FLOW METER

Pengertian Flow Meter :

alat untuk mengukur jumlah atau laju aliran dari suatu fluida yang mengalir dalam pipa atau sambungan terbuka. alat ini terdiri dari primary device, yang disebut sebagai alat utama dan secondary device (alat bantu sekunder). Flowmeter umumnya terdiri dari dua bagian, yaitu alat utama dan alat bantu sekunder. Alat utama menghasilkan suatu signal yang merespons terhadap aliran karena laju aliran tersebut telah terganggu. Alat utamanya merupakan sebuah orifis yang mengganggu laju aliran, yaitu menyebabkan terjadinya penurunan tekanan. Alat bantu sekunder menerima sinyal dari alat utama lalu menampilkan, merekam, dan/atau mentrasmisikannya sebagai hasil pengukuran dari laju aliran.

 

Jenis - Jenis dan Prinsip Kerja Flow Meter :

1. Differential Pressure type

a. Orifice Plate

 

Sebuah plat orifice adalah pelat tipis dengan lubang di dalamnya, yang biasanya ditempatkan dalam pipa. Ketika cairan (baik cair atau gas) melewati lubang, tekanannya bertambah pada aliran upstream sebelum lubang dan fluida akan melewati lubang, kecepatan yang meningkat dan tekanan fluida berkurang pada aliran downstream. Pada aliran downstream di mana kecepatan mencapai maksimum dan tekanan mencapai minimum. Selain itu, aliran bertambah, kecepatan aliran berkurang dan tekanan meningkat. Dengan mengukur perbedaan tekanan fluida di tappings upstream dan downstream dari plate orifice, laju aliran dapat diperoleh dari persamaan koefisien Bernoulli.

 

Prinsip Kerja DP (Differential Pressure) flowmeters adalah mengukur penurunan tekanan (pressure drop) di flow element dalam pipa, seperti orifice plate. Debit yang diukur adalah berasal dari penurunan tekanan. Jadi flowmeter terdiri dari unsur aliran di pipa, serta differential pressure transmitter. Untuk pemasangan DP flowmeter dengan menggunakan orifice plate, disarankan untuk menghindari adanya turbulance atau gangguan. Karena aliran yang dianjurkan untuk orifice plate adalah aliran laminar (stabil). Karena apabila ada turbulance maka akan terjadi perubahan tekanan yang bisa mengganggu pengukuran. Hindari adanya valve, elbow dll terlalu dekat. Semakin jauh semakin baik. Untuk posisi upstream (sebelum orifice plate)lebih baik lebih dari 10 x D (diameter pipa)  dan posisi downstream 5 x D. Berikut adalah cara pemasangan DP Flowmeter dengan menggunakan orifice plate : 

 

b. Venturi Tube

Efek Venturi adalah efek jet; seperti corong yang menyebabkan kecepatan fluida meningkat karena luas penampang mengecil, dengan tekanan statis juga menurun. Menurut hukum dinamika fluida, kecepatan fluida ini harus meningkatkan saat melewati lubang yang mengecil untuk memenuhi prinsip dinamika fluida, sementara tekanannya harus berkurang untuk memenuhi prinsip energi mekanik. Jadi setiap energi kinetik cairan yang bertambah karena kecepatannya bertambah melalui lubang sempit akan menyebabkan penurunan tekanan.

Prinsip Kerja Venturi Tube Ketika cairan seperti air mengalir melalui tabung yang menyempit ke diameter yang lebih kecil, pembatasan sebagian menyebabkan tekanan yang lebih tinggi pada saluran masuk daripada di titik penyempitan. Perbedaan tekanan ini menyebabkan cairan kecepatan bertambah ke arah  tekanan rendah pada bagian yang sempit. Venturi Flowmeter menggunakan hubungan antara perbedaan tekanan dan kecepatan fluida untuk menentukan laju aliran volumetrik.

c. Flow nozzle

Flow Nozzle mempunyai Kelebihan Pressure loss lebih rendah dibandingkan orifice plate, dan Dapat digunakan untuk fluida yang mengandung padatan (solids). Flow Nozzle mempunyai Kekurangan Terbatas pada ukuran pipa di bawah 6 “, dan Harga lebih tinggi dibanding dengan orifice.

d. Pitot tube

Pitot tube adalah instrumen pengukuran tekanan digunakan untuk mengukur kecepatan aliran fluida. Tabung pitot diciptakan oleh insinyur Perancis Henri Pitot pada awal abad ke-18 dan telah dimodifikasi untuk bentuk modern pada pertengahan abad ke-19 oleh ilmuwan Prancis Henry Darcy. Hal ini banyak digunakan untuk menentukan kecepatan udara dari pesawat terbang, kecepatan air dari perahu, dan untuk mengukur cairan, udara dan gas kecepatan dalam aplikasi industri. Tabung pitot digunakan untuk mengukur kecepatan pada suatu titik dalam aliran dan bukan kecepatan rata-rata dalam pipa atau conduit.

