Laporan praktikum OTK- Fluid Flow
BAB I
PENDAHULUAN
Proses-proses industri sering kali memerlukan pengaliran fluida melalui pipa,
konduit (saluran) dan peralatan proses, fluida yang mengalir atau dinamika fluida
tersebut berkaitan dengan operasi-operasi perpindahan massa, perpindahan panas,
dan tangki berpengaduk. Fluida ini memiliki karakter yang unik, apabila kita alirkan
pada suatu media yang berbeda maka aliran yang terjadi ikut berbeda, baik ditinjau
dari alirannya maupun energi yang dihasilkan akibat perubahan tersebut. Fluid Flow
ialah suatu bentuk mekanisme pengendapan yang secara utama dipengaruhi oleh
jenis-jenis fluida yaitu angin, air, dan udara. Dalam fluida mempunyai dua ciri khas
yaitu mempunyai viskostas (kekentalan) dan densitas (massa jenis). Perbedaan
viscositas dan densitas menyebabkan sediment ditransportasika, komposisi,
perubahan temperatur.
Adapun prosedur yang harus dilakukan, pertama nyalakan pompa terlebih
dahulu, sedangkan untuk kran yang terdiri dari berbagai kran, buka “F” dan biarkan
kran yang lain dalam kondisi tertutup. Tunggu beberapa menit hingga aliran pada
kran F dalam keadaan konstan . kemudian lakukan percobaan dengan pipa yang lain
secara bersamaan menutup kran yang pertama(kran F) dan membuka krain yang lain,
dalam waktu 5 detik dan variabel yang telah ditentukan, tamping volume air yang
keluar seta catat beda tekanan pada manometer. Setelah selesai tutup kran kedua dan
buka lagi kran pertama, lakukan sebanyak 5x lakukan hal yang sama pula pada pipa
yang lain.
Tujuan percobaan fluid flow ini untuk mencari nilai-nilai eksperimen head
loss dalam pipa dan fitting dalam ekspansi dan konstraksi. Dan juga membandingkan
nilai eksperimental dari finning friction faktor dan koefisien kontraksi dengan nilai
yang di kalkulasikan dari persamaan dan di dapatkan dari literature.
I.2 Tujuan
1. mencari nilai-nilai eksperimen head loss dalam pipa dan fitting dalam
ekspansi dan kontraksi
2. membandingkan nilai eksperimental dari fanning friction factors dan
koefisien kontraksi dengan nilai yang didapat dari persamaan
3. menentukan energi yang hilang akibat gaya friksi
I.3 Manfaat
1. Dapat mengetahui bilangan Reynolds dalam suatu aliran fluida
2. Dapat mengetahui tentang jenis aliran fluida dalam pipa
3. Dapat mengetahui kecepatan aliran fluida dalam pipa
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Secara Umum
Fluida didefinisikan sebagai zat yang tidak dapat menahan perubahan
bentuk(distorsi) secara permanen. Apabila kita mencoba untuk mengubah bentuk
massa fluida maka didalam fluida tersebut akan terbentuk lapisan-lapisan
dimana satu lapisan meluncur diatas lapisan yang lain hingga mencapai bentuk
yang baru. Selama mengalami perubahan bentuk tersebut, terdapat tegangan
geser( shear stress) yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju
alir. Bila fluida sudah mendapat bentuk akhirnya tegangan geser tersebut akan
hilang dan fluida tersebut dalam keseimbangan yang bebas dari segala tegangan
geser.
Fluida bila meluncur dalam suatu pipa memiliki tipe aliran dimana tipe aliran
fluida ini ditentukan oleh nilai bilangan reynold. Aliran fluida dapat
diklasifikasikan (digolongkan) dalam banyak jenis seperti: turbulen, laminar,
nyata, ideal, mampu balik, tak mampu balik, seragam, tak seragam, rotasional,
tak rotasional. Aliran fluida melalui instalasi (pipa) terdapat tiga jenis aliran.
