H.  06  Aliran  Melalui  Lubang      

PERCOBAAN  A  

6A.1. Tujuan

Mendapatkan besaran koefisien kecepatan aliran melalui lubang kecil

6A.2. Teori

Percobaan A

Kecepatan aliran melalui lubang (orifice) dapat dinyatakan sebagai berikut :

V = Cv 2.𝑔. ℎ

Sedangkan dari percobaan ini harga Cv diperoleh dari hubungan :

Cv = !! !.!

Dimana :

V = Kecepatan aliran melalui lubang Cv = Koefisien kecepatan g = Gravitasi h = Tinggi air terhaap lubang X = Jarak horizontal pancaran air dari bidang vena contacta. Y = Jarak vertikal pancaran air

Titik nol (0) untuk pengukuran sumbu X, diambil dari bidang vena contracta,

demikian juga dengan luas penampang yang dipakai adalah luas penampang

pada bidang vena contracta, dimana hubungan antara luas penampang lubang

(Ap) dengan luas bidang vena contracta (Av) dinyatakan sebagai berikut :

Av = Cc. Ap

Dimana Cc adalah nilai koefisien kontraksi

6A.3. Alat-alat

1. Meja Hidrolika

2. Kertas Grafik

3. Perangkat alat percobaan aliran melalui lubang

Keterangan Gambar :

1. Pipa aliran masuk 2. Pipa lentur dari pipa pelimpah untuk mengatur tinggi head 3. Pipa pelimpah 4. Skala penunjuk muka air 5. Tangki utama 6. Penjepit kertas 7. Papan 8. Jarum vertikal 9. Sekrup pengatur jarum 10. Kaki penyangga 11. Sekrup lubang aliran 12. Lempeng lubang aliran 13. Peredam

6A.4. Cara kerja

1. Tempatkan alat pada saluran tepi meja hidrolika. Hubungkan pipa aliran

masuk dengan suplai meja hidrolika dan Arahkan pipa lentur dari pipa

pelimpah ke tangki air meja hidrolika.

2. Atur kaki penyangga sehingga air terletak horizontal dan Atur juga arah

aliran dari lubang bukaan sedemikian rupa sehingga menjadi sebidang

dengan jajaran jarum pengukur.

3. Selipkan selembar kertas pada papan dibelakang jajaran jarum dan

Naikkan dulu semua jarum untuk membebaskan lintasan air yang

menyembur.

4. Naikkan pipa pelimpah, Buka katup pengatur aliran dan Alirkan air masuk

ke dalam tangki utama.

5. Atur katup pengatur aliran sedemikian rupa, hingga air persis melimpah

lewat pipa pelimpah dan tidak ada gelombang pada permukaan tangki

utama.

6. Catat besarnya tinggi tekanan pada tangki utama

7. Tentukan letak terjadinya vena contracta diukur dari lubang bukaan (0,5

diameter bukaan)

8. Atur posisi jarum tegak secara berurutan untuk mendapatkan bentuk

lintasan aliran yang menyembur. Beri tanda posisi ujung atas jarum pada

kertas grafik.

9. Ulang percobaan untuk setiap perbedaan tinggi tekanan pada tangki utama

10. Ganti lempeng lubang bukaan dengan diameter yang lain dan Ulangi

langkah 1-9

6A.5. Tugas-tugas

1. Hitung dan buat tabulasi  !!

!

2. Plot hubungan antara !!

! terhadap Y.

3. Dapatkan nilai Cv dari kemiringan grafik tersebut di atas.

4. Turunkan rumus diatas dan tunjukkan bahwa dari kemiringan tersebut

didapat harga Cv.

5. Hitung seberapa jauh tingkat pengaruh kesalahan pengukuran X dan Y

terhadap hasil percobaan.

