tinjauan pustaka pressure drop
-
Upload
zahrasahara12 -
Category
Documents
-
view
361 -
download
59
description
Transcript of tinjauan pustaka pressure drop
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Dasar Teori
II.1.1 Pengertian Pressure Drop
Pressure drop merupakan istilah yang digunakan
untuk mendeskripsikan penurunan tekanan dari satu titik
didalamsistem (misalnya aliran didalam pipa) ke titik yang
lain yang mempunyai tekanan lebih rendah. Pressure drop
juga merupakan hasil dari gaya-gaya friksi terhadap fluida
yang mengalir didalam pipa, yang disebabkan oleh tahanan
fluida untuk mengalir. (Geankoplis, 1997)
Pressure drop adalah istilah yang digunakan untuk
menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik di dalam
pipa atau tabung ke jalur hilir. ""Drop Tekanan" adalah hasil
dari gaya gesek pada fluida seperti yang mengalir melalui
tabung. Gaya gesek disebabkan oleh resistensi terhadap
aliran.(Wikipedia, 2007)
II.1.2 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Pressure
Drop
Hal-hal yang mempengaruhi pressure drop(P)
adalah :
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
- Faktor friksi (f)
Semakin besar faktor friksinya, maka semakin besar
pula pressure dropnya (P).
- Panjang pipa (L)
Semakin besar panjang suatu pipa, maka semakin besar
pula pressure dropnya.
- Diameter pipa (D)
Semakin besar diameter pipa, maka semakin kecil
penurunan tekanannya (pressure dropnya). (Geankoplis,
1997)
Hal ini sesuai dengan rumus :
.......................................................Per
s II-1 (Geankoplis, 1997)
II-2
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1.3 Pengertian Friksi
Gaya gesek (Friksi) adalah gaya yang berarah
melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda
akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah
benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini
tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula
berbentukcair, ataupun gas. (Wikipedia, 2012)
II.1.3.1 Friksi Pada Pipa lurus
Friksi Pada Pipa lurus dan head loss
Akibat adanya gesekan antar fluida dan dinding fluida dalam aliran fluida, maka akan terjadi kehilangan energy (Head loss). Head loss pada pipa horizontal dapat dihitung dengan persamaan friksi fanning berikut :
....……….....………………. pers.II-3(Geankoplis, 1997)
II-3
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Gambar II.1 Gambar Friksi Pada Pipa Lurus
(Efunda (Engineering Fundamentals), 2012)
Frictional Losses in mechanical energy balance equationFriction loss dari gesekan pada pipa lurus (fanning
friction), expansion loss, contraction loss dan kerugian
dalam pemasangan sambungan dan katup semuanya
dimasukkan pada persamaan F berikut :
…. pers.II-
4
Jika semua kecepatan v1,v2 dan v2 semuanya sama, dari
persamaan diatas menjadi bentuk yang lebih sederhana
yaitu :
II-4
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
.........................pers.II-
5
Dimana :
= jumlah friksi
= perbedaan panjang pipa
(Geankoplis, Chistie J, 1997.Transprot Processes and Unit
Operation.ed.3hal.94)
II.1.3.2 Friction loss pada Ekspansi, kontraksi, dan pipa
sambungan
Gesekan pada dinding pipa yang mengalir melalui
pipa lurus dihitung dengan menggunakan factor friksi.
Namun jika kecepatan fluida mengalami perubahan arah dan
besar, maka akan terjadi penambahan friction loss. Hal ini
terjadi karena tambahan dari turbulensi karena vortisitas dan
faktor lainnya. Metode untuk memperkirakan friction loss
pada sambungan akan dibahas dibawah ini:
II-5
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
1. Sudden Enlargement losses
Jika penampang pipa membesar secara bertahap,
maka kerugian sangat sedikit atau mungkin tidak terjadi.
Jika perubahan itu terjadi secara tiba-tiba, akan
menimbulkan kerugian tambahn karena pusaran dibentuk
oleh jet expansi di bagian yang diperbasar.
Gambar II.2 Gambar Friksi Sudden Enlargement
Losses
(Dhondt, 2011)
Friction loss dapat dihitung dengan cara berikut untuk aliran
turbulen :
II-6
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
..............Pers.II
-5
Keterangan :
= friction loss dalam (J/kg)
= koefisien expansion loss = (1-A1/A2)2
= kecepatan masuk pada area yang lebih kecil (m/s)
= kecepatan downstream (m/s)
= 1 untuk aliran turbulen, ½ untuk aliran laminer
(Geankoplis, 1997)
2. Sudden Contaction Losses
Ketika penampang dari pipa mengecil secara tiba-
tiba, aliran tidak dapat mengikuti sekitar sudut yang tajam,
dan friction loss bertambah karena terjadi pusaran.
