7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

1/15

BAB III. ALAT UKUR ALIRAN FLUIDALEARNING OUTCOME Bab III ini adalah mahasiswa diharapkan dapat:

1. memahami jenis dan prinsip kerja alat ukur aliran,

2. melakukan analisis kuantitatif pada alat ukur aliran3. menentukan coeficient of discharge dari suatu alat ukur aliran

Alat yang digunakan untuk mengukur aliran sering disebut FLOWMETER.Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan flow meter antara lain:

flow sensors,

interaksi antara sensor dan fluida dinyatakan dengan menggunakan teknikkomputasi,

transducers dan hubungannya dengan signal processing units,

pengamatan/penilaian terhadap sistem secara keseluruhan pada keadaanideal, disturbed,harsh,atau kondisi yang berpotensi meledak.

Alat ukur aliran sangat diperlukan dalam industri oil, bahan kimia, bahan makanan,air, pengolahan limbah, dll.

Kuantitas yang diukur adalah volume flow rate, mass flow rate, flow velocity, ataulainnya.

Instalasi flowmeter

Ada dua cara instalasi flowmeters yaitu: inline and insertion.Model inlinemenghubungkan bagian upstream dan downstream pipa, sedangkanmodel insertionmemasukan sensor probe ke dalam pipa.

Umumnya flowmeters dengan model inline perlu dipasang pada suatu tempat denganjarak tertentu dalam pipa yang lurus. Untuk model inline, sensor probe dimasukandalam pipa yang memiliki diameter dalam yang sama dengan ukuran pipa dimanafluida tersebut diukur.

Gambar beberapa Flowmeter.insertion flowmeter adalah lebih flexible dan lebih ekonomis dalam ukuran yangbesar.Adapun inline design adalah lebih confined dan umumnya lebih mudah dikalibrasi.Wafer connection umumnya kurang luas penggunaannya dari pada flangedconnection.

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

2/15

Dasar Pemilihan alat ukur aliranPemilihan jenis ditentukan oleh banyak factor, hal yang penting yang perludiperhatikan adalah:

fasa fluida yang mengalir (gas, liquid, steam, etc.)

Kondisi aliran (flow condition): (clean, dirty, viscous, abrasive, open channel,

ect.) Kesesuaian fasa fluid dan teknologi flowmeter (dapat dilihat pada flowmeter

selectionpage).

Ukuran pipa atau saluran dan kecepatan aliran.

Sifat fluida antara lain densitas (specific gravity), pressure, temperature,viscosity, and electronic conductivity.

Kondisi lingkungan antara lain temperature, the arrangements (e.g., corrosive,explosive, indoor, outdoor), the installation method (insertion, clamped-on, orinline),

Posisi flowmeterjuga perlu diperhatikan termasuk penurunan tekananmaksimum yang diijinkan (maximum allowable pressure drop), diperlukanaccuracy, repeatability, and cost (initial set up, maintenance, and training).

Berdasarkan hasil pengukurannya alat ukur dibedakan menjadi 2:1. Kecepatan lokal : kecepatan fluida pada posisi tertentu.

Misal: Tabung Pitot v=(r)2. Kecepatan total: kecepatan alir rata-rata seluruh penampang luas aliran.

Misal: Orifice, Venturi, dan Rotameter

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

3/15

Berdasarkan cara pengukurannya alat ukur aliran dapat dikelompokkanmenjadi 5:1. Displacement flow meters2. Current flow meters3. Tabung Pitot4. Venturi meters dan Orifice meter5. Area meter

Tabung Pitot

Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan linear lokal

Densitas fluida dalam pipa:

Densitas cairan dalam manometer: m

Ingin ditentukan kecepatan fluida dalam pipa di titik 3.

Persamaan Bernaulli antara titik 3 dan 2:

2 2

3 3 2 2

3 3 2 22 2

P v P vz F W z

g g g g

+ + = + +

1

h

x

M N

3 2

Fluida mengalir dalam pipa

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

4/15

2

3 3 2

2

P v P

g g g + =

23 32

2

v PP

g g g =

3

( )2

Pv

= (1)

Tekanan di titik M dan N dalam manometer adalah sama.

M NP P=

1 2 ( )mP gx gh P g x h + + = + +

2 1 ( )

mP P hg g

=

Bila titik 1 dan 3 cukup dekat, maka

32 ( )mPP h

g g

=

( ) ( )m

P gh = (2)

Sehingga,

3

( )2 mv gh

=

Karena ada pengabaian-pengabaian dalam penentuan v3(Z1=Z2, F=0, dsb) makakecepatan lokal di titik 3 di atas perlu dikoreksi.

