Handout CIV 108 Modul 4 Venturimeter
MODUL IV
ALIRAN MELALUI VENTURIMETER
4.1. Pendahuluan
4.1.1.
Latar Belakang
Debit dan kecepatan aliran penting untuk diketahui besarnya dalam melakukan penelitian fluida. Untuk itu,
digunakan alat untuk mengukur debit cairan, salah satunya adalah menggunakan prinsip-prinsip Bernoulli
dan kontinuitas pada pipa tertutup yang diaplikasikan melalui alat bernama venturimeter. Dengan demikian,
venturimeter adalah alat untuk mengukur debit cairan yang melalui pipa tertutup. Melalui pengamatan pada
venturimeter, dapat dibuktikan pula persamaan Bernoulli dan kontinuitas.
Gambar 4. 1 Venturimeter
4.1.2.
Tujuan
Tujuan percobaan ini adalah:
1. Menunjukkan pengaruh perubahan penampang terhadap tinggi garis hidraulik pada masing-masing
manometer.
2. Menentukan koefisien pengaliran pada alat venturimeter yang digunakan.
4.2. Landasan Teori
Venturimeter menggunakan prinsip Bernoulli dan kontinuitas dengan mengandalkan perbedaan luas
penampang yang dapat mengakibatkan perbedaan kecepatan. Perbedaan luas
27
penampang dari diameter yang lebih besar menjadi lebih kecil kemudian membesar lagi dilakukan
seperlahan atau seideal mungkin untuk menghindari terjadinya kehilangan tinggi tekan akibat ekspansi atau
kontraksi tiba-tiba. Jika dipasang piezometer pada bagian-bagian penampang yang berbeda-beda, akan
terlihat perbedaan ketinggian sebagai wujud dari perbedaan tekanan air yang melewati penampang.
Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:
Untuk meninjau penampang a1 dan a2:
Gambar 4. 2 Kondisi Ideal Venturimeter
Penampang pada bagian upstream akan dinamakan a1, pada leher disebut a2, dan pada bagian selanjutnya
(bagian ke-n) disebut an. Ketinggian atau head pada pembuluh piezometer akan disebut h 1, h2, hn. Dalam
kasus ini diasumsikan tidak terjadi kehilangan energi sepanjang pipa, dan kecepatan serta head piezometrik
(h) konstan sepanjang bidang tertentu.
Berdasarkan Hukum Bernoulli (persamaan 3.1) dan hukum kontinuitas (persamaan 3.2), akan didapat
persamaan untuk menghitung debit Q (pers 3.3) dengan koefisien pengaliran pada alat venturimeter adalah
c. Nilai c berbeda-beda pada setiap alat venturimeter.
Persamaan Bernoulli:
� +
�
�
Persamaan Kontinuitas:
+
�
�
=� +
�
�
+
�
�
= �� +
��
�
� � =� �
+
��
�
(4.1)
(4.2)
Hasil dari gabungan persamaan Bernoulli dan kontinuitas akan menghasilkan persamaan perhitungan debit pada
venturimeter, sebagai berikut:
� = �� √
� ℎ −ℎ
−
�
�
(4.3)
28
4.3. Alat-alat Percobaan
Alat-alat yang digunakan untuk mengerjakan percobaan adalah sebagai berikut.
a. Alat venturimeter
b. Stopwatch
c. Bangku Hidraulik
d. Beban counterweight pada bangku hidraulik
Gambar 4.3 Venturimeter
29
4.4. Prosedur Kerja
1. Pastikan bangku hidraulik dalam keadaan mati dan air pada bak kecil sudah dibuang.
2. Kalibrasikan tinggi piezometer sesuai dengan skalanya dengan cara menekan katup
udara di atas piezometer perlahan-lahan sampai ketinggian setiap piezometer sama dan
berada dalam skala pengamatan. Jika tinggi air di piezometer sudah lebih rendah dari
skala pengamatan, nyalakan bangku hidraulik sebentar dan bukalah kran suplai air
perlahan- lahan sampai air naik. Setelah air berada pada ketinggian yang tepat, matikan
lagi bangku hidraulik.
