BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Efflux timeadalah waktu ketika level cairan diturunkan dari permukaan cairan ke bagian dasar tangki melalui pipa vertikal ke dasar tangki karena gravitasi. Suatu zat cair akan mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah. Seperti suatu tangki penampung cairan biasanya ditempatkan pada ketinggian tertentu agar cairan mengalir dengan mudah saat dilakukan pengosongan tangki untuk digunakan pada proses selanjutnya. Operasi dalam industri kimia seringkali berlangsung kontinyu, sehingga ketinggian cairan setiap saat didalam tangki dapat diketahui dengan menghitung waktu penurunan cairan. Maka, konsep efflux time sering digunakan dalam dunia industri, karena tidak membutuhkan waktu dan tenaga yang terlalu besar sehingga dapat mengurangi waktu dan biaya yang dikeluarkan untuk suatu industri. Salah satu contohnya adalah dalam pengosongan cairan minyak di dalam tangki. Oleh karena itu, pengetahuan tentang efflux time sangat diperlukan dalam industri kimia, khususnya yang menggunakan bahan baku cair. Tujuan dari praktikum efflux time adalah untuk menentukan waktu pengosongan tangki efflux time dari model matematika yang diperoleh pada percobaan pengosongan tangki, untuk mengetahui jenis aliran pada saat pengosongan tangki serta pengaruh bilangan Reynold terhadap nilai friksi, untuk mengetahui pengaruh diameter dan ketinggian level air terhadap waktu pengosongan tangki.
I.2 Tujuan
1. Menentukan waktu pengosongan tangki (Efflux Time) dari model matematika yang diperoleh pada percobaan pengosongan tangki
2. Untuk mengetahui jenis aliran pada saat pengosongan tangki serta pengaruh bilangan Reynold terhadap nilai friksi
3. Untuk mengetahui pengaruh diameter dan ketinggian level air terhadap waktu pengosongan tangki
I.3 Manfaat
1. Agar praktikan dapat memahami mekanisme atau prinsip kerja dari proses efflux time.
2. Agar praktikan dapat mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhiefflux time.
3. Agar praktikan dapat menerapkanefflux timedalam dunia industri.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Fluida II.1.1 Fluida
Fluida didefinisikan sebagai sebagai zat yang dapat mengalir dan memiliki sifat bentuk yang dapat berubah menyesuaikan wadahnya, namun walaupun begitu volumenya selalu tetap. Fluida memiliki besaran fisis yaitu salah satunya adalah massa jenis (Sears, 1982). Fluida adalah zat yang tidak tahan gesekan. Fluida memiliki lapisan-lapisan fluida yang meluncur di atas satu sama lain sehingga diperoleh bentuk baru akibat terjadinya gesekan. Selama perubahan bentuk, ada peristiwa tegangan geser, yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju geser, tetapi ketika bentuk akhir telah tercapai, semua tegangan geser akan hilang. Fluida dalam kesetimbangan bebas dari tegangan geser (Mc Cabe, 1993)
II.I.2 Sifat Fluida
Fluida memiliki beberapa sifat, diantaranya adalah 1. Kerapatan atau densitas
Kerapatan adalah jumlah suatu zat pada suatu unit volume.
2. Kekentalan atau viskositas
Kekentalan adalah salah satu sifat dari zat cair dapat dianggap sebagai besarnya gesekan antar lapisan fluida pada saat fluida bergerak atau mengalir. Kekentalan disebabkan adanya kohesi antara partikel zat cair sehingga menyebabkan adanya tegangan geser antara molekul-molekul yang bergerak.
3. Kompresibilitas
Kompresibilitas adalah perubahan volume karena adanya perubahan (penambahan) tekanan yang ditunjukkan oleh perbandingan antara perubahan tekanan (dp) dan perubahan volume (dV) terhadap volume awal (V0).
Perbandingan tersebut dikenal dengan modulus elastisitas atau modulus bulk (K).
4. Tegangan permukaan
Tegangan permukaan adalah gaya tarik menarik antar partikel yang terdapat pada permukaan fluida cair. Adanya tegangan permukaan dapat menaikkan tekanan dari suatu cairan.
