LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM PENGUKURAN BESARAN MIGAS PENGUKURAN KOEFISIEN PERMEABILITAS MENGGUNAKAN CONSTANT HEAD PERMEAMETER DAN FALLING HEAD PERMEABILTY TEST
Disusun Oleh : Nama
: Rachmatus Sadiyah
NIM
: 14/370281/SV/07788 14/370281/SV/07788
Kelas
: Metins C
Kelompok
:2
Hari, Tanggal
: Kamis,22 Desember 2016
Dosen Pengampuh
: Fitri Puspasari, S.Si , M.Sc
LABORATORIUM D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2016
PENGUKURAN KOEFISIEN PERMEABILITAS MENGGUNAKAN CONSTANT HEAD PERMEAMETER DAN FALLING HEAD PERMEABILITY TEST
A. Tujuan 1. Menentukan permeabilitas tanah granuler dengan menggunakan Constant Head Permeameter 2. Untuk mendapatkan nilai koefisien permeabilitas (k) suatu tanah
B. Dasar Teori Permeabilitass didefinisikan sebagai sifat bahan berongga yang kemungkinan air atau cairan lainnya untuk menembus atau merembes melalui hubungan antar pori. Bahan yang mempunyai pori-pori kontinu disebut dapat tembus ( permeable ). Semua jenis tanah bersifat permeabilitas dimana air merembess melalui poro-pori yang terdapat diantara butiran tanah. Koefisien permeabilitas tergantung pada ukuran ratarata pori yang dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel, bentuk partikel dan struktur tanah. Permeabilitas suatu tanah penting untuk : 1. Mengevaluasi jumlah rembesan yang melalui bendungan dan sampai kesumur air 2. Mengevaluasi gaya angkat atau rembesan dibawah struktur hidrolik untuk analisis stabilitas. 3. Menyediakan control kecepatan terhadap rembesan sehingga partikel tanah yang berbutir halus tidak tererosi dari massa tanah. Percobaan permeabilitas terbagi atas dua bagian yaitu, Falling head dan Constant head. Falling head adalah percobaan permeabilitas dimana tinggi air tidak selalu tetap sedangkan constant head merupakan permeabilitas dengan menggunakan ketinggian air yang tetap. Nilai-nilai koefisien rembesan atau koefisien dari beberapa bahan dapat dilihat pada tabel berikut : Bahan Kerikil
Koefisien Rembesan ( m/detik )
Uraian
≥ 0,01
Pasir Kasar
10-2 sampai 10-3
Pasir Sedang
10-3 sampai 10-4
Pasir Halus
10-5 sampai 10-6
Dapat dikeringkan dengan pemompaan , yaitu air akan keluar dari rongga karena gravitasi
10-6 sampai 10-7
Lanau
-7
-9
Lempung Kelanauan
10 sampai 10
Lempung
10-8 sampai 10-11
Air tidak dapat mengalir keluar dari rongga karena gravitasi Hampir tidak dapat dirembes air
Tabel 1. Tabel Koefisien Rembesan atau Permebilitas pada Beberapa Bahan
Rumus yang digunakan untuk mencari nilai k ( koefisien permeabilitas ) dituliskan sebagai berikut :
k = 2,303.(a.L / A.L).log (h1/h2) dimana :
k = koefisien permeabilitas
a = luas penampang pipa duga ( cm 2 )
A = luas penampang contoh tanah ( cm 2 )
L = tinggi contoh tanah ( cm )
h0 = tinggi air mula-mula ( cm )
h1 = tinggi air akhir ( cm )
t = waktu ( detik )
C. Alat dan Bahan
Falling Head Permeability 1. Tabung permeameter dan tabung gelas berskala yang dihubungkan dengan pipa duga ( selang plastik ) 2. Stopwatch 3. Saringan No.10 4. Talang 5. Sendok tanah 6. Contoh tanah 7. Air
Gambar 1. Alat Uji Permeabilitas dengan Falling Head Permeameter
Constant Head Permeability ( Alat tipe EL 28 - 400 ) 1. Sel tanah berupa silinder dari perspex dengan diameter 3 inch, dimana terdapat lubang-lubang pada dindingnya disambung dengan selang karet ke pipa manometer dengan menggunakan nippel 2. Manometer berupa 3 pipa gelas berdiri menempel papan vertikal, yang dihubungkan dengan selang karet ke-3 lubang yang berbeda dari dinding sel tanah. 3. Reservoir yang dipasang di atas, dilengkapi dengan tiga selang karet yang dipakai untuk a. penghubung dengan reservoir air utama ( cadangan air ) b. pembuang air luapan c. dihubungkan dengan bagian atas sel tanah 4. Gelas ukur untuk menampung air mengalir lewat contoh tanah.
