MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
ALIRAN FLUIDA (ALF)
Koordinator LabTK Dr. Pramujo Widiatmoko
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2016
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
Kontributor: Dr. Yogi Wibisono Budhi, Dr. Irwan Noezar, Dr. Ardiyan Harimawan, Darren Kurnia, Paul Victor
ALF – 2016/PW
2
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
DAFTAR ISI DAFTAR ISI.............................................................................................................................. 3 DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 4 DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 5 BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 6 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN................................................................. 8 2.1.
Tujuan Percobaan ........................................................................................................ 8
2.2.
Sasaran Percobaan ....................................................................................................... 8
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 9 3.1.
Perangkat dan Alat Ukur ............................................................................................. 9
3.2.
Bahan ........................................................................................................................... 9
3.3.
Skema Alat .................................................................................................................. 9
BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................. 11 4.1.
Penentuan Densitas Air Keran .................................................................................. 11
4.2.
Penentuan Viskositas Air Keran ............................................................................... 12
4.3.
Prosedur Start Up ...................................................................................................... 13
4.4.
Prosedur Shut Down .................................................................................................. 14
PUSTAKA ............................................................................................................................... 15 LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH ............................................................................. 16 LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN ...................................................................... 18 LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR ......................................................................... 20
ALF – 2016/PW
3
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ ..................................................................................... 10 Gambar C.1. Moody Diagram ................................................................................................. 20
ALF – 2016/PW
4
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1 ......................................................................................... 10 Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa ...................................................... 16 Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran ............................................................................... 16 Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran............................................................................. 17 Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve ................................................................. 21
ALF – 2016/PW
5
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
BAB I PENDAHULUAN Fluida merupakan suatu jenis zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara permanen. Perubahan bentuk di dalam fluida akan membentuk lapisan-lapisan yang mengalir di atas lapisan lain dan terbentuklah lapisan baru. Pada proses tersebut, tegangan geser timbul dan besarnya tergantung pada viskositas fluida serta laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu. Tegangan geser ini akan hilang setelah fluida mencapai keadaan kesetimbangan.
Berdasarkan sifat densitasnya, fluida dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu fluida compressible dan incompressible. Fluida compressible mempunyai densitas yang peka terhadap perubahan temperatur dan tekanan (misalnya gas). Sebaliknya, fluida incompressible lebih stabil terhadap pengaruh tekanan dan temperature (misalnya cairan).
Dalam suatu sistem perpipaan untuk mengalirkan fluida, komponen atau peralatan umum yang digunakan antara lain pipa/tabung, valve, blower, pompa. Pipa berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluida, sementara valve berguna untuk mengatur aliran fluida. Energi mekanik diperlukan untuk memindahkan dan mengatur kecepatan alir fluida dalam sistem perpipaan. Alat yang dapat antara lain pompa, blower, kipas, dan kompresor. Berdasarkan prinsip kerjanya, peralatan pemindah fluida dibagi menjadi dua, tekanan langsung ke fluida atau dengan membangkitkan rotasi menggunakan momen punter.
Persamaan Bernoulli digunakan untuk menganalisis perubahan energi dalam sistem perpipaan. (
)
(
)
Keterangan: A : bagian hisap pompa B : bagian keluaran pompa
(
ALF – 2016/PW
(
)
)
6
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
Jumlah kerja dari pompa bergantung pada kapasitas dan head. Kapasitas adalah laju alir massa per volume fluida yang dialirkan, sedangkan head adalah perbedaan total tekanan masuk dan keluar alat. Head dinyatakan dalam tinggi kolom fluida pada kondisi adiabatik. Efisiensi pompa dinyatakan sebagai perbandingan daya output terhadap input. Dalam pengoperasian pompa, fenomena kavitasi harus dihindari. Kavitasi merupakan fenomena perubahan sebagian fluida menjadi uap akibat tekanan hisap yang lebih tinggi dibandingkan tekanan uap fluida. Timbulnya gelembung dalam aliran cairan akibat proses tersebut dapat merusak pompa. Untuk menghindari terjadinya kavitasi, nilai (NPSH)R harus terpenuhi. (NPSH)R merupakan total head cairan pada garis pusat pompa, dikurangi tekanan uap (P). NPSH dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.
(
)
(NPSH)A dalam instalasi pompa harus lebih besar atau sama dengan (NPSH)R untuk kapasitas yang diinginkan.
Laju alir fluida dapat diukur dengan berbagai jenis alat ukur, contohnya pitot tube, orificemeter, dan venturimeter. Ketiga alat ini menggunakan prinsip Bernoulli untuk menentukan laju alir fluida.
ALF – 2016/PW
7
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN 2.1.
Tujuan Percobaan
Praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari karakteristik sistem perpipaan, serta fluida yang mengalir di dalamnya.
2.2.