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

5/15

3

( )2

P

Pv C

= , atau

3

( )2 m

Pv C gh

=

CPadalah faktor koreksi, diperoleh dari kalibrasi

Bila kecepatan lokal fluida pada berbagai posisi dalam pipa, v(r), diketahui makadapat ditentukan debit aliran, kecepatan rata-rata dan kecepatan alir massa dalam

pipa.

Untuk pipa bentuk silinder

Debit:0

2 ( )r R

rQ r v r dr

=

==

Kecepatan rata-rata:0

2

2 ( )r R

rr v r dr

vR

=

=

=

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

6/15

Kecepatan alir massa:0

2 ( )r R

rm r v r dr

=

==

Venturimeter

Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan rata-rata aliran dalam pipa.

Pada alat ini terjadi pengurangan luas tampang aliran (titik 2). Kecepatan aliran rata-rata di titik 1 dicari dengan menerapkan persamaan Bernoulli antara titik 1 dan 2 sertapersamaan kontinyunitas.

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

7/15

Persamaan Bernaulli antara titik 1 dan 2:2 2

1 1 2 2

1 1 2 2

2 2

P v P vz F W z

g g g g

+ + = + +

2 2

1 1 2 2

2 2

P v P v

g g g g + = + (3)

Persamaan kontinyunitas:

1 1 1 2 2 2A v A v=

1 12 1

2 2

Av vA

=

1

2 1

2

Av v

A= (4)

Persamaan (3) menjadi:2 2

1 2 1 1

2

212

P P v A

g g g A

=

1 2

1 2

1

2

2( )

1

P Pv

A

A

=

1 2

1

2

2( )

1

PvA

A

=

Pengabaian-pengabaian dalam penentuan1

v dikompensasi dengan menambahkanfaktor koreksi, CV

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

8/15

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

9/15

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

10/15

2

1 1 2

1

2( )

1

OO

O

P AQ v A C

A

A

= =

2

1 1 2

1

2 ( )

1

OO

O

P Am v A C

A

A

= =

Re O OO

v D=

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

11/15

Area meterAlat ini digunakan untuk mengukur kecepatan linear aliran rerata.

Debit besar membutuhkan luas tampang aliran yang lebih besar. Luas tampang aliranbesar artinya luas annulus besar akibatnya posisi float makin tinggi.

Dapat dibuat grafik kalibrasi:

Debit, Q

Tinggi float, h

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

12/15

Kesetimbangan gaya yang bekerja pada float:

( ) 0f f f f

V g V g A P = (9)

Vf : volum floatAf : luas tampang float maksimum

(P) : pressure drop

f : densitas float

: densitas fluida

Persamaan Bernoulli antara titik 1 dan 2.

2 21 1 2 2

1 22 2

P v P vz F W z

g g g g + + = + +

Asumsi yang digunakan:

Z1Z2; W = 0; F 0

2 2

1 1 2 2

2 2

P v P v

g g g g + = +

Persamaan kontinyunitas:

1 1 1 2 2 2A v A v=

A1: luas tampang pipa

A2A0: (luas celah)

1 1 0 0A v A v=

1

2 1

0

v v=

22 2

1 1 2 1 1

02 2

P v P A v

g g g A g

+ = +

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

13/15

2

2

1 2 1 1

0

1

2

P P v A

g g g A

=

22

1 1

1 2

0

( ) 12

v AP P P

A

= =

(10)

Sehingga persamaan (9) menjadi

22

1 1

0

1 02

f f f f

v AV g V g A

A

=

(9)

1 2

1

0

2 ( )

1

f f

f

gVv

A

AA

=

Untuk mengkompensasi penyederhanaan yang dilakukan maka ditambahkan faktorkoreksi (CR)

1 2

1

0

2 ( )

1

f f

R

f

gVv C

AAA

=

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

14/15

Re O ORv D

= ; Diameter ekivalen annulus; Do = Di - Df

Debit:1 1 0 0 1 2

1

0

2 ( )

1

f f

R

f

gVQ v A v A A C

A

A A

= = =

Aliran massa:1 1 0 0 1 2

1

0

2 ( )

1

f f

R

f

gVm v A v A A C

AA

A

= = =

7/25/2019 Tbs Alat Ukur Aliran

15/15

Sering kali dianggap:2 2

1 1

0 0

1A A

A A

, atau

2

0

1

1 1A

A