metode-mengukuran-aliran

PERTEMUAN 11

METODE PENGUKURAN ALIRAN

Pengukuran aliran sudah terasa pentingnya sejak'. tahun 1732 ketika Henry

Pitot mengatur jumlah fluida yang mengalir. Da- lam gejala aliran fluida perlu

ditentukan besarnya, dan/atau arch vektor kecepatan-aliran pada suatu titik dalam

fluida, dan bagaimana fluida tersebut berubah dari titik ke titik. Agar

memperoleh penjelasan tentang medan fluida, kondisi rata-rata pada daerah

atau volume yang kecil dapat ditentukan dengan instrumen yang sesuai.

Denis alat ukur dasar untuk mengukur aliran digolongkan sebagai berikut

1. Pengukur kuantitas

2. Pengukur laju aliran

3. Metode diferensial tekanam

6.1. PENGUKUR KUANTITAS

Alat-alat ukur ini memberikan petunjuk yang sebanding dengan kuantitas

total yang--telah mengalir dalam , waktu tertentu. Fluida mengalir melewati

elemen primer secara berturutan dalam kuantitas yang kurang lebih terisolasi

dengan secara.bergantian mengisi dan mengosongkan bejana pengukur yang

diketahui kapasitasnya. Berapa kali bejana pengukur diisi dan dikosongkan

ditunjukkan oleh elemen sekunder yang terdiri dari penghitung dengan

jarum yang dikalibrasikan dengan tepat. Pengukur kuantitas selanjutnya

diklasifikasikan menurut:

(i) Pengukur gravimetri atau pengukur berat

(ii) Pengukur volumetri untuk cairan

(iii) Pengukur volumetri untuk gas.

Pengukur Berat (Timbangan)

Alat penimbang berat sederhana adalah ember-ungkit (tilting bucket) yang mempunyai

dua ember yang diperkuat dan diletakkan di atas poros.. Kalau ember menerima cairan

terlalu banyak, maka ember terungkit, mencurahkan muatannya dan menarik ember" lain

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Djuhana, M.Si.

PENGUKURAN TEKNIK 1

menggantikan menerima aliran. Pengukur yang mempunyai tangki relatif kecil yang

mencurahkan secara otomatis kalau terisi dengan berat cairan tertentu digunakan untuk

mengawasi informasi aliran massa cairan dalam hal kerapatannya tidak tetap.

Pengukur aliran benda padat.;pica timbangan terdiri dari pengangkut-pica yang dirakit

menurut skala atau bagian singkat dari pengangkut lebih panjang yang ditunjang skala.

Pengukuran ini bekeda sebagai pengukur kuantitas yang menjadi alat dengan laju

yang telah diketahui kecepatan dari pica pengangkut bersangkutan.

Roda timbangan serupa dengan pica timbangan, dengan pica yang diganti oleh roda.

Keuntungan utama penggunaan roda timbangan adalah, bahwa interval antara titik di mana

aliran dikendalikan dan di mana bahan ditimbang dijaga sesingkat mungkin untuk

membuat aliran yang lebih sama rata.

Alat pengukur timbangan curah tidak memberikan pengukuran terusan. Teknik

yang bermanfaat untuk jenis operasi ini menggunakan dua pengumpan volume, satu

bekerja pada aliran tinggi dan lainnya pada laju aliran yang lebih rendah, persis

sebelum berat bahan dalam bejana mencapai jumlah yang telah ditentukan, pengumpan

aliran tinggi tertutup dan pengumpan aliran rendah menyelesaikan pengisian bejana.

Teknik ini memberikan kecepatan yang tinggi, dengan ketepatan yang tinggi. Umumnya

curahan timbangan digunakan untuk aliran benda padat yang diukur dengan pengisian

berat bahan yang lebih dulu ditentukan, kemudian mencurahkan dan menghitung berapa

kali bejana ukur diisi.

Pengukur Volume untuk Cairan

Suatu alat ukur berupa tangki sederhana diisi dan kalau cairan telah mencapai

permukaan atas sifon, cairan mengalir keluar. Berapa kali cairan telah keluar dari sifon

ditunjukkan oleh mekanisme-apung, pada saat menggunakan dua tangki. Kalau permukaan

dalam salah satu tangki telah mencapai permukaan yang ditentukan, mekanisme-apung

menghentikan aliran ke dalam tangki tersebut dan mengalit ke tangki yang lain. Pada

saat yang sama, klep di dasar tangki pertama terbuka sedangkan tangki kedua 'mengisi.

