ORIFICE

I. TUJUAN

Mendemonstrasikan aplikasi plat orifice dalam pengukuran laju aliran

dan kecepatan aliran di dalam pipa

Mendemonstrasikan aplikasi sebuah venturi meter dalam pengukuran laju

aliran dan kecepatan aliran di dalam pipa.

Mendemonstrasikan aplikasi pengukuran laju aliran dan kecepatan aliran

di dalam pipa dengan memakai plat berbentuk U dan V.

II. PERINCIAN KERJA

Pengkalibrasian manometer raksa

Pengukuran kecepatan alir dalam pipa orifice

Pengukuran kecepatan alir dalam pipa venturi

Pengukuran kecepatan alir memakai plat U

Pengukuran kecepatan alir memakai plat V

III. ALAT DAN BAHAN

A. Alat yang digunakan

Instalasi pipa aliran

Pipa Venturi

Pipa Orifice

Plat berbentuk U dan V

Alat ukur ketinggian permukaan (Height Gauge)

Stopwatch

Flowmeter

B. Bahan yang Digunakan

Air bersih

IV. DASAR TEORI

Flowmeter dan Ukuran Arus

Arus zat cair umumnya kebanyakan diukur dengan menggunakan

ujung flowmeter. Cara kerja dari flowmeter ini didasarkan pada

persamaan Bernoulli. Flowmeter dengan pipa penyalur tertutup dapat

dipergunakan pada zat – zat gas maupun cair. Sedangkan flowmeter

dengan pipa penyalur terbuka hanya dapat dipergunakan pada zat cair.

Ujung flow meter terdiri dari lubang / mulut, venturimeter, alat pemercik

arus, tabung pitot, dan weirs. Flowmeter terdiri atas sebuah elemen

primer yang menyebabkan tekanan dan elemen sekunder yang berfungsi

untuk mengukur hal tersebut. Elemen primer tidak mengandung banyak

bagian yang bergerak. Umumnya kebanyakan elemen sekunder dengan

flowmeter yang tertutup adalah sebuah manometer dengan tabung

berbentuk U. Zat dalam sebuah lengan manometer dipisahkan dari lengan

yang lainnya dengan menggunakan zat cair berberat jenis lebih tinggi

yang biasanya disini digunakan air raksa.

Tekanan dalam sebuah manometer adalah ( P1 + .h.g ) pada

lengan 1 dan ( P2+ m.h.g ) pada lengan 2 dimana dan m adalah

berat jenis zat arus dan cairan pemisah berturut – turut. Kedua tekanan ini

sama saat kedua lengan manometer dihubungkan oleh sebuah kolom zat

cair yang bersambung. Oleh karena itu :

P1 + .h.g = P2+ m.h.g

Dapat dituliskan sebagai berikut :

P1 – P2 = ( - m) .h.g

Jika dan m dalam kg/m3, .h dalam m, dan g adalah 9,81 m/s2,

perbedaan tekanan melewati elemen primer P1 – P2 N/m2. Perbedaan

ujung melewati elemen primer ke perbedaan dalam tingginya zat cair

pemisah pada kedua lengan manometer.

Flowmeter lain umumnya menggunakan prinsip – prinsip

pengoperasian yang berbeda dengan flowmeter ujung. Flowmeter yang

berhubungan dengan mesin mempunyai elemen primer yang terdiri dari

bagian – bagian yang bergerak atau berpindah. Flowmeter ini termasuk

rotameter, ukuran pemindahan positif dan ukuran kecepatan. Flometer

elektromagnetik mempunyai keuntungan – keuntungan dengan tidak

adanya pembatasan dalam sebuah pipa penyalur dan bagian – bagian

yang tidak bergerak atau berpindah.

Flowmeter dengan saluran pipa tertutup

Elemen primer sebuah orifice meter adalah piringan datar yang

sederhana terdiri dari sebuah lubang bor, yang ditempatkan dalam pipa

tegak lurus pada arah arus zat.

Persamaan Bernouli yang dimodifikasi untuk arus kuat dalam sebuah

pipa.

P2 U2 2 P1 U1 2

( Z2 + + ) – ( Z1 + + )

2.g 2.g.α2 1.g 2.g.α1

Lubang – lubang dalam piringan orifice baja berupa concentric

accentric ataupun segmental. Piringan orifice cenderung rusak akibat

erosi.

Koefisien Cd pada orifice meter tertentu adalah sebuah fungsi

lokasi keran tekanan, rasio diameter lubang orifice pada garis tengah

bagian dalam dari pipa di/d1. Jumlah Reynolds dalam pipa saluran Nre,

dan ketebalan piringan orifice . Referensi yang penting seharusnya

dikonsultasikan untuk nilai Cd. Data yang diberikan berturut – turut

seperti log- log Cd terhadap NRe. Hal tersebut seharusnya dicatat apakah

jumlah Reynolds didasarkan pada diamter bagian dalam dari pipa atau

lubang orifice. Pada umumnya kebanyakan Cd berkisar antara 0,6 sampai

dengan 0,7.

