Laporan Praktikum Kalibrasi Sekat Ukur

LAPORAN PRAKTIKUM

MEKANIKA FLUIDA

MATERI

KALIBRASI SEKAT UKUR

Disusun oleh :

Nama             : WAHYU JOKO PURNOMO

NIM                 : 155100200111003

Kelompok     : B1

Asisten          : Ita Prihandani

                          Hedi Indra R

             Gagas Dwi A

LABORATORIUM TEKNIK SUMBER DAYA ALAM DAN LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2016.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Tujuan Praktikum

1.1.1         Mahasiswa mampu mengetahui prinsip penggunaan sekat ukur.

1.1.2         Mahasiswa mampu mengkalibrasi sekat ukur untuk penentuan debit aliran.

1.2 Latar Belakang

Debit aliran fluida/air digunakan untuk mengetahui berapa volume dalam aliran tersebut persatuan waktu. Metode-metode yang di gunakan untuk mengukur debit air saluran antara lain:

1.     Berdasarkan perbedaan tekanan

2.     Current meter

3.     Pelampung

4.     Ambang pelimpah

Pada praktikum ini menggunakan metode ambang pelimpah, menggunakan alat yang ada di laboratorium Teknik Sumberdaya Alam. Pada alat tersebut di gunakan sekat-sekat yang berfungsi untuk membuat aliran yang konstan pada saat melalui sekat ukur (segi empat, segi tiga, trapesium), sehinggga di peroleh tinggi muka air yang relatif konstan .

            Debit aliran melalui sekat ukur secara umum dapat dinyatakan sebagai berikut:

Q = Khⁿ 

Dimana :

K = konstanta dari ukuran dan bentuk sekat

h = tinggi  

n = koefisien yang besarnya tergantung dari bentuk sekat ukur

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Debit Aliran

Debit aliran adalah banyaknya fluida yang mengalir per satuan waktu (Soekardi, 2015). Secara matematis dirumuskan sebagai berikut:

Q =  =

Q = A . v

Keterangan:

V = volume fluida (m³)

v = kecepatan aliran fluida (m/s)

t  = waktu (s)

A = luas penampang pipa (m²)

Satuan debit aliran yang dibutuhkan adalah jumlah aliran air yang mengalir (liter) per satuan waktu (detik). Debit aliran diperoleh berdasarkan pengukuran kecepatan aliran pada penampang sungai di titik tertentu yang ditentukan (Nugroho, 2015).

2.2 Macam-Macam Metode Pengukuran Debit Aliran

Ada beberapa metode pengukuran debit aliran sungai yaitu :

Area-velocity method

Fload area method

Metode kontinyu

1) Velocity Method

Pada prinsipnya adalah pengukuran luas penampang basah dan kecepatan aliran. Penampang basah (A) diperoleh dengan pengukuran lebar permukaan air dan pengukuran kedalaman dengan tongkat pengukur atau kabel pengukur. Kecepatan aliran dapat diukur dengan metode : metode current-meter dan metode apung (Nugroho, 2015).

2) Pengukuran Debit dengan Cara Apung (Float Area Methode)

Prinsipnya yaitu kecepatan aliran (V) ditetapkan berdasarkan kecepatan pelampung (U)

luas penampang (A) ditetapkan berdasarkan pengukuran lebar saluran (L) dan kedalaman saluran (D) (Nugroho, 2015).

debit sungai (Q) = A x V atau A = A x k dimana k adalah konstanta

Q = A x k x U

Q = debit (m³/det)

U = kecepatan pelampung (m/det)

A = luas penampang basah sungai (m²)

k = koefisien pelampung

Sedangkan menurut Sumantry (2012) metode apung merupakan metode tidak langsung dalam pengukuran debit air, karena hanya kecepatan aliran yang diukur, yaitu dengan mengukur waktu yang dibutuhkan benda apung untuk melewati jarak yang telah ditentukan pada suatu aliran sungai.

