Penentuan Koefisien Aliran Dengan Venturimeter PDF

Preview

Summary

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA 2017/2018 MODUL 7 Penentuan Koefisien Aliran Dengan Venturimeter KELOMPOK : 3 Nama : Irvan Daniansyah NIM : 102216060 Kelas : ME-2 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS PERTAMINA 2018 PENENTUAN KOEFISIEN ALIRAN DENGAN VENTURIMETER ...

Description

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA 2017/2018

MODUL 7 Penentuan Koefisien Aliran Dengan Venturimeter

KELOMPOK : 3 Nama

: Irvan Daniansyah

NIM

: 102216060

Kelas

: ME-2

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS PERTAMINA 2018

PENENTUAN KOEFISIEN ALIRAN DENGAN VENTURIMETER Irvan Daniansyah1*, Hasrin1, Samuel Siringgoi1, Petrus Panjaitan1, Rico Christian1 1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pertamina * Corresponding author: [email protected] Abstrak: Kemampuan menganalisa aliran fluida secara tepat harus dimiliki oleh seorang insinyur mesin. Salahsatu hal yang akan mendukung itu adalah kemampuan untuk menentukan koefisien aliran. Oleh karena itu, praktikum ini bertujuan untuk mengetahui variasi koefisien (Cd) dengan debit (Q) yang sudah diketahui serta untuk mengetahui perbandingan antara tekanan terukur dengan tekanan ideal di sepanjang venturimeter. Hasil praktikum menujukan bahwa nilai variasi koefisien (Cd) pada tabung piezometer secara berturut-turut adalah sebesar 2.9913, 1.1017, dan 1.18418. selain itu, didapatkan pula bahwa besarnya debit memiliki hubungan yang berbanding lurus dengan perbandingan tekanan eksperimen dengan tekanan ideal. Kata Kunci: fluida, koefisien aliran, tekanan, debit, tabung piezometer. Abstract: The ability to correctly analyze fluid flow must be owned by a mechanical engineer. One of the things that will support it is the ability to determine the flow coefficient. Therefore, this practicum purpose to know the variation of coefficient (Cd) with known debit (Q) and to know the ratio between the measured pressure and the ideal pressure along the venturimeter. The results showed that the value of coefficient variation (Cd) on the piezometer tube was 2.9913, 1.1017, and 1.18418, respectively. In addition, it is found that the magnitude of the discharge has a direct proportion to the ratio of experimental pressure to the ideal pressure. Keywords: fluid, flow coefficient, pressure, discharge, piezometer tube.

A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Dalam prakteknya di lapangan, seorang engineer mesin harus memampu menganalisa secara tepat mengenai aliran fluida yang mengalir di dalam pipa. Kemampuan ini akan sangat berguna untuk mengefisiensikan operasional perusahaan oil and gas ataupun perusahaan-perusahaan lainnya. Banyak sekali faktor yang mempengaruhi jalannya fluida, beberapa diantaranya adalah koefisien aliran, debit, dan tekanan. Dalam praktikum ini, mahasiswa akan mengetahui variasi koefisien (Cd) dengan debit (Q) yang melalui venturimeter serta dapat membuat perbandingan anatara tekanan terukur dengan tekanan ideal di sepanjang Venturimeter. 2. Rumusan Masalah a. Bagaimana hubungan diameter dengan tinggi tekanan? b. Bagaimana perbandingan distribusi tekanan ideal sepanjang pipa secara teoritis dengan eksperimental. c. Bagaimana hasil dari analisis grafik Q dan nilai Cd.

3. Tujuan a. Untuk mengetahui variasi koefisien (Cd) dengan debit (Q) yang sudah diketahui. b. Untuk mengetahui perbandingan antara tekanan terukur dengan tekanan ideal di sepanjang venturimeter? c. Dasar Teori Debit dan kecepatan aliran sangat penting untuk diketahui besarnya dalam melakukan penelitian mengenai fluida. Debit dapat diukur mnggunakan prinsip Bernouli dan kontinuitas pada pipa tertutup yang diaplikasikan melalui alat bernama venturimeter. Venturimer bekerja dengan menggunakan prinsip Bernouli dan kontinuitas yang mengandalkan perbedaan luas penampang yang akan mengakibatkan adanya perbedaan kecepatan.

