BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada percobaan ini dirancang aliran fluida cair secara tertutup yaitu melalui sistem perpipaan dari tempat rendah ke tempat yang lebih tinggi dengan bantuan tenaga pompa. Pada sistem perpipaan, selain pipa lurus yang datar dan tegak, dilengkapi fitting berupa kran, bengkokan, perbesaran, pengecilan sambungan dan manometer.
Cairan yang dialirkan ialah air yang ditampung di dalam tangki, sehingga bisa di
recycle. Aplikasi perpindahan masa bisa menghitung debit aliran dengan mengatur kran,
sedangkan aplikasi perpindahan momentum dari semburan tenaga pompa yang bisa mengalirkan cairan bisa dihitung hilang tekan pada pipa-pipa maupun fitting.
1.2. Rumusan Masalah
Pada praktikum aliran fluida ini sudah disediakan rangkaian alat berupa tangki air, pompa dan sistem perpipaan termasuk manometer sebagai alat urkur hilang tekan (pressure drop). Sehingga praktikan diharapkan mampu mengoprasikan alat dan menghentikan kembali, serta mencari data, merubah debit aliran yang berkaitan dengan perhitungan laju alir, bilangan Reynold, hilang tekan, friksi dan faktor friksi pipa lurus maupun panjang ekivalen fitting.
1.3. Tujuan Percobaan
Tujuan dari praktikum ini adalah:
1. Mampu mengoperasikan alat percobaan dan menghentikan kembali.
2. Dapat mengukur debit dan menghitung laju alir dengan menggunakan alat ukur yang ada.
3. Dapat menghitung bilangan Reynold pada setiap perubahan debit aliran.
4. Dapat menghitung hilang tekan (pressure drop) dari aliran dengan membaca beda tinggi manometer.
5. Dapat menganalisa dan mengumpulkan hasil percobaan, dengan menghitung friksi dan faktor friksi pipa, panjang ekuivalen kran (valve), pembesaran (sudden
enlargement), pengecilan (sudden contraction), bengkokan (elbow) dan
6. Mampu membuat laporan praktikum secara tertulis.
1.4. Manfaat Percobaan
Dengan melakukan percobaan aliran fluida diharapkan praktikan memiliki keterampilan dalam mengoprasikan aliran pluida pada sistem perpipaan, mengatur debit, membaca alat ukur (manometer) dan menghitung faktor friksi dan panjang ekivalen dari fitting.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Fluida
Fluida / zat alir adalah zat yang bisa mengalir, zat cair dapat mengalir dengan sendirinya dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah atau tekanan tinggi ke tekanan rendah. Sedang gas mengalir sendiri dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Bila tidak memenuhi persyaratan tersebut, maka untuk mengalirkan fluida harus direkayasa dengan penambahan tenaga dari luar. Untuk zat cair menggunakan pompa, gas menggunakan fan, blower atau kompressor.
2.2. Klasifikasi Aliran Fluida
Ditinjau pengaruh yang terjadi bila fluida mengalami perubahan tekanan, dibagi menjadi 2 jenis , yaitu :
1. Fluida tak mampat (incompressible); apabila terjadi perubahan tekanan tidak mengalami perubahan sifat fisik, missal volume tetap sehingga rapat massa (
density) juga tetap. Jenis fluida ini adalah fluida fase cair stabil, misalnya : air,
air raksa, minyak dan cairan lain.
2. Fluida mampat (compressible); apabila terjadi perubahan tekanan akan mengalami perubahan volume, sehingga mengalami perubahan rapat massa. Jenis fluida ini adalah fluida fase gas, misalnya : udara, steam, dan gasgas lain. Dalam percobaan ini, dilakukan untuk aliran fluida cair. Ditinjau dari kekentalannya, zat cair dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :
1. Fluida Newton (Newtonian fluid)
Yaitu zat cair yang dalam keadaan mengalir, antara tegangan geser (shear
stress) yang terjadi memberikan hubungan linier /garis lurus dengan deformasi
kecepatan / gradien kecepatan dari pola alirannya, yang termasuk ini adalah fluida yang kekentalannya rendah/ encer.
2. Fluida Non Newton (Non Newtonian fluid)
Yaitu bila zat cair yang mengalir memberikan hubungan yang tidak linier (kurva lengkung) , yang termasuk ini adalah fluida kental (pekat).
