Elektromagnetic Flowmeter

M. Arief Syahputra : “Studi Flowmeter Magnetik” (Aplikasi Pada Laboratorium Instrumentasi PTKI Medan-Sumut), 2010.

“ STUDI FLOWMETER MAGNETIK “

( Aplikasi Pada Laboratorium Instrumentasi PTKI Medan-Sumut )

OLEH :

Nama : M. ARIE SYAHPUTRA

NIM : 03 5203 012

Karya Akhir Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan

Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan

PROGRAM DIPLOMA - IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2009


“ STUDI FLOWMETER MAGNETIK “

( Aplikasi Pada Laboratorium Instrumentasi PTKI Medan-Sumut )

OLEH :

Nama : M. ARIE SYAHPUTRA NIM : 03 5203 012

Disetujui oleh :

A.n Pembimbing Karya Akhir

Rahmad Fauzi, ST., MT. NIP. 132 161 239

Diketahui oleh :

A.n Ketua Program Diploma - IV

Teknologi Instrumentasi Pabrik

Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

Sekretaris,

Rahmad Fauzi, ST., MT. NIP. 132 161 239

PROGRAM DIPLOMA - IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2009


ABSTRAK

Pada dunia industri penggunaan peralatan instrumentasi merupakan hal

yang sangat penting dalam proses operasi produksi suatu pabrik. Untuk itu

peralatan tersebut harus dapat menghasilkan pengukuran dengan optimal.

Beberapa parameter yang menjadi dasar bahan pengukuran dalam jalannya proses

yaitu tekanan (pressure), suhu (temperature), tinggi permukaan (level) dan aliran

(flow).

Salah satu contoh dari instrument adalah Flowmeter Magnetik. Flowmeter

Magnetik menerapkan Hukum Faraday terhadap induksi elektromagnetik. Ia

mengukur kecepatan aliran fluida konduktif secara elektrikal yang mengalir

melalui medan magnetik dengan cara mendeteksi tegangan yang diinduksikan ke

dalam cairan. Besarnya sinyal tegangan (E) bergantung kepada kecepatan rata-rata

aliran fluida (v) yang melewati kekuatan medan magnetik (B) dan panjang

konduktornya (d).

Kata kunci : aliran (flow), flowmeter, elektromagnetik, konduktif

i


KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, atas berkat dan

rahmatnyalah penulis dapat menyelesaikan karya akhir ini.

Tidak lupa pula penulis ucapkan ribuan terima kasih kepada Ayahanda dan

Ibunda tercinta yang tak pernah letih mengasuh, membesarkan, memberi

dukungan moril maupun materil dan selalu menyertai ananda dengan do’a sampai

ananda menyelesaikan Karya Akhir ini.

Dalam proses penyusunan karya akhir ini, penulis telah mendapat

bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik bantuan materil, informasi,

administrasi maupun spiritual. Oleh karena itu maka sepantasnya penulis

mengucapakan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Orang tua tercinta Ir. Zulkifli Husain dan Zuraya Nst. beserta keluarga

yang telah memberikan dukungan moril dan materil juga do’a nya.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. selaku Dekan fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT. selaku Dosen Pembimbing dan Ketua

Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik.

4. Bapak Rahmad Fauzi ST., MT. selaku Sekretaris Program Studi

Teknologi Instrumentasi Pabrik.

5. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane selaku Dosen Wali.

6. Bapak Ir. H. Mansyur, M.Si. selaku pembimbing lapangan.

ii


7. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik yang

tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, khususnya angkatan 2003

yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan karya akhir

ini.

Akhir kata tak ada gading yang tak retak, karena keterbatasan waktu dan

kemampuan, penulis menyadari bahwa dalam pembuatan karya akhir ini masih

terdapat banyak kekurangan maupun kesalahan. Untuk itu penulis membuka diri

atas segala kritik dan saran yang bersifat membangun agar dapat didiskusikan dan

dipelajari bersama demi kemajuan wawasan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Semoga karya akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Juni 2009

Penulis

iii


DAFTAR ISI

ABSTRAK ......................................................................................................... i

KATA PENGANTAR ....................................................................................... ii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... iv

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vi

DAFTAR TABEL .............................................................................................. viii

DAFTAR ISTILAH ........................................................................................... ix

BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1

I.1. Latar Belakang Karya Akhir ................................................................... 1

I.2. Rumusan Masalah Karya Akhir .............................................................. 2

I.3. Tujuan Penulisan Karya Akhir ................................................................ 2

I.4. Manfaat Penulisan Karya Akhir .............................................................. 2

I.5. Batasan Masalah Karya Akhir ................................................................. 2

I.6. Metode Penulisan Karya Akhir ............................................................... 3

I.7. Sistematika Pembahasan Karya Akhir .................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................... 5

II.1. Fluida ....................................................................................................... 5

II.2. Sensor Aliran Magnetik ........................................................................... 27

II.3. Indicating Instrument ............................................................................... 28

iv


BAB III METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN

FLUIDA DENGAN FLOWMETER MAGNETIK ................... 30

III.1. Gambaran Umum .................................................................................... 30

III.2. Pengukuran Aliran Dengan Flowmeter Magnetik .................................. 31

(a) Prinsip Pengukuran ............................................................................ 31

(b) Metode Eksitasi ................................................................................. 32

(c) Struktur Detektor ............................................................................... 34

(d) Konverter ........................................................................................... 37

BAB IV ANALISA PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN

FLOWMETER MAGNETIK ...................................................... 43

IV.1. Umum ...................................................................................................... 43

IV.2. Kondisi Praktek Lapangan ...................................................................... 48

IV.3. Data ......................................................................................................... 52

IV.3.1. Data Spesifikasi Flowmeter Magnetik ....................................... 52

IV.3.2. Data Kerja Flowmeter Magnetik ............................................... 52

IV.4. Analisa Data ............................................................................................ 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 56

V.1. Kesimpulan .............................................................................................. 56

V.2. Saran ........................................................................................................ 57

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

v


DAFTAR GAMBAR

hal.

Gambar 2.1 Aliran fluida Melalui Saluran Mengecil.......................................... 7

Gambar 2.2 Tabung Venturi .............................................................................. 9

Gambar 2.3 Flow Nozzle ................................................................................... 9

Gambar 2.4 Tipe-Tipe Plat Orifice ..................................................................... 11

Gambar 2.5 Vena Contracta .............................................................................. 12

Gambar 2.6 Tap Flange ..................................................................................... 13

Gambar 2.7 Tap Pipa ......................................................................................... 13

Gambar 2.8 Tabung Pitot Dengan Manometer .................................................. 14

Gambar 2.9 Tabung Pitot Mempunyai Tap-Tap Tersendiri .............................. 15

Gambar 2.10 Rota Meter dan Tipe-Tipe Pelampung ......................................... 18

Gambar 2.11 Meter Torak Bolak-Balik ............................................................. 19

Gambar 2.12 Meter Bilah Berputar ................................................................... 20

Gambar 2.13 Meter Baling-Baling .................................................................... 21

Gambar 2.14 Meter Piringan Berayun .............................................................. 21

Gambar 2.15 Meter Roda Gigi Oval .................................................................. 22

Gambar 2.16 Meter Kecepatan Turbin .............................................................. 23

Gambar 2.17 Meter Aliran Magnetik ................................................................ 24

Gambar 3.1 Detektor dan Konverter dari Flowmeter Magnetik ........................ 30

Gambar 3.2 Prinsip Pengukuran Aliran Dengan Flowmeter Magnetik ............. 31

Gambar 3.3 Detektor Ukuran Kecil.................................................................... 35

Gambar 3.4 Konstruksi Penutupan dan Penyekatan Elektroda .......................... 37

Gambar 3.5 Diagram Sirkuit Konverter Berbasis Mikroprosesor ..................... 38

vi


Gambar 3.6 Bentuk Gelombang Sinyal Bagian Utama Konverter ................... 39

Gambar 3.7 Skema Dari Sirkuit Yang Ada ....................................................... 41

Gambar 3.8 Flowmeter Magnetik Dengan Konverter ....................................... 42

Gambar 4.1 Deretan Prinsip Kerja Flowmeter Magnetik .................................. 44

Gambar 4.2 Prinsip Kerja Flowmeter Magnetik Tipe Insertion ........................ 45

Gambar 4.3 Instalasi Alat Ukur Secara Vertikal ................................................ 46

Gambar 4.4 Instalasi Alat Ukur Secara Horizontal ............................................ 47

Gambar 4.5 Diagram Fisik Pengukuran Aliran Air Dengan

Flowmeter Magnetik ..................................................................... 48

Gambar 4.6 Diagram Blok Sistem Pengontrolan .............................................. 50

vii


DAFTAR TABEL

hal.

Tabel 3.1 Detektor Flowmeter Magnetik (Contoh) ............................................ 34

Tabel 3.2 Karakteristik Saluran (Lining) ............................................................ 36

Tabel 4.1 Data Kerja Flowmeter Magnetik ........................................................ 52

viii


DAFTAR ISTILAH

Tap : lubang pengukur tekanan

Orifice : lubang

Stainless steel : baja tidak berkarat

EMF : Elektro Motive Force (tegangan induksi)

Konduktif : bersifat penghantar listrik

Elektrikal : bersifat kelistrikan

Bore : diameter tabung pengukur flowmeter magnetik

Volumetrik : berdasarkan jumlah

Proporsional : sebanding

Signal lead wire : kabel utama

Lining : saluran/selaput pelindung elektroda

Core : inti besi

Coil : kumparan kawat

Housing : penutup

Sanitary : bersih

Sealing : penutupan

Insulating : penyekatan

Wafer : semacam bundaran yang berisi sesuatu

Insertion : penyisipan

Grounding : sistem pembumian

Upstream : menuju (masuk)

Downstream : meninggalkan (keluar)

ix


BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Kemajuan dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang

semakin pesat, di mana telah diciptakan suatu peralatan yang modern dalam

hal mempercepat dan mempermudah suatu pekerjaan khususnya dalam

industri. Instrumen yaitu peralatan yang digunakan untuk mengukur serta

mengendalikan berbagai operasi kerja sistem seperti tekanan, laju aliran,

temperatur serta level (permukaan). Tujuan dari kegiatan pengukuran ini

adalah untuk mendapatkan hasil yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan,

memperkecil kemungkinan terjadinya kerusakan unit operasi tersebut.

