laboratorium konversi energi jurusan teknik … filedengan flowmeter akan sama hasilnya jika...
TRANSCRIPT
1
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
1. TUJUAN :
1. Mahasiswa dapat mengoperasikan dan memahami cara kerja flowmeter
type : US300PM
2. Mahasiswa dapat menganalisa serta mengukur variabel – variabel yang
dapat diukur pada suatu aliran fluida. Sebagai berikut: flow velocity, mass
flow, volume flow, dan sound flow.
3. Mahasiswa dapat menyediakan perlengkapan untuk pengukuran.
4. Mahasiswa dapat memahami faktor – faktor yang mempengaruhi suatu
aliran fluida.
5. Mahasiswa dapat membuat kesimpulan dari eksperimen tersebut.
2. DASAR TOERI
Pada mata kuliah mekanika fluida, telah diajarkan cara menghitung
kecepatan, debit, dan laju massa dari aliran fluida. Percobaan dengan
menggunakan sebuah alat flowmeter digital, dirasa perlu untuk pemahaman,
realisasi dari teori yang telah diterima. Diharapkan setelah melakukan percobaan,
dapat menguasai pemakaian flowmeter digital, dan memahami prinsip kerja dari
alat flowmeter.
US300PM adalah flowmeter yang menggunakan sinyal ultrasonic untuk
mengukur aliran fluida dalam pipa. Alat ini dapat mengukur kecepatan aliran,
volume dan laju massa, juga kecepatan suara dalam medianya.
Praktek penggunaan flowmeter, lebih mengarah pada pengukuran
kecepatan, debit, dan laju massa aliran. Dengan alat ini pengukuran aliran fluida
akan menjadi lebih cepat dan efisien, karena penghitungan dilakukan secara
otomatis. Dari hasil yang didapat dapat diambil kesimpulan, apakah pengukuran
dengan flowmeter akan sama hasilnya jika dilakukan dengan penghitungan secara
teori. Jika tidak sama harus diketahui faktor-faktor apa saja yang menyebabkan
perbedaan tersebut. Dan jika hasilnya adalah sama, maka dipastikan bahwa
flowmeter berfungsi dengan baik.
2
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
ALIRAN FLUIDA
Mekanika fluida merupakan cabang ilmu teknik mesin yang mempelajari
keseimbangan dan gerakan gas maupun zat cair serta gaya tarik dengan benda-
benda disekitarnya atau yang dilalui saat mengalir. Istilah lain adalah
HYDROMECHANIC, sedangkan HIDROLIKA merupakan penerapan dari ilmu
tersebut yang menyangkut kasus-kasus teknik dengan batas tertentu, dan semua
cara penyelesaiannya. Jadi, hidrolika membahas hukum keseimbangan dan
gerakan fluida serta aplikasinya untuk hal-hal yang praktis.
Sasaran pokok dari hidrolika adalah aliran fluida yang dikelilingi oleh
selubung; seperti misalnya aliran didalam saluran-terbuka & tertutup. Sebagai
contoh : aliran pada pipa saluran, terusan, cerobong dan juga aliran sungai;
nozzle dan komponen-komponen mesin hidrolik.
Perlu diingat, fluida adalah semua bahan yang cenderung berubah
bentuknya walaupun mengalami gaya-luar yang sangat kecil. Parameter yang
berpengaruh dalam aliran :
Diameter Pipa (D)
Kecepatan (V)
Temperatur (T)
Tekanan (P)
Viskositas Fluida (µ)
Masa Jenis Fluida ()
Laju Aliran Massa (ṁ)
Mempelajari kasus aliran zat cair dan juga gas-gas jauh lebih sukar dan
rumit dibanding benda-padat, karena mekanika benda-padat hanya untuk partikel-
partikel yang saling terikat kuat ( RIGID BODIES ), sedangkan mekanika fluida,
yang dijadikan objek adalah media yang memiliki sangat banyak partikel-partikel
dengan berbagai ragam gerakan relatifnya.
Cara-cara penyelidikan mekanika fluida, terutama aliran fluida menurut
hidrolika adalah sebagai berikut :
3
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
Kasus yang diselidiki dibuat sesederhana mungkin dan diusahakan IDEAL,
kemudian menerapkan hukum-hukum dari mekanika teori.
Hasil yang didapat dibandingkan dengan data-data hasil pengujian,
perbedaannya dihitung; kemudian rumus-rumus teoritis serta jawabannya
diatur sedemikian rupa sehingga dapat diterapkan untuk hal-hal yang
praktis.
PERSAMAAN KONTINUTITAS
Aliran fluida pada sebuah pipa yang mempunyai diameter berbeda, seperti
tampak pada gambar di bawah.
