Kalibrasi Sight Gage
Tabel 4.1 Hasil dan Pengolahan Data Kalibrasi Sight Gage
volume tangki volume ukur x = (v ukur / v tangki) 1.2 0.9 0.75 1.3 1 0.7692308 1.8 1.5 0.8333333 1.85 1.6 0.8648649 1.9 1.7 0.8947368 𝑥 0.8224332
Data pengamatan yang diperoleh praktikan menunjukkan selisih yang relatif kecil antara volume ukur dan volume tangki, yakni tidak lebih dari 0,3 L pada masing-masing percobaan. Rata-rata hasil perhitungan rasio volume ukur terhadap volume tangki menunjukkan angka 0,8224. Hal ini menunjukkan bahwa untuk setiap 1 liter perubahan volume pada tangki, perubahan volume yang terukur oleh gelas ukur adalah 0,8224 liter.
Karakteristik Orifice Flowmeter & Venturimeter
Tabel 4.2 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Turbulen Pada Orifice Flowmeter
Δv(L) Δv
kalibrasi t(s) q(L/s) Δh(in) Δh(m) ∆𝒉 Debit(m3/s)
2.7 2.22048 25 0.0888192 3 0.0762 0.276043475 8.88192x10-5
3 2.4672 25 0.098688 4.5 0.1143 0.33808283 0.000098688
3.2 2.63168 25 0.1052672 4.7 0.11938 0.34551411 0.000105267
3.3 2.71392 25 0.1085568 4.9 0.12446 0.352788889 0.000108557
3.5 2.8784 25 0.115136 5 0.127 0.356370594 0.000115136
Tabel 4.3 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Laminar Pada Orifice Flowmeter
Δv(L) Δv
kalibrasi t(s) q(L/s) Δh(in) Δh(m) ∆𝒉 Debit(m3/s)
2 1.6448 25 0.065792 1 0.0254 0.159373775 0.000065792
27
2.4 1.97376 25 0.0789504 2.4 0.06096 0.24690079 7.89504x10-5
Tabel 4.4 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Turbulen Pada Venturimeter
Δv(L) Δv
kalibrasi t(s) q(L/s) Δh(in) Δh(m) ∆𝒉 Debit(m3/s)
2.7 2.22048 25 0.0888192 6 0.1524 0.390384 8.88192x10-5
3 2.4672 25 0.098688 6.5 0.1651 0.406325 0.000098688
3.2 2.63168 25 0.1052672 6.6 0.16764 0.409439 0.000105267
3.3 2.71392 25 0.1085568 7 0.1778 0.421663 0.000108557
3.5 2.8784 25 0.115136 7.5 0.1905 0.436463 0.000115136
Tabel 4.5 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Laminer Pada Venturimeter
Δv(L) Δv
kalibrasi t(s) q(L/s) Δh(in) Δh(m) ∆𝒉 Debit(m3/s)
2 1.6448 25 0.065792 6 0.1524 0.390384 0.000065792
2.2 1.80928 25 0.0723712 6.5 0.1651 0.406325 7.23712x10-5 2.4 1.97376 25 0.0789504 6.8 0.17272 0.415596 7.89504x10-5
Dari data yang di dapatkan, dilakukan perhitungan seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Maka didapatkan pada aliran turbuler, nilai koefisien karakter orifice (Co) adalah 0.329 , dan nilai koefisien karakter venturi (Cv) adalah 0.184. Sedangkan pada aliran laminer, Co adalah 0.217, dan Cv adalah 0.1228. Dari hasil perhitungan laminar dan turbulen tersebut, nilai Co lebih besar daripada nilai Cv. Hal ini disebabkan oleh energy loss pada venturi lebih kecil dibanding orifice. Pada venturi, kehilangan energi karena friksi dengan dinding venturi dapat diabaikan karena dinding venturi sangat halus. Ketika aliran memasuki throat menyempit pada venturimeter, energi kinetik aliran akan semakin besar secara perlahan (tidak seperti pada orifice dimana perubahan kecepatan aliran terjadi secara tiba-tiba sehingga terdapat kehilangan energi) sehingga saat memasuki throat venturi (tabung slinder) kecepatannya mencapai maksimum.
