PERANCANGAN DAN PEMBUATAN FLOWMETER VORTEKS ULTRASONIK UNTUK MENGUKUR ALIRAN GAS
T 533.295 028 4 AMI
20031839
ABSTRAK Pennasalahan yang terjadi pada flowmeter vorteks adalah kekurangpekaan alat. Kepekaan (sensitivitas) alat ini ditentukan oleh bentuk dan ukuran shedder (pen ' halang) yang digunakan. Kekurangpekaan pads flowmeter vorteks menyebabkan alat tersebut sulit diuji atau dikalibrasi pads instalasi uji (laboratorium) flowmeter gas milik Direktorat Metrologi yang memiliki tekanan sekitar 60 psi. Sebagai alternatif pemecahan dalam hal kepekaan pads flowmeter vorteks, selain memilih bentuk dan ukuran shedder maka pendeteksian vorteks menggunakan ultrasonik. Flowmeter vorteks merupakan alat ukur aliran dimana prinsip kerja alat ukur tersebut adalah mengukur frekuensi vorteks yang disebabkan adanya gangguan pads aliran fluida oleh shedder (teori Vorteks Karman). Vorteks yang terjadi tergantung pads koefisien seretan (drag) dan bilangan Reynolds yang merupakan fungsi dari bilangan Strouhal. Hasil penelitian pads .flowmeter vorteks dengan pendeteksi ultrasonik menunjukkan bahwa bilangan strouhal untuk shedder berpenampang lingkaran, segitiga dan bujursangkar masing-masing adalah sebesar 714.10"4, 51.10 dan 213.10-3. Flowmeter vorteks ultrasonik yang dibuat dapat digunakan pada instalasi uji (laboratorium) flowmeter gas yang memiliki tekanan relatif rendah sekitar 60 psi. Kata kunci : Flowmeter, ultrasonik, vorteks , strouhal, sensitivitas, gas. iii
ABSTRACT The problem of vortex is about sensitivity . Sensitivity is determined by geometry and size of shedder or bluff body that are used. This problem causes vortex flowmeter can not be calibrated in gas flowmeter laboratory that is had by Directorate of Metrology that has low pressure about 60 psi. As alternatively, problem solving of sensitivity of vortex flowmeter other than choosing of geometry and size of shedder is used ultrasonic sensor. Vortex flowmeter is instrument that measures vortex frequency that is caused of disturbed on flow by shedder or bluff body (Karman Vortex theory). Vortex is depend on drag and Reynolds number that is function of Strouhal number. Result of this research of vortex flowmeter that used ultrasonic detection appoint that strouhal number for each shedder with geometry circle, triangle and square are 714.10'4, 51.10-2 dan 213.10-3. Vortex flovvrneter that is made can be used for gas flowmeter laboratorium that has low pressure about 60 psi. Keywords : Foowmeter, ultrasonic, Vortex, sensitivity, gas. iv
DAFTAR ISI Halaman Abstrak Abstract Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel
iii iv v vii ix xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Pembatasan Masalah 1.2 Tujuan 1.3 Metodologi 1.4 Sistematika Pembahasan
1
BAB II DASAR TEORI 2.1 Pembentukan Vorteks 2.1.1 Lapisan Batas Dengan Gradien Tekanan 2.1.2 Teori Vorteks Karman 2.1.3 Seretan Benda-benda Terbenam 2.2 Flowmeter Vorteks 2.3 Flowmeter Vorteks Ultrasonik 2.3.1 Pendeteksian Vorteks Menggunakan Ultrasonik 2.3.1.1 Sensor Ultrasonik 2.3.1.2 Metoda Pendeteksian Vorteks Menggunakan Ultrasonik.