(Geankoplis, 1997)
II-7
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Gambar II.3 Gambar Friksi Sudden Contraction Losses
(Dhondt, 2011)
Persamaan untuk aliran turbulen :
.....................Pers.II
-6
Keterangan :
= friction loss
= 1 untuk aliran turbulen, ½ untul aliran laminer
= kecepatan rata-rata pada daerah yang lebih kecil
atau downstream
II-8
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
= koefisien kontraksi-loss (P1) = 0.55(1-A2/A1)2
untuk english unit bagian kanan dibagi dengan
faktor gc.(Geankoplis, 1997)
II.1.3.3 Losses in Fitting and valves
Sambungan pipa dan katup juga mengganggu jalur
aliran dalam pipa yang menyebabkan friction loss
bertambah. Dalam sebuah pipa pendek dengan banyak
sambungan, friction loss akan lebih besar daripada pipa
lurus. Friction loss untuk sambungan dan katup diberikan
sebagai berikut :
..........................................................Pers.II
-7
Dimana:
adalah friction loss coefficient dari sambungan dan
valve, v1 adalah kecepatan rata-rata pada kepala pipa untuk
sambungan.(Geankoplis, 1997)
II-9
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Type of fitting or valve
Frictional Loss,
number of Velocity
Heads, Kf
Frictional Loss, Equivalent Length of Straight Pipe in Pipe
Diameters, L/D
Elbow , 450 0,35 17Elbow , 900 0,75 35
Tee 1 50Return Bend 1,5 75
Coupling 0,04 2Union 0,04 2
Gate Valve Wide Open 0,17 9Half Open 4,5 225
Globe Valve Wide Open 6 300Half Open 9,5 475
Angle valve, wide open
2 100
Check Valve Ball 70 3500Swing 2 100
Water Meter, disk 7 350 (Geankoplis, 1997)
II-10
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1.4 Macam – Macam Rumus Faktor Friksi
Selama tahun-tahun terakhir sejak diagram moody,
persamaan yang paling banyak digunakan untuk perhitungan
faktor friksi adalah sebagai berikut:
1. Colebrook-white (1939)
..........Pers.II-
8
Persamaan ini berlaku untuk Nre> 4000.
(Subramanian, 2012)
2. Wood (1966)
Persamaan ini berlaku untuk NRe>10000 dan 10-5<
<0.04
II-11
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
..........................................................................................P
ers.II-9
Dimana
3. Swamee and Jain (1976)
Swamee dan jain mengusulkan persamaan yang
mencakup rentang Nre dari 5000 sampai 107 dan hasil
dari diantara 0.00004 dan 0.05.
.............................Pers.II-10
(anonim)
4. Churchill (1977)Churchill menyatakan bahwa persamaannya mencakup untuk semua nilai Nre dan
II-12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
......pers.II-
11 Dimana :
(Wikipedia, 2012)
5. Chen (1979)
Chen juga menyatakan persamaan untuk factor friksi
mencakup semua range dari R dan k/D
................................................................................Pers.II-
12
6. Von Karman (1979)
.......................................................................Pers.II-
13II-13
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
(McCabe, 1991)
7. Blasius (1981)
3000<NRe<100000
.......................................Pers.II-14
(anonim)
8. Zigrang dan Sylvester (1982)
............................Pers.II-15
(Subramanian, 2012)
9. Haaland (1983)
Dia menyatakan variasi efek dari kekasaran relative
.......................................................................Pers.II-
16
(Subramanian, 2012)II-14
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
10. Manadilli (1997)
Menyatakan persamaan ini berlaku untuk NreR
berkisar antara 5235 sampai 108 dan untuk nilai setiap
/D.
...................Pers.II-
17
II.1.5 Perhitungan Friksi pada Aliran Laminer, Transisi dan Turbulen
a. Aliran Laminer
Untuk fluida yang beraliran laminer dalam pipa
tegangan pada fluida Newton dapat ditulis dalam persamaan
faktor friksi Fanning sebagai berikut :
.........................................................................Pers.II-
18
(McCabe, 1991)
II-15
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
b. Aliran Transisi
Untuk bilangan reynold diatas 2100 dan dibawah
4000, maka faktor friksi dihitung dengan menggunakan
persamaan :
..............................Pers.II-
19
(B.S. Field and P.S. Hrnjak, 2007, hal.13)
c. Aliran Turbulen
Pada aliran turbulen seperti aliran laminer, faktor
friksi juga tergantung pada bilangan reynold.
