PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN (1)
LAPORAN PRAKTIKUM
MEKANIKA FLUIDA I – TL 2101
MODUL 02
ALAT UKUR DEBIT SALURAN TERTUTUP
Nama Praktikan
: Chrisnathan Triparma Gurning
NIM
: 15316076
Kelompok/Shift
: 3/08.00-09.30
Tanggal Praktikum
: 28 September 2017
Tanggal Pengumpulan: 5 Oktober 2017
PJ Modul
:Nurul Rohim (15314042)
Widyastuti (15315008)
Asisten yang Bertugas
: Siti Fatimah/15314029 & Nurashila Dhiyani/15315006
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2017
I.
Tujuan
1.
2.
3.
4.
II.
Menentukan debit teoritis dari alat ukur Venturimeter
Menentukan debit teoritis dari alat ukur Orificemeter
Menentukan koefisien discharge (Cd) dari alat ukur Venturimeter
Menentukan koefisien discharge (Cd) dari alat ukur Orificemeter
Prinsip Dasar
Prinsip dasar praktikum modul alat ukur debit saluran tertutup ini adalah mengalirkan
air melalui pipa dengan hydraulic bench. Aliran air dibuat menjadi 4 variasi debit yang berbeda
dengan cara mengatur valve di hydraulic bench. Masing-masing variasi dilakukan sebanyak 3
kali dan diambil rata-rata dari ketiga perlakuan tersenut. Aliran air yang mengalir menyebabkan
perubahan bacaan pada venturimeter dan orificemeter. Lalu, dilakukan perhitungan beda tinggi
tekan yang tampak. Selanjutnya menghitung debit aktual yang terjadi dengan menghitung
waktu tuas hydraulic bench untuk dapat kembali ke posisi semula setelah pemberian 2,5 kg
beban. Debit teoritis adalah debit yang didapatkan dari hasil perhitungan. Penentuan debit
teoritis dari venturimeter dan orificemeter dilakukan dengan melihat perbedaan tinggi muka air
pada dua tabung piezometer. Debit aktual merupakan debit yang benar-benar terjadi pada alat.
III.
Teori Dasar
a) Venturimeter
Venturimeter merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang berfungsi untuk
mendapatkan beda tekanan. Sedangkan alat untuk menunjukan besaran aliran fluida yang diukur
atau alat sekundernya adalah manometer pipa U. Alat ini dapat dipakai untuk mengukur laju aliran
fluida, misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa. Venturimeter
digunakan sebagai pengukur volume fluida misalkan minyak yang mengalir tiap detik.
Venturimeter adalah sebuah alat yang terdiri dari pipa venturi. Pipa venturi merupakan
sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar
dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga
besarnya tekanan dapat diperhitungkan. Dalam pipa venturi ini luas penampang pipa bagian tepi
memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi
lebih besar daripada bagian tengahnya. Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih
besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebi sempit, dengan
demikian, maka akan terjadi perubahan kecepatan.
Gambar 1. Penampang Venturimeter
(Sumber: http://ecoursesonline.iasri.res.in/pluginfile.php/2226/mod_page/content/5/92.png)
Untuk Venturimeter ini dapat dibagi 3 bagian utama yaitu :
a. Bagian Inlet
Bagian yang berbentuk lurus dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau
cerobong aliran. Lubang tekanan awal ditempatkan pada bagian ini.
b. Inlet Cone
Bagian yang berbentuk seperti kerucut, yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida.
c. Throat (leher)
Bagian tempat pengambilan beda tekanan akhir bagian ini berbentuk bulat datar. Hal ini
dimaksudkan agar tidak mengurangi atau menambah kecepatan dari aliran yang keluar dari inlet
cone.
Pada Venturi meter ini fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan ke bagian outlet
cone. Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan awal. Pada bagian inlet cone
fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan oleh bagian inlet cone yang berbentuk
kerucut atau semakin mengecil kebagian throat. Kemudian fluida masuk kebagian throat inilah
tempat-tempat pengambilan tekanan akhir dimana throat ini berbentuk bulat datar. Lalu fluida akan
melewati bagian akhir dari venturi meter yaitu outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut
dimana bagian kecil berada pada throat, dan pada Outlet cone ini tekanan kembali normal.
b) Orificemeter
Orifice adalah plat berlubang yang disisipkan pada aliran fluida yang diukur. Orifice yang
dihubungkan dengan piezometer dapat menunjukkan adanya beda ketinggian antara dua titik serta
perbedaan tekanannya. Orifice yang digunakan untuk pengukuran debit disebut sebagai
orificemeter. Perangkat alat ukur orificemeter terdiri dari Plat Orifice. Plat orifice merupakan
bagian dari alat orifice meter yang berfungsi mengalirkan fluida yang aan diukur harga mass
flownya. Plat orifice hanya dapat dipakai untuk menentukan aliran fluida dalam pipa berdiameter
tidak kurang dari satu inchi. Plat orifice ada 3 jenis sesuai dengan fungsinya, yaitu:
1.
Square edge, untuk menakar aliran uap atau air.
2.
Conical Entrance, untuk mengukur fluida kental (minyak).
3.
Quarter Circle, untuk mengukur fluida kental.
1.
Gambar 2. Skema Orificemeter
(Sumber: www.google.com)
Orifice meter dapat digunakan dalam berbagai pengukuran, baik yang berkaitan dengan
proses maupun bukan proses. Orifice meter merupakan salah satu alat yang banyak digunakan
dalam industri minyak dan gas (migas). Orifice dikelompokkan kedalam kelas flowmeter yang
biasa disebut dengan differential pressure meter atau biasa juga disebut dengan “head meter”.
Orifice di dalam pipa ditunjukkan dengan manometer untuk mengukur penurunan tekanan
differensial dari fluida yang dihasilkan oleh orifice.
IV.
Data Awal
Pada saat praktikum, didapatkan data awal berupa :
Massa beban
: 2.5 kg
Temperatur awal
: 25 0C
Temperatur Akhir
: 25 0C
Temperatur rata – rata
: 25 0C
Berdasarkan data dari buku Finemore didapatkan nilai massa jenis air pada berbagai suhu
yaitu terlampir pada tabel berikut.
Tabel 1. Massa Jenis Air Pada Berbagai Suhu
T (°C)
0
5
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80
90
100
ρ (kg/m3)
999,8
1000
999,7
999,1
998,2
997
995,7
992,2
988
983,2
977,8
971,8
965,3
958,4
Untuk menentukan volume air yang diperlukan, massa jenis ( ρ ¿
air juga perlu diketahui.
Penentuan massa jenis air dapat dilakukan dengan metode regresi grafik perubahan suhu terhadap
massa jenis air, sebagai berikut.
