PENGUKURAN KECEPAT KECEPATAN GAS DALAM CEROBONG MODUL 5 Nama praktikan
: Abda Malika Mulki
NM
: !5"!"#$"
K%l&mp&k'S(i)t
: * '!"+##,!-+##
Tan. n..a .all Pra Prakt ktik ikum um
: Ka Kami mi/0 /0 $# N&1 &1%%mb mb%r %r $# $#!!-
Tan.. n..al al P%n.ump P%n.umpula ulan n : Kami/0 Kami/0 $2 N&1%mb% N&1%mb%rr $#!P3 M&dul
: K%nn4 &n&/ant&/&
A/i/ A/ i/t% t%n n 4an 4an. . B%r B%rtu tu.a .a// : S%/(ana 3uni/a 3 uni/a A1iananda A1iananda
PROGRAM STUD TEKNK LNGKUNGAN 6AKULT 6AKULTAS AS TEKNK SPL DAN LNGKUNGAN NSTTUT TEKNOLOG BANDUNG $#!-
+
Tu7uan !+ Mengetahui metode pengukuran aliran gas dalam cerobong. $+ Menentukan koefisien kalibrasi pitot S. "+ Menghitung kecepatan dan debit aliran gas dalam terowongan angin.
+
Prin/ip Da/ar
Pada percobaan ini akan dicari kecepatan aliran gas dalam cerobong menggunakan alat bernama wind tunnel . Kecepatan aliran gas didapatkan dari selisih tekanan total dengan tekanan statis pada wind tunnel . Tekanan di luar cerobong dihitung dengan barometer sedangkan tekanan di dalam cerobong dihitung dengan menggunakan manometer yang dihubungkan dengan tabung pitot standard dan S. tekanan udara di luar dan dalam cerobong merupakan tekanan dinamis dari gas yang melalui wind tunnel sehingga sehingga melalui tekanan terukur kita dapat menghitung kecepatan aliran aliran gas. Dengan mengetahui kecepatan kecepatan aliran pada semua titik transverse transverse point kita dapat mengetahui mengetahui profil aliran. aliran. Metode yang digunakan digunakan untuk menentukan transverse point adalah EPA method! dan untuk menentukan kecepatan digunakan digunaka n EPA Method". +
T%&ri T% &ri Da/ar D a/ar
#luida kompresibel $fase gas% memiliki berbagai karakteristik fisik dan kimia yang berbeda denga dengan n flui fluida da inkom inkompr pres esib ibel el $cont $contoh ohnya nya air% air%.. Perbed Perbedaa aan n flui fluida da kompr kompres esibe ibell dan flui fluida da inkompresibel pada kondisi tertentu diantaranya adalah faktor pengaruh tekanan dan temperatur. Pada fluida kompresibel& headloss yang ter'adi dapat bernilai tidak seragam& penurunan energi& penurunan tekanan menyebabkan penurunan kerapatan massa. Sehingga perhitungan aliran fluida kompresibel lebih kompleks dari fluida inkompresibel. (ntuk mempermudah perhitungan& se'umlah asumsi umumnya digunakan& seperti halnya gas diasumsikan sebagai fluida ideal& satu dimensi& perubahan ketinggian diabaikan& dan tidak ada usaha eksternal pada dan dari fluida kompresibel yang mengalir. Kecepatan aliran gas buang dalam cerobong dapat dihitung berdasarkan perbedaaan antara tekanan total dengan tekanan statis. Tekanan Tekanan adalah gaya per satuan luas yang dihasilkan akibat
pergerakan molekul gas. Dalam pengukuran gas buang& tekanan dibedakan antara tekanan barometrik& tekanan statis& dan tekanan kecepatan. a.
Tekanan barometrik adalah tekanan atmosfer dimana sampling dan analisis gas buang
dilaksanakan. b.
Tekanan kecepatan $dinamis% adalah tekanan yang disebabkan adanya aliran gas $selisih
antara tekanan total dengan tekanan statis% c.
Tekanan statis adalah selisih antara tekanan gas dan tekanan barometrik.
Pengukuran kecepatan gas dalam cerobong diatur dalam EPA Method". Sedangkan penentuan 'umlah transverse point dan lokasinya diatur dalam EPA Method! baik untuk partikulat ataupun nonpartikulat. )al ini penting untuk mendapatkan hasil sampling yang representatif& khususnya untuk partikulat yang harus disampling dalam ko ndisi isokinetik.
