tinjauan pustaka pressure drop

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, 1997)

Pressure drop adalah istilah yang digunakan untuk

menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik di dalam

pipa atau tabung ke jalur hilir. ""Drop Tekanan" adalah hasil

dari gaya gesek pada fluida seperti yang mengalir melalui

tabung. Gaya gesek disebabkan oleh resistensi terhadap

aliran.(Wikipedia, 2007)

II.1.2 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Pressure

Drop

Hal-hal yang mempengaruhi pressure drop(P)

adalah :

Laboratorium Operasi Teknik Kimia I

Program Studi D3 Teknik Kimia

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

- 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.

- Diameter pipa (D)

Semakin besar diameter pipa, maka semakin kecil

penurunan tekanannya (pressure dropnya). (Geankoplis,

1997)

Hal ini sesuai dengan rumus :

.......................................................Per

s II-1 (Geankoplis, 1997)

II-2




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

berbentukcair, ataupun gas. (Wikipedia, 2012)

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 :

....……….....………………. pers.II-3(Geankoplis, 1997)

II-3

http://id.wikipedia.org/wiki/Gas

http://id.wikipedia.org/wiki/Cair

http://id.wikipedia.org/wiki/Padat

http://id.wikipedia.org/wiki/Benda

http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya




Gambar II.1 Gambar Friksi Pada Pipa Lurus

(Efunda (Engineering Fundamentals), 2012)

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 :

…. pers.II-

4

Jika semua kecepatan v1,v2 dan v2 semuanya sama, dari

persamaan diatas menjadi bentuk yang lebih sederhana

yaitu :

II-4




.........................pers.II-

5

Dimana :

= jumlah friksi

= perbedaan panjang pipa

(Geankoplis, Chistie J, 1997.Transprot Processes and Unit

Operation.ed.3hal.94)

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:

II-5




1. Sudden Enlargement losses

Jika 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.2 Gambar Friksi Sudden Enlargement

Losses

(Dhondt, 2011)

Friction loss dapat dihitung dengan cara berikut untuk aliran

turbulen :

II-6




..............Pers.II

-5

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)

II-7




Gambar II.3 Gambar Friksi Sudden Contraction Losses

(Dhondt, 2011)

Persamaan untuk aliran turbulen :

.....................Pers.II

-6

Keterangan :

= friction loss

= 1 untuk aliran turbulen, ½ untul aliran laminer

= kecepatan rata-rata pada daerah yang lebih kecil

atau downstream

II-8




= koefisien kontraksi-loss (P1) = 0.55(1-A2/A1)2

untuk english unit bagian kanan dibagi dengan

faktor gc.(Geankoplis, 1997)

II.1.3.3 Losses in Fitting and valves

Sambungan 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 :

..........................................................Pers.II

-7

Dimana:

adalah friction loss coefficient dari sambungan dan

valve, v1 adalah kecepatan rata-rata pada kepala pipa untuk

sambungan.(Geankoplis, 1997)

II-9




Type of fitting or valve

Frictional Loss,

number of Velocity

Heads, Kf

Frictional 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

2 100

Check Valve Ball 70 3500Swing 2 100

Water Meter, disk 7 350 (Geankoplis, 1997)

II-10




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)

..........Pers.II-

8

Persamaan ini berlaku untuk Nre> 4000.

(Subramanian, 2012)

2. Wood (1966)

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

<0.04

II-11




..........................................................................................P

ers.II-9

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.

.............................Pers.II-10

(anonim)

4. Churchill (1977)Churchill menyatakan bahwa persamaannya mencakup untuk semua nilai Nre dan

II-12




......pers.II-

11 Dimana :

(Wikipedia, 2012)

5. Chen (1979)

Chen juga menyatakan persamaan untuk factor friksi

mencakup semua range dari R dan k/D

................................................................................Pers.II-

12

6. Von Karman (1979)

.......................................................................Pers.II-

13II-13




(McCabe, 1991)

7. Blasius (1981)

3000<NRe<100000

.......................................Pers.II-14

(anonim)

8. Zigrang dan Sylvester (1982)

............................Pers.II-15

(Subramanian, 2012)

9. Haaland (1983)

Dia menyatakan variasi efek dari kekasaran relative

.......................................................................Pers.II-

16

(Subramanian, 2012)II-14




10. Manadilli (1997)

Menyatakan persamaan ini berlaku untuk NreR

berkisar antara 5235 sampai 108 dan untuk nilai setiap

/D.

...................Pers.II-

17

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

a. Aliran Laminer

Untuk fluida yang beraliran laminer dalam pipa

tegangan pada fluida Newton dapat ditulis dalam persamaan

faktor friksi Fanning sebagai berikut :

.........................................................................Pers.II-

18

(McCabe, 1991)

II-15




b. Aliran Transisi

Untuk bilangan reynold diatas 2100 dan dibawah

4000, maka faktor friksi dihitung dengan menggunakan

persamaan :

..............................Pers.II-

19

(B.S. Field and P.S. Hrnjak, 2007, hal.13)

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.

