Laporan Praktikum UOB Sirkuit Fluida Kelompok 12

LAPORAN PRAKTIKUM UNIT

OPERASI BIOPROSES I

Modul Sirkuit Fluida

Kelompok 12

Amirah Amatullah 1206262071

Haqqyana 1206262090

Nindya Bestari 1206255122

Retno Ulfiah 1206262102

Program Studi Teknologi Bioproses

Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Depok, 2014

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan Percobaan

1. Mempelajari sifat-sifat aliran fluida dalam beberapa jenis ukuran pipa.

2. Memperoleh pengertian tentang perubahan tekanan yang terjadi pada aliran fluida. 3. Mempelajari karakteristik tekanan alat pengukur flowrate

2 BAB II

TEORI DASAR

Fluida adalah suatu zat yang mempunyai kemampuan berubah secara kontinyu apabila mengalami geseran, atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser sekecil apapun. Fluida terbagi menjadi dua tipe yaitu fluida gas dan cair.Pada gambar 1 di bawah ini terlihat bahwa dua buah pelat parallel dengan luas A, berjarak y, diantaranya terdapat fluida. Pelat bagian bawah dibuat diam, sedangkan pelat bagian atas ditarik oleh gaya F sehingga bergerak dengan kecepatan u.

Gambar 2.1 Gradien Kecepatan Aliran Fluida di antara Dua Pelat Paralel

Adanya gaya kohesi menyebabkan fluida ikut bergerak searah F. Apabila jarak y cukup kecil, fluida seakan bergerak secara berlapis-lapis dengan kecepatan berbeda atau dikatakan terdapat gradien kecepatan. Dari eksperimen didapatkan bahwa:

𝐹 =𝐴𝑢 𝑦

Apabila u/y diganti dengan gradien kecepatan du/dy, diperoleh:

𝐹 𝐴= 𝜏

𝑑𝑢 𝑑𝑦

Dimana τ disebut tegangan geser (shear stress). Hubungan antara τ dan du/dy menunjukkan sifat reologi fluida seperti terlihat pada gambar 4 berikut :

Gambar 2.2 Hubungan Tegangan geser dengan gradien kecepatan A u Y F (1) (2)

3 Pada grafik di atas, hubungan yang paling sederhana ditunjukkan oleh kurva A fluida yang mengikuti kurva A disebut fluida Newtonian dimana bentuk persamaannya adalah

𝜏 = 𝜇𝑑𝑢 𝑔𝑐𝑑𝑦

μ adalah koefisien viskositas atau viskositas dinamik atau viskositras absolut. Fluida yang tidak mengikuti kurva A disebut Non-Newtonian Fluid mempunyai tiga sub yaitu:

a) Fluida dimana tegangan geser hanya tergantung pada gradient kecepatan saja, dan walaupun hubungan antara tegangan geser dan gradient kecepatan tidak linier, namun tidak tergantung pada waktu setelah fluida menggeser.

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.

Dalam fluida yang mengalir terdapat gaya-gaya yang bekerja antara lain gaya gravitasi, gaya tekanan, gaya viskositas, gaya inersia, gaya tegangan permukaan, dan lain-lain. Untuk aliran fluida yang mengalir melalui saluran yang terisi penuh, gaya-gaya yang paling berpengaruh adalah gaya inersia dan gaya viskositas. Perbandingan antara gaya inersia terhadap gaya viskositas ini disebut bilangan Reynold. Untuk saluran berbentuk pipa bilangan Reynold adalah:

𝑅𝑒 = 𝐷𝜌𝑣 𝜇

Dimana: Re = bilangan Reynold D = diameter pipa Ρ = densitas fluida μ = Viskositas absolut

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. Besarnya kehilangan energi karena friksi menurut persamaan Darcy-Weisbach adalah sebagai berikut :

𝑕_𝐿 = 𝑓 𝐿𝑉2

𝐷2𝑔𝑐 Dimana : f = faktor friksi (blasius-darcy friction factor)

L = panjang pipa

D = diameter dalam pipa

(3)

(4)

4 V = laju alir volume

gc = konstanta konversi

Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold

Hagen-poiseuille melalui eksperimennya mengenai aliran laminer pada pipa menemukan hubungan sebagai berikut:

𝑕_𝐿 = 32 𝜇

𝜌𝑔𝑐

𝐿 𝐷2𝑉

Bila persamaan dapat disusun kembali,

𝑕𝐿 = 32 𝐷𝜌 2𝜇 𝑉 𝐿 𝐷 𝑉2 2𝑔𝑐 𝑕_𝐿 = 𝐷𝜌𝑉64 𝜇 𝐿 𝐷 𝑉2 2𝑔𝑐 𝑕𝐿 = 64 𝑅𝑒 𝐿 𝐷 𝑉2 2𝑔𝑐

Persamaan diatas menunjukkan hubungan linier antara f dan Re pada aliran laminer, 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 disamping bergantung pada Re juga pada kekerasan permukaan pipa.

