505951_3 Aliran Fluida Mba

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Pabrik kimia merupakan susunan atau rangkaian berbagai unit pengolahan yang terintegrasi satu sama lain secara sistematik dan rasional. Dalam pengoperasiannya, biasanya banyak sekali terjadi metode transportasi fluida aliran dari proses satu ke proses lainnya, sehingga dalam pengoperasiannya diperlukan sistem transportasi yang memadai dan sesuai dengan kondisi pabrik, proses maupun lingkungan yang ada. Proses yang sering dijumpai terkait hal tersebut adalah aliran fluida.

Aliran fluida merupakan suatu proses yang banyak ditemui pada bidang teknik, lingkungan dan kehidupan manusia. Proses ini memegang peranan penting dalam jalannya proses dalam industri maupun kehidupan manusia. Salah satu contoh penerapan proses ini dalam bidang keteknikan adalah penentuan analisa pencemaran pada sungai oleh polutan. Dalam industri skala besar proses ini biasa terdapat pada sistem perpipaan dimana terdapat zat fluida yang mengalir.

Aliran fluida yang melingkupi sebuah benda secara penuh akan menimbulkan tegangan (normal atau geser) pada benda tersebut perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada bidang batas padat. Cara memindahkan zat-zat tersebut dalam industri banyak menggunakan pipa dan pendistribusian fluida cair dalam proses produksi, pr oduksi, maka dari itu efisiensi pendistribusian harus diperhatikan. Dalam berbagai industri pada umumnya sebagian besar fluidanya mengalir dalam pipa.

Oleh karena itu, dilakukan praktikum aliran fluida ini agar praktikan mengetahui dan mampu menjalan proses flow control pada sistem perpipaan aliran fluida, serta diharapkan mampu mengaplisakannya di dalam dunia kerja.

62

1.2

a.

Tujuan

Mengetahui perbedaan Pressure Drop Drop dan hubungannya pada aliran dngan bukaan 80°, 90°, dan 100°.

b.

Mengetahui debit pada bukaan 80°, 90°, dan 100°.

c.

Mengetahui pengaruh bukaan valve terhadap friction terhadap friction loss pada loss pada aliran.

63

1.2

a.

Tujuan

Mengetahui perbedaan Pressure Drop Drop dan hubungannya pada aliran dngan bukaan 80°, 90°, dan 100°.

b.

Mengetahui debit pada bukaan 80°, 90°, dan 100°.

c.

Mengetahui pengaruh bukaan valve terhadap friction terhadap friction loss pada loss pada aliran.

63

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Fluida adalah suatu zat yang bisa mengalami perubahan-perubahan bentuknya secara terus menertu bila terkena tekanan atau gaya geser walaupun relatif kecil atau bisadikatakan suatu zat yang mengalir. Kata fluida mencakup zat cair, gas, air, dan udara karena zat-zat ini dapat mengalir. Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fuida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruang (Mc. Cabe, 1976).

Terdapat 2 macam aliran fluida yaitu: 1.

Aliran flluida mampu mampat (compressible (compressible fluid ) merupakan fluida yang diberikan gaya tekan yang mengakibatkan volume dan suhunya akan mengalami perubahan. Fluida yang mampu mampat adalah aliran yang perubahan tekanan densitasnya tidak berarti pada umumnya aliran mampu mampat akan terjadi pada aliran gas maka pembahasan alrian mampu mampat didekati dengan kondisi gas ideal.

2.

Aliran fluida tak mampu mampat (incompressible ( incompressible fluid ) merupakan fluida yang memiliki densitas sedikit yang terpengaruh oleh perubahan yang besar terhadap tekanan dan suhu. Fluida tak mampu mampat mempunyai densitas yang konstan atau mendekati konstan. Fluida mengalir secara normal, seperti gas dapat mengalami aliran yang incompressible incompressible terkecuali pada konsteks hydraulic transients. transients. Pada umumnya aliran tak mampu mamat akan terjadi pada air, minyak dan emulsi (Foust,1959).

Aliran fluida bila ditinjau dari olakan yang terjadi terba gi menjadi: a.

Aliran laminar, dikatakan aliran laminar apabila partikel fluida mengair pada suatu lintasan dan bergerak dengan kecepatan rendah sehingga tidak terjadi arus olakan. Karena pergerakannya yang satu lapisan meluncur lancar.

b.

Aliran transisi, merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.

64

c.

Aliran turbulen, dikatakan aliran turbulen apabila partikel fluida bergerak pada lintasan yang tidak beraturan dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi arus olakan

(Geankoplis, 1993).

Untuk mengetahui jenis aliran dalam pipa adalah dengan menghitung bilangan Reynoldnya: Re =

ρ . V. D μ

........................................... ......................................................... ..............(2.1)

Dimana: ρ = massa jenis fluida (kg/m 2) V = laju aliran fluida (m/s) D = diameter pipa (m) µ = viskositas fluida (kg/m.s) Dilihat dari kecepatan alirannya, menurut Reynold : Re < 2100 merupakan aliran laminar Re < 2100 – 2100 – 4000 4000 merupakan aliran transisi Re > 4000 merupakan aliran turbulen (Geankoplis, 1993)

Keberadaan aliran laminar dan turbulen paling mudah divisualisaikan dengan percobaan dari Reynold. Antara 2100 dan 4000, merupakan aliran transisi, dimana jenis aliran tersebut mungkin laminar ataupun mungkin turbulen, bergantung kondisi lubang masuk tabung dan jarak dari lubang itu.didalam aliran fluida tak mampu mampat yang berada dibawah pengaruh batas padat, terdapat empat macam efek yang sangat penting : 1.

