pengenalan teknik kimia bab 6

8/12/2019 Pengenalan Teknik Kimia Bab 6

1/22

82

BAB 6

Aliran Fluida

Pada bab ini, pembahasan akan difokuskan pada perilaku dan aplikasi fluida yang

bergerak, yang diistilahkan dengan mekanika fluida atau dinamika fluida atau

hidrodinamika. Namun disini digunakan istilah sederhana Aliran Fluida yang

menggambarkan perpindahan fluida dari suatu posisi ke posisi yang lain. Sekalipun fluida

dapat berupa gas dan cairan, disini kita akan lebih memberikan penekanan pada fluida

berupa cairan. Mengapa fluida yang bergerak menjadi topik penting dipelajari di Teknik

Kimia? Memindahkan bahan dari satu tempat/lokasi/titik ke tempat/lokasi/titik lain di

suatu pabrik/industri akan jauh lebih mudah dilakukan jika bahan tersebut berbentuk fluida

atau berperilaku seperti fluida, daripada dalam bentuk padatan. Hal ini disebabkan karena

cairan lebih mudah mengalir dan dapat menyesuaikan diri dengan wadah penyalurannya,

seperti pipa. Oleh karena itu, insinyur teknik kimia berupaya sedapat mungkin melakukan

pemindahan (transportasi) bahan dalam bentuk cairan, larutan atau suspensinya. Bila hal

itu tidak mungkin, barulah meraka melakukan pengangkutan bahan padat dalam bentuk

padat. Walaupun begitu, masih diusahakan cara tambahan untuk memudahkan

pengangkutannya, misalnya menghaluskan padatan lalu diangkut dengan aliran gas atau

cairan seperti operasi fluidisasi danpeunematic conveying.

6.1 Klasifikasi Aliran Fluida

Fluida yang bergerak dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa katagori. Apakah

alirannya steadi atau tak steadi, apakah fluidanya kompresibel (dapat mampat) atau

inkompresibel (tak dapat mampat), apakah fluidanya viskos atau non-viskos, atau apakah

aliran fluidanya laminar atau turbulen. Jika fluidanya steadi, kecepatan partikel fluida

pada setiap titik tetap terhadap waktu. Fluida pada berbagai bagian dapat mengalir dengan

laju atau kecepatan yang berbeda, tetapi fluida pada satu lokasi selalu mengalir dengan laju

atau kecepatan yang tetap. Apabila anda memahami pengertian fluida steadi, maka dengan

mudah dapat mendefenisikan aliran fluida tak-steadi. Fluida inkompressibel adalah suatu

fluida yang tak dapat dimampatkan. Sebagian besar cairan dapat dikatakan sebagai

inkompressibel. Dengan mudah anda dapat mengatakan bahwa fluida gas adalah fluida

kompressibel, karena dapat dimampatkan Suatu fluida viskos adalah fluida yang tidak

mengalir dengan mudah, seperti madu, aspal; sementara fluida tak-viskos adalah fluida


2/22

83

yang mengalir dengan mudah, seperti air. Kita biasanya akan sering berhubungan dengan

fluida aliran steadi, tak kompresibel, dan tak-viskos.

Aliran fluida dapat dibedakan kepada aliran laminar dan aliran turbulen, tergantung pada

jenis garis alir yang dihasilkan oleh partikel-partikel fluida. Jika aliran dari seluruh partikel

fluida bergerak sepanjang garis yang sejajar dengah arah aliran (atau sejajar dengan garis

tengah pipa, jika fluida mengalir di dalam pipa), fluida yang seperti ini dikatakan laminar.

Fluida laminar kadang-kadang disebut dengan fluida viskos atau fluida garis alir

(streamline). Kata laminar berasal dari bahasa latin lamina, yang berarti lapisan atau plat

tipis. Sehingga, aliran laminar berarti aliran yang berlapis-lapis. Lapisan-lapisan fluida

akan saling bertindihan satu sama lain tanpa bersilangan, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 6.1 (atas). Jika gerakan partikel fluida tidak lagi sejajar, mulai saling bersilang

satu sama lain sehingga terbentuk pusaran di dalam fluida, aliran yang seperti ini disebut

dengan aliran turbulen, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.1 (bawah).

