COMPRESSIBLE FLOW revisi modul

(1)

COMPRESSIBLE FLOW

1. Pendahuluan

Pada percobaan aliran udadra kompresibel ada beberapa percobaan yang menggunakan peralatan gabungan kompresor dan beberapa alternatif bentuk dan ukuran.

Gabungan motor-kompresor mempunyai spesifikasi sbb: Jenis : sentrifugal tingkat ganda Jumlah tingkatan tekanan : empat

Kecepatan poros : 11500 rpm Diameter lubang masuk udara : 2 in (5,1 cm) Diameter lubang keluar udara : 2 in (5,1 cm) Daya motor : 0,75 hp (0,56 kW)

Kondisi kompresor : drip-proof (tahan terhadap masuknya air) Kecepatan poros motor : bisa diatur pada speed 0 hingga 2800 rpm Listrik pada operasi : 230V, fasa tunggal, 50 Hz

Pemberat untuk putaran poros motor : 1 x 5 g, 1 x 10g, 2 x 20 g, 6 x 50 g Jarak antara garis sumbu poros motor dan pemberat: 34,2 cm

Laju alir untuk seluruh eksperimen bisa dikontrol oleh pengaturan throttle valve

yang terpasang pada titik keluar pada kompresor. Dengan kompresor yang digerakkan oleh dinamometer, pengaturan laju alir bisa pula dilakukan dengan pengaturan speed

motor.

Kompresor ditempatkan sebagai exhauster, di mana udara dari atmosfir masuk ke saluran, baik berupa saluran konvergen-divergen, pipa dengan diameter tetap atau pipa dengan orifice, dan ke luar dari saluran menuju titik masuk di kompresor.

Perhatian:

Tekanan-tekanan diferensial yang dihasilkan dalam percobaan bisa jauh melewati batas terendah tekanan pada manometer tabung miring (inclined tube manometer)

Untuk menghindari masuknya cairan manometer ke dalam sistem, throttle harus ditutup rapat sebelum menghidupkan kompresor.

2. Eksperimen

Percobaan 1: Pengaruh kompresibilitas terhadap persamaan aliran

Tujuan

Untuk menunjukkan pengaruh kompresibilitas terhadap persamaan aliran untuk saluran konvergen

Peralatan:

(2)

Gambar 1.

Teori:

Bila aliran inkompresibel maka persamaan energi untuk aliran:

2

v shaft friction

p v

m. c .T Q W W

2

 

_   _  



 

& (1)

Dengan mengabaikan kerja, panas dan rugi-rugi kerja, kita memperoleh:



0 1



1

0

2k p p

v  

 (2)



0 2



2

0

2k p p

v  

 (3)

Dari persamaan kontinuitas m& .a.v konstan _{, maka:}

a1v1=a2v2. Jadi p0-p2=(a1/a2)2.(p0-p1) (4)

Prosedur:

1. Sambungkan salah satu manometer tabung miring dengan range 12,7 mm untuk membaca p0-p1. Sambungkan manometer tabung miring lainnya (dengan range

25,4 mm) untuk membaca p2-p0. Aturlah aliran untuk mendapatkan

penambahan-penambahan (p0-p1) yang hampir sama dan untuk masing-masing harga laju alir

bacalah kedua manometer tsb.

2. Ulangi dengan manometer tabung miring dengan range 50,8 mm dan dengan sebuah manometer tabung air raksa untuk mengukur p0-p2.

3. Untuk masing-masing perangkat pembacaan, gambarlah grafik p0-p2 terhadap p0

-p1.

4. Berilah ulasan bagi berlakunya rumus aliran inkompresibel dengan memperhatikan masing-masing perangkat pembacaan

Diameter seksi pengukuran aliran d1 : 24,0 mm

Diameter kerongkongan d2 : 9,5 mm

(3)

Percobaan 2: Karakteristik aliran-tekanan untuk saluran

konvergen-divergen

Tujuan:

Untuk menunjukkan fenomena penghambatan (choking)

Peralatan:

Saluran konvergen-divergen (Gambar 1) Manometer tabung miring

Manometer air-raksa

Teori:

Dengan melihat Gambar 2, bila p2 mula-mula sama dengan p0 dan dikurangi dengan

cepat, tekanan kerongkongan p1 akan turun sehingga perbandingan p1/p0 menjadi kritis di

mana laju alir massa akan meningkat ke harga maksimum.

Bila p2 dikurangi lebih lanjut, p1 akan tetap pada harga rc.p0, di mana

1

p c

v

c 2

r ,

1 c

 

 

_ _  

 

  , dan m&akan tetap pada harga maksimum. Tekanan p1 tidak dapat

turun di bawah rc.p0 karena harus memenuhi bilangan Mach = 1. untuk harga-harga p2

lebih rendah dari tekanan yang mencapai harga maksimumnya, saluran dikatakan mencapai hambatan (being choked).

Gambar 2.

Prosedur:

1. Lihat Gambar 1

2. Sambungkan manometer tabung miring untuk range 50 mm untuk membaca p0-p1

dan manometer air raksa untuk membaca p0-p2 dan p0-p3.

3. Aturlah laju alir untuk mendapatkan variasi p0-p3 pada perubahan yang hampir

sama (kira-kira 20 pembacaan). Untuk masing-masing laju alir, bacalah semua manometer. Ambillah data p0 sebagai harga barometer (tekanan udara luar).

