PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA II MODUL 5 BILANGAN REYNOLD LABORATORIUM RISET DAN OPERASI TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI TEKNIK KIMA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UPN VETERAN JAWA TIMUR SURABAYA
BILANGAN REYNOLD TUJUAN Menentkan Bilangan ynold ( Nre) kritits ntk air yang mengalir secara vertical berdasarkan pengamatan langsng ( observasi visal) dan pengkran laj alir TEORI Perilak zat cair yang mengalir sangat tergantng pada kenyataan apakah lida it berada dibaah pengarh bidang batas ata tidak. Daerah dimana pengarh dinding it kecil, tegangan geser mngkin dapat diabaikan dan perilak lida it mendekati lida ideal, yait tidak mamp mampat dan mempnyai viskositas = 0. Aliran lida demikian it disebt aliran potensial. Flida dideinisikan sebagai zat yang tidak dapat menahan perbahan bentk (distorsi) secara permanen. Bila kita coba mengbah bentk massa lida, maka didalam lida it terbentk lapisan-lapisan dimana sat lapisan melncr diatas lapisan yang lain, hingga mencapai bentk bar. Tekanan dikenal sebagai siat dasar dari lida statik, tekanan dikenal sebagai gaya permkaan yang diberikan oleh lida terhadap dinding bejana. Tekanan terdapat pada sat titik didalam volme lida. Tekanan pada setiap penampang yang sejajar dengan permkaan bmi Ketrblenan Flida dapat mengalir di dalam pipa ata salran menrt da cara yang berlainan. Pada laj aliran rendah, penrnan tekanan didalam lida it bertambah secara langsng menrt kecepatan lida, pada laj tinggi, pertambahan it jah lebih cepat lagi. Perbedaan antara keda jenis aliran pertama kali ditnjkkan dalam percobaan klasik Osborne ynolds, tahn 1883. Sebah tabng gelas dibenamkan didalam tangki berdinding gelas yang penh dengan air. Aliran air yang terkendali kemdian dilartkan dalam tabng it dengan membka sat katp. Pint mask ke dalam tabng dilebarkan dan disediakan pla sat asilitas ntk memaskkan sat ilamen air berarna dari sat lab, yang ditempatkan diatas. Ke dalam ars pada lbang mask tabng, pada laj aliran rendah, air berarna mengalir tanpa ganggan bersama dengan aliran mm dan tidak terlihat adanya campr silang. Perilak pita arna ini mennjkkan dengan jelas baha air it mengalir menrt garis-garis lrs yang sejajar dan baha aliran it laminar. Bila laj aliran ditingkatkan akan dicapai sat kecepatan yang disebt kecepatan kritis dimana benang merah it
menjadi bergelombang dan berangsr-angsr hilang karena zat arna it tersebar dan berada didalam keselrhan penampang alairan air. Perilak air berarna it mennjkkan baha air it tidak lagi mengalir menrt gerakan laminar, tetapi bergerak kemana-mana dalam bentk aliran silang dan psaran. Gerakan jenis ini dinamakan aliran trblen. Angka ynold dan Transisi Dari Aliran Laminer ke Aliran Trblen ynold mempelajari kondisi dimana sat jenis aliran berbah menjadi aliran jenis lain, dan menemkan baha kecepatan kritis, dimana aliran laminer berbah menjadi aliran trblen, bergantng pada empat variable yait ; diameter tabng / pipa (D), viskositas lida (), densitas lida () dan kecepatan linear lida (V). Lebih jah ia menemkan baha empat aktor it dapat digabngkan menjadi sat ggs, dan baha perbahan macam aliran berlangsng pada sat nilai tertent ggs it. Pengelompokan variabel menrt penemannya it adalah : DV N (1) dimana : D = Diameter tabng V = kecepatan linier lida = Densitas zat cair = Viskositas zat cair Ggs variabel tanpa dimensi it dinamakan angka reynold (ynolds Nmber) Nre. Ggs ini merpakan salah sat ggs tidak berdimensi yang besarnya tidak tergantng pada satan yang dignakan. Pada transisi laminer menjadi aliran trblen dapat berlangsng pada sat kisaran angka reynold yang ckp las aliran laminar selal ditemkan pada angka reynold dibaah.100, tetapi bisa terdapat pada angka reynold sampai beberapa rib yait dalam kondisi khss dimana lbang mask tabng sangat baik kebndarannya dan zat cair didalam tangki sangat tenang. Pada kondisi aliran biasa, aliran it trblen pada angka reynold diatas kira-kira 4.000. Antara.100 dan 4.000, terdapat sat daerah transisi dimana jenis aliran it mngkin laminar ata trblen. Aliran Laminer Dalam Pipa Hbngan mm aliran lida ditnjkkan baha langkah yang menentkan dalam penrnan hbngan-hbngan it adalah berkaitan antara kecepatan lokal dengan posisi didalam tabng ars, persamaan yang dipakai :
gc r r r Sedangkan nilai maksimm yang berada di psat pipa : gcr max (3) Dari pers. () dan pers. (3) diperoleh hbngan : max r 1 r Bentk persamaan (-7) it mennjkkan baha dalam aliran laminer, distribsi kecepatan terhadap jari-jari ialah berpa parabola dengan pncaknya terletak pada garis psat pipa. Untk kecepatan rata-rata menghasilkan persamaan : r gc gcr V 3 r r rdr (5) 0 r 4 () (4) Perbandingan dengan max mennjkkan baha : V max 0,5 Dengan menggnakan persamaan Hagen-Poiseille ditransormasikan dengan mengeliminasi dan menggantinya dengan menggnakan Ps, yait dengan bantan persamaan (4) dan mengganti jari-jari pipa dengan menggnakan diameter pipa : (6) Penyelesaian ntk Ps menghasilkan karena Ps = 4 /DL 3LV Ps (7) g D c c 8V (8) g D Sbstitsi dari persamaan (1) ke persamaan (3) menjadi 16 DV 16 N (9)
Aliran Trblen Dalam Pipa Dalam aliran trblen, sebagaimana dalam aliran laminer, gradien kecepatan adalah nol pada garis psat. Psaran pada inti trblen it biasanya besar, didalam zona transisi kecil, tetapi intensitasnya tinggi. Distribsi kecepatan didalam aliran trblen biasanya tidak dinyatakan sebagai kecepatan vs jarak, tetapi malah dengan parameter tanpa dimensi yang dideinisikan pada persamaan berikt : gc * V (10) max (11) y y y * dimana : * = kecepatan gesek + = koeisien kecepatan, tanpa dimensi y + = jarak, tanpa dimensi y = jarak dari dinding tabng Hbngan antara y, r dan r, jari-jari tabng adalah : r = r + y (1) Sedangkan hbngan antara angka reynold dengan hkm aktor gesek ntk tabng licin, persamaannya adalah : y c rv v DV v N maka persamaan ditliskan dalam bentk yang lebih bergna, yang dikenal sebagai persamaan Von Karman 1 4,07 log g c N 0, 60 N 8 (13) (14) PROSEDUR Alat percobaan terdiri dari sebah pipa gelas vertical yang dilengkapi dengan pipa jarm ntk aliran zat cair berarna. Selain it disediakan da tangki penampng mpan masingmasing ntk air dan zat cair berarna, dan sat tangki penampng aliran kelar dari pipa vertical. Laj alir air dan cairan berarna diatr melali masing-masing kran yang berada diatas kolom.
4 5 5 8 7 1 6 Keterangan : 1. Tangki penampng air. Tabng kaca 3. Tangki pembangan 4. Tangki zat arna 5. Kran 6. Air mask 7. Overlo 8. Pipa zat arna 5 3 5 5 Cara melakkan Percobaan. 1. Alirkan air kedalam tangki T pada laj tertent dengan membka kran V dan tngg hingga aliran konstan, selanjtnya bka kran V1 dan atr laj zat arna hingga tidak menggangg pola aliran air (laj aliran zat arna lebih rendah ata maksimal sama dengan laj aliran air).. Catat kecepatan volmetric air. 3. Amati pola aliran yang diindikasikan oleh pola aliran zat arna (laminar ata trblensi). 4. Ulangi percobaan dengan variasi laj volmetric air. Tgas. 1. Hitng Bilangan ynold (Nre) dan actor riksi ntk tiap rn percobaan. Taksirlah harga Bilangan ynold kritis dan bandingkan harga tersebt dengan literatre.
DAFTAR PUSTAKA Geankoplis, C, J, 1997, transport Process And Unit Operation, Prentice Hall o India, Ne Delhi. McCabe,W.L., Smith,J.C., and Harriot,P., 1993, Unit Operation o Chemical Engineering, p.4-59, 83-104, 5 th Ed., McGra Hill Co., Singapore.