Gambar 6.1Aliran laminar (atas) dan aliran turbulen (bawah)

Perbedaan antara aliran laminar dan turbulen secara eksperimen pertama sekali dilaporkan

oleh Osborne Reynolds pada tahun 1883. Eksperimen itu dijalankan dengan

menyuntikkan cairan berwarna ke dalam aliran air yang mengalir di dalam tabung kaca.

Jika fluida bergerak dengan kecepatan cukup rendah, cairan berwarna akan mengalir di

dalam sistem membentuk garis lurus tidak bercampur dengan aliaran air, seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 6.2 (a). Pada kondisi seperti ini, fluida masih mengalir secara

laminar. Jadi pada prinsipnya, jika fluida mengalir cukup rendah seperti kondisi


3/22

84

eksperimen ini, maka terdapat garis alir. Bila kecepatan fuida ditingkatkan, maka akan

dicapai suatu kecepatan kritis. Fluida mencapai kecepatan kritis dapat ditandai dengan

terbentuknya gelombang cairan warna. Artinya garis alir tidak lagi lurus, tetapi mulai

bergelombang dan kemudian garis alir menghilang, karena cairan berwarna mulai

menyebar secara seragam ke seluruh arah fluida air, seperti yang diilustrasikan pada

Gambar 6.2 (b). Perilaku ketika fluida mulai bergerak secara acak (tak menentu) dalam

bentuk arus-silang dan pusaran, menunjukkan bahwa aliran air tidak lagi laminar. Pada

kondisi seperti ini garis alir fluida tidak lagi lurus dan sejajar, seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 6.2 (b).

Gambar 6.2. Eksperimen aliran yang dilakukan oleh Osborne Reynolds

Untuk dapat membedakan secara visual antara aliran laminar dan aliran turbulen, Gambar

6. 3 (a dan b) memuat kedua pola aliran di dalam satu peristiwa. Pada sebuah bendungan,

Gambar 6.3 (a), terlihat bahwa air mengalir tenang dan pelan tanpa riak sebelum mencapai

sisi ujung bendungan. Dapat dikatakan aliran sebelum menuruni bendungan merupakan

aliran laminar. Namun riak arus dan pusaran terlihat muncul ketika aliran menuruni

bendungan. Di posisi ini aliran sudah berubah menjadi turbulen. Kejadian yang mirip

juga terlihat jelas pada Gambar 6.3 (b).


4/22

85

(a)

(b)

Gambar 6.3. Ilustrasi aliran laminar dan turbulen

6.2 Bilangan Reynolds

Secara eksperimental Osborne Reynolds menyatakan bahwa aliran, baik laminar ataupun

turbulen, tergantung pada diameter dalam pipa, D, kecepatan fluida yang mengalir, v,


5/22

86

densitas fluida, dan viskositas fluida, . Selain secara eksperimental, Reynolds juga

menunjukkan bahwa ke empat parameter di atas dapat digabung menjadi satu kelompok

yang menghasilkan bilangan tak-berdimensi, yang disebut dengan bilangan Reynolds.

Persamaan dengan bilangan Reynolds tersebut disajikan pada persamaan 6.1.

Bilangan Reynolds = ReDv

..... [6-1]

Dalam satuan Amerika/Inggris, satuan yang harus digunakan agar menghasilkan bilangan

tak berdimensi adalah sebagai berikut: diameter pipa dalam ft; kecepatan dalam ft/det;

densitas lbm/ft3; dan viskositas dalam lbm/ft.det. Jika digunakan sistem SI, satuannya

adalah: diameter pipa dalam m; kecepatan dalam m/det; densitas kg/m3; dan viskositas

dalam kg/m.det. Bila bilangan Reynolds melewati 2100, maka aliran di dalam pipa

tersebut dikatakan turbulen. Sebaliknya jika bilangan Reynolds lebih kecil dari 2100,

maka alirannya dikatakan laminar.

