1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada masa sekarang ini, perkembangan industri dan teknologi berkembang

dengan sangat pesat, tidak terkecuali pada bidang pengukuran, termasuk pengukuran

laju aliran fluida dalam pipa. Salah satu dari berbagai macam metode pengukuran aliran

fluida dalam pipa adalah dengan menggunakan Orifice Plate.

Laju aliran fluida dalam sebuah pipa penting untuk diketahui, khusus pada

industri-industri yang memanfaatkan pipa sebagai media penyalur fluida, sebab dapat

mempengaruhi biaya dan proses produksi dari industri-industri tersebut. Pada sebuh

plan pembangkit tenaga uap misalnya, aliran fluida, dalam hal ini uap (steam), laju

aliran massa atau volum steam sangat penting untuk diketahui, agar jumlah uap yang

menumbuk turbin dapat diketahui, sehingga dapat diperkirakan jumlah energi yang

seharusnya dihasilkan oleh plan tersebut, dan berguna untuk menghitung kerugian-

kerugian pada aliran uap dalam pipa, sehingga dapat dirancang susunan pipa yang

menghasilkan kerugian paling sedikit.

1.2 Perumusan Masalah

Karena kebutuhan alat ukur aliran fluida, yaitu orifice yang khusus untuk sebuah

pipa tertentu, maka penulis mencoba merancang sebuah orifice yang sesuai untuk

kebutuhan tersebut.

Orifice yang akan penulis bahas dan rancang adalah di khususkan pada orifice

berjenis Quadrant edge orifice dan Conical entrance orifice plate.

2

1.3 Tujuan

Tujuan dari perancangan ini adalah:

1. Sebagai syarat kelulusan dari mata kuliah Tugas Perancangan di Jurusan

Teknik Mesin UNDIP.

2. Belajar mengaplikasikan ilmu yang selama ini telah diperoleh dalam

persoalan yang sebenarnya.

3. Belajar merancang orifice plate dan menghitung laju aliran fluida dengan

bantuan orifice plate.

1.4 Metode Pengumpulan Data

Dalam usaha untuk mendapatkan data yang dibutuhkan untuk penulisan dan

perancangan orifice plate ini, penulis melakukan beberapa metode, yaitu:

1. Mencari literatur yang berkaitan dengan topik yang penulis bahas, dari

perpustakaan, maupun berbagai sumber literatur lainnya.

2. Survey langsung dilapangan, berkaitan dengan harga bahan baku pembuatan

orifice, maupun tentang proses kerja orifice.

3. Menggunakan media internet untuk mengumpulkan informasi-informasi

yang berhubungan dengan topik.

1.5 Sistematika Penulisan

Penulisan laporan Perancangan Orifice Plate ini mengikuti sistematika sebagai

berikut:

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

1.2 Perumusan masalah

1.3 Tujuan

3

1.4 Metode Pengumpulan Data

1.5 Sistematika Penulisan

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian Orifice

2.2 Macam-macam Orifice

2.3 Prinsip Kerja Orifice

BAB III PERANCANGAN ORIFICE

BAB IV PERHITUNGAN

4.1 Prosedur Pengujian Orifice

4.2 Data Hasil Pengujian

4.3 Pengolahan Data

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

5.2 Saran

4

BAB II DASAR TEORI

Dasar teori dalam bab ini akan menjelaskan tentang konsep, review tentang

macam-macam orifice dan prinsip dasar orifice. Yang mengetengahkan teori-teori

klasik dasar bidang mekanika fluida. Penjelasan tentang persaman dasar akan mendasari

prinsip-prinsip aliran dalam pipa.

2.1 Pengertian Orifice

Orifice adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran volum

atau massa fluida di dalam saluran yang tertutup (pipa) berdasarkan prinsip beda

tekanan. Alat ini berupa plat tipis dengan gagang yang diapit diantara flens pipa. Fungsi

dari gagang orifice adalah untuk memudahkan dalam proses pemasangan dan

penggantian. Orifice termasuk alat ukur laju aliran dengan metode rintangan aliran

(Obstruction Device). Karena geometrinya sederhana, biayanya rendah dan mudah

dipasang atau diganti. Gambar 4.1 menunjukkan geometri orifice yang umum

digunakan.