3) Pengukuran Debit dengan Metode Kontinyu

Current meter diturunkan kedalam aliran air dengan kecepatan penurunan yang konstant dari permukaan dan setelah mencapai dasar sungai diangkat lagi ke atas dengan kecepatan yang sama. Pada metode ini terdapat dua metode, diantaranya metode mid area dan metode mean area (Nugroho, 2015).

Pada metode mid area, currentmeter diturunkan ke dalam aliran air bendungan tepat di tengah  perbatasan daerah yang dibatasi, sedangkan pada metode mean area, currentmeter diturunkan ke dalam aliran air bendungan tepat garis perbatasan daerah yang dibatasi.

2.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Debit Aliran

Faktor-faktor yang mempengaruhi debit aliran adalah (Hidayat, 2011):

1.    Angin

Karena Angin berpengaruh pada kecepatan aliran fluida, maka berpengaruh pula pada debit aliran. Semakin cepat angin yang berhembus pada aliran tersebut , maka debit aliran akan semakin tinggi dan begitu juga sebaliknya.

2.    Kecepatan aliran

Kecepatan aliran sangat berpengaruh dalam debit aliran. Semakin cepat aliran mengalir, maka semakin besar debit aliran yang dihasilkan dan sebaliknya.

3.    Permukaan saluran

Debit aliran akan besar apabila permukaan aliran halus atau tidak bergelombang. Karena permukaan yang kasar atau bergelombang akan mempengaruhi kecepatan aliran sehingga berdampak pada debit aliran yang dihasilkan.

Sedangkan Menurut Wahid (2006) factor-faktor yang mempengaruhi debit sungai antara lain:

1.    Topografi (luas per tingkat kemiringan lereng) versus debit.

2.    Tanah (luas per jenis tanah peka erosi) versus debit.

3.    Penutupan hutan versus debit sungai.

4.    Penutupan vegetasi non pohon (hutan) versus debit sungai

2.4 Macam-Macam Sekat Ukur dan Kegunaannya

1.     Sekat ukur Romyn

Alat ini ditemukan oleh seorang insinyur dari Belanda pada tahun 1932 bernama D.G Romyn. Selain berfungsi sebagai alat ukur juga berfungsi sebagai pintu penyalur air, ambang dari pintu Romyn ini dapat dinaik-turunkan dengan perantaraan alat pengangkat (Widarto, 2006).

2.     Sekat Ukur Cipoletti

            Alat ukur ini berbentuk trapesium dengan perbandingan sisi 1:4 disebut sesuai dengan nama orang yang pertama kali menggunakannya, seorang insinyur Itali yang bernama Cipoletti, dapat digunakan untuk mengukur debit air yang relatif besar (Widarto, 2006).

3.     Sekat Ukur Thomson

            Sekat Thompson ini mudah dibuat, merupakan sekat dari papan yang diberi celah bentuk v dengan sudut 90 derajat (siku-siku). Pada salah satu sisinya dibuat sudut miring. Pengukuran dilakukan secara membendung parit dengan sekat tersebut sampai meluap. Setelah luapan konstan, tinggi air pada celah dapat diukur tingginya (cm) (Hidayat, 2011).

2.5 Rumus Perhitungan pada Masing-Masing Sekat

    1.     Sekat ukur Romyn

        Pengukuran debit dengan pintu Romyn dapat menggunakan rumus, rumus untuk pintu Romyn adalah (Widarto, 2006):

        Q=1,71.b.h^3/2                                                                                                                                                                         

Dimana:

                    Q     = debit air (liter/detik)

                    b      = leher ambang (meter)

                    h      = tinggi muka air (sentimeter)

2.     Sekat Ukur Cipoletti

Pengukuran debit air dengan menggunakan sekat ukur Cipoletti ini dapat menggunakan rumus sebagai berikut (Widarto, 2006):

                    Q = 0,0186 b.h^3/2

Dimana:

                    Q = debit air (liter/detik)

                     b = lebar ambang (sentimeter)

                     h = tinggi muka air (sentimeter)

4.Sekat Ukur Thomson

Pengukuran debit air dengan menggunakan sekat ukur Thompson ini dapat menggunakan rumus sebagai berikut (Hidayat, 2011):

Q = 0,0138 h 5/2 liter per detik

Keterangan:

