5.1PIPA DATAR5.1.1 DEBIT IA. Menghitung debit air pada alat ukur Thomson
Rumus :
Dengan :Q=Debit air pada alat ukur Thomson ( m3/detik )h=Tinggi air ( m )k=Koefisien debit ( m0,5/detik )
= 1,3533 + + 0,0167 x D=Tinggi dari dasar saluran ke titik terendah dari mercu ( m )B=Lebar alat ukur Thomson bagian hulu (m)
Diketahui:B=55 cm=0,55mD=20,5 cm=0,205mh=6,2 cm=0,062m
Maka :
k=1,3533 + + 0,0167 x
== 1,4208 m0,5/detik Sehingga di dapat :
Q = k .
=1,4208 . = 1,3599 x 10-3 = 0,001 m3/detik
B. Menentukan Kemiringan Garis Hidrolik (Hydraulic Gradient) dan Kemiringan Garis Energi (Energy Gradient)
Elevasi garis hidrolik ditentukan dengan mengurangi tinggi air pada tabung saat air mengalir dengan pada saat air tidak mengalir. Sedangkan elevasi garis energi ditentukan dengan menambah elevasi garis hidrolik dengan, Dimana :
Q =Debit air pada Thomson (m3/detik)
A =Luas penampang dari pipa (A = . . D2) (m2)D = Diameter pipa dalam (m)Rumus elevasi garis hidrolik: Hg = H1 H0Contoh : Hg = H1 H0 = 0,165 - 0 = 0,165 m
Rumus elevasi garis energi: Eg= Hg + () Dengan :Hg=Hydrolics Heads / Tinggi Tekanan Hidrolik ( m )H1=Tinggi air pada manometer pada saat air mengalir ( m )H0=Tinggi air pada manometer saat tidak mengalir ( m )Eg=Energy Heads / Tinggi Tekanan Energi ( m )v=Kecepatan aliran ( m/detik )g=Percepatan gravitasi ( m / detik2 )
Diketahui :Diameter dalam pipa I= 6,1 ( 0,6 )=5,5 cm = 0,055 mDiameter dalam pipa II= 4,8 ( 0,6 )= 4,2 cm = 0,042 m
Menentukan kecepatan aliran : Pipa I= Untuk manometer 1 4
v1= = 0,421 m/detik Pipa II= Untuk manometer 5 7
v2= = 0,722 m/detik
Contoh Perhitungan :H1 = 0,165 m (berdasarkan data)H0 = 0 mHg = 0,068 - 0 = 0,068 m
= = 0,009 m Eg = 0,165 + 0,009 = 0,174 m
Tabel 5.1.1 Kemiringan Garis Hidrolik Dan Kemiringan Garis Energi Debit I (1 x 10-3m3/detik)PercobaanManometer1234567
H1 (m)0,1650,1500,1350,1280,0700,0320,025
IH0 (m)0,0000,0000,0000,0000,0000,0000,000
OutletHg (m)0,1650,1500,1350,1280,0700,0320,025
Bebas
0,0090,0090,0090,0090,0270,0270,027
Eg (m)0,1740,1590,1440,1370,0970,0590,052
H1(m)0,1920,1780,1620,1570,1030,0630,062
IIH0 (m)0,0000,0000,0000,0000,0000,0000,000
OutletHg (m)0,1920,1780,1620,1570,1030,0630,062
Tak Bebas
0,0090,0090,0090,0090,0270,0270,027
Eg (m)0,2010,1870,1710,1660,1300,0900,089
H1 (m)0,2630,2500,2340,2340,1740,1470,147
IIIH0 (m)0,0000,0000,0000,0000,0000,0000,000
Outlet Hg (m)0,2630,2500,2340,2340,1740,1470,147
Tenggelam
0,0090,0090,0090,0090,0270,0270,027
Eg (m)0,2720,2590,2430,2430,2010,1740,174
