STUDI FLOWMETER MAGNETIK

Transkripsi

1 STUDI FLOWMETER MAGNETIK ( Aplikasi Pada Laboratorium Instrumentasi PTKI Medan-Sumut ) OLEH : Nama : M. ARIE SYAHPUTRA NIM : Karya Akhir Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan PROGRAM DIPLOMA - IV TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

2 STUDI FLOWMETER MAGNETIK ( Aplikasi Pada Laboratorium Instrumentasi PTKI Medan-Sumut ) OLEH : Nama : M. ARIE SYAHPUTRA NIM : Disetujui oleh : A.n Pembimbing Karya Akhir Rahmad Fauzi, ST., MT. NIP Diketahui oleh : A.n Ketua Program Diploma - IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Sekretaris, Rahmad Fauzi, ST., MT. NIP PROGRAM DIPLOMA - IV TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

3 ABSTRAK Pada dunia industri penggunaan peralatan instrumentasi merupakan hal yang sangat penting dalam proses operasi produksi suatu pabrik. Untuk itu peralatan tersebut harus dapat menghasilkan pengukuran dengan optimal. Beberapa parameter yang menjadi dasar bahan pengukuran dalam jalannya proses yaitu tekanan (pressure), suhu (temperature), tinggi permukaan (level) dan aliran (flow). Salah satu contoh dari instrument adalah Flowmeter Magnetik. Flowmeter Magnetik menerapkan Hukum Faraday terhadap induksi elektromagnetik. Ia mengukur kecepatan aliran fluida konduktif secara elektrikal yang mengalir melalui medan magnetik dengan cara mendeteksi tegangan yang diinduksikan ke dalam cairan. Besarnya sinyal tegangan (E) bergantung kepada kecepatan rata-rata aliran fluida (v) yang melewati kekuatan medan magnetik (B) dan panjang konduktornya (d). Kata kunci : aliran (flow), flowmeter, elektromagnetik, konduktif i

4 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, atas berkat dan rahmatnyalah penulis dapat menyelesaikan karya akhir ini. Tidak lupa pula penulis ucapkan ribuan terima kasih kepada Ayahanda dan Ibunda tercinta yang tak pernah letih mengasuh, membesarkan, memberi dukungan moril maupun materil dan selalu menyertai ananda dengan do a sampai ananda menyelesaikan Karya Akhir ini. Dalam proses penyusunan karya akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik bantuan materil, informasi, administrasi maupun spiritual. Oleh karena itu maka sepantasnya penulis mengucapakan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Orang tua tercinta Ir. Zulkifli Husain dan Zuraya Nst. beserta keluarga yang telah memberikan dukungan moril dan materil juga do a nya. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. selaku Dekan fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT. selaku Dosen Pembimbing dan Ketua Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik. 4. Bapak Rahmad Fauzi ST., MT. selaku Sekretaris Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik. 5. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane selaku Dosen Wali. 6. Bapak Ir. H. Mansyur, M.Si. selaku pembimbing lapangan. ii

5 iii 7. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, khususnya angkatan 2003 yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan karya akhir ini. Akhir kata tak ada gading yang tak retak, karena keterbatasan waktu dan kemampuan, penulis menyadari bahwa dalam pembuatan karya akhir ini masih terdapat banyak kekurangan maupun kesalahan. Untuk itu penulis membuka diri atas segala kritik dan saran yang bersifat membangun agar dapat didiskusikan dan dipelajari bersama demi kemajuan wawasan ilmu pengetahuan dan teknologi. Semoga karya akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Juni 2009 Penulis

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR ISTILAH... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1. Latar Belakang Karya Akhir... 1 I.2. Rumusan Masalah Karya Akhir... 2 I.3. Tujuan Penulisan Karya Akhir... 2 I.4. Manfaat Penulisan Karya Akhir... 2 I.5. Batasan Masalah Karya Akhir... 2 I.6. Metode Penulisan Karya Akhir... 3 I.7. Sistematika Pembahasan Karya Akhir... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 5 II.1. Fluida... 5 II.2. Sensor Aliran Magnetik II.3. Indicating Instrument iv

7 v BAB III METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN FLUIDA DENGAN FLOWMETER MAGNETIK III.1. Gambaran Umum III.2. Pengukuran Aliran Dengan Flowmeter Magnetik (a) Prinsip Pengukuran (b) Metode Eksitasi (c) Struktur Detektor (d) Konverter BAB IV ANALISA PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN FLOWMETER MAGNETIK IV.1. Umum IV.2. Kondisi Praktek Lapangan IV.3. Data IV.3.1. Data Spesifikasi Flowmeter Magnetik IV.3.2. Data Kerja Flowmeter Magnetik IV.4. Analisa Data BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan V.2. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

8 DAFTAR GAMBAR hal. Gambar 2.1 Aliran fluida Melalui Saluran Mengecil... 7 Gambar 2.2 Tabung Venturi... 9 Gambar 2.3 Flow Nozzle... 9 Gambar 2.4 Tipe-Tipe Plat Orifice Gambar 2.5 Vena Contracta Gambar 2.6 Tap Flange Gambar 2.7 Tap Pipa Gambar 2.8 Tabung Pitot Dengan Manometer Gambar 2.9 Tabung Pitot Mempunyai Tap-Tap Tersendiri Gambar 2.10 Rota Meter dan Tipe-Tipe Pelampung Gambar 2.11 Meter Torak Bolak-Balik Gambar 2.12 Meter Bilah Berputar Gambar 2.13 Meter Baling-Baling Gambar 2.14 Meter Piringan Berayun Gambar 2.15 Meter Roda Gigi Oval Gambar 2.16 Meter Kecepatan Turbin Gambar 2.17 Meter Aliran Magnetik Gambar 3.1 Detektor dan Konverter dari Flowmeter Magnetik Gambar 3.2 Prinsip Pengukuran Aliran Dengan Flowmeter Magnetik Gambar 3.3 Detektor Ukuran Kecil Gambar 3.4 Konstruksi Penutupan dan Penyekatan Elektroda Gambar 3.5 Diagram Sirkuit Konverter Berbasis Mikroprosesor vi

9 vii Gambar 3.6 Bentuk Gelombang Sinyal Bagian Utama Konverter Gambar 3.7 Skema Dari Sirkuit Yang Ada Gambar 3.8 Flowmeter Magnetik Dengan Konverter Gambar 4.1 Deretan Prinsip Kerja Flowmeter Magnetik Gambar 4.2 Prinsip Kerja Flowmeter Magnetik Tipe Insertion Gambar 4.3 Instalasi Alat Ukur Secara Vertikal Gambar 4.4 Instalasi Alat Ukur Secara Horizontal Gambar 4.5 Diagram Fisik Pengukuran Aliran Air Dengan Flowmeter Magnetik Gambar 4.6 Diagram Blok Sistem Pengontrolan... 50

10 DAFTAR TABEL hal. Tabel 3.1 Detektor Flowmeter Magnetik (Contoh) Tabel 3.2 Karakteristik Saluran (Lining) Tabel 4.1 Data Kerja Flowmeter Magnetik viii

11 DAFTAR ISTILAH Tap : lubang pengukur tekanan Orifice : lubang Stainless steel : baja tidak berkarat EMF : Elektro Motive Force (tegangan induksi) Konduktif : bersifat penghantar listrik Elektrikal : bersifat kelistrikan Bore : diameter tabung pengukur flowmeter magnetik Volumetrik : berdasarkan jumlah Proporsional : sebanding Signal lead wire : kabel utama Lining : saluran/selaput pelindung elektroda Core : inti besi Coil : kumparan kawat Housing : penutup Sanitary : bersih Sealing : penutupan Insulating : penyekatan Wafer : semacam bundaran yang berisi sesuatu Insertion : penyisipan Grounding : sistem pembumian Upstream : menuju (masuk) Downstream : meninggalkan (keluar) ix

