ANALISIS PENGUKURAN ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W
PADA PENGUKURAN ALIRAN AIR
(Aplikasi pada PDAM Tirtanadi Propinsi Sumatera Utara)
O
L
E
H
NAMA : INASUSANTI SEBAYANG
NIM : 025203026
PROGRAM DIPLOMA-IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISIS PENGUKURAN ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W
PADA PENGUKURAN ALIRAN AIR
(Aplikasi Pada PDAM Tirtanadi Propinsi Sumatera Utara)
OLEH:
INASUSANTI SEBAYANG
NIM : 025203026
Karya Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu persyaratan untuk memproleh
gelar
Sarjana Sains Terapan
pada
PROGRAM DIPLOMA-IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Sidang pada tanggal 19 Januari 2008 di depan Penguji :
1. Ir. M. Zulfin MT : Ketua Penguji
2. Ir. A. Rachman Hasibuan : Anggota Penguji
3. Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai : Anggota Penguji
Diketahui Oleh : Disetujui Oleh :
Ketua Program Diploma-IV Pembimbing
Teknologi Instrumentasi Pabrik
ANALISIS PENGUKURAN ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W
PADA PENGUKURAN ALIRAN AIR
(Aplikasi Pada PDAM Tirtanadi Propinsi Sumatera Utara)
OLEH:
INASUSANTI SEBAYANG
NIM : 025203026
Karya Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu persyaratan untuk memproleh
gelar
Sarjana Sains Terapan
pada
PROGRAM DIPLOMA-IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Sidang pada tanggal 19 Januari 2008 di depan Penguji :
1. Ir. M. Zulfin MT : Ketua Penguji : ...
2. Ir. A. Rachman Hasibuan : Anggota Penguji :...
3. Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai : Anggota Penguji :...
Diketahui Oleh : Disetujui Oleh :
Ketua Program Diploma-IV Pembimbing
Teknologi Instrumentasi Pabrik
ABSTRAK
Instrumentasi yang digunakan dalam sistem pengukuran aliran air, menggunakan
jenis alat yang berbeda-beda. Pada pengukuran aliran air, dalam hal ini menggunakan
Elektromagnetik Promag 50 W.
Prinsip kerja dari pengukuran aliran air dengan Elektromagnetik 50 W, bekerja
berdasarkan pada Hukum Faraday. Dimana Hukum Faraday, didalam sebuah konduktor
terjadi perpindahan mangnet. Dalam pengukuran aliran air dengan elektromagnetik,
pengaliran menengah cocok dengan pergerakan konduktor. Tegangan induksi sebanding
dengan kecepatan aliran, yang mana ditempatkan 2 buah elektroda pengukur dan
transmitter dengan amplifeir sedangkan volume aliran tergantung pada diameter pipa.
Bahan magnet yang tetap, langsung membangkitkan
switch
arus pada muatan kutup arus
bolak-balik.
Pada pelaksanaan sistem pengukuran digunakan sebuah transmitter dan sensor.
Pemasangan transmitter dan sensor dipasang secara terpisah. Transmitter promag 50 W
dan sensor Promag W dipasang pada sinyal keluaran dan dilengkapi dengan sinyal
alarm dan dihubungkan ke power supplay.
Elektromagnetik promag 50 W dipasang pada pipa, baik pipa mendatar ataupun pipa
tegak, namun kondisi pemasangan harus benar dan tepat sehingga akan didapat nilai
yang akurat.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus, yang telah memelihara dan
melimpahkan kasih karunia-Nya kepada penulis, sehingga Karya Akhir ini dapat
diselesaikan.
Karya Akhir ini dimaksudkan adalah sebagai syarat untuk menyelesaikan Program
study di Fakultas Teknik Jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik Diploma-IV Universitas
Sumatera Utara.
Dalam proses penyusunan Karya Akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dan
arahan dari berbagai pihak, maka untuk bantuan yang diberikan baik material, spiritual,
informasi maupun administrasi. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan
terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Orang tuaku yang terkasih Damenta Sebayang, Hendri Sebayang yang telah
memberi dorongan moril dan material
2. Bapak Ir.Nawawy Loebis, M. Phil, Ph.D, Selaku Dekan Fakultas Teknik USU
3. Bapak Prof.Usman S Baafai sebagai Ketua Jurusan Program Diploma Teknologi
Instrumentasi Pabrik
4. Bapak Ir.Masyur,MT. selaku dosen Pembimbing dalam penyusunan Karya Akhir.
5. Bapak Ir.Baharuddin Siregar Kepala Divisi Jaringan Perpipaan PDAM Tirtanadi
6. Bapak Andarianto Asisten I Booster Pump Divisi Jaringan Perpipaan dan sebagai
pembimbing lapangan
7. Terkhusus B’Andi Suranta Sembiring yang banyak memberikan semangat dan
makasih buat jam doanya dan segenap Pembangunan 40, Mila, Aira, Ika, Ami,
8. Kepada rekan-rekan KTB Revalation Kakak Risda, Bang Jul, Hatorangan,
Raymon, Daniel, Agustin dan buat adik-adikku KA/KR Psr. V makasih buat
perhatian dan doanya.
9. Kepada segenap rekan-rekan Teknologi Instrumentasi Pabrik yang telah
membantu penulisan dalam penyusunan laporan ini khususnya untuk seluruh
stambuk 2002 (Agus, Dinan, Silva dan Sabrina).
Akhir kata penulis dengan keterbatasannya sangat menyadari bahwasannya dalam
penyusunan Karya Akhir ini masih banyak kekurangannya, sehingga penulis dengan tulus
menerima saran dan kritik yang bersifat membangun dan kiranya nanti dapat digunakan
untuk menambah ilmu dan pengetahuan yang lebih baik di masa yang akan datang.
Dengan Kerendahan hati, penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya atas segala
kekurangan dan semoga Karya Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Tuhan memberkati.
Medan, September 2007
Hormat Saya,
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan
ABSTRAK ... ... i
Kata Pengantar ... ii
Daftar Isi ... iv
Daftar Gambar ... vi
Daftar Persamaan ... viii
Daftar Tabel ... ix
BAB I PENDAHULUAN...
1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penulisan Karya Akhir... 2
1.3 Rumusan Permasalahan ... 2
1.4 Batasan Permasalahan... 3
1.5 Sistematik Pembahasan... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...
5
2.1 Fluida ... 5
2.2 Elektromagnetik ... 20
2.3 Sensor... 27
2.4 Transmitter ... 28
2.5 Indicating
(Display)
... 30
2.6 Elektromagnetik Promag 50 W... 32
2.6.1 Dasar Pengukuran ... 32
2.6.2 Sistem Pengukuran... 34
2.6.3 Konsep Perhitungan Input Variabel... 34
BAB III METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN AIR
ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W ... 36
3.1 Gambaran Umum... 36
3.2 Pengukuran Aliran Air dengan Elektromagnetik Promag 50 W ... 38
3.2.1 Pra-Pelaksanaan Pengukuran ... 38
3.2.2 Pelaksanaan Pengukuran... 42
BAB IV ANALISIS KETELITIAN PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN
ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W ... 44
4.1 Umum ... 44
4.2 Kondisi Praktek Lapangan ... 47
4.3 Analisa data Lapangan ... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Aliran fluida melalui saluran mengecil ...6
Gambar 2.2 Tabung Venturi ...8
Gambar 2.3 (a) Flow Nozzel...10
Gambar 2.3 (b) Flow Nozzel ...10
Gambar 2.4 Tipe-tipe Pelat Orifice...11
Gambar 2.5 Vena Kontracta ...12
Gambar 2.6 Tap Flange...12
Gambar 2.7 Tap Pipa ...13
Gambar 2.8 Tabung Pitot dengan Manometer...14
Gambar 2.9 Tabung Pitot yang mempunyai tap-tap tersendiri ...14
Gambar 2.10 Meter Aliran Magnetik ...18
Gambar 2.11 Untuk melukiskan Hukum Faraday ...21
Gambar 2.12 Konversi kaidah skrup tangan kanan yang digunakan dalam
merumuskan hukum-hukum medan elektromagnetik...22
Gambar 2.13 (a) Sebuah permukaan bidang...22
Gambar 2.13 (b) Sebuah kombinasi dari tiga permukaan bidang ,
yang dibatasi oleh lintasan tertutup C ...22
Gambar 2.14 Untuk melukiskan permukaan yang dibatasi oleh belitan yang berisi dua
lilitan ...24
Gambar 2.16 Perubahan fluksi magnetik yang dicakup oleh simpal dari
Gambar 2.15 terhadap waktu dan emf induksi yang dihasilkan
disekeliling belitan itu. ...26
Gambar 2.17 Transmitter Elektrik ...30
Gambar 2.18 Prinsip Kerja Elektromagnetik Promag 50 W...35
Gambar 3.1 Penempatan magnet dan elektroda ...37
Gambar 3.2 Elektromagnetik Promag 50 W...38
Gambar 3.3 Lokasi Sambungan ...39
Gambar 3.4 Intalasi Pompa dengan Sensor ...39
Gambar 3.5 Unit pengukuran dihubungkan ke Power Supplay...41
Gambar 4.1 Skematik Aliran Air Bersih di Kota Medan...44
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan 2.1 ...7
Persamaan 2.2 ...7
Persamaan 2.3 ...7
Persamaan 2.4 ...15
Persamaan 2.5 ...15
Persamaan 2.6 ...18
Persamaan 2.7 ...20
Persamaan 2.8 ...24
Persamaan 2.9 ...25
Persamaan 2.10 ...25
Persamaan 2.11 ...25
Persamaan 2.12 ...31
Persamaan 2.13 ...31
Persamaan 2.14 ...32
Persamaan 3.1 ...36
Persamaan 3.2 ...37
Persamaan 4.1 ...49
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Laporan Harian Booster Pump 10.3 Garu I (bulan Agustus) ... 47
ABSTRAK
Instrumentasi yang digunakan dalam sistem pengukuran aliran air, menggunakan
jenis alat yang berbeda-beda. Pada pengukuran aliran air, dalam hal ini menggunakan
Elektromagnetik Promag 50 W.
