Analisis Aliran Fluida Terhadap Terhadap Fitting Serta Satuan Panjang Pipa
Nisa Aina Fauziah, Novita Novita Elvianti, dan Veranand Veranandaa Kusuma Ariyanto Ariyanto Jurusan teknik kimia fakultas teknik universitas Sultan Ageng Tirtayasa ABSTRAK
Transfor Transfortasi tasi fluida fluida merupakan merupakan agian penting penting dari teknik kimia! "mumnya "mumnya transforma transformasi si fluisa dilakukan dalam suatu saluran yang tertutup dengan erentuk silinder, yaitu pipa! #aya gesek fluida fluida dipela$ari dipela$ari dalam penerapan penerapan mekanika fluida adalah adalah persamaan persamaan kontinuitas kontinuitas dan persamaan persamaan %ernoulli! %ernoulli! Tu$uan dari per&oaan per&oaan ini adalah untuk memerikan memerikan gamaran se&ara eksperimenta eksperimentall tentang analisa aliran fluida pada suatu s uatu system perpipaan dan untuk menghitung fri&tion loss! Aplikasi industry industry dari per&oaan per&oaan aliran aliran fluida fluida misalnya misalnya pada industry kilang minyak, minyak, pemangki pemangkitt listrik dan industry kimia! 'rosedur yang dilakuakn adalah dengan melakukan valve set dan megisi tangki hingga penuh,lalu menyalakan pompa dan mengkalirasi flo( meter! Kemudian mengulang per&oaan untuk eragai la$u alir! )asil dari per&oaan ii adalah fri&si a&tual untuk ukaan valve *,+ dan pada pan$ang pipa - &m adalah -,*-./-,*-./-,01! Ker$a pompa pada ukaan valve *,+ dan pada 2 pipa . in&h seesar .,31/ .,30/ .,+*-! Semakin esar pan$ang pipa dan ke&epatan aliran akan memperesar friksi! Sedangkan semakin esar dia meter pipa akan memperke&il friksinya! Kata kunci4 kunci4 fluida, densitas, viskositas, eda tekan, fri&tion
PENDAHULUAN
Fluid Fluidaa adala adalah h zat zat yang yang tida tidak k dapa dapatt menahan peruahan entuk 5distrursi6 se&ara permanen! Fluida dapat erua &airan atau gas pada suhu tertentu dan tekanan tertentu! Setiap fluida fluida mempunyai mempunyai densitas atau rapat massa tertentu! 'erilaku zat &air yang mengalir sangat ergantung pada kenyataan apakah fluida itu erada di a(ah penngaruh idang atas padat atau tidak!
Fluida zat &air yang mengalir melalui seuah pipa dengan pan$ang tertentu menyeakan ter$adinya kerugian energy erupa penurunan teka tekana nan n 5pre 5predd ddur uree drop drop66 dise disea ak kan an oleh oleh may mayor loss losses es aki akiat at gese geseka kan n sepa sepan$ n$an ang g dind dindin ing g pipa pipa maup maupun un mino minorr losse lossess aki akiat at peruahan entuk lo&al saluran pipa dan $uga tergantung esar koefisien gesek pipa terseut 8.9
2alam 2alam kehi kehidu dupa pan n seha sehari ri7h 7har arii kita kita sering men$umpai men$umpai kasus untuk aliran fluida, misalny misalnyaa keran keran air yang yang memilik memilikii elok elokan! an! Fung Fungsi si kera keran n yang yang memi memilik likii pipa pipa elo eloka kan n ukan hanya mempermudah air mengalir ke a(ah tetapi $uga untuk memperke&il la$u l a$u alir fluid a$ika diandingkan dengan pipa lurus!
:leh :leh kare karena na itu itu per& per&o oaa aan n alir aliran an fluid luidaa di harap arapka kan n dap dapat meme emerrikan ikan gamaran system aliran fluida dalam pipa dan dapat mempela$ari fa&tor apa sa$a yang dapat mempengaruhi alira fluida!
