LAPORAN PRAKTIKUM HIDROLIKA II – IL2201 VENTURIFLUME MODUL 07
Nama Praktikan
: Christopher Handino
NIM
: 15714027
Kelompok
: B2
Tanggal Praktikum
: Kamis, 16 April 2016
Jam`
: 09.30 – 11.00
PJ Modul
:
Asisten yang bertugas :
PROGRAM STUDI REKAYASA INFRASTRUKTUR LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2016
DAFTAR ISI I.
TUJUAN.................................................................................................................................3
II.
PRINSIP PERCOBAAN.......................................................................................................3
III.
TEORI DASAR......................................................................................................................3
IV.
DATA AWAL..........................................................................................................................7
V.
PENGOLAHAN DATA........................................................................................................8
VI.
DATA AKHIR.......................................................................................................................14
VII.
ANALISIS A........................................................................................................................16
VIII. ANALISIS B........................................................................................................................23 IX.
KESIMPULAN....................................................................................................................24
X.
DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................................24
I.
TUJUAN 1. Menentukan debit aliran dengan menggunakan venturi flume 2. Menentukan kestabilan aliran dengan melihat kekritisannya berdasarkan bilangan Froude 3. Menentukan nilai koefisien discharge 4. Menentukan jenis aliran berdasarkan nilai bilangan Reynolds
II.
PRINSIP PERCOBAAN Venturiflume dipasang pada posisi tertentu dalam model saluran terbuka. Debit yang terjadi pada aliran dapat dihitung dengan cara mengoperasikan hydraulic bench. Akan terjadi perubahan kekritisan aliran pada saat aliran melalui venturiflume akibat terjadinya penyempitan saluran secara tiba-tiba oleh venturiflume. Venturiflume juga memberikan efek kontraksi dan kecepatan terminal. Venturiflume menyebabkan yang menyebabkan penambahan head sehingga terjadi penurunan ketinggian yang dapat dijadikan pengukuran debit yang melalui venturiflume dengan mengukur kedalaman pada titik-titik yang telah ditentukan sesuai dengan penyebaran profil aliran untuk 5 variasi debit. Kemudian mengukur data kedalaman di 6 titik sesuai dengan penyebaran profil aliran sehingga dapat diperoleh perhitungan koefisien discharge dan dihitung tiga kali pengukuran waktu untuk satu variasi debit. Lebar penyempitan dapat mempengaruhi nilai perhitungan debit yang terjadi.
III.
TEORI DASAR Alat ukur debit saluran terbuka memiliki konsep yang sederhana, yaitu hubungan antara kedalaman air dan lajunya dipengaruhi oleh bentuk dan dimensi alatnya. Perhitungan debitnya menggunakan persamaan dengan fungsi air atau head. Pertimbangan yang biasa digunakan dalam pemilihan alat ukur antara lain biaya pembuatan dan pemasangan, biaya perawatan, dimensi kanal, debit, dan karakteristik airnya meliputi kejernihan, berlumpur, dan lain-lain. Biasanya, pemilihan alat ukut debit didasarkan pada besar kecilnya debit air yang akan diukur. Venturi flume adalah flume pada saluran terbuka yang membuat aliran bersifat kritis akibat adanya penyempitan secara tiba-tiba yang menyebabkan penurunan HGL dan menciptakan kedalaman kritis. Venturi flume digunakan dalam pengukuran aliran terutama laju aliran yang sangat besar, biasanya dalam jutaan unit kubik. Pengukuran debit dengan saluran venturi membutuhkan dua pengukuran, satu hulu dan satu di
