I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Didalam aliran lunak kecepatan (V) pada suatu aliran tertentu adalah tetap.
Jika kita perhatikan suatu dititik P didalam fluida, maka tiap partikel fluida
yang sampai ketitik P akan mempunyai laju dan bergerak dengan arah yang sama.
Begitu juga halnya dengan titik Q dan R. Jadi jika ikuti gerak satu partikel
kita akan mendapatkan suatu lingkungan. Tiap partikel fluida pada suatu saat
sampai di P akan meneruskan gerknya pada jalan yang sama. Partikel-partikel ini
akan melalui P, Q, dan R dengan kecepatan sama.
Fluida yang keluar melalui lubang orifice bawah pada tangki, sesaat setelah berada diluar lubang orifice mengalami aliran jatuh bebas. Maka energi petensial fluida yang ada oleh karena kedudukannya diketinggian tertentu berubah menjadi energi kinetik gerakan fluida dengan kecepatan tertentu. Maka secara teoritis, aliran fluida itu dapat dicari dengan kecepatan tertentu dengan menggunakan prinsip hukum kekekalan energi. Kecepatan jatuhnya aliran fluida kebawah dapat diangap sebagai gerak jatuh bebas ddan secara teoritis dapat dicari dengan rumus V=√2gh. Tangki tersebut terbuka terhadap atmosfer dengan demikian tekanan pada permukaan orifice dan permukaan air ditangki adalah sama yaitu satu alur.
Sejatinya fungsi utama orifice adalah membatasi aliran. Fungsi pembatasan tekanan dari orifice adalah merupakan konsekuensi dari relasi antara pressure drop dan flow drop.
Dalam aplikasi naiknya fungsi pembatasan aliran dan pembatasan tekanan
sama-sama dapat diterapkan dengan menggunakan orifice. Dalam mempelajari aliran
fluida seringkali digunakan asumsi bahwa fluida adalah ideal, tidak mempunyai
kekentalan. Meskipun hal ini merupakan
situasi ideal yang tidak pernah ada.
Lubang orifice relatif kecil terhadap luas penampang tangki. Semakin kecil orifice dibandingkan dengan luas penampang tangki, maka semakin banyak kehilangan yang terjadi dalam aliran. Sebaliknya jika luas keduanya serupa maka kehilangan akan mendekati nol. Kehilangan yang terjadi ini adalah kehilangan tenaga sehingga beberapa parameter aliran mengalami pengurangan. Hal ini dapat dilihat dari adanya koefisien debit , koefisien kecepatan dan sebagainya.
Lubang orifice relatif kecil terhadap luas penampang tangki. Semakin kecil orifice dibandingkan dengan luas penampang tangki, maka semakin banyak kehilangan yang terjadi dalam aliran. Sebaliknya jika luas keduanya serupa maka kehilangan akan mendekati nol. Kehilangan yang terjadi ini adalah kehilangan tenaga sehingga beberapa parameter aliran mengalami pengurangan. Hal ini dapat dilihat dari adanya koefisien debit , koefisien kecepatan dan sebagainya.
Nilai h dalam percobaan adalah jarak antara titik permukaan bebas fluida
dan udara dengan titik tengah lubang (orifice ). Semakin besar nilai h berarti
semakin banyak massa air dalam tangki maka semakin besar pula tekanan pada
dasar tangki. Kecepata aliran fluida juga lebih tinggi, volume yang keluar
lebih banyak dan debit airnya juga lebih tinggi.
1.2. Tujuan
Adapun tujuan dari praktikum ini adalah untuk menghitung debit air
menggunakan metode orifice
II. TINJAUAN PUSTAKA
Nilai H pada Orifice diukur dari titik tengah orifice ke permukaaan
bebas. Ketinggian tersebut diasumsikan tetap konstan. Persamaan Bernoulli
diaplikasikan dari permukaan bebas hingga ke bagian tengah dengan tekanan
atmosfer lokal dan data elevasi , mengabaikan kehilangan yang terjadi diperoleh
V= √ 2gh. Ini hanya kecepatan teoritis, karena kehilangan diantara titik
permukaan bebas dan bagian tengah orifice diabaikan. Rasio dari kecepatan
aktual (Va) dengan kecepatan teoritis (Vt) disebut dengan koefisien kecepatan
(Cv) yaitu Cv = Va/Vt atau ditulis dengan Va = Cv √2gh (Streeter and Wylie,
1985).
Aliran teoritis dari sebuah tangki besar yang melalui lubang relatif kecil dengan bias a pada kedalaman h di bawah permukaan bebas dapat dicari dengan prinsip dari kekekalan energi . Misalkan tangki terbuka ke atmosfer, tekanan pada permukaan bebas maupun pada lubang adalah atmosferik dan dengan demikian persamaan Bernouli memberikan : h= v²/2g. V adalah kecepatan pengeluaran teoritis dan h adalah Z1 dan Z2 dalam persamaan Bernouli. Kecepatan pengeluaran sebenarnya adalah Q = Cd a √2gh. Cd didefenisikan sebagai koefiisien pengeluaran ( Dugdale,1986).
