1&3.docx

2.1.1 Percobaan 1 Tabe 1. Data Percobaan 1 Laju Udara (kg/s) 20

P0 - P1 (psi)

P0 -P2 (psi)

0

0.21

25

0

0.35

30

0

0.49

35

0.01

0.66

40

0.01

0.85

45

0.02

1.07

50

0.02

1.4

55

0.03

1.62

60

0.04

2.09

65

0.04

2.28

2.1.2 Percobaan 3 Tabel 2. Data Percobaan 3 Laju Udara (kg/s) 20

P1-P2 (psi)

P3-P2 (psi)

0.2

0.16

25

0.34

0.28

30

0.47

0.38

35

0.66

0.51

40

0.88

0.69

45

1.08

0.88

50

1.37

1.1

55

1.6

1.33

60

1.95

1.55

65

2.27

1.81

2.2 Pengolahan Data Praktikum 2.2.1 Percobaan 1 : : Pengaruh Proses Kompresi terhadap Aliran Udara Diketahui :

Suhu ruangan Percepatan gravitasi Tekanan

= 300C = 303 K = 9,8 m/s2 = 101,3 kPa

Mencari berat molekul udara:  Asumsi: Komponen udara: Nitrogen (79%) Oksigen (21%) Tabel 2.6 Komposisi Udara Komponen Komposisi Berat Molekul (g/mol) 0,79 0,21

N2 O2 

Berat molekul udara

28 32

= Σ(𝑓𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑚𝑜𝑙𝑖 × 𝑀𝑟𝑖 ) = 0,79 × 28𝑔/𝑚𝑜𝑙 + 0,21 × 32𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 𝟐𝟖, 𝟖𝟒𝒈/𝒎𝒐𝒍

Mencari densitas udara dengan persamaan gas ideal: 𝑚 𝑚 𝑃 𝑀𝑟 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 = 𝑅𝑇 → 𝜌 = = … … (1) 𝑀𝑟 𝑉 𝑅𝑇  Asumsi : o P = 101300 Pa o R = 8,314 m3 Pa mol-1 K-1 101300 𝑃𝑎 × 28,84 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝜌= = 1159 𝑔/𝑚3 = 𝟏, 𝟏𝟓𝟗 𝒌𝒈/𝒎𝟑 8,314 𝑚3 𝑃𝑎 𝑚𝑜𝑙 −1 𝐾 −1 × 303 𝐾 Pengolahan data dilakukan dengan langkah – langkah berikut:



Menghitung kecepatan rata-rata udara dengan 2𝑘(𝑃0 − 𝑃𝑖 ) 〈𝑣𝑖 〉 = √ … … (2) 𝜌



Di mana k = 1 karena fluida adalah udara. Menghitung kecepatan udara pada titik 1 dan titik 2 menggunakan persamaan:

2(𝑃0 − 𝑃1 ) 𝑉1 = √ 𝜌0



2(𝑃0 − 𝑃2 ) 𝑉2 = √ 𝜌0

Kemudian memplot grafik P0-P2 terhadap P0-P1 sehingga di dapatkan persamaan linear 𝐴1 2 𝑃0 − 𝑃2 = ( ) (𝑃0 − 𝑃1 ) … … (3) 𝐴2

Persamaan ini akan digunakan untuk mencari P0-P2 teoritis yang mana akan digunakan untuk mencari teoritis.