Gambar 7.1 Perangkat Venturimeter Perbedaan luas penampang dari diameter yang lebih besar menjadi lebih kecil kemudian membesar lagi dilakukan seideal mungkin untuk menghindari terjadinya kehilangan tinggi tekan akibat ekspansi atau kontraksi yang terjadi secara tiba-tiba. Jika dipasang piezometer pada bagian-bagian penampang yang berbeda-beda, akan terlihat perbedaan ketinggian sebagai wujud dari perbedaan tekanan air yang melewati penampang. Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

Gambar 7.2 Kondisi Ideal Venturimeter

Penampang pada bagian upstream akan dinamakan a1, pada leher disebut a2, dan pada bagian selanjutnya (bagian ke-n) disebut an. Ketinggian atau head pada pembuluh piezometer akan disebut h1, h2, hn. Dalam kasus ini diasumsikan tidak terjadi kehilangan energi sepanjang pipa, dan kecepatan serta head piezometrik (h) konstan sepanjang bidang tertentu. Persamaan Bernoulli:

𝑍1 +

𝑃1 𝛾

+

𝑣1 2 2𝑔

𝑃2

= 𝑍2 +

𝛾

+

𝑣2 2

= 𝑍𝑛 +

2𝑔

𝑃𝑛 𝛾

+

𝑣𝑛 2 2𝑔

…….. (7.1)

Persamaan Kontinuitas:

𝐴1 . 𝑣1 = 𝐴2 . 𝑣2 ……….…………… (7.2) Berdasarkan hukum Bernouli (Persamaan 7.1) dan hukum kontinuitas (Persamaan 7.2), akan di dapat persamaan baru yang dapat menghitung debit (Q) sebagaimana ditulis apada persamaan (7.3). Venturimeter memiliki koefisieun pegaliran (c). c memiliki nilai yang berbeda-beda pada setiap alat venturimeternya. 2𝑔 (ℎ1 −ℎ2 )

𝑄 = 𝐶𝑑 . 𝐴2 . √

2

𝐴 1−( 2 )

……….. (7.3)

𝐴1

Bilangan Cd dikenal sebagai koefisien aliran venturimeter yang diperoleh secara eksperimen. Nilai-nilainya sedikit berbeda dari tabung piezometer yang satu dengan yang lainnya. Umumnya, nilai ini berkisar anatara 0.92 sampai dengan 0.99. Distribusi tekanan yang ideal sepenajang konvergensi-divergen pipa dapat diturunkan dari persamaan Bernouli’s:

h1 − ℎ𝑛 =

𝑣1 2 2𝑔

−

𝑣𝑛 2

……………...…… (7.4)

2𝑔

Tujuan perhitungan dan perbandingan hasil eksperimen adalah untuk menunjukan hn-h1 sebagai fraksi head kecepatan di tabung piezometer, yaitu: h1 −ℎ𝑛 𝑣2 2 2𝑔

𝑣

2

𝑣

2

= ( 1 ) − ( 𝑛 ) …………..….. (7.5) 2𝑔 2𝑔

Kemudian dengan menstitubsikan rasio sisi kanan ke tempat rasio kecepatan dar persamaan kontinuitas (7.2), akan didapatkan persamaan tekanan ideal sebagai berikut: h1 −ℎ𝑛 𝑣2 2 2𝑔