Object 5
Grafik 1. Perubahan Suhu terhadap Massa Jenis Air
Pada percobaan, kita mengukur ketinggian yang terindikasi pada Venturimeter dan
Orificemeter sebanyak 3 kali dalam 5 variasi berbeda
Tabel 2. Data Pengukuran Ketinggian Muka Air dan Waktu pada Venturimeter
Variasi
1
2
3
4
hA (mm)
249
248
247
254
254
253
264
264
263
284
284
285
hB (mm)
233
232
232
219
219
219
224
224
224
217
217
216
ΔhAB (mm)
16
16
15
35
35
34
40
40
39
67
67
69
t (s)
72
63
61
46
43
49
33
35
40
29
26
27
5
309
310
285
208
208
164
101
102
121
23
25
20
Tabel 3. Data Pengukuran Ketinggian Muka Air dan Waktu pada Orificemeter
Variasi
1
2
3
4
5
V.
hE (mm)
hF (mm)
247
245
245
251
250
252
261
260
261
280
279
280
307
306
280
226
226
227
221
222
222
214
214
214
201
201
200
182
182
137
ΔhEF
(mm)
21
19
18
30
28
30
47
46
47
79
78
80
125
124
143
t (s)
72
63
61
46
43
49
33
35
40
29
26
27
23
25
20
PENGOLAHAN DATA
A. Perhitungan Massa Jenis dan Volume Air
Untuk mendapatkan massa jenis air pada percobaan ini, bisa didapat dari persamaan massa jenis
di grafik yaitu y = -0,0036x2 - 0,0675x + 1000,6 dengan y sebagai massa jenis air dan x sebagai
suhu rata-rata. Diketahui bahwa suhu rata-rata dalam percobaan ini adalah 25 ℃. Maka dari
situ masa jenis dari air pada suhutersebut adalah 997 kg/m3
Vair =
Mair
ρair
7,5
997
= 7,5225 x 10-3 m3
=
B. Perhitungan vb pada Venturimeter dan vf pada Orificemeter
B.1. Venturimeter
Diketahui diameter inlet dan throat adalah da = 26 mm dan db = 16 mm, setelah itudicari
luas kedua bagian tersebut:
1
1
π da2
π db2
Aa =
Ab =
4
4
1
1
π (13 x 10-3)2
π (16 x 10-3)2
=
=
4
4
= 0,000531 m2
= 0,000201 m2
Setelah didapatkan luas penampang masing-masing pipa di venturimeter, maka
kecepatan di b bisa didapatkan dari persamaan:
Ab 2
1−(
¿)
Aa
¿
vb =
¿
2g x ∆h
¿
√¿
Untuk pengolahan data ini digunakan variasi pertama dari percobaan venturimeter
2,01 x 10−4 2
1−(
¿)
5,31 x 10−4
¿
vb =
¿
2 x 9,81 x (15,6 x 10−3 )
¿
√¿
= 0,5990 m/s
B.2. Orificemeter
Diketahui diameter pada orificemeter adalah de = 51 mm dan df = 20 mm, setelah itu
dicari luas kedua bagian tersebut:
1
1
π de2
π df2
Ae =
Af =
4
4
1
1
π (51 x 10-3)2
π (20 x 10-3)2
=
=
4
4
= 0,002042 m2
= 0,000314 m2
Setelah didapatkan luas penampang di orificemeter, maka kecepatan di f bisa didapatkan dari persamaan:
Af 2
1−(
¿)
Ae
¿
vf =
¿
2 g x∆ h
¿
√¿
Untuk pengolahan data ini digunakan variasi pertama dari percobaan orificemeter
2 x 10−3 2
1−(
¿)
3,14 x 10−4
¿
vf =
¿
2 x 9,81 x (19 , 3 x 10−3 )
¿
√¿
= 0,6233 m/s
Untuk keselruhan dari kecepatan dari segala percobaan, dapat ditunjukan oleh tabel
berikut
Tabel 4. Data Kecepatan aliran arus air Venturimeter dan Orificemeter
Variasi
1
2
3
4
5
Vb venturi
0,599034586
0,891086037
0,953183354
1,244947357
1,572807146
Vf orifice
0,623304417
0,767763645
0,968389842
1,25997051
1,582785301
C. Perhitungan Qteoritis pada Venturimeter dan Orificemeter
C.1. Venturimeter
Untuk mendapatkan Qteoritis bisa menggunakan persamaan kontinuitas yaitu:
Qteoritis = Ab x vb
Pada perhitungan ini hanya digunakan data dari variasi pertama:
Qteoritis = 0,000201 x 0,5990
= 0,000120382 m3/s
C.2. Orificemeter
Untuk mendapatkan Qteoritis bisa menggunakan persamaan kontinuitas yaitu:
Qteoritis = Af x vf
Pada perhitungan ini hanya digunakan data dari variasi pertama:
Qteoritis = 0,000314 x 0,6233
= 0,000195718 m3/s
Q teoritis yang didapat dari percobaan variasi lainnya dapat dilihat dalam tabel berikut
Tabel 5. Data Q teoritis arus air Venturimeter dan Orificemeter
Variasi
1
2
3
4
5
Qt venturi
0,000120382
0,000179073
0,000191552
0,000250185
0,000316071
Qt orifice
0,000195718
0,000241078
0,000304074
0,000395631
0,000496995
D. Perhitungan Qaktual pada Venturimeter dan Orificemeter
Untuk menghitung Qaktual pada masing-masing variasi, dapat digunakan persamaan:
Vair
Qaktual =
trata−rata
Perhitungan hanya digunakan variasi pertama dari masing-masing venturimeter dan
orificemeter:
0,007522
Qaktual =
65,333
= 0,000115141 m3/s
E. Perhitungan koefisien discharge pada Venturimeter dan Orificemeter
Untuk mendapatkan koefisien discharge pada masing-masing variasi dapat digunakan
persamaan:
Qaktual
Cd =
Qteoritis
Perhitungan hanya digunakan variasi pertama dari masing-masing venturimeter dan
orificemeter:
E.1. Venturimeter
0,000115141
Cd =
0,000120
= 0,9595
E.2. Orificemeter
0.000115141
Cd =
0,0001957
= 0,5883
VI.
Data Akhir
Tabel 6. Hasil Perhitungan Debit dan Kecepatan pada Venturimeter
Variasi
Qaktual (m3/s)
1
2
3
4
5
0,000115141
0,000163534
0,00020896
0,000275216
0,000331878
Δh AB rata-rata
(m)
0,015666667
0,034666667
0,039666667
0,067666667
0,108
Vb (m/s)
Qt venturimeter (m3/s)
0,599034586
0,891086037
0,953183354
1,244947357
1,572807146
0,000120382
0,000179073
0,000191552
0,000250185
0,000316071
Tabel 7. Hasil Perhitungan Debit dan Kecepatan pada Orificemeter
Variasi
Qaktual (m3/s)
1
2
3
4
5
0,00011514
0,00016353
0,00020896
0,00027522
0,00033188
Δh EF rata-rata
(m)
0,019333333
0,029333333
0,046666667
0,079
0,124666667
Vb (m/s)
Qt orificemeter (m3/s)
0,623304417
0,767763645
0,968389842
1,25997051
1,582785301
0,000195718
0,000241078
0,000304074
0,000395631
0,000496995
VII.