4. Hitung  p /(RT )0 0 dan m a 2 k p& 1 0



0p1



. Buatlah tabelnya.

(4)

 

m&mencapai harga maksimum jika

r =

Percobaan 3: Efisiensi difuser

Tujuan:

Menyelidiki tekanan sepanjang saluran divergen

Peralatan:

Saluran konvergen-divergen (Gambar 1) Dua manometer tabung miring

Dua manometer air raksa

Teori:

Efisiensi dari saluran divergen atau difuser bisa didefinisikan sebagai (p3 – p2)/(p1 – p2)

Prosedur:

1. Sambungkan manometer tabung miring untuk range 25,4 mm untuk membaca p1

-p2 dan p3-p2. Buatlah variasi laju alir dengan penambahan (p1-p2) yang sama.

Untuk masing-masing laju alir, bacalah kedua manometer.

2. Ulangi dengan manometer air raksa untuk laju alir yang lebih tinggi.

3. Untuk masing-masing perangkat, gambarlah p3-p2 vs p1-p2 dan perkirakan

(5)

Gambar 3.

Peralatan:

Saluran pipa yang mempunyai gesekan (Gambar 3). Dua manometer tabung miring.

Teori:

Viskositas  gas tergantung hanya pada temperatur dan untuk udara

3/ 2

1. Lihat Gambar 3

2. Sambungkan manometer tabung miring untuk membaca p0-p1 dan p2-p3. Gunakan

manometer tabung miring untuk range 58,8 mm dan 25,4 mm. Buatlah variasi laju alir agar memberikan penambahan p0-p1 yang sama dan untuk masing-masing

laju alir bacalah kedua manometer tersebut. Gunakan pasangan bacaan manometer hingga mendapat range maksimum.

3. Buatlah tabel f, NRe, log10 f, log10 NRe, 1/f dan log10 (NRe.f).

4. Gambarlah log10 f vs log10 NRe dan 1/f vs log10 (NRef)

5. Apakah hubungan empirik Blasius 1/ 4 Re

f _0,079N  _{dapat dipakai dan pada}_range

NRe berapa?

6. Apakah hubungan Nikuradse–von Karman 10



Re



1

4,0log N f 0,396

f   dapat

dipakai dan pada range berapa?

(6)

Percobaan 5: Aliran melalui

orifice

Tujuan:

1. Untuk menyelidiki pada aliran inkompresibel hubungan antara laju alir dan p melalui orifice.

2. Untuk menentukan koefisien pelepasan (discharge coefficient) orifice.

Peralatan:

Perpipaan untuk orifice yang terdiri dari 2 bagian. Pelat orifice berdiameter 25,4 mm

Dua manometer tabung miring

Orifice ditempatkan diantara 2 bagian perpipaan untuk orifice, kemudian memperkuat

koneksi kedua bagian tersebut dengan clamping. Jika perlu gunakan vaselin pada karet sekatnya.

Teori:

Aliran yang melalui jalur pipa dapat dinyatakan sebagai





koefisien pelepasan yang tergantung pada harga n dan hampir tak tergantung NRe.

Untuk aliran kompresibel, C dipengaruhi oleh (p2-p1)/p2.

Persamaan 2 dapat digunakan untuk menghitung laju alir massa sebagai berikut





1 0 0 1

m a . 2 k p&  p (13)

sehingga kuadrat harga m di Persamaan 12 menjadi





2





sehingga Persamaan 14 menjadi





2 2





1. Lihat Gambar 4

2. sambungkan manometer tabung miring untuk membaca p0-p1 dan p2-p3. Buatlah

variasi laju alir agar memberikan penambahan p0-p1 yang sama. Bacalah

manometer untuk tiap laju alir.

3. Gambarlah k(p0-p1) vs p2-p3. Tentukan harga C dari kemiringan grafik.

4. Mengapa harga C pada orifice sangat kecil dibanding harga C pada venturi di mana Pers 15 juga berlaku?

(7)

Gambar 4

Percobaan 6: Kompresor

Tujuan:

Untuk menyelidiki efek variasi p=p3-p2, input daya dan efisiensi isotermal

(termodinamika dan keseluruhan) terhadap laju alir massa pada speed konstan.

Peralatan:

Kompresor

Manometer air raksa, manometer tabung miring

Termometer (2 buah untuk pengukuran temperatur masuk dan keluar kompresor) Tachometer

Gambar 5

Prosedur:

1. Lihat Gambar 5.

2. Sambungkan manometer tabung miring untuk mengukur leher saluran (p0-p1) dan

sambungkan manometer air raksa untuk mengukur tekanan pada kompresor (p3

-p2) .

(8)

4. Aturlah laju alir agar memberikan perubahan-perubahan p0p1 yang sama, dan

untuk masing-masing laju alir, bacalah p0-p1, p3-p2, 2, 3 dan torsi poros Tr.

Bacalah tekanan atmosfir p0 dan temperatur atmosfir 0.

5. Hitunglah 0 0 0

p R

 

 dan buatlah tabel

a. m a . 2 k p& 1 0



0p1



b. p3-p2

c.  Tr

d. Efisiensi isotermal termodinamika





e. Efisiensi isotermal keseluruhan

3 2 3 2

6. Gambarlah hasil tabulasi di atas versus m&, yaitu a. p3-p2 vs m&

b.  Tr vs m&

c. it vs m& d. io vs m&