Menentukan nilai teoritis 𝑃0 − 𝑃2 berdasarkan plot kurva dengan 𝑃0 − 𝑃2 sebagai ordinat dan 𝑃0 − 𝑃1 sebagai absis. Persamaan di bawah ini diturunkan berdasarkan Asas Kontinuitas. 𝐴1 2 (𝑃0 − 𝑃2 ) = ( ) (𝑃0 − 𝑃1 ) 𝐴2 ↓ 𝑦

↓ =

𝑏

↓ 𝑥 ± 𝑎

Setelah dilakukan perhitungan, data yang didapat adalah: Eksperimen Laju udara P0 - P1 P0 -P2 V1 (m/s) V2 (m/s) (kg/s) (Pa) (Pa) 0 14.4795 0.000 4.999 20 25

0

24.1325

0.000

6.453

30

0

33.7855

0.000

7.636

35

0.6895

45.507

1.091

8.862

40

0.6895

58.6075

1.091

10.057

45

1.379

73.7765

1.543

11.283

50

1.379

96.53

1.543

12.906

55

2.0685

111.699

1.889

13.883

60

2.758

144.1055

2.182

15.769

65

2.758

157.206

2.182

16.471

Dari hasil plot (Po – P2) vs (Po – P1), didapatkan grafik sebagai berikut:

(P0-P1) vs (P0-P2) 180 160

y = 45.502x + 0.3285 R² = 0.9701

140

P0 - P2 (Pa)



120 100 80 60 40

20 0 0

0.5

1 1.5 P0 - P1 (Pa)

2

2.5

3

Gambar 3. Grafik P0 - P1 vs P0 - P2 Dari grafik di atas diperoleh persamaan: (𝑷𝟎 − 𝑷𝟐 ) = 𝟒𝟓. 𝟓𝟎𝟐 (𝑷𝟎 − 𝑷𝟏 ) + 𝟎. 𝟑𝟐𝟖𝟓 Persamaan garis yang dihasilkan akan digunakan untuk menghitung (𝑃0 − 𝑃2 ) teoritis. Setelah itu, dihitung kecepatan pada titik 2 teoritis. Selanjutnya kita bisa menghitung kesalahan relatif kecepatan percobaan di titik 2 dengan persamaan: % 𝑘𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑓 = |

Laju udara (kg/s) 20

𝑣2,𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 − 𝑣2,𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 | 𝑥 100% 𝑣2,𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠

Teoritis P0 - P2 V2 (m/s) (Pa) 0.329 0.753

Eksperimen V2 (m/s)

Kesalahan Relatif%

4.999

84.938

25

0.329

0.753

6.453

88.333

30

0.329

0.753

7.636

90.139

35

31.702

7.396

8.862

16.535

40

31.702

7.396

10.057

26.453

45

63.076

10.433

11.283

7.536

50

63.076

10.433

12.906

19.165

55

94.449

12.767

13.883

8.045

60

125.823

14.735

15.769

6.559

65

125.823

14.735

16.471

10.537

2.2.2 Percobaan 3 : Efisiensi Difuser/Saluran Difuser Pada percobaan ini menggunakan manometer untuk membaca P0-P1; P0-P2; dan P0P3 di mana efisiensi saluran divergen/diffuser adalah rasio perbedaan tekanan antara titik masuk dan titik keluar diffuser sehingga persamaan efisiensi diffuser yang digunakan pada percobaan ini adalah: 𝜂=

𝑃3 − 𝑃2 𝑃1 − 𝑃2

Dengan nilai (P3-P2) dan (P1-P2) didapatkan dari: (𝑃3 − 𝑃2 ) = (𝑃0 − 𝑃2 ) − (𝑃0 − 𝑃3 )

(𝑃1 − 𝑃2 ) = (𝑃0 − 𝑃2 ) − (𝑃0 − 𝑃1 )

Tabel 6. Hasil Pengolahan Data Percobaan 3 G (kg/s) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

P1-P2 (psi)

P3-P2 (psi)

0.2 0.34 0.47 0.66 0.88 1.08 1.37 1.6 1.95 2.27

0.16 0.28 0.38 0.51 0.69 0.88 1.1 1.33 1.55 1.81

Efisiensi (ɳ) 0.800 0.824 0.809 0.773 0.784 0.815 0.803 0.831 0.795 0.797 average

