Laporan Efflux TIme

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

BAB I PENDAHULUAN I.1

Latar Belakang Pada praktikum Operasi Teknik Kimia kali ini, akan dilakukan percobaan efflux time dimana

pada percobaan ini akan diamati waktu yang dibutuhkan dan volume yang didapat dari pengosongan tangki yang dilakukan pada ketinggian tertentu. Dalam

bidang

Teknik

Kimia

sangat

dibutuhkan

suatu

kemampuan

untuk

mengkuantifikasikan dari kelakuan suatu elemen proses atau proses itu sendiri. Kemampuan tersebut dikenal dengan pemodelan. Untuk melakukan pemodelan digunakan prinsip reaksi kimia,

proses

fisika,

dan matematika

untuk memperoleh suatu persamaan. Dengan

mempergunakan persamaan tersebut dapat diperkirakan suatu kejadian pada suatu hasil (produk) dengan mengubah suhu, tekanan, ukuran alat dan sebagainya. Tahap awal dari pembuatan model suatu proses adalah dengan melakukan analisa dari proses tersebut. Tujuan analisa adalah mendapatkan gambaran dari kejadian secara fisik, memprediksi kelakuan proses, membandingkan dengan kelakuan sebenarnya mengevaluasi terhadap keterbatasan dari model yang telah dibentuk, dan kemudian dapat diteruskan dengan perancangan alat atau unit proses yang diperlukan.

I.2 Tujuan Percobaan Percobaan ini bertujuan untuk mencari nilai dari –q/A melalui slope pada grafik ∆H vs ∆t dan mencari persamaan ln q = ln k + n.ln H pada grafik ln q vs ln H sehingga didapat nilai dari ln k dan n. I.3 Manfaat Percobaan Mahasiswa dapat mengetahui fungsi dari efflux time pada industri dan dapat mengetahui variabel variabel yang dibutuhkan dalam efflux time melalui perhitungan – perhitungan yang dilakukan.

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

1

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Secara Umum Efflux time adalah waktu yang di perlukan untuk penurunan cairan dalam tangki melalui pipa vertikal pada dasar tangki karena gaya beratnya sendiri.waktu penurunan cairan itu dapat di pikirkan dengan persamaan teoritis yang kemudian di kalikan dengan suatu faktor koreksi untuk mendapatkan waktu penurunan sesunggunya. Tangki penampung cairan biasanya ditempatkan pada kantungan tertentu sehingga untuk mengalirkan cairan cukup menggunakan gaya beratnya sendiri,dengan cara ini maka dapat di lakukan penghematan pada biyaya penggunaan pompa. Apabila aliran fluida dengan kelipata yang sama mengalir masuk ke dalam sebuah pipa maka pada dinding pipa akan terbentuk lapisan batas.fluida yang mengalir dari ruang yang besar akan masuk kedalam pipa kecil sehingga pada enterncc akan terjadi friksi antara fluida yang mengalirdengan dinding pipa. Pada aliran fluida dalam pipa faktor gesikan harus di perhatikan faktor ini akan mempengaruhi untuk yang di perlukan zat cair untuk melewati pipa dengan panjang tertent.friksi yang terjadi semakin lama akan semakin besar dengan bertambahnya panjang pipa.friksi biasanya di nyatakan dalam panjang ekivalen terhadap pipa lukus. (Mortom,1999) Faktor yang mempengaruhi bilangan Reynold dan masa transisi lamiler ke aliran turbulin adalah: 1. 2. 3. 4.

Tekanan aliran Aliran turbalin bebas Aliran terlalu cepat Temperatur dinding di lakukan dinding.

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

2

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” Jenis aliran flida dapat di ketahui dengan menggunakan bilangan peynold (Re).untuk aliran laminer (Re>400). Untuk aliran terbulen Re>4000 dan dengan pipa kekasaran 0,000,005. (maryudi,2005) Faktor yang bekerja sepanjang pipa,akan Menyebabkan penurunan head(tenaga persatuan berat).fluida yang mengalir sepnjang pipa.rumus penuruna head di ajukan ole D’archy sebagai berikut: H= Harga f tergantung dari jenis aliran yang terjadi di dlam pipa.untuk aliran lenier (Re >210) ............... (brown,1950)

f=

Dengan

Re =

Untuk aliran turbulen,dengan Re>400 dan pipa dengan kekasaran 0,000005 F=

......... (brown,1950)

Adapun variabel -variabel Yang berpengaruh pada waktu pengosongan tangki (t) adalah: a. b. c. d. e. f. g.

