LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM UNIT OPERASI PROSES I MODUL COMPRESSIBLE FLOW
Dosen :
Ir. Dijan Supramono, M.Si.
Oleh : KELOMPOK 1
Arnan Kuncoro Billi Elizabeth Verdiana Listiono Felix Pratama
1506738044 1506724575 1506737022 1506726201
Departemen Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia Depok 2017
DAFTAR ISI
BAB 1 ........................................................................................................................................ 3 1.1.
Percobaan 1: Pengaruh Proses Kompresi pada Aliran Udara ..................................... 3
1.2.
Percobaan 3: Efisiensi Difuser/Saluran Difuser .......................................................... 3
1.3.
Percobaan 4: Hubungan Koefisien Friksi/Gesekan dengan Bilangan/Nomor Reynold
pada Pipa ................................................................................................................................ 3 1.4.
Percobaan 5: Aliran melalui Orifice............................................................................ 4
1.5.
Percobaan 6: Kompresor ............................................................................................. 5
BAB 2 ........................................................................................................................................ 6 2.1.
Data Mentah ................................................................................................................ 6
2.2.
Pengolahan Data Praktikum ........................................................................................ 8
BAB 3 ...................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.
Percobaan 1: Pengaruh Proses Kompresi pada Aliran Udara ..Error! Bookmark not
defined.
3.2.
Percobaan 3: Efisiensi Difuser/Saluran Difuser ........ Error! Bookmark not defined.
3.3.
Percobaan 4: Hubungan Koefisien Friksi dengan Bilangan Re ynold pada Pipa Error! Bookmark not defined.
3.4.
Percobaan 5: Aliran melalui Orifice.......................... Error! Bookmark not defined.
3.5.
Percobaan 6: Kompresor ........................................... Error! Bookmark not defined.
BAB 4 ...................................................................................... Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA .............................................................. Error! Bookmark not defined.
2
BAB 1 PROSEDUR PRAKTIKUM 1.1. Percobaan 1: Pengaruh Proses Kompresi pada Aliran Udara
a. Memasang pipa konvergen-divergen. b. Menyalakan mesin kompresor kemudian mengatur laju alir udara menjadi 20 kg/s. c. Mendiamkan mesin kompresor selama kurang lebih 40 detik agar aliran udara menjadi stabil. d. Mengukur dan mencatat beda tekanan ( P 0- P 1) dan ( P 0- P 2) dengan menggunakan manometer digital. e. Mengulangi langkah percobaan 2-4 dengan menvariasikan penambahan laju alir udara sebesar 5 kg/s hingga didapatkan 10 data.
1.2. Percobaan 3: Efisiensi Difuser/Saluran Difuser
a. Memasang pipa konvergen-divergen ke kompresor seperti yang terlihat pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1. Susunan Peralatan Percobaan 3
(Sumber: Petunjuk Praktikum POT I , Departemen Teknik Gas dan Petrokimia, FTUI 1989) b. Menyalakan mesin kompresor kemudian mengatur laju aliran udara menjadi 20 kg/s. c. Mendiamkan mesin kompresor selama kurang lebih 40 detik agar aliran udara stabil. d. Mengukur dan mencatat beda tekanan ( P 3- P 2) dan ( P 1- P 2) dengan menggunakan manometer digital. e. Mengulangi langkah percobaan 2-4 dengan menvariasikan penambahan laju alir udara sebesar 5 kg/s sehingga didapatkan 10 data.
1.3. Percobaan 4: Hubungan Koefisien Friksi/Gesekan dengan Bilangan/Nomor Reynold pada Pipa
a. Merangkai pipa yang mempunyai gesekan seperti yang terlihat pada Gambar 1.2. 3
Gambar 1.2. Susunan Peralatan Percobaan 4
(Sumber: Petunjuk Praktikum POT I , Departemen Teknik Gas dan Petrokimia, FTUI 1989) b. Menyalakan mesin kompresor kemudian mengatur laju alir udara 20 kg/s. c. Mendiamkan mesin kompresor selama kurang lebih 40 detik gar aliran udara menjadi stabil. d. Mengukur dan mencatat beda tekanan ( P 0- P 1) dan ( P 2- P 3) dengan menggunakan manometer digital. e. Mengulangi langkah percobaan 2-4 dengan menvariasikan penambahan laju alir udara sebesar 5 kg/s hingga diperoleh 10 data.