Gambar
2.
Alat
Uji
Permeabilitas
dengan
Constant
Head
Permeameter
D. Langkah Kerja
Falling Head Permeability 1. Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum. 2. Contoh tanah berupa tanah undisturb atau tanah remolded 3. Mencetak sample tanah dengan cincin yang tersedia , tinggi dan diameter sampel sesuai cincin 4.
Menutup
tabung
oermeameter,
dimana
tutup
tabung
permeameter
dihubungkan oleh pipa duga dengan tabung gelas berskala 5. Mengisi air pada pipa gelas berskala sampai batas yang ditentukan 6. Mengalirkan air kedalam tabung permeameter yang berisi tanah sampai contoh tanah tersebut menjadi jenuh. 7. Membuka kran tabung permeameter dan membiarkan air mengalir sampai alirannya konstan.
8. Menutup kran pada tabung permeameter lalu mencatat tinggi air pada tabunggelas berskala dimana tinggi air tersebut sebagai h0. 9. Membuka kran tabung permeameter bersamaan dengan mengaktifkan stopwatch dengan interval waktu setiap 2 menit, yaitu pada menit ke 2, 4 dan 6 10. Mengukur tingggi air pada tabung gelas berskala setelah air dialirkan. Tingggi air tersebut dicatat sebagai h1.
Constant Head Permeability 1. Memasang 3 buah nippel pada 3 lubang dinding sel lalu memasang ke 3 selang karet pada ujung bawah pipa gelas manometer dan pada ke 3 nippel. 2. Melepas tutup sel dengan membuka 3 baut. Menutup kran dibawah sel dan mengisinya dengan air bebas udara. Ketiga selang karet ditutup dengan klip 3. Memasukkan atau menuangkan bahan filter ("graded gravel") setebal kurang lebih 4 cm , lalu kemudian meletakkan lempeng anyaman kawat diatasnya. 4. Menuangkan tanah yang akan diperiksa dalam suatu mangkok yang terisi penuh air bebas udara lalu mengaduk tanah agar tidak ada udara yang tertangkap, kemudian dipindahkan ke sel sehingga lebih tinggi dari nippel teratas dan sekitar 5 cm di bawah puncak sel. 5. Mengaduk kembali tanah dalam sel untuk membuang udara yang terperangkap. Meletakkan lempengan kawat anyaman diatasnya, lalu dituangkan diatas bahan filter ("graded gravel") samapi kurang lebih 1,5 cm di bawah puncak. 6. Mengendorkan pengunci piston pada tutup atas, dan menarik piston menempel plat tutup. Membuka skrup lubang air pada plat tutup sel dan memasang tutup sel dan dibaut 7. Menekan piston kebawah sehingga plat mendorong permukaan filter. Mematikan pengunci piston sehingga rapat air 8. Memasang selangg karet pada kran bawah kemudian pada ujung yang lain dimasukkan gelas ukur. Membuka kran bawah dengan catatan tidak ada tekukan pada selang tempat keluarnya air 9. Membuka air ke reservoir, dan melepaskan klip-klip pada slang karet penghubung ke pipa manometer 10. Mengalirkan air melalui tanah sampai didapatkan aliran yang teratur, yang tampak pada tinggi air di manometer konstan lalu menjalankan stopwatch untuk
mengetahui waktu yang diperlukan untuk menampung air dengan volume yang tertampung pada gelas ukur. 11. Mengukur perbedaan tinggi pada tiga pipa manometer, mengerjakan pengukuran waktu , volume air dan perbedaan tinggi air sekurang-kurangnya tiga kali 12. Mencatat hasil pada lembar atau laporan sementara.