Gambar !+ Komponen Tekanan *as dalam +erobong
Gambar $+ +ontoh ,okasi Transverse Point
Gambar "+ Diagram Penentuan -umlah Transverse Point untuk onPartikulat
Gambar -+ Diagram Penentuan -umlah Transverse Point untuk Partikulat
Alat yang umum digunakan diantaranya adalah barometer untuk mengukur tekanan barometrik& sedangkan untuk mengukur tekanan statis& tekanan kecepatan dan tekanan total dalam cerobong digunakan tabung Pitot S $Stausscheibe Pitot Tube% yang dihubungkan dengan manometer.
Tabung Pitot S harus dikalibrasi dengan menggunakan pitot standar di dalam suatuwind tunnel . (ntuk mengkalibrasi pitot S terhadap pitot standar& susunan peralatan yang diperlukan ditun'ukkan sebagai berikut.
Gambar 8+ Susunan Peralatan Kalibrasi Pitot S dengan Pitot Standar
Koefisien kalibrasi Pitot S $+ p% terhadap Pitot Standar yang dapat diterima adalah yang mendekati nilai /&01. Menghitung kecepatan aliran gas $2s%
¯ ¿ + Pstat
P¿ ¿
T gas x ∆ P
( ¿ M gas ¿ ]
.....equation 3.1
¿
Vs=C p x K p x √ ¿
∆ P= P total− Pstatis
.....equation 3.2
Menghitung debit aliran gas $3s%
¯¿+ Pstat P ¿
¿
T std∗(¿ T gas i∗ Pstd ¿ )
.....equation 3.3
¿
Q=3600∗( 1− B H 2O )∗V si∗ Ai∗¿
Menghitung koefisien kalibrasi pitot S
√
C p =0,99∗
∆ P pitot standar ∆ P pitot S .....equation 3.4
Menghitung diameter eki4alen $Dc% De =
2∗ L∗W L + W .....equation 3.5
Dimana5 2s 6 Kecepatan aliran gas $m7s% 3s 6 ,a'u aliran gas pada kering& temperatur dan tekanan standar + p 6 Koefisien kalibrasi untuk pitot S
K p 6 Koefisien untuk pitot standar $/&88 !&//% Tgas 6 Temperatur gas Tstd 6 Tekanan standar $"80K% D P p 6 Tekanan kecepatan Pstat 6 Tekanan statis Pstd 6 Tekanan standar $! atm % Mgas 6 9erat molekul gas $tergantung komposisi udara& asumsi "8 kg7kmol% A 6 ,uas penampang cerobong 9)": 6 #raksi 4olume uap air $/&""% Dc 6 Diameter ekui4alen ,& ; 6 Dimensi cerobong $pada bentuk persegi%
9+
DATA DAN PERTUNGAN 1.! Tabel Data
Parameter Tekanan barometrik $P bar % Temperatur gas $Tgas% Pan'ang sisi cerobong $,% ,ebar sisi cerobong $;%
)asil Pengukuran
712,43 301,7
11,4 12,5
Satuan mm)g K m m
1." Data Kalibrasi Pitot S dengan Pitot Standar a. Tabel )asil Pengukuran Tekanan dengan Menggunakan Pitot Standar $cm)":% $Tabel A% Posisi
Pt&tal
P/tati/ ; mm$O<
5 >
;mm$O< !< != !"
! ! !
Pk%=%patan ;mm$O<
!" !> !! ΔP=13
b. Tabel )asil Pengukuran Tekanan dengan Menggunakan Pitot S Kaki A $cm)":% $Tabel 9% Posis i 5 >
Pt&tal
P/tati/
;mm$O<
"/ "/ "!
