MAKALAH MEKANIKA FLUIDA Venturimeter
DISUSUN OLEH : KELOMPOK 4 Nama
: 1. Abdilla Pra!et"a
#$%144$4&$'1()
&. D*i Inda Le!tari
#$%144$4&$'&1) #$%144$4&$'&1)
(. +iara Nanda ,ella -.
#$%144$4&$'(&) #$%144$4&$' (&)
4. a"u a"u /ati Ku!uma
#$%144$4&$'(%) #$%144$4&$' (%)
Kela!
: ( K I. A
D0!en Pembimbin
: Ir Muammad -eri2am M.+
Mata Kulia
: Me3ani3a Fluida
.
,
/UUSAN +EKNIK KIMIA PODI S1 +EAPAN +EKNOLO5I KIMIA INDUS+I POLI+EKNIK NE5EI SII/A-A &$16
KA+A PEN5AN+A
Puji dan syukur kami haturkan kepada Allah SWT atas berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas kelompok penulisan Makalah Mekanika Fluida dengan judul “Venturimeter se!ara lan!ar dan dapat diselesaikan sesuai "aktunya# Makalah ini kami buat sebagai pendukung dan media alat dalam program belajar diperkuliahan # Pada kesempatan ini penulis ingin mengu!apkan terima kasih kepada $ %# &th# 'apak (r# Muhammad &eri)am* M#T selaku dosen pembimbing kami yang telah banyak memberikan arahan dan moti+asi demi kelan!aran pembuatan makalah ini ,# Teman-teman Mahasis"a Politeknik Negeri Si"ijaya kelas .#( A/.imia (ndustri0 yang senantiasa mendukung dan memberi masukan terhadap makalah ini Penulis menyadari sepenuhnya bah"a masih banyak kekurangan dalam penyusunan Makalah ini* sehingga penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersi1at membangun dari segenap pemba!a demi kebaikan dan kesempurnaan Makalah ini#
Palembang*
2esember ,3%4
Tim Penulis
,A, I PENDAHULUAN
1.1 Latar ,ela3an
Setiap alat yang digunakan dan dioperasikan dalam sebuah pabrik dilengkapi dengan instrumen untuk mengukur parameter - parameter tertentu sesuai kondisi operasi yang harus selalu dipantau setiap saat# (nstrumen yang dimaksud terdiri dari dua ma!am yaitu instrumen lokal dan instrumen panel# Skala ukur yang terba!a dalam instrumen lokal merupakan kontrol terhadap skala ukur instrumen panel# (nstrumentasi merupakan salah satu ilmu teknik yang makin terasa keperluannya dalam kehidupan sehari-hari untuk mendapatkan nilai pengukuran yang lebih akurat# (nstrumentasi merupakan salah satu ilmu teknik yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari untuk mendapatkan nilai pengukuran yang lebih akurat# (nstrumentasi digambarkan sebagai " the art and science of measurement and control" * atau dengan kata lain instrumentasi adalah seni dan ilmu pengetahuan dalam penerapan alat ukur# 5perasi di industri proses seperti kilang minyak (refinery) dan petrokimia sangat bergantung pada pengukuran dan pengendalian besaran proses# 'eberapa besaran proses yang harus diukur dan dikendalikan pada suatu industri proses* misalnya aliran (flow) di dalam pipa* tekanan (pressure) didalam sebuah +essel* suhu (temperature) di unit heat exchange* serta permukaan (level) )at !air di sebuah tangki# Pengukuran laju alir sangat diperlukan baik untuk keperluan proses* !ustondy trans1er maupun sekedar untuk keperluan kualitati1# Pengukuran laju alir berkembang sesuai dengan perkembangan teknologi instrumentasi dengan beberapa tipe berikut $ • • • •
Tipe head meter Tipe positi+e displa!ement Tipe positi1 elektro 1isika Tipe ultrasoni! 2alam kontek instrumentasi dan pengendalian proses pengukuran laju alir dapat dibedakan
menjadi $ • •
