Pengukuran Debit Aliran (Modul H-05)

Koefisien Kehilangan Pipa Pitot
h teori (m)
h praktikum (m)
Koefisien Kehilangan Venturi Meter
h teori (m)
h praktikum (m)
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA
MODUL H-05
PENGUKURAN DEBIT ALIRAN

KELOMPOK 7
Adnan Kusuma Putera (1306369415)
Andhika Rizky Yuandri (1306369402)
Andrean Wardani (1306369453)
Humayri Sidqi (1306369440)
Shodikin Martanto (1306369434)
Yoel Priatama (1306369421)

Waktu Praktikum : 4 Oktober 2014
Asisten Praktikum : Indri Mahadiraka
Tanggal Disetujui :
Nilai :
Paraf Asisten :

LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI, DAN SUNGAI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK 2014
Tujuan
Memperagakan prinsip kerja dari berbagai tipe dasar pengukursan aliran yang berbeda dan dirakit dalam satu seri konfigurasi dengan cara membandingkannya.
Mengetahui karakteristik-karakteristiknya.

Teori
Sebagai akibat dari berbagai keperluan yang berbeda, banyak variasi metoda yang telah banyak dikembangkan untuk mengukur aliran fluida.
Venturimeter, lempengan lubang aliran (orifice) dan pipa pitot adalah alat-alat yang sesuai untuk mengukur debit dalam pipa.
Dengan menggunakan persamaan energi (Bernoully) dapat diturunkan debit :
Untuk venturimeter dan orifice :
Dimana:
Q = Cd A2 2g(h1-h2)1-A2A12
Q = debit yang mengalir melalui pipa
Cd = koefisien debit empiris yang didapat dari hasil percobaan
A1 = luas penampang pipa bagian hulu
A2 = luas leher pipa venturimeter atau luas penampang lubang (orifice) untuk lempeng lubang aliran.
h1 = tinggi tekanan pada lubang masuk (hulu)
h2 = tinggi tekanan pada lubang keluar (hilir)

Untuk pipa pitot :
Q = Cd A2 2g(h1-h2)

Dimana:
Q = debit yang mengalir melalui pipa
Cd = koefisien debit empiris yang didapat dari hasil percobaan
h1 = total head
h2 = tinggi tekanan

Data-data teknis :
Pada venturimeter
a) diameter pipa bagian hulu = 29 mm
b) diameter leher pipa = 17 mm
Pada lempeng lubang aliran (orifice)
a) diameter pipa bagian hulu = 29 mm
b) diameter lubang = 20 mm
Pada pipa pitot
a) diameter pipa = 19 mm

Peralatan
Meja Hidrolika
Seperangkat alat pengukur aliran

Cara Kerja
Meletakkan alat percobaan pada saluran tepi meja Hidrolika.
Menghubungkan pipa alira masuk dengan suplai dari meja Hidrolika dan Memasukkan pipa aliran keluar kedalam tangki pengukur volume.
Membuka katup penutup aliran suplai sepenuhnya, demikian juga katup pengatur aliran pada alat percobaan
Membuka katup udara pada manometer, membiarkan manometer terisi penuh dan menunggu hingg gelembung udara sudah tidak terlihat lagi pada manometer.
Mengatur katup suplai aliran dan pengatur aliran pada lat percobaan hingga didapatkan pembacaan manometer yang jelas. Jika diperlukan, tambahkan tekanan pada manometer dengan menggunakan pompa tangan.
Mencatat pembacaan manometer, pembacaan debit pada alat uur penampang berubah kemudian hitung debit aliran air dengan menghitung jumlah volume yang keluar dari alat percobaan dalam waktu tertentu, menggunakan gelas ukur dan stopwatch.
Mengulangi langkah 1-6 untuk berbagai variasi debit.

