LAPORAN PRAKTIKUM UNIT OPERASI BIOPROSES I

Transkripsi

1 LAPORAN PRAKTIKUM UNIT OPERASI BIOPROSES I MODUL II SIRKUIT FLUIDA Dosen: Dr. Ir. Sukirno, M.Eng Kelompok 8 Andre Fahriz Perdana Harahap ( ) Abdullah ( ) Chandra Wirawan Sugiarto ( ) Nabila Hana Dhia ( ) PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK NOVEMBER

2 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas limpahan rahmat dan karunia-nya praktikan dapat menyelesaikan laporan praktikum Unit Operasi Bioproses I, untuk Modul II: Sirkuit Fluida, tepat pada waktunya. Praktikan mengucapkan terimakasih kepada segala pihak yang telah berpartisipasi atas penyelesaian laporan ini, khususnya kepada dosen pengampu Modul II Praktikum Unit Operasi Bioproses I, Bapak Dr. Ir. Sukirno, M.Eng., beserta asisten laboratorium dan rekan praktikum yang telah bersama-sama ikut membantu penyelesaian laporan ini. Laporan praktikum Sirkuit Fluida ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Praktikum Unit Operasi Bioproses I pada Modul II sebagai salah satu mata kuliah wajib di Program Studi Teknologi Bioproses, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, pada tahun ajaran 2016/2017. Adapun konten dari laporan praktikum ini terdiri atas beberapa bagian seperti pendahuluan, tinjauan pustaka, metodologi praktikum, hasil praktikum, pengolahan data, pembahasan, kesimpulan dan saran, serta daftar pustaka. Praktikan menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam penyusunan laporan praktikum ini, oleh karena itu atas segala kekurangan praktikan memohon maaf yang sebesar-besarnya. Praktikan juga memohon kritik dan saran dari dosen pengampu dan asisten laboratorium Modul II agar kiranya dapat memperbaiki penulisan praktikan selanjutnya. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang menggunakannya. Depok, 12 November 2016 Praktikan 2

3 DAFTAR ISI DAFTAR ISI... 3 DAFTAR GAMBAR... 4 DAFTAR TABEL... 4 DAFTAR GRAFIK... 5 BAB I PENDAHULUAN... 6 I. 2. Tujuan Percobaan... 6 I. 3. Batasan Masalah... 7 I. 4. Sistematika Penulisan... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8 II.1. Pengertian dan Sifat Fluida... 8 II.2. Jenis Aliran Fluida... 9 II.3. Gradien Kecepatan II.4. Bilangan Reynold II.5. Energi Fluida II.6. Heat Loss karena Friksi II.7. Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold II.8. Profil Kecepatan Aliran II.9. Heat Loss padafitting II.10. Pengukuran Aliran II.11. Pipa, Valve, dan Pompa BAB III HASIL PERCOBAAN III.1. Alat dan Bahan III.2. Percobaan III Karakteristik Orifice Flowmeter III Karakteristik Venturi Flowmeter III Jenis Aliran III Friction Loss III Pipe Fitting BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1. Kalibrasi Sight Gauge

4 IV.2. Karakteristik Orifice Flowmeter IV.3. Karakteristik Venturi Flowmeter IV.4. Jenis Aliran IV.5. Frictional Loss IV.6. Pipe Fitting BAB V PENUTUP DAFTAR PUSTAKA DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Aliran fluida Gambar 2. Fenomena aliran fluida diantara 2 plat paralel Gambar 3. Ilustrasi hubungan tegangan dengan gradient kecepatan Gambar 4. Grafik faktor friksi Gambar 5. Profil kecepatan fluida pada aliran laminer Gambar 6. Profil Kecepatan fluida pada aliran turbulen Gambar 7. Flat jenis concentric orifice Gambar 8. Flat jenis eccentric orifice Gambar 9. Flat jenis segmental orifice Gambar 10. Ilustrasi orifice Gambar 11. Venturi flowmeter Gambar 12. Bagian-bagian venturi flowmeter Gambar 13. Skema aliran fluida DAFTAR TABEL Tabel 1. Keterangan peralatan Tabel 2. Data Pengamatan Kalibrasi Sight Gauge Tabel 3. Pengolahan Data Kalibrasi Sight Gauge Tabel 4. Data Pengamatan Orifice Flowmeter Tabel 5. Pengolahan Data Orifice Flowmeter Tabel 6. Data pengamatan karakteristik venturi flowmeter Tabel 7. Pengolahan data karakteristik venturi flowmeter Tabel 8. Data pengamatan jenis aliran Tabel 9. Pengolahan data jenis aliran Tabel 10. Data Pengamatan Percobaan Frictional Loss Tabel 11. Pengolahan Data Percobaan Frictional Loss Tabel 12. Data Pengamatan Percobaan Pipe Fitting Tabel 13. Pengolahan Data Percobaan Pipe Fitting Tabel 14. Jenis aliran

5 DAFTAR GRAFIK Grafik 1.Grafik kalibrasi sight gauge Grafik 2. Grafik Q terhadap Ah Orifice Grafik 3. Grafik Q terhadap Co Grafik 4. Grafik Co terhadap Re Grafik 5. Grafik Q terhadap h Venturi Grafik 6. Grafik Cv terhadap Q Grafik 7. Grafik Co terhadap Cv Grafik 8. Grafik Hubungan Bilangan Reynold dengan Faktor Friksi Eksperimen dan Teoritis Grafik 9. Grafik v 2 terhadap ΔH Elbow Grafik 10. Grafik Le terhadap Re Grafik 11. Grafik kalibrasi sight gauge Grafik 12. Grafik Q terhadap Ah Orifice Grafik 13. Grafik Q terhadap Co Grafik 14. Grafik Co terhadap Re Grafik 15. Grafik Q terhadap h Venturi Grafik 16. Grafik Cv terhadap Q Grafik 17. Grafik Co terhadap Cv Grafik 18. Grafik Hubungan Bilangan Reynold dengan Faktor Friksi Eksperimen dan Teoritis Grafik 19. Grafik v 2 terhadap ΔH Elbow Grafik 20. Grafik Le terhadap Re

