air dalam pipa

flow/debit aliran air dalam pipa dapat di hitung dengan pendekatan sederhana, untuk keakuratan tentu menggunakan flow meter.

sering kita melihat tukang melakukan instalasi pipa tanpa perhitungan sama sekali, hanya berdasar pengalaman atau kira kira.
untuk pemakaian rumah tangga tidak akan ada masalah, tetapi bila flow/debit air di butuhkan untuk pendingin reaktor nuklir, cooling tower, instalasi pemadam kebakaran, hydran.. maka flow/debit air akan menjadi masalah yang sangat krusial.

tapi pembahasan di sini tidak membahas tentang head loss pipa, mungkin di topik berikutnya.
pembahasan di sini untuk mengukur flow/debit air pada instalasai yang telah ada, dengan tujuan mengetahui flow/debit air dari pipa sesuai dengan peralatan/aplikasi yang akan kita pasang ( water heater, booster pump, power sprayer, irigasi hidroponik, pengisian kolam )

peralatan yang di butuhkan adalah pressure gauge, nilai max pressure gauge tergantung tekanan statik pada instalasi pipa. semakin kecil nilai max pressure gauge, pembacaan akan semakin detail.

contoh instalasi pipa pada tandon air (klik untuk memperbesar)

dari contoh gambar, adalah instalasi perpipaan dengan sumber air berupa tandon.

perhitungan flow/debit air keluar dari kran/valve
diketahui :
- tekana saat kran/valve di tutup penuh, P(tutup) = 0.8 kg/cm2 * 98066.5 Pa/(kg.cm2) = 78453.2 Pa
- tekana saat kran/valve di buka penuh, P(buka) = 0.3 kg/cm2 * 98066.5 Pa/(kg.cm2) = 29419.95 Pa
- diameter lubang pipa di titik/di mana pressure gauge di pasang, d = 17mm
- rho air (massa jenis air), rho = 1000kg/m3

t.1.mencari kecepatan air mengalir
V(air) = kecepatan air mengalir
V(air) = ((2 * P(buka) - P(tutup)) / rho)^0.5
V(air) = ((2 * (78453.2 Pa - 29419.95 Pa))/1000 kg/m3)^0.5
V(air) = 9.9 m/s

t.2.mencari debit air
A(lubang) = luas penampang pipa di titik/di mana pressure gauge di pasang
phi = (22/7) atau 3.14159265
A(lubang) = (phi * ((d^2)/4))
A(lubang) = (phi * ((17^2)/4))
A(lubang) = 226.98 mm2
A(lubang) =226.98 mm2 / 1000000 mm2/m2 = 0.00022698 m2

Q(air) = debit air
Q(air) = A(lubang) * V(air)
Q(air) = 0.00022698 m2 * 9.9 m/s
Q(air) = 0.002247102 m3/s
Q(air) = 0.002247102 m3/s * 1000 liter/m3 = 2.247102 liter/s
Q(air) =  2.247102 liter/s * 60 s/menit = 134.82612 liter/menit

perhitungan ini tidak hanya dapat di aplikasikan dalam instalasi pipa air tandon saja, tapi dapat di pakai dalam perhitungan instalasi air dengan sumber PDAM, pompa, dll..

--->>
t.3.mencari ketinggian antara permukaan air total (pada tandon) dan titik pressure gauge
diketahui :
- tekana saat kran/valve di tutup penuh, P = 0.8 kg/cm2 * 98066.5 Pa/(kg.cm2) = 78453.2 Pa

H = head air (m) [tinggi air di dalam pipa dan tandon pada gravitasi 9.8 m/s2]
P = tekanan air statik (Pa) [tekanan saat air tidak mengelir/bergerak]

H(air) = P(tutup) / (rho * g)
H(air) = 78453.2 Pa / (1000 kg/m3 * 9.8 m/s2)
H(air) = 8.005 m


