Adjustable Bed Flow Channel

ADJUSTABLE BED FLOW CHANNEL

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aliran Fluida

Fluida adalah suatu zat yang dapat mengalir, bisa berupa cairan atau gas. Fluida

mengubah bentuknya dengan mudah dan pada gas, fluida mempunyai volume yang

sama dengan volume ruang yang membatasi gas tersebut. Pemakaian mekanika

kepada medium kontinyu, baik benda padat maupun fluida adalah didasari pada

hukum gerak newton yang digabungkan dengan hukum gaya yang sesuai.

Salah satu cara untuk menjelaskan gerak suatu fluida adalah dengan membagi-

bagi fluida tersebut menjadi elemen volume yang sangat kecil yang dapat dinamakan

partikel fluida dan mengikuti gerak masing-masing partikel ini.

Konsep aliran fluida yang berkaitan dengan aliran fluida dalam pipa adalah :

1. Hukum kekekalan massa

2. Hukum kekekalan energi

3. Hukum kekekalan momentum

4. Katup

5. Orificemeter

6. Arcameter (rotarimeter)

(Madang, 2011).

2.2 Pengukuran Aliran

Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju aliran,

volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan

pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur

tersebut.

Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit,

gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan

pengukuran-pengukuran, misalnya : langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik,

elektronik, elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara langsung terdiri dari

atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatu penampang dalam suatu

selang waktu tertentu. Metoda tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan

penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa dititik pada

suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode pengukuran aliran

yang paling teliti adalah penentuan gravimerik atau penentuan volumetrik dengan

berat atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang

dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur.

Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui :

1. Kecepatan (velocity)

2. Luas bidang yang dilaluinya

3. Volumenya

(Ferdinan, 2007).

2.3 Pola Aliran

Laminar berasal dari bahasa latin “thin plate” yang berarti plate tipis atau aliran

sangat halus. Pada aliran laminar, gaya viscous (gesek) yang relatif besar

mempengaruhi kecepatan aliran sehingga semakin mendekati dinding pipa, semakin

rendah kecepatannya. Secara teori, aliran ini berbentuk parabola dengan bagian

tengah mempunyai kecepatan paling pinggir mempunyai kecepatan paling rendah

akibat adanya gaya gesekan.

Pada aliran turbulen, gaya momentum aliran lebih besar dibandingkan gaya

gesekan dan pengaruh dari dinding pipa menjadi kecil. Karenanya aliran turbulen

memberikan profil kecepatan yang lebih seragam dibandingkan aliran laminar,

walaupun pada lapisan fluida dekat dinding pipa tetap laminar. Profil kecepatan pada

daerah transisi antara laminar dan turbulen dapat tidak stabil dan sulit untuk

diperkirakan karena aliran dapat menunjukkan sifat dari daerah aliran laminar

maupun turbulen atau osilasi antara keduanya. Pada beberapa tempat, aliran turbulen

dibutuhkan untuk pencampuran zat cair (Divo, 2008).

Gambar 2.1 Pola Aliran Turbulen dan Laminar

(Divo, 2008)

Laminar

Dalam menganalisa aliran, sangatlah penting untuk mengetahui tipe aliran yang

mengalir dalam pipa tersebut. Untuk itu harus dihitung besarnya bilangan Reynold

dengan mengetahui parameter-parameter yang diketahui besarnya. Besarnya Reynold

(NRe), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

NRe = v𝐷

(Gultom, 2011)

Dimana :

NRe = bilangan Reynold

D = diameter (m)

ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

μ = viskositas fluida (Pa.s)

v = kecepatan rata-rata fluida (m/s)

Aliran akan laminar jika bilangan Reynold kurang dari 2000 dan akan turbulen

jika bilangan Reynold lebih besar dari 4000. Jika bilangan Reynold terletak antara

2000 – 4000 maka disebut aliran transisi (Gultom, 2011).

2.4 Persamaan Kontinuitas

Gerak fluida di dalam suatu tabung aliran haruslah sejajar dengan dinding

tabung. Meskipun besar kecepatan fluida dapat berbeda dari suatu titik ke titik lain di

dalam tabung. Pada gambar 2.2 menunjukkan tabung aliran untuk membuktikan

persamaan kontinuitas.