Sasaran Percobaan
Dari praktikum ini praktikan diharapkan dapat:
Menentukan hubungan laju alir dan head loss
Menentukan hubungan bilangan Reynold dengan pipe friction coefficient
Menentukan nilai K masing-masing fitting
Menghitung konstanta yang diperlukan pada perhitungan laju alir fluida
ALF – 2016/PW
8
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN 3.1.
Perangkat dan Alat Ukur
Perangkat dan alat ukur yang digunakan pada percobaan ini adalah: a) Satu set peralatan SOLTEQ b) Viskometer Ostwald c) Piknometer d) Stopwatch e) Gelas ukur 1 Liter f) Neraca analitis g) Ember, lap bersih, dan tissue
3.2.
Bahan
Bahan yang diperlukan pada percobaan ini adalah: a) Aqua dm b) Air keran
3.3.
Skema Alat
Rangkaian alat yang digunakan pada percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 3.1, dan dengan keterangan yang ditampilkan pada Tabel 3.1.
ALF – 2016/PW
9
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
A B C D E F
G
J
K
I
R
Q
P
H
L
O
N
M
S T
Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ
Tabel 3.1. Keterangan Gambar 3.1 Kode
Keterangan
Kode
Keterangan
A B C D E F G H I J
6 mm smooth bore pipe Sudden contraction 10 mm smooth bore pipe Sudden enlargement 17 mm smooth bore pipe 17 mm artificial roughened pipe 45o elbow 45o Y Gate valve Globe valve
K L M N O P Q R S T
In-line y strainer 90o elbow 90o bend 90o T Pitot static tube Venturimeter Orificemeter Outlet control valve Water manometer Digital manometer
ALF – 2016/PW
10
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
BAB IV PROSEDUR KERJA Berikut merupakan langkah kerja praktikum modul Aliran Fluida. 4.1.
Penentuan Densitas Air Keran Mulai
Piknometer dan aseton disiapkan
Piknometer dicuci, dan dikeringkan
Piknometer kosong ditimbang; massa dicatat
Massa piknometer kosong
Aqua dm dimasukkan ke dalam piknometer hingga tepat penuh
Piknometer ditutup rapat hingga aqua dm meluap
Dinding luar piknometer dikeringkan dengan tissue atau lap kering yang bersih
Diulang menggunakan air keran
Suhu aqua dm dalam piknometer diukur
Piknometer berisi aqua dm ditimbang; massa dicatat
Temperatur aqua dm
Massa piknometer + fluida
Densitas air keran dihitung
Selesai
Piknometer dikosongkan; dibilas dengan aseton; keringkan
Densitas air keran
ALF – 2016/PW
11
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
4.2.
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
Penentuan Viskositas Air Keran Mulai
Bersihkan dan keringkan viskometer
Masukkan aqua dm ke dalam viskometer
Cairan dihisap dari ujung atas reservoir B hingga melewati m
Cairan dibiarkan mengalir; waktu dari titik m ke n dicatat
Waktu m ke n
Ulangi prosedur untuk mencari waktu m ke n air keran
Viskositas air keran dicari dengan membandingkan terhadap viskositas aqua dm
Viskositas air keran
Selesai
ALF – 2016/PW
12
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
4.3.
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
Prosedur Start Up Mulai
Alat disiapkan
Isi bak penampung air dengan air hingga mencapai setengah atau lebih tinggi bak penampung
Buka seluruh keran; pompa dan manometer disambungkan ke power supply
Power supply dinyalakan
Selesai
ALF – 2016/PW
13
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
4.4.
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
Prosedur Shut Down Mulai
Seluruh valve dibuka
Power supply dimatikan
Isi bak penampung dikuras dan dikeringkan
Bereskan peralatan
Selesai
ALF – 2016/PW
14
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
PUSTAKA Geankoplis, C. J., 2003, Transport Process and Separation 4th edition, USA: Prentice Hall (halaman 90 – 107; 136 – 149) SOLTEQ, Fluid Friction Measurements Apparatus Model : FM 100, Equipment for Engineering Education & Research, 2011
ALF – 2016/PW
15
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH Contoh tabel pengamatan yang digunakan pada percobaan adalah sebagai berikut.
CONTOH
Tabel A.1. Pengukuran head loss alat ukur / fitting / pipa Variasi Laju Alir ke- Volume (mL) Waktu (s) Head Loss (mm H2O)
Tabel A.2. Pengukuran densitas air keran Massa piknometer kosong (g) Massa piknometer kosong + aqua dm (g) Massa piknometer kosong + air keran (g) Temperatur aqua dm (oC)
ALF – 2016/PW
16
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
Tabel A.3. Pengukuran viskositas air keran Waktu tempuh aqua dm (s) Waktu tempuh air keran (s) Temperatur aqua dm (oC)
ALF – 2016/PW
17
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN Perhitungan yang dilakukan pada modul Aliran Fluida ini dapat dilakukan dengan langkahlangkah sebagai berikut :
1. Perhitung densitas air keran Densitas aqua dm diperoleh dari data literatur hubungan densitas terhadap temperatur aqua dm. Densitas air keran dapat dihitung dengan persamaan berikut : ( (
) )
( (
) )
2. Perhitungan viskositas air keran Viskositas aqua dm diperoleh dari data literatur hubungan viskositas terhadap temperatur aqua dm. Viskositas air keran dapat dihitung dengan persamaan berikut : ( ) ( )
3. Perhitungan hubungan laju alir dengan head loss pada pipa halus Pertama-tama hitung kecepatan aliran fluida dalam pipa (u) dan hubungkan dengan head loss (Δh) dengan menggunakan plot regresi linear sehingga diperoleh persamaan berikut : (
)
Hubungan laju alir dengan head loss dapat diketahui dengan menghitung nilai k
4. Perhitungan hubungan bilangan Reynold terhadap koefisien friksi pada pipa kasar Hitung bilangan Reynold pada aliran pipa kasar dengan persamaan berikut :
Dengan
= densitas air keran (kg/m3),
diameter pipa (m),
ALF – 2016/PW
kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s), d =
= viskositas air keran (kg/m.s)
18
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
Setelah itu, hubungkan bilangan Reynold dengan koefisien friksi yang ada pada Moody diagram yang terletak pada Lampiran C. Sehingga dapat diperoleh persamaan hubungan antara bilangan Reynold dengan koefisien friksi pipa kasar secara linear.
5. Perhitungan karakteristik fitting dan valve Hitung nilai hv (velocity head) terlebih dahulu dengan persamaan :
Dengan u = laju alir linear (m/s), dan g = konstanta percepatan gravitasi = 9,8 m/s2. Setelah didapat nilai hv, plotkan hv terhadap h (head loss bacaan) secara linear agar didapatkan nilai K ( = h / hv) 6. Karakteristik alat ukur Hitung nilai Q (debit aliran air keran (m3/s)) dan hubungkan dengan plot secara linear terhadap akar dari head loss (√Δh (m1/2)) agar didapatkan nilai k ( = Q/√Δh)
ALF – 2016/PW
19
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR
Gambar C.1. Moody Diagram
ALF – 2016/PW
20
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
Tabel C.1. Data Diameter Pipa, Fitting, dan Valve Section
Diameter (cm)
6 mm smooth bore pipe
0,6
Sudden contraction
0,25
10 mm smooth bore pipe Sudden enlargement
0,1 0,1
0,1
0,25
17 mm smooth bore pipe
0,17
17 mm artificial roughened pipe
0,17
45o elbow
2,5
o
45 Y
2,5
Gate valve
2,5
Globe valve
2,5
In-line y strainer
2,5
90o elbow
2,5
90o bend
2,5
90o T
2,5
Pitot static tube
2,5
Venturimeter
2,5
Orificemeter
2,5
ALF – 2016/PW
21
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB
MODUL ALIRAN FLUIDA (ALF)
LAMPIRAN D LEMBAR KENDALI KESELAMATAN KERJA No 1
Bahan Air (H2O)
Sifat Bahan • Titik leleh 0oC • Viskositas 0,860 • Titik didih 100oC cP pada 26oC • Stabil terhadap • Pelarut yang baik reaksi
Kecelakaan yang mungkin terjadi Hubungan arus pendek akibat listrik yang kontak dengan air. Terpleset akibat genangan air yang diakibatkan oleh kebocoran sambungan selang. Perlengkapan keselamatan kerja
Tindakan Penanggulangan Tidak memerlukan penanggulangan secara khusus
Penanggulangan Usahakan untuk memutuskan hubungan arus listrik pada alat. Apabila hal ini tidak dapat dilakukan, hubungi pihak berwenang. Pastikan semua sambungan selang terpasang dengan baik dan benar, sehingga tidak ada air yang bocor dan menggenang. Bersihkan apabila terjadi genangan air.
Prosedur Keselamatan Kerja Pengecekan Alat • Pastikan sambungan selang pada alat tersambung dengan baik dan terhubung dengan saluran pembuangan. • Pastikan listrik pada pompa terhubung dengan baik, kabel dan stop kontak jauhkan dari sumber air. Pasca Percobaan • Bersihkan genangan air di sekitar alat. • Putuskan hubungan listrik pada pompa. • Gulung kabel listrik dan manometer lalu letakkan pada tempatnya.
Asisten
ALF – 2016/PW
Pembimbing
Penentuan Densitas dan Viskositas • Pastikan piknometer dan viskometer Ostwald diletakkan pada tempat yang aman. • Hindari menggenggam kedua tangkai viskometer Ostwald karena viskometer sangat rapuh. Percobaan • Berhati-hati dalam mengalirkan air. Tekanan aliran air yang besar dapat menyebabkan lepasnya sambungan selang pada sight gauge. • Hati-hati ketika menyentuh ketiga alat ukur karena sambungannya mudah terlepas.
Koordinator Lab TK
22