I. TUJUAN 1. Menentukan debit teoritis (Q teoritis ) dari venturimeter dan orificemeter 2. Menentukan nilai koefisien discharge (C d ) dari venturimeter dan orificemeter. II. PRINSIP DASAR Prinsip dasar praktikum alat ukur debit saluran tertutup adalah kita mengukur temperatur awal fluida sebelum precobaan dimulai. Lalu aktifkan Hydraulic bench dan keluarkan udara yang ada di dalam piezometer dan posisi muka air ada di ketinggian 280 mm. Pengukuran dilakukan pada lima variasi debit dengan tiga variasi debit pada masing-masing debit. Pada setiap variasi debit, kita harus mengukur ketinggian air pada venturimeter (h A dan h b ) serta ketinggian air pada orificemeter (h E dan h F ). Dan setelah percobaan selesai, ukur kembali temperatur air pada Hydraulic Bench. III. TEORI DASAR 3.1 VENTURIMETER Persamaan dasar yang digunakan pada venturimeter adalah persamaan Bernaulli. Misalkan kecepatan rata-rata di hulu adalah V 1 dan kecepatan di hilir aalah V 2, serta densitas fluida adalah ρ, maka: Di bawah ini merupakan persamaan kontinuitas: Dan dari persamaan Bernaulli adalah 1
Kemudian gabungkan kedua persamaan di atas Pada venturimeter, gesekan dapat diabaikan dan venture diasumsikan terpasang secara horizontal tanpa pompa. Dan tekanan di P sama dengan tekanan di R. Dari persamaan-persamaan di atas, Debit (laju volume aliran) di dapatkan sebagai berikut 2
TEORI IDEAL VENTURIMETER Dimana, A: Area di venturi inlet, g = percepatan gravitasi, X: perbandingan area di venture inlet ke leher. (X = A/a). Dalam hal ini, untuk perhitungan diperlukan faktor koreksi atau koefisien discharge,karena agar dapat menghasilkan perhitungan yang tepat walaupun terdapat faktor gesekan fluida dan terjadi turbulensi. Maka persamaannya menjadi: 3.2 ORIFICEMETER Orificemeter adalah salah satu alat untuk mengukur laju aliran di dalam pipa dan merupakan alat yang paling sederhana dibandingkan alat ukur laju aliran lainnya. Untuk venturimeter, dengan sistem manometer tertentu, laju aliran maksimum yang dapat diukut terbatas, maka jika laju aliran tersebut berubah-ubah, diameter leher akan terlalu kecil untuk menampung laju aliran maksimum yang baru. Dan orificemeter adalah alat untuk mengatasi kekurangan dari alat ukur venturimeter dengan konsumsi daya yang lebih tinggi. 3
Prinsip alat ini hampir sama dengan prinsip alat ukur venturimeter. Penurunan penampang arus aliran melalui orificemeter mengakibatkan head kecepatan naik dan head tekanan turun. Penurunan tekanan diantara kedua titik sadap diukur dengan menggunakan manometer. Persamaan Bernaulli memberikan koreksi peningkatan-peningkatan head kecepatan dengan penurunan head tekanan. Jika diasumsikan pipa horizontal dan tidak ada pengaruh viskositasm maka penetapan persamaan Bernaulli di kedua titik adalah: Terdapat kerugian head antara titik 1 dan 2 sehingga berlaku persamaan : dan 4
