25984084 makalah aliran fluida in compressible tak mampu mampat
TRANSCRIPT
MAKALAH ALIRAN FLUIDA INCOMPRESSIBLE
ALIRAN FLUIDA
Oleh :1. Febri wahyudi
NIM : 0903070172. Harlinda mastura S
NIM : 0903070043. M. Iqbal
NIM : 0903070104. Sugiharto
NIM : 090307021
PROGRAM STUDI MIGASJURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE
KATA PENGANTAR
Assalamuallaikum.Wr.Wb
Puji syukur kita panjatkan ke hadirat Allah SWT yang maha pengasih lagi maha bijaksana
yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada kami, sehingga kami bisa
menyelesaikan makalah kami yang berjudul “Aliran fluida incompressible” ini. Makalah
ini kami buat dengan sepenuh kemampuan yang kami miliki.
Makalah ini dibuat oleh seluruh anggota kelompok IV(empat).Kami menyelesaikan
makalah ini selama 2 minggu dan kami berharap makalah ini dapat dipertimbangkan
dengan baik oleh para pembimbing dan juga semoga makalah ini bisa berguna dengan
baik sesuai dengan fungsinya.
Penghargaan setinggi-tingginya kami sampaikan pada semua pihak yang telah membantu
sehingga tersusunnya makalah ini,semoga menjadi amal kebaikan dan mendapatkan
pahala setinggi-tingginya dari Allah SWT.Amin.
Lhokseumawe, 30 Desember 2009
Penulis
I. JUDUL PERCOBAAN : ALIRAN FLUIDA
II. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS :
Setelah melakukan praktikum ini, mahasiswa diharapkan dapat :
- Mempelajari fenomena-fenomena yang terjadi pada aliran fluida
- Dapat menghitung panjang total pipa, panjang equivalen pipa, kecepatan laju alir
fluida (V), angka Reynold (Nre), hubungan antara Nre dengan koefisien gerak
darcy (λ ), luas basah pipa (Apipa) dan daya pompa
- Membuat deskripsi dari rangkaian pipa yang menjadi objek pada percobaan ini
lengkap dengan elbow, valve, pompa dan lain-lain
III. DASAR TEORI :
Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara
permanen. Bila bentuk suatu massa fluida akan diubah, maka di dalam fluida akan
terbentuk lapisan-lapisan hingga mencapai suatu bentuk baru. Pemahaman tentang fluida
sangat penting untuk dapat menyelesaikan soal-soal pergerakan fluida melalui pipa,
pompa dan peralatan proses atau alat ukur laju alir pada fluida.
Fluida dapat digolongkan menjadi dua bagian, yaitu :
a. Fluida tak mampu mampat (Incompressible), yaitu : densitas fluida hanya
sedikit terpengaruh oleh perubahan yang besar terhadap tekanan dan suhu.
Contoh : Air
b. Fluida mampu mampat (Compressible), yaitu : fluida yang apabila diberi gaya
tekanan, maka volume dan suhunya akan mengalami perubahan.
Contoh : Gas
3.1 Laju Alir Fluida dan Alat Ukur Laju Alir
Laju alir fluida dalam pipa dapat diukur secara langsung maupun tidak langsung.
Alat ukur laju alir secara umum disebut dengan flowmeter. Jenis-jenis flowmeter,
diantaranya : piston, oval-gear disk, rotary-vane type, orifice plate, venturi tube, flow
nozzle, pitot tube, elbow, rotarmeter dan lain-lain. sedangkan untuk mengatur besar
kecilnya aliran tersebut digunakan katup atau Valve. Gambar beberapa contoh Valve,
(lampiran). Prinsip kerja setiap pengukur aliran tersebut didasari oleh prinsip fisika yang
sama, yaitu peningkatan kecepatan menyebabkan penurunan tekanan. Perbedaan antara
pengukur aliran tersebut hanya masalah harga, keakuratan dan seberapa dekat
bekerjanya alat ini mengikuti asumsi-asumsi aliran yang diidealkan.