3. Mulailah menyalakan bangku hidraulik, bukalah kran suplai air perlahan-lahan dan sedikit
demi sedikit serta kran kontrol aliran seluruhnya sampai didapat debit yang dialirkan
menghasilkan selisih ketinggian maksimum dari masing-masing piezometernya tetapi di
dalam skala pengamatan.
4. Amatilah perbedaan ketinggian yang terjadi dan catatlah ketinggian air pada tiap
piezometer. Kemudian, hitunglah perbedaan ketinggian piezometer h1 dan h2, di mana
h1 = tinggi skala piezometer di titik A dan h2 = tinggi skala piezometer di titik D seperti
pada gambar.
5. Bersamaan dengan proses pengamatan, perhatikanlah kondisi bangku hidraulik. Jika
tempat pemasangan beban mulai terangkat, pasanglah beban dan mulailah pengukuran
waktu dengan cara menekan stopwatch. Setelah tempat pemasangan beban yang sudah
dipasang beban mulai terangkat lagi, matikanlah stopwatch. Waktu tersebut akan menjadi
acuan perhitungan debit.
6. Setelah data didapat, tutuplah kran kontrol aliran dan matikan bangku hidrolik. Dapat
terlihat bahwa ketinggian piezometer akan kembali sejajar.
7. Putar kembali kran suplai air secara perlahan untuk mendapatkan debit yang lebih kecil
dari debit sebelumnya dan nyalakan kembali bangku hidraulik.
8. Ulangi langkah 4 - 7 hingga didapat data untuk delapan debit yang berbeda, dengan
syarat besar debit harus masih dapat memberikan perbedaan ketinggian yang tampak
jelas pada tiap piezometer (debit tidak terlalu kecil).
9. Setelah data selesai diambil, catatlah juga nilai koefisien pengaliran (c) pada alat
venturimeter tersebut yang tertera pada bagian belakang alat.
Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini:
30
Mulai
Gambar 4.4 Diagram alir prosedur kerja praktikum aliran melalui
venturimeter
31
4.5. Pengambilan Data
Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan
panduan tabel di bawah ini:
Tabel 4. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan
Lembar
Data
Data
yang Diambil
No.
Simbol
Sat.
Jumlah Data Total
Keterangan
Waktu untuk
Pengukuran
1
Debit
perhitungan debit
pada bangku
8
t
detik
(sesuai jumlah
percobaan)
hidraulik
Sesuai hasil
pengukuran
dengan stopwatch
Diukur
Bacaan
Piezometer
2
Ketinggian air
pada tiap
11 x Jumlah
h
Percobaan = 88 titik
cm
piezometer
berdasarkan
skala
pengamatan
pada alat
Catatan:
Jumlah percobaan = 8 kali
4.6. Pengolahan Data
Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini:
Tabel 4. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data
No.
Langkah
Formulir Pengamatan
Keterangan
Acuan
1
Menghitung debit
aktual (Q)
2
Menghitung
koefisien
3
Pengukuran Waktu untuk
Debit Bangku Hidraulik
Gambar/Grafik
Lihat Lampiran
Bangku Hidraulik.
Gunakan rumus 3.3
untuk semua nilai
pengaliran (c)
debit yang berbeda.
Membuat grafik Q
Menggunakan
vs c.
Nama
fungsi chart tipe
Grafik ini menjadi
Grafik 3.1 Q vs c.
scatter
32
No.
Langkah
Formulir Pengamatan
Keterangan
Nama
Acuan
4
Membuat
grafik
yang
Gambar/Grafik
•
Data Alat
•
Bacaan Piezometer
menggambarkan
Menggunakan fungsi Grafik ini menjadi
chart tipe line, sumbu x Grafik 3.2 Tinggi
menyatakan
huruf
nama Bacaan
ketinggian air pada
atau
tiap Piezometer.
tiap piezometer untuk
piezometer dan sumbu
setiap nilai debit yang
y
berbeda.
ketinggiannya.
menyatakan
4.7. Analisis Data
Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai
berikut:
Tabel 4. 3 Grafik dan Analisis
No.