Hukum Bernouli diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa. P + lg y + ½ ρ v² = C, P = tekanan, ρ.g.y = energi potensial, ½ ρ v² = energi kinetik . Cepat aliran / debit air (Q) adalah volume fluida yang dipindahkan tiap satuan waktu
Q = A.V
A1.v1=A2.v2
V = kecepatan fluida (m/s)
A = luas penampang yang dilalui fluida
Untuk zat cair yang mengalir melalui sebuah lubang paga tangki, maka besar kecepatannya selalu dapt diturunkan dari hukum Bernouli yaitu : V = √2gh, h adalah kedalaman lubang dari permukaan zat cair (Mirower dan Ersemhork, 2003).
Peralatan yang digunakan untuk mengukur pengeluaran fluida adalah orifice dan noozle. Orifice adalah sebuah bukaan (biasanya bulat) pada dinding tangki atau pad plat normal di sumbu pipa, plat yang sama juga ada di ujung pipa atau di beberapa daerah lanjutairnya. Dikaraliteralisasi dari kenyataan bahwa ketipisan dinding / plat relatif kecil terhadap ukuran bukaan. Orifice standar dengan sisi tajam atau dengan bahan persegi atau bulat bukan jenis standar karena aliran ysng melaluinya dipengaruhi oleh ketebalan plat, kekerasan permukaannya, jari-jari lekukannya. Orifice ini harus diuji jika diperlukan ketelitian yang tinggi (Titherington dan Rimmer, 1986).
Koefisien kecepatan ( Cu) adalah perbandingan antara kecepatan nyata dengan aliran pada vena kontrakta (Vc) dengan kecepatan aliran secara teoritis (v). Nilai koefisien keepatan bergantung pada bentuk sisi lubang apakah tajam atau dibulatkan, serta tingkat energi, nilai rata-rata dari kofisien kecepatan adalah 0,97. Koefisien kontraksi (Cc) adalah perbandingan antara luas penampang aliran vena kontrakta dengan luas lubang yang sama dengan tampang aliran zat cair ideal, nilai rata-ratanya sekitar 0,64. Koefisien debit adalah perbandingan antara debit nyata dengan debit teoritis. Nilai debit bergantung pada nilai koefisien kecepatan dan koefisien kontraksi. Nilai rata-ratanya adalah 0,62 (Triatmodjo, 1996).
Sebuah orifice adalah bagian dinding dari tabung atau kaleng normal yang dibuka untuk membuat poros pada pipa, kaleng yang digabungkan di ujung pipa atau di beberapa daerah pertengahan. Sebuah orifice dicirikan dengan kenyataan bahwa dinding atau kaleng yang tebal mempunyai hubungan yang sangat kecil dengan ukuran yang dibuka. Orifice biasa adalah salah atu jenis orifice dengan ujung yang tajam. Karena hanya ada sat garis penghubung dengan fluida (Finnemore and Franzini, 2002).
Orifice plate merupakan lempeng berlubang yang digunakan untuk mengukur tingkat aliran dalam sistem pipa. Dengan orifice plate yang disisipkan pada pipa, dapat ditimbulkan pressure drop. Berdasarkan besar pressure drop laju aliran (flow rate) dapat dihitung. Alat ini sangat praktis untuk tabung berdiameter besar dan fluida yang kotor. Prinsip dasar orifice adalah dengan diketahuinya tinggi h dan luas lubang aliran keluar fluida maka dapat dihitung atau ditentukan umlah aliran keluar fluida Q. Alat ukur dengan prinsip dasar di atas dikatakan orifices (Anonimous, 2013).
Tiga jenis peralatan yang paling umum dipakai untuk mengukur laju aliran fluida pada pipa sesaat adalah orificemeter, nozzlemeter, dan venturimeter. Masing-masing dari alat pengukur ini bekerja berdasarkan prinsip bahwa pengurangan luas aliran dalam sebuah pipa menyebabkan peningkatan kecepatan yang disertai dengan penurunan tekanan. Korelasi dari perbedaan tekanan dengan kecepatan memberikan cara untuk mengukur laju aliran tersebut. Tanpa adanya pengaruh viskos dan dengan asumsi pipa horizontal, penerapan persamaan Bernoulli (Munson, dkk, 2004).
Aliran teoritis dari sebuah tangki besar yang melalui lubang relatif kecil dengan bias a pada kedalaman h di bawah permukaan bebas dapat dicari dengan prinsip dari kekekalan energi . Misalkan tangki terbuka ke atmosfer, tekanan pada permukaan bebas maupun pada lubang adalah atmosferik dan dengan demikian persamaan Bernouli memberikan : h= v²/2g. V adalah kecepatan pengeluaran teoritis dan h adalah Z1 dan Z2 dalam persamaan Bernouli. Kecepatan pengeluaran sebenarnya adalah Q = Cd a √2gh. Cd didefenisikan sebagai koefiisien pengeluaran ( Dugdale,1986).