Proses ini berulang dan berapa kali tangki diisi ditunjukkan oleh mekanisme-apung.

Pompa pergeseran positif secara lu gs digunakan dengan ketelitian yang tinggi.


PENGUKURAN TEKNIK 2

Keuntungan utama adalah bahwa keteli tiannya tidak dipengaruhi oleh pulsasi laju aliran,

dan pengukuran yang teliti dapat dilakukan pada kekentalan cairan yang lebih tinggi

daripada jenis-jenis alat-ukur aliran yang lain. Dasar kedanya adalah bahwa pada saat

cairan (minyak atau air) mengalir melalui alat-ukur, alat ini menggerakkan elemen

pengukuran yang membagi Skala kamar pengukur (measuring chamber) ke dalam

rangkaian kompartemen yang masing-masing berisikan volume tertentu. Pada saat

elemen pengukur bergerak, kompartemen-kompartemen ini secara bergantian terisi dan

kosong. Jadi, untuk tiap siklus yang lengkap dari elemen pengukur cairan dengan

jumlah tetap dibiarkan lewat dari masukan ke tempat keluaran dari pengukur. Di

bagian antara elemen pengukur dan kamar pengukur diberikan selapis tipis cairan

yang diukur. Jumlah siklus elemen pengukur ditunjukkan oleh pe .nunjuk yang

bergerak menurut jam, penjumlah digital atau bentuk pencatatan lainnya. Kesalahan

pengukuran disebabkan oleh banyak faktor seperti:

(a) ukuran celah antara elemen pengukur dan kamar pengukur. Makin keeil toleransi

dalam pembuatannya, makin kecil. kesalahannya.

(b) besarnya torsi yang diperlukan untuk menggerakkan alat pencatat meter. ' Makin besar

nilai torsi, makin besar pula penu- iunan tekanan melalui elemen pengukur sehingga

makin besar jumlah fluida yang akan bocor tidak terukur.

(c) kekentalan cairan yang diukur. Kenaikan kekentalan cairan yang diukur akan

memperbesar penurunan tekanan melalui elemen pengukur, tetapi ini dapat lebih

dikompensasikan oleh berkurangnya aliran lewat celah, untuk beda tekanan yang dike-

tahui. Jadi, kesalahannya berkurang dengan bertambahnya kekentalan pada laju aliran

rendah dan tinggi. Secara keseluruhan, kesalahan pokok dalam pengukur pergeseran

positif adalah akibat perbedaan temperatur, kerapatan dan kekentalan cairan pada kondisi

ker a dari nilai-nilai yang berlaku pada kondisi kalibrasi. Kompensasi perlu dilakukan

untuk pengukuran yang teliti. Bentuk-bentuk umum pengukur pergeseran positif

adalah:

(i) Jenis torak bolak-balik

(ii) Jenis torak berputar atau berosilasi'

(iii) Jenis piring berputar

(iv) Jenis rotor spiral


PENGUKURAN TEKNIK 3

(v) Jenis baling-baling luncur

(vi) Jenis baling-baling berputar

(vii) Jenis gigi oval.

Pengukur jenis torak bolak-balik bekerja seperti mesin uap konvensional, tekanan air

memberkan daya gerak. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 6.1 misalkan torak berada pada

dasar stroke, klep dipasang sedemikian rupa sehingga air masuk bisa melewati bagian

bawah torak yang mengakibatkan torak terdorong ke atas dan air di atas torak akan dikeluarkan

ke pipa jalan keluar.

Pada ujung stroke bagian puncak silinder menutup jalan keluar dan membuka jalan

masukan umpan air.

Pada saat yang bersamaan, dasar silinder terbuka ke arah jalan ke luar, tetapi

tertutup dari air yang masuk. Akibatnya tekanan air yang masuk akan menggerakkan torak

ke bawah, mengeluarkan air dari bagian bawah torak ke pipa jalan keluar. Pada saat torak

mencapai dasar gerakannya klep akan bekeda lagi dan proses berulang lagi. Pada setiap

gerakannya jumlah air yang diukur disalurkan ke jalan keluaran. Grendel (ratchet) yang

menempel pada batang torak memutar gigi yang memutar penghitung. Jumlah yang

disalurkan tiap gerakan (per stroke) dapat diatur dengan mengubah panjang gerakan

atau ukuran silinder.

