Laporan Praktikum Operasi Teknik Kimia I Efflux Time BAB I PENDAHULUAN

Transkripsi

1 Page 1 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Penggunaan efflux time dalam dunia industri banyak dijumpai pada pemindahan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan pipa tertutup serta tangki sebagai penampung fluida, salah satu contohnya adalah dalam pengosongan cairan minyak di dalam tangki. Cairan mengalir dari tangki penampung ke pipa karena gaya berat cairan itu sendiri. Tangki penampung cairan biasanya diletakan pada ketinggian tertentu sehingga cairan mudah mengalir, cukup dengan gaya berat itu sendiri. Pemompaan digunakan untuk mengatur debit cairan yang keluar dari tangki penampung. Operasi dalam industri kimia, biasanya berlangsung secara kontinyu, sehingga ketinggian cairan setiap saat didalam tangki dapat diketahui dengan menghitung waktu penurunan cairan. Hal ini dapat menghemat biaya pemompaan. Pada proses yang tidak kontinyu, tinggi permukaan cairan pada tangki penampung setiap saat dapat diketahui dengan menghitung waktu penurunan cairan dengan percobaan menggunakan alat (tangki) kecil asalkan L/D-nya sama dengan tangki untuk operasi sesungguhnya. Jadi, pengetahuan tentang efflux time sangat diperlukan dalam industri kimia, terutama industri yang menggunakan bahan cair. Dalam percobaan hal pertama yg dilakukan adalah melarutkan garam dalam air kemudian diukur densitas dan viskositasnya. Larutan garam dimasukkan kedalam tangki. Ukur tinggi larutan mula-mula dan catat waktu penurunannya sesuai dengan variabel penurunan tinggi larutan yang telah ditentukan. Lakukan juga percobaan tersebut untuk air Percobaan ini bertujuan untuk menentukan nilai faktor koreksi terhadap waktu pengosongan tangki berbagai pipa dengan penurunan cairan, gravitas, densitas, viskositas dapat mempengaruhi perhitungan efflux time.

2 Page 2 I.2. Tujuan 1. Menentuan nilai faktor koreksi pada waktu pengosongan tangki 2. Mengetahui pengaruh faktor gesekan terhadap efflux time 3. Menentukan nilai waktu penurunan cairan I.3. Manfaat 1. Agar praktikan dapat menghitung kecepatan aliran pada pipa 2. Agar praktikan dapat menghitung bilangan reynold (Nre) untuk menentukan jenis aliran yang terjadi 3. Agar praktikan dapat menghitung efflux time

3 Page 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1. Aliran Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah fluida itu berada dibawah pengaruh bidang batas padat atau tidak. Di daerah dimana pengaruh dinding itu kecil, tegangan geser mungkin dapat diabaikan. Dan perilaku fluida itu mungkin mendekati perilaku fluida ideal. Yaitu tak-mampu mapat dan mempunyai viskositas nol. Aliran fluida demikian disebut aliran potensial dan dapat diberikan secara lengkap dengan menggunakan prinsip-prinsip mekanika newton dan hukum kekekalan massa Aliran potensial mempunyai dua ciri-ciri pokok : (1) Dalam aliran itu tidak terdapat sirkulasi atau pusaran (eddy), sehingga aliran potensial itu biasa disebut aliran iratasional (aliran tak-putar). Dan (2) dalam aliran itu tidak terdapat gesekan, sehingga tidak ada disipasi (pelepasan) dari energi mekanik menjadi kalor. Kebanyakan proses aliran dalam bidang teknik kimia dapat dikajoi dengan baik dengan menganggap arus fluida itu terdiri dari dua bagian, yaitu lapisan batas dan fluida selebihnya. A. Aliran Laminer Pada kecepatan rendah, fluida cenderung mengalir tanpa pencampuran secara lateral, dan lapisan lapisan yang berdampingan menggelincir di atas satu sama lain. Disini tidak terdapat aliran silang atau pusaran (eddy). Rejim ini disebut aliran laminer (laminar flow). Pada kecepatan yang lebih tinggi, terjadi keturbulenan dan pembentukan pusaran yang menyebabkan terjadinya pencampuran lateral B. Keturbulenan Pada laju-aliran rendah, penurunan tekanan di dalam fluida akan bertambah secara langsung menurut kecepatan fluida, pada laju tinggi pertambahan itu jauh lebih cepat lagi, yaitu kira-kira menurut pangkat dua kecepatan. Reynolds menemukan bahwa, pada laju aliran rendah, air tersebut mengalir tanpa gangguan

