Cara Mengukur kecepatan Aliran fluida

Pengukuran Aliran fluida  ini adalah salah satu mata kuliah teknik mesin termodinamika.

Pengukuran disetiap aliran fluida ini dikhususkan menggunakan metoda diferensial tekanan. Pada aliran fluida itu dipasang suatu penghalang dengan diameter lubang yang lebih kecil dari diameter pipa supaya aliran fluida cepat Dengan mengukur perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah penghalang dapat ditentukan besarnya aliran fluida.

Pada prinsipnya metode ini menggunakan hukum Bernoulli yaitu:

Cara Mengukur kecepatan Aliran fluida

 dimana:  P  = tekanan fluida

               ρ  = masa jenis fluida

               v  = kecepatan fulida

               g  = gravitasi bumi

               h  = tinggi fluida (elevasi)

Gambar aliran fluida dari V1 menuju V2 akan semakin cepat aliranya

Hukum Kontiunitas

Jika h₁ dan h₂ dibuat sama tingginya maka

Perhatian : Rumus diatas hanya berlaku untuk aliran Laminer, yaitu aliran yang memenuhi prinsip kontinuitas.

Pipa pitot, orifice plate, pipa venturi dan flow Nozzle menggunakan hukum Bernoulli diatas. Prinsip dasarnya adalah membentuk sedikit perubahan kecepatan dari aliran fluida sehingga diperoleh perubahan tekanan yang dapat diamati. Pengubahan kecepatan aliran fluida dapat dilakukan dengan mengubah diameter pipa, hubungan ini diperoleh dari Hukum kontiunitas aliran fluida.

- Orifice Plate

Alat ukur terdiri dari pipa dimana dibagian dalamnya diberi pelat berlubang lebih kecil dari ukuran diameter pipa. Sensor tekanan diletakan disisi pelat bagian inlet (P₁) dan satu lagi dibagian sisi pelat bagian outlet (P₂). Jika terjadi aliran dari inlet ke outlet, maka tekanan P₁ akan lebih besar dari tekanan outlet P₂.

Gambar Orifice Plate

Jumlah fluida yang mengalir per satuan waktu ( m³/dt) adalah :

                 di mana :  Q  = jumlah fluida yang mengalir ( m³/dt)                                 K  = konstanta pipa                                 A₂ = luas penampang pipa sempit                                 P  = tekanan fluida pada pipa 1 dan 2                                 ρ  = masa jenis fluida                                 g  = gravitasi bumi

             Rumus ini juga berlaku untuk pipa venturi

Keuntungan utama dari Orfice plate ini adalah dari :

·         Konstruksi sederhana

·         Ukuran pipa dapat dibuat persis sama dengan ukuran pipa sambungan.

·         Harga pembuatan alat cukup murah

·         Output cukup besar

Kerugian menggunakan cara ini adalah :

·        Jika terdapat bagian padat dari aliran fluida, maka padat bagian tersebut akan terkumpul pada bagian pelat disisi inlet.

·         Jangkauan pengukuran sangat rendah

·         Dimungkinkan terjadinya aliran Turbulen sehingga menyebabkan kesalahan pengukuran jadi besar karena tidak mengikuti prinsip aliran Laminer.

·         Tidak memungkinkan bila digunakan untuk mengukur aliran fluida yang bertekanan rendah.

-  Pipa Venturi

Bentuk lain dari pengukuran aliran dengan beda tekanan adalah pipa venture. Pada pipa venture, pemercepat aliran fluida dilakukan dengan cara membentuk corong sehingga aliran masih dapat dijaga agar tetap laminar. Sensor tekana pertama (P₁) diletakkan pada sudut tekanan pertama dan sensor tekanan kedua diletakkan pada bagian yang plaing menjorok ke tengah. Pipa venturi biasa dipergunakan untuk mengukur aliran cairan.

                        Gambar Pipa Venturi

Keuntungan dari pipa venturi adalah:

·         Partikel padatan masih melewati alat ukur

·         Kapasitas aliran cukup besar

·         Pengukuran tekana lebih baik dibandingkan orifice plate.

·         Tahan terhadapa gesakan fluida.

Kerugiannya adalah:

·         Ukuiran menjadi lebih besar

·         Lebih mahal dari orifice plate

·         Beda tekanan yang ditimbulkan menjadi lebih kecil dari orifice plate.

-          Flow Nozzle

Tipe Flow Nozzle menggunakan sebuah corong yang diletakkan diantara sambungan pipa sensor tekanan P₁ dibagian inlet dan P₂ dibagian outlet. Tekanan P₂ lebih kecil dibandingkan P₁.

Gambar Flow Nozzle

Sensor jenis ini memiliki keunggulan dibanding venture dan orifice plate yaitu:

·         Masih dapat melewatkan padatan

·         Kapasitas aliran cukup besar

·         Mudah dalam pemasangan

·         Tahan terhadap gesekan fluida

·         Beda tekanan yang diperoleh lebih besar daripada pipa venturi

·         Hasil beda tekanan cukup baik karena aliran masih laminer

-          Pipa Pitot

Konstruksi pipa ini adalah berupa pipa biasa sedang di bagian tengah pipa diselipkan pipa kecil yang dibengkokkan ke arah inlet. Jenis pipa ini jarang dipergunakan di industri karena dengan adanya pipa kecil di bagian tengah akan menyebabkan benturan yang sangat kuat terhadap aliran fluida. Alat ini hanya dipergunakan untuk mengukur aliran fluida yang sangat lambat.