Hukum Bernouli diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa. P + lg y + ½ ρ v² = C, P = tekanan, ρ.g.y = energi potensial, ½ ρ v² = energi kinetik . Cepat aliran / debit air (Q) adalah volume fluida yang dipindahkan tiap satuan waktu
Q = A.V
A1.v1=A2.v2
V = kecepatan fluida (m/s)
A = luas penampang yang dilalui fluida
Untuk zat cair yang mengalir melalui sebuah lubang paga tangki, maka besar kecepatannya selalu dapt diturunkan dari hukum Bernouli yaitu : V = √2gh, h adalah kedalaman lubang dari permukaan zat cair (Mirower dan Ersemhork, 2003).
Peralatan yang digunakan untuk mengukur pengeluaran fluida adalah orifice dan noozle. Orifice adalah sebuah bukaan (biasanya bulat) pada dinding tangki atau pad plat normal di sumbu pipa, plat yang sama juga ada di ujung pipa atau di beberapa daerah lanjutairnya. Dikaraliteralisasi dari kenyataan bahwa ketipisan dinding / plat relatif kecil terhadap ukuran bukaan. Orifice standar dengan sisi tajam atau dengan bahan persegi atau bulat bukan jenis standar karena aliran ysng melaluinya dipengaruhi oleh ketebalan plat, kekerasan permukaannya, jari-jari lekukannya. Orifice ini harus diuji jika diperlukan ketelitian yang tinggi (Titherington dan Rimmer, 1986).
Koefisien kecepatan ( Cu) adalah perbandingan antara kecepatan nyata dengan aliran pada vena kontrakta (Vc) dengan kecepatan aliran secara teoritis (v). Nilai koefisien keepatan bergantung pada bentuk sisi lubang apakah tajam atau dibulatkan, serta tingkat energi, nilai rata-rata dari kofisien kecepatan adalah 0,97. Koefisien kontraksi (Cc) adalah perbandingan antara luas penampang aliran vena kontrakta dengan luas lubang yang sama dengan tampang aliran zat cair ideal, nilai rata-ratanya sekitar 0,64. Koefisien debit adalah perbandingan antara debit nyata dengan debit teoritis. Nilai debit bergantung pada nilai koefisien kecepatan dan koefisien kontraksi. Nilai rata-ratanya adalah 0,62 (Triatmodjo, 1996).
Sebuah orifice adalah bagian dinding dari tabung atau kaleng normal yang dibuka untuk membuat poros pada pipa, kaleng yang digabungkan di ujung pipa atau di beberapa daerah pertengahan. Sebuah orifice dicirikan dengan kenyataan bahwa dinding atau kaleng yang tebal mempunyai hubungan yang sangat kecil dengan ukuran yang dibuka. Orifice biasa adalah salah atu jenis orifice dengan ujung yang tajam. Karena hanya ada sat garis penghubung dengan fluida (Finnemore and Franzini, 2002).
Orifice plate merupakan lempeng berlubang yang digunakan untuk mengukur tingkat aliran dalam sistem pipa. Dengan orifice plate yang disisipkan pada pipa, dapat ditimbulkan pressure drop. Berdasarkan besar pressure drop laju aliran (flow rate) dapat dihitung. Alat ini sangat praktis untuk tabung berdiameter besar dan fluida yang kotor. Prinsip dasar orifice adalah dengan diketahuinya tinggi h dan luas lubang aliran keluar fluida maka dapat dihitung atau ditentukan umlah aliran keluar fluida Q. Alat ukur dengan prinsip dasar di atas dikatakan orifices (Anonimous, 2013).
Tiga jenis peralatan yang paling umum dipakai untuk mengukur laju aliran fluida pada pipa sesaat adalah orificemeter, nozzlemeter, dan venturimeter. Masing-masing dari alat pengukur ini bekerja berdasarkan prinsip bahwa pengurangan luas aliran dalam sebuah pipa menyebabkan peningkatan kecepatan yang disertai dengan penurunan tekanan. Korelasi dari perbedaan tekanan dengan kecepatan memberikan cara untuk mengukur laju aliran tersebut. Tanpa adanya pengaruh viskos dan dengan asumsi pipa horizontal, penerapan persamaan Bernoulli (Munson, dkk, 2004).
III. METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Praktikum
ini dilaksanakan pada bulan April 2013
di Laboratorium Tanah Universitas Lampung.
3.2 Alat
dan Bahan
a. Alat
Alat-alat
yang digunakan pada praktikum ini antara lain gelas aqua plastik 240 ml,
botol,Aqua plastik 600 ml , pelubang botol, penggaris, stop watch, dan
alat tulis.
b. Bahan
Bahan-bahan
yang digunakan pada praktikum ini adalah air.