Gabungan antara medan gradient kecaepatan dengan medan tegangan geser

2.

Terbentuknya ketubulenan

3.

Terbentuknya dan berkembangnya lapisan atas

4.

Pemisahan lapisan batas kontak dengan batas padat

(Geankoplis, 1993)

65

Konsep dasar aliran fluida yakni : a.

Bilangan Reynold, bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran

b.

Viskositas, viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur

c.

Densitas, dapat dipengaruhi oleh suhu semakin tinggi maka kecepatan semakin berkurang

d.

Debit aliran, dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada masing-masing pipa yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan luas penampang

(Munson, 2006). e. Pressure

Drop, penurunan

tekanan

adalah

istilah

yang

digunakanuntuk

menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik dalam pipa atau tabung ke hilir titik. Penurunan tekanan adalah hasil dari gaya gesek pada fluida ketika mengalir melalui tabung yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran. Penurunan tekanan meningkat sebanding dengan gaya geser gesek dalam jaringan pipa. Penurunan tekanan dipengaruhi oleh sebuah jaringan pipa filting, elbow, tee dll (Geankoplis, 1993)

Faktor yang mempengaruhi Pressure Drop (∆P) adalah: a.

Faktor friksi (F), semakin besar faktor friksinya, maka semakin besar pula Pressure Dropnya

b.

Panjang pipa (∆L), semakin besar panjang suatu pipa, maka semakin besar pula Pressure Dropnya

c.

Diameter pipa (∆D), semakin besar diameter pipa, maka semakin kecil penurun an Pressure Dropnya

(Geankoplis, 1993)

Salah satu persamaan fundamental dalam persoalan fluida adalah persamaan Bernoulli. Persamaan ini memberi hubungan antara tekanan, kecepatan dan ketinggian pada titiktitik sepanjang garis alir. Penurunan persamaan Bernoulli dapat dilakukan dengan menggunakan hokum kekekalan energi, dalam hal ini kerja total (net-work ) sama dengan perubahan energi total yaitu perubahan energi kinetik ditambah dengan perubahan energi potensial. Fluida dinamika yang memenuhi hukum Bernoulli adalah

66

fluida ideal yang karakteristiknya yaitu mengalir dengan garis-garis arus atau aliran tunak, tak kompresibel dan tidak kental. Hukum Bernoulli diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa. Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah didalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Persamaan ini menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik sama dengantiti lain pada jalur aliran yang sama. Persamaan umum Bernoulli dapat dilihat di bawah ini: P1 P

1

P2

2

P

+ v21 +gh1 =

1

+ v22 +gh2 ………………………....... (2.2) 2

(Geankoplis,1993)

Asas Bernoulli menyatakan bahwa pada pipa mendatar, tekanan fluida palling besar adalah pada bagian kelajuan alirannya paling kecil, sebaliknya tekanan yang paling kecil adalah pada bagian kelajuan alirannya paling besar. Aplikasi asas Bernoulli dalam keseharian yaitu: 1.

Dua perahu bermotor berbenturan

2.

Aliran air yang keluar dari kran

3.

Lintasan melengkung baseball yang sedang berputar

4.

Pancaran air pada selang yang ujungnya dipersempit

(Foust, 1959)

Manometer adalah alat pengukur tekanan udara di dalam ruang tertutup. Ada beberapa macam manometer yaitu sebagai berikut: a. Manometer zat cair: manometer zat cair biasanya merupakan pipa kaca berbentuk U yang berisi raksa. Manometer jenis ini dibedakan menjadi manometer raksa yang terbuka dan tertutup. Manometer raksa ujung terbuka digunakan untuk mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup bila tekanannya sekitar satu atmosfer. Pada pipa U berisi raksa, pada salah satu ujungnya dihubungkan dengan ruangan yang akan diukur tekanannya, sedangkan ujung lain berhubungan dengan udara luar (atmosfer). Manometer raksa ujung tertutup pada prinsipnya untuk mengukur tekanan ruangan lebih dari satu atmosfer. Sebelum digunakan, tinggi permukaan raksa sama dengan tekanan di dalam pipa tertutup satu atmosfer. 67

b. Manometer logam: manometer logam digunakan untuk mengukur tekanan gas yang sangat tinggi, misalnya tekanan gas dalam ketel uap. Cara kerja manometer ini didasarkan pada plat logam yang bergerak naik turun bila ada perubahan tekanan. Gerak ujung plat logam diteruskan oleh jarum jam penunjuk skala. Beberapa manometer logam antar lain manometer Bourdon, manometer Shaffer Budenberg dan manometer Ban. c. Manometer Mac Leod : manometer ini digunakan untuk mengukur tekanan udara yang lebih kecil dari 1 mmHg. Cara kerja manometer ini pada prinsipnya sama seperti manometer raksa ujung tertutup. Jika selisih tinggi raksa di pipa S dan pipa E adalah h cmHg, maka tekanan yang terukur sebesar :

P= 10.000 ×1∆h cmHg

……………………………….…. (2.3)

(Mc Cabe, 1976)

Berdasarkan persamaan Bernoulli terdapat energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetic adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena geraknya, sedangkan energi potensial adalah energi yang mempengaruhi benda kerna posisi benda tersebut menutu tak terhingga.