Data Pengamatan
No.
Manometer Reading (cm)
Variable area (LPM)
Volume (mL)
Waktu (s)

h3
h4
h5
h6
h7
h8

1.
5.2
4.7
4.7
4.0
3.2
3.7
5.0
190
3
2.
8.0
6.7
6.7
5.7
3.9
5.0
7.5
320
3
3.
9.5
7.5
8.0
5.0
3.0
5.0
10.0
480
3
4.
14.5
11.5
12.0
7.3
4.0
7.5
12.5
580
3
5.
26.0
21.0
22.0
15.0
10.5
15.5
15.0
700
3
6.
38.0
31.5
32.5
22.5
17.0
24.0
17.5
820
3
7.
47.5
39.5
40.5
29.0
23.0
31.0
20.0
860
3

Keterangan :
h3 = tinggi tekanan pada lubang masuk / hulu (orifice)
h4 = tinggi tekanan pada lubang keluar / hilir (orifice)
h5 = tinggi tekanan pada lubang masuk / hulu (venturi meter)
h6 = tinggi tekanan pada lubang keluar / hilir (venturi meter)
h7 = tinggi tekanan pada lubang masuk / hulu (pipa pitot)
h8 = tinggi tekanan pada lubang keluar / hilir (pipa pitot)

Dimensi Pipa

Dimensi (mm)
Orifice
Venturi Meter
Pitot
d1
29
29
19
d2
20
17
19

Pengolahan Data

I. Koefisien Debit Empiris (Cd)

Orifice
Q = Cd A2 2g(h1-h2)1-A2A12
Q = (y) ; Cd = (a) ; A2 2g(h1-h2)1-A2A12 = Q orifice (x)
Q real : V/t
g = 9.81 m/s2 = 981 m/s2
h3
h4
h3-h4
Q orifice (x)
Volume (m3)
Time (s)
Q real (y)
0,052
0,047
0,005
0,000111905
0,00019
3
6,33333E-05
0,08
0,067
0,013
0,000180442
0,00032
3
0,000106667
0,095
0,075
0,02
0,00022381
0,00048
3
0,00016
0,145
0,115
0,03
0,00027411
0,00058
3
0,000193333
0,26
0,21
0,05
0,000353875
0,0007
3
0,000233333
0,38
0,315
0,065
0,00040348
0,00082
3
0,000273333
0,475
0,395
0,08
0,00044762
0,00086
3
0,000286667

Keterangan :
h3 = tinggi tekanan pipa bagian hulu
h4 = tinggi tekanan pipa bagian hilir
Diameter pipa bagian hulu (D1) = 29 mm = 0,029 m
Diameter pipa bagian hilir (D2) = 20 mm = 0,020 m
Luas pipa bagian hulu (A1) = 6,61 x 10-4 m2
Luas pipa bagian hilir (A2) = 3,14 x 10-4 m2

Grafik hubungan antara Q orifice (x) dengan Q real (y)

Berdasarkan grafik diatas, diperoleh persamaan garis :
y = 0,678x - 5.10-06
y = m.x
Q real = Cd . Q orifice
Cd = m
Sehingga didapat nilai Cd = 0,678
Kesalahan Literature = Cd-Cd literatureCd literatur×100%=32,2 %

Venturimeter
Q = Cd A2 2g(h1-h2)1-A2A12
Q = (y) ; Cd = (a) ; A2 2g(h1-h2)1-A2A12 = Q venturimeter (x)
Q real : V/t
g = 9.81 m/s2 = 981 m/s2
h5
h6
h5-h6
Q venturimeter (x)
Volume (m3)
Time (s)
Q real (y)
0,047
0,04
0,007
8,96083E-05
0,00019
3
6,33333E-05
0,067
0,057
0,01
0,000107102
0,00032
3
0,000106667
0,08
0,05
0,03
0,000185507
0,00048
3
0,00016
0,12
0,073
0,047
0,000232192
0,00058
3
0,000193333
0,22
0,15
0,07
0,000283366
0,0007
3
0,000233333
0,325
0,225
0,1
0,000338688
0,00082
3
0,000273333
0,405
0,29
0,115
0,000363202
0,00086
3
0,000286667

