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 bilah-

bilah 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 baling-

baling 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.