Laprak Modul 2 Anjani.docx

LAPORAN PRAKTIKUM HIDROLIKA 1 IL-2101 MODUL II ALAT UKUR DEBIT SALURAN TERTUTUP

Nama Praktikan

: Siti Anjani Nurul Islamiati

NIM

: 15716026

Kelompok/Shift

: A2

Tanggal Praktikum

: 15 November 2017

Tanggal Pengumpulan

: 29 November 2017

PJ Modul

: Nida Ulhusna (15714021)

Asisten

: Virgia Rinanda (15714006) Nida Ulhusna (15714021)

POGRAM STUDI REKAYASA INFRASTRUKTUR LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2017

I.

Tujuan 1. Menghitung debit teoritis pada saluran tertutup dengan venturimeter dan orificemeter. 2. Menentukan nilai koefisien discharge (Cd) pada venturimeter dan orificemeter. 3. Mengetahui penerapan dan aplikasi alat ukur debit saluran tertutup pada bidang Infrastruktur Lingkungan.

II.

Prinsip Percobaan Prinsip dasar pada percobaan ini adalah prinsip kerja venturimeter untuk mendapatkan beda tekanan. Jika aliran melalui venturimeter benarbenar tanpa gesekan, maka tekanan fluida yang meninggalkan venturimeter tentulah sama persis dengan fluida yang memasuki meteran dan keberadaan meteran tidak akan menyebabkan kehilangan tekan yang bersifat permanen dalam tekan. Kecepatan fluida harus naik apabila terdapat restriksi pada pipa untuk memenuhi Hukum Kontinuitas, sedangkan besar tekanan harus turun untuk memenuhi Hukum Konservasi Mekanika Energi. Prinsip dasar pada percobaan ini adalah prinsip kerja orificemeter untuk mengukur laju aliran volume atau massa fluida di dalam saluran yang tertutup berdasarkan prinsip beda tekan. Prinsip dasar pengukuran plat orifice dari suatu penyempitan yang menyebabkan timbulnya suatu perbedaan tekanan pada fluida yang mengalir.

III.

Teori Dasar A. Venturimeter Alat ini dapat dipakai untuk mengukur laju aliran fluida, misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa. Venturimeter digunakan sebagai pengukur volume fluida misalkan minyak yang mengalir tiap detik. Venturimeter adalah sebuah alat yang bernama pipa venturi. Pipa venturi 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. Dalam pipa

venturi ini luas penampang pipa bagian tepi memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar daripada bagian tengahnya. Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebih sempit, dengan demikian, maka akan terjadi perubahan kecepatan. Untuk Venturi Meter ini dapat dibagi 3 bagian utama yaitu : a. Bagian Inlet Bagian yang berbentuk lurus dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau cerobong aliran. Lubang tekanan awal ditempatkan pada bagian ini. b. Inlet Cone Bagian yang berbentuk seperti kerucut, yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida. c. Throat (leher) Bagian tempat pengambilan beda tekanan akhir bagian ini berbentuk bulat datar. Hal ini dimaksudkan agar tidak mengurangi atau menambah kecepatan dari aliran yang keluar dari inlet cone.

Gambar 3.1 Venturimeter B. Orificemeter Orifice Plate dapat di definisikan sebagai logam berbentuk lempengan tipis dengan lubang sirkular yang konsentrik dengan internal diameter dari meter tube ketika terpasang. Orificemeter adalah alat ukur yang menggunakan orifice plate sebagai komponen utama dalam pengukuran natural gas. Dalam penggunaan orificemeter yang difungsikan

sebagai pengukuran maka sangatlah penting terlebih dahulu mengkalibrasi secara empiris. Lempengan orifice sebagai standart pengukuran dan kalibrasi yang ekstentif telah dilakukan sehingga telah diterima secara luas sebagai standar pengukuran fluida. Sebuah orifice dalam pipa ditunjukkan dengan manometer untuk mengukur penurunan dari tekanan differensial darifluida yang dihasilkan oleh orifice. Adapun perangkat alat ukur orifice flow meter terdiri dari : 

Plat orifice dengan diameter tertentu.



Sepasang lubang / titik, sebuah di up stream dan sebuah lagi di downstream aliran.