Analisis A – Cara Kerja
Cara kerja pada percobaan kali ini menggunakan metode triplo, yaitu pada tiap-tiap dari 5
variasi dilakukan 3 kali percobaan. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi jika data pertama
dan data kedua sangat berbeda. Data ketiga dapat menunjukkan nilai yang sebenarnya dengan
melihat nilainya lebih condong ke data yang mana. Setelah keran dibuka untuk mengalirkan air,
tunggu sampai tuas hydraulic bench mengangkat dan mulai waktu stopwatch. Pada saat itu
juga beban seberat 2,5 kg diletakan dan saat tuas mulai mengangkat kembali stopwatch
diberhentikan. Langkah-langkah kerja hydraulic bench tersebut digunakan untuk menentukan
nilai debit aktual. Praktikan yang memegang stopwatch harus sigap karena kesalahan waktu
dapat mempengaruhi data dan hasil perhitungan. Pada venturimeter dan orificemeter, tinggi air
di tabung A, B, E, dan F dibaca. Masing-masing dari A, B, E, dan F mewakili luas penampang
yang berbeda [ada venturimeter dan orificemeter. Dalam menggunakan venturimeter dan
orificemeter, isi dari tabung piezometer harus dijaga agar tidak melebihi batas angka. Selain
karena menyulitkan perhitungan karena tidak ada keteragan nilainya, isi air yang berlebihan
juga dapat mengganggu jalannya aliran fluida.
Berdasarkan hasil percobaan dan perhitungan, nilai Q aktual dan Qteoritis pada venturimeter
berbeda. Rata-rata nilai Qaktual lebih kecil daripada Qteoritis, kecuali pada variasi 3. Perbedaan
antara keduanya sangat kecil, yaitu 1x10-5 m3/s - 2x10-5 m3/s. Pada orificemeter, nilai Qaktual
juga kebih kecil daripada Qteoritis. Namun, pada orificemeter perbedaan antara Qaktual dan
Qteoritis lebiih besar, yaitu 2x10-5 m3/s. Hal ini berarti nilai error debit aktual dan teoritis pada
orificemeter lebih besar daripada venturimeter. Data dari hasil percobaan juga dapat dibuat
menjadi grafik, yaitu:
Object 45
Grafik 7.1 Hubungan antara Qaktual terhadap Δh
(Sumber: Pengolahan Data Excel)
Dari grafik dan hasil regresi dengan persamaan power, didapatkan persamaan, yaitu:
= 0.0012 x0.5679
y
Sedangkan berdasarkan rumus Qaktual adalah
Qaktual = Cd.Qteoritis
= Cd.AB.vB
= Cd.AB
.
[ ( )]
2g
AB
1−
AA
0.5
2
.
0.5
ΔhAB rata−rata
Jika dibandingkan, maka
Qaktual rumus
Cd.AB
Δh
0,5
0.5
.
= Qaktual regresi
[ ( )]
2g
A
1− B
AA
0.5
2
.
Δh
0.5
= 0.0012
=
Δh
Δh
0.5697
0.5697
≈ 0,5697
Nilai pangkat dari hasil regresi mendekati dengan nilai teoritis sehingga data dalam percobaan
cukup valid. Ditinjau dari nilai R2, nilai yang didapatkan adalah 0.9749. R2 adalah faktor
korelasi, yaitu jika R2 semakin mendekati 1, maka data yang ada semakin mendekati dengan
hasil regresi linear. Nilai R2 yang didapat pada percobaan mendekati 1 sehingga data
Δh
dan
debit aktual sudah akurat. Keduanya berhubungan secara eksponensial, yaitu 0.5.
0
f(x) = 1.05x
R² = 1
0
Qaktual
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Q teoretis
Grafik 7.2 Hubungan Qteoritis terhadap Qaktual Venturimeter
(Sumber: Pengolahan Data Excel)
Dari grafik dan hasil regresi dengan persamaan linear, didapatkan persamaan, yaitu:
y
= 1,0455x
Qteoritis = 1.0455 Qaktual
Sedangkan berdasarkan rumus Qaktual adalah
Qaktual = Cd.Qteoritis
Maka, nilai Cd yang didapatkan adalah
Cd
= 1/m
= 1/1.0455
= 0,9564
Nilai Cd yang semakin mendekati 1 berarti nilai debit aktual semakin mendekati nilai debit
teoritis. Nilai Cd yang didapatkan adalah 0.956480153 sehingga data pada percobaan ini cukup
valid dan berarti venturimeter tepat digunakan untuk mengukur debit. Nilai R2 yang didapatkan
juga sebesar 0.9685. Nilai ini juga mendekati 1 sehingga faktor korelasi antara data dan regresi
cukup dekat.
0
f(x) = 0 x^0.56
R² = 0.98
0
Q aktiual
0
0
0
0
0
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
Perbedaan tinggi
Grafik 7.3 Hubungan Qaktual terhadap Δh Orificemeter
(Sumber: Pengolahan Data Excel)
Dari grafik dan hasil regresi dengan persamaan power, didapatkan persamaan, yaitu:
= 0.0011 x0.5571
y
Sedangkan berdasarkan rumus Qaktual adalah
Qaktual = Cd.Qteoritis
= Cd.AB.vB
= Cd.AB
.
[ ( )]
2g
AB
1−
AA
0.5
2
.
Δh
0.5
Jika dibandingkan, maka
Qaktual rumus
Cd.AB
Δh
0.5
0.5
.
= Qaktual regresi
[ ( )]
2g
A
1− B
AA
0.5
2
.
Δh 0.5
= 0.0011
=
Δh
Δh
0. 5571
0.5571
≈ 0.5571
Nilai pangkat dari hasil regresi mendekati dengan nilai teoritis sehingga data dalam percobaan
cukup valid. Ditinjau dari nilai R2, nilai yang didapatkan adalah 0.9841. R2 adalah faktor
korelasi, yaitu jika R2 semakin mendekati 1, maka data yang ada semakin mendekati dengan
hasil regresi linear. Nilai R2 yang didapat pada percobaan mendekati 1 sehingga data
Δh
dan
debit aktual sudah akurat. Keduanya berhubungan secara eksponensial, yaitu 0.5.
0
f(x) = 0.67x
R² = 1
0
Q aktual
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Q teoretis
Grafik 7.4 Hubungan Qaktual terhadap Qteoritis Orificemeter
(Sumber: Pengolahan Data Excel)
Dari grafik dan hasil regresi dengan persamaan linear, didapatkan persamaan, yaitu:
y
= 0,6741x
Qteoritis = 0,6741 Qaktual
Sedangkan berdasarkan rumus Qaktual adalah
Qaktual = Cd.Qteoritis
Maka, nilai Cd yang didapatkan adalah
Cd
= 1/m
= 1/0,6741
= 1,483
Nilai Cd yang semakin mendekati 1 berarti nilai debit aktual semakin mendekati nilai debit
teoritis. Nilai Cd yang didapatkan adalah 1,483 sehingga data pada percobaan ini kurang valid
dibandingkan dengan data dari venturimeter. Nilai R2 yang didapatkan sebesar 0.9872. Nilai ini
mendekati 1 sehingga faktor korelasi antara data dan regresi sangat dekat. Hubungan antara
debit aktual dan debit teoritis linear. Namun, untuk mengukur debit aktual, nilai Cd dari
orificemeter
menunjukkan
bahwa
orificemeter
kurang
akurat
dibandingkan
dengan
venturimeter.
Venturimeter dan orificemeter memiliki perbedaan pada struktur penampangnya. Pada
venturimeter, luas penampang berubah secara perlahan-lahan sedangkan pada orificemeter luas
penampangnya berubah secara tiba-tiba. Berdasarkan nilai perhitungan koefisien discharge,
nilai Cd dari venturimeter lebih mendekati 1 dibandingkan dengan orificemeter yang hanya
sekitar 0.5. Hal ini berarti, venturimeter lebih cocok untuk digunakan dalam pengukuran debit.
