orifice bawah pada tangki
TRANSCRIPT
ORIFICE BAWAH PADA TANGKI
LAPORAN
OLEH:
KELOMPOK II
L A B O R A T O R I U M M E K A N I K A F L U I D APROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN
F A K U L T A S P E R T A N I A NUNIVERISTAS SUMATERA UTARA
2014
ORIFICE BAWAH PADA TANGKI
LAPORAN
OLEH:
KELOMPOK II
Sri Ayu Febriani 130308064Putri Azzahra 130308042Eka Trikarlina 130308010Evi Tri Ulina Ginting 130308090Sahat Marito Marbun 130308011Thomas H Panjaitan 130308074Hasanul Basri Siregar 130308007
Laporan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Dapat Mengikuti Praktikal TestDi Laboratorium Keteknikan Pertanian Program Studi Keteknikan
Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
Medan, 10 Desember 2014 Asisten Korektor Asisten Korektor
(Ade Rahmi Alhas) (Ardelimas ARS) NIM: 110308033 NIM: 110308046
Diketahui Oleh:Dosen Penanggung Jawab
(Prof. Dr. Ir. Sumono M. S.) (Achwil Putra Munir STP M. Si)NIP. 194809281976031003 NIP. 197003121999031002
L A B O R A T O R I U M M E K A N I K A F L U I D APROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN
F A K U L T A S P E R T A N I A NUNIVERISTAS SUMATERA UTARA
2014
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada tuhan Yang Maha Esa karena berkat
dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan ini tepat pada waktunya.
Adapun judul dari Laporan ini adalah “Orifice Bawah Pada Tangki” yang
merupakan salah satu syarat untuk dapat mengikuti Praktikal Tes di Laboratorium
Mekanika Fluida Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Achwil Putra Munir STP, M. Si.,
dan Prof. Dr. Ir. Sumono M. S., selaku dosen penanggung jawab mata kuliah
Mekanika Fluida serta abang kakak asisten yang telah membantu dalam
pembuatan laporan ini.
Penulis menyadari laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena
itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar terciptanya
laporan yang bermanfaat.
Medan, Desember 2014
Penulis
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................... iPENDAHULUAN .................................................................................. 1Latar Belakang......................................................................................... 1Tujuan Penulisan ..................................................................................... 3TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 4BAHAN DAN METODE ...................................................................... 7Waktu dan Tempat Praktikum................................................................. 7Bahan dan Alat ...................................................................................... 7Prosedur Praktikum ................................................................................. 7HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 9Hasil ...................................................................................................... 10Perhitungan.............................................................................................. 10Pembahasan............................................................................................. 12KESIMPULAN ...................................................................................... 15DAFTAR PUSTAKA ............................................................................ 16LAMPIRAN
ii
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Orifice adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran
volume atau massa fluida di dalam saluran yang tertutup (pipa) berdasarkan
prinsip beda tekanan. Alat ini berupa plat tipis dengan gagang yang diapit diantara
flens pipa. Orifice termasuk alat ukur laju aliran dengan metode rintangan aliran
(Obstruction Device). Karena geometrinya sederhana, biayanya rendah dan
mudah digunakan dan diterapkan. Fungsi dari orifice adalah sebagai pemberi
perbedaan tekanan (differential Pressure) antara fluida sebelum melewati orifice
dan tekanan fluida sebelah melewati orifice.
Zat yang tersebar di alam dibedakan dalam tiga keadaan (fase) yaitu fase
padat, cair dan gas. Beberapa perbedaan di antara ketiganya adalah: 1) fase padat,
zat mempertahakan suatu bentuk dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya
yang besar dikerjakan pada benda tersebut. 2) Fase cair, zat tidak
mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengikuti bentuk wadahnya.
Tetapi seperti halnya fase padat, pada fase cair, zat tidak mudah dimampatkan,
dan volumenya dapat diubah hanya jika dikerjakan gaya yang sangat besar. 3)
Fase gas, zat tida mempunyai bentuk tetap, tetapi akan berkembang mengisi
seluruh wadah.
Karena fase cair dan gas memilik karakter tidak mempertahankan suatu
benruk yang tetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir;
dengan demikian keduanya disebut fluida. Fluida adalah zat alir, yaiitu zat yang
1
2
dalam keadaan biasa dapat mengalir. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan
bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu. Ini disebabkan
oleh lemahnya ikatan antara molekul (gaya kohesi).
Gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi
antar molekul zat cair. Keadaan ini menyebabkan molekul-molekul gas menjadi
relatif bebas sehingga gas selalu memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul
zat cair terikat satu sama lainnya sehingga membentuk suatu kesatuan yang jelas,
meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya.
