Verifikasi Koreksi Volume Bouyancy terhadap Nilai Tekanan pada Pressure Balance antara Teori dan Hasil Eksperimen

Gigin Ginanjar, R Rudi Anggorogigin@kim.lipi.go.id

Lab Tekanan Sub Bidang Metrologi Massa

Pusat Penelitian Kalibrasi Instrumentasi dan Metrologi-LIPI

Intisari

• Dalam tulisan ini akan dibahas pengaruh Volume Buoyancy terhadap nilai tekanan yang dibangkitkan oleh sebuah pressure balance.

• Nilai koreksi Volume Buoyancy diperoleh secara eksperimen melalui pengukuran dimensional, volumetrik, dan menggunakan cara fall rate. Data hasil eksperimen dianalisa kemudian dibandingkan dengan volume buoyancy dari teori.

• Didapatkan hasil yaitu koreksi volume buoyancy eksperimental yang diperoleh mempunyai dependensi terhadap tekanan, dan hasil perbandingan terhadap nilai teoritis mempunyai kesalahan berkisar 50 ppm.

Volume Bouyancy

• Adanya suatu koreksi gaya diakibatkan bentuk yang tidak sederhana (non-simple ) dari piston

Regular Piston

Irregular Piston

Gambar 1. Bentuk Piston yang menyebabkan efek Volume Buoyancy

Volume Bouyancy

gvVb uf )(

Koreksi Tekanan diakibatkan oleh adanya koreksi gaya volume bouyancy

Koreksi gaya akibat volume buoyancy diukur secara dimensional

S 4.03E-05 m2

S1 4.03E-05 m2

S2 0.000638 m2

H 0.011925 m

H' 0.00635 m

H" 0.005575 m

Koreksi gaya akibat volume buoyancy diukur secara dimensional

• dari data diatas dengan menghitung dari data yang telah diperoleh pada tabel 2 maka diperoleh nilai volume dari stopper adalah 7.02 10 -7 m -3. Sehingga untuk koreksi gaya akibat volume buoyancy (4) adalah 0.00606 N. Maka tekanan yang dibangkitkan akibat adanya volume buoyancy dengan memasukan nilai koreksi gaya yang diperoleh sebelumnya ke persamaaan maka diperoleh 148.5 Pa.

Koreksi gaya akibat volume buoyancy diukur secara volumetrik

Satuan dalam g Z1 M1 M2 Z2 M3 M4 Z3

Stopper ditimbang diudara 0.000 5.678 5.677 0.000 5.677 5.678 0.000

Gelas ukur + 40 ml oli tellus 0.000 77.040 77.043 0.000 77.041 77.041 0.000

Gelas ukur + 40 ml oli tellus+ stopper

0.000 82.712 82.711 0.000 82.713 82.713 0.000

diperoleh nilai massa stoper diudara = 5.678 g, sedang massa stopper di dalam oli adalah massa = 5.671g. sehingga volume stopper didalam oli= 5.671 / 8000 = 7.08 10 -7 m -3. Untuk koreksi gaya akibat volume buoyancy 0.00527 N. Maka tekanan yang dibangkitkan akibat adanya volume buoyancy dengan memasukan nilai koreksi gaya yang diperoleh maka diperoleh 147.1 Pa.

Koreksi gaya akibat volume buoyancy diukur secara perbandingan antara piston yang