Prinsip kerja dari pengukuran aliran air dengan Elektromagnetik 50 W, bekerja
berdasarkan pada Hukum Faraday. Dimana Hukum Faraday, didalam sebuah konduktor
terjadi perpindahan mangnet. Dalam pengukuran aliran air dengan elektromagnetik,
pengaliran menengah cocok dengan pergerakan konduktor. Tegangan induksi sebanding
dengan kecepatan aliran, yang mana ditempatkan 2 buah elektroda pengukur dan
transmitter dengan amplifeir sedangkan volume aliran tergantung pada diameter pipa.
Bahan magnet yang tetap, langsung membangkitkan
switch
arus pada muatan kutup arus
bolak-balik.
Pada pelaksanaan sistem pengukuran digunakan sebuah transmitter dan sensor.
Pemasangan transmitter dan sensor dipasang secara terpisah. Transmitter promag 50 W
dan sensor Promag W dipasang pada sinyal keluaran dan dilengkapi dengan sinyal
alarm dan dihubungkan ke power supplay.
Elektromagnetik promag 50 W dipasang pada pipa, baik pipa mendatar ataupun pipa
tegak, namun kondisi pemasangan harus benar dan tepat sehingga akan didapat nilai
yang akurat.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Instrumentasi merupakan alat yang sangat penting dalam pengukuran aliran air. Dalam
hal ini digunakan Elektromagnetik Promag 50 W.
Prinsip kerja dari pengukuran aliran air Elektromagnetik Promag 50 W, dimana
hukum Faraday menguraikan tegangan induksi yang menyebabkan, didalam sebuah
konduktor terjadi perpindahan magnet. Dlam pengukuran aliran air dengan
elektromagnetik, pengaliran menengah cocok dengan pergerakan konduktor. Tegangan
induksi sebanding dengan kecepatan aliran, yang mana ditempatkan 2 buah elektroda
pengukur dan transmiter, sedangakan voleme aliran tergantung pada diameter pipa.
Bahan magnet yang tetap langsung membangkitkan arus pada muatan kutup arus
bolak-balik.
Pada pelaksanan sistem pengukuran digunakan sebuah transmitter dan sensor.
Pemasangan transmitter dan sensaor dipasanga secara terpisah. Transmitter dan sensor
dipasang pasa sinyal keluaran dan dilengkapi dengan sinyal alarm dan dihubungkan ke
power supplay.
Elektromagnetik Promag 50 W dipasang pada pipa, baik pipa mendatar maupun
ataupun pipa tegak, namun kondisi pemasangan harus benar dan tepat sehingga akan
dapat nilai yang akurat.
Sensor yang ditempatkan akan mendeteksi aliran air, kemudian transmitter mengirim
Seiring dengan pertambahan pelanggan dan penganugrahan ISO 2000 PDAM
Tirtanadi ke arah peningkatan kualitas merupakan tuntunan yang tidak dapat ditawar lagi.
Untuk itu PDAM Tirtanadi menggunakan sistem pengukuran aliran air dengan
Elektromagnetik Promag 50 W, untuk memenuhi kebutuhan pelanggan PDAM Tirtanadi
Sumatera Utara. Atas dasar pengamatan dan pentingnya Elektromagnetik Promag 50 W
pada PDAM Tirtanadi Propinsi Sumatera Utara, maka karya akhir ini membahas tentang
”ANALISIS PENGUKURAN ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W PADA
PENGUKURAN ALIRAN AIR”
1.2
Tujuan Penulisan Karya Akhir
Tujuan dari penulisan karya akhir ini ada beberapa macam, diantaranya:
a.
Untuk mengetahui jumlah debit aliran air yang mengalir pada pipa, sebelum masuk
ke Booster Pump
b.
Untuk mengetahui kecepatan dan debit aliran air yang berasal dari IPA
1.3
Rumusan Permasalahan
Pada karya akhir ini hal-hal penting yang menjadi rumusan masalah sebagai berikut:
a.
Bagaimana cara mengukur aliran air dengan alat ukur Elektromagnetik Promag 50 W
1.4
Batasan Permasalahan
Agar pembahasan karya akhir ini tidak terlalu meluas, maka pembahasan
memberikan batasan-batasan sebagai berikut:
a.
Hanya membahas tentang prinsip kerja dari Elektromagnetik Promag 50 W
b.
Tidak membahas tentang bagian-bagian yang berhubungan dengan Elektromagnetik
Promag 50 W
1.5
Sistematik Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan karya akhir ini, maka penulis
membuat sistematik pembahasan. Sistematik pembahasan ini merupakan urutan bab demi
bab termasuk sub-sub babnya. Adapun pembahasan tersebut adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang, tujuan penulusan karya akhir, rumusan
permasalahan, batasan permasalahan, dan sistematik pembahasan
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang pengantar pembahasan pengukuran, Elektromagnetik
Promag 50 W
BAB III METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN
ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W
Bab ini berisi tentang gambaran umum tentang pengukuran Elektromagnetik
Promag 50 W, pengukuran aliran air dengan Elektromagnetik Promag 50 W.
BAB IV ANALISIS PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN ELEKTROMAGNETIK
Menganalisa ketelitian kerja dari pengukuran aliran air dengan menggunakan
Elektromagnetik Promag 50 W
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran pembahasan
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 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 ditempatkan di antara dua buah
pelat sejajar dengan jarak, antara yang kecil dan besar sedemikian luasnya sehingga
keadaan pada tepi-tepi pelat dapat diabaikan. Pelat bawah terpasang tetap, dan suatu gaya
F ditetapkan pada pelat atas, yang mengerahkan tegangan geser F/A pada zat apapun yang
terdapat di antara pelat-pelat. A ialah luas pelat atas satuannya (m2). Bila gaya F
menyebabkan pelat bergerak dengan suatu kecepatan (bukan nol) satuannya (N),
betapapun kecilnya F, maka kita dapat menyimpulkan bahwa zat di antara kedua pelat
tersebut adalah fluida. Fluida adalah termasuk air, gas, dan zat padat. Aliran (flow)
fluida ada tiga macam yaitu :
1. Kecepatan fluida mengalir (m/s)
2. Debit (banyaknya volume) fluida mengalir persatuan waktu (l/dtk)
3. Jumlah (volume) fluida yang mengalir untuk selang waktu tertentu (liter, galon)
Jenis pengukuran aliran (flow) sebenarnya sangat banyak, pada dasarnya dapat dibagi
menjadi tiga bagian besar yaitu :
1. Head Flow Meter
2. Area Flow Meter
Ketiga jenis aliran (flow) ini memakai cara kerja yang berbeda pula. Beberapa macam
dari masing-masing jenis aliran (flow) akan dibahas pada bagian berikut :
1. Head Flow Meter
Untuk mengukur aliran fluida dalam suatu pipa dengan head flow meter, dengan itu
dipasang suatu penghalang dengan diameter lubang yang lebih kecil dari diameter pipa,
sehingga baik tekanan maupun kecepatannya berubah. Dengan mengukur perbedaan
tekanan antara sebelum dan sesudah penghalang dapat menentukan besarnya aliran fluida.