Q = debit air yang diukur (liter/detik)

h = tinggi pengukuran pada celah (cm)

2.6 Prinsip Kalibrasi Sekat Ukur

Prinsip kerja bangunan ukur Cipoletti di saluran terbuka adalah menciptakan aliran kritis. Pada aliran kritis, energi spesifik pada nilai minimum sehingga ada hubungan tunggal antara head dengan debit. Dengan kata lain Q hanya merupakan fungsi H saja (Alfian, 2015). Pada umumnya hubungan H dengan Q dapat dinyatakan dengan:

Q = k . Hⁿ

Keterangan:

Q       = debit air

H        = head

k dan n = konstanta ,(0/0186)

Besarnya konstanta k dan n ditentukan dari turunan pertama persamaan energi pada penampang saluran yang bersangkutan. Pada praktikum ini besarnya konstanta k dan n ditentukan dengan membuat serangkaian hubungan H dengan Q yang apabila diplotkan pada grafik akan diperoleh garis hubungan H-Q yang paling sesuai untuk masing-masing jenis bangunan ukur.

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat Bahan dan Fungsi

1.            Pompa                        : untuk memompa air

2.            Selang air                    : menyalurkan air dari kran ke bak penampungan

3.            Rangkaian pipa           :untuk mengalirkan air

4.            Penyangga                  :untuk menyangga rangkaian pipa atau alat

5.            Pipa input                    :sebagai tempat masuknya air kedalam rangkain pipa

6.            Pipa output                  :sebagai tempat keluarnya air dari dalam rangkain pipa

7.            Pipa output                  :sebagai tempat keluarnya air kedalam rangkaian pipa

8.            Kran pemancing         :sebagai tempat masuknya air pancingan kedalam pipa

9.            Kran input                    :untuk mengatur masuknya air kerangkaian pipa

10.          Ventumeter                 :untuk mengukur laju aliran fluida pada keseluruan rangkaian

11.          Kran output                 :untuk mengatur keluar air dari rangkaian pipa

12.          Ambang pelimpah       :sebagai tempat melekatnya sekat ukur

13.          Sekat segitiga, trapesium, segiempat: bahan perlakuan

14.          Inverter                        :untuk mengatur kecepatan pompa dalam satuan rpm

15.          Manometer discharge :untuk mengatur tekanan air yang keluar dari rangkain

16.          Manometer suction     :untuk mengatar tekanan air yang masuk kerangkaian

17.          Stop kontak                 :untuk menghubungkan pompa kesumber listrik

18.          Penggaris                    :untuk mengukur ketinggian air

19.          Gelas ukur                  :untuk mengukur volume air

20.          Stopwatch                   :untuk mengukur waktu

21.          Bak penampung         :menampung air

22.          Air                                : bahan perlakuan

3.2 Gambar Rangkaian dan Susunan Alat

1. Rangkaian Alat

2. Susunan Alat

No	Nama Alat	Gambar Tangan	Foto Dokumentasi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

3.3 Cara Kerja

Alat dan Bahan

                        disiapkan

Stopkontak

                                                            dihubungkan dengan arus listrik

Sekat Ukur

                                                            dipasang pada ambang pelimpah

Kran pemancing dan kran input

                                    dibuka dan ditutup

Pipa pemancing

                                                                                    dipancing dengan air hingga luber

Inverter

                                                diatur sampai 40 rpm

Inverter

                                                dijalankan run bersamaan

dengan dibukanya kran input

Air

                                                            -diukur ketinggian pada sekat ukur

-diukur volume

Sekat ukur

                                    Diukur ketinggian

Air

                                                                        -diukur ketinggian air pada sekat ukur

-diukur volume yang keluar selama 5 detik, dalam 5 kali pengulangan

Sekat ukur

dilakukan langkah-langkah pada sekat ukur lainnya

                                                           