bagian yang menyempit. Hal ini berlaku apabila aliran melewati yang melewati flume dalam keadaan subkritis. Jika flume dirancang agar aliran dari subkritis berubah menjadi superkritis saat melewati saluran tersebut, maka pengukuran tunggal di bagian penyempitan (yang dalam hal ini menjadi bagian kritis) sudah cukup untuk perhitungan debit.Untuk memastikan terjadinya kedalaman kritis di tenggorokan (bagian yang menyempit), flumes biasanya dirancang sedemikian rupa untuk membentuk lompatan hidrolik di sisi hilir struktur. Flume ini disebut standing wave flumes. Venturi flume memberikan efek gabungan kontraksi dan kecepatan terminal sekaligus, dengan kehilangan tekanan yang lebih kecil tersebut dapat diukur dan dapat mewakili debit yang melaluinya. Venturi flume terbentuk dengan kontraksi pada penampang saluran, bersamaan dengan aliran yang menjadi cepat saat berada di tenggorokan, dan diikuti dengan ekspansi kembali ke luas penampang sebelumnya. Ketika terjadi ekspansi, air akan terus dipercepat dalam aliran superkritik atau bahkan dapat diperlambat dalam aliran subkritis. Venturi flume memiliki dua keunggulan bila dibandingkan dengan bendung, dimana kedalaman kritis dibuat oleh penyempitan secara vertikal. Pertama, headloss hidrolik yang dihasilkan oleh flume lebih kecil dari headloss yang dihasilkan oleh bendung. Kedua, tidak ada dead zone pada flume. Dead zone dapat menyebabkan sedimen dan puing-puing dapat menumpuk terdapat di hulu bendung. Venturiflume sangat dapat diandalkan dalam pengukuran aliran dan memiliki beberapa kelebihan. Seperti tidak mahal dan mudah dikontruksi, operasinal yang sederhana, membutuhkan hanya sedikit perawatan, akurat untuk mencapai ekspektasi praktikal, tidak terpengaruh benda yang mengapung, hilang head pada saat operasi tergolong sedikit, dan memiliki banyak variasi koefisien discharge. Venturiflume dirancang dalam berbagai bentuk. Biasanya dipakai pada keadaan aliran bebas atau tidak terbenam, dengan kedalaman kritis pada penampang yang menyempit dan loncatan hidrolik pada penampang pengeluaran. Namun pada keadaan aliran tertentu, loncatan hidrolik bersifat terbenam. Berikut ilustrasi aliran melalui venturiflume.
Gambar 1. Ilustrasi aliran melalui venturiflume tampak atas
Gambar 2. Ilustrasi aliran melalui venturiflume tampak samping Pada flume akan terjadi kedalaman kritis, energi diminimalkan dan terjadi hubungan langsung antara kedalaman air dan laju aliran. Secara fisik, sangat sulit untuk mengukur kedalaman kritis dalam saluran, dikarenakan zona yang tepat sulit untuk ditentukan dan terdapat kemungkinan berbeda akibat laju air. Melalui konversi massa, kedalaman hulu terkait dengan kedalaman kritis. Flume dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu alat ukur throated flume dan curthroated flume. Bangunan dengan alat ukur long-throated flume dapat digunakan sebagai pilihan karena bangunan tersebut mudah dibuat serta bentuknya yang sederhana, serta bangunan ini bentuknya mudah untuk disesuaikan sesuai dengan tipe saluran. Bangunan ini terdiri dari bagian transisi yaitu bagian yang menghubungkan saluran dengan flume. Bagian ini tebentuk prismatik dimana transisi dinding dan lantai bisa lurus.Venturiflume terdiri dari bagian inlet, bagian konvergen, sambungan paralel, dan bagian divergen. Fungsi utama venturiflume adalah mengukur debit aliran air melalui saluran tempat venturiflume diallui. Pada venturiflume terjadi penyempitan secara tiba-tiba yang menyebabkan terjadinya perubahan kekritisan liran dan menyebabkan adanya kedalaman kritis. Pada kedalaman kritis energi aliran minimal sehingga dapat diidentifikasi hubungan antara kedalaman dengan kecepatan aliran. Perhitungan debit dilakukan dengan menggunakan alat ukur venturiflume dimulai dari persamaan debit teoritis melalui notch di ambang tajam laju aliran yang melalui
strip
v =√ 2 g h
dan
debit
aliran
yang
melalui
strip
bQ= A V =b bh √ 2 g h . Persamaan diintegrasikan dari permukaan air dengan h = 0, hingga garis dasar h = H. Sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut. H
Qteoritis =√ 2 g∫ b h0.5 dh 0
Persamaan ini akan berbeda pada tiap jenis notch, untuk pemakaian notch lain, persamaan harus direlasikan pada fungsi lebar permukaan. Untuk saluran berbentuk persegi, nilai lebar permukaan tidak berubah terhadap kedalaman. Berikut penurunan persamaannya: H
Qteoritis =B √ 2 g ∫ h 0.5 dh 0
3
2 Qteoritis = B √ 2 g H 2 3 2 3 Qteoritis =B √ 2 g ( F) 2 3 Mencari kedalaman kritis dan debit aliran dapat dicari dengan data dimensi venturiflume dan kedalaman aliran pada waktu tertentu. Adapun dimensi, kedalaman, dan debit dapat dinyatakan pada titik-titik pengukuran berikut ini:
Gambar 3. Titik pengukuran tampak atas
Gambar 4. Titik pengukuran tampak samping IV.
