TABUNG VENTURI Sistem Kerja Sensor Tabung Venturi Untuk Pengukuran Laju Aliran Fluida Dalam Pipa Di Laboratorium Operasi Pabrik PTKI

BAB III TABUNG VENTURI

Tabung Venturi adalah suatu alat yang terdiri dari pipa dengan penyempitan dibagian tengah yang dipasang di dalam suatu pipa aliran untuk mengukur kecepatan aliran suatu zat cair. Fluida yang digunakan pada tabung venturi ini dapat berupa cairan gas dan uap. Tabung Venturi ini merupakan alat primer dari pengukuran aliran yang berfungsi untuk mendapatkan beda tekanan. Pada sekeliling pipa sering dibuat lubang-lubang yang jalan keluarnya dijadikan satu dan dihubungkan dengan pengukur tekanan disebut cincin piezometer. Dengan demikian tekanan yang akan diukur merupakan tekanan rata-rata sehingga pengukuran menjadi lebih teliti. Kemiringan di bagian input kira-kira sebesar 30 C sedangkan dari bagian output lebih kecil yaitu antara 3 sampai 15 C. Perbandingan diameter antara leher dan pipa terletak antara 0,25 sampai 0,50. Hasil pengukuran aliran dengan menggunakan tabung venturi ini adalah yang paling teliti dibandingkan dengan head flow meter yang lain. Tetapi juga paling mahal harganya. Karena bagian leher merupakan bagian yang lebih mudah rusak maka kadang-kadang bagian leher ini dibuat sebagai unit tersendiri agar mudah diganti-ganti. III.1. Prinsip Kerja Tabung Venturi Bila pada jalur pipa dipasang hambatan, beda tekanan terjadi antara tekanan sebelum dan sesudah hambatan. Beda tekanan menjadi lebih besar bila laju fluida bertambah. Dalam hal ini hambatan yang dipergunakan pada jalur pipa adalah Tabung Venturi. Untuk memperjelas prinsip tersebut dijelaskan dengan gambar III.1. Di bawah ini : Universitas Sumatera Utara Gambar III-1. Prinsip Kerja Tabung Venturi III.2. Lokasi Lubang Pengambilan Beda Tekanan ∆P Dalam pengambilan beda tekanan, lokasi lobang-lobang pengambilan beda tekanan dalam pengukuran besaran aliran fluida sangat penting baik lobang sebelum alat pengukur maupun sesudah alat pengukuran. Untuk pengukura cairan, penumpukan sisa-sisa dari gas atau uap pada sambungan-sambungan pipa dan alat pengukur harus dihindarkan. Hal ini bertujuan agar pengukuran gas, penumpukan sisa-sisa dari cairan atau uap harus dihindarkan. Untuk itu, lobang-lobang pengambilan beda tekanan biasanya ditempatkan pada bagian Tabung Venturi. Tekanan di awal dan akhir dari Tabung Venturi. Oleh karena itu standart dari penentuan jarak ini tergantung dan pipa yang digunakan. III.3. Perbedaan Tekanan Perbedaan tekanan antara titik manapun ketinggian yang berbeda dalam suatu cairan yang diberikan oleh : ∆P = P 1 – P 2 = ρ.g h 1 – h 2 3-1 Dimana : ∆P = Perbedaan tekanan mmHg ρ = Density Kgml Universitas Sumatera Utara g = Gravitasi bumi mdet 2 h 1 – h 2 = Selisih ketinggian m P 1 – P 2 = Selisih tekanan mmHg III.4. Debit Aliran Untuk mengukur debit aliran dapat diketahui dengan rumus sebagai berikut : Q = A 2. ∆P g 3-2 Dimana: Q = Debit aliran m 3 detik A = Luas penampang m 2 ∆P = Perbedaan tekanan mH 2 O g = Gravitasi bumi mdetik Luas Penampang : π A = D 2 3-3 4 Dimana : A = Luas penampang m 2 π = 3,14 D = Diameter III.5. Alat-alat Bantu Pengoperasian Tabung Venturi Peralatan – peralatan pendukung yang dipakai pada sistem pengoperasian Tabung Venturi adalah sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara III.5.1. Pompa Sentripugal impellerbaling-baling Pompa sentripugal umumnya dipakai untuk aliran volume yang sangat besar dan bertekanan serta kecepatan