Akibat lainnya adalah kemampuannya untuk dimampatkan. Gas bersifat
mudah dimampatkan sedangkan zat cair sulit. Gas jika dimampatkan dengan
tekanan yang cukup besar akan berubah menjdi zat cair. Mekanika gas dan zat
cair yang bergerak mempunyai perbedaan dalam beberapa hal, tetapi dalam
keadaan diam keduanya mempunyai prilaku yang sama dan ini dipelajari dalam
statika fluida.
Kerapatan (densitas) suatu benda, didefenisikan sebagai massa per satuan
volume: =m/v dengan m adalah massa benda dan V adalah volume benda.
Dengan demikian, Sastuan Internasional untuk kerapatan kg/m3, dan dalam cgs
adalah g/cm3. Selain kerapatan, besaran lain sering digunakan dalam menangani
persoalan fluida adalah berat jenis. Berat jenis suattu benda didefinisikan sebagai
perbandingan kerapatan benda tersebut terhadap kerapatan air pada suhu 4C.
Dengan demikian berat jenis merupakan besaran murni tanpa dimensi maupun
satuan.
Tujuan Praktikum
3
Adapun Tujuan praktikum ini adalah untuk mengetahui lamanya waktu
pengosongan tangki menggunakan orifice bawah pada tangki.
TINJAUAN PUSTAKA
Pada dasarnya orifice berupa plat ipis dengan lubang dibagian tengah,
fluida yang mengalir melalui pipa ketika sampai pada orifice akan dipaksa untuk
melewati lubang, pada orifice. Hal ini menyebabkan terjadinya perubahan
kecepatan dan takanan. Titik dimana terjadinya kecepatan maksimum dan tekanan
minimum disebut vena contracta. Setelah melewati vena contracta kecepatan dan
tekanan akan mengalami perubahan lagi. Dengan demikian perbedaan tekanan
pada pipa normal dan tekanan dengan persamaan bernoulli terdapat hubungan
antara tekanan fluida dengan kecepatan fluida. Jika kecepatan meningkat maka
akan menurun begitu pula sebaliknya (Febrisetianto, 2011).
Nilai h pada orifice diukur dari titik tengah orifice kepermukaan bebas.
Ketinggian tersebut diasumsikan tetap konstan persamaan bernoulli diaplikasian
dari permukaan bebeas hingga ke bagian tengah dengan tekanan atmosfer lokal
dan data elevasi mengabaikan kehilangan yang terjadi diperoleh v=√2gh, ini
hanya kecepatan teoritis (Vt) disebut dengan koefisien kecepatan (Cv) yaitu
Cv=Va/Vt atau ditulis dengan Va=Cv√2gh (Streeter and Wyle, 1985).
Tiga jenis peralatan yang paling umum untuk mengukur laju aliran fluida
pada pipa sesaat adalah orifice meter, nozzlemeter dan Venturi meter. Masing-
masing dari alat pengukur ini bekerja berdasarkan prinsip bahwa pengurangan
luas aliran dalam sebuah pipa menyebabkan peningkatan kecepatan yang disertai
dengan penurunan tekanan. Korelasi dari perbedaan tekanan dengan kecepatan
memberikan cara untuk mengukur laju aliran tersebut. Tanpa adanya viskos dan
4
5
dengan asumsi pipa horizontal, penerapan persamaan bernoulli
(Munson and Young, 2003).
Aliran teoritis dari sebuah tangki besar yang melalui lubang realatif kecil
dengan biasa pada kedalaman h dibawah permukaan bebas dapat dicari dengan
prinsip dari kekekalan energi. Misalkan tangki terbuka ke atmosfer, tekanan pada
permukaan bebas maupun pada lubang adalah atmosferik dan dengan demikian
persamaan bernoulli memberikan h=V ²√2 g. V adalah kecepatan pengeluaran
teoritis dan h adalah tinggi dalam persamaan bernoulli. Kecepatan air yang keluar
pada pengeluaran sebenarnya adalah Q=Cdu√2 gh, dimana Cd didefenisikan
sebagai koefisien pengeluar pada aliran air (Dugdale, 1986).
Orifice plat adalah lapisan tipis bisa diapit antara pinggiran pipa. Dimana
ukuran cukup sederhana, nilainya kecil dan mudah dibuat atau dipindahkan. Tepi
yang kecil akan tajam dari orifice akan memberikan nilai skalanya.
