Makalah Aliran Fluida Incompressible (tak mampu mampat)

(1)

MAKALAH ALIRAN FLUIDA

MAKALAH ALIRAN FLUIDA INCOMPRESSIBL

INCOMPRESSIBLE

E

ALIRAN FLUIDA

Oleh :

1.

Febri wahyudi

NIM : 090307017

2.

Harlinda mastura S

NIM : 090307004

3. 3.

M. Iqbal

NIM : 090307010

4. 4. Su

Sugi

giha

hart

rto

o

NIM : 090307021

PROGRAM STUDI MIGAS

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE

(2)

KATA PENGANTAR

Assalamuallaikum.Wr.Wb

Puji syukur kita panjatkan ke hadirat Allah SWT yang maha pengasih lagi maha bijaksana yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada kami, sehingga kami bisa menyelesaikan makalah kami yang berjudul “Aliran fluida incompressible” ini. Makalah ini kami buat dengan sepenuh kemampuan yang kami miliki.

Makalah ini dibuat oleh seluruh anggota kelompok IV(empat).Kami menyelesaikan makalah ini selama 2 minggu dan kami berharap makalah ini dapat dipertimbangkan dengan baik oleh para pembimbing dan juga semoga makalah ini bisa berguna dengan baik sesuai dengan fungsinya.

Penghargaan setinggi-tingginya kami sampaikan pada semua pihak yang telah membantu sehingga tersusunnya makalah ini,semoga menjadi amal kebaikan dan mendapatkan pahala setinggi-tingginya dari Allah SWT.Amin.

(3)

Penulis

I. JUDUL PERCOBAAN : ALIRAN FLUIDA

II. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS :

Setelah melakukan praktikum ini, mahasiswa diharapkan dapat : – Mempelajari fenomena-fenomena yang terjadi pada aliran fluida – Dapat menghitung panjang total pipa, panjang equivalen pipa,

kecepatan laju alir fluida (V), angka Reynold (Nre), hubungan

antara Nre dengan koefisien gerak darcy ( λ

), luas basah pipa

(Apipa) dan daya pompa

– Membuat deskripsi dari rangkaian pipa yang menjadi objek pada percobaan ini lengkap dengan elbow, valve, pompa dan lain-lain

III. DASAR TEORI :

Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen. Bila bentuk suatu massa fluida akan diubah, maka di dalam fluida akan terbentuk lapisan-lapisan hingga mencapai suatu bentuk baru. Pemahaman tentang fluida sangat penting untuk dapat menyelesaikan soal-soal pergerakan fluida melalui pipa, pompa dan peralatan proses atau alat ukur laju alir pada fluida.

Fluida dapat digolongkan menjadi dua bagian, yaitu :

a. Fluida tak mampu mampat (Incompressible), yaitu : densitas fluida hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang besar terhadap tekanan dan suhu.

(4)

b. Fluida mampu mampat (Compressible), yaitu : fluida yang apabila diberi gaya tekanan, maka volume dan suhunya akan mengalami perubahan.

Contoh : Gas

3.1 Laju Alir Fluida dan Alat Ukur Laju Alir

Laju alir fluida dalam pipa dapat diukur secara langsung maupun tidak langsung. Alat ukur laju alir secara umum disebut dengan flowmeter. Jenis-jenis flowmeter, diantaranya : piston, oval-gear disk, rotary-vane type, orifice plate, venturi tube, flow nozzle, pitot tube, elbow, rotarmeter dan lain-lain. sedangkan untuk mengatur besar kecilnya aliran tersebut digunakan katup atau Valve. Gambar beberapa contoh Valve, (lampiran). Prinsip kerja setiap pengukur aliran tersebut didasari oleh prinsip fisika yang sama, yaitu peningkatan kecepatan menyebabkan penurunan tekanan. Perbedaan antara pengukur aliran tersebut hanya masalah harga, keakuratan dan seberapa dekat bekerjanya alat ini mengikuti asumsi-asumsi aliran yang diidealkan.