Manometer dan thermometer. Plat orifice merupakan bagian dari alat orifice meter yang berfungsi mengalirkan fluida yang akan diukur harga mass flownya. Plat orifice hanya dapat dipakai untuk menentukan aliran fluida dalam pipa berdiameter tidak kurang dari satu inchi. Plat orifice ada 3 jenis sesuai dengan fungsinya, yaitu: -

Square edge: untuk menakar aliran uap atau air.

-

Conical Entrance: untuk mengukur fluida kental (minyak).

-

Quarter Circle: untuk mengukur fluida kental.

Gambar 3.2 Orificemeter

Prinsip kerja dari orifice meter pada dasarnya tergantung pada perbedaan tekanan yang dihasilkan oleh orifice plate. Pada mulanya aliran gas alam yang melewati pipa kemudianmelewati straightening vanes, yang fungsinya adalah agar putaran dari aliran gas tersebut lebihberaturan yang kemudian aliran gas tersebut membentur orifice sehingga terjadi

perbedaan

tekanan

antara aliran sebelum melewati orifice yang kita

sebut

dengan

upstream dan setelah melewati orifice yang kita

sebut

dengan

downstream. Salah perbedaan

satu antara

venturimeter

dan

orificemeter

adalah

pada

venturimeter

tidak lebih ekonomis dibandingkan orificemeter. Gambar 3.3. Perbedaan Venturimeter dan Orificemeter

Pada

plat

orifice

sangatlah

murah

dan

lebih

ekonomis

dibandingkan venturimeter. Bukan hanya itu, pada orificemeter didapat nilai debit yang lebih akurat dibandingkan venturimeter. Akan tetapi, pada orificemeter dibutuhkan energi yang cukup banyak dikarenakan pada orificemeter terjadi perubahan diameter secara tiba-tiba, sedangkan pada venturimeter

terjadi

perubahan

diameter

secara

perlahan.

Pada

orificemeter kapasitas pengukuran rendah dan pada venturimeter kapasitas pengukuran tinggi. Pada orificemeter terdapat meteran orifice. Meteran Orifice mempunyai kelemahan tertentu dalam praktek pabrik pada umumnya. Alat ini cukup mahal, mengambil tempat cukup besar, dan diameter leher terhadap diameter pipa tidak dapat diubah-ubah. Untuk meteran tertentu dengan sistem manometer tertentu pula, laju aliran maksimum yang dapat diukur terbatas sehingga apabila laju aliran berubah, diameter leher mungkin menjadi terlalu besar untuk memberikan bacaan yang teliti atau terlalu kecil untuk dapat menampung laju aliran

maksimum yang baru. Meteran Orifice dapat mengatasi keberatankeberatan terhadap venturi, tetapi konsumsi dayanya lebih tinggi. Rumus yang digunakan : a. Q teoritis = A x v dimana, P1 + ½ ρv12 = P2 + ½ ρv22 P1 - P2 = ½ ρv22 - ½ ρv12 P1 - P2 = ½ ρ (v22 – v12)

Persamaan (1)

Persamaan Kontinuitas: A1v1 = A2v2 v1 =

𝐴2𝑣2

Persamaan (2)

𝐴1

Substitusikan persamaan (2) ke persamaan (1) : P1 - P2 = ½ ρ (v22 – v12) 𝐴2𝑣2 2 )) 𝐴1

P1 - P2 = ½ ρ(v22 – (

𝐴22 𝑣22

P1 - P2 = ½ ρ(v22 – (

𝐴12

))

𝐴2

P1 - P2 = ½ ρv22 (1- (𝐴1)2 ) Bagi semua dengan ρg 𝑃1

𝑃2

- = ρg ρg

𝑣22 2𝑔

𝑃1

𝑃2

𝐴2

) = v22 (1- (𝐴1)2 ) ρg

2g (ρg − V22 = [

𝐴2

(1- (𝐴1)2 )

2𝑔

𝑃1

𝐴2 2 1− ( ) 𝐴1

− (ρg −

𝑃2 ρg

)] 0,5

V2 = [

2𝑔 1− (

𝐴2 2 ) 𝐴1

𝑃1

− (ρg −

𝑃2 ρg

)]

𝑃1 𝑃2 ∆ℎ = ( − ) ρg ρg

Apabila menggunkan venturimeter maka yang digunakan pipa A dan B, sedangkan untuk orificemeter digunakan pipa E dan F. Menentukan debit aktual air menggunakan persamaan : 0,5