DATA AWAL Tabel 1. Data Awal yang Diukur
Data Awal Massa beban (kg) Tair awal (celcius) Takhir awal (celcius) b (lebar saluran) (m) bt (lebar penyempitan) (m)
2,5 26 26 0,075 0,052
Tabel 2. Data Pengamatan Waktu dan Kedalaman Waktu (s)
Variasi
t1 4,7 3,55 3,08 2,64 2,91
1 2 3 4 5
Variasi 1 2 3 4 5
y1 6,65 8,06 9,08 9,25 8,91
t1 4,93 3,06 2,88 2,96 2,6
y2 6,54 8,12 8,94 9,17 8,82
y3 5,77 7,21 7,99 8,14 7,83
t3 4,81 3,45 3,2 2,78 2,98 Kedalaman (m) y4 4,53 5,73 6,51 6,68 6,44
trata-rata 4,813333333 3,353333333 3,053333333 2,793333333 2,83
y5 4,1 4,94 5,36 5,22 5,41
y6 2,25 2,91 3,13 3,32 3,04
Tabel 3. Perbandingan Suhu terhadap Densitas Air Suhu (oC) 0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Densitas (kg/m3) 999.8 1000 999.7 999.1 998.2 995.7 992.2 988.1 983.2 977.8 971.8 965.3 958.4
Viskositas (m2/s) 0.000001790 0.000001519 0.000001308 0.000001141 0.000001007 0.000000804 0.000000658 0.000000553 0.000000474 0.000000413 0.000000364 0.000000326 0.000000294
y7 2,59 2,68 3,16 3,23 3,19
(Sumber : Finnemore, 2002)
1010 1000
f(x) = - 0x^2 - 0.07x + 1000.54
990 980 Densitas (kg/m3)
Grafik Suhu terhadap Densitas
970 960
Polynomial (Grafik Suhu terhadap Densitas)
950 940 930 0
50 100 150
Suhu (oC)
Gambar 5. Hubungan Densitas Air terhadap Suhu
0 0
f(x) = 0x^2 - 0x + 0 R² = 0.98
0
Grafik Suhu terhadap Viskositas
0
Polynomial (Grafik Suhu terhadap Viskositas)
Viskositas Kinematis (m2/s)
0 100 0 200 Suhu (oC)
Gambar 6. Hubungan Viskositas Kinematis Air terhadap Suhu
V.
PENGOLAHAN DATA 1. Densitas Dari Gambar 5, didapat persamaan hubungan antara suhu dan densitas air melalui resgresi polinomial, yaitu sebagai berikut 2
y=−0,0036 x −0,0664 x +1000,6 dimana y = densitas air (kg/m3), x = suhu (oC), dan 1000,6 adalah konstanta. Akan didapat densitas air pada saat T = 26°C (suhu rata-rata), yaitu ρ=−0,0036 T 2−0,0675 T +1000,6 kg m−3 2
ρ=−0,0036 ( 26 ) −0,0675 ( 26 ) +1000,6 ρ=996,44
kg m3
kg m3
2. Viskositas Kinematis Dari hasil regresi polinomial pada Gambar 6 diperoleh persamaan viskositas air, yaitu −10
y=2 x 10
2
−8
−6
x −3 x 10 x +2 x 10 2
dimana, y = viskositas air (
m s
), x = suhu (oC), dan 2E-06 adalah konstanta.
Maka, viskositas air pada saat T = 26°C adalah v =2 x 10−10(26)2−3 x 10−8 (26)+2 x 10−6 v =9,386 x 10−7
2
m s
m2 s
3. Debit Aktual Dalam perhitungan debit aktual, terlebih dahulu dilakukan perhitungan volume air dan waktu rata-rata. V=
m ρ
Dengan m adalah massa air, di mana mair =3 ×mbeban mair =3 ×2,5 mair =7,5 kg
dan ρ adalah densitas air yang sudah didapat pada perhitungan sebelumnya, yaitu ρ = 996,44 kg/m3 Sehingga V=
m 7,5 3 = =0,007526795 m ρ 996,44
Perhitungan trata-rata dilakukan dengan cara sebagai berikut t rata−rata=
t 1 +t 2 +t 3 3
Sebagai contoh, akan dilakukan perhitungan untuk variasi 1 t rata−rata=
4,7+ 4,93+ 4,81 =4,8133333 s 3
Untuk perhitungan debit aktual, akan dilakukan contoh perhitungan pada variasi 1. Qaktual =
V t rata−rata
=
0,007526795 m3 =0,001563739 4,813333 s
Perhitungan untuk variasi lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 4. 4. Luas Permukaan Basah Luas permukaan basah dapat dihitung dengan rumus A=b × y dengan b adalah lebar saluran yang nilainya sama sepanjang aliran yaitu 0,075 m, dan y adalah ketinggian aktual yang dihitung pada saat praktikum. Akan dilakukan contoh perhitungan untuk debit variasi 1, pada ketinggian aktual di titik 1, sebagai berikut A=b × y=0,075× 0,0665=0,0049875 m2 Perhitungan untuk titik dan variasi debit lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 5. 5. Keliling Basah Keliling basah dapat dihitung dengan menggunakan rumus P=b+ 2 y dengan b adalah lebar saluran yang nilainya sama sepanjang aliran yaitu 0,075 m, dan y adalah ketinggian aktual yang dihitung pada saat praktikum. Akan