Pada gambar di atas, tekanan di vena kontrakta lebih kecil dari tekanan di titik 1. Pertama disebabkan karena luas vena kontrakta lebih kecil dari luas awal. A 2 dinyatakan dengan : A 2 = C x A 0, dimana C adalah koefisien kontraksi dengan nilai lebih kecil dari 1. Kedua disebabkan oleh adanya suati kerugian head yang tidak dapat dihitung secara teoritis. Jadi, sebuah koefisien discharge orifis Co digunakan untuk memperhitungkan kedua efek tersebut. IV. DATA DAN PERHITUNGAN Suhu air awal percobaan = T awal = 24 C Suhu air akhir percobaan = T akhir = 25 C Suhu air rata-rata = T rata-rata = 24,5 C Diameter pipa = 1. Venturimeter: d A = 26 mm, d B = 16 mm 2. Orificemeter: d E = 51 mm, d F = 20 mm Massa beban = 2,5 kg Massa jenis air = 996,5088 kg/m 3 4.1 TABEL DATA 4.1.2 VENTURIMETER Variasi h A h B h AB t(s) 1 225 277 52 26.97 36.63 36.9 2 219 290 71 30.93 31.55 30.88 3 214 303 89 27.42 26.83 27.84 4 209 313 104 25.02 25.72 5
25.63 5 150 307 157 19.68 19.73 19.82 4.1.2 ORIFICEMETER Variasi h E h F h EF t(s) 1 285 210 75 36.97 36.63 36.9 2 300 202 98 30.93 31.55 30.88 3 315 192 123 27.42 26.83 27.84 4 328 183 145 25.02 25.72 25.63 5 333 108 225 19.68 19.73 19.82 4.2 TABEL HASIL 4.2.1 VENTURIMETER Variasi Qaktual (m 3 /s) h AB (m) Vb (m/s) Qhitung(m 3 /s) 1 0.000204333 0.052 1.091353 0.000219 2 0.000241847 0.071 1.275242 0.000256 3 0.00027505 0.089 1.427771 0.000287 4 0.00029565 0.104 1.543406 0.00031 5 0.000381206 0.157 1.896328 0.000381 1. Perhitungan debit aktual (Q aktual ) Volume air 6
2. Perhitungan kecepatan aliran air (v B ) [ ] Dimana, g = 9,8 m/s 2 Maka, rumusnya menjadi: Dengan luas penampang pipa : a. [ ( ) ] b. 3. Perhitungan debit teoritis (Q teoritis ) 4.2.2 ORIFICEMETER Variasi Qaktual (m 3 /s) h EF (m) Vf (m/s) Qhitung (m 3 /s) 1 0.000204333 0.075 1.227658 0.000386 2 0.000241827 0.098 1.40333 0.000441 3 0.00027505 0.123 1.57217 0.000494 4 0.00029565 0.145 1.706989 0.000536 5 0.000381206 0.225 2.126366 0.000668 1. Perhitungan debit aktual (Q aktual ) Q aktual orificemeter = Q aktual venturimeter, karena volume dan waktu rata-rata venturimeter sama dengan volume dan waktu rata-rata di orificemeter. 7
2. Perhitungan kecepatan aliran air (v F ) [ ] Dimana, g = 9,8 m/s 2 Maka, rumusnya menjadi: [ ( ) ] Dengan luas penampang pipa : a. b. 4.3 GRAFIK 4.3.1 Grafik Suhu terhadap Densitas 1010 1000 990 980 970 y = 960-0.0036x 2-0.0695x + 1000.6 R² = 0.9993 950 0 50 100 150 Grafik Suhu terhdap Densitas Poly. (Grafik Suhu terhdap Densitas) 8
y(x) = -0.003x 2-0.069x + 1000 y(26) = -0.003(24,5) 2-0.069(24,5) + 1000 y(26) = 996.0508 Jadi, densitas fluida tersebut adalah 996.0508 kg/m 3 4.3.2 Grafik Q aktual terhadap Q teoritis 0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 y = 1.0349x R² = 0.9798 0 0.0002 0.0004 0.0006 Grafik Qaktual terhadap Q teoritis Linear (Grafik Qaktual terhadap Q teoritis) Dari kurva di atas didapatkan nilai koefisien discharge pada venturimeter, yaitu: = 0,967 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0 y = 1.7975x R² = 0.9849 0 0.0002 0.0004 0.0006 Grafik Qaktual terhadap Q teoritis Linear (Grafik Qaktual terhadap Q teoritis) 9
Dari kurva di atas didapatkan nilai koefisien discharge pada orificemeter, yaitu: = 0,556 4.3.3 Grafik Q aktual terhadap perubahan ketinggian 0.2 0.15 0.1 0.05 0 y = 192238x 1.7788 R² = 0.9986 0 0.0002 0.0004 0.0006 Grafik Qaktual terhadap delta h Power (Grafik Qaktual terhadap delta h) 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 y = 274578x 1.7807 R² = 0.9983 0 0.0002 0.0004 0.0006 Grafik Qaktual terhadap delta h (Orificemeter) Power (Grafik Qaktual terhadap delta h (Orificemeter)) V. ANALISIS Dalam menghitung Q aktual adalah membagi volume dengan waktu rata-rata untuk setiap debit. Volume didapat dari massa air dengan massa jenis air yang didapat dari hasil regresi. Massa air yang digunakan adalah 7,5 k yang didapat dari perbandingan L A : L B = 3 : 1, dan L A : 10
