MAKALAH INSTRUMENTASI INDUSTRI
“TURBINE FLOW METER”
Oleh :
A. Zaky Muttaqien
( 2C-D3-TE / 01 / 11311100
)
Fauziah Dewi Respati ( 2C-D3-TE / 09 / 1131110058 ) Prawito Bagus Susilo
( 2C-D3-TE / 18 / 11311100
)
POLITEKNIK NEGERI MALANG JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA MEI 2013
TURBINE FLOW METER
Turbine flow sensors atau disebut juga turbine flow meter atau turbin aksial, menggunakan tongkat roda (paddle wheel) atau baling-baling yang diletakkan pada garis aliran. Kecepatan rotasi dari roda berbanding langsung dengan kecepatan aliran, secara umum jumlah pulsa per satuan volume cairan selama rentang aliran 05:01 konstan untuk dalam + / - 0,25%. Desain dasar terdiri dari turbin, terpasang pada bantalan, terletak membujur dalam tabung aliran mesin.
Gambar 1. Bagian dari Turbine Flow Meter
Parameter aliran semua didesain serupa, yaitu area body mesin turbin dari aluminium baja dengan enam bilah steel. Turbin dipasang pada bantalan stainless steel dan dipasang diantara dua pelurus aliran enam bilah. Turbin rotor dari desain sudut heliks atau dioptimalkan. Pickup adalah melalui transduser disekrup ke atas blok.
Gambar 2. Spesifikasi Turbine Flow Meter Turbine flow meter merupakan tindakan mekanis dari putaran turbin di dalam aliran cairan di sekitar porosnya ke dalam tingkat aliran yang terbaca (gpm, lpm, dll). Turbin cenderung mengikuti perjalanan aliran di sekitarnya. Roda turbin dipasang pada jalur aliran cairan yang mengalir dan mengenai bilahbilah turbin, memberikan gaya pada permukaan bilah turbin dan membuat rotor bergerak. Ketika sebuah kecepatan rotasi yang terus-menerus tetap telah tercapai, kecepatan turbin akan sebanding dengan kecepatan cairan. Turbine flow meter ini digunakan untuk pengukuran gas alam dan aliran cairan. Pengukuran dengan turbine flow meter ini kurang akurat dibandingkan dengan pengukuran dengan pancaran (jet) maupun pemindahan (displacement) pada tingkat aliran yang rendah, akan tetapi elemen pengukur tidak menempati atau terputus dari keseluruhan jalur aliran.Arah aliran umumnya lurus langsung melalui alat ukur, memungkinkan untuk tingkat aliran yang lebih tinggi dan kehilangan tekanan yang lebih kecil daripada tipe pengukuran pemakai komersial yang luas, missal pemadam kebakaran dan sebagai pengukuran induk untuk system distribusi air. Turbine flow meter umumnya tersedia dari 1,5 inci sampai 12 inci atau ukuran pipa yang lebih besar. Badan turbin biasanya terbuat dari perunggu atau besi. Bagian dalam turbin bias plastik atau logam non korosif, turbin akurat dalam kondisi kerja normal.
Pada hidran pemadam kebakaran terdapat tipe khusus turbine flow meter portabel yang diletakkan pada hidran untuk mengukur keluaran air hidran. Biasanya terbuat dari aluminium ringan dengan kapasitas 3 inci. Sering digunakan juga untuk keperluan pengkuran air yang terpakai pada konstruksi, pengisian air kolam renang atau dimana pengukuran permanen belum terpasang.
Gambar 3. Turbine Flow Meter
Prinsip Kerja Turbine flow meter pada dasarnya menggunakan prinsip dari woltmann rotating vane meter, dimana didalam flow meter terdapat vane atau turbine atau impeller yang akan berputar saat fluid mengalir kedalam flow meter. Prinsip kerjanya adalah mengukur laju aliran berdasarkan kecepatan putar turbine flow meter yang dilalui oleh alirannya. Turbine flow meter bergerak bebas untuk berputar pada balingnya, dirotasikan oleh aliran fluida yang memasuki flow meter dan menghasilkan listrik magnet yang ditimbulkan oleh putaran bilah terhadap koil dimana besar frekuensinya sebanding dengan laju aliran fluida, kemudian sinyal tersebut dikonversi menjadi sinyal digital (pulsa) yang digunakan untuk input ke aliran komputer dan di display ke monitor.
Linearisasi Volume laju aliran cairan yang melalui flow meter sebanding dengan kecepatan sudut turbin. Karena setiap bilah turbin yang melewati transduser menghasilkan pulsa. Dengan demikian rotasi hasil turbin dalam aliran pulsa, satu revolusi dari turbin sama dengan enam pulsa untuk turbin enam bilah. Meteran k-Faktor didefinisikan sebagai jumlah pulsa diukur dengan transduser turbin dibagi dengan aliran yang dihasilkan-pulsa dan biasanya memiliki unit pulsa per liter atau ppl.
