Flowmeter

Laporan Praktikum Dosen PembimbingInstrumentasi dan Pengendalian Proses Ir.Rozanna Sri Irianty,M.Si

FLOWMETER

Disusun Oleh :

Kelompok : II (Dua)

Nama : 1. Rita P. Mendrova (1107035609)

2. Ryan Tito (1107021186)

3. Yakub J. Silaen (1107036648)

LABORATORIUM INSTRUKSIONAL DASAR PROSES & OPERASI PABRIK

PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS RIAU

2013

Abstrak

Flowmeter adalah alat untuk mengukur laju aliran dari suatu fluida yang mengalir dalam pipa atau sambungan terbuka. Praktikum ini bertujuan agar dapat mengukur debit aliran, membandingkan keakuratan dan kehilangan tenaga pada flowmeter. Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah orificimeter, venturimeter, dan rotameter. Prinsip kerja orificimeter dan venturimeter hampir sama, yaitu dengan mengalirkan fluida melalui nozzle maka akan terjadi beda tekanan pada nozzle tersebut. Namun yang membedakan adalah pada orificimeter beda tekanan terjadi sebelum dan sesudah nozzle, pada venturimeter beda tekanan terjadi sebelum dan pada saat melalui nozzle tersebut. Prinsip kerja rotameter yaitu dengan mengalirkan fluida dari bawah ke atas melalui tabung dan float yang ada pada tabung. Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa alat yang paling akurat untuk mengukur debit alir pada praktikum ini adalah orificemeter, sedangkan kehilangan tenaga terbesar dihasilkan pada rotameter.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Fluida yang masuk dan keluar dari suatu alat proses, umumnya dialirkan

melalui pipa, sedangkan kuantitas atau debit fluida yang dialirkan dapat

ditentukan dengan bermacam jenis alat ukur debit aliran. Alat ukur fluida yang

banyak digunakan ada yang didasarkan pada perubahan tinggi tekan aliran fluida

dan ada pula yang didasarkan pada perubahan penampang aliran fluida.

Venturimeter dan orificemeter adalah contoh alat ukur debit aliran fluida

yang pengamatannya berdasarkan pada perubahan tinggi tekan aliran fluida,

sedangkan rotameter berdasarkan pada perubahan luas area aliran fluida.

1.2. Landasan Teori

Flowmeter adalah alat untuk mengukur jumlah atau laju aliran dari suatu

fluida yang mengalir dalam pipa atau sambungan terbuka. Alat ini terdiri dari

primary device, yang disebut sebagai alat utama dan secondary device (alat bantu

sekunder) .

Pengukuran atau penyensoran aliran fluida dapat digolongkan sebagai berikut:

1. Pengukuran kuantitas

Pengukuran ini memberikan petunjuk yang sebanding dengan

kuantitas total yang telah mengalir dalam waktu tertentu. Fluida mengalir

melewati elemen primer secara berturutan dalam kuantitas yang kurang lebih

terisolasi dengan secara bergantian mengisi dan mengosongkan bejana pengukur

yang diketahui kapasitasnya.

Pengukuran kuantitas diklasifikasikan menurut :

a. Pengukur gravimetri atau pengukuran berat

b. Pengukur volumetri untuk cairan

c. Pengukur volumetri untuk gas

2. Pengukuran laju aliran

Laju aliran Q merupakan fungsi luas pipa A dan kecepatan V dari cairan

yang mengalir lewat pipa, yakni:

Q = A.V ......................................................................................(1.1)

tetapi dalam praktek, kecepatan tidak merata, lebih besar di pusat. Jadi kecepatan

terukur rata-rata dari cairan atau gas dapat berbeda dari kecepatan rata-rata

sebenarnya. Gejala ini dapat dikoreksi sebagai berikut:

Q = K.A.V ..................................................................................(1.2)

dimana K adalah konstanta untuk pipa tertentu dan menggambarkan hubungan

antara kecepatan rata-rata sebenarnya dan kecepatan terukur. Nilai konstanta ini

bisa didapatkan melalui eksperimen.

Gambar 1.1 Vortex shedding flowmeter, (a) flowmeter geometry, (b)

response, (c) readout block diagram.