Keterangan :
h6 = tinggi tekanan pipa bagian hilir
Diameter pipa bagian hulu (D1) = 29 mm = 0,029 m
Luas pipa bagian hulu (A1) = 6,61 x 10-4 m2

Grafik hubungan antara Q venturimeter (x) dengan Q real (y)

y = 0,774x - 1.10-5
y = m.x
Q real = Cd . Q venturi meter
Cd = m

Pipa Pitot
Q = Cd A2 2g(h1-h2)
Q = (y) ; Cd = (a) ; A2 2g(h1-h2) = Q pitot (x)
Q real = V/t
g = 9.8 m/s2 = 980 m/s2
h7
h8
(h7-h8)
Q pitot (x)
Volume (m3)
Time (s)
Q real (y)
0,032
0,04
0,005
8,88396E-05
0,00019
3
6,33333E-05
0,039
0,05
0,011
0,00013177
0,00032
3
0,000106667
0,03
0,05
0,02
0,000177679
0,00048
3
0,00016
0,04
0,08
0,035
0,000235047
0,00058
3
0,000193333
0,105
0,16
0,05
0,000280935
0,0007
3
0,000233333
0,17
0,24
0,07
0,000332407
0,00082
3
0,000273333
0,23
0,31
0,08
0,000355358
0,00086
3
0,000286667

Keterangan :
h8= tinggi tekanan pipa bagian hilir

Grafik hubungan antara Qpitot (x) dengan Qreal (y)

y = 0,826x - 1.10-6
y = m.x
Q real = Cd . Q pitot
Cd = m


II. Koefisien Debit Kehilangan Empiris (k)

Orifice
h praktikum = k h teori
h praktikum = (y) ; k = b ; h teori = (x)
h teori = V22g=Q22gA22
h praktikum = h3-h4
g = 9.8 m/s2 = 980 cm/s2
Variable Area (LPM)
h3
h4
h praktikum (y)
V(kecepatan)
h teori (x)
5
0,052
0,047
0,005
0,356061743
1,243711
7,5
0,08
0,067
0,013
0,57413231
3,23365
10
0,095
0,075
0,02
0,712123487
4,974846
12,5
0,145
0,115
0,03
0,872169588
7,462269
15
0,26
0,21
0,05
1,125966097
12,43711
17,5
0,38
0,315
0,065
1,283798873
16,16825
20
0,475
0,395
0,08
1,424246974
19,89938

Keterangan :
Kecepatan (v) = Q / A2

Grafik hubungan nilai h teori (x) dengan h praktikum (y)

y = 0,773 x
y = m.x
h3-h4 = k . V2/2g
k = m
Sehingga didapat nilai k = 0,773
Kesalahan Literature = k-k literaturek literatur×100%= 22,7%

Venturimeter
h praktikum = h5-h6
g = 9.8 m/s2 = 980 m/s2
Variable Area (LPM)
h5
h6
h praktikum (y)
V(kecepatan)
h teori (x)
5
0,047
0,04
0,007
0,394626056
1,527709
7,5
0,067
0,057
0,01
0,471668352
2,182441
10
0,08
0,05
0,03
0,81695355
6,547323
12,5
0,12
0,073
0,047
1,02255262
10,25747
15
0,22
0,15
0,07
1,24791716
15,27709
17,5
0,325
0,225
0,1
1,491546292
21,82441
20
0,405
0,29
0,115
1,599505202
25,09807


y = 0,881 x
y = m.x
h5-h6 = k . V2/2g
k = m
Sehingga didapat nilai k = 0,881

Kesalahan Literature = k-k literaturek literatur×100%= 11,9%

Pipa Pitot
h praktikum = h7-h8
g = 9.8 m/s2 = 980 m/s2
Variable Area (LPM)
h7
h8
h praktikum (y)
V(kecepatan)
h teori (x)
5
0,032
0,04
0,005
0,313209195
0,962361
7,5
0,039
0,05
0,011
0,464564312
2,117194
10
0,03
0,05
0,02
0,626418391
3,849444
12,5
0,04
0,08
0,035
0,828673639
6,736527
15
0,105
0,16
0,05
0,990454441
9,62361
17,5
0,17
0,24
0,07
1,171921499
13,47305
20
0,23
0,31
0,08
1,252836781
15,39778


y = x
y = m.x
h7-h8 = k . V2/2g
k = m
Sehingga didapat nilai k = 1
Kesalahan Literature = k-k literaturek literatur×100%=0%

