19. Orifis & Jet Apparatus

Universitas Andalas

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Aliran fluida di dalam talang mengalami tahanan gesek yang berasal dari gesekan antara molekul fluida dan gesekan antara fluida dengan dinding talang. Pada orifis juga terjadi gesekan antara fluida dengan orifis. Hal ini dapat dilihat dari kecepatan dan semburan keluar dari orifis. Untuk dapat mengamati fenomena ini maka dilakukan praktikum orifis dan jet apparatus.

1.2 Tujuan Praktikum

Praktikum I 1. Mampu Mampu menen menentuk tukan an harga harga Cv dari dari sebuah sebuah orif orifis is 2. Mampu Mampu menentuk menentukan an pengaruh pengaruh diameter diameter orifis orifis terhadap terhadap nilai nilai Cv Cv Praktikum II 1. Menentukan Menentukan koefisien koefisien buang buang (Cd) pada sebuah orifis 2. Mengetahui Mengetahui pengaruh pengaruh head dan diameter diameter orifis orifis terhadap terhadap Cd 3. Memahami Memahami dan dan menyim menyimpulkan pulkan hubungan hubungan Cv dengan dengan Re

1.3 Manfaat

Dengan Dengan praktikum praktikum ini dapat diketahui diketahui karakteristik karakteristik aliran fluida di dalam orifis orifis dan juga juga menget mengetahu ahuii hubung hubungan an antara antara data data teoriti teoritiss dengan dengan data data hasil hasil percobaan.

Orifis & Jet Apparatus (Kelompok 9)

131

Universitas Andalas

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Dasar Objek

Lubang kecil pada dinding atau dasar tangki atau bejan di mana fluida mengalir mengalir melaluinya, melaluinya, biasanya biasanya dipergunaka dipergunakan n untuk untuk mengukur mengukur aliran. aliran. Lubang Lubang tersebut dapat berbentuk segi empat, segi tiga atau lingkaran. Sisi hulu tersebut bisa tajam atau di bulatkan.

Gambar 5.1 Pengaliran Melalui Lubang

Gambar Gambar menunj menunjukk ukkan an fluida fluida yang yang mengal mengalir ir melalui melalui lubang lubang kecil kecil dari dari suatu tangki. Pusat lubang terletak pada jarak h dari muka air. Karena adanya komponen komponen vertikal aliran dekat dinding, dinding, maka garis aliran akan menguncup menguncup,, dan kemudian akan sejajar mulai titik yang mempunyai penampang minimum yang disebut dengan vena kontrakta. Dengan Dengan menggu menggunak nakan an persam persamaan aan Bernou Bernoulli lli pada pada permuk permukaan aan fluida fluida di kolam dan vena kontrakta, kontrakta, kecepatan pada titik tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut:


132

Universitas Andalas

Fluida yang keluar melalui orifis mendapat tahanan gesek yang berasal dari gesekan antara permukaan orifis dan fluida. Jika gesekan tersebut diabaikan dan semburan berbentuk free jet kecepatan kecepatan dapat dihitung dihitung dengan dengan menggunak menggunakan an persamaan Bernoulli. v1 = 0

h1

h2

Dari persamaan bernoulli :

P 1 ρ g

+

v1

2

2 g

+ h1 =

P 2 ρ g

+

v2

2

2 g

+ h2

Asumsi : P1=P2 = 1 atm v1= 0


133

Universitas Andalas

vi

=

2 ⋅ g ⋅ h

Gesekan antara fluida dan orifis menyebabkan kecepatan fluida kurang dari vi, dan penampang keluaran semburan keluar dari orifis tidak seragam. Daerah yang mempunyai penampang yang paling kecil disebut vena contracta. Kecepatan dan penampang vena contracta dinyatakan dengan A dan V. Perbandingan antara v dan v i disebut koefisien kecepatan Cv, Cv

=

v vi

Dengan memasukkan persamaan (1) ke persamaan (2) didapatkan v = C v

2 ⋅ g ⋅ h

v dinyatakan sebagai fungsi dari x dan y x

v=

2g h

dan laju aliran volume dinyatakan sebagai berikut: Q=v⋅ A Jika fluida mengalir melalui orifis tanpa gesekan laju aliran volume dinyatakan sebagai berikut: Qi = vi Ao

Gesekan antara orifis dan fluida menyebabkan laju aliran volume berubah menjadi Q=V⋅ A Perbandingan antara Q dan Q i disebut koefisien buang C d: Cd

=

Q Qi


134

Universitas Andalas maka ; Q = Cd A o

2g h

Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk merubah permukaan air dalam tanki dari hi ke h2 pada sistem aliran orifis adalah: t=

2At Cd Ai

2g

(

h1

−

h2

)

Kavitasi adalah terjadinya penurunan tekanan fluida sehingga fluida mencapai titik uap lebih rendah dari tekanan atmosfer dan fluida yang menguap ini membentuk uap air dan terjadinya gejala ledakan akibat uap air ini pecah.

