Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community for help and clear up your study doubts
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
Menjelaskan tentang suatu aliran fluida dan mengobservqsi melalui pipa
Typology: Study Guides, Projects, Research
1 / 35
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
Diajukan untuk Memenuhi Laporan Praktikum Proses Teknik Kimia I Disusun Oleh : Kelompok V (A3) Desi Fitriani Daulay NIM. 220140080 Fauziah Hanum NIM. 220140097 Anisa Fitri Tarihoran NIM. 220140127
Fluida merupakan zat yang dapat mengalir yang mempunyai partikel yang mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa pemisahan massa. Pada sistem perpipaan selalu diletakkan venturi meter dan orifice meter. Pada percobaan ini diamati tekanan yang terjadi pada orifice meter. Orifice meter adalah suatu alat pengukuran pada fluida untuk mengetahui permukaan air yang sehingga besarnya tekanan dapat dihitung. Dengan demikian untuk mendapat nilai laju alir pada percobaan ini dilakukan dengan cara mengukur nilai orifice meter. Adapun hasil yang didapat pada tahap pengambilan data orifice meter pada bukaan 25% laju alir didapat sebesar 0,0003426 m^3 /s dan bilangan reynold 27267,63. Pada bukaan 35% laju alirnya sebesar 0,0003956 m^3 /s dengan bilangan reynold nya 31486,2. Pada bukaan 45 % laju alir menjadi 0,0003956 m^3 /s dengan bilangan reynold nya 31486,2. Dan pada bukaan 55 % laju alir menjadi 0,0004117 m^3 /s yang dengan bilangan reynold nya 32771,8. Berdasarkan hasil yang didapat aliran pada percobaan ini merupakan aliran turbulen, dikarenakan bilangan reynold nya lebih dari 4000. Kata Kunci : Bilangan Reynold , Debit Air, Fluida, Laju Alir, dan Orifice Meter
2.1 Definisi Fluida Dalam bidang industri aliran fluida merupakan bagian ilmu mekanika fluida yang berperan penting dalam merancang sistem perpipaan. Fluida merupakan zat yang dapat mengalir yang mempunyai partikel yang mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa pemisahan massa. Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruangan. Fluida adalah suatu zat yang dpat mengalir bisa berupa cairan atau gas. Fluida mengubah bentuknya dengan mudah dan didalam kasus mengenai gas, mempunyai volume yang sama dengan volume aduk yang membatasi gas tersebut.. Perpipaan merupakan alat transportasi fluida yang banyak digunakan di industri. Sistem perpipaan lebih efisien dan efektif digunakan karena fluida memiliki sifat yang tidak tetap sehingga selalu mengikuti bentuk wadah yang ditempati atau lalui (Warren L. Mc Cabe, 1985). Fluida didefinisikan sebagai zat yang mengalami perubahan bentuk bila mendapat tekanan, meskipun tekanan tersebut sangat kecil. Fluida dapat dipandang sebagai struktur molekul atau media kontinu, tetapi untuk memodelkan fluida secara matematis, maka fluida diasumsikan sebagai media kontinu. Menurut Darren, 201 6. Fluida berdasarkan pengaruh tekanan terhadap volume, dapat digolongkan menjadi 2 yaitu:
2.2 Aliran Fluida Dan aliran fuida merupakan proses yang sering dijumpai dilingkungan dan kehidupan sehari-hari terlebih dari bidang teknik. Proses ini memiliki peranan penting, misalnya aliran air pada sungai, aliran air pada perpipaan rumah tangga bahkan aliran darah pada tubuh manusia (Efendi J, 2021). Aliran fluida atau zat cair dibedakan dari benda padat karena kemampuannya untuk mengalir. Fluida yang bergerak (mengalir) akan membentuk suatu pola aliran tertentu. Fluida jauh lebih kecil dari ikatan molekul dalam zat padat, akibatnya fluida mempunyai hambatan yang relatif kecil pada perubahan bentuk karena gesekan (Hariyono, 2016). Zat padat mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap, sekalipun suatu gaya yang besar diberikan pada zat padat tersebut, zat padat tidak mudah berubah bentuk maupun volumenya, sedangkan zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuk yang tetap, zat cair mengikuti bentuk wadahnya dan volumenya dapat diubah hanya jika diberikan padanya gaya yang sangat besar. Gas tidak mempunyai bentuk maupun volume yang tetap, gas akan berkembang mengisi seluruh wadah. Karena fase cair dan gas tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir. Dengan demikian kedua-duanya sering secara kolektif disebut sebagai fluida (Marzuky, 2018). Secara garis besar jenis aliran dapat dibedakan atau dikelompokkan sebagai berikut:
yang dapat digunakan antara lain pompa, blower , kipas, dan kompresor. Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen. Keadaan peralihan ini tergantung pada viskositas fluida dan kecepatan dimana nilai bilangan Reynolds nya antara 2300 sampai dengan 4000 (2300<Re<4000). Dapat dilihat pada gambar 2.2 dibawah ini. Gambar 2.2 Aliran Transisi
mengukur kecepatan aliran suatu zat cair. Fluida yang pada venturi meter ini dapat berupa cairan gas dan uap. Pada venturi ini fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan kebagaian inlet cone. Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan awal. Pada bagian inlet cone fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan oleh bagian inlet cone yang berbentuk kerucut atau semakin mengecil kebagian throat. Kemudian fluida akan masuk kebagian throat , pada bagian throat inilah tempat-tempat pengambilan tekanan akhir dimana throat ini berbentuk bulat datar. Laju fluida akan melewati bagian akhir dari tabung venturi yaitu outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut dimanan bagian kecil berada pada throat dan pada outlet cone ini tekanan akan kembali normal. Jika aliran melalui tabung venturi benar - benar tanpa gesekan, maka tekanan fluida yang meninggalkan meteran tentulah sama persis dengan tekanan fluida yang memasuki meteran dan keberadaan meteran dalam jalur tersebut tidak akan menyebabkan kehilangan tekanan yang bersifat permanen dalam tekanan. Penurunan tekanan pada inlet cone akan dipulihkan dengan sempurna pada outlet cone. Gesekan tidak dapat ditiadakan dan juga kehilangan tekanan yang permanen. Gambar venturi meter dapat dilihat pada gambar 2.4 dibawah ini. Gambar 2.4 Venturi Meter b. Plat Orifice Plat orifice merupakan pengukur aliran yang paling murah, paling mudah pemasangannya tetapi kecil juga ketelitiannya di antara pengukur - pengukur aliran jenis head flow meter. Pelat orifice merupakan plat yang berlubang dengan piringan tajam. Pelat - pelat ini terbuat dari bahan - bahan yang kuat. selain terbuat dari logam, ada juga orifice nya yang terbuat dari plastik agar tidak
orifice , pitot tubes membutuhkan dua lubang pengukur tekanan untuk menghasilkan sesuatu beda tekanan. Pada pitot tube ini biasanya fluida yang digunakan adalah jenis cairan dan gas. Pitot tubes terbuat dari stainless dan kuningan. Gambar pitot tube dapat dilihat pada gambar 2.6 dibawah ini. Gambar 2.6 Pitot Tube Pada dasarnya prinsip kerja dari keempat alat ini sama yaitu bila aliran fluida yang menglir melalui alat ini maka akan terjadi perbedaan tekanan sebelum dan sesudah alat ini. Beda tekanan menjadi lebih besar bila laju arus yang diberikan kepada alat ini bertambah. Konsep aliran fluida yang berkaitan dengan aliran fluida dalam pipa adalah:
Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan pengukuran-pengukuran, misalnya langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik, elektronik, elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara langsung terdiri dari atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatu penampang dalam suatu selang waktu tertentu. Metode tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa dititik pada suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode pengukuran aliran yang paling adalah penentuan gravimerik atau penentuan volumetrik dengan berat atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur. 2.3 Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen. Re = V D ρ μ
Dimana: V = kecepatan (rata - rata) fluida yang mengalir (m/s) D = adalah diameter dalam pipa (m) ρ = adalah masa jenis fluida (kg/m^3 ) μ = adalah viskositas dinamik fluida (kg/m.s) atau (N. det/m^2 ) Dengan μ adalah kekentalan kinematik. Dari percobaan yang dilakukan untuk aliran air melalui pipa dapat disimpulkan bahwa pada angka Reynolds rendah gaya kental dominan sehingga aliran adalah laminer. Dengan bertambahnya angka Reynolds baik karena bertambahnya kecepatan atau berkurangnya kekentalan zat cair atau bertambah besarnya dimensi medan aliran (pipa), akan bisa menyebabkan kondisi aliran laminer menjadi tidak stabil. Sampai pada suatu angka Reynolds di atas nilai tertentu aliran berubah dari laminer menjadi turbulen.