Nilai debit aktual dari venturimeter hampir sama dengan nilai debit teoritis. Galat yang
didapatkannya sangat kecil.
Nilai Cd atau koefisien discharge venturimeter dan orificemeter pada percobaan juga perlu
dibandingkan dengan literatur. Menurut Finnemore (2012), nilai Cd didapatkan dari bilangan
Reynolds. Pada veturimeter dengan tabung yang besar, nilai Cd bisa mencapai 0.99 sedangkan
untuk tabung kecil nilai Cd adalah 0.97-0.98. Dari percobaan, tabung yang digunakan kecil dan
didapatkan Cd sebesar 0,9595. Hal ini berarti nilai Cd venturimeter pada percobaan masih
belum sesuai dengan Cd dari literatur. Nilai Cd dari orificemeter pada literatur adalah sekitar
0.6 sedangkan nilai Cd yang didapat pada percobaan adalah 0.5883. Kedua nilai tersebut cukup
dekat meskipun tidak sama persis. Berdasarkan perbandingan Cd baik di venturimeter maupun
orificemeter, nilai Cd di percobaan lebih kecil daripada Cd literatur. Hal ini dapat terjadi karena
adanya kesalahan-kesalahan saat praktikum dan mempengaruhi nilai Cd yang didapat.
Dalam melaksanakan percobaan terdapat beberapa kesalahan yang mungkin dilakukan
sehingga mempengaruhi hasil percobaan, yaitu:
1. Kesalahan dalam penggunaan hydraulic bench
Pada hydraulic bench setelah dilakukan satu percobaan, maka air harus dikuras dari lengan
air terlebih dahulu. Apabila air belum terkuras dengan benar, posisi lengan air bisa langsung
terangkat dan mengganggu pengambilan waktu debit.
2. Kesalahan dalam memulai dan mengakhiri stopwatch
Stopwatch mulai dinyalakan tepat saat tuas mengangkat dan berhenti tepat saat tuas
mengangkat lagi setelah diberi beban. Perisitiwa ini dapat terjadi dengan sangat cepat
sehingga mungkin terjadi keterlambatan saat menyalakan atau mematikan stopwatch.
Hasilnya waktu yang didapatkan lebih lambat dibandingkan dengan waktu sebenarnya. Pada
debit aktual, waktu berbanding terbalik dengan debit aktual sehingga waktu yang semakin
lamam akan membuat debi aktual yang lebih kecil.
3. Kesalahan pembacaan alat
Kesalahan pembacaan skala alat seperti pada termometer dan piezometer dapat terjadi dan
mempengaruhi perhitungan. Pembacaan termometer yang salah akan berdampak pada
massa jenis air dan volume air yang digunakan. Sedangakan kesalah pembacaan piezometer
dapat mempengaruhi nilai perbedaan ketinggian. Kesalahan ini dapat terjadi akibat
kesalahan paralaks, yaitu praktikan tidak melihat skala alat secara lurus serta nilai skala
sudah berubah tanpa sempat membaca nilai yang asli.
4. Kesalahan pembulatan
Kesalahan pembulatan rentan terjadi, apalagi dengan nilai banyak angka di belakang koma
seperti pada debit di percobaan ini. Perbedaan pembulatan dari awal dapat memberikan data
akhir yang berbeda juga.
5. Peletakan beban yang tidak konsisten.
Hal tersebut juga mengakibatkan kurang akuratnya nilai dari debit aktual. Pencatatan waktu
yang salah pun akan berdampak pada perbedaan volume dan debit aliran air yang dihitung
ketika menggunakan hydraulic bench.
VIII.
Analasis B – Penerapan di Bidang Teknikk Lingkungan
Konsep alat ukur debit pada saluran tertutup merupakan konsep yang penting di ilmu
teknik lingkungan, terutama dalam instalasi air. Venturimeter dapat digunakan untuk
menghitung debit fluida yang mengalir dalam pipa. Selain itu, kecepatan dan perbedaan tekanan
dari dua titik di sepanjang pipa juga dapat ditentukan. Dari data, penghitungan debit dengan
venturimeter juga memiliki koefisien discharge mendekati satu. Oleh karena itu, venturimeter
merupakan alat yang tepat untuk menentukan debit. Hal ini dapat menjadi pertimbangan dalam
pembuatan saluran yang efektif dan efisien. Perusahaan air minum menggunakan venturimeter
untuk menentukan debit air yang mengalir dalam pipa distribusi. Selain perusahaan air minum,
perusahaan minyak juga menggunakan venturimeter untuk menghitung laju aliran minyak
dalam pipa.
Orificemeter digunakan untuk mengontrol aliran bendungan banjir dalam struktur
sebuah bendungan, plat orifice ditempatkan diseberang sungai dan dalam operasi normal, air
mengalir melalui plat orifice sebagai lubang substansial besar dari aliran normal cross. Ketika
banjir naik, laju aliran banjir keluar dari plat orifice yang kemudian hanya dapat melewati aliran
yang ditentukan oleh dimensi fisik lubang tersebut. Arus ini kemudian muncul kembali di
belakang bendungan yang rendah dalam resevoir sementara, yang perlahan dibuang melalui
mulutorifice ketika banjir reda. Mengukur aliran sungai dimana lokasi aliran sungai melewati
gorong-gorong atau saluran kecil.
Gambar 8.1 Venturimeter pada Perusahaan Air Bersih
(sumber : https://artikel-teknologi.com/alat-ukur-aliran-menggunakan-venturi-meter/)
Gambar 8.2 Orificemeter pada Sungai sebagai Pengukur Banjir
(sumber : https://flowmasonic.com/2010/09/18/orifice-flow-meter/)
IX.
Kesimpulan
Berdasarkan analisa dan perhitungan, maka didapatkan kesimpulan, yaitu:
1. Nilai debit teoritis dari venturimeter dan orificemeter adalah
Q1 =
Q2 =
Q3 =
Q4 =
Q5 =
Venturimeter
0.000120382 m3/s
0.000179073 m3/s
0.000191552 m3/s
0.000250185 m3/s
0.000316071 m3/s
Q1 =
Q2 =
Q3 =
Q4 =
Q5 =
Orificemeter
0.00019572 m3/s
0.00024108 m3/s
0.00030407 m3/s
0.00039563 m3/s
0.00049699 m3/s
2. Nilai Cd yang didapatkan dari hasil regresi pada venturimeter dan orificemeter adalah
Cd venturimeter = 0.9595
Cd orificemeter = 0.5883
3. Berdasarkan data tersebut, maka alat ukur debit yang lebih baik digunakan adalah venturimeter
karena perbandingan antara debit aktual dan debit teoritis lebih dekat dibandingkan dengan
orificemeter.
X.
