Post on 05-Aug-2015
description
BAB III
HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
III.1 Hasil Perhitungan
Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut :
Tabel III.1.1. Hasil Perhitungan Untuk Reducer Titik 1 ke 0
v (m/s) M0=Me M1 ΔP (N/m2) f τ7,96 0,13312781 0,1141819 331,41771 17,74934 644,478.23 0,13764345 0,118834 341,16529 15,76083 611,719710,77 0,18012393 0,1661549 341,16529 4,642459 308,569611,63 0,19450709 0,1808717 360,66045 3,532142 273,734713,32 0,22277166 0,2099568 389,90319 2,134098 216,9166
Σ = 43,81886 2055,411
Tabel III.1.2. Hasil Perhitungan Untuk Ducting Lurus Titik 5 ke 1
v (m/s) M1 M5 ΔP (N/m2) L1 max L5 max f τ7,96 0,114 0,114 9,747 14075,09 14072,17 0,0072 0,02648.23 0,118 0,118 87,728 1556,72 1553,80 0,0060 0,234110,77 0,166 0,166 107,223 1202,37 1199,45 0,0056 0,245811,63 0,180 0,181 194,951 648,65 645,73 0,0037 0,436313,32 0,209 0,210 136,466 888,36 885,44 0,0028 0,2922
Σ = 0,0255 1,2349
Tabel III.1.3. Hasil Perhitungan Untuk Enlarger Titik 6 ke 5
v (m/s) M6 M5 ΔP (N/m2) f τ7,96 0,1123721 0,1141929 29,242739 0,721863 26,166328.23 0,11659963 0,1189368 38,990319 0,823715 31,9381310,77 0,16297847 0,1663306 77,980638 0,425362 28,2438411,63 0,18045501 0,1812196 19,49516 0,072722 5,6360813,32 0,20825455 0,2102392 58,485479 0,120187 12,20556
Σ = 2,163849 104,1899
Tabel III.1.4. Hasil Perhitungan Untuk Ducting Lurus Titik 9 ke 6
v (m/s) M9 M6 ΔP (N/m2) L9 max L6 max f τ7,96 0,112 0,11213 214,44 612,8 615,6 0,0086 0,3118.23 0,11659 0,116409 165,7 789,52 792,32 0,0061 0,23810,77 0,16297 0,162681 185,2 667,85 670,65 0,0034 0,22911,63 0,18045 0,180246 116,97 1032,53 1035,33 0,0017 0,13613,32 0,20825 0,207854 194,95 595,12 597,92 0,0021 0,22
Σ = 0,0222 1,136
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III-2
Tabel III.1.5. Hasil Perhitungan Untuk Elbow Titik 10 ke 9
v (m/s) M10 M9 ΔP (N/m2) L10 max L9 max f τ7,96 0,11213 0,11237 214,45 79,14 78,78 0,0669 2,4208.23 0,11640 0,11659 165,71 101,87 101,51 0,048 1,85610,77 0,16268 0,16297 185,21 86,22 85,86 0,0269 1,78411,63 0,18024 0,18045 116,97 133,11 132,75 0,0137 1,06513,32 0,20785 0,20825 194,95 76,87 76,51 0,0169 1,716
Σ = 0,1726 8,842
Tabel III.1.6. Hasil Perhitungan Untuk Ducting Lurus Titik 11 ke 10
v (m/s) M11 M10 ΔP (N/m2) L11 max L10 max f τ7,96 0,11254 0,11237 155,96 403,17 404,51 0,0131 0,47188.23 0,11668 0,11659 77,98 802,43 803,77 0,0061 0,234610,77 0,16307 0,16297 58,48 1013,65 1014,99 0,0022 0,150811,63 0,18055 0,18045 58,48 990,07 991,41 0,0018 0,142213,32 0,20835 0,20825 48,73 1141,86 1143,19 0,0011 0,1148
Σ = 0,0243 1,1144
Tabel III.1.7. Hasil Perhitungan Friksi dan Energy Loses Untuk Fitting
Jenis fitting Reducer (1 ke 0) Enlarger (6 ke 5) Elbow (10 ke 9) Totalf 0.41394 0.93880 0.75 2.10274
h (J/kg) 592,3939657 1340,938984 1071,056034 3004,389
Tabel III.1.8. Hasil Perhitungan Untuk Friksi Total
v (m/s) ftotal τtotal
7,96 18,5671293 673,865928.23 16,6508217 646,2216210,77 5,1042267 339,223911,63 3,6278821 281,1514513,32 2,2774357 231,46653
III.2 Pembahasan
Percobaaan Frictional Isothermal Compressible Flow adalah untuk menghitung friksi
konduit aliran fluida kompresibel isothermal dan mengukur kehilangan energi pada berbagai
fitting.
Fluida yang digunakan dalam percobaan ini adalah udara. Udara merupakan fluida
kompresibel. Dalam aliran kompresibel, friksi mempengaruhi perubahan tekanan yang
mengakibatkan perubahan densitas yang menjadi penyebab perubahan flow rate fluida.