Bagaimanapun, keadaan yang tertutup dapat dibentuk dibagian belakang dari pipa
supaya tersumbat. Bagian pinggiran yang tajam dari orifice tidak akan terkotori
oleh kerak air atau bahan pengganggu, bagaimanapun bahan pengganggu dapat
terkumpul pada bagian atau sisi orifice konsentris pada pipa horizontal, orifice
dapat diletakkan secara tepat pada bagian bawah pipa untuk menghindari
kesulitan (Fox, et all, 2010).
Koefisien kecepatan (v) adalah perbandingan kecepatan rata-rata
sebenarnya pada irisan penampang (semburan) arus terhadap rata-rata ideal yang
akan terjadi tanpa gesekan. Koefisien penyusutan Ca adalah perbandingan luas
lubang melalui aliran cairan pada saluran-saluran terbuka biasanya air. Sejumlah
6
rumus-rumus empiris terhadap dalam literatur teknik, masing-masing dengan
batasn-batasan sendiri hanya sedikit saja yang akan ditulis dibawah (Giles, 1993).
Persamaan bernoulli dapat ditafsirkan secara visual dengan melukis bagian
bagan 2 garis arah arus suatu aliran. Garis arus (GAT) menunjukkan tinggi
tetapan bernoulli total h=z+p/ pg+v2/2g. Dalam aliran hir gesekan tana
pemindahan usaha atau bhang, GAT mempunyai ketinggian yang tetap. Garis
Asas Hidrolik (GAT) menunjukkan tingginya hulu elevasi dan hukum tekanan
z+p/pg, yakni Gat dikurangi hulu kecepatan V2/2g (White, 1986).
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Praktikum
Praktikum ini dilaksanaan pada hari Sabtu tanggal 18 Oktober 2014 pada
pukul 13.00 WIB sampai dengan selesai di Laboratorium Keteknikan Pertanian
Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera
Utara.
Bahan dan Alat
Adapun bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah air yang
berfungsi sebagai objek percobaan untuk mengetahui lamanya waktu
pengosongan tangki. Plastisin digunakan untuk menutupi kebocoran pada
rangkaian percobaan sebelumnya.
Adapun alat yang digunakan pada praktikum ini adalah wadah zat plastik
yang telah dilubangi sebagai tangki untuk mengisi air (aliran fluida). Ember
berfungsi sebagi penampung air yang mengalir dari lubang wadah zat plastik.
Gelas ukur berfungsi untuk mengukur volume air ang ditampung dari air yang
mengalir. Penggaris untuk mengukur panjang wadah zat plastik. Stopwatch
digunakan untuk menghitung waktu air yang mengalir. Alat tulis berfungsi untuk
mencatat hasil percobaan. Kalkulator untuk menghitung hasil percobaan. Buku
penuntun untuk melihat prosedur kerja pada saat praktikum.
Prosedur Praktikum
1. Disiapkan kaleng dalam ukuran besar
7
8
2. Dilubangi bagian bawah pada kaleng
3. Diukur diameter kaleng dan diameter lubang
4. Diisi kaleng dengan air pada ketinggian 34 cm (h1) dari dasar lubang dan
disumbat
5. Dibuat batas untuk air pada ketinggian 15 cm (h2)
6. Dibuka penyumbat kaleng pada lubang bawah
7. Disiapkan ember untuk menampung air
8. Dihidupkan stopwatch
9. Ditutup lubang sampai batas 15 cm
10. Dicatat waktu yang digunakan sampai pada ketinggian 15 cm
11. Diukur voulme air yang tertampung
12. Dihitung lama percobaan sebanyak tiga kali
13. Dihitung lam waktu pengosongan tangki dengan rumus:
Alubang = 14
D ² lubang
Akaleng = 14
D ² kaleng
Tteori = 2 Akaleng √h ₁−h₂
Alubang √2 g
Taktual = 2 Akaleng √h ₁−h₂
Cd Alubang√2 g
Cd = QaQt
Qa = Volume
t
Va = √2g (h₁−h₂)
Qt = Alubang Va
