ANALISAPERITUNGANWAKTU PENGALIRAN AIR DAN SOLAR PADA TANGKI Nurnilam Oemiati Staf Pengajar Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammaiyah Palembang Email: nurnilamoemiatie@yahoo.com Abstrak paa tangki empat persegi panjang yang terletak i ining maupun i asar tangki berfungsi sebagai celah bukaan zat cair mengalir. Aliran yang melalui lubang mempunyai ebit, kecepatan an waktu alir. Bentuk lubang an luas lubang apat mempengaruhi besarnya ebit, kecepatan an waktu untuk mengalirkan zat cair. Terkaang kita tiak tahu berapa lama waktu yang ibutuhkan untuk menunggu sampai bak itu kosong apalagi jika terjai kebocoran. Paa penelitian ini igunakan 4 variasi yaitu zat cair berupa air yang mengalir melalui bagian samping bawah tangki an bagian asar tangki, serta solar yang mengalir ari bagian samping bawah tangki an bagian asar tangki. yang igunakan berbentuk lingkaran, yang memiliki masing-masing luas lubang yang sama yaitu,49 cm. Ketinggian muka air 5 cm an ketinggian tangki 3 cm. Waktu pengaliran ihitung lagsung engan menggunakan stopwatch. Perbaningan perhitungan waktu pengaliran iapat engan cara membaningkan hasil percobaan engan hasil perhitungan secara teori. asil penelitian isimpulkan bahwa waktu pengaliran masing-masing jenis zat cair air an solar bernilai 5,38 etik an 7,59 etik paa posisi lubang terletak i bagian asar tangki; perbaningan antara percobaan an perhitungan aalah,98. Nilai waktu pengaliran yang besar 35,3 etik an 3,46 etik untuk solar an air paa posisi lubang i sisi samping tangki; perbaningan antara percobaan an perhitungan aalah,96. Air lebih evisien ibaningkan solar. Kata kunci : empat persegi panjang,zat cair,perhitungan waktu. PENDAULUAN Ketika bak penampung yang berisi air henak ikuras atau ibersihkan akan memakan waktu yang tiak sebentar, terkaang kita tiak tahu berapa lama waktu yang ibutuhkan untuk menunggu sampai bak itu kosong apalagi jika terjai kebocoran. Maksu ari penelitian ini aalah untuk mengetahui waktu pengaliran yang iperlukan suatu zat cair berupa air an solar alam tangki, serta seberapa besar pengaruh variasi posisi lubang bocor. Tujuan ari penelitian ini aalah untuk membaningkan waktu aliran yang ibutuhkan oleh keua zat cair tersebut untuk mengosongkan tangki engan lubang berbentuk lingkaran engan posisi lubang yang berbea. Sehingga iapat waktu pengaliranyang efisien. Bahan yang ipergunakan aalah air an solar, tangki berbentuk empat persegi panjang yang berlubang bagian samping bawah an asar tangki. TINJAUAN PUSTAKA Aliran Melalui Zat cair riil iefinisikan sebagai zat yang mempunyai kekentalan, berbea engan zat cair ieal yang tiak mempunyai kekentalan. Kekentalan isebabkan karena aanya sifat kohesi antara partikel zat cair. Karena aanya kekentalan zat cair maka terjai perbeaan kecepatan partikel alam mean aliran. Partikel zat cair yang berampingan engan ining batas akan iam (kecepatan nol) seang yang terletak paa suatu jarak tertentu ari ining akan bergerak. Perubahan kecepatan tersebut merupakan fungsi jarak ari ining batas. Aliran zat cair riil isebut juga aliran viskos. Aliran viskos aalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas), memberikaan sifat air (viskositas kinematik) paa tekanan atmosfer an beberapa temperature. Kekentalan aalah sifat zat cair yang apat menyebabkan terjainya tegangan geser paa waktu bergerak. Tegangan geser ini akan mengubah sebagian energi aliran alam bentuk energi lain seperti panas, suara, an sebagainya. Koefisien Aliran Partikel zat cair yang mengalir melalui lubang (gambar ) berasal ari segala arah. Karena zat cair mempunyai kekentalan maka beberapa partikel yang mempunyai lintasan membelok akan mengalami kehilangan tenaga. Setelah melewati lubang pancaran air mengalami Vol 4. No. Juni 5 6
