SKRIPSI STUDI EKSPERIMENTAL ORIFICE FLOW METER PADA LAJU ALIR VOLUMETRIS RENDAH DENGAN VARIASI RASIO DIAMETER Oleh : SYAMSUDIN NIM : 0804305067 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
STUDI EKSPERIMENTAL ORIFICE FLOW METER PADA LAJU ALIR VOLUMETRIS RENDAH DENGAN VARIASI RASIO DIAMETER Oleh : Syamsudin Pembimbing : Ainul Ghurri, ST, MT, Ph.D. Si Putu Gede Gunawan Tista, ST, MT. ABSTRAKSI Orifice flow meter sangat penting dalam dunia industri maupun Laboratorium dan orifice flow meter juga banyak digunakan karena harga dan cara penggunaan yang mudah. Banyak penelitian telah dilakukan namun belum ada yang menyebutkan pada posisi mana letak pressure tap yang paling baiik.oleh karena itu timbul permasalahan bagaimana pengaruh laju aliran rendah terhadap distribusi tekanan sepanjang aliran, variasi nilai discharge cofficient, dan non recoverable pressure drop yang terjadi? Pengujian orifice flow meter telah dilakukan dengan menggunakan bahan besi. Plat orifice dibuat dengan memberikan sedikit bevel pada bagian sisi masuknya yang memiliki rasio diameter (β) = 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 dengan tebal plat orifis 10 mm. Pengujian dilakukan dengan range kapasitas aliran yang memiliki bilangan Reynolds 6827,55 sampai 8004,72. Pengujian dilakukan dengan mengalirkan air melintasi plat orifis. Kapasitas aktual dari orifice flow meter dapat diukur pada penampung air. Sedangkan untuk kapasitas teoritis dari orifice flow meter dapat dihitung dengan menggunakan persamaan kontinuitas dan persamaan bernoulli yang dimodifikasi dengan penambahan pengaruh beda rasio diameter. Hasil penelitian juga menunjukan bahwa presentase irrecoverable pressure drop semakin turun jika kapasitas aliran semakin besar. Pada rasio diameter (β)= 0,8 tebal 10 mm irrecoverable pressure drop terhadap maximum pressure drop mencapai nilai yang cukup rendah yaitu 7,714% pada bilangan Reynolds 8004,72. Cd (discharge coefficient) untuk orifice flow meter yang tebalnya 10 mm berkisar antara 0,3535-1,3374. Berdasarkan nilai Cd, letak pressure tap yang baik berada pada hdown-2 dengan mempunyai nilai Cd = 1,0073 pada d = 14,4 mm (Qaktual = 6,3 ltr/mnt). Kata kunci: pengukuran aliran, rasio diameter, penurunan tekanan.
EXPERIMENTAL STUDY ORIFICE FLOW METER ON LOW VOLUMETRIS RATE WITH THE VARIATION OF THE RATIO DIAMETER Oleh : Syamsudin Pembimbing : Ainul Ghurri, ST, MT, Ph.D. Si Putu Gede Gunawan Tista, ST, MT. ABSTRACT Orifice flow meter is very important in industrial and laboratory, and also used because the price and easy to used it. A lot of research have done but no one said that where the good position for the location of pressure tap. Because that problem problems about how low flow rate to pressure distribution as long as stream, variation of assess the discharge coefficient, and irrecoverable pressure drop? Exsperimental orifice flow meter was conducted by using the iron substance. Orifice plate made by giving a bevel of side shares entry of owning diameter ratio = 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8, with thickly is plate orifice 10 mm. Respectively at Reynolds number 6827,55 sampai 8004,72. Water is circulated through orifice flow meter. Pressure distribution can be perceived at manometer and the actual capacity measurable by using reservoir. Different measurement of pressure searched at 5 position. The theoretical capacity is determined by using the mass conservation and Bernoulli equations based on the measured pressure at various pressure tap position. The results showed that the irrecoverable pressure drop as percentage of maximum pressure drop decreased with increasing of β and flow capacity. At β = 0,8 thick 10 mm irrecoverable pressure drop to maximum pressure drop has a very low value 7,714% at Reynolds number 8004,72. The maximum value of discharge coefficient (Cd) for the orifice flow meter which thickness 10 mm is between 0,3535-1,3374. Based on the value of Cd, a nice pressure tap location are is hdown-2 by has value Cd = 1,0073 on the d = 14,4 mm (Qactual = 6,3 ltr/mnt). Keyword: stream measurement, diameter ratio, pressure drop.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul Studi Eksperimental Orifice Flow Meter pada Laju Alir Rendah dengan Variasi Rasio Diameter. Dalam penyusunan skripsi ini tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MT, MASc, Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ketut Astawa, ST, MT., selaku Wakil Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ainul Ghurri, ST, MT, Ph.D., selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 4. Bapak Si Putu Gede Gunawan Tista, ST, MT., selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 5. Seluruh keluarga besar Bapak Abdul Ghofir yang selalu mendukung. 6. Bapak Dr. (Cand) Adv. M. Wiman Wibisana, SH, MH., yang banyak mendukung dan membantu dalam penulisan skripsi ini. 7. Saudara Firman Turmuzi, ST. dan Ganjar Kusmanegara, ST., yang banyak membantu dan mendukung dalam penulisan skripsi ini. 8. Seluruh anggota keluarga besar Buaya Musholla yang bermukim di Perumahan Casa De Bale No. A4 9. Bapak/Ibu dosen, staf pegawai, kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana, serta semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan, mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak.
