Pengukur aliran air adalah alat yang digunakan untuk mengukur
linier, non linier, laju alir volum atau masa dari cairan atau gas.
Bagian ini secara spesifik menerangkan tentang pengukur aliran air.
Pemilihan metode atau jeis pengukur aliran air tergantung pada
kondisi tempat dan kebutuhan pengukuran yang akurat.
Dalam pengukuran kecepatan suatu aliran contohnya zat cair dapat
digunakan beberapa alat ukur aliran yang berbeda tergantung dari
alat ukur aliran yang ada atau yang tersedia.
Aliran dapat diklasifikasikan (digolongkan) dalam banyak jenis
seperti: turbulen, laminar, nyata, ideal, mampu balik, tak mampu
balik, seragam, tak seragam, rotasional, tak rotasional. Aliran
fluida melalui instalasi (pipa) terdapat dua jenis aliran yaitu :
1. Aliran laminer 2. Aliran turbulensi Cairan dengan rapat massa
yang akan lebih mudah mengalir dalam keadaan laminer. Dalam aliran
fluida perlu ditentukan besarannya, atau arah vektor kecepatan
aliran pada suatu titik ke titik yang lain. Agar memperoleh
penjelasan tentang medan fluida, kondisi rata-rata pada daerah atau
volume yang kecil dapat ditentukan dengan instrument yang
sesuai.
Pengukuran Aliran Pengukuran aliran adalah untuk mengukur
kapasitas aliran, massa laju aliran, volume aliran. Pemilihan alat
ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan pengukuran,
harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur
tersebut. Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan,
kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas.
Terdapat banyak cara melaksanakan pengukuran-pengukuran, misalnya :
langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik, elektronik,
elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara
langsung terdiri dari atas penentuan volume atau berat fluida
yang melalui suatu penampang dalam suatu selang waktu tertentu.
Metoda tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan penentuan
tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa dititik
pada suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode
pengukuran aliran yang paling teliti adalah penentuan gravimerik
atau penentuan volumetrik dengan berat atau volume diukur atau
penentuan dengan mempergunakan tangki yang dikalibrasikan untuk
selang waktu yang diukur. Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat
diukur melalui : 1. Kecepatan (velocity) 2. Berat (massanya) 3.
Luas bidang yang dilaluinya 4. Volumenya
Alat-alat ukur instrument yang dipergunakan untuk mengukur dan
menunjukkan besaran suatu fluida disebut dengan alat ukur fluida.
Alat ukur aliran fluida dari dua bagian pokok yaitu : 1. Alat Ukur
Primer Yang dimaksud alat ukur primer adalah bagian alat ukur yang
berfungsi sebagai alat perasa (sensor). 2. Alat Ukur Sekunder
Sedangkan alat ukur sekunder adalah bagian yang mengubah dan
menunjukkan besaran aliran yang dirasakan alat perasa supaya dapat
dibaca. Alat ukur yang sering dijumpai dalam pabrik dibagi menurut
fungsinya yaitu: a. Alat Pengukur Aliran Alat yang digunakan untuk
mengukur kecepatan aliran dari fluida yang mengalir. b. Alat
Pengukuran Tekanan Alat yang digunakan untuk mengukur dan
menunjukan besaran tekanan dari suatu fluida. c. Alat Pengukur
Tinggi Permukaan Cairan Alat yang digunakan untuk mengukur
ketinggian dari permukaan suatu cairan Universitas Sumatera Utarad.
Alat Pengukur Temperatur Alat yang dipergunakan untuk mengukur dan
menunjukkan besaran temperatur. Tujuan dari pada pengukuran aliran
fluida adalah untuk mencegah kerusakan peralatan, untuk mendapatkan
mutu produksi yang diinginkan dan mengontrol jalannya proses.