4 Page 4 bersama dengan aliran umum dan tidak terlihat adanya campur-silang. Perilaku pita-warna ini menunjukkan dengan jelas bahwa air tersebut mengalir menurut garis lurus yang sejajar dan bahwa aliran tersebut laminar. Bila laju aliran ditingkatkan, akan dicapai suatu kecepatan yang disebut sebagai kecepatan kritis, di mana benang-warna tersebut menjadi bergelombang, dan berangsur-angsur hilang karena zat-warna tersebut tersebar secara seragam di dalam keseluruhan penampang aliran air. Perilaku air-berwarna tersebut menunjukkan bahwa air tidak lagi mengalir menurut gerakan laminar, tetapi bergerak ke mana-mana dalam bentuk aliran silang dan pusaran. Gerakan jenis ini dinamakan aliran turbulent (turbulent flow). (McCabe 1986) II.2. Efflux Time Efflux time merupakan waktu yang diperlukan untuk pengosongan cairan didalam tangki melalui pipa vertikal, karena pengaruh gaya beratnya. Sebagian besar industri mengalirkan cairan dari tempat penampungannya dengan pengaruh gaya gravitasi karena tinggi permukaan cairannya. Sehingga perlu pengukur tinggi permukaan teoritis melalui rumus pendekatan dari penurunan rumus prinsip dasar teori aliran fluida dinamis dalam aliran vertikal II.3. Faktor yang Mempengaruhi Efflux Time Faktor-faktor yang mempengaruhi Efflux Time diantaranya : 1. Diameter, dimana diameter akan mempengaruhi debit air. 2. Ketinggian, ketinggian akan mempengaruhi kecepatan karena ketinggian akan menekan air karena semaklin tinggi air maka semakin besar tekanannya sehingga air yang keluar juga semakin besar dan semakin rendah tinggi air maka tekanannya semkain kecil dan jumlah air yang keluar semkain kecil. 3. Lamanya waktu yang diberikan dimana bila waktu yang diberikan semakin lama maka debit akan kecil dan bila waktu yang diberikan semakin cepat maka debit akan semakin besar. 4. Kecepatan aliran air, dimanabila kecepatan air semakin besar maka debit akan semakin besar pula, dan bila kecepatan air kecil maka akan kecil pula debit.

5 Page 5 5. Luas penampang dari tempat aliran itu keluar. BIla luas penampung keluarnya zat cair tersebut makin besar maka debit semakin besar, dan begitu pula sebaliknya. Aliran teoritis dari sebuah tangki besar yang melalui lubang relatif kecil dengan bias a pada kedalaman h di bawah permukaan bebas dapat dicari dengan prinsip dari kekekalan energi. Misalkan tangki terbuka ke atmosfer, tekanan pada permukaan bebas maupun pada lubang adalah atmosferik dandengan demikian persamaan Bernouli memberikan : h= v2 2 g v adalah kecepatan pengeluaran teoritis dan h adalah Z1 dan Z 2 dalam persamaan Bernouli. Kecepatan pengeluaran sebenarnya adalah : Q=Cd A 2gh Keterangan : Cd Q A 2gh : koefiisien pengeluaran. : cepat aliran/debit air : luas penampang yang dilalui fluida : kecepatan pengeluaran teoritis Cepat aliran / debit air adalah volume fluida yang dipindahkan tiap satuan waktu : Q= A v atau A 1 v 1 = A 2 v 2 Keterangan : Q : Cepat aliran/debit air (m 3 /s) V : kecepatan fluida (m/s) A : luas penampang yang dilalui fluida (m 2 )

6 Page 6 II.4. Gaya yang Berpengaruh pada Efflux Time Gaya-gaya yang berpengaruh pada efflux time adalah sebagai berikut: 1. Gaya Friksi Friksi adalah besaran yang berlawanan arah dengan kelajuan. Friksi mengakibatkan kelajuan sebuah objek berkurang. Besarnya hambatan aliran karena gesekan sangat tergantung dari kekasaran dinding pipa. Dari hasil berbagai percobaan diketahui bahwa makin kasar dinding pipa makin besar terjadinya penurunan atau kehilangan tekanan aliran. Jenis gesekan ini dikenal dengan dengan gesekan aliran dan besarnya tahanan itu sendiri di ukur dengan koefisien gesekan,f. Pada awalnya percobaan mengenai gesekan aliran dilakukan oleh Froude yang menyimpulkan bahwa : a. Besarnya gesekan berbanding lurus dengan pangkat dua dari laju aliran b. Hambatan karena gesekan bervariasi tergantung kepada kekasaran pipa 2. Gaya Tekan Gaya tekan bergantung pada besarnya tekanan dan luasan permukaan yang dikenai tekanan dengan persamaan : F p =P A Keterangan : Fp : gaya tekan P : tekanan A : Luas penampang 3. Gaya Berat Gaya berat bergantung pada massa dan percepatan gravitasi (Abdinagar, 2015) II.5. Angka Reynolds dan Transisi dari Aliran Laminer ke Turbulen Dalam penelitiannya, Reynolds mempelajari kondisi dimana satu jenis aliran berubah menjadi aliran jenis lain, dan bahwa kecepatan kritis, dimana aliran laminar berubah menjadi aliran turbulen. Keadan ini bergantung pada