12 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Kemajuan dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat, di mana telah diciptakan suatu peralatan yang modern dalam hal mempercepat dan mempermudah suatu pekerjaan khususnya dalam industri. Instrumen yaitu peralatan yang digunakan untuk mengukur serta mengendalikan berbagai operasi kerja sistem seperti tekanan, laju aliran, temperatur serta level (permukaan). Tujuan dari kegiatan pengukuran ini adalah untuk mendapatkan hasil yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan, memperkecil kemungkinan terjadinya kerusakan unit operasi tersebut. Dalam suatu proses produksi di pabrik, peran pengendalian laju aliran ini sangatlah penting untuk menjaga keadaan aliran tetap sesuai dengan standar operasi. Flowmeter Magnetik dipasang pada pipa, baik pipa mendatar ataupun pipa tegak, namun kondisi pemasangan harus benar dan tepat sehingga akan didapat nilai yang akurat. Sensor yang ditempatkan akan mendeteksi aliran fluida, kemudian konverter mengirimkan ke display untuk ditampilkan dalam bentuk angkaangka melalui tampilan digital (seven segment) dengan satuan l/detik. Berdasarkan penjelasan tersebut di atas, maka penulis tertarik mengambil judul Karya Akhir yaitu : STUDI FLOWMETER MAGNETIK (Aplikasi Pada Laboratorium Instrumentasi PTKI Medan - Sumut). 1

13 2 I.2. Rumusan Masalah Pada karya akhir ini hal-hal penting yang menjadi rumusan masalah adalah sebagai berikut : a. Bagaimana cara mengukur aliran air dengan Flowmeter Magnetik. b. Apa saja bagian-bagian dari pengukuran yang mendukung untuk mengukur aliran dengan Flowmeter Magnetik. I.3. Tujuan Penulisan Karya Akhir Tujuan Penulisan karya akhir ini ada beberapa macam, antara lain adalah : a. Untuk mengetahui jumlah debit air yang mengalir pada pipa. b. Untuk mengetahui kecepatan aliran fluida yang mengalir pada pipa. I.4. Manfaat Penulisan Karya Akhir Penulisan karya akhir ini diharapkan bermanfaat untuk : 1. Pedoman bagi mahasiswa yang membahas masalah yang berhubungan dengan topik bahasan. 2. Mengenal dan memahami alat ukur aliran fluida Flowmeter Magnetik. I.5. Batasan Masalah Agar pembahasan karya akhir ini tidak terlalu meluas, maka penulis memberikan batasan-batasan masalah pembahasan sebagai berikut : a. Hanya membahas tentang prinsip kerja dari Flowmeter Magnetik.

14 3 b. Hanya menjelaskan bagaimana cara mengukur aliran fluida dengan menggunakan Flowmeter Magnetik. c. Tidak membahas secara mendetail mengenai rumus-rumus dan penurunannya. I.6. Metode Penulisan Karya Akhir Dalam membahas suatu objek, kelengkapan data suatu objek merupakan bagian yang harus dipenuhi. Untuk melengkapi data tersebut maka penulis menggunakan metode pengumpulan data sebagai berikut : 1. Secara Teoritis Mengumpulkan data dan mencari data spesifikasi yang diperlukan tentang flowmeter magnetik, serta mencari buku-buku yang sesuai dengan topik bahasan penulis dan studi kepustakaan. 2. Secara Praktis Dengan melakukan pengamatan di lapangan (pengambilan data) di Laboratorium Instrumentasi PTKI Medan-Sumut. I.7. Sistematika Pembahasan Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan karya akhir ini, maka penulis membuat sistematika pembahasan. Sistematika pembahasan ini merupakan urutan bab demi bab termasuk isi dari sub bab - sub babnya. Adapun sistematika pembahasan tersebut adalah sebagai berikut :

15 4 BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang penulisan karya akhir, rumusan masalah karya akhir, tujuan penulisan karya akhir, manfaat penulisan karya akhir, batasan masalah karya akhir, metode penulisan karya akhir serta sistematika pembahasan karya akhir. BAB II LANDASAN TEORI Bab ini berisikan pengantar, pengukuran aliran fluida dengan Flowmeter Magnetik, variable input dan variable output. BAB III METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN FLUIDA DENGAN FLOWMETER MAGNETIK Bab ini memberikan gambaran umum serta metode pelaksanaan pengukuran aliran fluida menggunakan Flowmeter Magnetik. BAB IV ANALISA PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN FLOWMETER MAGNETIK Bab ini membahas analisa ketelitian kerja dari pengukuran aliran air dengan menggunakan Flowmeter Magnetik. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran.

16 BAB II LANDASAN TEORI II.1. Fluida Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus-menerus bila terkena tegangan geser. Gaya geser adalah komponen gaya yang menyinggung permukaan. Tegangan geser pada suatu titik adalah nilai batas perbandingan gaya geser terhadap luas dengan berkurangnya luas hingga menjadi titik tersebut. Suatu zat cair ditempatkan di antara dua buah plat sejajar, dengan jarak antara yang kecil dan besar sedemikian luasnya sehingga keadaan pada tepi-tepi plat dapat diabaikan. Plat bawah terpasang tetap dan suatu gaya F ditetapkan pada plat atas, yang mengerahkan tegangan geser F/A pada zat apapun yang terdapat di antara plat-plat. A ialah luas plat atas satuannya (m 2 ). Bila gaya F menyebabkan plat bergerak dengan suatu kecepatan (bukan nol) satuannya (N), betapapun kecilnya F, maka kita dapat menyimpulkan bahwa zat di antara kedua plat tersebut adalah fluida. Termasuk fluida adalah air, gas dan zat padat. Yang dimaksud dengan aliran (flow) disini ada tiga macam, yaitu: 1. Kecepatan fluida mengalir (m/s), 2. Debit (banyaknya volume) fluida mengalir per satuan waktu (l/dtk), 3. Jumlah (volume) fluida yang mengalir untuk selang waktu tertentu (liter, galon, dll.). 5

17 6 Jenis alat ukur aliran (flow) sebenarnya sangat banyak, pada dasarnya dapat dibagi menjadi tiga bagian besar yaitu : 1. Head Flowmeter, 2. Area Flowmeter, 3. Positive Displacement Meter. Ketiga jenis alat ukur aliran aliran (flow) ini memiliki prinsip kerja yang berbeda pula. Beberapa macam dari masing-masing jenis alat ukur aliran (flowmeter) akan dibahas pada bagian berikut. 1. Head Flowmeter Untuk mengukur aliran fluida dalam suatu pipa dengan head flowmeter, maka pada aliran fluida itu dipasang suatu penghalang dengan diameter lubang yang lebih kecil dari diameter pipa, sehingga tekanan maupun kecepatannya berubah. Dengan mengukur perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah penghalang, dapat ditentukan besarnya aliran fluida. Beberapa alat ukur aliran (flowmeter) yang merupakan pengukur aliran jenis Head Flowmeter, yaitu : a. Tabung Venturi b. Flow Nozzle c. Plat Orifice d. Tabung Pitot

