LAPORAN

PERCOBAAN ALAT UKUR FLUIDA ORIFICE PLATE

Oleh:

ANDY NUGRAHANIM. 146060200111013

PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESINMINAT TEKNIK KONVERSI ENERGI

KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS BRAWIJAYAFAKULTAS TEKNIK2015KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan karunia-Nya laporan alat ukur fluida orifice plate ini dapat diselesaikan dengan baik. Dalam kesempatan ini pula kami menyampaikan maaf yang sebesar-besarnya apabila terdapat banyak kekurangan dalam penyusunaannya, karena kesempurnaan hanya milik Allah SWT. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun dari semua pihak sangatlah kami harapkan demi kemajuan bersama.Semoga laporan alat ukur fluida orifice plate ini dapat berguna bagi rekan-rekan mahasiswa serta para pembaca sekalian.

Malang, Juni 2015

PenyusunDAFTAR ISI

HalamanKATA PENGANTARiiDAFTAR ISIiiiBAB I PENDAHULUAN.......1BAB IITINJAUAN PUSTAKA.....................................22.1Pengertian Orifice22.2Macam-Macam Orifice32.3Prinsip Kerja Orifice dan Persamaan Dasar7

BAB IIIPEMBUATAN DAN PENGAMBILAN DATA ORIFICE METER113.1Pemasangan Benda Kerja untuk Pengkalibrasian113.2 Data Hasil Pengujian123.3Analisis Data14

BAB VI KESIMPULAN.......164.1Kesimpulan164.2Saran16

DAFTAR PUSTAKA

17

BAB IPENDAHULUAN

Pengukuran laju aliran fluida adalah salah satu yang terpenting dalam proses flow control. Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui berapa kapasitas fluida yang dialirkan. Banyak alat-alat yang dapat digunakan untuk mengukur aliran fluida, salah satunya yaitu orifice plate yang termasuk ke dalam jenis head meter. Jenis head meter merupakan tipe yang paling sering digunakan. Penggunaan orifice plate memiliki beberapa keuntungan, yaitu harganya murah, dapat digunakan dalam berbagai material serta bisa dipakai pada range yang luas dari ukuran pipa, akurasinya bagus bila plat dipasang dengan tepat. Sedangkan kelemahannya, yaitu permanen pressure loss yang relatif tinggi dan akurasi tergantung dari pemasangannya. Untuk mengenal lebih jauh penggunaan orifice plate, maka dilakukan pembuatan dan percobaan orifice plate.Percobaan orifice plate yang dilakukan bertujuan untuk:1. Mengetahui proses pembuatan orifice plate yang tepat.2. Mengetahui cara penggunaan orifice plate yang benar.3. Mengetahui cara pengkalibrasian orifice plate yang benar.4. Membandingkan data yang diperoleh dari pengukuran menggunakan orifice plate dengan data perhitungan teoritisnya, untuk mendapatkan korelasi yang tepat.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian OrificeOrifice 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. Fungsi dari gagang Orifice adalah untuk memudahkan dalam proses pemasangan dan penggantian. Orifice termasuk alat ukur laju aliran dengan metode rintangan aliran (Obstruction Device). Karena geometrinya sederhana, biayanya rendah dan mudah dipasang atau diganti. Gambar berikut menunjukkan geometri Orifice yang umum digunakan. Gambar 1. Geometri Orifice Plate Secara Umum

Selain menggunakan Orifice, untuk mengukur laju aliran dengan metode rintangan aliran dapat juga menggunakan nozel dan venturi. Kelebihan dan kekurangan dari ketiga alat ukur laju aliran tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Kelebihan dan Kekurangan Beberapa Jenis Alat Ukur Laju AliranAlat ukurKelebihanKekurangan

Orifice Mudah dalam pemasangan Biayanya rendah Mudah dalam penggantian Head loss tinggi Akurasi tergantung pada kondisi instalasi dan kondisi Orifice

