BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang
Penggunaan efflux time dalam dunia industri banyak dijumpai pada pemindahan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan pipa tertutup serta tangki sebagai penampung fluida, salah satu contohnya adalah dalam pengosongan cairan minyak di dalam tangki. Cairan mengalir dari tangki penampung ke pipa karena gaya berat cairan itu sendiri. Tangki penampung cairan biasanya diletakan pada ketinggian tertentu sehingga cairan mudah mengalir, cukup dengan gaya berat itu sendiri. Pemompaan digunakan untuk mengatur debit cairan yang keluar dari tangki penampung.
Operasi dalam industri kimia, biasanya berlangsung secara kontinyu, sehingga ketinggian cairan setiap saat didalam tangki dapat diketahui dengan menghitung waktu penurunan cairan. Hal ini dapat menghemat biaya pemompaan. Pada proses yang tidak kontinyu, tinggi permukaan cairan pada tangki penampung setiap saat dapat diketahui dengan menghitung waktu penurunan cairan dengan percobaan menggunakan alat (tangki) kecil asalkan L/D-nya sama dengan tangki untuk operasi sesungguhnya. Jadi, pengetahuan tentang efflux time sangat diperlukan dalam industri kimia, terutama industri yang menggunakan bahan cair. Dalam percobaan hal pertama yg dilakukan adalah melarutkan garam dalam air kemudian diukur densitas dan viskositasnya. Larutan garam dimasukkan kedalam tangki. Ukur tinggi larutan mula-mula dan catat waktu penurunannya sesuai dengan variabel penurunan tinggi larutan yang telah ditentukan. Lakukan juga percobaan tersebut untuk air
Percobaan ini bertujuan untuk menentukan nilai faktor koreksi terhadap waktu pengosongan tangki berbagai pipa dengan penurunan cairan, gravitas, densitas, viskositas dapat mempengaruhi perhitungan efflux time.
I.2. Tujuan
1. Menentuan nilai faktor koreksi pada waktu pengosongan tangki 2. Mengetahui pengaruh faktor gesekan terhadap efflux time 3. Menentukan nilai waktu penurunan cairan
I.3. Manfaat
1. Agar praktikan dapat menghitung kecepatan aliran pada pipa
2. Agar praktikan dapat menghitung bilangan reynold (Nre) untuk menentukan jenis aliran yang terjadi
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA II.1. Aliran
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. Yaitu tak-mampu mapat dan mempunyai viskositas nol. Aliran fluida demikian disebut aliran potensial dan dapat diberikan secara lengkap dengan menggunakan prinsip-prinsip mekanika newton dan hukum kekekalan massa
Aliran potensial mempunyai dua ciri-ciri pokok : (1) Dalam aliran itu tidak terdapat sirkulasi atau pusaran (eddy), sehingga aliran potensial itu biasa disebut aliran iratasional (aliran tak-putar). Dan (2) dalam aliran itu tidak terdapat gesekan, sehingga tidak ada disipasi (pelepasan) dari energi mekanik menjadi kalor. Kebanyakan proses aliran dalam bidang teknik kimia dapat dikajoi dengan baik dengan menganggap arus fluida itu terdiri dari dua bagian, yaitu lapisan batas dan fluida selebihnya.