Gambar 2.2 Tabung Aliran

(Divo, 2008)

Pada gambar 2.2, misalkan pada titik P besar kecepatan adalah V1 dan pada

titik Q adalah V2. Kemudian A1 dan A2 adalah luas penampang tabung aliran tegak

lurus pada titik Q. Di dalam interval waktu Δt sebuah elemen fluida mengalir kira-

kira sejauh VΔt. Maka massa fluida Δm1 yang menyeberangi A1 selama interval

waktu Δt adalah :

Δm1 = ρ1.A1.V1.Δt (Divo, 2008)

dengan kata lain massa Δm1/Δt adalah kira-kira sama dengan ρ1.A1.V1. Kita harus

mengambil Δt cukup kecil sehingga di dalam interval waktu ini baik V maupun A

tidak berubah banyak pada jarak yang dijalani fluida, sehingga dapat ditulis massa di

titik P adalah ρ1.A1.V1 massa di titik Q adalah ρ2.A2.V2, dimana ρ1 dan ρ2 berturut-

turut adalah kerapatan fluida di P dan Q. Karena tidak ada fluida yang berkurang dan

bertambah maka massa yang menyeberangi setiap bagian tabung per satuan waktu

haruslah konstan. Maka massa P haruslah sama dengan massa di Q, sehingga

dapatlah ditulis :

ρ1.A1.V1 = ρ2.A2.V2 (Divo, 2008)

Persamaan berikut menyatakan hukum kekekalan massa di dalam fluida. Jika

fluida yang mengalir tidak termampatkan, dalam arti kerapatan konstan maka

persamaan dapat ditulis menjadi :

A1.V1 = A2.V2 (Divo, 2008)

Dimana:

A = luas penampang (m2)

V = kecepatan fluida (m/s)

Δm = massa fluida yang berpindah (kg)

Δt = interval waktu (s)

ρ = densitas (kg/m3)

2.5 Jenis Alat Ukur Aliran Fluida

Jenis alat ukur aliran fluida yang paling banyak digunakan diantara alat ukur

lainnya adalah alat ukur fluida jenis laju aliran. Hal ini dikarenakan konstruksinya

yang sederhana dan pemasangannya yang mudah. Alat ukur aliran fluida jenis ini

dibagi empat jenis yaitu :

1. Venturimeter

2. Nozzle

3. Pitot tubes

4. Plate orifice

Pada dasarnya prinsip kerja dari keempat alat ukur ini adalah sama yaitu bila

aliran fluida mengalir melalui alat ukur ini, maka akan terjadi perbedaan tekanan

sebelum dan sesudah fluida mengalir. Beda tekanan menjadi besar bila laju aliran

yang diberikan kepada alat ini bertambah (Ferdinan, 2007).

2.5.1 Venturimeter

Venturimeter ini merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang berfungsi

untuk mendapatkan beda tekanan. Sedangkan alat untuk menunjukan besaran aliran

fluida yang diukur atau alat sekundernya adalah manometer. Venturimeter memiliki

kerugian karena harganya mahal, memerlukan ruangan yang besar dan rasio diameter

throatnya dengan diameter pipa tidak dapat diubah.

Untuk sebuah venturimeter tertentu dan sistem manometer tertentu, kecepatan

aliran yang dapat diukur adalah tetap sehingga jika kecepatan aliran berubah maka

diameter throat nya dapat diperbesar untuk memberikan pembacaan yang akurat.

Pada venturimeter ini fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan ke

bagian outlet cone. Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan awal.

Pada bagian inlet cone fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan

oleh bagian inlet cone yang berbentuk kerucut atau semakin mengecil kebagian

throat. Kemudian fluida masuk kebagian throat inilah tempat-tempat pengambilan

tekanan akhir dimana throat ini berbentuk bulat datar. Lalu fluida akan melewati

bagian akhir dari venturimeter yaitu outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut

dimana bagian kecil berada pada throat, dan pada outlet cone ini tekanan kembali

normal.

Penurunan tekanan pada inlet cone akan dipulihkan dengan sempurna pada

outlet cone. Gesekan tidak dapat ditiadakan dan juga kehilangan tekanan yang

permanen dalam sebuah meteran yang dirancang dengan tepat (Ferdinan, 2007).

