ORIFICE BAWAH PADA TANGKI

LAPORAN

OLEH:

KELOMPOK II

L A B O R A T O R I U M M E K A N I K A F L U I D APROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN

F A K U L T A S P E R T A N I A NUNIVERISTAS SUMATERA UTARA

2014

ORIFICE BAWAH PADA TANGKI

LAPORAN

OLEH:

KELOMPOK II

Sri Ayu Febriani 130308064Putri Azzahra 130308042Eka Trikarlina 130308010Evi Tri Ulina Ginting 130308090Sahat Marito Marbun 130308011Thomas H Panjaitan 130308074Hasanul Basri Siregar 130308007

Laporan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Dapat Mengikuti Praktikal TestDi Laboratorium Keteknikan Pertanian Program Studi Keteknikan

Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara

Medan, 10 Desember 2014 Asisten Korektor Asisten Korektor

(Ade Rahmi Alhas) (Ardelimas ARS) NIM: 110308033 NIM: 110308046

Diketahui Oleh:Dosen Penanggung Jawab

(Prof. Dr. Ir. Sumono M. S.) (Achwil Putra Munir STP M. Si)NIP. 194809281976031003 NIP. 197003121999031002

L A B O R A T O R I U M M E K A N I K A F L U I D APROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN

F A K U L T A S P E R T A N I A NUNIVERISTAS SUMATERA UTARA

2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kepada tuhan Yang Maha Esa karena berkat

dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan ini tepat pada waktunya.

Adapun judul dari Laporan ini adalah “Orifice Bawah Pada Tangki” yang

merupakan salah satu syarat untuk dapat mengikuti Praktikal Tes di Laboratorium

Mekanika Fluida Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian

Universitas Sumatera Utara.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Achwil Putra Munir STP, M. Si.,

dan Prof. Dr. Ir. Sumono M. S., selaku dosen penanggung jawab mata kuliah

Mekanika Fluida serta abang kakak asisten yang telah membantu dalam

pembuatan laporan ini.

Penulis menyadari laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena

itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar terciptanya

laporan yang bermanfaat.

Medan, Desember 2014

Penulis

i

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................... iPENDAHULUAN .................................................................................. 1Latar Belakang......................................................................................... 1Tujuan Penulisan ..................................................................................... 3TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 4BAHAN DAN METODE ...................................................................... 7Waktu dan Tempat Praktikum................................................................. 7Bahan dan Alat ...................................................................................... 7Prosedur Praktikum ................................................................................. 7HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 9Hasil ...................................................................................................... 10Perhitungan.............................................................................................. 10Pembahasan............................................................................................. 12KESIMPULAN ...................................................................................... 15DAFTAR PUSTAKA ............................................................................ 16LAMPIRAN

ii

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Orifice adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran

volume atau massa fluida di dalam saluran yang tertutup (pipa) berdasarkan

prinsip beda tekanan. Alat ini berupa plat tipis dengan gagang yang diapit diantara

flens pipa. Orifice termasuk alat ukur laju aliran dengan metode rintangan aliran

(Obstruction Device). Karena geometrinya sederhana, biayanya rendah dan

mudah digunakan dan diterapkan. Fungsi dari orifice adalah sebagai pemberi

perbedaan tekanan (differential Pressure) antara fluida sebelum melewati orifice

dan tekanan fluida sebelah melewati orifice.

Zat yang tersebar di alam dibedakan dalam tiga keadaan (fase) yaitu fase

padat, cair dan gas. Beberapa perbedaan di antara ketiganya adalah: 1) fase padat,

zat mempertahakan suatu bentuk dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya

yang besar dikerjakan pada benda tersebut. 2) Fase cair, zat tidak

mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengikuti bentuk wadahnya.

Tetapi seperti halnya fase padat, pada fase cair, zat tidak mudah dimampatkan,

dan volumenya dapat diubah hanya jika dikerjakan gaya yang sangat besar. 3)

Fase gas, zat tida mempunyai bentuk tetap, tetapi akan berkembang mengisi

seluruh wadah.

Karena fase cair dan gas memilik karakter tidak mempertahankan suatu

benruk yang tetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir;

dengan demikian keduanya disebut fluida. Fluida adalah zat alir, yaiitu zat yang

1

2

dalam keadaan biasa dapat mengalir. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan

bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu. Ini disebabkan

oleh lemahnya ikatan antara molekul (gaya kohesi).

Gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi

antar molekul zat cair. Keadaan ini menyebabkan molekul-molekul gas menjadi

relatif bebas sehingga gas selalu memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul

zat cair terikat satu sama lainnya sehingga membentuk suatu kesatuan yang jelas,

meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya.