𝑄𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝐶𝑑 𝑥 𝐴𝑏 𝑥

2𝑔 𝐴𝐵 2 [1 − ( 𝐴𝐴 )

(∆ℎ𝐴𝐵 ) ]

b. Perhitungan Koefisien Discharge (Cd) Koefisien discharge digunakan untuk memperhitungkan efek dari suatu ketidakidealan dari alat. Efek ketidakidealan terjadi karena terjadinya aliran yang berpusar dan gerakan turbulen di dekat pelat orifis, menyebabkan suatu kerugian head yang tidak dapat dihitung secara teoritis. Koefisien discharge (Cd) dapat ditentukan dengan membandingkan debit aktual (Qaktual) dengan debit teoritis (Qteoritis). 𝑄𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙

Cd = 𝑄𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠

IV.

Data dan Perhitungan 1) Data Awal Suhu Awal

= 24oC

Suhu Akhir

= 25oC

Massa Beban

= 2.5 kg

Massa Air

= 3 x 2.5 kg = 7.5 kg

Diameter Pipa : dA

= 26 mm

dB

= 16 mm

dE

= 51 mm

dF

= 20 mm

Tabel 4.1 Data Pengukuran Ketinggian Muka Air dan Waktu pada Venturimeter Variasi

hA (mm)

hB (mm)

∆hAB (mm)

T (detik)

Trata-rata

32.3 1

277

168

109

35.3

33.7

33.5 34.9 2

254

175

79

36.5

35.4

34.8 58.9 3

238

178

60

44.4

51.53

51.3

Tabel 4.2 Data Pengukuran Ketinggian Muka Air dan Waktu pada Orificemeter Variasi

hE (mm)

hF (mm)

∆hEF (mm)

T (detik)

Trata-rata

32.3 1

274

137

137

35.3

33.7

33.5 34.9 2

252

151

101

36.5

35.4

34.8 58.9 3

236

160

76

44.4

51.53

51.3

2) Pengolahan Data Penentuan Massa Jenis Untuk densitas, air-distilasi adalah material baku yang nilainya telah ditetapkan dan diterima secara konvensional (Kell, 1975, dan juga Bettin, 1990). Nilainya untuk rentang suhu dari 20oC hingga 80oC seperti tercantum pada Tabel 1 berikut.

Tabel 4.3 Nilai Baku Konvensional Densitas Air

Suhu (oC)

Densitas (kg/m3)

20

998,23

30

995,62

40

992,24

50

988,07

60

983,24

70

977,81

80

971,83

Berdasarkan data pada Tabel 4.3 dapat diplot sebuah grafik, sebagai berikut

Massa Jenis AIr (kg/m3)

1000 995 990

Massa Jenis Air

985

Poly. (Massa Jenis Air)

980 975

y = -0.0034x2 - 0.1039x + 1001.7 R² = 0.9999

970 0

50 Suhu

100

(oC)

Gambar 4.3 Grafik Massa Jenis Terhadap Suhu

Dari grafik suhu air terhadap ρ air tersebut, didapat persamaan linear garis y = -0.0034x2 - 0.1039x + 1001.7 Dimana x adalah suhu yang merupakan faktor pengubah dari massa jenis. Maka dari itu, ρ air pada suhu 26.5˚C adalah Massa Jenis = -0.0034(26.5)2 - 0.1039(26.5) + 1001.7 = 996.559 kg/m3

Penentuan Debit Aktual Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Debit Aktual dengan Hidraulic Bench pada Venturimeter dan Orificemeter No.

Waktu (t) t1

t2

t3

Massa Air (kg) Qaktual (m3/s)

tr

1

32.3 35.3 33.5

33.7

7.5

2.233 x 10-4

2

34.9 36.5 34.8

35.4

7.5

2.126 x 10-4

3

58.9 44.4 51.3 51.53

7.5

1.460 x 10-4

Pada Tabel 4.4 tersebut, dengan perolehan waktu rata – rata dapat diperoleh debit aktual pada tiap variasi dengan menggunakan persamaan 𝑄 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 =