Bagaimanapun, tidak mungkin untuk diprediksi secara teori
faktor friksi Fanning untuk aliran turbulen seperti yang
dilakukan pada aliran laminer. Faktor friksi harus ditemukan
dengan melakukan percobaan dan itu tidak hanya tergantung
pada bilangan Reynold tetapi juga pada kekasaran
permukaan pipa.
II-16
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Untuk aliran turbulen yaitu bilangan Reynold diatas 4000
sampai 105 dapat dihitung menurut persamaan Blasius :
...........................................Pers.II-
20
(Perry, 2008)
II.1.6 Diagram Moody
Diagram moody merupakan representasi klasik dari
perilaku fluida Newtonian. Di industry digunakan untuk
memprediksi losses dari aliran aliran fluida.(Wikipedia,
2012)
Kita sekarang harus berterima kasih Stanton dan
Pannell, dan juga Moody, untuk studi mereka aliran
menggunakan cairan dalam pipa dari berbagai berbagai
diameter dan kekasaran permukaan dan untuk evolusi grafik
sangat berguna. Bagan ini memungkinkan kita untuk
menghitung kehilangan tekanan gesekan dalam berbagai
lingkaran penampang pipa. Grafik plot Reynolds nomor
II-17
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
(Re), dalam hal dua kelompok berdimensi lebih: faktor
gesekan, yang merupakan perlawanan terhadap mengalir per
satuan luas permukaan pipa sehubungan dengan densitas
fluida dan kecepatan, dan faktor kekasaran e / ID,? yang
mewakili panjang atau tinggi dari proyeksi permukaan
relatif terhadap diameter pipa.(Lieberman, 1999)
Gambar II.1.6 Diagram Moody Fanning friction factor
II-18
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1.7 Hubungan Kekasaran Pipa dengan Friksi
Friksi adalah besaran yang berlawanan arah dengan
kelajuan. Friksi mengakibatkan kelajuan sebuah objek
berkurang. Besarnya hambatan aliran karena gesekan sangat
tergantung dari kekasaran dinding pipa. Dari hasil berbagai
percobaan diketahui bahwa makin kasar dinding pipa makin
besar terjadinya penurunan /kehilangan tekanan aliran. Jenis
gesekan ini dikenal dengan dengan gesekan aliran dan
besarnya tahanan itu sendiri di ukur dengan koefisien
gesekan,f.
(Abdinagar, 2007)
Tabel II.1 7 Tabel kekasaran pipa (ε)
Material ε (mm) ε (inches)
Concrete 0,3-3,0
0,012-
0,12
Cast Iron 0,26 0,01
Galvanized Iron 0,15 0,006
Asphalted Cast Iron 0,12 0,0048
Commercial or Welded Steel 0,045 0,0018
II-19
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
PVC,Glass, Other Drawn Tubing 0,0015 0,00006
(Pipe Flow, 2012)
II.1.8 MANOMETER
Manometer adalah alat ukur tekanan
dan manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Alat
ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat dilakukan
langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran.
Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk
pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi (mendekati
tekanan atmosfir).
(Rahayu, 2009)
II-20
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II-21
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1.9 Deskripsi Alat didalam Laboratorium
1. Fitting
Tee
Tee adalah pemasangan pipa yang paling
umum. Ini tersedia dengan semua soket galur halus,
semua soket las pelarut, atau dengan menentang
soket las pelarut dan outlet sisi dengan galur halus.
Hal ini digunakan baik untuk menggabungkan atau
membagi aliran fluida. Ini adalah jenis pemasangan
pipa yang berbentuk T memiliki dua outlet, pada 90
° untuk sambungan ke jalur utama. Ini adalah
sepotong pendek pipa dengan outlet lateral. Tee A
digunakan untuk menghubungkan pipa diameter
yang berbeda atau untuk mengubah arah berjalan
pipa. Mereka terbuat dari berbagai bahan dan
tersedia dalam berbagai ukuran. Mereka banyak
II-22
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
digunakan dalam jaringan pipa untuk mengangkut
dua-fase campuran cairan.
Gambar II.1.9.1 Fitting Tee
Paling umum adalah tee dengan inlet yang
sama dan ukuran outlet. Beberapa tee industri adalah
Tee Lurus, Tee reducer , Tee Cabang ganda, Tee
Cabang ganda reducer, Tee Conical, Tee Cabang
ganda Conical, Tee Bullhead, Tee Conical reducer,
Tee Cabang ganda Conical reducer, Tee Tangensial,
dan Tee Cabang ganda Tangensial .