𝑓 = ∅(𝑅𝑒. 𝜀/𝐷)

ε/D adalah kekasaran relatif, yaitu perbandingan antara tingginya tonjolan-tojolan di permukaan bagian dalam pipa terhadap diameter dalam pipa. Hubungan antara f dengan Re dan ε/D dapat diperoleh dari chart standard yang disebut Friction factor Chart.

(6)

(7) (8)

(9)

5

Gambar 2.3 Grafik faktor friksi terhadap Re (Moody Diagram)

Pengukur Flowrate

Jenis alat ukur aliran fluida yang paling banyak digunakan diantaranya alat ukur lainnya adalah alat ukur fluida jenis aliran fluida. Hal ini dikarenakan oleh konstruksinya yang sederhana dan pemasangannya yang mudah. Ada beberapa jenis alat untuk mengukur laju suatu fluida. Beberapa alat yang biasa digunakan diantaranya yaitu venturi flow meter dan orifice flow meter. Pada dasarnya prinsip kerja dari keempat alat ukur ini adalah sama yaitu bila aliran fluida yang mengalir melalui alat ukur ini mengalir maka akan terjadi perbedaan tekanan sebelum sesudah alat ini. Beda tekanan menjadi besar bila laju aliran yang diberikan kepada alat ini bertambah.

Venturi flowmeter

Alat pengukur flowrate ini terbentuk dari bagian masuk yang mempunyai flens, yang terdiri dari bagian pendek berbentuk silinder dan kerucut terpotong. Bagian leher berflens dan bagian keluar juga berflens yang terdiri dari kerucut terpotong yang panjang. Dalam venturimeter, kecepatan fluida bertambah dan tekanannya berkurang di dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan di dalam kerucut hulu itu lalu dimanfaatkan untuk mengukur laju aliran melalui instrument itu. Kecepatan fluida kemudian berkurang lagi dan

6 sebagian besar tekanan awalnya kembali pulih di dalam kerucut sebelah hilir. Agar pemulihan lapisan batas dapat dicegah dan gesekan minimum. Oleh karena itu pada bagian penampungnya mengecil tidak ada pemisahan, maka kerucut hulu dapat dibuat lebih pendek daripada kerucut hilir. Gesekannya pun di sini kecil juga. Dengan demikian ruang dan bahan pun dapat dihemat. Walaupun meteran venturi dapat digunakan untuk mengukur gas, namun alat ini biasanya digunakan juga untuk mengukur zat cair terutama air.

Gambar 2.4 Venturi flow meter Untuk Venturi Meter ini dapat dibagi 3 bagian utama yaitu : a) Bagian Inlet

Bagian yang berbentuk lurus dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau cerobong aliran. Lubang tekanan awal ditempatkan pada bagian ini.

b) Inlet Cone

Bagian yang berbentuksepertikerucut, yang berfungsiuntukmenaikkantekananfluida. c) Throat (leher)

Bagian tempat pengambilan beda tekanan akhir bagian ini berbentuk bulat datar. Hal ini dimaksudkan agar tidak mengurangi atau menambah kecepatan dari aliran yang keluar dari inlet cone.

Pada Venturi meter ini fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan kebagian outlet cone. Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan awal. Pada bagian inlet cone fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan oleh bagian inlet cone yang berbentuk kerucut atau semakin mengecil kebagian throat. Kemudian fluida masuk kebagian throat inilah tempat-tempat pengambilan tekanan akhir dimana throat ini berbentuk bulat datar. Lalu fluida akan melewati bagian akhir dari venturi meter yaitu outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut dimana bagian kecil berada pada throat, dan pada Outlet cone ini tekanan kembali normal.

7 Jika aliran melalui venturi meter itubenar-benar tanpa gesekan, maka tekanan fluida yang meninggalkan meter tentulah sama persis dengan fluida yang memasuki meteran dan keberadaan meteran dalam jalur tersebut tidak akan menyebabkan kehilangan tekanan yang bersifat permanen dalam tekanan.

Penurunan tekanan pada inlet cone akan dipulihkan dengan sempurna pada outlet cone. Gesekan tidak dapat ditiadakan dan juga kehilangan tekanan yang permanen dalam sebuah meteran yang dirancangan dengan tepat.