3. Pengukuran metoda diferensial tekanan

Jenis pengukur aliran yang paling luas digunakan adalah pengukuran

tekanan diferensial. Pada prinsipnya beda luas penampang melintang dari aliran

dikurangi dengan yang mengakibatkan naiknya kecepatan, sehingga menaikan

pula energi gerakan atau energi kinetis. Karena energi tidak bisa diciptakan atau

dimusnahkan (Hukum kekekalan energi), maka kenaikan energi kinetis ini

diperoleh dari energi tekanan yang berubah.

Lebih jelasnya, apabila fluida bergerak melewati penghantar (pipa)

yang seragam dengan kecepatan rendah, maka gerakan partikel masing-masing

umumnya sejajar disepanjang garis dinding pipa. Kalau laju aliran meningkat,

titik puncak dicapai apabila gerakan partikel menjadi lebih acak dan kompleks.

Kecepatan kira-kira di mana perubahan ini terjadi dinamakan kecepatan

kritis dan aliran pada tingkat kelajuan yang lebih tinggi dinamakan turbulen dan

pada tingkat kelajuan lebih rendah dinamakan laminer.

Kecepatan kritis dinamakan juga angka Reynold, dituliskan tanpa dimensi:

di mana :

D = dimensi penampang arus fluida, biasanya diameter

ρ = kerapatan fluida

V = kecepatan fluida

μ = kecepatan absolut fluida

Batas kecepatan kritis untuk pipa biasanya berada diantara 2000 sampai 2300.

Pengukuran aliran metoda ini dapat dilakukan dengan banyak cara

misalnya: menggunakan pipa venturi, pipa pitot, orifice plat (lubang sempit),

turbine flow meter, rotameter, cara thermal, menggunakan bahan radio aktif,

elektromagnetik, ultar sonic dan flowmeter gyro. Cara lain dapat dikembangkan

sendiri sesuai dengan kebutuhan proses.

1.2.1.Venturimeter

Venturimeter terdiri dari tiga batang pipa yang tersambung secara

kompak. Bagian pertama pipa yang berbentuk kerucut dengan diameternya

mengecil, bagian kedua pipa dengan diameter tertentu, dan pada bagian ketiga

pipa berbentuk kerucut dengan diameter membesar. Secara sederhana dapat

RD=DρV

μ

dikatakan venturimeter sebagai pipa yang mempunyai nozzle. Sketsa venturimeter

seperti tampak pada Gambar 1.2

Kecepatan linier fluida yang mengalir pada venturimeter akan bertambah

disepanjang bagian pertama venturimeter ini, sedangkan tekanannya semakin

berkurang. Selanjutnya kecepatan fluida akan berkurang pula ketika fluida

memasuki bagian ketiga venturimeter. Penurunan tekanan aliran fluida pada

venturimeter ini yang dimanfaatkan sebagai landasan untuk mengukur debit aliran

fluida.

Gambar 1.2 Sketsa Venturimeter

Dengan menggunakan persamaan Bernouli:

ΔZggc

+ Δv 22gc

+ ΔPρ

+F=−W..................................................................(1.3)

maka untuk venturimeter berlaku persamaan :

Q=Cv . A2√ 2. gc(Δpp )

1−( A2

A1)2

.................................................................(1.4)

Dengan :

Q : Debit Aliran, ft3/det

Cv : Koefisien Discharger Venturimeter

A1 : Luas Penampang Pipa, ft2

A2 : Luas Penampang Nozzle, ft2

Ρ : Berat Jenis Fluida, lbm/ft3

gc : Konstanta Gravitasi, 32,174 lbm ft/lbf det

Δp : Penurunan Tekanan, lbf/ft2

Δh : Beda Tinggi Fluida pada Manometer

1.2.2.Meteran Orifice

Meteran Orifice mempunyai kelemahan tertentu dalam praktek pabrik

pada umumnya. Alat ini cukup mahal, mengambil tempat cukup besar, dan rasio

diameter leher terhadap diameter pipa tidak dapat diubah-ubah. Untuk meteran

tertentu dengan sistem manometer tertentu pula laju aliran maksimum yang dapat

diukur terbesar untuk memberikan bacaan yang teliti, atau terlalu kecil untuk

dapat menampung laju lairan maksimum yang baru. Meteran Orifice dapat

mengatasi keberatan-keberatan terhadap venturi, tetapi konsumsi dayanya lebih

tinggi.

