BAB IPENDAHULUAN
A. Latar BelakangLatar belakang dari Praktikum Operasi Teknik
ini adalah untuk memenuhi syarat kelulusan mata kuliah Praktikum
Operasi Teknik serta supaya untuk memperdalam pemahaman tentang
proses operasi teknik dan aplikasinya yang terdapat dibidang Teknik
Kimia yang selama ini hanya kami dapatkan secara teoritis pada
kuliah biasa ataupun sumber lainnya.Seperti yang telah diketahui,
teknologi dari unit-unit operasi sangat pesat dalam hal penggunaan
maupun pengembangannya.Dalam praktikum ini, kali ini kami melakukan
serangkaian percobaan mengenai Sirkuit Fluida.Penerapan sirkuit
fluida ini banyak dimanfaatkan dalam aliran-aliran fluida
diberbagai tempat.Dari penjelasan diatas, dapat diketahui bahwa
penerapan Sirkuit Fluida memiliki peranan penting dalam aliran
fluida dalam suatu pipa.Selain itu, hal ini juga masih dapat
dikembangkan.Sehingga, Departemen Teknik Kimia Universitas
Indonesia memutuskan untuk dapat mempelajari penerapan Sirkuit
Fluida secara lebih mendalam.
B. Tujuan Percobaan1. Mempelajari sifat-sifat aliran fluida
dalam beberapa jenis ukuran pipa.2. Memperoleh pengertian tentang
perubahan tekanan yang terjadi pada aliran fluida.3. Mempelajari
karakteristik tekanan alat pengukur flowrate.
C. Teori DasarFluida adalah zat yang tidak dapat menahan
perubahan bentuk secara permanen. Adanya usaha mengubah bentuk
suatu massa fluida, maka didalam fluida itu akan terbentuk
lapusan-lapisan yang satu meluncur diatas lainnya sehingga mencapai
bentuk baru. Selama perubahan bentuk terdapat tegangan geser yang
besarnya tergantung viskositas dan laji luncur fluida. Jika
kesetimbangan tercapai semua tegangan geser akan hilang.Semua bahan
terdiri atas dua keadaan yaitu fluida dan zat padat.Secara teknis
perbedaannya terletak pada reaksi kedua zat tersebut terhadap
tegangan geser yang dialaminya.Zat padat dapat menahan tegangan
geser dengan deformasi static sedangkan zat cair tidak. Setiap
tegangan geser yang dikenakan pada fluida sekecil-kecilnya, akan
menyebabkan fluida itu bergerak. Fluida tersebut bergerak dan
berubah bentuk terus menerus selama tegangan itu bekerja.Sehingga
dapat dikatakan bahwa fluida yang diam harus berada dalam tegangan
geser nol. Dalam analisis struktur keadaan ini disebut kondisi
tegangan hidrostatik.Pada kondisi ini lingkaran mohr untuk tegangan
menjadi sedikit dan taka da tegangan geser pada sembarang bidang
irisan dari bagian yang mengalami tegangan itu.Ada dua macam
fluida, diantaranya adalah zat cair dan gas.Perbedaan antara
keduanya bersifat teknis dengan adanya gaya kohesif. Karena terdiri
atas molekul-molekul tetap dimensi rapat dengan gaya kohesif yang
relative kuat, zat cair cenderung mempertahankan volumenya dan
membentuk pemukaan bebas dalam medan gravitasi jika tidak tertutup
dari atas.Aliran muka bebas sangat dipengaruhi gaya gravitasi.
Karena jarak antara molekul-molekulnya besar dan gaya kohesifnya
terabaikan, gas akan memuai dengan bebas sampai tertahan oleh
dinding yang mengungkungnya, gas tersebut akan membentuk atmosfir
yang pada hakikatnya bersifat hidrostatik. Gas tidak dapat
membentuk permukaan bebas, karena itu aliran gas jarang dikaitkan
dengan gaya gravitasi selain apungan.