--->>

contoh instalasi tandon/kolam (klik untuk memperbesar)

perhitungan volume tandon/kolam air berdasar tekanan
menghitung ketinggian air dari tekanan statik berguna untuk memperkirakan sisa air dalam tandon/kolam tanpa harus mengukurnya secara langsung (misal, mendatangi dan mengukur tandon/kolam air pertanian yang jaraknya lumayan jauh atau naik ke atap rumah hanya untuk melihat isi tandon)

hal-hal yang perlu di persiapkan :
- pasang perssure gauge pada ujung pipa akhir sebelum valve
- catat tekanan pressure gauge misal : P(now) = 0.5kg/cm2 * 98066.5Pa/kg/cm2 = 49033.25 Pa
- ukur kedalaman tandon/kolam air (dari tengah diameter pipa outlet kolam ke bibir max kolam) misal t(total) = 2.5 m
- ukur tinggi permukaan air (bisa dari tengah diameter pipa outlet kolam ke permukaan air /permukaan air ke bibir max kolam), misal di ukur dari permukaan air ke bibir max kolam t(now to max) = 0.5 m
- bila hanya ingin memantau ketinggian air di tandon/kolam, langkah ini sudah cukup.
Untuk pemantauan lebih detil (memantau volume) lakukan pengukuran panjang dan lebar kolam
misal : panjang, P(kolam) = 10m , lebar, L(kolam) = 20m


k.1.mencari head air sekarang (dari permukaan air kolam ke titik pressure gauge)
H(sekarang) = P(now) / (rho * g)
H(sekarang) = 49033.25 Pa / (1000 kg/m3 * 9.8 m/s2)
H(sekarang) = 5 m

k.2.mencari head max isi tandon/kolam (dari permukaan air max kolam ke titik pressure gauge) 
tambahkan H(sekarang) dengan jarak antara permukaan air ke bibir max kolam
H(max) = H(sekarang) + t(now to max)
H(max) = 5 m + 0.5 m
H(max) = 5.5 m

k.3.mencari tekanan perssure gauge saat isi tandon max (air kolam penuh)
P(max) = H(max) * rho * g
P(max) = 5.5 m * 1000 kg/m3 * 9.8 m/s2
P(max) =  53900 Pa
P(max) =  53900 Pa / 98066.5 Pa/bar = 0.54 kg/cm2

** buat penanda dengan spidol atau stiker sebagai batas max isi kolam di pressure gauge pada skala 0.54 kg/cm2

k.4.mencari head min isi tandon/kolam (dari permukaan air min kolam ke titik pressure gauge) 
kurangkan H(sekarang) dengan jarak dari tengah diameter pipa outlet kolam ke permukaan air
H(min) = H(sekarang) - ( t(total) - t(now to max) )
H(min) = 5 m - (2.5 m - 0.5 m)
H(min) = 3 m
** catat H(min) sebagai parameter dasar mencari ketinggian dan volume air kolam

k.5.mencari tekanan perssure gauge saat isi tandon/kolam min (air kolam habis)
P(min) = H(max) * rho * g
P(min) = 3 m * 1000 kg/m3 * 9.8 m/s2
P(min) =  29400 Pa
P(min) =  29400 Pa / 98066.5 Pa/bar = 0.299 kg/cm2 (dibulatkan 0.3 kg/cm2)

** buat penanda dengan spidol atau stiker sebagai batas min isi kolam di pressure gauge pada skala 0.3 kg/cm2
*** saat pressure gauge menunjuk nilai min (0.3kg/cm2), air dalam tandon/kolam sudah bearada di level terendah (habis), tekanan 0.3 kg/cm2 adalah tekanan dari sisa air yang berada di dalam pipa
**** metode pemantauan tinggi permukaan kolam di lakukan saat semua aliran air berhenti ( tidak di alirkan)

k.6.mencari kapasitas air tandon/kolam max
V(kolam) = volume air kolam
A(kolam) = luas permukaan air kolam

A(kolam) = P(kolam) * L(kolam)
A(kolam) = 10 m * 20 m
A(kolam) = 200 m2

V(kolam Max) = A(kolam) * t(total)
V(kolam Max) = 200 m2 * 2.5 m
V(kolam Max) = 500 m3
V(kolam Max) = 500 m3 * 1000 liter/m3 = 500000 liter

--->>
k.7.mencari kapasitas air tandon/kolam yg tersedia berdasar tekanan yang terukur
misal : tekanan terukur (semua aliran air di tutup), P(terukur) = 0.4 kg/cm2 * 98066.5 Pa/(kg/cm2) = 39226.6 Pa

