Tinjauan Pustaka Dan Jenis Aliran
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.
S ta tic p re s s u re
V e lo c ity p re s s u re
F lo w
S ta c n a tio n p o in t
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
1,5 ~ 3,0
100 – 200
3,0 ~ 6,0
Lebih dari 200
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 lubanglubang 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.
X (0 ,2 - 0 ,8 )
D
D
F lo w
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 upstream ditempatkan pada jarak 2,5 kali dari besar diameter pipa aliran yang
digunakan yang diukur dari sisi up-stream orifice. Sedangkan pada lubang downstream 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
8
D
D
Flow
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 )
P
= Perbedaan tekanan ( mm HG )
g
= Gravitasi bumi ( m/sec2)
= density ( kg/cm 3 )
Luas penampang :
A = x d2
Dimana :
A = Luas penampang ( m 2 )
= 3, 14 (radian/m)
d = diameter plat orifice ( m )
Maka kecepatan atau laju aliran dapat dihitung :
Q=VxA
Dimana :
Q = debit aliran ( m 3/ sec )
V = kecepatan atau laju aliran ( m/sec)
A = Luas penampang ( m 2 )
Universitas Sumatera Utara
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.
S ta tic p re s s u re
V e lo c ity p re s s u re
F lo w
S ta c n a tio n p o in t
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
1,5 ~ 3,0
100 – 200
3,0 ~ 6,0
Lebih dari 200
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 lubanglubang 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.
X (0 ,2 - 0 ,8 )
D
D
F lo w
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 upstream ditempatkan pada jarak 2,5 kali dari besar diameter pipa aliran yang
digunakan yang diukur dari sisi up-stream orifice. Sedangkan pada lubang downstream 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
8
D
D
Flow
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 )
P
= Perbedaan tekanan ( mm HG )
g
= Gravitasi bumi ( m/sec2)
= density ( kg/cm 3 )
Luas penampang :
A = x d2
Dimana :
A = Luas penampang ( m 2 )
= 3, 14 (radian/m)
d = diameter plat orifice ( m )
Maka kecepatan atau laju aliran dapat dihitung :
Q=VxA
Dimana :
Q = debit aliran ( m 3/ sec )
V = kecepatan atau laju aliran ( m/sec)
A = Luas penampang ( m 2 )
Universitas Sumatera Utara