor friksi, yang membantu pengguna untuk mengeplot bilangan reynold dan

kekasaran relative dinding pipa dan untuk menetapkan nilai akurat dari faktor friksi untuk

kondisi turbulen. Diagram moody juga mendukung penggunaan faktor friksi darcy-

weisbach dan membantu pengembangan kalkulator head loss untuk aliran fluida didalam

pipa dan saluran terbuka. Sedangkan untuk faktor friksi fanning 4 kali faktor friksi darcy

weisbach.

II-12

Page 13: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Gambar II.4 Diagram moody Darcy friction(henrynasution, 2012)

II.1.7 Hubungan Kekasaran Pipa dengan Friksi

Friksi adalah besaran yang berlawanan arah dengan kelajuan. Friksi mengakibatkan

kelajuan sebuah objek berkurang. Besarnya hambatan aliran karena gesekan sangat

tergantung dari kekasaran dinding pipa. Dari hasil berbagai percobaan diketahui bahwa

makin kasar dinding pipa makin besar terjadinya penurunan /kehilangan tekanan aliran.

Jenis gesekan ini dikenal dengan dengan gesekan aliran dan besarnya tahanan itu sendiri di

ukur dengan koefisien gesekan,f.

MaterialAbsolute roughness

(in x 10-3)Absolute roughness(micron or m x 10-6)

II-13

Page 14: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Riveted steel 36-360 915-9150Concrete 12-120 305-3050Ductile iron 102 2591Wood stave 3,6 7,2Galvanized iron 6 152Cast iron – asphalt dipped 4,8 122Cast iron uncoated 10 254Carbon steel or wrought iron 1,8 45Stainless steel 1,8 45Fiberglass 0,2 5Drawn tubing – glass, brass, plastic

0,06 1,5

Copper 0,06 1,5Aluminium 0,06 1,5PVC 0,06 1,5Red brass 0,06 1,5

Tabel II.1.2 Tabel kekasaran pipa (ε)

II.1.9 Deskripsi Alat didalam Laboratorium

Gambar II.5 Alat Pressure Drop di laboratorium

1. Manometer (M1-M12)Manometer adalah suatu alat pengukur tekanan yang menggunakan kolom cairan

untuk mengukur perbedaan tekanan antara suatu titik tertentu dengan tekanan

II-14

Page 15: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

atmosfer (tekanan terukur), atau perbedaan tekanan antara dua titik. Manometer adalah

alat yang dugunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di

dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Versi

manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U yang diisi cairan

setengahnya(biasanya berisi minyak, air atau raksa) dimana pengukuran dilakukan pada

satu sisi pipa, sementara tekanan (yang mungkin terjadi karena atmosfir) diterapkan pada

tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian memperlihatkan tekanan yang diterapkan.

(scribd, 2013)

2. Fitting

Tee (T1-T20)

Tee adalah pemasangan pipa yang paling umum. Ini tersedia dengan semua

soket galur halus, semua soket las pelarut, atau dengan menentang soket las pelarut

dan outlet sisi dengan galur halus. Hal ini digunakan baik untuk menggabungkan

atau membagi aliran fluida. Ini adalah jenis pemasangan pipa yang berbentuk T

memiliki dua outlet, pada 90 ° untuk sambungan ke jalur utama. Ini adalah

sepotong pendek pipa dengan outlet lateral. Tee A digunakan untuk

menghubungkan pipa diameter yang berbeda atau untuk mengubah arah berjalan

pipa. Mereka terbuat dari berbagai bahan dan tersedia dalam berbagai ukuran.

Mereka banyak digunakan dalam jaringan pipa untuk mengangkut dua-fase

campuran cairan (wikipedia, 2013)

Gambar II.1.7 Fitting Tee

Paling umum adalah tee dengan inlet yang sama dan ukuran outlet.

Beberapa tee industri adalah Tee Lurus, Tee reducer , Tee Cabang ganda, Tee

Cabang ganda reducer, Tee Conical, Tee Cabang ganda Conical, Tee Bullhead, Tee

II-15

Page 16: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Conical reducer, Tee Cabang ganda Conical reducer, Tee Tangensial, dan Tee

Cabang ganda Tangensial .