18 7 Sebelum membahas keempat Flowmeter ini, akan dibahas lebih dahulu hubungan antara perbedaan tekanan dan kecepatan aliran yang menjadi prinsip dari Head Flowmeter. Pada Gambar 2.1 [2] terlihat suatu aliran fluida yang melalui pipa dengan luas penampang di bagian masukan (input) lebih besar dari bagian keluaran (output). Misalkan kecepatan, tekanan dan luas penampang di bagian input adalah V 1, P 1 dan A 1 sedangkan di bagian output adalah V 2, P 2 dan A 2. Gambar 2.1 Aliran Fluida Melalui Saluran Mengecil Di sini berlaku persamaan kontinuitas, dimana banyaknya fluida yang masuk sama dengan banyaknya fluida yang keluar, dapat dilihat pada persamaan 2.1 [2] : V 1 x A 1 = V 2 x A 2...(2.1) Dengan menganggap bahwa kecepatan fluida pada seluruh penampang sama, maka berlaku persamaan Bernouli [2] : P 1 + ½ ρ V 2 1 = P 2 + ½ ρ V (2.2) Di mana : P = Tekanan fluida V = Kecepatan aliran ρ = Massa jenis fluida

19 8 Dari kedua persamaan diatas didapat [2] : Q = A A 1 ( A ) 2 ( P1 ρ 2 P )...(2.3) Di mana : Q = Laju aliran (liter/detik) Bila luas penampang A2 << A1, maka [2] : 2( P1 P2 Q = A2...(2.4) ρ Jadi di sini terlihat bahwa dengan mengukur perbedaan tekanan (P 1 -P 2 ) dapat ditentukan besarnya laju aliran. Tetapi biasanya dalam praktek, persamaan di atas masih harus dikoreksi dengan suatu koefisien yang disebut koefisien discharge. Koefisien discharge ini tidak konstan dan besarnya ditentukan dari kerugian-kerugian gesekan akibat kekasaran bagian dalam pipa, bentuk geometri dari saluran dan bilangan Reynold. Aliran turbulen mempunyai bilangan Reynold yang tinggi, lebih besar dari Sedangkan bila bilangan Reynoldnya rendah (lebih rendah dari 2000), alirannya merupakan aliran laminer. Bilangan Reynold untuk aliran dalam pipa dirumuskan dengan [2] : ρ v D Rd =...(2.5) µ Di mana : ρ v D = Massa jenis fluida = Kecepatan rata-rata aliran fluida = Diameter pipa

20 9 µ = Viskositas (kekentalan) fluida a. Tabung Venturi Tabung Venturi mempunyai bentuk seperti pada Gambar 2.2 [2]. Pada sekeliling pipa sering dibuat lubang-lubang yang jalan keluarnya dijadikan satu dan dihubungkan dengan pengukuran tekanan (disebut cincin piezometer). Dengan demikian tekanan yang diukur merupakan tekanan rata-rata sehingga pengukuran menjadi lebih cepat dan teliti. Gambar 2.2 Tabung Venturi Kemiringan dibagian input kira-kira sebesar 30º sedangkan dari bagian output lebih kecil, yaitu antara 3º sampai 15º. Perbandingan diameter antara leher dan pipa terletak antara 0,25 mm sampai 0,50 mm. Hasil pengukuran aliran dengan menggunakan Tabung Venturi ini merupakan pengukuran yang paling teliti bila dibandingkan dengan Head Flowmeter 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.

21 10 b. Flow Nozzle Flow Nozzle mempunyai bentuk yang lebih sederhana bila dibandingkan dengan Tabung Venturi, seperti terlihat pada Gambar 2.3 [2]. (a) (b) Gambar 2.3 Flow Nozzle Tap (lubang pengukur tekanan) pada Flow Nozzle ini diletakkan kirakira pada jarak satu kali diameter pipa (1 D) di muka bagian input dan setengah diameter pipa (½ D) di belakang bagian output seperti terlihat pada Gambar 2.3 (a) atau tepat di bagian outputnya, tergantung pada pabrik pembuatannya seperti terlihat pada Gambar 2.3 (b). Flow Nozzle ini mempunyai ketelitian yang lebih rendah bila dibandingkan dengan Tabung Venturi, tetapi harganya juga lebih rendah. Berbeda dengan Tabung Venturi yang dalam pemasangannya mengganggu sambungan pipa saluran, pemasangan Flow Nozzle dapat dilakukan tanpa mengganggu sambungan pipa.

22 11 c. Plat Orifice Plat Orifice merupakan alat ukur aliran yang paling murah, paling mudah pemasangannya, tetapi juga paling kecil ketelitiannya diantara alat ukur aliran jenis Head Flowmeter. Plat Orifice merupakan plat yang berlubang dengan pinggiran yang tajam. Plat ini terbuat dari bahan-bahan yang kuat. Selain terbuat dari logam, ada juga orificenya yang terbuat dari plastik agar tidak terpengaruh oleh fluida yang mengalir (erosi atau korosi). Macam-macam tipe Plat Orifice dapat dilihat pada Gambar 2.4 [2]. (a) Concentric (b) Eccentric (c) Segmental Gambar 2.4 Tipe-Tipe Plat Orifice Plat Orifice tipe eksentris dan segmental digunakan untuk mengukur aliran yang mengandung bahan-bahan padat. Bila digunakan Plat Orifice tipe konsentris, maka akan timbul endapan-endapan benda padat yang akan mengganggu pengukuran. Demikian juga lubang kecil yang terletak pada bagian bawah, dibuat sedemikian rupa agar kesalahan pengukuran dapat diperkecil, yaitu untuk mengalirkan fluida akibat kondensasi agar tidak berkumpul pada Plat Orifice yang dapat mengganggu pengukuran aliran fluida. Untuk aliran fluida udara yang terjebak dialirkan dengan memberi

23 12 lubang kecil di bagian atas. Pemasangan tap (lubang) pengukuran untuk Plat Orifice ada beberapa macam, yaitu : a. Tap Vena Contracta b. Tap Flange c. Tap Pipa Tap pertama dari Tap Vena Contracta diletakkan pada jarak 1 D sebelum orifice sedangkan tap kedua pada Vena Contracta. Vena Contracta adalah tempat di mana luas aliran mencapai minimum, sehingga tekanannya paling kecil seperti terlihat pada Gambar 2.5 [2]. Gambar 2.5 Vena Contracta Oleh karena letaknya tergantung kepada diameter pipa dan diameter orifice maka pemasangan tap kedua ini akan berbeda untuk pipa dan orifice yang berbeda. Keuntungan dari Tap Vena Contracta adalah bahwa pengukurannya lebih teliti, karena mendapat tekanan diferensial yang lebih besar. Kerugiannya ialah bahwa tap kedua harus dipasang pada pipa dengan tepat pada Vena Contracta.