Tinggi cairan dalam tangki (h) Panjang pipa (l) Diameter tangki (Dt) Diameter pipa (Dp) Percepatan gravitasi (g) Viseositas fluida Densitas fluida (ρ)

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

3

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” harga faktor karesi merupakan fungsi dari besaran-besaran yang berpengaruh, besar peubah yang di tinju adalah L (panjang) dan D (diameter). (martono,1999) II.2 Secara Khusus Dasar teori ini akan ditinjau contoh pemodelan suatu proses sederhana seperti terlihat pada gambar yaitu suatu tangki dengan luas penampang tetap (A), diisi dengan air pada ketinggian awal (h0). Kemudian tangki tersebut dikosongkan dengan cara mengalirkan air melalui lubang kecil (orifice) dibagian dasar tangki dengan luas penampang orifice (Ao). A

?=densitas air

H0

q

Pertanyaan yang harus dibuktikan adalah : 1. Berapa lama waktu pengosongan tangki tersebut ? 2. Bagaimana perubahan ketinggian air terhadap waktu ? 3. Apakah laju alir cairan berubah dengan berubahnya waktu atau ketinggian(h) ? 4. Apakah suhu cairan berubah selama proses pengosongan tangki tersebut ? Untuk memperjelas situasi perlu ditetapkan symbol symbol berikut ini : q= laju alir volume cairan dari tangki (ft3/detik, liter/detik, m3/detik) 2 2 A = Luas penampang tangki, (m , ft ) 2 2 2 A0 = Luas penampang lubang kecil atau orifice, (m , cm , ft ) h0 = Ketinggian cairan pada awal waktu, (cm, m, ft) h = Ketinggian cairan dalam tangki terhadap perubahan waktu, (ft, m, cm)

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

4

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” 3 ȡ = Densitas cairan, (lb/ft , kg/liter) t = Waktu, (detik) ³Massa cairan yang keluar tangki sama dengan perubahan massa di dalam tangki´. Massa cairan adalah

ȡ.A.h jadi perubahan

massa

tersebut adalah d[ȡ.A.h]/dt. Perubahan massa dalam tangki = - (laju air massa keluar tangki) tanda negatif menyatakan bahwa aliran menghasilkan pengurangan massa dalam tangki, dimana ȡ dan A adalah tetap (konstanta) d ρAh =ȡqρ .............................................................................. (1) dt dH dt

= dq

............................................................................. (2)

Persamaan (2) adalah satu persamaan yang mempunyai dua variabel yang tidak diketahui yaitu tinggi cairan, h dan laju alir volume, q. Karena satu persamaan memiliki dua variabel yang tidak diketahui maka dibutuhkan satu persamaan lagi yang berhubungan. Cairan dalam tangki dapat mengalir disebabkan adanya perbedaan tekanan dalam tangki yaitu (lebih besar) dari tekanan luar, sehingga persamaan tersebut : q = q (ǻp). Penyebab perbedaan tekanan tersebut adalah ketinggian cairan di dalam tangki, h. Sehingga besarnya laju alir volume merupakan fungsi dari h. Bisa juga menggunakan persamaan : q = k.hn ….………………………………………………. (3) ln q = ln k + n ln h…….…………………………………. (4) Maka dari itu, untuk mendapatkan nilai ln k dan n digunakan grafik dengan sumbu x adalah ln h dan sumbu y adalah ln q.

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

5

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

BAB III PELAKSANAAN PRAKTIKUM III.1 Bahan Yang Digunakan 1. Air Kran 2. Air Garam III.2 Alat – Alat Yang Digunakan 1. Stopwatch 2. Gelas ukur 3. Beaker glass 4. Spatula 5. Seperangkat alat efflux time III.3 Gambar Alat

Beaker Glass Ukur

Gelas Stopwatch

Spatula

Alat Efflux Time III.4 Prosedur 1. Siapkan alat 2. Tuangkan air pada ketinggian 15 cm (h0) pada tangki

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

6

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” 3. Buka kran dan tampung air pada ember dan tutup kembali pada selisih 3cm sebanyak 5 kali 4. Ulangi percobaan di atas untuk 2 tangki lainny yang mempunyai diameter pipa dan tinggi pipa yang berbeda beda. 5. Lakukan langkah diatas untuk air garam.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

