RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR LAJU
ALIRAN FLUIDA (PIPA VENTURIMETER)
Nur Fajri Romadhon
1, Adsonda
2, dan Dandan Luhur Saraswati
3Pendidikan Fisika Universitas Indraprasta PGRI
Jalan Nangka No. 58 C, Tanjung Barat, Jagakarsa, Kota Jakarta Selatan, DKI Jakarta 12530
nfrom.fajri@gmail.com
Abstrak
Mempelajari ilmu fisika dapat dilakukan melalui dua pendekatan yaitu analitis dan pembuktian melalui eksperimen. Pendekatan secara analitis pada umumnya diberikan pada saat pembelajaran di kelas, kemudian untuk mempertajam pemahaman konsep dapat dilakukan eksperimen. Laboratorium Fisika Universitas Indraprasta PGRI belum memiliki alat untuk eksperimen yang berkaitan dengan pengukuran laju aliran fluida. Berdasarkan hal tersebut, penelitian ini bertujuan untuk merancang alat untuk mengukur laju aliran fluida, yaitu pipa venturimeter. Teknik pengambilan data menggunakan metode eksperimen. Observasi cara kerja alat dilakukan berdasarkan kerja dari instalasi venturimeter yang telah dibuat. Hasil analisis data eksperimen laju aliran air adalah sebesar 𝑣 = (67,35 ± 1,50) cm s⁄ sehingga venturimeter yang dibuat dalam penelitian ini dapat dinyatakan layak untuk digunakan sebagai alat mengukur laju aliran fluida.
Kata kunci: Pipa venturimeter, laju aliran, fluida
Abstract
Physics can be studied through two approaches, analytical approach and experimental approach. Analytical approach is generally given when students learn concepts in the classroom, then to sharpen the understanding of those concepts, they do some experiments. Physics
Laboratory of the University of PGRI Indraprastahaven’t tools for experiments related to the
measuring of fluid flow rate yet. Based on this, the research aims to design a tool measure the fluid flow rate, i.e. Venturimeter.
Equipment and installation materials in this research is venturi pipes made of glass, water pump, water tank, U pipe, hose water, buffer board, tanks, meters, thermometers, fluid and mercury. The method to collect data is experimental methods. Those are collected from the fluid flow which is the observed parameter. The data obtained from the altitude difference which is indicated by mercury in the U-pipe. Data analysis is performed based on the work of a research facility that has been made.
Calculation of average and error rate of water flow is equal to V̅ = (67,35 ± 1,50) cm s⁄ so venturimeter made in this study can be declared eligible to be used as a tool to measure the fluid flow rate.
PENDAHULUAN
Fisika merupakan bagian dari sains yang menjelaskan segala sesuatu tentang gejala-gejala alam yang terjadi. Fisika diajarkan pada peserta didik mulai dari tingkat dasar sampai tingkat perguruan tinggi karena fisika memiliki manfaat untuk kehidupan manusia sehari-hari.Menurut Ayubi (2015: 1), mempelajari ilmu fisika dapat dilakukan melalui dua pendekatan yaitu analitis dan pembuktian melalui eksperimen.
Pendekatan secara analitis pada umumnya diberikan pada saat pembelajaran di kelas, kemudian untuk mempertajam pemahaman konsep dapat dilakukan eksperimen. Dengan eksperimen peserta didik tidak hanya memahami ilmu fisika secara teoritis namun juga mengetahui dan mengamati fenomena fisis yang terjadi serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Pada penelitian-penelitian sebelumnya telah banyak penelitian yang merancang alat untuk mengukur laju aliran fluida dan kebanyakan pipa venturi yang dirancang menggunakan pipa PVC yang
memungkinkan timbulnya rembesan-rembesan air pada sistem venturimeter, misalnya penelitian Saputri (2009: 41) dan penelitian Ayubi (2015: 4).Pada penelitian Saputri (2009: 41),perancangan venturimeter terdiri atas pipa yang memiliki luas penampang berbeda, masing-masing memiliki tabung di bagian atas pipa untuk mengetahui tekanan pipa.Laju aliran didapatkan melalui venturimeter yang diperoleh dari selisih ketinggian yang menunjukkan tekanan yang dialami pada masing-masing pipa. Selain itu, penelitian Ayubi (2015: 1) juga merancang alat pengukuran kecepatan dan debitair yang mengalir dalam pipa rancangan yang berfungsi sebagai venturimeter dan sensor aliran air.