3.3 Metode Praktikum
1. Disiapkan seluruh alat dan bahan
yang akan digunakan
2. Dua buah botol plastik 600 ml dilubangi dengan pelubang
botol masing-masing botol berjumlah 1 lubang ke arah bawah botol kira-kira 10
cm dari tutup botol
3. Dilakukan pengukuran diameter
lubang yang telah dibuat
4. Dilakukan pengukuran dari lubang
sampai pangkal botol
5. Botol plastik 600 ml diletakkan di
bawah keran air dan gelas plastik 240 ml diletakkan sejajar dengan botol
plastik (kira-kira air dari lubang bisa masuk ke dalam gelas plastik ), botol
ditutup dan kemudian nyalakan keran air
6. Buka botol dan diusahakan air yang
dimasukkan ke dalam botol aqua 600 ml dalam keadaan mengalir, dan tunggu hingga
keadaan air konstan/stabil
7. Setelah botol terisi penuh, diukur
air sampai batas garis pertama
8. Setelah air sudah sampai garis pertama , hidupkan stop
watch dan hitung lamanya air terisi
penuh di gelas plastik 240 ml
9. Ketinggian
air yang digunakan menggunakan titik paling atas, tengah, dan bawah
10. Masing-masing dengan 3 ketinggian yang berbeda, dan
pada ketinggian yang sama dilakukan 3 ulangan
11. Data catat di dalam selembar kertas
12. Dilakukan perhitungan debit air
IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengamatan
Tabel 1. Data Hasil Pengamatan
Tabel 2. Data hasil perhitungan debit air orifice
4.3 Pembahasan
Dalam praktikum ini, dilakukan percobaan mengenai cara mengukur debit air
dimana salah satu cara pengukurannya adalah dengan metode orifice. Debit air
adalah kecepatan aliran zat cait per satuan waktu. Satuan debit digunakan dalam
pengawasan kapasitas atau daya tampung air di sungai atau bendungan agar dapat
dikendalikan. Untuk dapat menentukan debit air maka kita harus mengetahui
satuan ukuran volume dan satuan ukuran waktu terlebih dahulu, karena debit air
berkaitan erat dengan satuan volume dan satuan waktu.
Orifice adalah sebuah bukaan (biasanya bulat) pada dinding tangki atau pad plat normal di sumbu pipa, Plat yang sama juga ada di ujung pipa atau di beberapa daerah lanjutairnya. Dikaraliteralisasi dari kenyataan bahwa ketipisan dinding / plat relatif kecil terhadap ukuran bukaan. Orifice standar dengan sisi tajam atau dengan bahan persegi atau bulat bukan jenis standar karena aliran yang melaluinya dipengaruhi oleh ketebalan plat, kekerasan permukaannya, jari-jari lekukannya. Orifice ini harus diuji jika diperlkan ketelitian yang tinggi (Titherington dan Rimmer, 1986).
Prinsip dasar orifice adalah dengan diketahuinya tinggi h dan luas lubang aliran keluar fluida maka dapat dihitung atau ditentukan umlah aliran keluar fluida Q. Alat ukur dengan prinsip dasar di atas dkatakan orifices (Anonimous, 2009).
Percobaan dengan metode ini menggunakan lubang untuk menentukan debit air, dimana air yang keluar dari lubang tersebut ditampung pada aqua gelas 240 ml hingga penuh dan kemudiandihitung waktunya. Dalam praktikum ini, air yang diisi ke dalam botol 600 ml diusahakan berasal dari air yang mengalir, dan dibiarkan hingga ketinggian air tidak berubah lagi. Setelah melakukan praktikum tersebut, debit air diukur dengan cara membagi volume dengan rata-rata waktu. Dimana masing-masing waktu terdiri atas 3 ulangan. Setelah angka debit air diperolah, maka langkah selanjutnya adalah menentukan luas lubang dari lubang yang terdapat pada botol 600 ml dengan menggunakan rumus :
Q = C . A. √2.g.h
Dimana:
Q = Debit air (cm3/ s)
C = Konstanta (0,61)
A = Luas lubang (cm2)
g = Kecepatan gravitasi ( 10 m/s)
h = Ketinggian (cm)
Setelah debit air diperoleh dari masing-masing ulangan, maka dapat dilihat bahwa semakin tinggi suatu permukaan air, maka debit air yang dihasilkan akan semakin cepat. Oleh sebab itu pada grafik ditunjukkan adanya garis yang meningkat. Dalam menentukan ketinggian permukaan, kami diberikan kebebasan.Namun, ketinggian harus diambil dari posisi atas, tengah, dan bawah dari lubang pada botol 600 ml.
Lubang pada botol 600 ml berada di tengah-tengah botol, kemudian pada bagian atas lubangnya diberi titik-titik untuk menentukan ketinggian, dimana masing-masing ketinggian tersebut jarak nya adalah 1 cm. Debit akan dipengaruhi oleh kecepatan aliran air, dimanabila kecepatan air semakin besar maka debit akan semakin besar pula, dan bila kecepatan air kecil maka akan kecil pula debit. Serta debit akan dipengaruhi oleh luas penampang dari tempat aliran itu keluar. BIla luas penampung keluarnya zat cair tersebut makin besar maka debit semakin besar, dab begitu pula sebaliknya.
