Flowmeter: Laporan Praktikum [PDF]

Citation preview

Laboratorium Aliran Fluida dan Separasi Mekanik Semester I 2018 / 2019



LAPORAN PRAKTIKUM



FLOWMETER



Pembimbing : Tri Hartono, LRSC, M. ChemEng Kelompok :1 Tgl. Praktikum: 24 Februari 2019 Nama Nim Kelas



: : :



JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG 2019



FLOWMETER I.



Tujuan Percobaan a. Menentukan hubungan head loss (rugi tekanan) akibat gesekan fluida dan kecepatan aliran air melalui pipa kasar dan pipa halus. b. Menentukan hubungan antara koefisien gesekan fluida (fluid friction coefficient) dan Bilangan Reynolds untuk air yang mengalir dalam pipa berpermukaan kasar. c. Menentukan head loss berkaitan dengan air yang mengalir melalui sambungansambungan (fittings) d. Mendemonstrasikan aplikasi peralatan differential head dalam pengukuran laju alir dan kecepatan fluida dalam pipa.



II. Dasar Teori Laju aliran zat cair dalam pipa bisa diukur menggunakan berbagai cara. Banyak di antaranya, seperti disk meter yang digunakan di rumah tangga untuk mengukur pemakaian air dan rotameter (yang terdiri dari sebuah pelampung dalam sebuah tabung melebar yang vertikal), adalah alat-alat yang dibaca secara lamgsung. Ada dua metode pendekatan yang boleh digunakan: 1. Persamaan Bernoulli (bila aliran satu-dimensi, tanpa rugi-rugi dalam bentuk pelepasan energi) dan persamaan kontinuitas boleh dituliskan untuk daerah antara sebuah potongan dalam pipa dan potongan lain di tempat penyempitan, lalu ekspresi untuk laju aliran boleh didapatkan dari penggabungan keduanya. 2. Alat ukur aliran (flow meter) dapat dikalibrasi, baik oleh publik maupun pengguna sebelum atau sesudah instalasi. A. Gesekan Fluida Dalam Permukaan Pipa Halus Osborn Reynolds mendemonstrasikan dua jenis aliran yang terjadi dalam suatu pipa: a. Aliran laminer pada kecepatan rendah dimana Head Loss, h ∝ kecepatan, u b. Aliran turbulen pada kecepatan tinggi dimana h ∝ 𝑢𝑛 Kedua jenis aliran inin dipisahkan oleh aliran transisi dimana tidak ada batasan hubungan antara h dan u. Grafik antara h dengan u dan log u menunjukkan daerahdaerah ini.



B. Head Loss Akibat Gesekan Melalui Pipa Untuk fluida mengalir dalam pipa, headloss (mm H2O) akibat gesekan dapat dihitung dengan persamaan



Dimana, L = panjang pipa antara tappings (m) = 1 m untuk semua pipa-pipa d = diameter dalam pipa (m) u = kecepatan rata-rata air melalui pipa (m/s) g = 9.81 (percepatan gravitasi, m/s2) f = koefisien gesek pipa (British) 4f = lamda (American)



Nilai f dapat ditentukan melalui diagram moody setelah diperoleh bilangan Re untuk aliran di dalam pipa



C. Head Loss Akibat Melalui Sambungan-Sambungan Suatu instalasi pipa biasa menggunakan bermacam-macam sambungan, misal bends, elbows, tees, dan valves sehingga membentuk hambatan aliran. Head Loss dalam sambungan adalah proporsional terhadap kecepatan fluida yang mengalir melalui sambungan-sambungan tersebut



Dimana, h = head loss across fittings (mm H2O) K = fittings factor u = mean velocity of water through the pipe (m/s) g = 9.81 (accelaration due to gravity m/s2) Elbow meter



Aliran melalui sebuah siku dalam suatu saluran pipa mengakibatkan tekanan yang lebih tinggi pada permukaan dinding lingkar luar ketimbang pada permukaan dinding lingkar dalam.



Walaupun pengandaian bahwa aliran disitu merupakan sebuah vorteks non rotasi tidak sahih sepenuhnya, beda tekanan yang terjadi merupakan fungsi laju aliran. Beda head piezometrik atau head tekanan yang diukur menggunakan tap-tap piezometer yang sesuai dapat memberikan penunjukan pada sebuah manometer diferensial dan harga yang diperoleh menyatakan laju aliran. D. Pengukuran Aliran Menggunakan Penurunan Tekanan (Head Loss) 1. Venturi meter Venturi meter digunakan untuk mengukur laju aliran di dalam pipa. Alat ukur ini pada umumnya berupa benda tuangan yang terdiri dari : - Bagian hulu, yang berukuran sama dengan pipa, mempunyai lapisan perunggu, dan mempinyai cincin pizometer guna mengukur tekanan statik. - Daerah kerucut konvergen - Leher yang berbentuk silinder dengan lapisan perunggu yang mempunyai cincin pizometer, - Daerah kerucut yang berdivergensi secara berangsur-angsur menjadi bagian yang berbentuk silinder yang berukuran sama dengan pipa. Dalam cairan dari pipa ke leher, kecepatan sangat meningkat dan sesuai dengan hal itu tekanan sangat berkurang. Tekanan di penampang hulu dan leher adalah tekanan nyata, dan kecepatan-kecepatan dari persamaan bernoulli adalah kecepatan teoritis. Bila dalam persamaan energi kerugian diperhitungkan, maka kecepatan-kecepatan merupakan kecepatan nyata.