kontraksi, yang itunjukkan oleh penguncupan aliran. Kontraksi maksimum terjai paa suatu tampang seikit isebelah hilir lubang, imana pancaran kurang lebih horisontal. Tampang engan kontraksi maksimum tersebut ikenal engan vena kontrakta. Vena Kontrakta a X Gambar. Vena Kontra Paa aliran zat cair melalui lubang Terjai kehilangan tenaga menyebabkan beberapa parameter aliran akan lebih kecil ibaning paa aliran zat cair ieal yang apat itunjukkan oleh beberapa koefisien, yaitu koefisien kontraksi, kecepatan, an ebit. Koefisien kontraksi (c) aalah perbaningan antara luas tampang aliran paa vena kontrakta (ac) an luas lubang (a) yang sama engan tampang aliran zat cair ieal. c Ac... ( ) a Koefisien kontraksi tergantung paa tinggi energi, bentuk an ukuran lubang, an nilai reratanya aalah sekitar c,64. Perbaningan antara kecepatan nyata aliran paa vena kontrakta (Vc) an kecepatan teoritis (V) ikenal engan koefisien kecepatan (v). v Vc / V... ( ) Nilai koefisien kecepatan tergantung paa bentuk ari samping bawah lubang (lubangtajam atau ibulatkan) an tinggi energi. Nilai rerata ari koefisien kecepatan aalah v,97. Koefisien ebit () aalah perbaningan antara ebit nyata an ebit teoritis : v x c... ( 3 ) Nilai koefisien ebit tergantung paa nilai c an v yang nilai reratanya aalah,6. kecil Gambar menunjukkan zat cair yang mengalir melalui lubang kecil ari suatu tangki. Pusat lubang terletak paa jarak ari muka air. Pertama kali ianggap zat cair aalah ieal. Tekanan paa lubang aalah atmosfer. a Vc Gambar. lubang kecil Dengan menggunakan persamaan Bernoulli paa permukaan zat cair i kolam an i lubang, kecepatan zat cair paa titik tersebut apat ihitung : z + P + V / g z + P / γ + V / g Oleh karena kecepatan i titik aalah nol an tekanan i titik an aalah atmosfer, maka: z z + V / g V g (z - z ) g h atau V g h... ( 4 ) Rumus tersebut menunjukkan kecepatan aliran teoritis paa zat cair ieal. Paa zat cair riil, terjai kehilangan tenaga yang isebabkan oleh kekentalan (aanya vena kontrakta). Untuk itu perlu imasukkan koefisien kecepatan (v), sehingga : V c v V v g h... ( 5 ) Maka ebit aliran menjai : Q Ac Vc c a v g h... ( 6 ) atau Q a g h... ( 7 ) Besar Dipanang lubang besar berbentuk segi empat engan lebar b an tinggi yang melewatkan ebit aliran secara bebas ke uara luar (tekananatmosfer). Elevasi permukaan zat cair i alam kolam aalah konstan sebesar ari sumbu lubang. Distribusi kecepatan paa vena kontrakta c aalah sebaning engan akar kealaman paa setiap titik. c B b c Gambar 3. lubang besar Vol 3. No 4. Desember4 7
Debit aliran melalui lubang besar apat ihitung engan memanang aliran melalui suatu elemen kecil engan lebar b an tinggi ata hujan yang beraa paa kealaman h ari permukaan zat cair. Kecepatan aliran melalui elemen tersebut aalah : V v g h... ( 8 ) Debit aliran melalui elemen aalah : Q b g h... ( 9 ) selisih elevasi muka air i hulu & hilir lubang g gravitasi ( 9,8 ) Koefisien kontraksi an koefisien ebit lubang terenam apat ianggap samaengan lubang bebas. Gambar 4. lubang bulat Ambil elemen, tebalnya x Luas elemen A. x engan ( / ) - x Jai, A ( / ) - x. x Kecepatan zat cair paa elemen V v g ( x ) Rumus yang ipakai untuk menghitung ebit aliran lubang yang berbentuk lingkaran engan iameter aalah : Q. 4 π. g h... ( ) x Gambar 5. lubang terenam Waktu Pengosongan Dipanang suatu tangki engan tampang lintang A yang mengalirkan zat cair melalui lubang engan luas a yang terletak paa asarnyaseperti itunjukkan alam gambar 6. h Gambar 6. lubang i asar Terenam Apabila permukaan zat cair beraa i atas lubang, maka lubang isebut terenam. Gambar 5 menunjukkan lubang terenam imana elevasi permukaan zat cair isebelah hulu an hilir terhaap sumbu lubang aalah an. Dengan menggunakan persamaan Bernoulli antara titik an yang beraa paa sumbu lubang, maka : z + P /γ + V / g z + P / γ + V / g...