Akibat lainnya adalah kemampuannya untuk dimampatkan. Gas bersifat

mudah dimampatkan sedangkan zat cair sulit. Gas jika dimampatkan dengan

tekanan yang cukup besar akan berubah menjdi zat cair. Mekanika gas dan zat

cair yang bergerak mempunyai perbedaan dalam beberapa hal, tetapi dalam

keadaan diam keduanya mempunyai prilaku yang sama dan ini dipelajari dalam

statika fluida.

Kerapatan (densitas) suatu benda, didefenisikan sebagai massa per satuan

volume: =m/v dengan m adalah massa benda dan V adalah volume benda.

Dengan demikian, Sastuan Internasional untuk kerapatan kg/m3, dan dalam cgs

adalah g/cm3. Selain kerapatan, besaran lain sering digunakan dalam menangani

persoalan fluida adalah berat jenis. Berat jenis suattu benda didefinisikan sebagai

perbandingan kerapatan benda tersebut terhadap kerapatan air pada suhu 4C.

Dengan demikian berat jenis merupakan besaran murni tanpa dimensi maupun

satuan.

Tujuan Praktikum

3

Adapun Tujuan praktikum ini adalah untuk mengetahui lamanya waktu

pengosongan tangki menggunakan orifice bawah pada tangki.

TINJAUAN PUSTAKA

Pada dasarnya orifice berupa plat ipis dengan lubang dibagian tengah,

fluida yang mengalir melalui pipa ketika sampai pada orifice akan dipaksa untuk

melewati lubang, pada orifice. Hal ini menyebabkan terjadinya perubahan

kecepatan dan takanan. Titik dimana terjadinya kecepatan maksimum dan tekanan

minimum disebut vena contracta. Setelah melewati vena contracta kecepatan dan

tekanan akan mengalami perubahan lagi. Dengan demikian perbedaan tekanan

pada pipa normal dan tekanan dengan persamaan bernoulli terdapat hubungan

antara tekanan fluida dengan kecepatan fluida. Jika kecepatan meningkat maka

akan menurun begitu pula sebaliknya (Febrisetianto, 2011).

Nilai h pada orifice diukur dari titik tengah orifice kepermukaan bebas.

Ketinggian tersebut diasumsikan tetap konstan persamaan bernoulli diaplikasian

dari permukaan bebeas hingga ke bagian tengah dengan tekanan atmosfer lokal

dan data elevasi mengabaikan kehilangan yang terjadi diperoleh v=√2gh, ini

hanya kecepatan teoritis (Vt) disebut dengan koefisien kecepatan (Cv) yaitu

Cv=Va/Vt atau ditulis dengan Va=Cv√2gh (Streeter and Wyle, 1985).

Tiga jenis peralatan yang paling umum untuk mengukur laju aliran fluida

pada pipa sesaat adalah orifice meter, nozzlemeter dan Venturi meter. Masing-

masing dari alat pengukur ini bekerja berdasarkan prinsip bahwa pengurangan

luas aliran dalam sebuah pipa menyebabkan peningkatan kecepatan yang disertai

dengan penurunan tekanan. Korelasi dari perbedaan tekanan dengan kecepatan

memberikan cara untuk mengukur laju aliran tersebut. Tanpa adanya viskos dan

4

5

dengan asumsi pipa horizontal, penerapan persamaan bernoulli

(Munson and Young, 2003).

Aliran teoritis dari sebuah tangki besar yang melalui lubang realatif kecil

dengan biasa pada kedalaman h dibawah permukaan bebas dapat dicari dengan

prinsip dari kekekalan energi. Misalkan tangki terbuka ke atmosfer, tekanan pada

permukaan bebas maupun pada lubang adalah atmosferik dan dengan demikian

persamaan bernoulli memberikan h=V ²√2 g. V adalah kecepatan pengeluaran

teoritis dan h adalah tinggi dalam persamaan bernoulli. Kecepatan air yang keluar

pada pengeluaran sebenarnya adalah Q=Cdu√2 gh, dimana Cd didefenisikan

sebagai koefisien pengeluar pada aliran air (Dugdale, 1986).

Orifice plat adalah lapisan tipis bisa diapit antara pinggiran pipa. Dimana

ukuran cukup sederhana, nilainya kecil dan mudah dibuat atau dipindahkan. Tepi

yang kecil akan tajam dari orifice akan memberikan nilai skalanya.