%ɳ 80.000 82.353 80.851 77.273 78.409 81.481 80.292 83.125 79.487 79.736 80.301

Hasil pengolahan data di atas diplot dalam bentuk grafik dengan 𝑃3 − 𝑃2 sebagai ordinat dan 𝑃1 − 𝑃2 sebagai absis. Gradien yang dihasilkan merupakan efisiensi dari difuser

(P1-P2) vs (P3-P2) 2 1.8 1.6

y = 0.803x + 0.0002 R² = 0.9988

P3-P2 (Psi)

1.4 1.2

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

0.5

1

1.5

2

P1-P2 (Psi)

Gambar 4. Grafik Hubungan (P1-P2) terhadap (P3-P2) pada Percobaan 3

2.5

Berdasarkan grafik diatas akan didapatkan persamaan garis: 𝑦 = 0.803𝑥 + 0.0002 (𝑃3 − 𝑃2 ) = 0,803 (𝑃2 − 𝑃1 ) + 0,0002 Dengan persamaan efisiensi diffuser menjadi: (𝑃3 − 𝑃2 ) = 𝜂(𝑃1 − 𝑃2 ) Maka, didapatkan nilai efisiensi 𝜼 = 𝟎. 𝟖𝟎𝟑 = 𝟖𝟎. 𝟑% 3.1 Analisis Percobaan 3.1.1 Analisis Percobaan 1 Percobaan 1 bertujuan untuk mengetahui pengaruh kompresi pada aliran udara di dalam saluran konvergen dan divergen. Sistem pipa yang digunakan adalah pipa konvergen-divergen, yakni pipa yang diameternya mengecil kemudian membesar. Pengukuran dilakukan menggunakan manometer digital pada tiga titik yang berbeda, yakni titik pada aliran udara pertama masuk (titik 0), titik diameter terkecil pada pipa konvergen (titik 1), dan titik di dekat mesin kompresor setelah pipa kembali divergen (titik 2). Percobaan ini adalah pengukuran nilai P0-P1 dan P0-P2 dilakukan dengan cara melakukan variasi pada laju alir udara. Percobaan 1 interval laju alirnya yaitu 20 kg/s, 25 kg/s, 30 kg/s, 35 kg/s, 40 kg/s, 45 kg/s, 50 kg/s, 55 kg/s, 60 kg/s, dan 65 kg/s. Praktikan kemudian mengukur perpedaan tekanan dengan titik 1 (P0-P1) dan titik 2 (P0P2) dengan menggunakan manometer digital. Variasi laju alir dilakukan agar data yang didapatkan lebih akurat dan praktikan mendapatkan persamaan yang menghubungkan kedua nilai perbedaan tekanan titik 1 (P0-P1) dan titik 2 (P0-P2).

3.1.2 Analisis Percobaan 3 Percobaan 3 dalam Praktikum bertujuan untuk mengetahui besar efisiensi saluran diffuser pada pipa konvergen-divergen. Namun, data yang diambil berbeda dengan dilakukannya pengukuran perbedaan tekanan pada tiga titik, yakni titik pada aliran udara pertama masuk (titik 1), titik diameter terkecil pada pipa konvergen (titik 2), dan titik di dekat mesin kompresor setelah pipa kembali divergen (titik 3). Perbedaan tekanan pada masing-masing titik diukur relatif dengan tekanan atmosfir (titik 0). Data yang diapat pada percobaan ini yaitu perbedaan tekanan di titik 3 dan 2 (P3-P2) dan perbedaan tekanan di titik 1 dan 2 (P1-P2). Rasio antara dua nilai perbedaan tekanan ini merupakan efisiensi dari saluran diffuser.

