ALIRAN FLUIDA I.
TUJUAN
•
Menentukan Menentukan koefisien koefisien orifice, orifice, venturi, venturi, dan elbow elbow pada rejim aliran turbulen turbulen dan laminer.
•
Menentukan hubungan antara pressure drop dan .laju alir fluida.
•
Membuat kurva Co, Cv terhadap N Re.
II. DASAR TEORI
Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk secara permanen. Bila bentuk suatu massa fluida diubah, maka di dalam fluida itu akan terbentuk lapisan dimana lapisan yang satu meluncur meluncur di atas yang lain, sehingga mencapai bentuk yang baru. baru. Sifat Sifat dasa dasarr dari dari seti setiap ap fluid fluidaa stati staticc ialah ialah teka tekana nan. n. Teka Tekana nan n dike dikena nall seba sebaga gaii gaya gaya permukaan yang diberikan oleh fluida terhadap dinding bejana. Tekanan terdapat pada setiap titik di dalam volume fluida. Pada ketinggian yang sama, tekanan pada fluida adalah sama. Fluida terdiri dari 2 jenis yaitu fluida cair dan fluida gas. Ciri fluida cair:
-
Tidak kompresib kompresibel, el, yaitu yaitu volum volumee fluida fluida akan akan tetap tetap walaup walaupun un dikena dikenaii tekanan tekanan tertentu. tertentu.
-
Meng Mengis isii vol volu ume tert terten entu tu..
-
Memp Mempun unya yaii perm permuk ukaa aan n beba bebas. s.
-
Daya Daya koh kohes esii besa besar, r, jar jarak ak anta antarr mole moleku kull rapat rapat..
Ciri fluida gas:
-
Kompresibel
-
Meng Mengis isii sel selur uruh uh bagi bagian an wada wadah. h.
-
Jarak Jarak anta antarr molek molekul ul besa besar, r, daya daya kohesi kohesi dapat dapat diab diabaik aikan. an.
Dalam aliran kondisi mantap ( steady state) dikenal 2 rejim aliran atau pola aliran yang tergant tergantung ung kepada kepada kecepa kecepatan tan rata-ra rata-rata ta aliran aliran (v), (v), densit densitas as (ρ), viskos viskosita itass fluida fluida (μ) dan diamet diameter er pipa pipa (D). (D). kedua kedua rejim rejim aliran aliran terseb tersebut ut diatur diatur oleh oleh hokumhokum-huk hukum um yang yang berbed berbedaa sehingga perlu dipelajari secara keseluruhan. Rejim aliran Laminer
Rejim aliran laminar mempunyai cirri-ciri sebagai berikut: -
Terj Terjad adii pad padaa kec kecep epat atan an rend rendah ah..
-
Fluida Fluida cend cenderu erung ng meng mengali alirr tanpa tanpa adanya adanya pencam pencampu puran ran later lateral. al.
-
Tida Tidak k ada ada arus arus tega tegak k lur lurus us arah arah alir aliran an..
-
Tida Tidak k ada ada pusa pusara ran n (ar (arus us eddy eddy). ).
Rejim aliran Turbulen
Rejim aliran turbulaen mempunyai cirri-ciri sebagai berikut: -
Terbe rbentuk ar arus ed eddy.
-
Terja erjad di lat later eral al mix mixing ing.
-
Seca Secara ra kes kesel elur uruh uhan an ara arah h alira aliran n teta tetap p sama sama..
-
Distri Distribus busii kece kecepat patan an lebih lebih unifor uniform m atau atau serag seragam. am.
Rejim aliran Transisi
Reji Rejim m alir aliran an yang yang terb terben entu tuk k di anta antara ra reji rejim m lami lamine nerr dan dan turb turbul ulen en adal adalah ah reji rejim m transisi.Penentuan rejim aliran dilakukan dengan menentukan bilangan tak berdimensi yaitu bilangan bilangan Reynolds Reynolds (Reynolds (Reynolds Number/N Number/NRe). Bilangan Bilangan Reynolds Reynolds merupakan merupakan perbandinga perbandingan n antara antara gaya gaya dinami dinamiss dari dari aliran aliran massa massa terhada terhadap p tegang tegangan an geser geser yang yang diseba disebabka bkan n oleh oleh viskositas cairan. NRe =
vD ρ µ
Keterangan: ρ
: massa jenis fluida.
v : kecepatan fluida. µ
: viskositas fluida.
D : diameter pipa dalam.
Untuk pipa circular lurus; NRe < 2100
: rejim laminar.
NRe > 4000
: rejim turbulen.
2100 < N Re > 4000
: rejim transisi.