6 BAB I PENDAHULUAN I. 1. Latar Belakang Suatu fluida tidak hanya akan ditemui dalam dunia teknik kimia saja tetapi juga akan ditemui dalam dunia teknologi bioproses. Fluida merupakan zat yang dapat mengalir yang mempunyai partikel yang mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa perpindahan massa. Fluida memiliki banyak karakteristik yang dapat dipelajari sehingga dapat mengkontrol aliran fluida dalam sebuah sistem fluida. Salah satu karakter fluida adalah tipe aliran fluida. Berdasarkan tipe alirannya, fluida dapat memiliki sifat aliran laminar, transisi, atau turbulen. Dalam dunia bioproses seringkali ditemukan contoh aliran fluida dalam bentuk laminar, misalnya untuk mikrofluida atau fluida yang mengalir antar mikro-organisme. Selain itu, dalam dunia bioproses suatu fluida juga dapat mengalir secara turbulen yang biasanya ditemukan dalam suatu pabrik perusahaan di bidang teknologi bioproses, biofilter, dan lain sebagainya. Oleh sebab itu, pengetahuan tentang karakteristik fluida dalam suatu sistem menjadi sangat penting. Sirkuit fluida merupakan salah satu dari banyak aplikasi yang menerapkannya. Prinsip aliran fluida ini berguna di bidang industri baik industri makanan, minuman, perminyakam, dan jenis industri lain yang menggunakan perpipaan sebagai media pengaliran fluida. Dengan mengetahui bagaimana karakteristik fluida yang mengalir, kita dapat menyesuaikan pengaturan sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan. Selain itu, dengan mengetahui karakteristik aliran fluida zat cair beserta tekanannya maka kita dapat mengatur kondisi agar proses dapat berjalan optimal serta tidak menyebabkan kerusakan pada alat yang dapat menimbulkan potensi bahaya. Konsep dan fenomena aliran fluida dalam suatu sirkuit fluida menjadi sangat penting untuk dipahami oleh seorang mahasiswa di bidang teknik mengingat luasnya aplikasi sirkuit fluida dalam berbagai bidang industri proses yang ada. Oleh sebab itu, praktikan melakukan praktikum Sikuit Fluida yang merupakan salah satu modul wajib dalam mata kuliah Praktikum Unit Operasi Bioproses I di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia. I. 2. Tujuan Percobaan Tujuan percobaan praktikum modul Sirkuit Fluida ini antara lain: Mengetahui mekanisme dan karakteristik perpindahan fluida. 6

7 Mempelajari sifat-sifat aliran fluida dalam beberapa jenis ukuran pipa. Memperoleh pengertian tentang perubahan tekanan yang terjadi pada aliran fluida. Mempelajari karakteristik tekanan alat pengukur laju alir. Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi friction loss pada aliran fluida. I. 3. Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan pada percobaan modul Fluidisasi ini antara lain: Percobaan ini dilaksanakan di Laboratorium Unit Operasi Bioproses lantai 1 Departemen Teknik Kimia FTUI pada hari Jumat, 11 November Percobaan ini menggunakan Sirkuit Fluida yang sudah dipersiapkan di Laboratorium Unit Bioproses lantai 1 Departemen Teknik Kimia FTUI. Sumber fluida yang digunakan pada percobaan Sirkuit Fluida ini adalah air keran yang ada di Laboratorium Unit Bioproses lantai 1 Departemen Teknik Kimia FTUI. I. 4. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan dalam penulisan laporan praktikum Sirkuit Fluida ini adalah sebagai berikut: Bab I Pendahuluan Pada bab pendahuluan ini berisi latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab II Tinjauan Pustaka Pada bab tinjauan pustaka ini berisi konsep dasar mengenai fluida, sifat-sifat fluida, aliran fluida, alat pengukur laju alir fluida, dan lain sebagainya. Bab III Hasil Percobaan Pada bab hasil percobaan ini berisikan mengenai alat dan bahan, tujuan dan prosedur untuk setiap percobaan, data hasil pengamatan untuk setiap percobaan, dan pengolahan data untuk setiap percobaan. Bab IV Pembahasan Pada bab pembahasan ini berisikan pembahasan dan analisis untuk setiap hasil percobaan yang diperoleh sebelumnya. Bab V Penutup Pada bab penutup ini berisi kesimpulan hasil percobaan yang dilakukan. 7

8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1. Pengertian dan Sifat Fluida Fluida merupakan suatu zat yang berubah bentuk secara terus menerus apabila terdapat suatu gaya geser seberapapun kecilnya. Fluida tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen. Jika massa fluida diubah, maka di dalam fluida tersebut akan terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu akan mengalir di atas lapisan yang lain, sehingga tercapai bentuk baru. Selama perubahan bentuk tersebut, terdapat tegangan geser (sheer stress) yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu. Bila fluida telah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser tersebut akan hilang sehingga fluida berada dalam keadaan kesetimbangan. Perubahan bentuk ini berpengaruh besar pada mekanika aliran, dan dipengaruhi oleh berbagai sifat dari fluida itu sendiri. Berikut adalah sifat-sifat fluida yang perlu diperhatikan: a) Density (ρ) Densitas atau rapat jenis atau massa jenis (ρ) adalah ukuran untuk konsentrasi atau kerapatan zat yang dinyatakan dalam massa persatuan volume. m ρ = (1) V b) Specific Weight ( ) Specific weight atau berat jenis atau berat massa ( ) merepresentasikan berat per unit volume. (2) c) Specific Gravity (Sp G) Specific gravity merupakan suatu dimensionless number yang mengacu pada rasio antara densitas fluida dengan densitas suatu zat referensi, pada umumnya zat referensi tersebut adalah air pada suhu 4 o C. (3) 8

9 d) Compressibility Densitas merupakan faktor yang mempengaruhi perbedaan karakteristik compressibility atau kemampatan fluida. Berdasarkan sifat ini, aliran fluida dibagi menjadi dua, yaitu aliran fluida yang densitasnya berupa gas sangat dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur(compressible fluid), dan aliran fluida yang densitasnya berupa liquid atau cairan sedikit sekali dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur (incompressible fluid). e) Dinamic Viscosity (µ) Viskositas dinamis merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk dan dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, gaya kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Semakin bertambahnya temperatur pada zat cair akan menyebabkan turunnya viskositas dari zat tersebut. Viskositas dihitung melalui persamaan: (4) Dimana µ melambangkan viskositas (kg/m.s, g/cm.s, Pa.s), adalah shear stress (N/m2 atau Pa) dan adalah gradient kecepatan dengan satuan (m/s)/m. f) Kinematic Viscosity (v) Viskositas kinematik merupakan rasio dari viskositas dinamis suatu fluida dengan massa jenis dari fluida tersebut, yang menghasilkan suatu angka yang tidak melibatkan gaya (tidak mengandung satuan gaya). (5) II.2. Jenis Aliran Fluida Berdasarkan kecepatan dari pergerakannya, jenis aliran fluida dibagi menjadi 3, yaitu laminar, transisi/transient dan turbulent. Aliran laminer merupakan aliran yang paling sederhana dan lambat. Dalam aliran laminer partikel-partikel zat cair bergerak teratur mengikuti lintasan yang saling sejajar sehingga akan terlihat berlapis-lapis, dan fluida terlihat bergerak secara sliding relatif terhadap lapisan didekatnya.. Aliran laminer lebih mudah terjadi bila kecepatan aliran relatif kecil sedangkan viskositas cairan besar dan pengaruh kekentalan cukup dominan dibandingkan dengan kecepatan aliran, sehingga 9

