BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Aliran

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.

2.2. 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

Universitas Sumatera Utara

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

2.3. Pengenalan Alat Ukur Laju Aliran Fluida

Dalam pabrik-pabrik pengolahan diperlengkapi dengan berbagai macam

alat pengoperasian setiap peralatan saling mendukung antar satu peralatan dengan

peralatan yang lainnya. Untuk mencapai hasil yang diinginkan maka diperlukan

peralatan pendukung. Salah satu pendukung yang penting dalam suatu pabrik

adalah peralatan instrument pabrik. Peralatan instrument merupakan bagian dari

kelengkapan keterpasangan peralatan yang dapat digunakan untuk mengetahui

dan memperoleh sesuatu yang dikehendaki dari suatu kegiatan kerja peralatan

mekanik. Salah satu peralatan instrument yang penting adalah alat ukur.

Penggunaan alat ukur dalam pabrik sangat banyak digunakan, ini bertujuan untuk

Universitas Sumatera Utara

menjaga hasil yang dibutuhkan, sehingga perlu adanya pemeliharan dari alat-alat

ukur tersebut.

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 Utara

d. 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.

2.4. Jenis Alat Ukur Aliran Fluida

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.

2.4.1. Venturi Meter

Venturi Meter ini merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang

berfungsi untuk mendapatkan beda tekanan. Sedangkan alat untuk menunjukan

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

2.4.2. Flow Nozzle

Flow Nozzle sama halnya dengan plat orifice yaitu terpasang diantara dua

flensa. Flow Nozzle biasa digunakan untuk aliran fluida yang kecil. Karena flow

nozzle mempunyai lubang lebih besar dan kehilangan tekanan lebih kecil daripada

plat orifice sehinga flow nozzle dipakai untuk fluida kecepatan tinggi pada

temperatur tinggi dan untuk penyediaan air ketel. Flow nozzle ini merupakan alat

primer dari pengukuran aliran yang berfungsi untuk mendapatkan beda

tekanannya. Sedangkan alat untuk menunjukkan besaran aliran fluida yang diukur

atau alat sekundernya adalah berupa manometer. Pada flow nozzle kecepatan

bertambah dan tekanan semakin berkurang seperti dalam venturi meter. Dan aliran

fluida akan keluar secara bebas setelah melewati lubang flow nozzle sama seperti

Universitas Sumatera Utara

pada plat orifice. Flow nozzle terdiri dari dua bagian utama yang melengkung

pada silinder.

2.4.3. Pitot Tubes

Nama pitot tubes datang dari konsensip Henry de Pitot pada tahun 1732.

Pitot tubes mengukur besaran aliran fluida dengan jalan menghasilkan beda

tekanan yang diberikan oleh kecepatan fluida itu sendiri dapat dilihat pada

Gambar 2.1. Sama halnya seperti plate orifice, pitot tubes membutuhkan dua

lubang pengukuran tekanan untuk menghasilkan suatu beda tekanan. Pada pitot

tubes ini biasanya fluida yang digunakan adalah jenis cairan dan gas. Pitot tubes

terbuat dari stainless steel dan kuningan.

V e loc ity pressure

F low

S tacna tion po in t

S ta tic p ressure

Gambar 2.1. Flow Rate

2.4.4. Flat Orifice

Agar dapat melakukan pengendalian atau proses-proses industri, kuantitas

bahan yang masuk dan keluar dari proses perlu diketahui. Kebanyakan bahan

Universitas Sumatera Utara

ditransportasikan diusahakan dalam bentuk fluida, maka penting sekali mengukur

kecepatan aliran fluida dalam pipa. Berbagai jenis meteran digunakan untuk

mengukur laju arus seperti Flat orifice.

Untuk plat orifice ini, fluida yang digunakan adalah jenis cair dan gas.

Pada Flat orifice ini piringan harus bentuk plat dan tegak lurus pada sumbu pipa.

Piringan tersebut harus bersih dan diletakkan pada perpipaan yang lurus untuk

memastikan pola aliran yang normal dan tidak terganggu oleh fitting, kran atau

peralatan lainnya.