Gambar perubahan kecepatan dan tekanan melalui orifis:

Gambar 5.2 perubahan kecepatan dan tekanan melalui meteran penghalang bernoulli

Secara umum, orifis mempunyai bentuk sebagai suatu plat yang mempunyai lubang ditengahnya. Contoh bentuk orifis seperti gambar berikut:


135

Universitas Andalas

Gambar 5.3 orifis

Gambar dibawah yang merupakan contoh gambar dari Orifis untuk flowmeter dan Restriction Orifice.

Gambar 5.4 konstruksi orifis

Bentuk dari orifis flowmeter dan restriction orifice diatas adalah bentuk yang sering dijumpai dan secara umum perbedaannya terdapat pada profil lubang dari kedua orifis tersebut. Orifis untuk flowmeter umumnya mempunyai profil lubang yang awalnya lurus, tetapi kemudian bertakik (bevel ) dengan kemiringan sekitar 45o. Sedangkan restriction orifice mempunyai profil lubang yang lurus.


136

Universitas Andalas Perbedaan Orifice dan Restriction Orifice

Untuk mengetahui beda Orifis dan Restriction Orifice dapat dilihat profil tekanan suatu fluida yang melewati Orifis dan Restriction Orifice pada kondisi desain mereka masing-masing dari gambar dibawah.

Gambar 5.5 perbedan orifis & Restriction Orifice

Jika kita perhatikan dengan cermat, besarnya tekanan hilang ( pressure loss) yang diakibatkan oleh adanya penyempitan area fluida pada orifis tidaklah sebesar seperti halnya pada restriction orifice. Pada orifis flowmeter, karena bentuk lubangnya yang mempunyai takik – yang berarti mengurangi jarak tempuh dari flow tersebut mengalami perbedaan penampang melintang, maka profil tekanan yang terjadi setelah melewati orifis akan menurun, tetapi kemudian mencoba kembali ke tekanan semula dan terdapat sedikit hilang tekan permanen ( permanent pressure loss) sehingga perbedaan antara tekanan upstream dan tekanan downstream tidak terlalu besar. Sedangkan pada Restriction Orifice, karena bentuk lubangnya yang lurus dan cukup panjang – tergantung ketebalan plat -, maka besarnya hilang tekan permanen ini cukup besar sehingga perbedaan antara tekanan upstream dan tekanan downstream cukup mencolok. Dalam kasus ini, aliran fluida dalam keadaan dicekik (choked flow).


137

Universitas Andalas Dalam masalah desain, orifice untuk flowmeter selalu didesain untuk flow dalam subsonic velocity dalam rangka menjamin keakurasian pengukuran aliran, sedangkan restriction orifice selalu didesain untuk flow dalam sonic velocity untuk menjamin adanya choked flow. Sejatinya fungsi utama RO adalah membatasi aliran (limiting flow). Fungsi pembatasan tekanan (limiting pressure) dari RO pada hakekatnya merupakan konsekuensi dari relasi antara pressure drop dan flowrate. Fenomena choked flow sendiri adalah terjadinya mass flowrate yang konstan meskipun downstream pressure-nya menurun akibat sonic velocity. Dalam aplikasi riilnya di plant, fungsi pembatasan aliran dan pembatasan tekanan sama-sama dapat diterapkan dengan menggunakan RO. Pembatasan aliran antara sistem pressure vessel dengan flare system

Terdapat suatu pressure vessel baru yang hendak diinstalasi dan existing flare system yang mempunyai kapasitas tertentu. Kapasitas dari flare system yang existing sebetulnya telah didesain dengan tidak memperhitungkan kehadiran pressure vessel baru tersebut, sedangkan untuk membuat tambahan flare system yang baru untuk memperbesar kapasitas flare system yang ada tidaklah ekonomis. Disatu sisi, kapasitas dari flare ini tentunya tidak boleh terlewati dan salah satu solusinya adalah memasang RO yang mempunyai fungsi sebagai pembatas aliran. Pemasangan RO di downstream BDV pada umumnya dilakukan atas nasehat studi overpressure protection serta blowdown study, agar kapasitas flarenya tidak terlewati.


138

Universitas Andalas

Gambar 5.6 Sketsa sederhana pressure vessel , RO dan flare system

Pembagian beda tekan pada

control valve

Terdapat recycle line dari suatu sistem yang bertekanan tinggi (discharge dari reciprocating compressor ) dan masuk ke dalam sistem bertekanan rendah (vessel separator ). Diinginkan untuk meregulasi tekanan dari fluida yang hendak di recycle dengan menggunakan control valve yang bukan special design. Control valve pada hakekatnya mempunyai fungsi melakukan regulasi suatu aliran fluida dengan membuat perbedaan tekanan antara upstream dan downstream. Dengan begitu terdapat fakta bahwa akan terjadi pressure drop yang cukup tinggi pada control valve tersebut. Dengan begitu tingginya perbedaan tekanan antara upstream dan downstream, control valve punya beban cukup besar untuk mereduksi tekanan fluida tersebut. Sedikit menyimpang dari topik utama, ada beberapa pertimbangan ketika mendesain control valve yang mempunyai hilang tekan yang tinggi: 1. Pada pressure drop yang tinggi berarti dapat terjadi erosi, abrasi atau cavitation pada trim dari control valve.