Percobaan 3 ini memvariasikan laju alir udara dengan interval laju alirnya yaitu 20 kg/s, 25 kg/s, 30 kg/s, 35 kg/s, 40 kg/s, 45 kg/s, 50 kg/s, 55 kg/s, 60 kg/s, dan 65 kg/s adaapun tujuannya untuk mengetahui pengaruh laju alir udara terhadap efisiensi saluran diffuser. Selain itu, Pengukuran relatif terhadap tekanan atmosfir dilakukan untuk menambah keakuratan data. Hal ini disebabkan tekanan udara atmosfir dapat diatur sebagai tekanan standar dengan nilai tekanan 0. Hasil yang ditunjukkan manometer pada setiap titik merupakan perbedaan tekanan antara titik tersebut dengan tekanan atmosfir. Apabila pengukuran dilakukan antara dua titik, dapat terjadi ketidakakuratan perbandingan karena tekanan setiap titik dapat berubah dan tidak ada standar tekanan yang bisa dijadikan acuan.

Analisis Data dan Perhitungan 3.2.1 Analisis Data dan Perhitungan Percobaan 1 Dari percobaan, didapatkan perbedaan tekanan yang berbeda pada titik 1 dan titik 2 di mana perbedaan tekanan (P0-P1) akan selalu lebih kecil dibanding pada (P0P2). Adanya perbedaan tekanan pada titik 1 dan titik 2 diakibatkan adanya pengecilan diameter pada pipa konvergen di titik 1 yang mengakibatkan naiknya nilai tekanan dan turunnya kecepatan alir udara pada titik tersebut. Dari hasil pengolaan data, perbedaan tekanan (P0-P1) dan (P0-P2) mengalami kenaikan seiring dengan peningkatan laju alir dengan interval laju alirnya yaitu 20 kg/s, 25 kg/s, 30 kg/s, 35 kg/s, 40 kg/s, 45 kg/s, 50 kg/s, 55 kg/s, 60 kg/s, dan 65 kg/s. berdasarkan hukum bernoulli penurunan kecepatan udara yang melewati pipa menyebabkan tekanan di pipa semakin membesar hal tersebut membuat P1 > P2. Hal ini juga sesuai dengan persamaan kontinuitas di mana 𝑎1 𝑣1 = 𝑎2 𝑣2 di mana a adalah luas permukaan saluran. Karena a1 lebih besar di banding a2, maka v1 akan lebih kecil dibanding v2. Jika v1 bernilai kecil maka artinya P1 bernilai besar karena dalam hal ini berarti energi kinetik terconvert menjadi energi tekanan akibat luas penampang yang besar. Karena semakin kecil luas penampang akibat diameter kecil maka kecepatan laju alirnya tinggi. Pada titik 1 friction loss masih bernilai kecil, hal itu menyebabkan kecepatan aliran yang diperoleh untuk titik 1 bernilai lebih akurat dibanding kecepatan aliran pada titik 2. Pada titik 2 terjadi gesekan antara fluida dengan pipa yang menyebabkan terjadi

