13. flowmeter

Universitas Andalas

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Percobaan

Banyak masalah-masalah yang melibatkan keahlian seorang engineer dalam

menyelesaikan masalah yang terjadi dilapangan. Salah satu yang mungkin

dihadapi adalah masalah tentang pemipaan Masalah yang dihadapi yaitu mengenai

agar bagaimana fluida yang masuk dengan yang keluar memiliki debit dan

kecepatan yang sama untuk setiap keluaran . Oleh sebab itu, di dalam praktikum

fenomena dasar mesin ada objek yang mempelajari karakteristik – karakteristik

dari alat ukur aliran fluida, yaitu “ FLOWMETER”. Dimana alat ukur aliran

fluida yang dipelajari disini adalah Venturi, Orifis dan Rotatmeter. Flowmeter

merupakan alat ukur kecepatan aliran fluida yang penggunanya berhubungan

dengan Venturimeter dan Manometer

1.2 Tujuan Percobaan

1. Mengetahui karakteristik alat ukur aliran fluida seperti venturimeter,

orifis, dan rotameter serta manometer.

2. Mengetahui hubungan koefisien gesek dengan debit aliran.

3. Mengetahui losses dan penurunan tekanan pada alat ukur aliran

fluida.

1.3 Manfaat

Dari praktikum ini dapat diketahui karakteristik dari masing-masing alat

ukur kecepatan aliran fluida, seperti venturimeter, orifis, dan rotameter. Dari

praktikum juga dapat mengetahui hubungan antara koefisien gesek dengan debit

aliran serta perubahan tekanan pada alat ukur aliran fluida

Flowmeter (Kelompok 9) 79

Universitas Andalas

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Teori Dasar Objek

Secara garis besar, semua bahan terdiri dari 2 keadaan saja, yaitu fluida

dan zat padat. Secara teknis perbedaan terletak pada pada reaksi kedua zat tersebut

terhadap tegangan geser atau tegangan singgung yang dialaminya. Zat padat dapat

menahan tegangan geser dengan deformasi statis, sedangkan fluida adalah

sebaliknya. Jadi fluida adalah suatu zat yang tidak dapat menahan tegangan geser.

Aliran fluida pada dasarnya banyak sekali terpakai dan berpengaruh pada

ilmu rekayasa dan perancangan. Salah satu faktor yang utama adalah kecepatan

aliran fluida tersebut. Untuk mengukur kecepatan aliran fluida salah satunya

digunakan flowmeter. Flowmeter merupakan alat ukur kecepatan aliran fluida

yang penggunaannya berhubungan dengan Venturimeter dan Manometer.

Persamaan dasar yang dipakai pada penentuan debit aliran dan kecepatan adalah

penerapan persamaan Bernaully melaui persamaan berikut :

Q = Cd .A2 [1-( )2]-0.5.[ ]0.5

Nilai Cd diasumsikan 0,98 untuk venturimeter dan 0,63 untuk plat orifis.

2.1.1. Venturi meter

Gambar 3.1 venturimeter

sumber: www.engineering.com


Universitas Andalas

Venturimeter yaitu suatu tabung yang memiliki variasi diameter dimana debit

disetiap posisi pada diameter tersebut adalah sama, sehingga terdapat hubungan

yang berbanding terbalik antara luas penampang atau diameter dengan kecepatan

aliran. Aplikasi dari venturimeter ini dapat dijumpai pada alat injeksi bahan bakar

serta alat penyemprot obat nyamuk.

Untuk venturi dan orifis memiliki penurunan rumus yang sama yaitu :

Q1 = Q2

A.V1 = A.V2

Untuk h1 = h2

ΔP =


Universitas Andalas

Dimana Q1 : debit masuk

Q2 : debit keluar

A1 : luas penampang masuk

V1 : kecepatan masuk

A2 : Luas penampang keluar

v2 : kecepatan aliran keluar

ρ : massa jenis fluida

P1 : tekanan fluida masuk

P2 : tekanan fluida keluar

g : percepatan gravitasi.

Aplikasi venturimeter yaitu pada karburator yang dinamakan tabung

venturi yang berfungsi untuk menaikkan kecepatan udara yang masuk ke

ruang bakar.

2.1.2 Orifis

Orifis yaitu suatu plat yang dipasang pada suatu pipa, sehingga terjadi

pengecilan penampang tiba – tiba pada pipa tersebut (fenomena

venakontrakta ).

