Laporan POT Modul 1

LAPORAN AKHIR UOP

KELOMPOK 1

Adinda Putri Wisman (1006661185)

Anissa Permatadietha Ardiellaputri (1006661203)

Citta Devi Guntari (1006661222)

Eka Nurin Sharfina Irianto (1006661235)

Felita (1006661241)

TEKNOLOGI BIOPROSES

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, 2012

LAPORAN POT I : SIRKUIT FLUIDA

KELOMPOK 1

Teknologi Bioproses, 2010

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan Umum

1. Mempelajari sifat – sifat aliran fluida dalam beberapa jenis ukuran pipa

2. Memperoleh pengertian tentang perubahan tekanan yang terjadi dalam aliran fluida

3. Mempelajari karakteristik tekanan alat pengukur flow rate

1.2. Dasar Teori

1.2.1. Definisi Fluida

Fluida merupakan suatu zat yang mempunyai kemampuan berubah secara kontinyu

apabila mengalami geseran atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser sekecil apapun.

Fluida terbagi menjadi dua tipe yaitu fluida gas dan fluida cair.

1.2.2. Sifat-Sifat Fluida

Ada beberapa sifat fluida yang berpengaruh pada mekanika fluida. Berikut adalah

beberapa sifat fluida yang diperhatikan.

a) Densitas

Densitas ( ) adalah ukuran konsentrasi massa zat cair dan dinyatakan dalam

bentuk massa (m) per satuan volume (v)

dimana;

m = massa (kg)

V = volume (m3)

Rapat massa jenis air pada suhu 4oC dan pada tekanan atmosfer (Patm)

adalah 1000 kg/m3.

b) Spesific weight

Berat jenis (γ) adalah berat benda persatuan volume pada temperatur dan

tekanan tertentu, dan berat suatu benda merupakan hasil kali antara rapat massa ( )

dan percepatan gravitasi (g).

(1)

(2)


KELOMPOK 1


2

dimana;

= berat jenis (N/m3)

= rapat massa (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

c) Specify volume

Volume spesifik merupakan volume udara campuran atau juga dapat

didefinisikan sebagai kebalikan densitas, , yaitu volume per satuan massa.

Seperti halnya densitas, volume spesifik merupakan sifat intensif dan dapat berbeda

dari satu titik ke titik yang lain. Satuan SI untuk densitas adalah kg/m3 dan volume

spesifik adalah m3/kg. Namun demikian seringkali densitas dan volume spesifik

dituliskan masing-masing sebagai g/cm3 dan volume spesifik adalah cm

3/g. Satuan

lainnya yang digunakan (satuan Inggris) adalah lb/ft3

dan ft3/lb. Secara matematis;

d) Specific gravity

Specific gravity adalah ukuran kerapatan relatif terhadap kerapatan zat yang

dijadikan acuan, biasanya yang dijadikan acuan adalah kerapatan air pada suhu 4°C.

e) Kompresibilitas

Kompresibilitas/ kemampatan adalah perubahan volume karena adanya

perubahan (penambahan) tekanan, yang ditunjukkan oleh perbandingan antara

perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal. Perbandingan

tersebut dikenal sebagai modulus bulk (k).

Persamaan di atas setara dengan;

(3)

(4)

(5)

(6)


KELOMPOK 1


3

Perbedaan kedua persamaan diatas adalah terletak pada tanda koefisien.

Koefisien persamaan Modulus Bulk yang menggunakan data perubahan densitas

bernilai positif karena semakin besar gaya tekan yang didapat maka fluida akan

semakin padat atau densitasnya naik. Sedangkan koefisien persamaan Modulus Bulk

yang menggunakan data perubahan volume bernilai negatif karena semakin besar

gaya tekan yang di dapat fluida akan mengalami pengurangan volume.

Dari hasil nilai modulus yang kita dapat, maka dapat kita analisis bahwa

semakin besar nilai Modulus Bulk, maka hal ini menunjukan bahwa fluida tersebut

relatif tidak mampu mampat atau cenderung incompresible. Tidak mampu mampat

artinya dibutuhkan perubahan tekanan yang besar untuk menghasilkan perubahan

volume yang kecil. Contoh fluida yang memiliki Modulus Bulk yang besar adalah air

(2,1 x 109

N/m,). Dibutuhkan tekanan sebesar 210 atm hanya untuk memampatkan

volume air sebesar 1%.

f) Viskositas

Kekentalan (viscosity) dari suatu cairan adalah salah satu sifat cairan yang

menentukan besarnya perlawanan terhadap tegangan geser. Kekentalan dinamik (μ)

adalah perbandingan antara tegangan geser (τ) dan gradien kecepatan .

g) Viskositas kinematik

Kekentalan kinematik (kinematic viscosity) v adalah kekentalan dinamik

dibagi dengan densitas

1.2.3. Aliran Laminer dan Turbulen

Apabila suatu fluida mengalir dalam suatu saluran dengan kecepatan yang cukup

kecil, maka aliran akan terlihat berlapis – lapis yang bergerak secara sliding relatif terhadap

lapisan didekatnya. Aliran ini disebut dengan aliran laminar. Aliran laminer memiliki Re <

2000. Sedangkan apabila kecepatan dari aliran fluida diperbesar maka gerakan partikel fluida

itu semakin acak hingga pada suatu keadaan tertentu terbentuk pusaran – pusaran arus (eddy

(7)

(8)


KELOMPOK 1


4

current). Aliran semacam ini disebut aliran turbulen. Aliran turbulen memiliki Re > 4000.

Pada suatu kecepatan dimana aliran tak laminar dan tak juga turbulen disebut keadaan transisi

dengan 2000 < Re < 4000.

Gambar 1.1 Aliran Laminer dan Turbulen

(Sumber. Anonim. (2003). Liquid Flowmeters. http://www.omega.ca/techref/flowcontrol.html (diakses pada 26

Oktober 2012, pukul 23.16)

1.2.4. Gradien Kecepatan

Pada gambar 1.2 dibawah ini terlihat bahwa 2 buah pelat parallel dengan luas A,

berjarak y, diantara kedua pelat tersebut terdapat fluida. Pada pelat bagian bawah, dibuat

diam., sedangkan pelat atasnya ditarik oleh gaya F. sehingga bergerak dengan kecepatan u.

Gambar 1.2 Gradien kecepatan fluida diantara dua plat paralel

(Sumber. Anonim. (2002). Surface tension and velocity. http://www.cci.net.au/conqchem/PCmod3text.htm

diakses pada 26 Oktober 2012, pukul 23.32)

Adanya gaya kohesi menyebabkan fluida ikut bergerak searah F. Apabila jarak y

cukup kecil, fluida sekan bergerak secara berlapis – lapis dengan kecepatan berbeda atau

dapat dikatakan terdapat gradien kecepatan. Dari eksperimen didapatkan bahwa;

u

(9)


KELOMPOK 1


5

Apabila u/y diganti dengan gradien kecepatan du/dy, akan diperoleh;

Dimana adalah tegangan geser (shear stress). Hubungan antara dan du/dy menunjukkan

sifat reologi fluida seperti terlihat pada gambar 1.3 berikut;

Gambar 1.3 Hubungan tegangan geser dengan gradien kecepatan

(Sumber. Anonim. (_). Pump and Pum System Glossary.

http://www.pumpfundamentals.com/pump_glossary.htm diakses pada 26 Oktober 2012, 23.42)

Pada gradik diatas, hubungan yang paling sederhana ditunjukkan oleh kurva A. Fluida

yang mengikuti kurva A disebut fluida Newtonian dimana bentuk persamaannya adalah :

μ adalah koefisien viskositas atau viskositas dinamik atau viskositas absolut. Fluida

yang tidak mengikuti kurva A disebut fluida Non-newtonian. Fluida Non-newtonian

mempunyai tiga sub, yaitu :

a. Fluida dimana tegangan geser hanya bergantung pada gradient kecepatan saja, dan

walaupun hubungan antara tegangan geser dan gradien kecepatan tidak linear,

namun tidak tergantung waktu pada waktu setelah fluida menggeser

b. Fluida dimana tegangan geser tidak hanya bergantung pada gradien kecepatan,

tetapi bergantung pula pada waktu cairan menggeser atau pada kondisi sebelumnya.

c. Fluida viscous-elastis yang menunjukkan karakteristik dari zat padat elastic dan

fluida viscous.

(10)

(11)

A


KELOMPOK 1


6

1.2.5. Bilangan Reynold

Dalam fluida yang mengalir terdapat gaya-gaya yang bekerja antara lain gaya

gravitasi, gaya tekanan, gaya viskositas, gaya inersia, dan gaya tegang permukaan. Untuk

aliran fluida yang mengalir melalui saluran yang terisi penuh, gaya-gaya yang paling

berpengaruh adalah gaya inersia dan gaya viskositas. Perbandingan antara gaya inersia

terhadap gaya viskositas ini disebut bilangan Reynold. Untuk saluran berbentuk pipa,

bilangan Reynold adalah :

dimana,

Re = bilangan reynold

D = diameter pipa

= densitas fluida

μ = viskositas absolut

dimana nilai kecepatan aliran dapat dicari dengan :

Dengan mensubstitusikan persamaan (13) ke persamaan (12) maka akan di dapat bilangan

Reynold;

Dimana nilai Reynold yang didapat, dapat digunakan untuk menentukan apakah

aliran suatu fluida laminar atau turbulen, seperti yang telah dijelaskan pada subbab aliran

laminar dan turbulen sebelumnya.

1.2.6. Energi Fluida

Pada fluida yang mengalir terdapat 3 bentuk energi :

1. Energi potensial

Energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena ketinggian 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)

(13)

(14)


KELOMPOK 1


7

Pada fluida yang mengalir akan terdapat kehilangan energi yang disebabkan oleh

gesekan yang terjadi antara fluida dengan permukaan pipa. Hubungan antara energi-energi

diatas dapat membentuk persamaan energi mekanik.

1.2.7. Kehilangan Energi 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 mekanik sehingga tekanan di downstream menjadi

berkurang. Besarnya kehilangan energi karena friksi menurut persamaan Darcy-Weisbach

Faktor friksi dari eksperimen dapat pula dicari dengan persamaan Darcy – Weisbach,

sebagai berikut :

Friction Loss dari eksperimen dapat dicari dengan menggunakan feksperimen. Pada

pipa,

dimana;

hL = head loss

f = faktor friksi

L = panjang pipa

D = diameter dalam pipa

V = laju alir volume

gc = konstanta konversi

1.2.8. Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold

Hagen – poiseuille melalui eksperimennya mengenai aliran laminer pada pipa

menemukan hubungan sebagai berikut :

Bila persamaan dapat disusun kembali,

(15)

(16)

(17)

(18)


KELOMPOK 1


8

Persamaan (21) menunjukkan hubungan linear antara f dan Re pada aliran laminer,

pada dasarnya kehilangan energi pada aliran laminar 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 disamping bergantung pada Re juga pada

kekasaran permukaan pipa.