Jenis alat ukur aliran fluida yang paling banyak digunakan
diantaranya alat ukur lainnya adalah alat ukur fluida jenis laju
aliran. Hal ini dikarenakan oleh konstruksinya yang sederhana dan
pemasangannya yang mudah. Alat ukur aliran fluida jenis ini dibagi
empat jenis yaitu : 1. Venturi meter 2. Nozzle 3. Pitot tubes 4.
Flat orifice Pada dasarnya prinsip kerja dari keempat alat ukur ini
adalah sama yaitu bila aliran fluida yang mengalir melalui alat
ukur ini mengalir maka akan terjadi perbedaan tekanan sebelum
sesudah alat ini. Beda tekanan menjadi besar bila laju aliran yang
diberikan kepada alat ini bertambah.Venturi Meter
Venturi Meter ini merupakan alat primer dari pengukuran aliran
yang berfungsi untuk mendapatkan beda tekanan. Sedangkan alat untuk
menunjukan
besaran aliran fluida yang diukur atau alat sekundernya adalah
manometer pipa U. Venturi Meter memiliki kerugian karena harganya
mahal, memerlukan ruangan yang besar dan rasio diameter throatnya
dengan diameter pipa tidak dapat diubah. Untuk sebuah venturi meter
tertentu dan sistem manometer tertentu, kecepatan aliran yang dapat
diukur adalah tetap sehingga jika kecepatan aliran berubah maka
diameter throatnya dapat diperbesar untuk memberikan pembacaan yang
akurat atau diperkecil untuk mengakomodasi kecepatan aliran
maksimum yang baru. Untuk Venturi Meter ini dapat dibagi 4 bagian
utama yaitu : a. Bagian Inlet Bagian yang berbentuk lurus dengan
diameter yang sama seperti diameter pipa atau cerobong aliran.
Lubang tekanan awal ditempatkan pada bagian ini. b. Inlet Cone
Bagian yang berbentuk seperti kerucut, yang berfungsi untuk
menaikkan tekanan fluida. c. Throat (leher) Bagian tempat
pengambilan beda tekanan akhir bagian ini berbentuk bulat datar.
Hal ini dimaksudkan agar tidak mengurangi atau menambah kecepatan
dari aliran yang keluar dari inlet cone. Pada Venturi meter ini
fluida masuk melalui bagian inlet dan diteruskan ke bagian outlet
cone. Pada bagian inlet ini ditempatkan titik pengambilan tekanan
awal. Pada bagian inlet cone fluida akan mengalami penurunan
tekanan yang disebabkan oleh bagian inlet cone yang berbentuk
kerucut atau semakin mengecil kebagian throat. Kemudian fluida
masuk kebagian throat inilah tempat-tempat
pengambilan tekanan akhir dimana throat ini berbentuk bulat
datar. Lalu fluida akan melewati bagian akhir dari venturi meter
yaitu outlet cone. Outlet cone ini berbentuk kerucut dimana bagian
kecil berada pada throat, dan pada Outlet cone ini tekanan kembali
normal. Jika aliran melalui venturi meter itu benar-benar tanpa
gesekan, maka tekanan fluida yang meninggalkan meter tentulah sama
persis dengan fluida yang memasuki meteran dan keberadaan meteran
dalam jalur tersebut tidak akan menyebabkan kehilangan tekanan yang
bersifat permanen dalam tekanan. Penurunan tekanan pada inlet cone
akan dipulihkan dengan sempurna pada outlet cone. Gesekan tidak
dapat ditiadakan dan juga kehilangan tekanan yang permanen dalam
sebuah meteran yang dirancangan dengan tepat
Daniel Bernoulli (1700 1782) membuktikan bahwa semakin besar
kecepatan fliuda, semakin kecil tekanannya dan begitu juga
sebaliknya, semakin kecil kecepatan fluida,semakin besar
tekanannya. Kemudian pernyataa ini dikenal sebagai ASAS
BERNOULLI.
