Grafik m vs ��otal
6.5. Percobaan 6: Kompresor 1. Analisis Percobaan
Percobaan terakhir ini berjudul kompressor, yang bertujuan untuk menyelidiki hubungan antara perbedaan tekanan, efisiensi thermal serta input daya dengan laju alir massa pada kecepatan konstan. Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah, kompresor, pipa, tachometer, manometer digital,
dan termometer digital. Pipa yang digunakan memiliki jenis yang sama pada percobaan 1 dan 3 .
Pertama, percobaan dilakukan dengan memvariasikan beban pada kompressor yang dikondisikan agar melayang serta memvariasikan laju alir udaranya. Variasi yang digunakan yaitu 34 kg/s, untuk beban 60 gram laju alir udaranya yaitu 36 kg/s, untuk 70 gram yaitu 40 kg/s, untuk beban 80 gram yaitu 44 kg/s, untuk beban 90 gram yaitu 46 kg/s, dan untuk beban 100 gram laju udaranya yaitu 48 kg/s. Variasi beban dilakukan bertujuan untuk mengetahui nilai torsi atau momen puntir poros kompressor terhadap beban yang digunakan. Sehingga dapat diketahui hubungan antara momen puntir dengan laju alir. Sedangkan, variasi laju udara dilakukan agar terjadi variasi perbedaan tekanan di beberapa titik pengukuran pada setiap laju. Semakin besar laju udara yang digunakan, maka akan semakin besar pula perbedaan tekanan yang dihasilkan.
Kedua, praktikan mengukur rpm poros kompresor dengan menggunakan tachometer. Besarnya rpm dipengaruhi oleh laju alir fluida yang digunakan. Penggunaan tachometer harus teliti, dikarenakan nilai rpm yang benar adalah ketika titik putih yang terdapat pada kompressor konstan atau tidak mengalami perpindahansaat sinar ditembakan dari tachometer. Pengukuran rpm ini bertujuan untuk memenuhi perhitungan dalam mencari nilai efisiensi isotermal keseluruhan dari kompresor.
Ketiga, praktikan juga mengukur perbedaan tekanan menggunakan manometer digital di titik 1 (P0-P1), titik 2 (P0-P2), dan di titik 3 (P0-P3). Titik 1 , dimana titik 1-3 berurutan dari ujung, tengah, dan pangkal pipa (fitting antara kompresor dan pipa).Pengukuran tekanan menggunakan manometer digital harus dilakukan dengan teliti, yaitu dengan menetralkan manometer setiap akan digunakan untuk mengukur. Nilai yang tertera pada manometer pun cenderung bervariasi, untuk itu diperlukan ketelitian praktikan untuk memasang selang pada manometer dengan tepat, agar nilai yang tertera pada manometer konstan. Bila nilai pada manometer yang digunakan tetap bervariasi, maka ada indikasi bahwa baterai manometer sudah hampir habis. Pengukuran tekanan dilakukan untuk mengetahui hubungan antara laju alir udara dengan perbedaan tekanan di masing-masing titik.
Terakhir, praktikan mengukur suhu pada input dan ouput kompressor. Pengukuran suhu dilakukan dengan thermometer digital. Dalam penggunaan termometer digital, praktikan juga harus teliti karena nilai yang ditunjukkan termometer cenderung bervariasi. Untuk itu, diperlukan waktu yang lebih untuk menunggu termometer hingga mencapai nilai yang konstan.Pengukuran suhu dilakukan untuk mengetahui efisiensi isothermal termodinamika dengan mencari delta temperatur yaitu Tin-Tout. Dengan melakukan beberapa tahap diatas, maka tujuan percobaan untuk menyelidiki hubungan antara perbedaan tekanan, efisiensi thermal serta input daya dengan laju alir massa pada kecepatan konstan dapat terpenuhi.
6.5.2. Analisis Data dan Hasil
Data yang didapatkan dari percobaan ini adalah kecepatan rotasi (rpm), suhu input (0C), suhu output (0C), perbedaan tekanan pada 3 titik P0 -P1,P0-P2,P0-P3. Data tersebut didapatkan pada variasi beban dan laju udara.
Data yang didapatkan untuk kecepatan rotasi yaitu menunjukkan bahwa semakin besar laju alir udara yang digunakan semakin besar pula nilai kecepatan rotasimya (rpm) atau dengan kata lain laju alir fluida berbanding lurus dengan kecepatan rotasi kompresor. Hal ini dikarenakan, semakin besar laju alir udara maka akan semakin besar pula kerja kompresor sehingga rpm pun akan semakin besar.
