Laporan Praktikum Sirkuit Fluida Final [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM UNIT OPERASI BIOPROSES I



MODUL II SIRKUIT FLUIDA Dosen: Dr. Ir. Sukirno, M.Eng



Kelompok 8 Andre Fahriz Perdana Harahap



(1406605843)



Abdullah



(1406605912)



Chandra Wirawan Sugiarto



(1406533503)



Nabila Hana Dhia



(1406573394)



PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK NOVEMBER 2016



1



KATA PENGANTAR



Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas limpahan rahmat dan karunia-Nya praktikan dapat menyelesaikan laporan praktikum Unit Operasi Bioproses I,



untuk Modul II: Sirkuit Fluida, tepat pada waktunya. Praktikan



mengucapkan



terimakasih kepada segala pihak yang telah berpartisipasi atas penyelesaian laporan ini, khususnya kepada dosen pengampu Modul II Praktikum Unit Operasi Bioproses I, Bapak Dr. Ir. Sukirno, M.Eng., beserta asisten laboratorium dan rekan praktikum yang telah bersama-sama ikut membantu penyelesaian laporan ini. Laporan praktikum Sirkuit Fluida ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Praktikum Unit Operasi Bioproses I pada Modul II sebagai salah satu mata kuliah wajib di Program Studi Teknologi Bioproses, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, pada tahun ajaran



2016/2017 . Adapun konten dari laporan



praktikum ini terdiri atas beberapa bagian seperti pendahuluan, tinjauan



pustaka,



metodologi praktikum, hasil praktikum, pengolahan data, pembahasan, kesimpulan dan saran, serta daftar pustaka. Praktikan menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam penyusunan laporan praktikum ini, oleh karena itu atas segala kekurangan praktikan memohon maaf yang sebesar-besarnya. Praktikan juga memohon kritik dan saran dari dosen pengampu dan asisten laboratorium Modul II agar kiranya dapat memperbaiki penulisan praktikan selanjutnya. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang menggunakannya.



Depok, 12 November 2016



Praktikan



2



DAFTAR ISI



DAFTAR ISI.............................................................................................................................. 3 DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 4 DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 4 DAFTAR GRAFIK .................................................................................................................... 5 BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 6 I. 2. Tujuan Percobaan .......................................................................................... 6 I. 3. Batasan Masalah ............................................................................................ 7 I. 4. Sistematika Penulisan .................................................................................... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................... 8 II.1. Pengertian dan Sifat Fluida ............................................................................ 8 II.2. Jenis Aliran Fluida ......................................................................................... 9 II.3. Gradien Kecepatan ....................................................................................... 10 II.4. Bilangan Reynold ........................................................................................ 12 II.5. Energi Fluida................................................................................................ 12 II.6. Heat Loss karena Friksi ............................................................................... 13 II.7. Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold .......................................... 13 II.8. Profil Kecepatan Aliran ............................................................................... 14 II.9. Heat Loss padaFitting .................................................................................. 15 II.10.



Pengukuran Aliran................................................................................ 16



II.11.



Pipa, Valve, dan Pompa ........................................................................ 24



BAB III HASIL PERCOBAAN .............................................................................................. 27 III.1.



Alat dan Bahan ..................................................................................... 27



III.2.



Percobaan ............................................................................................. 28



III. 2. 2. Karakteristik Orifice Flowmeter ........................................................... 30 III. 2. 3. Karakteristik Venturi Flowmeter .......................................................... 35 III. 2. 4. Jenis Aliran ........................................................................................... 40 III. 2. 5. Friction Loss ......................................................................................... 43 III. 2. 6. Pipe Fitting ............................................................................................ 47 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................. 52 IV.1.



Kalibrasi Sight Gauge .......................................................................... 52 3



IV.2.



Karakteristik Orifice Flowmeter .......................................................... 53



IV.3.



Karakteristik Venturi Flowmeter ......................................................... 55



IV.4.



Jenis Aliran........................................................................................... 57



IV.5.