(Asrori, 2021) II.1.3 Jenis Aliran pada Fluida
Dalam dinamika fluida, ketika cairan bergerak terjadi dua jenis aliran yang berbeda. Ketika kecepatan alirannya lambat, maka pola aliran (streamline) halus.
Sebaliknya, ketika kecepatan aliran cukup tinggi, terdapat pola tidak stabil dalam alirannya dimana terjadi pusaran yang bergerak ke segala arah dan semua sudut. Jenis pertama dalam aliran fluida kecepatan rendah disebut aliran laminar dimana lapisan fluida tampak meluncur tanpa pusaran. Kemudian pada aliran jenis kedua dengan kecepatan lebih tinggi disebut dengan aliran turbulen dimana terbentuk pusaran pada aliran fluida (Geankoplis, 1993).
II.1.4 Bilangan Reynold
Kondisi aliran relatif terhadap suatu partikel mirip dengan yang relatif terhadap silinder, kecuali pola alirannya tiga arah. Aliran tersebut dapat dinyatakan oleh Bilangan Reynolds dengan formula:
Re′ (= udρ/µ) Keterangan:
ρ = densitas fluida µ = viskositas fluida d = diameter bola
u = kecepatan fluida relatif terhadap partikel
(Richardson, 2002) Untuk pipa bulat lurus bila jika nilai bilangan Reynolds adalah kurang dari 2100, maka alirannya selalu laminar. Ketika nilainya lebih dari 4000, aliran akan menjadi turbulen. Apabila nilainya ada di antara 2100 dan 4000, maka disebut daerah transisi, alirannya bisa laminar atau turbulen, bergantung pada detail peralatan yang tidak dapat diprediksi (Geankoplis, 1993)
II.2 Efflux Time
II.2.1 Efflux Time
Efflux time dapat didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan tangki melalui lubang secara vertikal. Pertimbangkan jika sebuah tangki berisi beberapa cairan hingga ketinggian H. Biarkan sebuah lubang dipasang di bagian bawah tangki. Diperlukan rumus untuk mencari waktu jatuhnya permukaan zat cair dari ketinggian H, ke ketinggian H1. Untuk volume cairan yang keluar dan kecepatan teoritis dari cairan yang keluar didapatkan formula
dT= A x dh V= 2𝑔ℎ Keterangan:
A = Luas tangki a = Luas lubang
H = Tinggi awal zat cair H1= Tinggi akhir zat cair
(Bansal, 2010) II.2.2 Head Loss
Dalam analisis sistem perpipaan, kehilangan tekanan biasanya dinyatakan dalam tinggi kolom fluida ekuivalen, yang disebut head loss hL. Head loss (hL) adalah ketinggian tambahan yang dibutuhkan fluida untuk dinaikkan oleh pompa untuk mengatasi kerugian gesekan di dalam pipa. Head loss disebabkan oleh viskositas, dan secara langsung berhubungan dengan tegangan geser dinding. Head loss dinyatakan dalam rumus
Keterangan:
hL= Head Loss DPl= Pressure loss p= Density
g= Konstanta gravitasi
f= Faktor friksi
V2avg= Rata-rata kecepatan L= Panjang pipa
D= Diameter pipa
(Cengel, 2006) II.2.3 Friction Loss
Friction loss dalam sistem perpipaan bervariasi sebagai kuadrat dari kecepatan cairan (dengan asumsi aliran turbulen). Semakin kecil ukuran pipa, katup, dan alat kelengkapan untuk laju aliran yang diberikan, semakin besar friction head loss. Secara teori, friction loss yang terjadi saat cairan mengalir melalui sistem perpipaan harus dihitung dengan rumus yang rumit, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti kepadatan cairan dan viskositas, dan diameter pipa di dalam dan bahan.