E. Data Hasil
Falling Head Permeability
URAIAN
PERCOBAAN
SATUAN
I
II
III
Diameter pipa duga ( d )
cm
1,38
1,38
1,38
Diameter contoh tanah ( D )
cm
6,045
6,045
6,045
Tinggi contoh tanah ( L )
cm
2,42
2,42
2,42
detik
2
4
6
Tinggi air mula-mula ( h0 )
cm
78
78
78
Tinggi air akhir ( h1 )
cm
66
56,6
49,5
Interval Waktu ( t )
Tabel 2. Data Hasil Pengukuran Permeabilitas menggunakan Falling Head Permeability
Constant Head Permeability
NO
Q
INTERVAL OF TIME
H1 h1
h2
H2 h3
h4
h5
H3 h6
h7
h8
( cm3 )
( sec )
1
20
36
58
58,5
58,5
41
41
41
30
29
28,5
2
40
147
56
59
58,5
33
33
34
13
13
13
3
60
353
55
54,5
28
28
27
10
10
10
10
( cm )
( cm )
( cm )
Tabel 3. Data Hasil Pengukuran Permeabilitas menggunakan Constant Head Permeability
F. Analisis Data
h9
Falling Head Permeability Pada pengukuran menggunakan falling head menggunakan beberapa langkah untuk mendapatkannilai koefisien permeabilitas, yaitu pertama dengan menghitung luas penampang pada pipa kemudian pada contoh tanah setelah itu
dapat dicari nilai koefisien. Berikut rumus serta penghitungan untuk mencari koefisien permeabilitas pada falling head menggunakan data hasil percobaan. 1) Menghitung Luas Penampang Pipa Duga ( a ) a = 1/4 . ∏ . d 2 2) Menghitung Luas Penampang Contoh Tanah ( A ) A = 1/4 . 3,14 . D 2 3) Menghitung Nilai Koefisien Permeabilitas ( k ) k = 2,303.(a.L / A.L).log (h1/h2)
4) Menghitung Nilai rata-rata Koefisien Permeabilitas k=
++
Perhitungan pada Percobaan 1 :
Diket : d = 1,38
h0 = 78
D = 6,045
h1 = 66
L = 2,42
t = 120
Dit : a, A, k Jawab : a
= 1/4 . 3,14 . 1,38 2 = 1,494 cm2
A
= 1/4 . 3,14 . 6,045 2 = 28,685 cm 2
k1
= 2,303 . (( 1,494 . 2,42 ) / (28,685 . 120 )) . log ( 78/66 ) = 2,303 . ( 3,615 / 3442,2 ) . log ( 78/66 ) = 2,419x10 -3 . log ( 78/66 ) = 2,419x10 -3 . 0,0725 = 0,0001755 cm 2
Perhitungan pada Percobaan II :
Diket : d = 1,38
h0 = 78
D = 6,045
h1 = 56,6
L = 2,42
t = 240
Dit : a, A, k Jawab : = 1/4 . 3.14 . 1.38 2
a
= 1.494 cm2 = 1/4 . 3.14 . 6.045 2
A
= 28.685 cm 2 k1
= 2.303 . (( 1.494 . 2.42 ) / (28.685 . 240 )) . log ( 78/56.6 ) = 2.303 . ( 3.615 / 6884..4 ) . log ( 78/56.6 ) = 0.001209305 . 0.1393 = 1.68429x10 -4 cm2
Perhitungan pada Percobaan III :
Diket : d = 1.38
h0 = 78
D = 6.045
h1 = 49.5
L = 2.42
t = 360
Dit : a, A, k Jawab : = 1/4 . 3.14 . 1.38 2
a
= 1.494 cm2 = 1/4 . 3.14 . 6.045 2
A
= 28.685 cm 2 k1
= 2.303 . (( 1.494 . 2.42 ) / (28.685 . 360 )) . log ( 78/49.5 ) = 2.303 . ( 3.615 / 10326.6 ) . log ( 78/49.5 ) = 8.0620x10 -4 . 0.19749 = 1.5921x10 -4 cm2
Menghitung koefisien Permeabilitas (k)
k=
++
k = (0,001755 + 1.68429x10 -4 + 1.5921x10 -4 ) / 3 = 6.94213x10 -4
Constant Head Falling
Panjang antara nipple : 35 cm, 25 cm, 15 cm (L1, L2, L3) Berat tanah
: 2.973 gr
Diameter
: 9.31 cm
Tinggi
: 35 cm
: = 3.14 (9.31) =
Luas (A)
3.14 86.6761
= 68.04 cm 2
NO
Q
INTERVAL OF TIME
H1 h1
h2
H2 h3
h4
h5
H3 h6
h7
h8
h9
( cm3 )
( sec )
1
20
36
58
58,5
58,5
41
41
41
30
29
28,5
2
40
147
56
59
58,5
33
33
34
13
13
13
3
60
353
55
54,5
28
28
27
10
10
10
10
( cm )
( cm )
( cm )
Tabel 4. Data Hasil Pengukuran Permeabilitas menggunakan Constant Head Permeability
Pada perhitungan menggunakan constant head falling , telah diketahui nilai h1 sampai dengan h9 yang diukur pada setiap Q yang sudah ditentukan dan nilai L ( jarak antar nipple). Setelah didapat nilai h maka selanjutnya mencari nilai H, I dan k menggunakan rumus sebagai berikut : 1) H1 = 2) H2 = 3) H3 =
ℎ+ℎ+ℎ ℎ+ℎ+ℎ ℎ+ℎ+ℎ
Mencari nilai rata-rata (I) dengan rumus : 1) I1 = 2) I2 = 3) I3 =
− − − − − −
Mencari nilai koefisien ( k ) dengan rumus :
k=
V I rata rata x A x t
Perhitungan pada Volume 20 :
Diket : Q = 20 cm3 t = 36 L1 = 35 cm L2 = 25 cm L3 = 15 cm Dit : H, I, k Jawab : 1.