Gambar 3.2 orifis

Sumber www.meltasmakina.com

Aplikasi Orifis yaitu pada pipa perminyakan, berfungsi untuk pipa yang

mempunyai elbow, sebelum melalui elbow aliran fluida ditahan debitnya

dengan orifis.

orifis memiliki penurunan rumus yang sama dengan venturimetr yaitu :

Q1 = Q2

A.V1 = A.V2

Untuk h1 = h2


http://www.meltasmakina.com/

Universitas Andalas

ΔP =

Dimana Q1 : debit masuk

Q2 : debit keluar

A1 : luas penampang masuk

V1 : kecepatan masuk

A2 : Luas penampang keluar

v2 : kecepatan aliran keluar

ρ : massa jenis fluida

P1 : tekanan fluida masuk

P2 : tekanan fluida keluar

g : percepatan gravitasi.

2.1.3 Rotameter


Universitas Andalas

Rotameter terdiri dari sutu tabung yang disertai float ( apung – apung )

dan skala. Float akan bergerak naik atau turun sesuai dengan gaya dorong

yang diberikan fluida. Posisi float tersebut dikonversikan pada skala yang

terdapat pada dinding tabung.

Gambar 3.3 rotameter

Gambar Rotameter sumber google

Penurunan rumus rotameter W

Dimana Q : debit lairan

A : luas penampang

Vb : volume benda

ρb : massa jenis benda

ρf : massa jenis fluida


pemberat

Fb

Fc

Universitas Andalas

Ab : luas daerah benda

Cd : koefisien buang

Aplikasi rotameter yaitu pada perusahaan air minum, untuk melihat

distribusi debit aliran yang menuju kerumah penduduk.

2.1.4. Manometer

Manometer adalah alat ukur tekanan dan manometer tertua adalah

manometer kolom cairan. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat

dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran.

Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan yang

tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir). Manometer adalah alat yang

digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di

dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom

cairan. Versi manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U yang diisi

cairan setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa) dimana pengukuran

dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang mungkin terjadi karena

atmosfir) diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan

memperlihatkan tekanan yang diterapkan.

Gambar 3.4Manometer (sumber : google.co.id)

Gambar a. Merupakan gambaran sederhana manometer tabung U yang

diisi cairan setengahnya, dengan kedua ujung tabung terbuka berisi cairan

sama tinggi.


http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/raksa/

Universitas Andalas

Gambar b. Bila tekanan positif diterapkan pada salah satu sisi kaki

tabung, cairan ditekan kebawah pada kaki tabung tersebut dan naik pada

sisi tabung yang lainnya. Perbedaan pada ketinggian, “h”, merupakan

penjumlahan hasil pembacaan diatas dan dibawah angka nol yang

menunjukkan adanya tekanan.

Gambar c. Bila keadaan vakum diterapkan pada satu sisi kaki tabung,

cairan akan meningkat pada sisi tersebut dan cairan akan turun pada sisi

lainnya. Perbedaan ketinggian “h” merupakan hasil penjumlahan

pembacaan diatas dan dibawah nol yang menunjukkan jumlah tekanan

vakum

2.2 Teori Dasar Alat Ukur

Flowmeter merupakan alat ukur kecepatan aliran fluida, yang penggunaannya

berhubungan dengan venturimeter dan manometer. Pada flowmeter terdapat

beberapa komponen alat ukur lainnya, diantaranya orifis, rotameter, venturimeter,

dan katup kontrol aliran.

1. Manometer adalah alat ukur tekanan dan manometer tertua adalah

manometer kolom cairan. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan

dapat dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah

pengukuran. Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk

pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan

atmosfir).

Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi

untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Jenis

manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Versi manometer

sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U yang diisi cairan

setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa) dimana .


http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/raksa/

Universitas Andalas

Gambar 3.5 manometer

(sumber: www.oldbookillustration.com)

2. Venturimeter

Venturimeter berguna untuk meningkatkan kecepatan aliran fluida

dengan prinsip penurunan tekanan aliran fluida yang melewatinya.


(sumber : google.co.id)

3. Rotameter

Rotameter berguna untuk melihat aliran fluida yang melewati suatu

pipa dengan adanya perubahan volume dengan menggunakan pemberat

didalamnya.