1.4. Percobaan 5: Aliran melalui Orifice
a. Merangkai dan memasang pipa Orifice seperti yang terlihat pada gambar 1.3.
Gambar 1.3. Susunan Peralatan Percobaan 5
(Sumber: Petunjuk Praktikum POT I , Departemen Teknik Gas dan Petrokimia, FTUI 1989) b. Menghidupkan mesin kompresor dan mengatur besarnya daya kompresor hingga mencapai laju alir sebesar 35 kg/s. c. Menunggu selama sekitar 40 detik hingga aliran fluida dalam pipa stabil. d. Mengukur dan mencatat beda tekanan ( P 0 – P 1) dan ( P 2 – P 3) menggunakan manometer digital. e. Mengulangi langkah percobaan 2-4 dengan melakukan penambahan laju al ir sebesar 3 kg/s hingga diperoleh variasi data sebanyak 10.
4
1.5. Percobaan 6: Kompresor
a. Merangkai pipa konvergen-divergen seperti yang terlihat pada Gambar 1.4.
Gambar 1.4. Susunan Peralatan Percobaan 6
(Sumber: Petunjuk Praktikum POT I , Departemen Teknik Gas dan Petrokimia, FTUI 1989) b. Menyalakan mesin kompresor. c. Menambahkan beban sebesar 50 gr pada kompresor. d. Mengatur dan mencatat laju alir fluida yang dibutuhkan untuk mulai mengangkat beban yang diberikan. e. Mengukur dan mencatat beda tekanan ( P 0 – P 1) dan ( P 2 – P 3) dengan menggunakan manometer digital. f. Mengukur dan mencatat suhu input dan suhu output dengan menggunakan thermometer digital. g. Mengulangi langkah percobaan 3 dan 4 dengan memvariasi kan beban yang diberikan dengan penambahan sebesar 20 gr hingga diperoleh 5 data.
5
BAB 2 DATA PRAKTIKUM 2.1. Data Mentah
2.1.1. Percobaan 1 Tabel 2.1 Data Pengamatan Percobaan 1 G (kg/s)
(psi)
(psi)
20
0.01
0.2
25
0.01
0.34
30
0.01
0.48
35
0.01
0.65
40
0.02
0.92
45
0.02
1.16
50
0.03
1.41
55
0.03
1.69
60
0.04
1.96
65
0.04
2.32
2.1.2. Percobaan 3 Tabel 2.2 Data Pengamatan Percobaan 3 G (kg/s)
20
(psi)
(psi)
0.19
0.16
25
0.33
0.26
30
0.47
0.38
35
0.66
0.52
40
0.87
0.66
45
1.09
0.88
50
1.34
1.07
55
1.59
1.28
60
1.88
1.48
65
2.21
1.78
2.1.3. Percobaan 4 Tabel 2.3 Data Pengamatan Percobaan 4 G (kg/s)
(psi)
(psi)
6
20
0.02
0.01
25
0.03
0.02
30
0.04
0.03
35
0.06
0.04
40
0.08
0.06
45
0.10
0.07
50
0.12
0.08
55
0.15
0.10
60
0.18
0.12
65
0.22
0.13
2.1.4. Percobaan 5 Tabel 2.4 Data Pengamatan Percobaan 5 G (kg/s)
35
(psi)
(psi)
0.01
0.14
38
0.01
0.17
41
0.01
0.2
44
0.01
0.23
47
0.01
0.26
50
0.02
0.29
53
0.02
0.33
56
0.02
0.37
59
0.03
0.4
62
0.03
0.45
2.1.5. Percobaan 6 Tabel 2.5 Data Pengamatan Percobaan 6 Beban (g)
G (kg/s)
50
o
o
T2 ( C)
T3 ( C)
rpm
(psi)
(psi)
33
0.01
0.02
28.4
30.3
1070
70
37.5
0.02
0.03
28.6
30.7
1206
90
45
0.03
0.04
29.2
31.4
1434
110
47.5
0.03
0.04
28.7
31.5
1548
130
55.5
0.04
0.06
28.8
32.4
1787
7
2.2. Pengolahan Data Praktikum
Data-data yang diperlukan dalam pengolahan data akan dihitung terlebih dahulu. a. Berat molekul udara Diketahui bahwa komposisi yang terkandung dalam udara adalah sebagai berikut. Tabel 2.6 Komposisi Udara Komponen N2
Komposisi 0,79
Berat Molekul (g/mol) 28
O2
0,21
32
Berat molekul udara dapat dihitung dengan:
Karena pada udara terdapat uap air, maka berat molekul udara harus dihitung kembali dengan memperhitungkan kandungan uap air dalam udara. Kondisi lingkungan pada saat percobaan: Tabel 2.7 Properties Udara saat Percobaan Tekanan (atm)
Suhu ( C)
Kelembaban Udara Relatif
1
29,9
68%
o
Kelembaban udara dapat dihitung dengan persamaan
dengan
Tekanan uap air pada suhu 29,9 oC dapat dihitung menggunakan Persamaan Antoine.
[] []
Nilai kelembaban jenuh:
8
Nilai kelembaban pada 29,9oC:
Fraksi uap air dalam udara adalah
Berat molekul udara saat percobaan berlangsung:
b. Densitas udara dapat dihitung menggunakan Persamaan Gas Ideal.
c. Viskositas Udara Persamaan yang digunakan untuk menghitung viskositas udara:
[ ] [] []
d. Dimensi Peralatan yang Digunakan 9
Tabel 2.8 Dimensi Peralatan yang Digunakan pada Percobaan
Panjang Pipa (m)
1,20
Diameter Pipa pada Percobaan 4 (m)
0,02
Diameter Pipa pada Percobaan 5 (m)
0,038
Diameter Pelat Orifice (cm)
0,0195
Percepatan Gravitasi (m/s2)
9,81
Jarak antara garis sumbu poros motor dengan pemberat (m)
0,342
2.2.1. Pengolahan Data Percobaan 1 Pengolahan data dilakukan dengan langkah – langkah berikut: a. Menghitung kecepatan udara pada titik 1 dan titik 2 menggunakan persamaan:
b. Menentukan nilai teoritis berdasarkan plot kurva dengan sebagai ordinat dan sebagai absis. Persamaan di bawah ini diturunkan berdasarkan Asas Kontinuitas.
↓
↓
↓
Dari hasil plot (P o – P2) vs (Po – P1), didapatkan grafik sebagai berikut:
10
2.5 y = 60.412x - 0.0971 R² = 0.9797
2 ) i s p1.5 ( 2 P – 0
P
1
0.5 0 0.005
0.015
0.025
0.035
0.045
P0 – P1 (psi)
Gambar 2.1 Grafik Hubungan (P0 – P2) terhadap (P0 – P1)
c. Dari grafik di atas diperoleh persamaan:
Persamaan garis yang dihasilkan akan digunakan untuk menghitung teoritis. Setelah itu, dihitung nilai kecepatan pada titik 1 berdasarkan percobaan dan kecepatan pada titik 2 berdasarkan percobaan dan teoritis. Kemudian dihitung nilai kesalahan relatifnya. Tabel 2.9 Hasil Pengolahan Data Percobaan 1
2.2.2. PG e (kg/s) n (psi) g 25 0.01 o 35 0.01 l 45 0.02 a 0.03 h 55 65 0.04 a n Data Percobaan 3
Eksperimen
Teori
KR (%)
(psi)
(m/s)
(m/s)
(psi)
(m/s)
0.34 0.65
10.96 10.96
63.93 88.39
0.51 0.51
78.07 78.07
32.94 28.20
1.16 1.69 2.32
15.51 18.99 21.93
118.08 142.53 167.00
1.11 1.72 2.32
115.57 143.59 166.97
4.40 1.47 0.03
Pengolahan data dilakukan dengan langkah – langkah berikut: a. Menghitung efisiensi difuser dengan persamaan:
Tabel 2.10 Hasil Pengolahan Data Percobaan 3 G (kg/s)
20
(psi)
(psi)
0.19
0.16
Efisiensi
Efisiensi (%)
0.8421
84.21
11
25
0.33
0.26
0.7879
78.79
30
0.47
0.38
0.8085
80.85
35
0.66
0.52
0.7879
78.79
40
0.87
0.66
0.7586
75.86
45
1.09
0.88
0.8073
80.73
50
1.34
1.07
0.7985
79.85
55
1.59
1.28
0.8050
80.50
60
1.88
1.48
0.7872
78.72
65
2.21
1.78
0.8054
80.54
b. Membuat kurva dengan sebagai ordinat dan Gradien yang dihasilkan merupakan efisiensi dari difuser. 2 1.8 1.6 1.4 ) i s 1.2 p ( 2 1 P 30.8 P 0.6 0.4 0.2 0
sebagai absis.