Persamaan yang digunakan dalam venturimeter: Q = v1 x A1 v =     P gc Cv      2 1 4 keterangan: Cv : koefisien venturi β : 0 1 D D ; D1<D0

ρ : massa jenis fluida

gc : 32,174 ₂ sec   f m lb ft lb = 1kg m N-1 det2

Profil Kecepatan Pada Aliran dalam Pipa

Pada aliran fluida di dalam pipa, partikel-partikel fluida bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Pada partikel yang berada berdekatan dengan dinding pipa mempunyai kecepatan yang lebih rendah dibanding partikel yang terletak dibagian tengah pipa dimana kecepatannya maksimum. Hal ini disebabkan karena perubahan momentum dan gesekan-gesekan yang terjadi di tiap lapisan. Untuk aliran laminer lapisan-lapisan fluida terdapat dari dinding pipa sampai sumbu pipa (center line) sehingga profil kecepatan partikel-partikel fluida berbentuk parabola seperti terlihat pada gambar.

Gambar 2.5 Profil Kecepatan Fliuda pada Aliran Laminer

(12) (13)

8 Semakin besar bilangan Reynold maka momentum yang berpindah antar lapisan fluida semakin besar. Kenaikan bilangan Reynold sampai melewati batas kritisnya akan menyebabkan aliran berubah menjadi aliran turbulen dan terjadi dua regional aliran, yaitu daerah laminer dekat dinding pipa dan daerah turbulen mulai dari batas daerah aliran laminer hingga sumbu pipa. Akhirnya profile aliran tidak parabola lagi seperti terlihat pada gambar di bawah.

Gambar 2.6 Profil Aliran Kecepatan Fluida pada Aliran Turbulen

Daerah laminer akan semakin tipis dengan kenaikan bilangan Reynold dan semakin mempunyai arti dibandingkan dengan kekasaran dinding pipa. Itulah sebabnya faktor friksi pada aliran laminer hanya bergantung pada bilangan Reynold dan bergeser semakin bergantung pada kekesaran dinding pipa untuk aliran turbulen.

Kehilangan Energi pada Fitting

Kehilangan energi pada fitting dan kerangan-kerangan secara umum dapat digambarkan dengan persamaan

𝑕𝐿 = 𝑘

𝑉2 2𝑔𝑐

Dimana, 𝑘 = 𝑓𝐿𝑒

𝐷dengan Le merupakan panjang ekivalen dari fitting.

9 BAB III

METODOLOGI DAN HASIL PENGAMATAN

3.1. Prosedur Percobaan

3.2.1 Percobaan 1 : Kalibrasi Sight Gage 3.2.1.1. Tujuan

Kalibrasi untuk mengetahui volume aktual air yang dialirkan.

3.2.1.2. Prosedur

1. Memastikan tersedia cukup air pada tangki

2. Menutup valve 52 dan membuka valve 45 lalu menyalakan pompa dan tunggu sampai aliran air yang keluar dari pipa 46 telah stabil.

3. Menampung air yang keluar dengan menggunakan gelas ukur 2000 ml dan catat nilainya untuk penurunan volume tangki tertentu.

4. Ulangi percobaan untuk nilai penurunan volume tangki yang nampak pada sight gage dalam interval tertentu minimal 8 data.

5. Membuat kurva kalibrasi (volume ukur vs volume tangki) dan mengamati kemungkinan terjadi penyimpangan pada sight gage.

3.2.1.3. Data Pengamatan

Percobaan pertama ini dilakukan untuk kalibrasi volume dari sight gage, dengan mengukur volume yang keluar dari pipa menggunakan gelas ukur 2L.

Tabel 3.1 Data Volume Sight Gage dan Volume Real

Volume Sight Gage (L) Volume Real (L) 1,2 0,9 1,3 1 1,8 1,5 1,85 1,6 1,9 1,7

10 3.2.1.4. Pengolahan Data

Tabel 3.2 Data kalibrasi tangki dengan volume aktual

Volume Sight Gage (L) Volume Real (L) x Volume kalibrasi (L)

1,2 0,9 0,75 1,094314 1,3 1 0,7692308 1,215904 1,8 1,5 0,8333333 1,823856 1,85 1,6 0,8648649 1,945447 1,9 1,7 0,8947368 2,067037 x bar 0,8224332

Dari data yang terdapat pada tabel di atas. Data tersebut bisa kita plotting menjadi grafik Y vs X di mana Y adalah volume sigh gage dalam Liter dan X adalah volume hasil kalibrasi dalam liter. Grafiknya adalah sebagai berikut:

Gambar 3.1 Kurva Kalibrasi Volume terukur (L) vs Volume sight gage (L)

Grafik ini jika diperhatikan memberikan hubungan linear karena membentuk garis lurus, sehingga data – data grafik ini bisa diregresi linear menggunakan excel sehingga didapatkan persamaan kalibrasi volume adalah sebagai berikut:

𝑦 = 0,8224𝑥 − 4 × 10−15 (3.1) y = 0.822x R² = 1 0 0.5 1 1.5 2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Vo lu m e S ig h t Gau ge ( L) Volume Kalibrasi (L)

Grafik perbandingan Volume Kalibrasi

dengan Volume Sight Gauge

11 Di mana y adalah volume real air yang keluar, diukur dengan menggunakan gelas ukur 2 L dan x adalah volume yang tampak dari sight gage. Dari tabel diatas dapat disimpulkan bahwa 1 L tangki = 0,822 L pada volume ukur.

