MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA ALIRAN FLUIDA (ALF) Koordinator LabTK Dr. Pramujo Widiatmoko

Transkripsi

1 MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA ALIRAN FLUIDA Koordinator LabTK Dr. Pramujo Widiatmoko FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2016

2 Kontributor: Dr. Yogi Wibisono Budhi, Dr. Irwan Noezar, Dr. Ardiyan Harimawan, Darren Kurnia, Paul Victor ALF 2016/PW 2

3 DAFTAR ISI DAFTAR ISI... 3 DAFTAR GAMBAR... 4 DAFTAR TABEL... 5 BAB I PENDAHULUAN... 6 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN Tujuan Percobaan Sasaran Percobaan... 8 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN Perangkat dan Alat Ukur Bahan Skema Alat... 9 BAB IV PROSEDUR KERJA Penentuan Densitas Air Keran Penentuan Viskositas Air Keran Prosedur Start Up Prosedur Shut Down PUSTAKA LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR ALF 2016/PW 3

4 DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ Gambar C.1. Moody Diagram ALF 2016/PW 4

5 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Keterangan Gambar Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve ALF 2016/PW 5

6 BAB I PENDAHULUAN Fluida merupakan suatu jenis zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara permanen. Perubahan bentuk di dalam fluida akan membentuk lapisan-lapisan yang mengalir di atas lapisan lain dan terbentuklah lapisan baru. Pada proses tersebut, tegangan geser timbul dan besarnya tergantung pada viskositas fluida serta laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu. Tegangan geser ini akan hilang setelah fluida mencapai keadaan kesetimbangan. Berdasarkan sifat densitasnya, fluida dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu fluida compressible dan incompressible. Fluida compressible mempunyai densitas yang peka terhadap perubahan temperatur dan tekanan (misalnya gas). Sebaliknya, fluida incompressible lebih stabil terhadap pengaruh tekanan dan temperature (misalnya cairan). Dalam suatu sistem perpipaan untuk mengalirkan fluida, komponen atau peralatan umum yang digunakan antara lain pipa/tabung, valve, blower, pompa. Pipa berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluida, sementara valve berguna untuk mengatur aliran fluida. Energi mekanik diperlukan untuk memindahkan dan mengatur kecepatan alir fluida dalam sistem perpipaan. Alat yang dapat antara lain pompa, blower, kipas, dan kompresor. Berdasarkan prinsip kerjanya, peralatan pemindah fluida dibagi menjadi dua, tekanan langsung ke fluida atau dengan membangkitkan rotasi menggunakan momen punter. Persamaan Bernoulli digunakan untuk menganalisis perubahan energi dalam sistem perpipaan. ( ) ( ) Keterangan: A : bagian hisap pompa B : bagian keluaran pompa ( ( ) ) ALF 2016/PW 6

7 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. Head dinyatakan dalam tinggi kolom fluida pada kondisi adiabatik. Efisiensi pompa dinyatakan sebagai perbandingan daya output terhadap input. Dalam pengoperasian pompa, fenomena kavitasi harus dihindari. Kavitasi merupakan fenomena perubahan sebagian fluida menjadi uap akibat tekanan hisap yang lebih tinggi dibandingkan tekanan uap fluida. Timbulnya gelembung dalam aliran cairan akibat proses tersebut dapat merusak pompa. Untuk menghindari terjadinya 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 berikut. ( ) (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 2016/PW 7

8 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 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 2016/PW 8

9 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 2016/PW 9

10 B A C E F D G I J K L H R Q P O N M T S Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1 Kode Keterangan Kode Keterangan A 6 mm smooth bore pipe K In-line y strainer B Sudden contraction L 90 o elbow C 10 mm smooth bore pipe M 90 o bend D Sudden enlargement N 90 o T E 17 mm smooth bore pipe O Pitot static tube F 17 mm artificial roughened pipe P Venturimeter G 45 o elbow Q Orificemeter H 45 o Y R Outlet control valve I Gate valve S Water manometer J Globe valve T Digital manometer ALF 2016/PW 10

11 BAB IV PROSEDUR KERJA Berikut merupakan langkah kerja praktikum modul 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 Piknometer dikosongkan; dibilas dengan aseton; keringkan Densitas air keran dihitung Selesai Densitas air keran ALF 2016/PW 11

12 4.2. 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 2016/PW 12

13 4.3. 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 2016/PW 13

14 4.4. Prosedur Shut Down Mulai Seluruh valve dibuka Power supply dimatikan Isi bak penampung dikuras dan dikeringkan Bereskan peralatan Selesai ALF 2016/PW 14

15 PUSTAKA Geankoplis, C. J., 2003, Transport Process and Separation 4 th edition, USA: Prentice Hall (halaman ; ) SOLTEQ, Fluid Friction Measurements Apparatus Model : FM 100, Equipment for Engineering Education & Research, 2011 ALF 2016/PW 15

16 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 H 2 O) 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 ( o C) ALF 2016/PW 16

17 Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran Waktu tempuh aqua dm (s) Waktu tempuh air keran (s) Temperatur aqua dm ( o C) ALF 2016/PW 17

18 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 : Dengan = densitas air keran (kg/m 3 ), kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s), d = diameter pipa (m), = viskositas air keran (kg/m.s) ALF 2016/PW 18

19 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 h v (velocity head) terlebih dahulu dengan persamaan : Dengan u = laju alir linear (m/s), dan g = konstanta percepatan gravitasi = 9,8 m/s 2. Setelah didapat nilai h v, plotkan h v terhadap h (head loss bacaan) secara linear agar didapatkan nilai K ( = h / h v ) 6. Karakteristik alat ukur Hitung nilai Q (debit aliran air keran (m 3 /s)) dan hubungkan dengan plot secara linear terhadap akar dari head loss ( Δh (m 1/2 )) agar didapatkan nilai k ( = Q/ Δh) ALF 2016/PW 19

20 LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR Gambar C.1. Moody Diagram ALF 2016/PW 20

21 Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve Section Diameter (cm) 6 mm smooth bore pipe 0,6 Sudden contraction 0,25 0,1 10 mm smooth bore pipe 0,1 Sudden enlargement 0,1 0,25 17 mm smooth bore pipe 0,17 17 mm artificial roughened pipe 0,17 45 o elbow 2,5 45 o Y 2,5 Gate valve 2,5 Globe valve 2,5 In-line y strainer 2,5 90 o elbow 2,5 90 o bend 2,5 90 o T 2,5 Pitot static tube 2,5 Venturimeter 2,5 Orificemeter 2,5 ALF 2016/PW 21

22 LAMPIRAN D LEMBAR KENDALI KESELAMATAN KERJA No Bahan Sifat Bahan Tindakan Penanggulangan 1 Air (H 2 O) Titik leleh 0 o C Titik didih 100 o C Stabil terhadap reaksi Viskositas 0,860 cp pada 26 o C Pelarut yang baik Tidak memerlukan penanggulangan secara khusus 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. 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. Asisten Pembimbing Koordinator Lab TK ALF 2016/PW 22