ε/D adalah kekasaran relatif, yaitu perbandingan antara tingginya tonjolan – tonjolan

dipermukaan bagian dalam pipa terhadap diameter dalam pipa. Hubungan antara f dan Re dan

ε/D dapat diperoleh dari chart standard yang disebut friction factor chart (Diagram Moody)

Gambar 1.4 Friction Flow Chart

(Sumber. Anonim. (2012). Friction Flow Calculations. http://www.pipeflow.com/pipe-pressure-drop-

calculations/pipe-friction-factors diakses pada 27 Oktober 2012, pukul 00.07)

(19)

(20)

(21)

(22)


KELOMPOK 1


9

1.2.9. Profil Aliran Kecepatan Fluida dalam Pipa

Pada aliran fluida di dalam pipa, partikel – partikel fluida bergerak dengan kecepatan

yang berbeda. Pada partikel yang berada berdekatan dengan dinding pipa mempunyai

kecepaatan yang lebih rendah dibanding partikel yang terletak dibagian tengah pipa dimana

kecepatannya maksimum. Hal ini disebabkan karena perubahan momentum dan gesekan-

gesekan yang terjadi di tiap lapisan. Untuk aliran laminar lapisan – lapisan fluida terdapat

dari dinding pipa sampai sumbu pipa (center line) sehingga profil kecepatan partikel-partikel

fluida berbentuk parabola.

Semakin besar bilangan Reynold makan momentum yang berpindah antar lapisan

fluida semakin besar. Kenaikan bilangan Reynold sampai melewati batas kritisnya akan

menyebabkan aliran berubah menjadi aliran turbulen dan terjadi dua regional aliran, yaitu

daerah laminar dekat dinding pipa dan daerah turbulen mulai dari batas daerah aliran laminer

hingga sumbu pipa. Akhirnya profil kecepatan aliran tidak parabola lagi seperti pada gambar

dibawah.

Gambar 1.5 Profil Aliran Kecepatan Fluida dalam Pipa (Laminer dan Turbulen)

(Sumber. Anonim. (_). Flow Velocity Profiles. http://nuclearpowertraining.tpub.com/h1012v3/css/

h1012v3_40.htm diakses pada 27 Oktober 2012, pukul 00.16)

Daerah laminer akan semakin tipis dengan kenaikan bilangan Reynold dan semakin

mempunyai arti dibandingkan dengan kekasaran dinding pipa. Itulah sebabnya faktor friksi


KELOMPOK 1


10

pada aliran laminer hanya bergantung pada bilangan Reynold dan semakin bergantung pada

kekasaran dinding pipa untuk aliran turbulen.

1.2.10. Kehilangan Energi pada Fitiing

Kehilangan energi pada fitting secara umum dapat digambarkan dengan persamaan :

dimana,

Jika nilai k, pada persamaan (24) di substitusikan ke persamaan (23) akan

menghasilkan :

Kemudian persamaan (25) disusun ulang, akan diperoleh nilai Le sebagai berikut :

Dengan Le merupakan panjang ekivalen dari fitting. Berikut adalah tabel tipe- tipe fitting dan

panjang ekivalennya.

Tabel 1.1 Panjang Ekivalen untuk berbagai Jenis Fitting

Type of fitting Equivalent length L/D

(dimensionless)

Globe valve, wide open 340

Angle valve, wide open 145

Gate valve, wide open 113

Check valve (swing type) 135

90o standar elbow 30

45o standar elbow 16

90o long-radius elbow 20

1.2.11. Pengukuran Flowrate

Jenis alat ukur aliran fluida yang paling banyak digunakan diantaranya alat ukur

lainnya adalah alat ukut fluida jenis aliran fluida. Hal ini dikarenakan oleh konstruksinya

yang sederhana dan pemasangannya yang mudah. Ada beberapa jenis alat untuk mengukur

(23)

(24)

(25)

(26)


KELOMPOK 1


11

laju suatu fluida. Beberapa alat yang biasa digunakan diantaranya yaitu venturi flow meter

dan orifice flow meter.

Pada dasarnya prinsip kerja dari kedua alat ukur ini adalah sama yaitu bila aliran

fluida yang mengalir melalui alat ukut ini mengalir maka akan terjadi perbedaan tekanan

sebelum dan sesudah alat ini. Beda tekanan menjadi besar bila laju alir yang diberikan kepada

alat ini bertambah

1.2.11.1. Venturi Flowmeter

Alat pengukur flowmeter ini terbentuk dari bagian masuk yang mempunyai flens,

yang terdiri dari bagian pendek berbentuk silinder dan kerucut terpotong. Bagian leher

yang berflens dan bagian keluar juga berflens yang terdiri dari kerucut yang terpotong

yang panjang. Dalam venturimeter, kecepatan fluida bertambah dan tekanannya berkurang

di dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan di dalam kerucut hulu itu lalu

dimanfaatkan untuk mengukur laju aliran yang melalui instrument itu. Kecepatan fluida

kemudian berkurang lagi dan sebagian besar tekanan awalnya kembali pulih di dalam

kerucut sebelah hilir. Agar pemulihan lapisan batas dapat dan gesekan menjadi minimum.

Oleh karena itu pada bagian penampungnya mengecil tidak ada pemisahan, maka kerucut

hulu dapat dibuat lebih pendek daripada kerucut hilir. Gesekan di daerah ini pun kecil.

Dengan demikian ruang dan bahan pun dapat dihemat. Walaupun venturi meter dapat

digunakan untuk mengukur gas, namun alat ini biasanya digunakan juga untuk mengukur

zat cair terutama air.

Gambar 1.6 Venturi Flow meter

(Sumber. Le Furge, Melissa. (2011). What is a Venturi Flow meter? http://energy-and-industry.

blogspot.com/2011/07/what-is-venturi-flow-meter.html diakses pada 27 Oktober 2012, pukul 00.34)

Untuk venturi meter ini dapat dibagi menjadi 3 bagian utama yaitu :

a. Bagian Inlet


KELOMPOK 1


12

Bagian yang berbentuk lurus dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau

cerobong aliran. Lubang tekanan awal ditempatkan pada bagian ini.

b. Inlet Cone

Bagian yang berbentuk seperti kerucut yang berfungsi untuk menaikkan tekanan

fluida.

c. Throat

Bagian tempat pengambilan beda tekanan akhir. Bagian ini berbentuk bulat datar.

Hal ini dimaksudkan agar ridak mengurangi atau menambah kecepatan dari aliran

yang keluar dari inlet cone.

Pada venturi meter ini fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan ke bagian

outlet cone. Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan awal. Pada

bagian inlet cone fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan oleh bagian

inlet cone yang berbentuk kerucut atau semakin mengecil kebagian throat. Kemudian

fluida masuk kebagian throat inilah tempat pengambilan tekanan akhir dimana throat ini

berbentuk bulat datar. Lalu fluida akan melewati bagian akhir dari venturi meter yaitu

outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut dimana bagian kecil berada pada throat dan

pada outlet cone ini tekanan kembali normal.

Jika aliran melalui venturi meter itu benar – benar tanpa gesekan, maka tekanan

fluida yang meninggalkan flowmeter tentulah sama persis dengan fluida yang memasuki

flowmeter dan keberadaan flowmeter dalam jalur tersebut tidak akan menyebabkan

kehilangan tekanan yang bersifat permanen dalam tekanan.

Penurunan tekanan pada inlet cone akan dipulihkan dengan sempurna pada outlet

cone. Gesekan tidak dapat ditiadakan dan juga kehilangan tekanan yang permanen dalam

sebuah meteran yang dirancang dengan tepat.

Persamaan dasar untuk venturi meter dapat diperoleh dengan menuliskan

persamaan Bernoulli untuk fluida yang tak mampat antara inlet dan throat.

Dengan mengabaikan gesekan, venturi dipasang horizontal, dan tidak ada pompa yang

bekerja maka persamaan diatas menjadi :

Karena V1.A1 = V2.A2, maka V2 dapat dicari dengan persamaan :

(27)

(28)


KELOMPOK 1


13

Dari eksperimen, ditemukan bahwa flowrate yang diperoleh dari persamaan diatas

sedikit lebih tinggi daripada kenyataannya. Hal ini dikarenakan friksinya dianggap nol dan

juga dikarenakan aliran yang tidak seluruhnya uniform pada luas penampang pipa seperti

yang kita asumsikan. Untuk itu diperlukan suatu faktor/ koefisien empiris untuk mengatasi

perbedaan pada perhitungan. Koefisien empiris ini disebut dengan coefficient of discharge

(Cv)

Suatu persamaan diturunkan dari persamaan Bernoulli dan persamaan kontinuitas

untuk menghasilkan suatu hubungan antara laju alir dan perbedaan tekanan. Persamaan

tersebut disebut persamaan karakteristik venturi yaitu seperti berikut :

Karena , maka persamaan (31) menjadi;

dimana :

Sb = Area kerongkongan venturi

A = luas area

β = Db/Da

Da = Diameter pipa

Db = Diameter kerongkongan (throat) venturi

Q = Flowrate volume

C = Koefisien karakteristik venturi

DP = Perbedaan tekanan

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)


KELOMPOK 1


14

1.2.11.2. Orifice Flowmeter

Pada kenyataannya, venturi meter mempunyai banyak kekurangan. Untuk

flowmeter tertentuk dengan sistem tertentu pula, laju alir maksimum yang dapat terukur

terbatas, sehingga apabila laju alir berubah, diameter terlalu besar untuk memberikan

bacaan yang teliri, atau terlalu kecil untuk dapat menampung laju alir yang maksimum

yang baru. Orifice flowmeter dapat mengatasi kekurangan – kekurangan venturi meter,

tetapi konsumsi dayanya cukup tinggi.

Prinsip orifice meter identik dengan venturi meter. Pernuruan penampang arus

aliran melalui orifice menyebabkan kecepatan akan meningkat tetapi tinggi tekan akan

menurun, dan penurunan antara kedua titik dapat diukur dengan manometer. Persamaan

Bernoulli memberikan dasar untuk mengkolerasikan peningkatan kecepatan dengan

penurunan tinggi tekanan.

Jika arah aliran horizontal dan digunakan persamaan Bernoulli dengan

mengabaikan friksi antara titik 1 dan titik 2 seperti gambar diatas maka akan didapatkan

persamaan yang sama halnya dengan venturimeter;

Seperti halnya venturimeter, orifice meter juga memiliki coefficient of discharge (Cv).

Sehingga untuk menghitung penurunan tekanan sebenarnya, Cv juga turut diperhitungkan.

1 2

(34)

Gambar 1.7 Orifice Flowmeter

(Sumber. Le Furge, Melissa. (2011). What is a Venturi Flow meter? http://energy-and-industry.

blogspot.com/2011/07/what-is-venturi-flow-meter.html diakses pada 27 Oktober 2012, pukul 00.36)


KELOMPOK 1


15

÷÷ø

öççè

æ-=÷

÷ø

öççè

æ-=D

2

1

2

2

2

2

2

2

1

2

2

2

2

2 12

12 D

D

C

V

A

A

C

VP

vv

rr

Suatu persamaan diturunkan dari persamaan Bernoulli dan persamaan kontinuitas

untuk menghasilkan suatu hubungan antara laju alir dan perbedaan tekanan. Persamaan

tersebut disebut persamaan karakteristik orifice yaitu seperti berikut :

dimana dan Co adalah karakteristik orifice.

