3.1 PENDAHULUAN 3.1 PENDAHULUAN
Venturimeter adalah alat untuk mengukur debit cairan yang melalui Venturimeter adalah alat untuk mengukur debit cairan yang melalui sebuah pipa. Alat ini terdiri dari tabung pendek yang menyempit ke suatu sebuah pipa. Alat ini terdiri dari tabung pendek yang menyempit ke suatu tenggorokan di tengah tabung ini. Fluida akan mengalir sepanjang pipa yang tenggorokan di tengah tabung ini. Fluida akan mengalir sepanjang pipa yang kemudian melalui bidang kontraksi pada tenggorokan, yang luas kemudian melalui bidang kontraksi pada tenggorokan, yang luas penampangnya
penampangnya lebih lebih kecil kecil dari dari luas luas pipanya. pipanya. Pengecilan Pengecilan luas luas penampangpenampang mengakibatkan penambahan kecepatan pada tenggorokan tersebut. mengakibatkan penambahan kecepatan pada tenggorokan tersebut. Peningkatan kecepatan juga mempengaruhi perubahan tekanan yang terjadi. Peningkatan kecepatan juga mempengaruhi perubahan tekanan yang terjadi. Hal, ini mengakibatkan kita dapat megukur preassure drop, sehingga debit Hal, ini mengakibatkan kita dapat megukur preassure drop, sehingga debit dapat dicari. Tekanan akan berbanding terbalik dengan kecepatan. dapat dicari. Tekanan akan berbanding terbalik dengan kecepatan. Peningkatan kecepatan akan berbanding lurus dengan penurunan kecepatan. Peningkatan kecepatan akan berbanding lurus dengan penurunan kecepatan. Pemasangan
Pemasangan manometer manometer bertujuan untuk dapat mengetahui perbedaan nilai bertujuan untuk dapat mengetahui perbedaan nilai
tekana pada ujung yang penampangnya besar dengan tekana yang berada tekana pada ujung yang penampangnya besar dengan tekana yang berada pada tenggorokan.
pada tenggorokan.
3.2 TUJUAN PERCOBAAN 3.2 TUJUAN PERCOBAAN
Percobaan ini memiliki tujuan, yaitu: Percobaan ini memiliki tujuan, yaitu:
1. Menunjukan pengaruh perubahan penampang terhadap tinggi garis 1. Menunjukan pengaruh perubahan penampang terhadap tinggi garis hidroulik pada masing-masing manometer.
hidroulik pada masing-masing manometer.
2. Menentukan koefisien pengaliran pada alat venturimeter yang digunakan. 2. Menentukan koefisien pengaliran pada alat venturimeter yang digunakan.
3.3 ALAT-ALAT PERCOBAAN 3.3 ALAT-ALAT PERCOBAAN
Pada percobaan ini menggunakan alat dibawah ini, yaitu : Pada percobaan ini menggunakan alat dibawah ini, yaitu : 1. Alat Venturimeter 1. Alat Venturimeter 2. Stopwatch 2. Stopwatch 3. Bangku Hidraulik 3. Bangku Hidraulik 4. Beban 4. Beban
Data alat :
1. Diameter dimanometer di A (Da) = 26mm
2. Diameter dimanometer di B (Db) = 16mm
3.4 TEORI DASAR DAN PENURUNAN RUMUS
Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut: - Melihat penampang a1 dan a2
- Penampang pada bagian upstream adalah a1, pada leher adalah a2 dan pada
bagian selanjutnya (n) a0. Head pada pembuluh piezometer ditandai dengan
h1, h2, hn. Diasumsikan bahwa tidak terjadi kehilangan energi sepanjang pipa
dan kecepatan serta head piezometrik (h) konstan sepanjang bidang tertentu. - Berdasarkan hukum Bernoulli (persamaan 6.1) dan hukum kontinuitas (persamaan 6.2) akan didapat persamaan untuk menghitung debit Q (persamaan 6.3) dengan koefisien pengaliran pada alat venturimeter adalah c.
Persamaan Bernoulli :
(persamaan 6.1)
Persamaan Kontinuitas :
(persamaan 6.2)
Persamaan debit pada venturimeter :
(persamaan 6.3)
Penurunan rumus Bernoulli
Menurut Bernuolli energi aliran terdiri dari tiga macam komponen, yaitu : 1. Energi tekan : yaitu sejumlah energi yang diperlukan oleh elemen fluida untuk bergerak dengan jarak tempuh tertentu.