DAFTAR PUSTAKA
Munson, Bruce .2004. Mekanika Fluida Jilid 1 Edisi 4.Jakarta : Erlangga Mahameru White,
Frank .2010. Fluid Mechanics.Jakarta : McGraw-Hill
Finnemore, E. John, Joseph B. Franzini. Fluid Mechanics with Engineering Application, 10th
ed. NewYork: McGraw-Hill
Damanhuri, Enri. 2011. Statistika Lingkungan. Bandung: Penerbit ITB
LAMPIRAN
MEKANIKA FLUIDA I – TL 2101
MODUL 02
ALAT UKUR DEBIT SALURAN TERTUTUP
Nama Praktikan
: Chrisnathan Triparma Gurning
NIM
: 15316076
Kelompok/Shift
: 3/08.00-09.30
Tanggal Praktikum
: 28 September 2017
Tanggal Pengumpulan: 5 Oktober 2017
PJ Modul
:Nurul Rohim (15314042)
Widyastuti (15315008)
Asisten yang Bertugas
: Siti Fatimah/15314029 & Nurashila Dhiyani/15315006
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2017
I.
Tujuan
1.
2.
3.
4.
II.
Menentukan debit teoritis dari alat ukur Venturimeter
Menentukan debit teoritis dari alat ukur Orificemeter
Menentukan koefisien discharge (Cd) dari alat ukur Venturimeter
Menentukan koefisien discharge (Cd) dari alat ukur Orificemeter
Prinsip Dasar
Prinsip dasar praktikum modul alat ukur debit saluran tertutup ini adalah mengalirkan
air melalui pipa dengan hydraulic bench. Aliran air dibuat menjadi 4 variasi debit yang berbeda
dengan cara mengatur valve di hydraulic bench. Masing-masing variasi dilakukan sebanyak 3
kali dan diambil rata-rata dari ketiga perlakuan tersenut. Aliran air yang mengalir menyebabkan
perubahan bacaan pada venturimeter dan orificemeter. Lalu, dilakukan perhitungan beda tinggi
tekan yang tampak. Selanjutnya menghitung debit aktual yang terjadi dengan menghitung
waktu tuas hydraulic bench untuk dapat kembali ke posisi semula setelah pemberian 2,5 kg
beban. Debit teoritis adalah debit yang didapatkan dari hasil perhitungan. Penentuan debit
teoritis dari venturimeter dan orificemeter dilakukan dengan melihat perbedaan tinggi muka air
pada dua tabung piezometer. Debit aktual merupakan debit yang benar-benar terjadi pada alat.
III.
Teori Dasar
a) Venturimeter
Venturimeter merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang berfungsi untuk
mendapatkan beda tekanan. Sedangkan alat untuk menunjukan besaran aliran fluida yang diukur
atau alat sekundernya adalah manometer pipa U. Alat ini dapat dipakai untuk mengukur laju aliran
fluida, misalnya menghitung laju aliran air atau minyak yang mengalir melalui pipa. Venturimeter
digunakan sebagai pengukur volume fluida misalkan minyak yang mengalir tiap detik.
Venturimeter adalah sebuah alat yang terdiri dari pipa venturi. Pipa venturi merupakan
sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar
dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga
besarnya tekanan dapat diperhitungkan. Dalam pipa venturi ini luas penampang pipa bagian tepi
memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi
lebih besar daripada bagian tengahnya. Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih
besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebi sempit, dengan
demikian, maka akan terjadi perubahan kecepatan.
Gambar 1. Penampang Venturimeter
(Sumber: http://ecoursesonline.iasri.res.in/pluginfile.php/2226/mod_page/content/5/92.png)
Untuk Venturimeter ini dapat dibagi 3 bagian utama yaitu :
a. Bagian Inlet
Bagian yang berbentuk lurus dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau
cerobong aliran. Lubang tekanan awal ditempatkan pada bagian ini.
b. Inlet Cone
Bagian yang berbentuk seperti kerucut, yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida.
c. Throat (leher)
Bagian tempat pengambilan beda tekanan akhir bagian ini berbentuk bulat datar. Hal ini
dimaksudkan agar tidak mengurangi atau menambah kecepatan dari aliran yang keluar dari inlet
cone.
Pada Venturi meter ini fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan ke bagian outlet
cone. Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan awal. Pada bagian inlet cone
fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan oleh bagian inlet cone yang berbentuk
kerucut atau semakin mengecil kebagian throat. Kemudian fluida masuk kebagian throat inilah
tempat-tempat pengambilan tekanan akhir dimana throat ini berbentuk bulat datar. Lalu fluida akan
melewati bagian akhir dari venturi meter yaitu outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut
dimana bagian kecil berada pada throat, dan pada Outlet cone ini tekanan kembali normal.
b) Orificemeter
Orifice adalah plat berlubang yang disisipkan pada aliran fluida yang diukur. Orifice yang
dihubungkan dengan piezometer dapat menunjukkan adanya beda ketinggian antara dua titik serta
perbedaan tekanannya. Orifice yang digunakan untuk pengukuran debit disebut sebagai
orificemeter. Perangkat alat ukur orificemeter terdiri dari Plat Orifice. Plat orifice merupakan
bagian dari alat orifice meter yang berfungsi mengalirkan fluida yang aan diukur harga mass
flownya. Plat orifice hanya dapat dipakai untuk menentukan aliran fluida dalam pipa berdiameter
tidak kurang dari satu inchi. Plat orifice ada 3 jenis sesuai dengan fungsinya, yaitu:
1.
Square edge, untuk menakar aliran uap atau air.
2.
Conical Entrance, untuk mengukur fluida kental (minyak).
3.
Quarter Circle, untuk mengukur fluida kental.
1.
Gambar 2. Skema Orificemeter
(Sumber: www.google.com)
Orifice meter dapat digunakan dalam berbagai pengukuran, baik yang berkaitan dengan
proses maupun bukan proses. Orifice meter merupakan salah satu alat yang banyak digunakan
dalam industri minyak dan gas (migas). Orifice dikelompokkan kedalam kelas flowmeter yang
biasa disebut dengan differential pressure meter atau biasa juga disebut dengan “head meter”.
Orifice di dalam pipa ditunjukkan dengan manometer untuk mengukur penurunan tekanan
differensial dari fluida yang dihasilkan oleh orifice.
IV.
Data Awal
Pada saat praktikum, didapatkan data awal berupa :
Massa beban
: 2.5 kg
Temperatur awal
: 25 0C
Temperatur Akhir
: 25 0C
Temperatur rata – rata
: 25 0C
Berdasarkan data dari buku Finemore didapatkan nilai massa jenis air pada berbagai suhu
yaitu terlampir pada tabel berikut.
Tabel 1. Massa Jenis Air Pada Berbagai Suhu
T (°C)
0
5
10
15
20
25
30
40
50
60
70
80
90
100
ρ (kg/m3)
999,8
1000
999,7
999,1
998,2
997
995,7
992,2
988
983,2
977,8
971,8
965,3
958,4
Untuk menentukan volume air yang diperlukan, massa jenis ( ρ ¿
air juga perlu diketahui.
Penentuan massa jenis air dapat dilakukan dengan metode regresi grafik perubahan suhu terhadap
massa jenis air, sebagai berikut.