(35)

(36)


KELOMPOK 1


16

BAB II

PERCOBAAN

(Prosedur, Data Hasil Pengamatan, dan Pengolahan Data)

2.1. Peralatan

2.1.1. Skema Sistem Peralatan

2.1.2. Keterangan Sistem Peralatan

1. Storage Tank

Merupakan tempat penyimpanan fluida (dalam kasus ini

air) yang akan digunakan pada percobaan. Tangki ini

memiliki skala yang disebut dengan sight gage sebagai

penanda banyaknya volume air yang terdapat pada

tangki. Besarnya daya tampung dari storage tank ini

adalah sebesar 14 gallon ( 63,65 L)

ngf

Gambar 2.1 Storage Tank

v.6

6

5

1

2

3

7

4

8

v.11

v.7

v.5 v.4

v.3

v.2

v.1

v.8

v.10 v.9

9


KELOMPOK 1


17

2. Pompa

Berfungsi memompa dan mengalirkan air dari

dalam tangki menuju sistem peralatan sirkuit

fluida.

Gambar 2.2 Pompa

3. Visual Flow Box

Digunakan untuk melihat bentuk aliran fluida

yang terbentuk, laminer, turbulen atau

transisi.

Gambar 2.3 Visual Flow Box

4. Orifice Flowmeter

Merupakan suatu pelat dengan lubang di

tengahnya yang dipasang di dalam pipa tegak

lurus arah aliran. Berfungsi sebagai alat

pengukur flowrate fluida dengan mengukur

perbedaan tekanan diantara pelat tersebut.

Gambar 2.4 Orifice Flowmeter

5. Venturi Flowmeter

Merupakan alat pengukur flowrate yang terbentuk dari bagian masuk yang

mempunyai flens, yang terdiri dari bagian pendek berbentuk slilinder dan kerucut


KELOMPOK 1


18

terpotong. Prinsip pengukuran flowrate fluida

hampir sama dengan orifice, yaitu dengan

mengukur perbedaan tekanan sebelum dan

sesudah aliran keluar dari funnel.

Gambar 2.5 Venturi Flowmeter

6. Elbow

Salah satu jenis fitting dari sistem peralatan

fluida yang akan dihitung panjang

ekuivalennya pada percobaan 6.

Gambar 2.6 Fitting Elbow

7. T-Junction

Salah satu jenis fitting dari sistem peralatan

fluida yang akan dihitung panjang

ekuivalennya pada percobaan 6.

Gambar 2.7 Fitting T-Junction


KELOMPOK 1


19

8. Manometer

Digunakan untuk mengukur perbedaan

tekanan di antara dua titik. Prinsip kerjanya

adalah dengan mengukur perbedaan

ketinggian air pada dua titik tersebut.

Manometer yang digunakan memiliki empat

selang, sehingga dapat mengukur perbedaan

tekanan di dua tempat.

Gambar 2.8 Manometer

9. Pipa

Pipa-pipa dalam sistem percobaan sirkuit fluida ini

berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluida (air).

Di dalam sistem per-pipaan inilah kita ingin

mengetahui karakteristik aliran fluida. Terdapat

beberapa jenis pipa yang ada di dalam sistem ini

bila dilihat dari segi ukurannya, antara lain 1 inch,

¾ in, ½ inch, dan 3/8 inch.

Gambar 2.9 Pipa

10. (v._) Gate valve

Berfungsi untuk membuka dan menutup aliran

fluida. Bukaan gate valve inilah yang

divariasikan guna mengatur laju alir (flow

rate) fluida.

Gambar 2.10 Gate valve


KELOMPOK 1


20

2.2. Prosedur Percobaan serta Data dan Pengolahan Data

2.2.1. Percobaan I : Kalibrasi Penunjuk Volume Tangki

2.2.1.1. Tujuan Percobaan

Mengetahui apakah skala sight gage pada tangki sudah sesuai dengan ukuran standar

(volume gelas ukur).

2.2.1.2. Prosedur Percobaan

1. Memastikan tersedia cukup air pada tangki

2. Membuka valve 4 (v.4) dan 11 (v.11) serta menutup valve lainnya lalu menyalakan

pompa dan tunggu sampai aliran air yang keluar dari pipa telah stabil.

3. Menampung air yang keluar dengan menggunakan ember, kemudian di ukur

menggunakan gelas ukur 2000 ml, kemudian mencatat nilainya untuk penurunan

volume tangki 1 liter, 2 liter, 3 liter, 4 liter, dan 5 liter.

4. Membuat kurva kalibrasi (volume ukur vs volume tangki) dan mengamati

kemungkinan terjadi penyimpangan pada sight gage.

Gambar 2.11 Skema percobaan I

(aliran biru : aliran fluida dalam pipa, valve merah : valve yang dibuka)

v.11

v.6

6

5

1

2

3

7

4

8

v.7

v.5 v.4

v.3

v.2

v.1

v.8

v.10 v.9

9


KELOMPOK 1


21

2.2.1.3. Data dan Pengolahan Data

i. Data Hasil Pengamatan

Tabel 2. Tabel Perbandingan Volume Air yang keluar dari Tangki dan Volume Air yang

Terukur

volume sight

gage(L)

volume real (L) x

4 4 1

8 8.02 1.0025

12 11.92 0.9933

16 15.87 0.9919

20 19.72 0.9860

24 23.52 0.9800

28 27.56 0.9843

32 31.5 0.9844

36 35.38 0.9828

40 39.3 0.9825

44 43.32 0.9845

48 48.06 1.0013

ii. Pengolahan Data

Dari data tersebut dapat diketahui nilai kalibrasi antara volum yang terukur di gelas ukur

dengan volume pada sight gage untuk 1 liter air, yaitu melalui persamaan berikut :

Percobaan dilakukan sebanyak 12 kali dengan masing – masing percobaan memiliki nilai

x yang berbeda – beda, maka diperlukan nilai rata – rata untuk didapatkan nilai kalibrasinya.

Sehingga dapat dianggap nilai 1 liter pada sight gage sama dengan 0.9895 liter air pada

gelas ukut.

Dari data di atas, didapatkan grafik sebagai berikut :

(37)


KELOMPOK 1


22

Gambar 2.12 Grafik Kalibrasi Volume Sight Gage

Dari grafik diatas didapat persamaan garis dari kurva kalibrasi ialah y = 0.9886x –

0.0226. Dengan nilai x merupakan volume tangki dan y merupakan volume yang terukur

pada gelas ukur.

2.2.2. Percobaan II : Karakteristik Sharp Edge Orifice Flowmeter

2.2.2.1. Tujuan Percobaan

Mendapatkan kurva kalibrasi hubungan laju alir dan selisih tinggi manometer pada

orifice

Mencari nilai koefisien karakteristik (discharge coefficient) rata-rata dari orifice

flow meter yang digunakan

2.2.2.2. Prosedur Percobaan

1. Membuka valve 4 (v.4) dan valve 11 (v.11) sementara menutup valve lainnya.

Menggunakan valve 4 (v.4) untuk mengatur air yang keluar melalui pipa ke orifice.

2. Memasang dua selang manometer pada orifice (tap-pressure 40-41) untuk mengukur

perbedaan tekanan.

3. Menyalakan pompa dan membuka valve 4 (v.4) secara maksimal, kemudian

menunggu sampai aliran stabil.

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60

Vo

lum

e R

ea

l

Volume Sight Gage

Kalibrasi Volume Sight Gage

volume real (L)


KELOMPOK 1


23

4. Mengukur aliran keluar dari tangki dengan mencatat penurunan yang nampak pada

sight gage untuk waktu tertentu (10 detik). Secara simultan mencatat perbedaan

ketinggian yang nampak pada manometer.

5. Mengulangi pengukuran untuk beberapa flowrate (6 data) dengan mengubah bukaan

valve 4 (v.4).

6. Memplot laju alir Q vs akar ∆h.

7. Menghitung koefisien orifice Co dari plot tersebut.

Gambar 2.13 Skema Percobaan II

(Biru : aliran fluida melewati manomater, merah : valve yang dibuka, kuning : valve yang bukaannya

divariasikan)

2.2.2.3. Data dan Pengolahan Data


Tabel 3. Data Percobaan Orifice Flowmeter

No. dV Sight Gage (liter) dh@orificie (inchi)

1 3.0 1.000

2 4.5 2.000

3 5.0 3.000

4 6.5 4.125

5 7.0 5.125

v.11

v.6

6

5

1

2

3

7

4

8

v.7

v.5 v.4

v.3

v.2

v.1

v.8

v.10 v.9

9


KELOMPOK 1


24

6 7.5 5.875

7 8.0 7.125

8 8.5 7.750

Waktu (t) = 30s

ii. Pengolahan Data

Laju alir volume (Q) dihitung dengan :

Dimana V adalah volume real yang didapat dengan mengkalibrasi volume yang terlihat

pada sight gage pada percobaan ini ke dalam persamaan y = 0.9886x – 0.0226 dari

percobaan. Persamaan untuk menentukan laju alir pada orifice adalah sebagai berikut

(merujuk pada persamaan yang terdapat di tinjauan pustaka)

Dimana :

: rasio diameter kerongkongan orifice terhadap diameter pipa

: pressure drop, dicari dengan rumus

: koefisien karakteristik orifice

: Luas penampang pipa yang digunakan

Persamaan diatas dijadikan dalam bentuk persamaan garis lurus untuk mengamati

hubungan antara laju alir dengan perbedaan ketinggian pada manometer untuk orifice,

menjadi :

(38)

(31)

(32)

(33)


KELOMPOK 1


25

y m x

maka jika dibuat plot antara Q dengan akan diperoleh hubungan linear dengan

slope :

Hasil perhitungan untuk memperoleh hubungan Q (m/s) dengan ( ) adalah

sebagai berikut :

Tabel 4. Pengolahan Data Kalibrasi Sharp Edge pada Orifice Flowmeter

No Dh

@Orifice

(inchi)

dh

@Orifice

(m)

dV

Real

(liter)

dV Real

(m3)

Q

(m3/s)

(m)

1 1.000 0.025 2.942 0.002942 0.00009807 0.159

2 2.000 0.051 4.424 0.004424 0.00014750 0.225

3 3.000 0.076 4.918 0.004918 0.00016390 0.276

4 4.125 0.105 6.400 0.006400 0.00021330 0.324

5 5.125 0.130 6.894 0.006894 0.00022980 0.361

6 5.875 0.149 7.388 0.007388 0.00024630 0.386

7 7.125 0.181 7.882 0.007882 0.00026270 0.425

8 7.750 0.197 8.376 0.008376 0.00027920 0.444

Dengan demikian dapat diplot antara Q (m3/s) dengan ( ) dengan hasil sebgai

berikut :

(33.1)


KELOMPOK 1


26

Gambar 2.13 Kurva Kalibrasi Orifice Flowmeter

Persamaan garis yang diperoleh adalah y = 0.000630259x + 2.12441.10-7

. Dimana x

adalah ( ) sebagai variabel yang dikontrol, sedangkan y adalah Q (m3/s)

Nilai koefisien karakteristik (faktor koreksi) rata – rata dari orifice dihitung dengan

memodifikasikan persamaan slope untuk mencari nilai Co.