Kecepatan kritis: Kecepatan pada saat NRe = 200. Prinsip kerja alat ukur fluida adalah mengganggu aliran dengan penambahan alat tertentu sehingga menyebabkan terjadinya pressure drop yang dapat diukur. Nilai pressure drop ini berhubungan dengan debit dari aliran tersebut. Adanya pressure drop bias disebabkan Karena adanya perubahan energi kinetik (karena laju alir berubah), skin friction, dan form friction. Berdasarkan persamaan Bernoulli , persamaan neraca energi dapat ditentukan yaitu:
P − P v − v ρ + 2 gcα + ∑ F = 0 2
2
1
2
2
1
disusun ulang menjadi: v2
2
−v
2
1
P − P = −2 gc .α + ∑ F ρ 2
1
digabung dengan persamaan kontinuitas: v1 x A1 x ρ1 = v2 x A2 x ρ2 karena fluida inkompresibel (khusus bahasan fluida cair), maka: v1 A1 ⋅
v2 =
A2
sehingga dimasukan ke persamaan neraca energi menjadi:
∆ P
+ ∑ F ⋅ α ρ A 1 − A
g c ⋅ 2 ⋅ gc v1 =
2
1
2
2
dimana: gc F ∑
: 32,174
lbm ⋅ ft lb f ⋅ sec
2
= 1kg m N-1 det-2
: jumlah energi yang hilang. hilang.
Ada Ada bebe beberap rapaa jeni jeniss alat alat untu untuk k meng menguk ukur ur laju laju suat suatu u flui fluida da.. Bebe Beberap rapaa alat alat yang yang bias biasaa digunakan diantaranya: Venturi
Meteran 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 juga berflen berflenss yang yang terdiri terdiri dari dari kerucu kerucutt terpot terpotong ong yang yang panjan panjang. g. Dalam Dalam ventur venturime imeter, ter, kecepa kecepatan tan fluida fluida bertam bertambah bah dan tekana tekananny nnyaa berkur berkurang ang di dalam dalam kerucu kerucutt sebela sebelah h hulu. hulu. Penurunan Penurunan tekanan di dalam kerucut hulu itu lalu dimanfaatkan dimanfaatkan untuk mengukur laju aliran melalui instrument itu. Kecepatan fluida kemudian berkurang lagi dan 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 ada pemi pemisa saha han, n, maka maka keru kerucu cutt hulu hulu dapa dapatt dibu dibuat at lebi lebih h pend pendek ek dari daripa pada da keru kerucu cutt hili hilir. r. 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. Persamaan yang digunakan dalam venturimeter: Q = v1 x A1 v=
Cv 4
1 − β
⋅
(
)
2 ⋅ gc ⋅ ∆ P
ρ
keterangan: Cv : koefisien koefisien venturi venturi D1
β
:
ρ
: mas masssa jen jenis is flu fluida ida
D0
; D1
gc : 32 32,174
lbm ⋅ ft lb f ⋅ sec2
= 1kg m N-1 det2
Orifice
Ventur Venturime imeter ter memili memiliki ki beberap beberapaa kekura kekuranga ngan n pada pada kenyat kenyataan aannya nya.. Untuk Untuk metera meteran n tertentu dengan sistem tertentu pula, laju alir maksimum yang dapat terukur terbatas, sehingga apabila laju alir berubah, diameterleher menjadi terlalu besar untuk memberikan bacaan yang teliti , atau terlalu kecil untuk dapat menampung laju aliran maksimum yang baru. baru. Metera Meteran n orific orificee dapat dapat mengat mengatasi asi kekura kekuranga ngan-k n-keku ekuran rangan gan ventur venturime imeter, ter, tetapi tetapi konsumsi dayanya cukup tinggi. Prinsip meteran orifice identik dengan meteran venturi. Penurunan penampang arus aliran melalui orifice orifice menyebabk menyebabkan an tinggi tinggi tekan kecepatan menjadi meningkat tetapi tinggi tinggi tekan tekan akan akan menuru menurun, n, dan penuru penurunan nan antara antara kedua kedua titik titik dapat dapat diukur diukur dengan dengan manometer. Persamaan Bernoulli memberikan dasar untuk mengkolerasikan peningkatan tinggi tekan kecepatan dengan penurunan tinggi tekanan. Persamaan yang berlaku untuk orificemeter adalah: Q = v1 x A1 v1 = keterangan: Co : koefisien koefisien orifice. orifice. Rotameter
Co 4
1 − β
⋅
(
)
2 ⋅ gc ⋅ ∆ P
ρ
Laju alir fluida akan menyebabkan perbedaan tinggi float pada rotameter digunakan pada perbedaan tekanan konstan. v = Cr
(
)
2 ⋅ gc ⋅ V f ⋅ ρ f − ρ
A f ⋅ ρ
keterangan: v
: kecepa kecepatan tan alir alir di di daerah daerah pelamp pelampung ung (annul (annulus us area) area)
ρf : densitas pelampung Vf : volume pelampung Af : luas maksimum pelampung Cr : koefisien rotameter yang dapat dilihat di kurva. Fluida cair yang mengalir dalam sistem perpipaan akan mengalami banyak kehilangan energi karena adanya friksi selama fluida mengalir. Kehilangan energi ini akan berakibat penurunan tekanan aliran aliran yang dikenal sebagai pressure drop (ΔP). Friksi (kehilangan energi) dapat ditimbulkan antara lain: Faktor Gesekan Fanning (f)
Faktor Faktor geseka gesekan n fannin fanning g (f) didifi didifinis nisika ikan n sebaga sebagaii perban perbandin dingan gan drag force per luas luas force per permukaan terbasahi dengan perkalian densitas dan velocity head . Nilai f sangat penting untuk menghitung energi yang hilang karena friksi di sistem perpipaan baik untuk laminar maupun turbulen. Nilai faktor gesekan fanning f banyak di temui di buku pustaka dalam bentuk kurva-kurva. ∆ P f = 4 ⋅ f ⋅ ρ
∆ L ⋅ v
2
2 D
energi yang hilang karena gesekan ( friction loss = Ff ) adalah: F f =
keterangan: ΔP : pressure drop karena gesekan. ΔL : panjang panjang pipa lurus. lurus. f
: ko koefi efisien fanning.