Hasil

      dicatat

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Praktikum

4.2  Analisa Data Hasil Praktikum

Pada praktikum ini, digunakan 3 jenis sekat sebagai bahan perlakuan, yaitu trapesium, segitiga, dan segiempat. Tinggi dari ketiga sekat tersebut adalah masing-masing 0,25; 0,245; 0,245. Sedangkan nilai tinggi air sekat h1,h2 dan volume air yang keluar dari rangkaian didapat variasi nilai yang beragam. Bahan perlakuan (air) dan waktu perlakuan memiliki nilai yang sama, yaitu 1000kg/   dan 5 sekon. Tinggi air sekat trapesium berada pada kisaran 0,28 m sehingga diperoleh  h2 adalah (0.037 ,0.036, 0.038, 0.039, 0.038)m. Tinggi air sekat segitiga berada pada kisaran 0,3 m, hingga h2 adalah (0.064, 0.065, 0.063, 0.064, 0.063)m. Tinggi air sekat segiempat  berada pada kisaran 0,27 m, hingga h2 adalah (0.029, 0.025, 0.03, 0.03, 0.025)m. Sedangkan nilai h juga bervariasi. H1 untuk trapesium berada pada kisaran 0,295 m, h1 untuk segitiga berada pada 0,31 m dan h1 untuk segiempat berkisaran 0,27 m. Sehingga dapat disimpulkan variasi h1,h2 dan volume nilai h1 dari urutan besar ke kecil adalah sekat segitiga, trapesium dan segi empat.

4.3 Analisa Perhitungan 

Data yang diperlukan untuk perhitungan praktikum adalah diameter luar dan dalam pipa yang sudah diketahui yaitu d1= 0,008m dan d2=0,157m, data lain dalah h1 (air tumpahan ) dan waktu yang diperlukan yang didapat dari table data pengamatan (table pertama). Perhitungan dilakukan untuk membandingkan nilai Q, n, dan k berdasarkan praktikum dengan cara teoritis terdapat 8 langkah perhitungan.

Langkah pertama mencari luas penampang pipa luar dan dalam dengan rumus A=1/4π d1² sehingga didapat nilai A1= 5,024x10^-5 m2 dan A2= 0,019349465 m2, dilanjutkan dengan langkah kedua menjumlahkan A1 dan A2 dan di dapat 0,019399705 m2, langkah ketiga adalah menghitung volume. Rumus untuk mencari volume adalah Vn=(A1+A2)hn. Pada sekat trapesium didapat V1= 0,562591445x10^-2, V2= 0,572291297x10^-2, V3= 0,572291297x10^-2, V4= 0,562591445x10^-2, V5= 0,566471386x10^-2. Pada sekat segiempat V1= 0,533491887x10^-2, V2= 0,531551917x10^-2, V3= 0,54319174x10^-2, V4= 0,547071681x10^-2, V5= 0,54319174x10^-2. Pada sekat segitiga V1= 0,607210766x10^-2, V2= 0,605270796x10^-2, V3= 0,611090707x10^-2, V4= 0,607210766x10^-2, V5=  0,607210766x10^-2. Langkah keempat adalah menghitung menghitung nilai debit (Q) dengan rumus Q= v/t, nilai v didapat dari langkah ketiga dengan t 5 sekon. Didapat rata-rata Q= 0,113449747x10^-2 /s untuk sekat trapezium, 0,108404118x10^-2 /s untuk sekat segempat, 0,121209356x10^-2 /s untuk sekat segiempat. Langkah kelima adalah menghitung koefisien yang besarnya tegantung dari bentuk sekat ukur(n) dengan rumus n=

Di dapat n untuk sekat trapesium -126,385591n untuk sekat segiempat 0,067122852n untuk segitiga 2,217069847n. Langkah keenam adalah mencari kontanta dari ukuran dan bentuk sekat (k) dengan rumus log k= Ʃlog Q –n x log h2 dengan nilai n didapat dari perhitungan kelima sehingga di dapatkan hasil k untuk sekat trapezium k=1,032332142x10^-8 untuk sekat segiempat k= 1,45524x10^-3 untuk sekat segitigat k= 0,449634762.