Prinsip Kerja Tabung pitot adalah dasar terdiri dari sebuah tabung yang langsung mengarah ke aliran fluida . Seperti tabung ini berisi cairan, tekanan dapat diukur, cairan bergerak yang dibawa berhenti (stagnan)karena tidak ada jalan keluar untuk memungkinkan aliran untuk melanjutkan. Tekanan ini adalah tekanan stagnasi dari fluida , juga dikenal sebagai tekanan total atau ( terutama dalam penerbangan ) tekanan pitot .

e. Rotameter

Sebuah rotameter terdiri dari tabung meruncing , biasanya terbuat dari kaca dengan pelampung ,di dalam tabung kaca pelampung yang didorong oleh kekuatan aliran dan ditarik ke bawah oleh gravitasi .

Prinsip Keja Rotameter yaitu Sebuah laju aliran volumetrik yang lebih tinggi melalui daerah tertentu meningkatkan kecepatan aliran dan gaya tarik , sehingga pelampung akan didorong ke atas . Namun, bagian dalam rotameter adalah berbentuk kerucut ( melebar ) , daerah sekitar pelampung melalui media yang mengalir bertambah, kecepatan aliran dan gaya tarik penurunan sampai ada keseimbangan mekanis dengan berat float itu.

Pelampung yang dibuat dalam berbagai bentuk , dengan bola dan ellipsoids yang paling umum . Pelampung mungkin diagonal beralur dan sebagian berwarna sehingga berputar secara aksial dengan cairan melewati . Hal ini menunjukkan jika pelampung akan berputar. Pembacaan biasanya diambil di bagian atas bagian terluas dari pelampung, titik tengah  dari ellipsoid , atau bagian atas dari silinder . Beberapa produsen menggunakan standar yang berbeda.

Pelampung akan mengapung dalam cairan : itu harus memiliki density lebih tinggi dari cairan, jika tidak maka pelampung akan mengapung sampai ke atas walaupun tidak ada aliran. Akurasi dari rotameter yaitu berkisar 1 – 2 %, biasanya digunakan hanya untuk aliran yang rendah saja.

g. V- Cone

V-Cone Flowmeter secara prinsip kerja sebenarnya sama dengan teknologi orifice yaitu sama-sama memanfaatkan perbedaan pressure yang dihasilkan oleh flow element dan teori konservasi energy dari Bernoulli.  Yang membedakannya adalah pada flow element. Orifice Flowmeter menggunakan orifice plate sebagai flow element nya sedangkan V-Cone Flowmeter menggunak Cone sebagai flow elementnya. Sebagai ilustrasi dapat dilihat dari gambar di bawah ini yang saya ambil dari literature McCrometer.

Kelebihan V-Cone dibanding orifice adalah karena bentuknya yang menyerupai kerucut (Cone) sehingga dia mampu meratakan profile flow nya. Ini yang membuat V-Cone dapat dipasang tepat setelah elbow pipe sedangkan flowmeter lain membutuhkan downstream dan upstream. Selain itu keunggulan lain dari V-Cone adalah turn down nya yang cukup besar yaitu 10:1 dan Pressure lost yang kecil hampir sama dengan type venturi.

2. Mass type

a. Coriolis

Gaya coriolis adalah sebuah gaya yang dihasilkan pada sebuah “U” atau “straight” tube (tabung). Tabung tersebut bergetar atau beresonansi dengan frekuensi tertentu. Dengan asumsi pada saat belum ada fluida yang mengalir, maka resonansi pada tabung tersebut dalam keadaan standard. Otomatis pada saat ada fluida yang mengalir ke dalam pipa tersebut akan terjadi perbedaan frekuensi. Perbedaan inilah yang dideteksi oleh coil electromagnetic sebagai mass flow. Coriolis flowmeter selain digunakan untuk mengukur mass juga terkadang digunakan untuk mengukur volume atau density.

