4.4. Metode pembagian

Teknik pembagian aliran pada penampang tetap digunakan pada pengukuran aliran refrigeran ataupun instalasi fluida pada industri, dimana tidak praktis untuk memasang peralatan seperti nosel, venturi dan lain-lain alat ukur yang terpasang tetap.

Kecepatan aliran diukur tepat di pusat penampang dengan pitot tube ataupun anemometer. Seperti telah dibahas pada bab I, tabung Pitot dapat dipergunakan untuk mengukur tekanan statik dan tekanan stagnasi dari fluida, dengan mengetahui kapasitas aliran yang diberikan.

Sebaliknya dengan mengetahui perbedaan tekanan statis dan tekanan stagnasi, maka tekanan dinamis dapat ditentukan dan pada akhirnya tekanan dinamis fluida dapat dinyatakan dalam kecepatan fluida. Kapasitas aliran tiap bagian penampang adalah perkalian kecepatan dengan luas penampang. Kapasitas total adalah jumlah kapasitas tiap bagian.

Tabung pitot yang dipasang didalam pipa berupa silinder kecil dapat juga dipergunakan untuk menentukan arah aliran dengan sangat peka. Silinder pitot ini dipakai dipesawat terbang untuk menunjukkan laju naik turun pesawat. Selain itu silinder pitot juga dipasang dalam pipa untuk mendeteksi aliran-aliran spiral.

Pemakaian pitot tube mengharuskan adanya penetrasi ke dalam aliran sehingga hasilnya akan tidak akurat apabila responnya terlalu lambat atau timbulnya pergeseran garis arus (streamline) aliran. Pemakaian thermal anemometer atau anemometer laser Doppler dapat mengatasi hal tersebut. Thermal anemometer menggunakan elemen yang kecil yang dipanaskan dengan arus listrik. Perbedaan laju aliran panas dikalibrasikan untuk menyesuaikan dengan perubahan kecepatan aliran. Karena ukuran elemen yg sangat kecil, yaitu diameternya 0,002 mm dan panjangnya 0,1 mm maka respon dari fluktuasi aliran sangat cepat bahkan sampai mencapai 50 kHz . Maka dari itu sangat tepat untuk aplikasi pada aliran turbulen. Alat ini banyak dipergunakan untuk riset dan sinyal yg dihasilkan diolah dengan prosesor digital ataupun Transformasi Fourier.

Laser Doppler anemometer bekerja berdasarkan efek Doppler dimana frekuensi dari sinar laser akan tergeser akibat perubahan kecepatan aliran. Karena pengukuran kecepatan langsung dapat dihitung, tanpa kalibrasi sinyal juga tidak terpengaruh oleh perubahan suhu, massa jenis ataupun komposisi fluida pada aliran. Kekurangan dari alat ini adalah peralatan optik yang harus dipakai mahal dan mudah pecah.

Hot Wire Anemometer memanfaatkan efek pendinginan konveksi pada sebuah silinder yang sengaja dipanaskan dan dipasang tegak lurus terhadap aliran fluida. Pendinginan merupakan fungsi suhu fluida, suhu kawat dan kecepatan fluida. Kawat dengan diameter antara 0,01 - 0,1 mm dan panjang sekitar 1,5 mm dipasang pada ujung sepasang garpu pada suatu aliran fluida. Dua metode pengukuran yang digunakan adalah :

1. Hambatan kawat dijaga tetap dengan mengatur aliran arus yang melewati dan kecepatan fluida ditentukan dari pengukuran arus menggunakan instrumen yang telah dikalibrasi.

2. Aliran arus melewati kawat dijaga tetap dan perubahan hambatan kawat akibat pendinginan konveksi diukur menurut penurunan tegangan antara ujung-ujungnya. Fluktuasi kecepatan dideteksi dengan rangkaian elektronik yang dirancang untuk keperluan ini.

Anemometer kawat panas ini umumnya dipergunakan untuk mengukur profil kecepatan yang gradien kecepatannya besar juga untuk mengukur intensitas turbulensi aliran gas.

Beberapa alat untuk mengukur kapasitas aliran dengan metode pembatasan adalah

1. Orifice: plat tipis yang diflens antara dua buah flens pipa. Bentuknya sederhana, sehingga harganya murah dan mudah untuk dipasang. Kekurangan orifice adalah kerugian headnya tinggi dan kapasitas pengukuran rendah

2. Nosel : pemakaian nosel sebagai alat ukur kapasitas dapat dipasang pada instalasi pipa, maupun pada plenum seperti pada gambar 4. 2.