Ek =

1 2

. m . V 2 ................................................................(2.4)

Dimana, Ek : Energi kinetik (joule) m : massa (m) V : kecepatan (m/s2)

Ep = m . g . h ................................................................... (2.5) Dimana, Ep : Energi potensial (joule) m : massa (m) g : gravitasi bumi (m/s2) h : ketinggian benda (m)

68

Hubungan antara Pressure Drop dengan ketinggian dari persamaan Bernoulli adalah ∆P = (h2 – h1) ..................................................................(2.6) Dimana, ∆P : Pressure Drop h1 : ketinggian 1 h2 : ketinggian 2 (Halliday, 1997).

Penerapan hokum Bernoulli, digunakan pada : a.

Menentukan gaya angkat pada sayap dan badan pesawat terbang

b.

Penggunaan mesin akrburator

c.

Liran air melalui pipa

d.

Mesin yang mempercepat laju kapal layar

(Halliday, 1997).

69

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1

Alat dan Bahan

3.1.1

Alat-alat

a.

Rangkaian alat aliran fluida yang telah dirangkai

b.

Pompa

c.

Stopwatch

d.

Piknometer 25 mL

e.

Termometer

f.

Neraca analitik

g.

Flowmeter

h.

Monometer

3.1.2

Bahan-bahan

a. Air

3.2

Rangkaian Alat

b c

i

e

f g h

j Gambar 3.1 Rangkain Alat Aliran Fluida

70

Keterangan:

a. Tangki penampung b. Manometer c. Flowmeter d. Pompa e. Elbow f. Tee g. Valve h. Kran i. Fitting

3.3

Prosedur Percobaan

3.3.1

Pengukuran Densitas

a.

Ditimbang piknometer kosong 25 mL dengan neraca analiti k.

b.

Dimasukkan air kran ke dalam piknometer tersebut hingga penuh.

c.

Ditimbang piknometer yang berisi air kran dengan neraca analitik.

d.

Diukur suhu air kran dengan termometer.

3.3.2

a.

Penentuan Ketinggian Monometer

Dihidupkan pompa dan pastikan tidak ada kebocoran pada semua sambungan pada peralatan aliran fluida

b.

Dibuka valve pada putaran 80°

c.

Dihitung waktu yang dibutuhkan flowmeter hingga mencapai volume 0,001 m 3 dengan menggunakan stopwatch

d.

Dicatat ketinggian pada setiap monometer dan waktu pada stopwatch untuk aliran pada titik yang ditentuka

e.

Diulangi langkah c dan d sebanyak 3 kali

f.

Diulangi langkah b hingga e dengan bukaan valve pada putaran 90° dan 100°

3.3.1

Penentuan Kecepatan Aliran pada Flowmeter

a.

Dihidupkan pompa dan pastikan tidak ada kebocoran

b.

Dibuka valve pada putaran 80°

71

c.

Diperhatikan flowmeter dan memulai perhitungan pada stopwatch

d.

Dicatat waktu yang dibutuhkan jarum flowmeter untuk melakukan satu putaran

e.

Diulangi langkah a hingga d dengan bukaan valve 90° dan 100°

72

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Data Hasil Percobaan

Suhu air kran

: 30C

Massa piknometer kosong

: 23,3958 gram

Massa piknometer + air kran

: 48,0768 gram

Volume piknometer

: 25 mL

Diameter luar pipa 1

: 34 mm


: 34 mm


: 27,5 mm


: 22 mm

Tebal pipa

: 1,2 mm

Ketinggian pipa

: 25 cm = 0,25 mm

Tabel 4.1 Data Hasil Percobaan Beda Tinggi Air di Manometer (∆H)

Sudut Putaran

80 Rata-rata

90 Rata-rata

Angka

Waktu

1

2

3

4

5

Flowmeter

(s)

5

4,5

3,5

3

2,5

0.01 m 3

46,04

5,5

4,5

3

2,5

1,5

0.01 m 3

31,17

4

4,5

3,5

3,5

2

0.01 m 3

30,32

5,167

4,5

3,334

3

2

0.01 m 3

35,84

19,5

19,5

16,5

11

10

0.01 m 3

13,91

20

18

16

11,5

9,5

0.01 m 3

13,39

18,5

18

16,5

11

9

0.01 m 3

13,20

19,334

18,750

16,334

11,167

9,5

0.01 m 3

13,50

73

100 Rata-rata

27,5

27

24

15,5

14,5

0.01 m 3

10,34

27

26

24

16

14

0.01 m 3

10,74

27,5

26

24

16

14

0.01 m 3

10,15

27,334

26,334

24

15,834

14,167

0.01 m 3

10,41

4.2 Perhitungan 4.2.1 Perhtiungan Densitas

ρ= =

massa air kran volume piknometer 24.691 gram 25 mL

=0,98724

gram

mL =984,2

kg m3

4.2.2 Perhitungan Viskositas

Viskositas air pada suhu 30°C, didapatkan: μ = 0,8007 x 10 -3 kg/m.s (Tabel A.2-4 Viskosity of liquid water Geankoplis)

4.2.3 Perhitungan Diameter dalam Pipa 4.2.3.1 Pada pipa (1)

D1

= D0 – 2 (Tebal Pipa) = 34 mm – 2 (1,2 mm) = 31,6 mm = 0,0316 m

4.2.3.2 Pada pipa (2)

D2

= D0 – 2 (Tebal Pipa) = 34 mm – 2 (1,2 mm) = 31,6 mm = 0,0316 m

74

4.2.3.3 Pada pipa (3)

D1

= D0 – 2 (Tebal Pipa) = 27,5 mm – 2 (1,2 mm) = 25,1 mm = 0,0251 m

4.2.4 Perhitungan Luas Penampang 4.2.4.1 Luas Penampang Pipa (1)

1 2 A1 = π (D1 ) 4 =

1 4

( )(

3,14 0,0316 m

)

