Laporan Aliran Fluida

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 2PLATE HEAT EXCHANGEDosen Pembimbing : Rispiandi, ST. MT

Kelompok / Kelas: 3 / 2BNama: 1. Dela Rianda Putri LNIM. 1314110332. Rifaldi HadiyansyahNIM. 1314110463. Sidna Kosim ANIM. 131411052

Tanggal Praktikum: 25 Maret 2015Tanggal Pengmpulan Laporan: 1 April 2015

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNGTAHUN 2015

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangFluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara permanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di dalam fluida itu akan terbentuk lapisan, dimana lapisan yang satu meluncur di atas yang lain, sehingga mencapai suatu bentuk baru.

1.2 Tujuan1. Dapat menghitung harga koefisien orificemeter, venturimeter, elbowmeter dan membandingkannya dengan literatur.2. Dapat membuat kurva antara koefisien venturimeter, koefisien orificemeter, koefisien elbowmeter, dan fanning friction factor terhadap bilangan Reynold.3. Membuktikan apakah presure drop harganya tetap untuk laju aliran fluida yang berbeda.4. Dapat menghitung fanning friction factor pada pipa lurus.

BAB IILANDASAN TEORI

Fluida terdiri dari 2 jenis yaitu fluida cair dan fluida gas, masing masing fluida ini memiliki sifat dan karakter tersendiri. Ciri-ciri fluida cair, diantaranya: Tidak kompresibel, yaitu volume fluida akan tetap walaupun dikenai tekanan tertentu. Mengisi volume tertentu. Mempunyai permukaan bebas. Daya kohesi besar, jarak antar molekul rapat.Ciri-ciri fluida gas, diantaranya: Kompresibel Mengisi seluruh bagian wadah. Jarak antar molekul besar, daya kohesi dapat diabaikan.Sifat dasar dari setiap fluida statik ialah tekanan. Tekanan dikenal sebagai gaya permukaan yang diberikan oleh fluida terhadap dinding bejana. Tekanan terdapat pada setiap titik di dalam volume fluida. Pada ketinggian yang sama, tekanan pada fluida adalah sama.

Gambar 1. Set praktikum aliran fluidaAda beberapa jenis alat yang untuk mengukur laju aliran suatu fluida Beberapa alat yang biasa digunakan diantaranya:1. VenturimeterMeteran ini terbuat dari bagian masuk yang mempunyai flens, yang terdiri dari bagian pendek berbentuk silinder dan kerucut terpotong. Bagian leher berflens dan bagian keluar juga berflens yang terdiri dari kerucut terpotong yang panjang.Dalam venturimeter, kecepatan fluida bertambah dan tekanannya berkurang di dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan di dalam kerucut hulu itu lalu dimanfaatkan, untuk mengukur laju aliran melalui instrument itu. Kecepatan fluida kemudian berkurang lagi dan sebagian besar tekanan awalnya kembali pulih didalam kerucut sebelah hilir. Agar pemulihan lapisan batas dapat dicegah dan gesekan minimum. Oleh karena itu pada bagian yang penampungannya mengecil tidak ada pemisahan, maka kerucut hulu dapat dibuat lebih pendek dari pada kerucut hilir. Gesekannya pun di sini kecil juga. Dengan demikian ruang dan bahan pun dapat dihemat. Walaupun meteran venturi dapat digunakan untuk mengukur gas, namun alat ini biasanya digunakan juga untuk mengukur zat cair terutama air. Persamaan yang digunakan dalam venturimeter adalah1. OrificemeterVenturimeter memiliki beberapa kekurangan pada kenyataanya. Untuk meteran tertentu dengan sistem manometer tertentu pula, laju alir maksimum yang dapat diukur terbatas, sehingga apabila laju alir berubah, diameter leher menjadi terlalu besar untuk memberikan bacaan yang teliti, atau terlalu kecil untuk dapat menampung laju aliran maksimum yang baru. Meteran orifice dapat mengatasi kekurangan-kekurangan venturimeter, tetapi konsumsi dayanya cukup tinggi.Prinsip meteran orifice identik dengan meteran venturi. Penurunan penampang arus aliran melalui orifice menyebabkan tinggi tekan kecepatan menjadi meningkat tetapi tinggi tekan akan menurun, dan penurunan antara kedua titik sadap diukur dengan manometer. Persamaan bernoulli memberikan dasar untuk mengkolerasikan peningkatan tinggi tekan kecepatan dengan penurunan tinggi tekananPersamaan yang berlaku untuk persamaan orificemeter adalah: Prinsip kerja alat ukur fluida adalah mengganggu aliran dengan penambahan alat tertentu sehingga menyebabkan terjadinya pressure drop yang dapat diukur. Nilai pressure drop ini berhubungan dengan debit dari aliran tersebut. Adanya pressure drop bias disebabkan Karena adanya perubahan energi kinetik (karena laju alir berubah), skin friction, dan form friction.Dalam aliran kondisi steady state dikenal 2 rejim aliran atau pola aliran yang tergantung kepada kecepatan rata-rata aliran (v), densitas (), viskositas fluida () dan diameter pipa (D) secara keseluruhan, yakni :Rejim aliran laminer, mempunyai ciri-ciri: Terjadi pada kecepatan rendah. Fluida cenderung mengalir tanpa adanya pencampuran lateral. Berlapis-lapis seperti kartu. Tidak ada arus tegak lurus arah aliran. Tidak ada pusaran (arus eddy).Rejim aliran turbulen, mempunyai ciri-ciri: Terbentuk arus eddy. Terjadi lateral mixing. Secara keseluruhan arah aliran tetap sama. Distribusi kecepatan lebih uniform atau seragam.Rejim aliran TransisiRejim aliran transisi adalah rejim yang terjadi antara rejim aliran laminer dan rejim aliran turbulen. Penentuan rejim aliran dilakukan dengan menentukan bilangan tak berdimensi yaitu bilangan Reynolds (Reynolds Number/NRe). Bilangan Reynolds merupakan perbandingan antara gaya dinamis dari aliran massa terhadap tegangan geser yang disebabkan oleh viskositas cairan. NRe = Keterangan:: massa jenis fluida.: kecepatan fluida.: viskositas fluida.: diameter pipa dalam.Untuk pipa circular lurus :NRe4000 : rejim turbulen.2100 < NRe > 4000: rejim transisi.Kecepatan kritis: Kecepatan pada saat NRe = 2000