H(min) = head total saat kolam min (ambil dari langkah k.3)
A(kolam) = luas permukaan air (ambil dari langkah k.6)

H(terukur) = P(terukur) / ( rho * g)
H(terukur) = 39226.6 Pa / ( 1000 kg/m3 * 9.8 m/s2 )
H(terukur) = 4 m (head total air)

t(permukaan air) = H(terukur) - H(min)
t(permukaan air) = 4 m - 3 m
t(permukaan air) = 1 m (jarak dari tengah diameter pipa outlet kolam ke permukaan air)

V(kolam terukur) = A(kolam) * t(permukaan air)
V(kolam terukur) = 200 m2 * 1 m
V(kolam terukur) = 200 m3
V(kolam Max) = 200 m3 * 1000 liter/m3 = 200000 liter

**  langkah k.1 - k.6 di lakukan hanya 1x di awal pengukuran, kegiatan pemantauan tinggi dan volume tandon/kolam hanya memerlukan langkah k.7.
*** parameter yang berubah adalah tekanan yang saat itu di tunjukan oleh pressure gauge
nilai H(min), A(kolam) adalah tetap
**** bila kehilangan catatan yang berisi nilai H(min), dapat di hitung pada ulang dengan melihat nilai pada penanda  min yang di buat pada pressure gauge, pada contoh diatas, penanda isi tandon/kolam min di letakkan pada tekanan  P(min) = 0.299 kg/cm2 (dibulatkan 0.3 kg/cm2) dengan menggunakan H(min) = P(min) / (rho * g)

--->>

konversi
1 liter = 1000 cc
1 liter = 1000 ml
1 liter = 1 dm3
1 liter = 0.001 m3
1000 liter = 1 m3
1 kg/cm2 = 98066.5 Pa
1 kg/cm2 = 0.980665 bar
1 bar = 1.019716 kg/cm2
1 bar = 100000 Pa

Tentang Temperatur Sensor

Temperatur sensor mutlak di pergunakan dalam pengendalian peralatan heating dan cooling..
contoh peralatan yang memerlukan temperatur sensor antara lain :
- catok rambut
- penanak nasi (magic com/magic jar/rice cooke)
- dispenser air galon
- penetas telur
- oven kue, setrika baju
- almari es / frezzer / coolkas / kulkas
- mesin mobil, truk, alat berat
- televisi, laptop, computer, amplifier
- oil heater, water heater
- food drying, penggorengan deep frying
- ruang pengering laundry
- ruang inkubasi adonan kue, inkubasi bayi
- peleburan logam
- alat pemanas bearing (terutama bearing berukuran besar)
- charger battery
- dll

dari beberapa contoh beberapa peralatan diatas, semuanya menggunakan temperatur sensor.
jenis temperatur sensor sangat banyak, tetapi hanya beberapa yang dipergunakan (biasanya karena alasan harga dan keakuratan)

Temperatur Sensor dibedakan berdasarkan prinsip kerjanya :
1. Temperatur Sensor Pemuaian
Jenis ini menggunakan prinsip pemuaian, dengan media gas, cairan ataupun logam, dan  dikenal dengan thermostat
penggunaan thermostat jenis ini bila peralatan tidak memerlukan kecepatan respon dan ketelitian temperatur yang tinggi, harga lebih murah dan instalasi sederhana

- Thermostat logam / bimetal
menggunakan 2 logam yang memiliki koefisien muai yang berbeda yang disatukan, yang akan melengkung sesuai temperatur yang mempengaruhinya karena perbedaan panjang muai logam

Temperatur Sensor Bimetal

Sensor temperatur bimetal digunakan dalam dispenser air minum, penanak nasi (magic com/jar/rice cooker), radiator dan mesin kendaraan (mobil, truk, dll)

Thermostat Dispenser

Thermostat Rice Cooker

Thermostat Setrika

Thermostart Air Radiator Mobil

- Thermostat Gas
menggunakan prinsip pemuaian gas, gas akan memuai bila terkena panas, besar muai tergantung jenis gas yang dipergunakan

