pengukuran aliran cair dan aplikasinya di dunia industri

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

 Kekurangan:
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

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

Repeatability

Kemampuan suatu unit instrument atau alat ukur untuk mendapatkan hasilbaca yang sama pada beberapa kali pengukuran proses variable yang sama. 

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