BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Efflux time merupakan waktu yang diperlukan untuk pengosongan cairan di dalam tangki melalui pipa vertical karena pengaruh gaya beratnya. Sebagian industry mengalirkan cairan dari tempat penampungannya dengan pengaruh gaya gravitasi karena tinggi permukaan teoritis melalui rumus pendekatan dari penurunan rumus prinsip dasar teori aliran fluida dinamis dalam aliran vertical. Watu pencampuran cairan ini dapat diperkirakan dengan persamaan pendekatan yang kemudian dikaitkan dengan faktor koreksi yang merupakan perbandingan antara efflux time teoritis dengan waktu sebenarnya. Faktor koreksi digunakan untuk waktu penurunan cairan sesungguhnya. Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah fluida itu berada di bawah pengaruh bidang batas padat atau tidak.
Percobaan efflux time dapat dilakukan dengan cara larutkan garam grosok dalam aquadest hingga jenuh, lalu hitung densitas larutan garam. Kemudian hitung viskositas larutan garam dan masukkan larutan garam ke dalam tangki. Buka kran pada tangki sehingga larutan garam dapat ditampung di ember. Ukur selisih ketinggian sebelum kran dibuka dan ssudah kran ditutup. Catat diameter pipa, panjang pipa, tinggi larutan, viskositas, diameter tangki, selisih tinggi pada table pengamatan. Hiyug volume air yang dikeluarkan dengan menggunakan persamaan volume tangki dengan selisih tinggi pada tangki. Ulangi percobaan dengan air kran.
I.2 Tujuan
1. Untuk mengetahui waktu penurunan cairan sesungguhnya.
2. Untuk menghitung nilai friksi dalam percobaan sehingga dapat menentukan nilai faktor koreksi.
3. Unutk mengetahui hubungan waktu pengosongan tangki dengan diameter.
I.3 Manfaat
1. Agar praktikan dapat memahami prinsip dasar efflux time. 2. Agar praktikan dapat mengetahui friksi berdasarkan jenis aliran.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Secara Umum
Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah fluida itu berada dibawah pengaruh bidang batas padat atau tidak. Di daerah dimana pengaruh dinding itu kecil, tegangan geser mungkin dapat diabaikan. Dan perilaku fluida itu mungkin mendekati perilaku fluida ideal. Aliran fluida ideal dapat diberikan secara lengkap dengan menggunakan prinsip-prinsip mekanika Newton dan hukum kekekalan massa. Aliran potensial bisa terdapat pada jarak yang tidak terlalu jauh dari bidang batas padat. Aliran potensial terdapat diluar lapisan batas fluida yang sangat berdekatan dengan dinding padat itu. Aliran laminar adalh aliran pada kecepatan rendah ketika fluida cenderung mengalir tanpa pencampuran secara lateral, dan lapisan-lapisan yang berdampingan menggelincir diatas satu sama lain. Disini tidak terdapat aliran silang atau pusaran. Pada kecapatan yang lebih tinggi, terjadi keturbulenan, dan pembentukan pusaran.
(McCabe, 1993)
II. 1. 1. Jenis – Jenis Aliran Fluida
Aliran fluida secara umum diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu aliran turbulen dan aliran laminar.
a. Aliran Turbulen
b. Aliran Laminer
Aliran laminar merupakan aliran fluida yang tidak terjadi olakan dan sifatnya mendekati linear dan biasanya akibat tidak terjadinya perubahan penampang yang tiba-tiba.
Gambar 2. Aliran Laminar
Osborne Reynolds yang pertama kali menemukan dan mengklasifikasikan jenis aliran pada fluida. Apabila Reynolds number didapatkan hasil < 2000 maka aliran tersebut dinyatakan sebagai aliran Laminar Apabila Reynolds number didapatkan hasil 2000-x-4000 maka aliran tersebut dinyatakan sebagai aliran transisi Apabila Reynolds number didapatkan hasil >4000 maka aliran tersebut dinyatakan sebagai aliran Turbulence.
(Anonim, “ Aliran Laminar dan Turbilence” 2012)
II. 1. 2. Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Efflux Time Faktor-faktor yang mempengaruhi Efflux Time diantaranya : 1. Diameter, dimana diameter akan mempengaruhi debit air.
2. Ketinggian, ketinggian akan mempengaruhi kecepatan karena ketinggian akan menekan air karena semaklin tinggi air maka semakin besar tekanannya sehingga air yang keluar juga semakin besar dan semakin rendah tinggi air maka tekanannya semkain kecil dan jumlah air yang keluar semkain kecil.
4. Kecepatan aliran air, dimanabila kecepatan air semakin besar maka debit akan semakin besar pula, dan bila kecepatan air kecil maka akan kecil pula debit.