2. Orifice meter Meteran laju adalah alat yang menentukan, pada umumnya dengan satu pengukuran ukuran saja, jumlah (berat atau volume) per waktu satuan yang melalui suatu penampang tertentu. Orifice dapat digunakan untuk mengukur laju aliran yang keluar dari suatu reservoar atau yang melalui sebuah pipa. Orifice (pelat lubang ukur) bertepi siku dalam pipa menyebabkan kontraksi (penyempitan) jet di sebelah hilir lubang orifice.



III. Alat yang digunakan 1. 2. 3. 4. 5. 6.



17mm Smooth Bore Pipes 17mm Artificial Rounghen Pipe 900 Elbow 900 Bend Venturi Meter Orifice Meter



IV. Prosedur Percobaan 4.1 Prosedur Umum Start Up 1. Memastikan peralatan terpasang dengan benar dan Hydraulic Bench terletak dekat dengan peralatan. 2. Mengisi air dengan tangki volumertri sampai ±90% full 3. Menghubungkan suplai air dari tangki volumetris ke peralatan menggunakan selang fleksibel. 4. Menghubungkan selang fleksibel keluaran dari peralatan ke dalam tangki volumetris. 5. Membuka penuh outlet control valve pada peralatan dan alirkan air melalui seksi pipa dengan memutar switching the valves. 6. Menutup penuh bench flow control valve. 7. Menghubungkan main power supply dan kemudian switch on pump. 8. Membuka aliran masuk bench flow control valve perlahan-lahan dan biarkan sampai semua pipa terisi air serta udara yang ada dalam pipa keluar dari sistem. 4.2. Prosedur pada Percobaan 1,2,3,4,5 dan 6. 1. Melakukan Star-Up peralatan sesuai prosedur umum. 2. Memutar katup (Outlet atau Inlet valve) agar air mengalir kedalam 17 mm smooth bore pipes 3. Memasang selang high(H) dan low(L) dari differential pressure transmitor ke pipa yang akan diuji laju alirnya 4. Mengukur laju alir menggunakan tangki volumetrik yang berkaitan dengan katup kontrol aliran (flow control valve). 5. Jika peralatan sudah di atur, maka dapat memulai praktikum dengan menentukan volume yang diinginkan, menutup jalan keluarnya aliran pada tangki, menyalakan stopwatch saat volume berada di nol sampai volume yang



6. 7.



V.



diinginkan dan mengukur head loss tapping menggunakan differential pressure transmitter Mengulangi percobaan dengan volume berbeda dan mencatat hasilnya. Melakukan percobaan yang sama pada 17 mm artificial rounghen pipe, 900 Elbow, 900 Bend, Venturi meter, dan Orifice meter.



Data Pengamatan a. 17mm Smooth Bore Pipes Volume (L) 3 6 12 24 46



waktu (s) 12,6 20,9 27,5 48,9 75,4



ΔH (mmH2O) 76,46 152,46 286,77 347,94 623,32



b. 17mm Artificial Rounghen Pipe Volume (L) 2 4 8 16 32



waktu (s) 26,2 21,3 28,9 43,7 79



ΔH (mmH2O) 111,99 721,89 1635,2 2265,47 3317,27



c. 900 Elbow (d = 25mm) Volume (L) 3 9 18 26 34



waktu (s) 9,2 24 39,1 50,6 63,5



ΔH (mmH2O) 1,22 3,07 4,28 9,89 12,54



d. 900 Bend (d= 25mm) Volume (L) 2 7 13 20 30



waktu (s) 6,3 21,9 36,0 44,9 68,9



ΔH (mmH2O) 4,59 12,58 12,86 18,90 21,5



waktu (s)



ΔH (mmH2O)



e. Venturi meter Volume (L)



5 10 16 22 36



32,5 36,3 34,3 39,0 40,6



17,30 78,02 176,21 324,71 766,52



d1 =



Data C (𝟗𝟎𝟎 Elbow) d = 0.025 m μ = 0.00115 Ns/m2 ρ = 999 kg/m3 𝐴=



V (L) 3 9 18 26 34



t (s) 9.2 24 39.1 50.6 63.5



Q (m3/s) 𝑉 (𝑄 = ) 𝑡 0.000326087 0.000375 0.000460358 0.000513834 0.000535433



𝜋 2 𝜋 𝑑 = (0.025𝑚)2 = 0.000491 𝑚2 4 4



h (mm H20) 1.22 3.07 4.28 9.89 12.54



u (m/s) 𝑄 (𝑢 = ) 𝐴 0.664299 0.763944 0.937834 1.046774 1.090775



V (m^3) 0.003 0.009 0.018 0.026 0.034



K 2𝑔ℎ (𝐾 = 2 ) 𝑢 0.054242 0.103208 0.095475 0.177088 0.206788



h (m H20) 0.00122 0.00307 0.00428 0.00989 0.01254



Re



14426.84 16590.86 20367.3 22733.2 23688.79



Data E (Venturi meter) d1 = 25 mm = 0.025 m d2 = 10 mm = 0.01 m 𝐴1 =



𝜋 2 𝜋 𝑑 = (0.025𝑚)2 = 0.000490874 𝑚2 4 4



𝐴2 =



𝜋 2 𝜋 𝑑 = (0.01𝑚)2 = 0.00007854 𝑚2 4 4



V (L) 5 10 16 22 36



t (s) 32.5 36.3 34.3 39 40.6



h (mm H20) 17.3 78.02 176.21 324.71 766.52



h (m H20) 0.0173 0.07802 0.17621 0.32471 0.76652



3



Q (m /s) 0.000153846 0.000275482 0.000466472 0.000564103 0.0008867



ln Q 𝑉 (𝑄 = ) 𝑡 -8.7795575 -8.1969879 -7.6703119 -7.4802745 -7.0280044



ln h -4.05705 -2.55079 -1.73608 -1.12482 -0.26589