Frictional Loss ...................................................................................... 60



IV.6.



Pipe Fitting ........................................................................................... 61



BAB V PENUTUP .................................................................................................................. 64 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 65



DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Aliran fluida ........................................................................................................... 10 Gambar 2. Fenomena aliran fluida diantara 2 plat paralel ....................................................... 11 Gambar 3. Ilustrasi hubungan tegangan dengan gradient kecepatan ....................................... 11 Gambar 4. Grafik faktor friksi ................................................................................................. 14 Gambar 5. Profil kecepatan fluida pada aliran laminer ........................................................... 15 Gambar 6. Profil Kecepatan fluida pada aliran turbulen ......................................................... 15 Gambar 7. Flat jenis concentric orifice .................................................................................... 18 Gambar 8. Flat jenis eccentric orifice ...................................................................................... 18 Gambar 9. Flat jenis segmental orifice .................................................................................... 19 Gambar 10. Ilustrasi orifice ..................................................................................................... 19 Gambar 11. Venturi flowmeter ................................................................................................ 22 Gambar 12. Bagian-bagian venturi flowmeter......................................................................... 22 Gambar 13. Skema aliran fluida .............................................................................................. 27 DAFTAR TABEL Tabel 1. Keterangan peralatan ................................................................................................. 27 Tabel 2. Data Pengamatan Kalibrasi Sight Gauge ................................................................... 28 Tabel 3. Pengolahan Data Kalibrasi Sight Gauge .................................................................... 29 Tabel 4. Data Pengamatan Orifice Flowmeter ......................................................................... 31 Tabel 5. Pengolahan Data Orifice Flowmeter.......................................................................... 32 Tabel 6. Data pengamatan karakteristik venturi flowmeter ..................................................... 36 Tabel 7. Pengolahan data karakteristik venturi flowmeter ...................................................... 37 Tabel 8. Data pengamatan jenis aliran ..................................................................................... 41 Tabel 9. Pengolahan data jenis aliran ...................................................................................... 42 Tabel 10. Data Pengamatan Percobaan Frictional Loss........................................................... 44 Tabel 11. Pengolahan Data Percobaan Frictional Loss ........................................................... 46 Tabel 12. Data Pengamatan Percobaan Pipe Fitting. ............................................................... 47 Tabel 13. Pengolahan Data Percobaan Pipe Fitting ................................................................. 49 Tabel 14. Jenis aliran ............................................................................................................... 57 4



DAFTAR GRAFIK Grafik 1.Grafik kalibrasi sight gauge....................................................................................... 30 Grafik 2. Grafik Q terhadap √Ah Orifice................................................................................. 33 Grafik 3. Grafik Q terhadap Co ............................................................................................... 34 Grafik 4. Grafik Co terhadap Re .............................................................................................. 35 Grafik 5. Grafik Q terhadap √∆h Venturi ................................................................................ 38 Grafik 6. Grafik Cv terhadap Q ............................................................................................... 39 Grafik 7. Grafik Co terhadap Cv.............................................................................................. 40 Grafik 8. Grafik Hubungan Bilangan Reynold dengan Faktor Friksi Eksperimen dan Teoritis .................................................................................................................................................. 46 Grafik 9. Grafik v2 terhadap ΔH Elbow .................................................................................. 50 Grafik 10. Grafik Le terhadap Re ............................................................................................ 51 Grafik 11. Grafik kalibrasi sight gauge.................................................................................... 52 Grafik 12. Grafik Q terhadap √Ah Orifice............................................................................... 53 Grafik 13. Grafik Q terhadap Co ............................................................................................. 53 Grafik 14. Grafik Co terhadap Re ............................................................................................ 54 Grafik 15. Grafik Q terhadap √∆h Venturi .............................................................................. 55 Grafik 16. Grafik Cv terhadap Q ............................................................................................. 56 Grafik 17. Grafik Co terhadap Cv............................................................................................ 57 Grafik 18. Grafik Hubungan Bilangan Reynold dengan Faktor Friksi Eksperimen dan Teoritis .................................................................................................................................................. 60 Grafik 19. Grafik v2 terhadap ΔH Elbow ................................................................................. 61 Grafik 20. Grafik Le terhadap Re ............................................................................................ 62