Ep = p . A . d Di mana :
p = tekanan dalam fluida
A = luas cross-section dalam pipa d = jarak A . d = volume elemen = γ W Sehingga : Ep = Di mana : W = berat fluida
= berat volume fluida
1. Energi potensial : yaitu bergantung dari elevasi elemen fluida ( z ) Ez = W . z
2. Energi kinetis : yaitu bergantung dari kecepatan fluida ( v ) Ek = 2 1 m. v2 = g W . 2 . V 2 Di mana : m = massa fluida g = percepatan gravitasi
Jadi, besar energi total yang dimiliki oleh fluida yang mengalir adalah : E = p. γ W + W. z + g W . 2 . V 2
Tinggi energi adalah total energi aliran yang dinyatakan dengan satuan tinggi (m) yang didapat dari energi total dibagi berat W, yaitu :
W E = γ p + z + g v . 2 2 dengan W E = H = konstan sehingga didapat : γ 1 p + z1 + g v . 2 2 1 = γ 2 p + z2 + g v . 2 2 2
Penurunan rumus debit :
Debit diperoleh dari persamaan bangku hidrolik. Persamaan debit dari bangku hidrolik (Qaktual). Persamaan kontinuitas: = Q v.A Q = t s A Q = t V (m3/s) v = kecepatan (m/s) A = luas ( m2) S = jarak (m) V = volume m3
Nilai besar berat air. 1/4L A 3/4L
∑
MA = 0-Wair + (3×W beban) = 0
Beban Air
Wair = 3 × W beban
( keadaan setimbang )
massa jenis air ( ρ air ) = 1000 kg/m3 dan V = W/ ρ , maka kita dapat
menurunkan persamaan di atas sebagai debit air sebagai sebagai berikut:
) s / m ( t 10 W t ρ W
Qair air = 3air 3 ×
=
Jadi kita bisa mendapatkan rumus untuk nilai debit air dengan prinsip bangku hidrolik adalah ) / ( 10 3 10 3 3 3 m s t W t W Q air beban air × = = Persamaan Bernoulli : Z1 + g P . 1 ρ + g V . 2 2 1 = Z2 + g P ρ 2 + g V . 2 2 2 = Zn + g Pn . ρ + g V n . 2 2 (6.1) Persamaan kontinuitas : Q = A1.V1 = A2.V2 (6.2) V1 = 1 2 2. A V A
Masukan persamaan kontinuitas ke dalam persamaan Bernaulli Z1 + g P . 1 ρ + g A V A . 2 2 1 2 2 2 2 = Z 2 + g P . 2 ρ + g V . 2 2 2 g P . 1 ρ -g P . 2 ρ + Z1- Z2 = g V . 2 2 2 -g A V A . 2 . 2 1 2 2 2 2 g P P . 2 1 ρ
−
+ Z1- Z2 = g V . 2 2 1
−
1 2 2 2 1 A A V2 = 2 1 2 2 1 2 1 1 . . 2
−
−
+
−
A A Z Z g P P g ρQ = A2.V2 Q = A2 2 1 2 2 1 2 1 1 . . 2
−
−
+
−
A A Z Z g P P g ρc adalah perbandingan antara debit aktual (pengukuran bangku hidrolik) dan debit yang diukur melalui perbedaan tinggi tekan (pressure drop).
Qaktual= C.Qideal Qaktual= C. A2 2 1 2 2 1 2 1 1 . . 2
−
−
+
−
A A Z Z g P P g ρ Dimana h1-h2(∆h) = g P P . 2 1 ρ−
dan ∆Z = 0 Sehingga Qaktual= C. A2 2 1 2 2 1 2 1 1 . . 2
−
−
+
−
A A Z Z g P P g ρ Q = C. A2 2 1 2 2 1 1 ) ( . 2
−
−
A A h h g C =
−
−
1 2 2 1 2 1 ) ( 2 A A h h g A QUntuk venturimeter ideal nilai C sebesar 1.
3.5 PROSEDUR PERCOBAAN
1. Mengkalibrasi skala manometer dengan cara membuka kran kontrol aliran dan kran suplai air beberapa saat lalu ditutup perlahan-lahan sehingga terjadi peningkatan tekanan yang menyebabkan air mengalir melalui pembuluh
manometer sampai skala seluruh pembuluh manometer menunjukkan nilai yang sama. Apabila belum mecapai muka air yang sama, maka dibantu dengan katup udara.
2. Debit dialirkan pada bukaan yang menghasilkan perbedaan maksimum antara h1 dan h2 (h1=tinggi skala manometer di titik A, h2= tinggi skala
manometer di titik D).