Venturi Head loss rendah Kapasitas aliran lebih besar dari Orifice pada beda tekanan yang sama Akurasi tidak tergantung pada pemakaian dan kondisi instalasi Biaya awalnya besar

Nozel Head loss rendah Kapasitas aliran lebih besar dari Orifice pada beda tekanan yang sama Akurasi tidak tergantung pada pemakaian dan kondisi instalasi Baik untuk temperature dan kecepatan tinggi Sulit dalam penggantian

2.2 Macam-Macam OrificeDengan adanya berbagai jenis aliran dan beraneka ragam fluida, maka terdapat beberapa jenis Orifice Plate, yaitu:a. Concentric OrificeConcentric Orifice merupakan jenis Orifice yang paling banyak digunakan. Profil lubang Orifice ini mempuyai takik (bevel) dengan kemiringan 45 pada tepi bagian downstream (lihat gambar di bawah). Hal ini akan mengurangi jarak tempuh dari aliran tersebut mengalami perbedaan tekanan melintang. Setelah aliran melewati Orifice akan terjadi penurunan tekanan dan kemudian mencoba kembali ke tekanan semula tetapi terjadi sedikit tekanan yang hilang permanen (permanent pressure loss) sehingga perbedaan tekanan upstream dan downstream tidak terlalu besar. Perbandingan diameter Orifice dan diameter dalam pipa dilambangkan dengan . Orifice jenis ini memiliki ketentuan untuk nilai yaitu antara 0.2-0.7 karena akurasinya akan berkurang untuk nilai diluar batas tersebut.

Gambar 2. Concentric Orifice

b. Counter Bore OrificeCounter Bore Orifice pada prinsipnya sama dengan Concentric Orifice. Perbedaanya terdapat pada profil lubangnya, Orifice ini tidak mempuyai takik (bevel) tapi diameter lubangnya lebih besar pada bagian downstream daripada diameter lubang pada bagian upstream (lihat Gambar 3).

Gambar 3. Counter Bore Orifice

c. Eccentric OrificeEccentric Orifice mempunyai profil lubang yang sama dengan concentric Orifice. Akan tetapi, pada Eccentric Orifice lubang tidak terletak tepat di tengah. Diameter takik (bevel) bagian bawah hampir lurus (98%) dengan diameter dalam dari pipa (lihat Gambar 4).

Gambar 4. Eccentric Orifice

d. Quadrant Bore OrificeQuadrant Bore Orifice digunakan untuk mengukur aliran fluida dengan viscositas tinggi dan direkomendasikan untuk bilangan Reynold di bawah 10000. Profil dari lubang Quadrant Bore Orifice dapat dilihat pada gambar di bawah. Radius R merupakan fungsi dari . Ketebalan Orifice sebanding dengan kuadran radius R.

Gambar 5. Quadrant Bore Orifice

e. Segmental OrificeSegmental Orifice didesain untuk fluida dengan kandungan sedimen yang tinggi. Profil dari lubang segmental Orifice dapat dilihat pada gambar di bawah. Diameter D bagian bawah hampir lurus (98%) dengan diameter dalam dari pipa. H merupakan tinggi dari lingkaran lubang. Rasio merupakan diameter lubang D dibagi dengan diameter dalam dari pipa. Segmental Orifice merupakan jenis Orifice yang paling sulit dalam proses manufaktur,diperlukan proses finishing secara manual.

Gambar 6. Segmental Orifice

f. Restriction OrificeTujuan dari instalasi Restriction Orifice adalah untuk menghasilkan presure drop yang besar. Restriction Orifice biasanya ditunjukkan dengan RO atau FO. Restriction Orifice dapat menghasilkan pressure drop sampai 50 % untuk fluida gas. Profil lubang Restriction Orifice berbeda dengan Orifice yang lain (lihat gambar di bawah). Profil lubangnya lurus sehingga tekanan yang hilang secara pemanen cukup besar akibatnya perbedaan tekanan upstream dan tekanan downstream cukup mencolok.