5



BAB I PENDAHULUAN



I. 1. Latar Belakang Suatu fluida tidak hanya akan ditemui dalam dunia teknik kimia saja tetapi juga akan ditemui dalam dunia teknologi bioproses. Fluida merupakan zat yang dapat mengalir yang mempunyai partikel yang mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa perpindahan massa. Fluida memiliki banyak karakteristik yang dapat dipelajari sehingga dapat mengkontrol aliran fluida dalam sebuah sistem fluida. Salah satu karakter fluida adalah tipe aliran fluida. Berdasarkan tipe alirannya, fluida dapat memiliki sifat aliran laminar, transisi, atau turbulen. Dalam dunia bioproses seringkali ditemukan contoh aliran fluida dalam bentuk laminar, misalnya untuk mikrofluida atau fluida yang mengalir antar mikro-organisme. Selain itu, dalam dunia bioproses suatu fluida juga dapat mengalir secara turbulen yang biasanya ditemukan dalam suatu pabrik perusahaan di bidang teknologi bioproses, biofilter, dan lain sebagainya. Oleh sebab itu, pengetahuan tentang karakteristik fluida dalam suatu sistem menjadi sangat penting. Sirkuit fluida merupakan salah satu dari banyak aplikasi yang menerapkannya. Prinsip aliran fluida ini berguna di bidang industri baik industri makanan, minuman, perminyakam, dan jenis industri lain yang menggunakan perpipaan sebagai media pengaliran fluida. Dengan mengetahui bagaimana karakteristik fluida yang mengalir, kita dapat menyesuaikan pengaturan sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan. Selain itu, dengan mengetahui karakteristik aliran fluida zat cair beserta tekanannya maka kita dapat mengatur kondisi agar proses dapat berjalan optimal serta tidak menyebabkan kerusakan pada alat yang dapat menimbulkan potensi bahaya. Konsep dan fenomena aliran fluida dalam suatu sirkuit fluida menjadi sangat penting untuk dipahami oleh seorang mahasiswa di bidang teknik mengingat luasnya aplikasi sirkuit fluida dalam berbagai bidang industri proses yang ada. Oleh sebab itu, praktikan melakukan praktikum Sikuit Fluida yang merupakan salah satu modul wajib dalam mata kuliah Praktikum Unit Operasi Bioproses I di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia. I. 2. Tujuan Percobaan Tujuan percobaan praktikum modul Sirkuit Fluida ini antara lain: 



Mengetahui mekanisme dan karakteristik perpindahan fluida. 6







Mempelajari sifat-sifat aliran fluida dalam beberapa jenis ukuran pipa.







Memperoleh pengertian tentang perubahan tekanan yang terjadi pada aliran fluida.







Mempelajari karakteristik tekanan alat pengukur laju alir.







Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi friction loss pada aliran fluida.



I. 3. Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan pada percobaan modul Fluidisasi ini antara lain: 



Percobaan ini dilaksanakan di Laboratorium Unit Operasi Bioproses lantai 1 Departemen Teknik Kimia FTUI pada hari Jumat, 11 November 2016.







Percobaan ini menggunakan Sirkuit Fluida yang sudah dipersiapkan di Laboratorium Unit Bioproses lantai 1 Departemen Teknik Kimia FTUI.







Sumber fluida yang digunakan pada percobaan Sirkuit Fluida ini adalah air keran yang ada di Laboratorium Unit Bioproses lantai 1 Departemen Teknik Kimia FTUI.



I. 4. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan dalam penulisan laporan praktikum Sirkuit Fluida ini adalah sebagai berikut: Bab I



Pendahuluan Pada bab pendahuluan ini berisi latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, dan sistematika penulisan.



Bab II



Tinjauan Pustaka Pada bab tinjauan pustaka ini berisi konsep dasar mengenai fluida, sifat-sifat fluida, aliran fluida, alat pengukur laju alir fluida, dan lain sebagainya.



Bab III



Hasil Percobaan Pada bab hasil percobaan ini berisikan mengenai alat dan bahan, tujuan dan prosedur untuk setiap percobaan, data hasil pengamatan



untuk setiap



percobaan, dan pengolahan data untuk setiap percobaan. Bab IV



Pembahasan Pada bab pembahasan ini berisikan pembahasan dan analisis untuk setiap hasil percobaan yang diperoleh sebelumnya.



Bab V



Penutup Pada bab penutup ini berisi kesimpulan hasil percobaan yang dilakukan.



7



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



II.1.



Pengertian dan Sifat Fluida Fluida merupakan suatu zat yang berubah bentuk secara terus menerus apabila



terdapat suatu gaya geser seberapapun kecilnya. Fluida tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen. Jika massa fluida diubah, maka di 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 (sheer stress) 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. Perubahan bentuk ini berpengaruh besar pada mekanika aliran, dan dipengaruhi oleh berbagai sifat dari fluida itu sendiri. Berikut adalah sifat-sifat fluida yang perlu diperhatikan: a) Density (ρ) Densitas atau rapat jenis atau massa jenis (ρ) adalah ukuran untuk konsentrasi atau kerapatan zat yang dinyatakan dalam massa persatuan volume. ρ=



m V



(1)



b) Specific Weight ( ) Specific weight atau berat jenis atau berat massa ( ) merepresentasikan berat per unit volume. (2) c) Specific Gravity (Sp G) Specific gravity merupakan suatu dimensionless number yang mengacu pada rasio antara densitas fluida dengan densitas suatu zat referensi, pada umumnya zat referensi tersebut adalah air pada suhu 4 oC. (3)



8



d) Compressibility Densitas



merupakan



faktor



yang



mempengaruhi



perbedaan



karakteristik



compressibility atau kemampatan fluida. Berdasarkan sifat ini, aliran fluida dibagi menjadi dua, yaitu aliran fluida yang densitasnya berupa gas sangat dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur(compressible fluid), dan aliran fluida yang densitasnya berupa liquid atau cairan sedikit sekali dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur (incompressible fluid). e) Dinamic Viscosity (µ) Viskositas dinamis merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk dan dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, gaya kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Semakin bertambahnya temperatur pada zat cair akan menyebabkan turunnya viskositas dari zat tersebut. Viskositas dihitung melalui persamaan: (4) Dimana µ melambangkan viskositas (kg/m.s, g/cm.s, Pa.s), (N/m2 atau Pa) dan



adalah shear stress



adalah gradient kecepatan dengan satuan (m/s)/m.



f) Kinematic Viscosity (v) Viskositas kinematik merupakan rasio dari viskositas dinamis suatu fluida dengan massa jenis dari fluida tersebut, yang menghasilkan suatu angka yang tidak melibatkan gaya (tidak mengandung satuan gaya). (5)



II.2.



Jenis Aliran Fluida Berdasarkan kecepatan dari pergerakannya, jenis aliran fluida dibagi menjadi 3,



yaitu laminar, transisi/transient dan turbulent. Aliran laminer merupakan aliran yang paling sederhana dan lambat. Dalam aliran laminer partikel-partikel zat cair bergerak teratur mengikuti lintasan yang saling sejajar sehingga akan terlihat berlapis-lapis, dan fluida terlihat bergerak secara sliding relatif terhadap lapisan didekatnya.. Aliran laminer lebih mudah terjadi bila kecepatan aliran relatif kecil sedangkan viskositas cairan besar dan pengaruh kekentalan cukup dominan dibandingkan dengan kecepatan aliran, sehingga 9



partikel-partikel zat cair akan bergerak teratur menurut lintasan lurus. Secara matematis aliran laminer akan terjadi bila perbandingan momentum dan viskositas, atau yang lebih dikenal dengan bilangan Reynold (Re) dibawah 2300. Aliran laminar tidak dipengaruhi oleh bidang batas atau kekasaran dinding. Bila kecepatan aliran diperbesar, gerakan partikel fluida semakin tidak teratur, sehingga terjadi pusaran-pusaran arus (eddy current). Aliran dimana eddy current ini terjadi disebut aliran turbulen, dengan bilangan Reynold diatas 10000. Turbulensi sendiri memiliki pengertian sebagai gerak partikel fluidaq yang tidak teratur dan sembarang yang ditimbulkan oleh gaya-gaya viskos dan gerak lapis zat cair yang berdampingan pada kecepatan berbeda. Sedangkan aliran yang memiliki bilangan Reynold antara 2300 hingga 4000 merupakan aliran transisi/transient, yang merupakan fase diantara laminar dan turbulen.



Gambar 1. Aliran fluida (Sumber: www.sigmarockets.com)



II.3.



Gradien Kecepatan Pada gambar berikut, digambarkan dua buah plat (dengan luas A) yang berjarak



Y, dan diantaranya terdapat fluida. Plat bawah dibuat diam, sedangkan plat atas ditarik oleh gaya F sehingga bergerak dengan kecepatan u. Adanya gaya kohesi menyebabkan fluida bergerak searah dengan F. Apabila jarak y cukup kecil, fluida seakan bergerak secara berlapis-lapis dengan kecepatan berbeda atau dikatakan terdapat gradien kecepatan, dimana gradien tersebur merupakan perbedaan kecepatan dari partikel-partikel dalam fluida.



10



u F



A Gambar 2. Fenomena aliran fluida diantara 2 plat paralel (Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015)



Dari eksperimen didapatkan bahwa: (6) Apabila



disubstitusi dengan gradien kecepatan



, maka: (7)



Dimana τ adalah tegangan geser (shear stress). Hubungan antara τ dan



menunjukkan



sifat reologi fluida seperti terlihat pada ilustrasi berikut:



Gambar 3. Ilustrasi hubungan tegangan dengan gradient kecepatan (Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015)



Hubungan yang paling sederhana ditunjukkan oleh kurva A. Fluida yang mengikuti kurva A disebut Newtonian fluids, yang memenuhi persamaan: (8) Fluida yang tidak mengikuti kurva A disebut Non-Newtonian Fluid. NonNewtonian Fluid memiliki tiga sub, yaitu: a) Fluida dimana tegangan geser ( ) hanya tergantung pada gradien kecepatan saja, dan walaupun hubungan antara tegangan geser dan gradien kecepatan tidak linier, namun tidak tergantung pada waktu setelah fluida menggeser.



11



b) Fluida dimana tegangan geser ( ) tidak hanya tergantung pada gradient kecepatan tetapi tergantung pula pada waktu cairan menggeser atau pada kondisi sebelumnya. c) Fluida viscous-elastis yang menunjukkan karakteristik dari zat pada elastic dan fluida viscous.



II.4.



Bilangan Reynold Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang merupakan rasio



antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskositas (μ/L) dan mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan Reynolds digunakan untuk mengidentikasikan apakah suatu jenis aliran tersebut laminar, transisi atau turbulen. (9) dimana, Re = bilangan Reynold d = diameter pipa (m) v



= flowrate (m/s) = densitas fluida (kg/m3) = viskositas absolut (kg/m.s) Jika nilai dari bilangan Reynold di bawah 2.000 maka aliran dalam keadaan



laminar. Bilangan Reynold antara 2.000 sampai dengan 4.000 menunjukkan aliran dalam keadaan transisi, dan bilangan Reynold di atas 4.000 menunjukkan aliran dalam keadaan turbulen.



II.5.



Energi Fluida Pada fluida mengalir terdapat tiga bentuk energi :



1. Energi Potensial: energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena ketinggiannya relatif terhadap datum. 2. Energi Kinetik : energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena kecepatannya. 3. Energi tekanan : energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena dalam keadaan bertekanan.