Bila tekanan atmosfer kecil dan volume yang tertampung juga kecil. Kecepatan aliran suatu fluida yang keluar dari lubang dipengaruhi oleh tekanan atmosfer dan debit air yang keluar dan waktunya. Koefisien debit dari hasil percobaan diketahui bahwa semakin besar suatu debit yang diperoleh maka koefisien debitnya akan semkain besar dan bila debit yang diperoleh kecil maka koefisien debit nya kan kecil pula. Hal ini dipengaruhi oleh volume yang tertampung dan waktu selama fluida air yang keluar. Semakin besar volume yang tertampung maka koefisien debitnya akan semakin besar dan bila volume yang tertampung sedikit maka koefisien debitnya semakin kecil. Dan bila luas lubang semakin besar maka koefisien debit akan semakin kecil, bila luas lubang semakin kecil maka koefisien debit akan semakin besar. Serta kecepatan zat alir juga ikut mempengaruhi dimana semakin cepat kecepatan zat alir maka semakin kecil koefisien debit dan bila kecepatan zat alir lambat maka koefisien debit akan besar.
Berdasarkan debit air dari data yang didapat dari hasil praktikum dilakukan perhitungan debit air dua kali untuk perbandingan , yaitu perhitungan debit air berdasarkan pengukuran dan perhitungan debit air berdasarkan rumus. Perhitungan debit air berdasarkan pengukuran dihitung dengan menggunakan rumus volume gelas aqua dibagi dengan rata-rata waktu sedangkan perhitungan debit air berdasarkan rumus digunakan rumus Q = C . A. √2.g.h. Dari perhitungan dengan menggunakan rumus-rumus tersebut didapat hasil perhitungan debit air berdasarkan pengukuran, Botol 1 garis 1= 11,34 cm3/s, Botol 1 garis 2 = 13,36 cm3/s, Botol 1 garis 3 = 14,86 cm3/s . Botol 2 garis 1 = 12,27 cm3/s , Botol 2 garis 2 = 17,61 cm3/s , Botol 2 garis 3 = 22,77 cm3/s. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut semakin dekat jarak garis dari lubang maka tekanan atmosfer semakin besar sehingga volume air yang tertampung semakin besar demikian pula dengan debit air akan semakin besar begitu sebaliknya semakin jauh jarak garis dari lubang maka tekanan atmosfer semakin kecil sehingga volume air yang tertampung semakin kecil demikian pula dengan debit air akan semakin kecil.
Dari perhitungan dengan menggunakan rumus-rumus tersebut didapat hasil perhitungan debit air berdasarkan rumus deit air, Botol 1 garis 1= 37,86 cm3/s, Botol 1 garis 2 = 39,30 cm3/s, Botol 1 garis 3 = 40,68 cm3/s . Botol 2 garis 1 = 29,58 cm3/s , Botol 2 garis 2 = 31,49 cm3/s , Botol 2 garis 3 = 33,30 cm3/s. Sama seperti pada botol 1, botol 2 memiliki debit air dengan semakin jauh jarak garis dari lubang maka debit air semakin besar begitupun sebaliknya.
Perhitungan debit air berdasarkan pengukuran berbeda dengan perhitungan debit air berdasarkan rumus . Dari grafik 3. Perbandingan perhitungan debit dari dua jenis perhitungan terlihat perbedaan yang sangat signifikan. Debit air yang dihitung dengan menggunakan rumus ternyata rata-rata lebih rendah bila dibandingkan dengan debit air yang dihitung dengan pengukuran. Hal ini disebabkan perhitungan berdasarkan pengukuran hanya menghitung volume gelas aqua yang menampung dibagi dengan rata-rata waktu yang diperlukan sampai air tertampung penuh di dalam gelas aqua sedangkan pada rumus pengukuran debit melibatkan jari-jari lubang, luas lubang dan ketinggian yang menjadi indikator pengukuran debit air lebih kompleks sehingga hasil yang didapat lebih rendah dari debit air yang dihitung berdasarkan pengukuran.
Orifice adalah sebuah bukaan (biasanya bulat) pada dinding tangki atau pad plat normal di sumbu pipa, Plat yang sama juga ada di ujung pipa atau di beberapa daerah lanjutairnya. Dikaraliteralisasi dari kenyataan bahwa ketipisan dinding / plat relatif kecil terhadap ukuran bukaan. Orifice standar dengan sisi tajam atau dengan bahan persegi atau bulat bukan jenis standar karena aliran yang melaluinya dipengaruhi oleh ketebalan plat, kekerasan permukaannya, jari-jari lekukannya. Orifice ini harus diuji jika diperlkan ketelitian yang tinggi (Titherington dan Rimmer, 1986).
Prinsip dasar orifice adalah dengan diketahuinya tinggi h dan luas lubang aliran keluar fluida maka dapat dihitung atau ditentukan umlah aliran keluar fluida Q. Alat ukur dengan prinsip dasar di atas dkatakan orifices (Anonimous, 2009).