dilakukan contoh perhitungan untuk debit variasi 1, pada ketinggian aktual di titik 1, sebagai berikut P=b+ 2 y =0,075+2 ( 0,0665 )=0,208 m Perhitungan untuk titik dan variasi debit lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 6. 6. Jari-jari Hidrolis Jari-jari hidrolis dapat dihitung dengan menggunakan rumus A R= P dengan A adalah luas permukaan dan P adalah keliling basah yang keduanya sudah didapat dari perhitungan sebelumnya. Akan dilakukan contoh perhitungan untuk variasi 1 pada ketinggian aktual di titik 1 sebagai berikut A 0,0049875 R= = =0,023978 m P 0,208 Perhitungan untuk titik dan variasi debit lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 7. 7. Kecepatan Aliran Kecepatan aliran dapat dihitung dengan menggunakan rumus v=
Q A
dimana Q adalah debit aktual dan A adalah luas permukaan basah. Akan dilakukan contoh perhitungan kecepatan aliran untuk debit variasi 1, pada ketinggian aktual di titik 1, sebagai berikut Q 0,001563739 v= = =0,31353156 m/s A 0,0049875 Perhitungan untuk titik dan variasi debit lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 8. 8. Bilangan Froude Bilangan Froude dapat dihitung dengan menggunakan rumus Fr=
v √ gy
dimana v adalah kecepatan aliran, g adalah konstanta gravitasi, dan y adalah kedalaman hidrolis. Akan dilakukan contoh perhitungan untuk debit variasi 1, pada ketinggian aktual di titik 1, sebagai berikut Fr=
v 0,31353156 = =0,388182486 √ gy √9,81 × 0,0665
Perhitungan untuk titik dan variasi debit lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 9. 9. Bilangan Reynolds Bilangan Reynold dapat dihitung dengan menggunakan rumus nRE=
4 Rv γ
dimana R adalah jari-jari hidrolis, v adalah kecepatan aliran, dan
γ
adalah
viskositas kinematis. Akan dilakukan contoh perhitungan untuk debit variasi 1, pada ketinggian aktual di titik 1, sebagai berikut
nRE=
4 Rv 4 × 0,023978 ×0,31353156 = =32039,09781 γ 9,386E-07
Perhitungan untuk variasi lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 10. 10. Energi Spesifik Energi spesifik dapat dihitung dengan menggunakan rumus 2
ES= y+
v 2g
dimana y adalah ketinggian aliran, v adalah kecepatan aliran, dan g adalah konstanta gravitasi. Akan dilakukan contoh perhitungan untuk debit variasi 1, pada ketinggian aktual di titik 1, sebagai berikut 2
ES= y+
2
v 0,31353156 =0,0665+ =0,071510298 m 2g 2 ×9,81
Perhitungan untuk titik dan variasi debit lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 11. 11. Y kritis
Y kritis adalah kedalaman aliran saat bersifat kritis. Perhitungan Y kritis dapat dihitung dengan rumus Q 2 13 b q2 1 Yc ¿( ) 3 =( ) g g
( )
Akan dilakukan contoh perhitungan untuk debit variasi 1, sebagai berikut 2
0,001563739 0,075 9,81 ¿ ¿ Q 2 13 b Yc=( ) =¿ g
(
)
( )
Perhitungan untuk variasi debit lainnya, dilakukan dengan cara yang sama. Hasil Perhitungan tertera pada Tabel 12. 12. Energi Spesifik Penyempitan Perhitungan energi spesifik penyempitan dilakukan dengan menggunakan data saluran pada kondisi penyempitan, di mana lebar penyempirtan yaitu 0,052m, ketinggian y adalah rata-rata ketinggian aktual pada titik 2 dan titik 3, dan kecepatan aliran adalah debit aktual dibagi dengan luas permukaan basah dengan data ketinggian dan lebar slauran seperti data di atas. Akan dilakukan contoh perhitungan energi spesifik penyempitan pada debit variasi 1 seperti di bawah ini. ES= y+
v2 0,4885767212 =0,06155+ =0,073716525m 2g 2 ×9,81
Perhitungan untuk variasi debit lainnya dilakukan dengan cara yang sama. Hasil tertera pada Tabel 12. 13. Debit Teoritis Perhitungan debit teoritis dilakukan dengan menggunakan rumus 3 2 Qteoritis=bt √ g( Es2−3) 2 3 Akan dilakukan contoh perhitungan untuk debit variasi 1 sebagai berikut 3 3 2 2 m3 Qteoritis=bt √ g( Es2−3) 2 =0,052× √9,81( × 0,73716525) 2 =0,001774387 3 3 s Perhitungan untuk debit variasi lainnya dilakukan dengan cara yang sama. Hasil tertera pada Tabel 12. 14. Koefisien Discharge (Cd)
Nilai koefisien discharge dapat dihitung dengan menggunakan rumus Qaktual Cd= Qteoritis Akan dilakukan contoh perhitungan untuk debit variasi 1 sebagai berikut Qaktual 0,001563739 Cd= = =0,881284101 Qteoritis 0,001774387 Perhitungan untuk variasi debit lainnya dilakukan dengan cara yang sama. Hasil perhitungan tertera pada Tabel 12.
