I.
TUJUAN
1. Menghitung debit actual (Qaktual) suatu aliran 2. Menentukan hubungan perubahan waktu (x) terhadap debit air 3. Menentukan hubungan volume volume air terhadap debit air actual 4. Menentukan hubungan volume air terhadap waktu 5. Mengetahui penerapan Hydraulic Bench Bench didalam bidang Infrastuktur Lingkungan
II.
PRINSIP PERCOBAAN
Hydraulic Bench adalah Bench adalah alat yang digunakan sebagai tempat sumber air dan pengaturan aliran air agar dapat diketahui debit actual aliran tersebut. Debit actual memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan debit teoritis. Mekanisme yang digunakan pada alay Hydraulic Bench
adalah
prinsip tuas keseimbangan. Hydraulic Bench dilengkapi dengan tuas yang menghubungkan beban dengan bak penampugan debit air. Tuas tersebut dapat bergerak naik turun berdasarkan massa beban dan debit yang mengalir, apabila tuas tersebut berada pada ketinggian seimbang setelah diberi beban, maka massa debit air adalah tiga kali massa beban. Perbandingan ini diperoleh dari perbandingan antara lengan Hydraulic Bench yang Bench yang diletakkan beban (1 panjang lengan) len gan) dengan lengan keseluruhan (3 panjang lengan). III.
TEORI DASAR
Hydraulic bench adalah bench adalah alat yang digunakan sebagai tempat sumber air dan pengatur aliran air agar kita tahu debit aliran tersebut. Debit yang dihitung dalam percobaan adalah debit aktual. Dan biasanya hasilnya debit aktual lebih kecil dari pada debit teoritis. teoritis . Hydraulic bench bench dilengkapi dengan tuas yang menghubungkan beban dengan bak penampungan debit air. Tuas tersebut dapat bergerak naik-turun berdasarkan massa beban dan debit yang mengalir, apabila tuas tersebut
berada
pada
ketinggian
seimbang setelah diberi beban, maka massa debit air tiga kali massa beban.
Hydraulic bench bench merupakan alat untuk menghitung debit aktual. Cara kerjanya adalah dengan mengalirkan air dalam suatu debit tertentu kedalam pipa terbuka alat ini. Setelah air dalam pipa berada pada debit yang stabil, air akan terus melaju menuju bak penampungan air. Bak penampungan air saat kosong beratnya sama dengan beban penahan yang ada di sebelahnya. Air akan masuk kedalam bak penampungan air tersebut. Setelah bak terisi air melebihi beban penahan, beban akan terangkat. Saat itu perhitungan waktu dimulai.
Sumber : http://discoverarmfield.com/en/products/view/s16/hydraulic-flow-demonstrator : http://discoverarmfield.com/en/products/view/s16/hydraulic-flow-demonstrator
Gambar 3.1 Hydraulic Bench
Sumber:https://dokumen.tips/documents/hydraulic-bench-55b111a5c31ec.html
Gambar 3.2 Bagian-bagian Hydraulic Bagian-bagian Hydraulic Bench
Keterangan bagian bagian hydraulic bench: bench:
Pompa : untuk mengalirkan air ke dalam pipa
Kran pengatur debit : kran ini digunakan untuk mengatur debit air yang diinginkan dalam percobaan, tetapi kran ini tidak memiliki skala.
Pipe Pipe : Pipa untuk menyalurkan air menuju bak penimbangan. Pipa berwarna bening untuk mengetahui apakah debit sudah stabil saat waktu mulai dihitung
Drain pipe : Drain pipe digunakan pipe digunakan untuk mengalirkan air dari pipa menuju bak penimbangan air.
Measuring tank : digunakan untuk menimbang banyaknya air yang dihasilkan oleh debit tersebut
Lower tank : menampung air yang dibuang dari bak penimbangan melalui drain valve, valve, untuk kemudian di gunakan kembali dalam proses pengaliran air melaluui pipa
Drain valve : valve : untuk membuang air dari bak penimbangan
Power cut of switch : untuk untuk menyalakan dan mematikan hydraulic bench
Bench supply valve : valve : untuk membuka dan menutup drain valve Weight beam : beam : untuk meletakan beban beban penahan bak penimbangan ai
Fluida yang digunakan dalam Hydraulic Bench adalah sama dimana memenuhi persamaan kontinuitas dan persamaan aliran fluida (debit) sebagai berikut : Q1=Q2 A1.v1 = A2.v2 Massa air =
air
. volume air
Volume air = Qaktual . t rata-rata
Sehingga, Q aktual =
V air t rata−rata
=
M air ρ air .t rata−rata
=
. ρ air .t rata−rata
Keterangan : Q = debit aliran (m 3/s)
v = kecepatan fluida mengalir (m/s)
V = Volume fluida yang masuk (m 3)
A = luas penampang pipa (m2)
t = waktu yang diperlukan untuk mencapai kondisi tertentu (s)
IV.
