Laporan Praktikum Sirkuit Fluida 5k

LAPORAN PRAKTIKUM UOP I

SIRKUIT FLUIDA

Kelompok 5K

Adinda Sofura Azhariyah

(1306370505)

I Gede Eka Perdana Putra

(1306370676)

Prita Tri Wulandari

(1300370455)

Rayhan Hafidz I.

(1306409362)

Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

Depok, Desember 2015

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena kami bisa menyelesaikan Laporan Praktikum UOP I ini dengan baik dan tepat pada waktunya.

Ucapan terima kasih juga tidak lupa penulis panjatkan kepada orang tua, sahabat, teman-teman, dan pihak-pihak lain yang telah membantu dalam penyelasaian makalah ini. Tanpa bantuan mereka, tulisan ini tidak akan menjadi seperti sekarang.

Makalah ini penulis buat untuk pembaca agar pembaca dapat menerima informasi yang ingin penulis sampaikan. Penulis ingin pembaca dapat belajar banyak dan memahami berbagai hal tentang sirkuit fluida.

Walaupun tulisan ini jauh dari kata sempurna, namun penulis ingin pembaca tetap setia dalam memahami dan menerima maksud dari penulis. Pepatah mengatakan bahwa “Tidak ada gading yang tak retak,” begitupun makalah ini. Karena itu, kami sebagai penulis berharap pembaca dapat memaklumi kesalahan yang kami buat.

Depok, Desember 2015

Tim Penulis

KATA PENGANTAR ………..….. 2

DAFTAR ISI ………... 3

BAB I: PENDAHULUAN ……….……. 5

1.1. Tujuan Percobaan ……….. 5

1.2. Latar Belakang ………... 5

BAB II: TINJAUAN PUSTAKA ………... 6

2.1. Aliran Fluida Dalam Pipa ………..……… 6

2.2. Sifat-sifat Fluida ……… 7

2.3. Jenis aliran pada pipa ………... 8

2.4. Energi Fluida ……….. 8

2.5. Kehilangan Energi pada Friksi ………..……… 8

2.6. Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold ……… 9

2.7. Profil Kecepatan Pada Aliran dalam Pipa ……….. 10

2.8. Pengukuran Aliran Fluida ……….. 11

2.9. Venturi Flowmeter .. ………...……… 11

2.10. Koefisien Venturi ………. 14

2.11. Laju Aliran Massa dan Laju Aliran Volumetrik pada Venturimeter …... 14

2.12. Pemulihan Tekanan Pada Venturimeter ……….. 15

2.13. Orifice Flowmeter ……… 15

2.14. Pemulihan Tekanan Pada Orificemeter ………... 19

2.15. Kehilangan Energi Pada Orificemeter ………. 19

BAB III: PROSEDUR DAN PENGOLAHAN DATA ……….. 22

3.1. Kalibrasi Sight Gage ……….. 23

3.2. Karakteristik Sharp Edge Orifice Flowmeter ……… 25

3.3. Karakteristik Venturi Flowmeter ………... 30

3.4. Aliran Laminer dan Turbulen ……… 34

3.5. Friction Loss ………..………..………..……… 37

3.6. Pipe Fitting ………..……... 41

BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN ………... 45

4.1. Kalibrasi Sight Gage ………...………... 45

4.2. Karakteristik Sharp Edge Orifice Flowmeter ………….………... 46

4.4. Aliran Laminer dan Turbulen ………..………..……… 49 4.5. Friction Loss ………... 49 4.6. Pipe Fitting ………. 50 BAB V: KESIMPULAN ……… 52 Daftar Pustaka ………..…………... 53 BAB I PENDAHULUAN

1.1. Tujuan Percobaan

Tujuan percobaan sirkuit fluida ini adalah :

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 flow rate

1.2. Latar Belakang

Dalam percobaan ini, yang menjadi latar belakang adalah hal-hal yang berkaitan dengan modul sirkuit fluida dalam Praktikum Proses dan Operasi Teknik 1, dimana yang menjadi fokus pengamatan pada percobaan sirkuit fluida ini adalah pressure drop pada:

1 Orificemeter 2 Venturimeter

3 Berbagai macam fitting, seperti: a Elbow

b Gate valve

4 Pipa-pipa dengan diameter 1 inch dan ¾ inch

TINJAUAN PUSTAKA

1 Aliran Fluida dalam Pipa

Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh. Fluida yang dialirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair di dalam pipa tidak penuh maka aliran termasuk dalam aliran saluran terbuka atau karena tekanan di dalam pipa sama dengan tekanan atmosfer (zat cair di dalam pipa tidak penuh), aliran temasuk dalam pengaliran terbuka. Karena mempunyai permukaan bebas, maka fluida yang dialirkan dalah zat cair. Tekanan dipermukaan zat cair disepanjang saluran terbuka adalah tekanan atmosfer. Perbedaan mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan aliran pada pipa adalah adanya permukaan yang bebas yang (hampir selalu) berupa udara pada saluran terbuka. Jadi seandainya pada pipa alirannya tidak penuh sehingga masih ada rongga yang berisi udara maka sifat dan karakteristik alirannya sama dengan aliran pada saluran terbuka. Misalnya aliran air pada gorong-gorong. Pada kondisi saluran penuh air, desainnya harus mengikuti kaidah aliran pada pipa, namun bila aliran air pada gorong – gorong didesain tidak penuh maka sifat alirannya adalah sama dengan aliran pada saluran terbuka. Perbedaan yang lainnya adalah saluran terbuka mempunyai kedalaman air (y), sedangkan pada pipa kedalam air tersebut ditransformasikan berupa (P/y). Oleh karena itu konsep analisis aliran pada pipa harus dalam kondisi pipa terisi penuh dengan air.

Zat cair riil didefinisikan sebagi zat yang mempunyai kekentalan, berbeda dengan zat air ideal yang tidak mempunyai kekentalan. Kekentalan disebabkan karena adanya sifat kohesi antara partikel zat cair. Karena adanya kekentalan zat cair maka terjadi perbedaan kecepatan partikel dalam medan aliran. Partikel zat cair yang berdampingan dengan dinding batas akan diam (kecepatan nol) sedang yang terletak pada suatu jarak tertentu dari dinding akan bergerak. Perubahan kecepatan tersebut merupakan fungsi jarak dari dinding batas. Aliran zat cair riil disebut juga aliran viskos.

Aliran viskos adalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas). Viskositas terjadi pada temperature tertentu. Tabel 1. memberikaan sifat air (viskositas kinematik) pada tekanan atmosfer dan beberapa temperature. Kekentalan adalah sifat zat cair yang dapat menyebabkan terjadinya tegangan geser pada waktu bergerak. Tegangan geser ini

akan mengubah sebagian energi aliran dalam bentuk energi lain seperti panas, suara, dan sebagainya. Perubahan bentuk energi tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan energi.

Tabel 1. Viskositas Kinetmatik air pada tekanan atmosfer dan beberapa temperatur. Suhu (o_C) Viskositas Kinematik

(m2_/dt) Suhu ( o_C) Viskositas Kinematik (m2_/dt) 0,0 1,795 x 10-6 _{50,0 0,556 x 10}-6 5,0 1519 x 10-6 _{60,0 0,477 x 10}-6 10,0 1,308 x 10-6 _{70,0 0,415 x 10}-6 20,0 1,007 x 10-6 _{80,0 0,367 x 10}-6 30,0 0,804 x 10-6 _{90,0 0,328 x 10}-6 40,0 0,661 x 10-6 _{100,0 0,296 x 10}-6

Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 2 macam. Apabila pengaruh kekentalan (viskositas) adalah cukup dominan sehingga partikel-partikel zat cair bergerak secara teratur menurut lintasan lurus maka aliran disebut laminar. Aliran laminar terjadi apabila kekentalan besar dan kecepatan aliran kecil. Dengan berkurangnya pengaruh kekentalan atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan berubah dari laminar menjadi turbulen. Pada aliran turbulen partikel-partikel zat cair bergerak secara tidak teratur.