VI.
DATA AKHIR Tabel 4. Hasil Perhitungan Densitas, Viskositas Kinematis, dan Debit Aktual Variasi
Densitas (kg/m3)
Viskositas Kinematis (m2/s)
1 2 3 4 5
996,44
9,386E-07
Debit Aktual (m3/s) 0,001563739 0,002244571 0,002465108 0,002694557 0,002659645
Tabel 5. Hasil Perhitungan Luas Permukaan Basah Variasi 1 2 3 4 5
A1 0,0049875 0,006045 0,00681 0,0069375 0,0066825
A2 0,004905 0,00609 0,006705 0,0068775 0,006615
Luas Basah (m2) A3 A4 A5 0,0030004 0,0023556 0,002132 0,0037492 0,0029796 0,0025688 0,0041548 0,0033852 0,0027872 0,0042328 0,0034736 0,0027144 0,0040716 0,0033488 0,0028132
A6 0,0016875 0,0021825 0,0023475 0,00249 0,00228
A7 0,0019425 0,00201 0,00237 0,0024225 0,0023925
Tabel 6. Hasil Perhitungan Keliling Basah Variasi 1 2 3 4 5
P1 0,208 0,2362 0,2566 0,26 0,2532
P2 0,2058 0,2374 0,2538 0,2584 0,2514
Keliling Basah (m) P3 P4 P5 0,1674 0,1426 0,134 0,1962 0,1666 0,1508 0,2118 0,1822 0,1592 0,2148 0,1856 0,1564 0,2086 0,1808 0,1602
P6 0,12 0,1332 0,1376 0,1414 0,1358
P7 0,1268 0,1286 0,1382 0,1396 0,1388
R6 0,014063 0,016385
R7 0,015319 0,01563
Tabel 7. Hasil Perhitungan Jari-jari Hidrolis Variasi 1 2
R1 0,023978 0,025593
R2 0,023834 0,025653
Jari-jari Hidrolis (m) R3 R4 R5 0,017924 0,016519 0,01591 0,019109 0,017885 0,017034
3 4 5
0,026539 0,026683 0,026392
0,026418 0,026616 0,026313
0,019617 0,019706 0,019519
0,01858 0,018716 0,018522
0,017508 0,017355 0,017561
0,01706 0,01761 0,016789
0,017149 0,017353 0,017237
V6 0,9266599 1,0284404 1,050099 1,0821513 1,1665109
V7 0,8050134 1,1167020 1,0401298 1,1123041 1,1116593
Fr6 1,9723983 1,9248555 1,895062 1,896201 2,1360800
Fr7 1,5970509 2,1778874 1,8681403 1,9760038 1,9872013
Tabel 8. Hasil Perhitungan Kecepatan Aliran Variasi 1 2 3 4 5
V1 0,313531 0,3713103 0,3619835 0,3884045 0,3980014
V2 0,3188050 0,3685666 0,3676521 0,3917930 0,4020627
Kecepatan Aliran (m/s) V3 V4 V5 0,5211767 0,663838 0,7334609 0,5986800 0,7533129 0,8737819 0,5933156 0,7282014 0,8844387 0,63658 0,7757245 0,9926896 0,653218 0,7942083 0,9454162
Tabel 9. Hasil Perhitungan Bilangan Froude Variasi 1 2 3 4 5
Fr1 0,3881824 0,4175755 0,3835406 0,4077359 0,4257075
Fr2 0,3980171 0,4129558 0,392585 0,4130832 0,4322400
Bilangan Froude Fr3 Fr4 Fr5 0,6927277 0,995815 1,1565130 0,7118568 1,0047629 1,2551774 0,6701590 0,9112269 1,2196939 0,7123819 0,9582631 1,3872148 0,7453207 0,9992105 1,297746
Tabel 10. Hasil Perhitungan Bilangan Reynolds Variasi 1 2 3 4 5
Re1 32039,097 40497,939 40941,022 44166,546 44765,085
Re2 32381,595 40293,232 41392,696 44440,023 45085,598
Bilangan Reynolds Re3 Re4 Re5 39809,631 46733,04 49732,330 48754,400 57416,647 63432,449 49600,879 57658,980 65989,109 53460,437 61871,239 73422,647 54336,143 62690,926 70752,306
Re6 55534,436 71813,914 76347,865 81211,471 83464,797
Re7 52556,248 74382,686 76016,39 82258,610 81660,803
ES6 0,0662664 0,083008 0,0875032 0,0928866 0,099755
ES7 0,0589299 0,0903587 0,0867411 0,0953591 0,0948860
Tabel 11. Hasil Perhitungan Energi Spesifik Variasi 1 2 3 4 5
ES1 0,0715102 0,0876270 0,0974784 0,1001889 0,0971736
ES2 0,0705802 0,0881236 0,0962893 0,0995237 0,0964392
Energi Spesifik (m) ES3 ES4 ES5 0,0715443 0,0677608 0,068419 0,0903679 0,0862235 0,0883141 0,0978420 0,092127 0,0934691 0,1020547 0,0974701 0,1024259 0,100047 0,0965491 0,0996561
Tabel 12. Hasil Perhitungan Akhir Variasi
Qaktual
Y2-3
V2-3
Es
Qteoritis
Cd Yc (m)
VII.
(m3/s)
(m)
(m/s)
sempit (m)
(m3/s)
1
0,0015637
0,06155
0,48857
0,0737165
0,0017743
2
0,0022445
0,07665
0,56314
0,092813
0,002506
3
0,0024651
0,08465
0,56002
0,1006349
0,0028302
4
0,0026945
0,08655
0,59871
0,1048198
0,0030086
5
0,0026596
0,08325
0,61437
0,1024885
0,0029088
0,881 2 0,895 3 0,870 9 0,895 6 0,914 3
0.04517 0.0574 0.061 0.0649 0.0643
ANALISIS A 0 0
f(x) = 0.89x R² = 1
0 Q Aktual (m3/s)
0
Grafik Qteoritis terhadap Qaktual
0
Linear (Grafik Qteoritis terhadap Qaktual)
0 0 000000000 Q Teoritis (m3/s)
Gambar 7. Grafik Qteoritis terhadap Qaktual Berdasarkan regresi linear antara debit teoritis dan debit aktual, akan didapat nilai gradien yang menunjukan nilai koefisien discharge sesuai dengan rumus Cd=
Qaktual Qteoritis
Nilai koefisien discharge yang didapat pada percobaan dengan menggunakan venturiflume adalah 0,893. Berdasarkan literatur, nilai koefisien discharge untuk venturiflume yang baik berkisar antara 0,95-0,97. Nilai tersebut akan memberikan galat dengan nilai pada percobaan sebesar 6%-7,938% sesuai dengan perhitungan di bawah ini.