6.3 Peran Viskositas Pada Aliran Fluida

Viskositas fluida merupakan sifat yang dimiliki oleh bahan yang menunjukkan ketahanan

fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Fluida yang mempunyai viskositas

rendah, seperti air, memiliki ketahanan lebih rendah terhadap perubahan bentuk

dibandingkan dengan fluida yang memiliki viskositas tinggi seperti minyak atau cairan

lem. Untuk dapat merasakan viskositas rendah dan tinggi, anda dapat melakukan

percobaan sederhana menggunakan pisau. Lewatkan pisau, seperti memotong, melalui air,

anda akan merasakan bahwa pisau dengan mudah melewati cairan air. Ini menunjukkan

bahwa air memiliki viskositas rendah. Dengan pisau yang sama dan gaya yang sama,

lewatkan pisau melalui cairan lem. Anda akan merasakan bahwa kali ini pisau lebih susah

melewati cairan lem. Dibutuhkan gaya yang lebih besar agar diperoleh kecepatan lewat

yang sama seperti pada air. Ini menujukkan bahwa cairan lem mempunyai viskositas yang

lebih tinggi.

Konsep viskositas berperan penting dalam aliran fluida karena besar kecilnya viskositas

memberikan pengaruh terhadap tahanan fluida. Fluida yang memiliki viskositas lebih

rendah akan lebih mudah mengalir dibandingkan dengan fluida yang memiliki viskositas


6/22

87

tinggi. Kenyataan ini memberikan kesimpulan bahwa mengalirkan air di dalam pipa akan

jauh lebih mudah daripada mengalirkan cairan lem!!!.

Persamaan untuk viskositas dapat diperoleh dengan meninjuau dua lapisan fluida yang

sejajar, yang masing-masing mempunyai luas A dan terpisah satu sama lain sejarak dy.

Pada kondisi seperti ini, sejumlah gaya geser harus diberikan kepada lapisan fluida bagian

atas agar tetap bisa bergerak sejajar dengan lapisan lain dengan kecepatan relatif dv. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa gaya ini berbanding lurus dengan perbedaan kecepatan dv

dan luas penampang lapisan A dan berbanding terbalik dengan jarak antar lapisan dy.

Persamaan 6.2 menyimpulkannya ke dalam bentuk matematis.

F dv

A dy

..... [6-2]

Konstanta proporsionalitas yang dinyatakan dengan disebut dengan viskositas. Untuk

gas dan sebagian besar cairan nilai konstant jika temperatur dan tekanan tetap. Fluida

yang seperti itu disebut dengan fluida Newtonian.

Dari persamaan 6.2, viskositas mempunyai dimensi massa/(panjang).(waktu). Dalam

sistem Inggris/Amerika, viskositas absolut mempunyai satuan (lb)/ft.det, dalam satuan SI,

viskositas mempunyai satuan Pa.det (kg/m.det), sedangkan dalam satuan cgs viskositas

memiliki satuan g/cm.det. Dalam prakteknya satuan viskositas sering dinyatakan dalam

poise (P) yang setara dengan g/cm.det. Sehingga;

10 P = 1 kgm1

s1

= 1 Pas = 0,672 lb/ft.det

1 cP = 0,01 P = 0,001 Pas = 1 mPas = 0,000672 lb/ft.det

Viskositas udara pada temperatur ruang kira-kira 0,02 cP, sementara viskositas air pada

temperatur ruang sekitar 1 cP. Minyak mempunyai viskositas antara 10 sampai 5000 cP,

tergantung pada temperatur dan jenis minyak.

6.4 Distribusi Kecepatan di Dalam Pipa

Tinjaulah fluida yang mengalir di dalam sebuah pipa. Fluida yang mengalir bersentuhan

(bergesek) dengan dinding pipa, karenanya lapiasan fluida yang bersentuhan langsung


7/22

88

dengan permukaan dinding pipa mengalami tahanan (hambatan) paling besar. Akibatnya

partikel fluida melekat atau menempel (tertahan) pada permukaan dinding, sehingga

kecepatan fluida pada permukaan dinding sama dengan nol. Namun, semakin jauh partikel

fluida dari permukaan dinding semakin kecil pengaruh tahanan permukaan dinding. Ini

berarti bahwa partikel fluida pada tengah-tengah pipa mengalami tahanan paling

minimum. Gambar 6.4 menggambarkan distribusi kecepatan fluida yang mengalir secara

laminar di dalam sebuah pipa lurus. Seperti terlihat pada gambar, kecepatan maksimum

terjadi pada tengah-tengah pipa karena tahanan padada posisi ini minimim dan semakin

dekat ke permukaan dinding kecepatan fluida semakin berkurang hingga sama dengan nol

pada permukaan dalam dinding.