y = 0.8004x - 0.0039 R² = 0.9992
0
0.5
1
1.5
2
2.5
P1-P2 (psi) Gambar 2.2 Grafik Hubungan (P3 – P2) terhadap (P1 – P2)
Berdasarkan grafik di atas, diperoleh persamaan linear hasil regresi linear dengan gradien 0,8004. Sehingga nilai efisiensi dari difuser yang digunakan adalah 0,8004 atau 80,04%.
2.2.3. Pengolahan Data Percobaan 4 Pengolahan data dilakukan dengan langkah – langkah berikut: a. Menghitung nilai faktor friksi dan bilangan Reynolds dengan persamaan:
dengan, 12
f d l ρ
= = = = =
k
koefisien friksi diameter pipa panjang pipa massa jenis udara viskositas udara = faktor koreksi (k bernilai 1 karena manometer yang digunakan adalah manometer digital)
b. Menghitung nilai
√ (√ ) √ (√ ) ,
,
, dan
Tabel 2.11 Hasil Pengolahan Data Percobaan 4 Re
log
log Re
0.0021
27964
-2.6812
4.4466
21.9089
3.1060
0.0028
34249
-2.5563
4.5346
18.9737
3.2565
0.0031
39547
-2.5051
4.5971
17.8885
3.3445
0.0028
48435
-2.5563
4.6852
18.9737
3.4070
0.0031
55928
-2.5051
4.7476
17.8885
3.4951
0.0029
62529
-2.5351
4.7961
18.5164
3.5285
0.0028
68497
-2.5563
4.8357
18.9737
3.5575
0.0028
76582
-2.5563
4.8841
18.9737
3.6060
0.0028
83892
-2.5563
4.9237
18.9737
3.6456
0.0025
92746
-2.6087
4.9673
20.1533
3.6629
Memeriksa kesesuaian hubungan antara bilangan Reynold dengan faktor friksi berdasarkan persamaan Blasius dan Nikuradse – von Karman. Kedua persamaan tersebut dilinearisasi dan diplot ke dalam grafik untuk memeriksa rentang bilangan Reynolds yang berlaku pada masing-masing persamaan.