24 13 Tap Flange diletakkan simetris di kiri dan kanan orifice kira-kira sejauh satu inci. Keuntungan cara ini adalah tap-tapnya dapat dipasang menjadi satu dengan flange pipa tanpa mengganggu pipa, dan Plat Orifice dapat digantikan tanpa harus mengubah letak tap. Kerugiannya adalah hasil pengukuran yang kurang teliti, karena terdapat beda tekanan yang kecil. Pemasangan Tap Flange dapat dilihat pada Gambar 2.6 [2]. Gambar 2.6 Tap Flange Tap pertama dari Tap Pipa diletakkan sejauh 2½ D sebelum orifice sedangkan tap kedua sejauh 8 D sesudah orifice, seperti terlihat pada Gambar 2.7 [2]. Gambar 2.7 Tap Pipa Tekanan diferensial yang diukur kecil sekali karena hanya menyatakan rugi tekanan oleh orifice. Umumnya tap pipa ini jarang dipakai. Agar pengukuran aliran dengan menggunakan Plat Orifice dapat dilakukan dengan ketelitian yang tinggi maka di dekat tap-tap, tekanan tidak boleh mengalami gangguan. Ganguan-gangguan ini dapat terjadi bila di dekat tap

25 14 ini terdapat fitting seperti sambungan pipa, belokan, katup, regulator, pompa dan lain-lain. Umumnya daerah sejauh 5 m sebelum orifice sampai 20 m sesudah orifice harus bebas dari fitting-fitting. Angka-angka ini bisa sedikit berbeda tergantung pada perbandingan diameter dan tipe fitting yang berbeda di kiri dan kanan orifice. d. Tabung Pitot Tabung Pitot berbeda dengan ketiga Head Flowmeter yang telah diterangkan sebelumnya untuk mengukur debit atau laju aliran, maka Tabung Pitot ini merupakan pengukur kecepatan fluida mengalir. Prinsip kerjanya hampir sama dengan pengukur yang lain. Dapat dilihat pada Gambar 2.8 [2]. Gambar 2.8 Tabung Pitot dengan Manometer Tabung Pitot yang dipasang di dalam aliran fluida dengan mulut menghadap arah aliran. Di sini dianggap bahwa fluida di mulut tabung pitot diam atau mempunyai kecepatan nol. Sehingga bentuk persamaan Bernoulinya menjadi [2] : 2 P1 V1 P2 + =...(2.6) ρ 2 ρ

26 15 P2 P1 P2 P1 V 1 = 2 = 2...(2.7) ρ ρ Dengan mengukur perbedaan tekanan (P 2 -P 1 ) maka kecepatan fluida langsung dapat diketahui. Keuntungan dari Tabung Pitot adalah pengukuran tidak hanya dapat dilakukan dalam pipa-pipa tertutup tetapi juga dalam saluran-saluran terbuka. Kerugiannya adalah tidak dapat dipakai untuk mengukur kecepatan fluida yang mengandung benda-benda padat. Pada Gambar 2.9 [2] terlihat suatu Tabung Pitot dimana kedua tapnya merupakan bagian dari Tabung Pitot itu sendiri. Sehingga tidak mengganggu (melubangi) pipa saluran. Gambar 2.9 Tabung Pitot Yang Mempunyai Tap-Tap Tersendiri Ada beberapa faktor yang mempengaruhi Head Flowmeter pada proses pengukuran aliran fluida, yaitu : a. Kerapatan (densitas) dari cairan b. Temperatur c. Tekanan (gas) d. Kekentalan (viskositas) e. Aliran yang tidak konstan (osilasi) f. Kesalahan pemasangan pipa

27 16 g. Ketelitian pembuatan orifice h. Adanya gas yang terjebak pada cairan 2. Area Flowmeter Prinsip kerja Area Flowmeter merupakan kebalikan dari Head Flowmeter. Pada Head Flowmeter, aliran melewati saluran yang mempunyai luas tertentu (ditentukan oleh luas pipa dan luas hambatan) yang kemudian perbedaan tekanan diukur, sehingga dapat diketahui debitnya. Sebaliknya pada Area Flowmeter mempunyai skala yang linier. Salah satu jenis dari Area Flowmeter adalah Rota Meter. Skema dari Rota Meter ini terlihat pada Gambar 2.10 (a) [2]. Rota Meter ini terdiri dari suatu kerucut yang terbuat dari gelas (kaca) atau bahan lain yang transparan dan berskala dengan suatu pelampung di dalamnya. Beberapa bentuk pelampung untuk keperluan ini dapat juga dilihat pada Gambar 2.10 (b) [2]. Pelampung ini terbuat dari bahan-bahan yang tahan karat terhadap fluida yang mengalir, biasanya terbuat dari stainless steel. Oleh karena adanya aliran fluida maka pelampung akan naik, dalam keadaan setimbang akan diam pada suatu posisi. Semakin besar alirannya maka semakin tinggi posisinya. Rota Meter harus dipasang tegak lurus (kemiringan dari 2º). Misalkan pelampung memiliki berat W, volume V P dan luas penampang terbesar A P. Berat pelampung terbesar ini diimbangi gaya ke atas oleh fluida dan gaya akibat perbedaan tekanan. Jadi dalam keadaan setimbang [2] : W = ΔP. A p + ρ gf. V p

28 17 W ρ gf. V p P =...(2.8) A p Di mana : ρ gf ΔP = Berat jenis fluida = Beda tekanan Di sini terlihat bahwa beda tekanan ΔP tidak tergantung dari posisi pelampung. Jadi pada posisi manapun beda tekanan akan konstan. Oleh karena luas penampang kerucut berubah terhadap posisi penampang, maka luas penampang dimana fluida mengalir di sekeliling pelampung juga tergantung pada posisi. Penampang aliran fluida ini berbentuk cincin. Di dalam aliran ini dianggap berlaku persamaan kontinuitas Bernoulli, sehingga pelampung akan mengatur dirinya sendiri pada posisi di mana kedua persamaan tadi dipenuhi. Dapat diturunkan dari kedua persamaan ini bahwa [2] : Di mana : C ( AK AP ρ P g ρ F g Q = 2gVP ( )...(2.9) A A A g K P 2 P ρ F 1 ( ) A K C A K A P = Koefisien discharge = Luas penampang kerucut = Luas penampang pelampung terbesar ρ F g = Berat jenis fluida ρ F g = Berat jenis pelampung

29 18 AK AP Bila ( ) 2 << 1, maka bentuk persamaan di atas menjadi [2] : A K Q = K (A K A P )...(2.10) Jadi laju aliran Q hanya merupakan fungsi dari luas kerucut. Bila sudut kemiringan kerucut kecil, maka luas kerucut ini sebanding dengan posisi pelampung. Dengan demikian debit yang akan diukur sebanding dengan tinggi pelampung. Oleh karena berat jenis fluida mempengaruhi persamaan diatas, maka setiap Rota Meter dikalibrasi untuk fluida tertentu. Rota Meter ini tidak sekuat Head Flowmeter karena terbuat dari bahan transparan, tetapi akhir-akhir ini sudah berhasil dibuat Rota Meter dari logam dan plastik yang lebih kuat. (a) (b) Gambar 2.10 Rota Meter dan Tipe-Tipe Pelampung 3. Positive Displacement Meter Positive Displacement Meter merupakan alat ukur jumlah, yaitu mengukur banyaknya fluida yang telah mengalir melalui suatu saluran

30 19 tertutup. Ada beberapa macam alat ukur aliran jenis Positive Displacement Meter, antara lain adalah : a. Meter Torak Bolak-Balik Pada Gambar 2.11 [2] terlihat skema dari Meter Torak Bolak-Balik ini. Torak bergerak bolak-balik dan menggerakkan sebuah katup geser. Letak katup geser adalah sedemikian rupa sehingga pada saat torak bergerak ke kiri, fluida di ruang kiri terdesak keluar, sedangkan ruang kanan terisi oleh fluida masuk. Kemudian pada saat torak bergerak ke kanan terjadi hal yang sebaliknya, yaitu fluida di ruang kanan terdorong ke luar dan ruang kiri kembali terisi. Fluida mengalir setiap kali torak melakukan gerak bolakbalik tertentu volumenya sehingga dengan menghitung jumlah gerak bolakbalik torak ini dapat diketahui jumlah volume yang telah mengalir melaluinya. Biasanya torak ini dihubungkan dengan penghitung mekanis. Gambar 2.11 Meter Torak Bolak-Balik b. Meter Bilah Berputar Prinsip kerja meter bilah berputar sama dengan Meter Torak Bolak- Balik, hanya di sini terjadi gerakan putar, seperti pada Gambar 2.12 [2].