2

𝐴

𝐴

2

= ( 2 ) − ( 2 ) ………………. (7.6) 𝐴 𝐴 1

𝑛

B. METODE PENELITIAN 1. Alat dan Bahan Pada percobaan ini alat-alat yang digunakan saat praktikum adalah venturimeter, bangku hidraulik, stopwatch, gelas ukur, dan penggaris. Sementara itu, bahan yang digunakan adalah lembar kerja dan air. 2. Cara Kerja Langkah pertama yang dilakukan dalam praktikum ini adalah dengan memastikan bahwa pipa tidak dalam keadaan vakum. Caranya yaitu dengan dipancingnya pompa pada bangku hidraulik hingga aliran konstan yang ditandai dengan tidak adanya gelembung-gelembung pada pipa saat air dialirkan. Setelah itu, bangku hidraulik dimatikan dan selang pancingnya diganti dengan selang apparatus. Sebelum lanjut ke langkah berikutnya, kran output harus dipastikan dalam keadaan tertutup. Jika sudah, bangku hidraulik dinyalakan kemudian bukaan katup disesuaikan untuk menghasilkan aliran lambat melalui pipa. Setelah aliran di dalam pipa konstan, kran output di buka lalu ketinggian manometer yang terjadi diamati. Untuk mendapatkan data yang dibutuhkan, ketinggian air pada piezometer dan waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan volume 1 liter di catat pada lembar kerja. Langkah-langkah tersebut diulangi sebanyak tiga kali dengan debit yang berbeda-beda dan dicatat hasil pengamatannya pada masing-masing perlakuan yang berbeda.

C. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil

Gambar 7.1 Venturimeter

Gambar 7.2 Menghitung Debit

Gambar 7.3 Stopwatch

Tabel 7.1: Hasil Pembacaan skala Piezometer (mm) Pembacaan Skala Piezometer (mm) Tabung Piezometer 1 2 3 25.4 23.7 23.4 A (1) 22.3 22.6 23.3 B 19.2 23.1 22.7 C

16.3 13.6 17.8

D (2) E F

22.2 21.8 22.6

22.1 21.6 22.2

Tabel 7.2: Distribusi Tekanan Ideal sebagai Fraksi Kecepatan Tabung Piezometer Diameter 𝑨𝟐 𝟐 𝟐 ( ) − 𝑫 𝑨𝟐 penanampang Area (A) 𝟐 𝑨𝟏 ( ) 𝑨 𝟐 melintang Dn (m) 𝑫𝒏 𝑨𝒏 (𝑨𝟐 ) (mm) 𝒏 25 0.428 0.00049 0.0335 0 13.9 0.769 0.00015 0.3511 -0.317 11.8 0.907 0.00011 0.6760 -0.6425 10.7 (D2) 1 0.000089 1 -0.966 10 1.07 0.0000785 1.3108 -1.277 25 0.428 0.00049 0.0335 0

Waktu (s) 6.51 15 15

Tabel 7.3: Nilai Cd dari eksperimen Pembacaan Skala Debit (h1-h2) Piezometer (mm) Aktual (𝒉𝟏 − 𝒉𝟐 )𝟎.𝟓 (m) 3 (m /s) A (h1) B (h2) 25.4 16.3 0.000113 0.0091 0.0954 23.7 22.2 0.000042 0.0015 0.0387 23.4 22.1 0.000045 0.0013 0.03606

Nilai Cd 2.9913 1.1017 1.18418

Tabel 7.4: Distribusi Tekanan Sepanjang Venturimeter sebagai Ujung Fraksi Kecepatan pada Tabung Piezometer Pengulangan Q = 0.000113 Q = 0.000042 Q = 0.000045 Tabung 𝒉𝒏 − 𝒉𝟏 𝒉𝒏 − 𝒉𝟏 𝒉𝒏 − 𝒉𝟏 Piezometer hn (h1-h2) h (h -h ) h (h -h ) n 1 2 n 1 2 𝑽𝟐 𝟐 𝑽𝟐 𝟐 𝑽𝟐 𝟐 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) ( 𝟐𝒈 ) ( 𝟐𝒈 ) ( 𝟐𝒈 ) A (1)

25.4

0

0

23.7

0

0

23.4

0

B

22.3

-3.1

-0.038

22.6

-1.1

-0.00214

23.3

-0.1

0 -0.00783

C

19.2

-6.2

-0.076

23.1

-0.6

-0.00117

22.7

-0.7

-0.05479

D (2)

16.3

-9.1

-0.1116

22.2

-1.5

-0.00292

22.1

-1.3

-0.10176

E

13.6

-11.8

-0.1448

21.8

-1.9

-0.0037

21.6

-1.8

-0.1409

F

17.8

-7.6

-0.0932

22.6

-1.1

-0.00214

22.2

-1.2

-0.09393

Grafik 7.1: Hubungan Q dan Cd 0.00012 0.0001

Debit (Q)