3.2 Bilangan Reynold dan Jenis Aliran

Angka Reynold mempelajari kondisi dimana suatu jenis aliran berubah menjadi aliran jenis lain dan menemukan bahwa kecepatan kritis, dimana aliran laminair berubah menjadi aliran turbulen tergantung dari 4 buah besaran, yaitu : diameter tabung, viscositas, densitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair.

Bilangan Reynold yaitu perbandingan antara inersia dan gaya gesek. Laju alir dan berat jenis adalah gaya inersia, sedangkan diameter pipa dan viscositas adalah gaya gesek

NRe = ν µ ρ DV V D. . . =

(5)

V = Kecepatan aliran

v = Viscositas kinematik zat cair (1 m2_{/det = 10,7639} ft/det)

μ = Viscositas zat cair ρ = Densitas zat cair

Aliran fluida didalam pipa terbagi menjadi dua,yaitu :

a. Aliran Laminair, adalah aliran fluida yang mengalir secara halus dengan kecepatan aliran yang rendah disepanjang pipa dan mempunyai profil kecepatannya berbentuk parabola. Aliran laminair mempunyai angka Reynold kurang dari 2100

b. Aliran Turbulen, adalah aliran yang terjadi pada kecepatan tinggi atau viscositas rendah, aliran akan terpecah menjadi pusaran-pusaran yang bergerak sepanjang pipa dengan kecepatan rata-rata yang sama. Aliran turbulen memiliki nilai bilangan Reynold diatas 3000

3.3 POMPA

Salah satu alat untuk memindah fluida dari suatu tempat ketempat yang lain disebut pompa. Pompa digunakan dalam sistem aliran untuk meningkatkan energi mekanik fluida yang mengalir dengan tujuan mempertahankan aliran. Pada pompa, densitas fluida konstan dan besar. Perbedaan tekanan biasanya cukup besar. Daya pompa (P) yang diberikan kepada penggerak pompa dari sumbu luar atau dihitung dari laju aliran massa dan tinggi tekan yang dibangkitkan pompa (Pf) dan effisiensi pompa (η).

η Pf P =

Keterangan ;

P = Daya pompa

Pf = Daya yang diberikan kepada penggerak pompa η = Effisiensi pompa

(6)

Istilah-istilah yang terdapat pada pompa, antara lain:

a. Disharge head ialah jarak antara pusat pompa kepermukaan cairan paling atas

b. Suction head ialah antara pusat pompa kepermukaan cairan pada posisi bawah dari atas pusat pompa

c. Suction leaf ialah jarak antara pusat pompa ke permukaan cairan di bawah pusat pompa

d. Total head ialah jarak total permukaan cairan

Suction Leaf Discharge head (a) Suction head Total head Discharge head (b)

Gbr 1 (a),(b). Posisi pompa terhadap tangki dalam aliran fluida

3.4 Menentukan Debit

T H A

Q = .

Keterangan, Q = Debit (m3_/det) A = Luas basah (m2₎ H = Tinggi air (m)

(7)

T = Waktu jatuh (detik)

3.5 Menentukan Kehilangan Tinggi Tekan pada Pipa Lurus 1. Rumus Darcy

g

V

d

h g s

2 2  λ =

Keterangan, hgs = Kehilangan tinggi tekan

λ

= Koefisien gesek Darcy

 = Panjang pipa V = Kecepatan aliran D = Diameter pipa g = Percepatan gravitasi 2. Rumus Strickler 3 / 4 2 2 . . . . h st E R K V I hgs ₌  ₌ 

Keterangan, hgs = Kehilangan tinggi tekan

Kst = Koefisien gesek Strickler



= Panjang pipa

V = Kecepatan aliran

Rh = Radius hidrolik

(8)