Persamaan diselesaikan dengan menginput nilai – nilai sebagai berikut :

d adalah diameter kerongkongan orifice flowmeter dan D adalah diameter dalam pipa.

Maka nilai koefisien karakteristik rata – rata dari orifice adalah (satuan A dalam m2,

satuan g dalam m/s2)

0.0E+00

5.0E-05

1.0E-04

1.5E-04

2.0E-04

2.5E-04

3.0E-04

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Q

√dh @orifice

Q vs √dh @orifice

Q vs dh orifice

(33.1a)

(39)


KELOMPOK 1


27

2.2.3 Percobaan III : Karakteristik Venturi Flowmeter

2.2.3.1 Tujuan Percobaan

Mencari nilai koefisien karakteristik (discharge coefficient) rata-rata dari venturi

flow meter yang digunakan.

2.2.3.2 Prosedur Percobaan

1. Membuka valve 1 (v.1), valve 2 (v.2), valve 3 (v.3), valve 8 (v.8), valve 6 (v.6) dan

valve 7 (v.7) serta menutup valve lainnya. Menggunakan valve 3 (v.3) untuk

mengatur aliran air yang keluar ke venturi. Valve 5 (v.5) dibuka sedikit untuk

memastikan aliran total tidak terlalu kecil.

2. Memasang dua selang manometer pada venture dan orifice (tap-pressure 38-39)

untuk mengukur perbedaan tekanan.

3. Menyalakan pompa dan membuka valve 3 (v.3) maksimal, kemudian menunggu

sampai aliran stabil.

4. Mencatat perbedaan ketinggian yang nampak pada manometer, baik perbedaan

ketinggian venturi maupun orifice.

5. Mengulangi pengukuran untuk beberapa flowrate (6 data) dengan mengubah bukaan

valve 3 (v.3).

6. Menentukan laju aliran Q dengan menggunakan kurva kalibrasi Q vs ∆h orifice.

7. Memplot laju aliran Q vs ∆h venturi (yang sebanding dengan ∆h orifice).

8. Menghitung koefisien venturi Cv dari plot tersebut.


KELOMPOK 1


28

Gambar 2.14 Skema Aliran Fluida pada Percobaan III

(Aliran biru : aliran fluida dalam pipa melewati manometer, valve merah : valve yang dibuka, valve kuning :

valve yang bukaannya divariasikan, dan valve orange : dibuka sedikit sekali)

2.2.3.3 Data dan Pengolahan Data


Tabel 5. Data Hasil Pengamtan Percobaan Venturi Flowmeter

No. dh @orifice

(inchi)

dh @venturi

(inchi)

1 0.875 0.625

2 2.25 1.5

3 2.875 1.625

4 4.375 2.875

5 4.875 3.125

6 6.625 4.25

7 6.5 4.25

8 7 4.5

v.11

v.6

6

5

1

2

3

7

4

8

v.7

v.5 v.4

v.3

v.2

v.1

v.8

v.10 v.9

9


KELOMPOK 1


29

9 7.875 5.125

ii. Pengolahan Data

Laju alir diperoleh dengan cara memasukkan ke dalam

persamaan kalibrasi orifice yaitu

Selanjutnya, perhitungan pada percobaan ini dilakukan dengan cara yang sama dengan

penghitungan pada orifice flowmeter. Hasil perhitungan terdapat pada tabel di bawah ini:

Tabel 6. Pengolahan Data Percobaan Venturi Flowmeter

No.

dh

@orifice

(inchi)

dh

@orifice

(m)

√dh

@orifice

(m)

dh

@venturi

(inchi)

dh

@venturi

(m)

√dh

@venturi

(m)

Q (m³/s)

x 10-4

1 0.875 0.022 0.149 0.625 0.5955 0.772 0.942

2 2.25 0.057 0.239 1.5 1.46 1.208 1.509

3 2.875 0.073 0.270 1.625 1.5835 1.258 1.705

4 4.375 0.111 0.333 2.875 2.8185 1.679 2.103

5 4.875 0.124 0.352 3.125 3.0655 1.751 2.220

6 6.625 0.168 0.410 4.25 4.177 2.044 2.588

7 6.5 0.165 0.406 4.25 4.177 2.044 2.563

8 7 0.178 0.422 4.5 4.424 2.103 2.660

9 7.875 0.200 0.447 5.125 5.0415 2.245 2.821

Berikut ini adalah plot antara dengan


KELOMPOK 1


30

Gambar 2.15 Kurva Kalibrasi Venturi Flowmeter

Persamaan garis yang diperoleh adalah . Dimana

adalah dan adalah .

Kemudian, karena diameter kerongkongan venturi sama dengan diameter orifice maka

nilai koefisien karakteristik rata-rata dari venturi flowmeter dicari dengan input nilai-nilai

yang sama dan dengan cara yang sama seperti pada orifice flowmeter.

2.2.4 Percobaan IV : Aliran Laminer dan Turbulen


Mengetahui pola dan karakteristik aliran laminer, transisi dan turbulen serta

mengetahui nilai laju alir terjadinya pola aliran tersebut.


1. Memastikan Visual Flow Box bersih, sehingga dapat dilakukan pengamatan bentuk

aliran didalamnya.

2. Menggunakan orifice sebagai flowmeter.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Q x

10

-4

√dh @venturi

Q vs √dh @venturi


KELOMPOK 1


31

3. Membuka valve 1 (v.1), valve 2 (v.2), valve 3 (v.3), valve 8 (v.8) dan valve 6 (v.6)

serta menutup valve lainnya.

4. Menvariasikan bukaan valve 3 (v.3) berdasarkan h venturi yang telah ditentukan

sebelumnya dari perhitungan bilangan Reynold, kemudian mengamati dan mencatat

pola aliran cross atau pusaran yang terjadi.

Gambar 2.16 Skema Aliran Fluida pada Percobaan IV

(Aliran biru : aliran fluida dalam pipa melewati manometer, valve merah : valve yang dibuka, valve kuning :

valve yang bukaannya divariasikan)



Tabel 7. Hasil Pengamatan Percobaan Aliran Laminer dan turbulen

Tipe Aliran h1 orifice h2 orifice dh@orifice

(inch)

18.25 13.25 5

18.25 13.375 4.875

17.625 14.375 3.25

v.11

v.6

6

5

1

2

3

7

4

8

v.7

v.5 v.4

v.3

v.2

v.1

v.8

v.10 v.9

9


KELOMPOK 1


32

Gambar 9. Aliran

laminar pada visual box 18.75 16.625 2.125

Gambar 10.

Aliran transisi pada

visual box

19 12.125 6.875

19.375 11.625 7.75

19.25 11.75 7.5

19.25 11.5 7.75

ii. Pengolahan Data

Dalam percobaan ini, nilai laju alir divariasikan dan dilihat pengaruhnya terhadap pola

aliran yang terlihat pada visual box dan nilai bilangan Reynold untuk mengetahui pola dan

karakteristik aliran serta nilai laju alir terjadinya pola aliran tersebut. Variasi laju alir

dilakukan dengan mengatur bukaan valve sehingga perbedaan tekanan yang terukur pada

orifice bervariasi. Laju alir ditentukan berdasarkan persamaan:

Dimana jari-jari visual box adalah 8.255 cm atau 0.08255 m. Nilai Q diperoleh dengan

mensubstitusikan nilai √dh orifice yang diperoleh dalam percobaan kedalam persamaan dari

percobaan II:

y = 0,000630259x + 2,12441.10-7

Dengan y merupakan nilai debit yang mengalir (Q) dan nilai x merupakan akar perbedaan

tinggi (√dh orifice) yang terukur pada manometer.

Selanjutnya bilangan reynold dapat dicari dengan menginput nilai laju alir yang diperoleh

dan nilai-nilai konstan D, ρ, dan μ ke dalam persamaan Re:

(12)


KELOMPOK 1


33

dimana D : diameter visual box (0.08255 m)

ρ : massa jenis air (103 kg/m

3)

v : laju alir fluida (m/s)

μ : viskositas air (10-3

kg/ms)

Berikut adalah tabel hasil perhitungan nilai Re untuk variasi laju alir

Tabel 8. Tabel Hasil Perhitungan Reynold

h1

orifice

h2

orifice

dh

orifice

(inch)

dh

orifice

(meter)

√dh

orifice

(meter)

Q (m³/s)

(.10-4

) v (m/s) Re

18.750 16.625 2.125 0.054 0.232 1.466 0.006850 1130.858

17.625 14.375 3.250 0.083 0.287 1.813 0.008468 1398.137

18.250 13.375 4.875 0.124 0.352 2.220 0.010370 1711.993

18.250 13.250 5.000 0.127 0.356 2.248 0.011000 1733.782

19.250 11.500 7.750 0.197 0.444 2.798 0.013070 2158.140

19.250 11.750 7.500 0.191 0.436 2.753 0.012860 2123.073

19.375 11.625 7.750 0.197 0.444 2.798 0.013070 2158.140

19.000 12.125 6.875 0.175 0.418 2.636 0.012310 2032.757

2.2.5 Percobaan V : Pipa Lurus


Menentukan faktor friksi pada pipa lurus dengan diameter 1” dan ¾”

Membandingkan dan menganalisa friction loss pada pipa 1” dan ¾”



serta menutup valve lainnya. Valve 5 (v.5) dibuka sedikit untuk memastikan aliran

total tidak terlalu kecil.

2. Menghubungkan dua selang manometer pada pipa 1” dan dua lainnya pada venturi.

3. Menvariasikan laju alir dengan mengatur bukaan valve 3 (v.3) berdasarkan

perbedaan ketinggian di manometer venturi sehingga didapatkan data ketinggian di


KELOMPOK 1


34

manometer pipa. Digunakan variasi Dh venturi sebanyak 10 data dengan

penambahan 0.125 inci.

4. Menghitung laju alir berdasarkan Dh venturi, DP berdasarkan Dh pipa, kemudian

memplot DP vs V2.

5. Menentukan faktor friksi pipa dari plot tersebut.

6. Mengulang percobaan yang sama dengan lima langkah di atas pada pipa ¾”, namun

valve yang dibuka adalah valve 1 (v.1), valve 2 (v.2), valve 9 (v.9), valve 10 (v.10)

dan valve 6 (v.6).

Gambar 2.17 Skema Aliran Fluida pada Percobaan V (pipa 1 inch)

(Aliran biru : aliran fluida di dalam pipa melewati manometer, valve merah : valve yang dibuka, valve kuning :

valve yang bukaannya divariasikan, valve orange : dibuka sangat sedikit)



Percobaan dilakukan pada dua pipa lurus dengan diameter yang berbeda.