3. Venturi : dibuat langsung dengan pengecoran dan dihaluskan untuk memperoleh ketentuan sesuai standar. Harganya mahal karena berat dan kapasitas pengukurannya juga tinggi, serta kerugian headnya rendah. Gambar dan karakteristik masing-masing alat tersebut ditampilkan pada gambar 4.3.

4. Elemen Aliran Laminer ( LFE )

Alat ini mempunyai bagian pengukuran yang dibagi dalam beberapa laluan yang diameternya cukup kecil untuk menjamin alirannya laminer berkembang penuh (fully developed).

4.1.3. Metode linier

Alat ukur aliran yang hasilnya langsung proporsional dengan laju aliran antara lain : Float meter, turbin flowmeter, Vortex flow meter, electromagnetik flow meter, magnetik flow meter, ultrasonic flowmeter.

Float meter memiliki bagian yang terapung dengan bentuk bola atau kerucut. Bagian ini akan begerak ke atas atau ke bawah akibat gaya dari aliran fluida, sampai tercapai keseimbangan antara gaya seret dan gaya apung. Float meter atau rotameter dapat dilihat pada gambar 4. 4.

Turbin flowmeter mempunyai sudu gerak yang dapat bergerak dengan bebas sehingga laju rotasinya sebanding dengan laju aliran volume aliran. Kecepatan rotasinya diindera oleh sensor magnetik ataupun sensor frekuensi modulasi yang dipasang diluar medan aliran. Alat ini dapat digunakan untuk mengukur aliran fluida yang korosif dan yang beracun. Turbin flowmeter dapat dilihat pada gambar 4.5.

PENGUKURAN ALIRAN

Pengukuran aliran adalah pengukuran kapasitas aliran atau laju aliran massa atau laju aliran volume aliran. Pada bab ini akan dibahas alat-alat dan perhitungan pengukuran aliran. Ditinjau dari jenis saluran aliran fluida, yaitu aliran saluran tertutup dan aliran saluran terbuka, maka alat pengukuran aliran secara umum juga akan diklasifikasikan menjadi dua bagian, yaitu pengukuran aliran terbuka dan pengukuran aliran tertutup.

Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur tersebut. Adapun persamaan dasar yang dipergunakan dalam menganalisa pengukuran aliran adalah persamaan kontinuitas, persamaan Bernoulli dan perhitungan head loss aliran.

4.1. PENGUKURAN ALIRAN INTERNAL

Pengukuran aliran internal dapat dilakukan dengan 4 metode yaitu :

1. metode langsung

2. metode pembatasan

nosel, venturi, orifice, elemen aliran laminer,

3. metode linier;

float meter, rotameter, turbin flowmeter, vortex flow meter, electromagnetik flow meter, magnetik flow meter, ultrasonic

4. metode pembagian ( pitot tube, anemometer).

4.1.1. Metode Langsung

Metode langsung pengukuran aliran dapat dilakukan dengan mengukur volume atau massa fluida dalam selang waktu tertentu. Pada selang waktu yang lama dan diukur secara tepat, serta pengukuran volume atau massa diukur secara tepat, maka pengukuran ini tidak memerlukan kalibrasi. Pengukuran laju aliran volume atau massa dengan metode langsung ini cukup teliti. Akan tetapi apabila fluida yang diukur adalah gas, maka efek kompresibilitasnya harus diperhitungkan.

Persamaannya adalah :

m = r V A = r (D"/Dt) (4.1)

dimana :

m : laju massa aliran

(D"/Dt): perubahan volume/perubahan waktu

4.1.2. Metode pembatasan

Metode pembatasan ini mengukur perbedaan tekanan diantara dua penampang aliran yang sebanding dengan laju aliran. Perhitungan laju aliran teoritis dapat dilakukan berdasarkan hukum kontinuitas dan persamaan Bernoulli. Kapasitas aliran sebenarnya dapat ditentukan dengan memperhitungkan faktor koreksi dari masing-masing alat ukur yang ditentukan secara empiris.

Alat ukur metode tak langsung dengan pembatasan ini dianalisa pada penampang 1 yaitu sebelum masuk alat ukur, dan penampang 2 yaitu tepat di daerah alat ukur yang biasanya menimbulkan vena contrakta. Vena kontrakta adalah daerah setelah pengecilan penampang aliran. Pada daerah ini kapasitas aliran minimum dan tekanan aliran pada penampang tersebut seragam. Secara umum kondisi garis arus (stream line) aliran dapat digambarkan seperti gambar 4.1.