;mm$O<
!> != !=
Pk%=%patan ;mm$O< 1 < 1 ?P6<&>>=
CP a1% A
!&0>1
c. Tabel )asil Pengukuran Tekanan dengan Menggunakan Pitot S Kaki 9 $cm)":% $Tabel +% Posis
Pt&tal
P/tati/
i
;mm$O<
;mm$O<
5 >
@= @= @1
<1 <" <"
Pk%=%patan ;mm$O< "< "@ "" ?P6"<&<<
CP a1% B
/&=1
1.1 Data Penentuan Kecepatan dalam +erobong Titik ! $ " 2 8 ?
Pt&tal ;mm$O< @/ @" @" @! @1 @<
P/tati/;mm$O < <" << <" <1 << <<
Tabel dan )asil Perhitungan Titi k ! " < 1 @ > = 0 8
Pt&tal ;mm$O< @/ @" @" @= @= @1 @! @1 @<
P/tati/ ;mm$O<
Pk%=%patan ;mm$O< !8 "! "/ "< "@ "" != "! "/
9/ ;m'/<
@ ;m"'/<
<&>8/"=<8!8 <&0=8>1/" <&=0@81>1! 1&/@8@@=><" 1&"<"0!>=>> <&8=/=<1/8< <&18/!!!!!> <&0=8"1!!"1 <&=0@=@!>8>
!@&"<8880@< !>&/""/<0@1 !@&><>=!"0= !>&==/"1> !>&<888""0! !1&1!=0!80= !>&/"<>0>0 !@&><=@!=!"
1.> Pengolahan Data 1.>.! Perhitungan Tekanan Kecepatan pada Pitot Standard P= Ptotal− P statis
!. Posisi 1 P= Ptotal− P statis=13 mm H 2 O−1 mm H 2 O =12 m m H 2 O ". Posisi @ P= Ptotal− P statis=17 mm H 2 O−1 m m H 2 O =16 mm H 2 O <. Posisi > P= Ptotal− P statis=12 m m H 2 O−1 mm H 2 O=11 m m H 2 O
1.>." Perhitungan Tekanan Kecepatan dan Koefisien Pitot Pada Pitot S Kaki A P= Ptotal− P statis
C p ave =0,99 x
( ) Pstd
0,5
P
!. Posisi 1 P= Ptotal− P statis=20 mm H 2 O−16 m m H 2 O=4 mm H 2 O ". Posisi @ P= Ptotal− P statis=20 mm H 2 O−17 m m H 2 O=3 m m H 2 O <. Posisi > P= Ptotal− P statis=21 m m H 2 O−17 m H 2 O= 4 m m H 2 O
C p ave =0,99 x
( ) Pstd P
0,5
= 0,99 x
(
1,3 0,3667
)
0,5
=¿
1,864
1.>.< Perhitungan Tekanan Kecepatan dan Koefisien Pitot Pada Pitot S Kaki 9 P= Ptotal− P statis
( )
P std C p =0,99 x P
0,5
!. Posisi 1 P= Ptotal− P statis=57 mm H 2 O−34 mm H 2 O=2 3 m m H 2 O ". Posisi @ P= Ptotal− P statis=57 mm H 2 O−32 mm H 2 O =25 m m H 2 O <. Posisi > P= Ptotal− P statis=54 mm H 2 O −32 m m H 2 O=22 m m H 2 O
C p ave = 0,99 x
( ) Pstd P
0,5
=0,99 x
(
1,3 2,333
)
0,5
=0 ! 74
Karena nilai + pA lebih mendekati /&01 $koefisien referensi%& maka nilai +P yang dipakai adalah + pA.
1.>.1 Perhitungan Kecepatan Aliran *as ¯ ¿ + P stat P¿ ¿
( x M gas ¿ ) T gas x P ¿
V si =C p x K p x ¿ !. Posisi !
¯ ¿ + P stat
P¿ ¿
( x M gas¿ ) =3,690273919 m/ s T gas x P ¿
V s 1=C p x K p x ¿ ". Posisi "
¯¿+ Pstat P¿
¿
( x M gas¿) =3,8796402 m / s T gas x P
¿
V s 2=C p x K p x ¿ <. Posisi < ¯ ¿ + Pstat
P¿ ¿
( x M gas¿ ) =3,78594641 m / s T gas x P ¿
V s 3=C p x K p x ¿ 1. Posisi 1
¯¿+ P stat P¿
¿
( x M gas¿) =4,059557632 m / s T gas x P
¿
V s 4 =C p x K p x ¿ @. Posisi @
¯ ¿ + P stat
P¿ ¿
( x M gas¿ ) =4,232816766 m / s T gas x P ¿
V s 5 =C p x K p x ¿ >. Posisi >
¯ ¿ + P stat
P¿ ¿
( x M gas¿ ) =3,970734093 m/ s T gas x P ¿
V s 6=C p x K p x ¿ =. Posisi =
¯¿+ Pstat P¿
¿
( x M gas¿) =3,490111116 m / s T gas x P
¿
V s 7=C p x K p x ¿ 0. Posisi 0
¯¿ + Pstat P¿
¿
( x M gas¿) =3,879241124 m / s T gas x P
¿
V s 8=C p x K p x ¿ 8. Posisi 8
¯¿ + P stat P¿
¿
( x M gas¿) =3,785751696 m / s T gas x P
¿
V s 9= C p x K p x ¿
1.1.@ Perhitungan Debit *as ¯ ¿ + P stat
P¿ ¿
T std x ¿ Q i=3600 x ( 1 −B H 2 O ) x V si x A x ¿
!. Posisi !
