LAPORAN PRAKTIKUM
INSTRUMENTASI PROSES
INSTRUMENT PENGUKURAN LAJU ALIR
OLEH :
Nama : Nurmalisna
NIP : 1124301027
JURUSAN TEKNIK KIMIA
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI
POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE
2012
LEMBAR TUGAS
Judul Praktikum : Instrument Pengukuran Laju Alir
Laboratorium : Komputasi dan Instrumentasi Proses
Jurusan / Prodi : T. Kimia / TKI
Nama : Nurmalisna
Kelas / Semester : 2A_TKI / IV (Empat)
NIM : 1124301027
Anggota Kelompok I :
Cut Farah Diana
Farhaan Jihan
Rauzatinur
Sari Maulita Rizky
Uraian Tugas :
1. Set bukaan katup ¼, ½, ¾, dan 1
2. Bukaan keran orifice 1 dan 2, 1 dan 4 , 3 dan 4
3. Bukaan keran venture 1 dan 2
4. Bukaan keran tabung pitot 1 dan 2
Lhokseumawe, maret 2013
Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing
Ir. Syafruddin. MSi Eka kurniasih.ST.MT
NIP. 19650819 199802 1 001 NIP. 19811102 200912 2003
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Praktikum : Instrument Pengukuran Laju Alir
Mata Kuliah : Praktek Instrumentasi Proses
Nama : Nurmalisna
NIM : 1124301027
Kelas / Semester : 2A_TKI / IV (Empat)
Nama Dosen Pembimbing : Eka kurniasih.ST.MT
NIP : 19811102 200912 2003
Ka Laboratorium : Ir. Syafruddin. MSi
NIP : 19650819 199802 1 001
Tanggal Pengesahan :
Lhokseumawe, maret 2013
Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing
Ir. Syafruddin. MSi Eka kurniasih.ST.MT
NIP. 19650819 199802 1 001 NIP. 19811102 200912 2003
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 TUJUAN PERCOBAAN
1.1.1 Alat Ukur Manometer
1. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja alat ukur tekanan yang digunakan untuk
mengukur penurunan tekanan pada aliran fluida
1.1.2 Alat Ukur Orifice Meter
1. Dapat menjelaskan prinsip pengukuran laju alir fluida cair didalam pipa
menggunakan Orifice meter
2. Dapat membandingkan hasil pengukuran laju alir dengan alat ukur lain
1.1.3 Alat Ukur Venturi Meter
1. Dapat menjelaskan prinsip pengukuran laju alir fluida cair didalam pipa
menggunakan Venturi Meter
2. Dapat membandingkan hasil pengukuran laju alir dengan alat ukur lain
1.1.4 Alat Ukur Tabung Pitot
1. Dapat menjelaskan prinsip pengukuran laju alir fluida cair didalam pipa
tertutup menggunakan Tabung Pitot
2. Dapat membandingkan hasil pengukuran laju alir dengan alat ukur lain
1.2 ALAT dan BAHAN
1. Stop Watch
2. Gelas Ukur
3. Perangkat Modul ( Orifice, Venturi, dan Tabung Pitot )
4. Termometer
5. Air
1.3 PROSEDUR PERCOBAAN
1.3.1 Prosedur Praktikum Orifice Meter
1. Pasang Modul Orifice mater (OM) pada aliran yang akan diukur laju alirnya hubungkan
selang untuk mengukur ∆P sebelum dan sesudah
2. Pompa diaktifkan (On kan), alirkan air ke pipa dimana terpasang (OM) dan atur bukaan
keran utama (KU) sesuai lembaran tugas
3. Tampung air didalam tangki penampung dengan menutup saluran keluarnya (lepaskan
bola penutup dari kaitnya), catat waktu (detik) yang dibutuhkan untuk kenaikan volume
air (liter) didalam tangki dengan stop watch
4. Ukur suhu air
5. Hitung Q
6. Hubungkan pipa dari titik pengukuran sebelum dan sesudah melalui orifice dengan
manometer, baca perbedaan head pada manometer, (kolom H2O atau Hg) untuk mngukur
beda tekanan ∆P
7. Dengan g = 9.8 m/det2, maka dapat dihitung √2gh
8. Karena Q dan A telah diketahui, maka Q/A = V = Co√2gh ; maka dapat dihitung nilai
koefisien orifice Co
1.3.2 Prosedur Praktikum Venturi Meter
1. Pasang Modul Venturi mater (VM) pada aliran yang akan diukur laju alirnya hubungkan
selang untuk mengukur ∆P sebelum dan sesudah
2. Pompa diaktifkan (On kan), alirkan air ke pipa dimana terpasang (VM) dan atur bukaan
keran utama (KU) sesuai lembaran tugas
3. Tampung air didalam tangki penampung dengan menutup saluran keluarnya (lepaskan
bola penutup dari kaitnya), catat waktu (detik) yang dibutuhkan untuk kenaikan volume
air (liter) didalam tangki dengan stop watch
4. Ukur suhu air
5. Hitung Q
6. Hubungkan pipa dari titik pengukuran sebelum dan sesudah melalui orifice dengan
manometer, baca perbedaan head pada manometer, (kolom H2O atau Hg) untuk mngukur
beda tekanan ∆P
7. Catat debit air yang ditunjukkan oleh instrument lain (Q1)
8. Hitung CV, karena Q dan A telah diketahui, maka Q/A = V = Cv√2gh ; maka dapat
dihitung nilai koefisien orifice Cv.