Gambar Pipa

Pipa Venturi

Pipa Orifice

Manometer Minyak U TerbalikKadang-kadang, beda tekanan antara dua titik sangat kecil, misalnya antara dua titik dalam pipa lurus jarak dekat atau pengukuran beda tekan setelah melalui kerangan atau fittings. Pengukuran beda tekanan yang kecil jika dilakukan dengan Manometer pipa U yang diisi oleh fluida air raksa akan terdeteksi, sehingga perlu dicari fluida yang memiliki densitas kecil bahkan mungkin lebih kecil dari fluida kerjanya. Jika harus menggunakan fluida Manometer dengan densitas lebih kecil dari fluida kerjanya seperti minyak, maka pemasangan Manometer harus dipasang dalam posisi terbalik. Manometer pipa U terbalik digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan pada fluida cair. Ruangan diatas fluida cair pada Manometer diisi udara yang dapat dikeluarkan / dimasukkan dari tap yang ada diatas sehingga tinggi fluida cair pada Manometer dapat diatur. Menentukan P pada Manometer pipa U terbalik ( minyak ) jika P1 > P2 P = P1 P2 = P1I P2 I Dengan : P1I = Pudara + (minyak x g x h1minyak) + (air x g x h1air )P2I = P udara + (minyak x g x h2minyak) Dengan : h1minyak = d-c h2minyak = b-amaka : P = P1I P2 I = minyak x g ( h1minyak - h2minyak ) + (air x g x h1air)

BAB IIIMETODELOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan1. Seperangkat alat aliran fluida2. Orificemeter3. Venturimeter4. Elbowmeter5. Pipa lurus6. Stopwatch