Keterangan :P1: Tekanan pada permukaan 1 (N/m2)P2: Tekanan pada
permukaan 2 (N/m2)V1: Kecepatan aliran pada permukaan 1 (m/s)V2:
Kecepatan aliran pada permukaan 2 (m/s)h1: Ketinggian permukaan 1
(m)h2: Ketinggian permukaan 2 (m) : Massa jenis fluida (kg/m3)g :
Kecepatan gravitasi (m/s2)
Efek Venturi adalah penurunan tekanan fluida yang terjadi ketika
cairan mengalir melalui bagian terbatas dari pipa. Efek Venturi
dinamai Giovanni Battista Venturi (1746-1822), seorang fisikawan
ItaliaVenturis digunakan dalam industri dan di laboratorium ilmiah
untuk mengukur aliran cairan.
Tabung PitotTabung pitot digunakan untuk mengukur laju aliran
gas pada suatu pipa. Tabung pitot digunakan untuk mengukur
kecepatan fluida di suatu titik pada fluida itu.Tabung pitot
merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur suatu tekanan
fluida. Biasanya tabung pitot ini digunakan pada pesawat untuk
mengukur kecepatan dari suatu pesawat.Tabung pitot diciptakan oleh
insinyur Prancis yang bernama Henri de Pitot (1695-1771) di awal
abad 18 dan telah dimodifikasi untuk bentuk modern pada pertengahan
abad ke-19 oleh ilmuwan Prancis yaitu Henry Darcy. Dan sampai
sekarang tabung pitot banyak digunakan untuk menentukan kecepatan
udara dari sebuah pesawat dan untuk mengukur kecepatan udara dan
gas dalam aplikasi industri.Pitot tube atau tabung pitot ialah pipa
terbuka kecil dimana permukaannya bersentuhan langsung dengan
aliran. Pada tabung pitot ini terdiri dari 2 pipa, yaitu :a. Static
tube (untuk mengukur tekanan statis)Pipa ini membuka secara tegak
lurus sampai ke aliran sehingga dapat diketahui tekanan statisnya.
Tekanan statis (fluida diam) ditinjau ketika fluida yang sedang
diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida statis erat
kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. Hidraustatika merupakan
ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair
yang diam.b. Dinamic tube (untuk mengukur tekanan dinamis)Tekanan
dinamis atau fluida ideal merupakan fluida yang mengalir
(bergerak). Ciri umum dari fluida idel.Cara Kerja Tabung PitotPada
prinsip kerjanya tabung pitot ini merubah Energi kinetik
dikonversikan menjadi static pressure head dan biasanya digunakan
untuk mengukur aliran fluida yang lambat.
Tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran suatu gas
di dalam sebuah pipa. Perhatikanlah Gambar berikut:
Misalnya udara, mengalir melalui tabung A dengan kecepatan v.
Kelajuan udara v di dalam pipa dapat ditentukan dengan persamaan
:
ORIFICEElemen primer untuk diferensial meter atau head meter,
dimana meter ini yang paling banyak tersedia.Yang paling umum
dipakai adalah orifice
Orifice Plate adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk
mengukur laju aliran fluida. Menggunakan prinsip yang sama sebagai
Venturi nozzle, yaitu prinsip Bernoulli yang menyatakan bahwa ada
hubungan antara tekanan fluida dan kecepatan fluida. Ketika
meningkatkan kecepatan, tekanan berkurang dan sebaliknya.Orifice
Plate(Sebuah plat lubang) adalah pelat tipis dengan lubang di
tengah. Hal ini biasanya ditempatkan dalam pipa aliran fluida di
mana. Ketika cairan mencapai pelat orifice, dengan lubang di
tengah, cairan dipaksa untuk berkumpul untuk pergi melalui lubang
kecil, titik konvergensi maksimum sebenarnya terjadi tak lama hilir
orifice fisik, pada titik kava disebut contracta (lihat gambar
sebelah kanan)
Persamaan :
Ungkapan di atas untuk Q memberikan laju aliran volume teoritis.