Gambar 6.4distribusi kecepatan fluida aliran laminar di dalam pipa

Kecepatan aliran fluida linear rata-rata melalui pipa dapat dihitung dengan persamaan 6.3

yang menyatakan bahwa kecepatan merupakan laju alir volumetris dibagi dengan luas

penampang.

2

4

Qv

A

A D

..... [6-3]

Dimana, v = kecepatan fluida, m/det; ft/det

Q = laju alir volumetris, m3/det; ft3/det

A = luas penampang pipa, m2; ft

2

D = diameter dalam pipa, m; ft


8/22

89

Contoh 6.1

Hitunglah bilangan Reynolds untuk fluida yang mengalir dengan laju 6 ft3/menit melalui

pipa dengan diameter dalam 2 in. Fluida tersebut memiliki densitas 30 lb/ft3dan viskositas

0,002 lb/det ft.

Penyelesaian:

Kecepatan linear fluida rata-rata dihitung menggunakan persamaan 6.3

3

22

6 ft /menit 1 menit/60 det= 4,59 ft/det

3,14 1 ft2 in12 in4

Qv

A

Bilangan Reynolds dihitung menggunakan persamaan 6.1.

3 1 ft30 lb/ft 2 in 4,59 ft/detDv 12 inRe = =

0,002 lb/det ft

Re = 11.470

Karena bilangan Reynolds lebih besar dari 2100, aliran pada contoh ini adalah turbulen.

Sebagai latihan anda dapat membuktikan sendiri bahwa bilangan Reynolds benar-benar tak

berdimensi dengan mengkonversikan seluruh parameter dalam contoh ini ke satuan SI, lalu

hitung bilangan Reynoldsnya

6.5 Energi yang dibutuhkan pada aliran fluida

Di industri kimia, fluida dipompakan dari suatu peralatan pemroses ke peralatan pemroses

lain yang jaraknya cukup jauh, misalnya dari tangki penyimpan ke reaktor atau sebaliknya

dari reaktor ke tangki penyimpan. Pompa dalam hal ini menambah/memberikan tekanan

kepada fluida agar fluida tersebut dapat bergerak berpindah dari satu tempat ke tempat

yang lain. Selama perpindahan ini, fluida akan mengalami kehilangan tekanan baik didalam pipa maupun di dalam peralatan, seperti reaktor. Oleh karena itu, perhitungan yang

berhubungan dengan kebutuhan daya pompa sekaligus dengan rancangan sistem perpipaan

dan estimasi ukuran pipa yang ekonomis merupakan salah satu tahapan paling penting di

dalam perancangan pabrik kimia.


9/22

90

Pada Bab 5 telah dikembangkan neraca energi total untuk kasus umum yang memuat

energi potensial, energi kinetik dan energi dalam. Konsep yang sama dapat juga

diterapkan untuk menghitung energi total pada fluida yang mengalir. Namun pada energi

total di Bab 5 belum diperhitungkan energi atau kerja yang diperlukan untuk menjaga agar

fluida bisa terus mengalir (masuk dan keluar dari sistem). Energi ini diberikan kepada

fluida dalam bentuk tekanan, tanpa mengubah volume fluida. Dengan memasukkan suku

energi ini, pers 5.8 dapat dimodifikasi menjadi pers 6.4.

212

U PV g z v Q W

[6-4]

Pada persamaan 6.4, tanda menunjukkan perubahan energi atas dasar dari satu lokasi ke

lokasi lain. Seluruh suku energi pada persamaan di atas dinyatakan per satauan massa

fluida. Simbol Vadalah volume spesifik seperti yang dijelaskan pada Sub-bab 3.1.

Perubahan energi dalam sangat dipengaruhi oleh adanya perubahan temperatur fluida dan

hal itu kurang berperan dalam kasus yang kita tinjau saat ini. Suku Q yang menunjukkan

pertukaran energi dalam bentuk panas ke lingkungan juga tidak diperlukan untuk

pemindahan fluida murni di dalam sistem perpipaan. Atas dasar ini, neraca energi total

fluida dapat dimodifikasi dengan memanfaatkan hubungan thermodinamik yang

ditunjukkan pada persamaan 6.5 dan 6.6 berikut ini.