3.2.2 Karakteristik Orifice Flowmeter 3.2.2.1 Tujuan

Mencari nilai koefisien karakteristik (discharge coefficient) dari orifice flowmeter yang digunakan dengan menggunakan aliran turbulen dan laminar.

3.2.2.2 Prosedur Percobaan

1) Membuka valve 50 sementara menutup valve lainnya (menggunakan by pass). Menggunakan valve 45 untuk mengatur pengeluaran air yang melalui pipa aliran keluar (46).

2) Menyalakan pompa dan buka valve 45 perlahan-lahan.

3) Memasang dua selang manometer pada orifice (tap-pressure 40-41) untuk mengukur perbedaan tekanan.

4) Mengukur aliran keluar dari tangki dengan mencatat penurunan yang nampak pada sight gage untuk waktu 30 detik. Secara simultan catat perbedaan ketinggian yang nampak pada manometer.

5) Mengulangi pengukuran untuk beberapa flowrate (8 data) dengan mengubah bukaan valve 45 hingga diperoleh data perubahan ∆h dengan inkremen yang sama.

6) Mengeplot ∆P (dalam H2O) dengan laju alir (gph).

7) Menghitung dan membuat grafik Cd (coefficient of discharge) sebagai fungsi dari laju alir.

3.2.2.3 Data Percobaan dan Pengolahan Data 3.2.2.3.1 Aliran Turbulen

Volume yang didapatkan dari percobaan adalah volume sight gage. Oleh karena itu, sebelumnya data volume tersebut harus dikonversikan terlebih dahulu menjadi debit air (Q), yang keluar bisa dhitung denga menggunakan rumus:

12

Tabel 3.2 Q orifice flowmeter

ΔV (liter) ΔV real (liter) ΔQ (L/s) t (s) 2,7 2,22048 0,088819 25 3 2,4672 0,098688 25 3,2 2,63168 0,105267 25 3,3 2,71392 0,108557 25 3,5 2,8784 0,115136 25

dan dengan mengubah semua satuan ke dalam Satuan Internasional dan mengakarkan nilai ∆𝑕, maka, diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 3.3 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Turbulen ∆h Orifice (inchi) ∆h Orifice (m) √Δh (m) ΔV (liter) ΔV real (liter) ΔQ (L/s) ΔQ (m3/s) 3 0,0762 0,276043 2,7 2,22048 0,088819 8,8819E-05 4,5 0,1143 0,338083 3 2,4672 0,098688 9,8688E-05 4,7 0,11938 0,345514 3,2 2,63168 0,105267 0,00010527 4,9 0,12446 0,352789 3,3 2,71392 0,108557 0,00010856 5 0,127 0,356371 3,5 2,8784 0,115136 0,00011514

Untuk mendapatkan hubungan antara debit air yang keluar dengan ∆𝑕orrifice, maka digunakan persamaan

𝑄 = 𝐶𝑜∙𝑆𝑏

1−𝛽4

2𝑔𝑐 𝑝𝑎−𝑝𝑏

𝜌 (2.2)

debit akan berbanding lurus dengan akar dari ∆𝑕orrifice (yang merupakan penunjuk beda tekanan 𝑝_𝑎 − 𝑝_𝑏 tersebut. Hubungan antara √Δh dengan ΔQ dilihat dari plotting grafik di bawah ini

13 Dari grafik tersebut didapatkan persamaan garis

y = 0,0003x+1E-05

persamaan garis terebut menunjukan hubungan antara debit air (Q) yang keluar dengannilai √∆h. Selanjutnya untuk memperoleh nilai dari koefisien discharge orifice dari persamaan tersebut, perlu dihitung terlebih dahulu nilai koefisien karakteristik (faktor koreksi) rata-rata dari orifice yang dihitung sebagai berikut:

𝛽 =𝐷𝑏 𝐷_𝑎

𝐷_𝑏 adalah diameter kerongkongan, 𝐷_𝑏 = 0,625 inch = 0,01587 m orifice flow meter

𝐷_𝑎 adalah diameter pipa, 𝐷_𝑎 = 0,03 𝑚

𝛽 =0,01587 𝑚

0,03 𝑚 = 0,529

𝑆𝑏: luas area kerongkongan orrifice.