1.3.3 Prosedur Praktikum Tabung Pitot
1. Pasang Modul Tabung Pitot (TP) pada aliran yang akan diukur laju alirnya hubungkan
selang untuk mengukur ∆P sebelum dan sesudah
2. Pompa diaktifkan (On kan), alirkan air ke pipa dimana terpasang (TP) dan atur bukaan
keran utama (KU) sesuai lembaran tugas
3. Tampung air didalam tangki penampung dengan menutup saluran keluarnya (lepaskan
bola penutup dari kaitnya), catat waktu (detik) yang dibutuhkan untuk kenaikan volume
air (liter) didalam tangki dengan stop watch
4. Ukur suhu air
5. Hitung Q
6. Hubungkan pipa dari titik pengukuran sebelum dan sesudah melalui orifice dengan
manometer, baca perbedaan head pada manometer, (kolom H2O atau Hg) untuk mngukur
beda tekanan ∆P
7. Dengan g = 9.8 m/det2, maka dapat dihitung √2gh
8. Karena Q dan A telah diketahui, maka Q/A = V = Cp√2gh ; maka dapat dihitung nilai
koefisien orifice Cp
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 TEORI
2.1.1 Dasar Teori
Pengukuran aliran fluida adalah sangat penting di dalam suatu industri proses seperti
kilang minyak (refinery), pembangkit listrik (power plant) dan industri kimia (petrochemical).
Pada industri proses seperti ini, memerlukan penentuan kuantitas dari suatu fluida (liquid, gas
atau steam) yang mengalir melalui suatu titik pengukuran, baik didalam saluran yang tertutup
(pipe) maupun saluran terbuka (open channel). Kuantitas yang ditentukan antara lain ; laju aliran
volume (volume flow rate), laju aliran massa (mass flow rate), kecepatan aliran (flow velocity).
Instrumen untuk melakukan pengukuran kuantitas aliran fluida ini disebut flowmeter.
Pengembangan flowmeter ini melalui tahapan yang luas mencakup pengembangan flow sensor,
interaksi sensor dan fluida melalui penggunaan teknik komputasi (computation techniques),
transducers dan hubungannya dengan unit pemprosesan sinyal (signal processing units), serta
penilaian dari keseluruhan sistem di bawah kondisi ideal, kondisi gangguan (disturbed), kasar
(harsh), kondisi berpotensi meledak (explosive conditions) serta pada lokasi laboratorium dan
lapangan (field).
Tabel 2.1 Metode pengukuran laju alir dan instrumen
No Metode Pengukuran Jenis Flowmeter
1 Pengukuran langsung Piston, Oval-gear, Nutating disk,
Rotary-vane type.
2 Perbedaan Tekanan Orifice plate, Ventury tube, Flow
nozzle, Pitot tube.
3 Variable Area Rotameter, Movable vane, weir,
flume.
4 Elektrik Magnetik, Turbin, Elemen.
2.1.2 possitive displacement flowmeter
1. Prinsip kerja
Postive Displacement Flowmeters (PD meters), bekerja berdasarkan pengukuran volume
dari fluida yang sedang mengalir dengan menghitung secara berulang aliran fluida yang
dipisahkan kedalam suatu volume yang diketahui (chamber), selanjutnya dikeluarkan sebagai
volume tetap yang diketahui.
Bentuk dasar dari PD meter adalah suatu chamber yang berfungsi memisahkan atau
menghalangi aliran fluida. Di dalam chamber tersebut terdapat sebuah alat mekanik yaitu
rotating/reciprocating unit yang ditempatkan untuk menciptakan paket volume tetap dari fluida
yang sedang mengalir.
Oleh karena itu, volume dari fluida yang melewati chamber dapat diketahui dengan
menghitung jumlah discreate parcels yang lewat atau setara dengan jumlah putaran dari
rotating / reciprocating. Dengan demikian volume flow rate dapat dihitung dari laju perputaran
alat rotating / reciprocating.