9
Keterangan
Alubang = Luas lubang pengeluaran air (m2)
Akaleng = Luas permukaan atas kaleng (m2)
Dlubang = Diameter lubang (m)
Dkaleng = Diameter kaleng (m)
Tteori = waktu pengosongan secara teori (s)
Taktual = waktu pengosongan secara aktual (s)
h = tinggi air (m)
10
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Dari praktikum yang telah dilakukan diperoleh data:
Ulangan V (m³) t (s) Cd Tteori (s) Taktual (s)
I 9,12X10ˉ³ 120 0,56 157 157,6II 9,12X10ˉ³ 125 0,55 157 157,6III 9,12X10ˉ³ 124 0,55 157 157,6
Perhitungan
h₁ = 30 cm =30X10-2 m
h2 = 15 cm = 15X10-2 m
Dkaleng = 30X10-2 m
Dlubang = 1X10-2 m
Alubang = 14
D2 = 14
(3,14) (1X10-2 m)2 = 78,5X10-6 m2
Akaleng = 14
D2 = 14
(3,14) (30X10-2 m)2 = 706,5X10-6 m2
Va = √2. g .(h₁❑−h ₂❑)
=√2.(9,8ms2 ) (30 X 10ˉ 2) m
= 17,1X10-1 m/s
Qt = Alubang.Va =7,8X10-6 m2. 17,1X10-1 m/s
=13,42X10-5 m3/s
Tteori = 2 Akaleng √h₁❑−h₂❑
Alubang √2 g
= 2.706,5 X ˉ 4 m ²√30 X 10 ˉ ² m−15 X 10ˉ ² m
78,5 X 10 ˉ 6 m ²√2.9,8 m /s
10
= 157 s
11
11
Ulangan I
Qa = Vt =
9,12 X 10 ˉ ⁵120 s = 7,6X10-5 m3/s
Cd = QaQt
=7,6 X 10 ˉ 5 m ³/ s
13,42 X 10 ˉ 5 m ³/s=0,56
Taktual = 2 Akaleng √h₁❑−h₂❑
Cdlubang√2g
= 2 (706,5 X 10 ˉ 4 m ² )√30 X 10ˉ ² m−15 X 10 ˉ ² m
(0,56 ) ( 78,5 X 10 ˉ 6 m2 )√2.9,8 m / s ²
= 157,6 s
Ulangan II
Qa = Vt
= 9,25 X 10ˉ ⁵
120 s= 7,4X10-5 m3/s
Cd = QaQt
=7,4 X 10ˉ 5 m ³/ s
13,42 X 10 ˉ 5 m ³/s=0,55
Taktual = 2 Akaleng √h₁❑−h₂❑
Cdlubang√2g
= 2 (706,5 X 10 ˉ 4 m ² )√30 X 10ˉ ² m−15 X 10 ˉ ² m
(0,56 ) ( 78,5 X 10 ˉ 6 m2 )√2.9,8 m / s ²
= 157,6 s
Ulangan III
Qa = Vt
=9,2 X 10 ˉ ⁵
120 s= 7,41X10-5 m3/s
Cd = QaQt
=7,41 X 10 ˉ 5 m ³/s
13,42 X 10 ˉ 5 m ³/s=0,55
Taktual = 2 Akaleng √h₁❑−h₂❑
Cdlubang√2g
= 2 (706,5 X 10 ˉ 4 m ² )√30 X 10ˉ ² m−15 X 10 ˉ ² m
(0,56 ) ( 78,5 X 10 ˉ 6 m2 )√2.9,8 m / s ²
12
= 157,6 sPembahasan
Orifice adalah pelat yang berlubang yang disiapkan pada lawan aliran
yang diukur juga merupakan alat primer berfungsi untuk mendapatkan tekanan
antara aliran pada up stream dan down stream orifice itu sendiri. Orifice
merupakan salah satu alat ukut yang digunakan geothermal umumnya orifice
diletakkan sebelum operator. Hal ini sesuai dengan literatur (Febrisetianto: 2011)
yang menyatakan pada dasarnya orifice berupa plat tipis dengan lubang bagian
tengah, fluida yang mengalir melalui pipa ketika sampai pada orifice akan dipaksa
untuk melewati lubang pada tekanan.
Aplikasi orifice bawah pada tangki adalah pada lubang besar, apabila
sisi atas pada lubang tersebut berada diatas permuaan air dalam tangki, maka
bukaan tersebut dikenal dengan peluap. Dimana peluap berfungsi sebagai alat
ukur debit aliran dan banyak digunakan pada irigasi. peluap dengan ukuran yang
besar disebut bendung, yang didalam irigasi berfungsi untuk menaikkan elevasi
muka air.
Prinsip kerja orifice bawah pada tangki yaitu dengan mengetahui tinggi
h dan luas lubang aliran keluarnya fluida maka dapat dihitung atau ditentukan
jumlah aliran keluar fluida Q. Kecepatan aliran fluida yang keluar dari lubang
dipengaruhi oleh tekanan atmosfer dan debit air yang keluar dan waktunya. Hal
ini sesuai dengan literatur (Dugdale: 1986) yang menyatakan bahwa h=v ²√2 g
dimana v adalah kecepatan pengeluaran h adalah tinggi dari persamaan bernoulli
dan g adalah gaya gravitasi pada bumi.