Beberapa aliran flow meter di bawah ini merupakan pengukuran aliran jenis head flow
meter, yaitu :
a. Tabung Venturi
b. Flow Nozzle
c. Pelat Orifice
d. Tabung Pipot
Sebelum membahas keempat flow meter ini, akan dibahas lebih dahulu hubungan
antara perbedaan tekanan dan kecepatan aliran, yang menjadi cara kerja dari head flow
meter. Pada Gambar 2.1 terlihat suatu aliran fluida melalui pipa dengan luas penampang
dibagian masukan (input) lebih besar dari bagian keluaran (output). Misalnya kecepatan,
tekanan dan luas penampang dibagian input adalah v1, P1, dan A1 sedangkan dibagian
outputnya adalah v2, P2, A2.
Disini berlaku persamaan kontinuitas dimana banyaknya fluida yang masuk sama
dengan banyaknya fluida yang keluar dapat dilihat pada Persamaan 2.1
V1 . A1 = V2 . A2...(2.1)
Dengan menganggap bahwa kecepatan fluida pada seluruh penampang sama, maka
berlaku persaman Bernouli :
P1 + 1/2 v12 = P2 + 1/2 v22...(2.2)
Dimana :
P = Tekanan fluida (N/m2)
V = Kecepatan aliran (m/s)
= Massa jenis fluida (m3/s2)
Jadi terlihat disini bahwa dengan mengukur perbedaan tekanan (P1 – P2) dapat
ditentukan besarnya laju aliran. Tetapi biasanya di dalam praktek persamaan di atas masih
harus dikoreksi dengan koefisien yang disebut (koefisien discharge). Koefisien discharge
ini tidak kostan dan besarnya ditentukan dari kerugian-kerugian gesekan akibat kekasaran
bagian dalam pipa. Bentuk geometri dari saluran dan bilangan Raynold. Aliran turbulen
mempunyai bilangan Raynold yang tinggi lebih besar dari 2000, sedangkan bilangan
Raynoldnya (lebih rendah dari 2000) alirannya merupakan aliran laminar. Untuk dapat
mengetahui bilangan Raynold untuk aliran dalam pipa diberikan [1].
Rd = v D ...(2.3) µ
Dimana :
= Massa jenis fluida (Kg/m3)
v = Kecepatan rata – rata aliran fluida (m/s)
D = Diameter pipa (m/s2)
Rd = Bilangan Raynold
a. Tabung Venturi
Tabung venturi mempunyai bentuk seperti pada Gambar 2.2. Pada sekeliling pipa
sering dibuat lubang-lubang yang jalan keluarnya dijadikan satu dan dihubungkan dengan
pegukuran tekanan disebut cincin piezometer. Dengan demikian tekanan yang diukur
merupakan tekanan rata – rata sehingga pengukuran menjadi lebih teliti.
Gambar 2.2 Tabung Venturi
Kemiringan dibagian input kira – kira sebesar 300 sedangkan dari bagian output lebih
kecil yaitu antara 30 sampai 150. 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 dibandingkan dengan head flow
meter yang lain, tetapi paling mahal harganya. Karena bagian leher ini dibuat sebagai unit
b. Flow Nozzel
Flow nozzle mempunyai bentuk yang lebih sederhana dibandingkan dengan tabung
venturi seperti terlihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 (a) Flow Nozzel
Gambar 2.3 (b) Flow Nozzel
Tap (lubang pengukur tekanan) pada flow nozzle ini diletakkan kira-kira pada jarak
satu kali diameter pipa (1 x D) di muka bagian input dan setengah diameter pipa (1/2 x D)
dibelakang bagian output seperti terlihat pada gambar 2.3 (a) atau tepat di bagian
outputnya, dan tergantung pada pabrik pembuatannya seperti terlihat pada gambar 2.3 (b).
Flow nozzle ini mempunyai ketelitian yang lebih rendah di banding dengan tabung
menggunakan sambungan pipa saluran, pemasangan flow nozzle dapat dilaksanakan tanpa
mengganggu sambungan pipa.
c. Pelat Orifice
Pelat orifice merupakan pengukuran aliran yang paling murah, paling mudah
pemasangannya tetapi juga paling kecil ketelitiannya diantara pengukuran-pengukuran
aliran jenis head flow meter. Pelat orifice merupakan pelat yang berlubang dengan
pinggiran tajam. Pelat 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. Bermacam-macam tipe dari pelat orifice ini dapat dilihat pada
Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Tipe- tipe pelat orifice
Pelat orifice tipe eccentris dan segmental dipakai untuk mengukur aliran yang
mengandung bahan-bahan padat. Bila dipakai pelat orifice tipe cancentris maka akan
timbul endapan-endapan benda padat yang akan mengganggu pengukuran. Demikian juga
lubang kecil yang terletak pada bagian bawah, dibuat agar kesalahan pengukuran dapat
diperkecil, yaitu untuk mengalirkan cairan akibat kondensasi agar tidak berkumpul pada
pelat orifice yang dapat mengganggu pengukuran aliran gas. Untuk aliran cairan udara
Pemasangan tap (lubang) pengukuran untuk pelat orifice ada beberapa
bermacam-macam yaitu :
a. Tap vena contracta
b. Tap flange
c. Tap pipa
Tap pertama dari vena contracta diletakkan pada jarak 1 x D sebelum orifice
sedangkan tap kedua pada vena contracta. Vena adalah tempat dimana luas aliran
mencapai minimum sehingga tekanannya paling kecil seperti terlihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Venacontracta
Oleh karena letaknya tergantung dari diameter pipa dan diameter orifice maka
pemasangan tap kedua ini juga 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 adalah bahwa tap harus dipasang pada
pipa dengan tepat pada tempat vena contracta.
Tap flange diletakkan simetris di kiri dan kanan orifice kira-kira sejauh satu inci.
Keuntungan cara ini adalah tap-tapnya dapat dipasang menjadi satu bagian dengan flange
pipa tanpa mengganggu. Pipa dan pelat orifice dapat digantikan tanpa harus mengubah
Kerugiannya adalah hasil pengukurannya kurang teliti karena terdapat beda tekanan yang
kecil. Pemasangan tap flange dapat di lihat pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Tap Flage
Tap pertama dari tap pipa diletakkan sejauh 2 1/2 x D sebelum orifice sedangkan tap
kedua sejauh 8 x D sesudah orifice seperti terlihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Tap Pipa
Tekanan diferential yang diukur kecil sekali karena hanya menyatakan rugi tekanan
oleh pelat orifice. Agar pengukuran aliran dengan menggunakan pelat orifice dapat
dilakukan dengan ketelitian yang tinggi maka didekat tap-tap, tekanan tidak boleh ada
gangguan-gangguan. Gangguan-gangguan ini dapat terjadi bila didekat tap ini terdapat
fitting seperti sambungan pipa, belokan, katub, 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 tergantung pada perbandingan diameter dan tipe fitting-fitting yang
d. Tabung Pitot
Tabung pitot berbeda dengan ketiga head flow meter yang telah diterangkan
sebelumnya untuk mengukur debit atau laju aliran, maka tabung pitot ini merupakan
pengukuran untuk kecepatan fluida mengalir. Prinsip kerjanya hampir sama dengan
penghalang yang lain. Dapat dilihat pada Gambar 2.8
Gambar 2.8 Tabung Pitot dengan Manometer
Tabung pitot yang dipasang di dalam aliran fluida dengan mulut menghadap arah
aliran fluida. Untuk mengukur perbedaan tekanan (P2 – P1) sehingga kecepatan fluida
langsung dapat diketahui. Keuntungan dari tabung pitot adalah pengukuran yang 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, untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 2.9
Tabung pitot yang mempunyai tap-tap tersendiri, dimana kedua tapnya merupakan
bagian dari tabung pitot itu sendiri, sehingga tidak mengganggu (melubangi) pipa saluran.
