pengukuran debit aliran
Post on 10-Feb-2016
273 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM
MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA
KELOMPOK : 3
Rully Lesmana 1306369195
Nurul Lathifah 1306369200
Nur Bella Octoria 1306369213
Pujakesuma Perdani 1306369226
Josua Martua Nugraha S 1306369232
Hari/Tanggal Praktikum : Sabtu, 27 September 2014
Asisten Praktikum : Indri Mahadiraka R
Tanggal Disetujui :
Nilai :
Paraf :
LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI DAN SUNGAIDEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIA
2014
H-05 PENGUKURAN DEBIT ALIRANI. TUJUAN
1.Memperagakan prinsip kerja dari berbagai tipe dasar pengukuran aliran
yang berbeda dan dirakit dalam satu seri konfigurasi dengan cara
membandingkannya
2.Mengetahui karakteristik-karakteristiknya.
II. ALAT - ALAT1.Meja hidrolika
2.Seperangkat alat pengukur aliran
Keterangan gambar:
1.Pipa Orifice
2.Venturi meter
3.Pipa pitot
4.Manometer set
5.Variable area flow meter
6.Katup pengatur aliran
7.Lubang untuk suplai meja hidrolika
8.Katup udara manometer
2
3
4
5
6
7
8
Gambar1. Alat Pengukur Aliran
1
III. TEORISebagai akibat dari berbagai keperluan yang berbeda, banyak variasi
metoda yang telah banyak dikembangkan untuk mengukur aliran fluida.
Venturi meter, 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 = debit yang mengalir melalui pipa
Cd = koefisien debit empiris yang di dapat dari percobaan
A1 = luas penampang pipa bagian hulu
A2 = luas penampang leher pipa venturi meter atau luas penampang lubang
(Orifice) untuk lempeng lubang aliran
h1 = tinggi tekana pada lubang masuk (hulu)
h2 = tinggi tekanan pada lubang keluar (hilir)
Untuk pipa pitot
Dimana:
Q = debit yang mengalir melalui pipa
Cd = koefisien debit empiris yang di dapat dari percobaan
h1 = total head
h2 = tinggi tekanan
Catatan: Data-data teknis
Pada venturimeter
- diameter pipa bagian hulu : 29 mm
- diameter leher pipa : 17mm
Pada lempeng lubang aliran
- diameter pipa bagian hulu : 29mm
- diameter lubang : 20 mm
Pada pipa pitot
- diameter pipa : 19mm
IV. CARA KERJA1. Meletakkan alat percobaan pada saluran tepi meja hidrolika.
2. Menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai dari meja hidrolika dan
memasukkan pipa aliran keluar ke dalam tangki pengukur volume.
3. Membuka katup pengatur aliran suplai sepenuhnya, demikian juga katup
pengatur aliran pada alat percobaan.
4. Membuka katup udara pada manometer, membiarkan manometer terisi
penuh, dan menunggu hingga gelembung udara sudah tidak terlihat lagi
pada manometer.
5. Mengatur katup suplai aliran dan pengatur aliran pada alat percobaan,
hingga didapatkan pembacaan manometer yang jelas. Jika diperlukan,
dapat menambahkan tekanan pada manometer dengan menggunakan
pompa tangan.
6. Mencatat pembacaan pada manometer, pembacaan debit pada alat ukur
penampang berubah kemudian menghitung debit aliran dengan
menghitung jumlah volume yang keluar dari alat percobaan dalam waktu
tertentu, menggunakan gelas ukur dan stopwatch.
