MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA ALIRAN FLUIDA (ALF) Koordinator LabTK Dr. Pramujo Widiatmoko

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



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



DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1. Alat perpipaan SOLTEQ ..................................................................................... 10 Gambar C.1. Moody Diagram ................................................................................................. 20

ALF – 2016/PW

4



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



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



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



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



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



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



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


4.2.


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


4.3.


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


4.4.


Prosedur Shut Down Mulai

Seluruh valve dibuka

Power supply dimatikan

Isi bak penampung dikuras dan dikeringkan

Bereskan peralatan

Selesai

ALF – 2016/PW

14



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



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



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



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



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



LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR

Gambar C.1. Moody Diagram

ALF – 2016/PW

20



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



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

MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA ALIRAN FLUIDA (ALF) Koordinator LabTK Dr. Pramujo Widiatmoko

Recommend Documents