Pipa venturi atau venturimeter merupakan alat yang dipasang pada sebuah pipa untuk mengukur kecepatan aliran fluida (zat cair atau gas). Prinsip kerja venturimeter merupakan aplikasi dari hukum Bernoulli dan persamaan yang berlaku sesuai hukum tersebut. Berdasarkan hukum tersebut dapat diperoleh persamaan untuk mengetahui kecepatan air yang masuk venturimeter. Besar kecepatan air yang masuk venturimeter (v1) dipengaruhi oleh nilai luas penampang kedua ujung pipa venturi (A1 dan A2), percepatan gravitasi (g), perbedaan ketinggian fluida (h), dan massa jenis fluida (ρ).
Venturimeter terdapat dua jenis yaitu venturimeter tanpa manometer dan venturimeter dengan manometer. Venturimeter dengan manometer dapat digunakan untuk mengukur laju aliran fluida berupa gas pada pipa. Gambaran bentuk kedua jenis venturimeter dapat dilihat seperti berikut.
Bagaimana prinsip kerja venturimeter/pipa venturi? Bagaimana persamaan yang dapat digunakan sebagai rumus kecepatan aliran air yang masuk venturimeter? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.
Baca Juga: Cara Mengetahui Besar Tekanan Gas Melalui Alat Manometer Tertutup
Prinsip Kerja Venturimeter
Bagian-bagian venturimeter terdiri dari tiga bagian utama yaitu bagian inlet, inlet cone, dan throat/leher.
Bagian inlet adalah bagian yang berbentuk lurus dengan diameter yang sama seperti diameter pipa atau cerobong aliran. Bagian inlet merupakan tempat bagi lubang tekanan awal yang dapat dilihat melalui tabung piezometer.
Bagian kedua adalah inlet cone, yaitu bagian berbentuk seperti kerucut yang memiliki fungsi untuk menaikkan kecepatan fluida.
Ketiga adalah throat atau leher adalah bagian yang memiliki bentuk dan ukuran yang sama seperti bagian terkecil inlet cone. Bentuk tersebut memiliki tujuan agar tidak mengurangi atau menambah kecepatan aliran yang keluar dari outlet cone. Pada bagian throat, tekanan juga diukur yang dapat dilihat melalui tabung piezometer.
Pada venturimeter, fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan masuk pada throat. Pada bagian inlet cone fluida akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan bentuk inlet cone berupa kerucut atau semakin mengecil ke bagian throat. Tekanan pertama diukur pada bagian inlet, sedangkan pengukuran tekanan kedua pada bagian throat. Selanjutnya, fluida melewati bagian akhir dari venturimeter (outlet cone) dan tekanan kembali normal.
Perbedaan ketinggian fluida pada tabung piezometer menunjukkan adanya perbedaan tekanan pada dua tempat tersebut.
Prinsip kerja venturimeter dengan manometer sama dengan tanpa manometer. Perbedaan dari venturimeter dengan manometer terdapat pada penggunaan manometer sebagai pengukur tekanan. Saat aliran zat cair dalam pipa dengan massa jenis masuk ke dalam venturimeter, dorongan aliran fluida menghasilkan perubahan ketinggian cairan raksa pada pipa U manometer. Kelebihan dari venturimeter dengan manometer dapat digunakan untuk fluida berupa gas.
Baca Juga: Cara Mengetahui Besar Tekanan Udara Pada Suatu Ketinggian Tempat
Rumus Kecepatan Air yang Masuk Venturimeter
Persamaan kontinuitas menyatakan bahwa pada fluida tak termampatkan dan tunak (kondisi sewaktu sifat-sifat suatu sistem tak berubah), kececepatan aliran fluida berbanding terbalik dengan luas penampangnnya. Pada pipa yang luas penampangnya kecil maka alirannya besar. Persamaan kelajuan aliran atau debit fluida pada dua titik dengan luas penampang berbeda memenuhi persamaan berikut.
Hukum Bernoulli menjelaskan bagaimana gerak aliran fluida yang dapat berupa zat cair atau zat gas. Bunyi hukum Bernoulli menyatakan bahwa kenaikan kecepatan fluida akan menyebabkan penurunan tekanan fluida secara bersamaan. Atau dapat dikatakan bahwa fluida yang bergerak cepat memiliki tekanan yang lebih rendah dari pada fluida dengan kecepatan lebih lambat.
Persamaan yang sesuai dengan hukum Bernoulli adalah sebagai berikut.