𝑆𝑏 = 1 4𝜋𝐷𝑏 2 ₌ 1 4𝜋 ∙ 0,01587 𝑚 2 _{= 1,977 ∙ 10}−4_𝑚2

Maka nilai koefisien karakteristik rata – rata dari orrifice adalah y = 0.000x + 1E-05 R² = 0.829 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 ∆Q (m 3 /s) √∆h (m)

Grafik √h vs ΔQ Aliran Turbulen

14 𝐶𝑜 =(𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒) 1 − 𝛽 4 𝑆_𝑏 2𝑔𝑐 = 0,003 𝑚3 𝑠 𝑚 ∙ 1 − 0,529 4 1,977 ∙ 10−4_𝑚2 _{2 ∙}9,8𝑚 𝑠2 = 0,329

Sehingga didapatkan nilai koefisien untuk orfice flowmeter pada aliran turbulen adalah

𝐶𝑜 = 0,329

3.2.2.3.2 Aliran Laminer

Dengan menggunakan prinsip perhitungan yang sama dengan data pada aliran turbulen, maka

didapat data sebagai berikut:

Tabel 3.4 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Laminer ∆h Orifice (inchi) ∆h Orifice (m) √Δh (m) ΔV (liter) ΔV real (liter) ΔQ (L/s) ΔQ (m3/s) 1 0,0254 0,159374 2 1,6448 0,065792 6,5792E-05 1,7 0,04318 0,207798 2,15 1,76816 0,070726 7,0726E-05 2 0,0508 0,225389 2,2 1,80928 0,072371 7,2371E-05 2,4 0,06096 0,246901 2,4 1,97376 0,07895 7,895E-05 2,6 0,06604 0,256982 2,5 2,056 0,08224 0,00008224

Dari data tersebut maka didapat grafik berikut:

Gambar 3.2 Grafik. Q vs √∆𝒉 pada orifice flowmeter dalam keadaan aliran laminer y = 0.000x + 4E-05 R² = 0.908 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 ∆Q (m 3/s) √∆h (m)

Grafik √h vs ΔQ Aliran Laminer

Orifice

Flowmeter

15 Dari grafik tersebut didapatkan persamaan garis

y = 0,0001x + 5× 10−5

persamaan garis terebut menunjukan hubungan antara debit air (Q) yang keluar dengan nilai √∆h. Selanjutnya untuk memperoleh nilai dari koefisien dischargeorifice dari persamaan tersebut, perlu dihitung terlebih dahulu nilai koefisien karakteristik (faktor koreksi) rata-rata dari orifice yang dihitung sebagai berikut:

𝛽 =𝐷𝑏 𝐷_𝑎

𝐷𝑏 adalah diameter kerongkongan,𝐷𝑏 = 0,625 inch = 0,01587 m orifice flowmeter

𝐷_𝑎 adalah diameter pipa, 𝐷_𝑎 = 0,03 𝑚

𝛽 =0,01587 𝑚

0,03 𝑚 = 0,529

𝑆𝑏: luas area kerongkongan orrifice.

𝑆_𝑏 =1 4𝜋𝐷𝑏

2 ₌ 1

4𝜋 ∙ 0,01587𝑚

2 _{= 1,977 ∙ 10}−4_𝑚2

Maka nilai koefisien karakteristik rata – rata dari orrifice adalah

𝐶𝑜 =(𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒) 1 − 𝛽 4 𝑆_𝑏 2𝑔𝑐 = 0,0002 𝑚3 𝑠 𝑚 ∙ 1 − 0,529 4 1,977 ∙ 10−4_𝑚2 _{2 ∙}9,8𝑚 𝑠2 = 0,217

Sehingga didapatkan nilai koefisien untuk orofice flowmeter pada aliran laminer adalah

𝐶𝑜 = 0,217

3.2.3 Karakteristik Venturi Flowmeter 3.2.3.1 Tujuan

Mencari nilai koefisien karakteristik (discharge coefficient) dari venturi flow meter yang digunakan dengan menggunakan aliran turbulen dan laminar.

3.2.3.2 Prosedur Percobaan

1) Menutup valve 44, 45, 48, 50 dan 52 sementara buka valve lainnya. Gunakan valve 45 untuk mengatur pengeluaran air yang melalui pipa aliran keluar (46).

16 3) Memasang dua selang manometer pada venturi dan orifice (tap-pressure 38-39)

untuk mengukur perbedaan tekanan.

4) Mencatat perbedaan ketinggian yang nampak pada manometer, baik perbedaan ketinggian venturi maupun orifice.

5) Mengulangi pengukuran untuk beberapa flowrate (8 data) dengan mengubah bukaan valve 45 hingga diperoleh data perubahan Δh dengan inkremen yang sama.

6) Mengeplot ΔP (dalam H2O) dengan laju alir (gph).

7) Menghitung dan membuat grafik Cd (coefisien of discharge) sebagai fungsi dari laju alir.

8) Membuat grafik hubungan Cd (coefisien of discharge) pada venturi dengan Cd (coefficient of discharge) pada orifice.