3.6 Hubungan antara Bilangan Reynold dengan Koefisien Gesek Darcy Rumus Blassius : . Re 316 , 0 25 . 0 = λ

IV. BAHAN DAN ALAT PERCOBAAN : a. Bahan Kimia :

– Air

a. Alat Yang dipergunakan : – Seperangkat pipa aliran air

– Jangka sorong

– Meteran/Mistar ukur

(9)

VI. PROSEDUR KERJA

I. pipa

– Pipa aliran air yang berada pada point (V) atau di ruangan operasi distilasi dijadikan objek untuk pratikum dengan mengambil variasi dari diameter pipa, sambungan pipa, letak pompa dan ketinggian tangki air

– Pratikan mengukur Outside diameter pipa yang ada dengan menggunakan jangka sorong dan mengukur panjang pipa dengan meteran/mistar

– Aliran dalam pipa ditentukan debit air sebesar m3_/det

– Data yang diperoleh pratikan, dijadikan sebagai informasi dalam menyelesaikan perhitungan, antaranya :

1. Panjang total pipa, 2. Panjang equivalen,

3. Kecepatan aliran air (V), 4. Bilangan Reynold (Nre),

5. Hubungan antara Nre dan Koefisien Gesek Darcy ( λ

(10)

I. Pompa

– Objek dapat diambil pada gambar 1.a,b, mengenai letak pompa

terhadap tangki air (disesuaikan dengan kondisi laboratorium) – Tentukan debit air ( m3_/det)

– Ukur panjang pipa, diameter pipa dari tangki isapan pompa dan

buangan dari pompa ketangki air penampungan

– Ukur tinggi tangki dari pusat pompa ketangki penampungan

(discharge head), suction head dan total head

– Tentukan daya pompa, laju alir dan head loss

VII. Keselamatan Kerja

Dalam melakukan pratikum ini mahasiswa diharapkan tetap memperhatikan tentang keselamatan dan kesehatan kerja (K3), antara lain dalam mengukur ketinggian letak tangki, pipa dengan

menggunakan tangga atau memanjat, dan menggunakan pompa.

Dalam hal ini disarankan menggunakan alat pelindung diri (APD), antara lain : helmet, safety belt, glove dan lain-lain.

VIII. DATA PENGAMATAN

Data yang perlu diambil antara lain : panjang pipa, Jumlah elbow, Tee, gate dan lain-lain, Diameter pipa luar

Tabel 8.1 Data pengamatan pada pipa No Pip a Panjang pipa (ft) Diamet er luar pipa (in) Tinggi pipa (m) Jumla h elbow (buah ) Jumla h Tee (buah ) Jenis katup

(11)

1 2 3 4 5 1,77 5,67 0,88 1,24 1,28 1,96 2,00 1 1 Gate Valve

Catatan : Salah satu Contoh data pengamatan berdasarkan gambar point V

Tugas : 1. Lengkapi tabel diatas

2. Panjang total pipa, 3. Panjang equivalen,

4. Kecepatan aliran air (V), 5. Bilangan Reynold (Nre),

6. Hubungan antara Nre dan Koefisien Gesek Darcy (

λ

) dan

7.Gambarkan perangkat pipa aliran air yang digunakan

Tabel 8.2 Data pengamatan pada pompa

No Komponen Suction Head Discharge

Head 1 2 3 4 5 6 7 Tinggi Tangki (ft) Panjang Pipa (ft) Diameter Pipa (in) Tekanan (Psi)

Kecepatan aliran (ft/det) Rugi Gesekan (ft-lbf/lb) Effisiensi Pompa (%) Tugas :

1. Lengkapi tabel berdasarkan objek (gbr 1 (a),(b)) 2. Hitung Daya Pompa

(12)

1. Dari hasil percobaan yang diperoleh, Tentukan apakah sistem menghasilkan aliran laminair atau aliran turbulen ? 2. Bagaimana hubungan Bilangan Reynold dan Darcy?