tertentu. Pada pengukuran laju aliran dengan venturi di PTKI, pompa yang digunakan untuk mengalirkan air dalam pompa sentirpugal. Dalam bentuknya yang sederhana, pompa sentripugal terdiri dari sebuah kipas yang dapat berputar dalam sebuah rumah pompa. Pada rumah pompa ini dihubungkan saluran isap dan saluran pompa. Pompa yang dilukiskan disini terdiri dari 2 buah cakra diantaranya terdapat sudu-sudu. Arah putaran sudu-sudu dibengkokan kebelakang. Untuk menjaga agar zat cair jangan sampai mengalir melalui saluran isap kedalam bak atau sumber air maka dipasang sebuah katup kaki dibawah saluran isap. Bila kipas diputar dengan cepat, maka sudu akan memberikan gerak putar terhadap rumah pompa kepada zat cair yang berada dalam kipas. Pompa sentripugal dapat dilihat pada gambar III-2, dibawah ini : Gambar III-2. Pompa sentripugal impellerbaling-baling Gaya sentripugal yang terjadi disini akan mendorong zat cair kearah keliling sebelah luar kipas. Karena itu pada lobang aliran masuk dari kipas timbul ruang kosong atau terjadi hampa udara. Akan tetapi diatas permukaan zat cair dalam sumber Universitas Sumatera Utara bekerja tekanan atmosfer. Jadi terdapat perbedaan tekanan sehingga kolom zat cair dalam saluran isap bergerak dan zat cair itu masuk kedalam kipas dengan tekanan kecepatan tertentu. Dengan demikian ruangan yang kosong pada aliran masuk kipas, zat cair langsung akan terisi kembali. Pompa sentripugal ini beroperasi pada kecepatan-kecepatan yang tinggi dan biasanya dihubungkan langsung dengan penggeraknya. III.5.2. Air Regulator Alat ini berfungsi sebagai pengatur dan pengendali besarnya tekanan udara 1,4 kgcm 2 yang diberikan kompresor dan kemudian diberikan kepada kontrol valve. Agar kontrol valve dapat terbuka sesuai dengan besarnya bukaan yang diset pada controller. Signal pada tekanan udara diteruskan ko converter dan converter akan mengubah tekanan udara menjadi signal yang berupa besaran atau nilai yang dibaca pada recorder. III.5.3. Pressure Gauge Alat ini berfungsi sebagai penunjuk besar tekanan yang diberikan dalam suatu proses aliran 0,2 – 1,0 kgcm 2 . III.5.4. Pneumatik Kontrol Valve Kontrol valve adalah suatu elemen kendali akhir. Dalam rangkaian kendali kontrol valve langsung mengubah besarnya aliran fluida, dimana dengan mengubah besarnya aliran fluida dapat mengontrol beberapa variabel seperti tekanan, level, dan temperatur. Universitas Sumatera Utara Secara umum kontrol valve terbagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Elemen kendali akhir untuk pengendali onoff misalnya solenoid valve, pneumatic kontrol valve. 2. Elemen kendali akhir untuk pengendali kontinu misalnya diafragma kontrol valve. Walaupun ada beberapa sistem pengendali onoff yang menggunakan pneumatik kontrol valve sebagai elemen pengendali akhir namun fungsi dipengendali ini tidak lebih istemewa dari diafragma kontrol valve. III.5.4.1. Prinsip kerja pneumatik kontrol valve Signal output dari controller akan diubahdikuatkan oleh converter kedalam tekanan udara yang terpakai pada sebuah pneumatic kontrol valve. Bila tekanan udara yang terpakai pada permukaan diafragma, suatu gaya akan menekan batang penggerak, batang penggerak didukung dan ditekan oleh sebuah pegas. Jika tekanan yang cukup diberikan pada diafragma maka batang penggerak akan bergerak dan persen bukaan kontrol valve akan berubah. III.5.5. Kompresor Kompresor adalah sebuah mesin yang memampatkan udara atau gas. Kompresor bekerja sebagai