3.2.3.3 Data Percobaan dan Pengolahan Data 3.2.3.3.1 Aliran Turbulen

Volume yang didapatkan dari percobaan adalah volume sight gage. Oleh karena itu, sebelumnya data volume tersebut harus dikonversikan terlebih dahulu menjadi debit air (Q), yang keluar bisa dhitung denga menggunakan rumus:

𝑄 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒/𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢

Tabel 3.6 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Turbulen

∆h Venturi (inchi) ∆h Venturi (m) √Δh (m) ΔV (liter) ΔV real (liter) ΔQ (L/s) ΔQ (m3/s) 6 0,1524 0,390384 2,7 2,22048 0,088819 8,8819E-05 6,5 0,1651 0,406325 3 2,4672 0,098688 9,8688E-05 6,6 0,16764 0,409439 3,2 2,63168 0,105267 0,00010527 7 0,1778 0,421663 3,3 2,71392 0,108557 0,00010856 7,5 0,1905 0,436463 3,5 2,8784 0,115136 0,00011514

Debit akan berbanding lurus dengan √∆𝒉 Orifice (yang merupakan penunjuk beda tekanan(𝑝𝑎 − 𝑝𝑏) tersebut. Hubungannya bisa dilihat dari plotting grafik di bawah ini

17

Gambar 3.3 Grafik Q vs √∆𝒉 pada venturi flowmeter dalam keadaan aliran turbulen

Pada percobaan ini, akan dihitung karakteristik venturimeter berdasarkan koefisien discharge dari alat tersebut. Menurut persamaan Bernoulli yaitu:

𝑄 = 𝑣. 𝐴 𝑣 = 𝐶𝑣 1−𝛽2 2𝑔𝑐 𝜌 ∆𝑃 Dimana: Cv: koefisien venturi β:𝐷1 𝐷0; 𝐷1 < 𝐷1

ρ: massa jenis fluida gc: 1 Kg m N-1 det2

Selanjutnya nilai Cv dapat dihitung dengan persamaan diatas yang termodifikasi:

𝐶𝑣 =𝑄 (1−𝛽2)

𝐴 2𝑔𝑐 ∆𝑃_𝜌

Dengan mengetahui bahwa nilai 𝑃 adalah 𝜌𝑔∆𝑕 dan disubtitusikan ke persamaan diatas.

𝐶𝑣 =𝑄 (1−𝛽2 )

𝐴 2𝑔𝑐𝜌𝑔 ∆𝑕

𝜌

Dari kurva diatas diketahui bahwa nilai slope kurva adalah nilai antara Q/ 𝑕 dan gravitasi spesifik adalah 1. Maka dapat disederhanakan nilai koefisien venturimeter adalah 𝐶𝑣 =𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 1−𝛽4 𝐴. 2𝑔 y = 0.000x - 0.000 R² = 0.946 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 ∆Q (m 3/s) √∆h (m)

Grafik √h vs ΔQ Aliran Turbulen

18 𝐶𝑣 =𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 1 − 𝛽 4 𝐴. 2𝑔 A = 0.0007065 m2 𝐶𝑣 =0,0006 (1−0,5294 ) 0.0007065 . 2.9,80 = 0,184

Sehingga didapatkan nilai koefisien untuk venturimeter adalah

𝐶𝑣 = 0,184

3.2.3.3.2 Aliran Laminer

Volume yang didapatkan dari percobaan adalah volume sight gage. Oleh karena itu, sebelumnya data volume tersebut harus dikonversikan terlebih dahulu menjadi debit air (Q), yang keluar bisa dhitung denga menggunakan rumus:

𝑄 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒/𝑤𝑎𝑘𝑡u

Tabel 3.7 Data Pengamatan dan Pengolahan Data Aliran Laminer

∆h Venturi (inchi) ∆h Venturi (m) √Δh (m) ΔV (liter) ΔV real (liter) ΔQ (L/s) ΔQ (m3/s) 5,5 0,1397 0,373765 2 1,6448 0,065792 6,5792E-05 5,75 0,14605 0,382165 2,15 1,76816 0,070726 7,0726E-05 6 0,1524 0,390384 2,2 1,80928 0,072371 7,2371E-05 6,5 0,1651 0,406325 2,4 1,97376 0,07895 7,895E-05 6,8 0,17272 0,415596 2,5 2,056 0,08224 0,00008224

dengan menggunakan prinsip perhitungan yang sama dengan data pada aliran turbulen, maka

19

Gambar 3.4 Grafik Q vs √∆𝒉 pada venturi flowmeter dalam keadaan aliran laminer Maka nilai cv yang didapat adalah

𝐶𝑣 =0,0004 (1 − 0,529

4 ₎

0.0007065. 2.9,80 = 0,1228

Sehingga didapatkan nilai koefisien untuk venturimeter adalah

𝐶𝑣 =0,1228

3.2.4 Aliran Laminer dan Turbulen 3.2.4.1 Tujuan

Mengetahui pola aliran laminar dan turbulen dengan laju yang berbeda.