Gambar ini menujukan aliran fluida dari kiri ke kanan (fluida mengalir dari
pipa yang diameternya besar menuju diameter yang kecil). Garis putus-putus
merupakan garis arus.
Keterangan gambar :
A1 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter besar
A2 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter kecil
v1 = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter besar
v2 = laju aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter kecil
L = jarak tempuh fluida.
Pertama-tama tinjau kasus untuk Fluida Tak-termampatkan. Pada fluida
tak-termampatkan (incompressible), kerapatan alias massa jenis fluida tersebut
selalu sama di setiap titik yang dilaluinya.
A1v1 = A2v2
4
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
HUKUM BERNOULLI
Persamaan yang telah dihasilkan oleh Bernoulli tersebut juga dapat disebut
sebagai Hukum Bernoulli, yakni suatu hukum yang dapat digunakan untuk
menjelaskan gejala yang berhubungan dengan gerakan zat alir melalui suatu
penampang pipa. Hukum tersebut diturunkan dari Hukum Newton dengan
berpangkal tolak pada teorema kerja-tenaga aliran zat cair dengan beberapa
persyaratan antara lain aliran yang terjadi merupakan aliran steady (mantap,
tunak), tak berolak (laminier, garis alir streamline), tidak kental dan tidak
termampatkan. Persamaan dinyatakan dalam Hukum Bernoulli tersebut
melibatkan hubungan berbagai besaran fisis dalam fluida, yakni kecepatan aliran
yang memiliki satu garis arus, tinggi permukaan air yang mengalir, dan
tekanannya.
p1 + ½ ρ v21 + ρ gh1 = p2 + ½ ρ v2
2 + ρ gh2
atau ditulis secara umum menjadi:
p + ½ ρ v2 + ρ gh = konstan
Konsep Aliran Fluida
Hal-hal yang diperhatikan :
Faktor Geometrik : Diameter Pipa dan Kekasaran Permukaan Pipa.
Sifat Mekanis : Aliran Laminar, Aliran Transisi, dan Aliran Turbulen.
PENGUKURAN ALIRAN
Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju
aliran, volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian,
kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan
keawetan alat ukur tersebut. Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan
tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas.
Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui :
Kecepatan (velocity)
Berat (massanya)
5
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
Luas bidang yang dilaluinya
Volumenya
3. DAFTAR PERALATAN
No Nama Jumlah
1 Ultrasonic Flowmeter Unit (US300PM)
1 Buah
2 Transduser (type :US300PT-xbx)
1 Buah
3 Pasta
1 Buah
6
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
4 Jangka Sorong
1 Buah
5 Batang Pengukur
1 Buah
6 Rantai Pen
1 Buah
4. LANGKAH KERJA
Praktikum Flow Meter di lakukan pada mesin Turbin Kaplan
Turbin Kaplan.
Parameter ukurannya:
Diameter luar pipa : 359,7 mm
Tebal pipa : 5 mm
Material pipa : baja karbon
Kekasaran : 0,1 mm
Fluida : air
Temperature fluida : 25 oC
Tekanan fluida : 1 bar
Jarak transducer : 270 mm
7
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN
1. Hubungkan kabel adaptor ke stop kontak
2. Rangkai/pasang transducer pada batang pengukur
3. Pasang kabel transducer pada socket channel A
8
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
4. Hidupkan flowmeter dengan menekan tombol . Dan tampilan flowmeter
akan tampak seperti :
5. Masukkan parameter – parameter yang sudah ditetapkan, sesuai
parameter sample (Turbin Kaplan) :
pilih PARAMETER [ENTER]
pilih channel parameter A [ENTER]
[ENTER]
masukkan nilai diameter luar pipa (359,7 mm)
[ENTER]
masukkan nilai ketebalan dinding pipa (5 mm)
[ENTER]
pilih type material pipa (carbon steel) [ENTER]
YOKOGAWA US300PM-00000999
>PAR< mea opt sf Parameter
PARAMETER
For Channel A:
Parameter from
Outer Diameter 359,7 mm
Wall Thickness
5 mm
Pipe Material Carbon Steel
9
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
tentukan apakah ada lapisan dalam pipa, (tidak)
[ENTER]
masukkan nilai kekasaran dari pipa (0,1 mm)
[ENTER]
pilih jenis media aliran yang akan diukur (air)
[ENTER]
masukkan nilai temperature media (25°C)
[ENTER]
masukkan nilai tekanan fluida (1 bar) [ENTER]
6. Tentukan parameter – parameter options :
pilih options [ENTER]
pilih channel A [ENTER]
pilih jenis pengukuran, (volume flow) [ENTER]
Lining NO
Roughness
0,1 mm
Medium Water
Medium temperatur 25 C
par mea >OPT< sf Output Options
Output Options For Channel A:
Physic Quant Volume Flow
Fluid pressure
1,00 bar
10
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
pilih satuan pengukuran (liter/sekon) [ENTER]
masukkan nilai damping (4 detik) [ENTER]
simpan data (tidak) [ENTER]
serial output (tidak) [ENTER]
7. Pasang transducer pada pipa turbin Kaplan sesuai dengan gambar
rangkaian, dengan jarak transducer 270 mm.