II.1.1 Jenis-jenis Aliran
1. Aliran laminar
Pada kecepatan rendah, fluida cenderung mengalir tanpa pencampuran secara
lateral , dan lapisan – lapisan yang berdampingan mnggelincir diatas satu sama
lain seperti kartu-main. Pada kecepatan yang lebih tinggi, terjadi keturbulenan,
dan pembentukan pusaran, yang sebagaimana akan dibahas nanti, akan
menyebabkan terjadinya pencampuran lateral. Aliran ini memiliki bilangan
reynold yaitu < 2100 dan nilai dari α = 0,5. Dalam aliran laminar ini viskositas
berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan.
Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton. Aliran yang
terjadi dalam pipa bisa dikatakan bersifat laminar jika <2100 (randy, 2012).
2. Aliran turbulen
Aliran turbulen didefinisikan sebagai aliran yang dimana pergerakan dari
partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran
serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum
dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam
keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan
geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian
aliran. Aliran ini memiliki nilai bilangan reynold > 4000.
Keturbulenan dapat dibangkitkan dengan berbagai cara selain dari aliran
melalui pipa. Keturbulenan jenis pertama disebut keturbulenan dinding (wall
turbulance), ini terjadi bila fluida mengalir melalui saluran tertutup atau terbuka,
atau melintasi bentuk-bentuk padat yang terbenam di dalam arus fluida. Yang
kedua disebut keturbulenan bebas (free turbulance), terjadi dalam aliran jet di
dalam massa fluida stagnan (diam) atau bila ada lapisan-bebas yang memisahkan
dari dinding padat dan mengalir melalui keseluruhan fluida.
(mc cabe, 2000)
3. Aliran transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran
turbulen. Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju
aliran, volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian,
kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan
keawetan alat ukur tersebut. Aliran ini memiliki nilai bilangan reynold antara
2100 hingga 4000.
(Randy, 2012)
II.2 Secara Khusus
II.2.1Bilangan Reynold
Reynold mempelajari kondisi dimana saru jenis aliran berubah
menjadi aliran jenis lain, dan menetukan bahwa kecepatan kritis, dimana
aliran laminar berubah menjadi aliran turbulen, bergantung pada empat
besaran: diameter tabung, viskositas, densitas dan kecepatan linear rata-rata
zat cair. Pengelompokkan variabel menurut penemuannya itu ialah:
Dilihat dari kecepatan aliran, menurut (Mr. Reynolds)
diasumsikan/dikategorikan laminar bila aliran tersebut mempunyai bilangan
Re kurang dari 2100, Untuk aliran turbulen ditemukan pada angka Reynolds
di atas kira-kira lebih dari 4000. Antara 2100-4000 terdapat suatu daerah
transisi, dimana jenis aliran itu mungkin laminar dan mungkin pula turbulen,
bergantung pada kondisi di lubang masuk tabung dan jaraknya dari lubang
masuk.
II.2.2 Head Loss (hl)
Head loss adalah tekanan yang hilang karena adanya friksi dalam pipa:
Macam-macam head loss pada sistem perpipaan:
1. Sudden enlargement losses
Head loss terjadi karena adanya fluida yang dialirkan pada pipa kecil
yang tiba-tiba membesar sehingga terjadi friksi (gesekan). Head
loss dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:
2. Sudden contraction losses
Head loss terjadi karena adanya fluida yang dialirkan pada pipa besar
yang tiba-tiba mengecil sehingga terjadi friksi (gesekan). Head loss
dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:
3. Head loss karena valve dan fitting
Fitting pipa dan katup juga mengganggu jalur aliran normal dalam pipa
dan menyebabkan friksi tambahan. Dalam pipa pendek dengan banyak
peralatan , friksi dari alat kelengkapan tersebut bisa lebih besar dari pada
pipa lurus.