10 partikel-partikel zat cair akan bergerak teratur menurut lintasan lurus. Secara matematis aliran laminer akan terjadi bila perbandingan momentum dan viskositas, atau yang lebih dikenal dengan bilangan Reynold (Re) dibawah Aliran laminar tidak dipengaruhi oleh bidang batas atau kekasaran dinding. Bila kecepatan aliran diperbesar, gerakan partikel fluida semakin tidak teratur, sehingga terjadi pusaran-pusaran arus (eddy current). Aliran dimana eddy current ini terjadi disebut aliran turbulen, dengan bilangan Reynold diatas Turbulensi sendiri memiliki pengertian sebagai gerak partikel fluidaq yang tidak teratur dan sembarang yang ditimbulkan oleh gaya-gaya viskos dan gerak lapis zat cair yang berdampingan pada kecepatan berbeda. Sedangkan aliran yang memiliki bilangan Reynold antara 2300 hingga 4000 merupakan aliran transisi/transient, yang merupakan fase diantara laminar dan turbulen. Gambar 1. Aliran fluida (Sumber: II.3. Gradien Kecepatan Pada gambar berikut, digambarkan dua buah plat (dengan luas A) yang berjarak Y, dan diantaranya terdapat fluida. Plat bawah dibuat diam, sedangkan plat atas ditarik oleh gaya F sehingga bergerak dengan kecepatan u. Adanya gaya kohesi menyebabkan fluida bergerak searah dengan F. Apabila jarak y cukup kecil, fluida seakan bergerak secara berlapis-lapis dengan kecepatan berbeda atau dikatakan terdapat gradien kecepatan, dimana gradien tersebur merupakan perbedaan kecepatan dari partikel-partikel dalam fluida. 10

11 u F A Gambar 2. Fenomena aliran fluida diantara 2 plat paralel (Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015) Dari eksperimen didapatkan bahwa: (6) Apabila disubstitusi dengan gradien kecepatan, maka: (7) Dimana τ adalah tegangan geser (shear stress). Hubungan antara τ dan menunjukkan sifat reologi fluida seperti terlihat pada ilustrasi berikut: Gambar 3. Ilustrasi hubungan tegangan dengan gradient kecepatan (Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015) Hubungan yang paling sederhana ditunjukkan oleh kurva A. Fluida yang mengikuti kurva A disebut Newtonian fluids, yang memenuhi persamaan: (8) Fluida yang tidak mengikuti kurva A disebut Non-Newtonian Fluid. Non- Newtonian Fluid memiliki tiga sub, yaitu: a) Fluida dimana tegangan geser ( ) hanya tergantung pada gradien kecepatan saja, dan walaupun hubungan antara tegangan geser dan gradien kecepatan tidak linier, namun tidak tergantung pada waktu setelah fluida menggeser. 11

12 b) Fluida dimana tegangan geser ( ) tidak hanya tergantung pada gradient kecepatan tetapi tergantung pula pada waktu cairan menggeser atau pada kondisi sebelumnya. c) Fluida viscous-elastis yang menunjukkan karakteristik dari zat pada elastic dan fluida viscous. II.4. Bilangan Reynold Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang merupakan rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskositas (μ/l) dan mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan Reynolds digunakan untuk mengidentikasikan apakah suatu jenis aliran tersebut laminar, transisi atau turbulen. (9) dimana, Re = bilangan Reynold d = diameter pipa (m) v = flowrate (m/s) = densitas fluida (kg/m 3 ) = viskositas absolut (kg/m.s) Jika nilai dari bilangan Reynold di bawah maka aliran dalam keadaan laminar. Bilangan Reynold antara sampai dengan menunjukkan aliran dalam keadaan transisi, dan bilangan Reynold di atas menunjukkan aliran dalam keadaan turbulen. II.5. Energi Fluida Pada fluida mengalir terdapat tiga bentuk energi : 1. Energi Potensial: energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena ketinggiannya 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 Pada fluida yang mengalir akan terdapat kehilangan energi yang disebabkan oleh gesekan. Hubungan antara energi-energi di atas dapat membentuk persamaan energi mekanik. II.6. Heat Loss 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 energi mekanik sehingga tekanan di downstream menjadi berkurang. Parameter-parameter yang berhubungan dengan faktor friksi adalah : 1. Diameter pipa 2. Kecepatan rata-rata fluida 3. Densitas fluida 4. Viskositas fluida 5. Kekasaran pipa 6. Pemanasan akibat friksi per unit massa Besarnya kehilangan energi karena friksi menurut persamaan Darcy-Weisbach adalah sebagai berikut : (10) di mana: f = friction factor (blasius-darcy friction factor) L = panjang pipa (m) D = diameter dalam pipa (m) V = flowrate (m 3 /s) gc = konstanta konversi II.7. Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold Hagen-poiseuille melalui eksperimennya mengenai aliran laminer pada pipa menemukan hubungan sebagai berikut: (11) Bila persamaan dapat disusun kembali sebagai berikut : 13

14 (12) (13) Persamaan diatas menunjukkan hubungan linier antara f dan Re pada aliran laminer yang berlaku untuk Re dibawah Pada dasarnya kehilangan energi pada aliran laminer 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 di samping bergantung pada Re juga pada kekasaran permukaan pipa. (14) ε/d adalah kekasaran relatif, yaitu perbandingan antara tingginya tonjolan dalam dinding pipa dibagi diameter dalam pipa. Hubungan antara f dengan Re dan ε/d dapat diperoleh dari chart standard yang disebut Friction Factor Chart. Gambar 4. Grafik faktor friksi (Sumber: White, Frank. M. Fluid Mechanics. Mc Graw Hill.) II.8. Profil Kecepatan Aliran Pada aliran dalam pipa, partikel-partikel fluida bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Partikel yang berada pada dinding pipa mempunyai kecepatan nol, sedangkan partikel yang berada pada sumbu pipa mempunyai kecepatan maksimum. Hal ini 14

15 disebabkan karena perubahan momentum dan gesekan-gesekan yang terjadi antar lapisan. Untuk aliran laminar, lapisan-lapisan fluida terdapat dari dinding pipa sampai sumbu pipa (center line) sehingga profil kecepatan partikel-partikel fluida berbentuk parabola, seperti terlihat pada gambar berikut: Gambar 5. Profil kecepatan fluida pada aliran laminer (Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015) Semakin besar bilangan Reynold, momentum yang berpindah antar lapisan fluida semakin besar kenaikan bilangan Reynold sampai melewati batas kritisnya akan menyebabkan aliran menjadi turbulen dan terjadi dua regional aliran, yaitu daerah laminar dekat dinding pipa dan daerah turbulen mulai dari batas daerah aliran laminar sampai sumbu pipa. Akibatnya profil aliran tidak parabola lagi, sebagaimana yang diilustrasikan pada gambar di bawah. Gambar 6. Profil Kecepatan fluida pada aliran turbulen (Sumber: Modul Praktikum UOB Teknologi Bioproses FTUI 2015) Daerah laminar akan semakin tipis seiring dengan kenaikan bilangan Reynold dan semakin tidak memiliki pengaruh dibandingkan dengan kekasaran dinding pipa, sehingga efek kekasaran dinding pipa semakin dirasakan oleh aliran. Hal inilah yang menyebabkan faktor friksi pada aliran laminar hanya bergantung pada bilangan Reynold dan bergeser semakin bergantung pada kekesaran dinding pipa untuk aliran turbulen. II.9. Heat Loss padafitting Kehilangan energi pada fitting secara umum dapat digambarkan dengan persamaan: (15) 15