3.2 Bilangan Reynold dan Jenis Aliran
Angka Reynold mempelajari kondisi dimana suatu jenis aliran berubah menjadi
aliran jenis lain dan menemukan bahwa kecepatan kritis, dimana aliran laminair berubah
menjadi aliran turbulen tergantung dari 4 buah besaran, yaitu : diameter tabung,
viscositas, densitas dan kecepatan linear rata-rata zat cair.
Bilangan Reynold yaitu perbandingan antara inersia dan gaya gesek. Laju alir dan
berat jenis adalah gaya inersia, sedangkan diameter pipa dan viscositas adalah gaya gesek
NRe =
D .V .ρμ
= D .Vν
Keterangan : D = Diameter pipa
V = Kecepatan aliran
v = Viscositas kinematik zat cair (1 m2/det = 10,7639 ft/det)
μ = Viscositas zat cair
ρ = Densitas zat cair
Aliran fluida didalam pipa terbagi menjadi dua,yaitu :
a. Aliran Laminair, adalah aliran fluida yang mengalir secara halus dengan
kecepatan aliran yang rendah disepanjang pipa dan mempunyai profil
kecepatannya berbentuk parabola. Aliran laminair mempunyai angka Reynold
kurang dari 2100
b. Aliran Turbulen, adalah aliran yang terjadi pada kecepatan tinggi atau viscositas
rendah, aliran akan terpecah menjadi pusaran-pusaran yang bergerak
sepanjang pipa dengan kecepatan rata-rata yang sama. Aliran turbulen
memiliki nilai bilangan Reynold diatas 3000
3.3 POMPA
Salah satu alat untuk memindah fluida dari suatu tempat ketempat yang lain
disebut pompa. Pompa digunakan dalam sistem aliran untuk meningkatkan energi
mekanik fluida yang mengalir dengan tujuan mempertahankan aliran. Pada pompa,
densitas fluida konstan dan besar. Perbedaan tekanan biasanya cukup besar. Daya pompa
(P) yang diberikan kepada penggerak pompa dari sumbu luar atau dihitung dari laju aliran
massa dan tinggi tekan yang dibangkitkan pompa (Pf) dan effisiensi pompa (η).
P = Pf
η
Keterangan ;
P = Daya pompa
Pf = Daya yang diberikan kepada penggerak pompa
η = Effisiensi pompa
Istilah-istilah yang terdapat pada pompa, antara lain:
a. Disharge head ialah jarak antara pusat pompa kepermukaan cairan paling atas
b. Suction head ialah antara pusat pompa kepermukaan cairan pada posisi bawah dari
atas pusat pompa
c. Suction leaf ialah jarak antara pusat pompa ke permukaan cairan di bawah pusat
pompa
d. Total head ialah jarak total permukaan cairan
(a)
(b)
Gbr 1 (a),(b). Posisi pompa terhadap tangki dalam aliran fluida
3.4 Menentukan Debit
Q = A .HT
Keterangan, Q = Debit (m3/det)
A = Luas basah (m2)
H = Tinggi air (m)
T = Waktu jatuh (detik)
3.5 Menentukan Kehilangan Tinggi Tekan pada Pipa Lurus
1. Rumus Darcy
hgs = λℓdV 2
2g
Keterangan, hgs = Kehilangan tinggi tekan
λ = Koefisien gesek Darcy
ℓ = Panjang pipa
V = Kecepatan aliran
D = Diameter pipa
g = Percepatan gravitasi
2. Rumus Strickler
hgs = IE . ℓ = .V 2 . ℓK st
2 . Rh4/3
Keterangan, hgs = Kehilangan tinggi tekan
Kst = Koefisien gesek Strickler
ℓ = Panjang pipa
V = Kecepatan aliran
Rh = Radius hidrolik
Ie = Kemiringan garis energi
3.6 Hubungan antara Bilangan Reynold dengan Koefisien Gesek Darcy
Rumus Blassius :
λ = 0 ,316
Re 0 .25 .
IV. BAHAN DAN ALAT PERCOBAAN :
a. Bahan Kimia :
- Air
b. Alat Yang dipergunakan :
- Seperangkat pipa aliran air
- Jangka sorong
- Meteran/Mistar ukur
V. Gambar/Rangkaian Alat
VI. PROSEDUR KERJA
I. pipa
- Pipa aliran air yang berada pada point (V) atau di ruangan operasi distilasi
dijadikan objek untuk pratikum dengan mengambil variasi dari diameter pipa,
sambungan pipa, letak pompa dan ketinggian tangki air
- Pratikan mengukur Outside diameter pipa yang ada dengan menggunakan jangka
sorong dan mengukur panjang pipa dengan meteran/mistar
- Aliran dalam pipa ditentukan debit air sebesar m3/det
- Data yang diperoleh pratikan, dijadikan sebagai informasi dalam menyelesaikan
perhitungan, antaranya :
1. Panjang total pipa,
2. Panjang equivalen,
3. Kecepatan aliran air (V),
4. Bilangan Reynold (Nre),
5. Hubungan antara Nre dan Koefisien Gesek Darcy (λ )
II. Pompa
- Objek dapat diambil pada gambar 1.a,b, mengenai letak pompa terhadap tangki
air (disesuaikan dengan kondisi laboratorium)
- Tentukan debit air ( m3/det)
- Ukur panjang pipa, diameter pipa dari tangki isapan pompa dan buangan dari
pompa ketangki air penampungan
- Ukur tinggi tangki dari pusat pompa ketangki penampungan (discharge head),
suction head dan total head
- Tentukan daya pompa, laju alir dan head loss
VII. Keselamatan Kerja
Dalam melakukan pratikum ini mahasiswa diharapkan tetap memperhatikan
tentang keselamatan dan kesehatan kerja (K3), antara lain dalam mengukur ketinggian
letak tangki, pipa dengan menggunakan tangga atau memanjat, dan menggunakan
pompa. Dalam hal ini disarankan menggunakan alat pelindung diri (APD), antara lain :
helmet, safety belt, glove dan lain-lain.
VIII. DATA PENGAMATAN
Data yang perlu diambil antara lain : panjang pipa, Jumlah elbow, Tee, gate dan
lain-lain, Diameter pipa luar
Tabel 8.1 Data pengamatan pada pipa
No
Pipa
Panjang pipa
(ft)
Diameter
luar pipa
(in)
Tinggi
pipa
(m)
Jumlah
elbow
(buah)
Jumlah
Tee
(buah)
Jenis katup
1
2
3
4
5
1,77
5,67
0,88
1,24
1,28
1,96 2,00 1 1 Gate Valve
Catatan : Salah satu Contoh data pengamatan berdasarkan gambar point V
Tugas : 1. Lengkapi tabel diatas
2. Panjang total pipa,
3. Panjang equivalen,
4. Kecepatan aliran air (V),
5. Bilangan Reynold (Nre),
6. Hubungan antara Nre dan Koefisien Gesek Darcy (λ ) dan
7.Gambarkan perangkat pipa aliran air yang digunakan
Tabel 8.2 Data pengamatan pada pompa
No Komponen Suction Head Discharge Head
1
2
Tinggi Tangki (ft)
Panjang Pipa (ft)
3
4
5
6
7
Diameter Pipa (in)
Tekanan (Psi)
Kecepatan aliran (ft/det)
Rugi Gesekan (ft-lbf/lb)
Effisiensi Pompa (%)
Tugas :
1. Lengkapi tabel berdasarkan objek (gbr 1 (a),(b))
2. Hitung Daya Pompa
IX. SOAL DAN PERTANYAAN
1. Dari hasil percobaan yang diperoleh, Tentukan apakah sistem
menghasilkan aliran laminair atau aliran turbulen ?
2. Bagaimana hubungan Bilangan Reynold dan Darcy? (Tampilkan dalam
bentuk grafik)
DAFTAR PUSTAKA
McCabe, W.L., Smith. J.C., dan Harriott. P., Unit Operaration in Chemical Engineering, ed. 4. McGraw-Hill. New York, 1985
Gean Koplis, C.J.,Transport Processes and Unit Operations, eds. 2, Allyn and Bacon, inc., 1978
Munson and Young ., Fundamentals of Fluid Mechanics, eds. 4. Jakarta, Erlangga 2004
TAKARIR
- Compressible = aliran mampu mampat,yaitu aliran yang mengalami perubahan
volume dan suhu jika diberikan tekanan
- Fluida = zat alir (cair,gas dan udara)
- Glove = alat pelindung tangan (sarung tangan)
- Helmet = alat pelindung kepala (helm)
- Incompressible = aliran tak mampu mampat, yaitu densitas fluida tidak
mengalami perubahan yang bearti (dpt diabaikan) saat tekanan dan suhu
mengalami perubahan yang besar
- Laminair = aliran yang mengalir dengan kecepatan aliran rendah (NRe < 2100)
- Safety belt = alat pelindung diri dari ketinggian
- Turbulen = aliran yang mengalir dengan kecepatan aliran tinggi (NRe >3000)
LAMPIRAN I
Tabel 1. Hasil Pengolahan Data Pada Pipa
No Panjang total
pipa (ft)
Panjang
eqivalen (ft)
Kecepatan
aliran
(m/jam)
NRe λ
1
2
3
dst
30,18 70 9090,91 963,64 0,043
Contoh Perhitungan :
1. Panjang pipa total adalah Penjumlahan seluruh panjang pipa dan panjang eqivqlen
Missal panjang pipa (L),maka : L total = (L1 + L2 + L3 +…) + Leqivalen
Ltotal = 30,18 ft
2. Panjang Eqivalen
Leq = Lpipa x Jumlah Elbow
Leq = 5 x 14
Leq = 70 ft
3. Kecepatan Aliran (V)
V = Q
1/ 4ΠD2
Diketahui OD = 2,4 in dan ID = 2,067 in = 0,053 m
V = 20m3 / jam1/ 4Π (2,8 x10−3 )m2
V = 9090,91 m/jam
4. Bilangan Reynold (Nre)
NRe =
D .V .ρμ
NRe =
(1)(0 ,053 )(9090 ,91)0,5
NRe = 963,64
5. Koefisien gesek Darcy (λ)
λ = 0 ,316
Re 0 .25 .
λ = 0 ,316
963 ,64 0 .25 . = 0,043
Tabel 2. Hasil Pengolahan Data Pada Pompa
No Komponen Suction Head Discharge Head
1
2
3
4
Tinggi Tangki (ft)
Panjang Pipa (ft)
Diameter Pipa (in)
Tekanan (atm)
-
5
3
1
50
10
2
1
5
6
7
Kecepatan aliran (ft/det)
Rugi Gesekan (ft-lbf/lb)
Effisiensi Pompa (%)
3
-
-
6,61
10
60
Contoh Perhitungan :
- Daya pompa
- Tekanan yang diberikan pompa adalah
Pb−Pa = ρVa2−V
2b
2gc+W pη
W p(0,6 ) = 1 ,84 x62 ,3732−6 ,612
2x 32,17
Wp = 47,9 lbf/ft2
- Daya pompa adalah hasil kali Wp dan laju aliran massa dibagi factor konversi, 1 Hp
= 550 ft-lbf/det
m = 0,0513 x 3 x 1,84 x 62,37 = 17,66 lb/det
Sehingga daya pompa :
P =mW p
550
P = 17 ,66 x101 ,1550
P = 3,25 hp
DAFTAR PUSTAKA
McCabe, W.L., Smith. J.C., dan Harriott. P., Unit Operaration in Chemical Engineering, ed. 4. McGraw-Hill. New York, 1985
Gean Koplis, C.J.,Transport Processes and Unit Operations, eds. 2, Allyn and Bacon, inc., 1978
Munson and Young ., Fundamentals of Fluid Mechanics, eds. 4. Jakarta, Erlangga 2004