2 Sifat-sifat fluida

Fluida adalah suatu zat yang bentuknya dapat berubah secara terus menerus akibat adanya suatu gaya geser seberapapun kecilnya. Ada beberapa sifat fluida yang berpengaruh pada mekanika aliran fluida. Di bawah ini adalah sifat-sifat fluida yang perlu diperhatikan:

1. Density 2. Spesific weight 3. Spesific volume 4. Spesific gravity 5. Kompressibilitas 6. Viskositas 7. Tekanan uap 8. Tegangan permukaan

3 Jenis aliran pada pipa

Apabila suatu fluida mengalir dalam suatu saluran dengan kecepatan yang cukup kecil, maka aliran tersebut seperti berlapis-lapis yang bergerak secara sliding relatif terhadap lapisan di dekatnya. Aliran ini dinamakan aliran laminer. Bila kecepatan aliran diperbesar, gerakan partikel fluida semakin tidak teratur, sehingga terjadi pusaran-pusaran arus (eddy

current). Aliran semacam ini disebut aliran turbulen. Aliran transisi merupakan aliran

dengan kecepatan diantara aliran laminer dan turbulen. ℜ=ρ . v . D

μ =

ρ . Q. D A . μ … (1)

4 Energi Fluida

Pada fluida mengalir terdapat tiga bentuk energi :

1 Energi Potensial: energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena ketinggiannya relatif terhadap datum

2 Energi Kinetik: energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena kecepatannya.

3 Energi tekanan: energi yang dimiliki oleh fluida tersebut karena dalam keadaan bertekanan.

4 Pada fluida yang mengalir akan terdapat kehilangan energi yang disebabkan oleh gesekan / friksi. Hubungan antara energi-energi di atas dapat membentuk permasaan energi mekanik.

5 Kehilangan Energi karena Friksi

Telah disinggung di atas bahwa 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 down stream menjadi berkurang. Besarnya kehilangan energi karena friksi menurut persamaan Darcy-Weisbach sbb :

¿

f_eksperimen=2 ∆ PD

Lρ v2 …¿ 2)

ket.: f : friction factor (Blasius-Darcy friction factor) L : panjang pipa

D : diameter dalam pipa V : flow rate

gc : faktor konversi

hL : energi loss

6 Hubungan Faktor Friksi dan Bilangan Reynold

Hagen–Poiseuille melalui eksperimennya mengenai aliran laminar pada pipa menemukan hubungan sebagai berikut :

2 . . . . 32 D g LV h_L    …(3) Bila persamaan dapat disusun kembali

c c c L g V D L N g V D L V D g V D L V D h . 2 . . 64 . 2 . . 64 . 2 . 2 . . 32 2 Re 2 2        … (4)

Persamaan di atas menunjukkan hubungan linier antara f dan NRe pada aliran laminar

yang berlaku untuk NRe di bawah 2100. Pada dasarnya, kehilangan energi pada aliran laminar

hanya disebabkan oleh viscos drag saja, sedangkan pada aliran turbulen disebabkan oleh gerakan turbulen dari arus eddy. Oleh karena itu, friction factor untuk aliran turbulen di samping bergantung pada NRe, juga bergantung pada kekasaran permukaan pipa / roghness.

Sementara itu, /D adalah kekasaran relatif, yaitu perbandingan antara tingginya tonjolan dalam pipa dibagi diameter dalam pipa. Hubungan antara f dengan NRe dan /D dapat

7 Profil Kecepatan pada Aliran dalam Pipa

Pada aliran dalam pipa, partikel-partikel fluida bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Partikel yang berada pada dinding pipa mempunyai kecepatan nol, sedangkan partikel yang berada pada sumbu pipa mempunyai kecepatan maksimim. Hal ini disebabkan karena perubahan momentum dan gesekan-gesekan yang terjadi antar lapisan. Untuk aliran laminar, lapisan-lapisan fluida terdapat dari dinding pipa sampai sumbu pipa (center line) sehingga profil kecepatan partikel-partikel fluida berbentuk parabola seperti terlihat pada gambar di bawah :

Gambar 2 Profil Kecepatan Fluida pada Aliran Laminar

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

Gambar 3. Profil Kecepatan Fluida pada Aliran Turbulen

Daerah laminar akan semakin tipis dengan kenaikan bilangan Reynold dan semakin kurang mempunyai arti dibandingkan dengan kekasaran dinding pipa, sehingga efek kekasaran dinding pipa semakin dirasakan oleh pokok aliran. Itulah sebabnya faktor friksi pada aliran laminar hanya bergantung pada bilangan Reynold dan bergeser semakin bergantung pada kekasaran dinding pipa untuk aliran turbulen.

8 Pengukuran Aliran Fluida

Agar dapat melakukan pengendalian atas proses-proses industri, kualitas bahan yang masuk dan keluar dari proses itu perlu diketahui. Oleh karena kebanyakan bahan ditransportasi dalam keadaan fluida bila mungkin, maka penting sekali mengukur laju aliran fluida di dalam pipa atau saluran. Berbagai jenis meteran digunakan di dalam industri, termasuk di antaranya :

1 meteran yang didasarkan atas pertimbangan langsung atau pengukuran volume 2 meteran dengan tinggi-tekan variabel

3 meteran penampang aliran 4 meteran arus

5 meteran anjakan-positif 6 meteran magnetik 7 meteran ultrasonik

Yang paling banyak digunakan untuk mengukur aliran adalah beberapa jenis meteran tinggi – tekan - variabel dan meteran penampang aliran (area meter). Yang termasuk meteran tinggi – tekan - variabel adalah meteran venturi, meteran orifice, dan tabung pitot. Sedangkan dalam meteran penampang aliran adalah rotameter dengan berbagai rancangan. Yang akan dibahas di sini adalah meteran venturi dan meteran orifice untuk incompressible fluid.

9 Venturi Flowmeter

(a)

(b)

Gambar 4. (a) dan (b). Venturi Flowmeter

A : bagian masuk E : lubang ke ruang piezometer

B : bagian leher F : lubang sadap tekanan hulu

C : bagian keluar H : pelapis

D, G : ruang piezometer I : lubang sadap tekanan hilir

Meteran ini terbuat dari bagian masuk A yang mempunyai flens, yang terdiri dari bagian pendek berbentuk silinder dan kerucut terpotong; bagian leher B berflens; dan bagian keluar C, juga berflens, dan terdiri dari kerucut terpotong yang panjang. (Flens = penyambung potongan-potongan pipa).

Pada bagian hulu, pada persambungan antara bagian silinder dan bagian yang berbentuk kerucut, terdapat ruang annulus D dan beberapa lubang kecil E yang dibor dari bagian dalam tabung sampai ke ruang annulus itu. Cincin annulus dan lubang-lubang kecil itu merupakan cincin piezometer (piezometer ring), yang fungsinya ialah untuk merata-ratakan tekanan-tekanan yang disalurkan oleh setiap lubang kecil. Tekanan rata-rata itu lalu ditrensmisikan melalui sambungan untuk tekanan hulu F.

Pada bagian leher ada lagi sebuat cincin piezometer yang dibentuk dengan ruang annulus integral G dan pelapis H. Pelapis tersebut dibor pula dengan teliti dan diselesaikan

hingga membentuk diameter tertentu, karena ketelitian meteran itu akan berkurang bila leher itu tidak dibuat dengan toleransi yang sangat ketat. Tekanan leher itu lalu ditransmisikan melalui penyadap tekanan I. Sebuah manometer atau alat lain untuk mengukur tekanan lalu dipasang di antara lubang sadap F dan I.

Dalam meteran venturi, kecepatan fluida bertambah dan tekanannya berkurang di dalam kerucut sebelah hulu. Penurunan tekanan di dalam kerucut hulu itu lalu dimanfaatkan, sebagaimana diuraikan di bawah nanti, untuk mengukur laju aliran melalui instrumen itu. Kecepatan fluida kemudian berkurang lagi dan sebagian besar tekanan awalnya kembali pulih di dalam kerucut sebelah hilir. Agar pemulihan tekanan itu besar, sudut kerucut hilir C dibuat kecil, sehingga pemisahan lapisan-batas dapat dicegah dan gesekan pun minimum. Oleh karena pada bagian yang penampangnya mengecil tidak ada pemisahan, maka kerucut hulu dapat dibuat lebih pendek daripada kerucut hilir. Gesekannyapun di sini kecil. Dengan demikian ruang dan bahanpun dapat dihemat. Walaupun meteran venture dapat digunakan juga untuk mengukur gas, namun alat ini biasanya digunakan untuk mengukur zat cair, terutama air, pengolahan di bawah ini terbatas pada fluida incompressible.