Orifice meter rusak akibat murah dan mudah untuk diinstal apabila

dapat dimasukkan pada gabungan piringan roda.

Venturymeter teorinya sama dengan orificemeter tetapi proporsi

tekanan yang diberikan lebih tinggi dapat melindungi daripada

orificemeter.

Kebanyakan tabung – tabung pitot tidak mahal namun tabung

tersebut tidak banyak dipergunakan. Tabung pitot memiliki kesensitifan

yang tinggi untuk mengakibatkan pencemaran, tabung tersebut tidak

dapat mengukur rata – rata arus volume Q atau kecepatan linear U.

Akhirnya dapat dihitung dari ukuran tunggal jika hanya distribusi

kecepatan diketahui.

Flowmeter dalam saluran terbuka

Weiss umumnya digunakan untuk mengukur rata – rata arus Weiss

yang tajam. tingkat awal zat cair menjadi di atas tingkat weir yang

tajam . Sebagaimana zat cair mendekati weir, zat cair tingkatannya

berangsur – angsur turun dan kecepatan arus meningkat.

Mempertimbangkan banyak hal dalam zat cair pada ketinggian

secara vertical di atas puncak weir .

Karakteristik plat orifice

Untuk plat orifice, laju aliran dan perbedaan head diturunkan dari

persamaan bernaulli dengan koreksi koefisien untuk kerugian energi :

Q=Cd AO {1−( AO

A1)

2}−0 . 5

√2g ( h1−h2 )

Dimana : Q = laju aliran (m3/s)

Cd = discharge Coeficient (m3)

= 0.6 untuk plat orifice

Ao = luas throat atau orifice (m2)

do = 22 mm

A1 = luas pipa keluaran (m2)

d1 = 39 mm

h1-h2 = perbedaan head (mmH2O)

g = 9.81 (percepatan gravitasi) (m/s2)

Gambar. Plat Orifice

Karakteristik venture tube

Untuk venturi tube, laju aliran dan perbedaan head diturunkan dari

persamaan bernaulli dengan koreksi koefisien untuk kerugian energi :

Q=Cd AO {1−( AO

A1)

2}−0 . 5

√2g ( h1−h2 )

Dimana : Q = laju aliran (m3/s)

Cd = discharge Coeficient (m3)

= 0.98 untuk venture tube

Ao = luas throat atau orifice (m2)

do = 18 mm

A1 = luas pipa keluaran (m2)

d1 = 39 mm

h1-h2 = perbedaan head (mmH2O)

g = 9.81 (percepatan gravitasi) (m/s2)

Gambar skema ventury tube

V. PROSEDUR PENGERJAAN

Percobaan 1 ( Plat Orifice )

Plat Orifice dipasang pada posisinya dan dihubungkan dengan

manometer Hg.

Pipa kerja diisi dengan air bersih, kemudian katup kontrol dibuka

untuk mendapatkan aliran air melalui flowmeter.

Laju aliran diukur dengan memakai tangki volumetric bersamaan

dengan katup kontrol aliran.

Perbedaan head pada beberapa variasi laju alir diukur dengan

memakai manometer Hg.

Dihitung perbedaan head teoritis pada setiap aliran

Hasil tersebut dibandingkan dengan perbedaan head pengukuran.

Percobaan 2 ( Ventury meter)

Ventury meter tes dipasang pada posisinya dan dihubungkan dengan

manometer H2O.

Pipa utama diisi dengan air, kemudian katup kontrol dibuka untuk

mendapatkan aliran air melalui flowmeter.

Laju aliran diukur dengan memakai tangki volumetric bersamaan

dengan katup kontrol aliran.

Perbedaan head pada beberapa variasi laju alir diukur dengan

memakai manometer H2O

Dihitung perbedaan head teoritis pada setiap aliran.

Hasil tersebut dibandingkan dengan perbedaan head pengukuran.

VI. DATA PENGAMATAN

a. Orifice

No Volume (m3)

Waktu (s) Q (m3/s) mmHgt1 t2 t rata-rata h1 h2 Δh

1 0.005 6.78 6.5 6.465 0.0007734 108 146 38s2 0.005 6.46 6.38 6.42 0.0007788 106 145 393 0.005 5.62 5.46 5.54 0.0009025 99 149 504 0.005 4.88 4.68 4.78 0.0010460 90 158 685 0.005 4.79 4.05 4.42 0.0011312 84 167 83

b. Venture

c. Celah U

d. Celah V

VII. PERHITUNGAN

A. ORIFICE

DAHLIA QADARI

II B/331 11 005

Diketahui :

Cd = 0,6

Do = 22 mm = 0,022 m

Di = 39 mm = 0,039 m

g = 9,81 m/s2

Penentuan Δh secara teori

Ao = 14

π Do2

Ao = 14

3,14 ∙(0,022 m)2

Ao = 0,000379 m2

Ai = 14

π Di2

Ai = 14

3,14¿

Ai = 0,0011933 m2

Untuk data I :