ρ
: mas masssa jen jenis is flu fluida ida
D : dia diame mete terr pip pipaa v
: laju laju alir alir flui fluid da.
Ff : friction loss.
∆ P f ρ
= 4 ⋅ f
∆ L ⋅ v 2 D
2
Faktor Fitting dan Kerangan
Fitt Fittin ing g dan dan kera kerang ngan an akan akan meng mengga gang nggu gu alir aliran an norm normal al yang yang akan akan meny menyeb ebab abka kan n penambahan friksi. h f
K f
=
⋅
v2 2
keterangan: hf : friction loss karena fitting dan kerangan. K f f : koefisien fitting dan kerangan.
Table friction loss karena fitting dan kerangan untuk aliran turbulen No. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
7.
8.
9.
Jenis kerangan dan fitting Elbow 450 Elbow 900 Tee Coupling Union Gate valve: Wide open Half open Globe valve: Wide open Half open Check valve: Ball Swing Water meter, disk
Kf
Le/D
0,35 0,75 1 0,04 0,04
17 35 50 2 2
0,17 4 ,5
9 225
6 ,0 9 ,5
300 475
70,0 2 7,0
3500 100 350
Table friction loss karena fitting dan kerangan untuk aliran laminar Jenis fitting dan
Bilangan Reynolds 200 400 1000
50 100 Turbulen kerangan Elbow 900 0,75 17 7 2,5 1,2 0,85 9 4,8 3,0 2,0 1,4 Tee 1,0 28 22 17 14 10 Globe valve 6,0 Check valve swing 55 17 9 5,8 3,2 2,0 Friksi yang dialami fluida dalam sistem perpipaan merupakan gabungan friksi dalam pipa lurus ditambah friksi-friksi yang lain sehingga: Total friksi = friksi pipa lurus + perbesaran + pengecilan + fitting dan kerangan III.
Alat-alat Yang Digunakan
Peralatan yang digunakan adalah:
- Seperan Seperangka gkatt alat aliran aliran fluida fluida.. - Orif Orific icem emet eter er - Vent Ventur urim imet eter. er. - Sto Stopwat pwatch ch IV.
Langkah Pe Percobaan Menentukan koefisien alat ukur fluida:
1.
Mema Memassang ang orifi orifice cem meter eter dan dan dihub dihubun ungk gkan an deng dengan an man manomet ometer er air air rak raksa atau atau
manometer minyak. 2.
Pipa Pipa dii diisi si den denga gan n air air lalu lalu dib dibuk ukaa katu katup p pen pengo gont ntro roll untu untuk k meng mengal alir irka kan n air. air.
3.
Sete Setela lah h pipa pipa ter teris isii oleh oleh air air seca secara ra pen penu uh, tu tutup tup kran kran pen pengo gont ntro roll agar agar flui fluid da
diam, kemudian catat kondisi awal tekanan. 4.
Atu Atur kec kecep epat atan an flui fluid da hin hing gga 4 kal kalii per perco cob baan aan, un untuk tuk:
- rejim aliran turbulen - rejim aliran laminer untuk untuk peruba perubahan han tekana tekanan n yang yang kecil kecil (rejim (rejim aliran aliran lamina laminar) r) diguna digunakan kan manome manometer ter minyak. 5.
Cata Catatt peru peruba baha han n teka tekana nan n untu untuk k masi masing ng–m –mas asin ing g debi debit, t, kem kemud udia ian n hitu hitung ng deb debit it
air dengan menggunakan bak pengatur. 6.
Laku akukan kan lang langka kah h perco ercoba baan an 1-5 1-5 untu untuk k ventu enturi rim meter eter..
Menentukan friction loss:
1.
Mema Memasa sang ng orif orific icem emet eter er dan dan dihu dihubu bung ngka kan n deng dengan an mano manome mete terr air air raks raksaa dan dan
manometer minyak. 2.
Pipa Pipa diisi diisi dengan dengan air air lalu dibu dibuka ka katup katup pengo pengontr ntrol ol untuk untuk meng mengali alirka rkan n air.
3.
Setela Setelah h pipa teris terisii oleh air air secara secara penuh penuh,, tutup tutup kran peng pengont ontrol rol agar agar fluida fluida diam, diam,
kemudian catat kondisi awal tekanan. 4.
Atur Atur kece kecepa pata tan n flui fluida da hing hingga ga terb terben entu tuk: k:
- rejim aliran turbulen - rejim aliran laminar (hanya menggunakan manometer minyak). 5.
Catat atat per peru ubaha bahan n tek tekanan anan di di titi titik k P1-P4, P2-P3 dan di elbow , untuk setiap debit,
kemudian hitung debit air dengan menggunakan bak pengatur.