Kecepatan aliran v dihitung dengan persamaan :

v =Q A…(5) dimana: v = kecepatan aliran(m/s) A= luas penampang (m2₎ A=1 4π D 2 …(6)

Persamaan kontinuitas untuk aliran yang melalui saluran berpenampang bundar adalah: b b a b a V V D D V 2. 2        …(7) Ket.: Da = diameter pipa

Dengan mensubstitusi persamaan (6) dan (7) diperoleh :





    b a c a b b p p g V    1 2 4 … (8) 10 Koefisien Venturi

Persamaan 8 hanya berlaku untuk aliran fluida incompressible tanpa gesekan. Untuk memperhitungkan rugi gesekan yang terdapat sedikit antara lokasi a dan b, persamaan tersebut dapat dikoreksi dengan menggunakan faktor empirik Cv sehingga:





    b a c a b v b p p g C V    2 4 …(9) Dengan Cv = koefisien venturi.

C_v= Q

√1− β

4

A

√

2 g2∆ hv

…(10)

Pengaruh faktor energi kinetik a, b telah diperhitungkan pula dalam perumusan

koefisien Cv. Koefisien Cv ditentukan melalui percobaan. Koefisien itu disebut koefisien venturi, tanpa termasuk kecepatan datang. Pengaruh kecepatan datang (Va) diperhitungkan

dalam suku 4 1 1  

. Bila Db lebih kecil dari 4

a

D

, kecepatan datang dan suku  diabaikan, karena kesalahan yang dihasilkan tidak sampai 0,2 %. Untuk venturi yang dirancang dengan baik, nilai Cv kira 0,98 untuk diameter pipa antara 2 dan 8 in, dan kira-kira 0,99 untuk pipa-pipa yang lebih besar.

11 Laju aliran massa dan laju aliran volumetrik pada venturimeter

Besaran yang dicari biasanya bukanlah kecepatan melalui leher venturi Vb. Laju aliran yang lebih penting adalah laju aliran massa atau laju aliran volumetrik melalui meteran itu. Laju aliran massa dihitung dengan mensubstitusi persamaan 4 ke dalam persamaan kontinuitas untuk aliran melalui suatu tabung arus berhingga dimana kecepatan dalam satu penampang tidak sama, yaitu :

   2 ( ) 1 . 4 c a b b v b b g p p S C S V m     …(11)

Laju aliran volumetrik diperoleh dengan membagi laju aliran massa dengan densitas: …(12)

Dengan: m = laju aliran massa Sb = luas leher

q = laju aliran volumetrik

12 Pemulihan tekanan pada venturimeter

Jika aliran melalui meteran venturi itu benar-benar tanpa gesekan, tekanan fluida meninggalkan meteran tentu persis sama dengan tekanan fluida masuk meteran, dan penempatan meteran di dalam jalur pipa tidaklah akan menyebabkan terjadinya kehilangan tekanan secara permanen. Penurunan tekanan pada kerucut hulu, pa-pb akan dipulihkan

kembali di dalam kerucut hilir. Tetapi gesekan (friction) tentulah tidak dapat dihilangkan secara total, dan di dalam jalur tersebut terdapat kerugian tekanan secara permanen (friction

loss) serta kerugian daya yang diakibatkannya. Oleh karena sudut kerucut divergen cukup

kecil, rugi-tekanan permanen dari meteran venturi ersebut relative kecil. Dalam meteran yang dirancang baik, rugi-tekanan itu hanyalah kira-kira 10% dari differensial venturi pa-pb, dan

hampir 90% dari diferensial itu dapat dipulihkan. 13 Orifice Flowmeter

Meteran Venturi mempunyai kelemahan tertentu dalam praktek pabrik pada umumnya. Alat ini cukup mahal, mengambil tempat cukup besar, dan rasio diameter leher terhadap diameter pipa tidak dapat diubah-ubah. Untuk meteran tertentu dengan sistem manometer tertentu pula, laju aliran maksimum yang dapat diukur terbatas, jadi apabila laju aliran berubah, diameter leher mungkin menjadi terlalu besar untuk memberikan bacaan yang teliti, atau terlalu kecil untuk dapat menampung laju aliran maksimum yang baru. Meteran orifice dapat mengatasi kelemahan meteran venture, tetapi konsumsi dayanya lebih tinggi.

Gambar 5. Orificemeter

Gambar 6. Profil Kecepatan pada Orifice Flowmeter

Peralatan ini terdiri dari plat yang dilubangi dan dikerjakan dengan mesin secara teliti, dan dipasang di antara dua flens sehingga lubang tersebut konsentrik dengan pipa tempat memasangnya. Lubang plat itu dapat dibuat miring ke sisi hilir. Penyadap tekanan, satu di hulu dan satu di hilir orifice tersebut dipasang dan dihubungkan dengan manometer atau peralatan pengukuran tekanan lainnya. Posisi lubang sadap dapat dipasang sembarang, dan koefisien meteran tersebut bergantung pada letak lubang sadap itu.

Prinsip meteran orifice identik dengan prinsip venturi. Penurunan penampang arus aliran melalui orifice menyebabkan tinggi-tekan kecepatan meningkat tetapi tinggi tekan tekanan menurun, dan penurunan tekanan antara kedua titik sadap diukur dengan manometer.

Ada suatu kesulitan pokok yang terdapat pada meteran orifice yang tidak terdapat pada venturi. Oleh karena orifice itu tajam, arus fluida tersebut memisah di sebelah hilir plat orifice dan membentuk jet aliran-bebas di dalam fluida di sebelah hilir. Seperti terlihat pada gambar 2, terbentuk vena kontrakta. Jet tersebut tidak dipengaruhi oleh dinding padat, seperti

halnya pada venture, dan luas penampang jet tersebut bervariasi antara besarnya lubang orifice dan vena kontrakta. Luas penampang pada setiap titik tertentu, umpamanya pada posisi sadap hilir tidak mudah ditentukan, sedangkan kecepatan jet pada lokasi sadap hilir tidak dapat dihubungkan dengan mudah dengan diameter orifice. Koefisien orifice bersifat lebih empirik daripada venturi, dan sehubungan dengan itu pengolahan kuantitatif untuk meteran orifice harus dimodifikasi kembali .

Standar-standar rancang yang terperinci sudah tersedia secara luas di dalam literatur, yang harus diikuti dengan ketat agar kerja meteran tersebut dapat diramalkan dengan teliti tanpa kalibrasi. Akan tetapi sebagai pendekatan, persamaan di bawah ini cukup memadai untuk digunakan.





  b a c o o p p g C u    2 1 4 … (13) Ket.: uo : kecepatan melalui orifice

 : rasio diameter orifice terhadap diameter pipa pa , pb : tekanan pada bagian a dan b

Co : koefisien orifice

Pada persamaan diatas, Co adalah koefisien orifice tanpa termasuk kecepatan datang.

Koefisien ini memberikan koreksi atas kontraksi jet fluida antara orifice dan vena-kontrakta, juga terhadap gesekan dan terhadap a dan b. Co selalu ditentukan dari percobaan. Nilainya

cukup bervariasi sesuai dengan perubahan  dan angka Reynold pada orifice, NRe,o . Angka

Reynolds tersebut didefinisikan sebagai

    . . 4 . . Re, o o o o D m u D N   …(14) Ket.: Do : diameter orifice

NRe,o : angka Reynold pada orifice

Pada perancangan, Co hampir konstan dan tidak bergantung pada  selama NRe,o

kontrakta. Terlebih lagi, jika <0,25 maka

4

1_

dapat dianggap bernilai 1, sehingga persamaan 13 menjadi:





 b a c o p p g u 0,61 2  …(15) Laju aliran massa dapat ditulis:

  0,61. _o 2 _c( _{a b}) o oS S g p p u m   …(16) Ket.: So : luas penampang orifice, dengan rumus:





_

_

2 2 2 2 2 4 4 / 2    a a o a a o a o D D D D D S D S    …(17) Dengan mensubstitusikan persamaan diatas diperoleh:





   b a c a g p p D m   2 61 , 0 4 2 2 … (18)

Kecuali jika memang diperlukan ketelitian yang lebih tinggi, persamaan 12 cukup memadai untuk digunakan dalam perancangan. Tetapi, pemeriksaan atas nilai angka Reynolds menunjukkan bahwa nilai koefisien 0,61 tidak teliti bila NRe,o <20000.