Pengukuran indikasi /untuk diba!a di lokal0 Pengukururan transmisi /untuk dikirim ke elemen kendali guna kepentingan pengendalian proses0
6ntuk mendasari pengetahuan yang diperlukan dalam kegiatan pengukuran laju alir diperlukan pemahaman terhadap dasar 7 dasar pengukuran laju alir# 5leh karena itu penulis merasa tertarik untuk mengetahui dan mengkaji lebih dalam lagi mengenai sistem pengukuran laju alir terkhususnya mengenai +enturimeter# 1.& umu!an Ma!ala Adapun yang menjadi rumusah masalah dalam penyusunan makalah ini akan penulis
rumuskan dalam bentuk pertanyaan sebagai berikut $ %# Apakah de1inisi dari laju alir itu 8 ,# Apakah aliran itu 8 # Apa 1ungsi pengukuran laju alir alir 8 9# 'agaimana prinsip pengukuran laju alir 8 4# Apa saja 1aktor 7 1aktor yang mempengaruhi laju alir 8 :# 'agaimana mengenai +enturimeter dan aplikasinya 8 1.( +u7uan Penuli!an Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut $ %# Mengetahui lebih jelas mengenai laju alir# ,# Mengetahui prinsip pengukuan laju alir# # Mengetahui 1aktor 7 1aktor yang mempengaruhi laju alir# 4. Mengetahui prinsip kerja alat pengukur laju alir terkhususnya +enturimeter 1.4 Man8aat Penuli!an ;asil penulisan makalah ini diharapkan dapat berguna dalam hal $ %# Memberikan in1ormasi tentang pengukuran laju alir# ,# Memberikan in1ormasi tentang metode pengukuran laju alir# # Memberikan in1ormasi tentang prinsip pengukuran laju alir# 4. Memberikan in1ormasi tentang instrumen yang bisa digunakan dalam pengukuran laju alir# 1.6 Met0de Penuli!an Metode yang dipakai dalam penulisan makalah ini adalah studi pustaka# 6ntuk menunjang penyusunan makalah ini penulis memba!a dan memahami berbagai in1ormasi baik dari buku-buku pengetahuan* artikel* dan internet untuk dijadikan a!uan serta mengambil teori-teori yang rele+an dengan tema yang dibahas dalam makalah ini#
,A, II ISI
&.1 De8ini!i La7u Alir
Se!ara 1undamental* laju aliran +olume dide1inisikan sebagai$
# di mana$ •
Q < laju aliran +olumetrik*
•
= V < perubahan +olume yang mengalir melalui daerah tersebut*
•
= t < "aktu inter+al aliran +olumetrik# 2alam batas = = t V dan menjadi amat sangat ke!il * de1inisi aljabar menjadi kalkulus
de1inisi$
.arena ini hanya turunan "aktu dari +olume* kuantitas skalar* laju aliran +olumetrik juga merupakan besaran skalar# Perubahan dalam +olume adalah jumlah yang mengalir setelah melintasi perbatasan untuk beberapa durasi "aktu* tidak hanya jumlah a"al +olume pada batas dikurangi jumlah akhir pada batas* karena perubahan dalam +olume yang mengalir melalui daerah akan nol untuk stabil aliran /yang tidak terjadi* karena jumlah +olume telah berlalu batas dalam durasi "aktu0# >aju aliran +olumetrik juga dapat dide1inisikan oleh$
di mana$ •
9 < ke!epatan bidang dari unsur-unsur )at yang mengalir*
•
A < penampang luas +ektor ? permukaan*
Persamaan di atas hanya berlaku untuk 1lat* pesa"at lintas-bagian# Se!ara umum* termasuk permukaan melengkung* persamaan menjadi integral permukaan $
(ni adalah de1inisi yang digunakan dalam praktek# Para Area yang dibutuhkan untuk menghitung laju aliran +olumetrik adalah nyata atau imajiner* datar atau melengkung* baik sebagai area !ross-se!tional atau permukaan# Para "ilayah +ektor adalah kombinasi dari besarnya daerah melalui +olume yang mele"ati* A, dan +ektor satuan normal untuk daerah tersebut*