Gambar 2.1 Geometri Orifice plate secara umum

Selain menggunakan orifice, untuk mengukur laju aliran dengan metode

rintangan aliran dapat juga menggunakan nozel dan venturi. Kelebihan dan kekurangan

dari ketiga alat ukur laju aliran tersebut dapat diliha pada Tabel 2.1.

5

Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan Beberapa Jenis Alat Ukur Laju Aliran

Alat ukur Kelebihan Kekurangan

Orifice

Mudah dalam pemasangan

Biayanya rendah

Mudah dalam penggantian

Head loss tinggi

Akurasi tergantung pada

kondisi instalasi dan

kondisi orifice

Venturi

Head loss rendah

Kapasitas aliran lebih besar dari orifice

pada beda tekanan yang sama

Akurasi tidak tergantung pada pemakaian

dan kondisi instalasi

Biaya awalnya besar

Nozel

Head loss rendah

Kapasitas aliran lebih besar dari orifice

pada beda tekanan yang sama

Akurasi tidak tergantung pada pemakaian

dan kondisi instalasi

Baik untuk temperature dan kecepatan

tinggi

Sulit dalam penggantian

2.2 Macam-macam Orifice

Untuk melayani berbagai jenis aliran dan beraneka ragam fluida, maka terdapat

beberapa jenis orifice plate, yaitu:

2.2.1 Concentric Orifice

Concentric Orifice merupakan jenis orifice yang paling banyak digunakan.

Profil lubang orifice ini mempuyai takik (bevel) dengan kemiringan 45° pada tepi

bagian downstream(lihat gambar di bawah). Hal ini akan mengurangi jarak tempuh

dari aliran tersebut mengalami perbedaan tekanan melintang. Setelah aliran melewati

orifice akan terjadi penurunan tekanan dan kemudian mencoba kembali ke tekanan

6

semula tetapi terjadi sedikit tekanan yang hilang permanen (permanent pressure loss)

sehingga perbedaan tekanan upstream dan downstream tidak terlalu besar.

Perbandingan diameter orifice dan diameter dalam pipa dilambangkan dengan “β”.

Orifice jenis ini memiliki ketentuan untuk nilai β yaitu antara 0.2-0.7 karena

akurasinya akan berkurang untuk nilai diluar batas tersebut.

Gambar 2.2 Standard concentric orifice

2.2.2 Counter Bore Orifice

Counter bore orifice pada prinsipnya sama dengan concentric Orifice.

Perbedaanya terdapat pada profil lubangnya, orifice ini tidak mempuyai takik (bevel)

tapi diameter lubangya lebih besar pada bagian downstream daripada diameter

lubang pada bagian upstream (lihat gambar di bawah).

7

Gambar 2.3 Counter bored orifice

2.2.3 Eccentric Orifice

Eccentric orifice mempunyai profil lubang yang sama dengan concentric

orifice. Akan tetapi, pada eccentric orifice lubang tidak terletak tepat di tengah.

Diameter takik (bevel) bagian bawah hampir lurus (98%) dengan diameter dalam

dari pipa (lihat gambar di bawah).

Gambar 2.4 Eccentric orifice

8

2.2.4 Quadrant Bore Orifice

Quadrant bore orifice digunakan untuk mengukur aliran fluida dengan

viscositas tinggi dan direkomendasikan untuk bilangan Reynold di bawah 10000.

Profil dari lubang Quadrant bore orifice dapat dilihat pada gambar di bawah. Radius

“R” merupakan fungsi dari β. Ketebalan orifice sebanding dengan kuadran radius

“R”.

Gambar 2.5 Quadrant bore orifice

2.2.5 Segmental Orifice

Segmental orifice didesain untuk fluida dengan kandungan sedimen yang

tinggi. Profil dari lubang segmental orifice dapat dilihat pada gambar di bawah.

