3 flow

11-Oct-13 Janu Pardadi 1

METROLOGI TERMAL


Pengukuran Aliran Fluida penting dalam aplikasinya mulai dari pengukuran laju

aliran darah manusia sampai pengukuran aliran oxygen dalam roket.

Berbagai proyek penelitian dan proses di Industri tergantung pada sejumlah

pengukuran aliran fluida untuk mendapatkan data yang akan dianalisis.

Pemilihan instrumen yang tepat untuk aplikasi khusus ditentukan oleh

berbagai variabel termasuk biaya.

Untuk berbagai proses industri, ketelitian dari pengukuran aliran fluida

berhubungan langsung dengan keuntungan. Contoh sederhana, pompa bahan

bakar di SPBU dan meteran air serta meter listrik di rumah.

Dengan mudah kita bisa melihat bahwa kesalahan kecil pada pengukuran gas

alam yang besar atau pipa minyak akan memberikan perbedaan ribuan dollar

untuk periode waktu tertentu.

Peralatan ukur aliran fluida sering memerlukan pengukuran tekanan dan

temperatur yang teliti untuk menghitung output dari alat ukur itu sendiri.

PENGUKURAN ALIRAN


PENGUKURAN ALIRAN


POSITIVE-DISPLACEMENT METHODS

Laju Aliran fluida yang non-kompresibel seperti air bisa diukur langsung melalui

teknik Penimbangan-Langsung.

Waktu yang diperlukan untuk mengumpulkan sejumlah cairan ke dalam tangki

diukur, dan kemudian dilakukan pengukuran teliti pada berat cairan yang

terkumpul. Dengan demikian laju aliran rata-rata bisa dihitung dengan mudah.

Teknik Penimbangan Langsung sering digunakan untuk meng-kalibrasi flow-meter air dan cairan yang lain.

Positive-displacement flowmeter secara umum digunakan untuk aplikasi dimana

diperlukan ketelitian tinggi yang konsisten pada kondisi aliran yang stabil /

steady.

Peralatan khusus positive-displacement adalah pengukur air di rumah seperti

terlihat dibawah dgn. Error 1%

PENGUKURAN ALIRAN


POSITIVE-DISPLACEMENT METHODS

PENGUKURAN ALIRAN


Type lain dari Positive-displacement flowmeter adalah Rotary-vane meter ,

vane ditekan dengan pegas sehingga bisa secara kontak dengan dinding rumah

meter secara terus menerus.

Sejumlah cairan (tetap) terperangkap dalam setiap seksi yang berfungsi seperti

drum eksentrik yang berputar.

Ketidak pastian dari alat ukur ini 0,5 % dan meter ini relatif tidak sensitif

terhadap kekentalan cairan selama vane selalu bisa mempertahankan kontak yang

baik dengan dinding dalam rumah.

PENGUKURAN ALIRAN


Type Lobed-impeller Positive-displacement flowmeter, bisa digunakanuntuk pengukuran aliran gas atau cairan.

Impeller dan rumahnya dikerjakan secara teliti dan bisa berpasangan secara baik.

Pada sistem ini, fluida masuk selalu terperangkap antara 2 rotor dan terdorong

ke saluran keluar.

Cepat/lambatnya putaran poros rotor menunjukkan volume fluida yang mengalir.

PENGUKURAN ALIRAN


PENGUKURAN ALIRAN


FLOW-OBSTRUCTION METHODS

Sejumlah type flowmeter masuk dalam katagori peralatan OBSTRUCTION . Sebagian alat sering disebut head meter karena pengukuran head-loss atau

prsseure-drop diambil sebagai indikasi dari laju aliran. Kelompok ini juga disebut

dengan differential-pressure meters .

Berdasarkan sistem aliran 1 – dimensi seperti gambar di atas, hubungan

kontinyuitas untuk situasi tersebut :

( 1 )

PENGUKURAN ALIRAN



m adalah kecepatan. Bila aliran adiabatis, tanpa gesekan dan fluidanya in-

compressible persamaan Bernoulli bisa ditulis

Dimana r1 = r2 dengan menggabungkan ke dua persamaan di atas maka penurunan

tekanan

( 2 )

PENGUKURAN ALIRAN

( 3 )



Laju aliran volumetrik

( 4 )

PENGUKURAN ALIRAN



Kita bisa melihat bahwa dengan saluran seperti gambar di atas bisa

digunakan untuk mengukur aliran dengan mengukur penurunan tekanan ( p1

– p2 ) dan menghitung aliran dengan rumus di atas.

Tidak ada saluran yang bebas gesekan, selalu ada gesekan sehingga ada

losses pada aliran tersebut. Rumus Laju aliran volumetris ( 4 ) seperti di

atas adalah ideal dan mempunyai hubungan dengan laju aliran aktual

sebagai :

PENGUKURAN ALIRAN

( 5 )



Discharge coefficient C tidak konstan dan sangat tergantung pada Reynolds number dan geometri dari saluran.

Bila aliran berupa gas ideal, maka persamaan di bawah bisa digunakan

Dimana T = temperatur absolut dan R = konstanta Gas (untuk gas yang tertentu),

bisa di ekspresikan dalam konstanta gs universal R dan berat molekular :

R = 8314 J/kg.mol.oK atau 1545 ft.lbf/lbm.mol.oR

Untuk reversible adiabatic flow persamaan energi aliran-stabil untuk gs ideal

adalah

( 6 )

( 7 )

PENGUKURAN ALIRAN



Dimana cp adalah specific heat pada tekanan konstan dan dianggap konstan untuk gas

ideal.