Sumber : Hasil PerhitunganH1 adalah tinggi air pada manometer pada saat air mengalir. Sedangkan H0 adalah tinggi air pada manometer saat air tidak mengalir sehingga bernilai 0. Hg atau tinggi tekanan hidrolik didapatkan dari H1 H0. Eg adalah tinggi tekanan energi air dalam pipa yang didapatkan dari penjumlahan tinggi tekanan dengan energi kinetik. Dari tiga percobaan diantaranya outlet bebas, outlet tak bebas dan outlet tenggelam terdapat perbedaan H1. Perbedaan tersebut disebabkan karena perbedaan tekanan pada ketiga outlet. Pada debit yang sama, untuk H1 outlet tenggelam lebih besar dibandingkan kedua outlet lainnya yaitu sebesar 0,263 m karena outlet tenggelam mendapatkan tekanan yang lebih besar, berbeda dengan outlet bebas yang tekanannya lebih kecil dari kedua outlet lainnya yaitu H1 sebesar 0,165 m. Sedangkan untuk outlet terhalang, tinggi air pada manometer tidak terlalu besar maupun kecil yaitu H1 sebesar 0,192 m. Hubungan ini dapat dinyatakan dengan H1 outlet tenggelam > H1 outlet terhalang > H1 outlet bebas. Pada pengukuran nilai H1 dari manometer 1 sampai 7 memiliki pola yang sama setiap outlet. Yaitu adanya penurunan nilai H1 pada manometer 1 hingga manometer 7. Hal ini disebabkan oleh adanya gesekan pada pipa yang menyebabkan kehilangan tinggi. Sehingga manometer mengalami penurunan.Pipa pada manometer 1, 2, 3, dan 4 memiliki luasan penampang yang sama begitu pula dengan pipa pada manometer 5, 6, dan 7. Hal ini menyebabkan perbedaan kecepatan. Kecepatan yang melalui pipa pada manometer 1, 2, 3, dan 4 memiliki kecepatan yang berbeda dengan manometer 5,6, dan 7. Sehingga mengakibatkan perbedaan hasil saat perhitungan yang mana pada manometer 1, 2, 3, dan 4 bernilai 0,009 m/detik dan pada manometer 5,6, dan 7 bernilai 0,027 m/detik.C.Menghitung Kehilangan Tinggi Tekan ( Head Loss )Kehilangan tinggi tekan dihitung berdasarkan data pengamatan setiap tabung manometer, dengan cara mengurangi elevasi garis energi tabung sebelumnya dengan tabung sesudahnya. Rumus : hfn=En En+1
Dengan :En = Tinggi garis energi tabung ke n (m)En+1= Tinggi garis energi tabung ke n + 1 (m)Keterangan : Percobaan I: Outlet bebasPercobaan II: Outlet tidak bebasPercobaan III: Outlet tenggelam
Contoh Perhitungan :hf1 = Eg1 Eg2 = 0,170 0,155 = 0,015 mhf2 = Eg2 Eg3 = 0,155 0,147 = 0,008 m
Tabel 5.1.2Kehilangan Tinggi Tekanan Debit I (1 x10-3m3/detik)NO.Percobaan IPercobaan IIPercobaan III
TABUNGEg (m)Hf (m)Eg (m)Hf (m)Eg (m)Hf (m)
10,1740,2010,272
20,1590,0150,1870,0140,2590,013
30,144 0,0150,1710,0160,2430,016
40,1370,0070,1660,0050,2430,000
50,0970,040,1300,0360,2010,042
60,0590,0380,0900,040,1740,027
70,0520,0070,0890,0010,1740,000
JUMLAH0,122JUMLAH0,112JUMLAH0,098
Sumber : Hasil PerhitunganPada saat pengamatan praktikum, tinggi pada setiap manometer diukur dan disebut sebagai tinggi tekanan. Sedangkan selisih dari tinggi manometer pada saat air mengalir dan tidak mengalir disebut sebagai tinggi tekanan energi. Selisih dari tinggi tekanan energi manometer menghasilkan kehilangan tinggi tekan. Menurut teori, energi akan terus berkurang dikarenakan adanya major losses dan minor losses.