Memperkenalkan beta faktor = d2 / d1 serta koefisien debit Cd:
Q = laju aliran volumetrik (pada setiap bagian-silang), m / s=
laju aliran massa (pada setiap bagian-silang), kg / sCd = koefisien
debit, berdimensiC = koefisien aliran orifice, berdimensiA1 = luas
penampang pipa, mPenampang A2 = luas lubang orifice, md1 = diameter
pipa, md2 = diameter lubang orifice, m = rasio diameter lubang
orifice diameter pipa, berdimensiV1 = hulu kecepatan m, cairan /
sV2 = kecepatan fluida melalui lubang orifice m, / sP1 = tekanan
fluida hulu, Pa dengan dimensi kg / ( m s )P2 = tekanan hilir
fluida, Pa dengan dimensi kg / ( m s ) = densitas fluida, kg /
m
pengukuran suhuSecara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa
suhu adalah sensasi dingin atau hangatnya sebuah benda yang
dirasakan ketika menyentuhnya. Secara kuantitatif, kita dapat
mengetahuinya dengan menggunakan termometer. Termometer adalah alat
yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur),ataupun perubahan
suhu.Beberapa Metode Pengukuran Suhu1.Expansion thermometer
diantaranya: Expansion of solid Expansion of liquid Expansion of
gas2.Filled-system thermometer: Liquid-filled thermometer
Vapor-pressure thermometer Mercury-filled thermometer
3. Electrical Temperature Instrument Resistance thermometer
Thermocouple Thermistor4. Pyrometer Radiation pyrometer Optical
pyrometer
Tersedia: 103 s.d. 1004 o atau 75 s.d. 540 Ekspansi elemen
bimetallic (dua strip logam). Masing-masing strip logam mempunyai
koefisien ekspansi termal berbeda. Ketika strip dipanaskan, seiring
dengan naiknya suhu, keduanya berekspansi dengan panjang berbeda
(Gb. 2.2.2). Jarak ekspansi proporsional terhadap pangkat dari
panjang strip dan berbanding terbalik dengan tebal strip (logam).
Pergerakan bimetallic digunakan menggerakkan pointer sehingga
melintasi skala kalibrasi suhu
Liquid in Glass Thermometer
Salah satu alat ukur suhu yang paling sederhana, dan digunakan
di laboratoriumdan industri.oRange: 18.4 s.d. 608 oF atau 120 s.d.
320 C
Alkohol : untuk suhu sangat rendahMerkuri : untuk suhu tinggi
(merkurimembeku pada suhu 39 C).Mudah pecah dan tidak mudah
beradaptasi dengan perubahan suhu, sehingga penggunaannya di
industri terbatas.
Tidak digunakan, jika suhu berfluktuasiakan diukur dengan
akurasi tinggi.
Termometer gelas berisi air raksa yang digunakan di industri:
tangkiterbuka berisi cairan, kettle, steam line,dan aliran fluida
dalam pipa.Kelemahan termometer gelas diatasi dengan penggunaan
termometer logam.Glass bulb diganti dengan steel bulbMerkuri
digunakan sebagai cairan, karena tidak kelihatan, bourdon tube
digunakan untuk mengukur perubahan volume cairan.Ketika suhu naik,
volume merkuri dalam bulb mengembang, bourdon tube cenderung untuk
lurus, sehingga dapat menggerakkan pointer.