Gambar 7. Restriction Orifice

Profil tekanan suatu fluida yang melewati Orifice flowmeter dan Restriction Orifice dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8. Perbandingan Pressure Loss Orifice flowmeter dan Restriction Orifice

Dari gambar di atas tampak bahwa terjadi pressure loss yang lebih besar pada Restriction Orifice dibandingkan dengan Orifice flowmeter.

2.3 Prinsip Kerja Orifice dan Persamaan DasarOrifice merupakan alat untuk mengukur laju aliran dengan prinsip beda tekanan atau disebut juga Bernoullis principle yang mengatakan bahwa terdapat hubungan antara tekanan fluida dan kecepatan fuida. Jika kecepatan meningkat, tekanan akan menurun begitu pula sebaliknya.Pada dasarnya Orifice berupa plat tipis dengan lubang di bagian tertentu (umumnya di tengah). Fluida yang mengalir melalui pipa ketika sampai pada Orifice akan dipaksa untuk melewati lubang pada Orifice. Hal itu menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan dan tekanan. Titik dimana terjadi kecepatan maksimum dan tekanan minimum disebut vena contracta. Setelah melewati vena contracta kecepatan dan tekanan akan mengalami perubahan lagi. Dengan mengetahui perbedaan tekanan pada pipa normal dan tekanan pada vena contracta, laju aliran volume dan laju aliran massa dapat diperoleh dengan persamaan Bernoulli. Skema prinsip kerja Orifice dapat dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9. Prinsip Kerja Orifice

Keterangan :P1= tekanan upstreamP2= tekanan downstream (pada vena contracta)P3= tekanan setelah terjadi pemulihan (setelah melewati vena contracta)D= diameter dalam pipad= diameter Orifice

a. Persamaan Bernoulli

Karena aliran steam pada pipa horisontal maka h1 = h2, sehingga,

Misalkan,

(1)maka,

b. Persamaan Kontinuitas

(2) Subtitusi pesamaan (2) ke persamaan (1),

(3)

c. (4)Menghitung laju aliran volume

Substitusi persamaan (3) ke (4), maka,

(5)Untuk menyederhanakan maka dibagi dengan , sehingga laju aliran volume menjadi, Substitusikan ke persamaan (5) sehingga menjadi, untuk menggunakan air sebesar 1 kg/cm3

(6) Dimana P = x g x H, karena menggunakan air raksa untuk mengukur tekanan maka = 13,6 kg/cm3

d. Permanent Pressure LossPemasangan Orifice akan menimbulkan terjadinya tekanan yang hilang secara permanen ( permanent pressure loss ). Besarnya permanen pressure loss dipengaruhi oleh rasio diameter Orifice terhadap dimeter dalam pipa (). Dari grafik pada Gambar 10 dapat diketahui besarnya permanent pressure loss.

Gambar 10. Permanent Pressure Loss

Dari grafik di atas dapat dilihat besarnya permanent pressure loss dalam % beda tekanan (P) untuk beberapa nilai .

BAB IIIPEMBUATAN DAN PENGAMBILAN DATA ORIFICE METER

Instalasi Orifice Plate pada penelitian kali ini menggunakan bahan dari akrilik dengan ketebalan 5 mm dan 12 mm serta pipa PVC dengan ukuran 0,5 dim.

Gambar 11. Dimensi Orifice Yang Digunakan

Gambar 12. Dimensi Pipa Flange Yang Digunakan

3.1 Pemasangan Benda Kerja untuk PengkalibrasianUntuk mengkalibrasi orifice digunakan manometer U dengan diameter selang 4 mm yang berisikan air raksa sebanyak 80 gram, untuk mendapatkan perbedaan ketinggian.