Diameter “D” bagian bawah hampir lurus (98%) dengan diameter dalam dari pipa.

“H” merupakan tinggi dari lingkaran lubang. Rasio β merupakan diameter lubang

“D” dibagi dengan diameter dalam dari pipa. Segmental orifice merupakan jenis

orifice yang paling sulit dalam proses manufaktur,diperlukan proses finishing secara

manual.

9

Gambar 2.6 Segmental orifice

2.2.6 Restriction Orifice

Tujuan dari instalasi Restriction orifice adalah untuk menghasilkan presure

drop yang besar. Restriction orifice biasanya ditunjukkan dengan “RO” atau “FO”.

Restriction orifice dapat menghasilkan pressure drop sampai 50 % untuk fluida gas.

Profil lubang Restriction orifice berbeda dengan orifice yang lain (lihat gambar di

bawah). Profil lubangnya lurus sehingga tekanan yang hilang secara pemanen cukup

besar akibatnya perbedaan tekanan upstream dan tekanan downstream cukup

mencolok.

Gambar 2.7 Restriction orifice

10

Profil tekanan suatu fluida yang melewati orifice flowmeter dan restriction

orifice dapat dilihat pada gambar di bawah ini,

Gambar 2.8 Perbandingan Pressure loss orifice flowmeter dan restriction

Dari gambar di atas tampak bahwa terjadi pressure loss yang lebih besar pada

restriction orifice dibandingkan dengan orifice flowmeter.

2.3 Prinsip Kerja Orifice

2.3.1 Prinsip dan Persamaan Dasar

Orifice merupakan alat untuk mengukur laju aliran dengan prinsip beda

tekanan atau disebut juga Bernoulli’s principle yang mengatakan bahwa terdapat

hubungan antara tekanan fluida dan kecepatan fuida. Jika kecepatan meningkat,

tekanan akan menurun begitu pula sebaliknya.

Pada dasarnya orifice berupa plat tipis dengan lubang di bagian tertentu

(umumnya di tengah). Fluida yang mengalir melalui pipa ketika sampai pada orifice

akan dipaksa untuk melewati lubang pada orifice. Hal itu menyebabkan terjadinya

11

perubahan kecepatan dan tekanan. Titik dimana terjadi kecepatan maksimum dan

tekanan minimum disebut vena contracta. Setelah melewati vena contracta

kecepatan dan tekanan akan mengalami perubahan lagi. Dengan mengetahui

perbedaan tekanan pada pipa normal dan tekanan pada vena contracta, laju aliran

volume dan laju aliran massa dapat diperoleh dengan persamaan Bernoulli. Skema

prinsip kerja orifice dapat dilihat pada Gambar 4.9.

Gambar 2.9 Prinsip Kerja Orifice

Keterangan :

P1 = tekanan upstream

P2 = tekanan downstream (pada vena contracta)

P3 = tekanan setelah terjadi pemulihan (setelah melewati vena contracta)

D = diameter dalam pipa

d = diameter orifice

3 2

1

P1 P2

D d Vena contracta

P3 Orifice Pipa

12

1. Persamaan Bernoulli

P1 + ρv1

2

2+ ρgh1 = P2 +

ρv22

2+ ρgh2

Karena aliran steam pada pipa horisontal maka h1 = h2, sehingga,

P1 − P2

ρg=

v22

2g−

v12

2g

Misalkan, h =P1−P2

ρg

maka, h =v2

2

2g−

v12

2g

2. Persamaan Kontinuitas

a1v1 = a2 v2

v1 =a2

a1

v2

v12 =

a2 2

a12 v2

2

Subtitusi pesamaan (2) ke persamaan (1),

h =v2

2

2g−

a2 2

a12

xv2

2

2g

=v2

2

2g(1 −

a2 2

a12

)

=v2

2

2g(

a12 a2

2

a12

)

v22 = 2gh (

a12

a12 a2

2)

v2 = √2gh (a1

√a12 a2

2)

(1)

(2)

(3)