2. Kelebihan dan Kekurangan
Secara umum kelebihan dan kekurangan dari PD flowmeter adalah sebagai berikut:
Kelebihan
Biaya pengadaannya awal : rendah ~ sedang
Dapat digunakan di dalam aliran viscous
Rangeability yang tinggi
Output pembacaan linear
Akurasi sangat bagus
Kekurangan
Biaya pemeliharaan relatif tinggi
Pressure drop relatif tinggi
Tidak sesuai untuk laju alir rendah
Sangat peka pada kerusakan akibat gas, fluida dengan padatan (slugs) dan fluida yang
kotor
Gas (bubbles) didalam fluida signifikan menurunkan akurasi.
3. Jenis-jenis possitive displacement flowmeter
Beberapa jenis positive displacement flowmeter yang tersedia dan digunakan secara luas
di dalam industri proses, antara lain ; nutating disc, rotating valve, oscillating piston, oval gear,
roots (rotating lobe), birotor, rotating impeller, receiprocating piston dan rotating vane.
Perbedaan penamaan hanya didasarkan pada bentuk alat mekanis di dalam chamber, namun
prinsip operasi untuk pengukuran volumetric flow adalah sama.
Gambar 2.1 Jenis – jenis Displacement Flowmeter
2.1.3 Differential Pressure Flowmeter
1. Prinsip kerja
Prinsip operasi Differential Pressure Flowmeters (DP Flowmeters) di dasarkan pada
persamaan Bernoulli yang menguraikan hubungan antara tekanan dan kecepatan pada suatu
aliran fluida.
Alat ini memandu aliran ke dalam suatu penghalang aliran (yang mempunyai lubang
dengan diameter yang berbeda dengan diameter pipa), sehingga menyebabkan perubahan
kecepatan aliran (flow velocity) dan tekanan (pressure) antara sisi upstream dan downstream dari
penghalang. Dengan mengukur perubahan tekanan tersebut, maka kecepatan aliran dapat
dihitung.
Gambar 2.2 Differential Pressure Flowmeters (DP Flowmeters)
2. Kelebihan dan Kekurangan
Kelebihan
Biaya pengadaannya awal : rendah ~ sedang
Dapat digunakan di dalam cakupan luas (hampir semua phase fluida dan kondisi
aliran).
Strukturnya kokoh dan sederhana
Kekurangan
Rugi tekanan (pressure drop) : sedang ~ tinggi
3. Jenis-jenis differential pressure flowmeter
Berbagai jenis primary element yang tersedia dipasaran untuk DP flowmeters antara lain :
orifice plates, venturi tube, flow nozzle, pitot tube, anubar tubes, elbow taps, segmental wedge,
V-Cone dan Dall Tube.
Jenis yang paling banyak digunakan adalah orifice plate, namun element lain
menawarkan beberapa kelebihan untuk aplikasi tertentu. Kelebihan dan kekurangan untuk
berbagai jenis element tersebut dapat dilihat di bawah.
a. Orifice Tube
Suatu plate berlubang dimasukkan ke dalam pipa dan ditempatkan secara tegak lurus
terhadap flow stream. Ketika fluida mengalir melewati orifice plate tersebut maka menyebabkan
peningkatan kecepatan dan penurunan tekanan. Perbedaan tekanan sebelum dan setelah orifice
plate digunakan untuk mengkalkulasi kecepatan aliran (flow velocity).
Gambar 2.3 Orifice Tube
Gambar 2.4 Orifice Tube
b. Ventury Tube
Perubahan di (dalam) area / luas penampang menyebabkan perubahan kecepatan dan
tekanan dari aliran (flow).
Gambar 2.5 Ventury Tube
Secara umum kelebihan dan kekurangan dari penggunaan Venturi Tube, adalah sebagai
berikut :
Kelebihan
Rugi tekanan (pressure loss) permanan relatif rendah dari pada orifice atau flow
nozzle
Dapat digunakan untuk mengukur cairan yang mengandung endapan padatan (solids).
Kekurangan
Tidak tersedia pada ukuran pipa dibawah 6 inches.
Harga relatif mahal.
c. Flow Nozzle
Alat ini terdiri dari bagian yang berbentuk lonceng dengan profile ellips diikuti dengan
leher silindris dan diletakkan di dalam pipa untuk merubah bidang aliran sehingga menghasilkan
penurunan tekanan (pressure drop) untuk digunakan menghitung flow velocity.
Gambar 2.6 Flow Nozzel
Kelebihan
Pressure loss lebih rendah dibandingkan orifice plate.
Dapat digunakan untuk fluida yang mengandung padatan (solids).