Bagaimanapun, keadaan yang tertutup dapat dibentuk dibagian belakang dari pipa

supaya tersumbat. Bagian pinggiran yang tajam dari orifice tidak akan terkotori

oleh kerak air atau bahan pengganggu, bagaimanapun bahan pengganggu dapat

terkumpul pada bagian atau sisi orifice konsentris pada pipa horizontal, orifice

dapat diletakkan secara tepat pada bagian bawah pipa untuk menghindari

kesulitan (Fox, et all, 2010).

Koefisien kecepatan (v) adalah perbandingan kecepatan rata-rata

sebenarnya pada irisan penampang (semburan) arus terhadap rata-rata ideal yang

akan terjadi tanpa gesekan. Koefisien penyusutan Ca adalah perbandingan luas

lubang melalui aliran cairan pada saluran-saluran terbuka biasanya air. Sejumlah

6

rumus-rumus empiris terhadap dalam literatur teknik, masing-masing dengan

batasn-batasan sendiri hanya sedikit saja yang akan ditulis dibawah (Giles, 1993).

Persamaan bernoulli dapat ditafsirkan secara visual dengan melukis bagian

bagan 2 garis arah arus suatu aliran. Garis arus (GAT) menunjukkan tinggi

tetapan bernoulli total h=z+p/ pg+v2/2g. Dalam aliran hir gesekan tana

pemindahan usaha atau bhang, GAT mempunyai ketinggian yang tetap. Garis

Asas Hidrolik (GAT) menunjukkan tingginya hulu elevasi dan hukum tekanan

z+p/pg, yakni Gat dikurangi hulu kecepatan V2/2g (White, 1986).

BAHAN DAN METODE

Waktu dan Tempat Praktikum

Praktikum ini dilaksanaan pada hari Sabtu tanggal 18 Oktober 2014 pada

pukul 13.00 WIB sampai dengan selesai di Laboratorium Keteknikan Pertanian

Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera

Utara.

Bahan dan Alat

Adapun bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah air yang

berfungsi sebagai objek percobaan untuk mengetahui lamanya waktu

pengosongan tangki. Plastisin digunakan untuk menutupi kebocoran pada

rangkaian percobaan sebelumnya.

Adapun alat yang digunakan pada praktikum ini adalah wadah zat plastik

yang telah dilubangi sebagai tangki untuk mengisi air (aliran fluida). Ember

berfungsi sebagi penampung air yang mengalir dari lubang wadah zat plastik.

Gelas ukur berfungsi untuk mengukur volume air ang ditampung dari air yang

mengalir. Penggaris untuk mengukur panjang wadah zat plastik. Stopwatch

digunakan untuk menghitung waktu air yang mengalir. Alat tulis berfungsi untuk

mencatat hasil percobaan. Kalkulator untuk menghitung hasil percobaan. Buku

penuntun untuk melihat prosedur kerja pada saat praktikum.

Prosedur Praktikum

1. Disiapkan kaleng dalam ukuran besar

7

8

2. Dilubangi bagian bawah pada kaleng

3. Diukur diameter kaleng dan diameter lubang

4. Diisi kaleng dengan air pada ketinggian 34 cm (h1) dari dasar lubang dan

disumbat

5. Dibuat batas untuk air pada ketinggian 15 cm (h2)

6. Dibuka penyumbat kaleng pada lubang bawah

7. Disiapkan ember untuk menampung air

8. Dihidupkan stopwatch

9. Ditutup lubang sampai batas 15 cm

10. Dicatat waktu yang digunakan sampai pada ketinggian 15 cm

11. Diukur voulme air yang tertampung

12. Dihitung lama percobaan sebanyak tiga kali

13. Dihitung lam waktu pengosongan tangki dengan rumus:

Alubang = 14

D ² lubang

Akaleng = 14

D ² kaleng

Tteori = 2 Akaleng √h ₁−h₂

Alubang √2 g

Taktual = 2 Akaleng √h ₁−h₂

Cd Alubang√2 g

Cd = QaQt

Qa = Volume

t

Va = √2g (h₁−h₂)

Qt = Alubang Va

9

Keterangan

Alubang = Luas lubang pengeluaran air (m2)

Akaleng = Luas permukaan atas kaleng (m2)

Dlubang = Diameter lubang (m)

Dkaleng = Diameter kaleng (m)

Tteori = waktu pengosongan secara teori (s)

Taktual = waktu pengosongan secara aktual (s)

h = tinggi air (m)

10

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil

Dari praktikum yang telah dilakukan diperoleh data:

Ulangan V (m³) t (s) Cd Tteori (s) Taktual (s)

