pengukuran debit aliran

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




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




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 :


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


Kesalahan Literatur



∨×100%



C. Tabung Pitot


- 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 :


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


Kesalahan Literatur



∨×100%



b. Mencari Koefisien Kehilangan Empiris (k)

A. Pada Tabung Orifice



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



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



adalah :


∨×100%


C. Pada Tabung Pitot



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



adalah :


∨×100%


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

pengukuran debit aliran

Documents