(Sumber : unitechengineers.com)


Universitas Andalas

4. Stopwacth

Digunakan untuk mengetahui lamanya waktu yang diperlukan dalam

sekali putaran. Stopwatch yang umum dipakai dapat dilihat pada

gambar dibawah ini

Gambar 3.8 stopwatch

(Sumber : yudhiapr.blogdetik.com)

5. Orifis

Orifis merupakan suatu plat berlobang yang berfungsi untuk

mengecilkan penampang secara tiba tiba pada aliran suatu fluida.

Konstruksi dari orifis sangat berguna untuk memberikan perlawanan

yang berbeda dari aliran fluida. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan

karakteristik aliran fluida sebelum dan sesudah mengalami pengecilan

penampang.

Gambar 3.9 orifis

Gambar sumber www.epaendustri.com


http://www.epaendustri.com/

Universitas Andalas

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Gambar Peralatan

Gambar 3.10 Alat Uji Flowmeter

Keterangan gambar :

1. Tabung keluaran

2. Katup kontrol aliran

3. Plat Orifis

4. Katup pengatur

5. Rotameter

6. Pelat manometer


Universitas Andalas

7. Venturimeter

8. Saluran masuk fluida

3.2 Asumsi-asumsi

1. Rugi-rugi aliran diabaikan

2. Tekanan temperatur ruangan konstan

3. Daya keluaran pompa konstan

3.3 Prosedur Percobaan

1. Prosedur pemasangan alat

1. Ambil flowmeter apparatus pada rak penyimpanan alat.

2. Pastikan alat dalam kondisi baik dan lengkap.

3. Posisikan alat di atas hydraulic bench.

4. Hubungkan saluran masuk dari apparatus ke keluaran hydraulic

bench.

2. Kalibrasi manometer

1. Hidupkan pompa.

2. Pastikan semua gelembung udara keluar dari saluran dengan cara

mengatur katup keluaran manometer.

3. Atur skala ketinggian pada tabung manometer sehingga ketinggian

pada tiap tabung sama dengan cara memompa dengan pompa tangan

pada pentil.

3. Pengambilan data

1. Hidupkan pompa, lalu atur ketinggian rotameter dengan mengatur

katup keluar apparatus.

2. Catat skala yang terdapat pada tabung manometer.

3. Hitung waktu yang dibutuhkan jika volume yang diinginkan untuk

melihat skala pada manometer adalah 5 liter.

4. Variasikan debit air yang dapat dilihat pada skala rotameter (max 15

l/min).


Universitas Andalas

BAB IV

DATA dan PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

No Vol QR H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 t

m3 m3/s (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (s)

10.005

0.0000830.317 0.300 0.308 0.305 0.251 0.252 0.218 0.240

51

20.005

0.0001000.312 0.290 0.300 0.297 0.244 0.244 0.230 0.228

43

30.005

0.0001170.309 0.280 0.295 0.290 0.234 0.235 0.225 0.215

37

40.005

0.0001330.307 0.270 0.290 0.284 0.228 0.230 0.208 0.205

34

50.005

0.0001500.304 0.258 0.283 0.275 0.218 0.220 0.198 0.188

31

60.005

0.0001670.301 0.246 0.279 0.268 0.209 0.211 0.185 0.174

27

70.005

0.0001830.296 0.231 0.270 0.258 0.198 0.200 0.170 0.150

26

80.005

0.0002000.290 0.215 0.262 0.248 0.187 0.190 0.150 0.132

22

90.005

0.0002170.285 0.198 0.252 0.238 0.174 0.177 0.136 0.115

22

100.005

0.0002330.275 0.178 0.242 0.223 0.158 0.164 0.116 0.093

14


Universitas Andalas

4.2 Contoh Perhitungan

Adapun data yang digunakan sebagai contoh perhitungan dalam laporan

ini adalah data percobaan nomor 1, dengan data sebagai berikut :

V = 5 liter = 0,005 m3

QR = 8.33 m3/s

ρ = 998 kg/m3

g = 9,8 m/s2

t = 51 s

h1 = 0,317 m h5 = 0,251 m

h2 = 0,300 m h6 = 0,252 m

h3 = 0,308 m h7 = 0,218 m

h4 = 0,305 m h8 = 0,240 m

1. Venturimeter

Diketahui : D1 = 31,75 mm = 0.03175

D2 = 15 mm = 0.015

Sebagai acuan untuk analisa, dimana untuk venturimeter

dengan Cd = 0,98

Perhitungan :

