alat ukur aliran fluida

7/26/2019 Alat Ukur Aliran Fluida

1/21

ALAT UKUR ALIRAN FLUIDA

Alat ukur aliran sangat diperlukan dalam industri minyak, bahan kimia, bahanmakanan, air, pengolahan limbah, dll.

Kuantitas yang diukur adalah volume flow rate, mass flow rate, flow velocity, ataulainnya (secara langsung maupun tidak langsung)

Berdasarkan hasil pengukurannya alat ukur dibedakan menjadi 2:

1. Kecepatan local (insertion meters): kecepatan fluida pada posisi tertentu.Misal: Tabung Pitot v=(r)

2. Kecepatan total (full-bore meters): kecepatan alir rata-rata seluruh penampang luasaliran.Misal: Orifice, Venturi, dan Rotameter

Pertimbangan pemilihan alat ukur:

Kisaran pengukuran Keakuratan Biaya pembelian dan operasiSifat fluida


2/21

Berdasarkan cara pengukurannya alat ukur aliran dapat dikelompokkan menjadi 5:

1. Displacement flow meters2. Current flow meters3. Tabung Pitot4. Venturi meters dan Orifice meter5. Area meter (Rotameter)


3/21

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.

1

h

x

M N

3 2

Fluida mengalir dalam pipa


4/21

Persamaan Bernaulli antara titik 3 dan 2:

2 2

3 3 2 2

3 3 2 22 2

P v P v

z F W zg g g g + + = + + 2

3 3 2

2

P v P

g g g + =

2

3 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


5/21

32 ( )

mPP

hg g

=

( ) ( )mP gh = (2)

Sehingga,

3

( )2 mv gh

=

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

3

( )2P

Pv C

= , atau

3

( )2 mPv C gh

=

CPadalah faktor koreksi, diperoleh dari kalibrasi


6/21


7/21

Bila kecepatan lokal fluida pada berbagai posisi dalam pipa, v(r), diketahuimaka dapat ditentukan debit aliran, kecepatan rata-rata dan kecepatan alirmassa dalam pipa.

Untuk pipa bentuk silinder

Debit:0

2 ( )r R

rQ r v r dr

=

==

Kecepatan rata-rata: 02

2 ( )r R

rr v r dr

vR

=

=

=

Kecepatan alir massa:0

2 ( )r R

rm r v r dr =

==


8/21

Venturimeter

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

Pada alat ini terjadi pengurangan luas tampang aliran (titik 2). Kecepatanaliran rata-rata di titik 1 dicari dengan menerapkan persamaan Bernoulliantara titik 1 dan 2 serta persamaan kontinyunitas.

Persamaan Bernaulli antara titik 1 dan 2:2 2

1 1 2 21 1 2 2

2 2

P v P vz F W z

g g g g + + = + +


9/21

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

v vA

=

12 1

2

Av v

A= (4)

Persamaan (3) menjadi:2 21 2 1 1

2

2

12

P P v A

g g g A

=

1 2

1 2

1

2

2( )

1

P Pv

A

A

=


10/21

1 2

1

2

2( )

1

Pv

A

A

=

Pengabaian-pengabaian dalam penentuan 1v dikompensasi dengan

menambahkan faktor koreksi, CV

1 2

1

2

2( )

1

V

Pv C

A

A

=

(5)

Pressure drop (P) dicari dari perbedaan permukaan cairan dalammanometer.

1 2 ( )mP P P gh = = (6)

Debit dan kecepatan alir massa dapat ditentukan.


11/21

Debit:2

21 1 2

2

1

2( )

1

V

P AQ v A C

A

A

= =

Aliran massa:2

21 1 2

2

1

2 ( )

1

V

P Am v A C

AA

= =

Nilai Cvdiperoleh dari kalibrasi. Nilainya umumnya berkisar sekitar 0.98.


12/21

Orrifice meter

Alat ini mengukur kecepatan rata-rata aliran dalam pipa.

Kecepatan rerata di lokasi 1 ditentukan dengan menerapkan persamaanBernoulli antara titik 1 dan 2 serta kontinyunitas (analog dengan venturimeter).


13/21

Diperoleh:

1 2

1 2 2

1 1

2 2

2( ) 2( )

1 1

P P P

v A A

A A

= =

(7)

Dengan,

- 1 2 ( )mP P P gh = = (6)

KarenaA2sulit dievalusi maka digunakan luas tampang pada orrifice (Ao).

1 2

1

2( )

1

O

O

Pv C

A

A

=

(8)

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

= =


14/21

Re O OOv D

=


15/21

Area meter (Rotameter)

Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan linear aliran rerata.


16/21

Debit besar membutuhkan luas tampang aliran yang lebih besar. Luastampang aliran besar artinya luas annulus besar akibatnya posisi float makin

tinggi.

Dapat dibuat grafik kalibrasi:

Debit, Q

Tinggi float, h


17/21

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 zg 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 + = +


18/21

Persamaan kontinyunitas:

1 1 1 2 2 2A v A v =

A1: luas tampang pipa

A2A0: (luas celah)

1 1 0 0

A v A v=

12 1

0

v vA

=

22 2

1 1 2 1 1

02 2P v P A v

g g g A g

+ = +

22

1 2 1 1

0

1

2

P P v A

g g g A

=

22

1 11 2

0

( ) 12

v AP P P

A

= =

(10)


19/21

Sehingga persamaan (9) menjadi

22

1 1

01 02

f f f f

v A

V g V g AA

= (9)

1 2

1

0

2 ( )

1

f f

f

gVv

A

A

=

Untuk mengkompensasi penyederhanaan yang dilakukan maka ditambahkan

faktor koreksi (CR)

1 2

1

0

2 ( )

1

f f

R

f

gVv C

A

A A

=


20/21

Re O ORv D

= ; Diameter ekivalen annulus; Do = Di - Df


21/21

Debit: 1 1 0 0 1 21

0

2 ( )

1

f f

R

f

gVQ v A v A A C

AA

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

= = =

Sering kali dianggap:2 2

1 1

0 0

1 AA A

, atau

2

0

1

1 1A

A

alat ukur aliran fluida

Documents