7. Mengulangi langkah 1 -6 untuk berbagai variasi debit.
V. DATA HASIL PENGAMATAN
Pembacaan Manometer (h)(m) variable
area
(pressu
re)
Volume
(m³)Time (s)
3 4 5 6 7 8
0,06 0,053 0,052 0,044 0,037 0,046 5 0,00033 3
0,074 0,063 0,064 0,046 0,038 0,048 7,5 0,000405 3
0,116 0,096 0,092 0,063 0,042 0,062 10 0,00049 3
0,152 0,118 0,122 0,074 0,045 0,076 12,5 0,00063 3
0,205 0,155 0,16 0,089 0,05 0,099 15 0,00073 3
0,263 0,195 0,201 0,116 0,056 0,121 17,5 0,00087 3
0,323 0,235 0,251 0,127 0,063 0,148 20 0,00096 3
VI. PENGOLAHAN DATAa. Mencari nilai Koefisien Debit Empiris (Cd)
A. Pipa Orifice
Pada lempeng lubang aliran
- diameter pipa bagian hulu : 29mm
- diameter lubang : 20 mm
A1 = 0,000660185 m²
A2 = 0,000314 m²
Manometer
reading
∆h
(orifice
)
|h3-h4|
variable
area
(pressure
)
Volume
(m3)
Time
(s)
Debit
Praktikum
(m3/s)
(y)
Debit Teori
(orifice)
(m3/s)
(x)H3 H4
0,06 0,053 0,007 5 0,00033 3 0,000110,0001322
2
0,07
40,063 0,011 7,5 0,000405 3 0,000135
0,0001657
5
0,11
60,096 0,02 10 0,00049 3 0,00016333
0,0002234
9
0,15
20,118 0,034 12,5 0,00063 3 0,00021 0,0002914
0,20
50,155 0,05 15 0,00073 3 0,00024333
0,0003533
7
0,26
30,195 0,068 17,5 0,00087 3 0,00029 0,0004121
0,32
30,235 0,088 20 0,00096 3 0,00032 0,0004688
Debit Teori Orifice didapatkan dengan perhitungan menggunakan rumus :
Dengan Cdliteratur = 1
0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.0004 0.00045 0.00050
0.000050.0001
0.000150.0002
0.000250.0003
0.00035
f(x) = 0.624875423484165 x + 2.7494676718405E-05
Q Orifice
Q teori
Q praktikum
Dari grafik tersebut didapatkan persamaan : y=0,6249 x+3×10−5
Kesalahan Literatur
Kesalahan literatur dari grafik yang didapatkan ini adalah :
Kesalahan Literatur = | Cd−Cd literaturCdliteratur
∨×100%
Dengan Cd adalah b dari persamaan diatas, maka didapatkan nilai kesalahan
literatur dari Q pada orifice adalah : 37,51 %
B. Venturimeter
Pada lempeng lubang aliran
- diameter pipa bagian hulu : 29mm
- diameter lubang : 17 mm
A1 = 0,000660185 m²
A2 = 0,000226865 m²
Pembacaan
Manometer
(m)
variable
area
(pressure
)
Volume
(m3)
Time
(s)
∆h
(venturimeter
)
Debit
Praktikum
(m3/s)
Debit Teori
(venturi)
(m3/s)5 6
0,05
20,044 5 0,00033 3 0,008
0,00011 9,56594E-05
0,06
40,046 7,5 0,000405 3 0,018
0,000135 0,000143489
0,09
20,063 10 0,00049 3 0,029
0,0001633
3 0,00018213
0,12
20,074 12,5 0,00063 3 0,048
0,00021 0,000234317
0,16 0,089 15 0,00073 3 0,0710,0002433
3 0,000284978
0,20
10,116 17,5 0,00087 3 0,085
0,00029 0,000311812
0,25
10,127 20 0,00096 3 0,124
0,00032 0,000376612
Debit Teori Venturimeter didapatkan dengan perhitungan menggunakan rumus :
Dengan Cdliteratur = 1
0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.00040
0.00005
0.0001
0.00015
0.0002
0.00025
0.0003
0.00035
f(x) = 0.790778525133551 x + 2.62129784187753E-05
Q Venturimeter
Q teori
Q praktikum
Dari grafik tersebut didapatkan persamaan : y=0,790 x+3×10−5
Kesalahan Literatur
Kesalahan literatur dari grafik yang didapatkan ini adalah :
Kesalahan Literatur = | Cd−Cd literaturCdliteratur
∨×100%
Dengan Cd adalah b dari persamaan diatas, maka didapatkan nilai kesalahan
literatur dari Q pada orifice adalah : 20,92 %
C. Tabung Pitot
Pada lempeng lubang aliran
- diameter pipa : 19 mm (0,019 m)
A2 = 0,000223385 m²
Pembacaan
Manometer (m)
variable
area
(pressure)
volume time
∆h
(tabun
g pitot)
Debit
Praktikum
(m3/s)
Debit Teori
(pitot)
(m3/s )7 8
0,037 0,046 5 0,00033 3 0,009 0,00011 0,000119022
0,038 0,048 7,5 0,000405 3 0,01 0,000135 0,00012546
0,042 0,062 10 0,00049 3 0,020,0001633
3 0,000177427
0,045 0,076 12,5 0,00063 3 0,031 0,00021 0,000220895