A1 =

=

= 0,00079 m2

A2 =

=

= 0,00018 m2

Δh = h1 – h2

= 317 mm - 300 mm

= 17 mm

= 0.017 m


Universitas Andalas

Δhloss = h1 – h3

= 317 mm - 308 mm

= 22 mm

= 0,009 m

ΔP = ρ . g . Δh

= (998 kg/m3) x (9,81 m/s2) x (0,017 m)

= 166.44 Pa

QHB =

=

= 9.8x 10-5 m3/s

QTH = cd

= 0.98 x

= 0,000099m3/s

Cd1 =

= (8.3 x 10-5 m3/s) : (9.8 x 10-5 m3/s)

= 0,85

Cd2 =

= (8.3 x 10-5 m3/s) : (0.000099 m3/s)

= 0.838

2. Orifis

Diketahui : D1 = 31,75 mm

D2 = 20 mm


Universitas Andalas

Sebagai bahan acuan untuk analisa, dimana untuk orifis de-

ngan Cd = 0,63

Perhitungan :

A1 =

=

= 0,00079 m2

A2 =

=

= 0,000314 m2

Δh = h6 – h8

= 252 mm - 240 mm

= 12 mm

= 0,012 m

Δhloss = h6 – h7

= 252 mm - 218 mm

= 34 mm

= 0,034 m

ΔP = ρ . g . Δh

= (998 kg/ m3) x (9,81 m/s2) x (0,012 m)

= 117.485 Pa

QHB =

=

= 2.195 x 10-4 m3/s


Universitas Andalas

QTH = Cd

= 0.63 x

= 1 x 10-4 m3/s

Cd1 =

= (8.3 x 10-5 m3/s) : (2,195x 10-4 m3/s)

= 0,85

Cd2 =

= (8.3 x 10-5 m3/s): ( 1 x 10-4 m3/s)

= 0.83

3. Rotameter

Perhitungan :

Δh = h4 – h5

= 305 mm - 251 mm

= 54 mm

= 0,054 m

Δhloss = h4 – h5

= 305 mm - 251 mm

= 54 mm

= 0,54 m

ΔP = ρ . g . Δh

= (998 kg/m3) x (9,81 m/s2) x (0,054 m)

= 528,680 Pa

QHB =


Universitas Andalas

=

= 9.8 x 10-5 m3/s

Cd1 =

=

= 0,847


Universitas Andalas

4.3 Data Hasil Perhitungan


Universitas Andalas

4.4 Grafik Hasil Perhitungan


Universitas Andalas


Universitas Andalas

4.5. Analisa

Dari hasil praktikum yang dilakukan untuk objek flowmeter

digunakan beberapa perangkat alat untuk mengukur aliran fluida adapun

perangkat yang digunakan itu meliputi orifis,rotameter dan venturimeter

Adapun volume air yang diukur pada percobaan ini yaitu 5 liter dan

dari grafik dapat dianalisa yaitu:

Grafik Qr vs Qth

Terdapat hubungan berbanding lurus dimana Qth semakin besar Qr

juga akan semakin besar, Qth sangat ditentukan oleh Δh dimana Δh

mempengaruhi nilai ΔP

Grafik Qr vs Qhb

Dari hasil perhitungan dapat disimpulkan bahwa perbandingan antar

Qr dengan Qhb adalah perbandingan lurus,Qhb yang ditujukan memperlihatakan

kenaiakm saat waktu yang dibutuhkan semakin kecil artinya Qhb berbanding

terbalik dengan waktu, jika Qhb naik,maka waktu yang di butuhkan untuk volume

tertentu akan semakin kecil

Grafik Qth Vs Qhb

Terdapat hubungan yang berbanding lurus,dimana semakin besar

Qth maka Qhb juga bertambah besar,disini Qth dipengaruhi oleh perubahan

kentinggian sedangkan Qhb dipengaruhioleh t,untuk nilai Δh dan t juga

berbanding lurusa dimana semakin besar Δh ,t juga semakin besar ,Qth juga di

pengaruhi oleh diameter penampang,dimana pada orifis terjadi pengecilan

penampang yang berujung pada kenaikan tekanan

.Grafik Qr Vs Cd


Universitas Andalas

Secara umum dapat dilihat perbandingan antara Qr dan Cd adalah

berbanding lurus dimana semakin besar nilai Qr maka nilai CD juga akan

semakin besar

Hal ini membenarkan persamaan yang menyatakan :

Dimana Qr berbanding lurus dengan Cd

.Grafik Qth Vs Cd

Dari hasil pengolahan data terlihat perbandingan secara umum yang menyatakan semakin besar Cd maka nilai Qth akan semakin kecil sesuai dengan persamaan berikut