𝑉 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎

Sedangkan volume dicari dengan rumus 𝑉 =

𝑚 𝜌

, maka untuk

volume air didapatkan 𝑉=

𝑚 7.5 𝑘𝑔 = = 7.526 × 10−3 𝑚3 𝜌 996.559 kg/𝑚3

Sedangkan untuk debit adalah 𝑄1 =

𝑄2 =

𝑄3 =

𝑉 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 1 𝑉 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 2 𝑉 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 3

=

7.526 × 10−3 𝑚3 = 2.233 × 10−4 𝑚3 /𝑠 33.7 𝑠

7.526 × 10−3 𝑚3 = = 2.126 × 10−4 𝑚3 /𝑠 35.4 𝑠 =

7.526 × 10−3 𝑚3 = 1.460 × 10−4 𝑚3 /𝑠 51.53 𝑠

Penentuan Kecepatan pada Venturimeter dan Orificemeter Pada praktikum, tercatat terjadi perbedaan ketinggian pada piezometer, baik yang terhubung ke venturimeter maupun orificemeter, sehingga dapat dihitung perbedaan ketinggiannya. Persamaan berikut digunakan

untuk menentukan kecepatan aliran pada venturimeter dan orificemeter di bagian diameter kecil 2𝑔

𝑉𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙 = √ 𝐴 2 ×( 1−( 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙 )

𝑃𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑏𝑒𝑠𝑎𝑟 𝜌𝑔

−

𝑃𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙 𝜌𝑔

)

𝐴𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑏𝑒𝑠𝑎𝑟

Keterangan :

V

= kecepatan (m/s)

A

= luas permukaan (m2)

P

= tekanan (N/m2)



= massa jenis fluida (kg/m3)

g

= percepatan gravitasi bumi (9.81 m/s2)

Dengan nilai perbedaan tekan setara dengan 𝑃𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑏𝑒𝑠𝑎𝑟 𝜌𝑔

−

𝑃𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙 𝜌𝑔

= ∆ℎ

Dengan ∆ℎ adalah perbedaan ketinggian pada piezometer, karena tidak ada perbedaan ketinggian titik uji maka perbedaan tekanan langsung ditunjukan oleh perbedaan ketinggian pada piezometer. Begitu nilai kecepatan pada diameter kecil didapat, maka dapat ditentukan nilai Qteoritis dengan persamaan Qteoritis = Adiameter kecil x Vdiameter kecil Keterangan :

Qteoritis = debit teoritis (m3/s) A

= luas permukaan (m2)

V

= kecepatan (m/s)

Luas permukaan pipa dapat dihitung berdasarkan nilai diameter masing – masing pipa yang telah diketahui pada data awal. Dapat dihitung nilai kecepatan aliran dari tiap sistem perpipaan sebagai berikut AA = ¼ π (0.026)2 = 5.309 x 10-4 m2 AB = ¼ π (0.016)2 = 2.011 x 10-4 m2 AE = ¼ π (0.051)2 = 20.43 x 10-4 m2

AF = ¼ π (0.02)2 = 3.142 x 10-4 m2 -

Venturimeter Kecepatan di B : 𝑉𝐵1 =

𝑉𝐵2 =

𝑉𝐵3 =

2(9.8) √

2

× 0.109 = 1. 579 𝑚/𝑠

2

× 0.079 = 1.344 𝑚/𝑠

2.011 × 10−4 1−( ) 5.309 × 10−4 2(9.8)

√

2.011 × 10−4 1−( ) 5.309 × 10−4 2(9.8)

√

2

2.011 × 10−4 1−( ) 5.309 × 10−4

× 0.06 = 1.172 𝑚/𝑠

Debit teoritis (Qteoritis) : Q1 = (2.011 x 10-4 m2)(1.579 m/s) = 3.175 x 10-4 m3/s Q2 = (2.011 x 10-4 m2)(1.344 m/s) = 2.703 x 10-4 m3/s Q3 = (2.011 x 10-4 m2)(1.172 m/s) = 2.357 x 10-4 m3/s

-

Orificemeter Kecepatan : 𝑉𝐹1 =

𝑉𝐹2 =

𝑉𝐹3 =

2(9.8) √

3.142 x 10−4 1−( ) 20.43 × 10−4

2

× 0.137 = 1.658 𝑚/𝑠

2

× 0.101 = 1.424 𝑚/𝑠

2

× 0.076 = 1.235 𝑚/𝑠

2(9.8) √

3.142 x 10−4 1−( ) 20.43 × 10−4 2(9.8)