penguat. Sebaliknya ada pula kompresor yang menghisap udara atau gas yang bertekanan lebih rendah dari tekanan atmosfer, dalam hal ini kompresor lebih disebut pompa vakum vacuum pump Kompresor terdapat dalam berbagai jenis dan model tergantung pada volume dan tekanannya. Sebutan kompresor pemampat dipakai untuk tekanan tinggi, blower Klasifikasi Kompresor Universitas Sumatera Utara peniup dipakai untuk tekanan sedang, sedangkan fan kipas dipakai untuk tekanan yang sangat rendah. Atas cara pemampatnya kompresor terbagi atas dua jenis yaitu : 1. Jenis Turbo Kompresor jenis ini menaikkan tekanan dan kecepatan udara atau gas dengan cara sentrifugal yang ditimbulkan oleh impeler atau dengan daya angkat lift yang ditimbulkan oleh sudu 2. Jenis Perpindahan Jenis ini menaikkan tekanan dengan memperkecil atau memampatkan volume udara atau gas yang dihisap dalam silinder atau stator oleh torak atau sudu. III.5.6. Converter Converter adalah peralatan instrument yang dapat menggerakkan suatu kendeli. peran converter adalah mengubah signal elektrik menjadi signal pneumatic yang diperlukan untuk mengoperasikan control valve. Besarnya signal listrik yang merupakan signal input adalah 4-20 mA. Converter juga disuplay dengan tekanan udara sebesar 1,4 kgcm 2 G. Besarnya signal input ditentukan oleh besarnya signal input yang berasal dari controller. Signal output dari converter merupakan signal input bagi control valve, dimana pengaturan besar persen bukan control valve diatur oleh besarnya signal output converter. III.5.7. Controller Controller bekerja manerima signal input dari sebuah converter dan mengirim sinyal output ke converter pada standatr 0,2 – 1,0 kgcm 2 G pada tekana pneumatik. Contoller ini merupakan alat pengatur otomatis yang berfungsi untuk mengatur Universitas Sumatera Utara otomatis yang berfungsi untuk mengatur agar keadaan yang sedang berlangsung dari proses sesuai yang diinginkan. III.5.8. Recorder Recorder dipakai untuk mengetahui perubahan dari waktu dalam kondisi operasi atau mendapat rekaman dari harga hasil pengukuran. Diantara recorder ada recorder bersambung yang merekam harga hasil pengukuran terus menerus dengan pena perekam. Dalam merekam harga hasil pengukuran digunakan recorder jenis pencetak, recorder ini berganti-ganti merekam harga hasil pengukuran pada beberapa tempat dengan menggunakan switch – over otomatis. III.5.9. Motor Induksi Motor induksi adalah motor arus bolak-balik ac yang sangat luas dipergunakan dalam teknik tenaga listrik. Motor induksi yang umum digunakan menurut jumlah fasanya ada dua macam yaitu motor induksi satu fasa dan motor induksi tiga fasa. Motor induksi terdiri dari dua bagian yaitu stator dan rotor. Stator adalah bagian yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang bergerak. Gambar dasar dari motor induksi dapat dilihat pada gambar III-10 dibawah ini. Gambar III-3. Dasar motor induksi Universitas Sumatera Utara Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik. Apabila ada kumparan stator diberikan tegangan, maka pada kumparan-kumparan stator tersebut akan mengalir arus, dimana arus ini menimbulkan fluksi medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron sebesar : ns = P f 120 ⋅ 3-4 Dimana ; ns = Kecepatan medan putar stator rpm P = Jumlah kutub f = Frekwensi Hz Medan putar stator akan memotong konduktor pada rotor sehingga menimbulkan ggl induksi. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, arus akan mengalir pada konduktor. Adanya arus dalam medan magnet ini akan menibulkan gaya F pada rotor cukup besar maka rotor akan berputar searah dengan putaran stator. III.5.10. Transmitter Transmitter adalah suatu elemen dari sistem pengendalian proses. Seperti yang sudah diketahui bahwa untuk mengukur besaran fisik suatu proses digunakan alat ukur yang sering disebut sebagai sensor primary element bagian yang berhubungan langsung dengan medium yang diukur, keluaran output dari sensor tersebut kemungkinan dapat di tayangkan di tempat sensor tersebut dipasang local indicator, atau bisa juga dikirim untuk kemudian ditunjukkan di tempat lain secara remote di control room. Untuk penunjukkan yang bersifat remote biasanya digunakan alat bantu sebagai penguat dan penterjemah output dari sensor ke dalam bentuk signal standart. Peralatan semacam inilah yang dalam instrumentasi pengendalian proses yang kita Universitas Sumatera Utara kenal dengan “Transmitter”. Tergantung besaran fisik yang diukur dan lebih populer dengan sebutan besaran proses proses variabel oleh transmitter tersebut, bila besaran yang diukur adalah tekanan disebut dengan Transmitter Tekanan pressure transmitter = PT. Berkenaan dengan itu dikenal juga level Transmitter = LT, Flow Transmitter = FL dan sebagainya. Menurut bentuk signal energi yang digunakan transmitter dibedakan menjadi 1. Pneumatik dan 2. Transmitter Elektrik transmitter yang dipergunakan III.5.10.1. Signal Transmitter Seperti yang telah disebutkan sebelumnya output signal dari sistem pengukuran ada 2 macam yaitu signal elektrik dengan besaran arus atau tegangan, dan signal pneumatik dengan besaran yang digunakan adalah tekanan dari signal tersebut. Sebagai standarisasi signal yang keluar dari transmitter, baik elektrik atau pneumatik, dibuat hanya bekerja pada standart skala tertentu. Untuk signal pneumatik dibuat hanya bekerja pada standart skala tertentu, yaitu sebesar : 3 – 15 Psi 0 – 100 atau 0,2 – 1 kgcm 2 0 – 100, dan untuk signal elektrik bila signalnya dalam bentuk besaran arus maka skala kerjanya 4 – 20 mA DC 0 – 100 atau 10 – 50 mA DC 0 – 100 dan jika menggunakan signal tegangan, skala kerjanya : 13 VDC 0 – 100 atau 0 – 10 VDC 0 – 100. Namun pada umumnya signal yang keluar dari transmitter elektrik hampir selalu lebih banyak dalam skala 4 – 20 mA DC. III.5.10.2. Macam – macam Transmitter Transmitter merupakan alat kelanjutan dari sensor, transmitter merubah signal dari sensor menjadi signal standart yang sebanding atau ekivalen. Lebih lanjut signal Universitas Sumatera Utara dari transmitter dikirim ke indicator recorder controller dan lain – lain sesuai dengan kebutuhan. Kegunaan dari transmitter yang memberikan signal standart dan besaran proses proses variabel yang diukur diantaranya ; a Peralatan lain seperti indicator, recorder, controller yang bekerja dengan standart signal yang sama bisa berfungsi serba guna multi purpose. b Memungkinkan pengiriman signal pada jarak jauh dan cepat serta aman. c Secara keseluruhan menekan biaya investasi dan pengoperasian maupun pemeliharaan. Pada umumnya sistem transmitter ini adalah merupakan jalur pengirim signal dari alat – alat perasa sensor ke controller dan dari controller ke pengatur akhir control valve. III.5.10.3. Transmitter Pneumatik Pada dasarnya Transmitter pneumatik berfungsi untuk mengubah sinyal proses menjadi sinyal pneumatik. Serta mengirimkan sinyal pneumatik itu ke alat penerima seperti pencatat, pengatur, dan penunjuk. Pokok