LAPORAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN MODUL XII SALURAN UDARA SERBAGUNA
Oleh: Kelompok 34 Anggota: Ahmad Armansyah Fauzi
13111079
Iqbal Jauhari Roesdha
13111082
Abdullah Ahsanun Nasik
13111083
Restu Ikhsanul Fikri
13111087
Fuad Muthahari
13111090
Muhammad Faisal Fachri
13111102
Tanggal Praktikum: 28 Maret 2014 Tanggal Penyerahan Laporan: 2 April 2014
I.
Tujuan Percobaan 1. Menunjukkan dan memperkenalkan cara-cara pengukuran kecepatan aliran udara. 2. Menentukan laju masa aliran udara. 3. Mengamati perubahan sifat-sifat termodinamika udara bila dipanaskan. 4. Mengamati perubahan sifat-sifat termodinamika udara bila didinginkan baik disertai dengan pengembunan atau tidak.
II.
Landasan Teori Saluran udara serbaguna merupakan peralatan pengujian y ang digunakan untuk mengamati
fenomena-fenomena yang berkaitan dengan sifat termodinamis udara. Fenomena yang dapat diamati adalah :
Perubahan entalpi (Δh)
Perubahan kelembaban udara (relatif maupun mutlak)
Perubahan temperatur
Pengaruh laju aliran udara terhadap perpindahan panas
Karena ada perubahan laju aliran massa,maka kita dapat mengukur kecepatan aliran udara serta dapat terlihat peristiwa lift dan drag. Dikarenakan ada pendinginan maka kita juga dapat melihat fenomena bunga es. Pengukuran Kecepatan Udara pada Sisi Masuk
Pengukuran ini menggunakan manometer untuk melihat beda tekanan statis antara tekanan udara lingkungan dengan tekanan udara saluran sisi masuk. Untuk mendapatkan kecepatan udara kita menggunakan persamaan bernoulli
Dengan asumsi tidak ada perbedaan ketinggian (z 1=z2) dan kecepatan awalnya nol (v 1=0) maka
√ ( ) √ Pengukuran Kecepatan Udara pada Saluran Udara
Pengukuran ini menggunakan manometer dan tabung pitot. Tabung pitot digunakan untuk meperoleh beda tekanan antara tekanan total (stagnasi) dengan tekanan statis pada saluran yang diukur. Dengan menggunakan persamaan bernoulli
Dengan asumsi tidak ada perbedaan ketinggian (z 1=z2) dan kecepatan awalnya nol (v 1=0) maka
√ ( ) √ Dikarenakan kecepatan pada suatu saluran tidak seragam maka kita perlu mengukur di berbagai titik, kemudian kita rata-ratakan.
Faktor Kalibrasi
Harga kecepatan yang diperoleh dengan menggunakan tabung pitot perlu dikoreksi agar hasilnya akurat.
Karena kita memiliki data kecepatan diberbagai titik maka data tersebut perlu dirata-ratakan
Kecepatan Udara Setelah Kalibrasi
Kecepatan udara yang telah dikalibrasi ditentukan dengan perkalian antara faktor kalibrasi dengan kecepatan udara
Laju Aliran Massa Udara
Dalam psikometri, udara dibagi dua yaitu udara kering (tidak mengandung uap air) dan udara basah (mengandung uap air). Pada praktikum ini kita menentukan laju aliran massa udara kering.
Besar laju aliran massa udara
Proses Perlakuan Udara
Proses Pemanasan dan Pendinginan
Kalor yang diterima selama proses adalah
III. Prosedur Percobaan Sebelum menjalankan mesin, perlu diperhatikan air dalam botol (di atas pelembab harus penuh), bila kosong akan menyebabkan heater dari pelembab terbakar. Setelah itu lakukan langkahlangkah berikut:
1. Pasang manometer pada bagian masuk mesin dan set nol 2. Pasang manometer pada tabung pitot dan set nol 3. Pasang termometer bola kering dan termometer bola basah pada stasiun sebelum dan sesudah pendinginan langsung 4. Pasang termometer bola kering pada stasiun sesudah pemanas listrik 5. Hubungkan terminal daya dengan jala-jala 6. Terminal daya pada posisi “on” 7. Atur posisi pelat geser 8. Masukkan ujung terminal daya kipas dan unit pendingin pada terminal daya (2 fasa) 9. Masukkan ujung terminal pemanas ulang pada terminal pemanas 10. Tekan tombol kipas 11. Tunggu 5 menit lalu lakukan pengukuran
IV. Data Pengamatan Keadaan awal 0
o
Ta = 23,5 C = 296,5 K
o
ρ0 = 1,22 kg/m
o
ρf = 0,8 . ρair = 800 kg/m
o
A = 300 x 150 mm = 0,045 m
o
Tekanan dalam ruangan (Ps) = 100100 N/m
o
Faktor koreksi manometer, sin θ = 0,2
3 3
2
2 2
Data pengukuran untuk Saluran Udara Serbaguna (SUS) Kondisi Heater
Bukaan
Δy dinamis
Katup
Low
50 %
100 %
1
3
2
3 4
4
4
4
5
4
1
8
2 3
o
(mm) (mm)
3
Pemanasan
o
( C)
statis pitot
Low
Pendinginan
Δy
Posisi
10
9 9
( C) Tdb
Twb
23
21,5
25
24
22,5
25
Medium
50 %
Medium
V.