16 (16) di mana : Le = panjang ekivalen dari fitting Sehingga Le (17) (18) II.10. Pengukuran Aliran Pengukuran aliran bertujuan untuk mengukur kapasitas aliran, volume aliran, kecepatan aliran, massa laju aliran. Penurunan tekanan, debit, turbulensi, viskositas kecepatan, dan gradient kecepatan termasuk dalam pengukuran aliran fluida. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam memilih alat ukur untuk aliran fluida ialah ketelitian, kemudahan pembacaan, kemampuan pengukuran, kesederhanaan, harga, dan keawetan alat ukur. Pengukuran aliran dapat dibagi mejadi 3, yaitu 1. Pengukuran Kuantitaas Pengukuran kuantitas merupakan pengukuran debit secara langsung yang terdiri atas penentuan volume atau berat fluida yang melewati suatu penampan dalam suatu selang waktu tertentu. Pengukuran kuantitas diklasifikasikan menurut : a. Pengukur gravimetri atau pengukuran berat b. Pengukur volumetri untuk cairan c. Pengukur volumetri untuk gas 2. Pengukuran Laju Aliran Pengukuran laju aliran digunakan untuk mengukur kecepatan cairan atau gas yang mengalir melalui pipa. 3. Pengukuran Metoda Diferensial Tekanan Pengukuran tekanan diferensial merupakan jenis pengukur aliran yang paling luas digunakan. Perbedaan tekanan akan didapatkan pada suatu pipa dengan cara mengatur luas penampang pipa pada kedua ujungnya berbeda. Metoda pengukuran aliran fluida pada suatu pipa ini dapat dilakukan berdasarkan Hukum Bernoulli, dimana Hukum 16

17 Bernoulli menyatakan hubungan tekanan fluida yang mengalir pada suatu pipa adalah sebagai berikut : (19) dimana: P = tekanan fluida ρ = masa jenis fluida v = kecepatan fulida g = gravitasi bumi h = tinggi fluida (elevasi) Pada prinsipnya apabila fluida bergerak melewati pipa yang seragam dengan kecepatan rendah, maka gerakan partikel masing-masing umumnya sejajar disepanjang garis dinding pipa. Jika laju aliran meningkat, titik puncak dicapai apabila gerakan partikel menjadi lebih acak dan kompleks. Cara-cara yang digunakan untuk mengkur aliran dengan metode diferensial tekanan ialah menggunakan pipa venturi, pipa pitot, orifice plat (lubang sempit), turbine flow meter, rotameter, cara thermal, menggunakan bahan radio aktif, elektromagnetik, ultra sonic Alat yang digunakan untuk mengukur alirandisebut flowmeter. Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan alat ukur aliran adalah fasa fluida yang mengalir (gas, liquid, steam, etc.), kondisi aliran (clean, dirty, viscous, abrasive, open channel), kesesuaian fasa fluid dan teknologi flowmeter, ukuran pipa atau saluran dan kecepatan aliran, sifat-sifat fluida, kondisi lingkungan, posisi flowmeter termasuk penurunan tekanan maksimum yang diijinkan Pada teori ini, jenis alat ukur yang akan dibahas adalah orifice flowmeter dan venturi flowmeter karena kedua alat ini yang digunakan selama percobaan. Orifice flowmeter dan venturi flowmeter adalah pengukur aliran fluida yang menggunakan prinsip mekanika fluida dan memiliki prinsip kerja yang sama. Prinsip kerja dari orifice flowmeter dan venturi flowmeter yaitu bila aliran fluida yang mengalir melalui alat ukur ini mengalir maka akan terjadi perbedaan tekanan sebelum sesudah alat ini. Jika laju aliran yang diberikan pada alat ini makin besar maka beda tekanan akan menjadi lebih besar pula. 17

18 II Orrifice Flowmeter Orifice flowmeter mengukur laju aliran menggunakan prinsip dasar timbulnya perbedaan tekanan pada fluida yang mengalir karena adanya suatu penyempitan Terdapat 3 jenis dari orifice yaitu concentric orifice, eccentric orifice, segmental orifice. Jenis concentric orifice lebih popular karena konstruksinya lebih sederhana dan mudah dibuat. Jenis isi dapat dipergunakan untuk semua jenis fluida yang tidak mengandung partikel partikel padat. Gambar 7. Flat jenis concentric orifice (Sumber : Tipe yang kedua yaitu Eccentric orifice memiliki potongan lubang pembatas secara eccentric sehingga mencapai bagian dasar pipa. Jenis ini khusus untuk fluida yang mengandung partikel partikel padat. Gambar 8. Flat jenis eccentric orifice (Sumber : Jenis yang ketiga, segmental orifice digunakan untuk mengukur laju lairan yang mengandung padatan, sama seperti jenis eccentric orifice hanya saja kalau jenis eccentric berbentuk lingkaran yang berada di bawah atau dekat dasar pipa, sedangkan jenis segmental berlubang setengah lingkaran. 18

19 Gambar 9. Flat jenis segmental orifice (Sumber : Gambar ilustrasi untuk orifice terdapat pada gambar dibawah ini Gambar 10. Ilustrasi orifice (Sumber : Peralatan ini terdiri dari plat yang dilubangi dan dikerjakan dengan mesin secara teliti, dan dipasang di antara dua flens sehingga lubang tersebut konsentrik dengan pipa tempat memasangnya. Lubang plat itu dapat dibuat miring ke sisi hilir. Penyadap tekanan, satu di hulu dan satu di hilir orifice tersebut dipasang dan dihubungkan dengan manometer atau peralatan pengukuran tekanan lainnya. Posisi lubang sadap dapat dipasang sembarang, dan koefisien meteran tersebut bergantung pada letak lubang sadap itu. Prinsip meteran orifice identik dengan prinsip venture. Penurunan penampang arus aliran melalui orifice menyebabkan tinggi-tekan kecepatan meningkat tetapi tinggi tekan tekanan menurun, dan penurunan tekanan antara kedua titik sadap diukur dengan manometer. 19

20 Standar-standar rancang yang terperinci sudah tersedia secara luas di dalam literature, yang harus diikuti dengan ketat agar kerja meteran tersebut dapat diramalkan dengan teliti tanpda kalibrasi. Tetapi sebagai pendekaran, persamaan di bawah ini cukupmemadai untuk digunakan. di mana: u o u o C o 4 1 2g c pa p : kecepatan melalui orifice (m/s) : rasio diameter orifice terhadap diameter pipa p a, p b : tekanan pada bagian a dan b C o b (20) : koefisien orifice Pada persamaan diatas, C o adalah koefisien orifice tanpa termasuk kecepatan datang. Koefisien ini memberikan koreksi atas kontraksi jet fluida antara orifice dan vena-kontrakta, juga terhadap gesekan dan terhadap a dan b. C o selalu ditentukan dari percobaan. Nilainya cukup bervariasi sesuai dengan perubahan dan angka Reynold pada orifice, N Re,o. Angka Reynolds tersebut didefinisikan sebagai di mana: D o N Re,o N Re, o Do. uo. 4m (21). D. : diameter orifice : angka Reynold pada orifice Pada perancangan, C o hampir konstan dan tidak bergantung pada selama N Re,o > Pada kondisi ini, C o dapat dianggap 0,61 untuk lokasi sadap di lens o maupun di vena kontrakta. Terlebih lagi, jika <0,25 maka bernilai 1, sehingga persamaan 26 menjadi u o 4 1 2g c pa pb 0,61 (22) dapat dianggap Laju aliran massa dapat ditulis: m u S,61. S 2g ( p p ) o o 0 o c a b (23) dimanas o : luas penampang orifice 20