Sifat FluidaFluida dapat mengalir didalam pipa atau saluran
menurut dua cara berlainan. Pada laju aliran rendah, penurunan
tekanan didalam fluida bertambah secara langsung berdasarkan
kecepatan fluida tersebut, sedangkan pada laju aliran tinggi maka
pertambhan itu jauh lebih cepat , yaitu kira-kira menurut kuadrat
kecepatan. Perbedaan kedua jenis aliran ini pertama kali dipelajari
oleh Osborne Reynolds.Reynolds mempelajari kondisi dimana satu
jenis aliran berubah menjadi aliran jenis lain dan menemukan bahwa
kecepatan kritis dimana aliran laminar berubah menjadi aliran
turbulen. Hal ini dipengaruhi dari sifat-sifat fluida, diantaranya
adalah :1. Kerapatan Kerapatan suatu zat adalah massa fluida dari
volume satuan tersebut. Untuk cairan kerapatannya dianggap tetap
untuk perubahan-perubahan tekanan praktis.Kerapatan air adalah 1000
pada 4 . Kerapatan gas da[at dihitung dengan menggunakan persamaan
keadaan gas. Berikut adalah persamaannya :(Hukum Boyle dan Hukum
Charles)
Dimana, p adalah tekanan mutlak dalam pascal, vs merupakan
volume spesifik persatuan massa, T merupakan suhu mutlak dalam
derajat Kelvin (273+) dan adalah tetapan gas dalam . Karena ,
persamaan diatas dapat dituliskan sebagai berikut :
pada peristiwa-peristiwa khususnya yang berkenan dengan cairan
digunakan hasil kali dengan g yang menjadi berat spesifik dan
symbol w. Dimana g merupakan percepatan gravitasi yang besarnya
9.81 2. KekentalanKekentalan fluida adalah sifat yang menentukan
besar daya tahan terhadap gaya geser. Kekentalan terutama
diakibatkan oleh saling pengaruh antara molekul-molekul
fluida.$
Gambar 1 . Dua lempeng sejajar terpisah pada jarak y
Pada gambar 1.Terdapat dua lempeng sejajar yang dipisahkan pada
jarak y yang kecil, tuang antara lempengan diisi dengan suatu
fluida. Fluida yang bersentujjan dengan lempengan sebelah atas akan
melekat kepadanya dan akan bergerak dengan kecepatan U/ fluida yang
bersentuhan dengan lempengan diam akan mempunyai kecepatan nol.
Jika jarak y dan kecepatan U tidak terlalu besar, gradient
kecepatan akan membentuk suatu gais lurus. Sehingga kita
mendapatkan korelasi yang membentuk persamaan sebagai berikut.
dimana, F/A adalah teganagan geser. Jika tetapan kekentalan
dinamik dimasukkan pada persamaan, maka akan menjadi :
Koefisien kekntalan yang lain adalah koefisien kekentalan
kinematic yang didefinisikan sebagai berikut :
kekentalan cairan berkurang dengan bertambahnya suhu tetapi
tidak cukup banyak dipengaruhi oleh perubahan tekanan. Karena rapat
gas-gas beurbah bersama perubahan tekanan (suhu tetap).Kekentalan
kinematic berubah-ubah bersama tekanan secara berlawanan.3.
Tegangan Permukaan4. Tekanan UapTekanan uap adalah tekanan pada
waktu suatu zat cair mendidih dan dalam kesetimbangan dengan uapnya
sndiri.Jika tekanan zat cair lebih besar dari tekanan uap,
pertukaran antara zat cair dan uap hanya terjadi dalam penguapan
pada antar mukanya.Tetapi jika tekanan zat cair itu lebih rendah
dari tekanan uapnya, gelembung-gelembung uap mulai muncul didalam
zat cair tersebut. Penurunan tekanan uap hingga dibawah tekanan
uapnya akan menyebabkan kavitasi.Parameter tak berdimensi yang
memberikan pendidihan yang disebabkan oleh aliran adalah bilangan
peronggaan.
5. Berat JenisBerat jenis dari sebuah fluida merupakan sebuah
fluida merupakan berat fluida per satuan volume.Berat jenis
berhubungsn dengan kerapatan melalaui persamaan.
massa jenis yang digunakan untuk mengkarakteristikan massa
sebuah sistem fluida, berat jenis digunakan mengkarakterikkan berat
dari sistem tersebut.6. Gravitasi JenisGravitasi jenis
didefinisikan sebahai perbandingan kerapatan fluida dengan
kerapatan air pada sebuah temperature tertentu. Persamaan gravitasi
jenis dinyatakan dengan persamaan berikut :
7. Volume Spesifik
Bilangan ReynoldsBilangan Reynolds merupakan besaran fisis yang
tidak berdimensi. Bilangan ini dipergunakan sebagai acuan dalam
membedakan aliran laminier dan turbulen di satu pihak, dan di lain
pihak dapat dimanfaatkan sebagai acuan untuk mengetahui jenis-jenis
aliran yang berlangsung dalam air. Hal ini didasarkan pada suatu
keadaan bahwa dalam satu tabung/pipa atau dalam satu tempat
mengalirnya air, sering terjadi perubahan bentuk aliran yang satu
menjadi aliran yang lain. Perubahan bentuk aliran ini pada umumnya
tidaklah terjadi secara tiba-tiba tetapi memerlukan waktu, yakni
suatu waktu yang relatif pendek dengan diketahuinya kecepatan
kristis dari suatu aliran. Kecepatan kritis ini pada umumnya akan
dipengaruhi oleh usayaran pipa, jenis zat cair yang lewat dalam
pipa tersebut.Berikut merupakan persamaan yang menyatakan Bilangan
Reynolds :
Berdasarkan Bilangan Reynolds, aliran fluida terbagi atas tiga
jenis, dintaranya sebagai berikut : Aliran LaminarAliran ini
terjadi pada kecepatan fluida yang sangat rendah. Sehingga kisaran
bilangan Reynolds nya adalah Re4000. Aliran TransisiAliran ini
terjadi pada kecepatan yang sedang. Sehingga range Bilangan
Reynolds berada dianatar aliran laminar dan aliran tubulen, yaitu :
2100