U T S P V [6-5]

dan

T S Q F [6-6]

Simbol Smenyatakan entropi yang tidak akan dijelaskan di sini, jika ingin mendalami hal

ini pembaca dapat merujuk pada literatur thermodinamik. Sementara symbol Fmengacu

kepada kehilangan (dissipasi) energi total akibat gesekan antara fluida dengan dinding

pipa, keran, pembesaran dan pengecilan, dan sambungan-sambungan di sepanjang pipa

yang ditinjau. Jika kehilangan energi akibat gesekan ditinjau untuk masing-masing


10/22

91

komponen, maka kehilangan energi keseluruhan akibat gesekan sering ditulis dengan

symbol F.

Suku ke dua pada persamaan 6.4 menurut aturan differensial dapat diurai menjadi

persamaan 6.7.

PV V P P V [6-7]

Jika persamaan 6.7 dan hasil substitusi persamaan 6.6 ke dalam persamaan 6.5

dimasukkan ke dalam persamaan 6.4, maka akan diperolah persamaan 6.8.

21

02W F V P g z v

[6-8]

Persamaan di atas dapat diubah menunjukkan perubahan energi fluida yang ingin

dipindahkan dari titik 1 ke titik 2, seperti yang ditunjukkan pada persamaan 6.9.

2 21 21 1 2 2

1 1

2 2

P Pv gz v gz W F

[6-9]

Pada persamaan 6.9 simbol volume spesifik dihilangkan dengan menggantikannya dengan

(1/). Karena suku yang memuat energi panas (Q) tidak muncul lagi pada persamaan 6.8

dan 6.9, persamaan 6.8 atau 6.9 ini sering disebut neraca energi mekanis untuk aliran

fluida. Simbol-simbol pada persamaan 6.9 sama seperti yang telah dijelaskan pada Bab 5,

kecuali Fyang menunjukkan banyaknya energi yang hilang dan W disini lebih spesifik

kepada kerja/energi yang dipasok oleh pompa.

6.6 Metoda Pemindahan Fluida

Metoda yang paling sering dipakai untuk memindahkan fluida adalah memberikan gaya

kepada fluida agar mengalir melalui sistem perpipaan. Pipa penampang sirkular paling

sering digunakan karena bentuknya bukan saja memberikan kekuatan struktur yang besar,

tapi juga memberikan luas penampang yang lebih besar per satuan luas permukaan

dinding, dibandingkan dengan bentuk yang lain. Pompa merupakan peralatan yang paling


11/22

92

efisien dalam memindahkan fluida, khususnya pada industri-industri dengan proses

kontinu. Pemilihan pompa yang akan digunakan sangat tergantung pada sifat cairan yang

akan dipompakan (kental, mudah meledak, korosif, dll), kecepatan keluar cairan (liter per

detik) dan juga ketinggian cairan yang harus dipompakan (head). Ada beberapa metoda

lain yang dapat dilakukan untuk memindahkan fluida selain menggunakan pompa. Pompa

dan peralatan lain yang berhubungan dengan pemindahan fluida akan dijelaskan pada sub-

bab 6.7.

Pengaliran menggunakan gaya gravitasi. Cara ini digunakan jika kondisi

memungkinkan karena aman dan tidak membutuhkan peralatan yang mahal. Dengan

melakukan pengontrolan pada katup keluaran, kecepatan aliran dapat dikontrol dengan

tepat. Tentu saja bejana penyimpanan cairan awal harus ditempatkan lebih tinggi daripada

bejana penerima, seperti yang ditampakkan pada Gambar 6.5.

Gambar 6.5. Aliran fluida secara grafitasi

Pipa pindah (Siphon). Pipa pindah terdiri dari pipa atau tabung yang fleksibel yang dapat

dilekukkan sehingga membentuk huruf U yang terbalik, dengan salah satu lengan pipa

lebih panjang daripada lengan lainnya. Lengan pipa yang lebih pendek ditempatkan di

bawah permukaan cairan yang akan dipindahkan dan ujung pipa satu lagi diletakkan lebih

rendah untuk lempat keluarnyacairan ke bejana lain. Aliran terjadi jika pipa terisi penuh

oleh cairan dan ini dapat diperoleh dengan menghisap ujung pipa yang lebih rendah, yang

menjadi ujung pengeluaran cairan. Atau dapat juga dilakukan dengan cara membenamkan

seluruh pipa ke dalam cairan, menutup kedua ujung pipa dan kemudian ditempatkan pada

posisi seperti pada Gambar 6.6. Beberapa pipa pindah dioperasikan dengan pompa hisap


12/22

93

yang dapat dioperasikan dengan tangan, diletakkan pada ujung pipa lebih rendah dari

tempat keluarnya serta dilengkapi dengan katup yang dapat mengontrol kecepatan/laju

aliran cairan keluar. Pipa pindah cocok sekali untuk menangani cairan yang jumlahnya

sedikit dan tidak korosif.