Aliran Laminer dan Turbuler
Tabel 4.6 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Laminer
Debit(m3/s) V(m/s) Re
0.000065792 0.129908031 3897.240916
7.23712x10-5 0.142898834 4286.965007 7.89504x10-5 0.155889637 4676.689099
28
Tabel 4.7 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Turbulen
Debit(m3/s) V(m/s) Re 8.88192x10-5 0.175376 5261.275 0.000098688 0.194862 5845.861 0.000105267 0.207853 6235.585 0.000108557 0.214348 6430.448 0.000115136 0.227339 6820.172
Tujuan dari percobaan adalah mengetahui pola aliran dengan laju yang berbeda pada pipa lurus. Data pengamatan yang diperoleh untuk mengetahui pola aliran turbulen berupa pengamatan visual pada visual box. Aliran turbulen ditandai dengan terjadinya aliran yang deras bergejolak dan terbentuk pusaran, selain itu perbedaan ketinggian yang terlihat pada manometer sangat jauh. Hal ini menunjukan nilai pressure drop yang terjadi di sepanjang pipa sangat besar.
Maka untuk membuktikan apakah dugaan tersebut benar, dilakukan pengolahan data untuk menghitung bilangan Reynold. Bilangan Reynold yang merupakan bilangan tak berdimensi menunjukkan karakter dari suatu aliran. Bilangan Reynold dihitung berdasarkan volume air yang terukur pada tangki sehingga diperoleh debit ataupun laju alirnya. Bilangan Reynold untuk aliran turbulen bernilai diatas 4000.
Jika dilihat dari nilai yang diperoleh, semakin besar bukaan valve yang tentunya memperbesar debit, akan menyebabkan bilangan Reynold semakin tinggi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa percobaan ini sesuai dengan literatur, dimana v berbanding lurus dengan Re. Pada bukaan valve maksimum diperoleh bilangan Reynold sebesar 6820,72.
Aliran laminer ditandai dengan aliran yang tenang dan tidak bergejolak. Selain itu nilai selisih ketinggian yang terbaca pada manometer sangatlah kecil.Untuk membuktikan asumsi tersebut maka dilakukan perhitungan bilangan Reynold, dimana untuk aliran laminer bilangan Reynold bernilai kurang dari 2000.
Pada percobaan laminar, hasil penghitungan bilangan Reynold tidak menunjukkan sepenuhnya aliran laminar melainkan aliran transisi karena berada diantara 2000 sampai 4000. Faktor-faktor yang kemungkinan menyebabkan hal ini akan dibahas pada analisis kesalahan. Namun dari segi lain, percobaan laminar menghasilkan pengolahan data yang menunjukkan bahwa semakin kecil bukaan valve maka selisih antara volume awal dan volume akhirpada tangki akan semakin kecil pula, sehingga debit yang diperoleh semakin menurun. Hal tersebut dijelaskan oleh rumus bilangan Reynold, dimana besar debit dan laju
29
alir berbanding lurus dengan bilangan Reynold. Selain itu, perbedaan ketinggian yang terukur pada manometer orifice serta venture bernilai lebih kecil jika dibandingkan dengan perbedaan ketinggian pada aliran turbulen pada percobaan sebelumnya, dimana perbedaan ketinggian yang terbaca pada skala manometer menunjukkanbesarnya pressure drop yang terjadi dalam pipa di setiap bukaan valve. Sehingga dapat dikatakan bahwa pressure drop yang terjadi di sepanjang pipa dan flowmeter bernilai lebih kecil untuk aliran laminar. (Δh berbanding lurus dengan besar debit Q,dimana besar Q berbanding lurus pula dengan bilangan Reynold, sehingga dapat pula dituliskan bahwa ∆𝑃 ≈ Re).