Dalam pengukuran menggunakan head flow meter ada 8 faktor yang mempengaruhi
pengukuran fluida, antara lain :
a. Kerapatan (dentitas) dari cairan
b. Temperatur
c. Tekanan (gas)
d. Kekentalan (viskositas)
e. Aliran yang tidak konstan
f. Kesalahan pemasangan pipa
g. Ketelitian pembuatan orifice
h. Adanya gas yang terjebak pada cairan
2. Area Flow Meter
Prinsip kerja dari area flow meter merupakan kebalikan head flow meter. Pada head
flow meter, aliran melalui saluran yang mempunyai luas tertentu terdapat perbedaan
tekanan sehingga dapat diketahui debit aliannya. Sebaliknya pada area flow meter
mempunyai skala yang linier.
Area flow meter yang digunakan misalnya rotameter. Rotameter ini terdiri dari
kerucut yang terbuat dari gelas atau bahan lain yang transparan dan berskala dengan
pelampung didalamnya. Pelampung ini terbuat dari bahan-bahan yang tahan karat
terhadap fluida yang mengalir, biasanya terbuat dari stainless stell. Oleh karena adanya
aliran fluida maka pelampung akan naik dalam keadaan setimbang dan akan akan diam
pada posisi tertentu. Semakin besar alirannya makin tinggi posisinya. Rotameter harus
Berat pelampung diimbangi oleh gaya ke atas oleh fluida dan gaya akibat perbedaan
tekanan. Jadi dalam keadaan setimbang pelampung menjadi :
W = P . Ap + gf . vp
p = W – gf . vp...(2.4)
Ap
Dimana :
W = Berat pelampung (Kg)
vp = Kecepatan pelampung (m/s)
gf = berat jenis fluida (Kg/m3)
p = beda tekanan (N/m3)
Disini terlihat bahwa beda tekanan p tidak tergantung dari posisi pelampung . Jadi pada
posisi manapun beda tekanan akan konstant. Oleh karena luas penampang kerucut
berubah terhadap posisi penampang, maka luas penampang dimana fluida mengalir di
sekeliling pelampung juga tergantung pada posisi penampang. Penampang aliran
kontinuitas bernouli, sehingga pelampung akan mengatur dirinya sendiri pada posisi di-
mana kedua persamaan tadi dipenuhi.
Dimana :
Ak = Luas penampang kerucut (m/s2)
Bila ( AK – AP)2 << 1, maka bentuk persamaan di atas menjadi :
AK
Q = K ( AK – AP) ...(2.5)
Jadi laju aliran Q hanya merupakan fungsi dari luas kerucut. Bila sudut kemiringan
kerucut kecil maka ini sebanding dengan posisi pelampung. Dengan demikian debit yang
akan diukur sebanding dengan tinggi pelampung. Oleh karena berat jenis fluida
mempengaruhi persamaan di atas, maka setiap rotameter dikalibrasikan untuk fluida
tetapi akhir-akhir ini sudah berhasil dibuat rotameter dari logam dan plastik yang lebih
kuat.
3. Positive Displacement Meter
Positive displacement meter merupakan meter jumlah yang mana berfungsi untuk
mengukur banyaknya fluida yang telah mengalir melalui saluran tertutup. Ada beberapa
macam alat pengukuran aliran jenis positive displacement meter, diantaranya adalah :
a. Meter Torak Bolak-balik
Torak bergerak bolak-balik dan setiap kali menggerakkan sebuah katub geser. Letak
katub 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 keluar dan ruang kiri kembali terisi. Fluida mengalir setiap kali torak
melakukan gerak bolak-balik sehingga dengan menghitung jumlah gerak bolak-balik
torak ini dapat diketahui jumlah volume yang telah mengalir melaluinya. Biasanya torak
ini dihubungkan dengan penghitung mekanis.
b. Meter Bilah Berputar
Prinsip kerja meter bilah berputar sama dengan meter bolak-balik, hanya disini
terjadi gerakan putar. Silinder dalam letaknya eksentris terhadap silinder luar dan
terpasang bilah-bilah yang dapat bergerak pada celah-celah pada poros silinder dalam.
Pada ujung- ujung 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 sector dan cairan mengalir masuk
pada sector yang lain. Sumbu silinder dalam dihubungkan dengan penghitung mekanis
Perlu diketahui bahwa berputarnya silinder dalam disebabkan adanya beda tekanan
yang bekerja pada pengukur aliran ini.
c. Meter Baling-baling
Meter baling-baling terdiri dari suatu ruangan yang didalamnya dipasang dua buah
baling-baling yang menyebabkan fluida berganti-ganti masuk dan keluar dari ruang-ruang
yang dipisahkan oleh kedua baling-baling tersebut. Pengukuran aliran ini umumnya
dipakai untuk aliran gas.
d. Meter Piringan Bergoyang
Prinsip kerja dari meter piringan bergoyang dengan mengisi suatu ruangan dengan
volume tertentu kemudian karena bergoyang piringan, sehingga fluida ini akan dialirkan
keluar. Bergoyangnya piringan ini disebabkan adanya aliran fluida yang melaluinya.
Batang dari bola yang berada ditengah-tengah piringan dihubungkan ke penghitung
mekanis untuk mengetahui jumlah volume total fluida yang telah melalui piringan.
e. Meter Roda Gigi Oval
Bentuk dan cara kerja meter gigi oval hampir sama dengan meter baling-baling, yang
membedakan dimana pada meter baling-baling dipasang 2 buah baling-baling sedangkan
pada meter roda gigi oval dibuat 2 buah roda gigi oval
4. Pengukur-pengukur Aliran yang lain
Ada beberapa pengukur-pengukur aliran selain yang telah dibahas sebelumnya,
diantaranya adalah :
a. Meter Kecepatan Turbin
Prinsip kerja dari meter kecepatan turbin, dimana turbin akan berputar bila cairan
mengenai dan mendorong baling-baling dari turbin. Suatu kumparan penerima (pick up
coil) yang dipasang pada pipa akan merasa putaran turbin sehingga kumparan akan
dihasilkan akan sebanding dengan laju aliran volume dari cairan. Sifat meter kecepatan
turbin yaitu :
1. Ketelitian tinggi (0,5%)
2. Sesuai untuk cairan yang kekentalan rendah
3. Sinyal keluaran berupa pulsa listrik
b. Meter Aliran Magnetik
Meter aliran magnetik bekerja berdasarkan pada hukum Faraday tentang induksi
[image:31.612.192.446.278.389.2]tegangan. Meter aliran magnetik tampak pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Meter aliran magnetik
Pada suatu aliran muatan listrik yang melintasi medan magnet akan menimbulkan
tegangan yang besarnya :
e = B l v x 10-8...(2.6)
Dimana :
e = Tegangan induksi (Volt)
B = Fluksi density (Wb/m2)
l = Panjang konduktor (m)
v = Kecepatan dari konduktor (m/s)
Cairan yang melewati pipa akan memotong fluksi magnet. Adanya aliran fluida yang
bergerak relatif terhadap medan magnet akan menyebabkan tegangan induksi yang
Tegangan yang timbul dideteksi oleh elektroda yang diletakkan di luar pipa dan besarnya
sebanding dengan kecepatan aliran fluida. Syarat pengukuran yaitu :
1. Fluida harus dapat mengantarkan arus listrik dan pipa terbuat dari bahan isolator
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. Wiers dan Flumes
Wiers dan Flumes merupakan rintangan-rintangan yang diberikan pada saluran
terbuka untuk dapat mengukur laju aliran caira. Laju aliran merupakan fungsi dari
permukaan cairan. Wier berupa lempengan dengan takik pada bagian atas. Jenis takik
yang digunakan adalah takik v (untuk aliran kecil), takik persegi, dan takik trapezium.