DATA AWAL
Suhu awal : 25 oC Suhu akhir : 26 oC Suhu rata-rata : 25,5 oC Massa beban : 2,5 kg
Tabel 4.1 Data temperature terhadap massa jenis air Temperatur/Suhu Temperatur/Suhu (oC)
Massa jenis (kg/m3)
0
999.9
5
1000
10
999.7
20
998.2
30
995.7
40
992.2
50
988.1
60
983.2
70
977.8
80
971.8
90
965.3
100
958.4
1010 Massa jenis (kg/m3) 1000 ) 3 m 990 / g k ( s i n 980 e J a s s a 970 M
960
y = -0.0036x2 - 0.0685x 0.0685x + 1000.5 1000.5 R² = 0.9993
950 0
20
40
60
80
100
120
Suhu (oC)
Grafik 4.1 Hubungan antara massa jenis air dan suhu
Berdasarkan grafik suhu terhadap massajenis air tersebut diperoleh persamaan : Y = -0,0036x2 – 0,0685x 0,0685x + 1000,5
Dimana factor x adalah sushu dan factor y adalah massa jenis air. Sehingga, massa jenis air ( ) air pada suhu 25,5 oC yaitu : Massa jenis = -0,0036 (25,5) 2 – 0,0685 0,0685 (25,5) + 1000,5 = -2,3409 – 1,74675 1,74675 + 1000,5 = 996,412 kg/m3
Tabel 4.2 Data yang diperoleh dari percobaan t (s)
Variasi debit air
t1
t2
t3
trata-rata
1
27,68
31,44
35,12
31,41
2
45,28
50,87
45,65
47,27
3
112,75
104,03
113,40
110,06
V.
PENGOLAHAN DATA
Massa air = 3 x massa beban
= 3 x 2,5 kg = 7,5 kg
Volume air = massa air /
air
= 7,5 kg / 996,412 kg/m 3 = 7,527 x 10 -3m3 = 7,527 x 10 -3 m3
Q aktual = Volume air / t
rata-rata
Q1 = 7,527 x 10 -3 m3/ 31,41 s = 2,396 x 10 -4 m3/s
Q2 = 7,527 x 10 -3 m3/ 47,27 s = 1,592 x 10 -4 m3/s
Q2 = 7,527 x 10 -3 m3/ 110,06 s = 6,839 x 10 -5 m3/s
VI.
DATA AKHIR
Berdasarkan data awal yang diperoleh dari hasil percobaan dan data dari hasil pengolahan data, diperoleh data akhir yaitu : dengan Hydraulic bench Tabel 6.1 Hasil perhitungan debit actual dengan Hydraulic Variasi
Massa Air (kg)
t rata-rata (s)
ydr aulic uli c bench bench (m3/s) Q actual H ydr
1
7,5
31,41
2,396 x 10 -4
2
7,5
47,27
1,592 x 10 -4
3
7,5
110,06
6,839 x 10 -5
VII. ANALISA A
Pada percobaan modul 01 ini digunakan alat bernama Hydraulic bench sebagai wadah sumber air yang akan dihitung debit aktualnya. Variasi debit air pada percobaan ini dilakukan sebanyak tiga kali. Penggunaan alat
Hydraulic bench yaitu bench yaitu dengan cara menyalakan pompa atau kran air terlebih dahulu, lalu air akan mengalir menuju measuring tank yang mempunyai drain valve valve untuk mengeluarkan air. Tutup measuring tank agar air yang mengalir tertampung di dalamnya dan waktu dihitung saat beban terangkat hingga beban turun ke garis atau posisi seimbang. Penghitungan waktu ini dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap variasi debit. Hal ini diharapkan dapat memperkecil tingkat kesalahan yang diperoleh.
