Laporan praktikum OTK- Fluid Flow

FLUID FLOW

BAB I

PENDAHULUAN

I.1.   Latar belakang

Fluida merupakan zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara permanen. Kata fluida mencakup zat-zat seperti zat cair, air, dan gas. Karena zat-zat tersebut dapat mengalir. Tetapi sebaliknya untuk seluruh benda yang masuk dalam kategori zat padat tidak dapat disebut dengan fluida. Karena zat-zat tersebut tidak bisa mengalir secara kontinyu. Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah fluida tersebiut berada dibawah pengaruh bidang batas padat atau tidak. Aliran dalam pipa telah banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam proses-prose dibidang industri. Pada aliran air dan udara yang mengalir dalam suatu pipa, kecepatan dan kapasitasnya dapat berubah-ubah. Tipe aliran fluida yang terjadi di dalam suatu aliran atau pipa sangat penting dalam persoalan-persoalan fluida dinamik. Aliran fluida dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu laminar, turbulen dan transisi. Pembagian jenis aliran tersebut berhubungan dengan bilangan Reynold.

Dalam praktikum ini menggunakan serangkaian alat fluidisasi. Hal pertama yang dilakukan yaitu fluida dialirkan selama lima detik menuju tangki melewati selang kecil yang berhubungan dengan pipa U sehingga dapat diketahui ∆P fluida mengalir. Setalah itu fluida yang ada ditangki dihitung dan didapat volumenya. Percobaan tersebut diulangi sebanyak lima kali dan lakukan pula dengan variabel yang berbeda sesuai yang diberikan.

Tujuan dalam praktikum ini yaitu agar praktikan dapat lebih lagi memahami konsep dari persamaan Bernoulli dalam suatu aliran fluida (Fluid Flow). Praktikan juga dapat menentukan laju alir pressure drop pada pipa dengan penampang lurus dan pipa dengan penampang berbagai macam fitting. Serta praktikan juga dapat menentukan nilai power pompa yang digunakan.

I.2.   Tujuan

1.      Memahami konsep persamaan bernoulli pada aliran fluida

2.      Memahami jenis aliran dalam perpipaan

3.      Menentukan laju alir pressure drop pada pipa dengan penampang lurus dan penampang berbagai macam fitting

I.3 Manfaat

1.      Praktikan dapat menentukan nilai dari eksperimen tentang head loss pada pipa dan fitting

2.      Praktikan dapat menetapkan nilai tentang fanning friction loss factor

3.      Praktikan dapat mengaplikasikan persamaan bernoulli

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1.Secara Umum

Fluida merupakan suatu zat yang dapat atau juga bisa mengalami suatu proses perubahan bentuk secara terus-menerus apabila terkena tekanan ataupun gaya walaupun relatif sangat kecil. Kata fluida mencakup zat-zat seperti zat cair, air, dan gas. Karena zat-zat tersebut dapat mengalir. Tetapi sebaliknya untuk seluruh benda yang masuk dalam kategori zat padat tidak dapat disebut dengan fluida. Karena zat-zat tersebut tidak bisa mengalir secara kontinyu.

Fluida juga merupakan gugusan yang tersusun atas molekul-molekul. Yang dimana molekul-molekul tersebut tidak dapat terikat pada suatu sisi. Melainkan molekul-molekul tersebut saling bergerak bebas terhadap satu dengan yang lainnya. Selain itu, molekul tersebut dengan mudah bergerak serta berubah-ubah tanpa pemisah massa. Sehingga fluida memiliki sifat ketahanan terhadap perubahan bentuk sangatlah kecil (Suryani, 2013)

II.2 ALIRAN FLUIDA

            Aliran fluida pada suatu pipa dapat dikategorikan sebagai berikut :

1.                  Aliran Laminer

Aliran laminer merupakan suatu aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan lapisan atau bisa disebut juga lamina-lamina dengan satu lapisan yang meluncur secara lancar. Dalam aliran lamina ini viskositas berfungsi untuk meredam dari kecenderungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminer dapat memenuhi hukum viskositas Newton yaitu : 

1.                  Aliran Turbulen

Aliran Turbulen merupakan suatu aliran dimana pergerakan yang terdapat pada partikel-partikel sangat tidak menentu. Karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang dapan mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala besar. Dalam keadaan aliram turbulen maka turbulensi yang terjadi dapat mengakibatkan tegangan geser yang merata pada seluruh fluida. Sehingga menghasilkan kerugian-kerugian aliran.

2.                  Aliran Transisi

Aliran transisi merupakan suatu aliran peralihan dari aliran laminer ke aliran turbulen.

VISKOSITAS                      

            Viskositas fluida merupakan suatu ukuran dari ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Dimana viskositas dapat dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi, dan laju perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur. Hal ini dapat disebabkan karena gaya-gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan. Dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunnya viskositas dari zat cair tersebut.

RAPAT JENIS (DENSITAS)

            Densitas atau rapat jenis ( ρ ) merupakan zat dalam ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan dapat dinyatakan dalam massa persatuan volume. Sifat ini ditentukan dengan cara menghitung nisbah atau rasio massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut. Sehingga hubungannya dapat dinyatakan sebagai berikut :

Dimana :

m adalah massa fluida ( kg )

V adalah volume fluida ( m³ )

Nilai densitas dapat dipengaruhi oleh temperatur. Yang dimana semakin tinggi temperatur maka kerapatan pada suatu fluida semakin berkurang. Hal ini dapat terjadi karena gaya kohesi dari molekul-molekul fluida semakin berkurang.