H1 = H2 = H3 =
2.
ℎ+ℎ+ℎ ℎ+ℎ+ℎ ℎ+ℎ+ℎ
−
I2 =
− −
I3 =
−
I rata rata = k =
=
−
=
L1 = 35 cm L2 = 25 cm L3 = 15 cm Dit : H, I, k
++ ++.
. − − . −
=
=
= 58.3
= 41 = 29.2
= 1.73
−
++
Perhitungan pada Volume 40 :
t = 147 sec
= 1.18 cm
−
−
Q = 40 cm3
+.+.
. − .
=
Diket :
= =
−
I1 =
=
= 1.45
. + . + .
. .
=
=
.
.
= 1.45 cm = 0.005631 cm/sec
Jawab : 1.
H1 = H2 = H3 =
2.
ℎ+ℎ+ℎ ℎ+ℎ+ℎ ℎ+ℎ+ℎ
−
I2 =
− −
I3 =
=
+ + . + + + +
. −
= 2.24
−
−
= 2.03 cm
−
=
=
= 13
= 2.45
−
= 33.3
. − .
++
= 57.8
− .
=
−
I rata rata = k =
=
−
= =
−
I1 =
=
. + . + .
. .
=
=
.
= 2.24 cm
.
= 0.001785 cm/sec
Perhitungan pada Volume 60 :
Diket : Q = 60 cm3 t = 353 sec L1 = 35 cm L2 = 25 cm L3 = 15 cm Dit : H, I, k Jawab : 1.
H1 = H2 = H3 =
2.
I1 = I2 =
ℎ+ℎ+ℎ ℎ+ℎ+ℎ ℎ+ℎ+ℎ − − − −
= =
= = =
+ + , + + + +
. − . − . − −
= 54.8 = 27.7
= 10
= 2.71 = 1.77 cm
I3 =
− −
I rata rata = k =
− .
=
−
++
−
=
=
= 2.24
. + . + .
. .
=
=
.
= 2.24 cm
.
= 0.001115 cm/sec
G. Pembahasan
Praktikum sistem pengukuran besaran migas yang melakukan pengukuran nilai permeabilitas menggunakan ienis tanah tertentu menggunakan dua jenis alat, yaitu Falling Head dan Constant Head dengan menggunakan alat EL 28-400 (ASTM D 243468(2000)). Tujuan dari dilakukannay praktikum ini dengan menggunakan dua alat agar praktikan dapat mengetahui nilai koefisian permeabilitas pada suatu jenis tanah dengan menggunakan metode dan alat yang berbeda. Pada pengukuran pertama menggunakan metode Falling Head , dimana tanah sudah diletakkan didalam alat yang kemudian diberikan air setinggi 78 cm yang kemudian aliran air akan merembes dan jatuh pada wadah atau gelas berskala yang sudah disiapkan yang kemudian dibaca besar volume yang didapatkan dalam jangka waktu yang sudah disepakati. Pada kelompok dua, interval waktu yang digunakan yaitu pada menit ke 2, 4 dan 6. Tahap awal yang harus dilakukan yaitu mengukur besar diameter duga (d), diameter contoh tanah (D), tinggi contoh tanah (L), dan tinggi air mula-mula (h0) dan nilai yang diukur pada interval waktu (t) dan tinggi air akhir (h1). Dari data nilai yang dimiliki maka nilai yang dicari yaitu lluas penampang duga (a) yang akan digunakan untuk mencari nilai koefisien. Nilai a yang didapat yaitu sebesar 1.494 dan luas penampang contoh tanah (A) sebesar 28,685. Interval waktu yang berbeda disebut sebagai k1, k2 dan k3 dimana didapatkan hasil pada menit ke-2 didapatkan nilai koefisien 0.0001755 pada menit ke-4 didapatkan nilai koefisien 1,68429x10-4 dan pada menit ke-6 didapatkan nilai koefisien 1.5921x10 -4. Selanjutnya di rata-rata yang kemudian merupakan koefisien permeabilitas dan didapatkan hasil 6.94213x10-4 untuk koefisien permeabilitas menggunakan metode Falling Head. Pengukuran kedua yang dilakukan yaitu menggunakan metode Constant Head diamana variabel bebas nya merupakan volume dan variabel terikat merupakan interval waktu sehingga dapat dikatakan bahwa Constant Head merupakan kebalikannya dari
