Pipa venturi atau venturimeter merupakan alat yang dipasang pada sebuah pipa untuk mengukur kecepatan aliran fluida (zat cair atau gas). Prinsip kerja venturimeter berdasarkan 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 luas penampang kedua ujung pipa venturi (A), percepatan gravitasi (g), 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. Sementara venturimeter tanpa manometer akrab digunakan untuk menghitung kecepatan air yang masuk venturimeter, Kecepatan air yang masuk venturimeter v1 pada ujung pila dengan luas A1 dan keluar dengan kecepatan v2 pada ujung pipa dengan luas A2.
Baca Juga: Cara Mengetahui Besar Tekanan Gas Melalui Alat Manometer Tertutup
Bagaimana prinsip kerja venturimeter/pipa venturi? Bagaimana persamaan yang dapat digunakan sebagai rumus kecepatan air yang masuk venturimeter? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.
Table of Contents
Prinsip Kerja Venturimeter
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.
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 bagian 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 terus mengalir 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.
Baca Juga: Cara Mengetahui Tekanan Udara Pada Suatu Ketinggian Tempat
Rumus Kecepatan Air yang Masuk Venturimeter
Persamaan kontinuitas menyatakan bahwa kececepatan aliran fluida berbanding terbalik dengan luas penampangnnya. Kondisi tersebut terjadi saat fluida tak termampatkan dan tunak (kondisi sewaktu sifat-sifat dari sistem tak berubah dan cenderung stabil).
Di dapat kesimpulan bahwa pada pipa yang luas penampangnya kecil maka alirannya lebih besar dibanding kecepatan pada pipa dengan luas lebih besar. Persamaan kelajuan fluida atau kecepatan air yang masuk venturimeter pada dua titik dengan luas penampang berbeda memenuhi persamaan berikut.
Hukum Bernoulli menjelaskan bagaimana karakteristik gerak aliran fluida 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. Di mana 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 atau venturimeter dengan manometer dinyatakan dalam persamaan berikut.
Berikut ini adalah ringkasan dua persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung kecepatan air yang masuk pada dua jenis venturimeter.
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 diberikan disertai dengan cara menggunakan rumus kecepatan air yang masuk venturimeter. 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 venturimeter (v1):
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 masuk venturimeter adalah v1 = 2,25 m/s.
Jawaban: B
Demikianlah tadi ulasan kecepatan air yang masuk venturimeter beserta contoh soal dan pembahasannya. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.
Baca Juga: Apa Itu Tekanan Udara?