Gambar 2.3 Venturimeter

(Ferdinan, 2007)

2.5.2 Flow Nozzle

Flow nozzle ini merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang berfungsi

untuk mendapatkan beda tekanannya. Sedangkan alat untuk menunjukkan besaran

aliran fluida yang diukur atau alat sekundernya adalah berupa manometer. Pada flow

nozzle, kecepatan fluida bertambah dan tekanan semakin berkurang seperti dalam

venturimeter. Dan aliran fluida akan keluar secara bebas setelah melewati lubang

flow nozzle sama seperti pada plat orifice. Flow nozzle terdiri dari dua bagian utama

yang melengkung pada silinder (Ferdinan, 2007).

Gambar 2.4 Flow Nozzle

(Ferdinan, 2007)

2.5.3 Pitot Tubes

Nama pitot tubes datang dari konsensip Henry de Pitot pada tahun 1732. Pitot

tubes mengukur besaran aliran fluida dengan jalan menghasilkan beda tekanan yang

diberikan oleh kecepatan fluida itu sendiri. Sama halnya seperti plate orifice, pitot

tubes membutuhkan dua lubang pengukuran tekanan untuk menghasilkan suatu beda

tekanan. Pada pitot tubes ini biasanya fluida yang digunakan adalah jenis cairan dan

gas. Pitot tubes terbuat dari stainless steel dan kuningan (Ferdinan, 2007).

Gambar 2.5 Pitot Tubes

(Ferdinan, 2007)

2.5.4 Plate Orifice

Agar dapat melakukan pengendalian atau proses-proses industri, kuantitas

bahan yang masuk dan keluar dari proses perlu diketahui. Kebanyakan bahan

ditransportasikan diusahakan dalam bentuk fluida, maka penting sekali mengukur

kecepatan aliran fluida dalam pipa. Berbagai jenis meteran digunakan untuk mengukur

laju arus seperti plate orifice.

Untuk plate orifice ini, fluida yang digunakan adalah jenis cair dan gas. Pada plate

orifice ini piringan harus bentuk plat dan tegak lurus pada sumbu pipa. Piringan tersebut

harus bersih dan diletakkan pada perpipaan yang lurus untuk memastikan pola aliran

yang normal dan tidak terganggu oleh fitting, kran atau peralatan lainnya.

Prinsip dasar pengukuran plat orifice dari suatu penyempitan yang menyebabkan

timbulnya suatu perbedaan tekanan pada fluida yang mengalir (Ferdinan, 2007).

2.6 Aplikasi Aliran Fluida dengan Penampang Berubah

2.6.1 Analisis Pengaruh Aliran Turbulen Terhadap Karakteristik Lapisan

Batas pada Pelat Datar Panas

Perkembangan ilmu mekanika fluida dari waktu ke waktu semakin pesat. Di

tengah perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, studi tentang modifikasi

lapisan batas adalah salah satu studi yang sangat bermanfaat untuk dikembangkan.

Lapisan batas adalah lapisan tipis pada solid surface yang terbatas pada daerah

yang sangat sempit dekat dengan permukaan kontur dimana kecepatan fluida tidak

uniform u∞ sebagai pengaruh dari gaya viskos yang muncul akibat adanya viskositas.

Akibat sifat kental dari fluida, timbul gaya kental/viskos di sekitar daerah dekat

permukaan pelat. Daerah aliran dekat permukaan pelat yang masih dipengaruhi oleh

gaya viskositas disebut daerah lapisan batas. Semakin jauh dari permukaan pelat

(arah sumbu-y) semakin kecil pengaruh gaya viskos sehingga kecepatan alir menjadi

semakin besar. Dan makin jauh dari tepi depan pelat (arah sumbu-x) semakin besar

pengaruh gaya viskos sehingga daerah lapisan batas akan menjadi lebih lebar.

Pada lapisan batas terdapat tiga daerah aliran. Pada permukaan terbentuk

lapisan batas laminar tetapi pada jarak tertentu dari tepi depan mulai terjadi proses

transisi hingga aliran menjadi turbulen. Perubahan daerah lapisan batas ini tidak

lepas dari pengaruh gaya viskos. Semakin besar gaya viskos makin besar gangguan-

gangguan pada aliran fluida sehingga arah kecepatan tidak lagi searah tetapi menjadi

acak ke sembarang arah. Profil kecepatan laminar mendekati bentuk parabola

sedangkan profil turbulen pada bagian dekat permukaan hampir mendekati garis

lurus.