Aliran fluida cair dalam pipa, bila ditinjau dari kestabilan kapasitas atau debitnya, dibagi 2 yaitu :
1. Aliran dalam keadaan stabil (steady state), apabila debitnya selama waktu yang ditinjau adalah tetap.
2. Aliran dalam keadaan tak stabil (unsteady state), apabila debitnya tidak tetap/ berubah.
Sedangkan tipe aliran bila ditinjau dari olakan yang terjadi, dibagi 2 yaitu :
1. Aliran laminar; bila partikel fluida bergerak dalam lintasan lintasan yang paralel, dengan kecepatan rendah sehingga tidak terjadi arus olakan.
2. Aliran turbulen; bila partikel fluida bergerak dalam lintasan lintasan tak teratur dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi arus olakan.
Untuk mengetahui tipe aliran fluida dalam pipa, yang paling mudah dengan menghitung bilangan Reynold (Re).
Dimana, Di = diameter dalam pipa ρ = rapat massa fluida
V = laju alir fluida μ = viskositas fluida
Ketentuan aliran fluida dalam pipa : Re < 2000 tipe aliran laminar Re 20003000 transisi
Re > 3000 tipe aliran turbulen
Sistem pemipaan untuk aliran fluida, disamping pipa lurus juga dilengkapi dengan fitting, antara lain : sambungan pipa, bengkokan, pembesaran, pengecilan, kran dan sebagainya. Pada fluida yang mengalir dalam pipa. Dari neraca massa diperoleh persamaan kontinyuitas yang intinya kapasitas massa atau debit tetap, sedang dari neraca
tenaga diperoleh persamaan tenaga yang sering disebut sebagai persamaan Bernoulli, yaitu : Keterangan :
= beda tenaga dakhil
= beda tenaga potensial
= beda tenaga kinetis
= beda teanga tekan
= efek panas yang terjadi
= jumlah kehilangan tenaga akibat friksi yang terjadi
= tenaga yang diberikan dari luar missal melalui tenaga pompa
2.3. Hasil Percobaan
2.3.1. Faktor Friksi Pipa Panjang
Jumlah tenaga hilang akibat friksi, berasal dari friksi pipa lurus ditambah friksi dari fitting Friksi pipa lurus bisa menggunakan persamaan Fanning atau persamaan D’Arcy, untuk keperluan teknis praktis biasanya menggunakan persamaan D’Arcy :
f = factor friksi D’Arcy
Merupakan fungsi dari bilangan Reynold dan kekasaran relative permukaan dalam pipa.
f = (Re, /D )
D = diameter dalam pipa
V = laju alir
Dalam rangkaian alat hanya digunakan 1 jenis pipa maka /D konstan. Sehingga dari hasil percobaan bisa diperoleh hubungan antara f dengan Re hasil pipa besar maupun pipa kecil dibuat grafik. Sedang friksi fitting dihitung, dengan menyatakan panjang ekuivalen fitting terhadap pipa lurus.
2.3.2. Panjang Ekivalen Pipa
Panjang ekuivalen fitting (Le) adalah ekuivalensinya terhadap panjang pipa lurus yang diameternya tertentu yang memiliki besar friksi yang sama. Dengan demikian perhitungan friksi fitting bisa menggunakan persamaan D’Arcy :
Dari hasil percobaan pada sikap harga Re bisa peroleh harga f sehingga bisa di hitung harga Le. Kemudian dihitung Le ratarata dan angka tak berdimensi dinyatakan dalam Le/D untuk masingmasing fitting. Kehilangan tenaga akibat friksi, baik pipa lurus maupun fitting bisa di hitungan dari kehilangan tekanan ( pressure drop ) yang dihitung dari penunjukan alat ukur yang digunakan, missal : manometer.
R = manometer reading (beda tinggi permukaan) fluida pengukur , misal air raksa = rapat massa fluida pengukur, missal air raksa
BAB III
METODE PERCOBAAN
3.1. Rancangan Percobaan 3.1.1. Rancangan Praktikum
1. Alat yang digunakan adalah sistem pengaliran fluida cair (air) secara tertutup, melalui sistem perpipaan yang terdiri dari pipa lurus, fitting dan pompa. 2. Sistem perpipaan dilengkapi dengan sistem recycle yang dimaksudkan agar
kerja pompa stabil. Sistem juga dilengkapi dengan kran-kran yang digunakan untuk mengatur debit yang selanjutnya atau digunakan untuk menghitung laju alir dan bilangan Reynold.