31 20 Silinder dalam letaknya eksentris terhadap silinder luar dan terpasang bilahbilah yang dapat bergerak pada celah-celah pada poros silinder dalam. Pada ujung-jung bilah terdapat pegas sehingga selalu akan menekan silinder dalam. Bilah-bilah ini berfungsi sebagai pemisah cairan. Pada saat silinder dalam berputar, sebagian fluida terdorong keluar melalui salah satu sektor dan cairan mengalir masuk pada sektor yang lain. Disini juga volume fluida yang telah mengalir untuk satu kali putar tertentu besarnya. Sumbu silinder dalam dihubungkan dengan penghitung mekanis sehingga jumlah volume fluida yang telah melaluinya dapat diketahui. Perlu diketahui disini bahwa berputarnya silinder dalam ini disebabkan adanya beda tekanan yang bekerja pada pengukuran aliran ini. Gambar 2.12 Meter Bilah Berputar c. Meter Baling-Baling Meter Baling-Baling ini terdiri dari suatu ruangan yang di dalamnya dipasang dua buah baling-baling. Bentuk dan posisi kedua baling-baling ini seperti terlihat pada Gambar 2.13 [2], menyebabkan fluida berganti-ganti masuk dan keluar dari ruang-ruang yang terpisah oleh kedua baling-baling tadi. Pengukur aliran jenis ini umumnya dipakai untuk aliran gas.

32 21 Gambar 2.13 Meter Baling-Baling d. Meter Piringan Berayun Prinsip dari Meter Piringan Berayun ini sama dengan ketiga alat ukur aliran yang telah diterangkan di atas. Yaitu dengan mengisi suatu ruangan dengan volume tertentu, kemudian karena berayunnya piringan seperti terlihat pada Gambar 2.14 [2], fluida ini akan dialirkan keluar. Berayunnya piringan ini disebabkan adanya aliran fluida yang melaluinya. Batang dari bola yang berada di tengah-tengah piringan dapat dihubungkan ke penghitung mekanis untuk mengetahui jumlah volume total yang telah melaluinya. Gambar 2.14 Meter Piringan Berayun

33 22 e. Meter Roda Gigi Oval Bentuk dan cara kerja meter gigi oval mirip dengan Meter Baling- Baling, hanya kedua baling-baling diganti oleh dua buah roda gigi yang berbentuk oval. Seperti pada Gambar 2.15 [2]. Gambar 2.15 Meter Roda Gigi Oval 4. Pengukur-Pengukur Aliran Yang Lain Selain pengukur aliran yang telah dibahas sebelumnya, masih banyak lagi pengukur-pengukur aliran yang lain. Beberapa diantaranya adalah : a. Meter Kecepatan Turbin Turbin akan berputar bila cairan mengenai dan mendorong baling-baling dari turbin, seperti pada Gambar 2.16 [2]. Suatu kumparan penerima (pick up coil) yang dipasang pada pipa akan merasakan putaran turbin ini dan akan menghasilkan pulsa listrik apabila sebuah fluida melaluinya. Frekuensi pulsa yang dihasilkan akan sebanding dengan volume laju aliran dari cairan. Sifat-sifat dari Meter Kecepatan Turbin : a. Ketelitian tinggi (0,5 %) b. Sesuai untuk cairan dengan kekentalan rendah

34 23 c. Ukuran kecil d. Sinyal keluaran berupa pulsa listrik. e. Dikalikan dengan pengukuran densitas, dapat menunjukkan laju aliran massa (dilakukan oleh mikroprosesor). Gambar 2.16 Meter Kecepatan Turbin b. Meter Aliran Magnetik Meter Aliran Magnetik bekerja berdasarkan Hukum Faradaytentang induksi tegangan. Pada suatu aliran muatan listrik yang melintasi medan magnet akan timbul tegangan yang besarnya [2]: E = B l v x (2.11) Di mana : E = Tegangan induksi (Volt) B = Fluks density (gauss) l = Panjang konduktor (m) v = Kecepatan konduktor (m/s) Fluks density dihasilkan dari : B = µ 0 x H

35 24 di mana : µ 0 = 4 π x 10-7 H = 1 2π x ρ maka diperoleh : B = µ 0 x H = ( 4 π x 10-7 ) x ( 1 ) 2π x ρ = ( 4 x 3,14 x 10-7 ) x ( 1 2 x 3,14 x 1 ) = ( 12,56 x 10-7 ) x ( = 2 x 10-7 Wb/m 2 dengan catatan : π = 3,14 ρ air = 1 gram/cm 3 1 6,28 ) Bagian dari flowmeter ini bisa dilihat pada Gambar 2.17 [2]. Gambar 2.17 Meter Aliran Magnetik

36 25 Cairan yang melewati pipa akan memotong fluks magnet. Adanya aliran fluida yang bergerak relatif terhadap medan magnet akan menyebabkan tegangan induksi yang arahnya tegak lurus terhadap kecepatan konduktor v (m/s) dan fluks densitas B (Wb/m 2 ). Tegangan yang timbul dideteksi oleh elektroda yang diletakkan di luar pipa dan besarnya sebanding dengan kecepatan aliran fluida. Syarat-syarat pengukuran yaitu : 1. Fluida harus dapat mengantarkan arus listrik dan pipa baja tak berkarat non-magnetik digunakan sebagai tabung pengukuran. 2. Elektroda ditempatkan pada permukaan sebelah dalam dari pipa dan berhubungan langsung dengan fluida. 3. Tegangan output kecil dan magnet digunakan untuk memperkuat dan mengeliminasi polarisasi. c. Weir dan Flume Weir dan Flume merupakan rintangan-rintangan yang diberikan pada saluran terbuka untuk dapat mengukur laju aliran fluida. Karena adanya rintangan ini maka tinggi permukaan cairan pada atau dekat takik (notch) dari Weir atau Flume. Laju aliran merupakan fungsi dari permukaan cairan. Weir berupa lempengan dengan takik pada bagian atas. Jenis takik ini ialah takik V (untuk aliran kecil), takik persegi dan takik trapesium. Flume mempunyai penampang seperti Tabung Venturi, hanya disini terbuka pada bagian atas seperti terlihat Gambar 2.18 [2].

