BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dasar-dasar ilmiah unit operasi banyak menerapkan beberapa hukum-hukum dasar

seperti perpindahan momentum, perpindahan panas dan perpindahan massa. Serta

kesetimbangan fisika, kimia, thermodinamika maupun fenomena perpindahan.

Pengertian unit operasi secara konversi adalah operasi tanpa disertai reaksi kimia. Pada

percobaan aliran fluida aliran dapat dikatakan sebagai salah satu operasi tanpa disertai reaksi

kimia, dimana aliran fluida menekankan pada hukum perpindahan momentum yang terjadi

pada media bergerak serta mempelajari prinsip-prinsip perhitungan dan transportasi fluida.

1.2 Rumusan Masalah

Praktikum aliran fluida merupakan praktikum yang membahas tentang prinsip-prinsip

perhitungan dan transportasi fluida. Pada parktikum ini akan dipelajari mengenai perhitungan

laju alir, bilangan reynold pada setiap perubahan debit aliran, hilang tekan (pressure drop)

dari aliran serta friksi dan faktor friksi.

1.3 Tujuan

Tujuan dari praktikum ini adalah:

1. Dapat merancang dan atau merakit alat percobaan

2. Mampu melakukan dan mengoperasikan alat percobaan

3. Dapat mengukur debit dan menghitung laju alir dengan menggunakan alat ukur yang ada

4. Dapat menghitung bilangan Reynold pada setiap perubahan debit aliran

5. Dapat menghitung hilang tekan (pressure drop) dari aliran dengan membaca beda tinggi

manometer

6. Dapat menganalisa dan mengumpulkan hasil percobaan, dengan menghitung friksi dan

faktor friksi pipa, panjang ekuivalen kran ( valve ), pembesaran ( sudden enlargement ),

pengecilan ( sudden contraction ), bengkokan ( elbow ) dan sambungan (flange)

7. Mampu membuat laporan praktikum secara tertulis

1.4 Manfaat

Dengan melakukan percobaan aliran fluida diharapkan dapat menghitung laju alir,

bilangan reynold pada setiap perubahan debit aliran, hilang tekan (pressure drop) dari aliran

serta friksi dan factor friksi.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Fluida

Fluida / zat alir adalah zat yang bisa mengalir, zat cair dapat mengalir dengan sendirinya

dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah atau tekanan tinggi ke tekanan rendah.

Sedang gas mengalir sendiri dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Bila tidak memenuhi

persyaratan tersebut, maka untuk mengalirkan fluida harus direkayasa dengan penambahan

tenaga dari luar. Untuk zat cair menggunakan pompa, gas menggunakan fan, blower atau

kompressor.

2.2 Klasifikasi Aliran Fluida

Ditinjau pengaruh yang terjadi bila fluida mengalami perubahan tekanan, dibagi menjadi

2 jenis , yaitu :

1. Fluida tak mampat ( incompressible ); apabila terjadi perubahan tekanan tidak mengalami

perubahan sifat fisik, missal volume tetap sehingga rapat massa ( density ) juga tetap.

Jenis fluida ini adalah fluida fase cair stabil, misalnya : air, air raksa, minyak dan cairan

lain.

2. Fluida mampat ( compressible ); apabila terjadi perubahan tekanan akan mengalami

perubahan volume, sehingga mengalami perubahan rapat massa. Jenis fluida ini adalah

fluida fase gas, misalnya : udara, steam, dan gas-gas lain.

Dalam percobaan ini, dilakukan untuk aliran fluida cair. Ditinjau dari kekentalannya, zat cair

dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :

1. Fluida Newton ( Newtonian fluid )

Yaitu zat cair yang dalam keadaan mengalir, antara tegangan geser ( shear stress ) yang

terjadi memberikan hubungan linier /garis lurus dengan deformasi kecepatan / gradien

kecepatan dari pola alirannya, yang termasuk ini adalah fluida yang kekentalannya

rendah/ encer.

2. Fluida Non Newton ( Non Newtonian fluid )

Yaitu bila zat cair yang mengalir memberikan hubungan yang tidak linier (kurva

lengkung) , yang termasuk ini adalah fluida kental (pekat).

Aliran fluida cair dalam pipa, bila ditinjau dari kestabilan kapasitas atau debitnya, dibagi 2

yaitu :

1. Aliran dalam keadaan stabil (steady state), apabila debitnya selama waktu yang ditinjau

adalah tetap.

2. Aliran dalam keadaan tak stabil (unsteady state), apabila debitnya tidak tetap/ berubah.

Sedangkan tipe aliran bila ditinjau dari olakan yang terjadi, dibagi 2 yaitu :

1. Aliran laminar; bila partikel fluida bergerak dalam lintasan lintasan yang paralel, dengan

kecepatan rendah sehingga tidak terjadi arus olakan.

2. Aliran turbulen; bila partikel fluida bergerak dalam lintasan lintasan tak teratur dengan

kecepatan tinggi sehingga terjadi arus olakan.

Untuk mengetahui tipe aliran fluida dalam pipa, yang paling mudah dengan menghitung

bilangan Reynold (Re)

Dimana, Di = diameter dalam pipa

= rapat massa fluida

= laju alir fluida

= viskositas fluida

Ketentuan aliran fluida dalam pipa :

Re < 2000 tipe aliran laminar

Re 2000-3000 transisi

Re > 3000 tipe aliran turbulen

Sistem pemipaan untuk aliran fluida, disamping pipa lurus juga dilengkapi dengan fitting,

antara lain : sambungan pipa, bengkokan, pembesaran, pengecilan, kran dan sebagainya.