Tee atas dikategorikan berdasarkan bentuk dan struktur. Mereka juga dapat

diklasifikasikan atas dasar aplikasi perlakuan.

Globe Valve (GV1-GV18)

Globe valve ini pada umumnya sama dengan gate valve namun valve ini

harga pressure drop-nya tinggi dan direkomendasikan untuk pengaturan aliran

fluida. (McCabe, 1993).

Gambar II.1.8 Globe Valve

Union(U1-U15)

Sebuah union mirip dengan kopling, kecuali itu dirancang untuk

memungkinkan pemutusan cepat dan nyaman dari pipa untuk pemeliharaan atau

penggantian perlengkapan. Sementara kopling akan memerlukan baik pengelasan

pelarut, solder atau mampu memutar dengan semua pipa yang berdekatan dengan

kopling berulir, union menyediakan transisi yang sederhana, yang memungkinkan

koneksi mudah atau pemutusan setiap saat. Sebuah pipa union standar dibuat dalam

tiga bagian yang terdiri dari mur, pipa halus, pipa kasar (wikipedia, 2013)

Gambar II.1.9 Union

Coupling

II-16

Page 17: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Kopling yang menghubungkan dua pipa satu sama lain. Jika ukuran pipa

tidak sama, pas dapat disebut kopling mengurangi atau peredam, atau adaptor.

Dengan konvensi, istilah "expander" umumnya tidak digunakan untuk coupler

yang meningkatkan ukuran pipa, sebaliknya "peredam" digunakan.

(wikipedia, 2013)

Gambar II.1.10 Coupling

Elbow (E1-E12)

Aliran suatu fluida saat di elbow menjadi lebih turbulen, karena hal itu

akan cepat terjadi korosi dan erosi (wikipedia, 2013).

Gambar II.1.11 Elbow 900

3. Pipa PVC

Polivinil klorida (IUPAC: Poli(kloroetanadiol)), biasa disingkat PVC,

adalah polimer termoplastik urutan ketiga dalam hal jumlah pemakaian di dunia,

setelah polietilena dan polipropilena. Di seluruh dunia, lebih dari 50% PVC yang

diproduksi dipakai dalam konstruksi. Sebagai bahan bangunan, PVC relatif murah,

tahan lama, dan mudah dirangkai. PVC bisa dibuat lebih elastis dan fleksibel

dengan menambahkan plasticizer, umumnya ftalat. PVC yang fleksibel umumnya

dipakai sebagai bahan pakaian, perpipaan, atap, dan insulasi kabel listrik.

II-17

Page 18: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Secara kasar, setengah produksi resin PVC dunia dijadikan pipa untuk

berbagai keperluan perkotaan dan industri. Sifatnya yang ringan, kekuatan tinggi,

dan reaktivitas rendah, menjadikannya cocok untuk berbagai keperluan. Pipa PVC

juga bisa dicampur dengan berbagai larutan semen atau disatukan dengan

pipa HDPE oleh panas,menciptakan sambungan permanen yang tahan kebocoran

(wikipedia, 2013).

4. Pompa

Pompa yang digunakan dalam laboratorium adalah pompa sentrifugal. Salah

satu jenis pompa pemindah non positip adalah pompa sentrifugal yang prinsip

kerjanya mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial

(dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Pompa

Sentrifugal digunakan untuk memberikan atau menambah kecepatan pada cairan

dan merubahnya menjadi tinggi tekan (head).

Gambar II.1.12 Pompa Sentrifugal

Centrifugal pump

Gaya centrifugal yang dihasilkan oleh alat ini akan melempar cairan yang ada

ke dinding pompa (casing), sehingga zat cair memiliki tenaga kinetik. Tenaga

ini diubah menjadi tenaga tekan sewaktu zat cair meninggalkan impeller.

Pompa centrifugal banyak digunakan di dalam industri karena :

Perencanaan mudah.

Harganya relatif murah.

Pemakaian flexible.

Pemeliharaan mudah.

Kapasitas pompa ini bisa dengan kapasitas kecil (1 / jam) dengan head kecil

sampai mencapai 700.000 Gpm dengan head 319 ft.

Prinsip kerja centrifugal pump :

II-18

Page 19: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

- Centrifugal pump terdiri dari impeller (sudu) berputar pada suatu “as”

(poros).