Data yang didapatkan untuk suhu input dan output pada kompresor adalah, suhu input yang lebih besar daripada suhu output kompresor. Hal ini disebabkan karenaadanya beban pada output kompresor membuat kompresor harus bekerja lebih keras dan membutuhkan energi yang lebih besar yang diperoleh dari laju alir fluida yang menyebakan adanya friksi antara sesama partikel fluida atau dengan dinding dalam kompresor sehingga adanya perbedaan suhu antara input dan output kompresor.
Data yang didapatkan untuk perbedaan tekanan adalah, semakin besar laju alir udara yang digunakan semakin besar pula perbedaan tekanan yang dihasilkan. Perbedaan tekanan pada ketiga titik disebabkan oleh adanya gaya friksi pada dinding pipa dan laju alir udara. Perbedaan tekanan di titik 1 (P0-P1) akan sangat kecil karena friksi belum mencapai fully developed. Friksi pada pipa akan terjadi sepanjang pipa. Dengan begitu, semakin jauh titik yang Laporan Praktikum UOP I: Compressible Flow
diukur dari lubang masuk pipa, maka akan semakin besar pula perbedaan tekanannya. Dari data yang didapat dari perocobaan menunjukkan, (P0 -P2)>(P0-P1), namun (P0-P3)<(P0-P2), sehingga (P0-P2) memiliki nilai tertinggi. Hal ini dikarenakan adanya pengerucutan pipa pada titik 2, sehingga pada titik tersebut laju alir udara semakin besar dan berakibat pada kenaikan perbedaan tekanan (P0-P2). Sehingga, dari data percobaan yang didapatkan, semakin besar beban kompressor maka nilai dari laju alir fluida, rpm, perbedaan tekanan di ketiga titik, dan suhu di titik 2,3 cenderung semakin besar pula.Data- data yang telah didapatkan digunakan untuk menghitung efisiensi isothermal termodinamika dan efisiensi isothermal keseluruhan.
Efisiensi isotermal termodinamika dapat dicari dengan rumus sebagai berikut, ηtermo=
(
P3−P2 ρ0)(
1−P3−P2 P0)
(
γ γ−1)
(R(
θ3−θ2)
)Efisiensi isotermal keseluruhan dapat dicari dengan rumus sebagai berikut,
ηtotal=m P3−P2 ρo
(
1−P3−P2 2 Po)
ω Tr m(kg s ) ηtotal ηtermo 0,00031 11,378 46,447 0,00031 8,632 80,540 0,00031 7,197 128,607 0,00031 6,808 194,129 0,00031 6,014 278,352 0,00043 7,611 271,899Dari data yang didapatkan melalui percobaan, nilai efisiensi isotermal termodinamika memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan efisiensi isotermal keseluruhan. Hal ini dikarenakan efisiensi isotermal termodinamika hanya memperhitungkan perbedaan tekanan dan suhu pada
kompresor dan tidak memperhitungkan rugi atau kehilangan energi pada kompresor akibat beban. Sehingga nilai ηtermo>ηtotal .
6.5.3. Analisis Grafik
Terdapat empat buah grafik dalam percobaan ini. Grafik 1 menunjukan hubungan laju alir masa (m) terhadap P3-P2. Grafik 2 menunjukan hubungan antara laju alir massa (m) terhadap ω.Tr. Grafik 3 menunjukan hubungan laju alir massa(m) dengan Effisiensi Termodinamika. Grafik 4 menunjukan hubungan laju alir massa (m) dengan Effisiensi Total.
Grafik Persamaan R2 m vs P3-P2 y = 715,09x + 2702,7 0,980 7 m vs (ω.Tr) y = 0,0493x + 0,0219 0,990 6 m vs y = 3,9018x + 38,818 0,964 5 m vs y = -0,7738x + 10,648 0,583 6
Pada grafik pertama didapatkan persamaan y = 715,09x + 2702,7 dan
R² = 0,9807. Dari persamaan tersebut dan nilai R2 yang mendekati 1, maka
dapat disimpulkan bahwa grafik tersebut linear atau dengan kata lain menunjukkan adanya hubungan berbanding lurus antara laju alir (m) dengan perbedaan tekanan (P3-P2). Hal ini sesuai dengan rumus berikut,
P0−P1
2 ρok (¿)
m=a1√¿
Dimana laju alir (m) berbanding lurus dengan perbedaan tekanan atau
P0−P1
(¿)
√¿
Grafik kedua adalah grafik hubungan antara laju alir (m) dengan kecepatan rotasi dan momen torsi (ω Tr). Pada grafik tersebut didapatkan persamaan y = 0,0493x + 0,0219dengan R² sebesar 0,9906. Grafik kedua ini Laporan Praktikum UOP I: Compressible Flow
menunjukkan hubungan linear atau adanya hubungan berbanding lurus antara laju alir (m) dengan kecepatan rotasi dan momen torsi. Semakin besar laju alir, maka kecepatan rotasi dan momen torsi juga akan semakin besar. Naiknya laju alir massa menyebabkan nilai Tr bertambah besar yang menyebabkan gaya sentrifugal semakin tinggi. Sesuai dengan rumus
F=mv
2
r dimana v=ωr , maka jika nilai F besar nilai ω semakin besar.
