LAPORAN PRAKTIKUM

HIRDROLIKA I – IL2101

MODUL III

ALAT UKUR DEBIT SALURAN TERTUTUP

NamaPraktikan : Panji Arya Yudha

NIM : 15714014

Kelompok/Shift : B/12.30-14.00

Tanggal Praktikum : 28 Oktober 2015

Tanggal Pengumpulan : 11 November 2015

PJ Modul : Fiana Fauzia Ratih Wulansari

Asisten yang Bertugas : Gilang TrisnaGenniya H N S

PROGRAM STUDI REKAYASA INFRASTRUKTUR LINGKUNGANFAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG2015

I. TUJUAN

1. Menentukan debit teoritis (Qteoritis ) dari Venturimeter dan Orificemeter2. Menentukan nilai koefisien discharge ( Cd ) dari Venturimeter dan Orificemeter

II. PRINSIP DASAR

Prinsip dasar praktikum alat ukur debit saluran tertutup adalah mengukur

temperatur awal fluida sebelum percobaan 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

percobaan pada masing-masing debit. Pada setiap percobaan dalam setiap variasi

debit, kita harus mengukur ketinggian air pada Venturimeter (ha dan hb) serta

ketinggian air pada Orificemeter (he dan hf). Dan setelah percobaan selesai, ukur

kembali temperatur air pada Hydraulic Bench.

III. TEORI DASAR

(Gambar 1. Alat ukur Venturimeter, Orificemeter, Manometer dan Rotameter)

(Gambar 2. Alat ukur Venturimeter, Orificemeter dan Rotameter)

I.1 Venturimeter

(Gambar 3. Alat ukur Venturimeter)

Persamaan dasar yang digunakan pada venturimeter adalah persamaan

Bernoulli. Misalkan kecepatan rata-rata awal adalah V1 dan kecepatan rata-rata akhir

adalah V2, serta densitas fluida adalah ρ, maka:

Di bawah ini merupakan persamaan kontinuitas:

Dan dari persamaan Bernaulli adalah

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

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:

I.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.

(Gambar 4. Alat ukur Orificemeter)

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

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. A2

dinyatakan dengan A2 = C x A0, 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

A. Data Awal

Temperatur awal : 25 oC

Temperatur akhir : 26 oC

Temperatur Rata-rata : 25,5 oC

Diameter pipa : 1. Venturimeter: da = 26 mm, db = 16 mm

2. Orificemeter: de = 51 mm, df = 20 mm

Massa beban : 2,5 kg

Berdasarkan tabel pada buku Hidrolika I Schaum Serres, diperoleh data yang

menghubungkan massa jenis terhadap suhu dan juga kekentalan kinematis terhadap suhu,

yaitu

SuhuMassa Jenis Kekentalan

Kinematik

(...x10-3 Pa.s)

4.4 1000 1.796

10 1000 1.550

15.6 999 1.311

21.1 998 1.130

26.7 997 0.997

32.2 995 0.862

(Tabel 1. Data besarnya massa jenis dalam beberapa titik suhu)

Setelah diplotkan ke grafik, diperoleh :

( Grafik 1. Grafik Hubungan antara Massa Jenis terhadap Suhu )

Dari grafik suhu air terhadap ρ air tersebut, didapat persamaan linear garis

y = -0,179x + 1001.

Dimana faktor x adalah suhu yang merupakan faktor pengubah dari massa jenis.

Sebab itu, ρ air pada suhu rata-rata 25,5˚C adalah

Massa Jenis = -0,179 (25,5) + 1001

= 996,435 kg/m3.

1. Venturimeter

Variasi ha (m) hb (m) hab (m) t (s)1. 0.245 0.290 0.45 37.57

0.240 0.310 0.70 27.480.240 0.310 0.70 29.35

2. 0.230 0.330 0.100 250.180 0.300 0.120 21.950.180 0.300 0.120 21.56

3. 0.170 0.325 0.155 19.480.170 0.320 0.150 19.350.170 0.315 0.145 20.5

4. 0.168 0.330 0.162 18.360.170 0.315 0.145 18.910.170 0.335 0.165 19.08

5. 0.165 0.340 0.175 18.28166 345 179 17.71168 345 177 18.61

( Tabel 2. Data yang diperoleh dari hasil percobaan Venturimeter )

2. Orificemeter

Variasi he (m) hf (m) hef (m) t (s)1. 0.29 0.23 0.06 37.57

0.315 0.21 0.105 27.480.32 0.215 0.105 29.35

2. 0.34 0.2 0.14 250.315 0.14 0.175 21.950.315 0.14 0.175 21.56

3. 0.34 0.12 0.22 19.480.34 0.125 0.215 19.350.34 0.123 0.217 20.5

4. 0.347 0.11 0.237 18.360.35 0.12 0.23 18.91

0.355 0.118 0.237 19.085. 0.36 0.11 0.25 18.28

0.365 0.11 0.255 17.710.365 0.11 0.255 18.61

( Tabel 3. Data yang diperoleh dari hasil percobaan Orificemeter )

B. Pengolahan Data

1. Venturimeter

Perhitungan debit aktual (Qaktual)

→

Volume air

Perhitungan kecepatan aliran air (vB)

Dimana, g = 9,8 m/s2

Maka, rumusnya menjadi:

Dengan luas penampang pipa :

a.

b.