Friction Loss
Tabel 4.8 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Pengukuran Friction Loss
Δv(L) Δv kalibrasi t(s) q(L/s) Δh pipa (m) v Re f f teori F 3.3 2.71392 25 0.1085568 0.0254 0.21434825 5444.446 0.181067 0.038146 0.24892 3.5 2.8784 25 0.115136 0.02794 0.227339053 5774.412 0.177062 0.037535 0.273812 4 3.2896 25 0.131584 0.02794 0.259816061 6599.328 0.135563 0.036214 0.273812 5 4.112 25 0.16448 0.0381 0.324770076 8249.16 0.118309 0.034193 0.37338 7 5.7568 25 0.230272 0.0381 0.454678107 11548.82 0.060362 0.03154 0.37338
Gambar 4.4 Grafik f vs Re dalam keadaan aliran turbuler
Perhitungan yang pertama didapatkan adalah besar debit (q) dengan membagi perubahan volume yang telah dikalibrasi dengan waktu, dimana waktu telah ditetapkan untuk semua percobaan 25 detik. Dari perhitungan didapatkan bahwa semakin besar nilai Δh pada
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0 5000 10000 15000 Re Faktor friksi
Grafik f vs Re
f f teori30
manometer, maka debit yang dihasilkan juga semakin besar. Dari nilai ini kemudian akan didapatkan nilai atau besar laju alir fluidanya, yang juga menunjukkan nilai yang lebih tinggi pada Δh yang tinggi. Hal ini dikarenakan pada Δh yang tinggi, maka bukaan valve akan semakin besar (semakin terbuka penuh). Kondisi ini mengakibatkan area cross-section fluida menjadi lebih besar untuk fluida lewat sehingga volume fluida yang dapat melewati valve tersebut pun semakin besar untuk waktu yang sama, atau dengan kata lain didapatkan laju alir yang lebih besar.
Perhitungan selanjutnya adalah mencari nilai bilangan Reynold (Re). Dari perhitungan didapat bahwa seluruh pengamatan menujukkan nilai bilangan Reynold yang lebih dari 4000. Hal ini menunjukkan bahwa aliran yang terjadi saat pengamatan adalah aliran turbulen. Seperti halnya laju alir, perhitungan data menunjukkan nilai Δh yang lebih tinggi akan menghasilkan nilai Reynold yang lebih tinggi pula. Nilai bilangan Reynold tertinggi adalah 11.548,8 pada saat Δh pipa 0,0381 m sedangkan nilai bilangan Reynold terkecil adalah 5.444,45 pada saat Δh pipa 0,0254 m.
Perhitungan selanjutnya adalah friction loss (F). Dari perhitungan didapatkan bahwa F berbanding lurus dengan laju alir, semakin besar laju alir maka semakin besar pula friction
loss. Selain friction loss, perhitungan juga dilakukan dengan menghitung faktor friksi dari
data eksperimen dan faktor friksi teoritis. Hasil perhitungan faktor friksi, baik pada eksperimen maupun teoritis, menunjukkan bahwa faktor friksi berbanding terbalik dengan laju alir, semakin kecil laju alir maka faktor friksi akan semakin besar. Hal ini dikarenakan tahanan pada aliran yang dengan laju yang lebih rendah bernilai lebih besar dibanding pada aliran mempunyai laju yang lebih tinggi.
Fitting Pipa
Tabel 4.9 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Pengukuran Fitting Pipa
Δh Fitting(m) Δh venturi(m) v Re f Le 0,33782 0,04572 0,149320703 3792,746 0,671603 11,231111 0,32766 0,03048 0,155812907 3957,648 0,411201 16,340000 0,3048 0,02794 0,162305112 4122,55 0,347383 16,581818
31
Gambar 4.5 Grafik Le vs Re dalam keadaan aliran turbuler
Data yang diperoleh dalam percobaan berupa ΔH venturi dan ΔHfitting valve serta volume tangki dengan waktu 25 detik. Data tersebut diolah untuk mencari nilai faktor friksi, panjang ekuivalen (Le) dan memperoleh hubungan antara bilangan Reynold (Re) dengan panjang ekuivalen (Le).