37 26 (a) Tipe-Tipe Weir (b) Parshall Flume Gambar 2.18 Tipe-Tipe dari Weir Dan Parshall Flume Penggunan : 1. Hanya untuk saluran terbuka. 2. Rugi tekanan kecil. 3. Pemeliharaan mudah. 4. Laju aliran merupakan fungsi dari tinggi cairan. 5. Harga rendah untuk aliran yang besar. d. Meter Aliran Massa Pengukuran aliran massa dapat dilakukan secara : 1. Langsung, 2. Tidak Langsung (Inferensial). Pengukuran Tidak Langsung dilakukan dengan mengukur baik laju aliran dan densitas (rapat massa). Dengan mengalikan kedua hasil pengukuran ini sehingga pada komputer (recorder atau controller), laju aliran massa dapat ditentukan. Dalam hal ini recorder atau controller

38 27 berfungsi sebagai display, untuk menampilkan hasil pengukuran. Dapat dilihat pada Gambar 2.19 [2]. Gambar 2.19 Meter Aliran Massa II.2. Sensor Aliran Magnetik Sensor Aliran Magnetik adalah alat yang akan terpengaruh oleh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa udara dan bebas dari debu, kelembaban, asap maupun uap. Sensor Aliran Magnetik dirancang untuk memberi tanggapan terhadap intensitas medan magnet yang ada di sekitarnya. Apabila tidak terdapat medan magnet didekatnya, maka tegangan output yang dihasilkan piranti ini besarnya setengah dari tegangan catu daya. Apabila kutub selatan sebuah magnet berada di dekat sensor, tegangan output akan naik. Besarnya kenaikan tegangan ini sebanding dengan kekuatan medan magnet yang dihasilkan magnet tersebut. Apabila kutub utara sebuah magnet berada di dekat sensor, maka tegangan output akan jatuh.

39 28 II.3. Indicating Instrument Indicating Instrument adalah semua alat ukur yang menunjukkan nilai yang merupakan besaran yang berubah terhadap waktu selama pengukuran dilakukan. Pengukuran yang dihasilkan oleh Indicating Instrument dapat dibagi atas : 1. Pengukuran Nilai Sesaat (Instanteneous Valve) Alat ukur dalam hal ini menunjukkan nilai sesungguhnya dari besaran yang diukur pada setiap dilakukan pengukuran. Hal ini dapat dilakukan jika perubahan besaran yang diukur sebagai fungsi waktu cukup lambat, sehingga alat ukur yang digunakan dapat mengikuti perubahan tersebut. 2. Pengukuran Nilai Rata-Rata (Average Valve) Alat ukur dalam hal ini menunjukkan nilai rata-rata yang diperhitungkan untuk satu interval waktu (periode) yang tetap. Ini dapat diperoleh dengan rumus [3] : F T 1 = F ( t dt T...(2.12) av ) 0 F av adalah fungsi average atau nilai rata-rata dari f (t) untuk interval 0 t T. Pengukuran ini dilakukan untuk besaran fungsi waktu yang berubah cepat, tetapi tetap mempunyai harga positif saja atau harga negatif saja secara kontinu. Misalnya pengukuran ini dilakukan untuk tegangan dan arus searah dengan menggunakan voltmeter dan amperemeter arus searah sama dengan nol.

40 29 3. Pengukuran Nilai Efektif Alat ukur dalam hal ini menunjukkan suatu besaran yang biasa disebut akar dari kuadrat rata-rata suatu besaran fungsi waktu (root mean square valve=rms valve). Ini dapat dihitung dengan rumus [3] : F T 1 2 = f ( t dt T...(2.13) eff ) 0 F eff = Nilai efektif dari transducer Pengukuran ini dilakukan untuk besaran fungsi waktu yang berubah cepat tetapi tetap mempunyai baik harga positif atau harga negatif bersamasama dalam suatu interval (periode) yang tetap. Pengukuran Nilai Efektif ini berlaku untuk besaran dan tegangan dan arus bolak-balik. 4. Pengukuran Nilai Maksimum dan Minimum Sesaat Pengukuran ini hanya menunjukkan besaran ukur yang maksimum atau minimum pada suatu saat, selama alat ukur yang digunakan terpasang. Sebagai contoh adalah termometer maksimum-minimum yang dapat dipakai untuk menunjukkan suhu yang paling tinggi dan suhu yang paling rendah. Catatan : Umumnya besaran-besaran yang diukur dalam proses industri merupakan besaran yang nilainya positif (dan negatif) saja. Sehingga besaran yang diukur merupakan besaran rata-rata besaran sesaat, karena untuk suatu nilai yang perubahannya lambat dapat didefinisikan bahwa nilai rata-ratanya adalah sama dengan nilai sesaatnya.

41 BAB III METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN FLUIDA DENGAN FLOWMETER MAGNETIK III.1. Gambaran Umum Flowmeter Magnetik menerapkan Hukum Faraday terhadap induksi elektromagnetik. Ia mengukur kecepatan aliran cairan konduktif secara elektrikal yang mengalir melalui medan magnetik dengan cara mendeteksi tegangan yang diinduksikan ke dalam cairan. Dalam dunia industri, digunakan Flowmeter Magnetik yang memiliki bore (diameter tabung pengukur) nominal dengan ukuran mulai dari yang sangat kecil 2,5 mm sampai dengan ukuran yang sangat besar mm. Pada Gambar 3.1 [5&6] ditunjukkan bentuk fisik dari berbagai macam Flowmeter Magnetik. Seri : Admag AXF (a) Integral display; (b) AXFA11G Remote converter (c) Type Sanitary Manufacturing : YOKOGAWA Co. Japan Seri : FSM400 (Remote display) Manufacturing : ABB Instrumentation Germany Seri : (a) FMG600; (b) FMG401; (c) FMG100; (d) FMG3002-PP (Insertion style) Manufacturing : OMEGA Engineering Inc. USA/Canada Gambar 3.1 Detektor dan Konverter dari Flowmeter Magnetik 30

42 31 III.2. Pengukuran Aliran Fluida Dengan Flowmeter Magnetik (a) Prinsip Pengukuran Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2 [1], tabung pengukuran dengan diameter dalam d (m) memiliki dinding bagian dalam yang dilapisi dengan bahan isolasi menyilang pada sudut kanan melalui medan magnetik terhadap densitas fluks B (T). Jika cairan konduktif mengisi tabung dan mengalir dengan kecepatan rata-rata v (m/s) dan pasangan elektroda ditempatkan berlawanan satu dengan yang lain pada dinding pipa di sudut kanan pada medan magnetik dan aliran, maka kekuatan elektromotive E (V) akan diperoleh di antara elektroda-elektroda tersebut. Kekuatan elektromotive dinyatakan dengan [1] : E = kbd _ v...(3.1) Di mana k adalah konstanta intrinsik pada detektor dan tergantung pada kondisi medan magnetik. Gambar 3.2 Prinsip Pengukuran Aliran dengan Flowmeter Magnetik

43 32 Untuk kecepatan aliran volumetrik Q (m 3 /s), adalah [1] : _ Q 4Q v = =...(3.2) 2 2 ( π / 4) d π d Dengan demikian, dari persamaan (3.1) dan (3.2), kekuatan electromotive E menjadi [1] : 4 B Q E = k....(3.3) π d Selanjutnya, dari persamaan (3.3), tingkat aliran Q menjadi [1] : 1 π d E Q =.....(3.4) k 4 B Seperti yang ditunjukkan pada persamaan (3.4), jika densitas fluks B adalah konstan, maka tingkat kecepatan aliran Q proporsional dengan kekuatan electromotive E. Kekuatan electromotive ini diperkuat dan diubah ke sinyal universal (4 sampai 20 ma, DC) atau sinyal pulsa dengan konverter dan kemudian outputnya. Selanjutnya, secara teoritis terbukti bahwa kekuatan electromotive E yang didapatkan dalam hal ini proporsional dengan kecepatan aliran ratarata v dalam persamaan (3.1), jika profil kecepatan aliran rata-rata dalam tabung pengukuran adalah simetris dengan sumbu sentral pipa dan densitas fluks magnetik dalam hal ini seragam. (b) Metode Eksitasi Jika medan magnetik arus searah digunakan, maka elektroda menjadi polarisasi. Untuk menghindari hal ini, digunakan metode eksitasi dengan menggunakan frekuensi komersial arus bolak-balik. Dengan metode ini,