12



Pada fluida yang mengalir akan terdapat kehilangan energi yang disebabkan oleh gesekan. Hubungan antara energi-energi di atas dapat membentuk persamaan energi mekanik.



II.6.



Heat Loss karena Friksi Fluida yang mengalir akan selalu mendapatkan tahanan yang disebabkan oleh



friksi antara partikel-partikel fluida maupun friksi antara partikel fluida dengan permukaan saluran. Friksi merupakan kerugian energi mekanik sehingga tekanan di downstream menjadi berkurang. Parameter-parameter yang berhubungan dengan faktor friksi adalah : 1. Diameter pipa 2. Kecepatan rata-rata fluida 3. Densitas fluida 4. Viskositas fluida 5. Kekasaran pipa 6. Pemanasan akibat friksi per unit massa Besarnya kehilangan energi karena friksi menurut persamaan Darcy-Weisbach adalah sebagai berikut : (10) di mana: f = friction factor (blasius-darcy friction factor) L = panjang pipa (m) D = diameter dalam pipa (m) V = flowrate (m3/s) gc = konstanta konversi



II.7.



Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold Hagen-poiseuille melalui eksperimennya mengenai aliran laminer pada pipa



menemukan hubungan sebagai berikut: (11) Bila persamaan dapat disusun kembali sebagai berikut : 13



(12) (13) Persamaan diatas menunjukkan hubungan linier antara f dan Re pada aliran laminer yang berlaku untuk Re dibawah 2000. Pada dasarnya kehilangan energi pada aliran laminer hanya disebabkan oleh viscous drag saja, sedangkan pada aliran turbulen disebabkan oleh gerakan turbulen dari arus eddy. Oleh karena itu friction factor untuk aliran turbulen di samping bergantung pada Re juga pada kekasaran permukaan pipa. (14) ε/D adalah kekasaran relatif, yaitu perbandingan antara tingginya tonjolan dalam dinding pipa dibagi diameter dalam pipa. Hubungan antara f dengan Re dan ε/D dapat diperoleh dari chart standard yang disebut Friction Factor Chart.



Gambar 4. Grafik faktor friksi (Sumber: White, Frank. M. Fluid Mechanics. Mc Graw Hill.)



II.8.



Profil Kecepatan Aliran Pada aliran dalam pipa, partikel-partikel fluida bergerak dengan kecepatan yang



berbeda. Partikel yang berada pada dinding pipa mempunyai kecepatan nol, sedangkan partikel yang berada pada sumbu pipa mempunyai kecepatan maksimum. Hal ini 14



disebabkan karena perubahan momentum dan gesekan-gesekan yang terjadi antar lapisan. Untuk aliran laminar, lapisan-lapisan fluida terdapat dari dinding pipa sampai sumbu pipa (center line) sehingga profil kecepatan partikel-partikel fluida berbentuk parabola, seperti terlihat pada gambar berikut:



Gambar 5. Profil kecepatan fluida pada aliran laminer (Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015)



Semakin besar bilangan Reynold, momentum yang berpindah antar lapisan fluida semakin besar kenaikan bilangan Reynold sampai melewati batas kritisnya akan menyebabkan aliran menjadi turbulen dan terjadi dua regional aliran, yaitu daerah laminar dekat dinding pipa dan daerah turbulen mulai dari batas daerah aliran laminar sampai sumbu pipa. Akibatnya profil aliran tidak parabola lagi, sebagaimana yang diilustrasikan pada gambar di bawah.



Gambar 6. Profil Kecepatan fluida pada aliran turbulen



(Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015)



Daerah laminar akan semakin tipis seiring dengan kenaikan bilangan Reynold dan semakin tidak memiliki pengaruh dibandingkan dengan kekasaran dinding pipa, sehingga efek kekasaran dinding pipa semakin dirasakan oleh aliran. Hal inilah yang menyebabkan faktor friksi pada aliran laminar hanya bergantung pada bilangan Reynold dan bergeser semakin bergantung pada kekesaran dinding pipa untuk aliran turbulen.