Analisa
Analisa Percobaan
Praktikum Pengukuran debit aliran ini bertujuan untuk memperagakan prinsip kerja dari berbagai tipe dasar pengukuran aliran yang berbeda dan dirakit dalam satu seri konfigurasi dengan cara membandingkannya, serta mengetahui karakteristik-karakteristiknya. Peralatan yang digunakan pada praktikum ini adalah mejad hidrolika dan seperangkat alat pengukur aliran. Praktikum ini dimulai dengan meletakkan alat percobaan pada saluran tepi meja Hidrolika. Setelah itu, menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai dari meja Hidrolika dan memasukkan pipa aliran keluar kedalam tangki pengukur volume. Hal ini bertujuan untuk membuat alat percobaan pengukuran mendapatkan suplai air pada praktikum ini.
Teradapat 3 jenis pipa pada alat pengukuran aliran pada praktikum ini. Yang pertama adalah pipa orifice yang menghubungkan manometer nomor 3 dan 4, dimana manometer nomor 3 adalah lubang masuk (hulu) dan manometer nomor 4 adalah lubang keluar (hilir). Yang kedua adalah pipa venturi meter yang menghubungkan manometer nomor 5 dan 6, dimana manometer nomor 5 adalah lubang masuk (hulu) dan manometer 6 adalah luabng keluar (hilir). Yang ketiga adalah pipa pitot yang menghubungkan manometer nomor 7 dan 8, dimana manometer nomor 7 adalah lubang masuk (hulu) dan manometer nomor 4 adalah lubang keluar (hilir).
Langkah yang ketiga adalah membuka katup penutup aliran suplau sepenuhnya dan juga katup pengatur aliran pada alat percobaan. Setelah itu, membuka katup udara pada manometer dan membiarkan manometer terisi penuh. Hal ini bertujuan untuk menghilangkan gelembung udara yang terlihat pada manometer. Oleh karena itu selanjutnya menunggu hingga gelembung udara sudah tidak terlihat lagi pada manometer.
Langkah selanjutnya adalah mengatur katup suplai aliran pada alat perobaan hingga didapatkan pembacaan manometer yang jelas. Pada praktikum ini, pengaturan variable area dimulai dari 5,0 kemudian 7,5 ; 10 ; 12,5 ; 15 ; 17,5 ; dan 20. Kemudian, setelah mengatur variable area, maka ketinggian air yang ditujukkan pada manometer setelah posisi air tidak bergerak naik turun lagi (stabil) dibaca. Ketika mengatur veriable area, apabila ketinggian air pada manometer terlalu tinggi maka dapat mengurangi tinggi air tersebut dengan memutar kran sehingga permukaan air menjadi lebih rendah, begitu juga sebaliknya apabila ketinggian air pada manometer terlalu rendah maka dapat memutar kran sehingga permukaan air menjadi lebih tinggi. Apabila dibutuhkan, tekanan pada manometer dapat ditambah dengan menggunakan pompa tangan yang ada pada meja hirolika.
Kemudian memcatat pembacaan manometer, setelah itu mengukur besar debit yang ada dengan cara menghitung jumlah volume yang keluar dari alat percobaan dalam waktu tertentu menggunakan gelas ukur dan stopwatch. Perhitungan jumlah volume yang keluar dan menghitung waktu yang diperlukan untuk mengetahui besarnya debit aliran tersebut yang diperoleh dengan pembagian antara volume dengan waktu. Pada praktikum ini waktu yang digunakan untuk menghitung volume yang keluar dari alat percobaan adalah konstan, yaitu salam 3 detik. Setelah diukur, maka hasil pengukuran debit dicatat. Dan langkah selanjutnta adalah mengulangi langkah-langkah diatas untuk berbagai variasi variable area (10 ; 12,5 ; 15 ; 17,5 ; 20)