√

3.142 x 10−4 1−( ) 20.43 × 10−4

Debit teoritis (Qteoritis) : Q1 = (3.142 x 10-4 m2)(1.658 m/s) = 5.209 x 10-4 m3/s Q2 = (3.142 x 10-4 m2)(1.424 m/s) = 4.474 x 10-4 m3/s Q3 = (3.142 x 10-4 m2)(1.235 m/s) = 3.880 x 10-4 m3/s

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Debit Teoritis dan Kecepatan pada Venturimeter dan Orificemeter Variasi

Venturimeter

Orificemeter

vB (m/s)

Qteoritis (m3/s)

vF (m/s)

Qteoritis (m3/s)

1

1.579

3.175 x 10-4

1.658

5.209 x 10-4

2

1.344

2.703 x 10-4

1.424

4.474 x 10-4

3

1.172

2.357 x 10-4

1.235

3.880 x 10-4

Penentuan Nilai Koefisien Discharge (Cd) secara Teoritis Secara teoritis, koefisien discharge dapat dihitung dengan persamaan 𝐶𝑑 =

𝑄𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑄𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠

Dimana nilai Qaktual harus selalu lebih kecil dari Qteoritis sehingga didapat nilai Cd yang berkisar antara 0 sampai 1. Akan dihitung nilai Cd secara teoritis dengan persamaan diatas untuk dibandingkan dengan nilai Cd yang didapat dengan pengolahan grafik. -

Venturimeter 𝐶𝑑 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠𝑖 1 = 𝐶𝑑 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠𝑖 2

2.126 × 10−4 𝑚3 /𝑠 = = 0.786 2.703 × 10−4 𝑚3 /𝑠

𝐶𝑑 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠𝑖 3 = -

2.233 × 10−4 𝑚3 /𝑠 = 0.703 3.175 × 10−4 𝑚3 /𝑠

1.460 × 10−4 𝑚3 /𝑠 = 0.619 2.357 × 10−4 𝑚3 /𝑠

Orificemeter 𝐶𝑑 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠𝑖 1 = 𝐶𝑑 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠𝑖 2

2.233 × 10−4 𝑚3 /𝑠 = 0.429 5.209 × 10−4 𝑚3 /𝑠

2.126 × 10−4 𝑚3 /𝑠 = = 0.475 4.474 × 10−4 𝑚3 /𝑠

𝐶𝑑 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠𝑖 3 =

1.460 × 10−4 𝑚3 /𝑠 = 0.376 3.880 × 10−4 𝑚3 /𝑠

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Koefisien Discharge pada Venturimete dan Orificemeter

V.

Variasi

Venturimeter

Orificemeter

1

0.703

0.429

2

0.786

0.475

3

0.619

0.376

Data Akhir Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Debit dan Kecepatan pada Venturimeter

Variasi

Qaktual (m3/s)

∆hab rata-rata (mm)

vb (m/s)

Qteoriris (m3/s)

Cd

1

2.233 x 10-4

109

1.579

3.175 x 10-4

0.703

2

2.126 x 10-4

79

1.344

2.703 x 10-4

0.786

3

1.460 x 10-4

60

1.172

2.357 x 10-4

0.619

Tabel 5.2 Hasil Perhitungan Debit dan Kecepatan pada Orificemeter Variasi

Qaktual (m3/s)

∆hab rata-rata (mm)

vb (m/s)

Qteoriris (m3/s)

Cd

1

2.233 x 10-4

137

1.658

5.209 x 10-4

0.429

2

2.126 x 10-4

101

1.424

4.474 x 10-4

0.475

3

1.460 x 10-4

76

1.235

3.880 x 10-4

0.376

VI.