Terjadinya lapisan batas seperti yang dijelaskan di atas tidak memperhatikan

adanya perpindahan panas, sedangkan dalam kehidupan sehari-hari sering ditemukan

adanya pelat panas yang dialiri oleh fluida.

Gambar 2.6 memperlihatkan suatu fluida itu mengalir dengan distribusi

kecepatan yang sama atau uniform u∞ dimana ketika melewati suatu solid surface

aliran tersebut mengalami distribusi kecepatan yang berbeda yang dipengaruhi oleh

adanya permukaan padat. Distribusi kecepatan ini dimulai dari titik di permukaan

padat tersebut, dimana aliran fluida tersebut mempunyai kecepatan nol kemudian

semakin besar ketika menjauhi permukaan dari bodi tersebut. Pengaruh tegangan

geser akan hilang pada posisi tertentu dan kecepatan fluida mencapai nilai kecepatan

fluida nonviscous (u = 0,99 u∞) dan posisi tersebut merupakan batas daerah viscous

(lapisan batas) dengan bagian nonviscous. Jarak yang diukur dari permukaan padat

arah normal hingga posisi tersebut disebut dengan tebal lapisan batas (Faruk dan

Kamiran, 2012).

Gambar 2.6 Struktur Lapisan Batas

(Faruk dan Kamiran, 2012)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengukuran Kecepatan Fluida dengan Tabung Pitot

Gambar 4.1 Grafik Kecepatan Lokal (u) vs Ketinggian Bed (z)

Gambar 4.1 adalah grafik kecepatan lokal (u) vs ketinggian bed (z) yang

menunjukkan hubungan antara kecepatan lokal (u) dengan tinggi bed (z). Pada laju

alir 7,93 L/menit dengan ketinggian bed (z) 17, 27, 37, 47, 57, 67, 97 dan 117 mm

diperoleh kecepatan lokal (u) masing-masing sebesar 0,313; 0,343; 0,343; 0,343;

0,343; 0,313; 0,420 dan 0,396 m/s. Pada laju alir 26,13 L/menit dengan ketinggian

bed (z) 17, 27, 37, 47, 57, 67, 97 dan 117 mm kecepatan lokal masing-masing

sebesar 0,542; 0,396; 0,396; 0,420; 0,524; 0,524; 0,626 dan 0,542 m/s. Pada laju alir

62,10 L/menit dengan ketinggian bed 17, 27, 37, 47, 57, 67, 97 dan 117 mm

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Kecep

ata

n L

ok

al

(m/s

)

Ketinggian Bed (mm)

Q = 7,93 L/menit

Q= 26,13 L/menit

Q=62,10 L/menit

kecepatan lokalnya masing-masing sebesar 0,671; 0,714; 0,700; 0,804; 0,505; 0,686;

0,767 dan 0,885 m/s. Dari grafik diatas terlihat bahwa grafik membentuk fluktuasi

pada setiap debit aliran dimana semakin bertambahnya ketinggian bed (z), kecepatan

lokal (u) juga bertambah.

Tabung pitot biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan lokal pada suatu

posisi pada saluran pipa (Albright, 2009). Fluida yang digunakan pada percobaan ini

adalah air. Air merupakan fluida tak termampatkan. Fluida tak termampatkan adalah

fluida tidak mengalami perubahan dengan adanya perubahan tekanan (Kustiningsih,

2008). Dengan hal tersebut didapat persamaan umum terhadap debit aliran fluida

sebagai berikut :

Q = v. A (Ferdinan, 2007)

A = b.y

y = 160 – z

maka : Q = v . b (160 – z)

Dimana :

Q = debit aliran (m3/s)

v = kecepatan atau laju aliran (m/s)

A = Luas penampang (m2)

b = lebar saluran penampang (m)

y = tinggi saluran penampang (m)

z = ketinggian bed (m)

Dari persamaan di atas dimana debit aliran (Q) sebanding dengan kecepatan

lokal (u), akan tetapi kecepatan rata-rata (v) berbanding terbalik dengan luas

penampang (A). Luas penampang sangat dipengaruhi oleh ketinggian bed (z).