Persamaan Blasius:
Persamaan Nikuradse – von Karman:
√ (√ )
c. Perbandingan Data Eksperimen dengan Korelasi Blasius
13
0 4.4000
4.5000
4.6000
4.7000
4.8000
4.9000
5.0000
-0.5 -1 f g -1.5 o l
-2 -2.5 -3
log Re Data Eksperimen
Korelasi Blasius
Gambar 2.3 Grafik Data Eksperimen dengan Korelasi Blasius
d. Perbandingan Data Eksperimen dengan Korelasi Nikuradse-Von Karman 25
20
15 √ / 1
10
5
0
log (Re√ ) Korelasi Nikuradse-von-Karman
Data Eksperimen
Gambar 2.4 Grafik Data Eksperimen dengan Korelasi Nikuradse-Von Karman
e. Perbandingan Data Eksperimen dengan Korelasi Moody
14
0.03 0.025 0.02 f
0.015 0.01 0.005 0 25000
35000
45000
55000
65000
75000
85000
95000
Re Korelasi Moody
Data Eksperimen
Gambar 2.5 Grafik Data Eksperimen dengan Korelasi Moody
2.2.4. Pengolahan Data Percobaan 5 Pengolahan data dilakukan dengan langkah – langkah berikut: a. Menghitung laju alir massa udara
̇ √ ̇ atau
dengan:
b. Menentukan discharge coefficient Discharge Coefficient ditentukan dengan membuat kurva dengan sebagai ordinat dan sebagai absis. Persamaan garis diturunkan dari kedua persamaan laju alir massa di atas.
Pada kondisi tekanan rendah, nilai massa jenis dapat dianggap konstan sehingga persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi
15
0.035
y = 0.074x - 0.004 R² = 0.8518
0.03 0.025
) i s p 0.02 ( 1
P 0.015 0 P
0.01 0.005 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
P2-P3 (psi) Gambar 2.6 Grafik Hubungan (P0-P1) terhadap (P2-P3)
Dari grafik di atas, didapatkan persamaan garis:
sehingga,
2.2.5. Pengolahan Data Percobaan 6 Pengolahan data dilakukan dengan langkah – langkah berikut: a. Menghitung laju alir udara yang masuk ke dalam kompresor dengan rumus
dengan d1 = 5,1 cm.
̇ √
b. Menentukan nilai efisiensi isotermal termodinamika dengan persamaan:
dengan
,
, dan
c. Menentukan nilai efisiensi isotermal keseluruhan dengan persamaan: 16
̇
dengan
di mana adalah jarak antara garis sumbu poros motor dengan pemberat. Tabel 2.12 Hasil Pengolahan Data Percobaan 6
Tr (N.m)
(kg/s)
Eff. Termo
Eff. Keseluruhan
(Pa)
( C)
(rad/s)
Gaya (N)
68.93
137.86
1.90
111.99
0.490
0.1676
18.77
0.0257
0.4287
0.1643
137.86
206.79
2.10
126.23
0.686
0.2346
29.61
0.0363
0.6423
0.2208
206.79
275.71
2.20
150.09
0.882
0.3016
45.27
0.0445
0.8558
0.2358
206.79
275.71
2.80
162.02
1.078
0.3687
59.73
0.0445
0.8539
0.1787
275.71
413.57
3.60
187.04
1.274
0.4357
81.49
0.0513
1.2763
0.2267
(Pa)
o
.Tr
Gambar 2.7 Grafik Hubungan (P3-P2) terhadap Laju Alir Massa Udara
Grafik ω.Tr vs Laju Alir Massa Udara 90 75 60 r T . 45 ω
30 15 0 0.02
0.03
0.03
0.04
0.04
0.05
0.05
0.06
Laju Alir Massa Udara (kg/s)
Gambar 2.8 Grafik Hubungan
terhadap Laju Alir Massa Udara
17
Grafik Efisiensi Isotermal Termodinamika vs Laju Alir Massa 1.40 1.20 l a a m i 1.00 r k e m t a 0.80 o s i n I i d s o0.60 n e m i s r e 0.40 i f T E 0.20 0.00 0.02
0.03
0.03
0.04
0.04
0.05
0.05
0.06
Laju Alir Massa Udara (kg/s)
Gambar 2.9 Grafik Hubungan Efisiensi Isotermal Termodinamika terhadap Laju Alir Massa Udara
Grafik Efisiensi Isotermal Keseluruhan vs Laju Alir Massa 0.25
l a 0.23 m r n a e t h o s u r 0.21 I u i s l e 0.19 n s e e i K s i 0.17 f E
0.15 0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Laju Alir Massa Udara (kg/s) Gambar 2.10 Grafik Hubungan Efisiensi Isotermal Keseluruhan terhadap Laju Alir Massa Udara
18
19