Tabel 9. Data Hasil Pengamatan Percobaan Pipa Lurus 1 inch

Pipa Lurus (d=1inch)

No dh@pipa (inch) dh@orifice (inch)

1 1.1000 7.875

v.11

v.6

6

5

1

2

3

7

4

8

v.7

v.5 v.4

v.3

v.2

v.1

v.8

v.10 v.9

9


KELOMPOK 1


35

2 1.0000 7.250

3 0.9250 6.375

4 0.8750 5.625

5 0.7500 4.750

6 0.7500 4.000

7 0.6250 3.250

8 0.5000 2.375

9 0.3750 1.625

10 0.3000 0.875

Tabel 10 . Data Hasil Pengamatan Percobaan Pipa Lurus 0.695 inch

Pipa Lurus (d=0.695inch)

No dh@pipa (inch) dh@orifice (inch)

1 4.250 3.750

2 4.125 3.500

3 3.750 3.000

4 3.625 2.750

5 3.500 2.250

6 3.375 2.000

7 3.125 1.625

8 2.750 1.125

9 2.625 0.750

10 2.375 0.500

Data lain yang diperlukan dalam pengolahan data:

r air = 1000 kg/m3

m air = 0.001 kg/m.s

Kekasaran relatif pipa (menggunakan nilai e untuk cast iron)

e/D pipa 1 inch = 0.01/1= 0.01

e/D pipa 0.695 inch = 0.01/0.695= 0.01439


KELOMPOK 1


36

L = 2 m

ii. Pengolahan Data

Pertama-tama dicari pressure loss dengan menggunakan Dhpipa sebagai head loss

D

Untuk menghitung laju alir pada setiap bukaan, laju alir diperoleh dengan memasukkan

nilai Dhorifice pada persamaan yang diperoleh pada percobaan orifice sebelumnya yaitu

Nilai laju alir yang didapat dimasukkan ke dalam persamaan untuk mencari nilai

kecepatan aliran

Kemudian dicari nilai faktor friksi eksperimen dengan menggunakan persamaan Darcy-

Weisbach

Menghitung friction loss eksperimen pada pipa dengan menggunakan nilai feksperimen yang

telah dihitung

Mencari nilai bilangan Reynold (Re) pada setiap laju alir dengan rumus sebagai berikut

Mencari nilai friction factor teoritis dengan menggunakan Moody Diagram

(40)

(13)

(16)

(41)

(12)


KELOMPOK 1


37

Gambar 2.18 . Diagram Moody untuk memperkirakan nilai koefisien friksi

(Sumber: http://www.engineeringtoolbox.com/moody-diagram-d_618.html)

Kekasaran relatif untuk pipa 1 inch dan 0.695 inch sudah dihitung sebelumnya, yaitu 0.01

dan 0.01439. Untuk setiap bilangan Re yang berbeda-beda dicari nilai faktor friksinya dengan

mencari titik potong antara nilai kekasaran relatif dengan nilai Re tertentu, lalu menarik garis

lurus ke sumbu vertikal bagian kiri yang menunjukkan nilai faktor friksi.

Penentuan faktor friksi secara teoritis juga dapat menggunakan persamaan Colebrook-

White. Persamaan ini digunakan untuk menyelesaikan faktor friksi Darcy-Weisbach secara

iteratif. Dari perhitungan bilangan Reynold yang telah dilakukan, diketahui bahwa aliran

pada percobaan ini seluruhnya bersifat turbulen (Re > 4000). Karena itu digunakan

persamaan Colebrook-White untuk aliran turbulen sebagai berikut:


KELOMPOK 1


38

Untuk mencari nilai f dari persamaan di atas tidak dapat dilakukan secara langsung karena

persamaan tersebut bersifat implisit. Karena itu dapat digunakan berbagai rumus pendekatan

yang memberikan persamaan eksplisit untuk menentukan nilai f. Salah satu pendekatan yang

digunakan adalah pendekatan Moody (1947) untuk menyelesaikan persamaan Colebrook-

White.

Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui ke dalam persamaan tersebut (kekasaran

relatif dan Re yang telah dihitung pada tahap sebelumnya) didapatkan nilai faktor friksi

secara teoritis.

Menghitung head loss teoritis dengan menggunakan f yang diperoleh dari diagram

Moody

Menghitung pressure loss teoritis (persamaan sama dengan nomor 4), lalu menghitung

friction loss teoritis (persamaan sama dengan nomor 5). Hasil pengolahan data adalah sebagai

berikut:

Untuk pipa 1 inch

Tabel 11 . Laju alir pipa 1 inch

dh@orifice

(meter)

√dh@orifice

(meter)

Q (m3/s) v (m/s)

0.2000 0.4472 2.821.E-04 0.5567

0.1842 0.4291 2.707.E-04 0.5342

0.1619 0.4024 2.538.E-04 0.5009

0.1429 0.3780 2.384.E-04 0.4706

0.1207 0.3473 2.191.E-04 0.4325

0.1016 0.3187 2.011.E-04 0.3969

0.0826 0.2873 1.813.E-04 0.3578

0.0603 0.2456 1.550.E-04 0.3059

(42)

(43)

(44)


KELOMPOK 1


39

0.0413 0.2032 1.283.E-04 0.2531

0.0222 0.1491 9.417.E-05 0.1859

Tabel 12. Friction loss eksperimen pada pipa 1 inch

dh@pipa (head

loss, m)

dP (kg/m.s2) v (m/s) feksperimen friction loss

eksperimen (J/kg)

0.0279 273.81 0.5567 0.0224 0.2738

0.0254 248.92 0.5342 0.0222 0.2489

0.0235 230.25 0.5009 0.0233 0.2303

0.0222 217.81 0.4706 0.0250 0.2178

0.0191 186.69 0.4325 0.0254 0.1867

0.0191 186.69 0.3969 0.0301 0.1867

0.0159 155.58 0.3578 0.0309 0.1556

0.0127 124.46 0.3059 0.0338 0.1245

0.0095 93.35 0.2531 0.0370 0.0933

0.0076 74.68 0.1859 0.0549 0.0747

Tabel 13 . Friction loss teoritis pada pipa 1 inch

v (m/s) Re f teoritis Head loss, hf

(m)

dP teoritis

(N/m2)

Friction loss

teoritis (J/kg)

0.5567 14140.50 0.04108 0.05115 501.25141 0.50125

0.5342 13568.20 0.04121 0.04724 462.96158 0.46296

0.5009 12723.78 0.04142 0.04176 409.21853 0.40922

0.4706 11952.55 0.04164 0.03704 363.00293 0.36300

0.4325 10984.50 0.04195 0.03152 308.86975 0.30887

0.3969 10080.95 0.04229 0.02676 262.23909 0.26224

0.3578 9087.89 0.04272 0.02197 215.33092 0.21533

0.3059 7770.33 0.04346 0.01634 160.11776 0.16012

0.2531 6429.23 0.04446 0.01144 112.15562 0.11216

0.1859 4720.60 0.04642 0.00644 63.12486 0.06312


KELOMPOK 1


40

Untuk pipa 0.695 inch

Tabel 14. Laju alir pipa 0.695 inch

dh@orifice

(meter)

√dh@orifice

(meter)

Q (m3/s)

(.10-4

)

v (m/s)

0.0953 0.3086 1.947 0.7953

0.0889 0.2982 1.881 0.7683

0.0762 0.2760 1.742 0.7114

0.0699 0.2643 1.668 0.6812

0.0572 0.2391 1.509 0.6162

0.0508 0.2254 1.423 0.5810

0.0413 0.2032 1.283 0.5238

0.0286 0.1690 1.068 0.4360

0.0191 0.1380 8.720 0.3561

0.0127 0.1127 7.124 0.2909

Tabel 15. Friction loss eksperimen pada pipa 0.695 inch

dh@pipa (head

loss, m)

dP (kg/m.s2) v (m/s) feksperimen friction loss

eksperimen (J/kg)

0.1080 1057.91 0.795 0.0295 1.0579

0.1048 1026.80 0.768 0.0307 1.0268

0.0953 933.45 0.711 0.0326 0.9335

0.0921 902.34 0.681 0.0343 0.9023

0.0889 871.22 0.616 0.0405 0.8712

0.0857 840.11 0.581 0.0439 0.8401

0.0794 777.88 0.524 0.0500 0.7779

0.0699 684.53 0.436 0.0636 0.6845

0.0667 653.42 0.356 0.0909 0.6534

0.0603 591.19 0.291 0.1233 0.5912


KELOMPOK 1


41

Tabel 16 . Friction loss teoritis pada pipa 0.695 inch

v (m/s) Re f teoritis Head loss, hf

(m)

dP teoritis

(N/m2)

Friction loss

teoritis (J/kg)

0.7953 14039.203 0.04110 0.10444 1023.475 1.02348

0.7683 13563.678 0.04121 0.09774 957.849 0.95785

0.7114 12558.661 0.04147 0.08431 826.238 0.82624

0.6812 12024.655 0.04162 0.07757 760.225 0.76022

0.6162 10878.172 0.04199 0.06405 627.684 0.62768

0.5810 10256.915 0.04222 0.05726 561.100 0.56110

0.5238 9246.968 0.04265 0.04701 460.720 0.46072

0.4360 7696.515 0.04350 0.03322 325.576 0.32558

0.3561 6286.989 0.04459 0.02272 222.674 0.22267

0.2909 5136.116 0.04584 0.01559 152.787 0.15279

Dari hasil pengolahan data diatas dapat ditarik hubungan antara bilangan Reynold dengan

faktor friksi secara eksperimen. Untuk mempermudah pembacaan tren yang dihasilkan,

digunakan grafik yang merepresentasikan hubungan tersebut, seperti di bawah ini:

Gambar 2.16 . Hubungan Bil. Reynold dan Faktor Friksi pada Pipa Lurus secara eksperimen

0.0000

0.0200

0.0400

0.0600

0.0800

0.1000

0.1200

0.1400

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

f

Re (x104)

pipa lurus 0.695

inch

pipa lurus 1 inch


KELOMPOK 1


42

Selain itu dari pengolahan data dan perhitungan dapat dilihat pula perbandingan friction

loss pada pipa 1 inch dan 0.695 inch baik secara eksperimen maupun secara teoritis melalui

grafik sebagai berikut:

Gambar 2.17 . Perbandingan friction loss pada pipa 1” dan 0.695” baik secara eksperimen maupun

teoritis

2.2.6 Percobaan VI : Fitting


Menentukan panjang ekivalen pada elbow dan T-junction.



serta menutup valve lainnya. Valve 5 (v.5) dibuka sedikit untuk memastikan aliran

total tidak terlalu kecil

2. Menghubungkan dua selang manometer pada elbow dan dua lainnya pada venturi.

3. Menvariasikan laju alir dengan mengatur bukaan valve 3 (v.3) berdasarkan

perbedaan ketinggian di manometer venturi sehingga didapatkan data ketinggian di

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0.9000

1.0000

1.1000

1.2000

0.00 0.50 1.00 1.50

F

Re (x 104)

Pipa 1" eksperimen

Pipa 1" teoritis

Pipa 0.695" eksperimen

Pipa 0.695" teoritis


KELOMPOK 1


43

manometer elbow. Digunakan variasi Dh venturi sebanyak 10 data dengan

penambahan 0.125 inci.

