BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Transportasi fluida merupakan salah satu satuan operasi teknik kimia

yang penting terutama di industri kimia berbasis fluida, industri pupuk,

pengilangan minyak bumi, petrokimia dan sebagainya. Dalam pegukuran

fluida, termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan,

turbulensi dan viskositas terdapat banyak cara melaksanakan pengukuran-

pengukuran, misalnya : langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik,

elektronik, elektromagnetik, dan optik. Pengukuran debit secara langsung

terdiri atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatu penampang

dalam suatu selang waktu tertentu. Metode pengukuran aliran yang paling

teliti adalah penentuan gravimetric atau penentuan volumetric dengan berat

atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang

dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur. Pada praktikum kali ini akan

dilakukan percobaan aliran fluida yang mencakup :

1. fenomena aliran seperti : tipe-tipe aliran, neraca momentum aliran fluida,

kerugian head dalam pipa, kerugian head yang ditimbulkan oleh

perubahan penampang, perubahan arah aliran dan adanya kerangan.

2. system dan karakteristik pompa.

3. prinsip dan cara kerja alat-alat ukur aliran dan sifat-sifat fluida.

1.2 Tujuan

Tujuan dari dilakukannya praktikum ini adalah :

1. Untuk menentukan head loss (hilang energi) pada tiap komponen

sistem perpipaan yang dipengaruhi oleh laju alir fluida.

2. Menentukan koefisien gesekan pada tiap komponen perpipaan.

BAB 11

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fluida

Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk

(distorsi) secara permanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk

suatu massa fluida, makadi dalam fluida tersebut akan terbentuk lapisan-

lapisan di mana lapisan yang satu akan mengalir di atas lapisan yang

lain, sehingga tercapai bentuk baru.

Selama perubahan bentuk tersebut, terdapat tegangan geser (shear

stres),yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju alir fluida

relatif terhadap arah tertentu.Bila fluida telah mendapatkan bentuk

akhirnya, semua tegangan geser tersebut akan  hilang  sehingga  fluida

berada  dalam  keadaan  kesetimbangan.   Pada temperatur dan tekanan

tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu. Jika densitas

hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang suhu dan tekanan

yang relatif besar, fluida tersebut bersifat incompressible.

Tetapi jika densitasnya peka terhadap perubahan variabel temperatur dan

tekanan, fluida tersebut digolongkan compresible. Zat cair biasanya dianggap

zat yang incompresible, sedangkan gas umumnya dikenal sebagai zat yang

compresible.

Sifat dasar dari setiap fluida static ialah tekanan. Tekanan dikenal sebagai

gaya permukaan yang diberikan oleh fluida terhadap dinding bejana. Tekanan

terdapat pada setiap titik di dalam volume fluida. Pada ketinggian yang sama,

tekanan pada fluida adalah sama. Fluida terdiri dari 2 jenis yaitu fluida cair

dan fluida gas.

Ciri fluida cair:

- Tidak kompresibel, yaitu volume fluida akan tetap walaupun dikenai

tekanan tertentu.

- Mengisi volume tertentu.

- Mempunyai permukaan bebas.

- Daya kohesi besar, jarak antar molekul rapat.

Ciri fluida gas:

- Kompresibel

- Mengisi seluruh bagian wadah.

- Jarak antar molekul besar, daya kohesi dapat diabaikan.

2.2  Aliran

Dalam aliran kondisi mantap (steady state) dikenal 2 rejim aliran atau pola

aliran yang tergantung kepada kecepatan rata-rata aliran (v), densitas (ρ),

viskositas fluida (μ) dan diameter pipa (D). kedua rejim aliran tersebut diatur

oleh hokum-hukum yang berbeda sehingga perlu dipelajari secara

keseluruhan.

Rejim aliran Laminer

Rejim aliran laminar mempunyai cirri-ciri sebagai berikut:

- Terjadi pada kecepatan rendah.

- Fluida cenderung mengalir tanpa adanya pencampuran lateral.

- Berlapis-lapis seperti kartu, tidak ada arus tegak lurus arah aliran,tidak

ada pusaran (arus eddy).

Rejim aliran Turbulen

Rejim aliran turbulaen mempunyai cirri-ciri sebagai berikut:

- Terbentuk arus eddy.

- Terjadi lateral mixing.

- Secara keseluruhan aliran tetap sama

- Distribusi kecepatan lebih uniform atau seragam.