Percobaan ini mengukur kecepatan keluar (Voutput) dengan mengatur variabel bukaan intake
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III-3
(tirai) pada blower. Proses adiabatis dan isotermal terjadi pada aliran di saluran yang
penampangnya tetap. Proses ini merupakan proses irreversible dan entropi gas bertambah.
Namun karena Q = 0, suhu stagnasi konstan di seluruh saluran. Sedangkan proses isentropis
terjadi pada ekspansi dan reduksi dari conduit.
(Geankoplis, 108-110)
Langkah selanjutnya mengukur Δh pada tiap titik lubang dengan manometer U air
sederhana dan air sebagai fluida pengisi manometer, dengan cara menempelkan saluran bebas
dari alat ke lubang-lubang di titik-titik tersebut. Nilai Δh ini nantinya akan digunakan untuk
menghitung nilai P pada masing-masing titik, menggunakan rumus P = Patm + air.g.Δh. Lalu
mengukur kecepatan angin yang keluar dari blower menggunakan anemometer dan suhunya
menggunakan termometer ruangan. Anemometer seharusnya diletakkan di penghujung pipa
keseluruhan, yakni selepas titik 0 (titik output). Namun pada percobaan ini pengukuran
kecepatan udara dilakukan pada jarak 100 cm dari ujung pipa keluaran. Jika dilakukan tepat di
titik 0 dari ujung pipa keluaran, pengukuran tidak bisa akurat karena udara tidak dapat
menggerakkan baling-baling anemometer secara merata dan dapat merusak baling-baling
anemometer. Percobaan dilakukan dengan variasi penutup intake atau bukaan tirai yang
berbeda–beda dan variabel yang digunakan adalah tiap kenaikan sudut 15o, mulai dari tertutup
penuh (120o), sudut 135o, sudut 150o, sudut 165o, sampai terbuka penuh (180o) dan
menghasilkan kecepatan udara keluaran (Voutlet) yaitu 7,96 m/s, 8,23 m/s, 10,77 m/s, 11,63
m/s, dan 13,32 m/s. Setelah mendapatkan data-data percobaan semua variabel, dilakukan
perhitungan friksi pada tiap reducer, enlarger, elbow, dan fitting.
Pada percobaan ini digunakan 11 titik lubang pada perpipaan (saluran) udara dimulai
dari blower yaitu titik 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, dan 0 yang dapat dilihat pada gambar
II.4.1. Pada titik 11 ke 10 terjadi friksi ducting lurus, titik 10 ke 9 terjadi friksi elbow 900, titik
9 ke 6 terjadi friksi ducting lurus, titik 6 ke 5 terjadi friksi enlarger, titik 5 ke 1 terjadi friksi
ducting lurus, dan titik 1 ke 0 terjadi friksi reducer. Setiap friksi pada tiap titik dihitung
dengan cara yang berbeda seperti pada Appendiks dan hasil perhitungannya dapat dilihat pada
Tabel III.1.1 hingga tabel III.1.6. Kemudian dibuat grafik antara friksi (f) tiap titik terhadap
kecepatan udara (V) seperti berikut :
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III-4
Gambar III.2.1. Grafik f vs V Untuk Reducer Titik 1 ke 0
Gambar III.2.2. Grafik f vs V Untuk Ducting Lurus Titik 5 ke 1
Gambar III.2.3. Grafik f vs V Untuk Enlarger Titik 6 ke 5
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III-5
Gambar III.2.4. Grafik f vs V Untuk Ducting Lurus Titik 6 ke 9
Gambar III.2.5. Grafik f vs V Untuk Elbow Titik 9 ke 10
Gambar III.2.6. Grafik f vs V Untuk Ducting Lurus Titik 11 ke 10
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III-6
Gambar III.2.7. Grafik ftotal vs V pada masing-masing kecepatan
Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa nilai f semakin kecil dengan semakin
meningkatnya kecepatan udara, meskipun ada yang meningkat nilai f di beberapa titik
kecepatan. Kecepatan udara dipengaruhi oleh kondisi terbuka-tertutupnya katup blower,
sehingga jumlah udara yang masuk ke blower semakin banyak apabila blower terbuka penuh.
Hal ini mengakibatkan kecepatan udara semakin meningkat pada pipa saluran sehingga nilai
friksi (f) semakin kecil. Hal ini sesuai dengan literatur di mana kecepatan udara (V)
berbanding terbalik dengan nilai f. Hal lain yang mempengaruhi besarnya friksi pada
perpipaan yaitu perbedaan diameter. Hal ini dapat dilihat perbandingan tabel perhitungan
untuk ducting lurus kecil yaitu tabel III.1.4 dan untuk ducting lurus besar yaitu tabel III.1.2.
Dapat dilihat bahwa semakin besar diameter ducting maka nilai friksi (f) semakin kecil. Hal
ini sesuai dengan literatur bahwa diameter berbanding terbalik terhadap friksi.