II.9.



Heat Loss padaFitting Kehilangan energi pada fitting secara umum dapat digambarkan dengan



persamaan: (15) 15



(16) di mana : Le = panjang ekivalen dari fitting Sehingga



𝐿𝑒



(17) (18)



II.10. Pengukuran Aliran Pengukuran aliran bertujuan untuk mengukur kapasitas aliran, volume aliran, kecepatan aliran, massa laju aliran. Penurunan tekanan, debit, turbulensi, viskositas kecepatan, dan gradient kecepatan termasuk dalam pengukuran aliran fluida. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam memilih alat ukur untuk aliran fluida ialah ketelitian, kemudahan pembacaan, kemampuan pengukuran, kesederhanaan , harga, dan keawetan alat ukur. Pengukuran aliran dapat dibagi mejadi 3, yaitu 1. Pengukuran Kuantitaas Pengukuran kuantitas merupakan pengukuran debit secara langsung yang terdiri atas penentuan volume atau berat fluida yang melewati suatu penampan dalam suatu selang waktu tertentu. Pengukuran kuantitas diklasifikasikan menurut : a. Pengukur gravimetri atau pengukuran berat b. Pengukur volumetri untuk cairan c. Pengukur volumetri untuk gas 2. Pengukuran Laju Aliran Pengukuran laju aliran digunakan untuk mengukur kecepatan cairan atau gas yang mengalir melalui pipa. 3. Pengukuran Metoda Diferensial Tekanan Pengukuran tekanan diferensial merupakan jenis pengukur aliran yang paling luas digunakan. Perbedaan tekanan akan didapatkan pada suatu pipa dengan cara mengatur luas penampang pipa pada kedua ujungnya berbeda. Metoda pengukuran aliran fluida pada suatu pipa ini dapat dilakukan berdasarkan Hukum Bernoulli, dimana Hukum



16



Bernoulli menyatakan hubungan tekanan fluida yang mengalir pada suatu pipa adalah sebagai berikut :



(19) dimana: P = tekanan fluida ρ = masa jenis fluida v = kecepatan fulida g = gravitasi bumi h = tinggi fluida (elevasi) Pada prinsipnya apabila fluida bergerak melewati pipa yang seragam dengan kecepatan rendah, maka gerakan partikel masing-masing umumnya sejajar disepanjang garis dinding pipa. Jika laju aliran meningkat, titik puncak dicapai apabila gerakan partikel menjadi lebih acak dan kompleks. Cara-cara yang digunakan untuk mengkur aliran dengan metode diferensial tekanan ialah menggunakan pipa venturi, pipa pitot, orifice plat (lubang sempit), turbine flow meter, rotameter, cara thermal, menggunakan bahan radio aktif, elektromagnetik, ultra sonic Alat yang digunakan untuk mengukur alirandisebut flowmeter. Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan alat ukur aliran adalah fasa fluida yang mengalir (gas, liquid, steam, etc.), kondisi aliran (clean, dirty, viscous, abrasive, open channel), kesesuaian fasa fluid dan teknologi flowmeter, ukuran pipa atau saluran dan kecepatan aliran, sifat-sifat fluida, kondisi lingkungan, posisi flowmeter termasuk penurunan tekanan maksimum yang diijinkan Pada teori ini, jenis alat ukur yang akan dibahas adalah orifice flowmeter dan venturi flowmeter karena kedua alat ini yang digunakan selama percobaan. Orifice flowmeter dan venturi flowmeter adalah pengukur aliran fluida yang menggunakan prinsip mekanika fluida dan memiliki prinsip kerja yang sama. Prinsip kerja dari orifice flowmeter dan venturi flowmeter yaitu bila aliran fluida yang mengalir melalui alat ukur ini mengalir maka akan terjadi perbedaan tekanan sebelum sesudah alat ini. Jika laju aliran yang diberikan pada alat ini makin besar maka beda tekanan akan menjadi lebih besar pula.