metode Falling Head , karena metode ini didasarkan pada volume yang telah disepakati dan mencatat waktu yang didapat ketika air yang menetes mencapai volume yang sudah dipilih. Variabel kontrol pada Constant sama seperti Falling Head yaitu menggunakan tanah. Pada metode ini , terdapat air yang akan dialirkan pada selang yang sudah dihubungkan pada nipples dimana sudah terdapat tanah didalamnya. Jumlah nipples beserta selangnya yang ada sebanyak 9 buah dibagi menjadi 3 titik yaitu atas , bawah dan tengah. Letak ketinggian nipples ini disebut dengan H1 untuk yang bagian atas, H2 untuk yang bagian tengah dan H3 untuk nipples yang berada di paling bawah, dan terdapat 3 buah nipple pada setiap H yang ditulis dengan h . Volume yang digunakan pada pengukuran ini yaitu pada 20, 40, dan 60 cm dengan selang waktu yang dibutuhkan pada setiap volume yaitu: pada volume 20 selama 36 seconds, pada volume 40 selama 147 seconds dan pada volume 60 selama 353 seconds. Nilai I yang didapat pada setiap volume yaitu: volume 20 sebesar 1,45 cm, volume 40 sebesar 2.24 cm dan pada volume 60 sebesar 2.24 cm . Sehingga didapatkan nilai koefisian permeabilitas menggunakan metode Constant Head ini yaitu k1 dengan 0.005631 cm/sec, k2 0.001785 cm/sec dan k3 0.001115 cm/sec Pada kedua metode yang digunakan tidak terlepas dari faktor faktor yang mempengaruhi baik pada hasio yang didapat maupun hambatan pada saat dilakukannya pengambilan data. Faktor utama yaitu pembacaan pada penggaris ukur cm yang ditempel pada alat memungkinkan terjadi paralak, karena alat lebih tingpgi dibanding dengan praktikan yang mambaca hasil yang kedua yaitu pada kedua metode ini air yang menetes akan masuk pada wadah atau gelas berskala yang sudah disiapkan, namun pada saat pengukuran terjadi pergesaran karena tidak sengaja tergeser oleh praktikan yang dekat dengan alat sehingga beberapa tetes air keluar dari tempatnya sedangkan waktu masih berjalan, sehingga sedikit besar mempengaruhi hasil akhir yang didapat. Hal ini dapat diwajarkan karena masih merupakan praktikum. Hambatan atau kekurangan lebih banyak terjadi pada saat menggunakan metode Constant Head dikarenakan pertama, penggaris ukur hanya terdapat satu disamping h1 sedangkan semakin jauh h makan semakin jauh juga dari penggaris maka pembacaan lebih rentan terjadi kesalahan sampai dengan ± 2 meskipun telah diletakannya kertas milimeter block . Skala yang ada sangat besar sehingga pembacaan harus dibulatkan dan dengan keadaan penggaris yang berada diujung.
H. Kesimpulan Dari pengukuran nilai koefisian permeabilitas menggunakan dua metode Falling Head dan Constant Head ini maka dapat diambil kesimpulan yaitu : 1. Pada Falling Head variabel bebasnya yaitu waktu sedangkan pada Constant Head yaitu Volume air , dengan keduanya menggunakan volume terikat tanah. 2.
Nilai koefisien permeabilitas pada Falling Head yaitu 0.0001755 , 1,68429x10 -4 dan 1.5921x10 -4 dengan k=6.94213x10-3 cm/sec
3.
Nilai koefisien permeabilitas pada Constant Head yaitu k= 0.005631 cm/sec, k2=0.0017825 cm/sec dan k3=0.001115 cm/sec
4.
Pada Constant Head semakin rendah letak selang atau mengalirnya air maka semakin kecil nilai h yang didapat
I. Daftar Pustaka Modul Praktikum Praktikum Sistem Pengukuran Besaran Migas. 2016. Buku Panduan Uji Permeabilitas Constan dan Falling Head. Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada. 19 Desember 2016.
J. Lampiran
Gambar 3. Data Hasil Percobaan Falling Head Permeability
Gambar 4. Data Hasil Percobaan Constant Head Permeability
Gambar 5. Penggaris untuk mengukur diameter tabung
Gambar 6. Timbangan Berat Elektronik