# @elasi ini
# Alasan untuk produk titik adalah sebagai berikut# Volume hanya mengalir melalui penampang adalah jumlah normal ke daerah tersebut* yaitu paralel ke unit yang normal# umlah ini$ Q < A !os B v
dimana θ adalah sudut antara unit yang normal
dan +ektor ke!epatan 9 dari elemen substansi#
umlah mele"ati penampang dikurangi oleh 1aktor !os B# Sebagai θ meningkatkan +olume kurang mele"ati# Cat yang mele"ati tangensial ke daerah* yang tegak lurus ke unit yang normal* tidak melewati daerah tersebut# ;al ini terjadi ketika θ < ? , dan jadi ini jumlah laju aliran +olumetrik adalah nol$ Q < v A !os /D ? ,0 < 3# ;asil ini setara dengan produk titik antara ke!epatan dan arah normal ke daerah# &.& Aliran
Aliran dapat diklasi1ikasikan /digolongkan0 dalam banyak jenis seperti$ turbulen* laminar* nyata* ideal* mampu balik* tak mampu balik* seragam* tak seragam* rotasional* tak rotasional#
Salah satu 1ormulasi matematis untuk bilangan @eynolds /ada beberapa rumus yang pada dasarnya setara0 diberikan di ba"ah ini$
,ilanan e"n0ld! < /+
d0 ?
* 2i mana + adalah ke!epatan 1luida
linier* adalah densitas* d adalah diameter tabung* dan
adalah
+iskositas Aliran 1luida melalui instalasi /pipa0 terdapat dua jenis aliran yaitu $ %# Aliran laminer 2e1inisi aliran laminer $ Merampingkan aliran 1luida di mana 1luida bergerak dalam lapisan tanpa 1luktuasi atau turbulensi sehingga partikel berturut-turut mele"ati titik yang sama memiliki ke!epatan yang sama ini terjadi pada bilangan @eynolds yang rendah* ke!epatan rendah yaitu# * +iskositas tinggi* kepadatan rendah atau dimensi ke!il# Aliran >aminar dapat digambarkan sesuai dengan diagram di ba"ah ini $
2alam diagram di atas gradien tekanan menetapkan arah aliran dan menarik laju aliran tidak seragam dalam representasi !ross-se!tional# Arus tertinggi adalah di tengah saluran dan laju aliran turun menjadi mendekati nol dekat dengan dinding tabung# 6ntuk aliran laminar* aliran akan berbanding lurus dengan tekanan dan rasio tekanan untuk mende1inisikan resistensi aliran @* sebuah konstanta# ,# Aliran turbulensi Aliran turbulen sering terjadi* dengan nilai @ diatas 333#
Eairan dengan rapat massa yang akan lebih mudah mengalir dalam keadaan laminer# 2alam aliran 1luida perlu ditentukan besarannya* atau arah +ektor ke!epatan aliran pada suatu titik ke titik yang lain# Agar memperoleh penjelasan tentang medan 1luida* kondisi rata-rata pada daerah atau +olume yang ke!il dapat ditentukan dengan instrument yang sesuai# &.( Prin!i Penu3uran La7u Alir • •
>aju alir ditentukan dengan mengukur ke!epatan !airan atau perubahan energi kinetiknya# .e!epatan bergantung pada perbedaan tekanan yang terjadi pada !airan melintas pipa karena luas penampang pipa sudah diketahui* ke!epatan rata 7 rata merupakan indikasi dari laju alirnya#
&.4 Fa3t0r ; Fa3t0r "an Memenarui La7u Alir
Faktor 7 1aktor yang mempengaruhi laju alir adalah +iskositas* densitas dan gaya gesek !airan terhadap dinding pipa# Viskositas menggambarkan besarnya kehilangan energi yang berkaitan dengan jenis kon+ersi#
Pada gambar di atas mempertimbangkan penurunan tekanan bergerak sepanjang panjang tabung /dari P % ke P
Penurunan tekanan sebanding dengan +iskositas /antara lain0 sebagaimana
,0#
ter!ermin dalam perumusan P detikI
%
-P
,
< G/T
l?
r
4)<=
dimana H adalah laju aliran dalam m ?
adalah koe1isien +iskositas* @ adalah jari-jari* l adalah jarak antara P % dan P ,# 2alam hal
unit* jika @ J l dide1inisikan dalam meter dan tekanan dalam pas!al /Pa0 maka unit +iskositas pas!al-detik /Pa K s0 &.6 In!trument Penu3uran La7u Alir
2alam suatu proses* diperlukan suatu alat ukur yang dapat mengukur laju alir suatu 1luida dalam suatu pipa# Tujuannya agar jumlah 1luida yang masuk dapat diketahui agar jumlah yang masuk tidak kurang atau melebihi jumlah yang seharusnya# Terdapat beberapa ma!am alat ukur untuk mengukur laju alir# Alat-alat ukur tersebut dibedakan menjadi beberapa tipe yaitu $ A# Tipe headmeter $ menggunakan prinsip perbedaan tekanan# Terdiri atas $ 5ri1i!emeter • Venturimeter • Flo" no))le • Pitot tube /tabung pitot0 • Llbo"meter • @otameter •
'# Perpindahan positi1 /Positi1 2ispla!ement0 'ekerja berdasrkan pengukuran +olume dari 1luida yang sedang mengalir dengan menghitung se!ara berulang aliran 1luida yang dipisahkan kedalam suatu +olume yang diketahui /!hamber0* selanjutnya dikeluarkan sebagai +olume tetap yang diketahui# Piston meter • 5+al gear 1lo"meter • E# Velo!itymeter Turbinmeter • Vorte shedding 1lo"meter • Magneti!meter • 6ltrasonik 1lo"meter • 2# Massmeter Eoriolis 1lo"meter • Termal 1lo"meter • &.% Venturimeter
Venturi Meter ini merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang ber1ungsi untuk mendapatkan beda tekanan# Sedangkan alat untuk menunjukan besaran aliran 1luida yang diukur atau alat sekundernya adalah manometer pipa 6# Venturi Meter memiliki kerugian karena harganya mahal* memerlukan ruangan yang besar dan rasio diameter throatnya dengan diameter pipa tidak dapat diubah# Alat ini dapat dipakai untuk mengukur laju aliran 1luida* misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa# Venturimeter digunakan sebagai pengukur +olume 1luida misalkan minyak yang mengalir tiap detik# Venturimeter adalah sebuah alat yang bernama pipa +enturi# Pipa +enturi merupakan sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat diperhitungkan# 2alam pipa +enturi ini luas penampang pipa bagian tepi memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar daripada bagian tengahnya# Cat !air dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebi sempit* dengan demikian* maka akan terjadi perubahan ke!epatan#
6ntuk sebuah +enturi meter tertentu dan sistem manometer tertentu* ke!epatan aliran yang dapat diukur adalah tetap sehingga jika ke!epatan aliran berubah maka diameter throatnya dapat diperbesar untuk memberikan pemba!aan yang akurat atau diperke!il untuk mengakomodasi ke!epatan aliran maksimum yang baru# 6ntuk Venturi Meter ini dapat dibagi 9 bagian utama yaitu $ a# 'agian (nlet 'agian yang berbentuk lurus dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau !erobong aliran# >ubang tekanan a"al ditempatkan pada bagian ini# b# (nlet Eone 'agian yang berbentuk seperti keru!ut* yang ber1ungsi untuk menaikkan tekanan 1luida# !# Throat /leher0 'agian tempat pengambilan beda tekanan akhir bagian ini berbentuk bulat datar#
;al ini dimaksudkan agar tidak mengurangi atau menambah ke!epatan dari aliran yang keluar dari inlet cone# Pada Venturi meter ini 1luida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan ke bagian outlet cone# Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan a"al# Pada bagian inlet cone 1luida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan oleh bagian inlet cone yang berbentuk keru!ut atau semakin menge!il kebagian throat# .emudian 1luida masuk kebagian throat inilah tempat-tempat pengambilan tekanan akhir dimana throat ini berbentuk bulat datar# >alu 1luida akan mele"ati bagian akhir dari +enturi meter yaitu outlet cone# !utlet cone ini berbentuk keru!ut dimana bagian ke!il berada pada throat * dan pada !utlet cone ini tekanan kembali normal#
&.%.1 Fun!i dan Keunaan Venturimeter
Adapun 1ungsi dan kegunaak dari +enturimeter adalah sebagai berikut $ %0 Venturimeter biasa digunakan untuk pengaturan aliran bensin dalam s ystem pengapian pada kendaraan bemotor* ,0 2igunakan untuk mengukur debit dalam pipa* 0 Sekarang juga digunakan untuk menghitung ke!epatan darah dalam Arteri* 90 Menghitung laju alir suatu 1luida dalam sebuah tabung*
40 Menghindari adanya !ake dan kebo!oran dalam pipa* :0 Menghindari adanya kekurangan tekanan sepanjang aliran#
&.> /eni! ? 7eni! Venturimeter &.>.1 Venturimeter +ana Man0meter
Prinsip kerja +enturimeter tanpa manometer ini berdasarkan pada Asas 'ernoulli yang berbunyi “Pada pipa mendatar /;ori)ontal0* tekanan 1luida yang paling besar adalah pada
bagian kelajuan alirnya paling ke!il* dan tekanan paling ke!il adalah pada bagian kelajuan alirnya paling besar#
Air dengan massa jenis mengalir memasuki pipa berpenampang besar dengan ke!epatan +% menuju pipa berpenampang ke!il dengan ke!epatan +, dimana +, O +%# .e!epatan 1luida mengalir pada pipa sebelah kanan* maka tekanan pada pipa sebelah kiri lebih besar# Perbedaan tekanan 1luida di dua tempat tersebut diukur oleh manometer yang diisi dengan 1luida dengan massa jenis dan manometer menunjukkan bah"a perbedaan ketinggian permukaan 1luida di kedua sisi adalah ;# Terjadi perbedaan ketinggian air /h0 pada kedua pipa +ertikal# 2alam hal ini berlaku h% < h, sehingga g h% < g h,# 'erlaku persamaan 'ernoulli sebagai berikut$
6ntuk menentukan laju aliran )at !air pada pipa di atas# .ita gunakan persamaan e1ek +enturi yang telah diturunkan sebelumnya#
ika* hendak men!ari laju aliran )at !air di penampang besar /+%0# .ita gantikan +, pada persamaan % dengan +, pada persamaan ,#
ika perbedaan massa jenis 1luida sangat ke!il* maka kita bisa menggunakan persamaan ini untuk menentukan perbedaan tekanan pada ketinggian yang berbeda* dengan demikian menjadi $
.arena )at !air-nya sama maka massa jenisnya juga pasti sama# .ita lenyapkan dari persamaan $
&.>.& Venturimeter denan Man0meter
Venturimeter dengan manometer adalah aplikasi gabungan antara +enturimeter dan tabung pitot# Fungsinya untuk mengukur laju 1luida# Air dengan massa jenis
mengalir memasuki pipa
berpenampang besar dengan ke!epatan +% menuju pipa berpenampang ke!il dengan ke!epatan +, dimana +,
+%# .e!epatan 1luida mengalir pada pipa sebelah kanan* maka tekanan pada pipa
sebelah kiri lebih besar terjadi perbedaan ketinggian /h0 raksa dengan massa jenis r pada kedua pipa manometer# 2alam hal ini berlaku h% < h, sehingga
g h% <
g h,# 'erlaku persamaan
'ernoulli sebagai berikut$
2engan menggunakan persamaan kontinuitas A%#+% < A,#+, untuk mendapatkan hubungan antara +, dan +%* maka +% dapat dihitung#
&.' E8e3 Venturi
Selain teorema Torri!elli* persamaan 'ernoulli juga bisa diterapkan pada kasus khusus lain yakni ketika 1luida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama /perbedaan ketinggian ke!il0# 6ntuk memahami penjelasan ini* amati gambar di ba"ah#
Pada gambar di atas tampak bah"a ketinggian pipa* baik bagian pipa yang penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya ke!il* hampir sama sehingga diangap ketinggian alias h sama# ika diterapkan pada kasus ini* maka persamaan 'ernoulli berubah menjadi $
.etika 1luida mele"ati bagian pipa yang penampangnya ke!il /A,0* maka laju 1luida bertambah /ingat persamaan kontinuitas0# Menurut prinsip 'ernoulli* jika kelajuan 1luida bertambah* maka tekanan 1luida tersebut menjadi ke!il# adi tekanan 1luida di bagian pipa yang sempit lebih ke!il tetapi laju aliran 1luida lebih besar# (ni dikenal dengan julukan e1ek Venturi dan menujukkan se!ara kuantitati1 bah"a jika laju aliran 1luida tinggi* maka tekanan 1luida menjadi ke!il# 2emikian pula sebaliknya* jika laju aliran 1luida rendah maka tekanan 1luida menjadi besar# Selain teorema Torri!elli* persamaan 'ernoulli juga bisa diterapkan pada kasus khusus lain yakni ketika 1luida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama /perbedaan ketinggian ke!il0# &.@ Kelebian dan Ke3uranan Venturi
.elebihan $ Q @ugi tekanan /pressure loss0 permanan relati1 rendah dari pada ori1i!e atau 1lo" no))le Q 2apat digunakan untuk mengukur !airan yang mengandung endapan padatan /solids0# .ekurangan $ Q Tidak tersedia pada ukuran pipa diba"ah : in!hes# Q ;arga %4elati+e mahal
,A, III PENU+UP
(.1 Ke!imulan
%# (nstrumentasi merupakan salah satu ukur teknik yang makin terasa keperluannya dalam kehidupan sehari-hari untuk mendapatkan nilai pengukuran yang lebih akurat# ,# Pengukur aliran adalah alat yang digunakan untuk mengukur linier* non linier* laju alir +olum atau masa dari !airan atau gas# # Faktor 7 1aktor yang mempengaruhi laju alir adalah +iskositas* densitas dan gaya gesek !airan terhadap dinding pipa# 9# Pada +enturimeter jika tekanan menurun dan 1luida tidak penuh* maka pompa akan se!ara mendadak melakukan kerja sebaliknya jika tekanan meningkat dan 1luida didalamnya penuh maka pompa tidak akan melakukan kerja se!ara !epat 4# Pada +enturi bagian inlet lebih besar daripada outlet dikarenakan untuk membuat perubahan tekanan /beda tekan0 pada kedua ujungnya dan juga kenapa dipasang dibagian outlet yang membesar dikarena apabila ada 1luida aliran penuh maka diharapkan 1ase lain tidak mengganggu kerja +enturi#
DAF+A PUS+AKA
Anonim# ,3%3# “Makalah >aporan >aju Alir# http$??S!ribd#!om?# 2iakses pada tanggal % 2esember ,3%4# .age* Ari# ,3%,# “ Makalah Venturi Asli# ;ttp$??S!ribd#!om?# 2iakses pada tanggal 9 2esember ,3%4 Masri* Rabriel# ,3%%# Tugas Fisika Venturimeter# ;ttp$??S!ribd#!om?# 2iakses pada tanggal 9 2esember ,3%4