Object 5
Grafik 1. Perubahan Suhu terhadap Massa Jenis Air
Pada percobaan, kita mengukur ketinggian yang terindikasi pada Venturimeter dan
Orificemeter sebanyak 3 kali dalam 5 variasi berbeda
Tabel 2. Data Pengukuran Ketinggian Muka Air dan Waktu pada Venturimeter
Variasi
1
2
3
4
hA (mm)
249
248
247
254
254
253
264
264
263
284
284
285
hB (mm)
233
232
232
219
219
219
224
224
224
217
217
216
ΔhAB (mm)
16
16
15
35
35
34
40
40
39
67
67
69
t (s)
72
63
61
46
43
49
33
35
40
29
26
27
5
309
310
285
208
208
164
101
102
121
23
25
20
Tabel 3. Data Pengukuran Ketinggian Muka Air dan Waktu pada Orificemeter
Variasi
1
2
3
4
5
V.
hE (mm)
hF (mm)
247
245
245
251
250
252
261
260
261
280
279
280
307
306
280
226
226
227
221
222
222
214
214
214
201
201
200
182
182
137
ΔhEF
(mm)
21
19
18
30
28
30
47
46
47
79
78
80
125
124
143
t (s)
72
63
61
46
43
49
33
35
40
29
26
27
23
25
20
PENGOLAHAN DATA
A. Perhitungan Massa Jenis dan Volume Air
Untuk mendapatkan massa jenis air pada percobaan ini, bisa didapat dari persamaan massa jenis
di grafik yaitu y = -0,0036x2 - 0,0675x + 1000,6 dengan y sebagai massa jenis air dan x sebagai
suhu rata-rata. Diketahui bahwa suhu rata-rata dalam percobaan ini adalah 25 ℃. Maka dari
situ masa jenis dari air pada suhutersebut adalah 997 kg/m3
Vair =
Mair
ρair
7,5
997
= 7,5225 x 10-3 m3
=
B. Perhitungan vb pada Venturimeter dan vf pada Orificemeter
B.1. Venturimeter
Diketahui diameter inlet dan throat adalah da = 26 mm dan db = 16 mm, setelah itudicari
luas kedua bagian tersebut:
1
1
π da2
π db2
Aa =
Ab =
4
4
1
1
π (13 x 10-3)2
π (16 x 10-3)2
=
=
4
4
= 0,000531 m2
= 0,000201 m2
Setelah didapatkan luas penampang masing-masing pipa di venturimeter, maka
kecepatan di b bisa didapatkan dari persamaan:
Ab 2
1−(
¿)
Aa
¿
vb =
¿
2g x ∆h
¿
√¿
Untuk pengolahan data ini digunakan variasi pertama dari percobaan venturimeter
2,01 x 10−4 2
1−(
¿)
5,31 x 10−4
¿
vb =
¿
2 x 9,81 x (15,6 x 10−3 )
¿
√¿
= 0,5990 m/s
B.2. Orificemeter
Diketahui diameter pada orificemeter adalah de = 51 mm dan df = 20 mm, setelah itu
dicari luas kedua bagian tersebut:
1
1
π de2
π df2
Ae =
Af =
4
4
1
1
π (51 x 10-3)2
π (20 x 10-3)2
=
=
4
4
= 0,002042 m2
= 0,000314 m2
Setelah didapatkan luas penampang di orificemeter, maka kecepatan di f bisa didapatkan dari persamaan:
Af 2
1−(
¿)
Ae
¿
vf =
¿
2 g x∆ h
¿
√¿
Untuk pengolahan data ini digunakan variasi pertama dari percobaan orificemeter
2 x 10−3 2
1−(
¿)
3,14 x 10−4
¿
vf =
¿
2 x 9,81 x (19 , 3 x 10−3 )
¿
√¿
= 0,6233 m/s
Untuk keselruhan dari kecepatan dari segala percobaan, dapat ditunjukan oleh tabel
berikut
Tabel 4. Data Kecepatan aliran arus air Venturimeter dan Orificemeter
Variasi
1
2
3
4
5
Vb venturi
0,599034586
0,891086037
0,953183354
1,244947357
1,572807146
Vf orifice
0,623304417
0,767763645
0,968389842
1,25997051
1,582785301
C. Perhitungan Qteoritis pada Venturimeter dan Orificemeter
C.1. Venturimeter
Untuk mendapatkan Qteoritis bisa menggunakan persamaan kontinuitas yaitu:
Qteoritis = Ab x vb
Pada perhitungan ini hanya digunakan data dari variasi pertama:
Qteoritis = 0,000201 x 0,5990
= 0,000120382 m3/s
C.2. Orificemeter
Untuk mendapatkan Qteoritis bisa menggunakan persamaan kontinuitas yaitu:
Qteoritis = Af x vf
Pada perhitungan ini hanya digunakan data dari variasi pertama:
Qteoritis = 0,000314 x 0,6233
= 0,000195718 m3/s
Q teoritis yang didapat dari percobaan variasi lainnya dapat dilihat dalam tabel berikut
Tabel 5. Data Q teoritis arus air Venturimeter dan Orificemeter
Variasi
1
2
3
4
5
Qt venturi
0,000120382
0,000179073
0,000191552
0,000250185
0,000316071
Qt orifice
0,000195718
0,000241078
0,000304074
0,000395631
0,000496995
D. Perhitungan Qaktual pada Venturimeter dan Orificemeter
Untuk menghitung Qaktual pada masing-masing variasi, dapat digunakan persamaan:
Vair
Qaktual =
trata−rata
Perhitungan hanya digunakan variasi pertama dari masing-masing venturimeter dan
orificemeter:
0,007522
Qaktual =
65,333
= 0,000115141 m3/s
E. Perhitungan koefisien discharge pada Venturimeter dan Orificemeter
Untuk mendapatkan koefisien discharge pada masing-masing variasi dapat digunakan
persamaan:
Qaktual
Cd =
Qteoritis
Perhitungan hanya digunakan variasi pertama dari masing-masing venturimeter dan
orificemeter:
E.1. Venturimeter
0,000115141
Cd =
0,000120
= 0,9595
E.2. Orificemeter
0.000115141
Cd =
0,0001957
= 0,5883
VI.
Data Akhir
Tabel 6. Hasil Perhitungan Debit dan Kecepatan pada Venturimeter
Variasi
Qaktual (m3/s)
1
2
3
4
5
0,000115141
0,000163534
0,00020896
0,000275216
0,000331878
Δh AB rata-rata
(m)
0,015666667
0,034666667
0,039666667
0,067666667
0,108
Vb (m/s)
Qt venturimeter (m3/s)
0,599034586
0,891086037
0,953183354
1,244947357
1,572807146
0,000120382
0,000179073
0,000191552
0,000250185
0,000316071
Tabel 7. Hasil Perhitungan Debit dan Kecepatan pada Orificemeter
Variasi
Qaktual (m3/s)
1
2
3
4
5
0,00011514
0,00016353
0,00020896
0,00027522
0,00033188
Δh EF rata-rata
(m)
0,019333333
0,029333333
0,046666667
0,079
0,124666667
Vb (m/s)
Qt orificemeter (m3/s)
0,623304417
0,767763645
0,968389842
1,25997051
1,582785301
0,000195718
0,000241078
0,000304074
0,000395631
0,000496995
VII.