13

3. Menghitung laju aliran volume

V = a2 v2

Substitusi persamaan (3) ke (4), maka,

V =a2 a1

√a12 a2

2√2gh

Untuk meyederhanakan maka dibagi dengan a1

a1, sehingga laju aliran volume

menjadi,

V =a2

√1 − a2

2

a12

√2gh

Substitusikan h =P1−P2

ρg ke persamaan (5)sehingga menjadi,

V =a2

√1 − a2

2

a12

√2g( P1 − P2)

ρg

V =a2

√1 − a2

2

a12

√2(∆P)

ρ

2.3.2 Aliran Inkompresibel Melewati Orifice

Persamaan (6) merupakan persamaan untuk menghitung laju aliran volume

secara teoritik dimana aliran dianggap laminar sempurna dan inviscid (viskositasnya

nol). Akan tetapi dalam kondisi nyata akan muncul pengaruh viskositas dan

turbulensi. Untuk menghitung pengaruh dari kedua faktor tersebut maka

diperkenalkan coefficient of discharge Cd.

Untuk aliran yang melewati orifice, nilai dari Cd tergantung pada bilangan

Reynolds (Re) dan rasio diameter orifice dan diameter dalam dari pipa (β).

(5)

(6)

(4)

14

Bilangan Reynolds (Re) dirumuskan sebagai berikut,

Re =ρvD

μ=

4m

πμD

Nilai Cd dapat diperoleh dengan persamaan,

Cd = 0.5959 + 0.0312β2.1 − 0.184β8 +91.71β2.5

Re0.75

Persamaan tersebut dapat digambarkan alam bentuk grafik pada Gambar

2.10.

Gambar 2.10 Diagram Coefficient of Discharge (Cd)

15

Untuk bilangan Reynold yang besar nilai Cd standar yang sering dipakai

adalah 0.6. Akan tetapi, untuk bilangan Reynold kecil perubahan nilai Cd cukup

signifikan.

Dengan memperhitungkan coefficient of discharge maka persamaan (6) akan

menjadi,

Vactual =Cda0

√1 − a0

2

a12

√2(∆P)

ρ

Dengan a0

2

a12 =

d4

D4 maka persamaan menjadi,

Vactual =Cda0

√1 −d4

D4

√2(∆P)

ρ

Diketahui bahwa rasio diameter β =d

D persamaan menjadi,

V = Cda0 √2(∆P)

ρ(1−β4)

1

√(1−β4)

merupakan velocity of approach factor. Coefficient of discharge dan

velocity of approach factor sering dikombinasikan ke dalam satu koefisien yang

disebut flow coefficient K.

K = Cd

√(1−β4)

(8)

(7)

16

Nilai K juga dapat diperoleh dari grafik pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Diagram Koefisien Orifice (K)

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa untuk bilangan Reynold Re > 105 nilai

K tidak mengalami perubahan yang signifikan (dinggap konstan). Akan tetapi, untuk

bilangan Reynold kecil terjadi perubahan nilai K yang besar.

Dengan memasukkan persamaan (8) ke persamaan (7), maka persamaan

untuk mencari laju aliran volume dapat disedehanakan menjadi,

V = Ka0 √2(∆P)

ρ

Sedangkan untuk menghitung laju aliran massa adalah sebagai berikut,

m = ρ V

(9)

(10)

17

Dengan substitusi persamaan (7) ke persamaan (10) maka laju aliran massa

menjadi,

m = Cda0 √2ρ(∆P)

(1−β4)

Atau dengan substitusi persamaan (9) ke persamaan (10) maka laju aliran

massa menjadi,

m = Ka0 √2ρ(∆P)

2.3.3 Aliran Kompresibel Melewati Orifice

Persamaan (7), (9), (11), dan (12) merupakan persamaan untuk menghitung

laju aliran inkompresibel yang melewati orifice. Sedangkan untuk aliran kompresibel

ada faktor lain yang berpengaruh yaitu faktor kompresibilitas yang dilambangankan

dengan Y. Faktor kompresibilitas ini muncul karena adanya perubahan densitas

fluida.