Termometer bulb(air raksa atau alkohol) dengan ciri kasnya
sebagai berikut:a.Menggunakan gelembung besar (bulb) pada ujung
bawah tempat menampung cairan, dan tabung sempit (lubang kapiler)
untuk menekankan perubahan volume atau tempat pemuaian
cairan.b.Berdasar pada prinsip suatu cairan, volumenya berubah
sesuai temperatur. Cairan yang diisikan terkadang alkohol yang
berwarna tetapi juga bisa cairan metalik yang disebut merkuri,
keduanya memuai bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkanc.Ada
nomor disepanjang tube gelas yang menjadi tanda besaran
temperaturd.Termometer bulb tidak memerlukan alat bantu, relatif
murah, tidak mudah terkontaminasi bahan kimia sehingga cocok untuk
laboratorium kimia, konduktivitas panas rendah. Akan tetapi
termometer bulb mudah pecahe.Dalam penggunaannya, bulb harus
dilindungi terhadap benturan dan menghindari pengukuran yang
melebihi skala termometer.Sumber kesalahan termometer bulb:1.time
constant effect, waktu yang diperlukan konduksi panas dari luar ke
tengah batang kapiler2.thermal capacity effect, apabila massa yang
diukur relatif kecil, akan banyak panas yang diserap oleh
termometer dan mengurangi suhu sebenarnya3.cairan (alkohol,
merkuri) yang terputus4.kesalahan pembacaan5.kesalahan
pencelupan
Prinsip kerjathermocoupletergantung dariThermocouple
pengaruh thermoelectric.Jika salah satu junction dipanaskan,
arus mengalir dalam circuit dan dideteksi olehgalvanometer.
Gb. 2.2.11. Thermocouple
Jumlah arus yang dihasilkan tergantung dari perbedaan suhu
antara dua junction dan karakteristiknya. Hal ini pertama kali
diteliti oleh Seeback (1821) sehingga dikenal dengan Seeback
Effect.Cocok untuk digunakan sebagai salah satu element
pengendalian (sensor element for control system).
Penerapan thermocouple
TEKANAN
Tekanan terjadi karena adanya gaya yang bekerja terhadap suatu
bidang luasan.karena itu tekanan dinyatakan sebagai Gaya yang
bekerja pada satuan luas. Dengan demikian satuan yang umum
digunakan adalah kg/cm2 , psi , bar dll.Tekanan yang biasa diukur
pada umumnya masuk salah satu dari 4 jenis tekanan, yaitu :a)
TekananAbsolut( AbsolutePressure). Yaitu harga tekanan yang
sebenarnya, dihitungrelatifterhadap tekanan nol mutlak.b) Tekanan
Gauge (Gauge Pressure). atau dikenal pula sebagai tekananrelatif,
adalah tekanan yang diukurrelatifterhadap tekananatmosfer. jadi
tekananrelatifadalah selisih antara tekananabsolutdengan
tekananatmosfer.c) Vacum atau tekanan hampa adalah dalam hal
tekanan adalah lebih rendah dari tekananatmosfer.d) Tekanan
Deferensial (DifferentialPressure) . adalah suatu tekanan yang
diukur terhadap tekanan yang lain ( beda tekanan ).
KARAKTERISTIK PENGUKURAN
Tujuan dasar instrumentasi proses adalah untuk mendapatkan
informasi penting dalam suatu skema proses instrumentasi dalam
dunia industry yang mana informasi tersebut meliputi
(Pressure,temperature,flow,volume(level),resistancy dll)
Komponen dalam instrumentasi meliputi:
1. measuring:mengukur nilai variable proses2.
indicating:menunjukan nilai variable proses3. recording:mencatat
nilai variabel proses
Karena tahanan logam tertentu akan berubah dengan berubahnya
suhu, sifat ini digunakan untuk mengukur suhu.Jika T maka R (vice
versa).Elemen tahanan biasanya panjang (dibentuk spiral),
diselubungi denganporselin untuk mencegah hubungan singkat antara
wire dan metal sheath.Jenis-jenis logam: platinum, copper,dan
nickel.
Bellows adalah elemen pengukur tekanan yang mampu ber-defleksi
(mengembang). Bellows akurat untuk digunakan mengukur tekanan gage
(Pgage) dengan range antara absolute zero sampai 350 kPa. Terdiri
atas sebuah tubing metal yang bisa mengembang searah mengikuti
panjangnya. Bellows dengan diameter yang lebar bisa membaca low
pressure lebih baik daripada bourdon tube.
Diafragma
Diafragma adalah piringan fleksible (flexible disc) yang bisa
berbentuk tipis (flat diaphragm) atau memiliki lipatan konsentris
(corrugated diaphragm) seperti ditunjukkan pada gambar.
Gambar diafragma