Laboratorium Fisika Universitas Indraprasta PGRI belum memiliki alat untuk eksperimen yang berkaitan dengan
pengukuran laju aliran fluida.Berdasarkan latar belakang bahwa Jurusan Pendidikan Fisika Universitas Indraprasta PGRI belum memiliki alat untuk mengukur kelajuan fluida, peneliti termotivasi untuk
mengembangkan dan menerapkan system pengukuran kelajuan fluida, maka penelitian ini mengambil topik mengenai rancang bangun pengukuran kelajuan fluida.
Menurut Ayubi (2015: 2) venturimeter merupakan sebuah pipa yang mengalami penyempitan, aliran air akan semakin cepat jika melewati luas penampang yang kecil dibandingkan dengan luas penampang yang besar, tekanan lebih besar saat melewati luas penampang yanglebih besar dan tekanan lebih kecil jika melewati luas penampang yang lebih kecil.
Menurut Tipler (1998: 405) pada pipa horizontal, kedua bagian pipa berada pada ketinggian yang sama, yaituh1=h2=h, maka
jika sistem ini diaplikasikan pada persamaan Bernoulli,
p1− p2=12 ρ(V22− V12)(1)
Selisih p1− p2 merupakan sama dengan tekanan hidrostatis zat cair setinggi h. Dengan demikian diperoleh,
p1− p2= ρgh (2)
Persamaan pada tekanan hidrostatis pada Hukum Bernoulli yang memiliki ketinggian yang sama sehingga,
ρgh =12 ρ(V22− V12) (3)
Berdasarkan persamaaan kontunuitas,
A1. V1= A2. V2 diperoleh V2=A1.V1A2
V1= √ 2ρ ′gh
ρ (A21
A22− 1)
(4)
Laju aliran fluida pada titik kesatu dapat diperoleh dengan persamaan tersebut dengan g adalah besarnya percepatan gravitasi, h adalah perbedaan ketinggian pada pipa vertikal, A1 adalah luas pipa penampang besar, dan
A2 luas pipa penampang kecil.
METODE
Penelitian ini membahas mengenai rancang bangun venturimeter sebagai alat pengukur aliran kelajuan fluida. Sistematika yang dirancang menggunakan
venturimeterdenganluas penampang berbedayangbertujuanmengetahuitekanan pada masing-masing luas penampang yang memiliki perbedaan ketinggian.
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian (Sumber: Dokumen pribadi)
Selisih ketinggian
(∆h)
Data Percobaan
START
STOP
Hitung Diameter Pipa Venturi
Data Ketinggian Pipa ke-1
Data Ketinggian Pipa ke-2 Mengukur Suhu
Air Aliran Air
Mekanisme sistem yang diliputi adalah aliran fluida dinamis, pengukuran, dan perhitungan. Aliran air yang ditimbulkan adalah langkah awal pengambilan data,selisih ketinggian diamati dan teknik perhitungan dilakukan setelah air melewati pipa venturimeter.
Alat dan bahan instalasi dalam penelitian ini yaitu pipa venturi yang terbuat dari kaca, pompa air, tangki air, pipa U, selang air, papan penyangga, tangki penampung, meteran, termometer, fluida dan air raksa.
Gambar 3. Desain Instalasi Penelitian (Sumber: Dokumen Pribadi)
Teknik pengambilan data menggunakan metode eksperimen, pengambilan data dari parameter yang akan
diamatiyaitualiranfluida.Data diperoleh dari perbedaan ketinggian yang ditunjukkan oleh air raksa pada pipa U.
Berikut langkah percobaan venturimeter hasil rancangan.