Prinsip Kerja Coriolis Flowmeter ini mempunyai akurasi yang cukup baik yaitu 0.1 % untuk liquid dan 0.5% untuk natural gas. Dengan akurasi tersebut terkadang digunakan untuk custody transfer atau fluida yang mengalir adalah untuk dijual kembali ke pihak lain.

Thermal Mass Flowmeter

Thermal Mass Flow Meter adalah alat ukur yang secara langsung mengukur aliran massa gas berdasarkan prinsip perpindahan panas konduktif dan konvektif .Semua thermal mass flowmeter memiliki probe ( Insertion Style ) atau Flow tube ( In-Line Style ) yang menggunakan sepasang sensor , yang berhubungan kontak langsung dengan gas .Sensor RTD (Resistance Temperature Detector) terdiri dari  gulungan platinum. Sensor temperatur ini yang digunakan untuk mengukur temperatur. RTD  untuk industru biasanya menggunakan material 316 SS selubungnya.
Prinsip Kerja Salah satu RTD sensor seperti ada pada gambar di bawah adalah dipanaskan oleh sirkuit dan berfungsi sebagai sensor aliran . Yang lainnya RTD bertindak sebagai sensor referensi , dan mengukur suhu gas . Pada dasarnya digunakan untuk kompensasi suhu .
Sirkuitnya mempertahankan temperatur konstan antara sensor aliran dan sensor referensi . Sebagai gas mengalir dengan sensor panas ( sensor aliran ) , molekul mengalir membawa gas panas dari sensor ini , dan sensor menjadi dingin karena kehilangan energi . Rangkaian keseimbangan terganggu, dan dikarenakan adanya perbedaan suhu antara sensor panas dan sensor referensi telah berubah . Rangkaian akan secara otomatis ( dalam waktu 1 detik ) menggantikan energi yang hilang ini dengan memanaskan sensor aliran sehingga suhu temperatur akan kembali ke awal. Sehingga tidak diperlukan eksternal temperatur atau pressure sensor.

3. Velocity type

a. Magnetic Flowmeter

Populasi flowmeter yang ada di dunia lebih sering kita lihat adalah tipe magnetic flowmeter. Karena tipe ini cukup handal dan mudah untuk maintenancenya apabila tidak ada masalah maka akan tahan cukup lama.

Magnetic flowmeter menggunakan hukum faraday untuk prinsip kerjanya yang menggunakan induks elektromagnet untuk mendeteksi velocity (kecepatan aliran) yang mengalir di dalam pipa.

 

b. Vortex Flowmeter

Prinsip kerja vortex flowmeter adalah dengan menempatkan batang vortex (shedder bar) ditengah tengah dari flow tube dari flowmeter. Pada saat ada aliran fluida yang mengenai batang vortex akan terbentuk gelombang vortex yang proporsional dengan flow rate (laju aliran) dari fluida tersebut. Frekuensi yang dihasilkan oleh gelombang vortex tersebut dideteksi oleh sensor piezo electric. Frekuensi yang dihasilkan proporsional dengan velocity(kecepatan aliran), yang apabila dibagi dengan luas area akan mendapatkan volumetric flowrate (volume).

Akurasi dari vortex flowmeter adalah 1 % untuk gas dan 0.75 % untuk liquid. Pemasangan vortex flowmeter juga harus menggunakan standar 5/2 yaitu 5 X D untuk upstream (aliran sebelum flowmeter) dan 2 X D sesudah flowmeter untuk menghindari turbulance (aliran tidak beraturan) yang akan mempengaruhi dari penunjukan dari flow. Dan yang patut dihindari adalah vortex flowmeter sangat mudah terpengaruh oleh adanya vibration (getaran). Jadi pada saat pemasangan harus dipasang jauh dari sumber getaran. Seandainya tidak bisa dihindari harus dipasang clamp di flowmeter tersebut.

c. Ultrasonic Flowmeter

Prinsip kerja ultrasonic flowmeter adalah menggunakan gelombang suara. Ada 2 tipe yang digunakan untuk ultrasonic flowmeter yaitu transit time dan efek doppler. Apabila gelombang suara tersebut bergantung pada kecepatan aliran dalam fluida maka menggunakan prinsip kerja transit time dan apabila gelombang suara bergantung pada obyek bergerak seperti bubble (gelembung) atau partikel di dalam fluida tersebut maka menggunakan efek doppler (Doppler effect).