L B = M A : M B, maka M A =3M B dengan M B =2,5 kg. Maka dari itu, massa beban berbanding terbalik dengan panjang lengannya, karena semakin besar panjang lengan maka semakin kecil massanya, begitu juga sebaliknya. Grafik Q aktual terhadap Δh pada venturimeter dan orificemeter mengalami peningkatan, karena perbedaan ketinggian berbanding lurus dengan debitnya. Peningkatan juga terjadi pada grafik Q aktual terhadap Q teoritis karena sesuai dengan persamaan: Sehingga, Q teoritis = A B/F x V B/F berikut: Dari hasil pengolahan, terdapat perbedaan hasil Q aktual dengan Q teoritis yaitu sebagai Venturimeter: Variasi Qaktual Qhitung (m 3 /s) (m 3 /s) 1 0.000204333 0.000219 2 0.000241847 0.000256 3 0.00027505 0.000287 4 0.00029565 0.00031 5 0.000381206 0.000381 Orificemeter: Variasi Qaktual Qhitung (m 3 /s) (m 3 /s) 1 0.000204333 0.000386 2 0.000241827 0.000441 3 0.00027505 0.000494 4 0.00029565 0.000536 5 0.000381206 0.000668 Dari hasil di atas dapat dilihat bahwa hasil Q hitung pada venturimeter mendekati nilai Q aktual nya, namun hasil Q hitung pada orificemeter tidak terlalu mendekati nilai nilai Q aktual nya. Dan Biasanya hasil perhitungan Q aktual lebih kecil dibandingkan Q teoritis (Q aktual < Q teoritis ). Ketidakakuratan hasil perhitungan dapat disebabkan banyak faktor, yaitu karena ketidaktepatan penggunaan stopwatch dan penyimpanan beban pada Hydraulic Bench sehingga hasil waktu rata-rata yang didapat tidak akurat dan dapat mempengaruhi perhitungan Q aktual karena rumus Q aktual adalah volume air dibagi waktu rata-rata. Dapat disebabkan juga karena ketidaktepatan dalam pembacaan ketinggian pada h A, h B, h E, dan h F, sehingga hasil perubahan ketinggian tidak akurat dan dapat mempengaruhi 11
perhitungan V B atau V F dan dapat juga mempengaruhi perhitungan Q teoritis yang didapat dari perkalian antara A dan V. Selain karena faktor pengamat, ketidakakuratan hasil perhitungan juga dapat disebabkan dari alat praktikum itu sendiri, seperti pipa dan selang yang kotor dapat menyebabkan terjadinya gesekan antara fluida dengan permukaan pipa atau selang. Dan juga banyaknya belokan di antara pipa-pipa dapat mempengaruhi laju aliran. VI. APLIKASI DI BIDANG TL 6.1 HYDRAULIC BENCH 1. Hydraulic Bench adalah alat yang digunakan untuk mengukur debit aliran yang biasanya dihubungkan langsung ke alat-alat fluida lainnya sepeti venturimeter, orifecemeter, rotameter, dan sebagainya. Alat ini adalah alat skala kecil yaitu digunakan di laboratorium. 2. Hydraulic Bench merupakan alat yang dapat membandingkan hasil perhitungan debit limbah di lapangan (Q aktual ) dengan debit limbah secara teoritis (Q teoritis ) pada pengamatan di laboratorium. 3. Hydraulic Bench dapat digunakan untuk mendesain alat ukur debit air di PDAM agar dapat diketahui debit maksimum dan minimumnya, sehingga kita juga mengetahui jumlah pasokan air yang digunakan oleh konsumen untuk memenuhi kebutuhan seharihari mereka. 