21 ` S o D 2 a So 2 a D D a 2 2 a / 4 D D 2 o 4 D 2 a (24) dan dengan mensubstitusikan persamaan diatas diperoleh 2 0,61D a 2 4m 2g c p a p b (25) Pemeriksaan atas nilai angka Reynolds menunjukkan bahwa nilai koefisien 0,61 tidak teliti bila N Re,o < Dalam system orifice ini penting sekali adanya bagian pipa lurus di bagian hulu dan bagian hilir orifice untuk menjamin agar pole aliran yang normal dan tidak terganggu oleh perlengkapan sambung pipa, katup, dan peralatan lain. Sebab, jika tidak, distribusi kecepatan akan menjadi tidak normal, dan koefisien orifice akan terganggu dengan cara yang tidak dapat diramalkan. Mengenai penjang minimum bagian pipa lurus ini, yang harus terdapat pada bagian hulu dan bagian hilir orifice untuk mendapatkan distribusi kecepatan yang normal, sudah tersedia datanya. Terkadang, jika panjang pipa lurus tidak mencukupi, maka di bagian hulu dipasang sudut-sudut pelurus. II Venturi Flowmeter Venturi merupakan gabungan dari converging tube dan diverging tube. Pada converging tube, pressure head diubah menjadi velocity head. Setelah melewati throat, velocity head kemabli diubah menjadi pressure head. Pada inlet dan throat dipasang manometer untuk mengukur perbedaan tekanan, karena ada hubungan antara perbedaan tekanan dan flowrate, maka flowrate dapat dihitung bila perbedaan tekanan diketahui. Persamaan karakteristik venturi flowmeter dapat diturunkan dari persamaan Bernoulli dan persamaan kontinuitas untuk tabung venturi yang dipasang horizontal, persaman karakteritiknya dapat ditulis sebagai berikut: (26) di mana : A : Area kerongkongan venturi (m 2 ) 21

22 β Da Db Q C : Db/Da : diameter pipa (m) : diameter kerongkongan venturi (m) : Flowrate volume (m 3 /s) : koefisien karakteristik venturi : pressure drop Sedangkan orificemeter adalah suatu pelat yang berlubang di tengahnya yang dipasang di dalam pipa tegak lurus arah aliran. Persamaan karakteristik orificemeter mempunyai bentuk yang sama dengan venturi flowmeter. Gambar 11. Venturi flowmeter (sumber : Untuk melihat bagian bagian dari alat venturi meter terdapat pada gambar dibawah ini Gambar 12. Bagian-bagian venturi flowmeter (Sumber: Keterangan Gambar : A : bagian masuk B : bagian leher C : bagian keluar E : lubang ke ruang piezometer F : lubang sadap tekanan hulu H : pelapis 22

23 D, G : ruang piezometer I : lubang sadap tekanan hilir Dalam meteran venturi, kecepatan fluida bertambah dan tekanannya berkurang di dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan di dalam kerucut hulu itu lalu dimanfaatkan, sebagaimana diuraikan di bawah nanti, untuk mengukur laju aliran melalui instrumen itu. Kecepatan fluida kemudian berkurang lagi dan sebagian besar tekanan awalnya kembali pulih di dalam kerucut sebelah hilir. Agar pemulihan tekanan itu besar, sudut kerucut hilir C dibuat kecil, sehingga pemisahan lapisan-batas dapat dicegah dan gesekan pun minimum. Oleh karena pada bagian yang penampangnya mengecil tidak ada pemisahan, maka kerucut hulu dapat dibuat lebih pendek daripada kerucut hilir. Gesekannyapun di sini kecil. Dengan demikian ruang dan bahanpun dapat dihemat. Walaupun meteran venture dapat digunakan juga untuk mengukur gas, namun alat ini biasanya digunakan untuk mengukur zat cair, terutama air, pengolahan di bawah ini terbatas pada fluida incompressible. Persamaan dasar untuk meteran venturi diperoleh dengan menuliskan kembali persamaan Bernoulli untuk fluida incompressible antara kedua station tekanan pada F dan I. Kerja Injeksi + Energi Potensial + Energi Kinetik + Kerja + Energi friksi = 0 Gesekan dapat diabaikan, dan meteran itu diandaikan terpasang horisontal dan tidak ada pompa sehingga :. V b 2 b. V a 2 a 2g c pa p V a, V b : kecepatan rata-rata fluida pada station a dan station b (ft/sec ; m/sec) c : faktor koreksi energi kinetik pada stasion a, dan station b : densitas (lb/ft 3 ; kg/m 3 ) g c : faktor proporsional hukum Newton = 32,174 ft-lb/lb f -sec 2 p a, p b : tekanan pada station a dan station b (lbf/ft 2 ; atm) Persamaan kontinuitas untuk aliran yang melalui saluran berpenampang bundar : b (27) av V b a b D D b a 2 (28) di mana: 23

24 D a, D b : diameter saluran pada stasion a (hulu) dan station b (hilir), karena a = b maka D b 2 V a Vb. D a mana : D a : diameter pipa D b : diameter leher meteran (m) : rasio diameter (D b /D a ) Dengan mensubstitusi persamaan (28) ke persamaan (27) diperoleh : V b 2 4 b 1 a V b 2g c pa p b (29) di (30) II.11. Pipa, Valve, dan Pompa Selama percobaan ini terdapat 3 instrumen lain yang penting selain alat pengukur laju alir yaitu pipa, valve dan pompa. Sistem instalasi pipa biasanya terdiri dari banyak sekali valve dengan ukuran dan bentuk yang beragam. Beberapa jenis valve sangat cocok untuk membuka dan menutup penuh aliran, ada valve yang cocok untuk mengurangi tekanan dan laju aliran fluida, adapula valve yang berfungsi mengatur agar aliran fluida terjadi pada satu arah saja. Pemindahan fluida melalui pipa, peralatan, atau udara terbuka dilakukan dengan pompa, kipas, blower, dan kompresor. Alat-alat tersebut berfungsi meningkatkan energi mekanik fluida. Tambahan energi itu lalu digunakan untuk meningkatkan kecepatan, tekanan, atau elevasi fluida. Metoda yang umum untuk penambahan energi tersebut adalah dengan positive displacement dan aksi sentrifugal yang diberikan dengan gaya dariluar. Kedua metoda tersebut menyebabkan ada 2 jenis utama peralatan pemindah fluida, yaitu menggunakan tekanan langsung pada fluida dan menggunkaan momen puntir untuk membangkitkan rotasi. Pompa digunakan untuk mengalirkan fluida (umumnya cair) dari satu unit operasi ke unit operasi yang lain. Fluida mengalir akibat terjadinya perpindahan energi. Driving force yang umum digunakan untuk mengalirkan fluida adalah gravitasi, displacement, gaya sentrifugal, gaya elektromagnetik, perpindahan momentum, impuls mekanik, atau kombinasinya. Saat ini, yang paling umum diaplikasikan adalah gaya sentrifugal dan gravitasi. 24