Gambar 6.6. Pipa pindah

Pengaliran oleh tekanan (Airlift). Prinsip metoda ini adalah penekanan yang kuat yang

dilakukan terhadap dinding bejana sehingga mengakibatkan cairan keluar melalui pipa

yang terletak di bawah permukaan cairan tersebut atau di dasar bejana. Alatnya terdiri dari

bejana berbentuk telur yang dilengkapi dengan pipa masukan serta pipa keluaran yang

salah satu ujungnya terendam di dalam air. Udara dialirkan ke dalam tangki melalui pipa

masukan dan tekanan yang dihasilkan pada permukaan cairan akan mendorong cairan

tersebut keluar dari pipa. Katup pengoperasi dipasang pada pipa masukan dan bejana itu

sendiri dilengkapi dengan pengukur tekanan serta katup pengatur tekanan untuk

keselamatan atau menghindari dari ledakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.7.

Gambar 6.7Aliran fluida atas dasar airlift


13/22

94

Pengaliran dalam kondisi vakum. Teknik ini mirip dengan proses pengaliran yang

menggunakan tekanan, hanya saja udara di dalam bejana divakumkan terlebih dahulu

sehingga akan menghisap cairan melalui pipa yang terendam dalam bejana penyimpan.

Gambar 6.8 menunjukkan operasi pemindahan fluida secara vakum.

Gambar 6.8. Transportasi fluida secara vakum

6.7 Peralatan Aliran Fluida

Seperti telah diuraikan sebelumnya bahwa pemindahan fluida di dalam industri proses

kimia merupakan salah satu operasi sangat penting. Pada bagian ini akan dipaparkan

secara ringkas peralatan-peralatan yang digunakan untuk memindahkan fluida.

6.7.1 Pipa

Persyaratan pertama yang diperlukan untuk memindahkan suatu fluida adalah adanya

saluran untuk dilewati oleh fluida yang dimaksud. Di industri kimia, saluran ini biasanya

berbentuk pipa. Pipa yang digunakan dapat terbuat dari baja, baja campuran, besi tuang,

kaca, baja yang dilapisi kaca atau plastik, PVC, aluminium atau tembaga. Pipa dengan

tebal dan ukuran yang sesuai dipilih atas dasar temperatur dan tekanan operasi, serta

maksimum kehilangan tekanan yang diperbolehkan.

Pipa yang paling sering digunakan terbuat dari baja karbon. Pipa baja dulunya

diklasifikasikan dalam tiga ketebalan untuk berbagai tekanan operasi yang berbeda:

standar, ekstra-kuat, dan ekstra-kuat-ganda. Klasifikasi ini sekarang diganti dengan


14/22


15/22

96

Pipa-pipa baja yang berdiameter sampai 2 in biasanyan disambung satu sama lain atau

dihubungkan ke fitting menggunakan ulir. Untuk pipa 2 10 in dapat dilakukan dengan

ulir atau dilas. Namun untuk pipa yang lebih besar dari 10 in biasanya dilas. Fitting yang

dihubungkan dengan cara pengelasan juga tersedia dengan bentuk yang sama seperti yang

disajikan pada Gambar 6.9.

.

Gambar 6.9. Fitting pipa yang dihubungkan secara ulir

6.7.3 Keran

Aliran fluida di dalam pipa dikendalikan atau diatur menggunakan keran atau serangkaian

keran. Di industri kimia berbagai berbagai jenis keran dan yang umum digunakan akan

dijelaskan disini.