2alam industry kimia, proses memerl memerluka ukan n pengal pengalira iran n fluida fluida melalu melaluii pipa pipa saluran dan peralatan proses! 'er&aangan pipa nayak digunakan dalam system perpipaan misalnya dalam pertamangan dan pengolahan air minum! Sifat7s Sifat7sifa ifatt aliran aliran fluida fluida merupa merupakan kan suatu hal yang sangat menarik untuk diteliti!
LANDASAN TEORI
Aliran fluida atau zat &air 5termasuk 5termasuk uap air dan gas6 diedakan diedakan dari enda padat karena kemampuannya untuk mengalir! Fluida leih mudah mengalir karena ikatan moleku molekull dalam dalam fluida fluida $auh $auh leih leih ke&il ke&il dari dari ikatan ikatan moleku molekull dalam dalam zat padat, padat, akiatn akiatnya ya fluida mempunyai hamatan yang relatif ke&il pada peruahan entuk karena gesekan! ;at
padat mempertahankan suatu entuk dan ukuran yang tetap, sekalipun suatu gaya yang esar dierikan pada zat padat terseut, zat padat tidak mudah eruah entuk maupun volumenya, sedangkan zat &air dan gas, zat &air tidak mempertahankan entuk yang tetap, zat &air mengikuti entuk (adahnya dan volumenya dapat diuah hanya $ika dierikan padanya gaya yang sangat esar! #as tidak mempunyai entuk maupun volume yang tetap,gas akan erkemang mengisi seluruh (adah! Karena fase &air dan gas tidak mempertahankan suatu entuk yang tetap, keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir! 2engan demikian kedua < duanya sering se&ara kolektif diseut seagai fluida 809! Sifat < sifat dasar fluida yaitu4 kerapatan 5density6 =, 5 specific gravity6 5 s.g 6, tekanan 5 pressure6 ', kekentalan 5viscosity6 > 839! %ilangan ?eynold #eankoplis 8*9 menyeutkan ilangan ?eynolds merupakan ilangan yang tak erdimensi yang dapat memedakan suatu aliran dinamakan laminer, transisi dan turulen!
ℜ=
vDρ μ
Aliran laminar didefinisikan seagai aliran dengan fluida yang ergerak dalam lapisan< lapisan atau lamina
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminer ke aliran turulen! Keadaan peralihan ini tergantung pada viskositas fluida, ke&epatan dan lain7 lain yang menyangkut geometri aliran dimana
nilai ilangan ?eynoldsnya antara 03-sampai dengan *--- 503--@?e@*---6 ! a!"ar $! Aliran Transisi &6
Aliran turulen didefinisikan seagai aliran yang dimana pergerakan dari partikel7partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami per&uran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakiatkan saling tukar momentum dari satu agian fluida ke agian fluida yang lain dalam skala yang esar! 2imana nilai il an ga n ?e no ld sn ya leih esar dari *--- 5?eB*---6! a!"ar %! Aliran Turulen!
'ersamaan %ernoulli 'ersamaan %ernouli ideal adalah alirannya konstan sepan$ang lintasan dan mengaaikan segala kerugian yang ter$adi dalam lintasan fluida! a!"ar &! 'ersamaan %ernoulli
a !"ar #! Aliran aminar
'ersamaan untuk dua titik pada suatu garis aliran adalah4 1
1
2
2
P1+ ρ v 1 + ρg h1 = P 2+ ρ v 2 + ρg h2 2
2
Namun kenyataannya pada siring atau lintasan fluida ter$adi kerugian gesekan! h adalah kerugian gesek didalam saluran 8+9!