139

Universitas Andalas 2. Pada pressure drop yang tinggi hydrate/liquid droplets/material solid memungkinkan untuk terbentuk didalam valve (tergantung dari fluida dan material lain yg terikut). 3. Pressure

drop yang tinggi akan menyebabkan terjadinya

outlet

temperature dari control valve sangat rendah (penurunan tekanan biasanya diikuti oleh penurunan temperature = Joule-Thomson effect), sehingga pada beberapa material katup dapat menjadi brittle/getas yang bisa mengakibatkan pecahnya katup. 4. Kecepatan tinggi akibat pressure drop yang tinggi dapat mengerosi downstream piping . 5. Pressure drop yang tinggi berarti jumlah energi yang didisipasikan dalam turbulensi adalah cukup besar dan menyebabkan noise (bising). Alternatif aplikasi control valve untuk hilang tekan yang tinggi adalah menggunakan special desain dari control valve atau pembagian beda tekan antara control valve dengan device lain, yaitu Restriction Orifice. Untuk mengurangi beban tersebut dapat dipasang Restriction Orifice setelah control valve tersebut. Pemasangan restriction orifice seperti pada gambar dibawah.

Gambar 5.7 Sketsa sederhana control valve dan pressure vessel


140

Universitas Andalas Untuk aplikasi RO di downstream control valve, pada dasarnya digunakan prinsip/korelasi bahwa untuk flow rate tertentu dan Bore size tertentu terdapat perbedaan tekan (differential pressure) tertentu. Secara umum, Differential Pressure yang dibutuhkan oleh control valve tersebut di bagi antara control valve dan Restriction Orifice. Dengan pembagian Differential Pressure ( share DP) diharapkan efek vibrasi yang akan terjadi pada pipa tidak begitu besar akibat perubahan differential pressure yang terlalu besar di satu device. Perlu diperhatikan dengan cermat bahwa sebenarnya control valve adalah alat utama yang menanggung beda tekan, sehingga porsi pembagian differential pressure yang terbesar adalah di control valve bukan di RO. Aplikasi pembagian DP seperti dijelaskan diatas dapat menggunakan special design control valve yang mampu

bekerja

dalam

high

differential

pressure,

tentunya

dengan

mempertimbangkan bahwa aliran yang diatur disana adalah line yang kritikal karena dengan special design dari control valve tentunya akan mempunyai biaya yang spesial juga. Aplikasi Orifis

Berikut adalah contoh aplikasi Restriction Orifice (RO) pada suatu plant: Terdapat pressure

vessel yang

hendak di kurangi tekananannya

(depressurize) dan fluida yang dilepas tersebut hendak disalurkan ke flare system. Dalam kasus ini, tekanan dari pressure vessel tersebut jauh lebih tinggi dari tekanan dari flare system (utamanya tekanan operasi dari knock out drum), sedangkan hilang tekan karena panjangnya pipa tidak terlalu signifikan mereduksi tekanan yang berasal dari pressure vessel tersebut. Oleh sebab itu Restriction Orifice (RO) dapat digunakan untuk membantu mereduksi tekanan fluida tersebut sebelum masuk ke flare header , sehingga ketika fluida mencapai knock out drum diharapkan tekanan dari fluida tersebut sudah menyamai tekanan operasi dari knock out drum. Pemasangan Restriction Orifice (RO) seperti pada gambar dibawah.


141

Universitas Andalas

Gambar 5.8. Sketsa sederhana pressure vessel dan flare system

Gambar 5.9. Instalasi pipa yang memakai plat orifice flowmeter


142

Universitas Andalas

Gambar 5.10. Compact Orifice Flowmeter

2.1 Teori Dasar Alat Ukur


143

Universitas Andalas 1.

Mistar

Merupakan alat ukur linier yang paling sederhana. Terbuat dari plat baja atau kuningan yang pada kedua sisi dari salah satu permukaannya diberi skala satuan. Ada berbagai jenis mistar sesuai dengan skalanya. Mistar yang skala terkecilnya 1 mm kita sebut mistar berskala mm. Mistar yang skala terkecilnya 1 cm kita sebut mistar berskala cm. Mistar yang biasa anda gunakan disekolah adalah mistar yang berskala mm. Satu bagian skala terkecil mistar ini adalah 1 mm atau 0,1 cm. Oleh karena itu ketelitian mistar adalah 1 mm atau 0,1 cm.

Gambar 5.11 Mistar

2.