Percobaan dengan metode ini menggunakan lubang untuk menentukan debit air, dimana air yang keluar dari lubang tersebut ditampung pada aqua gelas 240 ml hingga penuh dan kemudiandihitung waktunya. Dalam praktikum ini, air yang diisi ke dalam botol 600 ml diusahakan berasal dari air yang mengalir, dan dibiarkan hingga ketinggian air tidak berubah lagi. Setelah melakukan praktikum tersebut, debit air diukur dengan cara membagi volume dengan rata-rata waktu. Dimana masing-masing waktu terdiri atas 3 ulangan. Setelah angka debit air diperolah, maka langkah selanjutnya adalah menentukan luas lubang dari lubang yang terdapat pada botol 600 ml dengan menggunakan rumus :
Q = C . A. √2.g.h
Dimana:
Q = Debit air (cm3/ s)
C = Konstanta (0,61)
A = Luas lubang (cm2)
g = Kecepatan gravitasi ( 10 m/s)
h = Ketinggian (cm)
Setelah debit air diperoleh dari masing-masing ulangan, maka dapat dilihat bahwa semakin tinggi suatu permukaan air, maka debit air yang dihasilkan akan semakin cepat. Oleh sebab itu pada grafik ditunjukkan adanya garis yang meningkat. Dalam menentukan ketinggian permukaan, kami diberikan kebebasan.Namun, ketinggian harus diambil dari posisi atas, tengah, dan bawah dari lubang pada botol 600 ml.
Lubang pada botol 600 ml berada di tengah-tengah botol, kemudian pada bagian atas lubangnya diberi titik-titik untuk menentukan ketinggian, dimana masing-masing ketinggian tersebut jarak nya adalah 1 cm. Debit akan dipengaruhi oleh kecepatan aliran air, dimanabila kecepatan air semakin besar maka debit akan semakin besar pula, dan bila kecepatan air kecil maka akan kecil pula debit. Serta debit akan dipengaruhi oleh luas penampang dari tempat aliran itu keluar. BIla luas penampung keluarnya zat cair tersebut makin besar maka debit semakin besar, dab begitu pula sebaliknya.
Bila tekanan atmosfer kecil dan volume yang tertampung juga kecil. Kecepatan aliran suatu fluida yang keluar dari lubang dipengaruhi oleh tekanan atmosfer dan debit air yang keluar dan waktunya. Koefisien debit dari hasil percobaan diketahui bahwa semakin besar suatu debit yang diperoleh maka koefisien debitnya akan semkain besar dan bila debit yang diperoleh kecil maka koefisien debit nya kan kecil pula. Hal ini dipengaruhi oleh volume yang tertampung dan waktu selama fluida air yang keluar. Semakin besar volume yang tertampung maka koefisien debitnya akan semakin besar dan bila volume yang tertampung sedikit maka koefisien debitnya semakin kecil. Dan bila luas lubang semakin besar maka koefisien debit akan semakin kecil, bila luas lubang semakin kecil maka koefisien debit akan semakin besar. Serta kecepatan zat alir juga ikut mempengaruhi dimana semakin cepat kecepatan zat alir maka semakin kecil koefisien debit dan bila kecepatan zat alir lambat maka koefisien debit akan besar.
Berdasarkan debit air dari data yang didapat dari hasil praktikum dilakukan perhitungan debit air dua kali untuk perbandingan , yaitu perhitungan debit air berdasarkan pengukuran dan perhitungan debit air berdasarkan rumus. Perhitungan debit air berdasarkan pengukuran dihitung dengan menggunakan rumus volume gelas aqua dibagi dengan rata-rata waktu sedangkan perhitungan debit air berdasarkan rumus digunakan rumus Q = C . A. √2.g.h. Dari perhitungan dengan menggunakan rumus-rumus tersebut didapat hasil perhitungan debit air berdasarkan pengukuran, Botol 1 garis 1= 11,34 cm3/s, Botol 1 garis 2 = 13,36 cm3/s, Botol 1 garis 3 = 14,86 cm3/s . Botol 2 garis 1 = 12,27 cm3/s , Botol 2 garis 2 = 17,61 cm3/s , Botol 2 garis 3 = 22,77 cm3/s. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut semakin dekat jarak garis dari lubang maka tekanan atmosfer semakin besar sehingga volume air yang tertampung semakin besar demikian pula dengan debit air akan semakin besar begitu sebaliknya semakin jauh jarak garis dari lubang maka tekanan atmosfer semakin kecil sehingga volume air yang tertampung semakin kecil demikian pula dengan debit air akan semakin kecil.
Dari perhitungan dengan menggunakan rumus-rumus tersebut didapat hasil perhitungan debit air berdasarkan rumus deit air, Botol 1 garis 1= 37,86 cm3/s, Botol 1 garis 2 = 39,30 cm3/s, Botol 1 garis 3 = 40,68 cm3/s . Botol 2 garis 1 = 29,58 cm3/s , Botol 2 garis 2 = 31,49 cm3/s , Botol 2 garis 3 = 33,30 cm3/s. Sama seperti pada botol 1, botol 2 memiliki debit air dengan semakin jauh jarak garis dari lubang maka debit air semakin besar begitupun sebaliknya.