Dalam suatu proses produksi di pabrik, peran pengendalian laju aliran

ini sangatlah penting untuk menjaga keadaan aliran tetap sesuai dengan

standar operasi. Flowmeter Magnetik dipasang pada pipa, baik pipa

mendatar ataupun pipa tegak, namun kondisi pemasangan harus benar dan

tepat sehingga akan didapat nilai yang akurat.

Sensor yang ditempatkan akan mendeteksi aliran fluida, kemudian

konverter mengirimkan ke display untuk ditampilkan dalam bentuk angka-

angka melalui tampilan digital (seven segment) dengan satuan l/detik.

Berdasarkan penjelasan tersebut di atas, maka penulis tertarik

mengambil judul Karya Akhir yaitu :

“STUDI FLOWMETER MAGNETIK (Aplikasi Pada Laboratorium

Instrumentasi PTKI Medan - Sumut)“.

1


I.2. Rumusan Masalah

Pada karya akhir ini hal-hal penting yang menjadi rumusan masalah

adalah sebagai berikut :

a. Bagaimana cara mengukur aliran air dengan Flowmeter Magnetik.

b. Apa saja bagian-bagian dari pengukuran yang mendukung untuk

mengukur aliran dengan Flowmeter Magnetik.

I.3. Tujuan Penulisan Karya Akhir

Tujuan Penulisan karya akhir ini ada beberapa macam, antara lain

adalah :

a. Untuk mengetahui jumlah debit air yang mengalir pada pipa.

b. Untuk mengetahui kecepatan aliran fluida yang mengalir pada pipa.

I.4. Manfaat Penulisan Karya Akhir

Penulisan karya akhir ini diharapkan bermanfaat untuk :

1. Pedoman bagi mahasiswa yang membahas masalah yang berhubungan

dengan topik bahasan.

2. Mengenal dan memahami alat ukur aliran fluida Flowmeter Magnetik.

I.5. Batasan Masalah

Agar pembahasan karya akhir ini tidak terlalu meluas, maka penulis

memberikan batasan-batasan masalah pembahasan sebagai berikut :

a. Hanya membahas tentang prinsip kerja dari Flowmeter Magnetik.

2


b. Hanya menjelaskan bagaimana cara mengukur aliran fluida dengan

menggunakan Flowmeter Magnetik.

c. Tidak membahas secara mendetail mengenai rumus-rumus dan

penurunannya.

I.6. Metode Penulisan Karya Akhir

Dalam membahas suatu objek, kelengkapan data suatu objek

merupakan bagian yang harus dipenuhi. Untuk melengkapi data tersebut

maka penulis menggunakan metode pengumpulan data sebagai berikut :

1. Secara Teoritis

Mengumpulkan data dan mencari data spesifikasi yang diperlukan

tentang flowmeter magnetik, serta mencari buku-buku yang sesuai

dengan topik bahasan penulis dan studi kepustakaan.

2. Secara Praktis

Dengan melakukan pengamatan di lapangan (pengambilan data) di

Laboratorium Instrumentasi PTKI Medan-Sumut.

I.7. Sistematika Pembahasan

Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan karya akhir ini,

maka penulis membuat sistematika pembahasan. Sistematika pembahasan

ini merupakan urutan bab demi bab termasuk isi dari sub bab - sub babnya.

Adapun sistematika pembahasan tersebut adalah sebagai berikut :

3


BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang penulisan karya akhir, rumusan

masalah karya akhir, tujuan penulisan karya akhir, manfaat penulisan karya

akhir, batasan masalah karya akhir, metode penulisan karya akhir serta

sistematika pembahasan karya akhir.

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisikan pengantar, pengukuran aliran fluida dengan

Flowmeter Magnetik, variable input dan variable output.

BAB III METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN

FLUIDA DENGAN FLOWMETER MAGNETIK

Bab ini memberikan gambaran umum serta metode pelaksanaan

pengukuran aliran fluida menggunakan Flowmeter Magnetik.

BAB IV ANALISA PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN

FLOWMETER MAGNETIK

Bab ini membahas analisa ketelitian kerja dari pengukuran aliran air

dengan menggunakan Flowmeter Magnetik.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dan saran.

4


BAB II

LANDASAN TEORI

II.1. Fluida

Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus-menerus bila

terkena tegangan geser. Gaya geser adalah komponen gaya yang

menyinggung permukaan. Tegangan geser pada suatu titik adalah nilai batas

perbandingan gaya geser terhadap luas dengan berkurangnya luas hingga

menjadi titik tersebut. Suatu zat cair ditempatkan di antara dua buah plat

sejajar, dengan jarak antara yang kecil dan besar sedemikian luasnya

sehingga keadaan pada tepi-tepi plat dapat diabaikan. Plat bawah terpasang

tetap dan suatu gaya F ditetapkan pada plat atas, yang mengerahkan

tegangan geser F/A pada zat apapun yang terdapat di antara plat-plat.

A ialah luas plat atas satuannya (m2). Bila gaya F menyebabkan plat

bergerak dengan suatu kecepatan (bukan nol) satuannya (N), betapapun

kecilnya F, maka kita dapat menyimpulkan bahwa zat di antara kedua plat

tersebut adalah fluida. Termasuk fluida adalah air, gas dan zat padat. Yang

dimaksud dengan aliran (flow) disini ada tiga macam, yaitu:

1. Kecepatan fluida mengalir (m/s),

2. Debit (banyaknya volume) fluida mengalir per satuan waktu (l/dtk),

3. Jumlah (volume) fluida yang mengalir untuk selang waktu tertentu

(liter, galon, dll.).

5


Jenis alat ukur aliran (flow) sebenarnya sangat banyak, pada dasarnya

dapat dibagi menjadi tiga bagian besar yaitu :

1. Head Flowmeter,

2. Area Flowmeter,

3. Positive Displacement Meter.

Ketiga jenis alat ukur aliran aliran (flow) ini memiliki prinsip kerja

yang berbeda pula. Beberapa macam dari masing-masing jenis alat ukur

aliran (flowmeter) akan dibahas pada bagian berikut.

1. Head Flowmeter

Untuk mengukur aliran fluida dalam suatu pipa dengan head flowmeter,

maka pada aliran fluida itu dipasang suatu penghalang dengan diameter

lubang yang lebih kecil dari diameter pipa, sehingga tekanan maupun

kecepatannya berubah. Dengan mengukur perbedaan tekanan antara sebelum

dan sesudah penghalang, dapat ditentukan besarnya aliran fluida. Beberapa

alat ukur aliran (flowmeter) yang merupakan pengukur aliran jenis Head

Flowmeter, yaitu :

a. Tabung Venturi

b. Flow Nozzle

c. Plat Orifice

d. Tabung Pitot

6


Sebelum membahas keempat Flowmeter ini, akan dibahas lebih dahulu

hubungan antara perbedaan tekanan dan kecepatan aliran yang menjadi

prinsip dari Head Flowmeter. Pada Gambar 2.1 [2] terlihat suatu aliran

fluida yang melalui pipa dengan luas penampang di bagian masukan (input)

lebih besar dari bagian keluaran (output). Misalkan kecepatan, tekanan dan

luas penampang di bagian input adalah V1, P1 dan A1 sedangkan di bagian

output adalah V2, P2 dan A2.

Gambar 2.1 Aliran Fluida Melalui Saluran Mengecil

Di sini berlaku persamaan kontinuitas, dimana banyaknya fluida yang

masuk sama dengan banyaknya fluida yang keluar, dapat dilihat pada

persamaan 2.1 [2] :

V1 x A1 = V2 x A2 ...........................................(2.1)

Dengan menganggap bahwa kecepatan fluida pada seluruh penampang

sama, maka berlaku persamaan Bernouli [2] :

P1 + ½ ρ V12 = P2 + ½ ρ V2

2 ..................................(2.2)

Di mana :

P = Tekanan fluida

V = Kecepatan aliran

ρ = Massa jenis fluida

7


Dari kedua persamaan diatas didapat [2] :

)(2

)(121

2

1

2

2 PP

AA

AQ −−

=ρ

..................................(2.3)

Di mana :

Q = Laju aliran (liter/detik)

Bila luas penampang A2 << A1, maka [2] :

ρ

212

(2 PPAQ −= ..........................................(2.4)

Jadi di sini terlihat bahwa dengan mengukur perbedaan tekanan (P1-P2)

dapat ditentukan besarnya laju aliran. Tetapi biasanya dalam praktek,

persamaan di atas masih harus dikoreksi dengan suatu koefisien yang

disebut koefisien discharge. Koefisien discharge ini tidak konstan dan

besarnya ditentukan dari kerugian-kerugian gesekan akibat kekasaran bagian

dalam pipa, bentuk geometri dari saluran dan bilangan Reynold. Aliran

turbulen mempunyai bilangan Reynold yang tinggi, lebih besar dari 2000.

Sedangkan bila bilangan Reynoldnya rendah (lebih rendah dari 2000),

alirannya merupakan aliran laminer. Bilangan Reynold untuk aliran dalam

pipa dirumuskan dengan [2] :

µ

ρ DvRd = ..............................................(2.5)

Di mana :

ρ = Massa jenis fluida

v = Kecepatan rata-rata aliran fluida

D = Diameter pipa

8


µ = Viskositas (kekentalan) fluida

a. Tabung Venturi

Tabung Venturi mempunyai bentuk seperti pada Gambar 2.2 [2]. Pada

sekeliling pipa sering dibuat lubang-lubang yang jalan keluarnya dijadikan

satu dan dihubungkan dengan pengukuran tekanan (disebut cincin

piezometer). Dengan demikian tekanan yang diukur merupakan tekanan

rata-rata sehingga pengukuran menjadi lebih cepat dan teliti.