Major losses adalah kehilangan energi akibat gesekan air dengan dinding pipa, sedangakan minor losses adalah kehilangan tinggi karena masuknya air kedalam pipa, pengecilan pipa, pembesaran pipa, belokan, katup, dan pengeluaran pada pipa.
Penambahan energi pada manometer 4-5 menyebabkan tekanan di dalam pipa menjadi besar, sehingga kecepatannya juga bertambah. Secara teori, aliran deras ini memiliki segi negatif maupun segi positif. Segi positifnya adalah kecepatan air bertambah sehingga dari segi waktu juga lebih cepat dan alirannya pun deras. Sedangkan untuk segi negatifnya adalah aliran yang deras ini dapat merusak pipa terutama jika pipa yang digunakan adalah pipa paralon atau PVC, karena pipa ini terbuat dari bahan plastik yang mudah rusak apabila tergesek terus menerus oleh aliran pipa yang deras didalamnya. Dalam sistem perpipaan PDAM, jarang digunakan pipa datar karena energi yang dihasilkan lebih kecil sehingga kecepatan aliran air pun lambat.Berdasarkan teori, seharusnya kehilangan tinggi tekan outlet satu dengan yang lain dalam manometer sama seharusnya bernilai sama pula, namun dalam data praktikum yang dihasilkan didapatkan hasil yang berbeda. Meskipun nilai kehilangan tinggi antar outlet memiliki nilai yang relatif sama atau penyimpangan yang terjadi tidak terlalu terpaut jauh. Penyimpangan ini terjadi bisa karena kondisi pipa atau peralatan yang sudah tua, bisa juga akibat kurang ketelitian pada saat pengukuran maupun perhitungan. D. Menentukan Jenis AliranDidasarkan atas bilangan Reynold ( Re )
Dimana :Re=Bilangan Reynoldv=Kecepatan rata-rata (m/detik)=Kekentalan kinematis (m2/detik)D=Diameter pipa (m)Tabel 5.1.3 Hubungan Kekentalan Kinematis dan TemperaturTemperatur t (oC )051020253035100
= x 10-6 m2/detik1,7941,5191,3101,0100,8970,6570,6570,00
Karena temperatur telah didapatkan dari data, maka kita tidak menghitung kekentalan kinematis dengan cara interpolasi. Suhu yang didapatkan sebesar 25oC dengan kekentalan kinematis sebesar 0,897 x 10-6 m2/detik.Kriteria:1. Re < 2000=Aliran Laminer2. 2000< Re < 4000=Aliran Transisi 3. Re > 4000=Aliran TurbulenTabel 5.1.4Perhitungan Jenis Aliran Debit I (1 x 10-3m3/detik)PercobaanPipaT C (m2/dt)v(m/dt)D(m)ReJenis aliran
I(1-2)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(2-3)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(3-4)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(4-5)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
(5-6)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
(6-7)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
II(1-2)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(2-3)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(3-4)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(4-5)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
(5-6)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
(6-7)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
III(1-2)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(2-3)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(3-4)258,97 x 10-70,4210,05525.814Turbulen
(4-5)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
(5-6)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
(6-7)258,97 x 10-70,7220,04233.806Turbulen
Sumber : Hasil Perhitungan
Berdasarkan praktikum ditetapkan suhu air sebesar 25 sehingga didapatkan viskositas kinematis dari tabel sebesar 8,97 10-7 m2/detik. Untuk menentukan jenis aliran dapat digunakan rumus. Dapat dilihat pada tabel diatas, jenis aliran termasuk turbulen karena angka Reynold lebih besar dari 4000. Aliran turbulen ditunjukkan pada aliran yang mempunyai lintasan tidak teratur, yaitu zat pewarna menyebar dan bercampur dengan pusaran air. Sifat aliran turbulen adalah angka Reynold Re > 4000, kecepatan aliran tinggi, zat warna tercampur dengan cepat, partikel aliran zat cair tidak teratur, rata-rata gerak adalah dalam aliran, tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, perubahan/fluktuasi sulit dideteksi, analisis matematika sulit. Aliran di sungai, saluran irigasi , dan di laut adalah contoh dari aliran turbulen.