A. Aliran Laminer
Pada kecepatan rendah, fluida cenderung mengalir tanpa pencampuran secara lateral, dan lapisan – lapisan yang berdampingan menggelincir di atas satu sama lain. Disini tidak terdapat aliran silang atau pusaran (eddy). Rejim ini disebut aliran laminer (laminar flow). Pada kecepatan yang lebih tinggi, terjadi keturbulenan dan pembentukan pusaran yang menyebabkan terjadinya pencampuran lateral
B. Keturbulenan
Pada laju-aliran rendah, penurunan tekanan di dalam fluida akan bertambah secara langsung menurut kecepatan fluida, pada laju tinggi pertambahan itu jauh lebih cepat lagi, yaitu kira-kira menurut pangkat dua kecepatan. Reynolds menemukan bahwa, pada laju aliran rendah, air tersebut mengalir tanpa gangguan
bersama dengan aliran umum dan tidak terlihat adanya campur-silang. Perilaku pita-warna ini menunjukkan dengan jelas bahwa air tersebut mengalir menurut garis lurus yang sejajar dan bahwa aliran tersebut laminar. Bila laju aliran ditingkatkan, akan dicapai suatu kecepatan yang disebut sebagai kecepatan kritis, di mana benang-warna tersebut menjadi bergelombang, dan berangsur-angsur hilang karena zat-warna tersebut tersebar secara seragam di dalam keseluruhan penampang aliran air. Perilaku air-berwarna tersebut menunjukkan bahwa air tidak lagi mengalir menurut gerakan laminar, tetapi bergerak ke mana-mana dalam bentuk aliran silang dan pusaran. Gerakan jenis ini dinamakan aliran turbulent (turbulent flow). (McCabe 1986)
II.2. Efflux Time
Efflux time merupakan waktu yang diperlukan untuk pengosongan cairan didalam tangki melalui pipa vertikal, karena pengaruh gaya beratnya. Sebagian besar industri mengalirkan cairan dari tempat penampungannya dengan pengaruh gaya gravitasi karena tinggi permukaan cairannya. Sehingga perlu pengukur tinggi permukaan teoritis melalui rumus pendekatan dari penurunan rumus prinsip dasar teori aliran fluida dinamis dalam aliran vertikal
II.3. 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. 3. Lamanya waktu yang diberikan dimana bila waktu yang diberikan semakin
lama maka debit akan kecil dan bila waktu yang diberikan semakin cepat maka debit akan semakin besar.
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, dan begitu pula sebaliknya.
Aliran teoritis dari sebuah tangki besar yang melalui lubang relatif kecil dengan bias a pada kedalaman h di bawah permukaan bebas dapat dicari dengan prinsip dari kekekalan energi. Misalkan tangki terbuka ke atmosfer, tekanan pada permukaan bebas maupun pada lubang adalah atmosferik dandengan demikian persamaan Bernouli memberikan :
h=v
2
2 g
v adalah kecepatan pengeluaran teoritis dan h adalah Z1 dan Z2 dalam persamaan
Bernouli. Kecepatan pengeluaran sebenarnya adalah : Q=Cd A
√
2 ghKeterangan :
Cd : koefiisien pengeluaran. Q : cepat aliran/debit air
A : luas penampang yang dilalui fluida √2gh : kecepatan pengeluaran teoritis
Cepat aliran / debit air adalah volume fluida yang dipindahkan tiap satuan waktu :
Q= A × v atau A1v1=A2v2 Keterangan :
Q : Cepat aliran/Debit air (m3/s)
V : kecepatan fluida (m/s)
II.4. Gaya yang Berpengaruh pada Efflux Time
Gaya-gaya yang berpengaruh pada efflux time adalah sebagai berikut: 1. Gaya 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 atau kehilangan tekanan aliran. Jenis gesekan ini dikenal dengan dengan gesekan aliran dan besarnya tahanan itu sendiri di ukur dengan koefisien gesekan,f.