Kekurangan
Terbatas pada ukuran pipa di bawah 6 “.
Harga lebih tinggi dibanding dengan orifice.
d. Pitot Tubes
Sebuah probe dengan open tip (pitot tube) dimasukkan ke dalam suatu bidang aliran
(flow), dimana tip tersebut sebagai titik stationary (zero velocity) dari flow. Tekanan nya,
dibandingkan dengan tekanan statis dan digunakan untuk mengkalkulasi kecepatan aliran (flow
velocity) Pitot tabung dapat mengukur flow velocity pada titik pengukuran.
Gambar 2.7 Pitot Tube
Pitot tube jarang digunakan pada process stream tetapi umumnya digunakan pada utilities
streams dimana ketelitian (accuracy) yang tinggi tidaklah diperlukan.
Kelebihan
Tidak ada pressure loss.
Kekurangan
Akurasi kurang
Tidak direkomendasikan untuk fluida yang kotor dan lengket
Sensitif pada gangguan pada hulu (upstream)
e. Annubar tubes
Gambar 2.8 Annubar Tubes
Gambar 2.9 Jenis-jenis differential pressure flowmeter
2.1.3 Variable Area Flowmeter
Prinsip operasi dari rotameter (variable area meters) didasarkan pada pelampung (float)
yang berfungsi sebagai penghalang aliran, pelampung tersebut akan melayang dalam suatu
tabung yang mempunyai luas penampang tidak konstan. Luas penampang tabung berubah
tergantung ketinggiannya (semakin tinggi semakin besar).
Posisi pelampung akan menyatakan harga aliran fluida yang mengenainya. Pada posisi
tersebut pada pelampung akan terjadi keseimbangan gaya, yaitu keseimbangan antara berat
pelampung dengan gaya tarik aliran yang mengenainya dan gaya apung pelampung.
Gambar 30 Rotameter
Gambar 31 Kelebihan dan kekurangan Rotameter
2.2 Jenis-jenis variable area flowmeter
a. Rotameter
Gambar 2.2.1 Rotameter
b. Movable Area Vane
Gambar 2.2.2 Movable Area Vane
c. Weir, flume
Gambar 2.2.3 Weir, flume
2.3 MANOMETER
Manometer adalah alat ukur tekanan dan manometer tertua adalah manometer kolom
cairan. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat dilakukan langsung dan cukup teliti
pada beberapa daerah pengukuran. Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk
pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir).
Fungsi Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi untuk
mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan.
Gambar 2.3.1 Ilustrasi Skema Manometer Kolom Cairan
2.4 Magnetic Meters
Prinsip kerja flowmeter jenis ini didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik
(Faraday’s Low), yaitu bila suatu fluida konduktif elektrik melewati pipa tranducer, maka fluida
akan bekerja sebagai konduktor yang bergerak memotong medan magnet yang dibangkitkan oleh
kumparan magnetic dari transducer, sehingga timbul tengangan listrik induksi. Hubungan ini
dapat dinyatakan sebagai :
e = B . l . v
Dimana :
e = tegangan listrik induksi
B = rapat fluksi medan magnet
L = panjang konduktor (diameter dalam pipa)
V = kecepatan konduktor (laju aliran)
Gambar 2.4.1a Gambar 2.4.1b
Kelebihan
• Pressure drop minimum, oleh karena penghalang yang minimum pada lintasan flow.
• Biaya maintenance rendah sebab tidak ada moving parts.
• Linearitas yang tinggi.
• Dapat digunakan untuk mengukur fluida yang korosif dan slurry.
• Pengukuran tidak dipengaruhi oleh viscosity, density, temperature dan pressure.
• Dapat mengukur aliran fluida jenis turbulent atau laminar.
Kekurangan
• Dalam banyak kasus, persyaratan electrical conductivity dari fluida yang ditetapkan pabrik (0.1
– 20 micromhos).
• Zero drifting pada kondisi tidak ada flow atau low flow _ problem ini pada disain baru
ditingkatkan dengan memotong (cut-off) low flow.
BAB III DATA PENGAMATAN
3.1 Data Pengamatan pada Orrifice meterTabel 3.1.1 Data Pengamata pada orifice meter untuk bukaan katup ¼
Bukaan katup
Waktu (t)/detik
Volume air (L) u .10−3 Debit
(Q)Tekanan (Kg/cm2 ¿ ∆ P
P1 P2 P3 P4¼ 3.48 5 3.80 1.44 0.9 0.8 - - 0.1¼ 3.38 4 3.11 1.18 0.8 - - 0.75 0.05¼ 5.57 4 1.85 0.7 - - 0.7 0.75 0.05
2.92 1.10 0.06