4
10
5
10
1
2
2
3
3
100 %
5
3
4
4
5
4
1
8
2
9
3
9
9
4
10
5
10
22
21,5
27,5
23,5
22
27
Perhitungan & Analisis Dari data-data di atas, kemudian dilakukan proses perhitungan sbb : Massa jenis udara Dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
ud
0
ud 1,22
P s
293
101325 T a
100100
293
101325 296 ,5
1,19k g / m
3
Kecepatan Udara Awal pada Sisi Masuk Contoh perhitungan (untuk kondisi low heater , bukaan katup 100%) : h statis statis y statis statis Faktor Koreksi Manometer h statis statis y statis
. sin 10 . 0,2 = 2 mm 3
2 P s f . g . h statis statis 800. 9,81. 2 10 = 15,696 N/m
V e
P s .2
ud
15,696 . 2 1,19
= 5,136 m/s
Hasil pengolahan data kecepatan udara masuk adalah sebagai berikut :
Kondisi Heater
Bukaan
∆y statis
∆h statis
∆Pe
Ve
Katup
Low
50%
4
0,8
6,2784
3,248374
Low
100%
10
2
15,696
5,13613
Medium
50%
5
1
7,848
3,631792
Medium
100%
9
1,8
14,1264
4,872561
Kecepatan Aliran Udara pada Saluran Udara Contoh perhitungan kecepatan aliran udara dalam saluran (untuk kondisi medium heater , bukaan katup 50% dan posisi pitot 1) : Δydinamis = 2 mm hdinamis y dinamis . sin
4 . 0,2 = 0,8 mm 3
P d f . g . h statis statis 800. 9,81. 0,8 10 P d .2
V d
ud
6,2784. 2 1,19
6,2784 N/m2
3,248374 m/s
Untuk kelima data tersebut (setiap katup pada kondisi seperti di atas) kemudian dirata -rata : n
V d ,i V dm
V dm
i 1
n
2,813174 2,813174 3,248374 3,248374 3,248374 5
3,074294 m/s
Hasil pengolahan data kecepatan aliran udara pada saluran udara adalah sebagai berikut :
Heater
Kondisi Bukaan Katup
Low
50%
Low
100%
Medium
50%
Posisi pitot
∆y dinamis
∆h dinamis
∆Pd
Vd
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1
3 3 4 4 4 8 9 9 10 10 2
0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 1,6 1,8 2 2 2 0,4
4,7088 4,7088 6,2784 6,2784 6,2784 12,5568 14,1264 14,1264 15,696 15,696 3,1392
2,813174 2,813174 3,248374 3,248374 3,248374 4,593794 4,872561 4,872561 5,13613 5,13613 2,296947
Vdm
3,074294
4,922255
2,884009
Medium
2 3 4 5 1 2 3 4 5
100%
3 3 4 4 8 9 9 10 10
0,6 0,6 0,8 0,8 1.6 1.8 1.8 2 2
4,7088 4,7088 6,2784 6.2784 12.5568 14.1264 14.1264 15.696 15.696
2,813174 2,813174 3,248374 3.248374 4.593894 4.872561 4.872561 5.13613 5.13613
4.922255
Faktor Kalibrasi Contoh perhitungan untuk menentukan faktor kalibrasi (kondisi low heater , bukaan katup 50%) :
K
V dm V e
3.074294 3.248374
0.94641
Faktor kalibrasi K yang digunakan adalah harga rata-ratanya (K m) yang diperoleh dari persamaan berikut : n
K i K m
i 1
n
sehingga,
K m
0.94641 0.958359 0.794101 1.010199 5
0.9272671
Kecepatan Udara Setelah Kalibrasi Kecepatan yang sebenarnya adalah kecepatan setelah dikalikan dengan factor kalibrasi. Besarnya kecepatan tersebut (contoh perhitungan untuk kondisi medium heater , bukaan katup 100%) adalah :
V K m .V dm
0,9272671 4,922255
4,56424 m/s
Laju Aliran Massa Udara Contoh perhitungan laju massa udara (untuk kondisi medium heater , bukaan katup 100%) :
m . A .V 1,19 . 0,045. 4,56424 0,2444 kg/s
Hasil pengolahan data untuk kecepatan pada saluran yang telah dikalibrasi dan laju aliran massa udara adalah sebagai berikut :
Kondisi Heater
Bukaan
Vdm
K
V
m
Katup
Low
50%
3,074294
0,94641
2,931400964
0,156977
Low
100%
4,922255
0,958359
4,455810117
0,244086
Medium
50%
2,884009
0,794101
2,754955633
0,147528
Medium
100%
4,922255
1,010199
4,460341531
0,238851
Enthalpi udara Untuk menentukan enthalpi pada masing-masing tingkat keadaan pada saluran udara A-9 “Fundamentals serbaguna digunakan grafik psikrometrik (Psychrometric charts) dari Figure A-9 of Engineering Thermodynamics”, Thermodynamics”, karangan Moran dan Saphiro.