utama transmitter adalah udara yang bertekanan dan biasanya sumber udara bertekanan dan biasanya sumber udara yang bertekanan 20 Psi atau 1,4 kgcm 2 . Transmitter pneumatik ini dapat digunakan sampai jarak sekitar 200 meter. Transmitter pneumatik pada umumnya terdiri dari dua bagian yaitu : a. Bagian perasa sensor Bagian perasa berfungsi untuk mengubah sinyal proses kedalam bentuk gerak – gerak mekanik. Misalnya tekanan didalam bejana sebelumnya adalah 10 Psi beberapa detik kemudian turun menjadi 9 Psi, perubahan sebesar 1 Psi ini adalah Universitas Sumatera Utara merupakan sinyal yang harus diubah oleh bagian perasa sensor kedalam bentuk pergerakan mekanik. Detektor yang sering digunakan pada sistem transmisi pneumatik adalah : -. Meterbodi Meterbody -. Sel Beda Tekanan -. Penggeser Displacer -. Bola Berisi Cairan Liquid filled Buld b. Bagian pengirim Bagian pengirim dari transmitter pneumatik berfungsi untuk mengubah gerak- gerak mekanik detektor kedalam bentuk sinyal pneumatik, salah satu contoh dari bagian pengirim transmitter pneumatik adalah : Transmitter gaya seimbang. Bagian – bagian pokok dari transmitter ini adalah : 1. Penyetel titik nol Berfungsi untuk mendapatkan titik nol dari batasan operasi transmitter. 2. Pengimbang kedua Berfungsi sebagai batang yang meneruskan gaya gerak balas terhadap gaya gerak pengimbang utama. 3. Kapsul pengimbang balik Kapsul yang berisi diafragma penggerak pengimbang kedua. 4. Pemancar Berfungsi sebagai buangan udara penggerak diafragma besar pada relay pilot. 5. Pembalik Berfungsi sebagai penutup. Universitas Sumatera Utara 6. Pembatas beban balik berlebih Berfungsi sebagai ganjal pembatas gerak pengimbang utama 7. Pengimbang utama Berfungsi sebagai batang penerus gerak – gerak mekanik setengah melingkar dari batang pemuntir pada detektor. 8. Pipa – pipa kapsul pengimbang Berfungsi sebagai pipa penyalur udara penghasil gaya gerak balas terhadap gaya gerak utama 9. Pipa untuk pemancar Berfungsi sebagai pipa penyalur udara untuk pemancar 10. Penyetel batasan lebar Berfungsi sebagai penyetelan untuk memperlebar bidang gerak pengimbang utama 11. Penyetel batasan sempit Berfungsi sebagai penyetelan untuk mempersempit bidang gerak pengimbang utama 12. Relai pitot Berfungsi sebagai kerangan pengatur tekanan udara instrumen output dari transmitter 13. Pegas peninggi atau penekan Berfungsi sebagai penyetelan untuk menaikkan skala perbandingan antara variabel proses dengan tekanan udara instrumen output. Prinsip kerja dari transmitter gaya seimbang adalah 1. Pergerakan dari batang pemuntir menghasilkan pergerakan maju – mundur pada pengimbang utama Universitas Sumatera Utara 2. Bergeraknya pengimbang utama akan mengubah kedudukan pembalik sehingga menjauhi atau mendekati pemancar 3. Bila pembalik menjauhi pemancar maka “tekanan balik” udara penggerak diafragma besar pada relai pilot akan berkurang dari sebelumnya, sebaiknya bila pembalik mendekati pemancar, “tekanan balik” udara penggerak diafragma besar pada relay pilot akan bertambah dari sebelumnya 4. Berubahnya “tekanan balik” udara penggerak diafragma besar pada relay pilot akan mengubah perubahan karangan pilot pada relay untuk membuka atau menutup 5. Bila kerangan pilot membuka maka tegangan udara instrumen output bertambah, sebaliknya bila kerangan pilot menutup, tekanan udara instrumen output menjadi berkurang. Dengan demikian pergerakan dari batang pemuntir menghasilkan perubahan pada tekanan udara instrument output 6. Perhatikan bahwa udara instrumen output juga dikirim ke kapsul pengimbang balik 7. Tekanan udara instrumen output akan terus bertambah atau berkurang sampai pengimbang mendapat gaya balas yang sama besar dari kapsul pengimbang balik melalui pengimbang utama. 