25 Ada 2 kelompok utama pompa: Gambar 13. Positive Displacement Pump (sumber : gifsgallery.com) a. Positive Displacement Pump Pada pompa jenis ini, volume tertentu zat cair terperangkap di dalam satu ruang yang berganti-ganti diisi melalui pemasuk dan dikosongkan pada tekanan yang lebih tinggi melalui pembuang. Ada 2 jenis positive displacement pump. Pada reciprocating pump ruang tersebut adalah silinder stasioner yang berisi piston atau plunger. Pada pompa putar ruangnya bergerak dari pemasuk sampai pembuang dan masuk lagi ke inlet. b. Pompa Sentrifugal Gambar 14. Pompa Sentrifugal (sumber : artikel-teknologi.com) Pada jenis pompa ini energi mekanik zat cair ditingkatkan dengan aksi sentrifugal. Pompa ini paling banyak digunakan dipabrik.pada pompa, densitas fluida konstan dan besar. Perbedaan tekanan biasanya cukup besar dan konstruksinya harus kuat. Pompa dipasang untuk memberikan energi yang diperlukan untuk menarik zat cair dari sumber dan membuatnya mengalir dengan laju alir volumetrik yang konstan pada waktu keluar pada ketinggian tertentu di atas pompa. 25

26 Pada pompa zat cair masuk melalui sambuangan isap dan keluar melalui sambungan buangan. Persamaan Bernoulli dapat digunakan untuk kedua titik tersebut. Gesekan hanya terjadi pada dinding pompa sendiri, dan dapat dihitung dalam efisiensi mekanik η dan hf = 0. Dengan penyederhanaan tersebut, persamaan Bernoulli menjadi: (31) Jumlah dalam kurung disebut total head dan ditandai dengan H (32) Jumlah kerja yang dihasilkan oleh pompa bergantung pada kapasitas dan head. Kapasitas adalah laju alir massa atau volume fluida yang dialirkan, sedangkan head adalah perbedaan total tekanan masuk dan keluar alat, yang biasanya dinyatakan dalam tinggi kolom fluida dalam kondisi adiabatic Kerja yang Dihasilkan oleh Pompa Dalam menentukan performa pompa, salah satu variabel yang perlu dihitung adalah output daya, yang merupakan fungsi dari total dynamic head dan massa cairan yang dipompa pada rentang waktu tertentu. Daya tersebut dinyatakan dalam kilowatt (kw) untuk satuan SI, dan horsepower (hp) untuk satuan US. Friksi atau kebocoran menyebabkan adanya daya yang hilang di dalam pompa, akibatnya input daya ke dalam pompa lebih besar dari daya keluarannya. Efisiensi kerja pompa dinyatakan sebagai berikut : Efisiensi pompa = (daya output) / (daya input) (33 26

27 BAB III HASIL PERCOBAAN III.1. Alat dan Bahan Bahan: Fluida (air) Skema peralatan: Keterangan: Aliran biru = aliran fluida dalam pipa melewati manometer Valve merah = valve yang dibuka Gambar 13. Skema aliran fluida (Sumber: Valve kuning = valve yang bukaannya divariasikan Valve oranye = valve yang dibuka sedikit sekali Tabel 1. Keterangan peralatan 1 Storage tank v.4 Gate valve aliran yang menuju orifice 2 Pompa v.5 Gate valve display flow box 3 Display box v.6 Gate valve aliran dari orifice 4 Orifice meter v.7 Gate valve aliran menuju storage tank 5 Venturi meter v.8 Gate valve pipa 4 v.1 Upstream valve 1 v.9 Gate valve pipa 5 v.2 Upstream valve 2 v.10 Upstream valve 4 v.3 Upstream valve 3 v.11 Gate valve untuk menghitung debit air 27

28 III.2. Percobaan III.2.1 Kalibrasi Sight Gauge III Tujuan Khusus 1. Mengetahui apakah skala sight gauge pada tangki sudah sesuai dengan ukuran standar (volume gelas ukur). III Prosedur Percobaan 1. Memastikan tersedia cukup air pada tangki dan semua valve tertutup (memutar maksimal ke kanan untuk menutup, dan sebaliknya untuk membuka). 2. Membuka valve 1 (v1), valve 2 (v2), valve 3 (v3), valve 6 (v6), valve 8 (v8), dan valve 11 (v11). 3. Menyalakan pompa dan menunggu sampai aliran air yang keluar dari pipa v11 stabil. 4. Menampung air yang keluar dengan menggunakan gelas ukur 2 L dan mencatat nilai terukur pada gelas ukur untuk setiap penurunan 1 L pada sight gauge tangki. III Data Pengamatan Tabel 2. Data Pengamatan Kalibrasi Sight Gauge No Volume Awal pada Volume Akhir pada Volume Terukur pada Tangki (L) Tangki (L) Gelas Ukur (L) , , , , , , , , , , ,98 28

29 III Pengolahan Data Pada pengolahan data dicari akumulasi penurunan volume pada tangki dan akumulasi volume terukur pada gelas ukur Tabel 3. Pengolahan Data Kalibrasi Sight Gauge No Akumulasi Penurunan Volume pada Tangki (L) Akumulasi Volume Terukur pada Gelas Ukur (L) 1 1 0, , , , , , , , , ,11 Data tersebut kemudian diplot ke dalam grafik dengan akumulasi penurunan volume pada tangki sebagai sumbu x dan akumulasi volume terukur pada gelas ukur sebagai sumbu y 29

30 Grafik 1.Grafik kalibrasi sight gauge Berdasarkan grafik di atas, diketahui persamaan garis dan faktor koreksi dari percobaan kalibrasi adalah y = 1,0181x - 0,0867 III Karakteristik Orifice Flowmeter III Tujuan Khusus 1. Mendapatkan kurva kalibrasi orifice flowmeter dan persamaannya (hubungan laju alir dan pressure drop). 2. Mencari nilai koefisien karakteristik (discharge coefficient) rata-rata dari orifice flowmeter yang digunakan. III Prosedur Percobaan 1. Memastikan tersedia cukup air pada tangki dan semua valve tertutup. 2. Membuka valve 1 (v1), valve 2 (v2), valve 3 (v3), valve 6 (v6), valve 8 (v8), dan valve 11 (v11). 3. Menyambung manometer pada tap pressure 40 dan 41 untuk mengukur perbedan tekanannya. 4. Menjalankan pompa dan menggunakan valve 3 (v3) untuk mengatur air yang keluar melalui pipa ke orifice. 5. Membuka valve 3 perlahan-lahan hingga aliran air yang keluar dari pipa v11 telah stabil. 30