|0,95−0,893 |×100 =6 0,95
ε=
|0,97−0,893 |×100 =7,938 0,97
ε=
Adanya nilai galat ini dapat disebabkan oleh beberapa hal. Salah satu yang paling menentukan adanya galat ini adalah titik pengukuran berdasarkan teori yaitu pada titik 2 dan 3. Titik ini dianggap sebagai titik di mana terjadi penyempitan saluran. Pada kenyataannya, penyempitan saluran terjadi pada titik 3, 4, dan 5. Hal ini menyebabkan ketidaktepatan data yang dipakai dalam perhitungan sehingga nilai koefisien discharge yang didapat tidak masuk ke dalam nilai range koefisien discharge untuk venturiflume. 2.5 2
f(x) = 0.01 x^-1.4 R² = 0.91
1.5 Bilangan Froude
Grafik Y terhadap NFr Variasi 1
1
Power (Grafik Y terhadap NFr Variasi 1)
0.5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Kedalaman (m)
Gambar 8. Grafik Y terhadap Fr Variasi 1 Berdasarkan grafik Y terhadap Fr di atas, terlihat hubungan yang berbanding terbalik antara keduanya. Berdasarkan rumus Fr=
Fr=
v √ gy
v √ gy
Q ( b. y ) = =
√ gy
¿
Q by √ gy
Q 3
bg ( y )2
Fr ≈
1 y
3 2
maka, nilai Y seharusnya memiliki pangkat (-1,5) terhadap Fr. Setelah dilakukan regresi power terhadap nilai keduanya, didapat persamaan y=0,010x -1,40 di mana y
adalah bilangan froude, x adalah kedalaman. Maka akan didapat nilai galat terhadap pangkat dr Y sebesar
|
ε 1=
|
−1,40− (−1,5 ) ×100 =6,67 −1,5
Untuk variasi debit lainnya, dilakukan regresi dan perhitungan galat dengan cara yang sama. Berikut adalah hasil regresi untuk variasi debit lainnya. 2.5 f(x) = 0.02 x^-1.4 R² = 0.92
2 1.5 Bilangan Froude
Grafik Y terhadap NFr Variasi 2
1
Power (Grafik Y terhadap NFr Variasi 2)
0.5 0 0
0.05
0.1
Kedalaman (m)
Gambar 9. Grafik Y terhadap Fr Variasi 2
2 1.8
f(x) = 0.02 x^-1.4 R² = 0.92
1.6 1.4 1.2 Bilangan Froude
Grafik Y terhadap NFr Variasi 3
1 0.8 0.6
Power (Grafik Y terhadap NFr Variasi 3)
0.4 0.2 0 0
0.05
0.1
Kedalaman (m)
Gambar 10. Grafik Y terhadap Fr Variasi 3
2.5 f(x) = 0.02 x^-1.41 R² = 0.92
2 1.5 Bilangan Froude
Grafik Y terhadap NFr Variasi 4
1
Power (Grafik Y terhadap NFr Variasi 4)
0.5 0 0
0.05
0.1
Kedalaman (m)
Gambar 11. Grafik Y terhadap Fr Variasi 4
2.5 f(x) = 0.02 x^-1.39 R² = 0.92
2 1.5 Bilangan Froude
Grafik Y terhadap NFr Variasi 5
1
Power (Grafik Y terhadap NFr Variasi 5)
0.5 0 0
0.05
0.1
Kedalaman (m)
Gambar 12. Grafik Y terhadap Fr Variasi 5 Perhitungan galat yang didapat untuk masing-masing variasi lain adalah sebagai berikut
ε 2 =7 , ε 3 =7.13 , ε 4 =6.13, ε 5=7.13 . Bilangan froude adalah suatu nilai