( ) ikarenakan : z z. v, P / γ, an P / γ Maka : + + V / g Atau : V g( ) Debit nyata aliran melalui lubang aalah : Q. a. g( ) atau Q a g engan : koefisien ebit a luas tampang lubang Gambar 7. lubang samping bawah Paa suatu saat permukaan zat cair i alam tangki paa ketinggian h i atas lubang. Kecepatan aliran paa saat tersebut aalah : V v g h, an ebit aliran Q D g Dalam suatu interval waktu t volume zat cair yang keluar sebesar h, sehingga pengurangan volume zat cair i alam tangki aalah : V - A h Tana negatif menunjukkan aanya pengurangan volume karena zat cair keluar melalui lubang. Dengan menyamakan keua bentuk perubahan volume zat cair tersebut, maka i apat bentuk berikut ini : - A h D g t Vol 3. No 4. Desember4 8 h
Atau A a g ῤ METODOLOGI PENELITIAN... ( 3 ) Alat an bahan Peralatan an bahan yang igunakan aalah sebagai berikut:. Kotak kaca engan panjang cm, lebar cm, an tinggi 3 cm.. Mistar atau meteran. 3. Stopwatch. 4. Ember atau bak penampungan untuk menampung air. 5. Air 6. Solar Pelaksanaan an Pengamatan Mengisi Zat Paa Zat cair yang ituangkan kealam tangki yang mula-mula aalah air, paa pelaksanaan penelitian yang ke ua mengganti air engan solar. Saat pengisian konisi lubang yang beraa i asar maupun yang beraa i bagian samping bawah alam keaaan tertutup. Ketinggian permukaan zat cair itentukan 5 cm. Membuka Penutup Paa Tahap selanjutnya membuka penutup lubang paa tangki. tangki yang pertama ibuka boleh paa bagian samping bawah ataupun i asar tangki, tergantung lubang yang mana akan iteliti terlebih ahulu. Saat membuka penutup lubang paa tangki, pastikan bahwa ember atau bak penampungan zat cair yang mengalir, suah terpasang tepat i asar lubang tangki yang akan ibuka, ember atau bak yang ipakai harus apat menampung ebit zat cair yang mengalir. Mencatat Waktu Pengaliran Zat Paa saat membuka penutup lubang, pengukuran waktu pengaliran zat cair imulai sampai tangki benar-benar kosong. Selanjutnya ilakukan pengukuran untuk zat cair berupa solar engan posisi lubang i asar tangki. Setelah pelaksanaan pengukuran posisi lubang i asar selesai ilanjutkan engan pengukuran posisi lubang beraa i samping bawah tangki. Begitu juga engan zat cairnya mula-mula engan air kemuian engan solar. Proseur pelaksaannya sama engan posisi lubang beraa i asar tangki. Selanjutnya ata-ata yang iapat imasukkan kealam tabel yang telah isiapkan. ANALISA DAN PEMBAASAN Debit aliran an ebit teoritis Luas lubang (a) /4 π ¼ x 3,4 x,5 4,965 cm Debit aliran (Q) (v x c). a g,6 x,9,6758 m 3 / Pengamatan I II samping Dasar Tabel.asil Pengamatan an Pengukuran Jenis Zat Tinggi Muka Air () Diameter Luas Waktu Pengaliran (cm ) lubang (cm) (cm ) (etik) Air 5,5 4,965 3,46 Solar 5,5 4,965 35,3 Air 5,5 4,965 5,38 Solar 5,5 4,965 7,59 Dari hasil pengamatan an pengukuran langsung iketahui bahwa waktu pengaliran zat cair ari bahan air paa posisi lubang beraa i asar tangki mempunyai nilai 5,38 etik. Nilai ini lebih kecil bila ibaningkan engan bahan yang sama namun berbea letak posisi lubang. Ini berarti bahwa air mengalir lebih cepat ibaningkan engan bahan yang sama namun berbea lokasi lubang. Tabel. asil Perhitungan Debit Aliran (Q) No Bawah Jenis Zat Luas (a) (cm ) Tinggi Muka Air () (cm) Debit Teoritis (Qt) (m 3 /) Koefisien Debit () Debit Aliran (Q) (m 3 /) Air 4,965 5,9,6,6758 Solar 4,965 5,9,6,6758 Air 4,965 5,9,6,6758 Solar 4,965 5,9,6,6758 Vol 3. No 4. Desember4 9