Analisa Hasil
Pada praktikum pengukuran debit aliran ini, didapat data berupa ketinggian air pada manometer yang menunjukkan tekanan air pada pipa orifice, pipa venturimeter, dan pipa pitot serta debit aliran air. Setelah data-data tersebut didapat, maka dilakukan pengolahan data untuk mencari besar koefisien debit empiris dan koefisien kehilangan empiris pada setiap pipa yang ada. Koefisien debit empiris dilambangkan dengan Cd, dimana Cd merupakan faktor koreksi debit aliran air. Faktor koreksi ini dibutuhkan untuk mengetahui perbedaan debit aliran air saat praktikum dengan debit aliran air secara teoritis yang tidak sama. Koefisien debit empiris dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
Q = Cd A2 2g(h1-h2)1-A2A12 ,
Besar Cd pada pengolahan data praktikum ini didapat dari perhitungan secara grafis. Untuk pipa orifice, sumbu x adalah Q orifice yang didapat dengan menggunakan persamaan Qorifice = A2 [(2g(h1-h2)]1/2[1-(A2/A1 )2]-1/2 ,sedangkan sumbu y adalah Q real yang didapat dengan menggunakan persamaan Qreal = V/t. Untuk venturimeter, sumbu x adalah Q venturimeter yang didapat dengan menggunakan persamaan Qventurieter = A2 [(2g(h1-h2)]1/2[1-(A2/A1 )2]-1/2 , sedangkan sumbu y adalah Q real yang didapat dengan menggunakan persamaan Qreal = V/t. Untuk pipa pitot, sumbu x adalah Q pitot yang didapat dengan menggunakan persamaan Qpitot= A2 [(2g(h1-h2)]1/2, sedangkan sumbu y adalah Q real yang didapat dengan menggunakan persamaan Qreal = V/t. Setelah dilakukan pengolahan data, maka didapat besar kosefisien debit empiris dari pipa orifice, venturimeter, dan pitot.
Jenis Pipa
Koefisien Debit Empiris (Cd)
Orifice
0,678
Venturimeter
0,774
Pitot
0,826
Dari hasil yang didapat, telihat bahwa pipa pitot mempunyai nilai Koefisien Debit Empiris yang paling besar. Kemudian yang kedua adalah venturimeter dan yang paling kecil adalah pipa orifice. Pipa yang efektif adalah pipa yag memiliki nilai Cd~1. Semakin nilai Cd mendekati 1, maka pipa tersebut memiliki perbandingan debit aliran dengan debit aliran secara teoritis yang tidak jauh berbeda. Oleh karena itu, berdasarkan hasil diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa pipa pitot adalah pipa yang paling efektif.
Selain koefisien debit empiris, pengolahan data juga dilakukan untuk menentukan nilai dari koefisien kehilangan empiris. Koefisien kehilangan empiris dilambangkan dengan k . Ketika air mengalir dalam pipa, maka air tersebut tidak bisa lepas dari gesekan dengan pipa-pipa. Oleh karena itu, jumlah debit air yang keluar dari pipa akan berkurang. Nilai koefisien debit empiris menunjukkan tingkat kehilangan energi nya. Jadi, semakin kecil nilai dari koefisien kehilangan empiris, maka semakin kecil juga gesekan yang terjadi. Sebaliknya, semakin besar nilai dari koefisien kehilangan empiris, maka semakin besar juga gesekan yang terjadi. Untuk mendapatkan nilai koefisien kehilangan empiris, maka dapat digunakan persamaan :
h praktikum = k . h teori
h praktikum didapat dari selisih tinggi tekanan lubang pada bagian hulu dengan lubang pada bagian hilir, sedangkan h teori didapat dengan menggunakan persamaan V2/2g.
Pada pengolahan data ini, nilai k juga dicari dengan metode grafis. Dimana h teori sebagai sumbu x dan h praktikum sebagai sumbu y. Dari grafik didapat persamaan y = bx + a, dimana k = b. Hasil dari pengolahan data koefisien kehilangan empiris dalah sebagai berikut :
Jenis Pipa
Koefisien Kehilangan Empiris (k)
Orifice
0,773
Venturimeter
0,881
Pitot
1