yang menunjukan energi pada aliran. Ketika nilai bilangan froude kurang dari 1, maka aliran adalah subkritis di mana energi potensial mendominasi aliran. Ketika bilangan froude lebih dari satu, aliran adalah superkritis di mana energi kinetik mendominasi aliran. Dan ketika nilai bilangan froude sama dengan satu, aliran adalah kritis di mana energi kinetik dan energi potensial aliran dalam keadaan seimbang. Berdasarkan nilai bilangan froudenya, pada titik 1, 2, dan 3 aliran bersifat subkritis, pada titik 4 aliran bersifat kritis (nilai bilangan froude tidak tepat satu, namun terjadi perubahan nilai
bilangan froude menjadi lebih besar, sehingga terdapat titik diantara 3 sampai 4 atau bahkan sampai 5 di mana aliran bersifat tepat kritis). pada titik 5, 6, dan 7 aliran bersifat subkritis. 60000 f(x) = 9652.96 x^-0.48 R² = 0.84
50000 40000 Bilangan Reynold
30000
Grafik Y terhadap Nre Variasi 1
20000
Power (Grafik Y terhadap Nre Variasi 1)
10000 0 0
0.05 0.1
Kedalaman (m)
Gambar 13. Grafik Y terhadap Re Variasi 1
80000 f(x) = 11815.6 x^-0.52 R² = 0.9
70000 60000 50000 Bilangan Reynold
Grafik Y terhadap Nre Variasi 2
40000 30000
Power (Grafik Y terhadap Nre Variasi 2)
20000 10000 0 0
0.05 0.1
Kedalaman (m)
Gambar 14. Grafik Y terhadap Re Variasi 2
90000 80000
f(x) = 11730 x^-0.55 R² = 0.92
70000 60000 50000
Grafik Y terhadap Nre Variasi 3
Bilangan Froude 40000
Power (Grafik Y terhadap Nre Variasi 3)
30000 20000 10000 0 0
0.05 0.1
Kedalaman (m)
Gambar 15. Grafik Y terhadap Re Variasi 3
90000 f(x) = 12345.86 x^-0.57 R² = 0.92
80000 70000 60000 50000
Grafik Y terhadap Nre Variasi 4
Bilangan Froude 40000
Power (Grafik Y terhadap Nre Variasi 4)
30000 20000 10000 0 0
0.05 0.1
Kedalaman (m)
Gambar 16. Grafik Y terhadap Re Variasi 4
90000 f(x) = 12891.23 x^-0.55 R² = 0.91
80000 70000 60000 50000
Grafik Y terhadap Nre Variasi 5
Bilangan Reynold 40000
Power (Grafik Y terhadap Nre Variasi 5)
30000 20000 10000 0 0
0.05 0.1
Kedalaman (m)
Gambar 17. Grafik Y terhadap Re Variasi 5 Hubungan antara kedalaman dan bilangan Reynold dapat ditunjukan dengan rumus berikut ini ℜ=
ρvD μ
V=
ℜμ ρD
Q ℜμ = A ρD
Q ℜμ = by ρD Berdasarkan grafik, hubungan keduanya sudah benar, yaitu berbanding terbalik. Berdasarkan hasil perhitungan dari data percobaan, pada semua variasi debit dan pada semua titik pengambilan data, aliran bersifat turbulen karena memiliki nilai bilagan Reynold>4000.