Dari tabel apat ilihat bahwa ebit aliran secara teoritis nilainya lebih besar bila ibaningkan engan nilai ebit aliran untuk setiap variasi bahan maupun letak posisi lubangnya.. Tabel 3. asil Perhitungan Waktu Pengaliran (T) No Bawah Jenis Zat Luas (a) (m ) Tinggi Muka Air () (m) Luas (A) (m ) Koefisien Debit () Waktu Pengaliran (T) (etik) Air,4965,5 4,6 9,67 Solar,4965,5 4,6 34,9 Air,4965,5 4,6 4,84 Solar,4965,5 4,6 7,9 asil perhitungan waktu pengaliran ari empat variasi terlihat bahwa waktu pengaliran bahan air engan posisi lubang beraa i bagian asar tangki mempunyai nilai yang lebih kecil yang berarti air mengalir lebih cepat jika ibaningkan engan bahan solar yang juga letak posisi lubangnya beraa i bagian asar tangki. al ini isebabkan karena viskositas atau kekentalan ari air lebih kecil ibaningkan engan kekentalan ari solar yang lebih besar. Tabel 4. Rekapitulasi asil Penelitian an Perhitungan Waktu Pengaliran Zat Melalui Berbentuk Lingkaran No Bawah Jenis Zat Koefisien Debit () Waktu Pengaliran (T) Berasarkan Penelitian (etik) Perhitungan (etik) Air,6 3,46 9,67 Solar,6 35,3 34,9 Air,6 5,38 4,84 Solar,6 7,59 7,9 Debit Teoritis (Qt) a.v a g 4,965x x 9,8 x 5 4,965x,5 8,67cm 3 /,9 m 3 / Koefisien Debit () Q Qt,6758,9,6 Waktu Pengaliran (T) Perhitungan untuk ke empat variasi pengaliran mempunyai imensi yang sama yaitu luas tangki A P x L m x m 4 m, luas lubang alir (a),49 m an kealaman air awal,5 m.. Zat cair berupa air engan posisi lubang i samping bawah tangki: A ( x a g) x ῤ x 4 x,5 (,6 x,49 x x 9,8) x 4,348 9,67 etik. Zat cair berupa air engan posisi lubang i asar tangki. A ( x a g )x ῤ x 4 x,5 (,6 x,49x x 9,8)x,87 4 34,9 etik,7, 3. Zat cair berupa solar engan posisi lubang i samping bawah tangki. A ( x a g)x ῤ 4 x,5 (,6 x,49 x x 9,8) x 4,84 etik,348 4. Zat cair berupa solar engan posisi lubang i asar tangki. A ( x a g )x ῤ 7,9 etik,7 Vol 3. No 4. Desember4
Koefisien Debit Aliran () T Detik Q M 3 /etik,8,6758,6758,6758,6758,7,6,5,4,3,, Bawah Gambar 8. Grafik asil Perhitungan Debit Aliran 4 35 3 9,67 34,9 5 5 5 4,84 7,9 Bawah Gambar 9. Grafik Waktu Pengaliran (),7,6,6,6,6,6,5,4,3,, Bawah Gambar. Grafik Koefisien Debit Pengaliran () Vol 4. No. Juni 5
Waktu Aliran Zat 4 35 3 9,67 3,46 34,9 35,3 Perhitungan Penelitian 5 5 4,54 5,38 7,9 7,59 5 Bawah Gambar. Grafik Waktu Aliran terhaap Berasarkan perhitungan an penelitian Simpulan Dari hasil analisa apat isimpulkan sebagai berikut ini.. Selisih waktu pengaliran (T) hasil penilitian an perhitungan secara teoritis aalah : a. lubang i asar tangki: Air5,38 etik. Solar 7,59 etik. b. lubang i samping bawah tangki: Air 3,46 etik. Solar 35,3 etik.. Variasi zat cair an posisi lubang menyebabkan waktu pengaliran yang berbeabea, menunjukkan efisiensi ari keempat penilitian masing-masing. 3. Jenis zat cair solar waktu pengalirannya lebih lama karena aanya perbeaan viskositas engan air. 4. Waktu pengaliran zat cair paa lubang bagian asar tangki lebih cepat ibaningkan engan lubang bagian samping bawah tangki, karena langsung mengikuti gaya gravitasi yang langsung tegak lurus kebawah. PUSTAKA how, Van Te Ph. D..985. irolika Saluran Terbuka. Jakarta : Penerbit Erlangga Robert J. Kooatie. 9. iraulika Terapan ( Eisi Revisi ). Yogyakarta : Penerbit Ani Triatmojo, Prof. Bambang.. Soal Penyelesaian iraulika I. Yogyakarta : Penerbit Beta Offset Vol 3. No 4. Desember4