Pitot Static Tube [PDF]

Citation preview

MAKALAH OPERASI TEKNIK KIMIA 1 “PENERAPAN HUKUM BERNOULLI PADA PITOT STATIC TUBE”



Disusun Oleh : Novia Mia Yuhermita



M1B114003



Riza Kurniyawan



M1B114011



Usy Nurhidayah



M1B114017



Asmi Ramadhani



M1B114024



M. Rudi Triwahyudi



M1B114025



Dosen Pengampu : Dwi Anggraini, S.T., M.T



PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JAMBI 2017



1



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Asas bernoulli menyatakan semakin besar kecepatan fluida maka semakin besar tekanannya. Penerapan prinsip bernoulli pada alat ukur kecepatan aliran fluida yaitu venturimeter, pitot tube, orifice dan lain-lain. Alat ukur yang digunakan untuk mengukur kecepatan udara adalah pitot tube. Pitot tube banyak digunakan untuk menentukan kecepatan udara dari sebuah pesawat dan untuk mengukur kecepatan udara dan gas dalam aplikasi industri. Pitot tube memiliki beberapa jenis yaitu simple tube, static pressure dan pitot static tube. Pada makalah ini akan membahas pitot static tube yang merupakan alat ukur tekanan dinamik dari pergerakan fluida seperti aliran udara disekitar kendaraan yang bergerak. Pitot static tube yang akan dibahas adalah pitot static tube pada pesawat.



1.2 Tujuan Adapun tujuan makalah ini adalah Untuk mengetahui penerapan hukum bernoulli pada pitot static tube dalam mengukur kecepatan udara.



1.3 Manfaat Makalah ini dibuat agar mahasiswa dapat mengetahui prinsip kerja alat ukur kecepatan udara pesawat berdasarkan prinsip bernoulli.



2



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian Pengukuran Aliran Pengukuran aliran adalah pengukuran kapasitas aliran atau laju aliran massa atau laju aliran volume aliran. Ditinjau dari jenis saluran, aliran fluida dibagi menjadi dua, yaitu aliran saluran tertutup dan aliran saluran terbuka. Dan instrumen pengukuran aliran pun secara umum diklasifikasikan menjadi dua bagian, yaitu pengukuran aliran terbuka dan pengukuran aliran tertutup. 2.2. Jenis Pengukuran 2.2.1. Pengukuran Aliran Terbuka Pengukuran aliran terbuka dapat dilakukan dengan 4 metode yaitu : a.



Metode Langsung Metode langsung pengukuran aliran dapat dilakukan dengan mengukur



volume atau massa fluida dalam selang waktu tertentu. Pada selang waktu yang lama dan diukur secara tepat, serta pengukuran volume atau massa diukur secara tepat, maka pengukuran ini tidak memerlukan kalibrasi. Pengukuran laju aliran volume atau massa dengan metode langsung ini cukup teliti. Akan tetapi apabila fluida



yang



diukur



adalah



gas,



maka



efek



kompresibilitasnya



harus



diperhitungkan. Persamaannya adalah : m = r V A = r (D"/Dt) dimana : m



: laju massa aliran



(D"/Dt): perubahan volume/perubahan waktu b. Metode pembatasan Metode pembatasan ini mengukur perbedaan tekanan diantara dua penampang aliran yang sebanding dengan laju aliran. Perhitungan laju aliran teoritis dapat dilakukan berdasarkan hukum kontinuitas dan persamaan Bernoulli. Kapasitas aliran sebenarnya dapat ditentukan dengan memperhitungkan faktor koreksi dari masing-masing alat ukur yang ditentukan secara empiris.



3



c.



Metode linier Alat ukur aliran yang hasilnya langsung proporsional dengan laju aliran