Analisis A – Cara Kerja
Cara kerja pada percobaan kali ini menggunakan metode triplo, yaitu pada tiap-tiap dari 5
variasi dilakukan 3 kali percobaan. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi jika data pertama
dan data kedua sangat berbeda. Data ketiga dapat menunjukkan nilai yang sebenarnya dengan
melihat nilainya lebih condong ke data yang mana. Setelah keran dibuka untuk mengalirkan air,
tunggu sampai tuas hydraulic bench mengangkat dan mulai waktu stopwatch. Pada saat itu
juga beban seberat 2,5 kg diletakan dan saat tuas mulai mengangkat kembali stopwatch
diberhentikan. Langkah-langkah kerja hydraulic bench tersebut digunakan untuk menentukan
nilai debit aktual. Praktikan yang memegang stopwatch harus sigap karena kesalahan waktu
dapat mempengaruhi data dan hasil perhitungan. Pada venturimeter dan orificemeter, tinggi air
di tabung A, B, E, dan F dibaca. Masing-masing dari A, B, E, dan F mewakili luas penampang
yang berbeda [ada venturimeter dan orificemeter. Dalam menggunakan venturimeter dan
orificemeter, isi dari tabung piezometer harus dijaga agar tidak melebihi batas angka. Selain
karena menyulitkan perhitungan karena tidak ada keteragan nilainya, isi air yang berlebihan
juga dapat mengganggu jalannya aliran fluida.
Berdasarkan hasil percobaan dan perhitungan, nilai Q aktual dan Qteoritis pada venturimeter
berbeda. Rata-rata nilai Qaktual lebih kecil daripada Qteoritis, kecuali pada variasi 3. Perbedaan
antara keduanya sangat kecil, yaitu 1x10-5 m3/s - 2x10-5 m3/s. Pada orificemeter, nilai Qaktual
juga kebih kecil daripada Qteoritis. Namun, pada orificemeter perbedaan antara Qaktual dan
Qteoritis lebiih besar, yaitu 2x10-5 m3/s. Hal ini berarti nilai error debit aktual dan teoritis pada
orificemeter lebih besar daripada venturimeter. Data dari hasil percobaan juga dapat dibuat
menjadi grafik, yaitu:
Object 45
Grafik 7.1 Hubungan antara Qaktual terhadap Δh
(Sumber: Pengolahan Data Excel)
Dari grafik dan hasil regresi dengan persamaan power, didapatkan persamaan, yaitu:
= 0.0012 x0.5679
y
Sedangkan berdasarkan rumus Qaktual adalah
Qaktual = Cd.Qteoritis
= Cd.AB.vB
= Cd.AB
.
[ ( )]
2g
AB
1−
AA
0.5
2
.
0.5
ΔhAB rata−rata
Jika dibandingkan, maka
Qaktual rumus
Cd.AB
Δh
0,5
0.5
.
= Qaktual regresi
[ ( )]
2g
A
1− B
AA
0.5
2
.
Δh
0.5
= 0.0012
=
Δh
Δh
0.5697
0.5697
≈ 0,5697
Nilai pangkat dari hasil regresi mendekati dengan nilai teoritis sehingga data dalam percobaan
cukup valid. Ditinjau dari nilai R2, nilai yang didapatkan adalah 0.9749. R2 adalah faktor
korelasi, yaitu jika R2 semakin mendekati 1, maka data yang ada semakin mendekati dengan
hasil regresi linear. Nilai R2 yang didapat pada percobaan mendekati 1 sehingga data
Δh
dan
debit aktual sudah akurat. Keduanya berhubungan secara eksponensial, yaitu 0.5.
0
f(x) = 1.05x
R² = 1
0
Qaktual
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Q teoretis
Grafik 7.2 Hubungan Qteoritis terhadap Qaktual Venturimeter
(Sumber: Pengolahan Data Excel)
Dari grafik dan hasil regresi dengan persamaan linear, didapatkan persamaan, yaitu:
y
= 1,0455x
Qteoritis = 1.0455 Qaktual
Sedangkan berdasarkan rumus Qaktual adalah
Qaktual = Cd.Qteoritis
Maka, nilai Cd yang didapatkan adalah
Cd
= 1/m
= 1/1.0455
= 0,9564
Nilai Cd yang semakin mendekati 1 berarti nilai debit aktual semakin mendekati nilai debit
teoritis. Nilai Cd yang didapatkan adalah 0.956480153 sehingga data pada percobaan ini cukup
valid dan berarti venturimeter tepat digunakan untuk mengukur debit. Nilai R2 yang didapatkan
juga sebesar 0.9685. Nilai ini juga mendekati 1 sehingga faktor korelasi antara data dan regresi
cukup dekat.
0
f(x) = 0 x^0.56
R² = 0.98
0
Q aktiual
0
0
0
0
0
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
Perbedaan tinggi
Grafik 7.3 Hubungan Qaktual terhadap Δh Orificemeter
(Sumber: Pengolahan Data Excel)
Dari grafik dan hasil regresi dengan persamaan power, didapatkan persamaan, yaitu:
= 0.0011 x0.5571
y
Sedangkan berdasarkan rumus Qaktual adalah
Qaktual = Cd.Qteoritis
= Cd.AB.vB
= Cd.AB
.
[ ( )]
2g
AB
1−
AA
0.5
2
.
Δh
0.5
Jika dibandingkan, maka
Qaktual rumus
Cd.AB
Δh
0.5
0.5
.
= Qaktual regresi
[ ( )]
2g
A
1− B
AA
0.5
2
.
Δh 0.5
= 0.0011
=
Δh
Δh
0. 5571
0.5571
≈ 0.5571
Nilai pangkat dari hasil regresi mendekati dengan nilai teoritis sehingga data dalam percobaan
cukup valid. Ditinjau dari nilai R2, nilai yang didapatkan adalah 0.9841. R2 adalah faktor
korelasi, yaitu jika R2 semakin mendekati 1, maka data yang ada semakin mendekati dengan
hasil regresi linear. Nilai R2 yang didapat pada percobaan mendekati 1 sehingga data
Δh
dan
debit aktual sudah akurat. Keduanya berhubungan secara eksponensial, yaitu 0.5.
0
f(x) = 0.67x
R² = 1
0
Q aktual
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Q teoretis
Grafik 7.4 Hubungan Qaktual terhadap Qteoritis Orificemeter
(Sumber: Pengolahan Data Excel)
Dari grafik dan hasil regresi dengan persamaan linear, didapatkan persamaan, yaitu:
y
= 0,6741x
Qteoritis = 0,6741 Qaktual
Sedangkan berdasarkan rumus Qaktual adalah
Qaktual = Cd.Qteoritis
Maka, nilai Cd yang didapatkan adalah
Cd
= 1/m
= 1/0,6741
= 1,483
Nilai Cd yang semakin mendekati 1 berarti nilai debit aktual semakin mendekati nilai debit
teoritis. Nilai Cd yang didapatkan adalah 1,483 sehingga data pada percobaan ini kurang valid
dibandingkan dengan data dari venturimeter. Nilai R2 yang didapatkan sebesar 0.9872. Nilai ini
mendekati 1 sehingga faktor korelasi antara data dan regresi sangat dekat. Hubungan antara
debit aktual dan debit teoritis linear. Namun, untuk mengukur debit aktual, nilai Cd dari
orificemeter
menunjukkan
bahwa
orificemeter
kurang
akurat
dibandingkan
dengan
venturimeter.
Venturimeter dan orificemeter memiliki perbedaan pada struktur penampangnya. Pada
venturimeter, luas penampang berubah secara perlahan-lahan sedangkan pada orificemeter luas
penampangnya berubah secara tiba-tiba. Berdasarkan nilai perhitungan koefisien discharge,
nilai Cd dari venturimeter lebih mendekati 1 dibandingkan dengan orificemeter yang hanya
sekitar 0.5. Hal ini berarti, venturimeter lebih cocok untuk digunakan dalam pengukuran debit.