Apabila ketinggian bed (z) semakin tinggi maka luas penampang akan semakin kecil

sehingga kecepatan lokalnya (u) akan semakin meningkat.

Dari hasil percobaan diperoleh data yang tidak sesuai dengan teori yaitu pada

laju alir 7,93 L/menit terjadi penurunan kecepatan lokal (u) dengan ketinggian bed

(z) 67 mm dan kecepatan lokal (u) konstan pada ketinggian bed (z) 27, 37, 47 dan 57

mm, pada laju alir 26,13 L/menit terjadi penurunan kecepatan lokal (u) dengan

ketinggian bed (z) 27 mm dan 57 mm dan kecepatan lokal (u) konstan pada

ketinggian bed (z) 27, 37, 57 dan 67 mm sedangkan pada laju alir 62,10 L/menit

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0,2 0,4 0,6 0,8

u2/v

2

y2'/y2

N Re = 2701,946

N Re = 8900,527

N Re = 21150,103

terjadi penurunan kecepatan lokal (u) dengan ketinggian bed (z) 37 dan 57 mm. Dan

juga dapat dilihat dari hasil percobaan untuk hubungan debit aliran (Q) dan

kecepatan lokal (u) terdapat data yang tidak sesuai dengan teori dimana pada laju alir

62,10 L/menit dengan kecepatan lokal (u) sebesar 0,505 m/s lebih rendah

dibandingkan dengan kecepatan lokal (u) pada laju alir 26,13 L/menit yaitu sebesar

0,524 m/s pada ketinggian bed (z) 57 mm. Hal ini disebabkan oleh :

1. Laju air yang masuk pada saluran penampang tidak konstan.

2. Kinerja pompa yang kurang baik sehingga laju alirnya tidak tetap.

4.2 Pengukuran Profil Kecepatan Fluida

Gambar 4.2 Grafik 𝑢2/𝑉2 vs 𝑦2′ /𝑦2

Gambar 4.2 menunjukkan hubungan antara 𝑢2/𝑉2vs 𝑦2′ /𝑦2

untuk aliran transisi

pada laju alir 7,93 L/menit dengan NRe = 2701, 946 pada 𝑦2′ /𝑦2= 0 maka nilai 𝑢2/𝑉2

= 10,165 dan untuk 𝑦2′ /𝑦2= 0,15 maka nilai 𝑢2/𝑉2

= 6,776. Untuk aliran turbulen pada

laju alir 26,13 L/menit dengan NRe = 8900,527 pada 𝑦2′ /𝑦2= 0 maka nilai 𝑢2/𝑉2

=

3,709 dan untuk 𝑦2′ /𝑦2= 0,15 maka nilai 𝑢2/𝑉2

= 3,563. Untuk aliran turbulen pada

laju alir 62,10 L/menit dengan NRe = 21150,103 pada 𝑦2′ /𝑦2= 0 maka nilai 𝑢2/𝑉2

=

1,369 dan untuk 𝑦2′ /𝑦2= 0,15 maka nilai 𝑢2/𝑉2

= 2,249.

Bilangan Reynold adalah suatu bilangan tak berdimensi yang menyatakan rasio

sifat-sifat gaya viskos dalam suatu cairan. Rumus dari bilangan Reynold adalah

NRe = D v ρ

µ (Gultom, 2011)

NRe = 2701,946

NRe = 8900,527

NRe = 21150,103

Dimana : NRe = Bilangan Reynold

D = Diameter (m)

v = Kecepatan rata-rata (m/s)

ρ = Densitas (kg/m3)

µ = Viskositas (Pa.s)

Aliran akan laminar jika bilangan Reynold kurang dari 2000 dan akan

turbulen jika bilangan Reynold lebih besar dari 4000. Jika bilangan Reynold terletak

antara 2000 – 4000 maka disebut aliran transisi (Gultom, 2011).