Analisis 1) Analisis A Analisis Cara Kerja Sebelum melakukan pengamatan dan venturimeter dan orificemeter praktikan mengukur suhu awal dan suhu akhir setelah melakukan praktikum yang nantinya dirata-ratakan untuk didapatkan massa jenis air berdasarkan grafik densitas air terhadap temperatur. Sebelum melakukan pembacaan dilakukan pemeriksaan apakah ada udara pada piezometer atau tidak. Jika ada, udara yang terjebak di dalam Piezometer dikeluarkan dari dalam Piezometer dengan tujuan untuk memudahkan pengamatan dalam mengamati muka air pada Piezometer. Muka air di Piezometer diposisikan pada ketinggian kira-kira 280 mm. Kemudian hidupkan

hydraulic bench yang sudah terpasang pipa / selang inlet dan outletnya. Kemudian dilakukan 3 kali variasi debit dan 3 kali perhitungan waktu setiap 1 variasi debit. Perlakuan 3 kali perhitungan waktu ini bertujuan untuk mengurangi tingkat kesalahan dalam pembacaan waktu. Waktu yang dihitung adalah waktu yang dibutuhkan oleh hydraulic bench untuk menaikkan beban seberat 2.5 kg hal ini dilakukan untuk menentukan debit aktual aliran. Pengukuran debit dilakukan dengan menggunakan persamaan debit terhadap massa dan waktu, dengan massa air = 3 x massa beban. Hal ini disebabkan oleh perbandingan panjang lengan penghubung antara beban dan air adalah 1 : 3. Lalu dilakukan pembacaan pada pipa venturimeter dan orificemeter yang ditandai dengan huruf A dan B untuk venturimetr dan E serta F untuk orificemeter. Prinsip dari percobaan pada Modul 02 ini menggunakan Prinsip Bernauli dan juga

Prinsip Kontiniuitas, maka rumus dari V2 didapatkan

dari gabungan antara Persamaan Kontiniuitas dan juga Persamaan Bernauli. Dalam praktikum Modul 02 ini di butuhkan data koefisien discharge literature sebagai acuan untuk menetukan galat dari koefisien discharge praktikum.

Analisis Hasil dan Grafik 0.0003

Debit Aktual (m3/s)

0.00025

y = 0.0018x R² = 0.5539 Venturimeter

0.0002 0.00015

Orificemeter y = 0.0023x R² = 0.4957

0.0001

Linear (Venturimeter)

0.00005

Linear (Orificemeter)

0

Linear (Orificemeter) 0

0.05

0.1

0.15

Perbedaan tinggi (m)

Gambar 6.1 Grafik Hubungan Perbedaan Tinggi Piezometer dengan Debit Aktual

Apabila persamaan kecepatan pada orificemeter/venturimeter diameter kecil diturunkan untuk dicari hubungannya seperti grafik, maka didapat persamaan sebagai berikut 0.5

2𝑔

𝑉𝐵 =

2

(

𝐴 1 − ( 𝐴𝐵 )

𝑃𝐴 𝑃𝐵 ×( − ) 𝜌𝑔 𝜌𝑔

𝐴

) 0.5

2𝑔 𝑉𝐵 = ( × ∆ℎ) 𝐴𝐵 2 1 − (𝐴 ) 𝐴

𝑉𝐵 2 = 𝑄𝐵 2 𝐴𝐵

2

=

∆ℎ =

2𝑔 𝐴 2 1 − ( 𝐴𝐵 ) 𝐴 2𝑔 𝐴 2 1 − ( 𝐴𝐵 ) 𝐴 𝐴 2 1 − ( 𝐴𝐵 ) 𝐴

2𝑔 × 𝐴𝐵

2

× ∆ℎ

× ∆ℎ

× 𝑄𝐵 2

Pada persamaan grafik power y = axb, maka nilai a pada grafik untuk venturimeter adalah 0.0023, yang seharusnya bersesuaian dengan nilai 2

𝐴 1−( 𝐵 ) 𝐴𝐴

2𝑔×𝐴𝐵 2

yang didapat pada persamaan sebelumnya. Akan tetapi, apabila

nilai – nilai dimasukkan, didapat nilai a berdasarkan persamaan adalah 0.0108 yang sangat berbeda jauh dari nilai yang ditunjukkan grafik. Kesalahan ini dapat terjadi karena hasil penurunan persamaan adalah nilai ideal yang seharusnya didapatkan, sementara pada kenyataan saat praktikum banyak faktor – faktor yang mempengaruhi sehingga sulit tercapai kondisi tersebut. Kesalahan dapat terjadi akibat jenis pipa yang digunakan, kekontinuan aliran, suhu, maupun kesalahan pembacaan data oleh praktikan. Berdasarkan Gambar 6.1, pada debit yang sama, perbedaan ketinggian kolom air di orificemeter lebih besar daripada venturimeter, artinya orificemeter

mengalami

headloss

yang

lebih

besar

dibanding

venturimeter. Hal ini terjadi karena penyempetan tiba – tiba pada

orificemeter cenderung mengakibatkan aliran menjadi lebih turbulen sehingga terjadi kehilangan energi yang lebih besar dibandingkan venturimeter yang alirannya cenderung laminar.