7

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” IV.1 Hasil Pengamatan IV.1.1 Tabel untuk Air Kran TANGKI I d=2.2 cm; l=44 cm ∆h (cm) 10 8 6 4 2

t(s) 4.45 4.22 4 3.4 3.02

V ( ml ) 1600 1450 1240 990 800

∆h (m) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02

∆h (cm) 10 8 6 4 2

t(s) 18.09 20.39 21.78 22.49 22.61

V ( ml ) 1000 1250 1400 1200 1150

∆h (m) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02

∆h (cm) 10 8 6 4 2

t(s) 19.99 17.12 17.07 15.91 14.09

V ( ml ) 1270 1250 1230 1170 1130

∆h (m) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02

TANGKI II d = 1.3 cm; l= 43 cm

TANGKI III d=1 cm; l=68 cm

IV.I.2 Tabel untuk Air Garam TANGKI I d=2.2 cm;l=44 cm

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

8

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” ∆h (cm) 10 8 6 4 2

t (s) 4.70 3.24 3.10 2.40 2.02

v (ml) 1350 1150 1000 970 920

∆h (m) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02

∆h (cm) 10 8 6

t (s) 25.99 24.10 23.57

v (ml) 1400 1370 1300

∆h (m) 0.1 0.08 0.06

4 2

20.49 19.32

1220 1000

0.04 0.02

∆h (cm) 10 8 6 4 2

t (s) 20.08 18.03 17.54 16.22 15.03

v (ml) 1550 1400 1120 1000 970

∆h (m) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02

TANGKI II d= 1.3cm; l=43 cm

TANGKI III d= 1cm; l= 68 cm

IV.2 Hasil Perhitungan IV.2.1 Tabel Luas (A) pada tangki A(m2) 0.000379 1 94 0.000132 665 2 0.000078 5 3

tangki

IV.2.2 Tabel Perhitungan pada Air Kran TANGKI I dh/dt (m/s)

ln h q

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

ln q

9

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” 0.022471 91 0.018957 35 0.015 0.011764 71 0.006622 52

8.53798E06 7.20265E06 5.6991E06 4.46988E06 2.51616E06

11.670 99 11.841 06 12.075 2 12.318 15 12.892 78

q 7.33361E07 5.2051E07 3.65468E07 2.35954E07 1.17351E07

ln q 14.125 63 14.468 46 14.822 09 15.259 63 15.958 1

q 3.92696E07 3.66822E07 2.75923E07 1.9736E07 1.11427E07

ln q 14.750 23 14.818 39 15.103 15 15.438 24 16.009 9

2.3025 85 2.5257 29 2.8134 11 3.2188 76 3.9120 23

TANGKI II dh/dt (m/s)

ln h

0.005528 0.003923 0.002755 0.001779 0.000885

2.3025 85 2.5257 29 2.8134 11 3.2188 76 3.9120 23

TANGKI III dh/dt (m/s)

ln h

0.005003 0.004673 0.003515 0.002514 0.001419

2.3025 85 2.5257 29 2.8134 11 3.2188 76 3.9120 23

IV.2.3 Tabel Perhitungan pada Air Garam TANGKI I dh/dt

q

ln q

ln h

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

10

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” (m/s) 0.0212 77 0.0246 91 0.0193 55 0.0166 67 0.0099 01

8.08383E06 9.38123E06 7.35368E06 6.33233E06 3.76178E06

11.72564 481 11.57679 919 11.82031 004 11.96984 177 12.49061 773

2.302585 093 2.525728 644 2.813410 717 3.218875 825 3.912023 005

TANGKI II dh/dt (m/s) q 0.003847 5.10446E634 07 0.003319 4.40382E502 07 0.002545 3.37713E609 07 0.001952 2.58985E172 07 0.001035 1.37334E197 07

ln q ln h 14.48798 2.3025 035 85 14.63562 2.5257 389 29 14.90106 2.8134 884 11 15.16649 3.2188 619 76 15.80084 3.9120 724 23

TANGKI III dh/dt (m/s) q 0.004980 3.90936E08 07 0.004437 3.48308E049 07 0.003420 2.68529E753 07 0.002466 1.93588E091 07 0.001330 1.04458E672 07

ln q ln h 14.754 2.3025 72 85 14.870 2.5257 18 29 15.130 2.8134 31 11 15.457 3.2188 53 76 16.074 3.9120 48 23

IV.3 Grafik IV.3.1 Grafik ∆h terhadap ∆t Pada air kran

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

11

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

Grafik IV.3.1.1 Hubungan ∆h terhadap ∆t pada tangki I

Grafik IV.3.1.2 Hubungan ∆h terhadap ∆t pada tangki II

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

12

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

Grafik IV.3.1.3 Hubungan ∆h terhadap ∆t pada tangki III

IV.3.2 Grafik q terhadap h pada air kran

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

13

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

Grafik IV.3.2.1 Hubungan q terhadap h pada Tangki I

Dari persamaan ln q = ln k + n ln h didapat nilai : ln k = 9.944 dan n = 0.749

Grafik IV.3.2.2 Hubungan q terhadap h pada Tangki II

Dari persamaan ln q = ln k + n ln h didapat nilai : ln k = 11.61 dan n = 1.119

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

14

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

Grafik IV.3.2.3 Hubungan q terhadap h pada Tangki III

Dari persamaan ln q = ln k + n ln h didapat nilai : ln k = 12.83 dan n = 0.810 IV.3.3 Grafik ∆h terhadap ∆t Pada air garam