Keran gerbang (gate valve). Keran jenis ini memiliki sebuah gerbang atau cakra yang

dapat dinaikkan atau diturunkan. Bagian paling kiri dari Gambar 6. 10 menunjukkan

komponen-komponen penyusun keran gerbang secara rinci. Bila cakra diturunkan secara

penuh, maka keran menutup sehingga fluida tertahan. Apabila cakra dinaikkan, berarti


16/22

97

keran membuka sehingga fluida akan mengalir. Gambar 6.10 memberikan ilustrasi

kejadian penutupan dan pembukaan keran. Bila keran ini dibuka sebahagian, fluida akan

keluar, namun gesekan yang timbul antara fluida dengan cakra cukup besar sehingga

menyebabkan fluida kehilangan energi. Oleh karena itu, keran jenis ini kurang cocok

digunakan untuk mengendalikan laju alir fluida yang berfluktuasi. Keran jenis ini

dirancang untuk dibuka atau ditutup secara penuh. Ketika dibuka secara penuh, fluida

mengalir tanpa perubahan arah dan tidak mengalami hambatan sehingga kehilangan energi

karena gesekan sangat kecil.

Gambar 6.10 Penampang keran gerbang

Keran bulat (globe valve). Dinamai keran bulat dikarenakan dulunya bentuk struktur

badan keran tersebut yang bulat. Namun keran bulat yang diproduksi sekarang ini bentuk

strrukturnya sebagian besar tidak lagi bulat. Komponen utama di dalam keran ini antara

lain dudukan dan cakra. Dudukan ini merupakan bukaan untuk lewatan fluida, yang

sekaligus berfungsi untuk menahan cakra saat keran ditutup. Pada saat dibuka, cakra akan

terangkat ke atas dan fluida akan mengalir melewati bukaan. Berbeda dengan keran

gerbang, aliran fluida mengalami perubahan arah paling tidak dua kali, yang pertama

aliran dari hulu berubah arah ketika memasuki bukaan dan perubahan yang kedua terjadi

ketika aliran akan memasuki pipa di hilir. Peristiwa ini dilustrasikan pada Gambar 6.11

bagian sebelah kiri. Perubahan arah aliran ini menyebabkan kehilangan tekanan yang besar

pada keran ini. Walaupun demikian, keran seperti ini banyak dipakai untuk

mengendalikan fluida pada hilir lebih kecil atau lebih lambat dan tidak dianjurkan untuk

pengaliran dengan bukaan penuh.


17/22

98

Gambar 6.11 Penampang keran bulat

Keran kupu-kupu/baling-baling (butterfly valve). Keran balin-baling seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 6.12, merupakan jenis pengendali aliran fluida yang melawati

suatu bagian pipa. Komponen utama pada keran ini adalah cakra atau plat yang

diposisikan ditengah-tengah pipa. Plat ini dihubungkan dengan sebuah batang yang

disambung dengan aktuator diluar keran. Bila aktuator memutar plat/cakra sejajar dengan

arah aliran, maka fluida akan mengalir ke hilir. Sebaliknya bila aktuator memutar plat

tegak lurus terhadap arah aliran, maka fluida tertahan dan tak mengalir ke hilir. Keran

dapat juga dibuka sedikit demi sedikit guna mengatur aliran. Karena plat tetap berada di

dalam aliran, maka kehilangan tekanan tetap terjadi pada keran seperti ini, terlepas

bagaimanapun posisi keran.

Gambar 6.12 Penampang keran kupu-kupu


18/22

99

6.7.4 Pompa

Salah satu peralatan yang paling sering dijumpai di industri adalah pompa. Inilah mesin

yang berfungsi mengalirkan fluida di seluruh pabrik. Banyaknya kerja yang dilakukan

oleh pompa disimbolkan dengan W pada persamaan 6.9. Sebagaian besar pompa dapat

diklasifikasikan menjadi pompa sentrifugal, bolak-balik (reciprocating) dan putar (rotary).

Pompa Sentrifugal. Diantara berbagai jenis pompa, pompa sentrifugal yang paling sering

digunakan di industri karena biaya yang rendah, memberikan keseragaman aliran, biaya

perawatan rendah, dan kemampuan menangani aliran yang mengandung padatan tak larut.

Biasanya lebih dari 75% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal

Tetapi jika cairan ingin dipompakan lebih tinggi atau tekanan mencapai 100 psig, maka

pompa jenis lain akan lebih ekonomis.