'ersamaan umum yang digunakan untuk menggamarkan hilang energi akiat gesekan, yaitu 4 a! #esekan pada pipa lurus 2
∆ L V F f = 4 f D 2 '
! #esekan akiat valve dan fitting
h f =k f
V
2
2
&! #esekan akiat kontraksi 2
h fc= k c
V
Pr)sedur Per*)"aan 'er&oaan dia(ali dengan melakukan persiapan dan menge&ek kondisi pompa dan sistem perpipaan! Setelah memastikan semua peralatan dalam kondisi yang aik, langkah pertama yang dilakukan yaitu mengisi tangki dengan air sampai penuh, kemudian melakukan valve set pada sistem perpipaan, lalu menghidupkan pompa dan mengalirkannya ke seluruh sistem perpipaan! Selan$utnya, yaitu mengkalirasi flo(meter! Kalirasi dilakukan dengan ukaan valve yang ereda7eda, yaitu ukaan valve . sampai ukaan valve 1! Kalirasi dilakukan untuk menentukan la$u alir dan ke&epatan fluida! Setelah itu, dilakukan per&oaan untuk menentukan fri&tion loss dengan melakukan pengukuran eda tekanan fluida menggunakan manometer raksa! Variasi yang digunakan yaitu variasi pan$ang pipa, diameter pipa, kelengkapan, dan gaungan pada sistem perpipaan pada ukaan valve ., 0 dan 3!
2
HASIL DAN PE'BAHASAN
untuk aliran turulen A 2 k c = 0.55 ( 1− ) A1 d! #esekan akiat ekspansi 2
h fe=k e
V
2 2
A 2 k e = 0.55 ( 1− ) A 1
'ETODELOI PER(OBAAN 'raktikum ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental yaitu melakukan pengukuran langsung dan tak langsung! 'eralatan yang digunakan seperti ditun$ukan pada gamar +! Alat dan Bahan Alat7alat yang digunakan pada per&oaan ini, yaitu sistem perpipaan dan kelengkapannya yang terdiri dari elo(, gate valve, gloe valve, tee, flo(meter dan pompa! %ahan yang digunakan, yaitu air!
'ada per&oaan ini dilakukan kalirasi la$u alir fluida menggunakan flo(meter! Fluida yang digunakan yaitu air! Air dialirkan dari tangki melalui sistem perpipaan seperti gamar +! Jalur pipa yang digunakan pada kalirasi ini adalah pipa dengan diameter -!+ in&h yang kemudian dialirkan mele(ati flo(meter pada pipa erukuran .!0+ in&h! Kaliari dilakukan dengan &ara menghitung lama (aktu yang diutuhkan untuk air mengalir mele(ati flo(meter seanyak -!--+ m 3! 'engamilan data dilakukan seanyak tu$uh kali dengan variasi ukaan valve satu sampai ukaan valve tu$uh! Kalirasi dilakukan untuk menentukan $enis ukaan yang digunakan seagai variasi dalam per&oaan dan untuk menentukan la$u alir fluida! 2ari ketu$uh kalirasi terseut akan dipilih tiga data! 'ada per&oaan ini, data kalirasi yang digunakan adalah pada ukaan *, + dan
sea la$u alir meningkat seiring dengan ertamahnya ukaan valve!
#amar +! Skema instalasi aliran fluida
Pengaruh Dia!eter Pipa terhadap Fri*ti)n L)ss 'ada per&oaan ini dilakukan perhitungan fri&tion loss aik teori maupun a&tual erdasarkan diameter terhadap esar fri&tion loss yang dihasilkan! 4
2
∆ L V F f = 4 f D 2 '
sehingga
3
Friction 2
Teori
1 0
yang ada ah(a nilai Fri&tion eranding teralik dengan diameter! Sehingga semakin esar diameter maka fri&tion akan semakin ke&il dan sealiknya 'ersamaan terseut dapat dituliskan4
F f
1
D
Aktual 0.5
0.75
1
Diameter (inch)
a!"ar +! #rafik pengaruh diameter terhadap fri&tion loss
Variasi diameter pipa yang digunakan pada per&oaan ini, yaitu -!+ in, -!1+ in dan . in dengan pan$ang pipa -! m! #rafik menun$ukan ah(a aik teori maupun a&tual memiliki nilai fri&tion loss yang semakin ke&il seiring dengan ertamahnya diameter pipa! 2ata terseut telah sesuai dengan teori yang
Pengaruh Keleng,apan terhadap Fri*ti)n L)ss
7 6 5 4 3 Friction 2 1 0
Teori
Tee . Elo( C Sour&e4 geankoplis, ristie J! 0--3! Transport Processes and Separation Process Principles! 'earson Edu&ation, Gn&!