7 Page 7 empat buah besaran yaitu : diameter tabung, viskositas, densitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair. Lebih jauh ia menemukan bahwa ke empat faktor itu dapat digabungkan menjadi suatu gugus, dan bahwa perubahan macam aliran berlangsung pada suatu nilai tertentu gugus itu. Pengelompokan variabel menurut penemuannya itu adalah : N R = D v ρ μ Dimana : D = Diameter pipa ( m ) v = Kecepatan rata-rata zat cair ( m / s ) μ = Viskositas zat cair ( kg / m.s ) ρ = Densitas zat cair ( kg / m 3 ) (Mc.Cabe, 1986) Jenis aliran flida dapat di ketahui dengan menggunakan bilangan peynold (Re). Untuk aliran laminer Re<2100. Untuk aliran terbulen Re>4000 dan dengan pipa kekasaran 0, Faktor yang bekerja sepanjang pipa,akan Menyebabkan penurunan head(tenaga persatuan berat).fluida yang mengalir sepnjang pipa.rumus penuruna head di ajukan ole D archy sebagai berikut: H= f l v 2g Dp Harga f tergantung dari jenis aliran yang terjadi di dlam pipa.untuk aliran laminer (Re <2100) 0, Dengan R= pv d m f = 64 R Untuk aliran turbulen,dengan Re>4000 dan pipa dengan kekasaran F= 4.0,0791 R0,25

8 Page 8 Adapun variabel -variabel Yang berpengaruh pada waktu pengosongan tangki (t) adalah: a. Tinggi cairan dalam tangki (h) b. Panjang pipa (l) c. Diameter tangki (Dt) d. Diameter pipa (Dp) e. Percepatan gravitasi (g) f. Viseositas fluida (µ) g. Densitas fluida (ρ) II.6. Faktor Koreksi Harga faktor koreksi merupakan fungsi dari besaran-besaran yang berpengaruh, besar peubah yang di tinjau adalah L (panjang) dan D (diameter). η= t s t t Untuk mendapatkan waktu sebenarnya (ts) yaitu saat melakukan percobaan, sedangkan untuk mendapatkan waktu secara teoritis dari sebuah persamaan dengan hubungan antara debit (Q), tinggi tangki (h), waktu (t), dan luas penampang tangki (A t ). (Madang, 2011)

9 Page 9 BAB III PELAKSANAAN PRAKTIKUM III.1. Bahan yang Digunakan 1. Air Ledeng 2. Larutan Garam III.2. Alat yang Digunakan 1. Rangkaian alat efflux time 2. Gelas ukur 3. Piknometer 4. Viskometer ostwald 5. Ember 6. Penggaris 7. Stopwatch III.3. Gambar Alat Rangkaian alat efflux time

10 Page 10 Gelas Ukur Ember Stopwatch Viskometer Ostwald Piknometer Penggaris III.4. Prosedur 1. Menyiapkan serangkaian alat efflux time 2. Isi tangki dengan air hingga menunjukkan angka Hitung volume dan waktu air yang keluar dengan variabel yaitu 19 16, 16 13, 13 10, 10 7, Lakukan percobaan diatas dengan 3 tangki yang memiliki perbedaan diameter pipa 5. Ulangi percobaan tersebut dengan menggunakan larutan garam 6. Hitung viskositas dan densitas larutan garam

11 Page 11 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

12 Page 12 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

13 Page 13 DAFTAR PUSTAKA Abdinagar, Prasesta (prasestaabdinagar.blogspot.co.id /p/abstraksi-tujuan-percobaan-efflux-time.html) diakses pada tanggal 15 November 2015 pukul WIB Madang, Fatwah M (mfatwah.file.wordpress.com/2011/04 /efflux-time.docx) diakses pada tanggal 15 November 2015 pukul WIB Mc.Cabe, Warren L Operasi Teknik Kimia. Jakarta : Penerbit Erlangga

14 Page 14 APPENDIKS