Persamaan untuk faktor kompresibilitas adalah,

𝑌 = 1 − (0.41 + 0.35𝛽4)∆𝑃

𝜒𝑃1

Untuk aliran kompresibel yang melewati orifice laju aliran volumenya

menjadi,

�� = 𝐶𝑑𝑌𝑎0 √2(∆𝑃)

𝜌(1 − 𝛽4)

Atau,

�� = 𝐾𝑌𝑎0 √2(∆𝑃)

𝜌

(11)

(12)

18

Sedangkan untuk persamaan laju aliran massanya menjadi,

�� = 𝐶𝑑𝑌𝑎0 √2𝜌(∆𝑃)

(1 − 𝛽4)

Atau,

�� = 𝐾𝑌𝑎0 √2𝜌(∆𝑃)

Keterangan :

V = Laju aliran Volume ( m3/s)

m = Laju aliran massa (Kg/s)

P1 = tekanan upstream (Bar,Pa)

P2 = tekanan downstream (pada vena contracta) (Bar,Pa)

ΔP = Beda Tekanan (N/ m2)

d = Diameter Orifice (m)

D = Diameter dalam Pipa (m)

a0 = Luas Penampang orifice (m2)

a1 = Luas penampang pipa (m2)

ρ = massa jenis (Kg/ m3)

K = Flow Coefficient

Cd = Coefficient of Discharge

v = kecepatan fluida (m/s)

μ = viskositas fluida (kg/ms)

Y = faktor kompresibilitas

χ = isentropic coefficient (untuk gas ideal=1.4)

19

2.3.4 Permanent Pressure Loss

Pemasangan orifice akan menimbulkan terjadinya tekanan yang hilang secara

permanen ( permanent pressure loss ). Besarnya permanen pressure loss dipengaruhi

oleh rasio diameter orifice terhadap dimeter dalam pipa (β). Dari grafik pada Gambar

2.12 dapat diketahui besarnya permanent pressure loss.

Gambar 2.12 Permanent Pressure Loss

Dari grafik di atas dapat dilihat besarnya permanent pressure loss dalam %

beda tekanan (∆P) untuk beberapa nilai β.

20

BAB III PERANCANGAN ORIFICE

Proses pembuatan orifice plate dijelaskan pada tabel berikut ini.

Tabel 3.1 Langkah Pembuatan Quadran Edge Orifice Plat

LANGKAH PEMBUATAN QUADRAN EDGE ORIFICE PLAT

(Satuan dalam mm)

GAMBAR ALAT LANGKAH KERJA

1. Mesin bubut 2. Pahat bubut luar

3. Meteran

1. Siapkan mesin bubut. 2. Ukur benda kerja.

3. Pasang benda kerja pada mesin bubut.

4. Lakukan pembubutan muka

sampai didapat ukuran tebal 5mm.

5. Setelah itu lakukan pembubutan untuk mendapatkan diameter

lingkaran plat ∅ 68,34.

21

1. Mesin bubut 2. Center bor

3. Bor diameter 5, 10, 29, 30, 34, reamer

4. Meteran

1. Pasang center bor pada pencekam.

2. Lakukan boring kecil dengan RPM tinggi min 800 rpm untuk mendapatkan titik awal

pengeboran. 3. Lepas center bor ganti dengan

bor ∅5 𝑚𝑚, lakukan drilling. 4. Setelah itu lakukan proses

drilling bertahap sampai didapat ukuran 34 mm,

adapun ukuran tahapan bornya adalah ∅5, 10,20,30,34.

5. Lakukan reamer untuk mendapatkan ukuran ∅34,17.

1. Mesin bubut

2. Pahat bubut dalam

3. Meteran

1. Untuk melakukan pembubutan

tirus eretan atas dimiringkan sebesar 𝛼 = 45𝑜.

2. Setting pahat pada center benda kerja dengan kedalaman

1,5 mm. 3. Jalankan pahat sepanjang

19,955 mm dengan

perhitungan 42 ,9

2− 1,5 dalam

mm.