V.
DATA PENGAMATAN 1. Orif rifice icemet meter
Turbulent
1 mmHg = 1,33224 x 10 2 N/m2 ∆P0 = 4 mmHg = 532.896 N/m2 P1 (mmHg) 229 234 240 244 250
No 1 2 3 4
P2 (mmHg) 315 309 302 298 290
V (Lt) 10 10 10 10 10
t1 (second) 7.52 8.44 9.30 9.23 10.58
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
Volume
(mmHg) 86 75 62 54
(N/m2)
∆P0
(L) 10 10 10 10
5
45829.056
45,429
39967.200
39,568
33039.552
32,640
28776.384
28,377
21315.840
20,916
u 662 660 658 661
Waktu (detik)
10
40
t2 (second) 7.48 8.30 9.17 9.26 10.77 Q
t1
t2
Rata”
7.52 8.44 9.30 9.23 10.5
7.48 8.30 9.17 9.26 10.7
7.500 8.370 9.235 9.245
1.333333
8
7
10.675
0.936768
(L/detik) 1.194743 1.082837 1.081666
Laminer
v 578 580 576 580
w 659 659 658 660
x 594 593 592 593
V1 (Lt) 245 260 430 380
V2 (Lt) 240 255 420 390
t (second) 15 15 15 15
Karena memakai manometer minyak maka; ∆Po = ρm g (∆hm) + ρa g (∆hair ) ∆hm = 649 – 645 = 4 ∆hair = 580 – 568 = 12 ∆P0 = 971 (9,8) (0.004) + 998.8 (9.8) (0.012) ( 0.012) = 155.522 N/m 2 No
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
(mmHg)
(N/m2) 185.15 9 136.76
∆P0
1
1.389
2
1.027
Volume (L) V1
V2
245
240
29.637
18.759
260
255
Waktu
Rata” (detik) 242.5 257.5
15 15
Q (L/detik) 16.16667 17.16667
3
3 156.61
1.176
4
1.027
2 136.76
1.090
3
18.759
v 579 575 578 578
380
w 658 654 659 657
(mmHg)
(N/m2) 156.33
∆P0
9 146.55
0.817
1 156.33
8.971
9 156.06
0.817
7
0.545
1.174 1.100 1.174
4
390
x 594 589 593 592
∆P=∆P1-
3
28.33333
15 385
∆P1
2
15 425
∆P1
1
420
25.66667
Transien
u 659 655 658 659
No
430
1.171
V1 (Lt) 690 510 830 570
V2 (Lt) 680 520 850 575
Volume (L) V1
V2
690
680
Waktu
Rata” (detik) 15 685.0
510
520
(L/detik)
15 34.33333
850
15 840.0
570
Q
45.66667
515.0
830
t (second) 15 15 15 15
56.00000
575
15 572.5
38.16667
2. Pipa
H1 (mmHg) 305 300 296 292 289
Turbulent
H2 (mmHg) 238 242 247 250 253
V (Lt) 10 10 10 10 10
t1 (second) 7.47 8.38 8.55 9.69 10.09
t2 (second) 7.37 8.31 8.69 9.69 10.06
1 mmHg = 1,33224 x 10 2 N/m2 ∆P0 = 0 mmHg mmHg = 0 N/m2 No 1 2 3 4
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
Volume
(mmHg) 67 58 49 42
(N/m2) 8926.008 7726.992 6527.976 5595 408
∆P0 8926.008 7726.992 6527.976 5595 408
(L) 10 10 10 10
Waktu (detik) t1
t2
Rata”
7.47 8.38 8.55 9 69
7.37 8.31 8.69 9 69
7.420 8.345 8.620 9 690
Q (L/detik) 1.347709 1.198322 1.160093 1 031992
5
36
4796.064
u 658 658 658 659
10
4796.064
10.0
10.0
9
6
10.075
0.992556
Laminer
v 576 577 578 577
w 657 656 657 656
x 592 591 593 592
V1 (Lt) 230 190 230 280
V2 (Lt) 250 200 240 290
t (second) 10 10 10 10
Karena memakai manometer minyak maka; ∆Po = ρm g (∆hm) + ρa g (∆hair ) ∆hm = 658 – 657 = 1 ∆hair = 592 – 576 = 20 ∆P0 = 971 (9,8) (0.001) + 998.8 (9.8) (0.020) ( 0.020) = 243.344 N/m 2
No 1 2 3 4
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
(mmHg) 1.247 1.171 1.171 1.316
(N/m2) 166.128 156.067 156.339 175.371
∆P0 77.216 87.277 87.005 67.973
u 658 659 657 656
Volume (L) V1
V2
230 190 230 280
250 200 240 290
Waktu
Rata” (detik) 10 130 10 105 10 125 10 150
Q (L/detik) 13.0 10.5 12.5 15.0
Transien
v 578 578 575 577
w 659 657 657 656
x 592 593 592 592
V1 (Lt) 790 670 600 800
V2 (Lt) 790 680 600 810
t (second) 10 10 10 10
No 1
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
(mmHg)
(N/m2) 146.55
∆P0
1 165.85
96.793
5 166.40
77.489
0 146.82
76.944
4
96.52
1.100
2
1.245
3
1.249
4
1.102
Volume (L) V1
V2
790
790
Waktu
Rata” (detik) 10
Q (L/detik)
790
670
680
79.0
10 675
600
600
67.5
10 600
800
810
60.0
10 805
80.5
3. Elbowmeter
u 595 596 594 598 602
Turbulent
v 514 513 512 516 520
w 690 690 691 682 674
x 626 626 625 620 610
t1 (second) 7.90 8.40 8.40 8.30 10.10
t2 (second) 8.00 8.20 8.60 8.20 10.40