Nilai debit aktual dari venturimeter hampir sama dengan nilai debit teoritis. Galat yang
didapatkannya sangat kecil.
Nilai Cd atau koefisien discharge venturimeter dan orificemeter pada percobaan juga perlu
dibandingkan dengan literatur. Menurut Finnemore (2012), nilai Cd didapatkan dari bilangan
Reynolds. Pada veturimeter dengan tabung yang besar, nilai Cd bisa mencapai 0.99 sedangkan
untuk tabung kecil nilai Cd adalah 0.97-0.98. Dari percobaan, tabung yang digunakan kecil dan
didapatkan Cd sebesar 0,9595. Hal ini berarti nilai Cd venturimeter pada percobaan masih
belum sesuai dengan Cd dari literatur. Nilai Cd dari orificemeter pada literatur adalah sekitar
0.6 sedangkan nilai Cd yang didapat pada percobaan adalah 0.5883. Kedua nilai tersebut cukup
dekat meskipun tidak sama persis. Berdasarkan perbandingan Cd baik di venturimeter maupun
orificemeter, nilai Cd di percobaan lebih kecil daripada Cd literatur. Hal ini dapat terjadi karena
adanya kesalahan-kesalahan saat praktikum dan mempengaruhi nilai Cd yang didapat.
Dalam melaksanakan percobaan terdapat beberapa kesalahan yang mungkin dilakukan
sehingga mempengaruhi hasil percobaan, yaitu:
1. Kesalahan dalam penggunaan hydraulic bench
Pada hydraulic bench setelah dilakukan satu percobaan, maka air harus dikuras dari lengan
air terlebih dahulu. Apabila air belum terkuras dengan benar, posisi lengan air bisa langsung
terangkat dan mengganggu pengambilan waktu debit.
2. Kesalahan dalam memulai dan mengakhiri stopwatch
Stopwatch mulai dinyalakan tepat saat tuas mengangkat dan berhenti tepat saat tuas
mengangkat lagi setelah diberi beban. Perisitiwa ini dapat terjadi dengan sangat cepat
sehingga mungkin terjadi keterlambatan saat menyalakan atau mematikan stopwatch.
Hasilnya waktu yang didapatkan lebih lambat dibandingkan dengan waktu sebenarnya. Pada
debit aktual, waktu berbanding terbalik dengan debit aktual sehingga waktu yang semakin
lamam akan membuat debi aktual yang lebih kecil.
3. Kesalahan pembacaan alat
Kesalahan pembacaan skala alat seperti pada termometer dan piezometer dapat terjadi dan
mempengaruhi perhitungan. Pembacaan termometer yang salah akan berdampak pada
massa jenis air dan volume air yang digunakan. Sedangakan kesalah pembacaan piezometer
dapat mempengaruhi nilai perbedaan ketinggian. Kesalahan ini dapat terjadi akibat
kesalahan paralaks, yaitu praktikan tidak melihat skala alat secara lurus serta nilai skala
sudah berubah tanpa sempat membaca nilai yang asli.
4. Kesalahan pembulatan
Kesalahan pembulatan rentan terjadi, apalagi dengan nilai banyak angka di belakang koma
seperti pada debit di percobaan ini. Perbedaan pembulatan dari awal dapat memberikan data
akhir yang berbeda juga.
5. Peletakan beban yang tidak konsisten.
Hal tersebut juga mengakibatkan kurang akuratnya nilai dari debit aktual. Pencatatan waktu
yang salah pun akan berdampak pada perbedaan volume dan debit aliran air yang dihitung
ketika menggunakan hydraulic bench.
VIII.
Analasis B – Penerapan di Bidang Teknikk Lingkungan
Konsep alat ukur debit pada saluran tertutup merupakan konsep yang penting di ilmu
teknik lingkungan, terutama dalam instalasi air. Venturimeter dapat digunakan untuk
menghitung debit fluida yang mengalir dalam pipa. Selain itu, kecepatan dan perbedaan tekanan
dari dua titik di sepanjang pipa juga dapat ditentukan. Dari data, penghitungan debit dengan
venturimeter juga memiliki koefisien discharge mendekati satu. Oleh karena itu, venturimeter
merupakan alat yang tepat untuk menentukan debit. Hal ini dapat menjadi pertimbangan dalam
pembuatan saluran yang efektif dan efisien. Perusahaan air minum menggunakan venturimeter
untuk menentukan debit air yang mengalir dalam pipa distribusi. Selain perusahaan air minum,
perusahaan minyak juga menggunakan venturimeter untuk menghitung laju aliran minyak
dalam pipa.
Orificemeter digunakan untuk mengontrol aliran bendungan banjir dalam struktur
sebuah bendungan, plat orifice ditempatkan diseberang sungai dan dalam operasi normal, air
mengalir melalui plat orifice sebagai lubang substansial besar dari aliran normal cross. Ketika
banjir naik, laju aliran banjir keluar dari plat orifice yang kemudian hanya dapat melewati aliran
yang ditentukan oleh dimensi fisik lubang tersebut. Arus ini kemudian muncul kembali di
belakang bendungan yang rendah dalam resevoir sementara, yang perlahan dibuang melalui
mulutorifice ketika banjir reda. Mengukur aliran sungai dimana lokasi aliran sungai melewati
gorong-gorong atau saluran kecil.
Gambar 8.1 Venturimeter pada Perusahaan Air Bersih
(sumber : https://artikel-teknologi.com/alat-ukur-aliran-menggunakan-venturi-meter/)
Gambar 8.2 Orificemeter pada Sungai sebagai Pengukur Banjir
(sumber : https://flowmasonic.com/2010/09/18/orifice-flow-meter/)
IX.
Kesimpulan
Berdasarkan analisa dan perhitungan, maka didapatkan kesimpulan, yaitu:
1. Nilai debit teoritis dari venturimeter dan orificemeter adalah
Q1 =
Q2 =
Q3 =
Q4 =
Q5 =
Venturimeter
0.000120382 m3/s
0.000179073 m3/s
0.000191552 m3/s
0.000250185 m3/s
0.000316071 m3/s
Q1 =
Q2 =
Q3 =
Q4 =
Q5 =
Orificemeter
0.00019572 m3/s
0.00024108 m3/s
0.00030407 m3/s
0.00039563 m3/s
0.00049699 m3/s
2. Nilai Cd yang didapatkan dari hasil regresi pada venturimeter dan orificemeter adalah
Cd venturimeter = 0.9595
Cd orificemeter = 0.5883
3. Berdasarkan data tersebut, maka alat ukur debit yang lebih baik digunakan adalah venturimeter
karena perbandingan antara debit aktual dan debit teoritis lebih dekat dibandingkan dengan
orificemeter.
X.
DAFTAR PUSTAKA
Munson, Bruce .2004. Mekanika Fluida Jilid 1 Edisi 4.Jakarta : Erlangga Mahameru White,
Frank .2010. Fluid Mechanics.Jakarta : McGraw-Hill
Finnemore, E. John, Joseph B. Franzini. Fluid Mechanics with Engineering Application, 10th
ed. NewYork: McGraw-Hill
Damanhuri, Enri. 2011. Statistika Lingkungan. Bandung: Penerbit ITB
LAMPIRAN