Gambar 13. Rangkaian Orifice Meter

3.2 Data Hasil Pengujian

Tabel 1. Hasil Pengujian Orifice PlateBukaan KatupVolume(ml)t1 (s)Q1 (m3/s)D1 (m)t2 (s)Q2(m3/s)D2(m)H(m)PN/m2

15o40012,180,00003280,017421,90,000018260,00870,001260,8494

30o4004,900,00008160,017410,80,000037040,00870,0051304,2472

45o4003,650,00010960,01746,80,000058820,00870,0123130,1933

60o4003,090,00012940,01745,50,000072730,00870,0164173,5911

75o4002,990,00013370,01745,20,000076920,00870,0184695,2900

90o4002,480,00016120,01744,60,000086960,00870,0196054,4500

Tabel 2. Hasil Perhitungan Laju Aliran Volume ()Bukaan KatupA1 (m2)V1 (m/s)A2 (m2)V2 (m/s)H(m)() m3/s

15o0,0002380,13817980,00005940,4950090,0010,000014347

30o0,0002380,34347550,00005941,1257730,0050,000032080

45o0,0002380,46110410,00005941,7440720,0120,000049698

60o0,0002380,54466990,00005942,0338730,0160,000057386

75o0,0002380,56288630,00005942,1716520,0180,000060867

90o0,0002380,67864110,00005942,2515450,0190,000069118

Tabel 3. Faktor Koreksi (K)Bukaan KatupQactual(cm3/dt)Qukur (Cm3/dt)K

15o0,000018260,0000143471,27312141

30o0,000037040,0000320801,15452989

45o0,000058820,0000496981,18362574

60o0,000072730,0000573861,26733450

75o0,000076920,0000608671,26378833

90o0,000086960,0000691181,25809581

3.3 Analisis Data

Gambar 14. Grafik Perbandingan Qin, Qout Aktual, Qout Ukur Pada Variasi Bukaan Katup

Dari Gambar 14 terlihat bahwa variasi bukaan katup sangat berpengaruh pada debit aliran yang mengalir melewati pipa tanpa orifice (Qin), pipa dengan orifice (Qout aktual), dan perhitungan teoritis (Qout ukur). Hal ini terjadi karena penghalang yang menghalangi aliran air dari sumber air menuju pipa semakin terbuka lebar sehingga air yang mengalir semakin besar.

Gambar 15. Grafik Perbandingan Qaktual dengan Qukur

Dari Gambar 15 terlihat bahwa perbandingan antara Qukur dengan Qaktual terhadap garis linier nya di beberapa titik terjadi penyimpangan yang tidak terlalu besar, hal ini mungkin terjadi karena pada saat pengambilan data percobaan terjadi kesalahan pengamatan. Untuk mengatasi hal ini maka pengambilan data dapat dilakukan beberapa kali agar didapat data yang cukup tepat.

BAB IVKESIMPULAN

4.1 KesimpulanDari pembuatan dan percobaan orifice meter yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan, yaitu :1. Besarnya bukaan katup berbanding lurus dengan tekanan, H, dan debit aliran serta berbanding terbalik dengan waktunya.2. Debit aliran yang didapat dari pengukuran langsung (aktual) terdapat perbedaan dengan debit aliran yang didapat dari perhitungan (teoritis). Hal ini mungkin terjadi karena kesalahan pengamatan atau pengukuran pada saat pengambilan data.

4.2 SaranUntuk percoban selanjutnya disarankan menggunakan variasi ukuran diameter orifice dan sudut bukaan katup yang berbeda agar data yang didapat lebih tepat.

DAFTAR PUSTAKA

Gerg Umer. 1997. Technical Note: Pressure Loss of Orifice Plates According to ISO 516-71. Flow Meas. Instrum. Vol. 8 No.1.

Krassow. H. Campabadal. F. Lora-Tomayo. F. 1998. The Smart Orifice Meter; A Mini Head Meter for Volume Flow Measurement. Flow Measurement and Instrumentation.

Munson Bruce R, Young. Donald F, Okiishi, Theodore. 2003. Mekanika Fluida, Edisi Keempat, Jilid 2. Erlangga. Jakarta.

Orifice, Nozzle and Venturi Flow Rate Meters. 2015. www.engineringtoolbox.com.