Stopwatch Stopwatch adalah alat yang digunakan untuk mengukur lamanya waktu yang

diperlukan dalam kegiatan, Stopwatch secara khas dirancang untuk memulai dengan menekan tombol diatas dan berhenti sehingga suatu waktu detik ditampilkan sebagai waktu yang berlalu. Kemudian dengan menekan tombol yang kedua kemudian memasang lagi stopwatch pada nol. Tombol yang kedua juga digunakan sebagai perekam waktu.

Gambar 5.12 Stopwatch


144

Universitas Andalas 3.

Tabung Volumetrik

Merupakan alat yang digunakan untuk mengukur ketinggian air. Bisa juga untuk mengukur volume pada air yang dimasukkan kedalam tabung tersebut. Tabung ini memiliki skala pada dindingnya.

Gambar 5.13 Tabung Volumetrik


145

Universitas Andalas

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Gambar Alat

Gambar 5.14. Orifis and jet apparatus

Gambar 5.15. Skematik orifis and jet apparatus


146

Universitas Andalas 3.2 Alat Ukur

1. Mistar

Gambar 5.16. Mistar

2. Jarum penunjuk

Gambar 5.17. Jarum penunjuk

3. Orifis meter

(4)

(5)

Gambar 5.18. (4) Stopwatch dan (5) Volumetrik

4. Stopwatch 5. Volumetrik


147

Universitas Andalas 3.3 Asumsi-asumsi

1. Tinggi air di dalam tangkui atas divariasikan yaitu pada h = 400 mm, 380 mm, 2. 360 mm, 340 mm dan 320 mm

3. Diameter orifis yaitu 3 mm dan 6 mm 3.4 Prosedur Percobaan Praktikum 1 1. Pasang Apparatus (peralatan) diatas Hidroulic Bench, pastikan saluran

pipa 2. pelimpah masuk ke tangki pengumpul. 3. Atur kedataran apparatus melalui pengatur kaki, pastikan berada sejajar 4. dengan jarum pengukur. 5. Letakkan kertas millimeter pada Backboard .

6. Isikan air pada tangki (Head Tank) hingga mencapi ketinggian tertentu. 7. Catat ketinggian head pada skala. 8. Atur kedudukan jarum untuk menentukan lintasan dari pancaran air pada mulut orifis. 9. Ukur jarak antar vertical dan horizontal untuk setiap jarum pada kertas milimeter. 10. Isi data kedalam tabel.

11. Ulangi percobaan 1 s/d 8 untuk berbagai variasi h. 12. Hitung Cv. 13. Ulangi dengan plat orifis yang lain (mulut/lubang orifis). Praktikum 2 A. Head Tetap


148

Universitas Andalas 1. Ukur diameter orifis. Gunakan lubang plat orifis sesuai dengan keperluan. 2. Ukur diameter dalam dari Headtank.

3. Lakukan Prosedur 1 s/d 5 pada praktikum 1 4. Catat ketinggian head ( h ) pada skala tangki, dan ukur laju aliran Q 5. dengan menggunakan tangki volumetrik.

B. Head Berubah 1. Alirkan air sampai ketinggian maksimum (h1) pada Head tank 2. kemudian tutup inlet pada hydraulic bench.

3. Atur debit aliran. 4. Start stopwatch bersamaan dengan mematikan pompa. 5. Catat waktu ketika mencapai h2. 6. Hidupkan kembali pompa dan air pada ketinggian h2. 7. Start stopwatch kembali bersamaan dengan mematikan pompa. 8. Catat waktu ketika mencapai h3. 9. Demikian seterusnya sampai h5.


149

Universitas Andalas

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Praktikum

1. Praktikum I Diameter(mm

X

)

(mm) 50 100 150 200 250 300 50 100 150 200 250 300

3

6

Y (mm) h=400 mm 164 160 153 141 126 109 165 161 153 142 128 119

h=380mm 164 159 151 139 124 105 165 160 153 140 125 108

h=360mm 163 158 150 138 121 102 164 160 152 138 124 103

h=340mm 163 158 149 136 119 98 164 160 150 137 120 99

h=320mm 163 158 149 134 116 93 164 154 149 136 117 95

2. Praktikum II a. Head Tetap


150

Universitas Andalas Diameter (mm)

Volume (liter)

3

1

6

1

H (mm) 400 380 360 340 320 400 380 360 340 320

Waktu (detik) 70 70 71 74 80 17 18 19 19 19

b. Head Berubah Diameter(mm)

Volume (liter)

H (mm)

Waktu(detik)

0.32 0.345 0.42 0.345 0.365 0.37 0.38 0.37

400-380

23 24 30 25 27 6 8 7

0.36 0.39

340-320

3

6

380-360 360-340 340-320 320-300 400-380 380-360 360-340 320-300

7 8

4.2 Contoh Perhitungan

1. Praktikum 1 Jumlah (n) = 6 D Tank = 150 mm a. Orifis dengan d = 3 mm h = 360 mm

Σy

= 832 mm

Σy2

= 118122 mm 2

Σx2/h

= 631,944444 mm

Σ((x2/h)y) = 76736,11111 mm 2


151

Universitas Andalas

  x 2   x 2    nΣ h y   −  Σ h   ( Σ y )       m= 2 2   nΣ y − ( Σ y )      (6 × 76736,11111) − (631,944444 × 832)  =  2 (6 × 118122) − ( 832)   = 3,95935977 Cv