¯ ¿ + Pstat
P ¿ ¿
T std x ¿ Q 1=3600 x ( 1 −B H 2 O ) x V s 1 x A x ¿
". Posisi "
¯ ¿ + Pstat
P ¿ ¿
T std x ¿ Q 2=3600 x ( 1 −B H 2 O ) x V s 2 x A x ¿ <. Posisi < ¯ ¿ + Pstat
P ¿ ¿
T std x ¿ Q 3=3600 x ( 1 −B H 2 O ) x V s3 x A x ¿
1. Posisi 1 ¯ ¿ + P stat
P¿ ¿
T std x ¿ Q 4 =3600 x ( 1− B H 2 O ) x V s 4 x A x ¿
@. Posisi @ ¯ ¿ + Pstat
P ¿ ¿
T std x ¿ Q 5=3600 x ( 1 −B H 2 O ) x V s5 x A x ¿
>. Posisi > ¯ ¿ + Pstat
P¿ ¿
T std x ¿ Q 6=3600 x ( 1− B H 2 O ) x V s 6 x A x ¿ =. Posisi =
¯ ¿ + Pstat
P¿ ¿
T std x ¿ Q 7=3600 x ( 1 −B H 2 O ) x V s7 x A x ¿
0. Posisi 0
¯ ¿ + Pstat
P¿ ¿
T std x ¿ Q 8=3600 x ( 1 −B H 2 O ) x V s 8 x A x ¿ 8. Posisi 8 ¯ ¿ + Pstat
P¿ ¿
T std x ¿ Q 9=3600 x ( 1− B H 2 O ) x V s 9 x A x ¿
1.1.> Perhitungan Diameter Ekui4alen 2 x L x W 2 x 0,114 m x 0,125 m De= = =0,119246862 m 0,114 m+ 0,125 m L + W
9+
ANALSS DAN PEMBAASAN
(ntuk menentukan titik lintasan pengukuran pada wind tunnel & digunakan EPA Method! berdasarkan data diameter cerobong dan 'arak lubang sampling dari belokan. Pada percobaan ini& didapat 8 titik sample pada wind tunnel . Pompa dioperasikan untuk mengalirkan udara di dalam wind tunnel . Setelah udara mengalir& suhu awal dan tekanan gas dalam wind tunnel diukur dengan menggunakan thermocouple. Selan'utnya& tiga titik dari transverse point yang telah ditentukan& yakni titik 1& @& dan >& di'adikan titik sample untuk menghitung koefisien pitot S atau + p. Perhitungan dilakukan dengan mengukur tekanan total dan tekanan statis dengan menggunakan manometer yang dihubungkan dengan pitot standar dan kaki pitot S yang telah dikalibrasi. Dari kedua tekanan tersebut& didapat nilai dari tekanan kecepatan ∆P& dimana5 ∆ P= P total− Pstatis yang merupakan tekanan dinamis. Sebelum pompa dinyalakan& terdapat gas dalam keadaan diam yang 'uga memberikan tekanan pada wind tunnel . Ketika pompa dinyalakan dan gas mengalir& tekanan dalam cerobong berubah karena adanya tekanan dari gas yang mengalir. :leh karena itu& tekanan dinamis dari gas yang bergerak merupakan selisih dari tekanan total dan tekanan statis gas. Dari nilai tekanan dinamis di atas& perhitungan + p dilakukan dengan menggunakan rumus5
C p =0,99 x
( ) P std
0,5
P
Dari hasil perhitungan& diperoleh nilai + p untuk kaki A dari pitot S sebesar !&0>1 dan kaki 9 sebesar /&=1. Kaki pitot yang terpilih adalah kaki 9 karena nilainya paling mendekati nilai + p referensi& yaitu sebesar /&01. Dengan menggunaan kaki pitot S terpilih& yakni kaki 9& besarnya tekanan gas di semua transverse point dihitung. Data tekanan gas yang tercatat digunakan untuk menghitung kecepatan gas dalam cerobong dengan menggunakan persamaan dalam EPA Method"& yaitu5 ¯¿ + P stat P¿
¿
( x M gas ¿) T gas x P
¿
V si =C p x K p x ¿
9esarnnya tekanan yang terukur memiliki satuan cm)": sehingga harus dikon4ersi 10
men'adi mm)g dengan mengalikannya sebesar
13,6
. K p merupakan konstanta