8. Tentukan parameter – parameter pengukuran (volume flow) :
Pilih measuring [ENTER]
Pilih channel A [ENTER]
Pengukuran waktu (tidak) [ENTER]
Tentukan banyak sound path (2) [ENTER]
Volume In
l/s
Damping
4 s
Store Meas. Data
NO
Serial Output NO
par >MEA< opt sf Measuring
CHANN : >A<B Y Z MEASURE √ - . .
Time-prog.measured
NO
A : Sound Path 2 NUM
11
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
Pemilihan sound path 2, mode refleksi (reflec)
[ENTER]
”S =” menunjukkan kuat sinyal, makin banyak “□”, makin kuat sinyal. Geser
transducer untuk mendapatkan kuat sinyal maksimum. [ENTER]
Catatan : jika kekuatan sinyal yang diterima cukup untuk melakukan
pengukuran, maka lampu LED akan menyala hijau. Jika tidak, maka
menyala merah. Posisikan dan geser transducer hingga lampu LED
menyala hijau.
Masukkan jarak transducer yang terpasang (270
mm) [ENTER]
Hasil pengukuran secara otomatis terdisplay
(57,63 l/s)
[ENTER] untuk kembali ke menu utama
9. Pengukuran flow velocity (mengikuti langkah No.6) :
pilih options [ENTER]
pilih channel A [ENTER]
Transd. Distance A : 275 mm Reflec
S = □□□□□□ A : □< >□ = 275 mm !
Transd. Distance ? (275) 270 mm
A : Volume Flow
S : 57,63 l/s
par mea >OPT< sf Output Options
Output Options For Channel A:
12
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
pilih jenis pengukuran, (flow velocity) [ENTER]
Pilih satuan pengukuran (m/s) [ENTER]
10. Mengikuti langkah No.8, maka :
Hasil pengukuran secara otomatis terdisplay
(0,62 m/s)
[ENTER] untuk kembali ke menu utama
11. Pengukuran mass flow (mengikuti langkah No.6) :
pilih options [ENTER]
pilih channel A [ENTER]
pilih jenis pengukuran, (Mass Flow) [ENTER]
pilih satuan pengukuran (kg/s) [ENTER]
Physic Quant
Flow Velocity
Velocity In m/s
A : Flow Velocity
S : 0,62
m/s
par mea >OPT< sf Output Options
Output Options For Channel A:
Physic Quant Mass Flow
Mass In kg/s
13
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
12. Mengikuti langkah No.8, maka :
Hasil pengukuran secara otomatis terdisplay
(56,39 kg/s)
[ENTER] untuk kembali ke menu utama
13. Pengukuran sound velocity (mengikuti langkah No.6) :
pilih options [ENTER]
pilih channel A [ENTER]
pilih jenis pengukuran, (sound velocity) [ENTER]
pilih satuan pengukuran (m/s) [ENTER]
A : Mass Flow
S : 56,39 kg/s
par mea >OPT< sf
Output Options
Output Options For Channel A:
Physic Quant Sound Velocity
Velocity In m/s
14
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM PENGUKURAN FISIS
JOB SHEET 1 FLOWMETER 200 MENIT
14. Mengikuti langkah No.8, maka :
Hasil pengukuran secara otomatis terdisplay
(1557,1 m/s)
[ENTER] untuk kembali ke menu utama
15. Catat semua hasil pengukuran
DATA HASIL PENGUKURAN
Parameter Volume
Flow [l/s]
Flow
Velocity
[m/s]
Mass
Flow
[kg/s]
Sound
Velocity
[m/s]
Diameter
luar pipa
359,7
mm
Tebal pipa 5 mm
Kekasaran 0,1 mm
Jarak
transducer 270 mm
Tekanan
fluida 1 bar
Catatan : pengukuran dilakukan dengan jenis fluida adalah air, temperature fluida
= 25 °C dan material dari pipa adalah baja karbon.
DAFTAR PUSTAKA
1. Ultrasonic Flowmeter, US300PM manual book 1st edition, Yokogawa.
(2001)
2. Mekanika Fluida - TEP 201
3. Fluida Dinamis, 2nd edition. gurumuda.com. (2008 – 2009)
A : Sound Velocity
S : 1557,1 m/s