Nilai daya motor yang semakin besar jugaakan menyebabkan nilai kecepatan tangensial (ω) menjadi bertambah. Dengan bertambahnya ω, berarti kecepatan alir v didekat kompressor juga semakin besar sehingga tekanan di titik tersebut (titik 3) menjadi lebih kecil dan pada akhirnya memberikan (P0 -P3) yang lebih besar dan P0-P1yang lebih besar sehingga laju alir massa menjadi naik. Selain itu, momen puntir yang semakin besar akan membuat gas akan terkompresi lebih rapat, sehingga terdapat perbedan tekanan yang lebih besar dan menjadi driving force untuk aliran masa fluida yang menyebabkan laju alir massa fluida semakin besar. Maka, data percobaan ini sesuai dengan teori.
Grafik ketiga adalah grafik hubungan antara laju alir (m) dengan efisiensi isotermal termodinamika. Pada grafik tersebut didapatkan persamaan y = 3,9018x + 38,818 dengan R² sebesar 0,9645 . Grafik ini menunjukkan adanya hubungan linear atau hubungan berbanding lurus antara laju alir dengan efisiensi isotermal termodinamika. Semakin besar laju alir (m), maka efisiensi isotermal termodinamika juga akan semakin besar. Hal ini, dikarenakan rumus berikut
P0−P1 2 ρok (¿) m=a1√¿ ηtermo=
(
P3−P2 ρ0)(
1−P3−P2 P0)
(
γ−1γ)
(R(
θ3−θ2)
)Karena laju alir berbanding lurus dengan (P2-P3), maka semakin besar m, nilai (P2-P3) akan semakin besar pula, akibatnya efisiensi termodinamikanya semakin besar.
Grafik terakhir adalah grafik hubungan antara laju alir (m) dengan efisiensi isotermal keseluruhan. Pada grafik tersebut didapatkan persamaan y = -0,7738x + 10,648 dengan R² sebesar 0,5836. Grafik yang memiliki slope bernilai negatif, menunjukkan adanya hubungan berbanding terbalik antara laju alir (m) dengan efisiensi isotermal keseluruhan. Namun, dalam kenyataan teori yang berlaku adalah semakin besar laju alir, maka efisiensi isotermal keseluruhan juga akan semakin besar.
ηtotal=m
P3−P2
ρo
(
1−P3−P2 2 Po)
ωTr
Hal ini mungkin terjadi karena kurang telitinya praktikan dalam mengambil data putaran motor ( ω ) menggunakan tachometer. Hal ini cenderung terjadi karena pengambilan data tersebut memerlukan ketelitian mata praktikan dan waktu yang lebh lama. Jika dibandingkan, nilai efisiensi termal total selalu lebih kecil daripada nilai efisiensi termal termodinamik. Hal ini karena pada perhitungan efisiensi termal termodinamik tidak memperhitungkan rugi/kehilangan energi pada kompressor (kehilangan energi karena friksi yang terjadi didalam kompressor dan pengaruh beban). Efisiensi termodinamik hanya memperhitungkan perbedaan tekanan dan suhu pada kompresor
6.5.4. Analisis Kesalahan
Kesalahan pada praktikandapat terjadi karena beberapa alasan berikut ini :
Pembacaan tekanan pada manometer digital dan suhu pada termometer digital yang kurang akurat. Manometer terkadang tidak stabil sehingga sering dilakukan pendekatan selain itu bisa disebabkan karena kompresor belum berjalan stabil seharusnya menunggu 5-10 menit terlebih dahulu, setelah itu baru dilakukan pengukuran tekanan. Begitupun dengan termometer digital, respon termometer terhadap suhu sekitar cukup Laporan Praktikum UOP I: Compressible Flow
lambat. Karenanya, dibutuhkan waktu yang lebih lama hingga hasil pengukuran pada termometer digital konstan
Pembacaan rpm pada tachometer yang sangat mengandalkan ketelitian mata dari praktikan
Kesalahan pada peralatan dapat terjadi karena beberapa alasan berikut ini :
Baterai dari manometer digital cepat sekali habis, sehingga cukup mengganggu jalannya praktikum dan sering menimbulkan kesalahan pada pembacaan hasil pengukuran perbedaan tekanan karena manometer yang cenderung tidak konstan
BAB VII
KESIMPULAN
Saluran konvergen-divergen adalah saluran yang dirancang dengan luas penampang
saluran yang semakin kecil hingga pada suatu titik luas saluran tersebut akan membesar kembali.