5. Luas penampang dari tempat aliran itu keluar. BIla luas penampung keluarnya zat cair tersebut makin besar maka debit semakin besar, dab begitu pula sebaliknya.
(Abdinagar, 2015)
II. 1. 3. Perhitungan Dalam Efflux Time a. Fraksi yang bekerja sepanjang pipa
Faktor gesekan akan mempengaruhi perhitungan efflux time sebab friksi yang terjadi semakin lama akan semakin besar dengan bertambahnya panjang pipa, sehingga akan mempengaruhi waktu yang diperlukan oleh zat cair untuk melewati pipa kecil. Friksi biasanya dinyatakan dalam panjang ekivalen terhadap pipa-pipa lurus. Harga f tergantung dari jenis aliran yang terjadi di dalam pipa.
a. Untuk aliran laminar dengan Re < 2100
f = ...(1) b. Untuk aliran turbulen dengan Re > 4000 untuk pipa dengan kekasaran
0,0000050
f = ...(2) Dimana :
f = koefisien gesek Nre = Bilangan Reynold
Pada tangki ada nilai panjang keseluruhan dari permukaan cairan hingga ujung pipa (z). Nilai z bergantung pada jenis aliran yang terjadi.
a. Untuk aliran laminar
b. Untuk aliran transisi dan turbulen
z = ... (4) Persamaan (3) dimasukkan persamaan didapatkan
...(5) Persamaan (4) diintegralkan dengan batas z = L + H1 - Hv sampai z = L + H2 –
Hv dari t = 0 hingga t = t, maka persamaan untuk laminar didapat :
t = – a) (H2 – H1)–
…...(6)
Untuk sistem tanpa vortex dengan a = 0, b = 0, Hv1 = 0 dan Hv2 = 0, maka :
t (7)
c. Untuk aliran tubulen dan transisi dengan cara yang sama dengan aliran laminar akan diperoleh persamaan :
c = ...(8)
Dengan menggabungkan persamaan diperoleh
...(9) Persamaan (21) diintegralkan dengan batas z = L + H1 - Hv1 sampai z = L + H2
– Hv2 dari t = 0 hingga t = t, maka
t = ( + L - - ( )
( + L
Apabila dalam percobaan diasumsikan sistem tanpa vortex maka a = 0, b = 0, Hv1 = 0 dan Hv2 = 0.
( + L - (
Adanya asumsi-asumsi yang diambil menyebabkan nilai yang diperoleh dari perhitungan tidak sama dengan t sebenarnya sehingga untuk mendapatkan t yang sama perlu dikalikan dengan suatu faktor koreksi.
...(12) Keterangan simbol dan satuan:
D = diameter (cm) f = faktor fanning
g = percepatan gravitasi (cm/s2) gc = konstanta gravitasi (g.cm.s-2) Hv = tinggi vortex (cm)
hf = gesekan L = panjang (cm)
NRe = bilangan Reynolds
P = tekanan (atm)
u = rerata kecepatan fluida (cm/s) Z = tinggi tangki hingga pipa (cm) Q = debit (cm3.s-1)
tt = waktu teoritis (s)
ts = waktu sebenarnya (s)
⍴ = densitas (g/cm3) α = energi kinetik
� = viskositas (g.cm-1.s-1) = faktor koreksi
II. 2. Sifat Bahan 1. Air
a. Sifat Fisika
1. Berat molekul : 18.02 g/mol 2. Tidak berwarna
3. Berupa cairan
4. Spesific gravity : 1 5. Titik didih : 100oC 6. Titik lelh : 0oC b. Sifat Kimia
1. Dapat bercampur dengan etil alkohol. 2. Sedikit bercampur dengan etil eter. 3. Pelarut universal.
2. NaCl
a. Sifat Fisika
1. Berat molekul : 58.44 g/mol 2. Padatan berwarna putih
3. Spesific gravity : 2.163 4. Titik didih : 1413oC 5. Titik leleh : 800.4oC b. Sifat Kimia
1. Dapat larut dalam air.
2. Sedikit larut dengan aseton dan HCl.
II. 3. Hipotesis
II. 4. Diagram Alir
Siapkan alat dan bahan
Ukur diameter pipa, panjang pipa dan diameter tangki
Pasang satu set rangkaian alat efflux time
Masukkan air ke dalam tangki dimana valve dalam keadaan tertutup
Ukur ketinggian awal dari air tersebut dengan melihatnya pada pipa penera
Buka kran dan tampung air pada ember. Kemudian pada setiap interval penurunan tinggi cairan (ΔH),
catat waktu penurunan cairan sesungguhnya
Hitung volume cairan yang tertampung dengan menggunakan volume tangki pada setiap selisih /
interval ketinggian tertentu.
Lakukan percobaan tersebut pada 3 tangki dengan variasi panjang dan diameter pipa.