Dari hasil yang didapat, telihat bahwa pipa pitot mempunyai nilai Koefisien Kehilangan Empiris yang paling besar. Kemudian yang kedua adalah venturimeter dan yang paling kecil adalah pipa orifice. Hal ini menujukkan bahwa terjadi kehilangan energi yang paling sedikit terjadi pada pipa orifice, sedangkan kehilangan energi yang paling banyak terjadi pada pipa pitot.

Analisa Kesalahan
Kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi pada praktikum ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain :
Ketidakakuratan praktikan dalam mengatur variable area, sehingg mempengaruhi tinggi tekanan pada manometer.
Ketidakakuratan praktikan dalam pembacaan tinggi tekanan pada manometer, terlebih karena bentuk permukaan air yang tidak lurus melainkan melengkung, hal ini membuat praktikan menyebabkan kesulitan dalam membaca tinggi yang tepat
Ketidakakuratan praktikan saat melakukan pengukuran debit aliranpada saat pembacaan volume air pada gelas ukur dan ketidakakuratan praktikan saat menghentikan stopwatch yang tidak bersamaan dengan mengukur volume air. Hal ini mempengaruhi besar debit aliran dalam pengolahan data.
Setelah dilakukan pengolahan data, maka ditemukan kesalahan literatur dalam praktikum ini. Dengan menggunakan persamaan :
Kesalahan Literature = Cd-Cd literatureCd literatur×100%, dengan Cd literature sebesar 1, maka didapat kesalahan literature koefisien debit empiris pada pipa orifice sebesar 32,2% , venturimeter sebesar 22,6%, pipa pitot sebesar 17,4%.
Dengan menggunakan persamaan :
Kesalahan Literature = k-k literaturek literatur×100%, dengan k literatur sebesar 1, maka didapat kesalahan literature koefisien kehilangan empiris pada pipa orifice sebesar 22,7%, venturimeter sebesar 11,9%, dan pipa pitot sebesar 0%.

Kesimpulan
Berdasarkan pengolahan data yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
Koefisien debit empiris (Cd) untuk orifice dan venturimeter dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan :
Q = Cd A2 2g(h1-h2)1-A2A12 ,
Sedangkan koefisien debit empiris (Cd) untuk pipa pitot dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan :
Q = Cd A2 2g(h1-h2) .
Koefisien kehilangan empiris (k) dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:
h = V22g=Q22gA22 .
Pipa pitot memiliki nilai koefisien debit paling tinggi (Cd = 0,826), kemudian diikuti oleh venturimeter (Cd = 0,774), dan paling kecil adalah pipa orifice (Cd = 0,678).
Pipa pitot memiliki nilai koefisien kehilangan paling tinggi (k = 0,773), kemudian diikuti oleh venturimeter (k = 0,881), dan paling kecil adalah pipa orifice (k = 1). Nilai k yang besar menunjukkan bahwa pada pipa pitot terjadi kehilangan energi yang besar akibat gesekan air dalam pipa.

Daftar Pustaka
Pedoman Praktikum Mekanika Fluida dan Hidrolika Laboratorium Hidrolika, Hidrologi, dan Sungai. Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Lampiran

Koefisien Kehilangan Orifice
h teori (m)
h praktikum (m)
Koefisien Debit Orifice
Q orifice (m3/s)
Q real (m3/s)
Koefisien Debit Venturimeter
Q venturimeter (m3/s)
Q real (m3/s)
Koefisien Debit Pipa Pitot
Q pitot (m3/s)
Q real (m3/s)

Pengukuran Debit Aliran (Modul H-05)

Recommend Documents