Pada awalnya percobaan mengenai gesekan aliran dilakukan oleh Froude yang menyimpulkan bahwa :
a. Besarnya gesekan berbanding lurus dengan pangkat dua dari laju aliran b. Hambatan karena gesekan bervariasi tergantung kepada kekasaran pipa
2. Gaya Tekan
Gaya tekan bergantung pada besarnya tekanan dan luasan permukaan yang dikenai tekanan dengan persamaan :
Fp=P× A Keterangan : Fp : gaya tekan P : tekanan A : Luas penampang 3. Gaya Berat
Gaya berat bergantung pada massa dan percepatan gravitasi (Abdinagar, 2015)
II.5. Angka Reynolds dan Transisi dari Aliran Laminer ke Turbulen
Dalam penelitiannya, Reynolds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran berubah menjadi aliran jenis lain, dan bahwa kecepatan kritis, dimana aliran laminar berubah menjadi aliran turbulen. Keadan ini bergantung pada
empat buah besaran yaitu : diameter tabung, viskositas, densitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair. Lebih jauh ia menemukan bahwa ke empat faktor itu dapat digabungkan menjadi suatu gugus, dan bahwa perubahan macam aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus itu. Pengelompokan variabel menurut penemuannya itu adalah :
Nℜ=D v ρ μ Dimana :
D = Diameter pipa ( m )
v = Kecepatan rata-rata zat cair ( m / s ) μ = Viskositas zat cair ( kg / m.s ) ρ = Densitas zat cair ( kg / m3)
(Mc.Cabe, 1986)
Jenis aliran flida dapat di ketahui dengan menggunakan bilangan peynold (Re). Untuk aliran laminer Re<2100. Untuk aliran terbulen Re>4000 dan dengan pipa kekasaran 0,000.005.
Faktor yang bekerja sepanjang pipa,akan Menyebabkan penurunan head(tenaga persatuan berat).fluida yang mengalir sepnjang pipa.rumus penuruna head di ajukan ole D’archy sebagai berikut:
H= f l v 2 g Dp
Harga f tergantung dari jenis aliran yang terjadi di dlam pipa.untuk aliran laminer (Re <2100) f =64 ℜ Dengan ℜ=p v d m
Untuk aliran turbulen,dengan Re>4000 dan pipa dengan kekasaran 0,000005
F=4.0,0791 ℜ0,25
Adapun variabel -variabel Yang berpengaruh pada waktu pengosongan tangki (t) adalah:
a. Tinggi cairan dalam tangki (h) b. Panjang pipa (l) c. Diameter tangki (Dt) d. Diameter pipa (Dp) e. Percepatan gravitasi (g) f. Viseositas fluida (µ) g. Densitas fluida (ρ)
II.6. Faktor Koreksi
Harga faktor koreksi merupakan fungsi dari besaran-besaran yang berpengaruh, besar peubah yang di tinjau adalah L (panjang) dan D (diameter).
η=ts tt
Untuk mendapatkan waktu sebenarnya (ts) yaitu saat melakukan percobaan, sedangkan untuk mendapatkan waktu secara teoritis dari sebuah persamaan dengan hubungan antara debit (Q), tinggi tangki (h), waktu (t), dan luas penampang tangki (At). (Madang, 2011)
BAB III
PELAKSANAAN PRAKTIKUM III.1. Bahan yang Digunakan
1. Air Ledeng 2. Larutan Garam
III.2. Alat yang Digunakan 1. Rangkaian alat efflux time 2. Gelas ukur 3. Piknometer 4. Viskometer ostwald 5. Ember 6. Penggaris 7. Stopwatch
III.3. Gambar Alat
Gelas Ukur Ember Stopwatch
Viskometer Ostwald Piknometer Penggaris
III.4. Prosedur
1. Menyiapkan serangkaian alat efflux time
2. Isi tangki dengan air hingga menunjukkan angka 19
3. Hitung volume dan waktu air yang keluar dengan variabel yaitu 19 – 16, 16 – 13, 13 – 10, 10 – 7, 7 – 4
4. Lakukan percobaan diatas dengan 3 tangki yang memiliki perbedaan diameter pipa
5. Ulangi percobaan tersebut dengan menggunakan larutan garam 6. Hitung viskositas dan densitas larutan garam
BAB IV
BAB V
DAFTAR PUSTAKA
Abdinagar, Prasesta. 2015. “Efflux Time” (prasestaabdinagar.blogspot.co.id /p/abstraksi-tujuan-percobaan-efflux-time.html) diakses pada tanggal 15 November 2015 pukul 16.29 WIB
Madang, Fatwah M. 2011. “Efflux Time” (mfatwah.file.wordpress.com/2011/04 /efflux-time.docx) diakses pada tanggal 15 November 2015 pukul 16.35 WIB