=

m

3,95935977

=

2

2

= 0,994907

2. Praktikum II A. Head Tetap 1. Orifis dengan d = 3 mm = 0.003 m Volume = 1 liter =1 x 10 -3 m3 g = 9,81 m/s 2 h = 0,38 m t = 70 detik

Q=

Qi

Vol t

=

Cd =

3

−

=

1 x10 m

2 gh

4

Q Qi

=

=

70dt

2

π d

3

=

−

5

3

1,42857 × 10 m / dt

π (0.006)

2

4

2 x9.81 x 0.38

= 1,92909 × 10 −5 m 3 / dt

5

1,42857 × 10

−

1,92909 × 10

−

5

=

0,740539953

2. Orifis dengan d = 6 mm = 0.006 m Volume = 1 liter =1 x 10 -3 m3 g = 9,81 m/s 2 h = 0,38 m t = 18 detik

Q=

Vol t

3

−

=

1 x10 m 18dt

3

=

−

5

3

5,55556 × 10 m / dt


152

Universitas Andalas

Qi

=

Cd =

2

π d

4

Q Qi

=

2 gh

=

π (0.006)

2

2 x9.81 x 0.38

4

= 7,71638 × 10 −5 m 3 / dt

5

5,55556 × 10

−

7,71638 × 10

−

=

5

0,719969398

B. Head Berubah 1. Orifis dengan d = 3 mm = 0.003 m D Tank = 150 mm = 0.15 m Volume = 0,345 L = 0,345 x 10 -3 m3 g

= 9.81 m/s3

h1

= 340 mm = 0,34 m

h2

= 320 mm = 0,32 m

t

= 25 dt

Atan k

Aorifis

Q=

=

2

π d

t

Qi =

=

4

Vol

=

=

4

=

Cd =

2

π D

=

π (0.15)

π (0.003)

2

4

= 0.000007065 m 2

3

−

25

2 × Atan k ×

= 0.0176625m 2

4

0,345 x10

Aorifis

2

t × 2 g

=

(

3

0,0000138m / dt

h1

−

h2

2 × 0,0176625 0.000007065 × 25 2 x9.81

Q Cd

=

0,0000138 0,786092003

) (

0.34

−

0.32

) = 0,786092003

= 1,8247 × 10 −5 m 3 / dt


153

Universitas Andalas 2. Orifis dengan d = 6 mm = 0.006 m D Tank = 150 mm = 0.15 m Volume = 0,37 L = 0,37 x 10 -3 m3 g

= 9.81 m/s3

h1

= 360 mm = 0,36 m

h2

= 340 mm = 0,34 m

t

= 7 dt

Atan k

Aorifis

Q=

=

2

π d

t

Qi =

=

4

Vol

=

=

4

=

Cd =

2

π D

=

π (0.15)

4

π (0.006)

4

0,37 x10 7

×

= 0.0176625m 2

2

= 0.00002826 m 2

3

−

=

2 × Atan k Aorifis

2

t × 2 g

(

−

h1

−

2 × 0,0176625 0.00002826 × 7 2 x9.81

Q Cd

=

5

3

5,28571 × 10 m / dt

5,28571× 10 −5 0,681510836

h2

)

(

0.36

−

0.34

) = 0,681510836

= 7,5106 × 10 −5 m 3 / dt

4.3 Tabel Hasil Perhitungan 

Diameter(mm ) 3 3 3 3 3 3

n 6 6 6 6 6 6

Pratikum I

H(mm) 400 400 400 400 400 400 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050

Y(mm) 164 160 153 141 126 109 853

X2/H 6,25 25 56,25 100 156,25 225 568,75


(X2/H)Y 1025 4000 8606,25 14100 19687,5 24525 71943,75

Y2(mm2) 26896 25600 23409 19881 15876 11881 123543

m

Cv

3,91832735

0,989738

154

Universitas Andalas


n 6 6 6 6 6 6

H(mm) 380 380 380 380 380 380 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050

Y(mm) 164 159 151 139 124 105 842

X2/H 6,578947368 26,31578947 59,21052632 105,2631579 164,4736842 236,8421053 598,6842105

(X2/H)Y 1078,947368 4184,210526 8940,789474 14631,57895 20394,73684 24868,42105 74098,68421

Y2(mm2) 26896 25281 22801 19321 15376 11025 120700

Y(mm) 163 158 150 138 121 102 832

2

X /H 6,944444444 27,77777778 62,5 111,1111111 173,6111111 250 631,9444444

(X2/H)Y Y2(mm2) 1131,944444 26569 4388,888889 24964 9375 22500 15333,33333 19044 21006,94444 14641 25500 10404 76736,11111 118122


n 6 6 6 6 6 6

H(mm) 360 360 360 360 360 360 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050


n 6 6 6 6 6 6

H(m) 340 340 340 340 340 340 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050