4. Menghitung laju alir berdasarkan Dh venturi, kemudian memplot V2 vs Dh

5. Menentukan panjang ekuivalen Le dari plot tersebut.

6. Mengulang percobaan yang sama dengan lima langkah di atas pada T-Junction.

Gambar 2.18 Skema Aliran Fluida pada Percobaan VI (elbow)



v.11

9

v.6

v.9

v.10

6

v.8

v.1

5

v.2

1

v.3

2

v.4

3

v.5

7

v.7

4

8

8

4

v.7

7

v.5

3

v.4

2

v.3

1

v.2

5

v.1

v.8

6

v.10

v.9

v.6

9

v.11


KELOMPOK 1


44

Gambar 2.19 Skema Aliran Fluida pada Percobaan VI (T-junction)





Tabel 17. Data Hasil Pengamatan Percobaan Fitting

No Fitting Elbow Fitting T-junction

∆hfitting

(inci)

∆horifice

(inci)

∆hfitting

(inci)

∆horifice

(inci)

1 0.5625 8 1 8.000

2 0.625 7.25 0.875 7.875

3 0.5 6.375 1 7.250

4 0.375 5.625 0.875 6.375

5 0.3125 4.75 0.75 5.625

6 0.25 4 0.6875 4.875

7 0.25 3.25 0.6875 4.000

8 0.1875 2.375 0.6 3.250

9 0.125 1.625 0.500 2.375

10 0.0625 0.75 0.4375 1.625

ii. Pengolahan Data

Laju alir Q(m/s) diperoleh dengan cara memasukkan ke dalam

persamaan kalibrasi orifice percobaan 2 yaitu dimana

y adalah laju alir Q dan x adalah

Kecepatan aliran v dihitung dengan rumus

(13)


KELOMPOK 1


45

dimana A adalah luas penampang pipa yang dihitung dengan memasukkan nilai

ke dalam rumus , sehingga didapatkan besar

.

Bilangan Reynold Re dihitung dengan rumus

ρ

μ

dimana ρ adalah massa jenis air, v adalah kecepatan aliran, D adalah diameter pipa, dan μ

adalah viskositas air sebesar

Faktor friksi f dihitung berdasarkan persamaan yang didapat dari percobaan 5 untuk pipa

berdiameter 1 inci yaitu , dimana y adalah faktor friksi f dan x

adalah bilangan Reynold Re

Panjang ekivalen Le dihitung dengan rumus

Berikut merupakan tabel hasil perhitungan untuk percobaan fitting di elbow

Tabel 18. Hasil Perhitungan Percobaan Fitting Elbow

∆horifice

(inci)

∆horifice

(meter)

√∆horifice

(meter)

Q

(m3/s) x

10-4

v

(m/s) v² Re f

∆hfitting

(meter)

x 10-3

Le

(meter)

8.000 0.203 0.451 2.843 0.561 0.315 14252.20 0.015 14.29 1.533

7.250 0.184 0.429 2.707 0.534 0.285 13568.20 0.018 15.88 1.525

6.375 0.162 0.402 2.538 0.501 0.251 12723.78 0.022 12.70 1.126

5.625 0.143 0.378 2.384 0.471 0.221 11952.55 0.026 9.525 0.816

4.750 0.121 0.347 2.191 0.432 0.187 10984.50 0.031 7.938 0.680

4.000 0.102 0.319 2.011 0.397 0.158 10080.95 0.036 6.350 0.564

3.250 0.083 0.287 1.813 0.358 0.128 9087.89 0.041 6.350 0.609

2.375 0.060 0.246 1.550 0.306 0.094 7770.33 0.047 4.763 0.537

1.625 0.041 0.203 1.283 0.253 0.064 6429.23 0.054 3.175 0.458

(12)

(26)


KELOMPOK 1


46

0.750 0.019 0.138 0.8720 0.172 0.030 4371.22 0.064 1.588 0.416

Berikut merupakan tabel hasil perhitungan untuk percobaan fitting di T-junction

Tabel 19. Hasil Perhitungan Percobaan Fitting T-junction

∆horifice

(inci)

∆horifice

(meter)

√∆horifice

(meter)

Q

(m³/s)

x 10-4

v

(m/s) v² Re f

∆hfitting

(meter)

Le

(meter)

8.000 0.203 0.451 2.84 0.561 0.315 14252.20 0.015 0.025 2.725

7.875 0.200 0.447 2.82 0.557 0.310 14140.50 0.015 0.022 2.334

7.250 0.184 0.429 2.71 0.534 0.285 13568.20 0.018 0.025 2.440

6.375 0.162 0.402 2.54 0.501 0.251 12723.78 0.022 0.022 1.970

5.625 0.143 0.378 2.38 0.471 0.221 11952.55 0.026 0.019 1.632

4.875 0.124 0.352 2.22 0.438 0.192 11127.96 0.030 0.0175 1.492

4.000 0.102 0.319 2.01 0.397 0.158 10080.95 0.036 0.0175 1.550

3.250 0.083 0.287 1.81 0.358 0.128 9087.89 0.041 0.016 1.522

2.375 0.060 0.246 1.55 0.306 0.094 7770.33 0.047 0.013 1.433

1.625 0.041 0.203 1.28 0.253 0.064 6429.23 0.054 0.0111 1.603

Dari hasil perhitungan tersebut, dibuat plot antara panjang ekivalen Le dan bilangan

Reynold untuk mengetahui hubungan diantara keduanya.


KELOMPOK 1


47

Gambar 2.20. Hubungan Bilangan Reynold dan Panjang Ekivalen pada Percobaan Fitting

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

Le (

me

ter)

Re

x 10⁴

Elbow

T Junction


KELOMPOK 1


48

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60

Vo

lum

e R

ea

l

Volume Sight Gage

Kalibrasi Volume Sight Gage

volume real (L)

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Percobaan I : Kalibrasi Penunjuk Volume Tangki

Praktikum modul Sirkuit Fluida ini diawali dengan melakukan kalibrasi alat, yaitu

kalibrasi sight gage pada storage tank atau kalibrasi skala penunjuk volume pada tangki.

Tujuan dari kalibrasi ini adalah untuk mengetahui apakah skala pembacaan pada sight gage

telah sesuai dengan ukuran standar. Ukuran standar ini direpresentasikan melalui penggunaan

gelas ukur saat kalibrasi untuk mengukur volum air yang keluar dari sistem. Dari proses

kalibrasi yang dilakukan, akan diperoleh faktor kalibrasi (x), dimana secara matematis faktor

ini dituliskan dalam persamaan

Berdasarkan hasil plot data kalibrasi (gambar 2.12) yang membentuk garis lurus, dapat

disimpulkan bahwa hubungan antara nilai volume pada sight gage dan nilai volum yang

sebenarnya adalah linear. Persamaan garis lurus yang terbentuk merupakan persamaan

kalibrasi, yakni y = 0.9886x – 0.0226. Dimana nilai volume sight gage senilai dengan sumbu

x dan nilai volume yang sebenarnya senilai dengan sumbu y.

Gambar 2.19 Grafik Kalibrasi Volume Sight Gage

(37)


KELOMPOK 1


49

Dari data percobaan dapat dilihat bahwa, perbedaan yang terjadi diantara volume standar

dan volume yang terbaca pada sight gage tidak terlalu signifikan. Perbedaan ini dapat

disebabkan oleh kesalahan dalam pembacaan angka pada tangki maupun gelas ukur. Faktor

kalibrasi ini nantinya akan digunakan untuk menentukan besar volume ukur sebenarnya pada

percobaan selanjutnya karena praktikan tidak lagi menggunakan gelas ukur untuk melakukan

pengukuran.

3.2 Percobaan II : Karakteristik Sharp Edge Orifice Flowmeter

Percobaan berikutnya bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari orifice flowmeter

yang disimbolkan dengan koefisien karakteristik orifice Co. dalam percobaan ini, nilai

koefisien tersebut akan ditentukan melalui grafik pada gambar 2.14.

Hasil pengolahan data pada percobaan II menunjukkan sebuah hubungan antara laju alir

Q (volume/waktu) dengan nilai yang terbaca dalam manometer orifice flowmeter.

Grafik yang dihasilkan berbentuk garis lurus, sehingga dapat disimpulkan bahwa hubungan

antara laju alir Q dan orifice adalah linear.

Gambar 2.20 Kurva Kalibrasi Orifice Flowmeter

Hubungan linear yang digambarkan pada grafik diatas dapat dijelaskan menggunakan

persamaan Bernoulli. Pada tinjauan pustaka, telah dijelaskan secara singkat mengenai

persamaan Bernoulli, yang dituliskan dalam persamaan :

0.0E+00

5.0E-05

1.0E-04

1.5E-04

2.0E-04

2.5E-04

3.0E-04

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Q

√dh @orifice

Q vs √dh @orifice

Q vs dh orifice

(34)


KELOMPOK 1


50

Persamaan Bernoulli diatas tidak memperhitungkan faktor friksi, namun pada

kenyataannya faktor friksi selalu berpengaruh besar terhadap aliran suatu fluida, termasuk

dalam percobaan ini dimana friksi bisa saja menjadi faktor penentu nilai koefisien Co,

sehingga persamaan diatas dapat dituliskan menjadi :

Apabila laju alir V1 bernilai makin besar maka nilai pressure dropnya juga akan semakin

besar. Peningkatan tersebut terjadi karena adanya tumbukan antara aliran dengan orifice

bagian hulu (Gambar 1.17). jadi laju alir yang semakin besar dan gesekan dengan orifice pun

akan meningkat. Pressure drop juga dapat disebabkan oleh perubahan diameter saluran fluida

secara tiba – tiba yang menyebabkan timbulnya pusaran. Pusaran tersebutlah yang

menunjukkan ke-turbulensi-an aliran (fraksi semakin besar).

Pressure drop ditunjukkan dengan selisih ketinggian fluida yang terukur pada manometer.

Nilai pressure drop yang semakin besar akan menyebabkan nilai h juga semakin besar. Hal

ini sesuai dengan persamaan

Peningkatan nilai sebanding dengan peningkatan nilai . Hal tersebut yang

menunjukkan mengapa dan Q berbanding lurus.

Pada percobaan ini persamaan garis lurus yang diperoleh adalah y = 0.000630259x +

2.12441.10-7

. Nilai slope pada persamaan ini kemudian digunakan untuk menentukan nilai Co

sesuai dengan persamaan :

Secara teori nilai ideal dari Co adalah 1, dalam hal tersebut menerangkan bahwa orifice

mampu melakukan kinerja secara maksimum. Dari hasil pengolahan data diperoleh nilai Co

= 0.6677, pada umumnya nilai Co bernilai < 1 karena adanya faktor energy loss yang

mencakup friction heating dalam flowmeter.