22

1. Mesin bubut 2. Pahat bubut

radius dalam ukuran ∅3,5 𝑚𝑚

3. Meteran

1. Untuk mendapatkan pembubutan radius ada 2 cara.

a. Dengan menggunakan pahat radius.

b. Dengan menggerakkan eretan

memanjang dan melintang secara bersamaan, namun cara

ini susah dilakukan. 2. Jika kita pakai langkah A

maka, setting pahat pada titik

ujung lubang drilling 3. Jalankan sepanjang 3,5 mm

kedepan sehingga membentuk radius 3,5 mm

Table 3.2 Langkah Pembuatan Conical Entrance Orifice Plat

LANGKAH PEMBUATAN CONICAL ENTRANCE ORIFICE PLAT

(Satuan dalam mm)

GAMBAR ALAT LANGKAH KERJA

1. Mesin bubut 2. Pahat bubut luar

3. Meteran

1. Siapkan mesin bubut.

2. Ukur benda kerja 3. Pasang benda kerja

pada mesin bubut.

4. Lakukan pembubutan muka

sampai didapat ukuran tebal 5mm.

5. Setelah itu lakukan

pembubutan untuk mendapatkan

diameter lingkaran plat ∅ 68,12.

23

1. Mesin bubut 2. Center bor

3. Bor diameter 5, 10, 29, 30, 34, reamer

4. Meteran

6. Pasang center bor pada pencekam.

7. Lakukan boring kecil dengan RPM tinggi min 800 rpm

untuk mendapatkan titik awal

.pengeboran. 8. Lepas center bor

ganti dengan bor

∅5 𝑚𝑚, lakukan

drilling. 9. Setelah itu lakukan

proses drilling

bertahap sampai didapat ukuran 34

mm, adapun ukuran tahapan bornya adalah

∅5, 10, 20,30,34.

10. Lakukan reamer untuk mendapatkan ukuran ∅34,060.

1. Pahat bubut dalam profile flat

1. Setting pahat bubut dalam dengan pada

center benda kerja. 2. Masukkan sedalam 1

mm.

3. Jalankan pahat bubut sepanjang 17,26 mm.

24

1. Pahat bubut dalam 1. Untuk melakukan pembubutan tirus

eretan atas dimiringkan sebesar 𝛼 = 45𝑜.

2. Balik benda kerja

3. Setting pahat pada center benda kerja dengan kedalaman 3

mm. Jalankan pahat sepanjang 16,8 mm

dengan perhitungan 39,6

2− 3 = 16,8

4. Pahat kuat sampai kedalaman 3 mm

karena hanya bekerja seperti champer dalam.

25

BAB IV PERHITUNGAN HASIL PENGUJIAN

4.1 Prosedur Pengujian Orifice

Pada pengujian kedua orifice plate ini, kami memasangnya pada saluran inlet karburator

sebuah mesin diesel, kemudian mesin diesel dioperasikan sehingga karburator

menghisap udara melewati flow meter yang berupa orifice yang telah kami pasang.

Setelah mesin dijalankan, diamati nilai tekanan pada daerah sebelum orifice dan tekana

outlet setelah melewati orifice.

Dalam pengambilan data tekanan kami menggunakan manometer, sehingga satuan

tekanan masih dalam mmH20, dan kemudian dikonversi kegalam N/m2 agar dapat

digunakan dalam perhitungan. Pulse meter sensor digunakan untuk mengukur kecepatan

putaran mesin, satuan dalam rpm.