Orifice terdiri dari dua buah pipa dengan diameter sama yang dihubungkan

oleh sebuah plat berlubang kecil atau disebut orifice yang terpasang secara

konsentris. Sketsa orificemeter tampak pada Gambar 1.3. Prinsip kerja

orificemeter hampir sama dengan venturimeter. Perubahan penampang aliran

fluida dari pipa menuju orifice menyebabkan kecepatan linier fluida semakin

membesar, sedangkan tinggi tekannya semakin menurun. Perbedaan tinggi ini

dimanfaatkan untuk mengukur kecepatan debit aliran fluida. Untuk Orificemeter

berlaku persamaan :

Q=Cv . A2 √ 2. gc(Δpp )

1−( A2

A1)2

...................................................................(1.5)

Dengan :


Cv : Koefisien Discharger Venturimeter






Δh : Beda Tinggi Fluida pada Manometer

Gambar 1.3. Sketsa Orificemeter

1.2.3.Rotameter

Rotameter terdiri dari pipa tirus tegak yang didalamnya ditempatkan

sebuah benda pengapung. Aliran fluida mengalir dari bawah ke atas memasuki

ruang rotameter. Karena laju aliran fluida, maka benda pengapung yang ada di

dalamnya bergerak naik dan turun sesuai dengan besarnya debit aliran fluida.

Sketsa rotameter seperti tampak pada Gambar 1.4

Gambar 1.4 Sketsa Rotameter

Pada rotameter ini perubahan tekanannya tetap, tetapi area aliran

fluidanya berubah-ubah sesuai dengan kecepatan debit aliran fluida. Hal ini

berakibat pada naik turnunya benda pengapung. Perubahan naik turun benda

pengapung ini dijadikan dasar untuk menentukan debit aliran fluida.

Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda pengapung pada

keadaan seimbang dan dibantu dengan memanfaatkan persamaan kontinuitas,

berikutnya juga dengan melakukan manipulasi matematis untuk penyederhanaan,

maka didapat persamaan untuk rotameter :

Q=C r . A0√2gc . V f ( ρf −ρ ) .1

A f . ρ(1−A

02

A1

2 )............................................................................(1.6)

Dengan :


Cr : Koefisien Discharger Venturimeter






Δh : Beda Tinggi Fluida pada Manomete

Secara empiris, debit aliran fluida untuk venturimeter, orificemeter

maupun rotameter juga dapat dirumuskan dengan

Q=a .hb....................................................................................................(1.7)

Dengan

Q = Debit Aliran Fluida, ft3/det

h = Beda Tinggi Tekan , ft

BAB II

METODOLOGI PERCOBAAN

2.1. Alat Dan Bahan

Alat yang digunakan dalam percobaan flowmeter adalah 1 set alat berupa

flowmeter yang terpasang berurutan: venturimeter, rotameter, dan orificimeter,

serta stopwatch dan gelas ukur 2000 ml. Sedangkan bahan yang digunakan dalam

percobaan ini adalah air.

2.2. Prosedur Percobaan

Prosedur pengoperasian dalam percobaan flowmeter adalah sebagai

berikut:

1. Menyiapkan alat flowmeter kemudian melihat jumlah air yang ada di

dalam alat dan menambahkan air seperlunya jika air didalam alat sedikit.

2. Menghubungkan alat ukur dengan kontak listrik.

3. Menghidupkan pompa listrik dengan meng-ON-kan stop kontak.

4. Mengatur debit aliran fluida dengan memutar atau memperbesar dan

memperkecil bukaan valve.

5. Setelah keadaan aliran fluida konstan, praktikan membaca debit aliran Q,

perbedaan tinggi tekan h, untuk masing-masing alat venturimeter,

orificemeter dan rotameter.

6. Mengukur debit yang keluar secara manual dengan menggunakan gelas

ukur dan stopwatch yang dilakukan sebanyak 3 kali.