            Setelah melakukan perhitungan langkah 1 sampai 6 dilakukan perhitungan secara teoritis dengan data yang telah diakui, kecuali data h2 yang didapat praktikum. Langkah ketujuh adalah menghitung k dengan rumus k untuk trapesium 8/15  cd b. K untuk segitiga 8/15 Cd  Tan   dan k untuk segiempat 2/3 Cd b, cd adalah koefisien debit yang besarnya sama yaitu 0,6. Nilai b untuk segiempat 0,15 dan b untuk trapesium 0,075 sedangkan  untuk sekat segitiga adalah 90⁰ sehingga didapatkan k trapesium= 0,106252529 segitiga= 1,4167 segiempat= 0,265631323. Langkah terakhir adalah menghitung Q (debit) dengan rumus Q= k(Ʃh2) , n trapesium =2,5 n segitiga=2,5 n segiempat =1,5 sehingga didapatkan Q trapesium= 2,912788077x10^-5, segitiga 0,000428425 segiempat 8,854760628x10^-3.

4.4. Pembahasan

  4.4.1. Perbandingan Hasil Debit Praktikum dengan Hasil Debit Perhitungan Teoritis

Data hasil debit keluaran praktikum untuk trapesium, segitiga, segiempat adalah (1.128x10^-3, 1.008x10^-3, 1.44x10^-3) sedangkan data perhitungan teoritis atau perhitungan langkah kedelapan untuk trapesium, segitiga, dan segiempat adalah (2.912788077x10^-5, 42.8425x10^-5, 885,4760628x10^-5) data praktikum ini urutan besar ke kecil adalah segiempat>trapesium>segitiga sedangkan berdasarkan teoritis berdasarkan urutan segiempat >segitiga >trapesium. Debit keluaran praktikum debit keluaran sesuai teoritis tidak sama. Hal ini mungkin dikarenakan praktikan kurang teliti dalam mengukur tinggi maupun volume air.

4.4.2. Perbandingan Hasil Debit dengan Literatur

Menurut (Affandy, 2011) debit keluaran dari besar ke kecil adalah trapezium, segiempat dan segitiga karena debit keluaran berbanding lurus dengan luas penampang. Pada percobaan yang dilakukan sekat yang terbesar adalah sekat segiempat. Jadi hal ini tidak sesuai dengan literature. Hal ini mungkin disebabkan karena kesalahan praktikan dalam mengukur ataupun menghitung data hasil praktikum.

4.4.3   Perbandingan Hasil Debit pada Masing-Masing Sekat Ukur

Pada sekat trapezium dalam percobaan pertama diperoleh debit 0,0011, percobaan kedua 0,0011, percobaan ketiga, 0,00128, percobaan keempat 0,0011, percobaan kelima 0,00106 dengan jumlah dan rata-rata debit 0,00564 dan 0,001128. Pada sekat segiempat dalam percobaan pertama diperoleh debit 0,00112, percobaan kedua 0,00114, percobaan ketiga 0,0016, percobaan keempat 0,0016, percobaan kelima 0,00114 dengan jumlah dan rata-rata debit adalah 0,00572 dan 0,00144. Pada sekat segitiga dalam percobaan pertama diperoleh debit 0,001, percobaan kedua 0,0011, percobaan ketiga 0,00098, percobaan keempat 0,00098, percobaan kelima 0,00098 dengan jumlah dan rata-rata debit adalah 0,00504 dan 0,001008.

4.4.4.  Aplikasi Sekat Ukur dalam Bidan Keteknikan Pertanian

Salah satu aplikasi sekat ukur adalah pada irigasi yang berhubungan dengan sekat ukur ini, pembuatannya berdasarkan debit air. Pembagian berdasarkan debit air ini terjadi atas saluran primer dan sekunder dan tersier. Kemudian pengukuran debit dilakukan secara langsung menggunakan sekat ukur ().