Gambar 4.3 Profil Kecepatan Dalam Suatu Pipa. (a) Aliran Laminar dalam

Pipa (b) Aliran Transisi dalam Pipa, (c) Aliran Turbulen dalam Pipa

(Reid, 2012)

Dari hasil percobaan pada laju alir 7,93 L/menit jenis aliran merupakan aliran

transisi sedangkan pada laju alir 26,13 dan 62,10 L/menit jenis aliran merupakan

aliran turbulen. Grafik yang dihasilkan untuk aliran transisi dan turbulen tidak sesuai

dengan teori karena grafik yang terbentuk tidak membentuk garis lurus. Hal ini

disebabkan oleh :

1. Laju air yang masuk pada saluran penampang tidak konstan.

2. Kinerja pompa yang kurang baik sehingga laju alirnya tidak tetap.

(c)

(b)

(a)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 1 2 3 4

y1/y2

Q = 7,93 L/menit

Q = 26,13 L/menit

Q = 62,10 L/menit

4.3 Aplikasi Persamaan Kontinuitas

Gambar 4.5 Grafik 𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 vs 𝑦1𝑦2

Gambar 4.5 menunjukkan perbandingan antara 𝑦1𝑦2 dengan

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 . Pada laju

alir 7,93 L/menit untuk 𝑦1𝑦2 = 1,119 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,745;

𝑦1𝑦2 = 1,203 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 =

0,775; 𝑦1𝑦2 = 1,301 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,816;

𝑦1𝑦2 = 1,416 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,775;

𝑦1𝑦2 =

1,553 nilai 𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,739;

𝑦1𝑦2 = 1,72 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,645;

𝑦1𝑦2 = 2,54 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 =

0,949; 𝑦1𝑦2 = 3,721 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,756. Pada laju alir 26,13 L/menit untuk

𝑦1𝑦2 =

1,119 nilai 𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,939;

𝑦1𝑦2 = 1,203 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,816;

𝑦1𝑦2 = 1,301 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1

= 0,894; 𝑦1𝑦2 = 1,416 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,905;

𝑦1𝑦2 = 1,553 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,907;

𝑦1𝑦2 =

1,720 nilai 𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,780;

𝑦1𝑦2 = 2,540 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,913;

𝑦1𝑦2 = 3,721 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,968. Pada laju alir 62,10 L/menit untuk

𝑦1𝑦2 = 1,119 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,758;

𝑦1𝑦2 = 1,203 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,827;

𝑦1𝑦2 = 1,301 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,781;

𝑦1𝑦2 = 1,416

nilai 𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,908;

𝑦1𝑦2 = 1,553 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,721;

𝑦1𝑦2 = 1,720 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 =

0,866; 𝑦1𝑦2 = 2,540 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 1,168;

𝑦1𝑦2 = 3,721 nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 1,234.

Titik-titik yang paling mendekati garis diagonal pada laju alir 7,93 L/menit

adalah 𝑦1𝑦2 = 1,119 dengan nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,745. Pada laju alir 26,13 L/menit adalah

𝑦1𝑦2 = 1,119 dengan nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,939 dan pada laju alir 62,10 L/menit adalah

𝑦1𝑦2 = 1,203 dengan nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1= 0,827.

Berdasarkan teori persamaan kontinuitas dapat dilihat dari persamaan berikut :

Q = v. A (Ferdinan, 2007)

Persamaan ini dapat diubah menjadi :

Q1 = Q2

v1. A1 = v2. A2

Dari persamaan :

v = Cv 2𝑔ℎ (Suroso, 2008)

A = b. y

Maka akan diperoleh : 𝐴1

𝐴2=𝑉2

𝑉1

dan disubsitusikan menjadi persamaan :

𝑏 .𝑦1

𝑏 .𝑦2 =

𝐶𝑣 2𝑔𝐻2

𝐶𝑣 2𝑔𝐻1

𝑦1

𝑦2 =

𝐻2

𝐻1

Dimana : v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Q = debit aliran (m3/s)

A = luas penampang (m2)

b = lebar saluran penampang (m)

y = tinggi saluran (m)

y1 = tinggi channel pada section 1 (mm)

y2 = tinggi channel pada section 2 (mm)

H1 = tinggi fluida pada tabung pitot section 1 (mm)

H2 = tinggi fluida pada tabung pitot section 2 (mm)