3.2 Langkah Kerja3.2.1 Turbulen Membuka valve proses dan membuka valve by pass

Membuat tinggi manometer raksa sejajar

Mencatat Po

Menyalakan pompaUlangi langkah ini untuk pipa lainnya

Membuka kran aliran pada tabung

Membuka kran aliran pada manometer

Melakukan variasi bukaan by pass sebanyak 3 kali

Mencatat P dan menghitung waktu untuk masing2 volume yang ditentukan

3.2.2 Laminer

Membuka valve proses dan membuka valve by pass

Mencatat Po manometer minyak

Ulangi langkah ini untuk pipa lainnya Menyalakan pompa

Menentukan Q untuk aliran laminer dalam waktu 10 s

Mencatat volume dan pada t=10 s

Membuka aliran pada pipa

Membuka aliran pada manometer

Mencatat P

Memvariasikan Q dan mencatat P

3.3 Keselamatan Kerjaa. Gunakan APD yang sesuai dengan baik dan benarb. Hati hati pada saat pemasangan/pembukaan rotameter, dapat menyebabkan kecelakaan terhadap kakic. Bak bagian bawah alat tidak boleh dalam keadaan kering karena dapat menyebabkan kavitasi pada pompa dan konslet pada pompa hidroliknya.

BAB IVHASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Tabel Data Pengamatana. Orificemeter dengan manometer minyakTurbulenNo.H (mmHg)Volume (Liter)Waktu (detik)Debit (L/s)

a-bc-dV1V2t 1t 2Q1Q2

Po220260

12182605531300.1610.160

25529300.1720.160

35530280.1600.179

455312901610.172

55531310.1610.161

Jenis aliranNo.H (mmHg)Volume (L)Waktu (s)Debit (L/s)

abcDV1V2t 1t 2Q1Q2

Po385605492752

Laminer14716884827430.220.1710100.0220.017

20.440.400.0440.040

Transien34696864837450.450.4910100.0450.049

b. Venturimeter dengan manometer minyakTurbulenNo.H (mmHg)Volume (L)Waktu (s)Debit (L/s)


Po216261

12172595541420.1220.119

25540400.1250.125

35540410.1250.122

45542410.1190.122

55543420.1160.119


abCDV1V2t 1t 2Q1Q2

Po451667442703

Laminer14486654447060.2450.25515150.0160.017

20.4500.4100.0300.027

Transien34466634487080.6400.63515150.0430.041

c. Pipa lurus dengan manometer raksaTurbulenNo.H (mmHg)Volume (L)Waktu (s)Debit (L/s)

H1H2V1V2t 1t 2Q1Q2

Po310310

13123075522220.2270.122

25521220.2380.122

35522210.1220.238

45523210.2170.238

55521230.2380.217


H1H2V1V2t 1t 2Q1Q2

Po310310

Laminer13123060.380.4015150.0250.026

20.450.460.0300.031

Transien33113060.8200.82015150.0550.055

d. Elbow 90o dengan manometer minyakTurbulenNo.H (mmHg)Volume (L)Waktu (s)Debit (L/s)


Po220260

12192615539370.1280.135

25538380.1320.132

35537360.1350.138

45537390.1350.128

55538370.1320.135


abcdV1V2t 1t 2Q1Q2

Po385605492752

Laminer14046234927530.2200.18010100.0220.018

20.4600.4750.0460.0475

Transien34036224947540.8350.83010100.08350.0830

40.8600.8680.08600.0868

4.2 Pengolahan Data

4.2.1 Perhitungan4.2.1.1 Orificemeter

Menghitung P P aliran, pengukuran menggunakan manometer minyak

= minyak . g . [(c-d) (a-b)] + air . g (b-d) minyak = 805,55 kg/m3 air = 998,8 kg/m3g = 9,8 m/s2Contoh P = (805,55 kg/m3) (9,8 m/s2) [(710-596)-(690-550)mmHg] + (998.8 kg/m3) (9,8 m/s2) (596-550) mmHg = (7894,39 kg/m2s2)(0,066 mHg) + (9788,24 kg/m2s2)(0,046 mHg)= 971,288 kg/ms2 = 971,288 PaTabel hasil perhitungan RezimAliranH1(mHg)a-bH2(mHg)c-dHair(mHg)d-bP (Pa)

Turbulen0.2180.2600.046781.823

Laminer 10.2170.2610.055885.706

Laminer 20.2170.2610.055885.706

Transien0.2170.2620.059932.754

Menghitung VoVo = Q/AA = 0,00037994 m2Contoh Vo = Q/A= (0,001125 m3/s)/(0,001194 m2)= 2,671474 m/sTabel hasil perhitunganRezim AliranQ1 (m3/s)Q2 (m3/s)Q rata-rata (m3/s)Vo (m/s)

