ALAT UKUR (MEASURING DEVICES) (Bag. 3.3) Flow Measurements

Pengukur Aliran (Flow Measurements)

4. Turbin Flowmeter

Teori dasar pada turbine meters adalah relatif sederhana, yaitu aliran fluida melalui meter berbenturan dengan turbine blade yang bebas berputar pada suatu poros sepanjang garis pusat dari turbin housing. Kecepatan sudut (angular velocity) dari turbine rotor adalah berbanding lurus dengan laju aliran (fluid velocity) yang melalui turbine. Keluaran dari meter diukur oleh electrical pickup yang dipasang pada meter body. Frekwensi keluaran dari electric pickup adalah sebanding dengan laju aliran (flow rate).

Terminologi yang secara luas digunakan dalam aplikasi turbine meter, yaitu :

-       Accuracy : Akuran ketelitian atau ketepatan alat ukur dalam memberikan hasil bacaan. Besaran ini menunjukkan banyaknya penyimpangan yang terjadi pada sebuah alat ukur, atau system pengukuran.

-       Repeatability : Kemampuan suatu unit instrument atau alat ukur untuk mendapatkan hasil baca yang sama pada beberapa kali pengukuran proses variable yang sama.

-       Rangebility : Perbandingan antara flow maksimum dan flow minimum yang dapat dikendalikan.

5. Thermal Flowmeter

Thermal mass flowmeter didasarkan pada pengukuran panas yang diserap dari sensor akibat dialiri fluida. Jumlah panas yang diserap menentukan laju aliran massa (mass flow rate). Flowmeter ini mempunyai dua buah sensor, salah satu dari sensor adalah sensor flow terbuat dari heated wire atau film (self heated).

Bentuk umum sensor ini adalah platinum/tungsten RTD (Resistance Temperature Detector). Sensor kedua adalah RTD yang digunakan untuk mengukur temperature aliran gas (temperature reference). Keduanya dikenal sebagai sensing element dan dipasang didalam sebuah probe sebagai flowmeter (insertion style) atau flowmeter (in-line style).

Ketika aliran gas melewati hot wire (flow sensor) maka molekul gas menyerap atau membawa panas dari permukaan sensor tersebut, sehingga sensor menjadi dingin akibat kehilangan energi. Selanjutnya sensor mengaktifkan rangkaian elektronik untuk mengisi energi yang hilang dengan cara memanaskan flow sensor hingga perbedaan temperature yang tetap diatas reference sensor.

Daya listrik yang diperlukan untuk mempertahankan perbedaan temperatur yang tetap adalah berbanding lurus dengan mass flowrate dan selanjutnya dikeluarkan sebagai output signal yang linear dari flowmeter.

Pada thermal flowmeter ini biasanya digunakan untuk mengukur aliran gas yang bersih, tidak untuk aliran gas kotor.

6. Target Flowmeter

Target flowmeters yang juga dikenal sebagai drag force flowmeters, menyisipkan suatu target (drag element yang umumnya adalah flat disc atau sphere dengan suatu tangkai) ke dalam bidang aliran (flow). Flowmeter kemudian mengukur gaya tarik (drag force) pada target yang disisipkan kemudian menkonversinya kedalam kecepatan aliran (flow velocity).

Taget flowmeter umumnya digunakan untuk aliran gas atau steam.

7. Ultrasonic Flowmeter

Pengukuran laju aliran (flow rate) dengan metoda ini melibatkan elemen pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) untuk frekuensi akustik. Pada elemen pengirim, transducer berfungsi mengubah tegangan listrik frekuensi tinggi menjadi getaran kristal (akustik). Sedangakan pada elemen penerima, transducer mengubah getaran kristal (akustik) menjadi sinyal listrik.

Oleh karena daerah kerja frekuensi dari pengirim dan penerima di atas 20 KHz (misalnya 10 MHz), maka disebut ultrasonic. Secara umum metoda ultrasonic dibedakan atas :

-       Model Transit time : berdasarkan waktu lintas gelombang ultrasonic dari pengirim (transmitter) ke penerima (receiver).

-       Model Doppler : berdarkan frekuensi pelayangan Doppler.

Ultrasonic flowmeter dapat digolongkan ke dalam dua jenis didasarkan pada metoda instalasi, yaitu :

-       Clamped-on ; instalasinya ditempatkan di luar pipa

-       Inline ; Instalasinya ditempatkan bersatu dengan pipa menggunakan flanges

Secara umum metoda ultrasonic dibedakan atas dua yaitu:

·      Transit Time Ultrasonic Flowmeter

Transit Time ultrasonic Flowmeter, terdiri dari satu pasang transducers (masing-masing sebagai transmitter dan receiver), ditempatkan pada dinding pipa (satu set pada upstream dan satu set pada downstream).