31 6. Mengukur aliran yang melalui orifice (terbaca pada manometer), jumlah air yang keluar dari tangki (aliran air yang keluar dari pipa v11) dalam waktu 15 detik, dan mencatat perbedaannya. 7. Mengulangi pengukuran untuk beberapa flowrate dengan mengubah bukaan valve 8, seraya memastikan isi tangki tetap memadai untuk setiap bukaan. III Data Pengamatan Tabel 4. Data Pengamatan Orifice Flowmeter Bukaan V awal V akhir ΔV data Ah orifice (m) T (detik) ,1 0,9 0, ,6 37,2 1,4 0, ,3 1,7 0, ,7 2,3 0, ,7 25 2,7 0, ,5 20,2 3,3 0, ,4 3,6 0, ,6 15,5 4,1 0, ,7 4,3 0, ,1 14,2 4,9 0,

32 III Pengolahan Data Tabel 5. Pengolahan Data Orifice Flowmeter Δv ΔV ΔV Ah orifice T (Ah kalibrasi Q ΔP Co Re data kalibrasi (m) (detik) orifice)^0,5 (m^3) 0,9 0,830 8,2 x , ,5 x , ,804 0,173 1,4 1,339 1,3 x , ,9 x , ,679 0,265 1,7 1,644 1,6 x , ,09 x , ,604 0,300 2,3 2,255 2,2 x , ,5 x , ,455 0,332 2,7 2,662 2,6 x , ,7 x , ,355 0,346 3,3 3,273 3,2 x , ,1 x , ,205 0,346 3,6 3,578 3,5 x , ,3 x , ,130 0,361 4,1 4,088 4,08 x , ,7 x , ,006 0,374 4,3 4,291 4,2 x , ,8 x , ,956 0,374 4,9 4,902 4,9 x , ,2 x , ,806 0, Memperoleh nilai ΔV kalibrasi (dm3) dengan menggunakan persamaan dari kalibrasi sight gage y = 1,0181x - 0,0867 dengan memasukkan nilai V data ke persamaan tersebut 2. Mengkonversi V kalibrasi dedalam satuan m 3 3. Mencari nilai Q 4. Menghitung nilai Y = m x 32

33 Q 0, ,0003 0, ,0002 0, ,0001 0,00005 y = 0,0012x - 0,0002 R² = 0, ,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 Ah Orifice Q Linear (Q) Grafik 2. Grafik Q terhadap Ah Orifice Dari grafik diatas didapatkan hubungan Q terhadap melalui persamaan y = 0,0012x 0,0002 dengan nilai R 2 = 0, Mencari nilai ΔP melalui 6. Mencari nilai C o Menghitung nilai koefisien karakteristik (faktor koreksi) rata-rata orifice dengan persamaan, Menghitung luas area kerongkongan orifice (A) dengan menggunakan persamaan, 33

34 Co A = 1, m 2 D out = 1,025 inch = 0, m Din = 0,625 inch = 0, m 0,120 0,100 y = 338,63x + 7E-17 R² = 1 0,080 0,060 0,040 Co Linear (Co) 0,020 0, , ,0001 0, ,0002 0, ,0003 0,00035 Q Grafik 3. Grafik Q terhadap Co Dari grafik diatas didapatkan hubungan Q terhadap Co melalui persamaan y = 338,63x dengan nilai R 2 = 1 7. Mencari nilai Re = 1000 kg/m3 = 0,001 g = 9,8 m/s2 Panjang pipa 1,52 m 34

35 Grafik 4. Grafik Co terhadap Re Dari grafik diatas didapatkan hubungan Co terhadap Re melalui persamaan y = x dengan nilai R 2 = 1 8. Kemudian dapat dicari nilai Co rata-rata dengan menggunakan slope dari grafik hubungan Q dan Δh yaitu y = 0,0012x - 0,0002. Maka nilai koefisien karakteristik rata-rata dari orifice adalah (satuan A dalam cm 2, satuan g dalam m/s 2 ) = 0,47 III Karakteristik Venturi Flowmeter III Tujuan Khusus 1. Mendapatkan kurva kalibrasi venturi flowmeter dan persamaannya (hubungan laju alir dan pressure drop). 2. Mencari nilai koefisien karakteristik (discharge coefficient) rata-rata dari venturi sebagai faktor koreksi terhadap friksi kemudian membandingkan keduanya. III Prosedur Percobaan 1. Membuka valve 1 (v1), valve 2 (v2), valve 3 (v3), valve 6 (v6), dan valve 8 (v8) serta menutup valve lainnya. 2. Menggunakan valve 3 (v3) untuk mengatur aliran air yang keluar ke venturi. 3. Menyalakan pompa dan memastikan aliran total tidak terlalu kecil. 35

36 4. Memasang dua selang manometer pada venturi dan orifice (tap pressure 38-39) untuk mengukur perbedaan tekanan. 5. Mencatat perbedaan ketinggian yang nampak pada manometer venturi maupun orifice setelah 30 detik pengaturan aliran, hingga diperoleh data perubahan dengan inkremen yang sama (minimal 10 data). III Data Pengamatan Tabel 6. Data pengamatan karakteristik venturi flowmeter Volume Sight Gage (m3) ΔH Orfice ΔH Orfice^0,5 V Awal V Akhir ΔV data (mh2o) (mh2o)

37 III Pengolahan Data Tabel 7. Pengolahan data karakteristik venturi flowmeter ΔH ΔH Volume Sight Gage (m3) Orfice Orfice^0,5 V V ΔV (mh2o) (mh2o) Awal Akhir data 0,0448 0,0445 0,0003 0,14 0,374 0,0445 0,0442 0,0003 0,15 0,387 0,0423 0,0397 0,0026 0,16 0,400 0,0368 0,0332 0,0036 0,17 0,412 0,0303 0,0272 0,0031 0,2 0,447 Q Co ΔH Bukaan ΔH Venturi Valve Venturi^0,5 (mh2o) (o) ΔP Cv 2,48 x 0,084 0,19 0, , ,64 x 0,090 0,2 0, , ,8 x ,095 0,21 0, ,095 2,9 x 0,100 0,22 0, , ,3 x ,114 0,23 0, ,114 0,025 0,0219 0,0031 0,22 0,469 0,0197 0,0167 0,003 0,22 0,469 0,0154 0,0122 0,0032 0,23 0,480 0,011 0,0079 0,0031 0,24 0,490 3,6 x ,6 x ,7 x ,8 x ,123 0,24 0, ,123 0,123 0,24 0, ,123 0,127 0,25 0, ,127 0,131 0,26 0, , ,0035 0,0029 0,25 0,500 4 x ,135 0,27 0, , Menghitung nilai akar dari ΔH orifice dan ΔH venturi 2. Menghitung nilai laju alir (Q) dengan memasukkan nilai sebagai x pada persamaan yang didapat dari Grafik Q vs yaitu dengan persamaan y = 0,0012x - 0, Kemudian hubungan antara debit air yang keluar dengan ΔH venturi dapat diperoleh dengan grafik Q vs 37