Sedangkan flumes mempunyai penampang seperti tabung venturi, hanya pada flumes
terbuka pada bagian atas. Digunakan flumes disebabkan oleh :
1. Hanya untuk saluran terbuka
2. Rugi tekanan kecil
3. Pemeliharaan yang mudah
d. Meter Aliran Massa
Pengukuran aliran massa dapat dilakukan secara :
1. Langsung
2. Inferesial (tidak langsung)
Pengukuran tidak lansung dilakukan dengan mengukur baik laju aliran dan densitas
(rapat massa). Dengan mengalikan kedua hasil pengukuran ini sehingga pada komputer,
2.2 Elektromagnetik
Sebuah konsekuensi dari penemuan eksperimental oleh Michael Faraday pada tahun
1831 bahwa medan magnetik yang berubah terhadap waktu akan menimbulkan medan
magnetik, makanya penemuan itu dikenal sebagai hukum Faraday. Faraday menemukan
bahwa bila fluks magnetik yang dicakup oleh sebuah belitan kawat berubah terhadap
waktu, maka sebuah arus dihasilkan dalam belitan, yang menunjukkan bahwa sebuah
tegangan atau sebuah tegangan gerak elektrik (electromotive force), yang disingkat
sebagai emf, yang diinduksikan disekeliling belitan itu. Variasi dari fluks magnetik dapat
dihasilkan dari variasi waktu dan fluksi magnetik yang dicakup oleh sebuah belitan tetap
atau dari belitan yang bergerak dalam sebuah medan magnetik statis atau dari sebuah
kombinasi dari kedua-duanya, yakni sebuah belitan yang bergerak dalam medan magnetik
yang berubah terhadap waktu. Dalam bentuk matematika, Hukum Faraday diberikan oleh
[2].
E . dl = - d B . dS ...(2.7) c dt s
Dimana :
dS = Elemen permukaan diferential (m2)
E = Intensitas medan magnetik (V/m)
dl = Elemen panjang diferential (m)
Dimana S adalah permukaan yang dibatasi oleh lintasan tertutup C, seperti terlihat dalam
Gambar 2.11. Dalam Hukum Faraday menyatakan bahwa tegangan gerak elektrik
mengelilingi sebuah lintasan tertutup sama dengan negatif dari kecepatan perubahan
Gambar 2.11 Untuk Melukiskan Hukum Faraday
Ada beberapa pengamatan yang penting yang berhubungan dengan Hukum Faraday :
1. Fluks magnetik pada ruas kanan harus dihitung sesuai dengan kaidah sekrup tangan
kanan, yang merupakan konvensi yang dipakai secara konsisten untuk semua hukum
medan elektromagnetik yang melibatkan intensitas pada permukaan yang dibatasi
oleh lintasan tertutup. Kaidah sekrup tangan kanan itu dapat diartikan dengan
membayangkan sebuah sekrup tangan kanan yang diputarkan mengelilingi sebuah
lintasan tertutup, seperti yang dilukiskan dalam Gambar 2.12 untuk arah yang
berlawanan dari lintasan-lintasan, dan dengan menggunakan arah yang dihasilkan dari
majunya sekrup itu untuk menghitung integral permukaan tersebut. Pemakaian kaidah
ini kepada geometri dari Gambar 2.11 berarti bahwa dalam menghitung integral
permukaan dari B pada S, vektor normal kepada permukaan diferensial dS harus
diarahkan seperti yang diperlihatkan dalam gambar tersebut.
2. Dalam menghitung integral permukaan dari B, sembarangan permukaan S yang
dibatasi oleh C dapat digunakan. Untuk contohnya jika belitan C adalah sebuah
belitan dalam bidang datar, maka kita tidak perlu meninjau permukaan bidang yang
mempunyai belitan itu sebagai batas pinggir. Kita dapat meninjau sebuah permukaan
lengkung yang dibatasi oleh C atau sembarangan kombinasi dari
dibatasi oleh C, dan kadang-kadang merupakan pilihan yang lebih diinginkan. Untuk
melukiskan hal ini, tinjaulah simpal PQRP dalam bidang datar dalam Gambar 2.13 (a)
Permukaan yang paling jelas yang dibatasi oleh belitan ini adalah permukaan bidang
datar PQR yang dicondongkan kepada bidang-bidang koordinat. Bayangkanlah
permukaan bidang ini sebagai sebuah lembaran elastis yang batas pinggirnya
direkatkan atau dilem dan yang didorong menuju titik asal sehingga lembar elastis itu
[image:35.612.171.457.259.360.2]menyesuaikan dirinya, atau menempel, pada bidang-bidang koordinat.
Gambar 2.12 Konvensi kaidah sekrup tangan kanan yang digunakan dalam
merumuskan hukum-hukum medan elektromagnetik.
Gambar 2.13 (a) Sebuah permukaan bidang dan (b) Sebuah kombinasi dari
[image:35.612.171.461.434.595.2]Maka kita mendapatkan kombinasi dari permukaan-permukaan bidang OPQ, OQR,
dan QRP, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 2.13 (b), yang bersama-sama
membentuk sebuah permukaan yang juga dibatasi oleh belitan. Untuk menghitung
integral permukaan dari B untuk permukaan dalam Gambar 2.13 (a), kita perlu
menggunakan vektor dS pada permukaa miring tersebut. Sebaliknya untuk geometri
dalam Gambar 2.13 (b) kita menggunakan vektor-vektor dS (yang lebih sederhana)
yang diasosiasikan dengan bidang-bidang koordinat itu. Kenyataan bahwa setiap
permukaan S yang dibatasi oleh sebuah lintasan tertutup C dapat dipakai untuk
menghitung fluksi magnetik yang dicakup oleh C berarti bahwa fluksi magnetik
melalui semua permukaan sepertinya adalah sama supaya tegangan gerak elektrik
yang mengelilingi C mempunyai nilai yang unik. Medan magnetik bahwa fluksi
magnetik adalah sama melalui semua permukaan yang dibatasi oleh sebuah lintasan
tertutup yang diberikan.
3. Lintasan tertutup C pada ruas kiri tidak perlu menyatakan sebuah belitan kawat, tetapi
dapat merupakan sebuah permukaan sebuah garis bentuk yang imajiner. Hal itu
berarti bahwa fluks magnetik yang berubah terhadap waktu tersebut akan
menginduksikan sebuah medan listrik dalam daerah itu hal ini menghasilkan sebuah
tegangan gerak elektrik disekeliling lintasan tertutup itu. Jika sebuah kawat
ditempatkan dalam kedudukan yang ditempati oleh lintasan tertutup itu, maka
tegangan gerak elektrik tersebut akan menghasilkan sebuah arus dalam belitan hanya
karena muatan-muatan dalam kawat itu dibatasi bergerak sepanjang kawat tersebut.
4. Tanda minus pada ruas kanan bersama-sama dengan kaidah sekrup tangan kanan
memastikan bahwa hukum Lenz selalu dipenuhi. Hukum Lenz menyatakan bahwa,
arah dari tegangan gerak elektrik induksi adalah sedemikian rupa sehingga setiap
menghasilkan tegangan gerak elektrik itu. Adalah penting untuk memperhatikan
bahwa tegangan gerak elektrik induksi itu beraksi untuk menghasilkan fluks yang
keluar dari kertas. Sebaliknya, jika fluks yang sama berkurang besarnya dengan
waktu, maka tegangan gerak elektrik induksi itu beraksi untuk menghasilkan fluks
yang masuk ke dalam kertas.
5. Jika belitan C berisi lebih daripada satu lilitan, seperti dalam sebuah koil yang terdiri
dari N lilitan, maka permukaan S yang dibatasi oleh keliling belitan itu mengambil
bentuk sebuah lereng spiral, seperti yang diperlihatkan Gambar 2.14 (b) dan (c), dan
yang menghubungkan sisi BO dari pelat dalam (c) ke sisi AO dari pelat dalam (b).
Untuk sebuah koil yang dililiti secara erat, hal ini adalah ekuivalen dengan keadaan di
mana N belitan yang terdiri dari lilitan tunggal dan yang identik satu sama lain dan
yang terpisah satu dari yang lain dikumpulkan sehingga tegangan gerak elektrik
induksi dalam lilitan koil yang terdiri dari N lilitan itu adalah N kali tegangan gerak
elektrik induksi dalam satu lilitan. Jadi, untuk sebuah koil terdiri dari N lilitan dimana
emf = -N d ...………(2.8) dt
adalah fluksi magnetik yang dihitung seakan-akan koil itu adalah koil berlilitan
[image:37.612.159.464.522.664.2]satu.