Rejim aliran Transisi

Rejim aliran yang terbentuk di antara rejim laminer dan turbulen adalah

rejim transisi.Penentuan rejim aliran dilakukan dengan menentukan

bilangan tak berdimensi yaitu bilangan Reynolds (Reynolds

Number/NRe). Bilangan Reynolds merupakan perbandingan antara gaya

dinamis dari aliran massa terhadap tegangan geser yang disebabkan oleh

viskositas cairan.

Bilangan Reynoldsmerupakan perbandingan antara gaya dinamis dari

aliran massa terhadap tegangangeser yang disebabkan oleh viskositas

cairan.

Keterangan:

ρ :  massa jenis fluida.

v:  kecepatan fluida.

µ :  viskositas fluida.

D:  diameter pipa dalam.

Untuk pipa sirkuler lurus;

NRe < 2100 : rejim laminar

NRe > 4000 : rejim turbulen

2100 < NRe > 4000 : rejim transisi

Transportasi fluida pada sistem perpipaan akan mengikuti hukum:

1. Hukum Kekekalan Massa

“Laju massa masuk + Laju produksi = Laju massa keluar + Laju

akumulasi”

Dimana :

a. Sistem tanpa reaksi (karena pada sistem hanya mengalir satu fluida

yaitu air) laju produksi = 0.

b. Sistem dalam keadaan tunak Laju akumulasi = 0

Laju massa masuk = Laju massa keluar

2. Hukum Kekekalan Energi

Dimana : tidak ada kerja yang diberikan Ws = 0

3. Headloss (Hilang Energi)

Hilang energi sangat dipengaruhi oleh laju alir fluida, semakin

besar laju alir maka pergerakan partikel-partikel fluida semakin cepat dan

menyebabkan semakin besar energi yang hilang. Total energi yang hilang

dapat diperhitungkan dengan cara, yaitu :

a. Hilang energi untuk pipa lurus

harga f (koefisien gesekan) pada aliran laminar dapaat dihitung dengan

rumus :

Sedangkan untuk aliran turbulen dengan rumus :

b. Hilang energi pada belokan, sambungan dan kerangan

c. Hilang energi pada ekspansi

Keterangan :

A1 = luas penampang pipa kecil

A2 = luas penampang pipa besar

d. Hilang energi pada kontraksi

Penentuan besarnya hilang energi pada percobaan ini berdasarkan perbedaan

tekanan pada sistem perpipaan yang dilalui aliran fluida.

Ada beberapa jenis alat untuk mengukur laju suatu fluida. Beberapa alat

yang biasa digunakan diantaranya:

Venturi

Meteran ini terbentuk dari bagian masuk yang mempunyai flens, yang

terdiri dari bagian pendek berbentuk silinder dan kerucut terpotong. Bagian

leher berflens dan bagian keluar juga berflens yang terdiri dari kerucut

terpotong yang panjang. Dalam venturimeter, kecepatan fluida bertambah dan

tekanannya berkurang di dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan di

dalam kerucut hulu itu lalu dimanfaatkan untuk mengukur laju aliran melalui

instrument itu. Kecepatan fluida kemudian berkurang lagi dan sebagian besar

tekanan awalnya kembali pulih di dalam kerucut sebelah hilir. Agar pemulihan

lapisan batas dapat dicegah dan gesekan minimum. Oleh karena itu pada

bagian penampungnya mengecil tidak ada pemisahan, maka kerucut hulu dapat

dibuat lebih pendek daripada kerucut hilir. Gesekannya pun di sini kecil juga.

Dengan demikian ruang dan bahan pun dapat dihemat. Walaupun meteran

venturi dapat digunakan untuk mengukur gas, namun alat ini biasanya

digunakan juga untuk mengukur zat cair terutama air.

Orifice

Venturimeter memiliki beberapa kekurangan pada kenyataannya. Untuk

meteran tertentu dengan sistem tertentu pula, laju alir maksimum yang dapat

terukur terbatas, sehingga apabila laju alir berubah, diameterleher menjadi

terlalu besar untuk memberikan bacaan yang teliti , atau terlalu kecil untuk

dapat menampung laju aliran maksimum yang baru. Meteran orifice dapat

mengatasi kekurangan-kekurangan venturimeter, tetapi konsumsi dayanya

cukup tinggi. Prinsip meteran orifice identik dengan meteran venturi.

Penurunan penampang arus aliran melalui orifice menyebabkan tinggi tekan

kecepatan menjadi meningkat tetapi tinggi tekan akan menurun, dan penurunan

antara kedua titik dapat diukur dengan manometer. Persamaan Bernoulli

memberikan dasar untuk mengkolerasikan peningkatan tinggi tekan kecepatan

dengan penurunan tinggi tekanan.