BAB III
PELAKSANAAN PRAKTIKUM III.1 Bahan
1. Air
2. Larutan garam
III.2 Alat
1. Rangkaian alat efflux time 2. Stopwatch
3. Piknometer 4. Neraca analitik 5. Viskometer ostwald 6. Bola hisap
7. Penggaris 8. Ember
III.3 Gambar Alat
Gelas ukur
Neraca Analitik Viskometer Ostwald
III.5 Prosedur
1. Siapkan alat dan bahan.
2. Ukur diameter pipa, panjang pipa dan diameter tangki. 3. Pasang satu set rangkaian alat efflux time.
4. Masukkan air ke dalam tangki dimana valve dalam keadaan tertutup. 5. Ukur ketinggian awal dari air tersebut dengan melihatnya pada pipa penera. 6. Buka kran dan tampung air pada ember. Kemudian pada setiap interval
penurunan tinggi cairan, catat waktu penurunan cairan sesungguhnya. 7. Hitung volum cairan yang tertampung dengan volume tangki pada setiap
interval ketinggian tertentu.
8. Lakukan percobaan pada 3 tangki dengan variasi panjang dan diameter pipa.
9. Ulangi percobaan tersebut dengan menggunakan larutan garam. Ember
III.4 Rangkaian Alat
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV. 1. Tabel Hasil Pengamatan
Bahan Densitas (g/cm3) Viskositas (/cm s)
Air 0,9227 0.008
Garam 1.16723 0.01032
Tangki I (cm) Tangki II (cm) Tangki III (cm)
Diameter Pipa 0.8 1.7 0.7
Diameter Tangki 29.5 29.5 29.5
Panjang Pipa 37.35 42 63.4
A. Air
∆H
Tangki I
∆H
Tangki II
∆H
Tangki III t (s) Volume
(cm3) t (s)
Volume
(cm3) t (s)
Volume (cm3)
1.5 13,090 683,146 1 19.23 683.146 2 16,08 683,15
2.5 23,260 1366,293 2 43.56 1366.29 2.5 27,21 1366,29
3.5 40,020 2049,439 3 60 2049.44 3 43,31 2049,44
4.5 52,800 2732,585 4 77 2732.59 3.5 59,78 2732,59
B. Larutan Garam
∆H
Tangki I
∆H
Tangki II
∆H
Tangki III t (s) Volume
(cm3) t (s)
Volume
(cm3) t (s)
Volume (cm3)
1 14,5 683,146 1 2,04 683,146 1 32,53 683,146
2 25,08 1366,293 2 4,26 1366,293 2 28,97 1366,293
3 41,8 2049,439 3 4,63 2049,439 3 46,61 2049,439
4 59,83 2732,585 4 6,61 2732,585 4 59,8 2732,585
IV. 2 Tabel Perhitungan A. Air Tangki 1 ΔH (cm) H1 (cm) H2
(cm) ts (s) V (cm
3) Q
(cm3/s) A (cm2)
v
(cm/s) Nre f z (cm)
c
(s/cm^(3/7) tt (s) η 1 23 22 13,090 683,146 52,188 0,502 103,878 9584,842 0,032 8,219 0,032 5,262 2,488 2 22 20 23,260 1366,293 58,740 0,502 116,919 10788,098 0,031 10,109 0,032 10,678 2,178 3 20 17 40,020 2049,439 51,210 0,502 101,931 9405,216 0,032 7,952 0,032 16,424 2,437 4 17 13 52,800 2732,585 51,754 0,502 103,013 9504,968 0,032 8,100 0,032 22,726 2,323 5 13 8 330 3757.304 11.386 0.385 29.600 2502.905 0.045 1.811 0.047 40.35 8.18
Tangki 2 ΔH (cm) H1 (cm) H2
(cm) ts (s) V (cm
3) Q
(cm3/s) A (cm2)
v
(cm/s) Nre f
z (cm)
c
Tangki 3 ΔH (cm)
H1 (cm)
H2
(cm) ts (s) V (cm
3) Q
(cm3/s)
A (cm2)
v
(cm/s) Nre f z (cm)
c
B. Larutan Garam Tangki 1 ΔH (cm) H1 (cm) H2
(cm) ts (s) V (cm
3) Q
(cm3/s)
A (cm2)
v
(cm/s) Nre f z (cm)
c
(s/cm^(3/7) tt (s) η 1 23 22 14,5 683,146 47,114 0,502 93,777 8485,214 0,033 6,906 0,032 5,277 2,748 2 22 20 25,08 1366,293 54,477 0,502 108,434 9811,451 0,032 8,904 0,032 10,708 2,342 3 20 17 41,8 2049,439 49,030 0,502 97,591 8830,307 0,033 7,405 0,032 16,470 2,538 4 17 13 59,83 2732,585 45,672 0,502 90,909 8225,680 0,033 6,540 0,032 22,790 2,625 5 13 8 71,07 3415,732 48,062 0,502 95,664 8655,945 0,033 7,151 0,032 29,994 2,369
Tangki 2 ΔH (cm) H1 (cm) H2
(cm) ts (s) V (cm
3) Q (cm3/s) A
(cm2)
v
(cm/s) Nre f z (cm)
c
Tangki 3 ΔH (cm)
H1 (cm)
H2
(cm) ts (s)
V (cm3)
Q (cm3/s)
A
(cm2) v (m/s) Nre f z (cm)
c
IV. 3. Grafik