7. Menaikkan laju alir dan melakukan pengukuran manual sampai laju alir

maksimum bisa terbaca paling sedikit 15 set data hubungan antara debit

dan beda tinggi kolom air untuk orificimeter dan venturimeter serta tinggi

apung untuk rotameter.

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Kurva Ketinggian Air Vs Debit Air pada Venturimeter, Orificemeter

dan Rotameter.

Percobaan flowmeter dilakukan dengan mengalirkan air menggunakan

pompa ke dalam alat flowmeter yang terdiri dari venturimeter, orificemeter dan

rotameter. Kecepatan alir air diatur sedemikian rupa sehingga didapat tinggi air

minimum pada setiap manometer yang terhubung pada flowmeter. Untuk

venturimeter, perbedaan tinggi air merupakan selisih tinggi air pada manometer h1

dan h2. Perbedaan tinggi air pada orificemeter merupakan selisih tinggi air pada

manometer h6 dan h7, sedangkan perbedaan tinggi air pada rotameter terukur

langsung pada nilai yang tertera di dinding tabung rotameter tersebut. Kecepatan

alir air kemudian dinaikkan kembali dan dilakukan pengukuran tinggi air pada

setiap manometer. Pengukuran dihentikan jika salah satu manometer telah

mencapai tinggi maksimum.

Disamping mengukur perbedaan tinggi air pada setiap flowmeter, juga

dilakukan pengukuran debit aliran air yang keluar dari alat sebanyak 3 kali.

Pengukuran dilakukan dengan menampung air yang keluar menggunakan gelas

ukur 2000 ml. Waktu yang dibutuhkan untuk menampung air yang keluar

sebanyak 1000 ml dicatat dan dihitung debit alirannya. Pengukuran debit aliran ini

dilakukan untuk mengetahui flowmeter mana yang memiliki tingkat keakuratan

yang baik.

Berdasarkan data hasil percobaan pada Tabel A.1 (lihat lampiran), dapat

dibuat kurva hubungan antara tinggi air (mmH2O) dengan debit air (Liter/menit)

pada venturimeter, orificemeter dan rotameter seperti yang disajikan pada Gambar

3.1.

5 10 15 200

15

30

45

60

75

90

f(x) = 0.944873014589575 x − 0.485714220669466R² = 0.979465356592553

f(x) = 7.36317394331738 x − 41.6479525357478R² = 0.994448483608381

f(x) = 8.32573273706753 x − 35.7732836854507R² = 0.987470642365293

Kurva tinggi air vs debit air pada venturimeter

Linear (Kurva tinggi air vs debit air pada ven-turimeter)

Kurva tinggi air vs debit air pada orificemeter

Linear (Kurva tinggi air vs debit air pada orificeme-ter)

Kurva tinggi air vs debit air pada rotameter

Linear (Kurva tinggi air vs debit air pada rotameter)

Debit air, Q(L/menit)

Tin

ggi a

ir, ∆

h(m

mH

2O)

Gambar 3.1 Kurva hubungan antara ketinggian air dalam manometer (mmH2O)

dengan debit air (L/menit) pada venturimeter, orificemeter dan rotameter.

Berdasarkan Gambar 3.1, untuk masing-masing flowmeter (venturimeter,

orificemeter dan rotameter), semakin besar debit aliran air maka semakin tinggi

pula tinggi air yang terbaca pada manometer (untuk rotameter yang dilihat yaitu

tinggi benda apung yang terdapat di dalam tabung). Nilai R2 merupakan gradien

atau garis lurus yang menyatakan tingkat ketelitian atau keakuratan dari data yang

diperoleh. Untuk standar penelitian biasanya nilai R2 berkisar antara 0,98 hingga

1,00. Berdasarkan Gambar 3.1, dapat pula dilihat bahwa nilai R2 yang mendekati

1,00 yaitu pada orificemeter, kemudian venturimeter dan yang memiliki nilai R2

yang terendah yaitu rotameter. Artinya, hasil percobaan menunjukkan bahwa

flowmeter yang memiliki keakuratan terbaik yaitu orificemeter, dengan nilai R2 =

0,994 dan persamaan pendekatan y = 7,363x – 41,63.