Thermostat Penetas Telur

Thermostat Oven jenis Gas

- Thermostat jenis liquid
menggunakan prinsip pemuaian cairan, cairan akan memuai bila terkena panas, besar muai tergantung jenis cairan yang dipergunakan
biasanya dipergunakan untuk mengerakan peralatan control yang memerlukan daya  besar seperti valve / kran

Thermostat Liquid

2.Temperatur Sensor Resistansi / Hambatan Listrik
Jenis ini menggunakan prinsip hambatan listrik pada kawat konduktor, temperatur sensor ini biasa disebut thermistor
ada 2 jenis thermistor, NTC ( temp naik, resistansi turun) dan RTD/PTC (temp naik, resistansi naik)
nilai resistansi thermistor terhadap temperatur ada yang linear dan ada yang tidak tergantung meterial pembentukanya

- RTD linear :
seperti PTD pt100, pt1000, sensor berbahan dasar kawat platinum
( pt100 = resistansi 100 ohm pada temp 0 degC )

RTD pt100

- thermistor tidak linear
misal PTC & NTC 500 ohm, 1k, 5k, 10k, 100k
( NTC 100k = resistansi 100k ohm pada temp 25 degC )

thermistor NTC 22 ohm toleransi 5%

thermistor NTC 100k ohm toleransi 1%

thermistor PTC

3.Temperatur Sensor penghasil tegangan
Jenis ini menggunakan prinsip timbulnya teganggan listrik dari penyatuan logam yang berbeda, 2 buah logam yang berbeda akan menghasilkan listrik bila terkena panas, sensor ini biasa disebut thermocouple

thermocouple memiliki beberapa type antara lain E,J,K,M,N,T,B,S,R,W, dll , yang paling umum digunakan type  J,K,T,E
type2 thermocouple dibedakan berdasar material paduanya

pengukuran temperatur dengan thermocouple memerlukan pembanding tegangan dengan thermocouple lain saat berada dalam temperatur 0 degC (cool junction), pengukuran tegangan tanpa dibandingkan dg cool junction, tidak akan menghasilkan pengukuran temperatur yang akurat

thermocoupke type K

thermocouple type K dengan housing

Perbandingan jenis temperatur sensor

program monitoring menggunakan komputer dengan mikrokontroler

Sekian lama, akhirnya menemukan program monitoring yang dapat memantau peralatan dengan komputer.
Program ini bernama CgnSa, tidak tahu apa kepanjanganya dan pertama muncul di blog http://888-88.blogspot.co.id 

Kami mendapatkan program ini gratis karena kami menjadi agen device / peralatan monitoringnya dan tidak boleh di share, karena memang untuk 1 komputer dan 1 dongle, dan menurut 888-88 programnya belum tuntas.

Program ini menurut kami sangat mudah penerapanya, dimana peralatan monitoring adalah mikrokontroler yang memiliki port USART (serial) yang dihubungkan dengan komputer, dan tidak hanya 1 jalur 1 mikrokontroler saja, tetapi banyak mikrokontroler dapat dihubungkan secara paralel
Sedangkan jalur serialnya juga tidak hanya 1, bisa ribuan karena dibuat unlimited, tetapi batas virtual serial port pada computer adalah 1 - 256, jadi dapat kami simpulkan, tiap komputer dapat menangani max 256 serial

Jangan dikira karena menggunakan mikrokontroler  tidak dapat diterapkan dalam industri, dan hanya untuk pembelajaran saja..
Perlu diingat, PLC yang kita anggap cangih, sebenarnya adalah mikrokontroler yang didalam boxnya include switch / relay solid state dan optocoupler, sehingga dapat menangani tegangan peralatan tegangan tinggi.

Menurut kami Program CgnSa Monitoring System, tidak perlu menyediakan jalur serial terlalu banyak, 5 - 10 saluran saja sudah cukup, karena pengalaman saya untuk peralatan monitoring seperti SCADA, hanya terpakai 5 - 6 jalur, dan setiap jalur terdapat 2 - 3 device

Bila menggunakan program sekelas SCADA, jalur data menggunakan LAN, LAN dikonversi menjadi serial di PLC, dan monitoring dihubungkan dari PLC ke device monitoring

Pada CgnSa, jalur data menggunakan USB dikonversi ke serial, dan serial dihubungkan ke device monitoring.
Bagi kami lebih mudah, karena haya memerlukan konverter USB to Serial dan mikrokontroler yang dipasaran banyak dijual dan murah.