mengunakan stopper dengan piston yang tidak menggunakan stopper

280 C H 759

sensor fall rate

massa tambahan

stopperpiston

Gambar pengambilan data

Data

Added Massg

XFRmm/menit

NFRmm/menit

Balancing mass g

1 -0.69 -0.15 0.79

0.7 0.19 -0.15

1.2 -1.93

0.5 0.85

Added Massg

XFRmm/menit

NFRmm/menit

Balancing massg

1 1.90 -0.59 1.73

2 -0.64 -0.42

1.5 1.24

2.5 -4.87

Added Massg

XFRmm/menit

NFRmm/menit

Balancing massg

2 0.16 -0.64 2.17

2.5 -2.25 -0.79

1.5 1.85

1.8 1.18

10% FS 55% FS

100% FS

Analisa

Tekanan nominal Balancing massTekanan akibat volume

bouyancy error

Pa g Pa %

1.20E+06 0.79 191.63 0.016%

6.00E+06 1.73 419.64 0.007%

1.20E+07 2.17 526.35 0.004%

diatas dapat dilihat nilai tekanan nominal semakin besar maka nilai tekanan akibat koreksi gaya akibat volume buoyancy juga semakin besar akan tetapi error apabila tidak memasukan koreksi tekanan semakin kecil dengan bertambahnya tekanan. Hal ini membuktikan bahwa pada tekanan tinggi koreksi ini tidak berpengaruh pada hasil pengukuran. Akan tetapi koreksi ini terlihat pada tekanan rendah. Untuk itu kita dapat membandingkan koreksi tekanan pada tekanan rendah terutama pda 10% FS tekanan akibat volume buoyancy hasil eksperimen adalah 191 Pa dengan hasil teori adalah 148.5 Pa.

Grafik hubungan antara koreksi tekanan volume buoyancy dari eksperimen dan

teori.

y = 3E-05x + 184.32

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

0.0

0E

+0

0

2.0

0E

+0

6

4.0

0E

+0

6

6.0

0E

+0

6

8.0

0E

+0

6

1.0

0E

+0

7

1.2

0E

+0

7

1.4

0E

+0

7

P nominal (Pa)

P v

b

(Pa

)

Eksperimen

Teori

Linear(Eksperimen)

Tekanan nominalTekanan volume bouyancy

eksperimenTekanan volumebouyancy teori delta P

Pa Pa Pa Pa %

1.20E+06 191.6 148.5 43.0 0.004%

6.00E+06 419.6 148.5 271.10 0.005%

1.20E+07 526.3 148.5 377.82 0.003%

Dari tabel diperoleh nilai perbedaan tekanan semakin kecil sehingga bila kita membuat perbedaan tekanan ini dalam bentuk persen diperoleh nilai perbedaan tekanan yang semakin kecil dari nilai yang terbesar diperoleh nilai koreksi 0.005 % atau dalam bentuk part per million (ppm ) adalah 50 ppm.

Tekanan nominal Volume bouyancy eksperimen Volume bouyancy teori Volume buoyancy eksperimen / teori

Pa N N

1.20E+06 7.73E-03 5.9885E-03 1.29

6.00E+06 1.69E-02 5.9885E-03 2.83

1.20E+07 2.12E-02 5.9885E-03 3.54

dengan membandingkan kita dapat perumusan dari koreksi volume buoyancy dengan membandingkan nilai volume buoyancy hasil eksperimen terhadap teori. Nilai pembandingan volume buoyancy ini diregresikan terhadap perubahan tekanan nominal. Sehingga diperoleh persamaan y = 2.05 10-7 x+1.24, dari persamaan diatas dirumuskan koreksi gaya akibat adanya volume buoyancy stopper piston adalah – vb(2.05 10-7 P+1.24). Diharapkan dengan perumusan koreksi Volume buoyancy untuk range tekanan 12MPa dapat dihilangkan

y = 1E-09x + 0.0074

0.00E+00

5.00E-03

1.00E-02

1.50E-02

2.00E-02

2.50E-02

0.00E+

00

2.00E+

06

4.00E+

06

6.00E+

06

8.00E+

06

1.00E+

07

1.20E+

07

1.40E+

07

P nominal (Pa)

Vb

(N

)

Eksperimen

Teori

Grafik hubungan antara koreksi gaya akibat volume buoyancy dari eksperimen dan

teori.

Kesimpulan

• Volume buoyancy eksperimental bergantung pada tekanan semakin besar tekanan maka nilai volume buoyancy semakin besar.

• Volume buoyancy secara teori bernilai tetap dengan bertambahnya tekanan.

• Dengan menggunakan koreksi Volume buoyancy memperkecil koreksi tekanan terutama pada tekanan rendah.

• Untuk mendapatkan nilai tekanan dengan akurasi yang lebih baik maka koreksi volume mempergunakan eksperimen lebih baik dibandingkn dengan teori, hasil perbandingan terhadap nilai antara eksperimental teoritis mempunyai kesalahan berkisar 50 ppm

Terima kasih