0,05 0,099 15 0,00073 3 0,0490,0002433
3 0,000277717
0,056 0,121 17,5 0,00087 3 0,065 0,00029 0,000319861
0,063 0,148 20 0,00096 3 0,085 0,00032 0,000365775
Debit Teori pipa pitot didapatkan dengan perhitungan menggunakan rumus :
Dengan Cdliteratur = 1
0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.00040
0.000050.0001
0.000150.0002
0.000250.0003
0.00035
f(x) = 0.821981531841005 x + 2.16335659887234E-05
Q Pipa Pitot
Q teori
Q praktikum
Dari grafik tersebut didapatkan persamaan : y=0,822 x+2×10−5
Kesalahan Literatur
Kesalahan literatur dari grafik yang didapatkan ini adalah :
Kesalahan Literatur = | Cd−Cd literaturCdliteratur
∨×100%
Dengan Cd adalah b dari persamaan diatas, maka didapatkan nilai kesalahan
literatur dari Q pada orifice adalah : 17,8 %
b. Mencari Koefisien Kehilangan Empiris (k)
A. Pada Tabung Orifice
Pada lempeng lubang aliran
- diameter lubang : 20 mm
h3
(m)
h4
(m)
variable
area
(pressure)
∆h
(orifice)
(m)
Debit
Praktikum
(m3/s)
Debit Teori
(orifice)
(m3/s)
Kecepatan
pipa orifice (v)
(m/s)
∆h
(kecepatan
teori)
0,06 0,053 5 0,007 0,00011 0,00013222 0,42108315 0,00903726
0,074 0,063 7,5 0,011 0,000135 0,00016575 0,52785567 0,01420141
0,116 0,096 10 0,02 0,00016333 0,00022349 0,71176044 0,02582074
0,152 0,118 12,5 0,034 0,00021 0,0002914 0,92802207 0,04389526
0,205 0,155 15 0,05 0,00024333 0,00035337 1,12539206 0,06455185
0,263 0,195 17,5 0,068 0,00029 0,0004121 1,3124214 0,08779052
0,323 0,235 20 0,088 0,00032 0,0004688 1,49300129 0,11361126
A2 = 0,000314 m²
Kesalahan Literatur
Dengan Kliteratur = 1, dan K pada praktikum adalah b, (didapatkan dari
persamaan grafik y=bx±a), kesalahan literatur dari grafik yang didapatkan ini
adalah :
Kesalahan Literatur = | K−K literaturKliteratur
∨×100%
Kesalahan Literatur = 22,54 %
B. Pada Tabung Venturimeter
Pada lempeng lubang aliran
- diameter lubang : 17 mm
A2 = 0,000226865 m²
h5 h6
variable
area
(pressure)
∆h
(venturi
meter)
(m)
Debit
Praktikum
(m3/s)
Debit Teori
(venturi)
(m3/s)
Kecepatan
venturimeter(v)
(m/s)
∆h
(kecepatan
teori)
0,052 0,044 5 0,008 0,00011 9,56594E-05 0,421657922 0,009061947
0,064 0,046 7,5 0,018 0,000135 0,000143489 0,632486883 0,020389381
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120
0.010.020.030.040.050.060.070.080.09
0.1
f(x) = 0.774571139335003 x
∆h Orifice
∆h teori
∆h praktikum
0,092 0,063 10 0,029 0,00016333 0,00018213 0,802812766 0,032849558
0,122 0,074 12,5 0,048 0,00021 0,000234317 1,032846755 0,054371683
0,16 0,089 15 0,071 0,00024333 0,000284978 1,256158511 0,080424781
0,201 0,116 17,5 0,085 0,00029 0,000311812 1,37443667 0,096283189
0,251 0,127 20 0,124 0,00032 0,000376612 1,6600689 0,140460181
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.160
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
f(x) = 0.882812474526979 xR² = 1
∆h Venturimeter
∆h teori
∆h praktikum
Kesalahan Literatur
Dengan Kliteratur = 1, dan K pada praktikum adalah b, (didapatkan dari
persamaan grafik y=bx±a), kesalahan literatur dari grafik yang didapatkan ini
adalah :
Kesalahan Literatur = | K−K literaturKliteratur
∨×100%
Kesalahan Literatur = 11,72 %
C. Pada Tabung Pitot
Pada lempeng lubang aliran
- diameter lubang : 19 mm
A2 = 0,000283385 m²
h7 h8 variable
area
(pressure
)
∆h
(tabung pitot)
(m)
Debit
Praktikum
(m3/s)
Debit Teori
(pitot)
(m3/s)
Kecepatan
pipa pitot (v)
(m/s)
∆h
(kecepatan
teori)
0,037 0,046 5 0,009 0,00011 0,00011902
2
0,42 0,00899082
6
0,038 0,048 7,5 0,01 0,000135 0,00012546 0,44271887
2
0,00998980
6
0,042 0,062 10 0,02 0,0001633
3
0,00017742
7
0,62609903
4
0,01997961
3
0,045 0,076 12,5 0,031 0,00021 0,00022089
5