1
Grafik
Grafik 3.1 Q vs c
Hal-hal yang Perlu Dianalisis
• Tujuan pembuatan grafik tersebut.
• Hubungan Q dan c.
• Perbandingan nilai c yang didapat dari perhitungan
dengan yang tertera pada alat venturimeter untuk
percobaan.
2
Grafik 3.2 Tinggi Bacaan Piezometer
• Tujuan pembuatan grafik tersebut.
• Hubungan tinggi bacaan pada piezometer dengan
diameter tiap bagian venturimeter.
4.8. Kesimpulan
Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.
4.9. Daftar Pustaka
Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.
33
FORMULIR PENGAMATAN
Modul VI : ALIRAN MELALUI VENTURIMETER
Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil
No. Kelompok : ................................................................................................................. Lembar - 1/1
No
Nama
NIM
Paraf
TANGGAL PRAKTIKUM
1
Asisten :
2
3
4
5
( ................................... )
TANGGALTERAKHIR PEMASUKANLAPORAN :
Data alat :
No.
Tabung
Piezometer
B
C
A
(h1)
E
F
G
H
J
K
21.84
23.53
25.24
L
D
(h2)
Diameter
23.20
(mm)
18.40
18.47
26.00
16.00
Nilai Koefisien Pengaliran (c)
16.80
20.16
26.00
Bacaan Piezometer
Ketinggian Air pada Tabung (cm)
No.
Percobaan
Pengukuran Waktu
untuk Debit Bangku
Hidraulik (detik)
A
(h1)
B
C
D
(h2)
E
F
G
H
J
K
L
1
2
3
4
5
6
7
8
34
ALIRAN MELALUI VENTURIMETER
4.1. Pendahuluan
4.1.1.
Latar Belakang
Debit dan kecepatan aliran penting untuk diketahui besarnya dalam melakukan penelitian fluida. Untuk itu,
digunakan alat untuk mengukur debit cairan, salah satunya adalah menggunakan prinsip-prinsip Bernoulli
dan kontinuitas pada pipa tertutup yang diaplikasikan melalui alat bernama venturimeter. Dengan demikian,
venturimeter adalah alat untuk mengukur debit cairan yang melalui pipa tertutup. Melalui pengamatan pada
venturimeter, dapat dibuktikan pula persamaan Bernoulli dan kontinuitas.
Gambar 4. 1 Venturimeter
4.1.2.
Tujuan
Tujuan percobaan ini adalah:
1. Menunjukkan pengaruh perubahan penampang terhadap tinggi garis hidraulik pada masing-masing
manometer.
2. Menentukan koefisien pengaliran pada alat venturimeter yang digunakan.
4.2. Landasan Teori
Venturimeter menggunakan prinsip Bernoulli dan kontinuitas dengan mengandalkan perbedaan luas
penampang yang dapat mengakibatkan perbedaan kecepatan. Perbedaan luas
27
penampang dari diameter yang lebih besar menjadi lebih kecil kemudian membesar lagi dilakukan
seperlahan atau seideal mungkin untuk menghindari terjadinya kehilangan tinggi tekan akibat ekspansi atau
kontraksi tiba-tiba. Jika dipasang piezometer pada bagian-bagian penampang yang berbeda-beda, akan
terlihat perbedaan ketinggian sebagai wujud dari perbedaan tekanan air yang melewati penampang.
Penerapan teori dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:
Untuk meninjau penampang a1 dan a2:
Gambar 4. 2 Kondisi Ideal Venturimeter
Penampang pada bagian upstream akan dinamakan a1, pada leher disebut a2, dan pada bagian selanjutnya
(bagian ke-n) disebut an. Ketinggian atau head pada pembuluh piezometer akan disebut h 1, h2, hn. Dalam
kasus ini diasumsikan tidak terjadi kehilangan energi sepanjang pipa, dan kecepatan serta head piezometrik
(h) konstan sepanjang bidang tertentu.