Gambar 2.2 Tabung Venturi

Kemiringan dibagian input kira-kira sebesar 30º sedangkan dari bagian

output lebih kecil, yaitu antara 3º sampai 15º. Perbandingan diameter antara

leher dan pipa terletak antara 0,25 mm sampai 0,50 mm. Hasil pengukuran

aliran dengan menggunakan Tabung Venturi ini merupakan pengukuran

yang paling teliti bila dibandingkan dengan Head Flowmeter yang lain,

tetapi juga paling mahal harganya. Karena bagian leher merupakan bagian

yang lebih mudah rusak maka kadang-kadang bagian leher ini dibuat sebagai

unit tersendiri agar mudah diganti.

9


b. Flow Nozzle

Flow Nozzle mempunyai bentuk yang lebih sederhana bila dibandingkan

dengan Tabung Venturi, seperti terlihat pada Gambar 2.3 [2].

(a) (b)

Gambar 2.3 Flow Nozzle

Tap (lubang pengukur tekanan) pada Flow Nozzle ini diletakkan kira-

kira pada jarak satu kali diameter pipa (1 D) di muka bagian input dan

setengah diameter pipa (½ D) di belakang bagian output seperti terlihat pada

Gambar 2.3 (a) atau tepat di bagian outputnya, tergantung pada pabrik

pembuatannya seperti terlihat pada Gambar 2.3 (b).

Flow Nozzle ini mempunyai ketelitian yang lebih rendah bila

dibandingkan dengan Tabung Venturi, tetapi harganya juga lebih rendah.

Berbeda dengan Tabung Venturi yang dalam pemasangannya mengganggu

sambungan pipa saluran, pemasangan Flow Nozzle dapat dilakukan tanpa

mengganggu sambungan pipa.

10


c. Plat Orifice

Plat Orifice merupakan alat ukur aliran yang paling murah, paling

mudah pemasangannya, tetapi juga paling kecil ketelitiannya diantara alat

ukur aliran jenis Head Flowmeter. Plat Orifice merupakan plat yang

berlubang dengan pinggiran yang tajam. Plat ini terbuat dari bahan-bahan

yang kuat.

Selain terbuat dari logam, ada juga orificenya yang terbuat dari plastik

agar tidak terpengaruh oleh fluida yang mengalir (erosi atau korosi).

Macam-macam tipe Plat Orifice dapat dilihat pada Gambar 2.4 [2].

(a) Concentric (b) Eccentric (c) Segmental

Gambar 2.4 Tipe-Tipe Plat Orifice

Plat Orifice tipe eksentris dan segmental digunakan untuk mengukur

aliran yang mengandung bahan-bahan padat. Bila digunakan Plat Orifice

tipe konsentris, maka akan timbul endapan-endapan benda padat yang akan

mengganggu pengukuran. Demikian juga lubang kecil yang terletak pada

bagian bawah, dibuat sedemikian rupa agar kesalahan pengukuran dapat

diperkecil, yaitu untuk mengalirkan fluida akibat kondensasi agar tidak

berkumpul pada Plat Orifice yang dapat mengganggu pengukuran aliran

fluida. Untuk aliran fluida udara yang terjebak dialirkan dengan memberi

11


lubang kecil di bagian atas. Pemasangan tap (lubang) pengukuran untuk Plat

Orifice ada beberapa macam, yaitu :

a. Tap Vena Contracta

b. Tap Flange

c. Tap Pipa

Tap pertama dari Tap Vena Contracta diletakkan pada jarak 1 D sebelum

orifice sedangkan tap kedua pada Vena Contracta. Vena Contracta adalah

tempat di mana luas aliran mencapai minimum, sehingga tekanannya paling

kecil seperti terlihat pada Gambar 2.5 [2].

Gambar 2.5 Vena Contracta

Oleh karena letaknya tergantung kepada diameter pipa dan diameter

orifice maka pemasangan tap kedua ini akan berbeda untuk pipa dan orifice

yang berbeda. Keuntungan dari Tap Vena Contracta adalah bahwa

pengukurannya lebih teliti, karena mendapat tekanan diferensial yang lebih

besar. Kerugiannya ialah bahwa tap kedua harus dipasang pada pipa dengan

tepat pada Vena Contracta.

12


Tap Flange diletakkan simetris di kiri dan kanan orifice kira-kira sejauh

satu inci. Keuntungan cara ini adalah tap-tapnya dapat dipasang menjadi

satu dengan flange pipa tanpa mengganggu pipa, dan Plat Orifice dapat

digantikan tanpa harus mengubah letak tap. Kerugiannya adalah hasil

pengukuran yang kurang teliti, karena terdapat beda tekanan yang kecil.

Pemasangan Tap Flange dapat dilihat pada Gambar 2.6 [2].

Gambar 2.6 Tap Flange

Tap pertama dari Tap Pipa diletakkan sejauh 2½ D sebelum orifice

sedangkan tap kedua sejauh 8 D sesudah orifice, seperti terlihat pada

Gambar 2.7 [2].

Gambar 2.7 Tap Pipa

Tekanan diferensial yang diukur kecil sekali karena hanya menyatakan

rugi tekanan oleh orifice. Umumnya tap pipa ini jarang dipakai. Agar

pengukuran aliran dengan menggunakan Plat Orifice dapat dilakukan

dengan ketelitian yang tinggi maka di dekat tap-tap, tekanan tidak boleh

mengalami gangguan. Ganguan-gangguan ini dapat terjadi bila di dekat tap

13


ini terdapat fitting seperti sambungan pipa, belokan, katup, regulator, pompa

dan lain-lain. Umumnya daerah sejauh 5 m sebelum orifice sampai 20 m

sesudah orifice harus bebas dari fitting-fitting. Angka-angka ini bisa sedikit

berbeda tergantung pada perbandingan diameter dan tipe fitting yang

berbeda di kiri dan kanan orifice.

d. Tabung Pitot

Tabung Pitot berbeda dengan ketiga Head Flowmeter yang telah

diterangkan sebelumnya untuk mengukur debit atau laju aliran, maka

Tabung Pitot ini merupakan pengukur kecepatan fluida mengalir.

Prinsip kerjanya hampir sama dengan pengukur yang lain. Dapat dilihat

pada Gambar 2.8 [2].

Gambar 2.8 Tabung Pitot dengan Manometer

Tabung Pitot yang dipasang di dalam aliran fluida dengan mulut

menghadap arah aliran. Di sini dianggap bahwa fluida di mulut tabung pitot

diam atau mempunyai kecepatan nol. Sehingga bentuk persamaan

Bernoulinya menjadi [2] :

ρρ

22

11

2PVP

=+ ..............................................(2.6)

14


−=

−=

ρρ1212

1 22 PPPPV ................................(2.7)

Dengan mengukur perbedaan tekanan (P2-P1) maka kecepatan fluida

langsung dapat diketahui. Keuntungan dari Tabung Pitot adalah pengukuran

tidak hanya dapat dilakukan dalam pipa-pipa tertutup tetapi juga dalam

saluran-saluran terbuka. Kerugiannya adalah tidak dapat dipakai untuk

mengukur kecepatan fluida yang mengandung benda-benda padat. Pada

Gambar 2.9 [2] terlihat suatu Tabung Pitot dimana kedua tapnya merupakan

bagian dari Tabung Pitot itu sendiri. Sehingga tidak mengganggu

(melubangi) pipa saluran.

Gambar 2.9 Tabung Pitot Yang Mempunyai Tap-Tap Tersendiri

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi Head Flowmeter pada proses

pengukuran aliran fluida, yaitu :

a. Kerapatan (densitas) dari cairan

b. Temperatur

c. Tekanan (gas)

d. Kekentalan (viskositas)

e. Aliran yang tidak konstan (osilasi)

f. Kesalahan pemasangan pipa

15


g. Ketelitian pembuatan orifice

h. Adanya gas yang terjebak pada cairan

2. Area Flowmeter

Prinsip kerja Area Flowmeter merupakan kebalikan dari Head

Flowmeter. Pada Head Flowmeter, aliran melewati saluran yang mempunyai

luas tertentu (ditentukan oleh luas pipa dan luas hambatan) yang kemudian

perbedaan tekanan diukur, sehingga dapat diketahui debitnya. Sebaliknya

pada Area Flowmeter mempunyai skala yang linier.

Salah satu jenis dari Area Flowmeter adalah Rota Meter. Skema dari

Rota Meter ini terlihat pada Gambar 2.10 (a) [2]. Rota Meter ini terdiri dari

suatu kerucut yang terbuat dari gelas (kaca) atau bahan lain yang transparan

dan berskala dengan suatu pelampung di dalamnya. Beberapa bentuk

pelampung untuk keperluan ini dapat juga dilihat pada Gambar 2.10 (b) [2].

Pelampung ini terbuat dari bahan-bahan yang tahan karat terhadap fluida

yang mengalir, biasanya terbuat dari stainless steel. Oleh karena adanya

aliran fluida maka pelampung akan naik, dalam keadaan setimbang akan

diam pada suatu posisi. Semakin besar alirannya maka semakin tinggi

posisinya. Rota Meter harus dipasang tegak lurus (kemiringan ≤ dari 2º).