IV. 3. 1. Grafik Hubungan Antara Faktor Koreksi vs Nre
A. Tangki 1
B. Tangki 2
IV. 3. 1. Grafik Hubungan Antara Faktor Koreksi vs Penurunan Tinggi Cairan
A. Air
IV. 4. Pembahasan
Pada percobaan efflux time yang telah dilakukan, diperoleh hasil berupa waktu pengosongan tangki dengan 2 jenis cairan percobaan yang berbeda yaitu air kran dan larutan garam jenuh. Hasil pengamatan dari tabel pengamatan dan grafik di atas dapat disimpulkan jika semakin besar nilai NRe maka semakin kecil faktor koreksinya. Pada tangki berdiameter pipa paling besar 1.7 cm dan panjang pipa 42 cm memerlukan waktu lebih cepat untuk menurunkan ketinggian cairan, sedangkan tangki yang berdiamer pipa paling kecil 0.7 cm dan panjang pipa 63.4 cm memerlukan waktu paling lama dibandingkan tangki yang berdiameter pipa 0.8 cm dan panjang pipa 37.35 cm untuk menurunkan ketiggian cairan. Begitu juga hal ini berlaku pada kedua cairan percobaan. Hal ini disebabkan karena diameter tangki, diameter pipa, dan panjang pipa mempengaruhi kecepatan terhadap waktu pengosongan tangki.
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi pada praktikum ini yaitu jenis cairan, diameter tangki, diameter pipa, tinggi cairan , panjang pipa, luas penampang, kecepatan aliran, dan juga bukaan kran. Disamping hal tersebut juga ketelitian praktikan dalam mengambil data pengamatan kurang bagus sehingga hasil data yang didapatkan dari grafik masih kurang konstan.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V. 1. Simpulan
1. Pada tangki yang menggunakan pipa berdiameter 1.7 memperoleh waktu paling cepat dibandingkan tangki yang menggunakan pipa berdiameter 0.8 dan 0.7.
2. Semakin tinggi ketinggian dalam tangki maka semakin besar pula tekanan sehingga cairan yang keluar semakin cepat, semakin rendah ketinggian dalam tangki maka semakin kecil tekanan sehingga cairan yang keluar semakin lama. 3. Bukaan kran dapat mempengaruhi jenis aliran dalam percobaan, karena bukaan kran menentukan kecepatan aliran sehingga hal ini dapat berpengaruh dalam menentukan nilai NRe yang bertujuan untuk menentukan jenis aliran. 4. Semakin besar diameter pipa aliran fluida maka semakin cepat waktu yang
diperlukan untuk pengosongan tangki.
5. Semakin besar diameter dan semakin panjang pipa aliran fluida maka faktor koreksi yang dihasilkan semakin kecil.
6. Pada aliran fluida laminar, faktor koreksi yang dihasilkan lebih besar dari pada aliran fluida turbulen.
V.2. Saran
1. Praktikan harus lebih teliti dalam pengamatan ketinggian cairan dan waktu saat percobaan.
2. Praktikan sebaiknya memperhatikan dengan seksama dan teliti, pada saat memulai stopwatch dan membuka kran 1 putaran penuh serta teliti pada saat mematikan stopwatch pada ketinggian yang telah ditentukan.
DAFTAR PUSTAKA
Abdinagar, Prasetya. 2013. ”EffluxTime”. (http://prasetyabdinagar.blogspot. co.id/p/abstraksi-tujuan-percoban-efflux-time.html). Diakses pada tanggal 23 Februari 2017 pukul 07.45 WIB.
McCabe. 1993. “Unit Operations of Chemical Engineering Fifth Edition”. United States of America: Mc Graw Hill Book Company.
Perry, Robert H. dan Don W Green. 1999. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook Edisi 8. New York: McGraw Hill Book Company.
APPENDIX
1.
2.
3.
Debit air pada tangki 1 dengan beda ketinggian 1 cm 4.
7.
8.
9. f = = 0.032
10.
11. = 8.2194/7 / 103.878 cm/s = 0.032 s/cm3/7
12.
13. = 13.09/5.262 = 2.488