Sekali lagi penulis mengucapkan terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penyelesaian skripsi ini. Denpasar, Juli 2015 Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN.... i LEMBAR PERSETUJUAN.... ii ABSTRAKSI... iii ABSTRACT... iv KATA PENGANTAR...... v DAFTAR ISI.... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Permasalahan... 3 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 3 1.5. Manfaat Penelitian... 4 BAB II LANDASAN TEORI 5 2.1. Flow Meter Berbasis Beda Tekanan... 5 2.1.1 Orifice Plate... 5 2.1.2 Penerapan Persamaan Bernoulli Pada Orifice Plate... 7 2.1.3 Nosel Aliran (Flow Nozzle)... 8 2.2. Discharge Coefficient... 13 2.3. Aliran Pemulihan Pressure Drop pada Orifice, Nosel dan Venturi meter 14 2.4. Pengukuran Perbedaan Tekanan... 14 2.4.1 Manometer Tabung U... 15 2.4.2 Inclined U-Tube Manometer (Manometer Miring). 16 2.5. Flowmeter dan Turndown Ratio... 16 2.6. Flowmeter dan Akurasi..... 28
2.7. Literature Riview (Kajian Pusataka).... 30 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 20 3.1. Tahap Persiapan... 20 3.1.1. Tempat... 20 3.1.2. Peralatan.. 20 3.1.3. Alat Penelitian (Orifice Plate)... 21 3.2. Tahap Pelaksanaan dan Pengambilan Data... 23 3.3. Tahap Analisa Data... 25 3.4. Diagram Alir Penelitian... 27 BAB IV PEMBAHASAN 28 4.1. Data dan Hasil Penelitian... 28 4.2. Pengolahan Data... 29 4.2.1. Distribusi Tekanan Sepanjang Aliran... 29 4.2.2. Kapasitas Teiritis... 36 4.2.3. Coefficient Discharge... 50 4.2.4. Pressure Drop dan Irrecoverable Pressure Drop... 57 BAB V PENUTUP 64 5.1 Kesimpulan... 64 5.2 Saran-saran 64 DAFTAR PUSTAKA 65
DAFTAR GAMBAR Halaman 2.1. Gambar skematik orifice plate... 6 2.2. Gambar aliran nosel... 12 2.3. Gambar grafik Cd terhadap Re pada orifice plate... 13 2.4. Gambar Pressure drop recovery... 14 2.5. Gambar Vertical U-Tube Manometer... 15 2.6. Gambar Inclined U-Tube Manometer... 16 2.7. Gambar turndown ratio dan sinyal terukur... 17 2.8. Gambar turndown ratio dan sinyal terukur... 18 3.1. Gambar Detail set up orifice tampak samping dan tampak atas.... 21 3.2. Gambar orifice plate... 21 3.3. Gambar Pipa orifis... 22 3.4. Gambar set up orifice plate... 22 3.5. Gambar set up experimental orifice plate flow meter... 23 3.6. Gambar memasang orifis pada pipa... 24 3.7. Gambar memasang set up orifice pada papan manometer... 24 3.8. Gambar membuka keran tandon (mengisi bak penampung air). 25 3.9. Gambar hasil tampung debit output... 25 4.1. Gambar papan manometer... 28 4.2. Gambar grafik distribusi tekanan untuk d = 5,4 mm... 30 4.3. Gambar grafik distribusi tekanan untuk d = 7,2 mm... 31 4.4. Gambar grafik distribusi tekanan untuk d = 9 mm.... 32 4.5. Gambar grafik distribusi tekanan untuk d = 10,8 mm... 33 4.6. Gambar grafik distribusi tekanan untuk d = 12,6 mm... 34 4.7. Gambar grafik distribusi tekanan untuk d = 14,4 mm... 35 4.8. Gambar grafik kapasitas teoritis terhadap Re untuk d = 5,4 mm... 40 4.9. Gambar grafik kapasitas teoritis terhadap Re untuk d = 7,2 mm... 42 4.10. Gambar grafik kapasitas teoritis terhadap Re untuk d = 9 mm... 44
