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