0,77948701
1
0,0309684
0,05 0,099 15 0,049 0,0002433
3
0,00027771
7
0,98 0,04895005
1
0,056 0,121 17,5 0,065 0,00029 0,00031986
1
1,12871608
5
0,06493374
1
0,063 0,148 20 0,085 0,00032 0,00036577
5
1,29073622
4
0,08491335
4
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.090
0.010.020.030.040.050.060.070.080.09
f(x) = 1.00102040816327 xR² = 1
∆h Pipa Pitot
∆h teori
∆h praktikum
Kesalahan Literatur
Dengan Kliteratur = 1, dan K pada praktikum adalah b, (didapatkan dari
persamaan grafik y=bx±a), kesalahan literatur dari grafik yang didapatkan ini
adalah :
Kesalahan Literatur = | K−K literaturKliteratur
∨×100%
Kesalahan Literatur = 0,1 %
VII. ANALISISA. Analisis Percobaan
Pada percobaan modul H-05 mengenai pengukuran debit aliran ini,
praktikan melihat perbedaan tinggi pada manometer. Namun sebelumnya
praktikan harus mengenal bagian – bagian dari alat pengukur debit aliran
tersebut. Pada pipa pertama yang terletak paling atas adalah lempengan lubang
aliran (orifice), yang bagian hulunya terhubung dengan pipa manometer ketiga
dan bagian hilirnya pada pipa manometer keempat, pipa yang kedua adalah
venturimeter yang hulunya terhubung dengan pipa manometer kelima dan
hilirnya pada pipa keenam, dan pipa ketiga adalah pipa pitot yang hulunya
terhubung dengan manometer ketujuh dan hilirnya pada pipa kedelapan.
Selanjutnya, alat pengukur debit aliran ini diletakkan diatas saluran terbuka pada
meja hidrolika. Kemudian sambungan laki – laki pada meja hidrolika yang
disambung pipa lentur disambungkan dengan lubang suplai pada alat pengukur
debit aliran.
Sebelum mengukur debit aliran, praktikan terlebih dahulu mengeluarkan
semua gelembung udara yang tersisa di dalam pipa dan di dalam manometer.
Hal ini bertujuan agar tekanan yang ada di dalam pipa merupakan tekanan air
secara keseluruhan, bukan tekanan air dan udara. Setelah semua gelembung
udara tidak terlihat, praktikan mengatur Variable area flow meter (pengatur debit
air yang masuk) dengan debit masuk petama ialah 5 LPM, kemudian meningkat
sebesar 2,5 sampai 20 LPM sehingga praktikan memiliki 7 variasi debit yaitu 5 ,
7,5 , 10 , 12,5 , 15 , 17,5 , dan 20. Selanjutnya praktikan mengatur katup
pengatur aliran keluar pada alat pengukur aliran agar pembacaan debit pada
manometer dapat dibaca dengan jelas oleh praktikan (tidak terlalu tinggi, maupun
terlalu rendah). Pembacaan debit aliran dimulai ketika air pada manometer telah
stabil. Lalu, praktikan membaca ketinggian air pada manometer dengan melihat
posisi miniskus cekung dari air. Setelah membaca ketinggian air pada
manometer, selanjutnya praktikan mengukur volume air yang keluar selama tiga
detik dengan menggunakan gelas ukur. Setelah membaca volume air yang
keluar, praktikan mengulangi langkah – langkah diatas untuk variable area yang
lainnya.
B. Analisis Hasil
Pada praktikum ini, nilai yang praktikan ingin dapatkan ialah besar nilai
koefisien debit aliran (Cd) dan nilai koefisien kehilangan energi (K). Nilai Cd literatur
atau Cd teori adalah 1 untuk semua pipa. Sedangkan Cd praktikum yang
didapatkan oleh praktikan merupakan hasil persamaan dari grafik perbandingan
antara debit aliran praktikum, yang didapatkan praktikan dari hasil volume air
yang mengalir dibagi waktu yang dibutuhkan (selama tiga detik dalam praktikum
ini), dengan hasil perhitungan debit dari persamaan energi (Bernoully) yang telah
praktikan sampaikan dalam teori. Dari ketiga grafik, muncul persamaan untuk
setiap pipa, yaitu y=0,6249x+3×10−5 untuk persamaan pipa orifice,
y=0,790 x+3×10−5 untuk venturimeter, dan y=0,822 x+2×10−5 untuk pipa pitot.