3.2.4.2 Prosedur Percobaan

1) Memastikan visual box bersih sehingga praktikan mudah melakukan pengamatan pola aliran.

2) Menggunakan venturi sebagai flowmeter.

3) Membuka valve 10, 11, 12, 16, dan 52 dan menutup valve lainnya.

4) Memvariasikan bukaan valve, lalu mengamati dan mencatat pola aliran yang terjadi (minimal 8 data).

3.2.4.3 Data Percobaan dan Pengolahan Data

Secara teoritis, jenis aliran dipengaruhi oleh bilangan Reynoldnya. Aliran laminar berada pada nilai Reynold < 2000.Sementara jika aliran memiliki bilangan Reynold antara 2000 dan 4000 maka aliran dikatakan aliran transien dan bilangan Reynold

y = 0.000x - 8E-05 R² = 0.989 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 ∆Q (m 3/s) √∆h (m)

Grafik √h vs ΔQ Aliran Laminer

20 diatas 4000 aliran tersebut merupakan jenis aliran turbulen. Bilangan Reynold

adalah perbandingan antara inersia dan viskositas. Atau dinyatakan dengan:

𝑁𝑅=

𝐷. 𝜌. 𝑣 𝜇

Atau bisa dituliskan

𝑁𝑅 = 𝐷. 𝜌. 𝑄

𝜇. 𝐴

Dalam percobaan ini, masing-masing jenis aliran diambil dalam 5 variasi data. Diameter dari pipa adalah 0,03 m. Sehingga luas permukaan adalah:

𝐴 = 1 4𝜋𝐷

2_{= 0.0007065 m}2

Berikut adalah tabel pengolahan data ketika visual box menunjukkan pengamatan aliran turbulen:

Tabel 3.8 Bilangan Reynold pada aliran turbulen

ΔQ (m3/s) Re 8,88E-05 2,664576 9,87E-05 2,96064 0,000105 3,158016 0,000109 3,256704 0,000115 3,45408

serta tabel pengolahan data ketika visual box menunjukkan pengamatan aliran laminer:

Tabel 3.9 Bilangan Reynold pada aliran laminer

ΔQ (m3/s) Re 6,5792E-05 584,0551 7,0726E-05 648,9501 7,2371E-05 692,2134 7,895E-05 713,8451 0,00008224 757,1084

21 3.2.5 Friction Loss

3.2.5.1 Tujuan

Membandingkan besarnya kehilangan energi karena friksi antara data eksperimental dan data teoritis pada aliran dalam pipa serta menganalisis faktor-faktor yang berpengaruh terhadap besarnya friksi

3.2.5.2 Prosedur Percobaan

1) Menghubungkan dua selang manometer pada pipa 1” dan dua lainnya pada orifice.

2) Memvariasikan laju alir dengan mengatur bukaan upstream valve sehingga diperoleh data perbedaan ketinggian di manometer baik dari pipa maupun dari orifice.

3.2.5.3 Data Percobaan dan Pengolahan Data

Berikut merupakan data perbedaan tekanan (yang digambarkan oleh Δh) pada pipa satu inchi pengukuran friction loss.

Langkah-langkah yang digunakan untuk melakukan pengolahan data adalah sebagai berikut. Yang pertama, mengkonversi nilai Δhventuri maupun Δhpipa menjadi satuan

meter yang digunakan untuk standard. Lalu menghitung nilai √Δhventuri yang

nantinya digunakan untuk menghitung nilai Q dengan menggunakan persamaan regresi linier dari perobaan venturi. Kemudian mencari pressure loss dengan menggunakan Δhpipa sebagai head loss

∆𝑃 = 𝜌. 𝑔. ∆𝑕𝑝𝑖𝑝𝑎

∆𝑃 = 𝑓𝐿

𝐷 𝜌𝑉2

2

Setelahnya, mencari nilai kecepatan aliran dengan rumus

∆h Pipa (inch) ∆h Pipa (m) 1 0,0254 1,1 0,02794 1,1 0,02794 1,5 0,0381 1,5 0,0381

22 𝑣 = 𝑄 𝐴 = 𝑄 (𝜋 4)𝐷 2

Lalu menentukan nilai bilangan Reynold dengan menggunakan persamaan

𝑁𝑅 =

𝐷. 𝜌. 𝑣 𝜇

Kemudian menentukan nilai Faktor friksi dengan rumus sebagai berikut

∆𝑃 = 𝐹𝐿 𝐷 𝜌𝑉2 2 𝑕_𝑓 = 𝑓 𝐿 𝐷 𝑣2 2𝑔 ∆𝑃 𝜌 = 𝑕𝑓. 𝑔 𝑕𝑓 = ∆𝑃 𝜌. 𝑔

Rumus faktor friksi yang digunakan adalah dengan persamaan Darcy-Weisbach yang telah dipergunakan dalam perhitungan-perhitungan pada percobaan sebelumnya.