Dalam sistem orifice ini penting sekali adanya bagian pipa lurus di bagian hulu dan bagian hilir orifice untuk menjamin agar pole aliran yang normal dan tidak terganggu oleh perlengkapan sambung pipa, katup, dan peralatan lain. Sebab, jika tidak, distribusi kecepatan akan menjadi tidak normal, dan koefisien orifice akan terganggu dengan cara yang tidak dapat diramalkan. Mengenai penjang minimum bagian pipa lurus ini, yang harus terdapat pada bagian hulu dan bagian hilir orifice untuk mendapatkan distribusi kecepatan yang normal, sudah tersedia datanya. Terkadang , jika panjang pipa lurus tidak mencukupi, maka di bagian hulu dipasang sudut-sudut pelurus.

Untuk mengamat hubungan antara laju alir/flowrate pada orifice dengan pressure

Q=CoSo

√

2 ∆ P/ ρ

√

1−β4 …(19)

∆ P= ρ g ∆ h …(20)

Pada rumus diatas terlihat bahwa laju alir (Q) berbanding lurus dengan akar pressure drop (

√

_{∆ P ). Selain itu, pada persamaan selanjutnya dapat dilihat pula bahwa pressure drop}

(_{∆ P) berbanding lurus dengan} ∆ h _{orrifice. Sehingga, untuk mencari hubungan antara} laju alir / flowrate dengan pressure drop pada orifice flowmeter, kita dapat melihat hubungan antara Q dan

√

∆ horrifice .

Untuk mencari koefisien orifice dapat menggunakan rumus:

C_o= Q

√1−β

4

A

√

2 g2∆ h_o…(21)

2.14.Pemulihan Tekanan pada orifice meter

Barhubung dengan besarnya rugi gesekan yang disebabkan oleh pusaran-pusaran yang dibangkitkan oleh jet yang berekspansi di hilir vena-kontrekta, pemulihan tekanan di dalam meteran orifice biasanya kurang baik. Rugi daya yang diakibatkannya merupakan salah satu kelemahan dari meteran orifice. Fraksi differensial orifice yang hilang secara permanen bergantung pada nilai , dan hubungan antara rugi bagian itu (friction loss) dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Gambar 7. Rugi-Tekanan Menyeluruh pada Meteran Orifice

Untuk nilai  sebesar 0.5, rugi tinggi-tekan itu adalah kira-kira 73% dari differensial orifice. Perbedaan tekanan yang diukur dengan sadap pipa, dimana sadap hilir terletak delapan kali diameter pipa di sebelah hilir, sebenarnya merupakan pengukuran rugi permanen dan bukan harga differensial orifice.

2.15.Kehilangan Energi pada Fitting

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

c L g V k h 2 2  … (22) D Le f k  …(23) dengan Le = panjang ekivalen dari fitting.

Berikut adalah tabel tipe-tipe fitting dan panjang ekivalennya: Tabel 2. Tipe-Tipe Fitting dan Panjang Ekivalennya

Type of fitting Equivalent length L/D

Globe valve, wide open 340

Angle valve, wide open 145

Gate valve, wide open 113

90o _{standar elbow 30}

45o _{standar elbow 16}

90o _{long-radius elbow 20}

Panjang ekivalen dari fitting merupakan panjang pipa lurus yang dilewati oleh aliran fluida yang kehilangan energinya sebanding dengan kehilangan energi dari aliran fluida yang melalui fitting. Pada fitting terjadi kehilangan energi karena friksi. Friksi yang terjadi berasal dari gesekan dengan dinding dan friksi karena gesekan antar partikel. Gesekan dengan dinding akan membuat kehilangan sebagian energi gerak dari aliran. Disamping itu, kemungkinan tumbukan antar partikel sebagai akibat adanya fitting juga semakin besar sehingga friksi karena tumbukan antarsesama partikel bertambah.Karena itulah kehilangan energi akibat friksi pada fitting lebih besar dibandingkan dengan kehilangan energi pada pipa biasa dengan diameter dan panjang yang sama.

Fluida yang mengalir melalui fitting akan mengalami perubahan karakteristik dari aliran fluida awalnya. Hal ini ditandai dengan pressure drop yang disebabkan friksi antarpartikel maupun antara partikel dengan permukaan fitting bertambah. Hal ini mengakibatkan kerugian aliran fluida di dalam fitting.

Untuk menentukan panjang ekivalen Le, dapat dihitung dengan rumus:

¿=∆ hfittingD2 g f v2 …(24) f ≤¿∆ hfitting…(25) v2 =D 2 g_¿ y = m x

Untuk mencari nilai panjang ekivalen (Le) dari elbow, digunakan rumus:

f ≤¿=m…(26) D 2 g

¿

¿=D 2 g

BAB III

Skema Alat Percobaan

Alat

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

1 Gelas ukur: merupakan alat yang digunakan untuk mengukur volume fluida (air) yang keluar dari sirkuit.

2 Stopwatch: merupakan alat yang digunakan untuk mengukur waktu selama fluida ditampung dalam gelas ukur.

3 Satu rangkaian peralatan sirkuit fluida, yang terdiri dari:

a Tangki reservoir: merupakan alat yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan fluida yang akan dialirkan ke dalam sirkuit. Tangki reservoir yang digunakan dalam percobaan merupakan tangki yang dapat menampung fluida hingga 14 gallon, berdiameter 12”, dan mempunyai lubang udara.

b Pompa: merupakan alat yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida cair sehingga fluida dapat mengalir dari tangki menuju ke saluran-saluran pipa pada sirkuit. Pompa yang digunakan dalam percobaan merupakan tipe pompa sentrifugal.

c Control Switch: merupakan alat untuk mengontrol berjalan atau tidaknya pompa. Gambar 8. Skema alat percobaan sirkuit fluida

d Pipa-pipa dan fitting: merupakan saluran tempat mengalirnya fluida dalam sirkuit. Spesifikasi pipa yang digunakan dalam percobaan diberikan pada tabel di bawah ini.

e Valve dengan berbagai ukuran: merupakan alat yang berfungsi sebagai variabel kontrol untuk mengatur besar keluaran laju alir fluida.

f Venturi Flowmeter: merupakan alat pengukur laju alir yang terdiri dari bagian kovergen dan divergen. Penjelasan lebih lengkap dapat dilihat pada bagian II.8. g Orifice Flowmeter: merupakan alat pengukur laju alir yang terdiri dari sebuah

tabung berbentuk pipa lurus yang di bagian tengahnya dipasang alat berbentuk seperti koin yang berlubang di tengahnya. Penjelasan lebih lengkap dapat dilihat pada bagian II.9.

h Manometer : merupakan alat yang dipakai untuk mengukur perbedaan dua titik maupun tekanan satu titik pada sirkuit. Fluida yang dipakai dalam manometer sama dengan fluida yang ada dalam sirkuit. Manometer terdiri dari empat kolom masing-masing dilengkapi dengan skala. Untuk mengukur perbedaan tekanan dua titik digunakan dua kolom sehingga membentuk manometer U. Caranya adalah dengan menutup sekrup bagian atas. Dengan empat kolom kita dapat membuat dua buah manometer U.

i Glass Flow: alat berbentuk tabung yang transparan dimana keluaran fluida dari

pipa sirkuit sebelum memasuki tangki akan melewati glass flow sehingga pola aliran keluaran yang terbentuk dapat terlihat melalui glass flow.

3.1. Kalibrasi Sight Gage Tujuan:

 Mengetahui apakah skala sight gage pada tangki sudah sesuai dengan ukuran standar (volume gelas ukur).

Prosedur:

1 Memastikan tersedia cukup air pada tangki

2 Membuka valve 4 (v.4) dan 11 (v.11) serta menutup valve lainnya lalu menyalakan pompa dan tunggu sampai aliran air yang keluar dari pipa telah stabil.

