Pengukur Aliran Cair
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 (pipa)
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).
Beberapa jenis flow meter yang sering digunakan di dalam
industri proses adalah sebagai berikut :
A. Differential
Pressure
Differential
Pressure Flowmeters (Head Flow Meter)
Differential pressure atau head flow measurement merupakan metoda pengukuran
flow yang paling populer saat ini untuk mengukur aliran fluida diindustri proses.
Kelebihan:
- Biaya pengadaannya awal: rendah - sedang
- Dapat digunakan di dalam cakupan luas (hampir semua phase fluida dan kondisi aliran).
- Strukturnya kokoh dan sederhana
Kekurangan:
- Rugi tekanan (pressure drop): sedang - tinggi
B. Orifice
Letak lubang
penghalang konsentris dengan penampang pipa.
Aplikasinya:
Digunakan untuk mengukur volume gas, liquid dan steam dalam jumlah
yang besar.
Kelebihan:
- Dapat digunakan pada berbagai ukuran pipa (range yang lebar).
- Ketelitian (accuracy) baik, jika plate dipasang dengan baik.
- Harga relative murah
Kekurangan:
- Rugi tekanan (pressure drop) relatif tinggi.
- Tidak dapat digunakan untuk mengukur laju aliran, karena cenderung terjadi penyumbatan.
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).
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.
C. Venturi
Tabung
venturi adalah serupa dengan lubang meter, tetapi dirancang untuk hampir
menghilangkan pemisahan lapisan batas, dan dengan demikian membentuk tarik.
Perubahan luas penampang dalam tabung venturi menyebabkan perubahan tekanan
antara bagian konvergen dan tenggorokan, dan laju aliran dapat ditentukan dari
penurunan tekanan. Meskipun lebih mahal bahwa pelat orifice, tabung venturi
memperkenalkan substansial penurunan tekanan rendah non-dipulihkan.
D. Angguk (nutating disk)
Air masuk pada bagian kiri meter itu dan
menekan piring yang terpasang secara eksentrik. Agar zat cair dapat mengalir
melalui meter itu, piring itu harus mengangguk-angguk diseputar sumbu vertikal
karena bagian atas dan bagian bawah piring selalu dalam kontak dengan ruang
tempat piring itu terpasang. Ruang masuk dan keluar piring itu terpisah oleh
suatu dinding sekat. Volume zat cair yang mengalir melalui meter itu terlihat
dari jumlah anggukan piring. Penunjukan aliran volumetrik diberikan melalui
suatu susunan roda gigi dan pencatat yang dihubungkan dengan piring angguk.
Laju aliran zat cair yang tak mudah
menguap, seperti air, dapat diukur dengan teknik penimbangan langsung. Teknik
ini biasa digunakan untuk kalibrasi meter-aliran air atau zat cair lain, dan karena
itu dapat dianggap sebagai suatu teknik kalibrasi yang standar.
Kelebihan:
Dapat digunakan untuk kalibrasi meter aliran cair
Dapat digunakan untuk kalibrasi meter aliran cair
Kekurangan:
Tidak cocok untuk pengukuran aliran transien.
Tidak cocok untuk pengukuran aliran transien.
Aplikasi:
Dipakai dalam penerapan yang memerlukan
ketelitian tinggi pada kondisi aliran stedi seperti pengukuran aliran dalam
pipa dengan ketelitian 1 % dan untuk kalibrasi meter aliran cair atau zat cair
lain, serta meter air rumah tangga.
E. Meter impeller daun (lobed impeller meter)
Aplikasi:
Dapat digunakan untuk pengukuran aliran gas
maupun zat cair. Impeler (kipas) dan selongsongnya dikerjakan dengan mesin
sehingga sangat pas satu sama lain. Dengan demikian fluida yang masuk selalu
terperangkap di antara kedua rotor dan teangkut keluar oleh putarannya. Jumlah
putaran rotor member petunjuk tentang laju aliran volumetric.
F. Turbine
Parameters Turbine Meter
Terminologi yang secara luas digunakan dalam aplikasi turbine meter, yaitu: Accuracy
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 sebuahalat ukur, atau system pengukuran.
Repeatability
Repeatability
Kemampuan suatu unit instrument atau alat ukur untuk mendapatkan hasilbaca yang sama
pada beberapa kali pengukuran proses variable yang sama.
Rangebility
Rangebility
Perbandingan antara flow maksimum dan flow minimum yang dapat dikendalikan.
Mampu mengukur aliran fluida panas (molten sulphur, liquid toffee) dan
aliran fluida dingin (cryogenic helium, liquid nitrogen).
Kelebihan:
- Pressure drop : rendah.
- Sesuai untuk bi-directional flow
Kekurangan:
- Biaya pengadaan awal : tinggi
- Kemungkinan penyumbatan (clogging) terjadi dan sukar dibersihkan
- Ukuran secara keseluruhan besar (dibanding dengan flowmeter lain)
- Ukuran Line size yang tersedia : terbatas.
G. Ultrasonic
Ultrasonic
Flowmeters
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 ultrasonicdari pengirim (transmitter) ke penerima (receiver).
- Model Doppler: berdarkan frekuensi pelayangan Doppler.
Kelebihan
- Tidak ada penghalang di lintasan aliran, sehingga tidak ada pressure drop.
- Tidak ada part bergerak (moving parts), sehingga maintenance costrendah.
- Model multi-path mempunyai ketelitian lebih tinggi
- Dapat digunakan untuk mengukur flow fluida yang korosif dan slurry.
- Model portable tersedia untuk analisa dan diagnosa di lapangan.
