Variable Area Meter (Rotameter)
Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Operasi Teknik Kimia 2
Disusun oleh: Dewi Eryani W
21030115060004
Nur Ulfa R
21030115060010
Arif Pradana W
21030115060013
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan karunia Nyalah sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas mata kuliah Transportasi Fluida, yaitu berjudul “Variable Area Meter( Rotameter). ” tepat pada waktunya. Dalam penulisan ini, penulis sangat banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Untuk itu, dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang kepada pihak-pihak yang telah membantu keberhasilan jalannya tulisan ini. Harapan penulis semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan bagi para pembaca, sehingga penulis dapat meperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik. Penulis menyadari, makalah ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu penulis harapkan para pembaca untuk memberikan masukan
yang bersifat
membangun untuk kesempurnaan makalah ini.
Semarang, 27 Agustus 2017
Penulis
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Metoda aliran fluida perlu dilakukan untuk mendapatkan data analisa. Pada berbagai proses operasi industri/pembangkit tenaga, misalnya ketelitian pengukuran aliran fluida berhubungan langsung dengan efisiensi. Karena itu, kesalahan kecil saja dapat mengakibatkan kerugian yng besar dalam kurun waktu yang lama. Dalam pengukuran aliran fluida ada ban yak cara, mulai dari elemen perasa (sensor) sehingga penunjukannya dalam berbagai tampilan. Elemen dasar dan sistem yang di gunakan untuk pengukuran aliran banyak sekali ragamnya. Dari ragam tersebut yang dapat digunakan biasanya tergantung pada proses, kemampuan, dan segi harga. Secara garis besar ada 3 metoda Pengukuran Aliran Fluida yaitu : Metoda Positive Displacement Meter, Metoda Khusus, dan Metoda Perbedaan Tekanan. 1. Metoda Positive Displacement Meter Positive
Displacement
Meter
adalah
jenis
volumetrik
yang
secara
berkelanjutan akan membagi aliran uap menjadi beberapa discreat segmen. Alat ini menjebak fluida (Isolated Volume) yang telah diketahui harganya, kedalam suatu elemen pengukur dan meneruskan volume tersebut dari masukan ke keluaran. Dengan menghitung tiap jebakan fluida akan didapatkan jumlah volume yang telah ditransfer (totalizer). Displacement Meter merupakan alat ukur yang mengukur volume dan bukan mengukur kecepatan aliran fluida. 2. Metoda Khusus Piranti pengukuran aliran yang dimaksud dengan metoda khusus ini adalah Turbin Flowmeter, Magnetik Flowmeter, Variable Area Meter (Rotameter). 3. Metoda Pebedaan tekanan
Ada beberapa jenis meter aliran yang termasuk dalam kategori pengukuran perbedaan tekanan, alat ukur yang demikian sering disebut Head Flowmeter (head meter), alat ini digunakan sebagai petunjuk tentang laju aliran untuk pengukuran pada sisi sebelum dan sesudah piranti penghalang. Pada makalah ini akan membahas lebih lanjut mengenai Variable Area Meter( Rotameter).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas maka makalah ini secara husus membahas permasalahan sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud Variable Area Meter (Rotameter) ? 2. Bagaimana desain alat Variable Area Meter (Rotameter) ? 3. Bagaimana cara perhitungan dalam Variable Area Meter (Rotameter) ? 4. Bagaimana aplikasi dari Variable Area Meter (Rotameter) ? 5. Apa saja alat komersial dari Variable Area Meter (Rotameter) ?
1.3 Tujuan Penulisan
Setelah penulis mencoba memahami akan latar belakang serta rumusan masalah diatas, maka tujuan kepenulisan ini adalah: 1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan Variable Area Meter (Rotameter) 2. Memahami desain alat Variable Area Meter (Rotameter) 3. Memahami cara perhitungan dalam Variable Area Meter (Rotameter) 4. Mengetahui aplikasi dari Variable Area Meter (Rotameter) 5. Mengetahu alat komersial dari Variable Area Meter (Rotameter)
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Rotameter
Rotameter adalah alat yang mengukur tingkat aliran cair atau gas dalam tabung tertutup. Ini termasuk dalam kelas meter yang disebut variabel area meter, yang mengukur berbagai laju aliran luas penampang fluida yang bergerak melaluinya, menyebabkan beberapa efek yang dapat diukur. Sebuah rotameter terdiri dari tabung runcing, biasanya terbuat dari kaca, dengan pelampung di dalamnya yang didorong oleh aliran dan ditarik ke bawah oleh gravitasi. Pada tingkat aliran tinggi yang melalui float dan tabung, float akan terbawa dan mengambang keatas Float dibuat dalam beberapa bentuk, bentuk yang paling umum yaitu bulat dan elips agar dapat berputar secara vertikal ketika dilalui fluida. Gaya dan jarak angkat dari pelampung sebanding dengan laju aliran. Gaya angkat ini dihasilkan oleh tekanan diggerensial yang menekan pelampung hingga naik ke atas yang dinamakan area meter karena letak ketinggian pelampung itu bergantung pada luas bidang annulus diantara pelampung dan tabung gelas tirus itu. Pelampung akan naik dan menunjukkan pada skala pengukuran dengan satuan yang diketahui. Berbeda dengan orifice, venture dan nozzle, ketiga alat pengukur aliran fluida ini dalam alirannya melalui luas yang tetap dimana fluida mengalir, tetapi pada rotameter adalah pada tekanan yang tetap dengan aliran fluida yang berbeda-beda (variable).
2.2 Desain Alat
Gambar II.2 Pengukuran Flow Dengan Elemen Rotameter
2.3 Bagian-bagian pada Rotameter
Rotameter terdiri dari: - float - metering tube - scale - packing and seal - upper body - lower body - process connection - accessories
Float Float merupakan bagian yang berada di dalam fluida, yang bergerak naik turun sebagai respon terhadap aliran fluida. Umumnya berbentuk lingkaran jika dilihat dari atas. Dilihat dari samping , float berbentuk bulat atau bentuk yang lebih kompleks.
Metering tube Tube merupakan bagian dari body yang mengelilingi dan berisi float. Cross section area-nya meningkat dari bawah ke atas.
Scale Scale merupakan bagian dari meter yang menunjukkan hubungan antara posisi float dengan flow rate. Pada metering tube yang transparan, scale dapat langsung dilihat. Sedangkan pada metal tube meter, digunakan indikator magnetik yang terhubung ke float. Electronic atau pneumatic device menghasilkan sinyal yang ditransmisikan ke tempat lain.
Packing and Seal
Sejumlah komponen diperlukan untuk “melekatkan” metering tube ke upper dan lower body. O-ring sering digunakan. Packing digunakan untuk meter yang lebih besar. Material packing bergantung pada property fluida, mencakup tekanan (maksimum dan minimum) dan temperatur (normal, maksimum, dan minimum).
Upper Body Upper body men-support outlet dari metering tube. Biasanya mencakup packing atau sealing device. Ia juga men-support koneksi outlet.
Lowert Body Sama seperti upper body, tetapi berada di inlet metering tube.
Process Connection Meter dihubungkan dengan piping system. Koneksi standart mencakup thread dan flange.
Accessories Accessories mencakup switch yang dikontrol oleh posisi float, signaltransmitting device, check valve untuk mencegah aliranbalik, needle valve untuk mengontrol aliran, dan constant differential relay untuk menstabilkan aliran.
2.4 Cara kerja Rotameter
1. Rotameter terdiri dari body dan float (yang bergerak bebas, posisinya bergantung pada flowrate). Posisi float ditentukan oleh keseimbangan gaya yang bekerja padanya. Gaya gravitasi menarik float ke bawah. Gaya apung dan kecepatan yang berkaitan dengan gaya dinamika mengangkat fluida ke atas. Pergerakan float ke atas meningkatkan flow area, sampai gaya ke atas sama dengan gaya ke bawah. 2. Float didorong oleh kekuatan aliran dan ditarik ke bawah oleh gravitasi. 3. Tinggi laju aliran volumetrik melalui peningkatan aliran kecepatan daerah tertentu dan kekuatan tarik, sehingga float akan didorong ke atas. Karena dalam rotameter berbentuk kerucut (melebar), daerah sekitar pelampung melalui media
yang mengalir bertambah, kecepatan aliran dan penurunan kekuatan tarik sampai ada keseimbangan mekanik dengan berat pelampung itu. 4. Pengapung dibuat dalam berbagai bentuk, dengan bola dan ellipsoids yang paling umum. Float mungkin diagonal berlekuk dan sebagian berwarna sehingga berputar secara aksial sebagai cairan melewati. Hal ini menunjukkan jika float terjebak hanya akan berputar jika bebas. Pembaca biasanya diambil di bagian atas bagian terluas dari float, pusat untuk ellipsoid, atau atas untuk silinder. Beberapa produsen menggunakan standar yang berbeda. 2.5 Prinsip Kerja Rotameter
Rotameter terdiri dari pipa tirus tegak yang didalmnya ditempatkan sebuah benda pengapung. Aliran fluida mengalir dari bawah ke atas memasuki ruang rota meter. Karena laju aliran fluida, maka benda pengapung yang ada di dalamnya bergerak naik dan turun sesuai dengan besarnya debit aliran fluida. 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. 2.6 Stabilitas Rotameter
Float bisa tidak stabil, bergerak naik turun dengan cepat, bahkan pada laju alir konstan. Fenomena ini dapat dilihat pada peringatan yang tercantum di katalog manufacturer. Umumnya hal ini terjadi pada gas bertekanan rendah. Float jenis khusus digunakan untuk mereduksi efek ini. Rotameter kecil rentan terhadap masalah ini. Ketidakstabilan ini kemungkinan disebabkan oleh perubahan siklus antara aliran laminar dan turbulen, atau interaksi mekanika fluida.
2.7 Perhitungan
Rotameter dipasang secara vertikal. Bagian bawah tabung sempit dan mendapat lebih luas sebagai puncak tercapai. Aliran berasal dari bawah dan bergerak float rotameter ini ke posisi di mana berat float menyeimbangkan kekuatan yang diberikan oleh arus. Jika aliran ini tetap lebih rendah dari kecepatan suara, maka persamaan mampat Bernoulli dapat diterapkan sebagai keseimbangan pada sistem rotameter. 1 V 2
2
g
z
p g
C
Dalam persamaan ini: g = percepatan gravitasi V = kecepatan fluida z = ketinggian di atas asal sewenang-wenang C = konstan di sepanjang setiap merampingkan dalam aliran tetapi bervariasi dari merampingkan. Untuk merampingkan, yang dikatakan dengan sebuah merampingkan yaitu sebagai jalan dalam bidang aliran sepanjang yang partikel cairan yang diberikan perjalanan Pertama, atur persamaan sama dengan nol karena semua kekuatan yang seimbang pada rotameter ketika float stasioner, diikuti dengan penyederhanaan:
1 V p g z 0 g 2 g 2
1 2
V
2
gz p
Kemudian menyamakan untuk poin di bawah (a) dan atas (b) dari float: 1 2
V 2
2
1 2
2
V 1 gz 2 gz 1 p1 p 2
Yang menyederhanakan ke:
V p gh f V b 1 a 2 V b 1
2
2
Dimana subskrip f mendefinisikan sifat float, dalam hal ini adalah hf ketinggian float. Laju alir volumetrik adalah sama di bagian atas dan bagian bawah pelampung, oleh karena itu: Q
V a Aa
V b Ab
Dimana Q adalah aliran volumetrik, V adalah aliran volumetrik, dan A adalah daerah Pemecahan untuk mendapatkan:
Aa Q A b Ab
V b V a
Mengganti nilai ini menghasilkan persamaan disederhanakan Bernoulli:
Q p gh f 2 Ab 1
Pemecahan untuk Q:
2
A 1 b Aa
2
2
Q Ab
Q
p gh
2
f
A 2 b 1 A a
2 p gh f Ab A 2 b 1 A a
Perubahan tekanan didapati sebagian besar sebagai akibat dari berat float. p
p
F A
V f f g A f
Dimana volume float, adalah densitas float, dan merupakan daerah yang terapung. Cairan inviscid ideal akan mematuhi persamaan aliran ditemukan di atas, tetapi sejumlah kecil energi diubah menjadi panas sebagian besar waktu menurunkan kecepatan aktual dari fluida. Viskositas fluida dicatat melalui penggunaan koefisien debit (C).
V f f h f A f A b 1 A a
2 g
Q CAb
2
2.8 Keuntungan menggunakan Rotameter
1. Rotameter tidak memerlukan daya eksternal atau bahan bakar, hanya menggunakan sifat yang melekat pada cairan, bersama dengan gravitasi, untuk mengukur laju aliran. 2. Rotameter sebuah perangkat yang relatif sederhana yang dapat diproduksi massal dari bahan murah, memungkinkan untuk digunakan secara luas. 3. Bagian aliran meningkat terjadilah float bergerak naik dalam tabung, maka skala adalah sekitar linier. 4. Tidak memerlukan sumber daya eksternal 5. Harganya murah 2.9 Kerugian menggunakan Rotameter
1. Untuk jenis glass tube mudah mengalami kerusakan (pecah). 2. Tidak baik untuk laju aliran (flow rate) rendah. 3. Tidak baik untuk service fluida yang fluktuasi. 4. Harus dipasang secara vertikal. 5. Beberapa variable area meter tidak bisa digunakan di dalam lingkungan gaya berat yang rendah. 6. Secara umum dibatasi pada ukuran pipa kecil (kecuali jika bypass rotameter digunakan). 7. Harus diletakkan secara vertical dan aliran fluida harus menuju ke atas. 8. Clear glass yang digunakan harus memiliki kualitas material yang baik agar tahan terhadap temperature dan cairan kimia lainnya.
2.10 Aplikasi Alat Rotameter
Rotameter tersedia dalam aplikasi tingkat cairan yang luas, namun paling umum dipakai untuk air dan angin. Alat yang handal ini mengukur sampai akurasi 1%.
Gambar II-3 Techfluid-CG34-2500 for water flow measurement
Gambar II-4 Medical oxygen regulator with rotameter Rotameter mampu mengkompensasi atau mengimbangi perubahan viskositas. Float mampu dirancang untuk mengimbangi perbedaan dalam viskositas dan densitas sehingga bahan-bahan seperti minyak mentah dan bahan kimia seperti asam sulfat dapat diukur secara akurat terlepas dari perubahan suhu yang besar.
2.11 Perhitungan koefesien sensitifitas kalibrasi rotameter
Konversi Aliran :
Koefisien Sensivitas :
DAFTAR PUSTAKA
http://rudywinoto.com/2012/03/19/rotameter/ http://herusantoso17.blogspot.com/2012/11/areameter.html http://wiratamaengineering.wordpress.com/page/3/ http://www.yokogawa.com/us/products/field-instruments/flowmeters/index.htm http://wiratamaengineering.wordpress.com/page/3/ http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2010/08/modul-pembakaran.pdf http://www.uptlinkalibrasi.com/index.php?option=com_content&task=view&id=29&Itemid=61