4.11. Gambar grafik kapasitas teoritis terhadap Re untuk d = 10,8 mm... 46 4.12. Gambar grafik kapasitas teoritis terhadap Re untuk d = 12,6 mm... 48 4.13. Gambar grafik kapasitas teoritis terhadap Re untuk d = 14,4 mm... 50 4.14. Gambar grafik hubungan antara Cd terhadap Re untuk d = 5,4 mm... 51 4.15. Gambar grafik hubungan antara Cd terhadap Re untuk d = 7,2 mm.... 52 4.16. Gambar grafik hubungan antara Cd terhadap Re untuk d = 9 mm... 53 4.17. Gambar grafik hubungan antara Cd terhadap Re untuk d = 10,8 mm..... 55 4.18. Gambar grafik hubungan antara Cd terhadap Re untuk d = 12,6 mm.. 56 4.19. Gambar grafik hubungan antara Cd terhadap Re untuk d = 14,4 mm.. 57 4.20. Gambar grafik hubungan antara pressure drop terhadap Re untuk d = 5,4... 58 4.21. Gambar grafik hubungan antara pressure drop terhadap Re untuk d = 7,2... 59 4.22. Gambar grafik hubungan antara pressure drop terhadap Re untuk d = 9... 60 4.23. Gambar grafik hubungan antara pressure drop terhadap Re untuk d = 10,8.. 61 4.24. Gambar grafik hubungan antara pressure drop terhadap Re untuk d = 12,6.. 62 4.25. Gambar grafik hubungan antara pressure drop terhadap Re untuk d = 14,4.. 63
DAFTAR TABEL Halaman 4.1. Tabel rata-rata data hasil penelitian... 29 4.2. Tabel data pengukuran tekanan untuk d = 5,4 mm... 30 4.3. Tabel data pengukuran tekanan untuk d = 7,2 mm... 31 4.4 Tabel data pengukuran tekanan untuk d = 9 mm... 32 4.5. Tabel data pengukuran tekanan untuk d = 10,8 mm... 33 4.6. Tabel data pengukuran tekanan untuk d = 12,6 mm... 34 4.7. Tabel data pengukuran tekanan untuk d = 14,4 mm... 34 4.8. Tabel posisi pressure tap yang menghasilkan ketelitian terbaik untuk d = 5,4... 38 4.9. Tabel nilai P untuk d = 5,4 mm... 39 4.10. Tabel nilai Qtheoritis untuk d = 5,4 mm... 39 4.11. Tabel posisi pressure tap yang menghasilkan ketelitian terbaik untuk d = 7,2... 40 4.12. Tabel nilai P untuk d = 7,2 mm..... 41 4.13. Tabel nilai Qtheoritis untuk d = 7,2 mm... 41 4.14. Tabel posisi pressure tap yang menghasilkan ketelitian terbaik untuk d = 9... 42 4.15. Tabel nilai P untuk d = 9 mm... 43 4.16. Tabel nilai Qtheoritis untuk d = 9 mm.. 43 4.17. Tabel posisi pressure tap yang menghasilkan ketelitian terbaik untuk d = 10,8.. 44 4.18. Tabel nilai P untuk d = 10,8 mm 45 4.19. Tabel nilai Qtheoritis untuk d = 10,8 mm. 46 4.20. Tabel posisi pressure tap yang menghasilkan ketelitian terbaik untuk d = 12,6.. 46 4.21. Tabel nilai P untuk d = 12,6 mm 47 4.22. Tabel nilai Qtheoritis untuk d = 12,6 mm... 48 4.23. Tabel posisi pressure tap yang menghasilkan ketelitian terbaik untuk d = 14,4.. 48 4.24. Tabel nilai P untuk d = 14,4 mm 49 4.25. Tabel nilai Qtheoritis untuk d = 14,4 mm... 50 4.26. Tabel coefficient discharge untuk d = 5,4 mm..... 51 4.27. Tabel coefficient discharge untuk d = 7,2 mm..... 52
4.28. Tabel coefficient discharge untuk d = 9 mm.... 53 4.29. Tabel coefficient discharge untuk d = 10,8 mm..... 54 4.30. Tabel coefficient discharge untuk d = 12,6 mm..... 55 4.31. Tabel coefficient discharge untuk d = 14,4 mm... 56 4.32. Tabel irrecoverable pressure drop untuk d = 5,4 mm... 57 4.33. Tabel irrecoverable pressure drop untuk d = 7,2 mm... 58 4.34. Tabel irrecoverable pressure drop untuk d = 9 mm.... 59 4.35. Tabel irrecoverable pressure drop untuk d = 10,8 mm... 60 4.36. Tabel irrecoverable pressure drop untuk d = 12,6 mm... 61 4.37. Tabel irrecoverable pressure drop untuk d = 14,4 mm... 62