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

4 Mengulangi percobaan untuk nilai penurunan volume tangki yang nampak pada sight

gage dalam interval tertentu

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

Data Pengamatan

Tabel 3. Data pengamatan percobaan 1 Volume awal (L) Volume akhir (L) ∆V pada tanki (L) ∆V pada gelas ukur (L) Akumulasi penurunan volume (L) Akumulasi volume sesungguhnya (L) 44.0 43.0 1.0 1.1 1.0 1.1 42.0 41.0 1.0 1.1 2.0 2.2 40.0 39.0 1.0 1.04 3.0 3.24 38.0 37.0 1.0 1.1 4.0 4.34 36.0 35.0 1.0 1.06 5.0 5.4 34.0 33.0 1.0 1.0 6.0 6.4 32.0 31.0 1.0 1.05 7.0 7.45 31.0 30.0 1.0 1.05 8.0 8.5 29.0 28.0 1.0 1.02 9.0 9.52 27.0 26.0 1.0 1.08 10.0 10.6

Untuk mencari volume tangki dilakukan dengan menjumlahkan seluruh volume gelas yang terukur dikurangi penjumlahan volume gelas ukur pada skala terukur dengan volume gelas ukur pada skala sebelumnya. Secara matematis adalah sebagai berikut :

Volume tangki=Σ Volume gelasukur−(V1+V2+Vn)

Pengolahan Data

Gambar 9. Kurva kalbrasi.

Dari grafik di atas didapat persamaan garis dari kurva kalibrasi ialah y = 1.0507x +0.096. Dengan nilai y merupakan volume tangki dan x merupakan volume yang terukur pada gelas ukur.

3.2. Karakteristik Sharp Edge Orifice Flowmeter.

Tujuan:

 Mendapatkan kurva kalibrasi orifice flowmeter dan persamaannya (hubungan laju alir dan pressure drop).

 Mencari nilai koefisien karakteristik (discharge coefficient) rata-rata dari orifice flow

meter yang digunakan.

Prosedur:

1 Mengisi tangki dan manometer,

2 Membuka valve 4 (v.4) dan valve 11 (v.11) sementara menutup valve lainnya. Menggunakan valve 4 (v.4) untuk mengatur air yang keluar melalui pipa ke orifice.

3 Menyambung manometer pada tap pressure 40 dan 41 untuk mengukur perbedaan tekanannya.

4 Menjalankan pompa dan membuka valve 4 perlahan-lahan hingga aliran stabil

5 Mengukur aliran yang melalui orifice yang besarnya sama dengan jumlah air yang keluar dari tangki dalam waktu 10 detik. Secara serentak praktikan mencatat perbedaan headnya.

6 Mengulangi pengukuran untuk beberapa flowrate dengan mengubah bukaan valve 4 dan sebelumnya jangan lupa untuk mengisi tangki sebelumnya untuk setipa percobaan.

7 Memplotkan perbedaan head 40-41 dengan flowrate.

8 Menghitung dan membuat grafik Cd (Coefficient of discharge) sebagai fungsi dari laju alir.

Data Pengamatan

Tabel 4. Data pengamatan percobaan Karakteristik Sharp Edge Orifice Flowmeter Bukaan Valve Δh Orrifice (mm

H2O) 1/10 0.02 2/10 0.07 3/10 0.33 4/10 0.45 5/10 0.49 6/10 0.50 7/10 0.51 8/10 0.52 9/10 0.55 10/10 0.61 Pengolahan Data

Data-data yang perlu diketahui untuk pengolahan data adalah:

 Diameter dalam pipa (Da) = 2,55 cm (2,55 x 10-2 m)

 Diameter kerongkongan orifice (Db) = 1,58 cm (1,58 x 10-2 m)

 Panjang pipa (L) = 1,52 m

 Massa jenis air (ρ) = 1 kg/l (1000 kg/m3₎

 Waktu (t) = 30 s  Sirkuit berbahan cast iron, ε = 0,01.

Sumber: table 6.2, Fluid Mechanics for Chemical Engineers, McGrawHill.

ε D_a= 0,01 2,55 x 10−2m=0,4 m −1  A (luas): A=1 4π Db 2_{=1,96 x 10}−4_m2  Harga β: β=Db Da =1 , 58 x 10−2m 2 , 55 x 10−2m=0,619

√

1−β4=¿ _0,924

- Mencari Hubungan antara Laju Alir dengan Pressure Drop pada Orifice

Laju alir (Q) memiliki hubunga yang berbanding lurus dengan akar pressure drop (

√

_{∆ P ), sesuai dengan persamaan (19).}

Selain itu, untuk pressure drop (∆ P) berbanding lurus dengan ∆ h orifice, sebagaimana dalam persamaan (20).

Sehingga, untuk mencari hubungan antara laju alir / flowrate dengan pressure drop pada orifice flowmeter, kita dapat melihat hubungan antara Q dan

√

∆ horrifice _.

Tabel 5. Pengolahan data percobaan hubungan Q dengan

√

∆ horrifice ∆h orifice

_√

∆ h orifice Q (m3_/s)

(m H2O) (m1/2₎ 0.02 0.004472136 0.0000137 0.07 0.0083666 0.0000102 0.33 0.018165902 0.0000732 0.45 0.021213203 0.0001363 0.49 0.022135944 0.0001223 0.5 0.02236068 0.0001363 0.51 0.02258318 0.0001433 0.52 0.022803509 0.0001363 0.55 0.023452079 0.0001503 0.61 0.024698178 0.0001363 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 f(x) = 0x - 0 R² = 0.93 Q vs akar h Linear (Q vs akar h) √ℎ (√m) Q (m3/s)

Gambar 10. Grafik hubungan antara Q dengan

√

∆ horrifice - Mencari Hubungan Antara Laju Alir dengan Koefisien Orifice

Hubungan antara laju alir dengan koefisien orifice dapat dicari dengan persamaan (21). Tabel pengolahan data yang diperoleh adalah sebagai berikut:

Bukaan Valve ∆h orifice (m H2O)

√

∆ h orifice Q (m3_{/s) Co} (m1/2₎ 1/10 0.02 0.004472136 0.0000137 0.03295737 2/10 0.07 0.0083666 0.0000102 0.013115201 3/10 0.33 0.018165902 0.0000732 0.043356681 4/10 0.45 0.021213203 0.0001363 0.069084182 5/10 0.49 0.022135944 0.0001223 0.05939914 6/10 0.5 0.02236068 0.0001363 0.06553901 7/10 0.51 0.02258318 0.0001433 0.068228533 8/10 0.52 0.022803509 0.0001363 0.064266286 9/10 0.55 0.023452079 0.0001503 0.068912339 10/10 0.61 0.024698178 0.0001363 0.059336231 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 f(x) = 336.45x + 0.02 R² = 0.93 Q vs Co Linear (Q vs Co) Q (m3/s) Co

Gambar 11. Grafik hubungan Q dengan Co

3.3. Karakteristik Venturi Flowmeter. Tujuan Percobaan

Mencari nilai koefisien karakteristik (discharge coefficient) rata-rata dari venture flow meter yang digunakan

Prosedur Percobaan

1. Membuka valve 1 (v.1), valve 2 (v.2), valve 3 (v.3), valve 8 (v.8), valve 6 (v.6) dan valve 7 (v.7) serta menutup valve lainnya. Menggunakan valve 3 (v.6) untuk mengatur aliran air yang keluar ke venturi.

2. Memasang dua manometer digital pada venturi dan orifice (tap-pressure 38-39) untuk mengukur perbedaan tekanan.

3. Menyalakan pompa dan membuka valve 3 (v.3) maksimal, kemudian menunggu sampai aliran stabil.

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

5. Mengulangi pengukuran untuk beberapa flowrate (6 data) dengan mengubah bukaan valve 6 (v.6).

6. Menentukan laju aliran Q dengan menggunakan kurva kalibrasi Q vs Δh orifice. 7. Memplot laju aliran Q vs Δh venturi (yang sebanding dengan Δh orifice). 8. Menghitung koefisien venturi Cv dari plot tersebut.

Data Pengamatan

Dari percobaan ini, nilai Δh didapatkan sesuai dengan bukaan yang dilakukan. Bukaan keran yang dilakukan sebanyak 10 kali dari minimum sampai dengan maksimum.