Pada aliran konstan setiap perlawanan yang ditawarkan oleh gesekan bantalan, magnetik dan tarikan kental seimbang dengan torsi menjalankan dari fluida yang berasal dari bilah turbin. Namun faktor-faktor yang timbul melawan arus dan karenanya rotasi turbin yang non-linear. Akibatnya ketidak akuratan yang disebabkan oleh faktor-faktor ini menjadi lebih penting pada aliran yang lebih rendah dan bahkan lebih lagi untuk flow meter aliran kecil, mereka kurang dari diameter dua inci. Dengan munculnya mikroprosesor tidak lagi perlu bahwa turbine flow meter harus menunjukkan perilaku linear dengan syarat asalkan perilaku non-linear berulang. Dengan cara ini kurva k-Faktor / aliran kurva meter dapat disimpan dan aliran yang benar dapat dihitung. Kurva tipikal ini ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Kurva Aliran Turbine Flow Meter
Rotasi Turbin Turbin rotor berbilah ini akan cenderung untuk melakukan perjalanan menuju daerah dengan tekanan rendah sebagai akibat dari tekanan diferensial di pisau. Perbedaan tekanan (atau pressure drop) merupakan energi yang dikeluarkan untuk menghasilkan gerakan rotor. Kecenderungan awal rotor adalah untuk perjalanan hilir dalam bentuk dorongan aksial. Tapi karena rotor ditahan dari gerakan hilir yang berlebihan, gerakan yang dihasilkan adalah rotasi. Fluida yang mengalir melalui dampak pengukuran suatu kecepatan sudut ke balingbaling turbin, akan berbanding lurus dengan kecepatan linear cairan. Tingkat kecepatan sudut atau jumlah putaran per menit dari rotor turbin ditentukan oleh sudut baling-baling yang mengalir dari pendekatan kecepatan.
Keseimbangan Rotor Dengan dorongan aksial yang memaksa hilir rotor turbin, gesekan yang dihasilkan dari kontak antara rotor turbin dan kerucut hilir akan menyebabkan keausan berlebihan jika tidak ada beberapa cara untuk menyeimbangkan rotor turbin pada porosnya antara hulu dan hilir kerucut. Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa ketika kecepatan aliran menurun, tekanan meningkat statis. Oleh karena itu, sebuah daerah dengan tekanan tinggi ada di sisi hilir dari rotor turbin akan mengerahkan kekuatan menuju hulu pada rotor. Akibatnya, rotor turbin hidrolik seimbang pada porosnya.
Output Sinyal Output listrik yang dihasilkan dengan menggunakan prinsip kerenggangan. Sebuah kumparan pickup, melilit pada magnet permanen, dipasang pada bagian luar tabung aliran atau badan meteran yang berdekatan dengan parameter rotor (Gambar 5). Magnet adalah sumber dari medan magnet fluks yang memotong melalui kumparan. Setiap pisau rotor turbin yang lewat di dekat kumparan pickup menyebabkan defleksi dalam medan magnet yang ada. Perubahan kerenggangan rangkaian magnetik menghasilkan pulsa tegangan dalam kumparan pickup. Setiap pulsa yang dihasilkan merupakan jumlah diskrit dari volume yang melalui output. Membagi jumlah pulsa yang dihasilkan oleh jumlah tertentu produk cair yang melewati turbine flowmeter menentukan K-Faktor. K-Faktor, dinyatakan dalam denyut per satuan volume, dapat digunakan dengan penghitungan faktor untuk memberikan indikasi volume yang melalui output langsung dalam unit teknik. Penghitungan senantiasa membagi pulsa masuk dengan untuk memberikan totalisasi faktor K-Faktor (atau mengalikan mereka dengan kebalikan dari K-Faktor). Frekuensi output pulsa, atau jumlah pulsa per satuan waktu, berbanding lurus dengan tingkat rotasi dari rotor turbin. Oleh karena itu, frekuensi dari output pulsa sebanding dengan laju aliran. Dengan membagi denyut nadi dari K-Faktor, volume yang melalui output per unit waktu, laju alirannya dapat ditentukan. Lawan frekuensi atau konverter biasanya digunakan untuk memberikan indikasi laju aliran sesaat. Plotting output sinyal listrik dibandingkan dengan laju aliran ini menyediakan profil karakteristik atau kurva kalibrasi untuk flowmeter turbin. Output listrik juga dihasilkan dengan menggunakan prinsip induktansi. Sebuah kumparan pickup dipasang pada bagian luar tabung aliran berbatasan langsung dengan
parameter rotor turbin. Sumber magnetik dari medan fluks berasal dari dalam jenis output baik rotor itu sendiri atau magnet kecil yang terpasang pada rotor. Dalam kasus rotor, bahan konstruksi akan nikel atau dengan mudah dari beberapa bidang fluks magnet lainnya. Hasilnya identik dengan prinsip kerenggangan.
Gambar 5. Kumparan Pickup K-Faktor = vol / menit = vol / pulsa Missal: k=1 cc/pulsa Pulsa = 1000 Jadi, vol = 1 cc x 1000 = 1000cc = 1Liter Kelebihan : Kekurangan : hanya berlaku untuk aliran jenis tertentu. Hanya bisa mengukur 1 fluida dengan k-faktor tertentu. Coriolis Harga mahal, tapi pengukurannya akurat. Karena tidak bersentuhan dengan objek lain, hanya dengan pipanya. Ada batasan dalam pengukuran alirannya.
Impeller Untuk memutar impeller butuh tenaga yang besar. Karena sangat berat untuk memutarnya, ada baling2 sendiri dan lain2.