Kekurangan
- Biaya pengadaan awal : tinggi
- Model single path (one-beam) tidak sesuai untuk pengukuran kecepatan aliran (flow velocity) yang bervariasi di atas range Reynolds numbers.
Doppler Ultrasonic Flow meters
Flowmeter ini didasarkan pada efek Doppler yang menghubungkan frekuensi
pelayangan gelombang akustik dengan kecepatan aliran.
Kelebihan
- Tidak ada penghalang di lintasan aliran, sehingga tidak adapressure drop.
- Tidak ada part bergerak (moving parts), sehingga maintenancecost rendah.
- Dapat digunakan untuk mengukur flow fluida yang korosif danslurry.
- Model portable tersedia untuk analisa dan diagnosa di lapangan.
Kekurangan
- Biaya pengadaan awal : tinggi
H. Vortex
Vortex Flowmeters
Flowmeter ini dikenal juga sebagai vortex shedding flowmeters atau oscillatory flowmeters, prinsip kerjanya
didasarkan pada pengukuran getaran (vibration) pada down stream pusaran (vortex) yang disebabkan oleh penghalang yang ditempatkan
pada aliran fluida. Frekwensi getaran dari vortex dapat dihubungkan dengan laju
aliran fluida
Kelebihan
- Akurasinya tinggi
- Handal pada liquid yang bersih.
- Metoda terbukti (proven)
- Dapat dipasang secara internal atau secara eksternal.
- Pemasangan secara external pada unit dapat di blok dengan valveuntuk maintenance.
- Dapat digunakan untuk mengukur liquid interface.
Kekurangan
Ø Range terbatas (level > 48 inches sukar untuk ditangani).
Ø Biaya meningkat untuk unit eksternal sehubungan dengan pressurerating
meningkat.
Ø External units kemungkinan memerlukan pemanas (heating) untukmenghindari
pembekuan (freezing).
Ø External units kemungkinan menghasilkan kesalahan disebabkanperbedaan
temperature antara fluida didalam vessel dengan fluida didalam level chamber.
I. Spiral Bourdon Tube
Aplikasinya:
Digunakan secara umum pada range tekanan menengah (medium pressure), tetapi
untuk tugas berat juga tersedia dalam range hingga100.000 psig. Range
akurasinya sekitar ± 0.5 % dari span.
Helical Bourdon Tube
Aplikasinya:
Digunakan pada
range dari 100 ~ 80.000 psig dengan akurasi sekitar ± ½ - ± 1 % dari span. Penggunaan
yang terbesar untuk unit bellows adalah sebagai elemen penerima untuk pneumatic recorders, indicators dan controllers. Bellows
juga secara luas digunakan sebagai unit diferensial pressure untuk pengukuran aliran
(flow) serta recorder dan controller pneumatic yang dipasang dilapangan.
J. Waste water flow meter
Aplikasinya:
Banyak dipakai di indusri
manufacture, oil and gas, pertambangan, hotel dan restoran serta di rumah sakit
atau ditempat lainnya yang peduli terhadap lingkungan.
Waste
water treatment
Banyak sekali jenisnya karena
kandungan oil, limbah domistic hingga limbah karena proses chemical. Flow meter limbah yang mempunyai base water karena
jenis limbah yang bermacam-macam maka pemilihan jenis waste water flow
meter harus disesuaikan dengan penerapan di lapangan.
L. Flow Meter limbah
Aplikasinya:
Area yang kotor dan keasamannya
ekstrim baik itu asam maupun basah, karena itu hendaknya jenis matrial flow meter untuk
body sensor menggunakan stainless steel atau non metal agar lebih tahan lama
dan tidak berkarat. Jika menggunakan stainless steel cukup menggunakan SUS 304
dan untuk non metal dapat juga digunakan PP atau PVC.
Tabel.
Pengukuran aliran cair.
Sensor
|
Rangeability1
|
akurasi
|
Dynamics (s)
|
Kelebihan
|
kekurangan
|
orifice
|
3.5:1
|
2-4% dari rentang penuh
|
-
|
-Biaya rendah
-Praktek industri yang luas |
- Kehilangan tekanan tinggi
-Plugging dengan lumpur |
venturi
|
3.5:1
|
1% dari rentang penuh
|
-
|
-Menurunkan tekanan kerugian
daripada lubang
-Slurries jangan hubungkan |
-Biaya tinggi
-Garis bawah 15 cm |
flow nozzle
|
3.5:1
|
Rentang 2%
|
-
|
- Untuk bubur pelayanan yang baik
-Menengah kehilangan tekanan |
-Tinggi biaya dari pelat orifice
-Terbatas ukuran pipa |
elbow meter
|
3:1
|
5-10% dari rentang penuh
|
-
|
- tekanan rendah
|
- akurasi
-kerugian sangat miskin
|
annubar
|
3:1
|
0.5-1.5% dari rentang
penuh
|
-
|
- Kehilangan tekanan rendah
-Besar diameter pipa |
- Miskin kinerja dengan cairan kotor atau lengket
|
turbine
|
20:1
|
0.25% dari pengukuran
|
-
|
--Lebar rangeability
-Baik akurasi |
--Biaya tinggi
-Saringan dibutuhkan, terutama untuk bubur |
vortex shedding
|
10:1
|
1% dari pengukuran
|
-
|
-Lebar rangeability
-Tidak sensitif terhadap variasi dalam kepadatan, suhu,tekanan dan viskositas |
-mahal
|
positive displacement
|
10:1 atau lebih besar
|
0.5% dari pengukuran
|
-
|
-tinggi rangeability
- Baik akurasi
|
- Penurunan tekanan tinggi
-Rusak oleh lonjakan arus atau padatan |