2

-4

=7,8387 x 10 m2

4.2.4.2 Luas Penampang Pipa (2)

1 2 A1 = π (D2 ) 4 =

1 4

( )(

3,14 0,0316 m

)

2

-4

=7,8387 x 10 m2

4.2.4.3 Luas Penampang Pipa (3)

1 2 A1 = π (D3 ) 4 =

1 4

( )(

3,14 0,0251 m

)

2

-4

= 4,9456 x 10 m2

4.2.5 Perhitungan Debit 4.2.5.1 Debit pada Aliran Bukaan 80°

Q1 =

=

Volume tav 0,01 m3 35,84 s

75

-4

= 2,7902 x 10 m3 /s

4.2.5.2 Debit pada Aliran Bukaan 90°

Q1 =

=

Volume tav 0,01 m3 13,50 s -4

= 7,4074 x 10 m3 /s

4.2.5.3 Debit pada Aliran Bukaan 100°

Q1 =

=

Volume tav 0,01 m3 10,41 s -4

= 9,6061 x 10 m3 /s

4.2.6 Perhitungan Kecepatan Aliran 4.2.6.1 Kecepatan aliran pada bukaan 80° a. Kecepatan aliran pada pipa (1)

V1 =

=

Q1 A1 -4

2,7902 x 10 m3 /s -4

7,8387 x 10 m2

= 0,3560 m/s

b. Kecepatan aliran pada pipa (2)

V2 =

Q1 A2

76

=

-4

2,7902 x 10 m3 /s -4

7,8387 x 10 m2

= 0,3560 m/s

c. Kecepatan aliran pada pipa (3)

V3 =

=

Q1 A3 -4

2,7902 x 10 m3 /s -4

4,9456 x 10 m2

= 0,5462 m/s

4.2.6.2 Kecepatan aliran pada bukaan 90° a. Kecepatan aliran pada pipa (1)

V1 =

=

Q2 A1 -4

7,4074 x 10 m3 /s -4

7,8387 x 10 m2

= 0,9450 m/s


V2 =

=

Q2 A2 -4

7,4074 x 10 m3 /s -4

7,8387 x 10 m2

= 0,9450 m/s

77


V3 =

=

Q2 A3 -4

7,4074 x 10 m3 /s -4

4,9456 x 10 m2

= 1,4978 m/s

4.2.6.3 Kecepatan aliran pada bukaan 100° a. Kecepatan aliran pada pipa (1)

V1 =

=

Q3 A1 -4

9,6061 x 10 m3 /s -4

7,8387 x 10 m2

= 1,2255 m/s


V2 =

=

Q3 A2 -4

9,6061 x 10 m3 /s -4

7,8387 x 10 m2

= 1,2255 m/s


V3 =

Q3 A3

78

=

-4

9,6061 x 10 m3 /s -4

4,9456 x 10 m2

= 1,9424 m/s

4.2.7 Perhitungan Pr essure Drop 4.2.7.1 Pr essure Drop pada sudut 80° a. Titik 1 ke titik 2

∆P1 – 2 = (P1 – P2) x P = (5,167 – 4,5) mm H2O x 9,81 Pa = 6,5434 Pa

b. Titik 1 ke titik 3

∆P1 – 3 = (P1 – P3) x P = (5,167 – 3,334) mm H 2O x 9,81 Pa = 17,9817 Pa

c. Titik 1 ke titik 4

∆P1 – 4 = (P1 – P4) x P = (5,167 – 3) mm H 2O x 9,81 Pa = 21,2583 Pa

d. Titik 1 ke titik 5

∆P1 – 5 = (P1 – P5) x P = (5,167 – 2) mm H 2O x 9,81 Pa 79

= 31,0683 Pa

4.2.7.2 Pr essure Drop pada sudut 90° a. Titik 1 ke titik 2

∆P1 – 2 = (P1 – P2) x P = (19,334 – 18,750) mm H 2O x 9,81 Pa = 5,7290 Pa


∆P1 – 3 = (P1 – P3) x P = (19,334 – 16,334) mm H 2O x 9,81 Pa = 29,4496 Pa


∆P1 – 4 = (P1 – P4) x P = (19,334 – 11,167) mm H 2O x 9,81 Pa = 80,1183 Pa


∆P1 – 5 = (P1 – P5) x P = (19,334 – 9,5) mm H2O x 9,81 Pa = 96,4715 Pa

80

4.2.7.3 Pr essure Drop pada sudut 100° a. Titik 1 ke titik 2

∆P1 – 2 = (P1 – P2) x P = (27,334 – 26,334) mm H 2O x 9,81 Pa = 9,8100 Pa


∆P1 – 3 = (P1 – P3) x P = (27,334 – 24) mm H 2O x 9,81 Pa = 32,7065 Pa


∆P1 – 4 = (P1 – P4) x P = (27,334 – 15,834) mm H 2O x 9,81 Pa = 112,8250 Pa


∆P1 – 5 = (P1 – P5) x P = (27,334 – 14,167) mm H 2O x 9,81 Pa = 129,1683 Pa

4.2.8 Penentuan Pr essure Drop Secara Teoritis 4.2.8.1 Pr essure Drop teoritis pada bukaan 80°

81

a. Dari titik 1 ke titik 2

Re =

=

1 1

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 0,3560 m/s x 0,0316 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s