Misalkan pelampung memiliki berat W, volume VP dan luas penampang

terbesar AP. Berat pelampung terbesar ini diimbangi gaya ke atas oleh fluida

dan gaya akibat perbedaan tekanan. Jadi dalam keadaan setimbang [2] :

W = ΔP . Ap + ρgf . Vp

16


p

pgf

AVW

P.ρ−

=∆ ........................................(2.8)

Di mana :

ρgf = Berat jenis fluida

ΔP = Beda tekanan

Di sini terlihat bahwa beda tekanan ΔP tidak tergantung dari posisi

pelampung. Jadi pada posisi manapun beda tekanan akan konstan. Oleh

karena luas penampang kerucut berubah terhadap posisi penampang, maka

luas penampang dimana fluida mengalir di sekeliling pelampung juga

tergantung pada posisi. Penampang aliran fluida ini berbentuk cincin. Di

dalam aliran ini dianggap berlaku persamaan kontinuitas Bernoulli, sehingga

pelampung akan mengatur dirinya sendiri pada posisi di mana kedua

persamaan tadi dipenuhi. Dapat diturunkan dari kedua persamaan ini bahwa

[2] :

)(2)(1

(

2 gAggVg

AAAAACQ

FP

FPP

K

PK

PK

ρρρ −

−−

−= ......................(2.9)

Di mana :

C = Koefisien discharge

AK = Luas penampang kerucut

AP = Luas penampang pelampung terbesar

ρFg = Berat jenis fluida

ρFg = Berat jenis pelampung

17


Bila 1)( 2 <<−

K

PK

AAA , maka bentuk persamaan di atas menjadi [2] :

Q = K (AK – AP)...........................................(2.10)

Jadi laju aliran Q hanya merupakan fungsi dari luas kerucut. Bila sudut

kemiringan kerucut kecil, maka luas kerucut ini sebanding dengan posisi

pelampung. Dengan demikian debit yang akan diukur sebanding dengan

tinggi pelampung. Oleh karena berat jenis fluida mempengaruhi persamaan

diatas, maka setiap Rota Meter dikalibrasi untuk fluida tertentu. Rota Meter

ini tidak sekuat Head Flowmeter karena terbuat dari bahan transparan, tetapi

akhir-akhir ini sudah berhasil dibuat Rota Meter dari logam dan plastik yang

lebih kuat.

(a) (b)

Gambar 2.10 Rota Meter dan Tipe-Tipe Pelampung

3. Positive Displacement Meter

Positive Displacement Meter merupakan alat ukur jumlah, yaitu

mengukur banyaknya fluida yang telah mengalir melalui suatu saluran

18


tertutup. Ada beberapa macam alat ukur aliran jenis Positive Displacement

Meter, antara lain adalah :

a. Meter Torak Bolak-Balik

Pada Gambar 2.11 [2] terlihat skema dari Meter Torak Bolak-Balik ini.

Torak bergerak bolak-balik dan menggerakkan sebuah katup geser. Letak

katup geser adalah sedemikian rupa sehingga pada saat torak bergerak ke

kiri, fluida di ruang kiri terdesak keluar, sedangkan ruang kanan terisi oleh

fluida masuk. Kemudian pada saat torak bergerak ke kanan terjadi hal yang

sebaliknya, yaitu fluida di ruang kanan terdorong ke luar dan ruang kiri

kembali terisi. Fluida mengalir setiap kali torak melakukan gerak bolak-

balik tertentu volumenya sehingga dengan menghitung jumlah gerak bolak-

balik torak ini dapat diketahui jumlah volume yang telah mengalir

melaluinya. Biasanya torak ini dihubungkan dengan penghitung mekanis.

Gambar 2.11 Meter Torak Bolak-Balik

b. Meter Bilah Berputar

Prinsip kerja meter bilah berputar sama dengan Meter Torak Bolak-

Balik, hanya di sini terjadi gerakan putar, seperti pada Gambar 2.12 [2].

19


Silinder dalam letaknya eksentris terhadap silinder luar dan terpasang bilah-

bilah yang dapat bergerak pada celah-celah pada poros silinder dalam. Pada

ujung-jung bilah terdapat pegas sehingga selalu akan menekan silinder

dalam. Bilah-bilah ini berfungsi sebagai pemisah cairan. Pada saat silinder

dalam berputar, sebagian fluida terdorong keluar melalui salah satu sektor

dan cairan mengalir masuk pada sektor yang lain. Disini juga volume fluida

yang telah mengalir untuk satu kali putar tertentu besarnya. Sumbu silinder

dalam dihubungkan dengan penghitung mekanis sehingga jumlah volume

fluida yang telah melaluinya dapat diketahui. Perlu diketahui disini bahwa

berputarnya silinder dalam ini disebabkan adanya beda tekanan yang bekerja

pada pengukuran aliran ini.

Gambar 2.12 Meter Bilah Berputar

c. Meter Baling-Baling

Meter Baling-Baling ini terdiri dari suatu ruangan yang di dalamnya

dipasang dua buah baling-baling. Bentuk dan posisi kedua baling-baling ini

seperti terlihat pada Gambar 2.13 [2], menyebabkan fluida berganti-ganti

masuk dan keluar dari ruang-ruang yang terpisah oleh kedua baling-baling

tadi. Pengukur aliran jenis ini umumnya dipakai untuk aliran gas.

20


Gambar 2.13 Meter Baling-Baling

d. Meter Piringan Berayun

Prinsip dari Meter Piringan Berayun ini sama dengan ketiga alat ukur

aliran yang telah diterangkan di atas. Yaitu dengan mengisi suatu ruangan

dengan volume tertentu, kemudian karena berayunnya piringan seperti

terlihat pada Gambar 2.14 [2], fluida ini akan dialirkan keluar. Berayunnya

piringan ini disebabkan adanya aliran fluida yang melaluinya. Batang dari

bola yang berada di tengah-tengah piringan dapat dihubungkan ke

penghitung mekanis untuk mengetahui jumlah volume total yang telah

melaluinya.

Gambar 2.14 Meter Piringan Berayun

21


e. Meter Roda Gigi Oval

Bentuk dan cara kerja meter gigi oval mirip dengan Meter Baling-

Baling, hanya kedua baling-baling diganti oleh dua buah roda gigi yang

berbentuk oval. Seperti pada Gambar 2.15 [2].

Gambar 2.15 Meter Roda Gigi Oval

4. Pengukur-Pengukur Aliran Yang Lain

Selain pengukur aliran yang telah dibahas sebelumnya, masih banyak

lagi pengukur-pengukur aliran yang lain. Beberapa diantaranya adalah :

a. Meter Kecepatan Turbin

Turbin akan berputar bila cairan mengenai dan mendorong baling-baling

dari turbin, seperti pada Gambar 2.16 [2]. Suatu kumparan penerima (pick

up coil) yang dipasang pada pipa akan merasakan putaran turbin ini dan

akan menghasilkan pulsa listrik apabila sebuah fluida melaluinya. Frekuensi

pulsa yang dihasilkan akan sebanding dengan volume laju aliran dari cairan.

Sifat-sifat dari Meter Kecepatan Turbin :

a. Ketelitian tinggi (0,5 %)

b. Sesuai untuk cairan dengan kekentalan rendah

22


c. Ukuran kecil

d. Sinyal keluaran berupa pulsa listrik.

e. Dikalikan dengan pengukuran densitas, dapat menunjukkan laju aliran

massa (dilakukan oleh mikroprosesor).

Gambar 2.16 Meter Kecepatan Turbin

b. Meter Aliran Magnetik

Meter Aliran Magnetik bekerja berdasarkan Hukum Faradaytentang

induksi tegangan. Pada suatu aliran muatan listrik yang melintasi medan

magnet akan timbul tegangan yang besarnya [2]:

E = B l v x 10 -8 ..........................................(2.11)

Di mana :

E = Tegangan induksi (Volt)

B = Fluks density (gauss)

l = Panjang konduktor (m)

v = Kecepatan konduktor (m/s)

Fluks density dihasilkan dari :

B = µ0 x H

23


di mana :

µ0 = 4 π x 10-7

H = ρπ x2

1

maka diperoleh :

B = µ0 x H

= ( 4 π x 10-7 ) x ( ρπ x2

1 )

= ( 4 x 3,14 x 10-7 ) x ( 114,32

1xx

)

= ( 12,56 x 10-7 ) x ( 28,61 )

= 2 x 10-7 Wb/m2

dengan catatan :

π = 3,14

ρair = 1 gram/cm3

Bagian dari flowmeter ini bisa dilihat pada Gambar 2.17 [2].

Gambar 2.17 Meter Aliran Magnetik

24


Cairan yang melewati pipa akan memotong fluks magnet. Adanya aliran

fluida yang bergerak relatif terhadap medan magnet akan menyebabkan

tegangan induksi yang arahnya tegak lurus terhadap kecepatan konduktor

v (m/s) dan fluks densitas B (Wb/m2).

Tegangan yang timbul dideteksi oleh elektroda yang diletakkan di luar

pipa dan besarnya sebanding dengan kecepatan aliran fluida. Syarat-syarat

pengukuran yaitu :

1. Fluida harus dapat mengantarkan arus listrik dan pipa baja tak berkarat

non-magnetik digunakan sebagai tabung pengukuran.

2. Elektroda ditempatkan pada permukaan sebelah dalam dari pipa dan

berhubungan langsung dengan fluida.

3. Tegangan output kecil dan magnet digunakan untuk memperkuat dan

mengeliminasi polarisasi.

c. Weir dan Flume

Weir dan Flume merupakan rintangan-rintangan yang diberikan pada

saluran terbuka untuk dapat mengukur laju aliran fluida. Karena adanya

rintangan ini maka tinggi permukaan cairan pada atau dekat takik (notch)

dari Weir atau Flume. Laju aliran merupakan fungsi dari permukaan cairan.

Weir berupa lempengan dengan takik pada bagian atas. Jenis takik ini

ialah takik V (untuk aliran kecil), takik persegi dan takik trapesium. Flume

mempunyai penampang seperti Tabung Venturi, hanya disini terbuka pada

bagian atas seperti terlihat Gambar 2.18 [2].