Pada fluida yang mengalir dalam pipa. Dari neraca massa diperoleh persamaan

kontinyuitas yang intinya kapasitas massa atau debit tetap, sedang dari neraca tenaga

diperoleh persamaan tenaga yang sering disebut sebagai persamaan Bernoully, yaitu :

Keterangan:

= beda tenaga dakhil

= beda tenaga potensial

= beda tenaga kinetis

= beda teanga tekan

Q = efek panas yang terjadi

F = jumlah kehilangan tenaga akibat friksi yang terjadi

-Wf = tenaga yang diberikan dari luar missal melalui tenaga pompa

Jumlah tenaga hilang akibat friksi, berasal dari friksi pipa lurus ditambah friksi dari fitting

Friksi pipa lurus bisa menggunakan persamaan Fanning atau persamaan DArcy, untuk

keperluan teknis praktis biasanya menggunakan persamaan DArcy :

f = factor friksi DArcy

Merupakan fungsi dari bilangan Reynold dan kekasaran relative permukaan dalam pipa.

f = (Re, /D )

D = diameter dalam pipa

L = panjang pipa

= laju alir

Sedang friksi fitting dihitung, dengan menyatakan panjang ekuivalen fitting terhadap pipa

lurus

Panjang ekuivalen fitting (Le) adalah ekuivalensinya terhadap panjang pipa lurus yang

diameternya tertentu yang memiliki besar friksi yang sama.

Dengan demikian perhitungan friksi fitting bisa menggunakan persamaan DArcy :

Kehilangan tenaga akibat friksi, baik pipa lurus maupun fitting bisa di hitungan dari

kehilangan tekanan ( pressure drop ) yang dihitung dari penunjukan alat ukur yang

digunakan, missal : manometer.

( )

R = manometer reading (beda tinggi permukaan) fluida pengukur , misal air raksa

= rapat massa fluida pengukur, missal air raksa

= rapat fluida yang mengalir dalam percobaan, misal air

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan Percobaan

Bahan : Air

Alat yang digunakan dalam percobaan aliran fluida , dibagi dalam 2 bagian, yaitu :

A. Rangkaian alat utama, yang terdiri dari :

1. Bak air

2. Pompa

3. Sistem pemipaan yang terdiri : pipa lurus, sambungan, bengkokan, kran, pembesaran,

pengecilan.

4. Manometer dengan media pengukur air raksa

B. Peralatan pembantu ,yang terdiri dari :

1. Picnometer ; untuk menentukan rapat massa

2. Stopwatch ; untuk mengukur waktu

3. Gelas ukur 500 ml ; untuk mengukur volume

4. Jangka Sorong ; untuk mengukur diameter pipa

3.2 Variabel Percobaan

Variabel berubah : debit/laju alir

3.3 Gambar Alat Utama

Gambar 3.1 Rangkaian alat percobaan

D

Keterangan gambar :

A. Bak air

B. Pompa

C. Sistem Pemipaan

D. Kran Bypass

Keterangan alat ukur / manometer

1. Kran

2. Pembesaran pipa

3. Bengkokan pipa

4. Pipa lurus datar

5. Sambungan pipa

6. Pengecilan pipa

7. Pipa lurus datar

8. Pipa lurus vertical

9. Pipa lurus datar

10. Pipa lurus datar

3.4 Respon

1. Pengukuran debit air

2. Perhitungan bilangan Reynold

3.5 Data yang dibutuhkan

1. Perbedaan tinggi manometer

2. Debit berdasarkan tiap kran laju alir

3.6 Prosedur Percobaan

Tata Kerja percobaan dapat dibagi 2 tahap

A. Tahap Persiapan

1. Penentuan diameter pipa

2. Penentuan rapat massa cairan yang akan digunakan untuk percobaan

3. Merakit rangkaian alat percobaan

B. Tahap Operasi

1. Periksa kran bypass dalam keadaan terbuka, dan kran sistem pipa (1) dan kran-kran

yang mengalir ke pipa manometer tertutup.

2. Hidupkan pompa dan tunggu sampai laju alir konstan.

3. Buka kran sistem pipa (1) sedangkan kran-kran yang mengalir ke manometer tetap

tertutup tunggu hingga laju alir cairan keluaran sistem pipa stabil.

4. Buka kran manometer perpasang dan periksa cairan dalam manometer, jangan ada

gelembung udara.

5. Atur kran (1) untuk mengatur variasi debit air yang mengalir pada sistem pemipaan

dan hitung bilangan reynoldnya.

6. Catat pembacaan manometer 1-9.

7. Ulangi langkah nomor 5 dengan bukaan kran (1) yang berbeda (bila perlu kran bypass

dikecilkan untuk memperbesar debit air) hingga mendapatkan variasi reynold aliran

laminar, transisi, turbulen.

8. Buat tabel hasil percobaan (debit, R1 s/d R9)

DAFTAR PUSTAKA

Foust, A.S,1960, Principles of Unit Operation, 2nd

ed, John Wiley & Sons Inc, NewYork

Holland,F.A, Bragg, R,1995,Fluid Flow for Chemical Engineer 2nd

ed, Edward Arnold,

Holder Headline Group, London

Giles,RV,1977,Fluid Mechanics and Hydraulics,2nd

ed, Schaums outline series, Mc

Graw Hill Book.Co,NewYork

Geankoplis,C.I,1993, Transport Process and Unit Operation ,2nd

ed, Allyn and Bacon,

Inc,Boston

Gupta,S.K,1979, Momentum Transfer Operations,Mc Graw Hill Publishing Co.Ltd,New

Delhi

Mc Cabe, Wl,Smith,JC,Harriott,P, 2001, Unit Operations of Chemical Engineering,6th

ed,Mc Graw Hill Book.Co NewYork