II.2.3 Fitting
Fitting merupakan komponen sistem perpipaan yang membuat
perubahan arah jalur pipa, perubahan diameter jalur pipa dan
percabangan pipa. Fitting merupakan komponen-komponen pipa yang
berkaitan dengan penyambungan, baik pipa dengan pipa, dan pipa dengan
peralatan.
Macam-macam fitting, antara lain:
a. But-Welding Elbow
Berfungsi untuk merubah aliran fluida dan menambah fleksibilitas
suatu jalur perpipaan. Berdasarkan sudut pembelokannya, elbow dibagi
menjadi:
- Elbow 45°
- Elbow 90°
- Elbow 180° (untuk sudut pembelokan 180°, elbow dikenal dengan
nama return, ini biasa digunakan untuk koil pemanas dan vent pada tangki).
b. Bend
Bend adalah elbow yang dibuat dari pipa lurus yang dibengkokkan
sehingga terdapat sedikit penipisan tebal dinding bend pada bagian
belokan. Penipisan ini menyebabkan tekanan operasi dan ukuran yang
sama, elbow lebih kuat dari bend.
but-Welding Reducer
Reducer berfungsi untuk pengecilan dan pembesaran jalur pipa.
Berdasarkan garis sumbunya, reducer dibedakan menjadi reducer jenis:
- Concentric (sesumbu)
- Eccentric (jarak antar sumbu atau offset = 0.5)
d. Butt-Welding Swage
Swage menghubungkan pipa-pipa yang berdiameter berbeda. Swage
digunakan dalam jalur pipa dengan NPS kecil (2” ke bawah). Jenis
sambungan ujung adalah tipe screwed (threaded) dan tipe socket-welded. Jika
perubahan diameter besar dapat disisipi reducer.
e. Tee
Tee digunakan untuk percabangan 90°. Berdasarkan ukuran diameter
cabang terhadap diameter pipa utama (header), tee dapat dibedakan menjadi:
- Straight tee dimana ukuran cabang = ukuran pipa header. Misal: Tee 6x6x6.
- Reducing Tee dimana ukuran pipa tidak sama dengan ukuran pipa header.
f. Flange
Flange adalah salah satu jenis sambungan pada sistem perpipaan,
misalnya pipa dengan pipa, pipa dengan valves, pipa dengan
komponen lainnya umumnya menggunakan flange. Sambungan
flange dibuat dengan cara menyatukan dua buah flange dengan
menggunakan baut dan mur, serta menyisipkan serta menyisipkan gasket
antara kedua flange tersebut. Hal penting yang harus diperhatikan adalah
kekuatan dari flange yang akan digunakan. Ketahanan dari flange
terhadap tekanan adalah berbanding terbalik dengan temperatur.
Makin tinggi suhu makin rendah kemampuan flange terhadap tekanan.
II.2.4 Persamaan Bernouli untuk Fluid Friction
Pada fluida yang mengalir dalam pipa. Dari neraca massa diperoleh
persamaan kontinyuitas yang intinya kapasitas massa atau debit tetap,
sedangkan dari neraca tenaga diperoleh persamaan tenaga yang sering
disebut sebagai persamaan Bernoulli, yaitu
Neraca tenaga mekanis
dihitung dengan persaman Bernoulli:
dengan:
-Wp = energy yang diberikan dari luar missal melalui energi pipa
Δv/2 α g c = beda energi kinetis
ΔZ g/gc = beda energy potensial
ΔP / ρ = beda tekanan
(Fakultas Teknologi Industri, “Buku Petunjuk Praktikum Teknik Kimia UPN
Sumber :
Anonim, 2015, “fluid flow”, http://documents.tips/documents/bab-1-aff-
laporan . html
Mc Cabe, 2000,”operasi teknik kimia”, Jakarta; Erlangga.
Modul OTK I, 2015,”fluid flow”, Surabaya; UPN “Veteran” Jawa Timur”
Randy, 2012, “aliran laminar”. http://randymanto.blogspot.co.id/2012/05/aliran-
laminar-dan-turbulen.html.
0 Response to "Laporan praktikum OTK- Fluid Flow"
Posting Komentar