Perhitungan debit teoritis (Qteoritis)

Dari tahap-tahap perhitungan diatas didapat hasil perhitungan pada

tabel dibawah ini.:

t Rata-Rata (s) Massa air (kg) Massa Jenis air (kg/m3)

Volume air (m3)

31.4666667 7.5 996.435 0.007526833

22.8366667 7.5 996.435 0.007526833

19.7766667 7.5 996.435 0.007526833

18.7833333 7.5 996.435 0.007526833

18.2 7.5 996.435 0.007526833

( Tabel 4. Data yang diperoleh dari hasil perhitungan pada Venturimeter )

Qaktual (m3/s) hab Rata-rata (m)

Vb (m/s) Qteoritis (m3/s)

0.0002392 0.061666667 1.769500453 0.000355599

0.000329594 0.113333333 0.807575442 0.00016229

0.000380592 0.15 1.068849849 0.000214796

0.000400719 0.157333333 1.121104731 0.000225297

0.000413562 0.177 1.261242822 0.000253459

( Tabel 5. Data yang diperoleh dari hasil perhitungan pada Venturimeter )

2. Orificemeter

Perhitungan debit aktual (Qaktual)

Qaktual orificemeter = Qaktual venturimeter, karena volume dan waktu

rata-rata venturimeter sama dengan volume dan waktu rata-rata di

orificemeter.

→

Volume air

Perhitungan kecepatan aliran air (VF)

Dimana, g = 9,8 m/s2

Maka, rumusnya menjadi:

Dengan luas penampang pipa :

a.

b.

Perhitungan debit teoritis (Qteoritis)

Dari tahap-tahap perhitungan diatas didapat hasil perhitungan pada

tabel dibawah ini.:

t Rata-rata (s) Massa air (kg) Massa Jenis air (kg/m3)

Volume air (m3)

31.4666667 7.5 996.435 0.007526833

22.8366667 7.5 996.435 0.007526833

19.7766667 7.5 996.435 0.007526833

18.7833333 7.5 996.435 0.007526833

18.2 7.5 996.435 0.007526833

( Tabel 6. Data yang diperoleh dari hasil perhitungan pada Orificemeter )

Qaktual (m3/s) hef Rata-rata (m)

Vf (m/s) Qteoritis (m3/s)

0.0002392 0.09 0.241373306 7.57912E-05

0.000329594 0.163333333 0.325166201 0.000102102

0.000380592 0.217333333 0.375086259 0.000117777

0.000400719 0.234666667 0.389756787 0.000122384

0.000413562 0.253333333 0.404961889 0.000127158

( Tabel 7. Data yang diperoleh dari hasil perhitungan pada Orificemeter )

V. ANALISIS

Dalam menghitung Qaktual 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 kg yang didapat dari perbandingan LA : LB = 3 :

1, dan LA : LB = MA : MB, maka MA=3MB dengan MB=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. Semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk

terjadinya keseimbangan pada hydraulic bench menunjukkan debit fluida yang keluar

semakin kecil begitu sebaliknya semakin cepat waktu yang dibutuhkan hydraulic

bench mencapai keseimbangannya maka semakin besar atau kencang debit yang keluar.

Dari data yang telah diperoleh dari hasil pengamatan dan juga perhitungan pada

Venturimeter dan Orificemeter, terdapat beberapa variabel yang dapat dianalisis

hubungannya. Di antaranya yaitu hubungan antara Qaktual terhadap Qteoritis dan hubungan

antara Qaktual terhadap hab dan hef.