Waktu yang digunakan gelombang akustik untuk melintas dari transducer (upstream) ke transducer (downstream) adalah td lebih pendek dibanding waktu yang digunakan untuk melintas dari downstream ke upstream tu.

Baik digunakan untuk gas bersih dan cairan bersih maupun kotor, mempuyai akurasi yang tinggi.

·      Doppler Ultrasonic Flowmeters
Flowmeter ini didasarkan pada efek Doppler yang menghubungkan frekuensi pelayangan gelombang akustik dengan kecepatan aliran. Flowmeter jenis ini baikdigunakan untuk gas yang kotor, dan cairan corosif.

8. Magnetic Flowmeter

Magnetic flowmeter (mag flowmeter) adalah suatu volumetric flow meter yang tidak mempunyai bagian yang bergerak (moving part) dan ideal untuk aplikasi air limbah (wastewater) atau cairan kotor yang konduktif listrik.

Secara umum magnetic flowmeter tidak berfungsi pada fluida hidrokarbon dan air suling (distilled water), namun ideal untuk mengukur aliran fluida seperti slurry dan material korosif. Flowmeter jenis ini sangat ideal untuk aplikasi dimana disyaratkan pressure drop rendah dan maintenance yang rendah.

Prinsip kerja flowmeter jenis ini didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik (Faraday’s Low), yaitu bila suatu fluida konduktif elektrik melewati pipa tranducer, maka fluida akan bekerja sebagai konduktor yang bergerak memotong medan magnet yang dibangkitkan oleh kumparan magnetic dari transducer, sehingga timbul tengangan listrik induksi. Hubungan ini dapat dinyatakan sebagai :

Dimana :

            e          = tegangan listrik induksi

            B          = rapat fluksi medan magnet

            l           = panjang konduktor (diameter dalam pipa)

            v          = kecepatan konduktor (laju aliran)

Magnetik flowmeter pada umumnya hanya terdapat dua model antara lain yaitu :

·      Inline model ; menempatkan electric coil di sekeliling pipa dan disediakan sepasang electroda berseberangan pada dinding pipa.

·      Insertion model ; menyisipkan electric coil ke dalam pipa yang akan diukur flow-nya dan disediakan sepasang electroda di ujung dari flowmeter.

9. Coriolis Flowmeter

Prinsip Coriolis menyatakan bahwa jika sebuah partikel di dalam suatu gerak berputar mendekati atau menjauhi pusat perputaran, maka partikel menghasilkan gaya internal yang bekerja pada partikel itu. Andaikan fluida sedang mengalir ke dalam U-Shaped tube pada kecepatan V dan tabung sedang bergetar pada kecepatan sudut , maka dengan mempertimbangkan suatu bagian yang kecil dari fluida pada bagian inlet masuk dengan jarak r, maka suatu Gaya (dikenal sebagai coriolies force). Coriolis mass flowmeter menciptakan suatu gerak berputar dengan menggetarkan suatu tabung yang membawa fluida, dan gaya internal yang dihasilkan adalah sebanding dengan mass flowrate.

Coriolis meter tersedia dalam beberapa disain yang berbeda, konfigurasi yang populer terdiri dari satu atau dua U-shaped, racket-shaped (umumnya adalah U-shaped) yaitu pipa (tube) untuk aliran dengan inlet pada satu sisi dan outlet pada sisi yang lain dan dihubungkan dengan kotak untuk koneksi ke unit elektronik.

10. Vortex Flowmeter

Flowmeter ini dikenal juga sebagai vortex shedding flowmeters atau oscillatory flowmeters, prinsip kerjanya didasarkan pada pengukuran getaran (vibration) pada downstream pusaran (vortex) yang disebabkan oleh penghalang yang ditempatkan pada aliran fluida. Frekwensi getaran dari vortex dapat dihubungkan dengan laju aliran fluida.

Dimana :

Q                     = Volum flowrate

fv                     = frequency of vortex shedding

D                      = diameter of the pipe

S                      = strouhal number

K                      = K factor

K factor pada umumnya diperkenalkan untuk mengganti kerugian untuk profil yang tidak seragam dari pipa. S strouhal number ditentukan secara eksperimen.

Persamaan di atas mengasumsikan keadaan mantap (steady state) dari aliran pada upstream. Gangguan pada upstream akan mempengaruhi frekuensi dari vortex sehingga mengakibatkan kesalahan pengukuran.

Spesifikasi umum dari vortex flowmeter digunakan untuk mengukur aliran gas bersih maupun kotor, dapat juga digunakan untuk flow steam saturated dan superheated.