(45)

(33.1a)


KELOMPOK 1


51

3.3 Percobaan III : Karakteristik Venturi Flowmeter

Gambar 2.21 Kurva Kalibrasi Venturi Flowmeter

Persamaan umum venturi flowmeter adalah sebagai berikut

dimana

sehingga diketahui bahwa pressure drop pada venturi meter berbanding lurus dengan ∆h

manometer yang terhubung ke venturi. Dari persamaan tersebut kemudian dibuat grafik laju

alir Q vs ∆h manometer.

Gambar 2.16 menunjukkan hubungan antara laju alir Q dan ∆h manometer yang

terhubung dengan venturi. Persamaan yang didapatkan adalah

, dengan sumbu x menunjukkan akar dari ketinggian manometer dan sumbu y

menunjukkan laju alir Q. ∆h dari venturi sendiri berhubungan dengan pressure drop.

Dari data yang didapatkan, terbentuk grafik yang hampir linear. Hal ini menunjukkan

bahwa dalam venturimeter, hubungan antara laju alir fluida berbanding lurus dengan pressure

drop.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500

Q x

10

-4

√dh @venturi

Q vs √dh @venturi

(31)


KELOMPOK 1


52

Koefisien discharge venturi flowmeter kemudian dapat dihitung dengan modifikasi

dari persamaan umum venturi flowmeter, sebagaimana telah dijelaskan di bagian pengolahan

data

Berdasarkan hasil perhitungan, didapatkan koefisien discharge venturi flowmeter

sebesar 0.13265. Angka ini lebih kecil dari koefisien discharge orifice flowmeter.

Gambar 2.22 Venturi Flowmeter

(Sumber. Orifice, Nozzle and Venturi Flow Rate Meters. http://www.engineeringtoolbox.com/orifice-nozzle-

venturi-d_590.html, diakses pada 27 Oktober 2012, pukul 01.07)

Pada gambar 2.22 terlihat bahwa venturi memiliki bentuk streamline, sehingga

gesekan fluida pada permukaan pipa sangat kecil. Hal ini menyebabkan gradien tekanan pada

venturi menjadi meningkat namun dengan pressure drop yang kecilantara tekanan upstream

dan tekanan down stream akibat gesekan antar fluida. Pressure drop venturi yang lebih kecil

dibanding dengan pressure drop orifice pada laju alir yang sama akan menyebabkan venturi

memiliki koefisien discharge yang lebih kecil dari orifice flowmeter.

Nilai koefisien discharge venturimeter yang lebih kecil menunjukkan bahwa

orificemeter memiliki ketelitian yang lebih baik dika dibandingkan dengan venturi dalam

pengukuran laju alir fluida. Sehingga, pada kebanyakan pengukuran laju alir, umumnya

digunakan orifificemeter.

3.4 Percobaan IV : Aliran Laminer dan Turbulen

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui pola dan karakteristik aliran

terhadap variasi laju alir. Fluida dialirkan ke visual flow box untuk diamati pola aliran yang

(33.1a)


KELOMPOK 1


53

terjadi pada kecepatan berbeda. Berdasarkan hasil pengamatan, pada empat data pertama

aliran yang terbentuk pada visual flow box menunjukkan aliran laminer, yaitu berupa aliran

air datar, tenang, tanpa adanya pusaran-pusaran air karena partikel-partikel fluida bergerak

teratur dengan bentuk garis lurus dan sejajar. Hal ini disebabkan oleh laju alir yang

digunakan masih kecil, ditandai dengan perbedaan tekanan pada flowmeter (orifice) yang

terbaca pada manometer masih rendah (semakin besar perbedaan tekanan, menunjukkan

semakin besar laju alir yang melewati flowmeter). Untuk aliran laminer lapisan-lapisan fluida

terdapat dari dinding pipa sampai sumbu pipa pada partikel dimana partikel yang berada

berdekatan dengan dinding pipa mempunyai kecepatan yang lebih rendah dibanding partikel

yang terletak dibagian tengah pipa karena kecepatannya maksimum

Pada keempat data terakhir aliran yang tampak merupakan aliran transisi. Ini tercirikan

dengan adanya aliran yang bercampur, ada yang tenang namun juga terdapat sedikit pusaran

air. Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminer ke aliran turbulen sehingga

memiliki sifat aliran laminer serta sifat aliran turbulen. Kecepatan alirnya juga berada di

bawah aliran turbulen dan berada diatas aliran laminer.

Untuk karakteristik aliran turbulen tidak data kami lakukan, karena untuk mencapai

aliran turbulen perlu laju alir yang cukup besar, yang ditandai dengan perbedaan tekanan

pada flowmeter yang cukup besar. Namun dalam prakteknya, meskipun bukaan valve sudah

maksimal, laju alirnya masih belum mencukupi untuk membentuk aliran turbulen. Kami juga

telah memperkirakan besarnya perbedaan tekanan pada orifice yang terbaca pada manometer

yang harus dicapai untuk masing-masing jenis aliran:

Tabel 19. Perkiraan nilai dh orifice untuk masing-masing tipe aliran

Re v (m/s) Q (m³/s) √dh@orifice

(meter)

dh@orifice

(meter)

dh@orifice

(inch) Jenis Aliran

2000 1.211.E-02 2.593.E-04 4.111.E-01 1.690.E-01 6.655 < Laminer

4000 2.423.E-02 5.187.E-04 8.226.E-01 6.767.E-01 26.642 > Turbulen

Dimana laju alir (v) diperoleh dari persamaan Reynold ( dan debit (Q) diperoleh

melalui rumus laju alir ( ). Nilai Q yang diperoleh kemudian diinput ke dalam

persamaan dari percobaan II untuk memperoleh dilai dh orifice yang diperlukan. Berdasarkan

perkiraan ini, untuk aliran laminar seharusnya berada pada dh dibawah 6.655 inchi,


KELOMPOK 1


54

sedangkan turbulen berada pada nilai dh sebesar 26.642 inchi, yang berarti untuk aliran

transisi berada pada nilai dh diantara 6.655-26.642 inchi.

Setelah didapatkan data percobaan, data tersebut kemudian akan dibandingkan dengan

nilai teoritis dari aliran laminer, transisi, dan turbulen. Range untuk menentukan aliran

tersebut ialah melalui bilangan standar Reynold, dimana pada bilangan Reynold tertentu

aliran akan bersifat laminer, transisi, atau turbulen.

Tabel 20. Jenis Aliran pada Range Bilangan Reynold

Bilangan Reynold (Re) Jenis Aliran

< 2000 Laminer

2000 < Re < 4000 Transisi

> 4000 Turbulen

Dari pengolahan data yang dilakukan, didapatkan bahwa jenis aliran yang teramati

hampir sesuai dengan jenis aliran secara teoritis berdasarkan nilai Reynold yang didapatkan,

yaitu aliran laminer memiliki bilangan Reynold yang sesuai teori yaitu di bawah 2000 dan

aliran transisi memiliki bilangan Reynold antara 2000-4000.

3.5 Percobaan V : Pipa Lurus

Pada percobaan mengenai pipa lurus ini, laju alir divariasikan dengan cara mengatur

besar bukaan valve upstream sehingga didapatkan data perbedaan ketinggian manometer baik

pada pipa maupun pada orifice. Untuk setiap bukaan valve, perbedaan ketinggian tersebut

dibaca agar dapat diperoleh besarnya laju alir melalui kalibrasi perhitungan dengan

menggunakan persamaan orifice dari percobaan sebelumnya. Percobaan ini dilakukan pada

ukuran yang berbeda, yaitu 1 inch dan 0.695 inch untuk kemudian dibandingkan dan

dianalisa faktor-faktor yang berpengaruh terhadap friksi dan perbedaan friction loss-nya.

Percobaan ini didasarkan pada fakta bahwa pada aliran fluida yang melalui suatu pipa

(internal flow) selalu terjadi kerugian akibat dari gesekan antara dinding karena pengaruh

viskositas dari fluida itu. Tingginya koefisien gesek berpengaruh secara langsung kepada

besarnya penurunan tekanan dan pada akhirnya kepada besarnya energi yang diperlukan

untuk mengalirkan fluida. Dengan demikian ada beberapa hal yang ditinjau dari percobaan

ini antara lain kecepatan aliran fluida, laju alir fluida, faktor friksi, bilangan Reynolds, head

loss, pressure loss, dan frictional loss. Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami


KELOMPOK 1


55

head loss. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa

atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil).

Bilangan Reynolds mempengaruhi besarnya faktor friksi. Berdasarkan eksperimen yang

dilakukan didapatkan sebuah hubungan grafik antara faktor friksi dengan bilangan Reynolds

yang terjadi pada aliran turbulen, yaitu di sekitar bilangan Reynolds 4000 < Re < 15000. Dari

hasil pengolahan data sebelumnya diperoleh hubungan antara faktor friksi dan bilangan

Reynolds sebagai berikut:

Gambar 2.23 . Hubungan Bil. Reynold dan Faktor Friksi pada Pipa Lurus

Dari grafik di atas, secara umum dapat diamati bahwa hubungan antara bilangan

Reynolds dengan faktor friksi adalah berbanding terbalik yang artinya semakin besar

bilangan Reynolds maka akan semakin kecil faktor friksinya. Untuk pipa lurus 1 inch, faktor

friksi terendah terjadi pada bilangan Reynolds sekitar 1.4x104 dengan besar nilai f adalah

0.0224 dan faktor friksi terbesar terjadi pada bilangan Reynolds sekitar 4.7x103 dengan besar

nilai f 0.0549. Sedangkan untuk pipa lurus 1 inch, faktor friksi terendah juga terjadi pada

bilangan Reynolds sekitar 1.4x104 dengan besar nilai f yang lebih tinggi yaitu 0.0295 dan

faktor friksi terbesar terjadi pada bilangan Reynolds sekitar 5.1x103 dengan besar nilai f

0.1233.

0.0000

0.0200

0.0400

0.0600

0.0800

0.1000

0.1200

0.1400

0.000 0.250 0.500 0.750 1.000 1.250 1.500

f

Re (x104)

pipa lurus 0.695 inch

pipa lurus 1 inch


KELOMPOK 1


56

Dari persamaan Darcy-Weisbach diketahui bahwa faktor friksi eksperimen berbanding

lurus dengan pressure loss dan berbanding terbalik dengan kuadrat kecepatan aliran. Faktor

friksi untuk pipa lurus 1 inch lebih rendah dibandingkan faktor friksi untuk pipa lurus 0.695

inch, hal ini dikarenakan meskipun kecepatan aliran di pipa lurus 1 inch lebih kecil

dibandingkan pipa lurus 0.695 inch, pressure loss yang didapat dari pembacaan perbedaan

ketinggian manometer untuk pipa 1 inch juga jauh lebih kecil dibandingkan pipa 0.695 inch,

sehingga pressure loss berpengaruh lebih besar pada nilai faktor friksi untuk kedua pipa.