V (Lt) 10 10 10 10 10
Karena memakai manometer minyak maka; ∆Po = ρm g (∆hm) + ρa g (∆hair ) ∆hm = 700 – 591 = 109 ∆hair = 620 - 527 = 93 ∆P0 = 971 (9,8) (0.109) + 998.8 (9.8) (0.093) ( 0.093) = 1947.529 N/m 2
No
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
Waktu (detik)
Volume
Q
(mmHg) 1
15.014
2
15.016
3
15.231
4
13.641
5
11.755
(N/m2) 2000.28
∆P0
4 2000.55
52.755
6 2029.10
53.027
4 1817.30
81.575
4 1566.07
130.225
9
381.450
v 577 576 576 575
∆P0
8 165.85
1782.491
5 156.06
1781.674
7 165.85
1791.462
5
1781.674
1.245 1.171 1.245
8.60 8.50 8.20 8.25
10.1
10.4
0
0
x 589 591 590 590
(N/m2) 165.03
1.239
u 653 655 656 655
w 652 654 653 653
(mmHg)
4
8.30
8.30
∆P=∆P1-
3
8.20
8.40
∆P1
2
7.95 8.40
∆P1
1
8.00
10.25
10 10 10 10 10
(L/detik) 1.257862 1.204819 1.176471 1.212121 0.975610
Laminer
u 657 656 655 655
No
7.90
(L)
V1 (Lt) 410 290 380 430 Volume (L)
V1
V2
410
400
V2 (Lt) 400 300 370 430
t (second) 10 10 10 10
Waktu
Rata” (detik) 10
Q (L/detik)
405
290
300
40.5
10 295
380
370
29.5
10 375
430
430
37.5
10 430
43.0
Transien
v 576 575 575 575
w 654 654 653 653
x 591 592 590 589
V1 (Lt) 560 750 820 800
V2 (Lt) 560 760 830 810
t (second) 10 10 10 10
No 1
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
(mmHg)
(N/m2) 156.33
∆P0
9 175.91
1791.190
6 175.37
1771.613
1 156.06
1772.158
7
1791.462
1.174
2
1.320
3
1.316
4
1.171
Volume (L) V1
V2
560
560
Waktu
Rata” (detik) 10
Q (L/detik)
560
750
56.0
760
10 755
820
75.5
830
10 825
800
82.5
810
10 805
80.5
t1 (second) 8.72 9.18 9.50 10.75 12.64
t2 (second) 8.97 9.11 9.75 10.96 12.76
4. Vent Ventur urim imeeter
Turbulent
H1 (mmHg) 310 305 300 295 288
H2 (mmHg) 233 236 242 248 254
V (Lt) 10 10 10 10 10
1 mmHg = 1,33224 x 10 2 N/m2 ∆P0 = 10 mmHg = 1332.24 N/m 2 ∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
Volume
1 2 3
(mmHg) 77 69 58
(N/m2) 10258.248 9192.456 7726.992
∆P0 8926.01 7860.22 6394.75
(L) 10 10 10
4
47
6261.528
4929.29
4529.616
3197.38
No
5
34
u 654 654 653 653
Laminer v 575 573 573 573
w 653 652 653 653
10 10
x 588 588 588 588
Waktu (detik)
Q
t1
t2
Rata”
(L/detik)
8.72 9.18 9.50 10.7
8.97 9.11 9.75 10.9
8.845
1.130582
9.145
1.093494
9.625
1.038961
5 12.6
6 12.7
10.855
0.921234
4
6
12.700
0.787402
V1 (Lt) 390 360 540 460
V2 (Lt) 390 370 540 470
t (second) 10 10 10 10
Karena memakai manometer minyak maka; ∆Po = ρm g (∆hm) + ρa g (∆hair ) ∆hm = 644 – 620 = 24 ∆hair = 564 - 556 = 8 ∆P0 = 971 (9,8) (0.024) + 998.8 (9.8) (0.008) ( 0.008) = 306.685 N/m 2
No 1 2 3 4
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
(mmHg) 1.027 1.245 1.102 1.102
(N/m2) 136.763 165.855 146.824 146.824
∆P0 169.922 140.830 159.861 159.861
u 652 651 652 650
No 1 2 3 4
Transien v 572 571 572 570
w 653 654 654 655
∆P1
∆P1
∆P=∆P1-
(mmHg)
(N/m2) 175.91
∆P0
6 214.52
130.769
4 195.21
92.161
9 243.34
111.466
4
63.341
1.320 1.610 1.465 1.827
VI. VI. PENG PENGOL OLAH AHAN AN DATA DATA
Volume (L) V1
V2
390 360 540 460
390 370 540 470
x 589 590 590 590
Rata” (detik) 10 390 10 365 10 540 10 465
V1 (Lt) 650 740 690 890
Volume (L) V1
V2
650
660
Waktu
Waktu
Rata” (detik) 10
750
36.5 54.0 46.5
t (second) 10 10 10 10 Q
(L/detik)
10
680
74.5
10 685
890
39.0
65.5
745
690
(L/detik)
V2 (Lt) 660 750 680 880
655
740
Q
880
68.5
10 885
88.5
Perhitungan Konstanta Orificemeter ρair = 998,8 kg/m 3 Do = Dor = 0.022 m D1 = D pipa = 0,039 m μ = 0,0009 kg/ms A = 0,00038 m 2 ρraksa = 13600 kg/m 3 gc = 1 kgm/Ns 2
• Untuk menghitung laju alir digunakan rumus : Q=A.v
maka v =
• Untuk menghitung N Re digunakan rumus berikut :
NRe =
• Untuk menghitung koefisien Orifice digunakan rumus berikut:
V= Dan β
Co 1 − β
4
4
⋅
2 ⋅ gc ⋅
( ∆ P )
ρ
maka Co= v
1 − β
4
ρ
( ∆ P )
2. gc.