3. Mengukur debit berdasarkan prinsip bangku hidraulik.
4. Membaca skala manometer untuk masing-masing pembuluh (dalam mm). 5. Percobaan diulang sampai tujuh kali.
3.6 CONTOH PERHITUNGAN
Debit aktual dari percobaan no 1 adalah
Q = = = 4.4.10-4 m3//dtk
Koefisien pengaliran menjadi c =
dengan d 1= 26 mm → A1= ¼ π d12 = 530,66 mm2 = 5,3066.10-4 m2
d 2= 16 mm → A2 = ¼ π d22= 200,96 mm2 = 2,0096.10-4m2
∆h = 0,147- 0,078 = 0,069
Koefisien pengaliran pada percobaan no 1 adalah
Laporan Praktikum Mekanika Fluida dan Hidraulika Page 95 3.7 TABEL DATA
No. Percobaan Ketinggian Air pada Tabung (mm) t (s) W (kg) Q (m3/s) A (h1) B C D (h2) E F G H J K L 1 235 218 140 8 39 107 141 166 182 193 198 17.21 2.5 0.000435793 2 221 206 137 18 32 101 133 156 172 182 186 17.55 2.5 0.00042735 3 180 168 113 20 34 87 110 128 140 148 153 19.72 2.5 0.000380325 4 146 139 97 22 36 79 97 110 118 124 126 24.07 2.5 0.000311591 5 130 125 97 50 55 83 95 104 109 112 115 29.58 2.5 0.00025355 6 102 96 71 28 32 59 70 77 82 85 87 34.39 2.5 0.000218087 7 83 80 60 22 28 49 58 64 67 69 71 35.28 2.5 0.000212585 No Berat Air W (kg) Q (cm3/s) h1 (cm) h2 (cm) h1-h2 (cm) g (cm/s 2 ) R 1 (cm) A1 (cm2) R 2 (cm) A2 (cm2) c 1 2.5 435.7931435 23.5 0.8 22.7 981 1.3 5.309291585 0.8 2.010619299 0.950547933 2 2.5 427.3504274 22.1 1.8 20.3 981 1.3 5.309291585 0.8 2.010619299 0.985695289 3 2.5 380.3245436 18 2 16 981 1.3 5.309291585 0.8 2.010619299 0.988100044 4 2.5 311.5911924 14.6 2.2 12.4 981 1.3 5.309291585 0.8 2.010619299 0.919561728 5 2.5 253.5496957 13 5 8 981 1.3 5.309291585 0.8 2.010619299 0.931589655 6 2.5 218.0866531 10.2 2.8 7.4 981 1.3 5.309291585 0.8 2.010619299 0.833143451 7 2.5 212.585034 8.3 2.2 6.1 981 1.3 5.309291585 0.8 2.010619299 0.894487604
Tabel 3.1 Data Piezometer
3.8 GRAFIK DAN ANALISA
Grafik ini menunjukan ketinggian muka air pada tujuh tabung yang terdapat dalam venturimeter. Titik-titik yang terdapat dalam grafik merupakan ketinggian permukaan air dalam tabung venturimeter yang dihubungkan oleh suatu garis untuk nilai debit yang sama. Debit yang besar memiliki selisih ketinggian permukaan air (∆h) yang besar. Dalam hal ini selisih ketinggian permukaan air yang besar diperoleh dari selisih tabung A (tabung nomor 1) dan tabung D (tabung nomor 4).
Gambar 3.2 Grafik Data Piezometer
Dari grafik terlihat bahwa nilai C mendekati nilai konstan untuk beberapa harga debit. Hal tersebut menunjukan bahwa nilai debit aktual yang dihitung dari bangku hidrolik sebanding dengan debit ideal yang dihitung dari beda tinggi tekan (∆h). Nilai C rata-rata dari percobaan sebesar 0,8945. Nilai
C yang diperoleh sedikit berbeda dari nilai koefisien venturimeter yang tertera pada alat yaitu sebesar 0,94. (venturimeter ideal memiliki nilai koefisien 1, debit aktual memiliki nilai yang sama dengan debit ideal). Hal tersebut dapat terjadi karena beberapa faktor. Seperti kekurangtelitian dalam pembacaan nilai-nilai yang tertera pada alat, dan dalam setiap melakukan melakukan percobaan tdak ada interval waktu yang cukup ketika akan melakukan percobaan selanjutnya.
3.9 KESIMPULAN DAN SARAN 3.9.1 Kesimpulan
1. Penampang piezometer mempengaruhi tinggi garis hidrolik pada piezometer tersebut, semakin besar luas penampang maka semakin
tinggi garis hidroliknya.
2. Koefisien pengaliran venturimeter berdasarkan percobaan sebesar 0,8945 (rata-rata dari titik-titik yang berdekatan pada grafik debit vs koefisien)
3.9.2 Saran
Bangku Hidroulik harusnya diberi takaran yang tepat supaya mempermudah menentukan debit yang dihasilkan. Bangku hidroulik diberi tanda volume supaya dapat mengetahui volume awal dan volume akhir.
3.10 REFERENSI
