Percobaan 5: Aliran Melalui Orifice 1. Analisis Percobaan

Grafik m vs ��otal

6.4. Percobaan 5: Aliran Melalui Orifice 1. Analisis Percobaan

Pada percobaan 5 ini mengenai aliran melalui orifice bertujuan untuk mengetahui hubungan antara laju alir dengan beda tekanan pada orifice. Pada percobaan ini, praktikan mengukur tekanan P0-P1(dekat masukan udara ke pipa), P0-P2(tepat sebelum orificemeter), dan P0-P3(sesudah orificemeter) dengan memvariasikan laju alir udara yaitu 36 kg/s, 38 kg/s, 40 kg/s, 42 kg/s, dan 44 kg/s. Untuk mencari beda tekanan orifice, selisihkan P0-P3 dan P0-P2, sehingga didapat P3- P2, sehingga dapat dilihat hubungan antara laju alir dengan beda tekanan orifice.Tujuan selanjutnya dari percobaan ini adalah menentukan koefisien pelepasan (discharge coefficient) dari orifice yang digunakan. Koefisien pelepasan ialah bilangan yang menunjukkan rasio antara massa fluida keluaran dengan masukan pipa orifice. Nilai ini dapat dicari dengan rumus dasar dari persamaan Bernoulli dan Kontinuitas.

Untuk melakukan percobaan ini, praktikan menggabungkan 2 buah pipa yang diantara sambungannya diberi sebuah plat orifice. Kemudian, disambungkan dengan kompresor. Kompresor tersebut berfungsi sebagai penarik udara, sehingga udara luar akan masuk melalui pipa dengan laju alir tertentu. Praktikan memvariasikan laju alir udara yang masuk yang telah disebutkan di awal. Setelah laju alir di set, kompresor dibiarkan selama 1 menit sebelum pengukuran dilakukan yang bertujuan agar aliran udara di dalam pipa dalam keadaan homogen, sehingga perbedaan tekanan yang diukur pada setiap titik dalam keadaan laju alir yang sama. Lalu, mengukur P0-P1, P0-P2, dan P0-P3

menggunakan manometer digital yang dihubungkan dengan selang kecil. Sebelum digunakan, manometer dilakukan kalibrasi . Kemudian, langkah percobaan diulang untuk laju alir yang berbeda untuk memperoleh variasi data dan melakukan perhitungan konstanta pelepasan orifice.

6.4.2. Analisis Data dan Hasil

Berdasarkan data yang didapat melalui percobaan, dapat diketahui semakin besar laju alir maka pressure drop akan semakin besar pula. Adanya pressure drop ini karena aliran yang awalnya melalui saluran yang luas tiba-tiba memasuki orifice (area vena contracta). Vena contracta adalah bagian dari saluran yang semakin mengecil. Sesuai dengan hukum kontiunitas maka untuk

mengalirkan massa yang sama namun dengan luas penampang yang mengecil maka laju alir massa akan menjadi lebih besar. Meningkatnya laju alir massa ini menyebabkan terjadinya tekanan yang rendah. Selain karena berubahnya kecepatan, pressure drop juga terjadi friksi dari saluran. Semakin panjang saluran maka pressure drop yang dialami fluida akan semakin besar (P0-P1 < P0-P3). Sedangkan jika pengukuran dilakukan di titik dimana dekat dengan udara atmosfer keci (P0-P1), friksi yang terjadi semakin kecil, yang menyebabkan nilai beda tekanannya juga.

Dalam percobaan ini aliran diasumsikan sebagai suatu aliran inkompressibel. Asumsi ini bisa dilakuakn karena perubahan tekanan yang relatif kecil sehingga perubahan densitas bisa dianggap tidak terjadi. Kemudian, pada perhitungan Bernoulli, tidak dimasukkan perhitungan untuk perbedaan ketinggian, karena set alat yang memang tidak memiliki perbedaan tinggi.Maka persamaan Bernoulli menjadi seperti berikut:

1

2 ^ρ2v₂²+P₂=1

2^ρ3v₃²+P₃… (6.4 .1 .1)

dan persamaan kontinuitas:

A2v2=A3v3…(6.4 .1.2)

Dimana: P2= tekanan sebelum orifice (pipa) P3= tekanan setelah orifice A2= luas penampang pipa A3=luas dari vena contracta