Q1 = VolumeWaktu

=0,005 m3

6,465 s=0,0007733

m3

s

Q = Cd ∙ Ao ∙ {1−( AoAi )

2}−1/2

∙√2 g (h1−h2 )

(h1-h2) = Q2{1− Ao

Ai

2}Cd2 Ao2 2g

(h1-h2) =

(0,000773m3

s)

2{1−( 0,000379 m2

0,001193m2 )2}

0,62(0,000379 m2)2∙ 2 ∙9,81ms2

(h1-h2) = 5,975×10−7 m6

s2 ⟨1−0,1009 ⟩

0,36 ∙1,436× 10−7 m4 ∙19,62ms2

(h1-h2) = 5,3721m10,143

(h1-h2) = 0,5301 mH2O

Untuk data selanjutnya, dapat dilihat dalam tabel 1. 2

Penentuan Δh secara praktek

Untuk data I :

( ρ ∙ g ∙ ∆ h ) H 2 O=( ρ ∙ g ∙ ∆ h ) Hg

∆ h1 H 2 O=( ρ∙ ∆ h ) Hg

ρ H 2O

∆ h1 H2 O=13,6

gml

∙ 38mmHg

1g

ml

∆ h1 H 2 O=516,8 mm H 2O

∆ h1 H 2 O=0,5168 m H 2O

Untuk data selanjutnya, dapat dilihat dalam tabel 1. 2

Penentuan % error

Untuk data I :

% error = ∆ h secara teori−∆ h secara praktek

∆ hsecra teori∙ 100 %

% error = (0,5301−0,5168)m H 2O

0,5301 m H 2 O× 100 %

% error = 2,51 %

Untuk data selanjutnya, dapat dilihat dalam tabel 1. 2

Tabel 1. 2 Penentuan beda tekan secara teori dan praktek serta % error

Waktu (s)

Q (m3/s) Δh Teori (mH2O)

Δh praktek % error(mmH2O) (mH2O)

6.465 0,000773 0.5301 516.8 0.5168 2.5057716.42 0,000778 0.5375 530.4 0.5304 1.328235.54 0,000903 0.7219 680 0.68 5.8006754.78 0,001046 0.9697 924.8 0.9248 4.6275454.42 0,001131 1.1341 1128.8 1.1288 0.463839

% error rata-rata 2.9452%

VIII. PEMBAHASAN

A. ORIFICE

DAHLIA QADARI

II B / 331 11 005

Ketika orifice plate dipasang pada sebuah aliran, maka orifice akan

meningkatkan laju aliran melalui lubang orifice yang kecil sehingga

menyebabkan perbedaan tekanan.

Dari grafik, terlihat bahwa semakin besar laju alir suatu fluida

maka semakin besar pula beda tekannya. Pada grafik terlihat juga adanya

penyimpangan antara beda tekan secara teori dan secara praktek. Hal ini

disebabkan oleh kurangnya ketelitian pada saat membaca manometer air

raksa. Pembacaan tekanan pada manometer air raksa sangat berpengaruh

pada penentuan beda tekannya, selain itu penggunaan manometer air raksa

harus dikonversi terlebih dahulu ke dalam satuan H2O. Pada saat

dikonversi, densitas air yang digunakan tidak sesuai dengan suhu pada

saat pengukuran. Sehingga, pengkonversian tidak terlalu akuran dalam

penentuan beda tekan secara praktek. Manometer air tidak digunakan

karena orifice dapat menyebabkan beda tekan yang besar, sehingga

manometer air raksa lebih tepat digunakan dibandingkan dengan air Karen

kapasitas manometer air yang kurang.

Secara teori, beda tekan yang dihasilkan oleh orifice lebih besar

dibandingkan dengan beda tekan yang dihasilkan oleh venturi. Hal ini

disebabkan oleh diameter dari lubang orifice lebih besar disbanding

dengan diameter lubang venturi sehingga beda tekan saat aliran melewati

lubang lebih besar. Selain itu, pada pipa venture, pengecilan diameter dari

lubang venture berlangsung secara bertahap pada pipa venture. Sedangkan

pada orifice, tidak terjadi perubahan diameter secara bertahap. Aliran

langsung melewati plat orifice tanpa penyesuaian diameter.

Dibandingkan dengan pipa venture, ketelitian dari orifice lebih

rendah kerena memiliki pressure drop yang tinggi. Akan tetapi, orifice

banyak digunakan karena biaya pengadaannya dan perawatannya lebih

murah.

Orifice cocok untuk semua jenis aliran fluida, akan tetapi sangat

rentan terhadap fluida yang menyebabkan korosi ataupun kerusakan

struktur pada plat orifice. Selain itu, orifice tidak cocok untuk aliran fluida

yang mengandung padatan karena akan menyebabkan sumbatan pada

lubang orifice.