25


(a) Tipe-Tipe Weir (b) Parshall Flume

Gambar 2.18 Tipe-Tipe dari Weir Dan Parshall Flume

Penggunan :

1. Hanya untuk saluran terbuka.

2. Rugi tekanan kecil.

3. Pemeliharaan mudah.

4. Laju aliran merupakan fungsi dari tinggi cairan.

5. Harga rendah untuk aliran yang besar.

d. Meter Aliran Massa

Pengukuran aliran massa dapat dilakukan secara :

1. Langsung,

2. Tidak Langsung (Inferensial).

Pengukuran Tidak Langsung dilakukan dengan mengukur baik laju

aliran dan densitas (rapat massa). Dengan mengalikan kedua hasil

pengukuran ini sehingga pada komputer (recorder atau controller), laju

aliran massa dapat ditentukan. Dalam hal ini recorder atau controller

26


berfungsi sebagai display, untuk menampilkan hasil pengukuran. Dapat

dilihat pada Gambar 2.19 [2].

Gambar 2.19 Meter Aliran Massa

II.2. Sensor Aliran Magnetik

Sensor Aliran Magnetik adalah alat yang akan terpengaruh oleh medan

magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti

layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan

magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan

yang hampa udara dan bebas dari debu, kelembaban, asap maupun uap.

Sensor Aliran Magnetik dirancang untuk memberi tanggapan terhadap

intensitas medan magnet yang ada di sekitarnya. Apabila tidak terdapat

medan magnet didekatnya, maka tegangan output yang dihasilkan piranti ini

besarnya setengah dari tegangan catu daya. Apabila kutub selatan sebuah

magnet berada di dekat sensor, tegangan output akan naik. Besarnya

kenaikan tegangan ini sebanding dengan kekuatan medan magnet yang

dihasilkan magnet tersebut. Apabila kutub utara sebuah magnet berada di

dekat sensor, maka tegangan output akan jatuh.

27


II.3. Indicating Instrument

Indicating Instrument adalah semua alat ukur yang menunjukkan nilai

yang merupakan besaran yang berubah terhadap waktu selama pengukuran

dilakukan. Pengukuran yang dihasilkan oleh Indicating Instrument dapat

dibagi atas :

1. Pengukuran Nilai Sesaat (Instanteneous Valve)

Alat ukur dalam hal ini menunjukkan nilai sesungguhnya dari besaran

yang diukur pada setiap dilakukan pengukuran. Hal ini dapat dilakukan jika

perubahan besaran yang diukur sebagai fungsi waktu cukup lambat,

sehingga alat ukur yang digunakan dapat mengikuti perubahan tersebut.

2. Pengukuran Nilai Rata-Rata (Average Valve)

Alat ukur dalam hal ini menunjukkan nilai rata-rata yang diperhitungkan

untuk satu interval waktu (periode) yang tetap. Ini dapat diperoleh dengan

rumus [3] :

dttFT

FT

av )(1

0∫= .......................................(2.12)

Fav adalah fungsi average atau nilai rata-rata dari f (t) untuk interval

0 ≤ t ≤ T. Pengukuran ini dilakukan untuk besaran fungsi waktu yang

berubah cepat, tetapi tetap mempunyai harga positif saja atau harga negatif

saja secara kontinu. Misalnya pengukuran ini dilakukan untuk tegangan dan

arus searah dengan menggunakan voltmeter dan amperemeter arus searah

sama dengan nol.

28


3. Pengukuran Nilai Efektif

Alat ukur dalam hal ini menunjukkan suatu besaran yang biasa disebut

akar dari kuadrat rata-rata suatu besaran fungsi waktu (root mean square

valve=rms valve). Ini dapat dihitung dengan rumus [3] :

dttfT

FT

eff )(1

0

2∫= ....................................(2.13)

Feff = Nilai efektif dari transducer

Pengukuran ini dilakukan untuk besaran fungsi waktu yang berubah

cepat tetapi tetap mempunyai baik harga positif atau harga negatif bersama-

sama dalam suatu interval (periode) yang tetap. Pengukuran Nilai Efektif ini

berlaku untuk besaran dan tegangan dan arus bolak-balik.

4. Pengukuran Nilai Maksimum dan Minimum Sesaat

Pengukuran ini hanya menunjukkan besaran ukur yang maksimum atau

minimum pada suatu saat, selama alat ukur yang digunakan terpasang.

Sebagai contoh adalah termometer maksimum-minimum yang dapat dipakai

untuk menunjukkan suhu yang paling tinggi dan suhu yang paling rendah.

Catatan : Umumnya besaran-besaran yang diukur dalam proses industri

merupakan besaran yang nilainya positif (dan negatif) saja. Sehingga

besaran yang diukur merupakan besaran rata-rata besaran sesaat, karena

untuk suatu nilai yang perubahannya lambat dapat didefinisikan bahwa nilai

rata-ratanya adalah sama dengan nilai sesaatnya.

29


Seri : FSM400 (Remote display) Manufacturing : ABB Instrumentation Germany

BAB III

METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN FLUIDA

DENGAN FLOWMETER MAGNETIK

III.1. Gambaran Umum

Flowmeter Magnetik menerapkan Hukum Faraday terhadap induksi

elektromagnetik. Ia mengukur kecepatan aliran cairan konduktif secara

elektrikal yang mengalir melalui medan magnetik dengan cara mendeteksi

tegangan yang diinduksikan ke dalam cairan. Dalam dunia industri,

digunakan Flowmeter Magnetik yang memiliki bore (diameter tabung

pengukur) nominal dengan ukuran mulai dari yang sangat kecil 2,5 mm

sampai dengan ukuran yang sangat besar 2.000 mm. Pada Gambar 3.1

[5&6] ditunjukkan bentuk fisik dari berbagai macam Flowmeter Magnetik.

Gambar 3.1 Detektor dan Konverter dari Flowmeter Magnetik

Seri : (a) FMG600; (b) FMG401; (c) FMG100; (d) FMG3002-PP (Insertion style) Manufacturing : OMEGA Engineering Inc. USA/Canada

Seri : Admag AXF (a) Integral display; (b) AXFA11G Remote converter (c) Type Sanitary Manufacturing : YOKOGAWA Co. Japan

30


III.2. Pengukuran Aliran Fluida Dengan Flowmeter Magnetik

(a) Prinsip Pengukuran

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2 [1], tabung pengukuran

dengan diameter dalam d (m) memiliki dinding bagian dalam yang dilapisi

dengan bahan isolasi menyilang pada sudut kanan melalui medan

magnetik terhadap densitas fluks B (T). Jika cairan konduktif mengisi

tabung dan mengalir dengan kecepatan rata-rata v (m/s) dan pasangan

elektroda ditempatkan berlawanan satu dengan yang lain pada dinding

pipa di sudut kanan pada medan magnetik dan aliran, maka kekuatan

elektromotive E (V) akan diperoleh di antara elektroda-elektroda tersebut.

Kekuatan elektromotive dinyatakan dengan [1] :

E = kBd_

v ................................................(3.1)

Di mana k adalah konstanta intrinsik pada detektor dan tergantung pada

kondisi medan magnetik.

Gambar 3.2 Prinsip Pengukuran Aliran dengan Flowmeter Magnetik

31


Untuk kecepatan aliran volumetrik Q (m3/s), adalah [1] :

22

_ 4)4/( d

Qd

Qvππ

== ......................................(3.2)

Dengan demikian, dari persamaan (3.1) dan (3.2), kekuatan electromotive

E menjadi [1] :

dQBkE .4

π= ............................................(3.3)

Selanjutnya, dari persamaan (3.3), tingkat aliran Q menjadi [1] :

BEd

kQ .

4.1 π

= ...........................................(3.4)

Seperti yang ditunjukkan pada persamaan (3.4), jika densitas fluks B

adalah konstan, maka tingkat kecepatan aliran Q proporsional dengan

kekuatan electromotive E. Kekuatan electromotive ini diperkuat dan

diubah ke sinyal universal (4 sampai 20 mA, DC) atau sinyal pulsa dengan

konverter dan kemudian outputnya.

Selanjutnya, secara teoritis terbukti bahwa kekuatan electromotive E

yang didapatkan dalam hal ini proporsional dengan kecepatan aliran rata-

rata v dalam persamaan (3.1), jika profil kecepatan aliran rata-rata dalam

tabung pengukuran adalah simetris dengan sumbu sentral pipa dan densitas

fluks magnetik dalam hal ini seragam.

(b) Metode Eksitasi

Jika medan magnetik arus searah digunakan, maka elektroda menjadi

polarisasi. Untuk menghindari hal ini, digunakan metode eksitasi dengan

menggunakan frekuensi komersial arus bolak-balik. Dengan metode ini,

32


sinyal tegangan kecepatan aliran yang dibangkitkan diantara kedua

elektroda juga memiliki frekuensi komersil. Dengan adanya pengaruh dari

arus pusar yang berasal dari perubahan dalam fluks magnetik, dan

disebabkan gangguan lainnya, maka titik nol dari sinyal tersebut berubah-

ubah. Sekarang ini, untuk menghilangkan pengaruh dari beberapa jenis

gangguan pada sinyal tegangan kecepatan aliran dan untuk memperbaiki

stabilitas sinyal titik nol, sering digunakan gelombang dari frekuensi yang

lebih rendah daripada frekuensi komersial. Alasan utama terhadap hal ini

adalah sebagai berikut :

(1) Dengan menggunakan arus gelombang luas yang memiliki frekuensi

rendah yakni pembagian terhadap frekuensi komersil sebagai arus

yang ada, dan mendeteksi sinyal kecepatan aliran pada nilai fluks

magnetik diam, gangguan berdasarkan atas tingkat perubahan fluks

magnetik (gangguan differensial fluks magnetik) dapat dihilangkan,

yang membuat sinyal titik nol kecepatan aliran semakin stabil.

Gangguan muncul jika arus pusar yang mengalir pada cairan tersebut

tidak simetris dengan sumbu elektroda, dan jika fluks magnetik dari

bidang magnetik yang tertekan menjadi terhubung dengan bagian

deteksi sinyal yang terbentuk oleh cairan, elektroda dan kawat sinyal

elektroda. Dalam kondisi ini, gangguan muncul ketika kecepatan

aliran adalah nol dan menjadi sumber kesalahan.