= 13870 (Turbulen ε D1

)

-5

=

4,6 x 10 m 0,0316 m

= 0,0015 m Didapatkan f pada grafik 2.10-3 Geankoplis f = 0,0075

Ff = 4f

∆L . V 1 2 D1 . 2

( )

= 4 0,0075

-3

124 x 10 m . (0,3560m/s)

2

0,0316 m . 2

= 0,0075 m 2/s2

b. Dari titik 1 ke titik 3

Tee hf = K f

v22 2

⁄

2



(0,3560 m s ) 2 =1 = 0,0668 m 2 s 2

Fitting hf = K f

v22 2

⁄

2



(0,3560 m s ) 2 = 0,04 =0,0027 m 2 s 2 82

Kran

hf = K f

=

v22 2

⁄



2

(0,3560 m s ) 2 0,17 =0,0114 m 2 s 2

E lbow hf = K f

v22 2

⁄



2

(0,3560 m s ) 2 = 0,75 = 0,0501 m 2 s 2

Re =

=

2 2

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 0,3560 m/s x 0,0316 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s


)

-5

=

4,6 x 10 m 0,0316 m


Ff = 4f

∆L . V 1 2 D1 . 2

( )

-3

123 x 10 m . (0,3560m/s)

= 4 0,0075

2

0,0316 m . 2

= 0,0075 m 2/s2 2

heks =

(V1 - V2 ) 2α

83

(0,3560 m/s - 0,3560 m/s)

=

2

2.1

= 0 m2/s2

Σ

F1.3 = Ff1.2 + hf tee + hf fitting + hf kran + hf elbow + F f1.3 + heks = 0,0075 m 2/s2 + 0,0668 m 2/s2 + 0,0027 m 2/s2 + 0,0014 m 2/s2 + 0,0501 m 2/s2 + 0,0075 m 2/s2 + 0 m2/s2 = 0,1460 m 2/s2

b. Dari titik 1 ke titik 4 (80°)

Tee hf = K f

v22 2

⁄



2

(0,5642 m s ) 2 =1 = 0,1592 m 2 s 2

Fitting hf = K f

v22 2

⁄

2



(0,5642 m s ) 2 = 0,04 =0,0064 m 2 s 2

Kran

hf = K f

=

v22 2

⁄

2



(0,5642 m s ) 2 0,17 =0,0271 m 2 s 2

E lbow hf = K f

v22 2

84

⁄



2

(0,5642 m s ) 2 = 0,75 = 0,1194 m 2 s 2 2

(V1 - V2 )

heks =

2α (0,3560 m/s - 0,5642m/s)

=

2

2.1

= 0,0217 m 2/s2

Σ

F1.4 = Ff1.3 + hf tee + hf fitting + hf kran + hf elbow + h eks = 0,1592 m 2/s2 + 0,0064 m 2/s2 + 0,0271 m 2/s2 + 0,1194 m 2/s2 + 0,0271 m 2/s2 + 0,1460 m 2/s2 = 0,4798 m 2/s2

c. Dari titik 1 ke titik 5 (80°)

Re =

=

3 3

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 0,5642 m/s x 0,0251 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s


)

-5

=

4,6 x 10 m 0,0251 m


Ff = 4f

∆L . V 3 2 D3 . 2

( )

= 4 0,0075

-3

124 x 10 m . (0,3560m/s)

2

0,0251 m . 2 85

= 0,0220 m 2/s2

Σ =Σ Σ F1.5

F1.4 – F5

= 0,4798 m 2/s2 + 0,0220 m 2/s2 = 0,5018 m 2/s2

4.2.8.2 Pr essure Drop teoritis pada bukaan 90° a. Dari titik 1 ke titik 2 (90°)

Re =

=

1 1

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 0,9450 m/s x 0,0316 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s

= 36818 (Turbulen) ε D1

-5

=

4,6 x 10 m 0,0316 m


Ff = 4f

∆L . V 1 2 D1 . 2

( )

= 4 0,0075

-3

124 x 10 m . (0,9450 m/s)

2

0,0316 m . 2

= 0,0596 m 2/s2


Tee

86

hf = K f

v22 2

⁄



2

(0,9450 m s ) 2 =1 = 0,4465 m 2 s 2

Fitting hf = K f

v22 2

⁄



2

(0,9450 m s ) 2 = 0,04 =0,0179 m 2 s 2

Kran

hf = K f

=

v22 2

⁄



2

(0,9450 m s ) 2 0,17 = 0,0759 m 2 s 2

E lbow hf = K f

v22 2

⁄



2

(0,9450 m s ) 2 = 0,75 = 0,3349 m 2 s 2

Re =

=

2 2

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 0,9450 m/s x 0,0316 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s


)

-5

=

4,6 x 10 m 0,0316 m

= 0,0015 m Didapatkan f pada grafik 2.10-3 Geankoplis 87

f = 0,0075 ∆L . V 1 2

Ff = 4f

D1 . 2

( )

-3

124 x 10 m . (0,9450m/s)

= 4 0,0075

2

0,0316 m . 2

= 0,0596 m 2/s2 2

heks =

=

(V1 - V2 ) 2α

(0,9450 m/s - 0,9450 m/s)