Menentukan nilai Friction loss

∆𝑃 = 𝜌. 𝑔. ∆𝑕𝑝𝑖𝑝𝑎

𝐹 =𝜌.𝑔.∆𝑕𝑝𝑖𝑝𝑎

𝜌

𝐹 = 𝑔. ∆𝑕𝑝𝑖𝑝𝑎

Membuat plot untuk nilai faktor friksi teoritis dan eksperimen pada pipa 1 in. Tabel 2.14 Data Δh, Δv, dan q pada fitting pipa

Δv(L) Δv kalibrasi t(s) q(L/s) Δh pipa (m) 3.3 2.71392 25 0.1085568 0.0254 3.5 2.8784 25 0.115136 0.02794 4 3.2896 25 0.131584 0.02794 5 4.112 25 0.16448 0.0381 7 5.7568 25 0.230272 0.0381

23 untuk mencari friksi teoritis digunakan rumus:

𝑓 = 0.001375 1 + 20000𝜀 𝐷+ 106 𝑅𝑒 1 3

Tabel 2.15 Pengolahan data menghitung f eksperimen dan f teoritis

v Re f f teori F 0.21434825 5444.446 0.181067 0.038146 0.24892 0.227339053 5774.412 0.177062 0.037535 0.273812 0.259816061 6599.328 0.135563 0.036214 0.273812 0.324770076 8249.16 0.118309 0.034193 0.37338 0.454678107 11548.82 0.060362 0.03154 0.37338

Sehingga didapatkan grafik hubungan reynold number dengan f eksperimen dan f teoritis adalah sebagai berikut:

Gambar 3.4 Grafik f vs Re dalam keadaan aliran turbuler

3.2.6 Fitting Pipa 3.2.6.2 Tujuan

Menentukan friction factor dan panjang ekuivalen (Le) pada fitting yang berupa valve serta menentukan hubungan antara bilangan Reynold (Re) dengan panjang ekuivalen (Le).

3.2.6.3 Prosedur Percobaan

1. Membuka valve 1, 2, 3, 8 dan 6 serta menutup valve lainnya. Valve 5 dibuka sedikit untuk memastikan aliran total tidak terlalu kecil

2. Menghubungkan dua selang manometer pada elbow 6 dan dua lainnya pada venturi. 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 teori

24 3. Menvariasikan laju alir dengan mengatur bukaan valve 3 berdasarkan perbedaan ketinggian di manometer venturi sehingga didapatkan data ketinggian di manometer elbow. Digunakan variasi h venturi sebanyak 5 data turbular.

4. Menentukan panjang ekuivalen Le.

3.2.6.4 Data Percobaan dan Pengolahan Data

Dari data volum terhadap waktu, didapatkan nilai debit Q (m3/s) dengan membagi selisih nilai volum awal. dan akhir dari masing-masing bukaan, dengan interval waktu 25 detik. Data Δh pada manometer venturi flowmeter dan fitting valve (telah dikonversi ke meter) Dilakukan pada 3 kali percobaan yang berbeda.

Tabel 3.17 Data Δh venture dan Δhfitting untuk setiap bukaan valve Δh Fitting(m) Δh venturi(m)

0,33782 0,04572

0,32766 0,03048

0,3048 0,02794

Kemudian menghitung nilai bilangan Reynold (Re atau NR), friction factor eksperimen

(feksperimen), dan panjang ekuivalen fitting valve (Le)

Menggunakan persamaan berikut ini:

𝑅𝑒 = 𝐷𝑝𝑖𝑝𝑎 × 𝜌 × 𝑣 𝜇 𝑓_{𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒 𝑛} = 2 ∆𝑃 𝐷𝑝𝑖𝑝𝑎 𝐿 𝜌 𝑣2 𝐿_𝑒 =2 𝑔 ∆𝑕𝑓𝑖𝑡𝑡𝑖𝑛𝑔𝐷𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑓 𝑣2

Dengan menggunakan bantuan Ms. Excel. didapatkan nilai berikut ini:

Tabel 3.18 Data Δh venture, Δh fitting, dan perhitungan v 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

25 Grafik hubungan antara Re terhadap Le

Gambar 3.5 Grafik Le vs Re dalam keadaan aliran turbuler 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 teoretis

26 BAB IV

ANALISIS HASIL DAN PEMBAHASAN

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(m

3 /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(m

3

/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(m

3 /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(m

3

/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 teori

30 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 teoretis

32 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