kecepatan sebesar <1&8=& P bar merupakan tekanan barometrik yang terukur sebesar =!"&1<11 mm)g& dan Mgas merupakan berat molekul gas sebesar "8 g7g mol yang merupakan massa udara relatif dengan kandungan gas dominan berupa " dan :". Debit gas yang mengalir dapat diukur dengan menggunakan persamaan5 ¯ ¿ + P stat
P¿ ¿
T std x ¿ Q i=3600 x ( 1 −B H 2 O ) x V si x A x ¿
dimana 9)": adalah fraksi 4olume uap air senilai /&""& Tstd adalah temperatur standar sebesar "80 K& dan Pstd adalah tekanan standar sebesar =>/ mm)g. Dimensi penampang cerobong adalah /&!!1 m untuk pan'ang dan /&!"@ m untuk lebar. Setelah pengambilan data selesai& suhu akhir gas yang mengalir dihitung untuk mendapatkan suhu ratarata dari gas selama percobaan. Dari
hasil
perhitungan&
didapatkan
profil
pengamatan7transverse point sebagai berikut
kecepatan
gas
berdasarkan
titik
9erdasarkan diagram profil kecepatan gas di atas& dapat dilihat bahwa kecepatan tertinggi berada di titik @. Kecepatan terendah berada di titik ! dan semakin lama meningkat
hingga mencapai puncaknya di titik @. Dari profil kecepatan gas diatas puncak kecepatan yang didapat sudah mendekati kondisi ideal yaitu puncak kecepatan berada di tengah tengah penampang wind tunnel. Pada posisi titik yang lain& udara mengalami gesekan dengan dinding bagian dalam cerobong sehingga menghambat la'unya dan mengurangi kecepatan di titiktitik tersebut. ilai + p dari kaki pitot S yang mendekati nilai + p referensi adalah kaki 9 dengan nilai + p sebesar /&=1 yang merupakan koefisien kalibrasi kaki pitot. ilai ini cukup berbeda dari nilai + p referensi yang digunakan dalam EPA Method" sebesar /&01. Perbedaan nilai tersebut dapat disebabkan oleh ketepatan pengukuran tekanan dinamis pada pitot standar dan pitot S yang merupakan faktor utama dalam menghitung nilai + p. Kesalahan dalam praktikum ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Pertama& lubang pada cerobong tidak tertutup sempurna ketika pengukuran tekanan dengan menggunakan pitot dilakukan sehingga udara keluar dan mempengaruh pengukuran tekanan gas oleh manometer. Pada titik Kedua& ketidaktelitian pada pembacaan manometer oleh pengamat karena perubahan tinggi yang tidak signifikan pada titiktitik pengamatan yang berbeda sehingga mempengaruhi hasil perhitungan. Ketiga& pitot tidak berada tepat di koordinat titik yang telah ditetapkan sehingga pembacaan tekanan udara tidak berada tepat di titik yang dimaksud. Pitot 'uga dapat berada pada keadaan yang tidak stabil saat pembacaan manometer dilakukan sehingga titik pengamatan pun men'adi tidak tepat. b+ APLKAS DALAM BDANG TEKNK LNGKUNGAN Dalam bidang Teknik ,ingkungan& pengukuran kecepatan gas dalam pipa dapat
digunakan untuk mengukur kecepatan gas buangan industri& baik yang mengandung partikulat maupun tidak. Apabila gas buangan tersebut mengandung polutan yang dapat membahayakan penduduk di sekitar industri tersebut maupun peker'anya& tingkat penyebaran at berbahaya tersebut dapat diukur dan diperkirakan seberapa besar dampaknya. Aplikasi dalam percobaan ini dapat 'uga digunakan untuk mencegah dan mengontrol kecelakaan yang mengakibatkan pelepasan gas berbahaya. Setiap gas memiliki karakteristik masingmasing sehingga mempengaruhi kecepatannya ketika