Perhitungan debit air berdasarkan pengukuran berbeda dengan perhitungan debit air berdasarkan rumus . Dari grafik 3. Perbandingan perhitungan debit dari dua jenis perhitungan terlihat perbedaan yang sangat signifikan. Debit air yang dihitung dengan menggunakan rumus ternyata rata-rata lebih rendah bila dibandingkan dengan debit air yang dihitung dengan pengukuran. Hal ini disebabkan perhitungan berdasarkan pengukuran hanya menghitung volume gelas aqua yang menampung dibagi dengan rata-rata waktu yang diperlukan sampai air tertampung penuh di dalam gelas aqua sedangkan pada rumus pengukuran debit melibatkan jari-jari lubang, luas lubang dan ketinggian yang menjadi indikator pengukuran debit air lebih kompleks sehingga hasil yang didapat lebih rendah dari debit air yang dihitung berdasarkan pengukuran.
V. KESIMPULAN
Berdasarkan
praktikum yang telah dilakukan, didapat kesimpulan sebagai berikut:
1. Orifice merupakan salah satu metode
yang digunakan dalam menentukan debit air
2. Debit air merupakan jumlah/volume
air per satuan waktu
3. Kecepatan aliran berbanding lurus
dengan debit air yaitu semakin besar kecepatan aliran maka semakin besar debit
air.
4. Jarak garis berbanding lurus dengan
debit air yaitu semakin jauh jarak garis maka semakin besar debit air.
5. Grafik menunjukkan adanya
peningkatan debit air pada ketinggian tertentu.
DAFTAR PUSTAKA
Anonimous. 2013. Hukum Bernoulli. Http://Fisika/hukum
bernoulli. Diakses pada tanggal 25 Juni 2013 pukul 19.00 WIB.
Dugdale, R. H..
1986. Mekanika Fluida. Edisi Ketiga.
Erlangga, Jakarta
Finnemore, E. J.
and J. B. Franzini. 2002. Fluid Mechanics
with Engineering Applications. Mc. Graw Hill, New York.
Mirower, A. W. dan
N. Ersemhork. 2003. Hidrolika Terapan.
Pradnya Paramita, Jakarta.
Munson., B.R. dan
D.F. Young . 2004. Mekanika Fluida. Jilid I. Edisi Keempat. Penerbit Erlangga,
Jakarta.
Streeter, V.L. and
E.B. Wylie. 1985. Fluid Mechanics.
Eight Edition. Mc Graw Hill Book Company, USA.
Titherington, D.
dan J.G. Rimmer . 1986. Mekanika Terapan.
Erlangga. Jakarta.
Triatmodjo, B. 1996. Hidraulika I. Beta Offset, Yogyakarta.
LAMPIRAN
Perhitungan
A. Perhitungan debit berdasarkan pengukuran
1. Botol 1
Debit air dengan ketinggian 13 cm :
a) Botol 1 Garis 1
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 21,17 s
= 11,34 cm3/ s
Debit air dengan ketinggian 14 cm :
b) Botol 1 Garis 2
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 17,97 s
= 13,36 cm3/ s
Debit air dengan ketinggian 15 cm :
c) Botol 1 Garis 3
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 16,15 s
= 14,86 cm3/ s
2. Botol 2
Debit air dengan ketinggian 15 cm :
Botol 2 Garis 1
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 19,56 s
= 12,27 cm3/ s
Debit air dengan ketinggian 17 cm :
Botol 2 Garis 2
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 13,63 s
= 17,61 cm3/ s
Debit air dengan ketinggian 19 cm :
Botol 2 Garis 3
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 10,54 s
= 22,77 cm3/ s
B. Pengukuran debit berdasarkan rumus
Q = C .A .√2.g.h
Keterangan:
Q = Debit air (cm3/ s)
C = Konstanta (0,61)
A = Luas lubang (cm2)
g = Kecepatan gravitasi ( 10 m/s)
h = Ketinggian (cm)
1. Botol 1
Debit air dengan ketinggian 13 cm :
d = 0,7 cm g = 10 m/s = 1000 cm/s
r = 0,35 cm A = πr2 = 3,14. 0,352 = 0,38465 cm2 = 0,385 cm2
h = 13 cm; 14 cm; 15 cm
C = 0,61
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,385 cm2. √2. 1000cm/s . 13 cm
= 0,61 . 0,385 cm2. √26000 cm/s
= 0,61 . 0.385 cm2 . 161,25 cm/s
= 37.86 cm3/s
Debit air dengan ketinggian 14 cm
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,385 cm2. √2. 1000 cm/s . 14 cm