1. Pada Venturimeter

a. Hubungan antara Qaktual terhadap Qteoritis

( Grafik 2. Grafik Hubungan antara Qaktual terhadap Qteoritis pada Venturimeter )

Dari kurva di atas didapatkan nilai koefisien discharge pada venturimeter, yaitu:

= 0.7557

b. Hubungan antara Qaktual terhadap hab

( Grafik 3. Grafik Hubungan antara Qaktual terhadap hab pada Venturimeter )

2. Pada Orificemeter

1. Hubungan antara Qaktual terhadap Qteoritis

( Grafik 4. Grafik Hubungan antara Qaktual terhadap Qteoritis pada Orificemeter )

Dari kurva di atas didapatkan nilai koefisien discharge pada orificemeter, yaitu:

= 0.3086

2. Hubungan antara Qaktual terhadap hef

( Grafik 5. Grafik Hubungan antara Qaktual terhadap hef pada Orificemeter )

Grafik Qaktual terhadap Δh pada venturimeter dan orificemeter mengalami peningkatan,

karena perbedaan ketinggian berbanding lurus dengan debitnya. Peningkatan juga terjadi

pada grafik Qaktual terhadap Qteoritis karena sesuai dengan persamaan:

Sehingga, Qteoritis = AB/F x VB/F

Untuk aliran yang melewati orificemeter, nilai dari Cd tergantung pada bilangan

Reynolds (Re) dan rasio diameter orifice dan diameter dalam dari pipa (β).

Bilangan Reynolds (Re) dirumuskan sebagai berikut,

Nilai Cd dapat diperoleh dengan persamaan,

Persamaan tersebut dapat digambarkan dalam bentuk grafik berikut :

(Gambar 5. Diagram Coefficient of Discharge (Cd))

Sumber : https://febrisetianto.files.wordpress.com/2011/02/laporan-perancangan.docx

koefisien discharge pada orifice meter dibuka pada tanggal 10 November 2015

Diketahui bahwa rasio diameter

Dari hasil di atas dapat dilihat bahwa hasil Qhitung pada venturimeter mendekati nilai

Qaktual nya, namun hasil Qhitung pada orificemeter tidak terlalu mendekati nilai nilai Qaktual nya

.Jika dibandingkan dengan diagram Cd Orifice literatur diatas nilai koefisiensi discharge alat

ukur orifice maupun venturimeter mendekati nilai Cd = 0.65 ,sedangkan nilai yang penulis

dapatkan dalam percobaannya yaitu 0.7557 untuk Venturimeter dan 0.3086 untuk

Orificemeter. Ini menandakan venturimeter mendekati nilai literatur, hal ini berbeda dengan

Orificemeter yang jauh dari nilai literatur diatas, Dapat dikatakan venturimeter lebih

mendekati akurat. Faktor perbedaan nilai koefisien discharge pada setiap alat ukur dapat

dipengaruhi oleh karakteristik alat tersebut terhadap jenis fluida yang dilaluinya, hal ini dapat

dilihat dari dimensi alat ukur yang berbeda seperti jarak antar diameter pipa besar yang

menyempit ke pipa kecil. Pada Venturimeter jarak antar pipa tersebut konstan menyempit

mengikuti diameter pipa kecil berbeda dengan Orificemeter yang tidak ada jarak sama sekali

antar perubahan diameter pipa hal ini dapat berpengaruh terhadap kecepatan fluida saat

melalui alat ukur dan nilai bilangan Reynolds semakin tinggi bilangan Reynolds maka nilai

Cd semakin kecil dalam hal ini akan menetukan pula nilai entrance losses

Debit perhitungan pada venturimeter dan orificemeter berbeda dengan Qaktual. Hal ini

dikarenakan, pada alat pengukur rotameter terjadi perubahan debit secara signifikan yang

menyebabkan piezometer berubah secara drastis. Pada rotameter juga terdapat lumut-lumut

yang dapat memperlambat laju aliran dan memperlambat putaran rotameter.

Kesalahan dalam praktikum ini dapat ditentukan oleh kesalahan dalam pengukuran

seperti kesalahan pembacaan (paralaks) dan kesalahan pemberhentian stopwatch, yang jika

waktu nya semakin cepat semakin rentan akan kesalahan. Dapat disebabkan juga karena

ketidaktepatan dalam pembacaan ketinggian pada ha, hb, he, dan hf oleh faktor tidak stabilnya

ketinggian air yang selalu berubah-ubah, sehingga hasil perubahan ketinggian tidak akurat

dan dapat mempengaruhi perhitungan Vb atau Vf dan dapat juga mempengaruhi perhitungan

Qteoritis. Selain karena faktor pengamat, ketidakakuratan hasil perhitungan juga dapat

disebabkan endapan mikroorganisme dan bahan pipa tersebut dalam hal ini koefisien hazen

wiliams pada pipa venturimeter, orificemeter maupun manometer yang dapat menyebabkan

terjadinya gesekan yang dapat mempengaruhi nilai major losses serta adanya peralatan

accessories seperti valve dan elbow yang dapat mempengaruhi nilai minor losses antara

fluida dengan permukaan pipa atau selang. Faktor jumlah percobaan pada setiap variasi juga

dapat mempengaruhi perbedaan tinggi masing-masing alat ukur semakin banyak data

percobaan yang diperoleh maka semakin akurat juga hasil data yang dapat dihitung.