geser dengan gerakan fluida. Viskositas dinamik tampaknya sama dengan rasio tegangan geser terhadap gradien kecepatan. μ = τ du/dy
Dimana: μ = viskositas dinamik (kg/m.s) τ = tegangan geser (N/m^2 ) du/dy = gradien kecepatan [(m/s)/m]
Dimana: υ = viskositas kinematik (m^2 /s) μ = viskositas dinamik (kg/m.s) ρ = kerapatan fluida (kg/m^3 ) 2.4.3 Kerapatan ( Density ) Kerapatan atau density (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan dinyatakan dalam massa per satuan volume. Sifat ini ditentukan dengan cara menghitung perbandingan massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut. ρ = m v
Dimana: v = volume fluida (m^3 ) m = massa fluida (kg) ρ = rapat massa (kg/m^3 ) Berat jenis γ adalah gaya gravitasi terhadap massa yang terkandung dalam
sebuah satuan volume zat, maka: γ = ρ.g ....................................................................................................(2. 8 ) Dimana: ρ = rapat massa (kg/m^3 ) g = percepatan gravitasi (9,81m/s^2 ) 2.4.4 Spesific Grafity Spesific grafity ( s.g ) adalah sifat yang digunakan untuk memperbandingkan kerapatan suatu zat dengan kerapatan air. Karena kerapatan semua zat cair bergantung pada temperatur serta tekanan, maka temperatur zat cair yang dipertanyakan, serta temperatur air yang dijadikan acuan, harus dinyatakan untuk mendapatkan harga-harga gravitasi jenis yang tepat. s.g = ρ ρw
Dimana: s.g = spesific grafity ρ = rapat massa (kg/m^3 ) ρ (^) w = kerapatan air (kg/m^3 ) 2.4.5 Tekanan Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dengan gaya F dianggap bekerja secara tegak lurus terhadap luas permukaan A, maka: P =
dimana P = tekanan (kg/m^2 ) F = gaya (kg) A = luas permukaan (m^2 ) Satuan tekanan dalam SI adalah N/m^2. Satuan ini mempunyai nama resmi Pascal (Pa), untuk penghormatan terhadap Blaise Pascal dipakai 1 Pa1 N/m^2. Namun untuk penyederhanaan, sering menggunakan N/m^2. Satuan lain yang
penurunan tekanan pada zat cair atau gas tersebut. Artinya, akan terdapat penurunan energi potensial pada aliran fluida tersebut. Hukum Bernoulli sebenarnya dapat dikatakan sebagai bentuk khusus dari konsep mekanika fluida secara umum yang dikenal dengan persarnaan Bernoulli. Persamaan Bernoulli menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida yang tertutup, banyaknya energi suatu fluida di suatu titik sama dengan banyaknya energi di titik lain. Suatu fluida dengan aliran termampatkan merupakan suatu aliran fluida yang mempunyai karakteristik khusus adanya perubahan kerapatan massa (densitas) pada sepanjang aliranya. Adapun fluida dikatakan mempunyai aliran tak termampatkan adalah fluida yang mempunyai karakteristik tidak terdapat perubahan kerapatan massa (densitas) pada sepanjang aliran fluida tersebut. Hukum Bernoulli juga menyatakan bahwa semakin panjang suatu penampang pipa maka tekanan fluida akan berkurang. Hal ini berpengaruh juga terhadap gaya gesek yang dihasilkan semakin panjang lintasan fluida maka potensi gesekannya semakin tinggi. Selain itu, semakin kecil luas penampang pipa maka semakin besar potensi gaya gesek antara fluida dengan dinding pipa (Fiqri dkk, 2021). 2.7 Orifice Meter Orifice meter adalah alat pengukuran laju alir yang didasarkan kepada beda tekanan. Penurunan penampang arus aliran melalui orifice itu menyebabkan head kecepatan meningkat tetapi head tekanan menurun, dan penurunan tekanan antara kedua titik dapat diukur dengan manometer, hal ini dapat dilihat pada Gambar 2. 7. Gambar 2. 7 Manometer U
Persamaan Bernoulli memberikan dasar untuk mengkorelasi peningkatan- peningkatan head kecepatan dengan penurunan head tekanan. Persamaan Bernoulli yang dapat diterapkan pada orifice meter ini adalah: ½ (v 22 —v 12 ) + g (h 2 —h 1 ) +1/ρ (P 2 — P 1 ) = hL ................................(2.1 2 ) Dimana: ΔV = perbedaan kecepatan (m/s) Δh = perbedaan ketinggian (m) ΔP = perbedaan tekanan (N/m^2 ) g = percepatan gravitasi (m/s^2 ) ρ = densitas fluida (kg/m^3 ) hL = energi yang tidak termanfaatkan ( head loss ), J/kg 2.8 Kalibrasi Orifice Meter Prinsip kalibrasi orifice meter ialah mengukur waktu yang dibutuhkan untuk menampung fluida sampai mencapai volume tertentu pada setiap ∆h orifice yang berbeda. Laju alir fluida dalam orifice adalah sebagai berikut: Q=
t
Dimana: Q = laju alir volumetrik (m^3 /s) V = volume fluida (m^3 ) t = waktu (s) Beda ketinggian pada orifice meter dapat di gunakan untuk menentukan beda tekan yang terjadi dalam orifice meter. Beda tekan yang terjadi dalam orifice meter adalah sebagai berikut: ΔP 0 = ρ.g. Δh 0 ......................................................................................(2. 14 ) Dengan: ΔP 0 = beda tekan pada orifice meter (N/m²) ρ = berat jenis fluida (kg/m³) g = percepatan gravitasi (m/s²)
3.1 Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut: 3.1.1 Alat - alat Adapun alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:
penuh