Gambar 2.14 Untuk melukiskan permukaan yang dibatasi oleh sebuah belitan
Kita sekarang meninjau dua contoh untuk melukiskan penentuan dari tegangan gerak
elektrik (emf) induksi dengan menggunakan hukum Faraday, contoh yang pertama
melibatkan sebuah simpal stasioner dalam sebuah medan magnetik yang berubah
terhadap waktu dan contoh yang kedua melibatkan sebuah konduktor yang bergerak
dalam sebuah medan magnetik statik. Sebuah medan magnetik yang berubah terhadap
waktu diberikan oleh Persamaan 2.9
B = B0 cos t ay ...(2.9)
di mana B0 adalah sebuah konstan. Kita mencari emf induksi di sekelilingi simpal C
siku-siku dalam bidang xz yang dibatasi oleh garis-garis x = 0, x = a, z = 0, dan z = b, seperti
yang terlihat dalam Gambar 2.15. Dengan memilih dS = dx dz ay sesuai dengan kaidah
tangan kanan dan dengan menggunakan permukaan bidang S yang dibatasi oleh simpal
itu, kita mendapatkan fluksi magnetik yang dicakup oleh simpal itu sebagai :
b a
= B . dS = B0 cos t ay . dx dz ay
s z=0 x = 0
b a
= B0 cos t ay dx dz ay = ab B0 COS t ...………..(2.10)
z=0 x = 0
Perhatikan bahwa karena kerapatan fluksi magnetik itu uniform dan tegak lurus kepada
bidang simpal, maka hasil ini telah dapat diperoleh dengan mengalikan saja luas ab dari
simpal itu komponen B0 cos t dari vektor kerapatan fluksi tersebut. Maka emf induksi di
sekaliling simpal itu diberikan oleh
E . dl = - d B . dS c dt s
= d [ab B0 COS t] = ab B0 COS t ...………..(2.11)
Gambar 2.15 Belitan siku-siku dalam bidang xz yang diletakkan dalam sebuah
medan magnetik yang berubah terhadap waktu.
Gambar 2.16 Perubahan fluksi magnetik yang dicakup oleh belitan dari
Gambar 2.15 terhadap waktu dan emf induksi yang dihasilkan
disekeliling belitan itu.
Perubahan fluksi magnetik dicakup belitan itu terhadap waktu emf induksi yang
[image:39.612.151.489.316.580.2]bila fluksi magnetik yang dicakup belitan itu ke dalam halaman kertas semakin berkurang
dengan waktu, maka emf induksi adalah positif, yang dengan demikian akan
menghasilkan sebuah arus dalam arah perputaran jarum jam, seandainnya belitan itu
adalah sebuah kawat. Polaritas arus itu menimbulkan sebuah medan magnetik yang
diarahkan ke dalam kertas di dalam belitan itu dan, karena itu, akan beraksi untuk
menentang pengurangan fluksi magnetik yang dicakup belitan itu ke dalam kertas
semakin bertambah dengan waktu, maka emf induksi itu adalah negatif, yang dengan
demikian akan menghasilkan sebuah arus yang arahnya berlawanan dengan arah
perputaran jarum jam di sekeliling belitan tersebut. Polaritas arus ini menimbulkan
sebuah medan magnetik yang arahnya keluar dari kertas di dalam belitan itu dan karena
itu, akan beraksi untuk menentang pertambahan fluksi magnetik yang dicakup belitan
tersebut. Pengamatan-pengamatan ini konsisten dengan hukum Lenz.
2.3 Sensor
Sensor adalah alat yang akan terpengaruh oleh medan magnit dan akan memberikan
perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang
digerakkan oleh adanya medan magnit di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam
bentuk kemasan yang hampa udara dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.
Sensor yang digunakan adalah jenis sensor W, yang dirancang memberi tanggapan
terhadap intensitas medan magnet yang ada di sekitarnya. Apabila tidak terdapat medan
magnet di dekatnya, 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
2.4 Transmitter
Transmitter adalah salah satu elemen dari sistem pengendali proses, seperti yang
sudah diketahui bahwa untuk mengukur besaran fisik suatu proses digunakan alat ukur
yang sering disebut sebagai sensor atau primary elemen (bagian yang berhubungan
langsung dengan medium yang diukur), keluaran (output) dari sensor tersebut
ditampilkan ditempat sensor tersebut dipasang (local indikator), atau bisa juga dikirim
untuk kemudian ditunjukkan ditempat lain (control room) secara remote.
Untuk penunjukkan yang bersifat remote biasanya digunakan alat bantu sebagai
penguat dan penerjemah output dari sensor kedalam bentuk sinyal standard. Peralatan
semacam inilah yang dalam sistem instrumentasi pengendalian proses yang kita kenal
dengan Transmitter. Ada beberapa macam sinyal dalam transmitter, diantaranya adalah :
a. Sinyal Transmitter
Sinyal adalah tanda yang diberikan kepada alat penerima, pencatat, pengatur atau
petunjuk yang berupa angka. Jenis – jenis sinyal yang ada pada transmitter adalah :
1. Sinyal Pneumatik atau tekanan udara
Besaran standard sinyal pneumatik adalah 3 – 15 psig atau 0,2 – 1,0 Kg/cm2.
2. Sinyal Elektrik
Besaran standard sinyal elektrik adalah 4 mA – 20 mA.
b. Macam – Macam Transmitter
Dalam ilmu instrumentasi dikenal dua sistem sinyal yang dipergunakan, yaitu sistem
sinyal pneumatik dan sinyal elektrik.berdasarkan kedua sistem tersebut transmitter
dapat digolongkan menjadi dua jenis :
1. Transmitter Pneumatik
Pada dasarnya transmitter pneumatik adalah berfungsi untuk mengubah tekanan
ke alat penerima seperti kontrol valve, kontroller, pressure gauge. Pokok utama
transmitter adalah udara yang bertekanan 20 Psi atau 1,4 Kg/cm2, tekanan sinyal
berkisar 3 Psi -15 Psi atau 0,2- 1,0 Kg/cm2. Transmitter pneumatik ini dapat
digunakan sampai jarak sekitar 200 meter.
2. Transmitter Elektrik
Transmitter elektrik sama halnya seperti transmitter pneumatik. Transmitter
elektrik menghasilkan gejala elektrik 4 – 20 mA dan terdiri dari dua bagian
pokok yaitu :
a. Bagian perasa (Detektor).
b. Bagian pengirim.
c. Komponen – Komponen Tranmitter Elektrik
Transmitter elektrik sama halnya seperti transmitter pneumatik. Transmitter elektrik
juga terdiri dari dua bagian pokok yaitu :
1. Bagian perasa (Detektor).
Bagian perasa (Detektor) berfungsi untuk mengubah sinyal proses ke dalam
bentuk gerak-gerak mekanik.
2. Bagian pengirim
Bagian pengirim dari Transmitter Pneumatik berfungsi untuk mengubah
Unit Transmitter Elektrik dapat ditunjukkan pada Gambar 2.17 yang ada di bawah
[image:43.612.143.491.131.377.2]ini.
Gambar 2.17 Transmitter Elektrik
Unit transmitter, yang menggunakan sistem beam yang seimbangkan secara listrik,
mengubah pergeseran input torsi dalam signal arus 4 mA - 20 mA DC, yang sebanding
dengan input yang dipakai. Transmitter akan beroperasi dengan receveir (penangkap)
yang memiliki impedansi muatan. Tidak ada penyesuaian muatan yang diperlukan.
2.5 Indicating (display)
Indicating adalah alat ukur yang menunjukkan nilai yang merupakan besaran yang
besaran yang berobah terhadapkan waktu selama pengukuran dilakukan. Pengukuran
yang dihasilkan oleh indicating dapat dibagi atas :
a. Pengukuran nilai sesaat (instantaneous valve)
Alat ukur dalam hal ini menunjukkan nilai sesungguhnya dari pada besaran yang
diukur pada setiap dilakukan pengukuran. Hal ini dapat dilakukan jika perubahan
Keterangan gambar ;
1. Pengimbang Utama
2. Pegas peninggi dan Pegas titik nol
3. Peredam
4. Penyetelan batasan
5. Pengimbang Kedua
6. Pembatas langkah
7. Kesatuan Magnet
8. Pegas bias
9. Ditektor
10. Kesatuan O.P.D
besaran yang diukur sebagai fungsi waktu cukup lambat sehingga alat ukur yang
digunakan dapat mengikuti perubahan tersebut.
b. 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 :
T
Fav = 1 F (t) dt ...………...(2.12)
T 0
Dimana :
Fav = Fungsi average = nilai rata-rata f (t) untuk nilai interval 0 t T
Pengukuran ini dilakukan untuk besaran fungsi waktu yang berubah cepat tetapi tetap
mempunyai harga positif atau harga negative secara kontiniu. Misalnya pengukuran
ini dilakukan untuk tegangan dan arus searah dengan dengan menggunakan voltmeter
dan amperemeter arus searah = 0.
c. Pengukuran efektif
Alat ukur dalam hal ini menunjukkan suatu besaran yang biasa disebut akar dari
kwadrat rata-rata suatu besaran fungsi waktu. Ini dapat dihitungkan dengan rumus :
T
Feff = 1 f2 (t) dt ...(2.13) T 0
Dimana :
Feff = Nilai efektif dari f (tranducer)
Pengukuran ini dilakukan untuk besaran fungsi waktu yang berubah cepat tetapi tetap
mempunyai baik harga positif atau harga negatif bersama-sama dalam suatu interval
(periode) yang tetap. Pengukuran nilai effektif ini berlaku untuk besaran tegangan dan
arus bolak-balik dimana untuk pengukuran ini digunakan voltmeter dan ampermeter
d. Pengukuran nilai maksimum dan minimum sesaat
Pengukuran ini hanya menunjukkan besaran ukur yang maksimum atau minimum
pada saat alat ukur yang digunakan terpasang. Sebagai contoh adalah termometer
maksimum-minimum yang dapat di pakai untuk menunjukkan suhu yang paling tinggi
dan suhu paling rendah.