Dari hasil percobaan terdapat titik-titik yang tidak sesuai dengan teori dimana

untuk titik-titik tersebut hampir mendekati garis diagonal dan menjauhi garis

diagonal. Adapun penyimpangan yang terjadi disebabkan oleh :

1. Laju air yang masuk pada saluran penampang tidak konstan.

2. Kinerja pompa yang kurang baik sehingga laju alirnya tidak tetap.

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

0,018

0,020

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Cv

v2 (m/s)

4.4 Penggunaan Kontraksi Sebagai Alat Ukur Fluida

Gambar 4.6 Grafik Cv vs v2

Gambar 4.6 menunjukkan bahwa hubungan antara koefisien kalibrasi alat ukur

(Cv) dengan kecepatan rata-rata (v). Dari hasil percobaan untuk v2 0,036; 0,117 dan

0,278 m/s masing-masing mempunyai nilai Cv sebesar 0,002; 0,01 dan 0,018. Secara

teori nilai Cv sebanding dengan kecepatan rata-rata (v), apabila kecepatan rata-rata

(v) semakin besar maka nilai Cv semakin meningkat. Hal ini dapat dilihat dari

persamaan berikut ini :

Q = Cv. Cd 1,705bh3/2 (Iqbal, 2012)

Q = v. A

Maka diperoleh :

v = Cv .Cd 1,705bh 3/2

A

Dimana :

Q = Debit aliran (m3/s)

v = kecepatan rata-rata (m2/s)

A = luas penampang saluran (m2)

Cv = faktor koefisien kecepatan

Cd = koefisien discharge

b = lebar saluran (m)

H = tinggi saluran (m)

Kecepatan rata-rata (v) berbanding lurus dengan koefisien disharge (Cv), jika

kecepatan rata-rata (v) semakin besar maka koefisien discharge (Cv) akan semakin

besar. Hasil percobaan telah sesuai dengan teori dimana kecepatan fluida semakin

besar maka nilai Cv akan semakin besar.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang diperoleh dari percobaan ini adalah:

1. Dari hasil percobaan pada setiap laju alir kecepatan lokal (u) fluida mengalami

fluktuasi dengan semakin bertambahnya ketinggian bed (z).

2. Dari hasil percobaan pada laju alir 7,93 L/menit jenis aliran yang terjadi

merupakan aliran transisi dengan NRe = 2701,946, laju alir 26,13 L/menit jenis

aliran yang terjadi merupakan aliran turbulen dengan NRe = 8900,527 dan laju

alir 62,10 L/menit jenis aliran yang terjadi merupakan aliran turbulen dengan

NRe = 21150,103.

3. Dari hasil perobaan diperoleh titik yang mendekati garis diagonal yaitu pada laju

alir 7,93 L/menit adalah 𝑦1𝑦2 = 2,54 dengan nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,949. Pada laju alir

26,13 L/menit adalah 𝑦1𝑦2 = 2,54 dengan nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 0,913. Pada laju alir

62,10 L/menit adalah 𝑦1𝑦2 = 3,721 dengan nilai

𝛥𝐻2

𝛥𝐻1 = 1,234.

4. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa jika kecepatan rata-rata (v) semakin besar

maka nilai Cv akan semakin besar.

5. Dari hasil percobaan diperoleh persen galat rata-rata untuk laju alir 7,93; 26,13

dan 62,10 L/menit masing-masing sebesar 51,098%; 43,724% dan 45,424 %.

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat diberikan untuk percobaan ini yaitu :

1. Sebaiknya dalam percobaan ini digunakan fluida dengan viskositas yang

berbeda sebagai pembanding.

2. Disarankan pembacaan skala lebih cepat karena penurunan cairan pada

tabung pitot dan piezometer sedikit cepat akibat adanya kebocoran pada bawah

tabung.

3. Disarankan pada saat melakukan kalibrasi laju alir terlebih dahulu dibiarkan

beberapa saat karena laju alir masuk dan keluarnya belum konstan.

4. Disarankan menggunakan laju alir yang lebih bervariasi agar didapat 3 jenis

aliran fluida yaitu laminar, transisi dan turbulen.