I 9,12X10ˉ³ 120 0,56 157 157,6II 9,12X10ˉ³ 125 0,55 157 157,6III 9,12X10ˉ³ 124 0,55 157 157,6

Perhitungan

h₁ = 30 cm =30X10-2 m

h2 = 15 cm = 15X10-2 m

Dkaleng = 30X10-2 m

Dlubang = 1X10-2 m

Alubang = 14

D2 = 14

(3,14) (1X10-2 m)2 = 78,5X10-6 m2

Akaleng = 14

D2 = 14

(3,14) (30X10-2 m)2 = 706,5X10-6 m2

Va = √2. g .(h₁❑−h ₂❑)

=√2.(9,8ms2 ) (30 X 10ˉ 2) m

= 17,1X10-1 m/s

Qt = Alubang.Va =7,8X10-6 m2. 17,1X10-1 m/s

=13,42X10-5 m3/s

Tteori = 2 Akaleng √h₁❑−h₂❑

Alubang √2 g

= 2.706,5 X ˉ 4 m ²√30 X 10 ˉ ² m−15 X 10ˉ ² m

78,5 X 10 ˉ 6 m ²√2.9,8 m /s

10

= 157 s

11

11

Ulangan I

Qa = Vt =

9,12 X 10 ˉ ⁵120 s = 7,6X10-5 m3/s

Cd = QaQt

=7,6 X 10 ˉ 5 m ³/ s

13,42 X 10 ˉ 5 m ³/s=0,56

Taktual = 2 Akaleng √h₁❑−h₂❑

Cdlubang√2g

= 2 (706,5 X 10 ˉ 4 m ² )√30 X 10ˉ ² m−15 X 10 ˉ ² m

(0,56 ) ( 78,5 X 10 ˉ 6 m2 )√2.9,8 m / s ²

= 157,6 s

Ulangan II

Qa = Vt

= 9,25 X 10ˉ ⁵

120 s= 7,4X10-5 m3/s

Cd = QaQt

=7,4 X 10ˉ 5 m ³/ s

13,42 X 10 ˉ 5 m ³/s=0,55

Taktual = 2 Akaleng √h₁❑−h₂❑

Cdlubang√2g

= 2 (706,5 X 10 ˉ 4 m ² )√30 X 10ˉ ² m−15 X 10 ˉ ² m

(0,56 ) ( 78,5 X 10 ˉ 6 m2 )√2.9,8 m / s ²

= 157,6 s

Ulangan III

Qa = Vt

=9,2 X 10 ˉ ⁵

120 s= 7,41X10-5 m3/s

Cd = QaQt

=7,41 X 10 ˉ 5 m ³/s

13,42 X 10 ˉ 5 m ³/s=0,55

Taktual = 2 Akaleng √h₁❑−h₂❑

Cdlubang√2g

= 2 (706,5 X 10 ˉ 4 m ² )√30 X 10ˉ ² m−15 X 10 ˉ ² m

(0,56 ) ( 78,5 X 10 ˉ 6 m2 )√2.9,8 m / s ²

12

= 157,6 sPembahasan

Orifice adalah pelat yang berlubang yang disiapkan pada lawan aliran

yang diukur juga merupakan alat primer berfungsi untuk mendapatkan tekanan

antara aliran pada up stream dan down stream orifice itu sendiri. Orifice

merupakan salah satu alat ukut yang digunakan geothermal umumnya orifice

diletakkan sebelum operator. Hal ini sesuai dengan literatur (Febrisetianto: 2011)

yang menyatakan pada dasarnya orifice berupa plat tipis dengan lubang bagian

tengah, fluida yang mengalir melalui pipa ketika sampai pada orifice akan dipaksa

untuk melewati lubang pada tekanan.

Aplikasi orifice bawah pada tangki adalah pada lubang besar, apabila

sisi atas pada lubang tersebut berada diatas permuaan air dalam tangki, maka

bukaan tersebut dikenal dengan peluap. Dimana peluap berfungsi sebagai alat

ukur debit aliran dan banyak digunakan pada irigasi. peluap dengan ukuran yang

besar disebut bendung, yang didalam irigasi berfungsi untuk menaikkan elevasi

muka air.

Prinsip kerja orifice bawah pada tangki yaitu dengan mengetahui tinggi

h dan luas lubang aliran keluarnya fluida maka dapat dihitung atau ditentukan

jumlah aliran keluar fluida Q. Kecepatan aliran fluida yang keluar dari lubang

dipengaruhi oleh tekanan atmosfer dan debit air yang keluar dan waktunya. Hal

ini sesuai dengan literatur (Dugdale: 1986) yang menyatakan bahwa h=v ²√2 g

dimana v adalah kecepatan pengeluaran h adalah tinggi dari persamaan bernoulli

dan g adalah gaya gravitasi pada bumi.