0.00008

0.00006 0.00004 0.00002 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Koefisien Aliran Venturimeter (Cd)

2. Pembahasan Salahsatu hal yang mempengaruhi tinggi rendahnya nilai tinggi tekan pada fluida adalah diameter pipa. Berdasarkan persamaan (7.6) dan data perhitungan pada table (7.2) dapat diketahui bahwa diameter pipa memiliki hubungan yang berbanding lurus dengan tinggi tekan yang terjadi. Semakin besar diameter pipa, semakin besar pula tekanan yang terjadi. Buktinya dapat di lihat pada tabel (7.2) dimana tabung piezometer B yang memiliki diameter 13.9 tinggi tekannya lebih besar daripada tabung C yang berdiameter 11.9. Sementara itu, perbandingan distribusi tekanan ideal di sepanjang pipa secara 𝑨

𝟐

𝑨

𝟐

teoritis (𝑨𝟐 ) − (𝑨𝟐 ) dengan eksperimen 𝟏

𝒏

𝒉𝒏 −𝒉𝟏 𝟐

𝑽 ( 𝟐 )

dapat dilihat dari tabel (7.2) dan

𝟐𝒈

(7.4). Untuk mencari tekanan hasil eksperimen kita harus mencari dulu kecepatan pada titik 2 menggunakan persamaan V2=Q/A2. Jika kita lihat, perbandingan tekanan yang dihasilkan cukup besar. Contohnya saja pada tabung piezometer B dengan debit 0.000113 m3/s didapatkan nilai perbandingannya sebesar 8.35. Selain itu, dari hasil analisis grafik (7.1) yang menjelaskan antara debit (Q) dengan koefisien aliran venturimeter (Cd) didapatkan bahwa koefisien aliran venturimeter memiliki hubungan yang berbanding lurus dengan debit yang dihasilkan. Artinya, semakin besar debit, semakin besar pula koefisien aliran venturimeternya.

D. SIMPULAN Secara teori, nilai koefisien aliran venturimeter (Cd) tabung piezometer berkisar pada nilai 0.92 – 0.99. Namun, dari tiga kali percobaan yang telah dilaksanakan didapatkan nilai Cd secara berturut-turut sebesar 2.9913, 1.1017, dan 1.18418. Artinya, jika dibandingakan dengan data teori, maka tidak ada satupun nilai Cd yang masuk pada rentang angka tersebut. Hal ini bisa disebabkan oleh banyak faktor, namun faktor utamanya adalah kekurangtelitian praktikan dalam mengamati ataupun melakukan perhitungan. Sementara itu, perbandingan antara tekanan terukur 𝑨

𝒉𝒏 −𝒉𝟏 𝑽 𝟐 ( 𝟐 ) 𝟐𝒈

𝑨

𝟐

dan ideal (𝑨𝟐 ) − 𝟏

𝟐

(𝑨𝟐 ) sepanjang venturi meter nilainya cukup kecil. Pada debit 0.000113 m3/s 𝒏

nilai perbandingannya berkisar 0.1 – 0.12. Sedangkan pada debit yang lebih rendah, seperti 0.000042 m3/s nilai perbandingannya berkisar 0.0018 – 0.0067. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin kecil aliran debit, semakin kecil pula perbandingan antara nilai tekan terukur dengan nilai tekan idealnya. DAFTAR PUSTAKA 1. White, Frank. (2011). Fluid Mechanics. New York: Mc Graw Hill. 2. Analisa Koefisien Gesek Pipa Acrylic Diameter 0,5 Inchi, 0 1 Inchi, 1,5 Inch. Depok: Universitas Gunadarma. 3. Winarta, Bambang., dkk. (2018). Modul Praktikum Mekanika Fluida I 2017/2018. Jakarta: Universitas Pertamina. 4. Panduan Praktikum Mekanika Fluida KL – 2101. 2016. Bandung: Institut Teknologi Bandung....