II-16




Untuk aliran turbulen yaitu bilangan Reynold diatas 4000

sampai 105 dapat dihitung menurut persamaan Blasius :

...........................................Pers.II-

20

(Perry, 2008)

II.1.6 Diagram Moody

Diagram moody merupakan representasi klasik dari

perilaku fluida Newtonian. Di industry digunakan untuk

memprediksi losses dari aliran aliran fluida.(Wikipedia,

2012)

Kita sekarang harus berterima kasih Stanton dan

Pannell, dan juga Moody, untuk studi mereka aliran

menggunakan cairan dalam pipa dari berbagai berbagai

diameter dan kekasaran permukaan dan untuk evolusi grafik

sangat berguna. Bagan ini memungkinkan kita untuk

menghitung kehilangan tekanan gesekan dalam berbagai

lingkaran penampang pipa. Grafik plot Reynolds nomor

II-17




(Re), dalam hal dua kelompok berdimensi lebih: faktor

gesekan, yang merupakan perlawanan terhadap mengalir per

satuan luas permukaan pipa sehubungan dengan densitas

fluida dan kecepatan, dan faktor kekasaran e / ID,? yang

mewakili panjang atau tinggi dari proyeksi permukaan

relatif terhadap diameter pipa.(Lieberman, 1999)

Gambar II.1.6 Diagram Moody Fanning friction factor

II-18




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.

(Abdinagar, 2007)

Tabel II.1 7 Tabel kekasaran pipa (ε)

Material ε (mm) ε (inches)

Concrete 0,3-3,0

0,012-

0,12

Cast Iron 0,26 0,01

Galvanized Iron 0,15 0,006

Asphalted Cast Iron 0,12 0,0048

Commercial or Welded Steel 0,045 0,0018

II-19




PVC,Glass, Other Drawn Tubing 0,0015 0,00006

(Pipe Flow, 2012)

II.1.8 MANOMETER

Manometer adalah alat ukur tekanan

dan manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Alat

ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat dilakukan

langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran.

Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk

pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi (mendekati

tekanan atmosfir).

(Rahayu, 2009)

II-20




II-21




II.1.9 Deskripsi Alat didalam Laboratorium

1. Fitting

Tee

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

II-22




digunakan dalam jaringan pipa untuk mengangkut

dua-fase campuran cairan.

Gambar II.1.9.1 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 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.

II-23




Globe Valve

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.9.2 Globe Valve

Union

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

II-24




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 .

Gambar II.9.3 Union

Coupling

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

II-25




coupler yang meningkatkan ukuran pipa,

sebaliknya "peredam" digunakan.

Gambar II.9.4 Coupling

Elbow

Aliran suatu fluida saat di elbow menjadi lebih turbulen, karena hal itu akan cepat terjadi korosi dan erosi

Gambar II.9.5 Elbow 900

2. Pipa PVC

II-26




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.

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

II-27

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Ftalat&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Plasticizer&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Polipropilena

http://id.wikipedia.org/wiki/Polietilena

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Polimer_termoplastik&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/IUPAC




larutan semen atau disatukan dengan

pipa HDPE oleh panas,menciptakan sambungan

permanen yang tahan kebocoran.(Wikipedia, 2012)

3. 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).

II-28

http://id.wikipedia.org/wiki/HDPE




Gambar II.9.6 Pompa Sentrifugal

II.1.10 Menghitung ΔP pada Alat di Laboratorium

Manometer mengukur perbedaan tekanan dengan menyeimbangkan berat kolom fluida antara dua tekanan kepentingan. Perbedaan tekanan yang besar diukur dengan cairan berat, seperti merkuri (misalnya 760 mm Hg = 1 atmosfer). Perbedaan tekanan kecil, seperti yang dialami di terowongan angin eksperimental atau flowmeters venturi, yang diukur dengan cairan ringan seperti air (27.7 inch H2O = 1 psi, 1 cm H2O = 98,1 Pa).

Untuk menghitung tekanan yang ditunjukkan oleh manometer, memasukkan data di bawah ini. (Perhitungan

II-29

http://4.bp.blogspot.com/-74UO85EUXm8/TjuOQoW0IRI/AAAAAAAAAL8/cSFU7-Kv-aE/s1600/Pompa+Sentrifugal.jpg




default adalah untuk manometer air dengan kolom cairan 10 cm, dengan jawaban dibulatkan ke 3 angka signifikan.):

(Efunda, 2012)

II-30

tinjauan pustaka pressure drop

Documents