Jika persamaan tersebut y=bx±a, maka nilai b adalah nilai Cd untuk setiap pipa
dalam praktikum ini. Sehingga nilai Cd untuk pipa orifice adalah 0,6249, untuk
venturimeter 0,790, dan untuk pipa pitot adalah 0,822. Dan nilai Cd yang paling
mendekati dengan Cdliteratur adalah Cd pada pipa pitot dengan kesalahan relatif
sebesar 17,8%, selanjutnya adalah venturimeter dengan kesalahan literatur
20,92%, dan pipa orifice dengan kesalahan relatif sebesar 37,51%
Sedangkan untuk nilai koefisien kehilangan energi, koefisien kehilangan
energi (K) pada praktikum kali ini didapatkan praktikan dari grafik perbandingan
∆h melalu perhitungan rumus (∆h=K v2
2g) dengan ∆h yang praktikan dapatkan
dari pembacaan manometer untuk setiap pipa. Untuk nilai K literatur atau K teori
adalah 1, sehingga ∆ h= v2
2g dengan v adalah kecepatan aliran yang didapatkan
dari debit aliran teori (Qteori) dibagi dengan luas penampang bagian hilir (A2).
Sedangakan K praktikum didapat dari persamaan grafik antara ∆h praktikum
dengan ∆h teori atau hasil perhitungan. Untuk pipa orifice, persamaan yang
didapatkan adalah y = 0,7746x, untuk venturimeter adalah y = 0,8828x – 2x10-17 dan
untuk pipa pitot adalah y = 1,001x + 2x10-17. Jika persamaan tersebut y=bx±a,
maka nilai b adalah nilai K untuk setiap pipa dalam praktikum ini. Maka nilai
koefisien kehilangan energi pada pipa orifice adalah 0,7746, untuk venturimeter
adalah 0,8822, dan untuk pipa pitot adalah 1,001. Jika dibandingkan dengan
Kliteratur, maka kesalahan relatif yang didapatkan untuk pipa orifice adalah sebesar
22,54 %, untuk venturimeter sebesar 11,72%, dan untuk pipa pitot adalah 0,1%.
C. Analisis Kesalahan
Beberapa kesalahan terjadi dalam praktikum ini, sehingga nilai Cd dan nilai K
yang didapatkan praktikan tidak sama seperti nilai literaturnya. Hal ini disebabkan
oleh beberapa faktor, diantaranya adalah pembacaan manometer yang kurang teliti
oleh praktikan disebabkan karena miniskus cekung terkadang tidak berada tepat
pada garis ukur, sehingga praktikan menarik pengukuran nilai ketinggian pada garis
ukur terdekat dari miniskus cekung. Selanjutnya adalah pengukuran debit aliran
yang kurang spesifik. Dari faktor waktu, praktikan menganggap bahwa semua aliran
tepat mengalir selama tiga detik, walaupun pada praktikum berlangsung pengukuran
waktu tidak semuanya tepat tiga detik. Dan dari faktor air yang masuk pada gelas
ukur, terkadang ada beberapa air yang keluar dari gelas ukur atau praktikan tidak
melakukan kalibrasi pada gelas ukur sehingga volume air yang terukur menjadi
kurang tepat. Keterbatasan ukuran dan estimasi praktikan dalam membaca volume
air membuat praktikan mendapatkan hasil yang kurang spesifik. Dari volume air dan
waktu yang kurang spesifik dan ketepatan tidak 100%, membuat nilai debit
praktikum tidak sama dengan nilai debit sesuai perhitungan melalui rumus. Dan juga
pengaturan variable area yang kurang spesifik karena praktikan hanya mengukur
secara manual dan ketepatan variable area hanya dilihat dengan mata telanjang
yang mengakibatkan variable area tidak tepat sesuai nilai yang praktikan inginkan.
VIII. KESIMPULAN
Dari praktikum yang dilaksanakan, dapat disimpulkan bahwa :
1. Pengukuran aliran pada ketiga pipa (orifice, venturimeter, dan pipa pitot)
berbeda, dilihat dari nilai ∆h yang berbeda.
2. Pengukuran debit aliran yang paling akurat pada praktikum ini adalah dengan
menggunakan pipa pitot karena memiliki kesalahan relatif paling kecil
dibandingkan orifice dan venturimeter.
3. Kesalahan dapat terjadi pada praktikum karena keterbatas alat pembaca
ukuran dan aliran, serta ketidaktelitian praktikan dalam membaca hasil yang
didapatkan.
IX. DAFTAR PUSTAKA
Pedoman Praktikum Mekanika Fluida Laboratorium Hidrolika, Hidrologi, dan
Sungai. Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
X. LAMPIRAN
top related