Berdasdarkan prinsip Bernoulli, kecepatan aliran zat cair dapat ditentukan melalui dua persamaan p1 – p2 = 1/2ρ(v22– v12) dan p1 – p2 = ρgh. Selain itu substitusi persamaan kontinuitas akan membuat rumus kecepatan air yang masuk venturimeter menjadi lebih baik. Persamaan untuk menghitung kecepatan air yang masuk venturimeter diperoleh melalui persamaan berikut.
Pada venturimeter dengan manometer terdapat tabung U yang berisi raksa setinggi h. Zat cair bermassa jenis ρ mengalir melalui pipa dengan luas penampang A1 menunju pipa sempit dengan luas penampang A2. Dengan cara yang sama seperti sebelumnya, kecepatan fluida yang masuk pipa venturi dengan manometer dinyatakan dapam persamaan berikut.
Berikut ini adalah ringkasan dua persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung kecepatan air yang masuk pada dua jenis venturimeter.
Untuk menentukan kelajuan aliran v1 dinyatakan dalam besaran-besaran luas penampang A1 dan A2, serta perbedaan ketinggian zat cair pada tabung piezometer (h) pada venturimeter tanpa manometer atau perbedaan ketinggian air raksa (h) pada pipa U untuk venturimeter dengan manometer.
Baca Juga: Bejana Berhubungan
Contoh Soal dan Pembahasan
Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan materi di atas. Contoh soal yang disertai dengan pembahasan soal. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat berlatih!
Contoh 1 – Soal Kecepatan Air yang Masuk Venturimeter
Suatu zat cair dialirkan melalui pipa seperti tampak pada gambar berikut.
Jika luas penampang A1 = 10 cm2, A2 = 4 cm2, dan laju zat cair v2 = 4 m/s maka besar v1 adalah ….
A. 0,6 m/s
B. 1,0 m/s
C. 1,6 m/s
D. 2,0 m/s
E. 2,4 m/s
Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.
- Luas penampang pertama: A1 = 10 cm2
- Luas penampang kedua: A2 = 4 cm2
- Kecepatan air keluar pipa venturi: v2 = 4 m/s
Menghitung besar kecepatan air yang masuk (v1) pipa venturi:
A1 · v1 = A2 · v2
10 · v1 = 4 · 4
10v1 = 16
v1 = 16/10 = 1,6 m/s
Jadi, besar kecepatan air yang masuk pada pipa venturi meter adalah v1 = 1,6 m/s.
Jawaban: C
Contoh 2 – Soal Kecepatan Air yang Keluar Venturimeter
Air mengalir dalam venturimeter seperti pada gambar di bawah.
Kecepatan air pada penampang 1 adalah 3 m/s. Jika g = 10 m/s2 maka kecepatan air di penampang 2 adalah …. (ρair = 1.000 kg/m3)
A. 3 m/s
B. 4 m/s
C. 9 m/s
D. 12 m/s
E. 15 m/s
Baca Juga: Barometer – Alat Ukur Tekanan Udara
Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.
- Kecepatan air pada penampang 1: v1 = 3 m/s.
- Percepatan gravitasi: g = 10 m/s2
- Massa jenis air: ρair = 1.000 kg/m3
- Perbedaan ketinggian fluida: h = 35 cm = 0,35 m
- Venturimeter tanpa manometer
Menghitung kecepatan air di penampang 2 (v2):
2gh = v₂² – v₁²
2 × 10 × 0,35 = v₂² – 3²
7 = v₂² – 9
v₂² = 7 + 9
v₂² = 16 → v₂ = 4 m/s
Jadi, kecepatan air di penampang 2 adalah v2 = 4 m/s.
Jawaban: B
Contoh 3 – Soal Kecepatan Air yang Masuk Venturimeter
Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.
- Luas penampang pertama: A1 = 5 cm2 = 5 ×10–4 cm2
- Luas penampang kedua: A2 = 3 cm2 = 3 ×10–4 cm2
- Percepatan gravitasi: g = 10 m/s2
- Ketinggian: h = 45 cm = 0,45 m
Mencari besar kecepatan air yang memasuki pipa venturimeter (v1):
Jadi, besar kecepatan air yang memasuki pipa venturimeter adalah v1 = 2,25 m/s.
Jawaban: B
Demikianlah tadi ulasan kecepatan air yang masuk pipa venturimeter beserta contoh soal dan pembahasannya. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.
Baca Juga: Apa Itu Tekanan Udara?
Sumber gini.com
EmoticonEmoticon