0.0006

y = 2.3036x R² = 0.4917

Debit teoritis (m3/s)

0.0005 0.0004

Orificemeter

0.0003

Venturimeter

0.0002

Linear (Orificemeter)

y = 1.3987x R² = 0.4808

0.0001

Linear (Venturimeter)

0 0

0.0001

0.0002

0.0003

Debit aktual (m3/s)

Gambar 6.2 Grafik Hubungan Debit Aktual dengan Debit Teoritis

Dari Gambar 6.2 diketahui bahwa Cd = 1/m = slope yang dihasilkan dari grafik fungsi y = 2.3036 x , maka Cd praktikum pada venturimeter adalah 0.434 dan pada slope yang dihasilkan dari grafik fungsi y = 1.3987x maka Cd praktikum untuk orificemeter adalah 0.715. Berdasarkan literatur maka didapatkan koefisien discharge literature dari venturimeter adalah Cd Venturi = 0.975 sesuai dengan data yang ada pada literature.

(sumber : http://www.engineeringtoolbox.com/orifice-nozzle-venturid_590.html)

Gambar 6.3 Koefisien discharge literature venturimeter Berdasarkan literatur maka didapatkan koefisien discharge literature dari orificemeter adalah Cd Orifice = 0.6 sesuai dengan data yang ada pada website literature.

(sumber : http://www.engineeringtoolbox.com/orifice-nozzle-venturi-d_590.html) Gambar 6.4 Koefisien discharge literature orificemeter Setelah didapatkan data koefisien discharge literature dan koefisien discharge praktikum pada venturimeter dan orificemeter maka kita dapat menentukan nilai galat dari Cd pada praktikum ini dengan menggunakan rumus berikut ; 𝐶𝑑 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒 − 𝐶𝑑 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚 𝐺𝑎𝑙𝑎𝑡 𝐶𝑑 = | | × 100% 𝐶𝑑 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒 Maka nilai galat Cd venturimeter didapat sebagai berikut 𝐺𝑎𝑙𝑎𝑡 𝐶𝑑 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 = |

0.975 − 0.434 | × 100% 0.975 = 55.49 %

Maka nilai galat Cd orificemeter didapat sebagai berikut 𝐺𝑎𝑙𝑎𝑡 𝐶𝑑 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 = |

0.715 − 0.6 | × 100% 0.6 = 19.16 %

Berdasarkan hasil galat yang didapat, maka langkah praktikum yang dilakukan masih kurang baik sebab makin kecil galat, semakin besar keakuratan hasilnya.

Analisis Kesalahan Alat pengukur debit saluran tertutup ini tentu saja memiliki kekurangan dan kelebihannya masing-masing. Untuk venturimeter memiliki kelebihan yaitu : a) mempunyai penurunan tekanan yang lebih kecil pada kapasitas yang sama, b) dapat pengukur debit besar, c) jauh dari kemungkinan untuk tersumbat kotoran, d) dapat mengukur cairan yang mengandung endapan padat. Namun dibalik kelebihannya, venturimeter memiliki kekurangan yaitu: a) harga yang lebih mahal, b) sulit dalam pemasangan karena bentuknya yang panjang, c) tidak tersedia pada ukuran pipa dibawah 6 inchi. Sedangkan untuk orificemeter memiliki kelebihan yaitu: a) konstruksinya yang lebih sederhana, b) rancangannya mudah, c) harganya relative murah, d) mudah untuk dikalibrasi, e) tingkat ketelitian cukup baik. Namun kekurangannya ialah penurunan tekanan dalam level sedang-tinggi. Perbedaan yang sangat mendasar antara venturimeter dan orificemeter ialah bahwa terjadi headloss yang lebih besar pada orificemeter dibandingkan venturimeter. Sehingga debit yang besar lebih cocok untuk venturimeter. Kesalahan dalam praktikum ini yang menghasilkan galat, dapat ditentukan oleh kesalahan dalam pengukuran seperti kesalahan pembacaan (paralaks) dan ketidaktepatan dalam memulai/memberhentikan stopwatch. Kesalahan lain juga dapat disebabkan karena ketidaktepatan dalam pembacaan ketinggian hA, hB, hE, dan hF oleh faktor tidak stabilnya ketinggian air yang selalu berubah-ubah, sehingga hasil perubahan ketinggian tidak akurat dan dapat memengaruhi perhitungan vB atau vF dan dapat juga memengaruhi perhitungan Qteoritis.