38 Q Sehingga didapatkan grafik berikut, Y = m x 0, ,0004 0, ,0003 y = 0,002x - 0,0006 R² = 0,9718 Grafik Q terhadap h venturi 0, ,0002 0,400 0,450 0,500 0,550 h Venturi Linear (Grafik Q terhadap h venturi) Grafik 5. Grafik Q terhadap h Venturi Persamaan yang didapat adalah y = 0,0002x - 0,0006 dengan gradien 0, Mencari nilai koefisien karakteristik orifice (Co) dengan persamaan, Sehingga dapat diketahui Co untuk masing-masing data. 5. Mencari nilai koefisien karakteristik orifice keseluruhan dengan persamaan, Co = 0,470 38

39 6. Menghitung coefficient discharge venturi (Cv) untuk semua aliran dengan persamaan, Q=A v Dengan diketahui, A/So = 1,978 x 10-4 m2 = 0,61 dan menggunakan rumus p = venturi untuk mencari data perbedaan tekanannya dalam satuan Pa. Kemudian untuk mencari Cv untuk masing-masing data, digunakan rumus Hasil tersebut kemudian diplot ke dalam grafik Cv vs Q, Grafik 6. Grafik Cv terhadap Q Persamaan yang didapat adalah y = 1454,8x + 0,279 dengan gradien 0, Kemudian plot juga grafik Co terhadap Cv 39

40 Grafik 7. Grafik Co terhadap Cv Persamaan yang didapat adalah y = 0,2303x 0,0629 dengan gradien 0, M encari nilai koefisien karakteristik orifice keseluruhan dengan persamaan III Jenis Aliran III Tujuan Khusus 1. Mengetahui pola dan karakteristik aliran laminar, transisi, dan turbulen, serta mengetahui nilai laju alir terjadinya pola aliran tersebut. III Prosedur Percobaan 1. Memastikan visual box bersih sehingga praktikan mudah melakukan pengamatan pola aliran. 2. Menggunakan venturi sebagai flowmeter dengan memasang manometer pada venturi flowmeter. 40

41 3. Membuka valve 1 (v1), valve 2 (v2), valve 3 (v3), valve 6 (v6), dan valve 8 (v8) serta menutup valve lainnya. 4. Memvariasikan bukaan valve 3 (minimal 10 variasi). 5. Mengamati pola aliran yang terjadi (mendokumentasikannya) dan mencatat nilai ΔHv pada setiap variasinya. III Data Pengamatan Pengamatan data dilakukan dengan memvariasikan bukaan valve 3 dan didapatkan data ΔH Venturi (mh2o) dan kondisi aliran pada visual box Tabel 8. Data pengamatan jenis aliran No Bukaan ΔH Venturi (mh2o) , , , , , , , , , ,23 III Pengolahan Data 1. Menentukan laju alir dengan menggunakkan grafik hubungan Δh venturi vs Q dari percobaan 3 y = 1454,8x - 0,279 41

42 2. Menentukan jenis aliran masing-masing data berdasarkan dokumentasi Laminar atau Turbulen berdasarkan pergerakan fluida dalam visual box 3. Menghitung bilangan Reynolds untuk masing-masing data : Re=DρQ/Aμ (49) Dout = 1,025 inch = 0, m Din = 0,625 inch = 0, m ρ = 1000 kg/m 3 μ = 0,001 g = 9,8 m/s 2 4. Menentukan range flowrate terjadinya bentuk aliran Laminer Re <2000 dan tubulen Re>4000 Tabel 9. Pengolahan data jenis aliran ΔH ΔH Jenis Jenis Venturi Venturi Q Re Aliran Dokumentasi Aliran dari (mh2o) (mh2o) Data Foto 0,09 0, Laminer Laminer 0,1 0,316 3,2 x ,811 Laminer Laminer 0,11 0,332 6,3 x ,324 Turbulen Transisi 0,16 0,400 2 x ,567 Turbulen Turbulen 42

43 0,19 0,436 2,7 x ,458 Turbulen Turbulen 0,2 0,447 2,9 x ,089 Turbulen Turbulen 0,21 0,458 3,1 x ,820 Turbulen Turbulen 0,23 0,480 3,5 x ,910 Turbulen Turbulen 0,23 0,480 3,5 x ,910 Turbulen Turbulen 0,23 0,480 3,5 x ,910 Turbulen Turbulen III Friction Loss III Tujuan Khusus 1. Membandingkan besarnya kehilangan energi karena karena friksi antara data eksperimental dan teoritis pada aliran dalam pipa serta menganalisis faktor-faktor yang berpengaruh terhadap besarnya friksi. III Prosedur Percobaan 1. Membuka valve 1 (v1), valve 2 (v2), valve 3 (v3), valve 6 (v6), dan valve 8 (v8), serta menutup valve lainnya. 2. Menghubungkan dua selang manometer pada pipa 1 dan dua lainnya pada orifice. 3. Memvariasikan laju alir dengan mengatur bukaan valve 3 (v3). 4. Mencatat data Δh pada manometer pipa 1 dan manometer orifice. III Data Pengamatan Berikut adalah data yang diperoleh dari percobaan ini (data perbedaan tekanan pada pipa 1 inci dengan orifice flowmeter dalam bentuk head): 43

44 Tabel 10. Data Pengamatan Percobaan Frictional Loss No. Bukaan Valve (derajat) Δh pipa (m H2O) Δh orifice (m H2O) ,3 0, ,6 0, ,9 0, ,8 0, ,1 0, ,2 0, ,53 0, ,8 0, ,8 0, ,7 0,19 III Pengolahan Data Langkah-langkah yang dilaksanakan untuk mengolah data yang diperoleh adalah sebagai berikut: 1. Menghitung nilai Δhorifice 2. Menghitung nilai Q dengan menggunakan persamaan regresi linear dari percobaan kalibrasi orifice: y = 0,0012x 0, Menghitung nilai v dengan membagi Q dengan Apipa. 4. Mencari pressure loss dengan menggunakan Δh pipa (head) dengan rumus: ΔP= ρ.g.δhpipa 5. Menentukan nilai bilangan Reynold dengan menggunakan persamaan: (dengan Ddalam pipa) 44

45 6. Menentukan nilai faktor friksi eksperimen dengan rumus: 7. Menentukan nilai faktor friksi teoritis dengan persamaan Swamee-Jain (bentuk lain persamaan Darcy-Weisbach) (dengan ε = kekasaran ekuivalen pipa = 0,012): Keterangan : Din = 0,625 inch = 0, m Apipa = luas penampang pipa (0, m) ρ = massa jenis air (1000 kg/m 3 ) μ = viskositas air (0,001 Pa. s) g = percepatan gravitasi (9,8 m/s 2 ) L = panjang aliran air melalui sirkuit fluida (1,52 m) 8. Memplot faktor friksi eksperimen dan teoritis terhadap bilangan Reynold. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan Microsoft Excel dan berikut adalah tabel pengolahannya: 45