Sumber:https://dokumen.tips/documents/hydraulic-bench-55b111a5c31ec.html
Bagian-bagian Hydraulic Bench Gambar 3.2 Bagian-bagian Hydraulic
Prinsip yang digunakan oleh alat hydraulic bench bekerja dengan prinsip bahwa massa air sama dengan 3 kali massa beban. Perbandingan ini didapatkan dari perbandingan lengan beban yang ada dengan lengan keseluruhann di hydraulic bench tersebut. Pada praktikum ini diketahui bahwa L B : LA = 3 : 1, sehingga:
=
ℎ = 3
Dari table dan grafik kerapatan terhadap suhu, dapat disimpulkan bahwa temperature memiliki hubungan dengan kerapatan, dimana semakin tinggi temperatur air maka kerapatannya pun semakin kecil. Hal ini disebabkan karena adanya penambahan volume air yang digunakan sehingga membuat kerapatan air semakin kecil. Maka, semakin tinggi temperature juga menyebabkan nilai debit juga meningkat.
Berdasarkan data yang diperoleh dari hasil percobaan dan hasil pengolahan data, terdapat beberapa variable lain yang dapat dianilisis hubungannya. Diantaranta yaitu hubungan antara debit air dengan waktu, hubungan volume air terhadap debit air, dan hubungan volume air terhadap waktu.
Mencari Volume air (fluida) dengan: V air = = Qaktual x t rata-rata
Tabel 8.1 Perhitungan Volume fluida
t rata-rata (s)
Q aktual (m3/s)
31,41
2,396 x 10 -4
75,25836x 10-4
47,27
1,592 x 10 -4
75,25384x 10-4
110,06
6,839 x 10 -5
75,270034x 10-5
Volume Fluida (m)
a. Hubungan waktu terhadap debit air Grafik 8.1 Hubungan antara waktu terhadap debit air 3 3 2 ) s / 3 m ( t 2 i b e D 1 y = -0.0197x + 2.7963 R² = 0.9145
1 0 0
20
40
60
80
waktu (s)
Berdasarkan rumus :
=
−
100
120
Diperoleh bahwa hubungan antara waktu terhadap debit yaitu berbanding terbalik. Pernyataan ini berarti bahwa apabila waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan besar, maka debit dari aliran tersebut kecil. Berdasarkan data yang telah diubah menjadi garfik diatas, didapatkan nilai gradien negatif dari hasil regresi. Itu membuktikan bahwa adanya perbandingan yang negatif (terbalik) antara sumbu y (debit) dan sumbu x (waktu). Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa data yang diperoleh dari percobaan tersebut sama dan memenuhi persamaan debit, dimana adanya perbandingan terbalik. b. Hubungan volume terhadap debit air
Grafik 8.2 Hubungan antara volume aair terhadap debit air 0.00035 0.0003 0.00025
) s / 3 0.0002 m ( t i b 0.00015 e D
0.0001 0.00005 0 0.007524
0.0075398 Volume (m3)
Berdasarkan rumus Q = V / t dapat diketahui bahwa adanya hubungan perbandingan lurus antara debit dengan volume. Berdasarkan rumus tersebut, apabila volume diperbesar maka debit juga akan ikut membesar atau bertambah. Namun, pertambahan debit ini tidak hanya dipengaruhi oleh volume saja, tetapi dipengaruhi juga oleh luas penampang alat yang mengairkan air tersebut serta kecepatan aliran itu sendiri. Hal tersebut sesuai dengan rumus debit yang juga dipengaruhi oleh kecepatan dan luas penampang yaitu Q = v.A.
Pada praktikum ini terdapat perbedaan, dimana variasi kecepatan dilakukan namun dalam volume yang sama. Hal ini dapat dilihat melalui grafik 8.2 maupun pada pengolahan data. Sehingga, dikarenakan tidak terdapat variasi volume air menyebabkan grafik yang terbentuk yaitu hanya garis vertical lurus keatas.
c. Hubungan antara volume dan waktu
Grafik 8.3 Hubungan antara volume air terhadap waktu 0.0075398
) 3 m ( r i a e m u l o V
0.007524 0
20
40
60
80
100
120
Waktu (s)
Berdasarkan rumus V = Q.t iperoleh hubungan berbanding lurus antara volume dan waktu, yang berarti jika waktu diperbesar maka volume akan menjadi besar.