Sesuai dengan persamaan kontinuitas, maka semakin kecil luas penampang, maka
kecepatan aliran akan semakin bertambah. Oleh karena itu, pada aliran konvergen, kecepatan fluida akan semakin besar.
Pada aliran konvergen, selain kecepatan fluida yang akan semakin besar, beda tekanan dengan udara juga akan semakin besar.
Efisiensi difuser dapat dihitung dengan cara : = (P3 –P2)/(P1 -P2). Nilai efisiensi akan semakin besar apabila P3semakin besar dibandingkan P1 atau P1semakin kecil dengan acuan P2.
Dari hasil pengolahan terlihat bahwa efisiensi difuser rata-rata yang didapatkan apabila menggunakan manometer tabung miring yaitu sekitar 54.68% dan apabila menggunakan manometer air raksa yaitu sebesar 78.24%.
Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi difuser adalah sifat fluida yang digunakan
(kompresibel atau inkompresibel) dan laju alir massa fluida.
Fluida yang kompresibel akan memiliki efisiensi difuser yang lebih kecil daripada fluida inkompresibel. Harga P2-P3 pada aliran kompresibel akan lebih kecil dibandingkan P2-P3
pada aliran inkompresibel dan harga P1-P2 pada aliran kompresibel akan lebih besar daripada harga P1-P2 pada aliran inkompressibel sehingga efisiensi aliran kompresibel lebih kecil daripada efisiensi aliran inkompressibel.
Koefisien friksi berbanding terbalik secacra logaritmik terhadap bilangan Reynold.
Pada percobaan ini, nilai Re yang diperoleh besarnya antara 40000-53000, sehingga aliran bersifat turbulen dan nilai koefisien friksinya merupakan fungsi dari bilangan Reynold dan kekasaran pipa.
Persamaan Blasius terbukti dapat digunakan untuk menyatakan hubungan antara koefisien friksi dengan bilangan Reynold pada percobaan ini. Berdasarkan literatur, persamaan Blasius berlaku pada rentang 2100<Re<105.
Persamaan Nikuradse-von Karman dapat digunakan untuk menyatakan hubungan antara koefisien friksi dengan bilangan Reynold pada percobaan ini. Berdasarkan literatur, persamaan Blasius berlaku pada rentang 4×103 < Re < 3,4×106.
Koefisien pelepasan dari orificemeter yang diamati adalah sebesar 0.661. Nilai dari C
yang sangat kecil dikarenakan banyaknya massa fluida yang hilang akibat friksi, berubah densitasnya, dan luas penampang yang tiba-tiba mengecil sehingga mengakibatkan energi loss karena gesekan dengan orifice semakin besar
Kenaikan laju alir udara yang melalui orificemeter dapat menyebabkan meningkatnya
perbedaan tekanan antara area sebelum dan sesudah orificemeter. Ini disebabkan oleh meningkatnya friksi pada orifice, dan berakibat pada laju alir massa yang hilang akibat
friction loss.
Kompresor digunakan untuk menaikan tekanan fluida kerja dengan cara menurunkan
volume dari fluida tersebut. Hasil dari aliran kompresor adalah aliran udara tekan
Laju alir masssa (m) berbanding lurus dengan perbedaan tekanan (P3-P2), kecepatan
rotasi dan momen torsi kompresor, effisiensi termodinamika, dan effisiensi total
Nilai efisiensi isotermal termodinamika lebih besar dibandingkan efisiensi isotermal keseluruhan dikarenakan efisiensi isotermal termodinamika hanya memperhitungkan perbedaan tekanan dan suhu pada kompresor dan tidak memperhitungkan rugi atau kehilangan energi pada kompresor akibat beban