= ( Do/ D1)4 ∆P (N/m2) 45,429 39,568 32,640 28,377 20,916
Q (Lit/det) 1.333333 1.194743 1.082837 1.081666 0.936768
(m3/det) 0.00133333 0.00119474 0.00108284 0.00108167 0.00093677
Q (m3/s)
A (m²)
v (m/s)
ρ
μ
D
NRe = ρvD/μ
0.0013333 3 0.0011947
3.50876316
85666.84236
4 0.0010828
3.14405263
76762.39434
0.00038
4 0.0010816
998,8
2.84957895
0,0009
0,022
69572.78662
7 0.0009367
2.84650000
69497.61378
7
2.46518421
60187.74641
V
∆P
Co
3.50876316 3.14405263 2.84957895 2.84650000 2.46518421
45,429 39,568 32,640 28,377 20,916
0.34881 0.33491 0.33420 0.35804 0.36117
0.101
Average
0.347426
Grafik delta P vs v y = 24083x - 37968
50,000
2
R = 0.9628
m40,000 / N ( 30,000 P a 20,000 t l e d 10,000
Series1 Linear (Series1)
0 0
1
2 v (m/s)
3
4
Grafik Co vs Nre 0.225
y = -3E-07x + 0.2356 2
R = 0.1703
0.22 o C
0.215
Series1 Linear (Series1)
0.21 0.205 0.2 0
50000
100000
Nre
Perhitungan Koefisien Venturimeter ρair = 998,8 kg/m 3 Do = Dven = 0,033 m D1 = D pipa = 0,039 m μ = 0,0009 kg/ms A = 0,000854 m 2 ρraksa = 13600 kg/m 3 gc = 1 kgm/Ns2
• Untuk menghitung laju alir digunakan rumus : Q=A.v
maka v =
• Untuk menghitung N Re digunakan rumus berikut :
NRe =
• Untuk menghitung koefisien Venturi digunakan rumus berikut: Co
V=
1 − β
4
Dan β
4
⋅
2 ⋅ gc ⋅
( ∆ P )
ρ
maka Cv= v
1 − β
4
ρ
( ∆ P )
2. gc.
= ( Do/ D1)4 ∆P
3
Q (m /s)
0.0011305
Q
(Lit/det) (N/m2) 8926.01 1.130582 A (7m8²6 ) 0.22 v (m/s) 1.093ρ494 6394.75 1.038961 4929.29 0.000854 1.32386417 0.9929182.834 3197.38 0.787402
(m3/det) 0.00113058 0.μ00109349D 0.00103896 00 .0.000090921203.033 0.00078740
8 0.0010934
NRe = ρvD/μ
48483.43616
9 0.0010389
1.28043326
46892.88030
6 0.0009212
1.21658080
44554.43297
3 0.0007874
1.07872365
39505.73678
0
0.92201405
33766.61327
v
∆P
1.32386417 1.28043326 1.21658080 1.07872365 0.92201405
8926.01 7860.22 6394.75 4929.29 3197.38
0.513
Average
Cv
0.21853 0.22523 0.23726 0.23961 0.25429 0.234984
Grafik delta P vs y = 13687x - 9674. 10000 ) 2 m / N ( P a t l e D
2
R = 0.9683
8000 6000
Series1 Linear (Series1
4000 2000 0 0
0 .5
1
1.5
v (m/s)
Grafik Grafik Cv vs v s Nr y = -2E-06x + 0.329
0.26
2
R = 0.9211
0.25 v C
0.24 Series1
0.23
Linear (Series1
0.22 0.21 0
2 000 0
40 00 0
Nre Nr e
6 00 00
Perhitungan Elbow ρair = 998,8 kg/m 3 Do = Dven = 0,039 m D1 = D pipa = 0,039 m μ = 0,0009 kg/ms A = 0,00119 m 2 ρraksa = 13600 kg/m 3 gc = 1 kgm/Ns2
• Untuk menghitung laju alir digunakan rumus : Q=A.v
maka v =
• Untuk menghitung N Re digunakan rumus berikut :
NRe =
• Untuk menghitung koefisien Elbow digunakan rumus berikut:
h f K f =
v
2
⋅
2
∆P (N/m2) 52.755 53.027 81.575 130.225 381.450
Q (Lit/det) 1.257862 1.204819 1.176471 1.212121 0.975610
(m3/det) 0.00125786 0.00120482 0.00117647 0.00121212 0.00097561
Q (m3/s)
0.0012578 6 0.0012048 2 0.0011764 7 0.0012121 2 0.0009756 1
A (m²)
v (m/s)
1.0570252 1 1.0124537 8 0.9886302 5 1.0185882 4 0.8198403 4
0,00119
∆P
ρ
ρ
μ
53.027 81.575 130.225 381.450
NRe = ρvD/μ
45749.46046 43820.34960 998,8
0,0009
0,039
42789.23548 44085.85694 35483.78287
v2
hf
0.05275 5 0.05302 7 0.08157 998,8 5 0.13022 5 0.38145 0 Average
52.755
D
Kf
1.11730 0.09443 1.02506 0.10346 0.97739 0.16692 1.03752 0.25103 0.67214 1.13503 0.350174
Grafik delta P vs v 500 500 2 400 400 m / N 300 ( 300 P 200 a 200 t l e 100 D 100
y = -1435.6x + 1545.7 2
R = 0.9155 Series1 Linear Linear (Series1)
0 0
0.5 v (m/s)
1
1.5
Grafik Kf vs Nre 1.2 y = -0.0001x + 4.898
1
2
R = 0.9387
0.8 f 0.6 K 0.4
Series1
0.2
Linear Linear (Series1)
0 -0.2 0
20000
40000