Tabel 6. Hasil Pengamatan Percobaan Venturi Flowmeter

Δhorifice (m) Δhventure (m) 0.04 0.03 0.09 0.07788 0.14 0.12948 0.18 0.15 0.2 0.1914 0.21 0.21 0.22 0.21204 0.23 0.22236 0.24 0.23

0.24 0.24

Pengolahan Data

Laju alir Q(m/s) diperoleh dengan cara memasukkan

√

∆ horifice(

√

m) ke dalam persamaan garis pada grafik di gambar 12.

Selanjutnya, perhitungan percobaan ini dilakukan dengan cara yang sama dengan penghitungan pada orifice flowmeter. Hasil perhitungan terdapat pada tabel berikut:

Tabel 7. Pengolahan Data Percobaan Venturi Flowmeter

∆ h_{venturi (} m)

√

∆ h_venturi (

√

m) ∆ h_{venturi (cm} )

√

∆ h_venturi (

√

cm) Q (m3_/s) Q (cm3_/s) 0.03 0.17 3.00 1.73 0.000008 8.000 0.07788 0.28 7.79 2.79 0.000032 32.000 0.12948 0.36 12.95 3.60 0.0000498 49.800 0.15 0.39 15.00 3.87 0.0000618 61.823 0.1914 0.44 19.14 4.37 0.0000673 67.331 0.21 0.46 21.00 4.58 0.0000699 69.982 0.21204 0.46 21.20 4.60 0.0000726 72.570 0.22236 0.47 22.24 4.72 0.0000751 75.100 0.23 0.48 23.00 4.80 0.0000776 77.576 0.24 0.49 24.00 4.90 0.0000776 77.576

0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.00000000 0.00001000 0.00002000 0.00003000 0.00004000 0.00005000 0.00006000 0.00007000 0.00008000 0.00009000 f(x) = 0x - 0 R² = 0.99

Q vs √ℎ

√ℎ (m) Q (m3/s)

Gambar 12. Grafik hubungan

√

∆ hventuri dengan laju alir.

Selanjutnya kita dapat mencari nilai C venturi dengan persamaan (10):

Tabel 8. Pengolahan Data Percobaan Venturi Flowmeter untuk Mencari Cv

√

∆ hventuri(

√

m) Q (m3/s) Cv 0.17 8 x 10-06 _0.00607 0.28 3.2 x 10-05 _0.01506 0.36 4.98 x 10-05 _0.01818 0.39 6.18 x 10-05 _0.02097 0.44 6.73 x 10-05 _0.02022 0.46 6.99 x 10-05 _0.02006 0.46 7.26 x 10-05 _0.02070 0.47 7.51 x 10-05 _0.02092 0.48 7.76 x 10-05 _0.02125 0.49 7.76 x 10-05 _0.02080

0.000000000.000020000.000040000.000060000.000080000.00010000 0.00000 0.00500 0.01000 0.01500 0.02000 0.02500 f(x) = 196.19x + 0.01 R² = 0.91

Cv vs Q

Q (m3/s) Cv

Gambar 13. Grafik hubungan laju alir dengan karakteristik venturi.

3.4. Aliran Laminer dan Turbulen Tujuan Percobaan

Mengetahui pola dan karakteristik aliran laminer, transisi dan turbulen serta mengetahui nilai laju alir terjadinya pola aliran tersebut.

Prosedur Percobaan

1. Memastikan Visual Flow Box bersih, sehingga dapat dilakukan pemgamatan bentuk aliran didalamnya.

2. Menggunakan orifice sebagai flowmeter.

3. Membuka valve 1 (v.1), valve 2 (v.2), valve 3 (v.3), valve 8 (v.8) dan valve 6 (v.6) serta menutup valve lainnya.

4. Menvariasikan bukaan valve 6 (v.6) berdasarkan Δh venturi yang telah ditentukan sebelumnya dari perhitungan bilangan Reynold, kemudian mengamati dan mencatat pola aliran yang terjadi

Data Pengamatan

Δhorifice (m) Tipe Aliran Keterangan Gambar 0.04 Transisi 0.09 Transisi 0.14 Transisi 0.18 Turbulen 0.2 Turbulen 0.21 Turbulen 0.22 Turbulen

0.23 Turbulen

0.24 Turbulen

0.24 Turbulen Pengolahan Data

Dalam percobaan ini, digunakan persamaan (1) untuk mencari nilai Re dengan besar jari-jari visual box adalah 2.9 cm atau 0.029 m. Nilai Q diperoleh dengan mensubstitusikan nilai √∆h orifice yang diperoleh dalam percobaan ke persamaan garis pada grafik di gambar 12 didapatkan tabel nilai Re untuk variasi laju alir sebagai berikut:

Tabel 10. Tabel Hasil Perhitungan Reynold

√

∆ h_orifice Q ℜ Tipe Aliran

0.09 3.2 x 10-05 _{1405.67 Transisi} 0.14 4.98 x 10-05 _{2187.56 Transisi} 0.18 6.18 x 10-05 _{2715.72 Turbulen} 0.2 6.73 x 10-05 _{2957.67 Turbulen} 0.21 6.99 x 10-05 _{3074.10 Turbulen} 0.22 7.26 x 10-05 _{3187.79 Turbulen} 0.23 7.51 x 10-05 _{3298.92 Turbulen} 0.24 7.76 x 10-05 _{3407.67 Turbulen} 0.24 7.76 x 10-05 _{3407.67 Turbulen} 3.5. Friction Loss Tujuan Percobaan

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

b. Membandingkan dan menganalisis friction loss pada pipa untuk aliran laminar dan turbulen

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. Mengulang percobaan yang sama dengan kedua langkah di atas namun, pada pipa ¾”.

Data Pengamatan dan Pengolahan Data

Tabel 11. Data Pengamatan Percobaan Friction Loss Bukaa

n ΔH orifice (mH2O) ΔH pipa (mH2O) Q

0.2 0.04 0.03 0.00006 0.4 0.18 0.15 0.00017213 2 0.6 0.21 0.21 0.00018912 9 0.8 0.24 0.23 0.00020494 9 1 0.24 0.24 0.00020494 9

Pengolahan data yang dilakukan ialah sebagai berikut :

1. Mencari pressure loss dengan menggunakan ∆hpipa sebagai head loss dengan persamaan (20).

2. Mencari nilai kecepatan aliran dengan persamaan (5) dan (6)

3. Menghitung nilai bilangan reynold (Re) aliran dengan persamaan (1)

4. Mencari nilai friction factor eksperimen dengan menggunakan Darcy-Weisbach equation pada persamaan (2)

5. Mencari nilai friction factor teoritis dengan menggunakan Moody Diagram (de Nevers, page191) f_teoritis=0,001375

[

1+

(

2000 ε D+ 106 ℜ

)

1 3

]

Dimana ε , factor kekasaran pipa teoritis = 0,00046.

6. Menghitung Friction loss pada pipa dengan modifikasi persamaan 20 menjadi:

∆ P= ρ. g . ∆ hpipa

F=ρ. g . ∆ hpipa

ρ F=g . ∆ h_pipa

D pipa = 0.01905 m ρ air = 1000 kg/m3

viskositas air (µ) = 0,001 Pa.s gravitasi (g) = 9,8 m/s2

L = 1.52 m

Tabel 12. Pengolahan Data Percobaan Friction Loss ΔHo (m

H2O) Q v Re p f eksperimen f teoritis F

0.04 0.00006 0.211 4012.237 294 0.166129 0.040763570 0.29 4 0.18 0.000172 0.604 11510.58 1470 0.100924023 0.030225433 1.47 0.21 0.000189 0.664 12647.16 2058 0.117039034 0.029502267 2.05 8 0.24 0.000205 0.719 13705.07 2254 0.109159876 0.028907963 2.25 4 0.24 0.000205 0.719 13705.07 2352 0.113905958 0.028907963 2.35 2 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 160000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 Re f eksperimen

2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0.000000000 0.005000000 0.010000000 0.015000000 0.020000000 0.025000000 0.030000000 0.035000000 0.040000000 0.045000000 Re f teori

Gambar 15. Hubungan antara faktor friksi teori dengan bilangan Reynold

2000 4000 6000 8000 100001200014000160000 0.05 0.1 0.15 0.2 f eksperimen vs Re f teori vs Re Re f

Gambar 16. Hubungan antara faktor friksi eksperimen dan teori dengan bilangan Reynold

3.6. Pipe Fitting

Tujuan Percobaan

Untuk menentukkan panjang ekivalen elbow

Prosedur Percobaan

1 Memindahkan selang dari tap-pressure pada fitting di pipa yang akan dihitung panjang ekivalennya, sementara sepasang selang yang lain tetap berada di tap-pressure venturi karena venturi akan digunakan sebagai flowmeter.