(2) Dalam metode eksitasi frekuensi-rendah, frekuensi sinyal berbeda

dengan frekuensi komersil, sehingga sinyal tersebut tidak mudah

dipengaruhi oleh gangguan elektrostatis atau elektromagnetik yang

33


muncul pada kabel utama yang membawa sinyal dari detektor ke

konverter.

(c) Struktur Detektor

Contoh dari beberapa jenis detektor dicatat pada Tabel 3.1 [1].

Konstruksi detektor berbeda-beda sesuai dengan bore nominal dan

aplikasinya, namun pada dasarnya terdiri dari saluran tabung pengukur

dengan penyekat elektrik, elektroda untuk menahan kekuatan

elektromotive yang dibangkitkan, dan gulungan serta inti untuk

membangkitkan medan magnetik.

Tabel 3.1 Detektor Flowmeter Magnetik (Contoh) [Yokogawa Tech. Rep., 28, 2, p.145 (1984)]

Simbol untuk ukuran

Model Diameter nominal

(mm)

Jenis penggunaan

umum

Jenis yang dapat

direndam

Jenis sanitary

Jenis tahan

ledakan SS YM100 2.5~15 S YM200 25~100 M YM300 150~400 200 L YM400 500~1000

LL YM500 1100~2600

Keterangan :

PFA (Tetra fluoroethylene perfluoro alkoxy resin)

Polyurethan rubber

Gambar 3.3 [1] menunjukkan struktur detektor dengan bore nominal

kecil. Pipa baja tak berkarat non-magnetik, yang dengan mudah

melewatkan fluks magnetik menuju cairan digunakan untuk tabung

pengukuran (pipa kumparan). Saluran pada permukaan bagian dalam

34


adalah karet fluororesin (PFA) atau polyurethane, yang dipilih sesuai

dengan sifat dari cairan yang diukur dan temperatur.

Gambar 3.3 Detektor Ukuran Kecil

Tabung pengukur, housing, terminal box, dan flange semuanya dilas

bersama, dan bagian dalam detektor dilindungi dengan menutupnya

dengan resin, sehingga kuat secara mekanis dan tahan lembab. Untuk bore

nominal besar, setelah inti dan gulungan direkatkan pada bagian dalam

tabung baja, karet polyurethane digunakan dengan pembalut gips

sentrifugal untuk menghasilkan konstruksi padu. Tabel 3.2 [1] membuat

daftar ciri bahan saluran.

35


Elektroda harus dibuat dari bahan non-magnetik dan juga tahan

korosi, sehingga SUS 316L plantinum-iridium dapat digunakan.

Tergantung pada cairan, hastelloy C, titanium, tantalum atau logam tahan

korosi lainnya juga dapat digunakan. Contoh konstruksi elektroda untuk

resin PFA saluran detektor ditunjukkan pada Gambar 3.4 [1]. Penutup

saluran tabung pengukur dan elektroda dicetak pada satu bagian, yang

mengelilingi elektroda dengan penyekat resin PFA dan memastikan

penyekatan elektroda dari tabung baja dasar, dan memperbaiki kekuatan

penutup yang ada terhadap tekanan dari cairan.

Tabel 3.2 Karakteristik Saluran (Lining)

Saluran Karakteristik Cairan yang diukur

PFA Kuat dan halus secara mekanis, jadi bebas endapan pada didnding pipa. Tahan panas dan korosi. Batas temperatur : -10ºC sampai +160ºC (14ºF sampai +320ºF)

Dapat dilewati cairan seperti asam hydrofluoric, asam hydrochloric, asam asetat. Cairan yang bersifat korosif (elektrolit, caustic soda, asam sulfur, dll)

Polyure- thane rubber

Tahan terhadap abrasi pada cairan yang mengandung bahan padat. Tidak tahan asam dan alkali. Tidak cocok untuk cairan yang mengandung pelarut organik. Batas temperatur : -10ºC sampai +40ºC (14ºF sampai +104ºF)

Cocok untuk penyuplai air, air pembuangan yang termasuk air limbah industri dan air laut.

Seperti yang terlihat pada Tabel 3.1, selain dari penggunaan

detektor secara umum, ada model tahan ledakan yang dipasang pada

lingkungan ledakan, model sanitary menggunakan sambungan sanitary

yang mudah dipindahkan untuk pembersihan berkala yang diperlukan

dalam industri makanan, dan model yang dapat dicelupkan yang dilapisi

36


dengan epoxy tar yang dapat dipasang pada tempat-tempat seperti lubang

di mana ada bahaya jika alat tersebut jatuh ke dalam air.

Gambar 3.4 Konstruksi Penutupan dan Penyekatan Elektroda

(d) Konverter

Fungsi dasar konverter adalah untuk melengkapi sumber tenaga pada

detektor, dan mengubah sinyal tegangan kecepatan aliran yang

dibangkitkan di antara elektroda ke dalam sinyal output proporsional

(4 sampai 20 mA DC) atau sinyal pulsa. Namun sebagaimana yang

diuraikan diatas, jika kekuatan elektromotive E yang muncul pada

elektroda-elektroda proporsional dengan kecepatan aliran volumetrik Q,

maka pada saat yang bersamaan proporsional juga terhadap densitas fluks

B. Berdasarkan hal ini, perlu menstabilkan salah satu arus yang ada dan

membuat densitas fluks B menjadi konstan, atau dengan menghilangkan

pengaruh dari perubahan dalam densitas fluks magnetik dalam arti

membagi kekuatan elektromotive E dengan sinyal yang proporsional

dengan arus yang ada (yakni proporsional dengan densitas fluks).

37


Selanjutnya, kekuatan elektromotive E adalah tegangan bolak-balik tingkat

rendah, dan ini juga diperlukan untuk menghilangkan pengaruh gangguan

yang dihasilkan seperti yang dijelaskan pada sub bagian (b) di atas.

Sebagai contoh, sirkuit dengan keakuratan tinggi, konverter multi-

fungsi yang menggabungkan mikroprosesor dan dikombinasikan bersama

dengan detektor metode eksitasi gelombang frekuensi rendah ditunjukkan

oleh Gambar 3.5 [1]. Bentuk gelombang sinyal pada setiap bagian yang

ada ditunjukkan pada Gambar 3.6 [1].

Gulungan detektor yang ada diarahkan oleh tiga-nilai (positif, nol,

negatif, nol) arus yang konstan dari sirkuit yang ada (Gambar 3.6 (a)) [1].

Gambar 3.5 Diagram Sirkuit Konverter Berbasis Mikroprosesor

38


Gambar 3.6 Bentuk Gelombang Sinyal Bagian Utama Konverter

Frekuensi yang ada disinkronkan dengan frekuensi suplay daya komersil

pada 50/8 Hz atau 60/8 Hz. Tegangan sinyal es yang proporsional dengan

kecepatan rata-rata aliran dan arus yang ada Iex dibangkitkan di antara

elektroda-elektroda. Sinyal tegangan yang dikirim oleh switch multiplexer

(Gambar 3.6 (b)) [1], diubah ke sinyal digital, dan dibaca oleh

mikroprosesor. Arus yang ada juga terbaca ke dalam mikroprosesor dan

dilakukan perhitungan seperti berikut [1] :

)( 43210 ssssex

eeeeIKe −++−= .............................(3.5)

Dalam hal ini, K adalah konstan.

Dengan menggunakan perhitungan ini, pengaruh gangguan pada

cairan (gangguan yang disebabkan oleh perubahan dalam hubungan

potensial pada bagian permukaan elektroda) dan gangguan diferensial

fluks magnetik dapat dicegah. Juga, hasil dari penyaringan secara digital

e0 dikirim ke konverter analog-digital, yang mengubahnya ke dalam sinyal

39


pulsa yang lebih lebar, dan menghasilkan 4 sampai 20 mA sinyal DC.

Selain arus listrik, juga dihasilkan pulsa yang proporsional dengan

kecepatan aliran.

Power supply menggunakan regulator switching jenis-penyekatan.

Regulator ini memiliki beberapa keuntungan bila digunakan dengan arus

bolak-balik dan arus searah, serta memiliki jangkauan kontrol 20V DC

sampai 130V DC dan 80V AC sampai 138V AC. Gambar 3.7 [1]

menunjukkan diagram sirkuit dari power supply, yang menjadi inti dari

sirkuit yang ada. Penentuan pulsa waktu tiga-nilai fluks magnetik

dikendalikan dengan mikroprosesor yang mengubah switch transistor Q1

dan Q2 dengan pilihan on dan off. Jika tombol transistor off, maka

kekuatan elektromotive counter yang dibangkitkan pada gulungan yang

ada disimpan pada kondenser. Jika tombol on, maka energi yang disimpan

digunakan kembali sebagai supply arus yang ada, dan pemakaian tenaga

dikurangi. Terkait dengan arus yang ada, mikroprosesor mengatur nilai

absolut amplitudo, dan pada saat yang bersamaan mengatur sebuah nilai γ,

yang dijelaskan dalam persamaan di bawah, maka menghilangkan

gangguan differensial fluks magnetik [1].

22

11

MP

MP

IIII

−−

=γ ............................................(3.6)

Setiap beberapa siklus dari arus yang ada, terbaca tegangan standar

VSTD dan dilakukan waktu pemeriksaan sendiri (Gambar 3.6 (c)) [1].

Untuk endapan dan cairan dengan konduktivitas rendah, maka

potensi elektrokimia dari elektroda-elektroda berubah, yang mana bisa

muncul sebagai gangguan pada sinyal kecepatan aliran. Gangguan ini bisa

40


berkurang sebagai mana bertambahnya frekuensi arus yang ada. Maka,

walaupun dibarengi dengan sedikit hilangnya keakuratan, gangguan

tersebut dapat dikurangi dengan menaikkan frekuensi arus yang ada.