Untuk aliran pada pipa khususnya manometer 1 sampai 4 memiliki angka Reynold sebesar 25.814 sedangkan untuk aliran pada pipa yang mencakup manometer 5 sampai 7 memiliki angka Reynold sebesar 33.806. Perbedaan ini disebabkan karena perbedaan kecepatan dan diameter pipa antara manometer 1 sampai 4 dan manometer 5 sampai 7. E. Kontrol DebitDihitung besarnya debit berdasarkan rumus Chezy, dengan jalan menghitung besar faktor gesekan berdasarkan rumus Darcy Weisbach :
Dengan :hf = Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan (m)D = Diameter dalam pipa (m)V= Kecepatan rata rata (m/detik)g= Percepatan grafitasi (m/detik2) L =Panjang pipa (m)
Kemudian harga koefisien Chezy :
Dengan :f = Faktor gesekanC = Koefisien Chezy (m0,5/detik)
Sehingga besarnya debit :Q =A V=A C ( R S )0,5
Dengan :A=Luas penampang pipa (m2)R=Jari-jari hidrolik (m)S=Kemiringan garis energiL=Panjang pipa (m)hf=Kehilangan tinggi tekan (m)V = Kecepatan rata rata (m/detik)Contoh perhitungan :k = 5 x 10-5 mD = 5,5 x 10-2 m
= 9 x 10-4 = 8,97 x 10-7 m2/detikv = 0,421 m/detik
Re = = = 25.814L= 1, 15 m
= = 20,91= 0,009f= 4,6x
hf = = 4,6x. 20,91. 0,009
= 8,656x m
Untuk data perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada tabel 5.1.5.
PERCOBAANk (m)D (m) (m2/dt)f MoodyL (m)2g (m2/dt)V(m2/dt)v2(m2/dt)Rehf (m)
1
(1-2)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,1520,9119,620,4210,1770,00925.8140,008
(2-3)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,19521,7319,620,4210,1770,00925.8140,008
(3-4)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,1520,9119,620,4210,1770,00925.8140,008
(4-5)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,348,119,620,7220,5210,02733.8060,008
(5-6)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,7517,8619,620,7220,5210,02733.8060,019
(6-7)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,7918,8119,620,7220,5210,02733.8060,020
(1-2)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,1520,9119,620,4210,1770,00925.8140,008
(2-3)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,19521,7319,620,4210,1770,00925.8140,008
(3-4)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,1520,9119,620,4210,1770,00925.8140,008
(4-5)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,348,119,620,7220,5210,02733.8060,008
(5-6)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,7517,8619,620,7220,5210,02733.8060,019
(6-7)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,7918,8119,620,7220,5210,02733.8060,020
(1-2)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,1520,9119,620,4210,1770,00925.8140,008
(2-3)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,19521,7319,620,4210,1770,00925.8140,008
(3-4)5x10-50,0559 x 10-48,97x10-70,0461,1520,9119,620,4210,1770,00925.8140,008
(4-5)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,348,119,620,7220,5210,02733.8060,008
(5-6)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,7517,8619,620,7220,5210,02733.8060,019
(6-7)5x10-50,0421,19 x 10-38,97x10-70,040,7918,8119,620,7220,5210,02733.8060,020
Tabel 5.1.5 Penentuan Koefisien Gesek Debit I (1x 10-3m3/detik)Sumber : Hasil Perhitungan
k adalah koefisien gesek pipa paralon (PVC) yang telah ditentukan dalam tabel. D adalah diameter pipa dalam. L adalah jarak antar manometer satu dengan yang lain. menunjukkan nilai yang nantinya akan digunakan dalam pembacaan diagram moody. Re adalah bilangan Reynold yang didapatkan dengan rumus , Re juga digunakan dalam pembacaan diagram moody. Re memiliki nilai yang berbeda karena nila v dan D pipa 1-4 berbeda dengan pipa 5-7.
f adalah koefisien kekasaran pipa yang didapatkan dengan menggunakan diagram moody menggunakan nilai Re dan . Pembacaan diagram moody setiap individu berbeda, tergantung ketelitian pada individu. Sehingga biasanya, nilai f moody setiap individu juga memiliki hasil yang berbeda.