Semua metoda yang dgunakan bisa dipakai untuk ultrasonic flowmeter. Tergantung dari penerapan masing masing yang punya product tersebut. Kelemahan dari efek doppler adalah pada saat gelombang yang dipantulkan oleh reflector dan diterima balik oleh transmitter tergantung kepada obyek yang memantulkan. Terkadang untuk fluida yang mengalir tersebut obyek partikelnyanya tidak dapat memantulkan kembali karena sifat dasar dari fluida tersebut untuk beberapa fluida dalam proses hidrokarbon.

Dan untuk metode transit time mempunyai keunggulan karena berdasarkan dari  velocity (kecepatan aliran) jadi tidak bergantung dari obyek yang ada di dalam fluida tersebut, sehingga ultrasonic tipe transit time banyak digunakan di dalam custody transfer (product yang diukur mempunyai nilai jual). Selain itu juga tidak ada moving parts (benda bergerak) atau pressure drops (penurunan tekanan). Akurasi yang dihasilkan juga bagus yaitu 0.2 %.

d. Turbine Flowmeter

Flowmeter turbin adalah flowmeter yang akurat dan dapat diandalkan untuk  liquid dan gas. Dari rotor multi-blade dipasang dalam arah aliran fluida. Kecepatan rotasi adalah proporsional dengan aliran volumetrik. Putaran turbin dapat dideteksi oleh perangkat sensor solid state (induktansi, kapasitif dan Hall effect pick-up) atau dengan mekanik sensor (gear atau drive magnetik).

Prinsip Kerja Turbine flowmeter sensitif dengan aliran fluidanya. Diusahakan dipasang dalam pipa lurus dengan pemasangan sejauh mungkin dari semua peralatan yang dipasang dalam pipa yang sama. Minimum adalah 5 x D (Diameter dari pipa) untuk mencegah aliran turbulen., semakin jauh semakin baik.

Untuk akurasi, dikarenakan flowmeter ini untuk “low cost market” maka akurasinya tidak cukup baik yaitu antara 1-3 %. Makanya banyak sekali tipe turbine digunakan di perusahaan air minum atau perusahaan yang hanya untuk mencari tahu jumlah flow rate yang ada di dalam pipa saja.

Aplikasi Flow Meter :

Setiap jenis flowmeter memiliki aplikasi sendiri, misalnya :

1.      Pada Orifice  : Digunakan untuk mengukur volume gas, liquid dan steam dalam jumlah yang besar. Atau digunakan untuk mengukur mass juga terkadang digunakan untuk mengukur volume atau density.

2.      Pada electromagnetic flow meter : water, waste water, accid, caustic, Paint (tergantung spesfikasi alat..), dan semua yang mempunyai nilai Conduktivity yang cukup, ambil contoh E+H Promag 50/53 requirmentya ≥ 5 μS/cm, oleh sebab itu jenis Elctromagnetic tidak bisa digunakan untuk mengukur media yg nilai conductivitynya rendah spt demin water, steam, gas, dll.

3.      Pada Electromagnetic flow meter : paling banyak digunakan dalam aplikasi pengukuran aliran air dan limbah dan chemical. Sebagaian besar aplikasi dari pemakaian Electromagnetic flow meter adalah untuk dunia industri seperti industri makanan, minuman, farmasi, perhotelan dan pengolahan limbah karena harus menggunakan flowmeter yang memenuhi persyaratan sanitasi.

4.      Pada (Differential Pressure) flowmeters mengukur penurunan tekanan (pressure drop) di flow element dalam pipa, seperti orifice plate.

5.      Pada Pitot tube digunakan untuk mengukur kecepatan aliran fluida. Tabung pitot digunakan untuk mengukur kecepatan pada suatu titik dalam aliran dan bukan kecepatan rata-rata dalam pipa atau conduit.

Daftar Pustaka :

https://orangstrezz.wordpress.com/2011/03/30/flow-meter/

http://www.duniainstrumentasi.com/flowmeter-2/flowmeter/

https://almasdirektori.wordpress.com/2012/05/14/v-cone-flowmeter-mccrometer/