6. Buat analisa dan kesimpulan.

   

h.g2.A.CdQ =

)hh(g2A.Cd

A2T 21T −=Δ

PERCOBAAN  B  

6B.1. Tujuan  

Mendapatkan besaran koefisien debit aliran melalui lubang kecil dalam

keadaan:

1. Aliran dengan tekanan tetap

2. Aliran dengan tekanan berubah

 

6B.2. Teori  

Selain koefisien kecepatan (Cv) pada aliran melalui lubang dikenal juga

dengan istilah koefisien Cd, yaitu perbandingan antara debit yang sebenarnya

dengan debit teoritis.

Aliran dengan tekanan tetap :

Aliran dengan tekanan berubah :

dimana :

Q = besarnya debit aliran yang melalui lubang Cd = koefisien debit A = luas penampang lubang g = percepatan gravitasi h = tinggi air terhadap lubang ΔT = waktu pengosongan tabung / tangki (t2-t1) AT = luas tangki utama h1 = tinggi air pada t1 h2 = tinggi air pada t2  

6B.3. Alat-­‐alat  

1. Meja hidrolika

2. Stopwatch

3. Gelas ukur

4. Perangkat alat percobaan / peraga aliran melalui lubang.

5. Jangka Sorong

 

 

 

6B.4. Cara  Kerja  

Pendahuluan

1. Ukur diameter tangki utama

2. Tempatkan alat pada saluran tepi meja hidrolika. Hubungkan pipa aliran

masuk dengan suplai meja hidrolika dan Arahkan pipa letur dan pipa

pelimpah ke tangki meja hidrolika.

3. Atur kaki penyangga sehingga alat terletak horizontal.

4. Naikkan pipa pelimpah, Buka katup pengatur aliran pada meja hidrolika

Untuk keadaan aliran tetap:

1. Atur katup pengatur aliran dan pipa pelimpah sedemikian, hingga tinggi

muka air pada tangki tetap ada ketinggian yang dikehendaki.

2. Catat tinggi tekanan air h pada skala mistar ukur, Hitung debit aliran yang

melewati lubang dengan menggunakan gelas ukur dan stop watch.

3. Ulangi prosedur 1 s/d 2 tersebut untuk setiap perbedaan tinggi tekanan.

4. Ganti lempeng lubang bukaan dengan diameter yang lain dan Ulangi

langkah 1 s/d 3

Untuk keadaan aliran dengan tekanan berubah:

1. Naikkan pipa pelimpah sampai ketnggian tekanan maksimum.

2. Buka katup pengatur aliran, isi penuh tangki utama sehingga air persis

melimpah lewat pipa pelimpah pada ketinggian maksimum tersebut.

3. Tutup katup pengatur aliran.

4. Catat waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan tangki utama dari

ketinggian h1 hingga ketinggian h2, ambil setiap penurunan muka air 2

cm.

5. Ulangi percobaan untuk h1 dan h2 yang lain.

6. Ganti lempeng bukaan dan Ulangi lagi langkah 1 s/d 5

 

 

 

 

 

 

 

6B.5. Tugas-­‐tugas  

1. Apa  hubungan  antara  Cd,  Cv,  dan  Cc?  

2. Turunkan  juga  persamaan  diatas.  

3. Untuk  aliran  dengan  tekanan  tetap:  

a. Hitung  dan  buat  tabulasi  nilai  debit  Q  

b. Plot  hubungan  Q2  dengan  h.  

c. Dapatkan  harga  Cd  dari  kemiringan  grafik  tersebut  

3. Untuk  aliran  dengan  tekanan  berubah:  

a. Hitung  dan  buat  tabulasi   ℎ! − ℎ!  dengan  T  

b. Dapatkan  harga  Cd  dari  kemiringan  grafik  tersebut.  

4. Apa  kesimpulan  yang  anda  peroleh?  

5. Buat  analisa  dan  kesimpulan  

 

 

 

 

   

H.07-­‐B.  Kehilangan  tekanan  (energi)  pada  aliran  dalam  pipa  melalui  

lengkungan,  perubahan  penampang,  dan  katup  

 

7.1. Tujuan  :  

Menentukan   koefisien   kehilangan   energi   dari   lengkungan,   perubahan   penampang   dan  

katup  pada  pipa.  