Untuk jangkauan / kabel yang panjang diperlukan konverter RS-485, dapat juga menggunakan wireless pasaran dengan jangkauan 100 - 200m, bebas kabel dan murah, karena kabel 100m * Rp.3000 = Rp.300.000, sedangkan wireless Rp.30.000 - Rp.40.000 sepasang

Bila menggunakan kabel, kabel yang dipergunakan adalah kabel mikrofone, karena merupakan kabel pelintir yang diselubungi kabel ground

Disini kami hanya mencoba dengan jangkauna pendek saja, sekitar 1,5 m dari port USB ke mokrokontroler, jadi tidak diperlukan syarat kabel apapun
Tampilan tergantung keahlian mengambar kita saja
Berikut  foto aplikasi CgnSa dari webnya

CgnSa

CgnSa

Tombol Switch oke juga, karena setting membuat tombol untuk switch cukup mudah, on-off kan peralatan bisa dari layar komputer..
Tunggu pengembangan, nantinya device / peralatan monitoring dan software bisa dibeli di ku4 karena 888-88 tidak membuat device / peralatan monitoring, tetapi hanya memproduksi software

Peningkatan tegangan tali berdasar sudut penggantung

Tabel diatas adalah faktor peningkatan tegangan yang terjadi pada tali berdasar sudut antara rak / meja dengan tali penggantung.

Tabel diatas hanya berlaku bila sudut antara rak / meja dengan dinding membentuk siku2 (90 derjat)

 

Ketentuan sudut didalam segitiga siku2 :

Penjumlahan sudut A dan sudut B adalah 90 derajat

Bila diketahui sudut B = 20 derajat, maka sudut A = (90 - B) <=> (90 - 20) = 70 derajat

Bila diketahui sudut A = 30 derajat, maka sudut B = (90 - A) <=> (90 - 30) = 60 derajat

 

misal 1 :

tas 100 kg di tempatkan tepat ditengah pada rak yang salah satu ujungnya diikat pada sebuah tali, sudut rak dan tali adalah 90 derajat (tegak lurus). Berapa beban yang terjadi pada tali ?

karena rak terdapat 2 tumpuan (tali dan dinding) maka masing2 ujung rak mendapat beban 50 kg (karena beban utama tepat diletakan di tengah rak)

dari tabel diatas B=90, A=0, Faktor peningkatan tegangan =1

Beban pada tali = Faktor peningkatan tegangan x Beban

Beban pada tali = 1 x 50 kg = 50kg

Maka diperlukan tali dengan kemampuan min 50 kg

 

misal 2:

tas 100 kg di tempatkan tepat ditengah pada rak yang salah satu ujungnya diikat pada sebuah tali, sudut rak dan tali adalah 30 derajat. Berapa beban yang terjadi pada tali ?

karena rak terdapat 2 tumpuan (tali dan dinding) maka masing2 ujung rak mendapat beban 50 kg (karena beban utama tepat diletakan di tengah rak)

dari tabel diatas B=30, A=60, Faktor peningkatan tegangan = 2

Beban pada tali = Faktor peningkatan tegangan x Beban

Beban pada tali = 2 x 50 kg = 100 kg

Maka diperlukan tali dengan kemampuan min 100 kg

Pemilihan tali baja atau sling untuk kekuatan max dan pembebanan aman

Tabel diatas adalah kekuatan dan pembebanan tali baja dengan 6 pintalan @ 19 serat baja (6x19) untuk tali baja cerah, tali baja ber-inti serat, tali baja tanpa pelapisan, tali baja bengan peningkatan kerapatan

Pemilihan tali tambang plastik berbahan polyester untuk kekuatan max dan pembebanan aman

Tabel diatas adalah kekuatan dan pembebanan tambang polyester dengan 3 dan 8 pintalan serat dengan bahan filament polyester

Pemilihan tali tambang plastik berbahan polypropylene untuk kekuatan max dan pembebanan aman

Tabel diatas adalah kekuatan dan pembebanan tambang polypropylene dengan 3 dan 8 pintalan serat dengan bahan monofilament atau film polypropylene