Gambar 3.7 Skema Dari Sirkuit Yang Ada

Untuk tujuan inilah, maka konverter memiliki mode 50/2 Hz dan

60/2 Hz dalam penambahannya pada settingan normal 50/8 Hz dan 60/8

Hz, dan bisa dipilih mode yang ada sesuai dengan aplikasi.

Dengan menggunakan keyboard dan display LED pada panel kontrol

konverter, parameter-parameter seperti daerah kecepatan aliran, bore

nominal detektor, dan damping konstan dapat diatur, dan beberapa

fungsi seperti switch ganda, switch forward dan reverse kecepatan aliran,

dan mode switching yang ada dapat dipilih.

41


Sebagai tambahan untuk mengindikasikan kecepatan aliran, display

tersebut juga menunjukkan nilai alarm batas aliran yang paling tinggi

dan paling rendah dan hasil diagnosis sendiri (sirkuit pendek atau sirkuit

terbuka, sinyal input yang tidak normal, ketidaknormalan pada konverter

A/D atau mikroproseror yang ada, dsb.) dan pada waktu yang bersamaan,

hasil dari sinyal interface eksternal.

Gambar 3.8 [1] menunjukkan contoh dari flowmeter elektromagnetik

yang memiliki konstruksi yang padu. Flowmeter ini didesain kecil dan

ringan, dengan konverter dan detektor yang terpasang dalam satu unit. Hal

ini juga memiliki keuntungan karena mudah digunakan, dan dengan fungsi

yang sederhana. Sirkuit pengolah sinyal konverter didesain untuk

stabilitas sinyal titik nol, dengan menggunakan metode eksitasi dua-nilai

dari frekuensi rendah. Ini terdapat dalam IC hibrida dan disimpan dalam

kotak konverter.

Gambar 3.8 Flowmeter Magnetik Dengan Konverter

42


BAB IV

ANALISA PENGUKURAN ALIRAN AIR

DENGAN FLOWMETER MAGNETIK

IV.1. Umum

Flowmeter Magnetik adalah alat ukur aliran fluida yang volumetrik.

Didesain untuk pemeliharaan yang mudah-dengan tidak ada bagian yang

bergerak, keakuratan yang tinggi, output analog yang linear, tidak

dipengaruhi gravitasi, viskositas, tekanan dan temperatur, dan

kemampuannya untuk mengukur aliran meskipun pada fluida terkandung

zat-zat atau materi lain yang mungkin sulit dilakukan oleh alat ukur aliran

fluida yang lain (seperti korosi, endapan dan lumpur).

Dua bentuk dasar dari Flowmeter Magnetik : 1) Wafer-style, di mana

membutuhkan tingkat keakuratan tinggi (mencapai +0,5% pendeteksian);

dan 2) Insertion-style, yang khusus dan ekonomis untuk pipa dengan

ukuran yang lebih besar.

Pengoperasian Flowmeter Magnetik adalah berdasarkan Hukum

Faraday, yang menyatakan kalau tegangan yang diinduksikan melewati

konduktor sebagaimana ia bergerak melalui medan magnetik adalah

sebanding dengan kecepatan rata-rata dari konduktor tersebut.

Rumus Faraday [5] :

E sebanding dengan v x B x d

43


Di mana :

E = Tegangan yang dibangkitkan pada konduktor

v = Kecepatan rata-rata konduktor

B = Kekuatan medan magnetik

d = Panjang konduktor

Untuk menerapkan prinsip ini pada pengukuran aliran dengan Flowmeter

Magnetik, pertama kali perlu diperhatikan kalau cairan yang diukur harus

bersifat menghantarkan arus listrik.

Gambar 4.1 Deretan Prinsip Kerja Flowmeter Magnetik

Sebagaimana diterapkan pada Flow Meter Magnetik, Hukum

Faraday mengindikasikan kalau sinyal tegangan (E) bergantung kepada

kecepatan rata-rata aliran fluida (v) yang melewati kekuatan medan

magnetik (B) dan panjang konduktornya (d) (dalam hal ini adalah jarak

antara elektroda-elektrodanya).

44


Dalam kasus Flowmeter Magnetik Wafer-style, medan magnetik

ditetapkan melewati seluruh bagian tabung aliran (Gambar 4.1) [5]. Jika

medan magnetik dianggap sebagai elemen pengukur pada Flowmeter

Magnetik, dapat dilihat kalau elemen pengukur dipaparkan pada kondisi

hidrolik pada seluruh bagian flowmeter. Dengan Flowmeter Magnetik

Insertion-style, radiasi medan magnetik keluar dari bagian yang disisipkan

(Gambar 4.2) [5].

Gambar 4.2 Prinsip Kerja Flowmeter Magnetik Tipe Insertion

Instalasi

Terlebih dahulu untuk pemasangan Flowmeter Magnetik, seharusnya

dipertimbangkan informasi dan rekomendasi di bawah ini.

Pertama, sebelum pemasangan Flowmeter Magnetik, maka penting

untuk mempertimbangkan lokasinya. Bidang elektromagnetik atau medan

elektrostatik dengan intensitas tinggi mungkin menyebabkan gangguan

dalam operasi normal. Untuk alasan ini, jika memungkinkan, diperlukan

sekali untuk menempatkan alat ukur ini jauh dari motor listrik yang besar,

transformator, alat-alat komunikasi, dll.

45


Gambar 4.3 Instalasi Alat Ukur Secara Vertikal

Kedua, untuk pemakaian yang baik dan akurat, flowmeter harus

terpasang dengan baik karena pipa akan penuh oleh cairan pada semua

proses operasi. Kalau hanya sebagian saja yang terisi, akan menghasilkan

pengukuran yang tidak akurat, meskipun elektroda-elektrodanya tertutupi.

Ketiga, untuk Flowmeter Magnetik, diperlukan sistem pembumian

(grounding) untuk menghilangkan gangguan arus dan tegangan yang

mungkin dikirimkan melalui sistem pemipaan, melalui cairan, atau timbul

melalui induksi medan elektromagnetik dalam daerah yang sama pada

Flowmeter Magnetik. Grounding dicapai dengan menghubungkan sistem

pemipaan dan flowmeter ke sistem pembumian yang baik. Sayangnya, hal

ini tidak selalu dilakukan dengan benar, sehingga menghasilkan performa

alat ukur yang tidak memuaskan. Pada sistem pemipaan konduktif,

46


dibutuhkan “kabel ketiga” pengaman pembumian ke suplai daya dan jalur

konduktif di antara alat ukur dan flange pemipaan. Dalam sistem pemipaan

non-konduktif atau segaris, harus tersedia lubang pelindung pembumian

untuk memberikan akses pada potensial cairan yang diukur. Sistem

pembumian yang ditujukan secara khusus dan telah teruji memang tidak

selalu dibutuhkan. Informasi terperinci mengenai pembumian flowmeter

tersedia bersama pedoman pemilik pada setiap flowmeter.

Gambar 4.4 Instalasi Alat Ukur Secara Horizontal

Akhirnya, posisi dari tabung aliran dalam hubungannya dengan

peralatan lain pada sistem juga penting dalam menjamin keakuratan

sistem. Tee, elbow, valve, dll., harusnya ditempatkan setidaknya sejauh 10

kali diameter pipa yang menuju ke hulu flowmeter (upstream) dan 5 kali

diameter pipa yang meninggalkan flowmeter (downstream) untuk

memperkecil rintangan atau gangguan aliran. Dianjurkan juga bentuk

pemipaan menyediakan instalasi bagi pemipaan by-pass, pipa pembersihan

dan katup-katup pemisahan di sekitar flowmeter (Gambar 4.3 dan 4.4) [5].

47


IV.2. Kondisi Praktek Lapangan

Pompa sentrifugal adalah salah satu dari komponen sistem

pendistribusian air untuk melayani proses destilasi di dalam suatu pabrik.

Air dipompakan dari sumber kemudian dialirkan menuju ke alat ukur

Flowmeter Magnetik, dan diukur juga tekanan aliran melalui alat ukur

Pressure Gage. Dari Flowmeter Magnetik tegangan induksi yang

dihasilkan dikirim ke konverter, dari konverter dikirimkan lagi ke display

atau indicator untuk mengetahui besarnya aliran, seperti yang ditunjukkan

oleh Gambar 4.5.

Display atau indicator, dihubungkan dengan Flow Rate Control.

Flow Rate Control akan mengirimkan sinyal ke inverter, kemudian

inverter akan mengrimkan sinyal ke transmiter pneumatik untuk

diteruskan menuju ke Control Valve. Selanjutnya Control Valve akan

mengatur besarnya laju aliran air pada pipa.

Gambar 4.5 Diagram Fisik Pengukuran Aliran Air

dengan Flowmeter Magnetik

48


Keterangan gambar :

1. Pompa

Berfungsi sebagai penyuplai aliran air pada pipa.

2. Pressure Gage

Berfungsi untuk menunjukkan besarnya tekanan pada pompa.

3. Flowmeter Magnetik

Berfungsi sebagai elemen perasa / sensor untuk mendeteksi laju

aliran air pada pipa.

4. Converter

I = Elektrik, mengubah sinyal pneumatik ke sinyal elektrik.

P = Pneumatik, mengubah sinyal elektrik ke sinyal pneumatik.

5. Display / Indicator

Berfungsi untuk menampilkan hasil akhir pengukuran.

6. Flow Rate Control

Berfungsi dalam mengatur Control Valve.

7. Inverter

P = Pneumatik, mengubah sinyal elektrik ke sinyal pneumatik.

I = Elektrik, mengubah sinyal pneumatik ke sinyal elektrik.

8. Control Valve

Bagian akhir dari instrumen sistem pengendali. Bagian ini berfungsi

untuk mengubah measured variable dengan cara memanipulasi

besarnya berdasarkan perintah controller.

