MODUL IV ALIRAN MELALUI VENTURIMETER

Transkripsi

1 MODUL IV ALIRAN MELALUI VENTURIMETER 4.1. Pendahuluan Latar Belakang Debit dan kecepatan aliran penting untuk diketahui besarnya dalam melakukan penelitian fluida. Untuk itu, digunakan alat untuk mengukur debit cairan, salah satunya adalah menggunakan prinsip-prinsip Bernoulli dan kontinuitas pada pipa tertutup yang diaplikasikan melalui alat bernama venturimeter. Dengan demikian, venturimeter adalah alat untuk mengukur debit cairan yang melalui pipa tertutup. Melalui pengamatan pada venturimeter, dapat dibuktikan pula persamaan Bernoulli dan kontinuitas. Gambar 4. 1 Venturimeter Tujuan Tujuan percobaan ini adalah: 1. Menunjukkan pengaruh perubahan penampang terhadap tinggi garis hidraulik pada masing-masing manometer. 2. Menentukan koefisien pengaliran pada alat venturimeter yang digunakan Landasan Teori Venturimeter menggunakan prinsip Bernoulli dan kontinuitas dengan mengandalkan perbedaan luas penampang yang dapat mengakibatkan perbedaan kecepatan. Perbedaan luas 27

2 penampang dari diameter yang lebih besar menjadi lebih kecil kemudian membesar lagi dilakukan seperlahan atau seideal mungkin untuk menghindari terjadinya kehilangan tinggi tekan akibat ekspansi atau kontraksi tiba-tiba. Jika dipasang piezometer pada bagian-bagian penampang yang berbeda-beda, akan terlihat perbedaan ketinggian sebagai wujud dari perbedaan tekanan air yang melewati penampang. Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut: Untuk meninjau penampang a1 dan a2: Gambar 4. 2 Kondisi Ideal Venturimeter Penampang pada bagian upstream akan dinamakan a1, pada leher disebut a2, dan pada bagian selanjutnya (bagian ke-n) disebut an. Ketinggian atau head pada pembuluh piezometer akan disebut h1, h2, hn. Dalam kasus ini diasumsikan tidak terjadi kehilangan energi sepanjang pipa, dan kecepatan serta head piezometrik (h) konstan sepanjang bidang tertentu. Berdasarkan Hukum Bernoulli (persamaan 3.1) dan hukum kontinuitas (persamaan 3.2), akan didapat persamaan untuk menghitung debit Q (pers 3.3) dengan koefisien pengaliran pada alat venturimeter adalah c. Nilai c berbeda-beda pada setiap alat venturimeter. Persamaan Bernoulli: Z 1 + P 1 + V 2 1 γ 2g = Z 2 + P 2 + V 2 2 γ 2g = Z n + P n + V 2 n γ 2g (4.1) Persamaan Kontinuitas: A 1 V 1 = A 2 V 2 (4.2) Hasil dari gabungan persamaan Bernoulli dan kontinuitas akan menghasilkan persamaan perhitungan debit pada venturimeter, sebagai berikut: Q = ca 2 2g(h 1 h 2 ) 1 ( A 2 A1 )2 (4.3) 28

3 4.3. Alat-alat Percobaan Alat-alat yang digunakan untuk mengerjakan percobaan adalah sebagai berikut. a. Alat venturimeter b. Stopwatch c. Bangku Hidraulik d. Beban counterweight pada bangku hidraulik Gambar 4.3 Venturimeter 29