Nilai f pada pipa 1- 4 memiliki nilai yang berbeda dengan f pada pipa 5-7 karena perbedaan nilai Re dan. Ketika nilai f sudah ditemukan, maka langkah terakhir adalah pencarian nilai hf menggunakan rumus Darcy Weisbach. Nilai hf memiliki perbedaan antara manometer 1-7 karena dipengaruhi perbedaan f,v,D, dan L. Hasil nilai hf ini digunakan untuk dibandingkan dengan nilai hf pada pengukuran menggunakan manometer pada saat praktikum.
Contoh Perhitungan :8g = 8. 9,81 = 78,48 m/detik2
f = 4,6x
C = == 41,305 m0,5/detik
Tabel 5.1.6 Penentuan Koefisien Chezy Debit I (1x10-3 m3/ detik)PercobaanAliran bebas
Pipa8g (m/detik2)fC (m0,5/detik)
I(1-2)78,484,6 x10-241,305
(2-3)78,484,6 x10-241,305
(3-4)78,484,6 x10-241,505
(4-5)78,484 x10-244,294
(5-6)78,484 x10-244,294
(6-7)78,484 x10-244,294
IIAliran tak bebas
(1-2)78,484,6 x10-241,305
(2-3)78,484,6 x10-241,305
(3-4)78,484,6 x10-241,505
(4-5)78,484 x10-244,294
(5-6)78,484 x10-244,294
(6-7)78,484 x10-244,294
IIIAliran tenggelam
(1-2)78,484,6 x10-241,305
(2-3)78,484,6 x10-241,305
(3-4)78,484,6 x10-241,505
(4-5)78,484 x10-244,294
(5-6)78,484 x10-244,294
(6-7)78,484 x10-244,294
Sumber : Hasil PerhitunganPada tabel diatas dapat dilihat jika harga koefisien chezzy manometer 1-3 41,305 dan manometer 4-5 sebesar 44,294. Perbedaan ini dikarenakan perbedaan nilai f (koefisien gesek yang didapat dari digram moody).Contoh Perhitungan :
A = . . D2 =. 3,14. (0,055)2 = 2,4x10-3 m2P = = 3,14.0,055 = 0,1727 m
R = = = 0,0139 m C = 41,305 (m0,5/detik)hf = 0,008 mL = 1,15 m
S = = = 0,006vchezy = C. = 41,305 . = 0,377 m2/detikQchezy = vchezy . A = 0,377 . 2,4x10-3 . = 9,048 x10-4 m3/detikTabel 5.1.7 Penentuan Debit Rumus Chezy Debit I (1x10-3 m3/ detik)PercobaanA(m2)P(m)R(m)C(m0,5/detik)hf (m)L(m)S v Chezy(m/dt)Q Chezy(m3/dt)
I
(1-2)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,150,0060,3779,048 x10-4
(2-3)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,1950,0060,3779,048 x10-4
(3-4)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,150,0060,3779,048 x10-4
(4-5)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0080,340,0230,7911,091 x10-3
(5-6)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0190,750,0250,8251,138 x10-3
(6-7)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0200,790,0250,825 1,138 x10-3
II
(1-2)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,150,0060,3779,048 x10-4
(2-3)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,1950,0060,3779,048 x10-4
(3-4)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,150,0060,3779,048 x10-4
(4-5)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0080,340,0230,7911,091 x10-3
(5-6)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0190,750,0250,8251,138 x10-3
(6-7)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0200,790,0250,825 1,138 x10-3
III
(1-2)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,150,0060,3779,048 x10-4
(2-3)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,1950,0060,3779,048 x10-4
(3-4)2,4x10-30,17271,389x10-241,30480,0081,150,0060,3779,048 x10-4
(4-5)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0080,340,0230,7911,091 x10-3
(5-6)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0190,750,0250,8251,138 x10-3
(6-7)1,38x10-30,131881,05x10-244,29450,0200,790,0250,825 1,138 x10-3
Sumber : Hasil Perhitungan
A adalah luas penampang pipa. P adalah keliling pipa bagian dalam. R adalah jari-jari hidrolik yang didapatkan dari rumus . C adalah koefisien Chezy yang didapatkan dari rumus . Nilai koefisien Chezy berbeda karena perbedaan nilai f yang didapatkan dari diagram moody. Setiap manometer memiliki nilai hf (kehilangan tinggi tekan akibat gesekan) berbeda. Hal ini disebabkan oleh nilai f (koefisien moody), v(kecepatan aliran dalam pipa), D (diameter) yang berbeda antar manometer 1-3 dan manometer 4-5, juga nilai L (panjang pipa) yang berbeda antara manometer satu dan yang lain. Hal ini menyebabkan nilai hf berbeda.