(Tampilkan dalam bentuk grafik)

DAFTAR PUSTAKA

McCabe, W.L., Smith. J.C., dan Harriott. P., Unit Operaration in Chemical

Engineering, ed. 4. McGraw-Hill. New York, 1985

Gean Koplis, C.J.,Transport Processes and Unit Operations, eds. 2, Allyn and Bacon, inc., 1978

Munson and Young ., Fundamentals of Fluid Mechanics, eds. 4. Jakarta, Erlangga 2004

TAKARIR

– Compressible = aliran mampu mampat,yaitu aliran yang mengalami perubahan volume dan suhu jika diberikan tekanan – Fluida = zat alir (cair,gas dan udara)

– Glove = alat pelindung tangan (sarung tangan) – Helmet = alat pelindung kepala (helm)

– Incompressible = aliran tak mampu mampat, yaitu densitas fluida tidak mengalami perubahan yang bearti (dpt diabaikan) saat tekanan dan suhu mengalami perubahan yang besar

– Laminair = aliran yang mengalir dengan kecepatan aliran rendah (NRe < 2100)

– Safety belt = alat pelindung diri dari ketinggian

– Turbulen = aliran yang mengalir dengan kecepatan aliran tinggi (NRe>3000)

LAMPIRAN I

(13)

No Panjang total pipa (ft) Panjang eqivalen (ft) Kecepa tan aliran (m/jam) NRe

λ

1 2 3 dst 30,18 70 9090,91 963,64 0,043 Contoh Perhitungan :

1. Panjang pipa total adalah Penjumlahan seluruh panjang pipa dan

panjang eqivqlen

Missal panjang pipa (L),maka : L total = (L1+ L2+ L3+…) + Leqivalen

Ltotal = 30,18 ft

2. Panjang Eqivalen

Leq = Lpipa x Jumlah Elbow

Leq = 5 x 14 Leq = 70 ft 3. Kecepatan Aliran (V) 2 4 / 1 D Q V Π = Diketahui OD = 2,4 in dan ID = 2,067 in = 0,053 m 2 3 3 ) 10 8 , 2 ( 4 / 1 / 20 m x jam m V ₋ Π = V = 9090,91 m/jam

(14)

4. Bilangan Reynold (Nre) NRe = µ ρ . ._V D NRe = 5 , 0 ) 91 , 9090 )( 053 , 0 )( 1 ( NRe = 963,64

5. Koefisien gesek Darcy (

λ)

. Re 316 , 0 25 . 0 = λ . 64 , 963 316 , 0 25 . 0 = λ = 0,043

Tabel 2. Hasil Pengolahan Data Pada Pompa

No Komponen Suction Head Discharge

Head 1 2 3 4 5 6 7 Tinggi Tangki (ft) Panjang Pipa (ft) Diameter Pipa (in) Tekanan (atm)

Kecepatan aliran (ft/det) Rugi Gesekan (ft-lbf/lb) Effisiensi Pompa (%) -5 3 1 3 -50 10 2 1 6,61 10 60 Contoh Perhitungan :

(15)

– Daya pompa

– Tekanan yang diberikan pompa adalah

η ρ _p c b a a b W g V V P P − = − + 2 2 2 17 , 32 2 61 , 6 3 37 , 62 84 , 1 ) 6 , 0 ( 2 2 x x W _p = − Wp = 47,9 lbf /ft2

– Daya pompa adalah hasil kali Wp dan laju aliran massa dibagi

factor konversi, 1 Hp = 550 ft-lbf /det

m = 0,0513 x 3 x 1,84 x 62,37 = 17,66 lb/det

Sehingga daya pompa :

550 p mW P = 550 1 , 101 66 , 17 x P = P = 3,25 hp

DAFTAR PUSTAKA

(16)

McCabe, W.L., Smith. J.C., dan Harriott. P., Unit Operaration in Chemical

Engineering, ed. 4. McGraw-Hill. New York, 1985

Gean Koplis, C.J.,Transport Processes and Unit Operations, eds. 2, Allyn and Bacon, inc., 1978

Munson and Young ., Fundamentals of Fluid Mechanics, eds. 4. Jakarta, Erlangga 2004