COMPARATIVE FLOW MEASUREMENT APPARATUS

BAB I

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Fluida adalah suatu zat yang akan berubah (terderformasi) secara terus-menerus (continues) apabila terkena tegangan seberapun kecilnya tegangan tersebut diberikan. Dalam suatu aliran fluida dalam saluran tertutup, baik itu jenis aliran laminar maupun turbulen, pasti mengalami kerugian head (Head Losses). Kerugian head ini disebabkan oleh kerugian gesek di dalam pipa-pipa, reduser, katup dan lain-lain. Faktor-faktor yang diperhitungkan tidak hanya kecepatan dan arah partikel, tetapi juga antara zat cair dan dinding batas. Gerak zat cair atau fluida tidak mudah diformulasikan secara matematik, sehingga diperlukan anggapan-anggapan dan percobaan-percobaan untuk mendukung penyelesaian secara teoritis.

              Persamaan energi yang menggambarkan gerak partikel diturunkan dari persamaan gerak. Dalam hal ini persamaan energi dapat ditunjukkan oleh persamaan Bernoulli. Namun, persamaan Bernoulli ini memiliki beberapa syarat yaitu aliran yang digunakan adalah steady flow (kecepatan aliran tidak berubah terhadap waktu), lalu Incompressible flow (densitas fluida dianggap tetap karena perubahan densitas fluida kurang dari 0,5% dan Mach number fluida kurang dari 3). Aliran sepanjang streamline (fluida mengalir pada streamline yang sama). Pada fluida nyata, aliran yang terjadi akan mengalami gesekan dengan dinding pipa, sehingga mengalami kehilangan energi. Maka dari itu, dilakukan praktikum Comparative Flow Measurement Apparatus untuk mengamati dan mempelajari fenomena Head Losses pada aliran dalam pipa (internal flow).

1.2         Tujuan Percobaan

Tujuan dari dilakukannya percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.   Untuk mengamati head loss dan losses coefficient aliran yang melalui suatu fitting perpipaan.

2.   Untuk mengamati debit theoritis dan koefisien discharge aliran melalui flowmeter pada system perpipaan dengan hubungannya terhadap perubahan laju aliran.

1.3         Batasan Masalah

Batasan masalah yang digunakan pada praktikum Comparative Flow Measurement Apparatus adalah sebagai berikut :

1.         Steady  flow

Aliran yang properties fluidanya di suatu titik tidak bergantung terhadap waktu selama fluida mengalir.

2.         Incompressible flow

Incompresible flow adalah aliran dimana variasi densitas fluida yang mengalir dapat diabaikan. Incompresible flow dapat ditentukan dari Mach Number, jika Mach Number kurang dari 0.3 maka aliran tersebut adalah aliran incompresible

3.         Fully Developed Flow

Aliran fluida yang terbentuk dari viscous flow. Profil aliran sepanjang penampang pipa tidak berubah (sama). Kasus ini biasa terjadi pada aliran didalam pipa. Bentuk aliran ini membentuk lebih tajam dengan U_max yang dapat mencapai 2 kali nilainya dari u yang biasa.

4.         No Fouling Faktor

      Fouling faktor pada fluida diabaikan, dianggap tidak ada kotoran atau zat-zat asing yang terkandung di dalamnya. Fouling factor ada suatu angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa oleh fluida yang mengalir.

BAB II

DASAR TEORI

2.1         Persamaaan Bernoulli dari Persamaan Energi

2.1.1        Berdasarkan Hukum Termodinamika I

Maka persamaannya menjadi :

dari persamaan kontinuitas didapat:

Maka jika disubstitusikan dengan persamaan energi, persamaan menjadi :

Dari konsep koefisien energy kinetic, α, didapatkan persamaan :

Dan dari konsep laju perpindahan panas didapatkan persamaan berikut :

Maka dengan substitusi kedua persamaan sebelumnya, persamaan energy menjadi:

atau

2.2         Headloss

Headloss adalah rugi energi pada suatu aliran akibat gesekan ataupun factor-faktor lain seperti adanya sudut belokan, sambungan, ataupun katup. Jenis headloss yang ada dapat dibagi dua, yaitu:

2.1.1        2.2.1 Major headloss

adalah rugi energi atau penurunan tekanan yang terjadi pada sepanjang pipa akibat gesekan yang diubah menjadi energi panas. Analisis headloss aliran laminar dapat diselesaikan secara analitis karena gesekan aliran yang teratur. Namun pada aliran turbulen, gerakan aliran yang acak akan mempersulit penurunan persamaan yang eksak, sehingga dilakukan pendekatan dengan fungsi dari penurunan tekanan (ΔP), diameter pipa (D), panjang pipa (L), kekerasan (e), kesepatan rata-rata (V), massa jenis fluida (), dan viskositas fluida ().