17



II.10.1.



Orrifice Flowmeter Orifice flowmeter mengukur laju aliran menggunakan prinsip dasar timbulnya



perbedaan tekanan pada fluida yang mengalir karena adanya suatu penyempitan Terdapat 3 jenis dari orifice yaitu concentric orifice, eccentric orifice, segmental orifice. Jenis concentric orifice lebih popular karena konstruksinya lebih sederhana dan mudah dibuat. Jenis isi dapat dipergunakan untuk semua jenis fluida yang tidak mengandung partikel partikel padat.



Gambar 7. Flat jenis concentric orifice (Sumber : www.prisma-instruments.com)



Tipe yang kedua yaitu Eccentric orifice memiliki potongan lubang pembatas secara eccentric sehingga mencapai bagian dasar pipa. Jenis ini khusus untuk fluida yang mengandung partikel partikel padat.



Gambar 8. Flat jenis eccentric orifice (Sumber : www.general-flowproducts.com)



Jenis yang ketiga, segmental orifice digunakan untuk mengukur laju lairan yang mengandung padatan, sama seperti jenis eccentric orifice hanya saja kalau jenis eccentric berbentuk lingkaran yang berada di bawah atau dekat dasar pipa, sedangkan jenis segmental berlubang setengah lingkaran.



18



Gambar 9. Flat jenis segmental orifice (Sumber : www.europages.co.uk)



Gambar ilustrasi untuk orifice terdapat pada gambar dibawah ini



Gambar 10. Ilustrasi orifice (Sumber : www.europages.co.uk)



Peralatan ini terdiri dari plat yang dilubangi dan dikerjakan dengan mesin secara teliti, dan dipasang di antara dua flens sehingga lubang tersebut konsentrik dengan pipa tempat memasangnya. Lubang plat itu dapat dibuat miring ke sisi hilir. Penyadap tekanan, satu di hulu dan satu di hilir orifice tersebut dipasang dan dihubungkan dengan manometer atau peralatan pengukuran tekanan lainnya. Posisi lubang sadap dapat dipasang sembarang, dan koefisien meteran tersebut bergantung pada letak lubang sadap itu. Prinsip meteran orifice identik dengan prinsip venture. Penurunan penampang arus aliran melalui orifice menyebabkan tinggi-tekan kecepatan meningkat tetapi tinggi tekan tekanan menurun, dan penurunan tekanan antara kedua titik sadap diukur dengan manometer.



19



Standar-standar rancang yang terperinci sudah tersedia secara luas di dalam literature, yang harus diikuti dengan ketat agar kerja meteran tersebut dapat diramalkan dengan teliti tanpda kalibrasi. Tetapi sebagai pendekaran, persamaan di bawah ini cukupmemadai untuk digunakan.



uo 



2 g c  pa  pb 



Co 1 







4



(20)



di mana: uo



: kecepatan melalui orifice (m/s)







: rasio diameter orifice terhadap diameter pipa



pa , pb : tekanan pada bagian a dan b Co



: koefisien orifice Pada persamaan diatas, Co adalah koefisien orifice tanpa termasuk kecepatan



datang. Koefisien ini memberikan koreksi atas kontraksi jet fluida antara orifice dan vena-kontrakta, juga terhadap gesekan dan terhadap a dan b. Co selalu ditentukan dari percobaan. Nilainya cukup bervariasi sesuai dengan perubahan  dan angka Reynold pada orifice, NRe,o . Angka Reynolds tersebut didefinisikan sebagai N Re, o 



Do .uo .











4m  .Do .



(21)



di mana: Do



: diameter orifice



NRe,o



: angka Reynold pada orifice Pada perancangan, Co hampir konstan dan tidak bergantung pada  selama



NRe,o >20000. Pada kondisi ini, Co dapat dianggap 0,61 untuk lokasi sadap di lens maupun di vena kontrakta. Terlebih lagi, jika 