aliran fluida (alf)

MODUL PRAKTIKUM
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
ALIRAN FLUIDA
(ALF)
Disusun oleh:
Darren Kurnia
Paul Victor
Dr. Yogi Wibisono Budhi
Dr. Irwan Noezar
Dr. Ardiyan Harimawan
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2013
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI.............................................................................................................................. 2
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 3
DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 4
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 5
BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN................................................................. 7
2.1.
Tujuan Percobaan ........................................................................................................ 7
2.2.
Sasaran Percobaan ....................................................................................................... 7
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 8
3.1.
Perangkat dan Alat Ukur ............................................................................................. 8
3.2.
Bahan ........................................................................................................................... 8
3.3.
Skema Alat .................................................................................................................. 8
BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................. 10
4.1.
Penentuan Densitas Air Keran .................................................................................. 11
4.2.
Penentuan Viskositas Air Keran ............................................................................... 12
4.3.
Prosedur Start Up ...................................................................................................... 13
4.4.
Prosedur Shut Down .................................................................................................. 14
PUSTAKA ............................................................................................................................... 15
LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH ............................................................................. 16
LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN ...................................................................... 18
LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR ......................................................................... 20
ALF
2
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ ....................................................................................... 9
Gambar C.1. Moody Diagram ................................................................................................. 20
ALF
3
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1 ............................................................................................ 9
Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa ...................................................... 16
Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran ............................................................................... 16
Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran............................................................................. 17
Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve ................................................................. 21
ALF
4
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
BAB I
PENDAHULUAN
Fluida merupakan suatu jenis zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara
permanen, sehingga apabila terjadi perubahan bentuk di dalam fluida, maka akan terbentuk
lapisan-lapisan yang mengalir di atas lapisan lain dan terbentuklah lapisan baru. Pada proses
tersebut terdapat tegangan geser yang besarnya tergantung pada viskositas fluida dan laju alir
fluida relatif terhadap suatu arah. Tegangan geser ini akan hilang setelah fluida mencapai
keadaan kesetimbangan.
Berdasarkan densitas, fluida dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu: fluida compressible dan
fluida incompressible. Fluida compressible mempunyai densitas yang peka terhadap
perubahan temperatur dan tekanan (misalnya: gas), dan fluida incompressible kebalikan dari
fluida compressible (misalnya: zat cair).
Dalam suatu sistem perpipaan transportasi fluida, terdapat beberapa komponen atau peralatan
umum yang digunakan, seperti: pipa/tabung, valve, blower, pompa, dll. Pipa merupakan
tempat mengalirnya fluida, dan valve dipasang untuk mengatur laju alir/bukaan fluida. Dalam
suatu sistem perpipaan dibutuhkan penambahan energi mekanik untuk mempercepat laju alir
fluida. Alat yang dapat digunakan antara lain pompa, blower, kipas, dan kompresor. Peralatan
pemindah fluida dibagi menjadi dua, berdasarkan cara kerja menggunakan tekanan langsung
ke fluida, atau dengan membangkitkan rotasi menggunakan momen punter.
Untuk menganalisis sistem pipa digunakan persamaan Bernoulli:
Keterangan:
A : bagian hisap pompa
B : bagian keluaran pompa
ALF
5
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
Jumlah kerja dari pompa bergantung pada kapasitas dan head. Kapasitas adalah laju alir
massa per volume fluida yang dialirkan, sedangkan head adalah perbedaan total tekanan
masuk dan keluar alat, yang dinyatakan dalam tinggi kolom fluida pada kondisi adiabatik.
Efisiensi pompa dinyatakan sebagai perbandingan daya output terhadap input. Dalam operasi
pompa harus dihindari fenomena kavitasi, yaitu fenomena berubahnya sebagian fluida
menjadi uap akibat tekanan hisap yang lebih tinggi dibandingkan tekanan uap fluida yang
menyebabkan timbulnya gelembung yang dapat merusak pompa. Agar tidak terjadi kavitasi,
nilai (NPSH)R harus terpenuhi. (NPSH)R merupakan total head cairan pada garis pusat
pompa, dikurangi tekanan uap P. NPSH dapat dihitung menggunakan persamaan:
(NPSH)A dalam instalasi pompa harus lebih besar atau sama dengan (NPSH)R untuk kapasitas
yang diinginkan.
Laju alir fluida dapat diukur dengan berbagai jenis alat ukur, contohnya pitot tube,
orificemeter, dan venturimeter. Ketiga alat ini menggunakan prinsip Bernoulli untuk
menentukan laju alir fluida.
ALF
6
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
BAB II
TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN
2.1.
Tujuan Percobaan
Praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari karakteristik sistem perpipaan,
serta fluida yang mengalir di dalamnya.
2.2.
Sasaran Percobaan
Dari praktikum ini praktikan diharapkan dapat:

Menentukan hubungan laju alir dan head loss

Menentukan hubungan bilangan Reynold dengan pipe friction coefficient

Menentukan nilai K masing-masing fitting

Menghitung konstanta yang diperlukan pada perhitungan laju alir fluida
ALF
7
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
BAB III
RANCANGAN PERCOBAAN
3.1.
Perangkat dan Alat Ukur
Perangkat dan alat ukur yang digunakan pada percobaan ini adalah:
a) Satu set peralatan SOLTEQ
b) Viskometer Ostwald
c) Piknometer
d) Stopwatch
e) Gelas ukur 1 Liter
f) Neraca analitis
g) Ember, lap bersih, dan tissue
3.2.
Bahan
Bahan yang diperlukan pada percobaan ini adalah:
a) Aqua dm
b) Air keran
3.3.
Skema Alat
Rangkaian alat yang digunakan pada percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 3.1, dan
dengan keterangan yang ditampilkan pada Tabel 3.1.
ALF
8
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
A
B
C
D
E
F
G
J
H
C
K
I
L
C
R
Q
P
O
N
M
C
S
T
Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ
Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1
ALF
Kode
Keterangan
Kode
Keterangan
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
6 mm smooth bore pipe
Sudden contraction
10 mm smooth bore pipe
Sudden enlargement
17 mm smooth bore pipe
17 mm artificial roughened pipe
45o elbow
45o Y
Gate valve
Globe valve
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
In-line y strainer
90o elbow
90o bend
90o T
Pitot static tube
Venturimeter
Orificemeter
Outlet control valve
Water manometer
Digital manometer
9
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
BAB IV
PROSEDUR KERJA
Berikut merupakan langkah kerja praktikum modul Aliran Fluida.
ALF
10
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
4.1.
Aliran Fluida
Penentuan Densitas Air Keran
Mulai
Piknometer dan
aseton disiapkan
Piknometer dicuci, dan
dikeringkan
Piknometer kosong
ditimbang; massa
dicatat
Massa
piknometer
kosong
Aqua dm dimasukkan ke
dalam piknometer hingga
tepat penuh
Piknometer ditutup
rapat hingga aqua dm
meluap
Dinding luar piknometer
dikeringkan dengan tissue
atau lap kering yang bersih
Diulang
menggunakan air
keran
Suhu aqua dm
dalam piknometer
diukur
Piknometer berisi
aqua dm ditimbang;
massa dicatat
Temperatur
aqua dm
Massa
piknometer
+ fluida
Densitas air keran
dihitung
Selesai
Piknometer dikosongkan;
dibilas dengan aseton;
keringkan
Densitas
air keran
ALF
11
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
4.2.
Aliran Fluida
Penentuan Viskositas Air Keran
Mulai
Bersihkan dan keringkan
viskometer
Masukkan aqua dm ke
dalam viskometer
Cairan dihisap dari ujung atas
reservoir B hingga melewati m
Cairan dibiarkan mengalir; waktu dari
titik m ke n dicatat
Waktu m
ke n
Ulangi prosedur untuk mencari
waktu m ke n air keran
Viskositas air keran dicari
dengan membandingkan
terhadap viskositas aqua dm
Viskositas
air keran
Selesai
ALF
12
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
4.3.
Aliran Fluida
Prosedur Start Up
Mulai
Alat disiapkan
Isi bak penampung air dengan air
hingga mencapai setengah atau
lebih tinggi bak penampung
Buka seluruh keran; pompa dan
manometer disambungkan ke
power supply
Power supply
dinyalakan
Selesai
ALF
13
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
4.4.
Aliran Fluida
Prosedur Shut Down
Mulai
Seluruh valve dibuka
Power supply
dimatikan
Isi bak penampung
dikuras dan
dikeringkan
Bereskan peralatan
Selesai
ALF
14
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
PUSTAKA
Geankoplis, C. J., 2003, Transport Process and Separation 4th edition, USA: Prentice Hall
(halaman 90 – 107; 136 – 149)
SOLTEQ, Fluid Friction Measurements Apparatus Model : FM 100, Equipment for
Engineering Education & Research, 2011
ALF
15
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
LAMPIRAN A
TABEL DATA MENTAH
Contoh tabel pengamatan yang digunakan pada percobaan adalah sebagai berikut.
CONTOH
Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa
Variasi Laju Alir ke- Volume (mL) Waktu (s) Head Loss (mm H2O)
Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran
Massa piknometer kosong (g)
Massa piknometer kosong + aqua dm (g)
Massa piknometer kosong + air keran (g)
Temperatur aqua dm (oC)
ALF
16
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran
Waktu tempuh aqua dm (s)
Waktu tempuh air keran (s)
Temperatur aqua dm (oC)
ALF
17
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
LAMPIRAN B
PROSEDUR PERHITUNGAN