44 33 sinyal tegangan kecepatan aliran yang dibangkitkan diantara kedua elektroda juga memiliki frekuensi komersil. Dengan adanya pengaruh dari arus pusar yang berasal dari perubahan dalam fluks magnetik, dan disebabkan gangguan lainnya, maka titik nol dari sinyal tersebut berubahubah. Sekarang ini, untuk menghilangkan pengaruh dari beberapa jenis gangguan pada sinyal tegangan kecepatan aliran dan untuk memperbaiki stabilitas sinyal titik nol, sering digunakan gelombang dari frekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi komersial. Alasan utama terhadap hal ini adalah sebagai berikut : (1) Dengan menggunakan arus gelombang luas yang memiliki frekuensi rendah yakni pembagian terhadap frekuensi komersil sebagai arus yang ada, dan mendeteksi sinyal kecepatan aliran pada nilai fluks magnetik diam, gangguan berdasarkan atas tingkat perubahan fluks magnetik (gangguan differensial fluks magnetik) dapat dihilangkan, yang membuat sinyal titik nol kecepatan aliran semakin stabil. Gangguan muncul jika arus pusar yang mengalir pada cairan tersebut tidak simetris dengan sumbu elektroda, dan jika fluks magnetik dari bidang magnetik yang tertekan menjadi terhubung dengan bagian deteksi sinyal yang terbentuk oleh cairan, elektroda dan kawat sinyal elektroda. Dalam kondisi ini, gangguan muncul ketika kecepatan aliran adalah nol dan menjadi sumber kesalahan. (2) Dalam metode eksitasi frekuensi-rendah, frekuensi sinyal berbeda dengan frekuensi komersil, sehingga sinyal tersebut tidak mudah dipengaruhi oleh gangguan elektrostatis atau elektromagnetik yang

45 34 muncul pada kabel utama yang membawa sinyal dari detektor ke konverter. (c) Struktur Detektor Contoh dari beberapa jenis detektor dicatat pada Tabel 3.1 [1]. Konstruksi detektor berbeda-beda sesuai dengan bore nominal dan aplikasinya, namun pada dasarnya terdiri dari saluran tabung pengukur dengan penyekat elektrik, elektroda untuk menahan kekuatan elektromotive yang dibangkitkan, dan gulungan serta inti untuk membangkitkan medan magnetik. Tabel 3.1 Detektor Flowmeter Magnetik (Contoh) [Yokogawa Tech. Rep., 28, 2, p.145 (1984)] Simbol untuk ukuran Model Diameter nominal (mm) Jenis penggunaan umum Jenis yang dapat direndam Jenis sanitary Jenis tahan ledakan SS YM ~15 S YM200 25~100 M YM ~ L YM ~1000 LL YM ~2600 Keterangan : PFA (Tetra fluoroethylene perfluoro alkoxy resin) Polyurethan rubber Gambar 3.3 [1] menunjukkan struktur detektor dengan bore nominal kecil. Pipa baja tak berkarat non-magnetik, yang dengan mudah melewatkan fluks magnetik menuju cairan digunakan untuk tabung pengukuran (pipa kumparan). Saluran pada permukaan bagian dalam

46 35 adalah karet fluororesin (PFA) atau polyurethane, yang dipilih sesuai dengan sifat dari cairan yang diukur dan temperatur. Gambar 3.3 Detektor Ukuran Kecil Tabung pengukur, housing, terminal box, dan flange semuanya dilas bersama, dan bagian dalam detektor dilindungi dengan menutupnya dengan resin, sehingga kuat secara mekanis dan tahan lembab. Untuk bore nominal besar, setelah inti dan gulungan direkatkan pada bagian dalam tabung baja, karet polyurethane digunakan dengan pembalut gips sentrifugal untuk menghasilkan konstruksi padu. Tabel 3.2 [1] membuat daftar ciri bahan saluran.

47 36 Elektroda harus dibuat dari bahan non-magnetik dan juga tahan korosi, sehingga SUS 316L plantinum-iridium dapat digunakan. Tergantung pada cairan, hastelloy C, titanium, tantalum atau logam tahan korosi lainnya juga dapat digunakan. Contoh konstruksi elektroda untuk resin PFA saluran detektor ditunjukkan pada Gambar 3.4 [1]. Penutup saluran tabung pengukur dan elektroda dicetak pada satu bagian, yang mengelilingi elektroda dengan penyekat resin PFA dan memastikan penyekatan elektroda dari tabung baja dasar, dan memperbaiki kekuatan penutup yang ada terhadap tekanan dari cairan. Tabel 3.2 Karakteristik Saluran (Lining) Saluran Karakteristik Cairan yang diukur PFA Kuat dan halus secara mekanis, jadi bebas endapan pada didnding pipa. Tahan panas dan korosi. Batas temperatur : -10ºC sampai +160ºC (14ºF sampai +320ºF) sulfur, dll) Polyurethane rubber Tahan terhadap abrasi pada cairan yang mengandung bahan padat. Tidak tahan asam dan alkali. Tidak cocok untuk cairan yang mengandung pelarut organik. Batas temperatur : -10ºC sampai +40ºC (14ºF sampai +104ºF) Dapat dilewati cairan seperti asam hydrofluoric, asam hydrochloric, asam asetat. Cairan yang bersifat korosif (elektrolit, caustic soda, asam Cocok untuk penyuplai air, air pembuangan yang termasuk air limbah industri dan air laut. Seperti yang terlihat pada Tabel 3.1, selain dari penggunaan detektor secara umum, ada model tahan ledakan yang dipasang pada lingkungan ledakan, model sanitary menggunakan sambungan sanitary yang mudah dipindahkan untuk pembersihan berkala yang diperlukan dalam industri makanan, dan model yang dapat dicelupkan yang dilapisi

48 37 dengan epoxy tar yang dapat dipasang pada tempat-tempat seperti lubang di mana ada bahaya jika alat tersebut jatuh ke dalam air. Gambar 3.4 Konstruksi Penutupan dan Penyekatan Elektroda (d) Konverter Fungsi dasar konverter adalah untuk melengkapi sumber tenaga pada detektor, dan mengubah sinyal tegangan kecepatan aliran yang dibangkitkan di antara elektroda ke dalam sinyal output proporsional (4 sampai 20 ma DC) atau sinyal pulsa. Namun sebagaimana yang diuraikan diatas, jika kekuatan elektromotive E yang muncul pada elektroda-elektroda proporsional dengan kecepatan aliran volumetrik Q, maka pada saat yang bersamaan proporsional juga terhadap densitas fluks B. Berdasarkan hal ini, perlu menstabilkan salah satu arus yang ada dan membuat densitas fluks B menjadi konstan, atau dengan menghilangkan pengaruh dari perubahan dalam densitas fluks magnetik dalam arti membagi kekuatan elektromotive E dengan sinyal yang proporsional dengan arus yang ada (yakni proporsional dengan densitas fluks).