Pada dasarnya, pompa sentrifugal yang ditunjukkan pada Gambar 6.13 terdiri dari impeller

(H, J) berputar yang berada di dalam casing(F). Impeller ini mempunyai sudu-sudu radial

yang dilekatkan pada impeler tersebut. Impeller dihubungkan dengan poros (C) yang

digerakkan oleh motor listrik atau turbin. Cairan masuk melalui pusat atau mata impeller

(G) dan mengalir keluar di dalam ruang-ruang antara sudu, dan sudu impeller (E)

membuang fluida keluar sehingga kecepatannya jauh lebih cepat ketika masuk ke dalam

impeller. Cairan yang meninggalkan keliling luar impeller dikumpulkan didalam casing

yang berbentuk spiral (F) dan meninggalkan pompa melalui sambungan buang yang

arahnya tangensial (K).

Gambar 6.13Pompa sentrifugal (kanan) dan penampang pompa sentrifugal (kiri)


19/22

100

Pompa bolak-balik (reciprocating). Pada bahagian sebelah kanan Gambar 6.14

ditunjukkan pompa bolak-balik yang digerakkan oleh motor listrik. Agak sulit

membayangkan prinsip kerja pompa tersebut, sekalipun ditampilkan gambar penampang

pompa tersebut. Akan lebih mudah meninjau pompa bolak-balik yang digerakkan secara

manual seperti yang ditunjukkan pada bagian sebelah kiri Gambar 6.14. Ketika gagang

ditarik, piston di dalam silider akan ikut tertarik, sehingga menciptakan tekanan vakum di

dalam ruang silinder. Akibatnya katup pada lubang masuk terbuka dan katup keluar

tertutup sehingga memungkinkan cairan masuk ke dan tertahan di dalam silinder (lihat

gambar 6.14 kiri atas). Ketika gagang ditolak sehingga menolak piston di dalam silinder,

katup lubang masuk akan tertutup dan katup keluar akan terbuka. Cairan akan keluar

melalui lubang keluar. Ini merupakan contoh pompa bolak balik satu silinder, dimana

ketika cairan dikeluarkan dari silider tidak ada cairan yang dihisap masuk ke dalam

silider. Akibatnya terjadi fluktuasi keluaran, artinya cairan yang keluar tidak seragam.

Untuk menghindari kelemahan itu, jumlah selinder dapat disusun lebih dari satu guna

mengurangi fluktuasi laju keluaran cairan sekecil mungkin. Inilah salah satu perbedaan

yang mendasar antara pompa bolak-balik dengan pompa sentrifugal. Namun demikian,

pompa bolak-balik mampu menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan

pompa sentrifugal.

Gambar 6.14Pompa bolak-balik manual (kiri) dan pompa balik-balik listrik


20/22

101

Pompa putar (rotary). Ada berbagai macam jenis pompa putar, ada yang memakai

pompa roda gigi (gear pump), pompa ulir (screw pump), pompa bubungan (cam pump) dan

pompa baling (vane pump). Di sini ditampilkan contoh pompa putar baling-baling seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 6.15. Bagian sebelah kanan dari gambar tersebut

mengilustrasikan penampang sebuah pompa putar baling. Pompa tersebut mempunyai

lubang masukan (inlet) dan keluaran (outlet) serta baling-baling yang melekat pada rotor

yang berputar. Pada saat pompa memutar baling-baling yang dapat bergeser di dalam slot

motor, maka akan terjadi peningkatan ukuran atau volume pada jalan masuk kamar. Cairan

disedot ke dalam daerah ruang yang bertekanan rendah dan tertampung dalam baling-

baling yang berputar. Pada saat baling-baling mencapai ruang jalan keluaran yang

ukurannya atau volumenya mengecil maka cairan yang terjebak pada baling-baling keluar

dari pompa. Prinsip ini juga digunakan pada pompa minyak secara manual yang

ditunjukkan pada bagian sebelah kiri dari Gambar 6.15.

Gambar 6.15Pompa putar tangan (kiri) dan penampang pompa putar (kanan)


21/22

102

LAMPIRAN A

BERAT DAN NOMOR ATOM

Berat atom berlaku untuk komposisi isotop yang terjadi secara alami dan didasarkan padamassa

12C = 12

Unsur Simbol Nomor Berat Unsur Simbol Nomor Berat

Atom Atom Atom Atom


22/22

LAMPIRAN B

KONSTANTA GAS

pengenalan teknik kimia bab 6

Documents