Kecepatan didapatkan dengan cara seperti pada penghitungan-penghitungan sebelumnya. Langkah selanjutnya yaitu mencari bilangan Reynold dari percobaan. Bilangan Reynold untuk aliran laminar secara teoritis adalah < 2000. Dari pengolahan data diatas, bilangan Reynold pada percobaan fitting pipa dalam aliran laminar berada diantara 2000 hingga 4000 sehingga dapat dikatakan merupakan aliran transisi. Bilangan Reynold pada percobaan semakin tinggi karena bilangan Reynold berbanding lurus kecepatan, sehingga apabila kecepatan naik maka bilangan Reynold juga akan naik.
Setelah itu, nilai faktor friksi dan panjang ekuivalen dicari dengan menggunakan rumus yang terdapat pengolahan data. Bilangan Reynold yang semakin besar berpengaruh pada semakin meningkatnya pressure drop aliran di dalam fitting. Sehingga tegangan geser pun akan semakin meningkat, akibatnya faktor friksi pun juga akan meningkat. Friksi terjadi pada
fitting, sehingga menyebabkan kehilangan energi. Kehilangan energi pada fitting lebih besar
dibanding dibanding dengan kehilangan energi pada pipa lurus tanpa keberadaan fitting walaupun dengan diameter yang sama. Hal ini dikarenakan sifat inersia fluida yang mempertahankan arah gerak fluida sehingga fluida akan menubruk dinding terlebih dahulu baru kemudian berbelok dan ketika fluida menumbuk dinding kemungkinan terjadi friksi
0.000000 2.000000 4.000000 6.000000 8.000000 10.000000 12.000000 0 2000 4000 6000 8000 10000 Leb ar E ki val e n (m ) Bilangan Reynolds
Grafik Le vs Re
eksperimen teoretis32
karena tumbukan antar partikel maupun dengan dinding yang akan membuat kehilangan energi gerak aliran.
Analisis Kesalahan
Berdasarkan hasil data yang kami peroleh dan kami olah, beberapa data memberikan hasil yang kurang sesuai dengan teori. Pada percobaan friction loss hasil data eksperimen dan data teoritis memiliki perbedaan yang cukup signifikan. Berdasarkan analisis kami, hal tersebut diakibatkan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah:
1. Kurangnya ketelitian praktikan dalam mengoperasikan alat, sedangkan variasi bukaan alat membutuhkan akurasi yang tinggi. Sehingga menghasilkan data yang kurang akurat dan sempurna dari data teoritis.
2. Kerusakan alat, misalnya adanya kebocoran pada bagian tertentu pada pipa, mengakibatkan sistem tidak berjalan sesuai sehingga mempengaruhi keakuratan data. 3. Ketidakstabilan perngukuran percobaan menggunakan manometer sehingga hasil
33 BAB V
KESIMPULAN
1. Beda ketinggian manometer menunjukan besarnya pressure drop pada aliran fluida 2. dalam pipa.
3. Bilangan Reynold berbanding lurus dengan laju alir dan debit. 4. Aliran fluida berdasarkan bilangan Reynold dibagi menjadi 3, yaitu :
- Aliran laminar : Re < 2000
- Aliran transisi : 2000 < Re < 4000 - Aliran turbulen : Re > 4000
5. Beda ketinggian manometer berbanding lurus dengan laju alir, dengan demikian
pressure drop akan berbanding lurus pula dengan bilangan Reynold.
6. Nilai karakteristik orifice meter adalah sebagai berikut : - Pada aliran Turbuler: 0,329
- Pada aliran Laminer: 0,217
7. Nilai karakteristik venturi meter adalah sebagai berikut : - Pada aliran Turbuler: 0,184
- Pada aliran Laminer: 0,1228
8. Faktor friksi eksperimen yang didapat relatif lebih besar jika dibandingkan dengan 9. faktor friksi secara teoritis.
34 DAFTAR PUSTAKA
Buku Panduan Praktikum Unit Operasi Bioproses. Departemen Teknik Kimia Universitas
Indonesia
Brown, Nigel P. 1991. Slurry Handling Design of Solid-Liquid System. New York : Elsevier Science Publishing.
De Nevers, Noel. 1991. Fluid Mechanics for Chemical Engineers. Singapore: McGraw-Hill Book, Co.
Geankoplis, C.J. 1991. Transport Process and Unit Operations Third Edition. New Jersey : Prentice Hall International. Inc