2.6 Eletromagnetik Promag 50 W
a. Dasar Pengukuran
Sebuah pipa pengukur yang mana diameter d (m) pada bagian dalam dinding dilapisi
dengan bahan isolasi, sudutnya dilengkapi dengan sekat. Pada medan magnet mengalir
kerapatan fluksi B (Wb/m2). Jika sebuah konduktor berisi air pada pipa dan mengalir
dengan kecepatan rata-rata v (m/s) dan sebaliknya pasangan elektroda diletakkan diatas
dinding pipa sudut kanan medan magnetik. Kekuatan tegangan induksi e (Volt) yang akan
membangkitkan pasangan elektroda tersebut. Dapat dirumuskan sebagai berikut :
e = B . l v x 10-8 ...(2.14)
Pengukuran aliran dengan mengunakan Elektromagnetik Promag 50 W, merupakan
pengukuran aliran jenis flow meter yaitu jenis meter aliran magnetik, yang mana
menggunakan prinsip kerja hukum Faraday. Apabila medan magnet berubah-ubah
terhadap waktu, akibat arus bolak-balik yang berbentuk sinusoid, suatu medan listrik akan
Meter aliran magnetik bekerja berdasarkan pada prinsip Hukum Faraday tentang tegangan
[image:46.612.175.494.124.340.2]induksi tampak pada Gambar 2.18.
Gambar 2.18 Prinsip kerja Elektromagnetik Promag 50 W
Cairan yang melewati pipa akan memotong fluksi magnet. Adanya aliran fluida yang
bergerak relatif terhadap medan magnet akan menyebabkan tegangan induksi yang
arahnya tegak lurus terhadap v (m/s) dan B (Wb/m2). Tegangan yang timbul dideteksi
oleh elektrode yang diletakkan di luar pipa dan besarnya sebanding dengan kecepatan
aliran fluida. Syarat pengukuran elektromagnetik promag 50 W, diantaranya adalah :
1. Fluida harus dapat mengantarkan arus listrik dan pipa terbuat dari bahan isolator
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
Magnet
Eleltrode
Aliran
(flow)
b. Sistem Pengukuran
Sistem pengukuran aliran dengan menggunakan Eletromagnetik Promag 50 W,
terdiri dari 2 jenis pemasangan transmitter dan sensor yaitu :
1. Transmitter dan sensor dipasang bersamaan dari unit mekanik
2. Transmitter dan sensor dipasang terpisah dari unit mekanik
Demikan juga dengan sensor, sensor yang digunakan adalah jenis sensor W, yang
dirancang memberi tanggapan terhadap intensitas medan magnet yang ada di sekitarnya.
Apabila tidak terdapat medan magnet di dekatnya, 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 tegangannya. Besarnya kenaikan tegangan ini sebanding dengan kekuatan medan
magnet yang dihasilkan magnet tersebut. Apabila kutub utara sebuah magnet berada di
dekat sensor, tegangan output akan jatuh. Sensor jenis ini memiliki DN
antara 25 – 2000 mm.
c. Konsep Perhitungan Input Variabel
1. Faktor Teratur (Measured Variabel)
Pada pengukuran ini input variabel harus betul-betul diperhatikan faktor
keteraturannya. Dimana faktor keteraturan (measured variabel) ini menyebabkan
aliran sebanding dengan tegangan. Dimana nilainya
(4-20 mA), faktor inilah yanga akan dirubah menjadi faktor keluarannya.
Disamping itu faktor keteraturan akan menjadi acuan untuk mendapat nilai yang
diinginkan pada keluarannya.
2. Jarak Pengukuran ( Meansuring Range)
Jarak pengukuran (meansuring Range), kecepatan kecil antara
3. Sinyal Masukan (Sinyal Input)
Sinyal masukkan (sinyal input), keadaan masukan (pembantu masukan)
menyebabkan tegangan 3 - 30 volt, dalam arus searah dan tahanannya
5 K , memasang isolasi galvanis untuk memisahkannya.
d. Tinjauan Faktor Keluaran (Output Variabel)
1. Sinyal Keluaran (Sinyal Output)
Dapat ditentukan aktif/pasif, isolasi terbuat dari galvanis, waktu konstan
(0,05 - 100 s), Tahanan (RL) > 700 , sinyal instrument 4 - 20 mA, Tegangan max
30 Volt (DC), Ri 150 . Tegangan tersimpan : 30 Volt arus searah, 250 mA,
dengan isolasi galvanis.
2. Beban Sinyal Keluaran
Masukan dan keluaran yang permanen atau faktor tak tetap, adalah jenis perintah
tertunda. Penggantian untuk bahan acuan pada beban sinyal keluarannya yang
mana dapat menggantikan perintah sama pada alat tambahan (accessories) pada
sistem pengukurannya.
3. Perubahan Keluaran (Switching Output)
Sumber tegangan maksimum 30V DC/250 mA, dengan isolasi galvanis, dimana
konfigurasi aliran langsung, dan memiliki batas nilai pada perubahan
BAB III
METODE PELAKSANAAN PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN
ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W
3.1 Gambaran Umum
Alat ukur elektromagnetik Promag 50 W bekerja berdasarkan pada hukum Faraday tentang
tegangan induksi. Kecepatan aliran diukur dengan energi listrik yang menyalurkan air secara
langsung melalui medan magnet. Dimana medan magnet menghasilkan tegangan induksi.
Sebuah pipa pengukur dengan diameter d (meter) pada bagian dalam dinding pipa dilapisi
dengan bahan isolasi, sudutnya dilengkapi dengan sekat. Pada medan magnet mengalir
kerapatan fluksi magnetik B (Wb/m2). Jika sebuah konduktor berisi air pada pipa dan mengalir
dengan kecepatan rata-rata v (m/s) dan sebaliknya pasangan elektroda diletakkan di atas
dinding pipa sudut kanan medan magnetik.
Kekuatan tegangan induksi e (Volt) yang akan membangkitkan pasangan elektroda
tersebut. Pada suatu aliran muatan listrik yang melintas medan magnet akan menimbulkan
tegangan yang besarnya:
e = B . l . v x 10-8 ...(3.1)
Dimana :
e = Tegangan Induksi (Volt)
B = Fluksi Magnetik (Wb/m2)
l = Panjang Konduktor (m)
Cairan yang melewati pipa akan akan memotong fluksi magnet. Adanya aliran fluida yang
bergerak relatif terhadap medan magnetik akan menyebabkan tegangan induksi yang arahnya
tegak lurus terhadap kecepatan dan kerapatan fluksi. Tegangan yang timbul dideteksi oleh
elektroda yang diletakkan di luar pipa dan besarnya sebanding dengan kecepatan aliran fluida
Syarat pengukuran yaitu :
1. Fluida harus dapat mengantarkan arus listrik dan pipa terbuat dari bahan isolator
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
[image:50.612.161.498.249.427.2]polarisasi. Konfigurasi muatan dan penempatan magnet dan elektroda dapat kita lihat pada
Gambar 3.1
Gambar 3.1 Penempatan magnet dan elektroda pada pipa pengukur
Pengukuran aliran dengan menggunakan Elektromagnetik Promag 50 W yang merupakan
alat ukur jenis meter aliran magnetik yang mana menggunakan prinsip kerja hukum Faraday.
Apabila medan magnet berubah-ubah terhadap waktu, akibat arus bolak-balik yang berbentuk
sinusoidal. Medan listrik akan dibangkitkan atau diinduksikan jika fluksi magnetik B adalah
konstan, kecepatan debit aliran Q sebanding dengan kekuatan gaya elektromagnetik e. Sebuah
kekutan gaya elektromagnetik adalah penguat dan konverter yang mempunyai sinyal universal
(4-20 mA) sinyal pulsa pada keluarannya. Untuk itu dapat dilihat pada Persamaan 3.2
Q = A . v ...(3.2)
Teori menyatakan bahwa kekuatan gaya elektromagnetik e sebanding dengan kecepatan
pada poros pusat pipa, maka fluksi magnetik akan beraturan. Elektromagnetik Promag 50 W
dapat kita lihat pada Gambar 3.2.
[image:51.612.149.486.133.347.2]Indicating (Display)
Gambar 3.2 Elektromagnetik Promag 50 W
3.2 Pengukuran Aliran Air dengan Elektromagnetik Promag 50 W
3.2.1 Pra-Pelaksanaan Pengukuran
a. Kondisi Instalasi
1. Lokasi Sambungan
Pengukuran Sebenarnya terjadi apabila pipa berisi penuh dengan air, sehingga intalasi
pipa pengukur harus menghindari lokasi-lokasi sebagai berikut:
• Titik paling tinggi dalam pencapaian untuk menghindari pengumpulan udara
• Membuka langsung pipa outlet dalam pipa menurun. Untuk Lebih jelas dapay
dilihat pada Gambar 3.3
Letak sensor Letak sensor yang dihindari yang diinginkan
Gambar 3.3 Lokasi sambungan
2. Intalasi Pompa
[image:52.612.162.489.384.508.2]Sensor diletakkan pada intake setelah pompa. Untuk lebih jelas kita dapat melihat
Gambar 3.4
Letak pompa
Letak sensor
Gambar 3.4 Intalasi pompa dan sensor
Tindakan pencegahan dilakukan untuk menghindari:
• Tekanan rendah
• Resiko kerusakan lapisan pipa pengukur
3. Pipa Berisi Air Sebagian
Pipa berisi air sebagian dapat terjadi pada saat pipa melalui tanjakan. Dengan demikian
pada pemasangan intalasi kita harus memperhatikan resiko benda padat yang
tekanan yang sangat rendah. Sebaiknya dilakukan pembersihan pada katub sesering
mungkin untuk menghindari bertumpuknya benda padat, untuk menghindari pipa berisi
air sebagian
4. Pipa Menurun
Dalam pemasangan pipa menurun kita harus mencegah dan menjauhi tekanan rendah
untuk menghindari resiko kerugian pada pipa pengukur. Terutama mencegah kerugian
utama pada sistem pengukuran, yang mana mengakibatkan masuknya udara ke dalam
pipa pengukur aliran.
5. Dasar Tiang
Diameter nominal adalah lebih besar 350 mm. Sehingga membutuhkan dasar tiang yang
kuat untuk menahan beban supaya tidak berakibat pada sensor. Dasar tiang yang tidak
kuat, dapat menyebabkan intalasi sensor melengkung dan menyebabkan intalasi sensor
melengkung dan menyebabkan kerugian pada bagian dalam gulungan magnetik sensor.
b. Saluran lubang masuk dan keluar
Intalasi sensor dihubungkan sebanding dengan katub, T-potongan, siku dan lain-lain.
Pemenuhan syarat berikut untuk saluran lubang masuk dan keluar diperlukan perintah
yang tepat.
• Lubang masuk lebih besar 5 x diameter nominal
• Lubang keluar lebih besar 2 x diameter nominal
c. Panjang Kabel Terhubung
Panjang kabel yang diperbolehkan L-max yang tergantung atas daya konduksi pada
Keterangan:
L-max = Panjang kabel terhubung
Daya konduksi dalam (µS/cm)
Untuk memastikan perintah ketelitian pengukuran, selain itu harus menuruti perintah
ketika intalasi terletak jauh antara lain adalah:
• Lubang kabel aman atau jalan kabel dalam sebuah pergerkan kabel listrik, terutama
sekali jika daya konduksi bahan rendah
• Jalan kabel jelas jika daya konduksi bahan rendah
• Memastikan tenaga merata antara sensor dan transmitter jika perlu
e. Power Supplay
Dalam sub powes supplay, unit pengukuran melalui tahapan sebagai berikut:
[image:54.612.170.481.391.629.2]1. Unit pengukuran dihubungkan ke listrik
Gambar 3.5 Unit pengukuran dihubungkan ke power supplay
2. Tenaga yang merata
Sensor dan bahan pipa pengukur harus mempunyai tenaga yang merata untuk
Tenaga merata dicapai melalui refrensi intalasi elektroda dalam standard sensor.
Piringan selalu dihubungkan dengan tanah, jika pentanahan tepat, pengukuran
mendapat ketelitian yang tepat, atau jika arus merata pada level penting maka akan
mendapat nilai pengukuran seperti yang diharapkan.
3.2.2 Pelaksanaan Pengukuran
a. Kondisi Diinginkan
• Temperatur Elektromagnetik Promag 50 W : (+ 28 C )
• Sensor dan Transmitter ( keduanya ditanahkan )
Pemasangan alat ini dilakukan disebuah lokasi yang teduh atau rindang. Untuk
menghindari sinar matahari secara langsung, terutama sekali dari iklim yang panas.
• Pusat Sensor dihubungkan ke pipa pengukuran aliran air
• Temperatur alat ukur : (+ 28 C )
• Temperatur ruang ( daerah sekitar alat ukur ) : (+ 22 C )
• Jumlah debit air masuk maksimal : 470 l/d
• Arus yang dibutuhkan Transmitter : 4 – 20 mA
• Sumber tegangan yang dibutuhkan oleh : 220 Volt
• Jumlah rata-rata debit air masuk
( yang terbaca pada indicating (display) : 412 l/s
• Kecepatan aliran air : 170 m/s
• Diameter Pipa Pengukur : 500 mm
b. Kondisi Proses
1. Jarak Temperatur Bahan
Temperatur bahan yang diperbolehkan tergantung pada lapisan pipa pengukur:
• ( 0 C – ( + 80 C ) untuk karet keras ( diameter nominal 65 – 2000 mm )
• (- 20 C) – ( + 70 C ) untuk polyurethana ( diameter nominal 25 – 2000 mm )
2. Daya konduksi
• 5 µS/cm = Untuk fluida pada umumnya
• 20 µS/cm = Untuk demineralised air
Catatan:
Daya konduksi minimum juga berpengaruh
BAB IV
ANALISIS PENGUKURAN ALIRAN AIR DENGAN
ELEKTROMAGNETIK PROMAG 50 W
4.1 Umum
Booster pump adalah salah satu dari komponen sistem pendistribusian air bersih
PDAM Tirtanadi Propinsi Sumatera Utara untuk melayani konsumen di Kota Medan dan
sekitarnya.
Sumber air bersih yang berupa Instalasi Pengolahan Air (IPA), Sumur Dalam (Deep
Well) atau Mata Air (Spring Water), kemudian dialirkan ke Booster Pump, melalui pipa
pengukur Elektromagnetik Promag 50 W. Secara skematik pola aliran pendistribusian air
[image:57.612.103.489.416.593.2]bersih di kota Medan dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar: 4.1 Skematik Aliran Air Bersih di Kota Medan
Alat ukur elektromagnetik Promag 50 W bekerja berdasarkan pada hukum Faraday
tentang tegangan induksi. Kecepatan aliran diukur dengan energi listrik yang
menyalurkan air secara langsung melalui medan magnet. Dimana medan magnet
SUMBER AIR
-
IPA
-
MATA AIR
-
SUMBER DALAM
-
DLL
BOOSTER
PUMP
KONSUMEN
menghasilkan tegangan induksi. Dalam hal ini magnet yang digunakan menjadi alat ukur
pada pelaksanaan pengukuran aliran air.
Pemasangan pipa pengukur Elektromagnetik Promag 50 W, dipasang pada pipa air
sebelum air masuk ke Booster Pump. Dari pengukuran ini dapat kita ketahui debit aliran
Pada dasarnya pengukuran Elektromagnetik Promag 50 W pada aliran