2 Membuka valve 10, 11, 12, 15, 16, 19, 52, dan 44. Sementara yang lain ditutup. 3 Mencatat beda tekanan (beda ketinggian kolom manometer) untuk fitting elbow

dan orifice.

4. Mengulangi pengukuran untuk beberapa flowrate dengan memvariasikan bukaan valve 52 sehingga diperoleh nilai perubahan ∆h yang sama.

5. Menghitung panjang ekivalen.

Data Pengamatan

Jenis fitting yang ingin dihitung panjang ekivalennya pada percobaan ini adalah elbow 90o_{. Data yang diperoleh adalah:}

Tabel 13. Hasil Percobaan Pipe Fitting pada Elbow

Pengolahan Data

Untuk menghitung panjang ekivalen elbow,

terlebih dahulu dilakukan perhitungan laju aliran air dan friksi.

1 Laju alir (Q) dihitung berdasarkan data

Δhorifice dengan menggunakan persamaan

kalibrasi orifice.

2 Kecepatan aliran (v) dihitung dengan persamaan

(5) dan (6).

di mana A (m2_{) merupakan luas penampang pipa yang berdiameter 0,029 m dan Q}

(m3_{/s) adalah laju alir.}

3 Bilangan Reynold (Re) dihtung dengan persamaan (1)

di mana D merupakan diameter pipa bagian dalam (m), v merupakan kecepatan aliran fluida (m/s), ρ merupakan masa jenis fluida (ρ =1000 kg/m3 _{) dan adalah}

viskositas fluida ( µ= 0,001 Pa.s pada 30o_C)

4 Menghitung friksi dengan persamaan (2) di mana L merupakan panjang pipa yaitu 2 m.

5 Panjang ekuivalen Le dihitung dengan modifikasi persamaan (2):

∆h orifice (m H2O) ∆h elbow (m H2O) 0.04 0.02 0.09 0.07 0.14 0.12 0.18 0.16 0.2 0.18 0.21 0.19 0.22 0.2 0.23 0.21 0.24 0.22 0.25 0.23

¿=2. g . ∆ hfittingD f . v2 f ∙≤¿∆ h_fitting v2=2 Dg ¿ y = m x

Tabel 14. Data Hasil Perhitungan Percobaan Fitting Elbow

∆helbow ∆horifice Q v v2 f Re 0.02 0.04 4.00 0.06 0.00 1.55 1755 0.07 0.09 8.00 0.12 0.01 1.36 3511 0.12 0.14 10.97 0.17 0.03 1.24 4813 0.16 0.18 12.97 0.20 0.04 1.18 5692 0.18 0.20 13.89 0.21 0.04 1.16 6095 0.19 0.21 14.33 0,22 0.05 1.15 6289 0.20 0.22 14.76 0.22 0.05 1.14 6478 0.21 0.23 15.18 0.23 0.05 1.13 6664 0.22 0.24 15.60 0.24 0.06 1.12 6845 0.23 0.25 16.00 0.24 0.06 1.11 7022

Dari data tabel di atas didapatkan grafik berikut:

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 f(x) = 0.26x - 0 R² = 1 Δhelbow v2

Persamaan yang dihasilkan dari grafik adalah y = 0.2649x + 0.0031. Slop persamaan (m) tersebut digunakan untuk menentukan panjang ekivalen elbow sesuai dengan persamaan (26) dan (27).

Maka dapat dibuat nilai hubungan dari Le dan Re dalam bentuk tabel sebagai berikut:

Tabel 13. Tabel Re dan Le

f Re Le 1.55 1755 1.38 1.36 3511 1.58 1.24 4813 1.73 1.18 5692 1.82 1.16 6095 1.85 1.15 6289 1.87 1.14 6478 1.88 1.13 6664 1.90 1.12 6845 1.91 1.11 7022 1.92

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Re Le BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Kalibrasi Sight Gage

Pada percobaan pertama diperoleh data hasil pengamatan berupa skala pada sight

gage dan volume air keluar yang ditampung pada gelas ukur. Dari data pengamatan terlihat

volume keluaran gelas ukur pada sepuluh pengujian memiliki angka yang tidak jauh berbeda pada interval skala yang digunakan. Dari jumlah volume total gelas ukur dapat diketahui volume dalam tangki yang sesungguhnya dengan menggunakan persamaan:

Volume tangki=Σ Volume gelasukur−(V1+V2+Vn) Dari perhitungan yang dilakukan terlihat bahwa terdapat perbedaan yang kecil antara hasil pembacaan skala sight gage dengan volume tangki sesungguhnya. Hal ini menunjukkan bahwa percobaan yang dilakukan sudah sesuai. Sebab idealnya, skala sight gage pada tangki sama dengan volume ukuran standar.

Gambar 19. Gambar kurva kalbrasi

Berdasarkan kurva kalibrasi terlihat hubungan skala dengan volume tangki yang linear dengan R2 _{= 0.9999. Dapat di simpulkan bahwa nilai volume yang tertera pada sight}

gage relatif sama dengan skala yang terbaca. Bila diperhatikan garis pada grafik terus mengalami peningkatan. Artinya, semakin besar volume tangki, semakin volume yang tertera pada sight gage semakin besar atau dapat dikatakan berbanding lurus.

4.2. Karakteristik Sharp Edge Orifice Flowmeter

Terlihat dari data bahwa semakin besarnya bukaan valve maka perbedaan ketinggian yang terbaca pada manometer akan semakin besar dan laju alir pun akan semakin besar, sehingga nilai perbedaan tekanan (pressure drop) dan koefisien orifice akan semakin besar. Hal ini terjadi karena adanya tumbukan antara aliran air dengan orifice di bagian hulu. Semakin besar laju alir, tumbukan semakin keras dan gesekan dengan orifice semakin besar. Energi yang berasal dari energi kinetik dan energi tekanan dari aliran sebagian berubah bentuk menjadi energi kalor sehingga mengurangi energi gerak dari aliran di dalam sirkuit. Dalam pengolahan data dari nilai Δh dihitung nilai Co. Co menunjukkan kinerja orifice yang digunakan. Kinerja ideal atau maksimum adalah ketika Co = 1. Nilai Co yang lebih rendah dari 1 ini disebabkan oleh adanya pressure drop dan energi loss.

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 f(x) = 0x - 0 R² = 0.93 Q vs akar h Linear (Q vs akar h) √ℎ (√m) Q (m3/s)

Gambar 20. Grafik hubungan antara Q dengan

√

∆ horrifice

Berdasarkan grafik hubungan

√

∆ horrifice dengan laju alir (Q) terlihat hubungan yang hampir linear dengan R2 _{= 0.92757. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar}

perbedaan head pada orrifice yang terbaca di manometer maka menandakan laju alir yang melewati orrifice semakin besar.

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 f(x) = 336.45x + 0.02 R² = 0.93 Q vs Co Linear (Q vs Co) Q (m3/s) Co Gambar 21. Grafik Q vs Co

Berdasarkan grafik hubungan laju alir (Q) dengan koefisien orrifice juga menujukkan hubungan yang dibuktikan dengan nilai R2 _{= 0.9291. Ini menunjukkan bahwa besarnya laju}

alir air pada orrifice dipengaruhi oleh besarnya koefisien orrifice. Sehingga hubungan laju alir (Q) dan koefisien orrifice (Co) adalah berbanding lurus.

0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.00000000 0.00001000 0.00002000 0.00003000 0.00004000 0.00005000 0.00006000 0.00007000 0.00008000 0.00009000 f(x) = 0x - 0 R² = 0.99

Q vs √ℎ

√ℎ (m) Q (m3/s)

Gambar 22. Grafik hubungan

√

∆ hventuri dengan laju alir.

Berdasarkan data yang didapat melalui percobaan, dapat diketahui semakin besar laju alir, maka semakin besar pula Δh . Hal ini juga ditunjukkan pada gambar 22, yaitu didapatkan persamaan y=2 ×10−4−3 ×10−5 dengan grafik berbanding lurus antara nilai Δh dengan laju alir dengan gradient positif. Hasil ini sesuai dengan persamaan Cv, yaitu pada persamaan 10, dimana laju alir fluida berbanding lurus dengan akar ∆ h .