Pada Reducer titik 1 ke 0 di tabel III.1.1, dapat dilihat bahwa bilangan Mach semakin
meningkat karena pengaruh kenaikan kecepatan diperoleh bilangan Mach yang diperoleh M <
1, sehingga diperoleh subsonic. M0 > M11 karena terjadi ekspansi sehingga kecepatan menjadi
lebih lambat saat udara mengalir dari pipa ukuran kecil menuju pipa ukuran besar.
Pada Enlarger titik 6 ke 7 di tabel III.4.3, dapat dilihat bahwa bilangan Mach semakin
meningkat karena pengaruh kenaikan kecepatan diperoleh bilangan Mach yang diperoleh M <
1, sehingga diperoleh subsonic. M7 > M6 karena terjadi ekspansi sehingga kecepatan menjadi
lebih lambat saat udara mengalir dari pipa ukuran kecil menuju pipa ukuran besar.
Untuk Elbow 90o titik 2 ke 3 di tabel III.2.5, untuk memperoleh pressure drop sama
dengan faktor friksi menunjukkan bahwa meningkatnya kecepatan terjadi penurunan ∆L,
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III-7
tetapi dari tabel ternyata mengalami peningkatan lalu penurunan, faktor yang berpengaruh
adalah pengamatan data yaitu ∆h yang tidak presisi untuk pengambilan data.
Berikut ini adalah sebagian data dari Fitting terhadap panjang ekivalen yaitu :
Tabel III.2.1. Data Tipe Fitting dengan Panjang Ekivalennya
Tipe L/D f (Kf)Elbow 90 0 30 0,75Elbow 45 0 16 0,35Tee (Th Run) 20 1Tee (Branch) 60 1,5
(http://chemical-engineer.digitalzones.com/length.html.)
Rumus untuk menghitung panjang ekivalen (Le) yaitu :
(3.1)
Untuk menghitung friksi dan kehilangan energi akibat berbagai fitting hal ini
ditunjukkan dengan persamaan dalam buku Geankoplis untuk fluida kompresibel dimana
telah ditetapkan nilai friksi (f) atau Kf. Berdasarkan tabel perhitungan III.2.7 terdapat
berbagai macam fitting (penyambungan) diantaranya pada percobaan ini yaitu enlarger,
reducer, dan elbow 900. Perhitungan friksi akibat fitting untuk semua variabel kecepatan udara
nilainya sama karena faktor luas penampang pipa (A) tetap dan sesuai pada tabel III.2.1.
Selain itu ada juga yang disebut dengan shear stress (τ) pada dinding pipa dengan
rumus pada persamaan (1.5) yang menunjukkan bahwa kecepatan aliran udara (V) berbanding
lurus dengan shear stress. Namun pada hasil perhitungan tidak sesuai dengan literatur karena
faktor f sangat kecil sehingga faktor V2 tidak terlalu berpengaruh pada perhitungan shear
stress.
Berdasarkan percobaan, untuk friksi yang diperoleh berbanding terbalik terhadap
kecepatan, hal ini sesuai dengan teori dimana kecepatan berbanding terbalik friksi yang
dihasilkan. Perbedaan fluida kompresibel dan fluida inkompresibel pada kondisi tertentu
diantaranya adalah faktor pengaruh tekanan dan temperatur. Pada fluida kompresibel,
headloss yang terjadi dapat bernilai tidak seragam, penurunan energi, penurunan tekanan
menyebabkan penurunan kerapatan massa. Sehingga perhitungan aliran fluida kompresibel
lebih kompleks dari fluida inkompresibel. Untuk mempermudah perhitungan, sejumlah
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III-8
asumsi umumnya digunakan, seperti halnya gas diasumsikan sebagai fluida ideal, satu
dimensi, perubahan ketinggian diabaikan, dan tidak ada usaha eksternal pada dan dari fluida
kompresibel yang mengalir.
Fluida kompresibel adalah fluida yang dapat dimampatkan, karena memiliki jarak
antar molekul yang lebih renggang Dalam kondisi fluida kompresibel atau inkompresibel
dapat ditunjukkan melalui suatu bilangan non dimensional yaitu bilangan Mach. Untk fluida
kompresibel memiliki besar bilangan Mach diatas 0,3. Dengan kecepatan yang bisa mencapai
kecepatan suara maka friksi yang dihasilkan lebih kecil dari fluida inkompresibel. Meskipun
perhitungan lebih rumit, seharusnya kehilangan energi juga lebih kecil. Contoh : Udara
Fluida inkompresibel adalah fluida yang tidak dapat dimampatkan, karena memiliki
jarak antar molekul yang rapat. Artinya fluida tersebut memiliki besar densitas yang konstan
dan dapat juga ditunjukkan dengan Bilangan Mach dimana nilainya kecil dari 0,3. Dengan
kecepatan yang rendah dan tidak mencapai kecepatan suara, maka friksi yang dihasilkan lebih
besar dari fluida kompresibel. Meskipun perhitungan lebih mudah, seharusnya kehilangan
energi juga lebih besar. Contoh : Air
(Geankoplis, 107)