2.1.1       2.2.2  Minor headloss

adalah rugi energy yang terjadi pada sambungan, katup, daerah dengan perbedaan luasan, tau perbedaan sudut. Minor headloss merupakan headloss local sehingga tidak terjadi sepanjang pipa. Aliran yang melewati daerah dengan perubahan luasan akan membentuk vena contracta. Vena contracta adalah pengecilan diameter penampang aliran yang menyebabkan penurunan tekanan dan kenaikan kecepatan.

            Dimana :

            V         : kecepatan aliran fluida          (m/det)

            K         : friction coeffisien pada masing-masing assesories

2.3         Macam-Macam Fitting Perpipaan

2.1.1        2.3.1 Sudden Enlargement

Suatu sudden enlargment pada daerah alir fluida membesar tiba-tiba sehingga kecepatannya menurun. Saat fluida memasuki pipa besar, suatu pancaran terbentuk disaat fluida terpisah dari dinding tabung kecil. Karena tidak ada dinding pipa yang mengendalikan pancaran fluida yang dihasilkan dari pipa kecil, maka pancaran itu akan berekspansi sehingga mengisi seluruh permukaan. Sebagian kecil fluida terpisah dari pancarannya dan bersirkulasi diantara dinding dan pancaran.

2.1.1        2.3.2 Sudden Contaction

Suatu pengecilan tiba-tiba sering juga disebut reduksi. Fenomena aliran pada kasus kontraksi sangat berbeda dari pada ekspansi. Profil kecepatan adalah profil fluida yang mengalir pada bagian yang besar. Kontraksi menyebabkan fluida berakselerasi saat memasuki daerah yang lebih kecil.

2.1.3        Elbow 90

            Merupakan salah satu dari fitiing. Dimana fitting dapat meningkatkan penurunan tekanan pada sistem perpipaan aliran fluida bila dibandingkan dengan pipa lurus tanpa dan fitting. Bahkan suatu sambungan ynag menggabungkan dua pipa yang panjang, mengganggu profil kecepatan pada aliran turbulen sehingga cukup untuk meningkatkan penurunan tekanan.

2.4         Macam-Macam Flowmeter

2.1.1        2.4.1 Venturimeter

Venturimeter adalah sebuah alat yang bernama pipa venturi. Pipa venturi merupakan sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat diperhitungkan.

2.1.1        2.4.2 Orificemeter

Terdapat pelat tipis dengan lubang di tengah. Hal ini biasanya ditempatkan dalam pipa aliran fluida di mana. Ketika cairan mencapai pelat orifice, dengan lubang di tengah, cairan dipaksa untuk berkumpul untuk pergi melalui lubang kecil, titik konvergensi maksimum sebenarnya terjadi tak lama hilir orifice fisik, pada titik kava disebut contracta

2.4.3    2.4.3 Rotameter

Rotameter adalah alat yang mengukur tingkat aliran cair atau gas dalam tabung tertutup. Ini termasuk dalam kelas meter yang disebut variabel area meter,yang mengukur berbagai laju aliran luas penampang fluida yang bergerak melaluinya, menyebabkan beberapa efek yang dapat diukur. Sebuah rotameter terdiri dari tabung runcing, biasanya terbuat dari kaca, dengan pelampung di dalamnya yang didorong oleh aliran dan ditarik ke bawah oleh gravitasi.

2.5         Aplikasi comparative flow

2.1.1        2.5.1 Desain dalam instalasi perpipaan air didalam rumah

Dalam pemilihan pompa yang sesuai untuk desain air, perlu diperhitungkan head total pompa. Untuk itu kita perlu tahu head tekanan yang dibutuhkan pompa, head statis pompa, head kecepatan aliran, panjang pipa, dan belokan pipa.

Maka dapat dilakukan perhitungan dengan persamaan

Dengan persamaan diatas dapat diketahui head total dengan diketahui ketinggian head statis, head kecepatan aliran, head tekanan, dan head loses. Dengan demikian dapat diketahui kebutuhan debit air pompa, daya pompa, dan head pompa.

2.5.2 Aplikasi Comparative Flow pada Restriction Orifice

Bentuk dari Orifice Flowmeter (OF) dan Restriction Orifice (RO) diatas adalah bentuk yang sering dijumpai dan secara umum perbedaannya terdapat pada profil lubang dari kedua orifice tersebut. Orifice untuk flowmeter umumnya mempunyai profil lubang yang awalnya lurus, tetapi kemudian bertakik (bevel) dengan kemiringan sekitar 45^o. Sedangkan restriction orifice mempunyai profil lubang yang lurus.Untuk mengetahui perbedaannyapada profil tekanan suatu fluida yang melewati Orifice dan Restriction Orifice dimana dapat digambar dibawah ini:

Besarnya hilang tekan (pressure loss) yang diakibatkan oleh adanya penyempitan area fluida pada orifice tidaklah sebesar seperti halnya pada restriction orifice.Pada orifice 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 orifice 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).

Aplikasi Restriction Orifice pada instalasi pressure vessel yang baru pada 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.