1. Merangkai alat instalasi seperti pada gambar 3.
2. Mengukur diameter besar dan kecil pipa venturi sebanyak lima kali.
3. Dibutuhkan minimal 3 orang praktikan, dengan tugas: 1 orang operator pompa dan bertugas memperhatikan ketinggian
air pada tangki, 1 orang memperhatikan indikator ketinggian raksa pada pipa U, dan 1 orang mencatat data.
4. Menyalakan pompa sehingga tangki terisi dan air mengalir pada pipa venturi dan masuk pada pipa U.
5. Perhatikan pipaventuri, jika aliran air telah laminer maka pengambilan data dapat dilakukan.
6. Mengukur suhu air pada tangki.
7. Mencari nilai h sebanyak 10 kali pengukuran.
8. Menghitung nilai laju aliran fluida berdasarkan persamaan 4.
Analisis data eksperimen dilakukan berdasarkan kerja dari instalasi penelitian yang telah dibuat. Pengujian-pengujian tersebut meliputi pengujian untuk mengukur diameter pipa venturi dan pengujian untuk mengukur laju aliran fluida setelah air melewati pipa venturi berdasarkan perbedaan ketinggian pada masing-masing penampang.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Percobaan ini dilakukan dalam sistem tertutup di dalam pipa venturi yang terbuat dari kaca dengan ketebalan (0,04 0,003)cm.
Pada penelitian ini dilakukan dengan mengukur diameter pipa venturi terlebih dahulu, kemudian air dialirkan pada venturimeter dengan tujuan menghitung laju air pada luas penampang yang berbeda.
Hasil pengukuran diameter pipa venturi didapatkan berdasarkan pengukuran berulang sebanyak lima kali untuk diameter besar dan diameter kecil.
Data pengukuran untuk diameter pipa venturi dapat dilihat pada tabel 1.
No. d1tabung besar
Nilai laju aliran didapatkan pada hasil pengukuran laju air rata-rata dengan menggunakan persamaan (4). Berdasarkan perbedaan tekanan luas penampang A1
dengan luas penampang A2 dengan indikator
ketinggian (h1 dan h2)yang ditunjukkan oleh air raksa pada pipa U pada suhu 26℃ dan ketinggian (H), dapat diamati pada tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengukuran Ketinggian Air Raksa
Pengambilan data untuk mengukur diameter pipa venturi dilakukan sebanyak lima kali pada diameter besar dan diameter kecil. Analisis data percobaan dengan menghitungnilaireratadanralatdarid1, d2, A1, dan A2.Olehkarena diameter yang
diukurdalampercobaanadalahbagianluar, makaharusdikonversidenganrumusd = di −
2t.
Sehingga didapatkan nilai akhir untuk diameter dalam pipa venture bagian besar dan kecil masing-masing adalah d1= (0,91 ± merupakan selisih dari ketinggian pada pipa U yang berisi air raksah = (h2− h1). Nilai akhir dari selisih ketinggian pada pipa U pada venturimeter adalah h = (4,15 ± 0,001) cm dan massa jenis air yang mengalir dalam pipa venture adalah ρair= (1,00 ± 0,00) g cm⁄ 3.
Berdasarkan percobaan pada pipa venturi, tekanan tinggi terjadi pada diameter yang besar sedangkan tekanan rendah terjadi pada diameter yang kecil. Hal ini sesuai dengan percobaan yang dilakukan oleh Saputri (2009: 41) dan Sudibyo (2010: 48) Pengujian sistem pada venturimeter ini hanya menggunakan air. Pengujian sistem dilakukan untuk mengetahui apakah alat yang dibuat berjalan dengan baik atau tidak. Analisis data nilai laju aliran didapatkan pada hasil pengukuran laju air rata-rata dengan menggunakan persamaan (4).
Dengan menggunakan data laju aliran fluida, menghitung rerata dan ralat kelajuan fluida dengan percepatan gravitasi g =
980 cm s⁄ 2sehingga didapatkan nilai akhir
yaitu laju aliran sebesar V̅ = (67,35 ±
1,50) cm s.⁄ Berdasarkan perhitungan nilai rerata dan ralat kelajuan fluida tersebut, dengan demikianventurimeter yang dibuat dalam penelitian ini dapat dinyatakan layak digunakan untuk mengukur laju aliran fluida.
Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan analisis, maka dapat disimpulkan bahwa laju aliran air sebesar V̅ = (67,35 ± 1,50)sehingga alat venturimeter yang dibuat dalam penelitian ini dapat dinyatakan layak digunakan dalam mengukur laju aliran fluida.
Pada penelitian selanjutnya dapat dilakukan variasi ketinggian pada tangki air ataupun jenis fluida yang digunakan. Selain itu, dapat dilakukan pengukuran laju aliran fluida menggunakan sensor untuk
mempermudah perhitungan ataupun sebagai perbandingan antara perhitungan manual dan digital.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih peneliti sampaikan kepada pimpinan Universitas Indraprasta PGRI yang telah memberikan dukungan peneliti, juga kepada dosen pembimbing Ibu Dandan Luhur Saraswati, M.Pd.Si yang telah membantu sehingga penelitian ini dapat terselesaikan.
DAFTAR PUSTAKA
Ayubi, Muchammad Sholachuddin Al, dkk. 2015. Perancangan dan Penerapan Aparatus Pengukuran Debit Air dengan Menggunakan Venturimeter dan Water Flow Sensor. Jurnal Inovasi Fisika Indonesia Vol. 04 No. 02 Thn 2015: 21-26.
Badrawada, I Gusti Gde. 2008. Koefisien Rugi-Rugi Sudden Expantion pada
Aliran Fluida Cair. IST AKPRIND
Yogyakarta, Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008.
Dunn, Megan F, W.Roy Panney and Edgar C. Clausen. 2011. Bernoulli Balance Experiments Using a Venturi. Proceedings of the 2011 Midwest Section Conference of The American Society for Engineering Education. Ferdinan, Andri dan Herri Susanto. 2010.
Kajian Eksperimental Kinerja Kolom Venturi dan Kolom Sembur untuk Penyisihan Toluen sebagai Tar dari
Aliran Gas Produser. Seminar Rekayasa
Kimia dan Proses Agustus 2010. Kala, Abhishek, S.K Mittal, M.K.
Choudhary. 2015. Characteristics of
Flow Meters with Sediment Laden Flow–
A Review. International Journal of Engineering Research Vol No. 4 Issue No. 5 pp. 240-243.
Lasmi, Ni Ketut, dkk. 2015. Pengukuran Perbedaan Tekanan dan Laju Aliran Biogas pada Pipa Venturi Menggunakan Generator Berbahan Bakar Biogas untuk Menghasilkan Energi Listrik. Piding Simposium Nasional Inovasi dan Pembelajaran Sains 2015 (SNIPS 2015). Muchsin. 2013. Kerugian-Kerugian pada
Pipa Lurus dengan Variasi Debir Aliran. Jurnal Mekanikal Vol. 04 No. 02 Juli 2013: 386-392
Ramadhan, Yosi, dkk. 2014. Pengembangan Media Pembelajaran Pengukuran Rugi Aliran Fluida Cair dalam Pipa Venturi untuk Menunjang Perkuliahan Mekanika Fluida. Journal of Mechanical
Engineering Learning, Vol. 3 No. 2 Juli 2014.
Saputri, Septriani Dwie. 2009. Rancang Bangun Venturimeter Berbasis Mikrokontroler. Skripsi. Universitas Indonesia.
Sudibyo, Agus.2010. Pengaruh Diameter Pipa Venturi terhadap Tekanan pada Mesin Vacuum Frying. Skripsi. Universitas Gajayana.
Tamhankar, Nikhil. 2014. Exsperimental and CFD Analysis of Flow Through Venturimeter to Determine The Coefficient of Discharge. International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology (IJLTET) Vol. 3 Issue 4 March 2014 pp. 194-200.