Prinsip dasar pengukuran Flat orifice dari suatu penyempitan yang

menyebabkan timbulnya suatu perbedaan tekanan pada fluida yang mengalir.

Flat orifice dapat dibagi atas 3 jenis, yaitu :

1. Jenis Concentric Orifice

2. Jenis Eccentric Orifice

3. Jenis Segmental Orifice

2.5. Jenis Concentric Orifice

Pada jenis Concentric Orifice dipergunakan untuk semua jenis fluida yang

tidak mengandung partikel-partikel padat. Concentric dibuat dengan mengebor

port secara sentrik dalam bagian tengah. Tipe orifice ini lebih popular karena

konstruksinya yang lebih sederhana dan mudah dibuat. Jenis ini dapat dilihat pada

Gambar 2. 2.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2. Flat Jenis Concentric Orifice

2.6. Jenis Eccentric Orifice

Eccentric Orifice memiliki potongan lubang pembatas secara eccentric

sehingga mencapai bagian dasar pipa. Pada jenis eccentric orifice ini

dipergunakan untuk fluida yang mengandung partikel-partikel padat. Tipe orifice

ini sangat bermanfaat untuk pengukuran cairan yang telah memiliki padatan. Bila

padatan tidak berkumpul pada orifice, maka sisi orifice tidak akan mengalami

kerusakan atau error dalam pengukurannya dapat dikurangi. Jenis Eccentric

Orifice dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Flat Orifice Jenis Eccentric Orifice

Universitas Sumatera Utara

2.7. Jenis Segmental Orifice

Pada jenis segmental orifice ini dipergunakan untuk mengukur laju aliran

yang mengandung padatan, sama seperti jenis eccentric orifice hanya saja kalau

jenis eccentric berbentuk lingkaran yang berada di bawah atau dekat dasar pipa,

sedangkan kalau jenis segmental ini berlubang setengah lingkaran. Plat Orifice

jenis Segmental dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Flat Orifice Jenis Segmental

2.8. Lokasi Peletakan Lubang ( Tap ) Beda Tekanan

Dalam pengambilan beda tekanan, lokasi lubang-lubang pengambilan beda

tekanan dalam pengukuran besaran aliran fluida sangat penting baik dalam

lubang sebelum alat ukur maupun sesudah alat ukur. Untuk pengukuran cairan,

penumpukan sisa-sisa dari gas atau uap pada sambungan-sambungan antara pipa

dan alat pengukur harus dihindari. Hal ini bertujuan agar pengukuran tidak

meleset dan stabil. Maka lubang pengambilan beda tekanan pada umumnya

Universitas Sumatera Utara

ditempatkan pada bidang horizontal dari garis tengah pipa. Sama halnya untuk

pengukuran gas, penumpukan sisa-sisa dari cairan atau uap harus dihindari, untuk

itu lubang-lubang pengambilan beda tekanan biasanya ditempatkan pada bagian

atas pipa. Tekanan awal dan akhir dari plat orifice akan sangat berbeda oleh jarak

dari plat orifice. Oleh karena itu standart dari penentuan jarak ini tergantung dari

pipa yang digunakan. Terlepas dari apakah orifice dipergunakan untuk

pengukuran cairan, gas atau uap maka lokasi pengambilan beda tekanan untuk

pengukuran dibagi dalam empat bentuk yaitu :

1. Flange Taps

2. Vena Contracta Taps

3. Pipe Taps

4. Corner Taps

2.8.1. Flange Taps

Pada flange taps dapat diketahui bahwa jarak masing-masing lubang

pengambilan beda tekanan terhadap plat orifice adalah satu inchi taps. Pada flange

taps ini lubang-lubang pengambilan beda tekanannya terhadap flange taps itu

sendiri. Flange taps pada umumnya dipergunakan untuk pipa-pipa yang

berdiameter dua inchi ke atas. Di bawah dari ukuran dua inchi, flange taps tidak

dapat dipergunakan karena membuat pengukuran meleset dan tidak stabil. Untuk

flange taps yang tapsnya terletak di flensanya dapat berubah jika flensanya terlalu

tebal dimana ditempatkan jauh dari plat orifice. Jenis Flange taps dapat dilihat

pada Gambar 2.5. Bagian sisi dari plat orifice ini dipertahankan diantara flensa

Universitas Sumatera Utara

dan dibuat setipis mungkin dan jarak tertentu dari orifice. Ketebalan plat orifice

untuk flange taps dapat dilihat dalam tabel berikut ini :