Pengukur jenis torak berputar atau berosilasi secara luas digunakan untuk mengukur

jumlah suplai air untuk rumah tangga sampai 50°C, tetapi dengan luasnya rentang

bahan tahan-karat yang tersedia sekarang ini, alat ukur ini juga digunakan dalam industri

kimia dan minyak. Torak bekerja sebagai kamar bergerak yang memindahkan volume

cairan tertentu, dari tempat masukan ke jalan keluaran, dalam setiap siklus gerakannya.


PENGUKURAN TEKNIK 4

Pengukur jenis piring berputar (nutating disk type of meter) seperti ditunjukkan dalam

Gambar 6.2 bekerja seperti jenis torak berputar. Namun dalam hal ini, deretan gigi

digerakkan bukan oleh torak berputar, tetapi oleh piring datar yang digoyangkan atau

diputar oleh air yang mengalir lewat pengukur. Piring ditahan sedemikian rupa sehingga

bergerak dengan satu sisi yang menggeserkan naik turun plat pemisah, pada saat bagian

atas pemutar poros piring bergerak melingkar mewujudkan mekanisme penghitung. Salah

satu ujung dari piring berkontak dengan ujung atas kamar pengukur sedang ujung yang lain

dihubungkan dengan ujung bawah kamar pengukur. Karena fluida mengalir titik kontak

piring dan kamar bergerak mengelilingi piring.

Pengukur jenis rotor spiral terdiri dari dua rotor yang ditopang oleh bandulan

berlengan dan dipasang agar berputar seperti gigi dalam ruang kedap cairan. Kedua

rotor dirancang sedemikian rupa sehingga selalu dalam keadaan setimbang statis dan

dinamis, dan kedudukan relatifnya dikendalikan oleh dua gigi berbentuk heliks dan

bekerja berdasarkan waktu. Putaran impeler sangat sinkron, sehingga hanya sedikit

atau malahan tidak ada kontak antarlogam sama sekali, sehingga memperkecil

geseran dan menghindari keausan rotor. Bentuk rotor sedemikian rupa sehingga

gerakan berhenti yang sama rata dihasilkan oleh cairan. Bergantian impeler memutar indeks

atau penghitungan.

6.2. PENGUKUR LAJU ALIRAN

Laju aliran Q merupakan fungsi luas pipa. A dan kecepatan V, dari cairan yang mengalir

lewat pipa, yakni,


PENGUKURAN TEKNIK 5

Q=AV

Tetapi dalam praktek, kecepatannya tidak merata, lebih besar

di pusat. Jadi kecepatan terukur rata-rata dari cairan atau gas dapat berbeda dari

kecepatan rata-rata sebenarnya. Gejala ini dapat dikoreksi sebagai berikut:

Q =KAV

di mana, K adalah faktor konstanta untuk pipa tertentu dan menggambarkan hubungan

antara kecepatan rata-rata sebenarnya dan kecepatan terukur. Harga konstanta

sebenarnya akan berubah dengan bentuk dari bagian, lewat mana cairan atau gas mengalir.

Namun nilai ini bisa didapatkan melalui eksperimen. Jadi pengukur laju aliran digunakan

untuk mengukur kecepatan cairan atau gas yang mengalir melalui pipa. Pengukur-pengukur

tersebut dikelompokkan lagi menurut jenis bahan yang diukur, cairan atau gas, dan

menurut sifat-sifat elemen primer sebagai berikut:

Pengukur laju aliran untuk cairan.

(i) Jenis baling-baling defleksi

(ii) Jenis baling-baling rotasi

(iii) Jenis baling-baling heliks (bentuk sekrup)

(iv) Jenis turbin

(v) Pengukur kombinasi

(vi) Pengukur aliran magnetis

(vii) Pengukur aliran ultrasonik

(viii) Pengukur aliran kisaran (vorteks)

(ix) Pengukur pusaran (swirl).

Pengukur laju aliran gas

(i) Jenis baling-baling defleksi

(ii) Jenis baling-baling rotasi

(iii) Jenis termal.

6.3. METODE TEKANAN DIFERENSIAL


PENGUKURAN TEKNIK 6

Jenis pengukuran aliran yang paling digunakan adalah yang tergantung pada

pengukuran tekanan diferensial. Pada prinsipnya, beda luas penampang melintang dari

aliran dikurangi yang mengakibatkan naiknya kecepatan, sehingga menaikkan pula

energi gerakan atau. energi kinetis. Karena energi tidak bisa diciptakan atau dihilangkan,

kenaikan energi kinetis ini diperoleh dari energi tekanan, sehingga tekanan fluida berkurang.

Bagian berkurangnya tekanan, yang diketahui atau beda tekanan diukur, sehingga

memungkinkan dihitungnya kecepatan arus. Agar dapat mengerti karakteristik aliran

secara terinci, pembaca dalam mempelajari buku-buku tentang mekanika fluida. Namun

tinjauan ringkas dari karakteristik aliran diberikan di bawah ini.

Apabila fluida bergerak melewati penghantar yang seragam dengan kecepatan

sangat rendah, gerakan partikel masing-masing umumnya sejajar di sepanjang garis

dinding penghantar. Kalau laju aliran meningkat, titik dicapai apabila gerakan partikel

menjadi lebih acak dan kompleks. Kecepatan kira-kira di mana perubahan ini terjadi

dinamakan kecepatan kritis dan aliran pada tingkat kelajuan yang lebih tinggi

dinamakan turbulen dan pada tingkat kelajuan lebih rendah dinamakan laminer.

Telah diamati bahwa kecepatan kritis merupakan fungsi beberapa faktor yang dapat

dituliskan dalam bentuk tanpa dimensi yang dinamakan angka Reynold , RD seperti berikut:

dimana, D=dimensi penampang arus fluida, biasanya diameter

p = kerapatan fluida

V = kecepatan fluida

= kecepatan absolut fluida

Batas kecepatan-kritis untuk pipa biasanya berada di antara 2000 dan 2300.

Penelit ian menunjukkan bahwa di bawah Batas kecepatan-kritis, kehilangan geseran

dalam pipa hanya merupakan fungsi RD, sedang untuk aliran turbulen, angka Reynold

digabungkan dengan kekasaran permukaan menentukan besarnya kehilangan.


PENGUKURAN TEKNIK 7

Kalau suatu hambatan diterapkan ke dalam saluran pipa (Gambar 6.11) hubungan

antara tekanan dan kecepatan dapat diperoleh dari hukum ketetapan energi. Untuk aliran ideal

nonkompresi, digunakan persamaan Bernoulli.

P 1

di mana, P = tekanan

Y = berat jenis

V = kecepatan linear

Z = ketinggian (elevasi)

g = percepatan gravitasi

dan indeks 1, 2 menunjukkan penampang irisan I dan 2.

Persamaan di atas mengasurnsikan bahwa tidak ada kerja mekanis yang dilakukan pada

atau oleh fluida dan bahwa tidak ada pangs yang dipindah ke atau dari fluida pada saat

melewati titik 1 dan 2. Persamaan ini memberikan dasar untuk mengeva-

(b) Nozel (corong) aliran 2

(c) Lubang penyempitan (orifice)


PENGUKURAN TEKNIK 8

mengevaluasi Cara-kerja alai-alai pengukuran aliran yang digolongkan sebagai alai ukur

hambatan (obstruksi).

Pengukur hambatan untuk fluida nonterkompresi. Inilah pengukur penurunan tekanan

dengan peubah daerah konstan. Umumnya pengukur ini berbentuk venturi, corong (nozel)

dan lubang-sempit (orifice) (Gambar 6.12). Dalam tiap kasus pengukur dasar bekerja

sebagai hambatan yang diletakkan dalam slur arus fluida, yang menimbulkan perubahan

setempat dengan kecepatan yang mengakibatkan perubahan tekanan.

Untuk fluida tak-terkompresi Vi = 72 ='/ dan Q =A I V1 A2 V2, di mana Q

adalah jumlah fluida yang mengalir per satuan waktudalam meter kubik per detik.

Dengan memasukkan

dalampersarnaan Bernoull di atas,

Oleh karena pengukur A , dan A2 yang diketahui memiliki nilai tertentu dengan mudah

dapat dihitung


PENGUKURAN TEKNIK 9

di mana E diketahui sebagai faktor kecepatan pendekatan.

Dua faktor lain yang digunakan dengan pengukur hambatan adalah koefisien

pengosongan (discharge) C, dan koefisien aliran, K yang didefinisikan sebagai berikut:

dan K= C.E.

Koefisien pengosongan (discharge) C merupakan faktor yang memperhitungkan faktor

kehilangan (losses) melalui pengukur, sedang koefisien aliran K, digunakan sebagai

gabungan faktor kehilangan dengan konstanta-konstanta pengukur. Besaran C dan E

biasanya digunakan untuk venturi, sedang kombinasi K, digunakan untuk corong

(nozel) dan lubang-lubang sempit (orifice)


PENGUKURAN TEKNIK 10

metode-mengukuran-aliran

Documents