VI. APLIKASI DI BIDANG RIL

- Penggunaan Hydraulic Bench untuk mengukur besarnya debit aktual dalam sistem

penyediaan air minum. Di PDAM dilakukan pengecekan secara berkala mengenai

debit yang keluar dan debit yang diterima masyarakat di kompleks atau bahkan

rumahnya sendiri guna efektifitas dan efisiensi cadangan air.

- Dalam bidang Rekayasa Infrastruktur Lingkungan khususnya Bangunan pengolahan

air bersih Venturimeter digunakan utnuk menentukan besarnya debit air yang

didistribusikan kepada konsumen khususnya oleh PDAM dan menghitung laju aliran

air yang diperlukan dalam sistem perpipaan berdasarkan perbedaan tinggi sehingga

dapat ditentukan Headlosses dan Energylosses guna menentukan skala pembangunan

bangunan penghilang tekanan pada saluran pipa tertutup dari bangunan penangkap

sumber air hingga saluran distribusi ke pemukiman agar tekanan yang diberikan tidak

melampaui batas yang telah ditentukan yang dapat berakibat pada kerusakan pipa

serta menghitung kapasitas pompa air yang akan digunakan.

-

(Gambar 6. Sistem Bangunan Pengolahan air)

- Dalam bidang Rekayasa Infrastruktur Lingkungan Orificemeter dapat digunakan

dalam survey perencanaan pembangunan bangunan air di lapangan untuk mengukur

aliran fluida misal di sungai, danau atau waduk dimana lokasi aliran air tersebut akan

dialirkan melewati bangunan penyadap air sehingga dapat ditentukan jumlah saluran

penyadap air yang ideal yang selanjutnya akan menuju bak penampung air sebelum

melalui proses pengolahan kualitas air

- Dalam bidang Rekayasa Infrastruktur Lingkungan Venturimeter dan Orificemeter

dapat juga digunakan dalam survey perencanaan instalasi pengolahan air limbah baik

domestik maupun pada limbah industri.

-

(Gambar 7. Sistem Instalasi Pengolahan Air Limbah)

VII. KESIMPULAN

1. Besar debit teoritis (Qteoritis ) dari Venturimeter dan Orificemeter dapat dilihat pada

tabel 5 untuk Venturimeter dan tabel 7 untuk Orificemeter.

2. Nilai koefisien discharge ( Cd ) dari Venturimeter dan Orificemeter dari

percobaan yaitu sebagai berikut :

= 0.7557

= 0.3086

3. Perbedaan nilai koefisiensi discharge pada kedua alat ukur dengan sumber

literatur dapat disebabkan oleh beberapa faktor antara lain :

a. Karakteristik alat tersebut terhadap jenis fluida yang dilaluinya, perubahan

discharge coefficient (Cd) akibat variasi dimensi geometris seperti rasio

diameter, panjang pipa pada hulu aliran, posisi pressure tap dan ketebalan

venturi dan orifice plate; maupun akibat gangguan aliran seperti kavitasi atau

adanya fitting (belokan, perubahan penampang aliran). hal ini dapat dilihat

dari dimensi alat ukur yang berbeda seperti jarak antar diameter pipa besar

yang menyempit ke pipa kecil hal ini akan menetukan nilai entrance losses.

b. Kesalahan dalam praktikum ini dapat ditentukan oleh kesalahan dalam

pengukuran seperti kesalahan pembacaan (paralaks) dan kesalahan

pemberhentian stopwatch, yang jika waktu nya semakin cepat semakin rentan

akan kesalahan.

c. Faktor tidak stabilnya ketinggian air yang selalu berubah-ubah.

d. Endapan mikroorganisme dan bahan pipa tersebut dalam hal ini koefisien

hazen wiliams pada pipa venturimeter, orificemeter maupun manometer yang

dapat menyebabkan terjadinya gesekan yang dapat mempengaruhi nilai major

losses serta adanya peralatan accessories seperti valve dan elbow yang dapat

mempengaruhi nilai minor losses antara fluida dengan permukaan pipa atau

selang.

e. Faktor jumlah percobaan pada setiap variasi dapat mempengaruhi perbedaan

tinggi masing-masing alat ukur, semakin banyak data percobaan yang

diperoleh maka semakin akurat juga hasil data yang dapat dihitung.

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Giles, Ranald V. 196. Seri Buku Schaum. Mekanika Fluida dan Hidraulika.

Guildford:Erlangga.

Victor, Stereten L. 1996. Fluid Mechanics. USA: McGraw Hill Book Company

Steerter, Victor L. & E. Benjamin Wylie. 1999. Mekanika Fluida Edisi Delapan jilid

I. Jakarta : Penerbit Erlangga.

http://research.me.udel.edu/~prasad/meeg331/labs/venturi.pdf Diakses pada tanggal

10 November 2015 pukul 22.00