Dari hasil hasil percobaan percobaan yang yang telah diplotkan diplotkan ke grafik, grafik,
diperoleh persamaan garis dengan gradien positif yang artinya adanya perbandingan positif (berbanding lurus) antara sumbu x dan sumbu y. Namun pada percobaan di atas, besarnya volume konstan dalam setiap percobaan. Ini dikarenakan persamaan perlakuan dari variasi-variasi debit yaitu menggunakan beban 2,5 kg pada Hydraulic Bench, Bench, maka volume air 3 kali berat beban adalah 7,5 kg. Selama praktikum terdapat beberapa kesalahan yang mungkin saja dapat terjadi sehingga akan mempengaruhi keakuratan hasil yang diperoleh. Contohnya yaitu kesalahan dalam pengukuran suhu awal dan akhir dari
fluida yang akan berpengaruh kedalam nilai dari massa jenis fluida. Selain itu kesalahan dalam kesigapan meletakkan beban saat tuas Hydraulic tuas Hydraulic bench sudah naik sehingga hal tersebut akan berpengaruh kepada waktu sampai mencapai keseimbangan. Selain itu, kesigapan dalam menghentikan atau menjalankan stopwatch stopwatch yang kurang akan menyebabkan hasil yang diperoleh menjadi jauh perbedaannya sehingga kekauratannya berkuarang. Terdapat perbedaan antara debit aktual (Q aktual) dengan debit teoritis (Q teoritis). Perbandingan Q aktual dengan Q teori tis disebut dengan C d atau koefisien discharge. Q aktual didapatkan dari hasil percobaan dengan menghitung volume air dan waktu. Perhitungan volume dipengaruhi oleh temperatur air saat percobaan. Temperatur air yang diukur berbeda saat awal dan akhir percobaan, sehingga dalam perhitungan digunakan temperatur rata-rata. Selain itu, hal yang membedakan nilai Q actual dengan Q teoritis yaitu adanya Headloss. Karena pada kenyataannya fluida ideal itu tidak ada.
VIII. ANALISA B
Contoh-contoh aplikasi Hydraulic
bench pada bidang Infrastruktur
Lingkungan yaitu diantaranya : 1. Hydraulic Bench merupakan alat untuk skala laboratorium untuk pengukuran kecepatan maupun debit sederhana secara teoritis. Hyraulic bench biasanya dihubungkan langsung ke alat-alat fluida lainnya seperti venturi meter, orificemeter, rotameter,dll.
2. Dalam dunia teknik lingkungan khususnya pengolahan limbah, Hidraulic Bench merupakan alat pembanding seberapa telitinya debit limbah yang dialirkan dari suatu aliran secara aktual bila dibandingkan dengan hasil perhitungan secara teoritis. Jadi, Hydraulic bench mendasari seberapa akuratnya antara yang ditemui di lapangan dengan hasil yang kita perhitungkan secara teoritis atau dapat dikatakan juga alat penguji yang sederhana.
3. Hydraulic Bench juga dapat digunakan dalam mendesain alat ukur debit PDAM agar dapat diketahui debit maksimum dan minimumnya dan dengan begitu dapat diketahui berapa banyak pasokan yang digunakan konsumen agar dapat memenuhi kebutuhan sehari-hari. Hydraulic bench ini digunakan pada reservoir.
IX.
KESIMPULAN
Percobaan modul ini bertujuan untuk mengetahui debit actual suatu fluida dengan menggunakan tiga variasi kecepat yang berbeda pada alat Hydraulic bench bench sehingga diperoleh beberapa waktu yang berbeda-beda untuk selanjutnya diolah untuk mendapatkan nilai debit actual. Tabel 9.1 Data debit actual setiap variasi kecepatan
Variasi 1 2 3
Q aktual (m3/s) 2,396 x 10 -4 1,592 x 10 -4 6,839 x 10 -5
Berdasarkan hasila analisis dari rumus, diperoleh hubungan antara waktu terhadap debit ar yaitu berbanding terbalik, hubungan antara volume air terhadap debit air berbanding lurus, dan hubungan antara volume air terhadap waktu juga berbanding lurus. Namun, hubungan tersebut tidak hanya berdasarkan rumus Q = V/t tetapi juga berdasarkan kecepatan aliran dan luas penampang aliran yaitu Q = v.A. Percobaan kali ini dapat di aplikasikan di berbagai alat ukur seperti venturimeter, rotameter, orifacemeter lalu dapat diaplikasikan pada alat ukur PDAM untuk pengukuran
headloss yang digunakan dalam sistem
pengolahan air minum, pada turbin reaksi, turbo pump turbo pump dan dan turbo blower . X. DAFTAR PUSTAKA
www.academia.edu/5136379/HUKUMBERNOULLI Diakses pada
2 Oktober 2017
www.academia.edu/6427305/Vikositas Diakses pada 3 Oktober 2017
http://www.ocean.itb.ac.id/wpcontent/uploads/2016/10/50639_Modul-Mekflu.pdf Diakses pada 3 Okttober 2017