Tee atas dikategorikan berdasarkan bentuk
dan struktur. Mereka juga dapat diklasifikasikan atas
dasar aplikasi perlakuan.
II-23
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Globe Valve
Globe valve ini pada umumnya sama dengan gate valve namun valve ini harga pressure drop-nya tinggi dan direkomendasikan untuk pengaturan aliran fluida. (McCabe, 1993)
Gambar II.9.2 Globe Valve
Union
Sebuah union mirip dengan kopling, kecuali
itu dirancang untuk memungkinkan pemutusan cepat
dan nyaman dari pipa untuk pemeliharaan atau
penggantian perlengkapan. Sementara kopling akan
memerlukan baik pengelasan pelarut, solder atau
II-24
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
mampu memutar dengan semua pipa yang
berdekatan dengan kopling berulir, union
menyediakan transisi yang sederhana, yang
memungkinkan koneksi mudah atau pemutusan
setiap saat. Sebuah pipa union standar dibuat dalam
tiga bagian yang terdiri dari mur, pipa halus, pipa
kasar .
Gambar II.9.3 Union
Coupling
Kopling yang menghubungkan dua pipa satu
sama lain. Jika ukuran pipa tidak sama, pas
dapat disebut kopling mengurangi atau peredam,
atau adaptor. Dengan konvensi, istilah
"expander" umumnya tidak digunakan untuk
II-25
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
coupler yang meningkatkan ukuran pipa,
sebaliknya "peredam" digunakan.
Gambar II.9.4 Coupling
Elbow
Aliran suatu fluida saat di elbow menjadi lebih turbulen, karena hal itu akan cepat terjadi korosi dan erosi
Gambar II.9.5 Elbow 900
2. Pipa PVC
II-26
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Polivinil klorida (IUPAC:
Poli(kloroetanadiol)), biasa disingkat PVC,
adalah polimer termoplastik urutan ketiga dalam hal
jumlah pemakaian di dunia,
setelah polietilena dan polipropilena. Di seluruh
dunia, lebih dari 50% PVC yang diproduksi dipakai
dalam konstruksi. Sebagai bahan bangunan, PVC
relatif murah, tahan lama, dan mudah dirangkai.
PVC bisa dibuat lebih elastis dan fleksibel dengan
menambahkan plasticizer, umumnya ftalat. PVC
yang fleksibel umumnya dipakai sebagai bahan
pakaian, perpipaan, atap, dan insulasi kabel listrik.
Secara kasar, setengah produksi resin PVC
dunia dijadikan pipa untuk berbagai keperluan
perkotaan dan industri. Sifatnya yang ringan,
kekuatan tinggi, dan reaktivitas rendah,
menjadikannya cocok untuk berbagai keperluan.
Pipa PVC juga bisa dicampur dengan berbagai
II-27
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
larutan semen atau disatukan dengan
pipa HDPE oleh panas,menciptakan sambungan
permanen yang tahan kebocoran.(Wikipedia, 2012)
3. Pompa
Pompa yang digunakan dalam laboratorium
adalah pompa sentrifugal. Salah satu jenis pompa
pemindah non positip adalah pompa sentrifugal yang
prinsip kerjanya mengubah energi kinetis
(kecepatan) cairan menjadi energi potensial
(dinamis) melalui suatu impeller yang berputar
dalam casing. Pompa Sentrifugal digunakan untuk
memberikan atau menambah kecepatan pada cairan
dan merubahnya menjadi tinggi tekan (head).
II-28
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Gambar II.9.6 Pompa Sentrifugal
II.1.10 Menghitung ΔP pada Alat di Laboratorium
Manometer mengukur perbedaan tekanan dengan menyeimbangkan berat kolom fluida antara dua tekanan kepentingan. Perbedaan tekanan yang besar diukur dengan cairan berat, seperti merkuri (misalnya 760 mm Hg = 1 atmosfer). Perbedaan tekanan kecil, seperti yang dialami di terowongan angin eksperimental atau flowmeters venturi, yang diukur dengan cairan ringan seperti air (27.7 inch H2O = 1 psi, 1 cm H2O = 98,1 Pa).
Untuk menghitung tekanan yang ditunjukkan oleh manometer, memasukkan data di bawah ini. (Perhitungan
II-29
Laboratorium Operasi Teknik Kimia I
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
default adalah untuk manometer air dengan kolom cairan 10 cm, dengan jawaban dibulatkan ke 3 angka signifikan.):
(Efunda, 2012)
II-30