Turbulen0.163 x10-30.1664 x10-30.1647 x10-3433.4895 x10-3

Laminer 10.022 x10-30.017 x10-30.0195 x10-351.3239 x10-3

Laminer 20.044 x10-30.040 x10-30.0420 x10-3110.5438 x10-3

Transien0.045 x10-30.049 x10-30.0470 x10-3123.7037 x10-3

Menghitung koefisien orificemeter (Co)

4 = (Do/D1)4 = (0,022/0,039)4 = 0,101 m = 998,8 kg/m3Contoh

= Co Co = 0,221414Menghitung Bilangan Reynold (NRe)

= 998.8 kg/m3 = 0.0009 kg/m.sD = 0,022 mContoh :Nre = (998,8 kg/m3)(0,022 m)( 0,942211 m/s) (0,0009 kg/m.s)Nre = 23004,19Tabel hasil perhitunganRezim AliranVo (m/s)P (Pa)CoNRe

Turbulen433.4895 x10-3781.8230.328910583.694

Laminer 151.3239 x10-3885.7060.036664.390

Laminer 2110.5438 x10-3885.7060.07882198.93

Transien123.7037 x10-3932.7540.08593020.24

4.2.2 Data perolehan berbanding literaturRezim AliranVo (m/s)P (Pa)CoNRe

PerhitunganLiteraturPerhitunganPerhitunganPerhitunganLiteratur

Turbulen433.4895 x10-3>0.0623781.8230.328910583.694> 4000

Laminer 151.3239 x10-30.0623781.8230.328910583.694> 4000

Laminer 151.3239 x10-32100), transisi (21000.0623781.8230.328910583.694> 4000

Laminer 151.3239 x10-3 4000

2820,9760,1460,0795346.91

3820,9760,280,15210254.346

4820,9760,1410,0775163.796

5820,9760,1370,0755017.305

1Laminer46,070,0190,044695.83< 2100

246,070,030,0921098.68

1Transisi779,930,7461,7927320.5092100 < NRe < 4000

Tabel Hasil Perhitungan untuk Elbow 900NoJenis AliranP (Pa)Vo (m/s)K. elbowNreLiteratur

1Turbulen1604,0360,11265,4484760,946> 4000

21604,0360,1105263,0524782,587

31604,0360,114247,1474934,072

41604,0360,11265,4484760,946

51604,0360,112256,0534847,509

1Laminer1604,0360,01711113,932735,783< 2100

21604,0360,0392111,721687,972

1Transisi1605,930,069675,4292986,4122100 < NRe < 4000

21605,930,072620,3163116,256

Tabel Hasil Perhitungan untuk Pipa LurusNoJenis AliranP (Pa)Vo (m/s)frictionNreLiteratur

1Turbulen666,40,1460,6786319,075> 4000

2666,40,1500,6426492,2

3666,40,1500,6426492,2

4666,40,1910,3968266,735

5666,40,1820,4367877,7

1Laminer799,680,02139,336908,908< 2100

2799,680,02625,661125,314

1Transisi666,40,0466,8321990,9412100 < NRe < 4000

2. Dapat membuat kurva antara koefisien venturimeter, koefisien orificemeter, koefisien elbowmeter, dan fanning friction factor terhadap bilangan Reynold.

3. Dapat menghitung fanning friction factor pada pipa lurus.NoRezim AliranPvFriction

1Laminer799,680,02139,336

2799,680,02625,66

3Transien666,40,0466,832

5.2 Saran1. Berhati hati ketika bekerja dan perhatikan seluruh komponen dengan seksama2. Persiapkan dan lengkapi seluruh perkakas yang akan digunakan demi kemudahan dan kelancaran praktikum.3. Pastikan tidak ada pipa dan sambungan pipa yang bocor4. Pastikan tidak terdapat gelembung udara sepanjang selang maupun pipa

DAFTAR PUSTAKA

Darby, Ron.2011.Chemical Engineering Fluid Mechanics. ISBN 082470444Geankoplis, C.J ( 2004 ). Transport Process and Separation Process Principles ( Include Unit Operation ) 4th Edition. Prennce Hall.Jobsheet Praktikum Satuan Operasi, Due Like, Jurusan Teknik, Politeknik Negeri BandungTim penyusun.tt.Modul Praktikum Laboratorium Teknik Kimia 2. Bandung : Politeknik Negeri Bandung.Tim penyusun.tt.Buku Bahan Ajar Transportasi Fluida. Bandung : Politeknik Negeri Bandung.

Documents

Laporan Aliran Fluida