LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK … filedengan flowmeter akan sama hasilnya jika dilakukan dengan penghitungan secara teori. ... = luas penampang bagian pipa yang berdiameter

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





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





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





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





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





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





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





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





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





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





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) :



Transd. Distance A : 275 mm Reflec

S = □□□□□□ A : □< >□ = 275 mm !

Transd. Distance ? (275) 270 mm

A : Volume Flow

S : 57,63 l/s



12





pilih jenis pengukuran, (flow velocity) [ENTER]

Pilih satuan pengukuran (m/s) [ENTER]

10. Mengikuti langkah No.8, maka :


(0,62 m/s)


11. Pengukuran mass flow (mengikuti langkah No.6) :



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



Physic Quant Mass Flow

Mass In kg/s

13







(56,39 kg/s)


13. Pengukuran sound velocity (mengikuti langkah No.6) :



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


Physic Quant Sound Velocity

Velocity In m/s

14







(1557,1 m/s)


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

Documents

LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK … filedengan flowmeter akan sama hasilnya jika dilakukan dengan penghitungan secara teori. ... = luas penampang bagian pipa yang berdiameter