Berdasarkan Hukum Bernoulli (persamaan 3.1) dan hukum kontinuitas (persamaan 3.2), akan didapat
persamaan untuk menghitung debit Q (pers 3.3) dengan koefisien pengaliran pada alat venturimeter adalah
c. Nilai c berbeda-beda pada setiap alat venturimeter.
Persamaan Bernoulli:
� +
�
�
Persamaan Kontinuitas:
+
�
�
=� +
�
�
+
�
�
= �� +
��
�
� � =� �
+
��
�
(4.1)
(4.2)
Hasil dari gabungan persamaan Bernoulli dan kontinuitas akan menghasilkan persamaan perhitungan debit pada
venturimeter, sebagai berikut:
� = �� √
� ℎ −ℎ
−
�
�
(4.3)
28
4.3. Alat-alat Percobaan
Alat-alat yang digunakan untuk mengerjakan percobaan adalah sebagai berikut.
a. Alat venturimeter
b. Stopwatch
c. Bangku Hidraulik
d. Beban counterweight pada bangku hidraulik
Gambar 4.3 Venturimeter
29
4.4. Prosedur Kerja
1. Pastikan bangku hidraulik dalam keadaan mati dan air pada bak kecil sudah dibuang.
2. Kalibrasikan tinggi piezometer sesuai dengan skalanya dengan cara menekan katup
udara di atas piezometer perlahan-lahan sampai ketinggian setiap piezometer sama dan
berada dalam skala pengamatan. Jika tinggi air di piezometer sudah lebih rendah dari
skala pengamatan, nyalakan bangku hidraulik sebentar dan bukalah kran suplai air
perlahan- lahan sampai air naik. Setelah air berada pada ketinggian yang tepat, matikan
lagi bangku hidraulik.
3. Mulailah menyalakan bangku hidraulik, bukalah kran suplai air perlahan-lahan dan sedikit
demi sedikit serta kran kontrol aliran seluruhnya sampai didapat debit yang dialirkan
menghasilkan selisih ketinggian maksimum dari masing-masing piezometernya tetapi di
dalam skala pengamatan.
4. Amatilah perbedaan ketinggian yang terjadi dan catatlah ketinggian air pada tiap
piezometer. Kemudian, hitunglah perbedaan ketinggian piezometer h1 dan h2, di mana
h1 = tinggi skala piezometer di titik A dan h2 = tinggi skala piezometer di titik D seperti
pada gambar.
5. Bersamaan dengan proses pengamatan, perhatikanlah kondisi bangku hidraulik. Jika
tempat pemasangan beban mulai terangkat, pasanglah beban dan mulailah pengukuran
waktu dengan cara menekan stopwatch. Setelah tempat pemasangan beban yang sudah
dipasang beban mulai terangkat lagi, matikanlah stopwatch. Waktu tersebut akan menjadi
acuan perhitungan debit.
6. Setelah data didapat, tutuplah kran kontrol aliran dan matikan bangku hidrolik. Dapat
terlihat bahwa ketinggian piezometer akan kembali sejajar.
7. Putar kembali kran suplai air secara perlahan untuk mendapatkan debit yang lebih kecil
dari debit sebelumnya dan nyalakan kembali bangku hidraulik.
8. Ulangi langkah 4 - 7 hingga didapat data untuk delapan debit yang berbeda, dengan
syarat besar debit harus masih dapat memberikan perbedaan ketinggian yang tampak
jelas pada tiap piezometer (debit tidak terlalu kecil).
9. Setelah data selesai diambil, catatlah juga nilai koefisien pengaliran (c) pada alat
venturimeter tersebut yang tertera pada bagian belakang alat.
Prosedur kerja tersebut dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini:
30
Mulai
Gambar 4.4 Diagram alir prosedur kerja praktikum aliran melalui
venturimeter
31
4.5. Pengambilan Data
Untuk mengambil data, gunakan formulir pengamatan yang terdapat pada bagian akhir modul dan gunakan
panduan tabel di bawah ini:
Tabel 4. 1 Spesifikasi Data yang Diambil Selama Percobaan
Lembar
Data
Data
yang Diambil
No.