60000
Nre
Perhitungan Pipa Lurus ρair = 998,8 kg/m 3 D pipa = 0,039 m μ = 0,0009 kg/ms A = 0,00119 m2 ρraksa = 13600 kg/m 3 gc = 1 kgm/Ns2 ∆L = 0,875 m
• Untuk menghitung laju alir digunakan rumus : Q=A.v
maka v =
• Untuk menghitung N Re digunakan rumus berikut :
NRe =
• Untuk menghitung koefisien Pipa Lurus digunakan rumus berikut : Ff = 4f ∆Lv2 D.2 ∆P
Q
(N/m2) 8926.01 7726.99 6527.98 5595.41 4796.06 Q (m3/s)
A (m²)
0.0013477 1 0.0011983 2 0.0011600 9 0.0010319
0.0011 9
9 0.0009925 6 ∆P
8926.01 7726.99 6527.98 5595.41 4796.06
ρ
998.8
(Lit/det)
(m3/det)
1.34771 1.19832 1.16009 1.03199 0.99256
0.00134771 0.00119832 0.00116009 0.00103199 0.00099256
v (m/s)
ρ
μ
D
NRe = ρvD/μ
1.1325294 1
49017.38298
1.0069916 0
43583.93896
0.9748655 5
998.8
0.0009
0.039
42193.48066
0.8672184 9
37534.37243
0.8340840 3
36100.26909
Ff
∆L
8.92601 7.72699 0.875 6.52798 5.59541 4.79606 Average
v²
1.28262 1.01403 0.95036 0.75207 0.69570
D
f
0.039
0.155090412 0.169818583 0.153079109 0.165806448 0.153635491 0.159486
Grafik delta P vs 10000 ) 2 m / N ( P a t l e D
y = 13633x - 6415. 2
R = 0.9667
8000 6000
Series1 Linear (Series1
4000 2000 0 0
0.5
1
1. 5
v (m/s)
Grafik Grafik f vs Nr
f
0.175
y = -9E-08x - 9E-08x + 0.163
0.17
R = 0.0035
2
0.165 0.16
Series1 Linear Linear (Series1) ( Series1)
0.155 0.15 0
2 0 00 0
40 000
Nre
6 00 0 0
PEMBAHASAN ELIS ROSDIANA 08401040 Praktikum kali ini bertujuan untuk menentukan koefisien orifice, venturi, dan elbow pressure drop dari masing pada aliran laminer turbulen, dan transient dengan mencari mencari pressure masing pipa dan aliran. Praktikan menggunakan dua buah manometer yaitu manometer pressure raksa dan manometer minyak. Manometer raksa digunakan untuk mengukur pressure drop dari aliran turbulent karena aliran turbulent memiliki debit yang lebih besar dari pada pada aliran aliran laminer laminer
dan transien transien.. Sedang Sedangkan kan manomete manometerr minya minyak k digunak digunakan an untuk untuk
mengukur pressure mengukur pressure drop dari aliran laminer dan transient yang mempunyai debit yang kecil kecil yang yang menghas menghasilk ilkan an perubah perubahan an tekana tekanan n juga juga kecil kecil sehing sehingga ga tidak tidak terbac terbacaa oleh oleh manometer raksa. Selain itu terdapat kekecualian pada elbowmeter yaitu pengukuran aliran turbulent dengan menggunakan manometer minyak. Hal ini disebabkan karena pressure drop drop pada elbowmeter relatif kecil. Aliran Aliran turbulen turbulen memiliki memiliki nilai bilangan Reynold > 4000, aliran laminer memiliki nilai bilangan Reynold < 2100, dan transien memiliki nilai bilangan Reynold antara 2100-4100. Manometer harus terisi penuh oleh air sehingga memperoleh beda tekanan sama dengan nol. Aliran air harus mengisi penuh pipa (tidak boleh ada gelembung) karena akan menyebabkan perbedaan tekanan yang cukup tinggi, selain itu diameter pipa yang digu digunak nakan an untu untuk k perhi perhitu tunga ngan n meru merupa paka kan n keada keadaan an dima dimana na air air teri terisi si penuh penuh.. Haru Haruss dipe diperh rhat atika ikan n pula pula kekua kekuata tan n sela selang ng pada pada masi masingng-ma masi sing ng tube tube kare karena na alir aliran an yang yang digunakan cukup deras sehingga selang yang terpasang harus benar-benar kuat supaya udara dari luar tidak bisa masuk dan air di dalam selang tidak bocor. Setelah keadaan tersebut tersebut tercapai tercapai dilakukanla dilakukanlah h perhitungan