13

Kelebihan dari orifice bawah pada tangki yaitu dari pemasangannya

yang tidak membutuhkan biaya yang banyak dan juga mudah dipasang dan dapat

mengetahui kapan waktu hingga suatu tangki dapat kosong tanpa menunggu

hingga aliran akan kosong. Kekurangan dari orifice bawah pada tangki hingga

terjadi kehilangan tekanan yang menyebaban beberapa parameter aliran akan lebih

kecil.

Faktor-faktor yang mempengaruhi koefisien debit dan kecepatan yaitu

tinggi fluida pada tangki dan luas penampang bawah pada tangki. Hal ini sesuai

dengan literatur (Streeter and Wyle: 1985) yang menyatakan bahwa suatu

perbandingan Va dengan Vc dari kecepatan tersebut disebut Vc atau ditulis

Va=Cv√2gh.

Fungsi dari orifice bawah pada tangki adalah untuk mengetahui lamaya

atau waktu yang digunakan untuk mengosongkan suatu tangki tanpa harus

menunggu seluruh air mengalir. Sedangkan fungsi orifice (lubang) adalah untuk

mendapatan beda tekanan antara aliran fluida pada up stream dan down stream

dari orifice itu sendiri.

Debit adalah kecepatan aliran zat cair persatuan waktu. Satuan debit

digunakan dalam pengawasan kapasitas atau daya tampung air. Untuk menghitung

debit harus mengetahui volume dan waktu terlebih dahulu karena debit air

berkaitan dengan satuan volume dan satuan waktu.

Perbedaan orifice bawah pada tangki dengan orifice samping pada

tangki yaitu dari lubang orifice, dan pada orifice bawah pada tangki kita dapat

14

mengetahui waktu untuk mengosongan tangki tanpa mengetahui dan menunggu

waktu aliran kosong.

Dari data yang diperoleh pada saat praktikum diperoleh pada ulangan I,

waktu 120s; volume 9,12X10-3; Qa=7,6X10-5 m3/s; Cd=0,56; Taktual=281 s. Pada

ulangan II, waktu 125s; volume 9,25X10-3; Qa=7,4X10-5 m3/s; Cd=0,55;

Taktual=286 s. Pada ulangan III, waktu 124s; volume 9,2X10-3; Qa=7,41X10-5

m3/s; Cd=0,55; Taktual=286 s.

Orifice bawah pada tangki adalah salah satu alat yang digunakan untuk

mengukur laju aliran volume atau massa fluida didalam saluran yang tertutup

(pipa) dan terletak di bawah tangki untuk mengukur perbedaan tekanan air yang

keluar dari tangki.

Metode yang paling efisien adalah orifice samping karena tangki tidak

perlu dipegang karena air yang ditangki permukaannya sudah rata dan orifice

samping mudah dipindahkan.

KESIMPULAN

1. Dari hasil praktikum pada ulangan I lamanya waktu pengosongna tangki

untuk Tteori sebesar 157 s dan Taktual sebesar 157,6 s.

2. Dari hasil praktikum pada ulangan II lamanya waktu pengosongna tangki

untuk Tteori sebesar 157 s dan Taktual sebesar 157,6 s.

3. Dari hasil praktikum pada ulangan III lamanya waktu pengosongna tangki

untuk Tteori sebesar 157 s dan Taktual sebesar 157,6 s.

4. Dari hasil praktikum Taktual yang didapat semua sama yaitu sebesar 157,6 s.

15

DAFTAR PUSTAKA

Dugdale, R. H. 1986. Mekanika Fluida Edisi Tiga. Erlangga. Jakarta.

Febri, S. 2011. Laporan Perancanaan. http://Febrianto.files.com (DiaksesPada Tanggal 20 Oktober 2014).

Fox, R. W., Pitchard, P. J. and Alan, T. M. 2010. Introduction to FluidaMechanics. John Wiley and Sons, Inc. Universitas of Michigan.

Giles, R. W. 1993. Mekanika Fluida dan Hidrolika. Erlangga. Jakarta.

Munson, B. R., Young, D. F. 2003. Mekanika Fluida. Erlangga. Jakarta.

Streeter, V. L. And E. B. Wyle. 1985. Fluida Mechanics Eigft Edition. Mr GrawHill Bock Company. USA.

White, M. F. 1986. Mekanika Zalir. Erlangga. Jakarta.

16