Keterangan:
Hf = Kehilangan gesekan (ft lbf/lb) L = Panjang Pipa (ft)
K = Koefisien resistansi V = Kecepatan (ft/s)
g = Kecepatan gravitasi (ft/s2)
(Volk, 2013)
II.2.4 Gaya Tekanan
Konsekuensi dari tekanan dalam fluida yang tetap konstan dalam arah horizontal adalah tekanan yang diterapkan pada fluida yang terkurung meningkatkan tekanan di permukaan seluruhnya dengan jumlah yang sama. Gaya yang diterapkan oleh fluida sebanding dengan luas permukaan. Gaya tekanan dinyatakan dengan formula
P=
Keterangan:
P= Tekanan F= Gaya tekan A= Luas penampang
(Cengel, 2006)
II.2.5 Perhitungan Efflux Time
Pada vessel berbentuk silinder, perhitungan efflux time dinyatakan dengan rumus
Keterangan:
T efflux= Efflux time u= Viskositas
L= Panjang pipa R= Jari-jari vessel p= Densitas
g= Konstanta gravitasi D= Diameter pipa H= Ketinggian vessel
Sementara pada vessel berbentuk bola, efflux time dinyatakan dengan rumus
Dengan A=
Keterangan:
u= Viskositas L= Panjang pipa R= Jari-jari vessel p= Densitas
g= Konstanta gravitasi D= Diameter pipa
(Bird, 2002)
II.2.6 Faktor Koreksi
Keakuratan suatu hasil dapat ditentukan dengan beberapa prosedur. Salah satu metode umum adalah dengan membandingkan hasil uji dengan nilai sebenarnya. Sampel yang diketahui harus menjalani semua langkah secara analitik yang kemudian akan dibandingkan dengan nilai sebenarnya. Perhitungan untuk keakuratan disebut dengan faktor koreksi. Faktor koreksi dapat dihitung sebagai berikut
Faktor koreksi= nilai hasil uji/nilai teoritis
(Patnaik, 2004) II.2.7 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Efflux Time
Adapun faktor-faktor yang meningkatkan laju alir fluida, diantaranya:
1. Gesekan
Cairan yang bergerak melalui sistem pipa akan mengalami kerugian gesekan di sepanjang jalan. Kerugian ini bervariasi tergantung dari geometri dan bahan pipa, dismeter pipa, serta viskositas dan kepadatan cairan.
2. Tekanan
Konsekuensi dari tekanan dalam fluida yang tetap konstan dalam arah horizontal adalah tekanan yang diterapkan pada fluida yang terkurung meningkatkan tekanan di permukaan seluruhnya dengan jumlah yang sama.
3. Kecepatan
Kecepatan cairan yang keluar dapat lebih tinggi daripada yang masuk ke tangki.
Kecepatan ini mungkin perlu diperhitungkan saat menghitung waktu laju alir cairan.
(Volk, 2013).
II.2.8 Aplikasi Efflux Time dalam Industri Kimia
Prinsip efflux time seringkali digunakan dalam industri dalam operasi pengosongan tangki. Selain itu, proses efflux juga digunakan dalam operasi filtrasi.
Misalnya pada alat centrifugal filter yang menggunakan prinsip cairan mengalir melalui berdasarkan perbedaan tekanan. Centrifugal filter dapat dimanfaatkan dalam industri seperti pengeringan minuman keras dari kristal, klarifikasi air minum, dan pengolahan air limbah (McCabe, 1993).
II.3 Sifat Bahan II.3.1 Aquadest
A. Sifat Fisika
1. Fase = cair
2. Densitas = 1 gr/cm3 3. Titik beku = 0°C 4. Titik didih = 100°C
B. Sifat Kimia
1. Rumus molekul = H2O
2. Berat molekul = 18,02 gr/mol 3. Flamabilitas = tak mudah terbakar
(Perry, 1998 “Water”)
C. Fungsi
Sebagai bahan fluida dalam penentuan waktu pengosongan tangki.
II.4 Hipotesa
Semakin lama waktu pengosongan tangki maka semakin panjang pipa untuk mengalirkan fluida begitu juga sebaliknya, Semakin lama waktu pengosongan tangki maka semakin mendekati waktu pengosongan teoritis. Kemudian semakin besar nilai dari diameter pipa yang digunakan untuk memindahkan fluida, maka debit yang keluar akan semakin besar sehingga waktu pengosongan tangki akan berlangsung lebih cepat dan berlaku juga sebaliknya.
BAB III
PELAKSANAAN PRAKTIKUM
III.1 Bahan yang digunakan 1. Air
2. Oli/Minyak Goreng
III.1 Alat yang digunakan
1. Rangkaian alat efflux time 2. Piknometer
3. Neraca analitik 4. Ember
5. Penggaris 6. Stopwatch 7. Gelas ukur
III.3 Gambar Alat