antara lain : Floatmeter, turbin flowmeter, Vortex flowmeter, electromagnetik flowmeter, magnetik flowmeter, ultrasonic flowmeter. d. Metode pembagian Teknik pembagian aliran pada penampang tetap digunakan pada pengukuran aliran refrigeran ataupun instalasi fluida pada industri, dimana tidak praktis untuk memasang peralatan seperti nosel, venturi dan lain-lain alat ukur yang terpasang tetap. Kecepatan aliran diukur tepat di pusat penampang dengan Pitot Tube ataupun anemometer. Tabung Pitot dapat dipergunakan untuk mengukur tekanan statik dan tekanan stagnasi dari fluida, dengan mengetahui kapasitas aliran yang diberikan. Sebaliknya dengan mengetahui perbedaan tekanan statis dan tekanan stagnasi, maka tekanan dinamis dapat ditentukan dan pada akhirnya tekanan dinamis fluida dapat dinyatakan dalam kecepatan fluida. Kapasitas aliran tiap bagian penampang adalah perkalian kecepatan dengan luas penampang. Kapasitas total adalah jumlah kapasitas tiap bagian. 2.3. Pitot Tube Tabung pitot (dibaca Pitou sesuai fonologi Prancis) adalah instrumen untuk melakukan pengukuran tekanan pada aliran fluida. Tabung pitot ditemukan oleh insinyur berkebangsaan Prancis, Henri Pitot pada awal abad ke 18, dan dimodifikasi oleh ilmuwan berkebangsaan Prancis, Henry Darcy di pertengahan abad ke 19. alat ukur tekanan yang digunakan untuk mengukur kecepatan aliran fluida dengan menentukan tekanan stagnasi. Persamaan Bernoulli digunakan untuk menghitung tekanan dinamis dan karenanya kecepatan fluida. 2.4. Pitot Static Tube Pitot Static Tube adalah alat yang mengukur tekanan dinamik dari pergerakan fluida seperti aliran udara di sekitar kendaraan yang bergerak. Pitot



4



Static Tube memiliki dua sisi, tekanan statis (P statis) dan Tekanan total (P total). Perbedaan diantara kedua tekanan ini adalah tekanan dinamis.



Gambar 2.1 Perbedaan Pitot Tube dengan Pitot Static Tube 2.5. Komponen Pitot Static Tube Komponen Yang Terdapat Pada Pitot Tube:



Gambar 2.2 Komponen Pitot Tube 1.



HEATING ELEMENT Berfungsi untuk memanaskan udara yang membekuseperti es, agar es tersebut tidak menyumbat saluran lubang udara pada Pitot Tube.



2.



STATIC SLOT Berfungsi untuk sebagai tempat masuknya udara statis.



3.



PITOT TUBE DRAIN HOLE Berfungsi sebagai saluran pada saat es tersebut mencair dan sebagai tempat pembuangan air.



4.



EXTERNAL DRAIN HOLE Berfungsi sebagai tempat pembuangan ke2 air hasil udara yang membeku tadi, setelah melewati pitot drain hole tetapi masih ada air yang tidak terbuang, lalu dapat dibuang melaui lubang ini. 5



5.



PITOT CONECTION Berfungsi sebagai penyambung saluran udara, agar dapat dibaca oleh instrumen pesawat.



6.



STATIC CONECTION Berfungsi sebagai saluran untuk meneruskan udara statis sehingga dapat dibaca oleh instrumen.



7.



HEATING ELEMENT CABLE Berfungsi sebagai kabel untuk menyalurkan listrik ke Heating element, dan merubahnya menjadi energi panas, sehingga dapat mencairkan udara yang membeku tadi.



2.6. Kegunaan Pitot Tube a. Mengukur tekanan fluida pada wind tunnel. b. Menghitung profil kecepatan aliran pada pipa.



2.7. Kekurangan dan Kelebihan Pipot Static Tube 2.7.1. Kelebihan dari Pitot Tube a. Susunan sederhana. b. Relatif mudah dan murah. c. Tidak perlu adanya kalibrasi. d. Pressure drop aliran kecil. 2.7.2. Kekurangan: dari Pitot Tube a. Keakuratanrendah untuk beberapa aplikasi. b. Pipa harus lurus dengan kecepatan aliran untuk mendapatkan hasil yang baik.