= 0,61 . 0,385 cm2. √28000 cm
= 0,61 . 0,385 cm2. 167.33 cm/s
= 39,30 cm3/s
Debit air dengan ketinggian 15 cm
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,385 cm2. √2. 1000 cm/s . 15 cm
= 0,61 . 0,385 cm2. √30000
= 0,61 . 0,385 cm2. 173,21 cm/s
= 40,68 cm3/s
2. Botol 2
Debit air dengan ketinggian 15 cm :
d = 0,6 cm
g = 10 m/s = 1000 cm/s
r = 0,30 cm
A = πr2
= 3,14. 0,302
= 0,28 cm2
h = 15 cm; 17 cm; 19 cm
C = 0,61
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,28 cm2. √2. 1000cm/s . 15 cm
= 0,61 . 0,28 cm2. √30000 cm/s
= 0,61 . 0,28 cm2 . 173,21 cm/s
= 29,58 cm3/s
Debit air dengan ketinggian 17 cm
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,28 cm2. √2. 1000 cm/s . 17 cm
= 0,61 . 0,28 cm2. √ 34000 cm
= 0,61 . 0,28 cm2. 184,39 cm/s
= 31,49 cm3/s
Debit air dengan ketinggian 19 cm
Q= C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,28 cm2. √2. 1000 cm/s . 19 cm
= 0,61 . 0,28 cm2. √38000
= 0,61 . 0,28 cm2. 194,94 cm/s
= 33,30 cm3/s
A. Perhitungan debit berdasarkan pengukuran
1. Botol 1
Debit air dengan ketinggian 13 cm :
a) Botol 1 Garis 1
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 21,17 s
= 11,34 cm3/ s
Debit air dengan ketinggian 14 cm :
b) Botol 1 Garis 2
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 17,97 s
= 13,36 cm3/ s
Debit air dengan ketinggian 15 cm :
c) Botol 1 Garis 3
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 16,15 s
= 14,86 cm3/ s
2. Botol 2
Debit air dengan ketinggian 15 cm :
Botol 2 Garis 1
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 19,56 s
= 12,27 cm3/ s
Debit air dengan ketinggian 17 cm :
Botol 2 Garis 2
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 13,63 s
= 17,61 cm3/ s
Debit air dengan ketinggian 19 cm :
Botol 2 Garis 3
Debit (Q) = Volume gelas aqua / Rata-rata waktu
= 240 cm3 / 10,54 s
= 22,77 cm3/ s
B. Pengukuran debit berdasarkan rumus
Q = C .A .√2.g.h
Keterangan:
Q = Debit air (cm3/ s)
C = Konstanta (0,61)
A = Luas lubang (cm2)
g = Kecepatan gravitasi ( 10 m/s)
h = Ketinggian (cm)
1. Botol 1
Debit air dengan ketinggian 13 cm :
d = 0,7 cm g = 10 m/s = 1000 cm/s
r = 0,35 cm A = πr2 = 3,14. 0,352 = 0,38465 cm2 = 0,385 cm2
h = 13 cm; 14 cm; 15 cm
C = 0,61
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,385 cm2. √2. 1000cm/s . 13 cm
= 0,61 . 0,385 cm2. √26000 cm/s
= 0,61 . 0.385 cm2 . 161,25 cm/s
= 37.86 cm3/s
Debit air dengan ketinggian 14 cm
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,385 cm2. √2. 1000 cm/s . 14 cm
= 0,61 . 0,385 cm2. √28000 cm
= 0,61 . 0,385 cm2. 167.33 cm/s
= 39,30 cm3/s
Debit air dengan ketinggian 15 cm
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,385 cm2. √2. 1000 cm/s . 15 cm
= 0,61 . 0,385 cm2. √30000
= 0,61 . 0,385 cm2. 173,21 cm/s
= 40,68 cm3/s
2. Botol 2
Debit air dengan ketinggian 15 cm :
d = 0,6 cm
g = 10 m/s = 1000 cm/s
r = 0,30 cm
A = πr2
= 3,14. 0,302
= 0,28 cm2
h = 15 cm; 17 cm; 19 cm
C = 0,61
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,28 cm2. √2. 1000cm/s . 15 cm
= 0,61 . 0,28 cm2. √30000 cm/s
= 0,61 . 0,28 cm2 . 173,21 cm/s
= 29,58 cm3/s
Debit air dengan ketinggian 17 cm
Q = C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,28 cm2. √2. 1000 cm/s . 17 cm
= 0,61 . 0,28 cm2. √ 34000 cm
= 0,61 . 0,28 cm2. 184,39 cm/s
= 31,49 cm3/s
Debit air dengan ketinggian 19 cm
Q= C .A .√2.g.h
= 0,61 . 0,28 cm2. √2. 1000 cm/s . 19 cm
= 0,61 . 0,28 cm2. √38000
= 0,61 . 0,28 cm2. 194,94 cm/s
= 33,30 cm3/s
Anda sedang membaca artikel berjudul
0 komentar:
Post a Comment
Terima kasih atas kujungan anda. Komentar anda akan sangat bermanfaat untuk kemajuan blog ini.