3. Dipasang manometer untuk mengetahui besarnya hilang tekan pada pipa lurus maupun fitting pada setiap harga bilangan Reynold yang divariasi.
4. Menghitung faktor friksi pada pipa lurus dan panjang ekivalensi pada fitting.
3.1.2. Penetapan Variabel
Variabel berubah : debit/laju alir
3.2. Alat dan Bahan Percobaan
Bahan : Air
Alat yang digunakan dalam percobaan aliran fluida , dibagi dalam 2 bagian, yaitu : A. Rangkaian alat utama, yang terdiri dari :
1. Bak air 2. Pompa
3. Sistem pemipaan yang terdiri : pipa lurus, sambungan, bengkokan, kran, pembesaran, pengecilan.
4. Manometer dengan media pengukur air raksa. B. Peralatan pembantu ,yang terdiri dari :
1. Picnometer ; untuk menentukan rapat massa 2. Stopwatch ; untuk mengukur waktu
3. Gelas ukur 500 ml ; untuk mengukur volume 4. Jangka Sorong ; untuk mengukur diameter pipa
3.3. Gambar Alat Utama
Gambar 3. 1 Rangkaian Alat Percobaan Keterangan gambar :
A. Bak air B. Pompa
C. Sistem Pemipaan
D. Kran Recycle sering disebut Bypass Keterangan alat ukur / manometer :
1. Kran
2. Pembesaran pipa 3. Bengkokan pipa 4. Pipa lurus datar 5. Sambungan pipa 6. Pengecilan pipa 7. Pipa lurus datar 8. Pipa lurus vertical 9. Pipa lurus datar
3.4. Prosedur Percobaan
Tata Kerja percobaan dapat dibagi 2 tahap : A. Tahap Persiapan
1. Penentuan diameter pipa
2. Penentuan rapat massa cairan yang akan digunakan untuk percobaan 3. Merakit rangkaian alat percobaan
B. Tahap Operasi
1. Periksa kran bypass dalam keadaan terbuka, dan kran sistem pipa (1) dan krankran manometer tertutup
2. Hidupkan pompa dan tunggu sampai laju alir konstan.
3. Buka kran sistem pipa (1) sedangkan krankran manometer tetap tertutup tunggu hingga laju alir cairan keluaran sistem pipa stabil.
4. Buka kran manometer perpasang dan periksa cairan dalam manometer, jangan ada gelembung udara.
5. Atur kran (1) untuk mengatur variasi debit air yang mengalir pada sistem pemipaan dan hitung bilangan Reynoldnya.
6. Catat pembacaan manometer 1-9.
7. Ulangi langkah nomor 5 dengan bukaan kran (1) yang berbeda (bila perlu kran bypass dikecilkan untuk memperbesar debit air) hingga mendapatkan variasi Reynold aliran laminar, transisi, turbulen.
8. Buat tabel hasil percobaan (debit, R1 s/d R9) 9. Hitung faktor friksi pipa lurus
Lampiran: Tabel data percobaan
No Debit Re pada pipa R (beda tinggi manometer)
Kecil Besar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
DAFTAR PUSTAKA
Foust, A. (1960). Principles of Unit Operation. 2nd ed. New York: John Wiley and Sons Inc. Geankoplis, C. (1993). Transport Process and Unit Operations. 2nd Ed. Boston: Allyn and
Bacon Inc.
Giles, R. V. (1997). Fluid Mechanics and Hydraullic. 2nd ed. New York: Mc GrawHill Book. Co.
Gupta, S. K. (1979). Momentum Transfer Operations. New Delhi: Mc GrawHill Book. Co. Ltd.
Holland, F. A. (1995). Fluid Flow for Chemical Engineer. 2nd ed. London: Edward Arnold Holdeer Headline Group.
Mc Cabe, W. S. (2001). Unit Operations of Chemical Engineering. 6th ed. New York: Mc GrawHill Book. Co.