4 4.4. Prosedur Kerja 1. Pastikan bangku hidraulik dalam keadaan mati dan air pada bak kecil sudah dibuang. 2. Kalibrasikan tinggi piezometer sesuai dengan skalanya dengan cara menekan katup udara di atas piezometer perlahan-lahan sampai ketinggian setiap piezometer sama dan berada dalam skala pengamatan. Jika tinggi air di piezometer sudah lebih rendah dari skala pengamatan, nyalakan bangku hidraulik sebentar dan bukalah kran suplai air perlahan- lahan sampai air naik. Setelah air berada pada ketinggian yang tepat, matikan lagi bangku hidraulik. 3. Mulailah menyalakan bangku hidraulik, bukalah kran suplai air perlahan-lahan dan sedikit demi sedikit serta kran kontrol aliran seluruhnya sampai didapat debit yang dialirkan menghasilkan selisih ketinggian maksimum dari masing-masing piezometernya tetapi di dalam skala pengamatan. 4. Amatilah perbedaan ketinggian yang terjadi dan catatlah ketinggian air pada tiap piezometer. Kemudian, hitunglah perbedaan ketinggian piezometer h1 dan h2, di mana h1 = tinggi skala piezometer di titik A dan h2 = tinggi skala piezometer di titik D seperti pada gambar. 5. Bersamaan dengan proses pengamatan, perhatikanlah kondisi bangku hidraulik. Jika tempat pemasangan beban mulai terangkat, pasanglah beban dan mulailah pengukuran waktu dengan cara menekan stopwatch. Setelah tempat pemasangan beban yang sudah dipasang beban mulai terangkat lagi, matikanlah stopwatch. Waktu tersebut akan menjadi acuan perhitungan debit. 6. Setelah data didapat, tutuplah kran kontrol aliran dan matikan bangku hidrolik. Dapat terlihat bahwa ketinggian piezometer akan kembali sejajar. 7. Putar kembali kran suplai air secara perlahan untuk mendapatkan debit yang lebih kecil dari debit sebelumnya dan nyalakan kembali bangku hidraulik. 8. Ulangi langkah 4-7 hingga didapat data untuk delapan debit yang berbeda, dengan syarat besar debit harus masih dapat memberikan perbedaan ketinggian yang tampak jelas pada tiap piezometer (debit tidak terlalu kecil). 9. Setelah data selesai diambil, catatlah juga nilai koefisien pengaliran (c) pada alat venturimeter tersebut yang tertera pada bagian belakang alat. Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini: 30

5 Mulai Gambar 4.4 Diagram alir prosedur kerja praktikum aliran melalui venturimeter 31

6 4.5. Pengambilan Data Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan panduan tabel di bawah ini: Tabel 4. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan Lembar Data No. Simbol Sat. Jumlah Data Total Keterangan Data yang Diambil Waktu untuk 1 Pengukuran Debit perhitungan debit pada bangku hidraulik t detik 8 (sesuai jumlah percobaan) Sesuai hasil pengukuran dengan stopwatch Diukur 2 Bacaan Piezometer Ketinggian air pada tiap piezometer h cm 11 x Jumlah Percobaan = 88 titik berdasarkan skala pengamatan Catatan: pada alat Jumlah percobaan = 8 kali 4.6. Pengolahan Data Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini: Tabel 4. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data No. Langkah Formulir Pengamatan Keterangan Nama Acuan Gambar/Grafik 1 Menghitung debit Pengukuran Waktu untuk Lihat Lampiran aktual (Q) Debit Bangku Hidraulik Bangku Hidraulik. 2 Menghitung Gunakan rumus 3.3 koefisien untuk semua nilai pengaliran (c) debit yang berbeda. 3 Membuat grafik Q Menggunakan Grafik ini menjadi vs c. fungsi chart tipe Grafik 3.1 Q vs c. scatter 32

7 No. Langkah Formulir Pengamatan Keterangan Nama Acuan Gambar/Grafik 4 Membuat yang grafik Data Alat Bacaan Piezometer Menggunakan fungsi Grafik ini menjadi chart tipe line, sumbu x Grafik 3.2 Tinggi menggambarkan ketinggian air pada tiap piezometer untuk menyatakan nama Bacaan atau huruf tiap Piezometer. piezometer dan sumbu setiap nilai debit yang y menyatakan berbeda. ketinggiannya Analisis Data Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai berikut: Tabel 4. 3 Grafik dan Analisis No. Grafik Hal-hal yang Perlu Dianalisis 1 Grafik 3.1 Q vs c Tujuan pembuatan grafik tersebut. Hubungan Q dan c. Perbandingan nilai c yang didapat dari perhitungan dengan yang tertera pada alat venturimeter untuk 2 Grafik 3.2 Tinggi Bacaan Piezometer percobaan. Tujuan pembuatan grafik tersebut. Hubungan tinggi bacaan pada piezometer dengan diameter tiap bagian venturimeter Kesimpulan Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang Daftar Pustaka Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd. 33

8 FORMULIR PENGAMATAN Modul VI : ALIRAN MELALUI VENTURIMETER Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil No. Kelompok :... Lembar - 1/1 No Nama NIM Paraf TANGGAL PRAKTIKUM Asisten : 4 5 TANGGALTERAKHIR PEMASUKANLAPORAN : (... ) Data alat : No. Tabung Piezometer Diameter (mm) A (h1) B C D (h2) Nilai Koefisien Pengaliran (c) E F G H J K L Bacaan Piezometer No. Percobaan Pengukuran Waktu untuk Debit Bangku Hidraulik (detik) A (h1) B C D (h2) Ketinggian Air pada Tabung (cm) E F G H J K L