Bila persamaan ( 1 ) , ( 6 ), dan ( 7 ) digabung maka menghasilkan

Dengan pendekatan kecepatan kecepatan pada seksi 1 (gambar di depan) di anggap

sangat kecil. Rumus di atas bisa disederhanakan

( 8 )

( 9 )

PENGUKURAN ALIRAN



dengan Dp = p1 – p2 dan g = cp/cv adalah ratio dari spesifik heat untuk gas. Persamaan

(9) berlaku untuk Dp < p1 /4 , bila Dp < p1 /10 maka :

( 10 )

PENGUKURAN ALIRAN



Sebagai catatan, persamaan (10) bisa menjadi persamaan (4) bila kerapatan pada

persamaan (6) di subsitusikan. Sehingga untuk Dp yang kecil dibanding dengan p1 , aliran

dari fluida compressible bisa di dekati dengan aliran dari fluida incompressible.

3 meter obstruction khusus bisa terlihat seperti di bawah

PENGUKURAN ALIRAN



Venturi memberikan keuntungan : ketelitian yang tinggi dan penurunan tekanan

yang kecil, orifice bisa dipertimbangkan karena harganya murah.

Flow nozzle dan orifice relatif mempunyai penurunan tekanan tinggi yang permanen.

Laju aliran dari ke 3 alat dihitung dengan dasar persamaan (4) dengan penentuan

konstanta impiris yang tepat

PENGUKURAN ALIRAN

( 11 )

( 12 )

( 13 )



Untuk orifice ekspresi eksperimental Y

Bila dibuat pengukuran aliran untuk fluida compressible, maka perlu parameter

tambahan faktor ekspansi Y. untuk venturi dan nozzle :

Bila digunakan flange taps atau vena contracta taps . Orifice dengan sambungan pipa

tersebut di apliksikan

( 14 )

( 15 )

( 16 )

PENGUKURAN ALIRAN



Faktor ekspansi eksperimental yang diberikan oleh persamaan (15) dan (16) mempunyai

ketelitian + 0,5% untuk 0,8 < p2 / p1 < 1,0.

Plot dari faktor ekspansi Ya dan Y1 seperti gambar di bawah

PENGUKURAN ALIRAN



PENGUKURAN ALIRAN



Penggunaan dari koefisien aliran (perkalian) CM hanya pada hal-hal sesuai perjanjian.

Bila fluida compressible, persamaan di atas dimmodifikasi dengan faktor Y dan

kerapatan fluida di ukur/evaluasi pada kondisi Inlet.

Nozzle dan Orifice, aliran incompressible

Kita mempunyai persmaan semi-eksperimental yang secara konvensional digunakan pada

ventury, nozzle, dan orifice :

Ventury, aliran incompressible

( 17 )

( 18 )

PENGUKURAN ALIRAN



Penggunaan dari koefisien aliran (perkalian) CM hanya pada hal-hal sesuai perjanjian.

Bila fluida compressible, persamaan di atas dimmodifikasi dengan faktor Y dan

kerapatan fluida di ukur/evaluasi pada kondisi Inlet.

Ventury, aliran incompressible

Nozzle dan Orifice, aliran incompressible

( 19 )

( 20 )

PENGUKURAN ALIRAN


PERTIMBANGAN PRAKTIS untuk OBSTRUCTION METER Unit yang terkait pada persamaan (17) sampai (20) adalah

PENGUKURAN ALIRAN


PERTIMBANGAN PRAKTIS untuk OBSTRUCTION METER

Konstruksi dari obstruction meter sudah distandard-kan oleh American Society of

Mechanical Engineering.

Proporsi dai tabung ventury yang direkomendasikan adalah

PENGUKURAN ALIRAN



PENGUKURAN ALIRAN


Laju Aliran

dengan= laju aliran tiap satuan waktu= kerapatan lokal aliran= kecepatan lokal aliran= luas penampang aliran

Aliran dibedakan atas : * aliran LAMINER* aliran TURBULEN

LAMINER TURBULEN

PENGUKURAN ALIRAN


* Aliran Laminer dalam PIPA :

Vavg = kecepatan rata-2= V0 / 2

* Aliran Turbulen dalam PIPA Halus ( smooth pipe ) :

n tergantung pada “Reynolds number” Re

PENGUKURAN ALIRAN


D = diameter pipam = viskositas absolut

n

Re

Hubungan n vs Re

PENGUKURAN ALIRAN


TABUNG PITOT

Incompressible flow (aliran tak mampu mampat)

dengan

Vo = kecepatan di O

Vs = kecepatan di S

g = berat per satuan volume

g = gravitasi lokal

po = tekanan di O

ps = tekanan stagnasi di S

Arah aliran

O

Pitot tubePiezometertube

Tekanan dinamis

h

h1

S

PENGUKURAN ALIRAN


TABUNG PITOT

Incompressible flow (aliran tak mampu mampat)

Untuk VS = 0 tekanan dinamis pS – pO = (g.Vo2)/2.g = (2gh)0,5

Kecepatan di O :

PENGUKURAN ALIRAN


PENGUKURAN ALIRAN

3 flow

Documents

Transcript of 3 flow