Nilai vchezy pada manometer 1-4 adalah 0,377 m2/detik sedangkan untuk manometer 4-5 dan 5-7 adalah 0,791 m2/detik dan 0,825 m2/detik. Sedangkan untuk nilai Qchezy pada manometer 1-4 adalah 9,048 x10-4 m3/detik sedangkan untuk manometer 4-5 dan 5-7 adalah 1,091 x10-3 m3/detik dan 1,138 x10-3 m3/detik. Perhitungan ini bertujuan untuk menentukan nilai vchezy dan Qchezy yang nantinya akan digunakan untuk membandingkan antara nilai vpipa sebenarnya dengan nilai vchezy dan membandingkan nilai Qpipa sebenarnya dengan Qchezy .
Keterangan Tabel:1. Data percobaan2. A= Luas penampang pipa (m2)3. P= Keliling pipa dalam (m)
4. R = Jari-jari Hidrolik = (m)5. C=Koefisien Cheezy (m0,5/detik)6.hf=Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan (m)7.L=Panjang pipa (m)8.S=Kemiringan garis energi9.v cheezy= C . ( R . S )0,5 (m2/detik)10.Q cheezy=v cheezy . A (m3/detik)Jari-jari hidrolikRumus:
R=
Contoh Perhitungan :
=
== 0,01389 m
Tabel 5.1.8 Jari-jari Hidrolik Debit I (1x10-3 m3/ detik)No. PipaD (m) (m2)P (m)R (m)
(1-2)5,5 x10-22,4 x10-40,17271,389x10-2
(2-3)5,5 x10-22,4 x10-40,17271,389x10-2
(3-4)5,5 x10-22,4 x10-40,17271,389x10-2
(4-5)4,2 x10-22,2 x10-30,13181,05x10-2
(5-6)4,2 x10-22,2 x10-30,13181,05x10-2
(6-7)4,2 x10-22,2 x10-30,13181,05x10-2
Sumber : Hasil PerhitunganJari jari hidrolik pipa 1-4 berbeda dengan pipa 5-7, hal ini dikarenakan perbedaan diameter antara pipa 1-4 yang bernilai 0,055 m dengan diameter pipa 5-7 yang bernilai 0,042 m.