- Fluida masuk pompa pada pusat impeller dan dilemparkeluar dengan gaya

sentrifugal. Gaya sentrifugal yang dihasilkan akan melempar cairan yang ada

ke dinding pompa (casing), sehingga zat cair memiliki tenaga kinetik. Tenaga

ini dirubah menjadi tenaga tekan sewaktu zat cair meninggalkan impeller.

Berdasarkan design bentuk impeller maka pompa sentrifugal mempunyai

beberapa type, yaitu:

1. Radial type C.P

2. Turbine pump (mixed flow C.P)

3. Propeller pump.

Proses kavitasi

Bila pompa sentrifugal beroperasi pada kapasitas yang besar maka tekanan zat cair

pada ujung sudu akan menurun. Apabila tekanan tersebut lebih rendah dari tekanan uap zat

zat cairnya (head) akan menyebabkan zat cairnya menguap dan membentuk butir – butir

air (bubles). Sewaktu butir – butir ini memasuki sudu, tekanannya akan naik, sampai

butiran tersebut pecah dan membuat suara bising proses tersebut disebut dengan kavitasi.

Proses ini dapat merusak performance atau unjuk kerja dari pompa yang akan

menyebabkan pompa akan menjadi rusak. Prose ini dapat dihindarkan dengan cara

menurunkan kapasitas pemompaan dan memperbaiki kondisi suction pompanya.

II.2 Aplikasi Industri

II-19

Page 20: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

STUDI EKSPERIMENTAL ORIFICE FLOW METER DENGAN VARIASI TEBAL

DAN POSISI ENGUKURAN BEDA TEKANAN ALIRAN MELINTAS ORIFICE

PLATE

Wayan Nata Septiadi

Jurusan Teknik Mesin Universitas Udayana Kampus Bukit Bali

Orifice plate flow merupakan flowmeter merupakan salah satu flowmeter berbasis

bada tekanan (pressure differential) yang sangat banyak digunakan karena design dan cara

pengukurannya yang sederhana. Dalam hal ini ada beberapa masalah yang akan diuji<

yaitu pengaruh tebal plat orifice terhadap distribusi tekanan sepanjang aliran, variasi nilai

discharge cofficient, dan non recoverable pressure drop yang terjadi dan mengetahu

pengaruh posisi pengukuran beda tekanan terhadap distribusi tekanan sepanjang aliran,

variasi nilai discharge cofficient dan non recoverable pressure drp yang terjadi. Pengujian

Orifice Plate telah dilakukan dengan menggunakan plat orifis dibuat dengan memberikan

sedikit bevel pada bagian sisi masuknya dengan rasio diameter (β)=0,5:0,6:0,7 dengan

tebal orifis 10 mm dan 20 mm. Pengujian dilakukan dengan rentang kapasitas aliran yang

memiliki bilangan reynold ±9333,33 sampai ± 28.000. Pengujian dilakukan dengan air

melintas plat orifis. Kapasitas aktual dari orifice flow meter dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan kontinuitas dan persamaan bernauli yang dimodifikasi. Hasil

penelitian menunjukkan prosentase irrecoveable pressure drop semakin menurun jika

kapasitas aliran air semakin besar. Pada tebal 1 mm diameter 0,7 mm irrecoverable

pressure drop terhadap maximum pressure drop mencapai nilai yang cukup rendah yaitu

kurang dari 40% pada bilangan renold 13.000. Cd untuk Nilai ini merupakan tren dari nilai

nozzle. Posisi pengukuran yang mendekati teoritisadalah yang menggunakan posisi D-o.

dengan rentang kapasitas aliran yang memiliki bilangan reynold ±9333,33 sampai ±

28.000. Pengujian dilakukan dengan air melintas plat orifis. Kapasitas aktual dari orifice

flow meter dapat dihitung dengan menggunakan persamaan kontinuitas dan persamaan

bernauli yang dimodifikasi. Hasil penelitian menunjukkan prosentase irrecoveable pressure

drop semakin menurun jika kapasitas aliran air semakin besar.

II-20

Page 21: BAB II PRESSURE DROP.doc

Laboratorium Operasi Teknik Kimia IProgram Studi D3 Teknik KimiaFTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II-21