9. Air Regulator

Penyaring udara bertekanan pada suatu proses.

49


10. Kompresor

Berfungsi untuk menyuplai udara atau mesin yang memampatkan

udara atau gas.

Berikut ini adalah diagram blok dari proses pengukuran aliran air

dengan flowmeter magnetik :

Gambar 4.6 Diagram Blok Sistem Pengontrolan

Pada Gambar 4.6 bagian kontroller summing junction dengan tanda

positif-negatif, di titik inilah langkah membandingkan dilakukan

dengan mengurangi besaran set point dengan sinyal measurement

variabel, hasilnya adalah sinyal yang disebut error.

Hampir semua sistem pengendalian selalu dimulai dengan

menampilkan blok diagram sistem pengontrolan otomatis. Secara

umum elemen sistem kontrolnya ialah :

1. Feedback adalah sistem pengendali otomatis yang

mempunyai dua summing junction yaitu positif feedback dan

negatif feedback.

50


2. Proses (process) adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu

fungsi tertentu. Input proses dapat bermacam-macam, yang pasti ia

merupakan besaran yang dimanipulasi oleh final control element

atau control valve agar measurement variabel sama dengan set

point. Input proses ini juga disebut manipulated variabel.

3. Inverter adalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing

element, dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti

oleh controler.

4. Set point adalah besaran proses variabel yang dikehendaki.

Sebuah kontroller akan selalu berusaha menyamakan controlled

variabel dengan set point.

5. Error adalah selisih antara set point dikurangi measurement

variable. Error bisa negatif dan bisa juga positif. Bila set point lebih

besar dari measured variable, error akan menjadi positif,

sebaliknya bila set pointnya lebih kecil dari measured variable,

error menjadi negatif.

6. Controler adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap

langkah pengendalian, yaitu membandingkan set point dengan

measurement variable, menghitung berapa banyak koreksi yang

perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai

dengan hasil perhitungan tadi, controler sepenuhnya

menggantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses.

51


IV.3. Data

Untuk melengkapi penjelasan mengenai kerja Flowmeter Magnetik

pada bagian sebelumnya, maka pada bagian ini penulis sajikan data. Data-

data tersebut adalah data spesifikasi dan data kerja dari sebuah Flowmeter

Magnetik.

IV.3.1. Data Spesifikasi Flowmeter Magnetik

Merk dagang : Yokogawa

Tipe : YEWMAG, Model YM300

Diameter Nominal : 400 mm

Suhu kerja : -10ºC s/d +40ºC

Tegangan input : 100 s/d 240 V AC, 50/60 Hz

Arus output : 4 s/d 20 mA

IV.3.2. Data Kerja Flowmeter Magnetik

Tabel 4.1 adalah data kerja dari Flowmeter Magnetik

berdasarkan debit aliran air Q.

Tabel 4.1 Data Kerja Flowmeter Magnetik

Debit Aliran

Q (m3/s)

Elektromotive Force E (V)

Fluks Magnetik B (Wb/m2)

Diameter Konduktor

d (m)

Kecepatan Aliran Rata-rata _

v (m/s)

500 3200 x 10-7 2 x 10-7 0,4 4000 400 2560 x 10-7 2 x 10-7 0,4 3200 300 1920 x 10-7 2 x 10-7 0,4 2400 200 1280 x 10-7 2 x 10-7 0,4 1600 100 640 x 10-7 2 x 10-7 0,4 800

52


IV.4. Analisa Data

a) Fluks Magnetik (B)

Di mana :

µ0 = 4 π x 10-7

H = ρπ x2

1

dengan catatan :

π = 3,14

ρair = 1 gram/cm3

Maka :

B = µ0 x H

= ( 4 π x 10-7 ) x ( ρπ x2

1 )

= ( 4 x 3,14 x 10-7 ) x ( 114,32

1xx

)

= ( 12,56 x 10-7 ) x ( 28,61 )

B = 2 x 10-7 Wb/m2

b) Kecepatan Aliran Rata-rata (_v )

2

_ 4dxQv

π=

c) Elektromotive Force (E)

E = k x B x d x _v

dengan catatan :

k = 1

53


1) Kecepatan aliran / Debit (Q) 500 m3/s

Diameter konduktor (d) 0,4 m

Fluks magnetik (B) 2 x 10-7 Wb/m2

Maka :

2

_ 4dxQv

π= 24,014,3

5004x

x= 4000

50,02000

== m/s

E = k x B x d x _v

= 1 x 2 x 10-7 x 0,4 x 4000

= 3200 x 10-7 V




Maka :

2

_ 4dxQv

π= 24,014,3

4004x

x= 3200

50,01600

== m/s

E = k x B x d x _v

= 1 x 2 x 10-7 x 0,4 x 3200

= 2560 x 10-7 V




Maka :

54


2

_ 4dxQv

π= 24,014,3

3004x

x= 2400

50,01200

== m/s

E = k x B x d x _v

= 1 x 2 x 10-7 x 0,4 x 2400

= 1920 x 10-7 V




Maka :

2

_ 4dxQv

π= 24,014,3

2004x

x= 1600

50,0800

== m/s

E = k x B x d x _v

= 1 x 2 x 10-7 x 0,4 x 1600

= 1280 x 10-7 V




Maka :

2

_ 4dxQv

π= 24,014,3

1004x

x= 800

50,0400

== m/s

E = k x B x d x _v

= 1 x 2 x 10-7 x 0,4 x 800

= 640 x 10-7 V

55


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

Berdasarkan pengamatan dan perhitungan yang telah dilakukan, maka

penulis mengambil beberapa kesimpulan, yaitu :

(1) Mekanisme pengukuran laju aliran fluida dengan menggunakan

flowmeter magnetik ini merupakan suatu cara untuk mengetahui

jumlah aliran berdasarkan besarnya tegangan yang diinduksikan

melewati fluida. Besarnya jumlah aliran yang terukur ini terjadi karena

adanya kecepatan fluida yang melalui detektor yang dihubungkan

dengan konverter flowmeter magnetik.

(2) Tegangan induksi (E) yang timbul pada flowmeter magnetik

bergantung kepada kecepatan rata-rata aliran fluida (v). Sebagaimana

telah penulis sajikan pada tabel data kerja flowmeter magnetik, dapat

dilihat bahwa semakin besar kecepatan aliran fluida yang mengalir

melewati flowmeter magnetik maka semakin besar pula tegangan

induksi yang ditimbulkannya.

(3) Flowmeter magnetik tidak dipengaruhi oleh suhu cairan, tekanan,

kerapatan atau kekentalan, dan dapat menghasilkan sinyal yang

proporsional dengan kecepatan aliran volumetrik pada daerah

pengukuran yang luas.

(4) Perbedaan mendasar antara flowmeter magnetik dengan alat ukur

aliran fluida yang lain ialah hasil pengukuran dengan menggunakan

56


flowmeter magnetik dapat dibaca pada jarak yang cukup jauh.

Mengingat display dari sebuah flowmeter magnetik terpisah dari alat

ukurnya, maka dapat diletakkan di control room. Sedangkan pada alat

ukur aliran fluida yang lain, hasil pengukurannya hanya dapat dibaca

di lapangan (display terletak pada alat itu sendiri).

(5) Flowmeter magnetik jenis ini tidak dapat digunakan untuk mengukur

gas, minyak atau cairan non-konduktif lainnya.

V.2. Saran

(1) Sebelum memasang flowmeter magnetik, pertimbangkan lokasinya.

Karena bidang elektromagnetik atau medan elektrostatik dengan

intensitas tinggi mungkin dapat menyebabkan gangguan dalam operasi

normal. Jika memungkinkan tempatkan alat ukur ini jauh dari motor

listrik yang besar, transformator, alat-alat komunikasi, dll.

(2) Agar pemakaian lebih baik dan akurat, flowmeter magnetik harus

terpasang dengan baik karena pipa akan penuh oleh cairan pada semua

proses operasi. Kalau hanya sebagian saja yang terisi, akan

menghasilkan pengukuran yang tidak akurat, meskipun elektroda-

elektrodanya tertutupi.

(3) Detektor tidak memiliki bagian yang bergerak dan tidak menghambat

aliran, sehingga jika digunakan saluran (lining) yang sesuai,

pengukuran cairan yang korosif atau endapan menjadi lebih mudah.

(4) Flowmeter magnetik memerlukan sistem pembumian (grounding)

untuk menghilangkan gangguan arus dan tegangan yang mungkin

57


dikirimkan melalui sistem pemipaan, melalui cairan, atau timbul

melalui induksi medan elektromagnetik dalam daerah yang sama pada

flowmeter magnetik.

(5) Tee, elbow, valve, dll., harusnya ditempatkan setidaknya sejauh 10 kali

diameter pipa yang menuju ke hulu flowmeter (upstream) dan 5 kali

diameter pipa yang meninggalkan flowmeter (downstream) untuk

memperkecil rintangan atau gangguan aliran.

(6) Sebaiknya diadakan pembersihan secara rutin terhadap kotoran-

kotoran yang terdapat dalam flowmeter magnetik.

58


DAFTAR PUSTAKA

1. Tatsuko Senbon, Futosi Hanabuci (Eds), Instrumentation System

Fundamentals and Application, Spring - Verlag Ohmsha.

2. Mansyur, Msi, Ir., Instrumentasi Pabrik I, Diktat, 2005.

3. Mansyur, Msi, Ir., Instrumentasi Pabrik II, Diktat, 2006.

4. Mansyur, Msi, Ir., Instrumentasi dan Alat Ukur, Departemen Perindustrian

R.I., PTKI Medan - Sumut, 2006.

5. http://www.omega.com/ download Juni 2008.

6. http://www.yokogawa.com/ download Juni 2008.

http://www.omega.com/�

http://www.yokogawa.com/�


LAMPIRAN

Elektromagnetic Flowmeter

Documents

Transcript of Elektromagnetic Flowmeter