3.2. Kehilangan Tenaga pada Venturimeter, Orificemeter dan Rotameter.

Untuk venturimeter, kehilangan tenaga dalam bentuk pressure drop

merupakan selisih tinggi air pada manometer h1 dan h3. Kehilangan tenaga pada

orificemeter merupakan selisih tinggi air pada manometer h6 dan h8, sedangkan

kehilangan tenaga pada rotameter didapat dari selisih tinggi air pada manometer

h4 dan h5.

Berdasarkan data hasil percobaan pada Tabel A.1 (lihat lampiran), dapat

dibuat kurva hubungan antara kehilangan tenaga (mmH2O) dengan debit air

(Liter/menit) pada venturimeter, orificemeter dan rotameter seperti yang disajikan

pada Gambar 3.2.

0 5 10 15 200

10

20

30

40

50

60

70

Venturimeter

Orificemeter

Rotameter

Debit air, Q(L/menit)

Keh

ilan

gan

ten

aga,

h

Gambar 3.2 Kurva hubungan antara kehilangan tenaga (pressure drop)

vs debit air (L/menit) pada venturimeter, orificemeter dan rotameter.

Berdasarkan Gambar 3.2, kehilangan tenaga yang dihasilkan pada

venturimeter dan rotameter berfluktuasi seiring bertambahnya debit aliran air.

Sedangkan kehilangan tenaga pada orificemeter cenderung meningkat seiring

bertambahnya debit aliran air. Secara keseluruhan, kehilangan tenaga pada

rotameter jauh lebih besar dibandingkan pada flowmeter lainnya. Sedangkan

kehilangan tenaga terkecil dihasilkan pada venturimeter.

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan dengan menggunakan tiga alat flowmeter

yaitu venturimeter, rotameter dan orificemeter, maka dapat disimpulkan sebagai

berikut :

1. Flowmeter yang memiliki keakuratan lebih tinggi dalam mengukur debit

air adalah orificemeter, dengan nilai R² = 0,994 dan persamaan pendekatan

y = 7,363x – 41,63.

2. Kehilangan tenaga terbesar dihasilkan pada rotameter, sedangkan

kehilangan tenaga terkecil dihasilkan pada venturimeter.

4.2. Saran

Pada saat praktikum diharapkan ketelitian dalam menentukan kehilangan

tenaga, beda tinggi tekanan, dan pengaturan laju alir air.

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN

LAMPIRAN B

LAPORAN SEMENTARA

Judul Praktikum : Flowmeter

Hari/Tanggal Praktikum : Sabtu/21 September 2013

Pembimbing : Ir. Rozanna Sri Irianty, M.Si

Asisten Laboratorium : Sandredina

Nama Kelompok III : Rita P. Mendrova (1107035609)

Ryan Tito (1107021186)

Yakub J. Silaen (1107036648)

Tabel B.1 Data Hasil Pengamatan

NoWaktu, t (detik)*

h1 h2 h3 h4 h5 h h6 h7 h81 2 3

1 6,34 6,43 6,52 108 68 90 85 25 8 26 0 7

2 6,12 6,43 6,21 123 79 105 98 40 8,5 43 13 23

3 6,12 5,80 5,85 143 95 125 119 60 9 65 32 44

4 5,71 5,35 5,5 18513

0170 165 106 10

11

072 86

5 5,44 5,4 5,22 22616

5205 197 137 10,5

14

099 114

6 5,04 4,72 4,59 27320

3252 243 184 11,5

19

0140 159

7 4,6 4,4 4,7 32225

0305 275 220 12

22

5168 179

8 4 4,18 4,14 37028

5350 345 290 13

27

0205 220

*waktu yang dibutuhkan untuk menampung 1 Liter air.

Pekanbaru, 21 September 2013

Asisten Laboratorium,

Sandredina

DAFTAR PUSTAKA

Tim penyusun. 2013. Penuntun Praktikum Instrumentasi dan Pengendalian

Proses. Program Studi DIII Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau.

Pekanbaru

Documents

Flowmeter