Y(mm) 163 158 149 136 119 98 823

X2/H 7,352941176 29,41176471 66,17647059 117,6470588 183,8235294 264,7058824 669,1176471

(X2/H)Y 1198,529412 4647,058824 9860,294118 16000 21875 25941,17647 79522,05882

Y2(mm2) 26569 24964 22201 18496 14161 9604 115995

H(mm) 320 320 320 320 320 320 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050

Y(mm) 163 158 149 134 116 93 813

X2/H 7,8125 31,25 70,3125 125 195,3125 281,25 710,9375

(X2/H)Y 1273,4375 4937,5 10476,5625 16750 22656,25 26156,25 82250

Y2(mm2) 26569 24964 22201 17956 13456 8649 113795

H(mm) 400 400 400 400 400 400

X(mm ) 50 100 150 200 250 300

Y(mm) 165 161 153 142 128 119

X2/H 6,25 25 56,25 100 156,25 225

(X2/H)Y 1031,25 4025 8606,25 14200 20000 26775

Y2(mm2) 27225 25921 23409 20164 16384 14161



n 6 6 6 6 6 6

n 6 6 6 6 6 6


m

Cv

3,90522447

0,988082

m

Cv

3,95935977

0,994907

m

Cv

3,94568267

0,993187

m

Cv

3,87561064

0,984329

m

Cv

4,51279528

1,062167

155

Universitas Andalas


n 6 6 6 6 6 6

JUMLAH

1050

868

568,75

74637,5

127264

H(mm) 380 380 380 380 380 380 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050

Y(mm) 165 160 153 140 125 108 851

X2/H 6,578947368 26,31578947 59,21052632 105,2631579 164,4736842 236,8421053 598,6842105

(X2/H)Y 1085,526316 4210,526316 9059,210526 14736,84211 20559,21053 25578,94737 75230,26316

Y2(mm2) 27225 25600 23409 19600 15625 11664 123123

Y(mm) 164 160 152 138 124 103 841

X2/H 6,944444444 27,77777778 62,5 111,1111111 173,6111111 250 631,9444444

(X2/H)Y 1138,888889 4444,444444 9500 15333,33333 21527,77778 25750 77694,44444

Y2(mm2) 26896 25600 23104 19044 15376 10609 120629


n 6 6 6 6 6 6

H(mm) 360 360 360 360 360 360 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050


n 6 6 6 6 6 6

H(mm) 340 340 340 340 340 340 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050

Y(mm) 164 160 150 137 120 99 830

X2/H 7,352941176 29,41176471 66,17647059 117,6470588 183,8235294 264,7058824 669,1176471

(X2/H)Y 1205,882353 4705,882353 9926,470588 16117,64706 22058,82353 26205,88235 80220,58824

Y2(mm2) 26896 25600 22500 18769 14400 9801 117966

H(mm) 320 320 320 320 320 320 JUMLAH

X(mm ) 50 100 150 200 250 300 1050

Y(mm) 164 154 149 136 117 95 815

X2/H 7,8125 31,25 70,3125 125 195,3125 281,25 710,9375

(X2/H)Y 1281,25 4812,5 10476,5625 17000 22851,5625 26718,75 83140,625

Y2(mm2) 26896 23716 22201 18496 13689 9025 114023


n 6 6 6 6 6 6



m

Cv

3,99660757

0,999576

m

Cv

3,95917123

0,994883

m

Cv

3,9185075

0,989761

m

Cv

4,04611623

1,005748

Pratikum II

a) Head tetap


156

Universitas Andalas

d (m) 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006

3

Vol m 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001

waktu (dt) 70 70 71 74 80 17 18 19 19 19

H(m) 0,4 0,38 0,36 0,34 0,32 0,4 0,38 0,36 0,34 0,32

Ai(mm2) 0,000007065 0,000007065 0,000007065 0,000007065 0,000007065 0,00002826 0,00002826 0,00002826 0,00002826 0,00002826

Q 1,42857E-05 1,42857E-05 1,40845E-05 1,35135E-05 0,0000125 5,88235E-05 5,55556E-05 5,26316E-05 5,26316E-05 5,26316E-05

Qi 1,97921E-05 1,92909E-05 1,87764E-05 1,82474E-05 1,77026E-05 7,91684E-05 7,71638E-05 7,51057E-05 7,29896E-05 7,08103E-05

Cd 0,721789062 0,740539953 0,750116525 0,740571772 0,706111616 0,743018152 0,719969398 0,700766754 0,721083041 0,743275386

b) Head berubah

d (m) 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006

3

Vol m 0,00032 0,000345 0,00042 0,000345 0,000365 0,00037 0,00038 0,00037 0,00036 0,00039