0.00000000 0.00005000 0.00010000 0.00000 0.00500 0.01000 0.01500 0.02000 0.02500 f(x) = 196.19x + 0.01 R² = 0.91

Cv vs Q

Linear () Q (m3/s) Cv

Gambar 23. Grafik hubungan laju alir dengan karakteristik venturi.

Kemudian, nilai karakteristik venturi flowmeter (Cv) dapat dihitung menggunakan persamaan pada persamaan (10) Lalu nilai Cv yang didapat diplot terhadap nilai Q ke dalam grafik dan didapatkan persamaan y=196.19 x−0.0068 dengan grafik berbanding lurus antara nilai Q dengan Cv. Terlihat jika semakin besar Q, maka Cv didapat akan semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil massa fluida yang hilang akibat friksi yang terjadi. Hasil ini juga sesua dengan persamaan pada persamaan 10, dimana nilai Cv berbanding lurus dengan Q.

Jika dibandingkan nilai karakteristik orifice dengan venture, nilai C pada orifice lebih kecil daripada C pada venturi. Hal ini dikarenakan, pada venturi memiliki bentuk streamline, sehingga gesekan fluida pada permukaan pipa sangat kecil. Hal ini menyebabkan gradien tekanan pada venturi menjadi meningkat namun dengan pressure drop yang kecilantara tekanan upstream dan tekanan down stream akibat gesekan antar fluida. Pressure drop venturi yang lebih kecil dibanding dengan pressure drop orifice pada laju alir yang sama akan menyebabkan venture memiliki C yang lebih kecil dari orifice flowmeter.

4.4. Aliran Laminer dan Turbulen

Berdasarkan data yang didapat pada percobaan, pada tiga data pertama aliran yang terbentuk pada visual flow box menunjukkan aliran transisi. Bisa dilihat dengan adanya aliran yang bercampur, ada yang tenang namun juga terdapat sedikit pusaran air. Aliran transisi

merupakan aliran peralihan dari aliran laminer ke aliran turbulen sehingga memiliki sifat aliran laminer serta sifat aliran turbulen. Pada keempat data terakhir aliran yang tampak merupakan aliran turbulen. Bisa dilihat dengan adanya aliran yang terdapat pusaran air.

Namun pola aliran yang didapat, tidak sesuai dengan nilai bilangan Reynold (Re) yang didapat. Pada teorinya bilangan Re dibawah 2100 akan berpola aliran laminar, namun pada prakteknya terbentuk aliran transisi yang bisa dilihat pada data 1 dan 2. Lalu, apabila bilangan Reynold 2100 hingga 4200 akan terbentuk aliran transien. Namun pada prakteknya terbentuk pola aliran turbulen yang bisa dilihat dari data keempat sampai terakhir. Jika dilihat dari tabel hasil pengamatan yang menunjukkan hubungan antara laju alir dengan Bilangan Reynold dan jenis aliran, semakin besar laju alir yang digunakan, maka akan semakin besar Bilangan Reynold yang dihasilkan, sehingga jenis aliran akan semakin mengarah menjadi aliran turbulen. 4.5. Friction Losses 2000 4000 6000 8000 100001200014000160000 0.05 0.1 0.15 0.2 f eksperimen vs Re f teori vs Re Re f

Gambar 24. Hubungan antara faktor friksi eksperimen dan teori dengan bilangan Reynold

Pada grafik hubungan antara faktor friksi eksperimen dan teori dengan bilangan Reynold, dapat dikatakan bahwa faktor friksi yang didapatkan pada percobaan hasilnya lebih besar dibandingkan dengan teoritisnya. Selain oleh bilangan Reynold, faktor friksi juga dipengaruhi oleh besar kekasaran relatif pipa ( /D). Nilai bergantung pada jenis pipa danԑ ԑ diasumsikan kedua pipa memiliki jenis yang sama, sehingga semakin besar nilai diameter

maka akan semakin kecil nilai kekasaran relatif. Kemudian, semakin besar nilai kekasaran relatif pipa, maka semakin besar nilai faktor friksinya.

Nilai faktor friksi tidak dapat mencapai nilai nol. Hal ini disebabkan karena pada nilai nol, berarti tidak ada gaya gesek yang terjadi dan fluida kerja bersifat inviscid. Dalam kenyataannya, tidak mungkin gesekan dapat diabaikan dan tak mungkin terjadi fluida inviscid.

Pada pembukaan valve 0.2 ke 0.4 terlihat adanya ketidakstabilan faktor friksi pada daerah Re 4000-11000. Hal ini disebabkan karena pada bilangan Reynold tersebut, terjadi aliran sehingga faktor friksinya menjadi tidak stabil. Semakin besar bilangan Reynold, momentum yang berpindah antar lapisan fluida semakin besar. Kenaikan bilangan Reynold sampai melewati batas kritisnya akan menyebabkan aliran menjadi turbulen dan terjadi dua regional aliran, yaitu daerah laminer dekat dinding pipa dan daerah turbulen mulai dari batas daerah aliran laminer sampai sumbu pipa.

4.6. Pipe Fitting 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Re Le

Gambar 25. Grafik Le vs Bilangan Reynold

Dari percobaan ini, didapatkan panjang ekivalen elbow nilainya antara 1,38 – 1,92 untuk aliran dengan bilangan Reynold antara 1755 – 7022. Kurva di atas menunjukkan pertambahan panjang ekivalen fitting dengan bertambah besarnya bilangan Reynold aliran. Namun besar pertambahan panjang tidak signifikan. Berdasarkan literatur yang praktikan dapatkan, panjang ekivalen elbow 90o _{adalah 30, nilai tersebut sangat jauh dari hasil yang}

didapatkan dari percobaan ini. Perbedaan tersebut disebabkan oleh kesalahan-kesalahan dalam percobaan.

BAB V KESIMPULAN

 Pada kalibrasi volume sight gage didapatkan persamaan y = 1.0507x + 0.096. Sumbu y menunjukkan volume air yang keluar sesungguhnya dan sumbu x menunjukkan volume sight gage (L).

 Pada orifice, terlihat bahwa antara laju alir dengan pressure drop memiliki hubungan yang berbanding lurus. Jika laju alir diperbesar, akan didapatkan nilai pressure drop orifice yang semakin besar.

 Pada kurva kalibrasi yang menunjukkan Q sebagai sumbu y dan

√

h sebagai sumbu x terdapat persamaan kalibrasi. Gradient persamaan kalibrasi tersebut akan digunakan dalam perhitungan lebih lanjut untuk mencari koefisien karakteristrik.

 Pada orifice, terlihat bahwa antara laju alir dengan koefisien orifice memiliki hubungan yang berbanding lurus. Jika laju alir diperbesar, akan didapatkan nilai koefisien orifice yang semakin besar.

 Semakin besar laju alir, maka semakin besar pula Δhventure

 Semakin besar laju alir fluida, maka Cv yang didapatkan akan semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil massa fluida yang hilang akibat friksi yang terjadi.  Nilai karakteristik venturi lebih besar dibandingkan dengan orifice dikarenakan

gesekan fluida yang terjadi pada venturi lebih kecil.

 Semakin besar laju alir, maka bilangan Reynold akan semakin besar, sehingga pola aliran akan semakin menjadi turbulen.

 Nilai faktor friksi berbanding terbalik dengan bilangan Reynold.

 Nilai faktor friksi eksperimen lebih tinggi dibandingkan dengan nilai teoritis.

 Panjang ekivalen elbow yang didapat dari percobaan ini adalah 1,38 – 1,92, nilai tersebut jauh dari nilai pada literatur. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat kesalahan dalam percobaan menghitung panjang ekivalen fitting.

Daftar Pustaka

Buku Panduan Praktikum Operasi Teknik I. Departemen Teknik Gas dan Petrokimia,

De Nevers, Noel. 1991. Fluids Mechanics for Chemical Engineering. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc.

McCabe, W.L, dan Harriot, P.. 1996. Unit Operational Of Chemical Engginering, 5th

edition. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc.

Geankoplis, J. C.. 1983. Transport Process and Unit Operation, 2nd _{edition. Massachusset:} Allynand Bacon, Inc.