Pada aliran turbulen semakin besar (nilai Re semakin besar), dari kurva grafik pada

kedua pipa terlihat bahwa nilai faktor friksi menjadi cenderung stabil (perbedaan nilai faktor

friksi tidak terlalu besar). Hal ini terjadi pada rentang bilangan Reynolds 1.1x104 sampai

1.4x104.

Selain hubungan antara bilangan Reynolds dengan faktor friksi, percobaan ini juga

dilakukan untuk mengetahui bagaimana bilangan Reynolds mempengaruhi frictional loss

yang dialami fluida dalam pipa. Untuk mengetahui kesesuaian hasil eksperimen dengan

percobaan-percobaan yang sudah dilakukan sebelum-sebelumnya, maka dibuat grafik

perbandingan hasil eksperimen dengan hasil teoritis yang berdasarkan pada diagram Moody.

Gambar 2.24 . Perbandingan friction loss pada pipa 1” dan 0.695” baik secara eksperimen maupun

teoritis

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0.9000

1.0000

1.1000

1.2000

0.00 0.50 1.00 1.50

F

Re (x 104)

Pipa 1" eksperimen

Pipa 1" teoritis

Pipa 0.695" eksperimen

Pipa 0.695" teoritis


KELOMPOK 1


57

Dari grafik di atas menunjukkan bahwa bilangan Reynolds merupakan fungsi dari

frictional loss. Dari grafik di atas juga dapat diamati bahwa tren kurva hasil eksperimen pada

pipa 1 inch maupun 0.695 inch sudah sesuai dengan tren kurva teoritis, dimana semakin besar

bilangan Reynolds maka kehilangan friksinya juga semakin besar. Ini disebabkan karena

dengan semakin turbulennya aliran fluida pada pipa, kemungkinan fluida yang bergesekan

dengan dinding pipa semakin banyak. Frictional loss sendiri didefinisikan sebagai besarnya

kehilangan friksi akibat fluida yang bergesekan dengan dinding pipa.

Dilihat dari grafik, posisi kurva pada kurva hasil eksperimen maupun teoritis untuk pipa

0.695 inch lebih tinggi dibandingkan kurva untuk pipa 1 inch, yang berarti nilai frictional

loss-nya lebih besar. Hal ini dikarenakan persentase gesekan antara fluida dengan dinding

pipa pada pipa 0.695 inch lebih besar dibandingkan pada pipa 1 inch. Pada pipa 1 inch,

persentase fluida yang bergesekan dengan dinding pipa lebih sedikit dibandingkan fluida

yang bergesekan dengan fluida itu sendiri (karena diameternya yang lebih besar).

3.6 Percobaan VI : Fitting

Percobaan ini bertujuan mengetahui hubungan bilangan Reynold dengan panjang

ekivalen fitting, serta membandingkan hubungan tersebut antara satu fitting dengan fitting

yang lain. Fitting yang dipakai dalam percobaan ini adalah elbow dan T-junction.

Hubungan bilangan Reynold dan panjang ekivalen didapatkan dengan sebelumnya

menghitung faktor friksi pipa f serta mengetahui kecepatan aliran v. Dari hasil perhitungan

didapatkan grafik sebagai berikut

Gambar 2.25. Hubungan Bilangan Reynold dan Panjang Ekivalen pada Percobaan

Fitting

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

Le (

me

ter)

Re

x 10⁴

Elbow

T Junction


KELOMPOK 1


58

Berdasarkan grafik di atas terlihat bahwa untuk fitting elbow, pada rentang bilangan

Reynold 4371,22 sampai 10080,95 nilai panjang ekivalen cenderung stabil pada angka sekitar

0.5 meter. Hal ini menunjukkan bahwa saat kecepatan rendah nilai friksi pada fitting elbow

setara dengan friksi pada pipa lurus sepanjang sekitar 0.5 meter. Berikutnya pada rentang

bilangan Reynold 10080,95 sampai 14252,20 nilai panjang ekivalen terus naik seiring

naiknya bilangan Reynold. Hal ini dikarenakan setelah bilangan Reynold mencapai 10080,95

faktor friksi fitting bertambah besar, sehingga besar friksi yang terjadi dalam fitting semakin

besar pula.

Hal yang hampir sama berlaku untuk fitting T-junction. Pada rentang bilangan Reynold

6429,23 sampai 11127,96 nilai panjan ekivalen cenderung stabil pada angka sekitar 1.5

meter. Hal ini menunjukkan bahwa saat kecepatan rendah nilai friksi pada fitting elbow setara

dengan friksi pada pipa lurus sepanjang sekitar 1.5 meter. Berikutnya pada rentang bilangan

Reynold 111952,55 sampai 14252,20 nilai panjang ekivalen terus naik seiring naiknya

bilangan Reynold. Hal ini dikarenakan setelah bilangan Reynold mencapai 111952,55 faktor

friksi fitting bertambah besar, sehingga besar friksi yang terjadi dalam fitting semakin besar

pula.

Apabila dibandingkan, panjang ekivalen yang terhitung dari fitting T-junction lebih

besar dari panjang ekivalen dari fitting elbow pada rentang bilangan Reynold yang hampir

sama. Hal ini menunjukkan bahwa friksi yang terjadi pada fitting T-junction lebih besar

daripada fitting elbow pada kecepatan yang sama.


KELOMPOK 1


59

3.7 Analisa Kesalahan

Percobaan ini tidak luput dari kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi dan

mempengaruhi hasil pembacaan data. Kesalahan-kesalahan yang dapat terjadi adalah sebagai

berikut.

Kesalahan paralaks yaitu kesalahan menentukan nilai skala saat membaca skala baik

pada tangki maupun pada gelas ukur sehingga data yang didapat tidak akurat.

Kesalahan ini terjadi karena ketelitian skala tangki rendah yaitu hanya sebesar 1 L.

Sedangkan pada manometer skala yang digunakan ketelitiannya tidak universal yaitu

sebesar 0.125 inci, sehingga kesulitan dalam menentukkan nilai ketinggian. Selain

daripada itu, saat percobaan dilakukan terjadi fluktuasi pada manometer, sehingga ada

kemungkinan nilai yang terbaca tidak tepat.

Adanya gelembung-gelembung pada manometer sehingga data ketinggian air di

manometer bukanlah ketinggian yang seharusnya.

Kesalahan pada alat seperti masih terdapat tetes-tetesan kecil pada pipa yang

menunjukkan kebocoran sehigga mempengaruhi data volume air. Kemudian tidak

dapat digunakkannya orifice flowmeter pada percobaan keempat, kelima dan keenam

sehingga venturi flowmeter harus digunakan. Pembacaan perbedaan tekanan pada

venturi flowmeter cukup berbeda dengan orifice flowmeter, dimana pressure loss

pada venturi lebih kecil daripada orifice, dan pada akhirnya mempengaruhi

perhitungan dan pengolahan data.


KELOMPOK 1


60

BAB IV

KESIMPULAN

Dari percobaan yang dilakukan diperolehlah beberapa kesimpulan, anatra lain;

1. Faktor kalibrasi yang ditunjukkan oleh pembacaan ketinggian fluida pada storage tank

(sight gage) dengan volume ukur yang sebanrnya adalah sebesar 1.04.

2. Laju alir Q sebanding dengan pressure drop pada kedua jenis flowmeter, venturi dan

orifice flowmeter.

3. Dengan semakin besarny laju alir, maka koefisien karakteristik orifice maupun venturi

juga akan semakin besar.

4. Koefisien karakteristik venturi lebih besar jika dibandingkan dengan koefisien

karakteristik orifica. Hal tersebut membuktikan bahwa pressure drop pada venturi meter

lebih kecil jika dibandingkan dengan venturi orifice.

Co = 1,2712

Cv = 5,085

5. Penggunaan flowmeter orifice dan venturi sama-sama menggambarkan hubungan yang

linear antara laju alir Q dengan akar perbedaan ketinggian yang terbaca pada manometer

.

6. Laju alir fluida Q juga sebanding dengan bilangan Reynold, sehingga energi yang hilang

karena friksi (friction loss) akan semakin besar pula.

7. Dari percobaan yang dilakukan, faktor friksi berbanding lurus dengan bilangan Reynold.

8. Dari percobaan faktor friksi pada pipa lurus berdiameter 1 inch lebih besar jika

dibandingkan dengan pipa lurus ¾ inch. Hal tersebut sesuai dengan persamaan Darcy-

Weisbach, dimana faktor friksi berbanding lurus dengan diameter pipa, sehingga ketika

diameter pipa semakin besar maka faktor friksi pada pipa tersebut akan makin besar pula.

f1inch = 0,001107

f ¾ inch = 0,0003419

9. Panjang ekivalen Le sebanding dengan Hfitting, dan berbanding terbalik dengan kuadrat

kecepatan v2. Hal ini disebabkan oleh semalkin besar laju alir maka kecepatan juga akan

semakin besar, sehingga panjang ekivalen akan semakin kecil.

10. Pada fitting terjadi kehilangan energi yang disebabkan karena adanya friksi antara

partikel fluida maupun antar partikel fluida dengan permukaan dalam pipa. Pada


KELOMPOK 1


61

percobaan ini panjnag ekivalen T-junction lebih besar jika dibandingkan dengan panjang

ekivalen elbow.

Leelbow = 4,5969

LeT-Junction = 11,531

11. Nilai faktor friksi cenderung menurun jika laju alir bertambah. Hal ini karena karena f

berbanding terbalik dengan v secara kuadratik walaupun terjadi kenaikan pada pipa.


KELOMPOK 1


62

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. (2003). Liquid Flowmeters. http://www.omega.ca/techref/flowcontrol.html (diakses

pada 26 Oktober 2012, pukul 23.16.

Anonim. (2002). Surface tension and velocity. http://www.cci.net.au/conqchem/PCmod3

text.htm diakses pada 26 Oktober 2012, pukul 23.32.

Anonim. (_). Pump and Pum System Glossary. http://www.pumpfundamentals.com/

pump_glossary.htm diakses pada 26 Oktober 2012, 23.42.

Anonim. (2012). Friction Flow Calculations. http://www.pipeflow.com/pipe-pressure-drop-

calculations/pipe-friction-factors diakses pada 27 Oktober 2012, pukul 00.07.

Anonim. (_). Flow Velocity Profiles. http://nuclearpowertraining.tpub.com/h1012v3/css/

h1012v3_40.htm diakses pada 27 Oktober 2012, pukul 00.16.

Anonim. (_). Orifice, Nozzle and Venturi Flow Rate Meters. http://www.engineeringtoolbox.

com/orifice-nozzle-venturi-d_590.html, diakses pada 27 Oktober 2012, pukul 01.07.

Buku Panduan Praktikum Operasi Teknik I. Departemen Teknik Gas dan Petrokimia.

Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok.1998.

De Nevers, Noel. (1991). Fluids Mechanics for Chemical Engineering. McGraww-Hill.

International Edition.

Le Furge, Melissa. (2011). What is a Venturi Flow meter? http://energy-and-industry.

blogspot.com/2011/07/what-is-venturi-flow-meter.html diakses pada 27 Oktober

2012, pukul 00.36.

Laporan POT Modul 1

Documents

Transcript of Laporan POT Modul 1