2) Analisis B Pada penerapannya, hydraulic bench digunakan untuk mengukur debit aktual yang menglir. Hal ini penting terutama dalam perencanaan pengaliran air bersih maupun air limbah untuk menentukan debit yang dapat dialirkan. Untuk venturimeter dan orificemeter, penerapannya dapat terlihat pada pengaliran air terutama dari sumber dengan penampang variatif seperti sungai atau danau. Badan air seperti sungai dan danau memiliki topografi

beragam pada alirannya, bisa terdapat penyempitan bertahap seperti venturimeter, atau terdapat area dengan penyempitan tiba – tiba seperti orificemeter.

Dengan

memahami

prinsip

kerja

venturimeter

dan

orificemeter, hal ini dapat membantu dalam perhitungan debit, kecepatan aliran, headloss, dan besaran lainnya dalam pengaliran air. Venturimeter berguna juga untuk menghitung laju aliran air yang diperlukan dalam sistem perpipaan berdasarkan perbedaan tinggi sehingga dapat ditentukan headlosses dan energylosses guna menentukan skala pembangunan bangunan penghilang tekanan pada saluran pipa tertutup dari bangunan perangkap sumber air hingga saluran distribusi ke pemukiman agar tekanan yang diberikan tidak melampaui batas yang telah ditentukan yang dapat berakibat pada kerusakan pipa. Selain itu venturimeter juga berfungsi untuk menghitung kapasitas pompa air yang digunakan. Orificemeter digunakan untuk mengontrol aliran bendungan banjir dalam struktur sebuah bendungan, plate orifice ditempatkan di seberang sungai dan dalam operasi normal, air mengalir melalui plate office sebagai lubang substansial besar dari aliran normal cross. Ketika banjir naik, laju aliran banjir keluar dari plate orifice yang kemudian hanya dapat melewati aliran yang ditentukan oleh dimensi fisik lubang tersebut. Arus ini kemudian muncul kembali di belakang bendungan yang rendah dalam reservoir sementara, yang perlahan dibuang melalu mulut orifice ketika banjir reda. Venturimeter dan orificemeter juga dapat digunakan dalam survey perencanaan instalasi pengolahan air limbah baik domestik maupun pada limbah industri.

VII. Kesimpulan Kesimpulan dari praktikum pada modul ini adalah perhitungan debit teoritis dan Cd untuk venturimeter dan orificemeter yaitu Tabel 7.1 Hasil Perhitungan Debit Teoritis dan Cd pada Venturimeter Variasi

Qteoriris (m3/s)

Cd

1

3.175 x 10-4

0.703

2

2.703 x 10-4

0.786

3

2.357 x 10-4

0.619

Tabel 7.2 Hasil Perhitungan Debit Teoritis dan Cd pada Orificemeter Variasi

Qteoriris (m3/s)

Cd

1

5.209 x 10-4

0.429

2

4.474 x 10-4

0.475

3

3.880 x 10-4

0.376

Nilai literatur Cd dari venturimeter yaitu 0.975 sedangkan untuk orificemeter Cd literaturnya yaitu 0.6. Dari hasil grafik didapatkan nilai Cd untuk venturimeter adalah 0.434 sedangkan untuk orificemeter adalah 0.715.

VIII. Daftar Pustaka Toolbox Engineering,” Orifice,Nozzle and Venturi Flow Rate Meters” , (https://www.engineeringtoolbox.com/). Diakses pada 28 Oktober 2017 Finnemore, John. 2002. Fluid Mechanics with Engineering Application. New York: Mc Graw Hill. Giles, Ranald V. 1996. Seri Buku Schaum, Mekanika Fluida dan Hidraulika. Jakarta: Erlangga. Saputri, Septriani Dwie. 2009. Rancang bangun Venturimeter Berbasis Mikrokontroler. Skripsi FMIPA UI.