13
Kelebihan dari orifice bawah pada tangki yaitu dari pemasangannya
yang tidak membutuhkan biaya yang banyak dan juga mudah dipasang dan dapat
mengetahui kapan waktu hingga suatu tangki dapat kosong tanpa menunggu
hingga aliran akan kosong. Kekurangan dari orifice bawah pada tangki hingga
terjadi kehilangan tekanan yang menyebaban beberapa parameter aliran akan lebih
kecil.
Faktor-faktor yang mempengaruhi koefisien debit dan kecepatan yaitu
tinggi fluida pada tangki dan luas penampang bawah pada tangki. Hal ini sesuai
dengan literatur (Streeter and Wyle: 1985) yang menyatakan bahwa suatu
perbandingan Va dengan Vc dari kecepatan tersebut disebut Vc atau ditulis
Va=Cv√2gh.
Fungsi dari orifice bawah pada tangki adalah untuk mengetahui lamaya
atau waktu yang digunakan untuk mengosongkan suatu tangki tanpa harus
menunggu seluruh air mengalir. Sedangkan fungsi orifice (lubang) adalah untuk
mendapatan beda tekanan antara aliran fluida pada up stream dan down stream
dari orifice itu sendiri.
Debit adalah kecepatan aliran zat cair persatuan waktu. Satuan debit
digunakan dalam pengawasan kapasitas atau daya tampung air. Untuk menghitung
debit harus mengetahui volume dan waktu terlebih dahulu karena debit air
berkaitan dengan satuan volume dan satuan waktu.
Perbedaan orifice bawah pada tangki dengan orifice samping pada
tangki yaitu dari lubang orifice, dan pada orifice bawah pada tangki kita dapat
14
mengetahui waktu untuk mengosongan tangki tanpa mengetahui dan menunggu
waktu aliran kosong.
Dari data yang diperoleh pada saat praktikum diperoleh pada ulangan I,
waktu 120s; volume 9,12X10-3; Qa=7,6X10-5 m3/s; Cd=0,56; Taktual=281 s. Pada
ulangan II, waktu 125s; volume 9,25X10-3; Qa=7,4X10-5 m3/s; Cd=0,55;
Taktual=286 s. Pada ulangan III, waktu 124s; volume 9,2X10-3; Qa=7,41X10-5
m3/s; Cd=0,55; Taktual=286 s.
Orifice bawah pada tangki adalah salah satu alat yang digunakan untuk
mengukur laju aliran volume atau massa fluida didalam saluran yang tertutup
(pipa) dan terletak di bawah tangki untuk mengukur perbedaan tekanan air yang
keluar dari tangki.
Metode yang paling efisien adalah orifice samping karena tangki tidak
perlu dipegang karena air yang ditangki permukaannya sudah rata dan orifice
samping mudah dipindahkan.
KESIMPULAN
1. Dari hasil praktikum pada ulangan I lamanya waktu pengosongna tangki
untuk Tteori sebesar 157 s dan Taktual sebesar 157,6 s.
2. Dari hasil praktikum pada ulangan II lamanya waktu pengosongna tangki
untuk Tteori sebesar 157 s dan Taktual sebesar 157,6 s.
3. Dari hasil praktikum pada ulangan III lamanya waktu pengosongna tangki
untuk Tteori sebesar 157 s dan Taktual sebesar 157,6 s.
4. Dari hasil praktikum Taktual yang didapat semua sama yaitu sebesar 157,6 s.
15
DAFTAR PUSTAKA
Dugdale, R. H. 1986. Mekanika Fluida Edisi Tiga. Erlangga. Jakarta.
Febri, S. 2011. Laporan Perancanaan. http://Febrianto.files.com (DiaksesPada Tanggal 20 Oktober 2014).
Fox, R. W., Pitchard, P. J. and Alan, T. M. 2010. Introduction to FluidaMechanics. John Wiley and Sons, Inc. Universitas of Michigan.
Giles, R. W. 1993. Mekanika Fluida dan Hidrolika. Erlangga. Jakarta.
Munson, B. R., Young, D. F. 2003. Mekanika Fluida. Erlangga. Jakarta.
Streeter, V. L. And E. B. Wyle. 1985. Fluida Mechanics Eigft Edition. Mr GrawHill Bock Company. USA.
White, M. F. 1986. Mekanika Zalir. Erlangga. Jakarta.
16