Aktual
KESI'PULAN Jeni Fitting
'er&oaan ketiga dilakukan pada kelengkapan7 kelengkapan yang digunakan yang terdiri dari gloe valve, gate valve, tee dan elo( C- o dengan masing7masing diameter adalah D in, in, . in dan . in! a!"ar -! #rafik pengaruh kelengkapan terhadap fri&tion loss 2ari grafik terseut menun$ukan ah(a nilai fri&tion teresar didapatkan oleh gloe valve kemudian elo(, gate valve dan tee! Se&ara teori, nilai fri&tion pada kelengkapan dipengaruhi oleh nilai k f atau fa&tor kehilangan! Seagaimana persamaan erikut4
h f =k f
2imana
V
2
2
h f k f
Fri&tion loss akan seanding dengan nilai k f dimana semain esar nilai k f maka fri&tion akan semakin esar pula! Jenis kelengkapan memiliki nilai kf yang ereda7eda dan pemilihan $enis kelengkapan akan mempengaruhi nilai fri&tion loss yang dihasilkan, dimana semakin esar nilai kf, akan semakin esar fri&tion loss yang dihasilkan! %erikut adalah nilai k f erdasarkan lengkapan yang digunakan saat per&oaan Ta"le #! Fri&tion oss for turulen flo(
Type of fitting or valve #loe valve 5(ide open6 #ate valve 5(ide open6
Numer of velo&ity heads, k f -!1+ -!.1
2ari hasil per&oaan aliran fluida dapat disimpulkan ah(a sifat7sifat fluida adalah densitas, viskositas, la$u alir serta fri&tion loss! Semakin esarnya peruahan pan$ang pipa dan ke&epatan aliran akan memperesar nilai fri&tionnya! Sedangkan dengan semakin esar diameter pipa akan memperke&il nilai fri&tionnya! "ntuk pengaruh fitting pada rangkaian akan menyeakan nilai fri&tion semakin esar seiring dengan semakin anyaknya kelengkapan pipa dan ker$a pompa dipengaruhi oleh energy kineti&, energy potensial, eda tekan, dan kalor! DAFTAR PUSTAKA
8.9 Hidayana, #! dan T! Iu(ono! 0-.-! Studi Eksperimental dan Numerik Aliran Dua Fase (Air!dara" #ele$ati El%o$ &'' dari Pipa ertical menu)u Pipa dengan Sudut Kemiringan *' '! Jurnal teknik mesin! Gnstitusi teknologi sepuluh Novemer! suraaya 809 :lson, ?! and Hright, S!J! .CC-! Dasardasar #ekanika Fluida Teknik ! Jakarta4 'T #ramedia 'ustaka 839 Fo, ?oert H! dan Alan T! & 2onald! .CC+! +ntroduction to Fluid #ec,anics &rd edition! John Hilley L Sons! "SA 8*9 #eankoplis, hristie J! 0--3! Transport Processes and Separation Process Principles! 'earson Edu&ation, Gn&! 8+9 Soedra$at, S! .CM3! #ekanika Fluida dan -idroliks! %andung4 Nova! 89 Streeter, V L Hylie, E%! .CM+! #ekanika Fluida ilid /! Jakarta4 Erlangga