DEBIT ALIRAN

            Debit aliran dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada masing-masing pipa yang dieksperimenkan. Dimana pada rumus debit aliran tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut :

Dimana :

            Q adalah debit aliran ( m³/s )

            V adalah Volume fluida ( m³ )

            T adalah waktu ( s )

II.3 ANGKA REYNOLDS

            Reynolds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran dapat berubah menjadi jenis aliran lain. Yaitu suatu aliran laminer dapat berubah menjadi aliran turbulen. Hal tersebut bergantung pada empat buah besaran yaitu diameter pipa, viskositas, densitas, dan kecepatan linier rata-rata zat cair. Kemudian Reynolds menemukan bahwa keempat faktir tersebut digabungkan menjadi suatu gugus dan perubahan macam aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus tersebut. Pengelompokan variabel menurut Reynolds adalah sebagai berikut :

gugus variabel tanpa-dimensi ini disebut sebagai angka Reynolds (Reynolds number) N_re. Pada gugus ini besarmya tidak bergantung pada satuan yang digunakan, asal saja satuan-satuan tersebut konsisten.

Pengamatan-pengamatan selanjutnya menunjukan bahwa transisi dari aliran laminer menjadi aliran turbulen dapat berlangsung pad kisaran angka Reynolds yang cukup luas. Aliran laminer selalu ditemukan pada angka Reynolds dibawah 2100. Tetapi bisa terdapat pada angka Reynolds sampai beberapa ribu. Yaitu dalam kondisi khusus yang diaman lubang pipa masuk sangat baik kebundarannya. Dan juga zat cair dalam tangki sangat tenang.

Pada kondisi aliran biasa, aliran tersebut disebut turbulen. Yaitu terdapat pada angka Reynolds kira-kira diatas 4000. Sedangkan nilai angka Reynolds yang terdapat diantara nilai 2100 sampai 4000, terdapat suatu daerah transisi diaman aliran itu mungkin laminer dan mungkin juga aliran turbulen. Hal tersebut bergantung pada kondisi pada lubang masuk pipa dan jarak luang masuk itu. (McCabe, 1987)

II.4 DASAR-DASAR PERHITUNGAN

            Untuk menganalisa suatu fluida, maka dasar-dasar yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut :

A.                Neraca Massa

Untuk fluida tak termanpatkan berlaku hukum kontinuitas dimana massa yang masuk sama dengan massa yang keluar

Dimana :

V₁ adalah Volume masuk ( m³ )

A₁ adalah luas penampang saat masuk ( m² )

V₀ adalah Volume keluar ( m³ )

A₀ adalah luas penampang saat keluar ( m² )

Atau

Dimana

m₁ adalah massa masuk

m₀ adalah massa keluar

ρ₁ adalah densitas fluida masuk

ρ_o adalah densitas fluida keluar 

Untuk fluida termampatkan harga densitas masuk sama dengan harga densitas keluar (ρ₁ = ρ_o ). Sedangkan untuk fluida tak termampatkan ρ₁ tidak sama dengan ρ_o. Untuk menentukan laju alir fluida  ( Q ) dapat digunakan persamaan : Q = V/AA.                

Neraca Energi

Untuk sistem perpipaan fluida dapat dibedakan sebagai berikut :

( E. Dalam + E. Potensial + E. Kinetik + E. Tekanan ) input

= (E. Dalam + E. Potensial + E. Kinetik + E. Tekanan ) output + E. Kerja + E. Panas + E. Yang hilang

Persamaan tersebut jika dinyatakan dalam energi per satuan massa akan diperoleh persamaan sebagai berikut :

II.5 KEHILANGAN GESEKAN PADA SISTEM PERPIPAAN

            ( Friction loss = f_f )

            Head loss dapat dikategorikan dalam dua bagian antara lain :

1.                 1. Head loss karena ketahanan pipa yang terbentang sepanjang pipa

Dimana harga f dapat dingearuhi oleh besarnya E / D dari N_Re

1.                  Friction loss, karena adanya perlengkapan pipa friction loss (F) juga dipengaruhi oleh karakteristik perlengkapan pipa seperti elbow, kerangan, ekspansi, kontraksi. Dengan memisahkan pipa lurus dan pipa berfitting dan memasukan harga factor yang tergantung pada jenis fitting masing-masing.

Dimana nilai k_f merupakan koefisien kehilangan masing-masing dari fitting. Untuk koefisien tersebut dapat dilihat pada :

       a   .  Friction Loss Karena Kekurangan (Ff_v)

“L” dianggap nol (0) karena di asumsikan tidak ada pipa lurus dan harga k_f tergantung pada besar dan jenis kerangan.

       b.       Friction Loss Karena Adanya Belokan (F_f Elb)

        Harga k_f elb tergantung pada besarnya jari-jari elbow terhadap jari-jari pada pipa.

 Sumber :

Kutiningsih, Indar. 2008. “Aliran Fluida” (che.ft-untirta.ac.id)

Mc Cabe, Warren L. 1985. “Unit Operation of Chemical Engineering Seventh Edition”. New York : McGraw Hill

Ridwan. 2015. “Karakteristik Aliran Fluida”.(ridwan.staff.gunadarma.ac.id/ downloads/files/10075/Karakteristik+Aliran+Fluida1.pdf) 

Suryani, Irma. 2013. “Pengertian atau Definisi Fluida” (irma-teknikkimia.blogspot.com/2013/02/pengertian-atau-definisi-fluida-serta. Html) 

Share this post