Pada persamaan () dapat ditambahkan koefisien pelepasan pada orifice (C) pada ruas kanan, sehingga persamaan menjadi,

A₂v₂=CA₃v₃…(6.4 .1.3)

Koefisien pelepasan ialah bilangan yang menunjukkan rasio antara massa fluida keluaran dengan masukan pipa orifice. Semakin besar nilai koefisien pelepasan, maka semakin kecil massa yang hilang akibat friksi yang terjadi pada dinding pipa. Nilai koefisien pelepasan dipengaruhi oleh bilangan Reynold karena nilai koefisien tersebut depengaruhi oleh jenis aliran fluida , tekanan, luas area, serta densitas fluida. Yang dimana kebanyakan faktor yang mempengaruhi adalah faktor penyusun bilangan Reynold. Semakin cepat aliran, maka aliran akan

bersifat trubulen dimana semakin sedikit friksi yang terjadi. Semakin besar densitas aliran maka semakin besar massa yang terdapat dalam suatu titik. Semakin besar diameter penampang maka semakin besar luas penampang. Semakin kecil viskositas fluida, maka semakin kecil pula gaya gesek antar lapisan pada fluida. Keseluruhan dari sifat-sifat tersebut hasilnya adalah semakin kecilnya penurunan tekanan, sehingga nilai koefisien pelepasan, C, akan semakin besar.

Dalam percobaan ini, nilai C ditentukan melalui persamaan linear sebagai berikut:

(

P₀−P₁

)

=C^{2 A3}

2

A₁2

(

1−n2

)⁽

^P2−P3

⁾

Slope kurva yang menyatakan hubungan (P2-P3) dan (P0-P1). Nilai P0-P1

dan P2-P3 akan cenderung naik seiring dengan kenaikan laju alir massa. Di mana

besarnya slope tersebut adalah sama dengan C²

A₃²

A₁²

(

1−n²

)⁽

^P2−P3

⁾

^{di mana}

nilai n, A2 dan A3 konstan, maka nilai C dapat kita hitung. Nilai C pada orrifice ini 0,661. Nilai dari C yang sangat kecil ini berarti jumlah massa yang hilang/tertahan cukup besar. Hal ini dapat disebabkan karena banyaknya massa fluida yang hilang akibat friksi dan berubah densitasnya. Selain itu, terdapat juga hambatan yang disebabkan oleh orifice yang lebih besar. Hambatan ini dikarenakan oleh luas penampang yang tiba-tiba mengecil sehingga mengakibatkan energi loss karena gesekan dengan orifice semakin besar.

6.4.3. Analisis Grafik

Pada percobaan 5 ini, terdapat grafik dengan persamaan:

(

P₀−P₁

)

=C^{2 A3}

2

Dimana (P0 – P1) adalah sumbu dan (P2 – P3) adalah sumbu i x.

Gradien dari persamaan tersebut adalah ^C2

A₃2

A₁²

(

1−n²

)⁽

^P2−P3

⁾

^{. Persamaan} garis ini dapat terjadi karena adanya asumsi densitas fluida di semua titik dalam orifice meter dianggap tetap atau dapat dianggap inkompresible .

Adapun persamaan garis yang didapat dari grafik tersebut adalah: berhasil didapat adalah sebagai berikut:

y = 0.226x + 40.33

Grafik ini menunjukkan bahwa (P0 – P1) vs (P2 – P3) adalah linear atau berbanding lurus. Hal ini disebabkan karena laju alir yang semakin besar, membuat semua variabel akan menjadi besar pula. Selain itu, kelinieran dari grafik dapat dilihat dari nilai r2, yaitu sebesar 0.5322. Nilai ini tidak begitu baik karena jauh dari nilai 1. Hal ini disebabkan oleh adanya satu data yang turun meskipun laju alir naik pada laju alir 42 kg/s.

6.4.4. Analisis Kesalahan

Dalam percobaan ke 5 ini terdapat beberapa esalahan yang terjadi. Diantaranya adalah:

o Kesalahan akibat alat yaitu manometer digital. Pembacaan tekanan pada laju alir 42 kg/s menurun, padahal dalam teorinya meningkat. Hal ini

kemungkinan kesalahan pengukuran oleh manometer, karena monometer yang digunakan dalam keadaan low battery

o Ketelitian manometer kurang, karena hanya 3 desimal

6.5. Percobaan 6: Kompresor