LAMPIRAN B

CONTOH PERHITUNGAN

B.1 Kalibrasi Laju Alir

Q1 = 8 liter/menit

Q2 = 26 liter/menit

Q3 = 62 liter/menit

Qrata-rata = 10,623

8,613,622,62

B.2 Pengukuran Kecepatan Fluida dengan Tabung Pitot

Q = 62,1 liter/menit = 0,001035 m

3/s

b = 40 mm = 0,04 m

z2 = 117 mm = 0,117 m

y2 = 43 mm = 0,043 m

g = 9,8 m/s2

a. Mencari nilai y2’

y2’ = (y2 : 2) + z

= (0,043 : 2) + 0,117

= 0,1385 m

b. Mencari nilai kecepatan lokal (u)

H2 = 232 mm = 0,232 m

h2 = 192 mm = 0,192 m

u2 = 2 . g (H2 – h2)

= 2 . 9,8 (0,232 – 0,192)

Liter /menit

= 0,885 m/s

b. Mencari nilai kecepatan rata – rata (v)

v2 = Q

b . y2

= 043,0.04,0

0,001035

= 0,602 m/s

Ket : Q = Laju alir (liter/menit)

b = Lebar channel (mm)

y2

= Tinggi channel pada section 2 (mm)

y2' = Tinggi tabung pitot pada section 2 (mm)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

H = Tinggi fluida di dalam tabung pitot (mm)

h = Tinggi fluida di dalam piezometer (mm)

B.3 Pengukuran Profil Kecepatan Fluida

Q = 62,1 liter/menit = 0,001035 m3/s

b = 40 mm = 0,04 m

z2 = 80 mm = 0,09 m

y2’ = 47 mm = 0,047 m

y2 = 80 mm = 0,08 m

g = 9,8 m/s2

a. Mencari nilai y2’ / y2

y2’ / y2 = 0,047 : 0,08

= 0,588

b. Mencari nilai kecepatan lokal (u2)

H2 = 232 mm = 0,232 m

h2 = 207 mm = 0,207 m

u2 = 2 . g (H2 – h2)

= 2 . 9,8 (0,232– 0,207)

= 0,7 m/s

c. Mencari nilai kecepatan rata – rata (v2)

v2 = Q

b . y2

= 08,004,0

0,001035

x

= 0,323 m/s

d. Mencari nilai u2/v2

u2/v2 = 323,0

7,0

= 2,167

e. Menghitung Bilangan Reynold

v = 0,323 m/s

Dekivalen = 08,004,0

08,004,02..2

(2

..4

xx

yb

yb

yb

yb

Dekivalen = 0,0533 m

NRe´ =

Dxvx =

000807,0

68,995323,0053,0 xx

= 21121,49432 (aliran turbulen)

B.4 Aplikasi Persamaan Kontinuitas

Q = 62,1 liter/menit = 0,001035 m3/s

b = 40 mm = 0,04 m

z2 = 117 mm = 0,117 m

y1 = 160 mm = 0,16 m

y2 = 43 mm = 0,043 m

g = 9,8 m/s2

a. Mencari y1 / y2

y1 / y2 = 0,16 / 0,152

= 3,7209

b. Mencari nilai

1

2

hH

hH

H1 = 208 mm = 0,208 m

2 2

2 2)

H2 = 232 mm = 0,232 m

h1 = 185 mm = 0,185 m

h2 = 197 mm = 0,197 m

1

2

hH

hH

234,1

185,0208,0

197,0232,0

c. Mencari % Galat

% 66,847100 x 3,721

1,2343,721

B.5 Penggunaan Kontraksi Sebagai Alat Ukur Aliran

Q = 62,1 liter/menit = 0,001035 m3/s

b = 40 mm = 0,04 m

y1 = 160 mm = 0,16 m

y2 = 93 mm = 0,093 m

h1 = 189 mm = 0,189 m

h2 = 197 mm = 0,197 m

g = 9,8 m/s2

a. Mencari y1 / y2

y1 / y2 = 0,16 / 0,093

= 1,720

b. Mencari Cv

1

2..

2

2

1

211

y

y

hhgbyCQ

v

121

2

2

1

2.

1

hhgby

y

yQ

Cv

187,0197,08,9204,0.16,0

1(1,72)001035,02

x

Cv

Cv = 0,018

c. Mencari nilai kecepatan rata – rata (v)

v =Q

b . y

= 093,004,0

001035,0

x

= 0,278 m/s