friction loss sehingga nilainya lebih kecil. Pada percobaan ini kesalahan relative terbesar yang didapat dari hasil teoritis dan experiment yaitu 90 % yang akan dijelaskan pada analisis kesalahan. 3.2.2 Analisis Data dan Perhitungan Percobaan 3 Pada pipa konvergen-divergen terjadi proses konversi energi tekanan menjadi kinetik serta energi kinetik menjadi tekanan. Antara titik 1 dan titik 2 bagian pipa konvergen, dalam hal ini friction loss terjadi karena gesekan antara fluida dengan dinding pipa disebabkan nilai gradien kecepatan yang masih besar. Dari data dketahui bahwa perbedaan tekanan paling tinggi secara umum terdapat pada titik 2 dan perbedaan tekanan paling rendah pada titik 1. Adanya perbedaan tekanan pada titik 2 dan titik 1 diakibatkan adanya pengecilan diameter pada pipa konvergen yang mengakibatkan energi dalam bentuk tekanan dikonversi ke dalam energi kinetik dan menyebabkan peningkatan laju alir udara. Namun, tekanan pada titik 2 di bawah tekanan yang seharusnya akibat adanya energi yang hilang karena friksi antara udara dengan dinding dalam pipa. Perbedaan tekanan antara titik 2 dan 3 dikarenakan pipa kembali divergen sehingga nilai tekanan akan turun dengan laju alir udara naik kembali. Pada bagian divergen, friction loss terjadi terutama karena gesekan antarfluida Adanya backflow aliran dari kompresor akibat udara di dekat kompresor mendorong udara yang lemah dari arah kompresor menuju arah aliran masuk menyebabkan adanya aliran kecepatan yang berlawanan arah dengan aliran utama. Pada bagian divergen, friction loss terjadi terutama karena gesekan antarfluida Hal ini munculnya adverse pressure yang menyebabkan friksi antara dinding dengan udara berkurang dan friksi lebih didominasi antara udara itu sendiri dan menghasilkan disipasi panas. Hal ini menyebabkan perbedaan tekanan antara titik 2 dan titik 3 menjadi lebih rendah dari yang seharusnya dan dapat dibuktikan dengan perhitungan untuk (P3-P2) dan (P2-P1) didapat bahwa nilai (P3-P2) lebih kecil dari (P2-P1). Hal ini juga yang menyebabkan efisiensi dari diffuser berkurang, efisiensi diffuser menyatakan seberapa besar energi dalam bentuk tekanan dapat dikembalikan pada percobaan ini efisiensi diffuser didapatkan sebesar 80,3 % dari efisiensi maksimum 100% .

3.3 Analisis Grafik 3.3.1 Analisis Grafik Percobaan 1

Grafik yang didapat dalam membandingkan (P0-P2) dan (P0-P1) berbentuk linier. Adapun sumbu absis pada grafik yaitu perbedaan tekanan (P0-P1) dan sumbu ordinat, yaitu perbedaan tekanan (P0-P2). Dari grafik tersebut didapatkan persamaan (𝑃0 − 𝑃2 ) = 45.502 (𝑃0 − 𝑃1 ) + 0.3285. Nilai R2 = 0,9701

yang

didapatkan mendekati Gradien atau slope yang dihasilkan oleh grafik memberi nilai positif yang menandakan (P0-P2) berbanding lurus dengan (P0-P1). Semakin besar nilai (P0-P2), maka akan semakin besar pula nilai (P2-P1). Nilai gradien merupakan kuadrat dari perbandingan luas penampang pipa di titik 1 dengan titik 2. Dalah hal ini nilai gradien yang besar menyatakan bahwa luas penampang pipa di titik 1 lebih besar daripada titik 2 sehingga tekanan lebih besar P1 dari P2. Hal tersebut sesuai dengan persamaan kontinuitas luas penampang pipa di titik 1 lebih besar daripada titik 2, semakin kecil luas penampang artinya diameter pipa semakin kecil. Hal tersebut membuat kecepatan udara dititik 2 semakin meningkat. Peningkatan kecepatan alir udara dititik 2 karena energi tekanan yang diubah jadi energi kinetik. Akibatnya, Tekanan P2 < P1 Hal ini sesuai dibandingkan dengan hasil teoritis, dimana semakin besar nilai P0-P1, maka nilai P0-P2 juga akan naik. 3.3.2 Analisis Grafik Percobaan 3 Grafik yang didapat dalam membandingkan (P3-P2) dan (P2-P1) berbentuk linier dengan gradien positif. Grafik yang linear menandakan bahwa efisiensi saluran diffuser akan bernilai konstan walaupun terdapat variasi laju alir udara dengan interval laju alirnya yaitu 20 kg/s, 25 kg/s, 30 kg/s, 35 kg/s, 40 kg/s, 45 kg/s, 50 kg/s, 55 kg/s, 60 kg/s, dan 65 kg/s pada percobaan. Selain itu, gradient yang positif menandakan bahwa kenaikan 𝑃3 − 𝑃2 berbanding lurus dengan 𝑃1 − 𝑃2 . Grafik yang dihasilkan juga cukup akurat dengan memberi nilai R2 = 0,9988. Hal ini menunjukan bahwa data yang didapatkan mendekati benar karena grafik mempunyai persamaan yang linear. Berdasarkan grafik yang telah dibuat, didapatkan persamaan garis (𝑃3 − 𝑃2 ) = 0,803 (𝑃2 − 𝑃1 ) + 0,0002