5
BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perencanaan Perangkat Keras 3.2 Modul Sensor 3.2.1 Konstruksi Bidang Vorteks Karman 3.2.2 Osilator 3.2.3 Transduser Ultrasonik
vii
2 2 3 3
5 5 6 8
14 16 17
17 18
24 25 25 27 29 30
3.2.4 Rangkaian Buffer dan Penguat Pemancar Ultrasonik 3.2.5 Penerima utrasonik 3.2.6 Detektor Fasa 3.2.7 Rangkaian Buffer Output Modul Sensor 3.3 Modul Mikrokontroler 3.4 Perangkat Mekanik
31 32 33 36 36 37
BAB IV KALIBRASI 4.1 Set-up Kalibrasi 4.2 Prosedur Percobaan dan Pengambilan Data 4.3 Data dan Pengolahannya 4.4 Analisa Data
40 40 42 43 49
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
52 52 53
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
54
viii
BAB V PENUTUP
Berdasarkan hasil kalibrasi alat dan dasar teori yang telah dijelaskan pada bab-bab sebelumnya, maka ada beberapa hal yang dapat penulis simpulkan dan sarankan.
5.1 Kesimpulan a. Untuk mengukur ./lowrate rendah pads flowmeter vorteks ultrasonik dapat digunakan shedder dengan penampang bujursangkar yang memiliki bilangan strouhal = 0.213.
b. Untuk mengukur _ flowrate tinggi, pads flowmeter vorteks ultrasonik sebaiknya digunakan shedder penampang segitiga yang memiliki bilangan strouhal yang lebih besar. yaitu 0.51.
c. Flowmeter vorteks dengan pendeteksi ultrasonik dapat dijadikan solusi untuk instalasi ,flowmeter gas yang memiliki tekanan relatif rendah sekitar 60 psi. seperti pada instalasi uji flowmeter gas yang dimiliki oleh Direktorat Metrologi.
d. Hasil perhitungan diperoleh : Flowmeter vorteks ultrasonik dengan shedder lingkaran : Debit minimum : 189 (m3th). - Debit maksimum : 311 (m3fh).
52
Flowmeter vorteks ultrasonik dengan shedder segitiga : - Debit minimum : 80 (m3/h). - Debit maksimum : 300 (m3/h). Flowmeter vorteks ultrasonik dengan shedder bujursangkar : - Debit minimum : 49 (m3/h). - Debit maksimum : 300 (m3/h).
5.2 Saran a. Untuk memperoleh hasil yang lebih optimal dalam perancangan Fowmeter vorteks ultrasonik perlu dilakukan variasi bentuk shedder untuk memperoleh sensitivitas dan daerah kerja yang sesuai dengan kebutuhan.
b. Turbulensi fluida sebelum masuk ke alat ukur yang mengganggu basil pengukuran sebaiknya dihilangkan dengan menempatkan pelurus pada bagian inlet flowmeter.
c. Untuk menyempurnakan hasil penelitian pada flowmeter vorteks ultrasonik perlu dilakukan perancangan dengan sensor multipath. Sehingga data yang diperoleh mewakili beberapa titik pengukuran yang tentunya menambah akurasi pengukuran.
53
DAFTAR PUSTAKA [1]. C S Rangan, G R Sarma, Instrumentation Devices and System, Tata McGraw-Hill Publishing Co, New Delhi, 1992. [2]. Frank M. White, Fluid Mechanics, Mc Graw Hil Ltd, second edition,
, 1982.
[3]. A. James Diefenderfer, Principles of Electronic Instrumentation, W.B Saunders Co, Tokyo, 1979. [4]. B. Menz, Analysis and Optimization of Vortex Flow Metrs with acoustical clamp on detection, OIML, Paris, 1979. [5] NATIONAL POWER ICS DATABOOK, National semiconductor Co, , 1995 [6]............................ LCD Modul User Manual, RS Component Data Library,
.
[7]. Lafin HP, Perancangan Mat Pendeteksi Penyakit asma NonInvasive Becbasis Xilinx-FPGA, Elektro ITS, Surabaya, 2001. [ 8]................................ Voltage
Contolled
Oscilator,
[10]. Tamtsu Igarasi, Performance of New Type Vortex Shedder for Vortex Flowmeter, The National Defense Academy, Yokosuka. [11]. Tsuchiya K, Ogata, T and Ueda, M., The Karman Vortex Flwmeter, Jour, Japan Soc, Mech Engrrs, 1969. [12]. Igarashi, Flow Resistance and Strouhal Number of a Vortex Shedder in Circular Pipe, JSME International, 1995.
54