Tabel 2.1. Ketebalan Maksimuim Flat Orifice untuk Flange Taps

Diameter Pipa ( mm ) Ketebalan Plat Orifice ( mm )

Kurang dari 100

100 200

Lebih dari 200

1,5 ~ 3,0 3,0 ~ 6,0 6,0 ~ 12,0

Plat Orifice

Flow

Gambar 2.5. Flange Taps

2.8.2. Vena Contracta Taps

Pada vena contracta taps, jarak lubang-lubang pengambilan beda tekanan

ditempatkan berbeda dari sisi awal plat orifice dan akhir plat orifice. Pada lubang-

lubang up-stream orifice atau lubang awal jarak penempatan dari lubangnya

terhadap plat orifice itu sendiri adalah sama dengan besar diameter dari pipa aliran

yang digunakan. Sedangkan untuk lubang down stream orifice atau lubang

sesudah plat orifice ditempatkan pada titik dimana tekanan tekanan terendah dari

aliran ditemukan. Penggunaan vena contracta taps pada umumnya untuk pipa

Universitas Sumatera Utara

ukuran enam inchi yang dapat dilihat pada Gambar 2.6. Untuk pipa yang

berdimater lebih dari enam inchi, umumnya dipergunakan tipe radius taps. Radius

Taps adalah jenis dari vena contracta taps. Perbedaan kedua jenis plat orifice ini

terletak pada penempatan lubang-lubang down stream atau lubang sesudah plat

orifice ini. sedangkan untuk lubang upstreamnya adalah sama. Untuk radius taps,

lubang dowm-stream ditempatkan pada jarak 1,5 dari diameter pipa aliran yang

diukur dari sisi down-stream.

F lo w

D

X (0 ,2 - 0 ,8 )

D

Gambar 2.6. Vena Contracta taps

2.8.3. Pipe Taps

Pada tipe pipe taps ini, lubang-lubang pengambilan beda tekanan berbeda

antara lubang up-stream orifice dengan lubang down stream. Beda lubang up-

stream ditempatkan pada jarak 2,5 kali dari besar diameter pipa aliran yang

digunakan yang diukur dari sisi up-stream orifice. Sedangkan pada lubang down-

stream orifice ditempatkan pada jarak delapan kali dari diameter pipa aliran yang

digunakan diukur dari sisi down-stream orifice, dapat dilihat pada Gambar 2.7.

Pipa tapsnya dipergunakan bilamana vena contracta tidak dapat dipergunakan

pada pipa aliran yang dipergunakan.

Universitas Sumatera Utara

Flow

D

8

D

Gambar 2.7. Pipe Taps

2.8.4. Corner Taps

Corner Taps atau taps sudut hampir sama dengan flange taps, dimana titik

pengambilan beda tekanannya pada corner taps adalah pada sudut-sudut antara

plate orifice dengan dinding pipa liran, dapat dilihat pada Gambar 2.8. Corner

taps hanya dipergunakan untuk pipa di bawah ukuran dua inchi.

Lubang Up-stream Lubang down

stream

Gambar 2.8. Corner taps

Universitas Sumatera Utara

2.9. Debit aliran

Untuk mengukur debit aliran dapat diketahi dengan rumus sebagai

berikut :

Dimana :

Q = Debit aliran (l/jam)

K = Koofisien Gesekan ( 0. 8251 )

A = Luas penampang ( m 2 )

= Perbedaan tekanan ( mm HG ) P g = Gravitasi bumi ( m/sec2)

= density ( kg/cm 3 )

Luas penampang :

A = x d 2

Dimana :

A = Luas penampang ( m 2 )

= 3, 14 (radian/m) d = diameter plat orifice ( m )

Maka kecepatan atau laju aliran dapat dihitung :

Q = V x A

Dimana :

Q = debit aliran ( m 3/ sec )

V = kecepatan atau laju aliran ( m/sec)

A = Luas penampang ( m 2 )

Universitas Sumatera Utara