2

2.1

= 0 m2/s2

Σ



Tee hf = K f

v22 2

⁄



2

(1,4978 m s ) 2 =1 = 1,2180 m 2 s 2

Fitting hf = K f

v22 2

⁄

2



(1,4978 m s ) 2 = 0,04 = 0,0449 m 2 s 2

88

Kran

hf = K f

=

v22 2

⁄



2

(1,4978 m s ) 2 0,17 = 0,1907 m 2 s 2

E lbow hf = K f

v22 2

⁄



2

(1,4978 m s ) 2 = 0,75 = 0,8413 m 2 s 2 2

(V1 - V2 )

heks =

2α 2

=

(0,9450 m/s - 1,4978 m/s) 2.1

= 0,1529 m 2/s2

Σ

F1.4 = Ff1.3 + hf tee + hf fitting + hf kran + hf elbow + h eks = 0,9944 m 2/s2 + 1,2180 m 2/s2 + 0,0449 m 2/s2 + 0,1907 m 2/s2 + 0,8314 m 2/s2 + 0,1529 m 2/s2 = 3,4323 m 2/s2


Re =

=

3 3

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 1,4978 m/s x 0,0251 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s

= 46353 (Turbulen

)

Didapatkan f pada grafik 2.10-3 Geankoplis f = 0,0075 89

Ff = 4f

∆L . V 3 2 D3 . 2

( )

= 4 0,0075

-3

124 x 10 m . (1,4978 m/s)

2

0,0251 m . 2

= 0,1552 m 2/s2

Σ =Σ Σ F1.5

F1.4 – F5

= 3,4323 m 2/s2 + 0,1552 m 2/s2 = 3,5875 m 2/s2

4.2.8.3 Pr essure Drop teoritis pada bukaan 100° a. Dari titik 1 ke titik 2 (100°)

Re =

=

1 1

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 1,2255 m/s x 0,0316 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s

= 47747 (Turbulen) ε D1

-5

=

4,6 x 10 m 0,0316 m


Ff = 4f

∆L . V 1 2 D1 . 2

( )

= 4 0,0075

-3

124 x 10 m . (1,2255 m/s)

2

0,0316 m . 2

= 0,0884 m 2/s2 90


Tee hf = K f

v22 2

⁄



2

(1,2255 m s ) 2 =1 = 0,7509 m 2 s 2

Fitting hf = K f

v22 2

⁄

2



(1,2255 m s ) 2 = 0,04 = 0,0300 m 2 s 2

Kran

hf = K f

=

v22 2

⁄

2



(1,2255 m s ) 2 0,17 = 0,1276 m 2 s 2

E lbow hf = K f

v22 2

⁄



2

(1,2255 m s ) 2 = 0,75 = 0,5632 m 2 s 2

Re =

=

2 2

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 1,2255 m/s x 0,0316 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s


)

-5

=

4,6 x 10 m 0,0316 m

91

= 0,0015 m Didapatkan f pada grafik 2.10-3 Geankoplis f = 0,0075 ∆L . V 1 2

Ff = 4f

D1 . 2

( )

-3

124 x 10 m . (1,2255 m/s)

= 4 0,0075

2

0,0316 m . 2

= 0,0884 m 2/s2 2

heks =

=

(V1 - V2 ) 2α

(1,2255 m/s - 1,2255 m/s)

2

2.1

= 0 m2/s2

Σ



Tee hf = K f

v22 2

⁄

2



(1,9424 m s ) 2 =1 = 1,8864 m 2 s 2

Fitting hf = K f

v22 2 92

⁄



2

(1,9424 m s ) 2 = 0,04 = 0,0754 m 2 s 2

Kran

hf = K f

=

v22 2

⁄



2

(1,9424 m s ) 2 0,17 = 0,3207 m 2 s 2

E lbow hf = K f

v22 2

⁄

2



(1,9424 m s ) 2 = 0,75 = 1,4148 m 2 s 2 2

(V1 - V2 )

heks =

2α 2

=

(1,2255 m/s - 1,9424 m/s) 2.1

= 0,2570 m 2/s2

Σ

F1.4 = Ff1.3 + hf tee + hf fitting + hf kran + hf elbow + h eks = 1,6485 m 2/s2 + 1,8864 m 2/s2 + 0,0754 m 2/s2 + 0,3207 m 2/s2 + 1,4148 m2/s2 + 0,2570 m 2/s2 = 5,6028 m 2/s2


Re =

=

3 3

ρ. V .D μ

987,24 kg/m 3 x 1,9424 m/s x 0,0251 m -3

0,8007 x 10 kg/m.s

= 60112 (Turbulen

) 93

ε D3

-5

=

4,6 x 10 m 0,0251 m

= 0,0018 Didapatkan f pada grafik 2.10-3 Geankoplis f = 0,0075

Ff = 4f

∆L . V 3 2 D3 . 2

( )

= 4 0,0075

-3

124 x 10 m . (1,9424 m/s)

2

0,0251 m . 2

= 0,2609 m 2/s2

Σ =Σ Σ F1.5

F1.4 – F5

= 5,6028 m 2/s2 + 0,2609 m 2/s2 = 5,8637 m 2/s2

4.2.9 Persamaan Bernoulli 4.2.9.1 Bukaan 80° a. Titik 1 ke titik 2

P1 -P2 =

( ) ∝ ∝ z2 -z1 g+

v22

2

-

v21

2



+F1-2 ρ

Dimana z1=z2=0 v1=v2=0 Maka, P1-P2= F1-2 . ρ = 0,0075 m 2/s2 (987,24 kg/m 3) =7,4043 kg/m.s 2