H(m) 0,4 0,38 0,36 0,34 0,32 0,4 0,38 0,36 0,34 0,32

waktu (dt) 23 24 30 25 27 6 8 7 7 8

A orifis (m2) 0,000007065 0,000007065 0,000007065 0,000007065 0,000007065 0,00002826 0,00002826 0,00002826 0,00002826 0,00002826

Atank (m2) 0,0176625 0,0176625 0,0176625 0,0176625 0,0176625 0,0176625 0,0176625 0,0176625 0,0176625 0,0176625

Q 1,3913E-05 0,000014375 0,000014 0,0000138 1,35185E-05 6,16667E-05 0,0000475 5,28571E-05 5,14286E-05 0,00004875

Cd 0,785952037 0,773300082 0,63607678 0,786092003 0,750986955 0,753204035 0,579975062 0,681510836 0,70186786 0,633645243

4.4 Grafik Hasil Percobaan

Praktikum 1 a. X2/h vs Y


157

Qi 1,9792E-05 1,9291E-05 1,8776E-05 1,8247E-05 1,7703E-05 7,9168E-05 7,7164E-05 7,5106E-05 7,299E-05 7,081E-05

Universitas Andalas


158

Universitas Andalas

b. Cv vs H

Praktikum 2 a. Head Tetap


159

Universitas Andalas

b. Head Berubah


160

Universitas Andalas

4.5 Analisa dan Pembahasan

Pada praktikum orifis dan jet apparatus ini digunakan dua ukuran orifis yaitu dengan ukuran diameter 3 mm dan 6 mm. Praktikum ini terbagi menjadi dua bagian. Praktikum pertama bertujuan untuk memperoleh koefisien kecepatan (Cv) dari sebuah orifis dan dapat menemukan pengaruh diameter orifis tersebut terhadap terhadap harga Cv. Sedangkan praktikum kedua bertujuan untuk memperoleh koefisien buang (Cd) dari orifis dan dapat mengetahui pengaruh head dan diameter orifis terhadap harga Cd tersebut serta dapat menyimpulkan hubungan antara Cv dan Re. Pada praktikum 1 diukur ketinggian air keluaran (Y) pada variasi head tiap jarak (X) kelipatan 50 mm pada enam posisi. Percobaan ini dilakukan untuk


161

Universitas Andalas kedua diameter orifis. Secara umum, percobaan ini menunjukkan bahwa makin jauh jaraak X, maka ketinggian air keluar (Y) juga semakin rendah. Sementara pada variasi head juga menunjukkan fenomena yang sama yaitu nilai Y yang semakin rendah jika headnya juga rendah. Menurut teori, makin kecil nilai head, makin kecil pula nilai Y karena tekanannya semakin kecil. Untuk praktikum 2 dilakukan dengan head tetap dan head berubah. Dari hasil percobaan dengan head tetap dapat dilihat bahwa untuk memperoleh air dengan volume 1 liter dibutuhkan waktu yang lebih lama untuk head yang lebih kecil. Di mana hal tersebut berlaku untuk kedua diameter orifis. Menurut teori, semakin rendah head maka waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh sejumlah volume tertentu dari fluida juga semakin lama. Sedangkan untuk percobaan dengan head berubah dilakukan dengan mengubah head air dengan selisih 20 mm. Dari hasil percobaan diperoleh data yang sedikit acak. Namun, secara umum terlihat bahwa untuk mencapai selisih head sebesar 20 mm tersebut, diperlukan waktu yang semakin lama untuk head awal yang semakin kecil, serta volume air yang diperoleh pun umumnya terjadi peningkatan. Dari perhitungan pada praktikum 1 diperoleh harga koefisien kecepatan (Cv). Jika dilihat dari penagruh diameter orifis terlihat bahwa rata-rata harga Cv untuk orifis berdiameter 6 mm lebih besar daripada orifis berdiameter 3 mm. Artinya makin besar diameter orifis, maka harga Cv juga semakin besar. Berdasarkan kedua percobaan tersebut diperoleh hubungan antara Cv terhadap h, Cd terhadap Q, dan Cd terhadap Qi. a.

Grafik Cv vs h Dari grafik Cv terhadap h terlihat untuk orifis dengan diameter 3 mm dan 6 mm diperoleh nilai Cv yang naik turun untuk harga head yang bertambah. menurut teori, makin meningkat head, maka harga Cv akan semakin menurun. Tapi pada percobaan diperoleh hasil yang berbeda. Hal ini dapat disebabkan oleh kesalahan praktikan dalam membaca data.

b.

Grafik Cd vs Q Menurut teori, semakin tingggi nilai Q, maka nilai Cd juga semakin bertambah. Hal ini sesuai dengan rumus : Cd = Q/Qi


162

Universitas Andalas Tetapi pada grafik diproleh hasil yang naik turun. Hal ini disebabkan antara Q dan Qi terjadi kenaikan ataupun penurunan nilai yang tidak linier besarnya. c.