perhitungan debit dan perubahan perubahan tekanan tekanan Perhitungan Perhitungan debit pada aliran turbulent dilakukan dengan menentukan jumlah volume yang tetap (konstan) dan kemudian dihitung waktu yang dicapai sehingga nilai debit dapat diketahui dan perubahan tekanan yang terjadi dapat diketahui dengan membaca pada manometer raksa. Variasi dilakukan dengan memperbesar aliran dengan cara memutar kran aliran by pass maka didapat data perubahan perubahan tekanan tekanan beserta beserta debit yang berbeda-beda. berbeda-beda. Sedangkan untuk aliran laminar dan transient transient sebelum menentukan perubahan tekanan yang terjadi
25
harus menentukan debit yang sesuai dengan aliran laminar dan transien untuk masingmasing pipa.Perhitungan debit dilakukan dengan menentukan waktu tertentu dan setelah waktu tercapai diukur berapa volume air yang didapatkan. Untuk Untuk harga harga debi debitt yang yang berb berbed eda, a, nila nilaii pres pressu sure re drop dropny nyaa pun pun berb berbed eda. a. Pada Pada percobaan pressur percobaan pressuree drop terbesar terbesar ada pada elbowmeter elbowmeter dibandingkan dibandingkan dengan yang lain. Semakin tinggi laju alir maka pressu maka pressure re drop yang terjadi akan semakin tinggi pula. Hal ini terjadi terjadi karena energi kinetik kinetik yang besar diperluka diperlukan n penurunan tekanan tekanan yang besar pula dalam kata lain energi kinetik meningkat maka perbedaan tekananan pun meningkat. Nilai Nilai konstanta konstanta orifice yang didapat pada setiap setiap data mendekati satu sama lain sehingga sehingga nilai konstanta hasil percobaan dapat diambil dari nilai rata-rata yaitu
0.347426.
Untuk
grafik perubahan tekanan dengan kecepatan dapat dilihat bahwa semakin tinggi harga perubahan tekanan maka semakin cepat aliran fluida yang terjadi. Begitu pula untuk pipa venturi nilai konstanta venturi yang didapat mendekati satu sama lain yaitu
0.234984
dan
kurva perubahan tekanan vs kecepatan kelinieritasan sangat besar mendekati satu. Pada pipa elbow nilai konstanta yang didapat dari setiap data juga mendekati satu sama lain yaitu yaitu
0.350174.
Grafik Grafik antara antara peruba perubahan han tekana tekanan n dan kecepat kecepatanpu anpun n mempuny mempunyai ai
linieritas mendekati satu. Untuk perhitungan konstanta pipa lurus dilakukan pengambilan data menggunakan pipa orifice. Nilai konstanta yang didapat dari satu data dengan data yang lain hampir mendekati satu sama lain yaitu 0.159486.. Jika Jika laju laju alir alir meningk meningkat at maka maka turbul turbulens ensi, i, bilanga bilangan n Reynol Reynold, d, koefisi koefisien en pipa, pipa, perubahan perubahan tekanan, dan energy kinetik kinetik akan meningkat pula, namun untuk energy tekan akan menjadi kecil.
26
Kesimpulan
Dari praktikum ini dapat diperoleh kesimpulan: 1. Nilai konstanta orifice (Co) adalah 0.159486 2. Nilai konstanta venturi (Cv) adalah 0.234984 3. Nilai konstanta pipa lurus (f) adalah 0.159486 4. Nilai konstanta elbow (Kf) adalah 0.350174 5. Semaki Semakin n tinggi tinggi laju laju alir alir maka maka turbul turbulens ensi, i, bilang bilangan an reynol reynold, d, koefis koefisien ien pipa, pipa, perubahan tekanan, dan energy kinetik akan meningkat pula, namun untuk energy tekan akan menjadi kecil.
DAFTAR PUSTAKA Jobsheet Praktikum Rekayasa Proses-1, Proses-1, Unit Operasi, Jurusan Teknik Kimia. Mc. CABE and Werren L., Unit Operations of Chemical Engineering , 3rd, New York.
27