T.K. 1 adalah keadaan udara awal saat memasuki SUS yang dianggap sama dengan keadaan udara di ruangan tempat pengujian.
T.K. 2 adalah keadaan setelah udara melewati evaporator atau atau setelah mengalami proses pendinginan.
T.K. 3 adalah keadaan setelah udara melewati heater atau setelah mengalami pemanasan dengan kelembaban konstan.
Hasil-hasil pembacaan diagram psikrometrik untuk masing-masing tingkat keadaan :
Kondisi Heater
Pemanasan
0
Enthalpi
0
( C)
Bukaan Katup
Pendinginan
( C)
Tdb
Twb
Tdb
h1
h2
h3
Low
50%
22.5
21.5
25
54
63
65
Low
100%
24
22.5
25
54
66.5
68
Medium
50%
22
21.5
27.5
54
63
68
Medium
100%
23.5
22
27
54
64.5
68.5
Kalor Pemanasan (Q h) dan Kalor Pendinginan (Q c)
Besarnya kalor untuk pemanasan dan pendinginan dapat dihitung dengan menggunakan rumus neraca energi untuk suatu system control volume :
0 Qcv W cv min (hin
V in2 2
gz in ) mout (hout
2 V out
2
gz out )
Persamaan diatas dapat disedehanakan dengan menggunakan asumsi :
zin = zout
Vin = Vout
Wcv = 0
min = mout
sehingga menjadi :
Qh
m.( h3
h2 ) ; untuk kalor pemanasan
Qc
m.( h1
h2 ) ; untuk kalor pendinginan
Berikut ini hasil pengolahan data untuk perhitungan besar kalor pemanasan (Q h) dan besar kalor pendinginan (Q c) :
Heater
Bukaan
Qc
Qh
Low
50%
-1.6246194
0.3610265
Low
100%
-3.5085517
0.4210262
Medium
50%
-1.4044848
0.7802693
Medium
100%
-2.6528784
1.0106203
Analisis
1. Dalam praktikum kali ini, dua hal yang menjadi variabel peubah dan kami tinjau pengaruhnya terhadap laju aliran massa, kalor pemanasan, dan kalor pendinginan, yaitu bukaan katup dan heater. 2. Laju aliran massa udara yang melewati saluran dengan pembukaan katup penuh (100%) lebih besar daripada pembukaan katup setengah (50%). Hal ini disebabkan kerja blower
dapat maksimal karena tidak dihambat oleh katup, sehingga udara yang tersedot blower atau yang melewati saluran udara serbaguna l ebih besar. 3. Harga kalor pemanasan (Qh) pada heater lebih besar untuk yang medium heater (dengan kondisi bukaan katup sama). Hal ini disebabkan karena daya yang dikeluarkan oleh medium heater (1000 W) lebih besar daripada daripada low heater (500 (500 W), sehingga medium heater dapat dapat
memberikan efek pemanasan yang lebih besar dan menghasilkan temperature lebih t inggi. 4. Harga kalor pemanasan (Qh) juga lebih besar pada kondisi bukaan katup penuh (100%) untuk kondisi heater yang sama. Ini disebabkan laju massa aliran udara lebih besar pada kondisi bukaan katup penuh. 5. Harga kalor pendinginan (Qc) bernilai negatif. Hal ini menunjukkan bahwa pada evaporator terjadi proses perpindahan panas dari udara ke evaporator (kalor keluar dari udara). 6. Harga kalor pendinginan (Qc) lebih besar untuk kondisi bukaan katup penuh (dengan menggunakan kondisi heater yang yang sama). Ini disebabkan karena laju massa aliran udara lebih besar pada kondisi bukaan katup penuh. 7. Harga kalor pendinginan (Qc) juga lebih besar pada kondisi low heater jika jika dibandingkan dengan medium heater (untuk (untuk kondisi bukaan katup yang sama). Hal ini disebabkan karena udara pada keluaran evaporator yang yang terbaca oleh thermometer terkena efek pemanasan dari heater (walaupun hanya sedikit), sehingga temperatur udara yang terbaca menjadi lebih tinggi dari temperatur keluaran evaporator yang yang sebenarnya dan mengakibatkan harga enthalpi (h2) menjadi lebih besar. Hal ini dapat terjadi akibat adanya kemungkinan kesalahan pengukuran, seperti perlakuan pengukuran temperatur tidak sama untuk setiap kondisi (interval waktu pengambilan data berbeda).
VI. Diskusi dan Kesimpulan untuk kondisi low heater, maka didapat : kecepatan aliran udara : bukaan 50% = 3.07 m/s bukaan 100% = 4.92 m/s faktor kalibrasi rata-rata = 0.927 laju aliran massa : bukaan 50% = 0.157 kg/s bukaan 100% = 0.244 kg/s kalor pemanasan udara melalui heater : bukaan 50% = 0.361 kJ/s bukaan 100% = 0.421 kJ/s kalor pendinginan pada evaporator : bukaan 50% = - 1.62kJ/s bukaan 100% = - 3.51 kJ/s