 

7.2. Teori  :  

Untuk   menyatakan   kehilangan   tekanan   (energi)   Δh,   sehubungan   dengan   head  

kecepatan   yang   hilang   pada   bentuk   lengkungan,   perubahan   penampang   dan  

katup  dalam  jaringan  pipa  pada  percobaan  ini,  dinyatakan  dengan  rumus  :  

∆ℎ =𝑘2𝑔

𝑣!  

dimana  :  

k  =  koefisien  kehilangan  energi  v  =  kecepatan  aliran  g  =  percepatan  gravitasi  

 

7.3. Alat-­‐alat  :  

1. Meja  hidrolika  

2. Perangkat  peraga  kehilangan  energi  pada  aliran  melalui  pipa    

           

Keterangan  Gambar:    1.     Pipa  Aliran  Masuk     8.     Lengkung  Panjang  (large  bend)    2.     Delapan  Manometer     9.     Dial  Reading    3.     Pompa  Tangan     10.     Lengkung  Pendek  (small  bend)    4.     Lengkung  Berjenjang  (mitre)     11.     Lengkung  450    5.     Pembesaran  Penampang  (expansion)     12.     Katup  Pengatur  Aliran    6.     Lubang  Keluar  /  Masuk  Udara     13.     Lengkung  Siku  (elbow)    7.     Pengecilan  Penampang  (contraction)    

7.4. Cara  Kerja  

1. Letakkan  alat  percobaan  di  atas  meja  hidrolika.  

2. Hubungkan   pipa   aliran   masuk   dengan   suplai   dari   meja   hidrolika   dan   Masukkan  

pipa  aliran  keluar  ke  dalam  tangki  pengukur  volume.  

3. Buka  katup  pengatur  aliran  suplai  sepenuhnya,  demikian  juga  katup  pengatur  aliran  

pada  percobaan.  

4. Buka  katup  udara  pada  manometer,  Biarkan  manometer  terisi  penuh,  dan  Tunggu  

hingga  gelembung  udara  sudah  tidak  terlihat  lagi  pada  manometer.  

5. Atur   katup   suplai   aliran   dan   pengatur   aliran   pada   alat   percobaan,   hingga  

didapatkan   pembacaan  manometer   yang   jelas.   Tambah   tekanan   pada  manometer  

dengan  menggunakan  pompa  tangan.  

6. Catat   pembacaan   pada   manometer,   pembacaan   debit   pada   alat   ukur   penampang  

berubah   kemudian   Hitung   debit   aliran   dengan   menghitung   jumlah   volume   yang  

keluar   dari   alat   percobaan   dalam   waktu   tertentu,   Gunakan   gelas   ukur   dan  

stopwatch.  

7. Penuhkan   lagi   air   pada   manometer   hingga   tumpah,   untuk   mengatur   debit   aliran  

dengan  menggunakan  katup  penghubung,  sementara  katup  pengatur  aliran  dibuka  

penuh.  

8. Atur  katup  penyambung,  sehingga  pembacaan  pada  dial  pengukur  debit  menunjuk  

pada  angka-­‐angka  yang  jelas,  kemudian  pembacaan  tersebut  dicatat.  

9. Ulangi  langkah  1-­‐8  untuk  debit  yang  bervariasi.    

 

7.5. Tugas-­‐Tugas  

1. Buatlah  grafik  hubungan  kuadrat  kecepatan  aliran  V2  dengan  Δh.  

2. Pada  kasus  contraction  h1  >>  h2,  dan  pada  kasus  enlargement  h1  <  h2,  

mengapa  hal  demikian  dapat  terjadi?  Jelaskan  dengan  menggunakan  

persamaan  Energi.  

Keterangan:  

Ø  pipa  =  20  mm  kecuali  untuk  hilir  dari  contraction/hulu  dari  enlargement  =  35mm  

h1  adalah  pembacaan  manometer  hulu,  h2  adalah  pembacaan  manometer  hilir.  

Δh  =  |  (h1  +  v12  /  2g)  –  (h2  +  v22/2g)|