94


( ) ∝ ∝ [( ) 

P1 -P3 =

=

z3 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

 ⁄ ( ( )⁄)

+F1-3 ρ

2

(0,3560 m s ) 0,3560 m s m 0,25m-0 9,8 + s2 2(1) 2 1

2

]

2

+0,1460 m

s2

987,24



kg

m3

=2562,8750 kg/m.s 2


( ) ∝ ∝  ⁄ ( ( )⁄) [( ) 

P1 -P4 =

z4 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

+F1-4 ρ

2

=

(0,5642 m s ) 0,3560 m s m 0,5m-0 9,8 + s2 2(1) 2 1

2

]

987,24

]

987,24

+0,4798 m

2

+0,5018 m

2

s2



kg

m3

=5405,7243 kg/m.s 2


( ) ∝ ∝  ⁄ ( ( )⁄) [( ) 

P1 -P5 =

z5 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

+F1-5 ρ

2

=

0,5m-0 9,8 m

(0,5642 m s ) 0,3560 m s + s2 2(1) 2 1

2

s2



kg

m3

=5472,4435 kg/m.s 2

4.2.9.2 Bukaan 90° a. Titik 1 ke titik 2

P1 -P2 = Dimana z1=z2=0

( ) ∝ ∝ z2 -z1 g+

v22

2

-

v21

2



+F1-2 ρ

v1=v2=0 Maka, P1-P2= F1-2 . ρ = 0,0596 m 2/s2 (987,24 kg/m 3)

95

=58,8395 kg/m.s 2


( ) ∝ ∝ [( ) 

P1 -P3 =

=

z3 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

 ⁄ ( ( )⁄)

+F1-3 ρ

2

(0,9450 m s ) 0,9450 m s m 0,25m-0 9,8 + s2 2(1) 2 1

2

]

2

+0,9944 m

s2

987,24



kg

m3

= 3400,4495 kg/m.s 2


( ) ∝ ∝  ⁄ ( ( )⁄) [( ) 

P1 -P4 =

z4 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

+F1-4 ρ

2

=

(1,4978 m s ) 0,9450 m s m 0,5m-0 9,8 + s2 2(1) 2 1

2

]

987,24

]

987,24

+3,4323 m

2

+3,5875 m

2

s2



kg

m3

=8892,5543 kg/m.s 2


( ) ∝ ∝  ⁄ ( ( )⁄) [( ) 

P1 -P5 =

z5 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

+F1-5 ρ

2

=

(1,4978 m s ) 0,9450 m s m 0,5m-0 9,8 + s2 2(1) 2 1

2

s2



kg

m3

=9045,7740 kg/m.s 2

4.2.9.3 Bukaan 100° a. Titik 1 ke titik 2

P1 -P2 = Dimana z1=z2=0

( ) ∝ ∝ z2 -z1 g+

v22

2

-

v21

2



+F1-2 ρ

v1=v2=0 96

Maka, P1-P2= F1-2 . ρ = 0,0844 m 2/s2 (987,24 kg/m 3) =83,3231 kg/m.s 2


( ) ∝ ∝ [( ) 

P1 -P3 =

=

z3 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

 ⁄ ( ( )⁄)

+F1-3 ρ

2

(1,2255 m s ) 1,2255 m s m 0,25m-0 9,8 + s2 2(1) 2 1

2

]

2

+1,6485 m

s2

987,24



kg

m3

=6464,9411 kg/m.s 2


( ) ∝ ∝  ⁄ ( ( )⁄) [( ) 

P1 -P4 =

z4 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

+F1-4 ρ

2

=

(1,9424 m s ) 1,2255 m s m 0,5m-0 9,8 + s2 2(1) 2 1

2

]

987,24

]

987,24

+5,6028 m

2

+5,8637 m

2

s2



kg

m3

=7585,9855 kg/m.s 2


( ) ∝ ∝  ⁄ ( ( )⁄) [( ) 