Grafik IV.3.3.1 Hubungan ∆h terhadap ∆t pada tangki I

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

15

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

Grafik IV.3.3.2 Hubungan ∆h terhadap ∆t pada tangki II

Grafik IV.3.3.3 Hubungan ∆h terhadap ∆t pada tangki III

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

16

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” IV.3.4 Grafik q terhadap h pada air garam

Grafik IV.3.4.1 Hubungan q terhadap h pada Tangki I

Dari persamaan ln q = ln k + n ln h didapat nilai : ln k = 10.36 dan n = 0.524

Grafik IV.3.4.2 Hubungan q terhadap h pada Tangki II

Dari persamaan ln q = ln k + n ln h didapat nilai : ln k = 12.59 dan n = 0.813

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

17

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time”

Grafik IV.3.4.3 Hubungan q terhadap h pada Tangki III

Dari persamaan ln q = ln k + n ln h didapat nilai : ln k = 15.28 dan n = 1.195 IV.4 Pembahasan Pada percobaan efflux time yang telah dilakukan, telah didapat pengamatan berupa waktu dan volume yang didapat dari 3 tangki yang berbeda. Bila mengamati dari tabel pengamatan, dapat diambil suatu pembahasan bahwa pada diameter pipa terbesar membutuhkan waktu lebih cepat untuk menurunkan ketinggian air kran sebesar 3 cm, diameter terbesar itu terdapat pada tangki I yaitu 2.2 cm, namun pada tangki II sebesar 1.3 cm tidak lebih cepat dari tangki III yang sebesar 1 cm, hal ini disebabkan karena panjang pipa juga mempengaruhi. Dilihat kembali bahwa pada tangki III yang mempunyai diameter 1 cm mempunyai panjang pipa sebesar 68 cm, yang merupakan panjang pipa terpanjang dari ketiga tangki yang ada. Untuk grafik hubungan ∆h terhadap ∆t dapat ditarik pembahasan bahwa semua hasil grafik yang didapat adalah sama, baik itu air kran maupun air garam, dan baik itu tangki I, atau tangki II, maupun tangki III. Grafik tersebut mempunyai persamaan garis y = -0.02x + 0.12. Dari persamaan garis tersebut dapat ditarik hasil bahwa nilai dari –q/A adalah -0.02 dimana -0.02 adalah slope yang didapat. Untuk grafik hubungan antara q terhadap h dapat ditarik hasil mealui slope untuk mendapatkan nilai dari ln k dan n, seperti yang telah ditulis pada bagian

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

18

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” IV.3 Grafik, dimana persamaan garisnya menjadi ln q = ln k + n ln h dimana sumbu y adalah ln q, sumbu x adalah ln h, dan ln k adalah intersep dan n adalah slope.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V. 1 Kesimpulan Pada percobaan efflux time ini dapat diambil kesimpulan bahwa diameter pipa dan panjang pipa mempengaruhi dalam waktu yang dibuthkan untuk pengosongan tangki dan juga volume yang dibutuhkan pada saat pengosongan tangki dilakukan. Hal ini terlihat dari waktu yang didapat untuk tangki II lebih lama dibandingkan dengan tangki I karena diameter tangki II lebih kecil dibandingkan dengan diameter tangki I, namun bila membandingkan antara tangki II dengan tangki III, terlihat bahwa waktu pada tangki III lebih cepat dibandingkan dengan tangki II, padahal diameter tangki II lebih besar dari tangki

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

19

Laporan Praktikum OTK I Percobaan “Efflux Time” III. Hal ini disebabkan karena tangki III mempunyai panjang pipa yang lebih panjang dibandingkan dengan tangki II. Pada grafik ∆h terhadap ∆t terlihat bahwa semakin lama waktu maka perbedaan ketnggian semakin kecil, dari grafik tersebut didapat persamaan garis untuk tiap grafik sama, yaitu y=-0.02x+0.12. Dari persamaan garis tersebut didapat nilai slope yang merupakan nilai –q/A sebesar -0.02. Pada grafik q terhadap h terlihat bahwa semakin besar nilai q maka diikuti pula dengan semakin besar nilai h. Dari grafik ini pula didapat suatu persamaan garis y=ax+b dimana persamaan yang ada dalam literatur adalah ln q = ln k + n ln h dimana ln q sebagai sumbu y, ln h sebagai sumbu x, n sebagai slope, dan ln k sebagai intersep. V.2 Saran 1. Teliti dengan ketinggian air yan terlihat di kertas grafik di tangki. 2. Memanfaatkan waktu sebaik-baiknya.

Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur

20