Grafik Qhb Vs Cd

Dari table dan Grafik terlihat perbandingan antar Cd dan Qhb yang

berbanding lurus dimana,seharu perbandingan Cd dengan Qhb adalah berbanding

terbalik dengan :

Karena Qhb dipengaruhi oleh waktu dan Qr


Universitas Andalas

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perhitungan dan analisa data disimpulkan bahwa:

Dari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan :

1. Dapat mengetahui tekanan masuk dan tekanan yang keluar pada tiap alat

ukur yang digunakan serta tekanan normal aliran, tetapi pada venturimeter

juga dapat diketahui tekanan yang terjadi pada saat pengecilan

penampang.

2. Hubungan antara koefisien buang terhadap debit aliran adalah tidak

berbanding lurus dan tidak pula berbanding terbalik tetapi harga koefisien

buang yang besar pada kondisi maksimum.

3. Hubungan losses degan tekanan adalah berbanding lurus, semakin besar

losses maka akan semakin besar pula perbedaan tekanan

5.2 Saran

Untuk praktikan yang lain yang akan melakukan percobaan ini penulis

menyarankan agar :

Pada saat pencatatan skala manometer usahakan agar posisi mata

pengamat sejajar dengan permukaan fluida dalam tabung

Pembacaan skala sebaiknya dilakukan setelah fluida pada masing-masing

tabung manometer diam atau berada dalam keadaasn stabil.

Pastikan tidak ada lagi gelembung udara yang terperangkap di dalam alat

ukur agar hasil yang diperoleh lebih akurat dan fenomena-fenomena yang

terjadi dapat diamati dengan lebih jelas.


Universitas Andalas

LAMPIRAN

A. Tugas sebelum Praktikum

1. Jelaskanlah prinsip kerja venturimeter dan manometer yang digunakan

dalam praktikum anda..?

Jawaban :

- Venturimeter : mengukur aliran fluida dengan memanfaatkan

perbedaan luas antara 2 buah penampang

-

- Gambar 3.11 venturimeter

- Sumber www.engineeringtoolbox.com

-

- Manometer : mengukur tekanan fluida dengan memanfaatkan

perbedaan pembacaan ketinggian yang terbaca pada skala

Gambar 3.12 manometer

Sumber gambar google


Universitas Andalas

2. Jelaskan hubungan antara hukum archimedes dengan rumus rotameter

Jawaban : air masuk dengan kecepatan v, sehingga mengangkat bal

sampai dengan daya apung sama dengan berat bal


Gambar Rotameter sumber google

Penurunan rumus rotameter W


pemberat

Fb

Fc

Universitas Andalas

3. Apa fungsi plat orifis dari objek yang akan anda praktikumkan ini ?

Jawaban : Berfungsi untuk mengecilkan penampang secara tiba-tiba pada

aliran suatu fluida

Gambar 3.14 orifis


B. Tugas Setelah Praktikum

1. Jelaskan 3 pemakaian alat dari flowmeter di dunia kerja teknik mesin ?

Jawaban : Venturimeter berguna untuk meningkatkan kecepatan aliran

fluida misalnya digunakan pada pipa minyak. Aplikasi dari

venturimeter ini dapat dijumpai pada alat injeksi bahan bakar serta alat

penyemprot obat nyamuk.


Sumber www.engineeringtoolbox.com

Orifis yaitu suatu plat yang dipasang pada suatu pipa, sehingga terjadi

pengecilan penampang tiba – tiba pada pipa tersebut (fenomena

venakontrakta ).



Universitas Andalas

Gambar 3.16 orifis


Aplikasi Orifis yaitu pada pipa perminyakan, berfungsi untuk pipa yang

mempunyai elbow, sebelum melalui elbow aliran fluida ditahan debitnya

dengan orifis.

Rotameter untuk mengetahui kecepatan aliran fluida dengan cara mengatur

pemberat yang menyatakan besarnya debit aliran fluida. Aplikasi rotameter

yaitu pada perusahaan air minum, untuk melihat distribusi debit aliran yang

menuju kerumah penduduk.


(Sumber : unitechengineers.com)

2. Jelaskan hubungan antara koefisien buang dengan debit aliran ?

Jawaban : hubungannya berbanding lurus yaitu semakin besar debit aliran

maka koefisien buang makin besar,



13. flowmeter

Documents