mengalir di sebuah saluran. Dengan memperhitungkan karakteristik tersebut& kecepatan gas berbahaya dapat dihitung dan diambil tindakan pre4entif bila ter'adi pelepasan maupun kebocoran yang menyebabkan gas beracun keluar dari salurannya. Model dari wind tunnel 'uga digunakan untuk tu'uan 4alidasi data& seperti pada permodelan aliran udara pada landfill. Salah satu contohnya adalah u'i yang dilakukan oleh Wind Engineering and Building Aerodynamics Research Center $+BCA+C2% dengan menggunakan boundary layer wind tunnel $9,;T% di Prato& Ctalia. Metode ini digunakan untuk mengukur konsentrasi dari emisi gas yang dikeluarkan oleh landfill. Aplikasi De$ diameter eki4alen% di bidang Teknik ,ingkungan adalah untuk men'adi acuan tinggi dari cerobong yang ideal. Tinggi cerobong yang ideal adalah !/ De. Selain itu& De 'uga dapat digunakan untuk menentukan letak titik sampling yang benar& yaitu ber'arak " De dari u'ung cerobong atau 0 De dari titik disturbansi.
+erobong digunakan untuk mengurangi konsentrasi dari gas buangan pada suatu pabrik. -ika tidak ada cerobong maka gas buangan industri langsung mengenai manusia dan memiliki dampak bagi kesehatan. Maka dari itu diadakan cerobong agar ada ketinggian yang menghasilkan kecepatan yang 'uga menyebabkan adanya plume rise sehingga buangan memiliki area yang besar dan konsentrasi yang tidak melebihi baku mutu effluent dan udara ambien. -ika kecepatan kecil& Plume Bise 'uga akan kecil sehingga area persebarannya 'uga kecil yang menyebabkan konsentrasi gas buang men'adi tinggi sehingga berbahaya bagi manusia 'ika terpapar gas buangan sisa industry dalam konsentrasi yang tinggi. 9+
KESMPULAN a+ Metode pengukuran kecepatan aliran gas dalam cerobong menggunakan EPA
method"& semacam SC untuk Amerika. Metode pengukuran transverse point adalah EPA method!. b. Koefisien kalibrasi pitot S terhadap pitot standar $+ p% adalah sebesar !&0>1 untuk kaki A dan /&=1 untuk kaki 9. Kaki yang dipilih adalah kaki B karena nilainya paling mendekati /&01. c. Kecepatan dan debit aliran gas dalam terowongan angin adalah
Titik
! " < 1 @ > = 0 8
9+
9/ ;m'/<
@ ;m"'/<
<&>8/"=<8!8 <&0=8>1/" <&=0@81>1! 1&/@8@@=><" 1&"<"0!>=>> <&8=/=<1/8< <&18/!!!!!> <&0=8"1!!"1 <&=0@=@!>8>
!@&"<8880@< !>&/""/<0@1 !@&><>=!"0= !>&==/"1> !>&<888""0! !1&1!=0!80= !>&/"<>0>0 !@&><=@!=!"
DA6TAR PUSTAKA http:www!epa!govttnemcmethodsmethod"!html dia#ses pada tanggal $% &ovember $'"( https:gin#go)!wordpress!com$''*'$"'pengu#uran+#ecepatan+dalam+cerobong dia#ses pada tanggal $% &ovember $'"( Wight, -regory .! "**(! /undamentals o0 Air Sampling! CRC Press! P0a00lin, 1ames R! dan 2iegler, Edward &! $'"$! Encyclopedia o0 Environmental Science and Engineering! CRC Press! #innemore& E. -ohn."//". /luid 3echanics with Engineering Application. ew ork 5 Mc *raw )ill.