P1 -P5 =

z5 -z1 g+

v22

2

-

v21

2

+F1-5 ρ

2

=

(1,9424 m s ) 1,2255 m s m 0,5m-0 9,8 + s2 2(1) 2 1

2

s2



kg

m3

= 11747,3995 kg/m.s 2

97

4.3 Grafik 4.3.1 Grafik Pr essure Drop Eksperimental bukaan 80° 35 5, 31.0683

30 p25 o r D20 e r u s 15 s e r P10

4, 21.2583 3, 17.9817

2, 6.5434

5 0

1, 0 0

1

2

3

4

5

6

Jarak Antar Titik

Gambar 4.1 Grafik Pr essure Drop Eksperimental bukaan 80°

4.3.2 Grafik Pr essure Drop Eksperimental bukaan 90° 120 100 p o r D e r u s s e r P

5, 96.4715

80

4, 80.1183

60 40 3, 29.4496 20 0

2, 5.729

1, 0 0

1

2

3

4

5

6

Jarak Antar Titik


98

4.3.3 Grafik Pr essure Drop Eksperimental bukaan 100° 140 5, 129.1683

120

4, 112.815

p 100 o r D 80 e r u s 60 s e r P 40

3, 32.7065

20 2, 9.81

0

1, 0 0

1

2

3

4

5

6

Jarak Antar Titik


4.3.4 Grafik Pr essure Drop Teoritis bukaan 80° 6000 5, 5472.4435 4, 5405.7243 5000 4000 p o r D e r u s s e r P

3000 3, 2562.875 2000 1000 0 0

-1000

2, 7.4043

1, 0 1

2

3

4

5

6

Jarak Antar Titik

Gambar 4.4 Grafik Pr essure Drop Teoritis bukaan 80°

99

4.3.5 Grafik Pr essure Drop Teoritis bukaan 90° 10000 5, 9045.5534 4, 8892.5543 8000 6000

p o r D e r u s s e r P

4000 3, 3400.4495 2000 0

2, 58.8395

1, 0 0

1

2

-2000

3

4

5

6

Jarak Antar Titik

Gambar 4.5 Grafik Pr essure Drop Teoritis bukaan 90°

4.3.6 Grafik Pr essure Drop Teoritis bukaan 100° 14000 12000

5, 11747.3995

10000 p o r D e r u s s e r P

8000

4, 7585.9855 3, 6464.9411

6000 4000 2000 0 -2000

2, 83.3231

1, 0 0

1

2

3

4

5

6

Jarak Antar Titik

Gambar Grafik Pr essure Drop Teoritis bukaan 100°

100

4.4

Pembahasan

Pada praktikum aliran fluida ini dilakukan 3 kali percobaan, menghitung laju alir dan Pressure Drop pada setiap titik dan pengaruh pada bukaan 80°, 90°, dan 100°.

Pengamatan yang diperoh dari tabel 4.1 bahwa semakin besar bukaan valve maka ketinggian di manometer juga semakin tinggi. Rata-rata waktu yang didapatkan semakin cepat pada putaran 100°. Ketinggian yang diperoleh pada manometer terdapat angka semakin lama semakin rendah. Hal ini disebabkan semakin banyak gangguan yang diperoleh dari titik 1 ke titik 5. Adapun h 0 pada bukaan 80°, 90°, dan 100° adalah 26,5; 28; dan 29,5. H 0 yang diperoleh dikurang data pengamatan dan didapatkan hasil pada tabel 4.1.

Densitas diperoleh 987,24 kg/m 3 dan viskositas 0,8007 x 10 -3 kg/m.s dimana diameter 3 adalah diaeter paling kecil. Laju alir pada setiap bukaan semakin besar bukaan valve maka laju alir semakin besar. Laju alir dipengaruhi oleb volume dan waktu.

Kecepatan aliran (V) dari setiap bukaan diperoleh angka bahwa semakin besar bukaan semakin besar kecepatan alirannya, dimana kecepatan aliran dipengaruhi oleh laju alir dan luas penampang.

Pressure Drop pada masing-masing bukaan mengalami kenaikan. Hal ini disebabkan karena terjadi perbedaan gaya gesekan yang terjadi pada setiap aliran didalam pipa. Pada rangkaian pipa lurus menggunakan persamaan Pressure Drop dan faktor gesekan pipa lurus, sedangkan apabila terdapat kran, tee dan fitting akan berpengaruh terhadap perhitungan Pressure Drop yang didapatkan.

Menghitung Pressure Drop secarateoritis menggunakan persamaan Reynold, dari bilangan Reynold dapat diketahui bahwa aliran pada praktikum ini adalah aliran turbulen. Kemudian menjadi nila ɛ/D, dimana ɛ adalah material yang digunakan dan D merupakan diameter. Setelah diketahui bilangan Reynold dan ɛ/D didapatkan nila f pada grafik Geankoplis hal. 94. 101

Apabila pada pipa lurus menggunakan persamaan pada pipa lurus, sedangkan apabila ada gangguan seperti tee, fitting, elbow, dan kran menggunakan persamaan sambungan pipa dan katup dengan nilai Kf diperoleh dari Tabel Nilai Kf Turbulen pada buku Cook.

Semakin besar nilai Reynold maka semakin besar frictions loss yang dihasilkan, sehigga Pressure Drop semakin besar. Hal ini disebabkan adanya besar bukaan valve yang mempengaruhi laju alir dan kecepatan aliran fluida maka friction loss dan Pressure Drop yang terjadi akan semakin besar. Hal ini dapat diketahui melalui percobaan yang dilakukan.

102

BAB V PENUTUP

5.1

Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa: a.

Dari hasil perhitungan diperoleh Pressure Drop pada bukaan valve 80° (P 1 – P5) = 5472,4435 kg/m.s, bukaan valve 90° (P 1 – P5) = 9045,7740 kg/m.s, dan pada bukaan valve 100° (P 1 – P5) = 11747,3995 kg/m.s. Dari data perhitungan dapat disimpulkan bahwa Pressure Drop sangat dipengaruhi oleh bukaan valve, debit, serta friction loss yang terjadi. Semuakin besar bukaan valve maka semkain besar pula Pressure Drop yang terjadi.

b.

Dari perhitungan diketahui debit pada bukaan valve 80°= 2,7902 x 10 -4 m2/s, debit pada bukaan valve 90°= 7,4074 x 10 -4 m2/s, dan debit pada bukaan valve 100°= 9,6061 x 10 -4 m2/s. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar bukaan valve, maka debit akan semakin besar.

c.

Pengaruh bukaan valve terhadap friction loss pada aliran yaitu semakin besar bukaan valve maka semakin besar pun friction loss yang akan terjadi.

5.2

Saran

Sebaiknya pada praktikum selanjutnya dapat dilakukan variasi aliran fluida dengan menggunakan 2 bukaan valve pada saat yang bersamaan, sehingga praktikan mampu untuk menganalisa dan menghitung lebih detail dan mendalam terhadap Pressure Drop dalam aliran fluida.

103

505951_3 Aliran Fluida Mba

Recommend Documents