Simbol
Sat.
Jumlah Data Total
Keterangan
Waktu untuk
Pengukuran
1
Debit
perhitungan debit
pada bangku
8
t
detik
(sesuai jumlah
percobaan)
hidraulik
Sesuai hasil
pengukuran
dengan stopwatch
Diukur
Bacaan
Piezometer
2
Ketinggian air
pada tiap
11 x Jumlah
h
Percobaan = 88 titik
cm
piezometer
berdasarkan
skala
pengamatan
pada alat
Catatan:
Jumlah percobaan = 8 kali
4.6. Pengolahan Data
Pengolahan data dilakukan melalui langkah-langkah berikut ini:
Tabel 4. 2 Langkah-langkah Pengolahan Data
No.
Langkah
Formulir Pengamatan
Keterangan
Acuan
1
Menghitung debit
aktual (Q)
2
Menghitung
koefisien
3
Pengukuran Waktu untuk
Debit Bangku Hidraulik
Gambar/Grafik
Lihat Lampiran
Bangku Hidraulik.
Gunakan rumus 3.3
untuk semua nilai
pengaliran (c)
debit yang berbeda.
Membuat grafik Q
Menggunakan
vs c.
Nama
fungsi chart tipe
Grafik ini menjadi
Grafik 3.1 Q vs c.
scatter
32
No.
Langkah
Formulir Pengamatan
Keterangan
Nama
Acuan
4
Membuat
grafik
yang
Gambar/Grafik
•
Data Alat
•
Bacaan Piezometer
menggambarkan
Menggunakan fungsi Grafik ini menjadi
chart tipe line, sumbu x Grafik 3.2 Tinggi
menyatakan
huruf
nama Bacaan
ketinggian air pada
atau
tiap Piezometer.
tiap piezometer untuk
piezometer dan sumbu
setiap nilai debit yang
y
berbeda.
ketinggiannya.
menyatakan
4.7. Analisis Data
Dari hasil perhitungan sebelumnya, lihatlah kembali grafik-grafik yang telah dibuat dan lakukanlah analisis sebagai
berikut:
Tabel 4. 3 Grafik dan Analisis
No.
1
Grafik
Grafik 3.1 Q vs c
Hal-hal yang Perlu Dianalisis
• Tujuan pembuatan grafik tersebut.
• Hubungan Q dan c.
• Perbandingan nilai c yang didapat dari perhitungan
dengan yang tertera pada alat venturimeter untuk
percobaan.
2
Grafik 3.2 Tinggi Bacaan Piezometer
• Tujuan pembuatan grafik tersebut.
• Hubungan tinggi bacaan pada piezometer dengan
diameter tiap bagian venturimeter.
4.8. Kesimpulan
Buatlah kesimpulan yang mengacu pada tujuan praktikum dan saran untuk perbaikan di masa mendatang.
4.9. Daftar Pustaka
Streeter, Victor L., and Wylie, Benjamin E. 1975. Fluid Mechanics. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.
33
FORMULIR PENGAMATAN
Modul VI : ALIRAN MELALUI VENTURIMETER
Praktikan : Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil
No. Kelompok : ................................................................................................................. Lembar - 1/1
No
Nama
NIM
Paraf
TANGGAL PRAKTIKUM
1
Asisten :
2
3
4
5
( ................................... )
TANGGALTERAKHIR PEMASUKANLAPORAN :
Data alat :
No.
Tabung
Piezometer
B
C
A
(h1)
E
F
G
H
J
K
21.84
23.53
25.24
L
D
(h2)
Diameter
23.20
(mm)
18.40
18.47
26.00
16.00
Nilai Koefisien Pengaliran (c)
16.80
20.16
26.00
Bacaan Piezometer
Ketinggian Air pada Tabung (cm)
No.
Percobaan
Pengukuran Waktu
untuk Debit Bangku
Hidraulik (detik)
A
(h1)
B
C
D
(h2)
E
F
G
H
J
K
L
1
2
3
4
5
6
7
8
34