2.8. Aplikasi Pitot Tube 1. Mengukur kecepatan pada pesawat (airspeed). 2. Altimeter pesawat. 3. Mengukur tekanan fluida pada wind tunnel (terowongan angin). 2.9. Hubungan Pitot Static Tube pada Persamaan Bernoulli Tabung pitot sederhana terdiri dari tabung yang mengarah secara langsung ke aliran fluida. Tabung ini berisi fluida, sehingga tekanan bisa diukur dengan



6



perubahan tinggi dari fluida tersebut. Tekanan stagnasi dari fluida, juga disebut dengan tekanan total atau tekanan pitot. Tekanan stagnasi yang terukur tidak bisa digunakan untuk menentukan kecepatan fluida. Namun, persamaan Bernoulli menyatakan bahwa: Tekanan stagnasi = Tekanan Statis + Tekanan Dinamis yang juga bisa dinyatakan dengan: Pt = Ps + (



𝜌𝑉 2 2



)



Penyelesaian nilai kecepatannya menjadi: 2(𝑃𝑡−𝑃𝑠)



V=√



𝜌



Dimana; V adalah kecepatan fluida, Pt adalah tekanan stagnasi, Ps adalah tekanan statik, dan 𝜌 adalah densitas fluida Namun persamaan di atas hanya untuk fluida inkompressibel (fluida yang tidak dapat ditekan), sehingga nilai tekanan akan turun sebesar Δp akibat perbedaan tinggi atau Δh yang terbaca pada manometer.



7



BAB III STUDI KASUS



Studi Kasus 1 Udara mengalir di dalam pipa dengan perbedaan tekanan pada pipa pitot static yaitu 0,05 psi. Berapa kecepatan udara pada pipa tersebut ? Penyelesaian: Diketahui : P = 0,05 psi Ditanya : V ….? Jawab : 2.0,05 𝑙𝑏𝑓/𝑖𝑛2 144 𝑖𝑛2 32,2 𝑙𝑏𝑚.𝑓𝑡



𝑉 = (0,075 𝑙𝑏𝑚/𝑓𝑡 3 .



𝑓𝑡 2



.



𝑙𝑏𝑓.𝑠2



1/2



)



= 78,6



𝑓𝑡 𝑠



= 23,9



𝑚 𝑠



Studi Kasus 2 Sebuah pesawat udara terbang dengan kecepatan 100 mil/jam pada ketinggian 10000 ft di atmosfer standar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. Tentukan tekanan pada titik stagnasi dihidung pesawat, titik (2), dan perbedaan tekanan yang ditunjukkan oleh sebuah probe Pitot-statik yang dipasangkan pada badan pesawat. Bila P1 = 10.11 psi dan  = 0,056 lbm/ft3



Gambar 3.1 Tabung Pitot Statik pada pesawat



Penyelesaian : Diketahui : P1 = 10,11 psi = 10,11 lbf/in2 𝜌 = 0,056 lbf/ft3 V1= 100 ml/hr = 146,7 ft/s Ditanya : a) P2 ....?



8



b) ∆𝑃.....? Jawab : a) P2 = P1 +



𝜌𝑉12 2 𝑙𝑏𝑓



𝑙𝑏𝑓



146,7 𝑓𝑡 2



1 0,056 𝑙𝑏𝑚



= 10,11 𝑖𝑛2 + 2



𝑓𝑡 3



1 0,056 𝑙𝑏𝑚



= 10,11 𝑖𝑛2 + 2 𝑙𝑏𝑓



(



𝑓𝑡 3 𝑙𝑏𝑓



.



)



𝑠



21520,89 𝑓𝑡 2 𝑠2 𝑓𝑡 2



= 10,11 𝑖𝑛2 + 18,71 𝑓𝑡 2 . 144 𝑖𝑛 2 𝑙𝑏𝑓



𝑙𝑏𝑓



= 10,11 𝑖𝑛2 + 0,13 𝑖𝑛2 𝑙𝑏𝑓



P2 = 10,24 𝑖𝑛2 = 10,24 psi b) ∆𝑃 =



𝜌𝑉12 2



𝑃2 − 𝑃1 =



𝜌𝑉12 2



𝑃2 − 𝑃1= 0,13 psi



9



𝑙𝑏𝑓.𝑠2



. 32,2 𝑙𝑏𝑚 .𝑓𝑡



BAB IV PENUTUP



4.1. Kesimpulan Penerapan hukum bernoulli pada pitot static tube yaitu untuk mengukur kecepatan udara dengan mengetahui tekanan statis dan tekanan stagnasi. Tekanan stagnasi = Tekanan Statis + Tekanan Dinamis yang juga bisa dinyatakan dengan: Pt = Ps + (



𝜌𝑉 2 2



)



Penyelesaian nilai kecepatannya menjadi: 2(𝑃𝑡−𝑃𝑠)



V=√



𝜌



10