ALAT UKUR (MEASURING DEVICES) (Bag. 3.1) Flow Measurements

Pengukur Aliran (Flow Measurements)

Pengukuran aliran fluida adalah sangat penting di dalam suatu industri proses seperti kilang minyak (refinery), pembangkit listrik (power plant) dan industri kimia (petrochemical). Pada industri proses seperti ini, memerlukan penentuan kuantitas dari suatu fluida (liquid, gas atau steam) yang mengalir melalui suatu titik pengukuran, baik didalam saluran yang tertutup (pipe) maupun saluran terbuka (open channel). Kuantitas yang ditentukan antara lain ; laju aliran volume (volume flow rate), laju aliran massa (mass flow rate), kecepatan aliran (flow velocity). Instrumen untuk melakukan pengukuran kuantitas aliran fluida ini disebut flowmeter. Pengembangan flowmeter ini melalui tahapan yang luas mencakup pengembangan flow sensor, interaksi sensor dan fluida melalui penggunaan teknik komputasi (computation techniques), transducers dan hubungannya dengan unit pemprosesan sinyal (signal processing units), serta penilaian dari keseluruhan sistem di bawah kondisi ideal, kondisi gangguan (disturbed), kasar (harsh), kondisi berpotensi meledak (explosive conditions) serta pada lokasi laboratorium dan lapangan (field).

Beberapa jenis flowmeter yang sering digunakan di dalam industri proses dapat dikelompokkan sebagai berikut :

Di dalam pemilihan alat ukur flow (flow measuring device), berikut kondisi-kondisi yang sangat berpengaruh dan harus diketahui untuk perhitungan, antara lain :

1.    Ukuran pipa dimana laju aliran diukur (Line Size)

2.    Daerah laju aliran (Range of flow rates) ; maximum, normal dan minimum

3.    Karakteristik fluida (fluid properties)

·      Liquid, gas, slurry, dll.

·      Pressure

·      Temperature

·      Viscosity

·      Specific gravity at standard and flowing conditions

·      Compressibility

·      Molecular weight (for gases and vapors)

·      Steam quality (for steam)

4.    Pengaruh korosif (untuk membantu didalam pemilihan material)

5.    Apakah aliran yang diukur adalah aliran yang stabil atau aliran fluktuasi.

1. Differential Pressure Flowmeter

Prinsip operasi Differential Pressure Flowmeters (DP Flowmeters) di dasarkan pada persamaan Bernoulli yang menguraikan hubungan antara tekanan dan kecepatan pada suatu aliran fluida.

Alat ini memandu aliran ke dalam suatu penghalang aliran (yang mempunyai lubang dengan diameter yang berbeda dengan diameter pipa), sehingga menyebabkan perubahan kecepatan aliran (flow velocity) dan tekanan (pressure) antara sisi upstream dan downstream dari penghalang. Dengan mengukur perubahan tekanan tersebut, maka kecepatan aliran dapat dihitung.

Differential pressure atau head flow measurement merupakan metoda pengukuran flow yang paling populer saat ini untuk mengukur aliran fluida di industri proses.

Berbagai jenis primary element yang tersedia dipasaran untuk DP flowmeters antara lain : orifice plates, venturi tube, flow nozzle, pitot tube, anubar tubes, elbow taps, segmental wedge, V-Cone dan Dall Tube.

1.       

2.       

2.1.       

2.2.       

2.2.1.       

2.2.2.       

2.2.3.       

2.2.1.1.       

A.  Orifice Plates

Suatu plate berlubang dimasukkan ke dalam pipa dan ditempatkan secara tegak lurus terhadap flow stream. Ketika fluida mengalir melewati orifice plate tersebut maka menyebabkan peningkatan kecepatan dan penurunan tekanan. Perbedaan tekanan sebelum dan setelah orifice plate digunakan untuk mengkalkulasi kecepatan aliran (flow velocity).

Terdapat beberapa jenis orifice plate

-            Concentric Orifice

Letak lubang penghalang konsentris dengan penampang pipa. Digunakan untuk mengukur volume gas, liquid dan steam dalam jumlah yang besar.

-            Eccentric Orifice

Titik pusat lubang penghalang tidak satu garis pusat dengan pusat penampang pipa. Pemasangan lubang yang tidak konsentris ini dimaksud untuk mengurangi masalah jika fluida yang diukur membawa berbagai benda padat (solid).

-            Segmental Orifice

Segmental orifice plates digunakan terutama pada service yang sama dengan eccentric orifices, sehingga kelebihan dan kekurangan adalah kurang lebih sama.

B.Venturi Tube

Bentuk dari venturi tube dapat dilihat pada gambar Perubahan di (dalam) area / luas penampang menyebabkan perubahan kecepatan dan tekanan dari aliran (flow).

C. Flow Nozzle

Pada gambar memperlihatkan flow nozzle. Alat ini terdiri dari bagian yang berbentuk lonceng dengan profile ellips diikuti dengan leher silindris dan diletakkan di dalam pipa untuk merubah bidang aliran sehingga menghasilkan penurunan tekanan (pressure drop) untuk digunakan menghitung flow velocity.

D.Pitot Tubes

Sebuah probe dengan open tip (pitot tube) dimasukkan ke dalam suatu bidang aliran (flow), dimana tip tersebut sebagai titik stationary (zero velocity) dari flow. Tekanan nya, dibandingkan dengan tekanan statis dan digunakan untuk mengkalkulasi kecepatan aliran (flow velocity) Pitot tabung dapat mengukur flow velocity pada titik pengukuran.

E.Annubar Tubes

Karakteristik annubar element hampir sama dengan pitot tube, namun akurasi yang dihasilkan lebih baik dari pitot tube.

F. Elbow Taps

Ketika suatu aliran cairan melalui sebuah elbow, maka gaya sentrifugal menyebabkan perbedaan tekanan antara sisi sebelah luar dan sisi sebelah dalam dari elbow itu. Perbedaan tekanan ini digunakan untuk menghitung kecepatan aliran (flow velocity). Kekurangan alat ukur ini adalah perbedaan tekanan yang dihasilkan oleh suatu elbow flowmeter adalah lebih kecil dibanding dengan DP flowmeter lainnya, namun kelebihan elbow flowmeter mempunyai lebih sedikit penghalang pada aliran fluida.

Elbow taps flowmeter pada gambar di atas sangat jarang digunakan, namun aplikasi alat ukur ini akan bermanfaat bilamana pengukuran flow diperlukan di dalam suatu instalasi yang sudah ada (existing), dimana biaya yang tersedia rendah dan ketelitian yang baik tidak diutamakan.

G.Segmental Wedge

Perubahan segmen (wedge-shaped) pada area / luas penampang dari aliran fluida menciptakan pressure drops yang digunakan untuk mengkalkulasi kecepatan aliran fluida.

H. V-Cone

Suatu kerucut sebagai elemen penghalang yang bertindak memodifikasi penampang dari aliran fluida dan ditempatkan di pusat dari pipa untuk menghasilkan perbedaan tekanan yang digunakan untuk menghitung kecepatan fluida.

I. Dall Tube

Suatu kombinasi dari Venturi tube dan orifice plate. Alat ini umumnya digunakan untuk aplikasi dengan laju aliran yang besar.