0.1 0.09 0.08 0.07 0.06
Grafik Es terhadap Y Variasi 1 Grafik Es terhadap Y Variasi 2
0.05 Kedalaman (m) 0.04 0.03
Grafik Es terhadap Y Variasi 3 Grafik es terhadap Y Variasi 4
0.02 0.01 0 0.05
0.1
0.15
Grafik Es terhadap Y Variasi 5
Energi Spesifik (m)
Gambar 18. Grafik Energi Spesifik terhadap Kedalaman Dilihat dari bentuknya, grafik energi spesifik terhadap kedalaman di atas tidak sesuai dengan bentuk yang seharusnya di mana grafik terbuka ke kanan dengan asimtot pada garis 45o. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, bahwa terdapat kesalahan pada asumsi data. Menurut teori, penyempitan terjadi pada titik 2 dan 3, sedangkan pada kenyataannya penyempitan terjadi pada titik 3, 4, dan 5. Hal ini tentu berpengaruh pada perhitungan luas permukaan basah yang nantinya digunakan dalam perhitungan kecepatan. Kesalahan ini akan berpengaruh pula pada pehitungan energi spesifik yang memiliki unsur kecepatan di dalamnya. VIII.
ANALISIS B Aplikasi penggunaan venturiflume pada bidang Teknik Lingkungan yaitu pada penyaluran air, baik IPAL, IPAM, maupun penyaluran air irigasi. Pada penyaluran air untuk irigasi, venturiflume berguna sebagai oengatur debit aliran yang akan keluar. Dengan venturiflume, debit aliran yang akan keluar dapat dikontrol. Penggunaan venturiflume sebagai alat ukur debit saluran terbuka memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihannya antara lain, nilai headloss yang relatif kecil, tidak berpengaruh pada fluida yang mengandug endapan atau suspended solid (dapat dilakukan perhitungan debitnya), pembuatannya yang mudah dan tidak terlalu mahal. Sedangkan kekurangan dari venturiflume antara lain tidak tersedianya ukuran yang lebih kecil dari 6 inchi sehingga diperlukan akurasi hidrolik dan kontruksi yang lebih, tidak adanya deadzone membuat sampah/padatan yang terdapat pada fluida terbawa
terus melalui aliran (hal ini dapat merugikan pad penggunaan venturiflume pada penyaluran air untuk irigasi). IX.
KESIMPULAN 1. Debit aliran yang didapat dengan menggunakan venturiflume sebagai alat ukur yaitu 0,001774387 m3/s; 0,00250679 m3/s; 0,002830248 m3/s; 0,003008612 m3/s; 0,002908802 m3/s. 2. Berdasarkan nilai bilangan froudenya, pada titik 1 sampai 3 aliran bersifat subkritis, pada titik 4 aliran bersifat kritis, dan pada titik 5 sampai 7 aliran bersifat superkritis. 3. Nilai koefisien discharge yang didapat pada penggunaan venturiflume sebagai alat ukur debit saluran terbuka adalah 0,893. 4. Berdasarkan nilai bilangan reynoldnya, pada semua variasi debit aliran bersifat turbulen.
X.
DAFTAR PUSTAKA Chow,Ven Te.1992.Open Channel Hydraulic.Jakarta :Erlangga. Finnemore, E. John., Joseph B. Franzini. 2002. Fluid Mechanics With Engineering Applications Tenth Edition. New York : McGraw-Hill Book Company. http://www.brighthubengineering.com/hydraulics-civil-engineering http://en.wikipedia.org/wiki/Venturi_flume