4.2 Data Hasil Pengujian

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Quadrant Edge Orifice Plate

a. Quadrant Edge Orifice Plate

v rpm P1 P1 P2 P2

∆P I II III rata2 I II III rata2

2.6 1250 12.4 12.4 12.4 12.4 12.3 12.3 12.3 12.3 0.1

2.8 1500 12.4 12.4 12.4 12.4 12.3 12.3 12.3 12.3 0.1

3.2 1750 12.4 12.4 12.4 12.4 12.3 12.3 12.2 12.3 0.1

3.9 2000 12.5 12.4 12.4 12.4 12.4 12.3 12.2 12.3 0.1

5.9 2250 12.5 12.5 12.5 12.5 12.4 12.3 12.2 12.3 0.2

6.5 2500 12.5 12.5 12.5 12.5 12.3 12.3 12.2 12.3 0.2

6.6 2750 12.5 12.5 12.5 12.5 12.2 12.2 12.2 12.2 0.3

7.4 3000 12.5 12.5 12.5 12.5 12.2 12.2 12.1 12.2 0.3

7.8 3250 12.5 12.5 12.6 12.5 12.2 12.2 12.1 12.2 0.4

8.4 3500 12.6 12.6 12.6 12.6 12.1 12.1 12.0 12.1 0.5

26

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Conical Entrance Orifice Plate

b. Conical Entrance Orifice Plate

v rpm p1 p1 p2 p2

∆P I II III rata2 I II III rata2

2.6 1250 12.4 12.5 12.5 12.5 12.3 12.4 12.4 12.4 0.1

2.8 1500 12.4 12.5 12.5 12.5 12.3 12.4 12.4 12.4 0.1

3.2 1750 12.4 12.5 12.5 12.5 12.3 12.4 12.4 12.4 0.1

3.9 2000 12.5 12.5 12.5 12.5 12.3 12.3 12.4 12.3 0.2

5.9 2250 12.5 12.5 12.6 12.5 12.2 12.3 12.3 12.3 0.3

6.5 2500 12.5 12.6 12.6 12.6 12.2 12.2 12.3 12.2 0.3

6.6 2750 12.5 12.7 12.7 12.6 12.2 12.2 12.3 12.2 0.4

7.4 3000 12.6 12.7 12.7 12.7 12.2 12.2 12.2 12.2 0.5

7.8 3250 12.6 12.8 12.7 12.7 12.1 12.1 12.2 12.1 0.6

8.4 3500 12.7 12.8 12.8 12.8 11.9 12 12.1 12.0 0.8

4.3 Pengolahan Data

Setelah didapatkan data-data hasil pengujian, maka dilakukan penghitungan

untuk menemukan laju aliran massa yang melewati kedua orifice tersebut.

Perhitungan sampel adalah pada Conical Entrance Orifice Plate putaran 1250 rpm.

Menghitung bilangan Reynold (Re):

𝑅𝑒 =𝜌𝑣𝐷

𝜇=

(1.225 𝑘𝑔 𝑚3).(2.6 𝑚 𝑠⁄ )(0.06834 𝑚)⁄

1.7894 × 10−5 𝑘𝑔 𝑚𝑠⁄= 12159.94

Menghitung koefisien discharge (Cd):

𝐶𝑑 = 0.5959 + 0.0312𝛽2.1 − 0.184𝛽8 +91.71𝛽2.5

𝑅𝑒0.75

= 0.5959 + 0.0312(0.5)2.1 − 0.184(0.5)8 +91.71(0.5)2.5

(12159.94)0.75 = 0.6

Menghitung faktor kompresibilitas (Y):

27

𝑌 = 1 − (0.41 + 0.35𝛽4)∆𝑃

𝜒𝑃1= 1 − (0.41 + 0.35(0.5) 4)

0.1

(1.4)(12.4)= 1

Menghitung laju aliran massa (��):

�� = 𝐶𝑑𝑌𝑎0 √2𝜌(∆𝑃)

(1 − 𝛽4)= (0.6)(1)(0.00092)√

2(1.225)(0.1)

(1 − 0.54)= 0.000283 𝑘𝑔 𝑠⁄

Perhitungan laju aliran massa yang pada berbagai putaran:

Table 4.3 Perhitungan Laju Aliran Massa Quadrant Edge Orifice Plate

Quadrant Edge Orifice Plate

v rpm p1 p2 ∆P Y Re Cd laju

aliran massa

2.6 1250 12.4 12.3 0.1 1.00 12159.94 0.6 0.000283

2.8 1500 12.4 12.3 0.1 1.00 13095.32 0.6 0.000283

3.2 1750 12.4 12.3 0.1 1.00 14966.08 0.6 0.000283

3.9 2000 12.4 12.3 0.1 1.00 18239.91 0.6 0.000283

5.9 2250 12.5 12.3 0.2 1.00 27593.71 0.6 0.000399

6.5 2500 12.5 12.3 0.2 1.00 30399.85 0.6 0.000399

6.6 2750 12.5 12.2 0.3 0.99 30867.54 0.6 0.000487

7.4 3000 12.5 12.2 0.3 0.99 34609.06 0.6 0.000487

7.8 3250 12.6 12.2 0.4 0.99 36479.82 0.6 0.000561

8.4 3500 12.6 12.1 0.5 0.99 39285.96 0.6 0.000626

28

Table 4.4 Perhitungan Laju Aliran Massa Conical Entrance orifice Plate

Conical Entrance orifice Plate

v putaran p1 p2 ∆P Y Re Cd Laju

aliran massa

2.6 1250 12.5 12.4 0.1 1.00 12159.94 0.6 0.000283

2.8 1500 12.5 12.4 0.1 1.00 13095.32 0.6 0.000283

3.2 1750 12.5 12.4 0.1 1.00 14966.08 0.6 0.000283

3.9 2000 12.5 12.3 0.2 1.00 18239.91 0.6 0.000364

5.9 2250 12.5 12.3 0.3 0.99 27593.71 0.6 0.000460

6.5 2500 12.6 12.2 0.3 0.99 30399.85 0.6 0.000513

6.6 2750 12.6 12.2 0.4 0.99 30867.54 0.6 0.000561

7.4 3000 12.7 12.2 0.5 0.99 34609.06 0.6 0.000605

7.8 3250 12.7 12.1 0.6 0.99 36479.82 0.6 0.000665

8.4 3500 12.8 12.0 0.8 0.98 39285.96 0.6 0.000770

29

Grafik perbandingan putaran mesin dengan laju aliran massa yang melewati orifice:

Gambar 4.1 Grafik perbandingan putaran mesin dengan laju aliran massa yang melewati orifice

Pada grafik terlihat, makin besar putaran mesin, maka makin besar pula laju aliran

massanya, hal ini disebab oleh mesin membutuhkan pasokan udara yang lebih banyak

sebanding dengan semakin besarnya putaran yang dihasilkan.

Laju aliran massa yang melewati Conical Entrance Orifice Plate lebih besar dibanding

dibanding dengan yang melewati Quadrant Edge Orifice Plate, ini disebabkan penurunan

tekanan yang disebabkan oleh Quadrant Edge Orifice Plate lebih besar dibanding dengan

Conical Entrance Orifice.

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500

Laju

Alir

an M

assa

Putaran (rpm)

Perbandingan Putaran dengan Laju Aliran Massa

Quadrant

Conical

30

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan data pengujian dapat disimpulkan :

a. Semakin tinggi rpm yang digunakan terjadi peningkatan kecepatan udara

yang masuk melalui kedua orifice baik orifice tipe Quadrant maupun tipe

Conical.

b. Semakin tinggi kecepatan yang disebabkan oleh tingginya rpm yang masuk

melalui Orifice terjadi peningkatan tekanan pada sisi masuk ( P1 ) dan

terjadi penurunan tekanan pada sisi keluar ( P2 ).

c. Terjadi peningkatan nilai laju aliran massa yang dihasilkan seiring dengan

bertambahnya rpm.

d. Pada orifice tipe Quadrant, laju aliran massa lebih kecil dibanding laju aliran

yang melewati orifice tipe Conical.

5.2 Saran

Berdasarkan pengamatan dan proses yang telah kami lakukan, dapat kami

sarankan:

a. Sebaiknya perancang, mendesain orifice plate sesuai dengan kebutuhan yang

diinginkan, sesuai dengan karakteristik aliran dan karakteristik fluida,

sehingga pengukuran yang di dapat lebih akurat.

b. Simulasi aliran yang melalui orifice dengan menggunakan bantuan software

CFD akan sangat membantu mempermudah perancangan orifice plat yang

efisien.