Persamaan kontinuitas dari penampang 1 ke penampang 2 adalah

m₁ = m₂ r₁ V₁ A₁ = r₂ V₂ A₂

untuk aliran tak mampu mampat maka r adalah tetap sehingga :

V₁ A₁ = V₂ A₂

Termometer adalah alat untuk mengukur suhu. Termometer Merkuri adalah jenis termometer yang sering digunakan oleh masyarakat awam. Merkuri digunakan pada alat ukur suhu termometer karena koefisien muainya bisa terbilang konstan sehingga perubahan volume akibat kenaikan atau penurunan suhu hampir selalu sama.

Alat ini terdiri dari pipa kapiler yang menggunakan material kaca dengan kandungan Merkuri di ujung bawah. Untuk tujuan pengukuran, pipa ini dibuat sedemikian rupa sehingga hampa udara. Jika temperatur meningkat, Merkuri akan mengembang naik ke arah atas pipa dan memberikan petunjuk tentang suhu di sekitar alat ukur sesuai dengan skala yang telah ditentukan. Skala suhu yang paling banyak dipakai di seluruh dunia adalah Skala Celcius dengan poin 0 untuk titik beku dan poin 100 untuk titik didih.

Termometer Merkuri pertama kali dibuat oleh Daniel G. Fahrenheit. Peralatan sensor panas ini menggunakan bahan Merkuri dan pipa kaca dengan skala Celsius dan Fahrenheit untuk mengukur suhu. Pada tahun 1742 Anders Celsius mempublikasikan sebuah buku berjudul “Penemuan Skala Temperatur Celsius” yang diantara isinya menjelaskan metoda kalibrasi alat termometer seperti dibawah ini:

1. Letakkan silinder termometer di air yang sedang mencair dan tandai poin termometer disaat seluruh air tersebut berwujud cair seluruhnya. Poin ini adalah poin titik beku air.
2. Dengan cara yang sama, tandai poin termometer disaat seluruh air tersebut mendidih seluruhnya saat dipanaskan.
3. Bagi panjang dari dua poin diatas menjadi seratus bagian yang sama.

Sampai saat ini tiga poin kalibrasi diatas masih digunakan untuk mencari rata-rata skala Celsius pada Termometer Merkuri. Poin-poin tersebut tidak dapat dijadikan metoda kalibrasi yang akurat karena titik didih dan titik beku air berbeda-beda seiring beda tekanan.

Cara Kerja :

1. Sebelum terjadi perubahan suhu, volume Merkuri berada pada kondisi awal.
2. Perubahan suhu lingkungan di sekitar termometer direspon Merkuri dengan perubahan volume.
3. Volume merkuri akan mengembang jika suhu meningkat dan akan menyusut jika suhu menurun.
4. Skala pada termometer akan menunjukkan nilai suhu sesuai keadaan lingkungan.

1. Definisi :
   • Apa itu Tekanan ?
   • Tekanan = gaya / luas penampang bidang tekan (F/A)
   • Apa Satuan Tekanan ?
   • Satuan : newton/ m 2 , pascal, bar, kg(f)/cm2
2. Konversi Tekanan
3. Penggambaran Tekanan
   • Tekanan diperhitungkan berdasarkan gaya yang datang tegak lurus terhadap bidangnya
   Gaya (F) A
4. Beberapa Pengertian
   • Tekanan senantiasa dihubungkan dengan tekanan referensinya, biasanya tekanan atmosfir.
   • Tekanan atmosfir dihitung tepat di atas permukaan laut = 1 atm
   • Makin tinggi kedudukan makin rendah tekanan atmosfirnya.
5. Tekanan Atmosfir
6. Gambar Pembagian Tekanan
7. Pembagian Tekanan (Continued)
   • Absolute Pressure adalah tekanan yang dihitung dengan tekanan referensi = 0 atm.
   • Saat Pabs = 0, molekul dari zat berhenti bergerak.
   • Barometric pressure = Tekanan atmosfir
8. Pembagian Tekanan (Continued)
   • Gauge Pressure adalah tekanan (positif) terhadap tekanan referensi (1 atm), tekanan di atas 1 atm
   P 2 P atm
9. Pembagian Tekanan (Continued)
   • Vakum Pressure: tekanan (negatif) terhadap tekanan atmosfir.
   P 2 P atm  P = P atm – P 2
10. Pembagian Tekanan (Continued)
    • Hydrostatic pressure adalah tekanan di bawah kolom suatu fluida jadi akibat fluida di atasnya.
    • Line Pressure adalah tekanan pada permukaan pipa oleh aliran fluida yang mengalir dalam pipa tersebut (= static pressure)
    P 2 h P 1
11. Pembagian Tekanan (Continued)
    • Differential Pressure adalah perbedaan terbesar antara tekanan di suatu titik dengan tekanan referensinya.
    P 1 P 2
12. Manometer differential P 2 h h A P 2 A P 1 P 1 A
13. Inclined Manometer differential P 2 h h r A P 2 A P 1 P 1 A 
14. Alat Ukur Tekanan
    • Manometer
    • Bourdon Tube
    • Bellows gage
    • Pressure Transducer
15. Manometer
    • Pengukuran tekanan berdasarkan perbedaan tekanan yang ditunjukkan dengan ketinggian fluida
    • Perbedaan tekanan terhadap tekanan referensi (vakum)
    p =  .g.h
16. Contoh Manometer
17. Bourdon Tube
18. Bagian dari Bourdon Tube
19. Bellows Gage
20. Pressure Transducer
    • Tekanan dapat juga disensor oleh elemen lain seperti rangkaian pressure transducer
    • Jenis-jenisnya : piezoresistive, kapasitif, induktif.
21. Pressure Transducer
22. Low Pressure Transducer
    • Differential Pressure Transducer untuk pengukuran tekanan gas
    • Untuk mengukur kecepatan udara
23. Contoh Pengukuran Pressure Transducer
24. Sensor Tekanan Tipe Induktif
    • Memerlukan tegangan input (V in)
    • Keluarannya berupa tegangan
    P V in V out P V in V out
25. Sensor Piezoresistif
    • Karena Tekanan nilai hambatan (R) berubah
    • Tidak memerlukan sumber listrik