Perhitungan yang dilakukan pada modul Aliran Fluida ini dapat dilakukan dengan langkahlangkah sebagai berikut :
1. Perhitung densitas air keran
Densitas aqua dm diperoleh dari data literatur hubungan densitas terhadap temperatur
aqua dm. Densitas air keran dapat dihitung dengan persamaan berikut :
2. Perhitungan viskositas air keran
Viskositas aqua dm diperoleh dari data literatur hubungan viskositas terhadap
temperatur aqua dm. Viskositas air keran dapat dihitung dengan persamaan berikut :
3. Perhitungan hubungan laju alir dengan head loss pada pipa halus
Pertama-tama hitung kecepatan aliran fluida dalam pipa (u) dan hubungkan dengan
head loss (Δh) dengan menggunakan plot regresi linear sehingga diperoleh persamaan
berikut :
Hubungan laju alir dengan head loss dapat diketahui dengan menghitung nilai k
4. Perhitungan hubungan bilangan Reynold terhadap koefisien friksi pada pipa kasar
Hitung bilangan Reynold pada aliran pipa kasar dengan persamaan berikut :
ALF
18
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Dengan
= densitas air keran (kg/m3),
d = diameter pipa (m),
Aliran Fluida
kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s),
= viskositas air keran (kg/m.s)
Setelah itu, hubungkan bilangan Reynold dengan koefisien friksi yang ada pada
Moody diagram yang terletak pada Lampiran C. Sehingga dapat diperoleh persamaan
hubungan antara bilangan Reynold dengan koefisien friksi pipa kasar secara linear.
5. Perhitungan karakteristik fitting dan valve
Hitung nilai hv (velocity head) terlebih dahulu dengan persamaan :
Dengan u = laju alir linear (m/s), dan g = konstanta percepatan gravitasi = 9,8 m/s2
Setelah didapat nilai hv, plotkan hv terhadap h (head loss bacaan) secara linear agar
didapatkan nilai K ( = h / hv)
6. Karakteristik alat ukur
Hitung nilai Q (debit aliran air keran (m3/s)) dan hubungkan dengan plot secara linear
terhadap akar dari head loss (√Δh (m1/2)) agar didapatkan nilai k ( = Q/√Δh)
ALF
19
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
LAMPIRAN C
SPESIFIKASI LITERATUR
Gambar C.1. Moody Diagram
ALF
20
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve
Section
Diameter (cm)
6 mm smooth bore pipe
0,6
Sudden contraction
0,25
10 mm smooth bore pipe
Sudden enlargement
ALF
0,1
0,1
0,1
0,25
17 mm smooth bore pipe
0,17
17 mm artificial roughened pipe
0,17
45o elbow
2,5
45o Y
2,5
Gate valve
2,5
Globe valve
2,5
In-line y strainer
2,5
90o elbow
2,5
90o bend
2,5
90o T
2,5
Pitot static tube
2,5
Venturimeter
2,5
Orificemeter
2,5
21
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Aliran Fluida
LAMPIRAN D
LEMBAR KENDALI KESELAMATAN KERJA
Nama / Kode modul :
Aliran Fluida (ALF)
Asisten modul
:
Darren , Paul Victor
Dosen Pembimbing
:
Dr. Yogi Wibisono Budhi, Dr. Irwan Noezar
No
Bahan
Sifat Bahan
Tindakan Penanggulangan
1
Air (H2O)
• Titik leleh 0oC
• Viskositas 0,860
Tidak memerlukan
• Titik didih 100oC
cP pada 26oC
penanggulangan secara khusus
• Stabil terhadap
• Pelarut yang baik
reaksi
Kecelakaan yang mungkin terjadi
Hubungan arus pendek akibat listrik
yang kontak dengan air.
Terpleset akibat genangan air yang
diakibatkan oleh kebocoran sambungan
selang.
Perlengkapan keselamatan kerja
Penanggulangan
Usahakan untuk memutuskan hubungan arus listrik pada
alat. Apabila hal ini tidak dapat dilakukan, hubungi pihak
berwenang.
Pastikan semua sambungan selang terpasang dengan baik
dan benar, sehingga tidak ada air yang bocor dan
menggenang. Bersihkan apabila terjadi genangan air.
Prosedur Keselamatan Kerja
Pengecekan Alat
• Pastikan sambungan selang pada alat
tersambung dengan baik dan terhubung
dengan saluran pembuangan.
• Pastikan listrik pada pompa terhubung
dengan baik, kabel dan stop kontak
jauhkan dari sumber air.
Pasca Percobaan
• Bersihkan genangan air di sekitar alat.
• Putuskan hubungan listrik pada pompa.
• Gulung kabel listrik dan manometer lalu
letakkan pada tempatnya.
Asisten modul,
Penentuan Densitas dan Viskositas
• Pastikan piknometer dan viskometer
Ostwald diletakkan pada tempat yang
aman.
• Hindari menggenggam kedua tangkai
viskometer Ostwald karena viskometer
sangat rapuh.
Percobaan
• Berhati-hati dalam mengalirkan air.
Tekanan aliran air yang besar dapat
menyebabkan lepasnya sambungan selang
pada sight gauge.
• Hati-hati ketika menyentuh ketiga alat
ukur karena sambungannya mudah
terlepas.
Koordinator Laboratorium
Instruksional,
Dosen Pembimbing,
Darren ALF
Paul Victor
D
Dr. Ardiyan Harimawan
22
Dr. Yogi W. Budhi
Dr. Irwan Noezar