49 38 Selanjutnya, kekuatan elektromotive E adalah tegangan bolak-balik tingkat rendah, dan ini juga diperlukan untuk menghilangkan pengaruh gangguan yang dihasilkan seperti yang dijelaskan pada sub bagian (b) di atas. Sebagai contoh, sirkuit dengan keakuratan tinggi, konverter multifungsi yang menggabungkan mikroprosesor dan dikombinasikan bersama dengan detektor metode eksitasi gelombang frekuensi rendah ditunjukkan oleh Gambar 3.5 [1]. Bentuk gelombang sinyal pada setiap bagian yang ada ditunjukkan pada Gambar 3.6 [1]. Gulungan detektor yang ada diarahkan oleh tiga-nilai (positif, nol, negatif, nol) arus yang konstan dari sirkuit yang ada (Gambar 3.6 (a)) [1]. Gambar 3.5 Diagram Sirkuit Konverter Berbasis Mikroprosesor

50 39 Gambar 3.6 Bentuk Gelombang Sinyal Bagian Utama Konverter Frekuensi yang ada disinkronkan dengan frekuensi suplay daya komersil pada 50/8 Hz atau 60/8 Hz. Tegangan sinyal e s yang proporsional dengan kecepatan rata-rata aliran dan arus yang ada I ex dibangkitkan di antara elektroda-elektroda. Sinyal tegangan yang dikirim oleh switch multiplexer (Gambar 3.6 (b)) [1], diubah ke sinyal digital, dan dibaca oleh mikroprosesor. Arus yang ada juga terbaca ke dalam mikroprosesor dan dilakukan perhitungan seperti berikut [1] : e K = ( es 1 + es2 + es3 e 4 )...(3.5) I 0 s ex Dalam hal ini, K adalah konstan. Dengan menggunakan perhitungan ini, pengaruh gangguan pada cairan (gangguan yang disebabkan oleh perubahan dalam hubungan potensial pada bagian permukaan elektroda) dan gangguan diferensial fluks magnetik dapat dicegah. Juga, hasil dari penyaringan secara digital e 0 dikirim ke konverter analog-digital, yang mengubahnya ke dalam sinyal

51 40 pulsa yang lebih lebar, dan menghasilkan 4 sampai 20 ma sinyal DC. Selain arus listrik, juga dihasilkan pulsa yang proporsional dengan kecepatan aliran. Power supply menggunakan regulator switching jenis-penyekatan. Regulator ini memiliki beberapa keuntungan bila digunakan dengan arus bolak-balik dan arus searah, serta memiliki jangkauan kontrol 20V DC sampai 130V DC dan 80V AC sampai 138V AC. Gambar 3.7 [1] menunjukkan diagram sirkuit dari power supply, yang menjadi inti dari sirkuit yang ada. Penentuan pulsa waktu tiga-nilai fluks magnetik dikendalikan dengan mikroprosesor yang mengubah switch transistor Q 1 dan Q 2 dengan pilihan on dan off. Jika tombol transistor off, maka kekuatan elektromotive counter yang dibangkitkan pada gulungan yang ada disimpan pada kondenser. Jika tombol on, maka energi yang disimpan digunakan kembali sebagai supply arus yang ada, dan pemakaian tenaga dikurangi. Terkait dengan arus yang ada, mikroprosesor mengatur nilai absolut amplitudo, dan pada saat yang bersamaan mengatur sebuah nilai γ, yang dijelaskan dalam persamaan di bawah, maka menghilangkan gangguan differensial fluks magnetik [1]. I = I P1 M 1 γ...(3.6) P2 I I M 2 Setiap beberapa siklus dari arus yang ada, terbaca tegangan standar V STD dan dilakukan waktu pemeriksaan sendiri (Gambar 3.6 (c)) [1]. Untuk endapan dan cairan dengan konduktivitas rendah, maka potensi elektrokimia dari elektroda-elektroda berubah, yang mana bisa muncul sebagai gangguan pada sinyal kecepatan aliran. Gangguan ini bisa

52 41 berkurang sebagai mana bertambahnya frekuensi arus yang ada. Maka, walaupun dibarengi dengan sedikit hilangnya keakuratan, gangguan tersebut dapat dikurangi dengan menaikkan frekuensi arus yang ada. Gambar 3.7 Skema Dari Sirkuit Yang Ada Untuk tujuan inilah, maka konverter memiliki mode 50/2 Hz dan 60/2 Hz dalam penambahannya pada settingan normal 50/8 Hz dan 60/8 Hz, dan bisa dipilih mode yang ada sesuai dengan aplikasi. Dengan menggunakan keyboard dan display LED pada panel kontrol konverter, parameter-parameter seperti daerah kecepatan aliran, bore nominal detektor, dan damping konstan dapat diatur, dan beberapa fungsi seperti switch ganda, switch forward dan reverse kecepatan aliran, dan mode switching yang ada dapat dipilih.

53 42 Sebagai tambahan untuk mengindikasikan kecepatan aliran, display tersebut juga menunjukkan nilai alarm batas aliran yang paling tinggi dan paling rendah dan hasil diagnosis sendiri (sirkuit pendek atau sirkuit terbuka, sinyal input yang tidak normal, ketidaknormalan pada konverter A/D atau mikroproseror yang ada, dsb.) dan pada waktu yang bersamaan, hasil dari sinyal interface eksternal. Gambar 3.8 [1] menunjukkan contoh dari flowmeter elektromagnetik yang memiliki konstruksi yang padu. Flowmeter ini didesain kecil dan ringan, dengan konverter dan detektor yang terpasang dalam satu unit. Hal ini juga memiliki keuntungan karena mudah digunakan, dan dengan fungsi yang sederhana. Sirkuit pengolah sinyal konverter didesain untuk stabilitas sinyal titik nol, dengan menggunakan metode eksitasi dua-nilai dari frekuensi rendah. Ini terdapat dalam IC hibrida dan disimpan dalam kotak konverter. Gambar 3.8 Flowmeter Magnetik Dengan Konverter

54 BAB IV ANALISA PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN FLOWMETER MAGNETIK IV.1. Umum Flowmeter Magnetik adalah alat ukur aliran fluida yang volumetrik. Didesain untuk pemeliharaan yang mudah-dengan tidak ada bagian yang bergerak, keakuratan yang tinggi, output analog yang linear, tidak dipengaruhi gravitasi, viskositas, tekanan dan temperatur, dan kemampuannya untuk mengukur aliran meskipun pada fluida terkandung zat-zat atau materi lain yang mungkin sulit dilakukan oleh alat ukur aliran fluida yang lain (seperti korosi, endapan dan lumpur). Dua bentuk dasar dari Flowmeter Magnetik : 1) Wafer-style, di mana membutuhkan tingkat keakuratan tinggi (mencapai +0,5% pendeteksian); dan 2) Insertion-style, yang khusus dan ekonomis untuk pipa dengan ukuran yang lebih besar. Pengoperasian Flowmeter Magnetik adalah berdasarkan Hukum Faraday, yang menyatakan kalau tegangan yang diinduksikan melewati konduktor sebagaimana ia bergerak melalui medan magnetik adalah sebanding dengan kecepatan rata-rata dari konduktor tersebut. Rumus Faraday [5] : E sebanding dengan v x B x d 43

55 44 Di mana : E = Tegangan yang dibangkitkan pada konduktor v = Kecepatan rata-rata konduktor B = Kekuatan medan magnetik d = Panjang konduktor Untuk menerapkan prinsip ini pada pengukuran aliran dengan Flowmeter Magnetik, pertama kali perlu diperhatikan kalau cairan yang diukur harus bersifat menghantarkan arus listrik. Gambar 4.1 Deretan Prinsip Kerja Flowmeter Magnetik Sebagaimana diterapkan pada Flow Meter Magnetik, Hukum Faraday mengindikasikan kalau sinyal tegangan (E) bergantung kepada kecepatan rata-rata aliran fluida (v) yang melewati kekuatan medan magnetik (B) dan panjang konduktornya (d) (dalam hal ini adalah jarak antara elektroda-elektrodanya).