INVERTED DIES

n Pada tipe conventional posisi punch holder diatas, sementara die menempel pada die shoe.

n Sedangkan pada inverted dies sebaliknya punch holder yang menempel pada die shoe.

n Keuntungan :

kemungkinan blank terutama yang tipis bengkok kecil

hasil pemotongan dijaga bersih dari geram oleh stripper/ ejector

n Kerugian : cost tinggi

PROGRESSIVE DIES

n Dies yang melakukan dua atau lebih proses pemotongan pada stage yang berbeda setiap kali penurunan ram.

n Prinsip progressive dies :

n strip maju ke die secara mechanics atau dengan tangan

n pada station 1 dilakukan proses piercing

n strip maju lagi sampai die stop activating pin

n blanking pada station 2 dilakukan dengan bantuan punch pilot untuk mendorong blank jatuh

n die stop activating pin kembali ke posisi normal sehingga strip bisa maju lagi untuk proses berikutnya.

n Piercing dilakukan dulu baru blanking

n Jika diperlukan proses forming dan bending dapat dilakukan pada station berikutnya.

n Keuntungan : operasi dapat dilakukan pada sekali handling

n Kerugian : pada plat tipis mingkin terjadi kesulitan karena efek bending.

COMPOUND DIES

n Piercing punch berlawanan dengan blanking punch

n Blanking punch menjadi pierching die

n Prinsip proses : strip material pada awal terpotong oleh blanking dies, kemudian hasil blank dengan bantuan knockout plate dilakukan piercing

n Compound dies lebih lambat dalam progressive dies, tetapi mempunyai keuntungan pada pekerjaan tertentu, khususnya jika diperlukan toleransi

n Keuntungan :

n adanya knockout plate memastikan benda kerja rata

n lubang tengah dapat dijaga toleransinya

n part yang besar dapat diproses pada mesin yang kecil dibanding dengan progressive die

n progressive die memerlukan stock material yang panjang, sedangkan compound bisa menggunakan scrap blanks.

COMBINATION DIES

n Dies yang merupakan kombinasi antara proses blanking dengan non-blanking

n Non blanking yang biasanya digabungkan adalah bending, forming, extruding dan embrossing.

STEEL RULE DIES

n Dikembangkan oleh paper-box industry

n Bisa digunakan untuk material non-logam, pada perkembangan berikutnya digunakan juga pada aluminium dan beberapa sheet metal.

n Steel-rule dapat diklasifikasikan menjadi dua : single element dies dan two element dies.

RUBBER PAD BLANKING

n Proses pemotongan terjadi karena adanya karet padat yang menekan dies. Karet berfungsi seperti punch pada dies biasa.

n Digunakan umumnya pada material aluminium alloy max 0,04 in dan diameter ± 2 in.

n Dies ini dipasang pada mesin hidrolis untuk meyakinkan bhw karet telah mengisi cavity yang ada, sehingga timbul tegangan geser yang mengakibatkan proses pemotongan.

n Proses lama sehingga cocok untuk produksi kecil.

n Keuntungan : karet dapat digunakan untuk macam-macam bentuk dies.

FINE BLANKING DIES

1. Dikembangkan pada beberapa tahun terakhir ini
2. Metode blanking tanpa menggunakan die, sebagai gantinya digunakan “ring impingement”