3.4 Analisis Kesalahan 3.4.1 Analisis Kesalahan Percobaan 1

Pada praktikum ini dapat terjadi kesalahan baik dari sisi praktikan maupun dari alat (karena rusak). Dari sisi praktikan, terjadi kesalahan dalam mengambil data pengukuran nilai tekanan (P0-P1) dan (P0-P2), karena dilakukan pada saat kondisi aliran belum steady jadi data yang didapatkan tidak akurat. Dari sisi alatnya, manometer digital yang digunakan untuk mengukur tekanan di beberapa nilai laju alir, nilainya tidak tetap selalu berubah-ubah. Pada praktikum ini, praktikan mengabaikan kehilangan energi akibat friksi dan kehilangan kalor ke lingkungan. Hal ini menyebabkan adanya perbedaan antara hasil eksperimen dengan teoritis. Selain itu, aliran udara yang sebenarnya tidak menyerupai gas ideal sehingga tidak merepresentasikan keadaan yang sebenarnya. 3.4.2 Analisis Kesalahan Percobaan 3 Dalam percobaan efisiensi saluran diffuser terdapat kemungkinan kesalahan yang dapat terjadi karena pengukuran nilai tekanan (P0-P1), dan (P0-P2) bisa tidak akurat karena dilakukan pada saat kondisi aliran tak steady dan praktikan yang terlalu cepat mengukur tekanan dan tidak membiarkan aliran untuk menjadi steady terlebih dahulu. Selain itu, Penempatan manometer yang kurang sempurna menyebabkan ketidakakuratan perolehan data perbedaan tekanan. BAB IV KESIMPULAN Dari percobaan didapatkan kesimpulan: Percobaan 1: 1.

Saluran konvergen-divergen adalah saluran yang dirancang dengan luas penampang saluran yang semakin kecil hingga pada suatu titik dan akan membesar kembali.

2.

Aliran udara melalui pipa konvergen-divergen akan mengalami konversi energi tekanan menjadi kinetik pada bagian konvergen, dan konversi energi kinetik menjadi tekanan pada bagian divergen.

3.

Sesuai dengan persamaan kontinuitas, maka semakin kecil luas penampang, maka penurunan tekanan akan semakin besar dan kecepatan aliran akan semakin bertambah. Oleh karena itu, pada aliran konvergen, kecepatan fluida akan semakin besar.

4.

Berdasarkan hukum Bernoulli, kecepatan aliran fluida pada suatu titik pada pipa dapat dihitung hanya dengan menggunakan data perbedaan tekanan pada titik tersebut dan tekanan atmosfer.

Percobaan 3:

5.

𝑃 −𝑃

Efisiensi difuser dapat dihitung dengan cara : 𝜂 = 𝑃3 −𝑃2. Nilai efisiensi akan semakin besar 2

1

apabila P3 semakin besar dibandingkan P1 atau P1 semakin kecil dengan acuan P2. 6.

Efisiensi saluran diffuser menyatakan seberapa besar energi dapat dikembalikan dalam bentuk tekanan. Dari hasil pengolahan terlihat bahwa efisiensi difuser rata-rata yang didapatkan adalah 80.3%.

7.

Nilai efisiensi saluran diffuser selalu bernilai lebih kecil dari 100%, karena konversi energi tidak berlangsung sempurna dan menghasilkan friction loss.