Perhitungan Kesalahan RelatifDebit dan kecepatan dari perhitungan dengan perhitungan rumus Chezy kemudian dibandingkan dengan debit dan kecepatan yang didapat dari pengukuran tingkat muka air pada alat ukur Thompson.Rumus :
Dengan : X untuk Q ataupun vContoh Perhitungan :
KR (%) = = = 0,334 %Tabel 5.1.9 Perhitungan Kesalahan Relatif Debit I (1x 10-3m3/detik)
PercobaanPipaQ pipa(m3/detik)Q chezy(m3/detik)KR(%)V pipa(m/detik)V Chezy(m/detik)KR(%)hf pipa (m)hf Darcy Weisbach (m)KR (%)
I(1-2)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0150,0080,467
(2-3)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0150,0080,467
(3-4)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0070,0080,125
(4-5)1,3599 x 10-31,091 x10-30,1970,7220,7910,1100,040,0080,800
(5-6)1,3599 x 10-31,138 x10-30,1630,7220,8250,1100,0380,0190,500
(6-7)1,3599 x 10-31,138 x10-30,1630,7220,8250,1100,0070,0200,650
II(1-2)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0140,0080,428
(2-3)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0160,0080,500
(3-4)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0050,0080,375
(4-5)1,3599 x 10-31,091 x10-30,1970,7220,7910,1100,0360,0080,778
(5-6)1,3599 x 10-31,138 x10-30,1630,7220,8250,1100,040,0190,525
(6-7)1,3599 x 10-31,138 x10-30,1630,7220,8250,1100,0010,0200,950
III(1-2)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0130,0080,384
(2-3)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0160,0080,500
(3-4)1,3599 x 10-39,048 x10-40,3340,4210,3770,2480,0000,0081
(4-5)1,3599 x 10-31,091 x10-30,1970,7220,7910,1100,0420,0080,809
(5-6)1,3599 x 10-31,138 x10-30,1630,7220,8250,1100,0270,0190,296
(6-7)1,3599 x 10-31,138 x10-30,1630,7220,8250,1100,0000,0201
Penghitungan kesalahan relatif bertujuan untuk mengetahui seberapa besar prosentase hubungan antara hasil praktikum dengan hasil perhitungan menggunakan rumus. Pada tabel diatas, kami membandingkan nilai Q,v, dan hf.Pada perbandingan Q, nilai KR dari manometer 1-4 adalah 0,334 % sedangkan untuk manometer 4-5 dan 5-7 adalah 0,197 % dan 0,163 %. Perbedaan ini disebabkan karena pada Qpipa, data yang digunakan adalah data hasil pengamatan pada saat praktikum . Koefisien yang dipakai juga merupakan koefisien debit, serta tidak memperhatikan koefisien kekasaran pipa. Sedangkan untuk Qchezy, penghitungan koefisien chezy menggunakan nilai f yang berasal dari diagram moody. Nilai f (koefisien gesekan pipa) sendiri tidak akurat, karena pembacaan diagram moody setiap individu bisa berbeda. Selain itu, nilai f juga memperhatikan koefisien kekasaran pipa PVC. Sehingga dapat disimpulkan jika kesalahan relatif hubungan antara Qpipa dengan Qchezy adalah terpaut sedikit. Namun pada dasarnya, penerapan rumus Chezy tidak begitu sesuai dengan fakta yang ditemukan di dalam praktikum.Pada perbandingan v, nilai KR manometer 1-4 adalah 0,248 % dan untuk manometer 5-7 adalah 0,110 %. Perbedaan ini disebabkan karena pada penghitungan vpipa data yang digunakan adalah debit air pada alat ukur Thomson dan luas penampang pipa bagian dalam yang diperoleh dari hasil praktikum. Sedangkan pada vchezy, penghitungannya menggunakan koefisien chezy yang melibatkan nilai f dari diagram moody. seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, jika nilai f tidaklah akurat. Oleh karena itu nilai vpipa dan vchezy memiliki perbedaan. Sehingga dapat disimpulkan jika kesalahan relatif hubungan antara vpipa dengan vchezy adalah sedikit. Namun ternyata penggunaan rumus Chezy tidak begitu sesuai dengan data pengamatan pada saat praktikum.Pada perbandingan hf, nilai KR terkecil adalah 0,125 % dan terbesar adalah 1 %. Nilai 0,125 % ini dikarenakan pada hfpipa bernilai 0,007 m. Sedangkan untuk perbedaan antara hfpipa dan hfdarcy-weisbach ini dikarenakan pada hfpipa data yang digunakan adalah data hasil praktikum dan untuk hfdarcy-weisbach menggunakan rumus yang didalamnya terdapat nilai f (koefisien gesekan pipa). Sehingga dapat disimpulkan jika kesalahan relatif hubungan antara hfpipa dengan hfdarcy-weisbach adalah sedikit. Namun pada penggunaannya, rumus Darcy-Weisbach belum begitu sesuai dengan fakta yang ditemukan pada praktikum. Kesimpulan secara keseluruhan adalah nilai Q,v, dan hf pipa lebih akurat daripada nilai Q,v, hf yang didapatkan dari rumus Chezy maupun rumus Darcy-Weisbach. Asalkan pada percobaan di lapangan maupun praktikum, pencarian data maupun pengamatan harus dilakukan secara teliti agar didapatkan data yang akurat pula.