Grafik Cd vs Qi Menurut teori, nilai Cd dan Qi berbanding terbalik. Ini dapat dilihat dari rumus : Cd = Q/Qi Tetapi pada grafik, juga diperoleh hasil yang tidak beraturan atau acak. Hal ini juga disebabkan antara Q dan Qi terjadi perubahan nilai yang tidak linier satu sama lain.

d.

Grafik Cd vs H Menurut teori, jika head meningkat maka Cd akan menurun. Tetapi pada grafik terlihat hasil yang acak. Hal ini dapat disebabkan oleh kesalahan praktikan dalam mencatat waktu.


163

Universitas Andalas

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan percobaan praktikum objek orifis dan jet apparatus yang dilakukan dan dari pembahasan serta analisa hasil percobaan maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu: 1. Semakin besar diameter Orifis maka harga Cv akan semakin tinggi 2. Semakin besar diameter orifis maka harga Cd semakin rendah 3. Pada praktikum I, untuk orifis berdiameter 3 mm diperoleh harga Cv rata-rata sebesar 0,99. Sedangkan untuk orifis berdiameter 6 mm diperoleh harga Cv rata-rata sebesar 1,01. 4. Pada praktikum II, untuk head tetap pada orifis berdiameter 3 mm harga Cd rata-rata yang diperoleh sebesar 0,73 dan untuk orifis berdiameter 6 diperoleh harga Cd rata-rata sebesar 0,72. Sedangkan untuk head berubah pada orifis berdiameter 3 mm harga Cd rata-rata yang diperoleh sebesar 0,746 dan untuk orifis berdiameter 6 diperoleh harga Cd rata-rata sebesar 0,67.

5.2 Saran

Diharapkan untuk praktikum yang akan datang, praktikan agar lebih teliti dan hati-hati dalam pengambilan data untuk memperoleh data yang akurat dan mendekati sebenarnya.


164

Universitas Andalas

LAMPIRAN A. Tugas Sebelum Praktikum

1. Jelaskan dan gambarkan prinsip kerja dari orifis dan jet apartus

Prinsip kerja: Orifis dipasang dalam pipa yang dialirkan fluida. Lubang-lubang pada orifis menyebabkan munculnya tahanan geser yang berasal dari gesekan antar orifis dan fluida. Gesekan antara fluida dengan orifis menyebabkan kecepatan fluida berkurang dan penampang keluaran semburan fluida keluar dari orifis tidak seragam. 2. Gambarkan dan jelaskan fenomena vena kontrakta


165

Universitas Andalas

Pusat lubang terlatak pada jarak h dari muka air. Karena adanya komponen vertical aliran dekat dinding maka garis aliran akan menguncup, dan kemudian akan sejajar mulai titik yang mempunyai penampang minimum yang disebut vena kontrakta. Kecepatan perbandingan dan penampang vena kontrakta dinyatakan dengan A dan V 3. Jelaskan pengertian Cv, Cd dan orifis Koefisien kecepatan, Cv adalah perbandingan antara v dan vi Cv =

Koefisien buang, Cd adalah perbandingan antara Q dan Qi Cv =

Orifis adalah alat ukur yang digunakan untuk pengukuran aliran suatu fluida dan mereduksi tekanan suatu fluida secara drastis dan permanen. Berbentuk seperti suatu plat yang mempunyai lubang ditengahnya. 4. Aplikasi Orifis Kran pompa, pada sistem pemipaan yang mengalami banyak belokan.


166

Universitas Andalas

B. Tugas Setelah Praktikum

1. Hubungan diameter orifis terhadap Cv adalah semakin besar diameter orifis, maka semakin kecil Cv.Dikarenakan dengan adanya pengecilan penampang pada orifis, maka kecepatan akan meningkat, dan sebaliknya. 2. Karena persamaan bernoully lebih tepat untuk menghitung nilai vi, disebabkan

memiliki

kondisi

yang

berbeda

yaitu

terdapat

beda

ketinggiandan kecepatan karena adanya vena kontrakta 3. Semakin besar rugi-rugi gesekan yang terjadi maka laju aliran akan semakin rendah. Namun tahanan gesek yang berasal dari gesekan antara permukaan orifis dan fluida sangatlah kecil, dan dapat diabaikan sehingga semburan berbentuk free jet. 4. Nilai Cd pada head tetap menunjukkan ketinggian air yang tetap, tidak banyak terjadi kesalahan, Namun pada head berubah ketinggian air tidak tetap, dan mungkin akan terjadi kesalahan dalam melihat ketinggian air 5. Alasannya, karena gesekan antara fluida dan orifis menyebabkan kecepatan fluida berkurang dan tidak seragam. Sehingga sedapat mungkin memilih orifis dengan permukaan halus sehingga gesekan dapat diabaikan.


167

19. Orifis & Jet Apparatus

Recommend Documents