4.4.3. Factor-faktor yang Mempengaruhi Praktikum

Factor-faktor yang dapat dipengaruhi hasil praktikum adalah factor lingkungan, alat yang digunakan dan kesalahan pada manusianya. Factor yang berpengaruh atas lingkungan berasal dari angin. Praktikum diadakan diluar lingkungan, angin dapat menyebabkan terjadinya penguapan air, sehingga air sebagai bahan perlakuan mengalami perubahan jumlah. Factor alat dapat terjadi karena berkurangnya akurasi atau ketidak akuratan pengaris untuk mengukur tinggi air,sering kali berbeda ukuran setiap mm nya. Kesalahan pengukuran oleh praktikum bisa terjadi pada pengukuran dengan pengaris, tingkat ketelitian data terjadi kesalahan karena posisi penggaris yang bisa saja tidak bediri tegak. Selain itu pada pengukuran waktu tidak selalu sesuai dengan selama 5 sekon. Karena selang waktu 5 detik cukup singkat sehingga kemungkinan besar terjadi penambahan waktu perlakuan ().

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Tujuan dari praktikum ini adalah mengetahui prinsip penggunaan sekat ukur dan dapat mengkalibrasi sekat ukur untuk penentuan debit aliran Debit aliran adalah jumlah air yang mengalir dan dinyatakan dalam volume persatuan waktu. Debit menyatakan air yang keluar dari daerah aliran sungai dan dinyatakan dalam satuan /s. pengukuran debit aliran dalam praktikum ini menggunakan 3 sekat, yaitu trapesium, segitiga, dan segiempat.

Berdasarkan praktikum nilai debit dari besar kekecil adalah berdasarkan urutan. Trapesium, segitiga, segiempat,. Perhitungan teoritis untuk mencari debit menunjukkan urutan besar ke kecil, yaitu segitiga, segiempat, dan trapesium sedangkan berdasarkan literature, seharusnya adalah segiempat, trapesium, dan segitiga.

Penyebab atau penentu urutan nilai debit adalah luas penampang sekat. Hasil praktikum tiadak sesuai dengan literatur yang ada. Faktor-faktor yang menyebabkan perbedaan hasil praktikum dan literatur  adalah lingkungan, alat dan human error.

5.2. Saran

Agar didapatkan hasil praktikum yang lebih baik, pada praktikum selanjutnya diharapkan untuk :

-       Memperhitungkan hasil praktikum untuk mencari Q, h dan k harus lebih teliti

-       Penggunaan penggaris yang masih manual sehingga banyak terjadi kurang efisiensi

-       Kurang telitinya praktikan dalam mengukur volume

DAFTAR PUSTAKA

Alfian, Rizqan. 2015. Laporan Observasi Praktikum Pengukuran Debit Air Saluran Irigasi. Yogyakarta: Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Fakultas

Hidayat, Acep. 2011. Mekanika Fluida dan Hidrolika. Jakarta: Universitas Mercu Buana

Nugroho Y. S. H., Hunggul dan M. Kudeng Sallata. 2015. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro. Yogyakarta: CV. ANDI OFFSET

Soekardi, Chandrasa. 2015. Termodinamika Dasar Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: CV. ANDI OFFSET

Sumantry, Teddy. 2012. Pengukuran Debit dan Kualitas Air Sungai Cisalak pada Tahun 2012. Batan: Pusat Teknologi Limbah Radioaktif

Wahid, Abdul. 2006. Analisis Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Debit Sungai Mamasa. Jurnal SMARTek. Volume 7 Nomor 3, hal 204-218. Palu: Universitas Tadulako

Widarto L. dan FX. Sudarto C. 2006. Membuat Pompa Hidram. Yogyakarta: Kanisius

DAFTAR PUSTAKA TAMBAHAN

Affandi, Nur Azizah.2011.Pemodelan Hujan Debit menggunakan model HEC-MHS di DAS Sampean Baru. Surabaya: Teknik Sipil ITS

Muhajir, Khairul.2011 Pengaruh Viskositas Terhadap Aliran Fluida Gas-Cair Melalui Pipa vertical  dengan Perangkat Lunak. Yogyakarta: AKPRIND

Pujiraharjo,Alwafi.2011.Study Dampak Reklamasi di Teluk Lamong Provinsi Jawa Timur terhadap Pola Arus Pasang Surut dan Angkutan Sedimen. Malang: Jurusan Teknik Sipil Universitas Brawijaya

LAMPIRAN