Menentukan Jenis Saluran :Berdasarkan kriteria :k >= Saluran Hidrolik Kasar= Saluran Hidrolik Transisi= Saluran Hidrolik HalusTebal sub lapis laminer :
Tebal daerah transisi diukur terhadap dinding atas :
Dimana :L=Tebal sub lapis laminer (m)T= Tebal daerah transisi diukur terhadap dinding batas (m)=Kekentalan kinematis (m2/detik)v=kecepatan aliran dalam pipa (m/detik)
Harga k ditentukan berdasarkan rumus Colebrook
Dengan :K=Koefisien ColebrookC=Koefisien Chezy (m0,5/detik)Re=Bilangan ReynoldR=Jari-jari hidrolik (m)
Contoh Perhitungan :v = 0,421 m/detik
= 8,97 x 10-7 m2/detik
L= = 1,065 x 10-5 m
T= = 7,46 x 10-5 mR= 1,389 x 10-2 mC= 41,3048 m0,5/detikRe= 25.814
K= == 0,021Karena K > T maka jenis salurannya adalah Hidrolis Kasar
Tabel 5.1.10 Perhitungan Kriteria Saluran Debit I (1 x 10-3m3/detik)
v(m/dt)(m2/dt)L(m)T(m)R(m)C(m0,5/detik)ReKJenis Saluran
Outlet Bebas
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,30525.8140,021Hidrolis Kasar
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,30525.8140,021Hidrolis Kasar
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,50525.8140,021Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
Outlet Tak Bebas
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,30525.8140,021Hidrolis Kasar
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,30525.8140,021Hidrolis Kasar
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,50525.8140,021Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
Outlet Terhalang
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,30525.8140,021Hidrolis Kasar
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,30525.8140,021Hidrolis Kasar
0,4218,97 x 10-71,065x10-57,46x10-51,389x10-241,50525.8140,021Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
0,7228,97 x 10-76,212x10-64,35x10-51,05x10-244,29433.8060,017Hidrolis Kasar
Sumber : Hasil Perhitungan
Berdasarkan teori, di daerah turbulen sempurna aliran turbulen dipisahkan dari dinding batas oleh sub lapis laminer. Antara daerah aliran turbulen dan laminer (di dalam sub lapis laminer) terdapat daerah transisi. Konsep adanya sub lapis laminer di dalam lapis batas pada aliran turbulen dapat digunakan untuk menjelaskan perilaku kekasaran permukaan.
Nilai tebal sub lapis laminer diperoleh dari rumus yang memiliki nilai berbeda antara manometer 1-4 yaitu 1,065x10-5 m dan manometer 5-7 sebesar 6,212x10-6 m. Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan nilai v . Sedangkan untuk nilai tebal daerah transisi diukur terhadap dinding batas didapatkan dari rumus . Pada manometer 1-4 bernilai 7,46x10-5 m dan manometer 5-7 yang bernilai 4,35x10-5 m. Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan v.Untuk nilai tinggi kekasaran diperoleh dari persamaan koefisien Colebrook yang nantinya akan dibandingkan dengan nilai tebal sub lapis laminer dan tebal daerah transisi. Berdasarkan perhitungan data diperoleh nilai K > T sehingga jenis salurannya adalah hirolis kasar.