6.2 VENTURIMETER Venturimeter dapat digunakan utnuk menentukan besarnya debit air yang didistribusikan kepada konsumen khususnya oleh PDAM dan juga dapat menghitung laju aliran air dalam sistem perpipaan 6.3 ORIFICEMETER Orificemeter dapat digunakan untuk mengukur aliran sungai dimana lokasi aliran sungai melewati gorong-gorong dan.mengontrol aliran banjir dalam sebuah struktur bendungan dengan sistem kerjanya adalah sebagai beikut: 12
1. Plat orifice disimpan di seberang sungai 2. Air akan mengalir melalui plat tersebut sebagai lubang yang cukup besar dari aliran normal cross 3. Jika banjir sedang naik, laju aliran banjir akan keluar dari plat dan kemudian hanya akan melewati aliran yang ditentukan oleh dimensi fisik lubang tersebut. 4. Arus akan muncul kembali pada bagian belakang bendungan yang rendah dalam reservoir sementara dan secara perlahan akan dibuang melalui mulut dari orificemeter tersebut ketika banjir sudah surut. VII. KESIMPULAN Dari analisis di atas, dapat disimpulkan bahwa: 1. Hydraulic Bench dapat mengukur debit aktual dengan sistem kesetimbangan yang massa debit air sama dengan tiga kali massa beban jika tuas berada pada posisi setimbang setelah diberi beban (M A = 3M B ) 2. Pada percobaan ini, kita menghitung suhu rata-ratanya. Dengan suhu ini kita dapat mengetahui massa jenis air dengan cara meregresikan data suhu dari 0 0 C -100 0 C (sebagai sumbu x) dan densitas dari masing-masing suhu (sebagasi sumbu y) sehingga muncul persamaan untuk mencari densitas dari suhu rata-rata. 3. Kita dapat menghitung debit aktual (Q aktual ) dengan membagi volume air dengan waktu rata-rata (Q aktual = Volume air / t rata-rata), dan volume air tersebut didapatkan dari hasil pembagian antara massa air dengan massa jenis air. (V air = M air / 4. Biasanya hasil perhitungan Q aktual lebih kecil dibandingkan Q teoritis (Q aktual < Q teoritis ) 5. Ketidakakuratan hasil perhitungan dapat disebabkan oleh ketidaktepatan penggunaan stopwatch dan pemberian beban oleh praktikan dan faktor dari alat itu sendiri seperti kotoran dalam pipa yang menyebabkan terjadinya gesekan antara fluida dengan pipa dan belokan pada pipa yang mempengaruhi laju aliran fluida. air) 13
VIII. DAFTAR PUSTAKA Giles, Ranald V. 1996. Seri Buku Schaum, Mekanika Fluida dan Hiraulika. Jakarta: Erlangga. http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20101024011746aapjaod 26 Oktober 2013. 20:30 http://instrumentationandcontrollers.blogspot.com/2011/01/how-to-measure-flow-using-orificemeter.html 26 Oktober 2013. 20:25 http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&docid=qh 9m9Uev5_6FuM&tbnid=zypBbKFd9Mja0M:&ved=&url=http%3A%2F%2Finstrumentationand controllers.blogspot.com%2f2011%2f01%2fhow-to-measure-flow-using-orificemeter.html&ei=nsdtuvshl8s0iqfon4cgag&bvm=bv.55123115,d.agc&psig=afqjcnezdjda 83yF5H0SWNkPwpOiR8UkXg&ust=1382971678413724 26 Oktober 2013. 20:35 http://www.scribd.com/doc/89575009/alat-ukur-debit-saluran-tertutup-baru 26 Oktober 2013. 21:45 Steerter, Victor L. & E. Benjamin Wylie. 1999. Mekanika Fluida Edisi Delapan Jilid I. Jakarta: Erlangga. 14