8. Sekali gaya pada pengimbang utama sama dengan gaya pengimbang kedua maka tekanan udara instrumen output tidak berubah lagi. Universitas Sumatera Utara III.5.10.4. Transmitter Listrik Sama halnya dengan transmitter pneumatik, transmitter listrik juga terdiri dari dua bagian pokok, yaitu : -. Bagian Perasa -. Bagian Pengirim Transmitter listrik ini dapat kita lihat pada gambar di bawah 2.10 ini. Gambar 3.4. Transmitter Listrik Keterangan gambar : 1. Pengimbang utama 2. Pegas peninggi dan pegas titik nol 3. Peredam 4. penyetelan batasan 5. Pengimbang Kedua 6. Pembatas Langkah 7. Kesatuan Magnet Universitas Sumatera Utara 8. Pegas Bias 9. Detektor 10. Kesatuan O.P.D 11. Menunjukkan Out-put Transmitter ini juga termasuk gaya seimbang, detektor pada transmitter ini dapat berupa meterbodi, sel beda tekanan, bola berisi cairan, dan penggeser. Prinsip kerja dari transmitter listrik ini adalah : Transmitter ini juga termasuk gaya seimbang, detektor pada transmitter ini dapat berupa meterbodi, sel beda tekanan, bola berisi cairan, dan penggeser. Prinsip kerja dari transmitter listrik ini adalah : 1. Batang pemuntir dari detektor Bagian Perasa disambungkan dengan pengimbang utama dari bagian pengirim, sehingga pergerakan dari batang pemuntir menghasilkan pergerakan dari pengimbang utama. 2. Pergerakan dari pembanding utama mengubah jarak antara kedua ferrite dari detektor bagian pengirim. 3. Berubahnya jarak antara kedua ferrite menghasilkan perubahan pada induktansi pick-up coil 4. Perubahan induktansi dari pick-up coil menghasilkan perubahan pada out- put osilator 5. Perubahan pada out-put osilator menghasilkan perubahan pada nilai arus listrik yang keluar dari transmitter. Dengan demikian, perubahan pada variabel proses yang dirasakan oleh detektor pada bagian perasa dapat menghasilkan perubahan pada nilai arus listrik yang keluar pada bagian pengirim Universitas Sumatera Utara 6. Sebagian dari out-put osilator dikirim ke kesatuan magnet sehingga akan terjadi gaya tolak – menolak pada kesatuan magnet. Gaya tolak – menolak pada kesatuan magnet akhirnya akan menghasilkan pergerakan pada penghubung kedua. 7. Pergerakan atau gaya pada penghubung kedua diteruskan ke pengimbang utama melalui penyetelan batasan. Gaya pengimbang kedua adalah melawan gaya pada pengimbang utama. Dengan demikian akan dihasilkan kedudukan dimana perubahan jarak antara ferrite akan sebanding dengan perubahan variabel proses yang dirasakan oleh detektor. 8. Transmitter adalah salah satu elemen dari sistem pengendalian proses seperti yang sudah diketahui bahan untuk mengukur besaran fisik suatu proses digunakan alat ukur yang sering disebut sebagai sensor primary elemen bagian yang berhubungan langsung dengan medium yang diukur, keluaran output dari sensor tersebut kemungkinan dapat di display ditayangkan di tempat mana sensor tersebut di pasang local indikator, atau bisa juga dikirim untuk kemudian ditunjukkan di tempat lain secara remote dicontrol room. III.6. Keterpasangan Tabung Venturi Adapun keterpasangan Tabung Venturi pada proses kerja dapat dilihat gambar III-12. Pada rangkaian kendali tekanan dibawah ini Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN