LABORATORIUM TEKNIK KIMIA SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015 MODUL : Aliran Fluida PEMBIMBING : Emmanuella MW,Ir.,MT Praktikum : 8 Maret 2017 Penyerahan : 15 Maret 2017 (Laporan) Oleh : Kelompok : 3 Nama : 1. Aulya Apta Nida (151424016) 2. Ilham January (151411045) 3. Muhammad Ikhsan (151424021) 4. Siti Nazmiati (151411045) Kelas : 2B PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017
I. TUJUAN PERCOBAAN Dapat menghitung harga koefisien orificemeter dan venturimeter lalu membandingkannya dengan literatur. Dapat membuat kurva antara koefisien venturimeter dan koefisien orificemeter terhadap bilangan Reynold. Membuktikan apakah presure drop harganya tetap untuk laju aliran fluida yang berbeda. II. PERCOBAAN II.1 ALAT dan BAHAN Peralatan yang digunakan 1. Seperangkat alat aliran fluida 2. Orificemeter 3. Venturimeter 4. Elbowmeter 5. Pipalurus 6. Stopwatch II.2 SKEMA KERJA
Tekanan awal aliran diukur terlebih dahulu Semua valve untuk mengukur tekanan ditutup saat pompa dinyalakan dan air mengalir Valve ke pompa dan by-pass dibuka penuh (100%), 80% dan 60% Perhitungan dimulai setelah semua permukaan pipa tertutup oleh air (tanpa ada gelembung) Untuk pengukuran tekanan aliran turbulen digunakan maometer air-raksa, transien dan laminer menggunakan manometer terbalik air-minyak Untuk pengukuran laju aliran turbulen dilakukan perhitungan waktu per 15 liter, aliran transien waktu per 5 liter, aliran laminer volume per 15 detik Perubahan tekanan pada manometer dicatat dan diamati Semua percobaan dilakukan duplo Semua percobaan dilakukan sama untuk venturimeter,orificemeter, elbow, dan pipa lurus III. DATA PENGAMATAN
No. Bukaan H P Volume t (s) Q (m 3 /s) (cm) (Pa) (m 3 ) 1. 100% 34 46.240 0,015 20 7,5x10-4 2. 80% 26 35.360 0,015 23,5 6,38x10-4 3. 60% 21 28.560 0,015 25 6x10-4 IV. PENGOLAHAN DATA 4.1 PERHITUNGAN Perhitungan H 1) 2) 3) H=34 cm 1m 100 cm =0,34 m H=26cm 1m 100 cm =0,26 m H=21cm 1m 100 cm =0,21m Perhitungan P 1) P= ρ g H = 2) P= ρ g H 3) P= ρ g H Perhitungan Q 0,015 m3 4 m3 1) Q= =7,5 10 20s s 2) Q= 3) Q= 0,015 m3 m3 =6,38 10 4 23,5 s s 0,015 m3 4 m3 =6 10 25s s Perhitungan V 1) V = 7,5 10 4 m3 s 0,001194 m 2 =0,628 m s
4 m3 6,38 10 2) s V = 0,001194 m =0,534 m 2 s 4 m3 6 10 3) s V = 0,001194 m =0,503 m 2 s Perhitungan Nre 1) 2) 3) N R = N R = N R = 998,8 0,628 0,039 =27.180,677 0,0009 998,8 0,534 0,039 =23.112,232 0,0009 998,8 0,503 0,039 =21.770,511 0,0009 Perhitungan CO VO=CO. 2.( P ) (1 β 4 ) ρ 1) 2. (46,240 ) 0,628 = (1 0,846 4 )998,8 CO = 0,0628 RUN 1 2. (46,240 ) (1 0,846 4 ) 998,8 CO = 1,441 2) 2. (35,360 ) 0,534 = (1 0,846 4 ) 998,8 CO = 0,534 RUN 2 2. (35,360 ) (1 0,846 4 ) 998,8 CO = 1,401
3) 2. (28,560 ) 0,503 = (1 0,846 4 ) 998,8 RUN 3 CO = 0,503 4.2 GRAFIK 2. (28,560 ) (1 0,846 4 ) 998,8 CO = 1,468 Grafik Tekanan Vs Laju alir 50 40 f(x) = 135.45x - 38.46 R² = 0.98 laju alir 30 20 10 Series 1 Linear (Series 1) 0 0.48 0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6 0.62 0.64 tekanan
Grafik Co Vs Nre 1.48 1.46 Co 1.44 1.42 1.4 1.38 f(x) = - 0x + 1.47 R² = 0.02 1.36 21000 22000 23000 24000 25000 26000 27000 28000 Nre V. PEMBAHASAN V.1 Pembahasan oleh Aulya Apta Nida Pada praktikum ini, dilakukan pengamatan aliran fluida untuk mencari bilangan Reynold pada aliran dan koefisien alat, yang dalam praktikum ini alat yang digunakan adalah orificemeter. Selain itu, fluida yang digunakan adalah air. Percobaan dilakukan dengan variabel bebas yang digunakan adalah volume aliran air yang diatur menggunakan bukaan katup. Volume aliran air diatur dengan menggunakan bukaan katup sebanyak tiga variasi. Bukaan katup pertama sebesar 100%, bukaan katup kedua sebesar 80%, dan bukaan katup ketiga sebesar 60%. Karena bukaan katup diatur secara manual, ada kemungkinan bahwa bukaan tidak persis pada angka tersebut, namun besar bukaan yang satu tetap berbeda dengan bukaan yang lainnya. Pada bukaan pertama yaitu sebesar 100%, didapatkan waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk mengalirkan 15 L fluida adalah 20 detik, dengan perbedaan tekanan sebesar 46.240 Pa. Maka, debit aliran pada bukaan 100% sebesar 7,5x10-4 m 3 /s dengan kecepatan 0,628 m/s. Diketahui pula bilangan Reynold sebesar 27.180,677 dan Co sebesar 1,441. Maka, aliran pada bukaan pertama sebesar 100% adalah aliran turbulen. Pada bukaan kedua yaitu sebesar 80%, didapatkan waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk mengalirkan 15 L fluida adalah 23,5 detik, dengan
perbedaan tekanan sebesar 35.360 Pa. Maka, debit aliran pada bukaan 80% sebesar 6,38x10-4 m 3 /s dengan kecepatan 0,534 m/s. Diketahui pula bilangan Reynold sebesar 23.112,232 dan Co sebesar 1,401. Maka, aliran pada bukaan pertama sebesar 80% adalah aliran turbulen. Pada bukaan ketiga yaitu sebesar 60%, didapatkan waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk mengalirkan 15 L fluida adalah 25 detik, dengan perbedaan tekanan sebesar 28.560 Pa. Maka, debit aliran pada bukaan 60% sebesar 6x10-4 m 3 /s dengan kecepatan 0,503 m/s. Diketahui pula bilangan Reynold sebesar 21.770,511 dan Co sebesar 1,468. Maka, aliran pada bukaan pertama sebesar 60% adalah aliran turbulen. Jika dilihat dari data, diketahui bahwa semakin besar bukaan katup yang berarti semakin besar aliran fluida, maka semakin besar pula debit, perbedaan tekanan, kecepatan, dan bilangan Reynoldnya. Namun, terjadi anomali pada nilai Co. Nilai Co tertinggi dimiliki oleh aliran dengan bukaan 60% (bilangan Reynold terendah), sedangkan nilai Co terendah dimiliki oleh aliran dengan bukaan 80% (bilangan Reynold tidak terendah). Secara garis besar, nilai Co tidak kurang dari 1,4. Tepatnya, rata-rata nilai Co sebesar 1,437 V.2 Pembahasan Oleh Ilham Januari Pada praktikum aliran fluida, dilakukan pengukuran laju alir fluida melalui alat pengukur fluida untuk menentukan koefisien dari alat ukur yang digunakan. Alat ukur fluida yang digunakan yaitu orificemeter, pipa lurus, elbow meter, dan venturimeter namun terdapa halangan tidak dapat mengvariasikan pipa sehingga pada praktikum hanya menggunakan pipa orificemeter. Prinsip kerjanya adalah mengganggu aliran sehingga terjadi pressure drop ( P) yang dapat diukur melalui manometer air raksa. Semakin tinggi pressure drop dalam sistem perpipaan maka dibutuhkan kerja pompa yang tinggi untuk melawan pressure drop agar fluida tetap dapat mengalir. Prinsip kerja orifice meter adalah penurunan penampang arus dan pemebesaran penampang arus secara tiba- tiba. Hal ini mengakibatkan terjadinya perbedaan tekanan antara kedua sisi plat orifice. Sebelum memulai percobaan, praktikan melakukan perhitungan untuk membedakan laju alir fluida dengan menggunakan kran dengan bukaan kira kira 100%,80% dan 60 %.Bedasarkan percobaan diukur beda tekanan, digunakan alat manometer raksa. Gerakan pada manometer dalam bejana disebabkan oleh aksi dari berbagai gaya. Manometer raksa digunakan untuk
mengukur tekanan aliran dengan laju cepat. Tetapi, manometer minyak digunakan untuk mengukur tekanan aliran dengan laju lambat. Pada saat mengukur beda tekanan hasil tidak jauh berbeda dan relative sama kemungkinan selang pada manometer terdapat udara sehingga mengebabkan pembacaan manometer tidak menunjukan angka nol / tinggi tidak seimbang Berdasarkan pengamatan dan perhitungan didapatkan bahwa nilai konstanta orifice akan semakin besar seiring meningkatnya Nre aliran. Co (konstanta orifice) naik seiring beubahnya karakteristik aliran hingga aliran turbulen (Nre > 4000).Semakin laju alir tinggi denganalira yg turbulen membutuhkan waktu yg singkat untuk mengisi 15 L debit air Perbedaan tekanan juga semakin besar terjadi saat nilai Debit semakin besar dan bilangan reynold tinggi. Hal ini sesuai dengan persamaan Bernoulli dimana hal itu menunjukkan sebagian energy kinetic pada aliran berubah menjadi pressure drop ( P) dengan Nilai konstanta rata rata orifice meter adalah 1,43 Pada hasil perhitungan didapatkan beberapahal yang janggal, yaitu kurva yang didapatkan tidak linier dimana seharusnya hasil yang didapatkan dapat membentuk kurva linier dan perhitungan setara. Hal ini dikarenakan akurasi tidak mencapai 100% karena terjadi beberapa kesalahan. Seperti praktikum dilaksanakan dalam unsteady state. Unsteady state diakibatkan oleh kebocoran yang terjadi pada sela-sela antara pipa dengan pipa yang lainnya.
V.3 Pembahasan Oleh Muhammad Ikhsan Praktikum kali ini adalah laju alir fluida dengan tujuan menghitung harga koefisien otificemeter dan venturimeter, dan membuat kurva antara koefisien orificemeter terhadap bilangan reynold dan tekanan terhadap laju alir fluida begitu juga dengan venturimeter. Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara permanen. Bila bentuk suatu massa fluida diubah, maka di dalam fluida itu akan terbentuk lapisan dimanalapisan yang satu meluncur di atas yang lain, sehingga mencapai bentuk yang baru. Berdasarkan percobaan terdapat beberapa halangan diantaranya, pipa venturimeter tidak bisa digunakan pada saat percobaan. Sehingga perhitungan untuk venturimeter tidak dapat dilakukan dan hanya pipa orificemeter yang dapat dilakukan perhitunganpada saat percobaan untuk membedakan laju alir fluida alat yang digunakan hanya kran yang tidak terdapat alat pengukurannya, sehingga laju alir fluida hanya di kira-kira saja dari bukaan 100%, 80% dan 60%. Percobaan dilakukan dengan menentukan beda tekanan antara aliran sebelum dan sesudah orifce. Berdasarkan percobaan diukur beda tekanan pada orificemeter dengan menggunakan manometer raksa. Pada saat praktikum ketika pengujian pertama dilakukan, setiap perubahan laju alir fluida pada pipa yang diatur dengan bukaan kran, beda tekanan relatif sama.
Hal ini disebabkan karena pada selang manometer terdapat udara sehingga mengganggu pembacaan tekanan fluida. Sebelum pembacaan tekanan dilakukan terlebih dahulu raksa pada manometer disetarakan tingginya dengan cara mengisi selang manometer dengan air. Udara tidak boleh ada pada selang manometer. Berdasarkan pengamatan dan perhitungan, dengan laju alir fluida yang semakin tinggi maka, beda tekanan antara sebelum dan sesudah orifice akan semakin tinggi. Begitu juga dengan debit air yang keluar, jika laju alir semakin tinggi maka debit fluida semakin besar. Pada saat praktikum penentuan debit air dilakukan setiap 15 liter. Semakin tinggi laju alir maka waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 15 liter lebih singkat. Nilai bilangan reynold pada percobaan menunjukan bahwa semakin tinggi laju alir mana semakin besar nilai bilangan reynoldnya. Berdasarkan bilangan reynold maka sifat aliran fluida pada saat percobaan adalah turbulen. Harga koefisien orifice pada percobaan relative sama sehingga harga koefisien rata-rata pada percobaan ini sebesar 1,43.
V.4 Pembahasan Oleh Siti Nazmiati Praktikum aliran fluida ini dilakukan untuk menghitung harga koefisien orificemeter, venturimeter dan membandingkan dengan literatur; membuat kurva antara koefisien venturimeter, orificemeter terhadap bilangan Reynold serta membuktikan apakah presure drop harganya tetap untuk laju aliran dalam fluida yang berbeda bertujuan. Namun pada percobaan ini praktikan hanya melakukan percobaan pada pipa orificemeter dengan tiga kali run dengan variasi bukaan katup. Bukaan katup pertama sebesar 100%, bukaan katup kedua sebesar 80%, dan bukaan katup ketiga sebesar 60%. Dalam percobaan dilakukan pengukuran laju alir (flow) suatu fluida (cairan). Alat ukur ini menggunakan prinsip hubungan antara perbedaan ketinggian (ΔH) pada manometer U air raksa, dimana beda ketinggian tersebut menunjukkan beda tekanan (ΔP) pada fluida yang melewati alat ukur tersebut. Ketika beda tekanan pada fluida yang melewati alat ukur tersebut maka kita dapat mengetahui masing-masing konstanta-nya dan juga bilangan Reynold. Dimana No. Bukaan H (cm) (m 3 ) 1. 100% 34 46.240 0,015 20 7,5x10-4 2. 80% 26 35.360 0,015 23,5 6,38x10-4 3. 60% 21 28.560 0,015 25 6x10-4 bilangan reynold berfungsi untuk mengetahui aliran fluida yang mengalir didalam pipa turbulen Data diatas merupakan data yang didapat dari hasil percobaan praktikan. Dapat dilihat bahwa dalam mencapai volume 15 L, semakin besar bukaan maka besar pula entalpi,laju alir, perbedaan tekanan dan bilangan Reynold. Semakin besar bukaan, semakin sedikit waktu yang dibutuhkan fluida untuk mengalirkan 15 L. P (Pa) Volume t (s) Q (m 3 /s)
Selain itu, praktikan dapat melihat dan membuktikan bahwa presure drop harganya tetap untuk laju aliran fluida yang berbeda, karena beda tekan tidak dipengaruhi oleh laju alir, yang mempengaruhi beda tekan adalah massa jenis, gaya gravitasi, dan ketinggian. Konstanta pipa dapat mempengaruhi harga pressure drop. Baik itu bilangan reynold, konstanta pipa dan harga pressure drop akan mempengaruhi energy yang dibutuhkan untuk memindahkan cairan (prinsip aliran fluida). Selama percobaan berlangsung dan saat pengambilan data untuk mengukur beda tekan, praktikan harus memastikan tidak terdapat sedikitpun gelembung udara dalam selang maupun pipa, karena adanya udara mempengaruhi beda tekan. Nilai beda tekan dan laju alir dari hasil pengukuran pipaorifice yang didapat, dibuat grafik beda tekan terhadap laju alir. Pada percobaan terjadi anomali pada data nilai Co. Pada bukaan pertama yaitu sebesar 100%,didapatkan 1,441. Pada bukaan kedua yaitu sebesar 80%,didapatkan Co sebesar 1,401. Pada bukaan ketiga yaitu sebesar 60%, didapatkan Co sebesar 1,468. Jika dilihat dari data nilai CO pada bukaan 60% lebih besar dari bukaan 80% dan 100%. Sedangkan nilai CO terendah didapat dari CO bukaan ke 80%. Hal tersebut bisa saja terjadi karena terdapat gelembung-gelembung udara dalam selang sehingga memengaruhi perhitungan besarnya laju alir.
VI. Kesimpulan 1 Berdasarkan Praktikum Didapat hasil : Koefisien Orificemeter = 1,34 2 Nilai dari Nre dan konstanta berbanding lurus dengan nilai kecepatan linier, sehingga hubungan antara Nre dan konstanta berbanding lurus. 3 Nilai pressure drop berubah untuk laju alir fluida yang berbeda, kecenderungan perbedaan tekanan berbanding lurus dengan nilai laju alir volumetriknya, 4 Semakin besar bukaan katup yang berarti semakin besar aliran fluida, maka semakin besar pula debit, perbedaan tekanan, kecepatan, dan bilangan Reynoldnya. 5 Pada percobaan terjadi anomali pada data nilai Co, hal tersebut bisa saja terjadi karena terdapat gelembung-gelembung udara dalam selang sehingga memengaruhi perhitungan besarnya laju alir.
DAFTAR PUSTAKA Jobsheet Praktikum Satuan Operasi, Due Like, Jurusan Teknik Kimia,Politeknik Negeri Bandung Jobsheet Praktikum Rekayasa Proses-1, Unit Operasi, Jurusan Teknik Kimia Mc CABE and Werren L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3 rd, Newyork
Orificemeter Lampiran