Jenis Flow Meter Berdasarkan Prinsip Kerja dan Aplikasinya

Jenis Flow Meter Berdasarkan Prinsip Kerja dan Aplikasinya

Jenis Flow Meter Berdasarkan Prinsip Kerja dan Aplikasinya yang dimana flow meter mempunyai cara kerja berbeda-berbeda, yang tergantung pada desain dan jenisnya.

Prinsip Kerja Flow Meter & Aplikasinya

Berdar model dan desain, flowmeter mempunyai banyak jenis dimana cara kerjanya disesuaikan. Prinsip kerja flow meter ada yang berdar pada kecepatan aliran, volume suatu ruang, perbedaan tekanan, temperature serta tergantung aplikasinya.

 

Header Electromagnetic flow meter
Jenis electromagnetic flow meter

Untuk jenis tertentu, seperti flowmeter coriolis  menggunakan tenaga hasil osilasi  dan frekuensi yang ditransformasikan ke massa. Yang pertama dikenal adalah berdasar pada pemindahan volume ruangan, seperti flowmeter jenis positve displacement. Selanjutnya, berdasarkan putaran suatu sensor yang diterjemahkan sebagai kecepatan aliran seperti pada jenis turbine. Saat ini, yang paling banyak dikenal aadlah berdasarkan pemindahan ruangan, kecepatan aliran dan prinsip mass flow.

Pada gas, yang sering dipakai adalah thermal mass, turbine, Vortex, dan coriolis. Ada juga, yang menggunakan jenis ultrasoni, tergantung pada karekter gas dan akurasi flowmeter yang diinginkan. Untuk fluida cair, bisa menggunakan ultrasonic, electromagnetic, turbine, positive displacement, variable area, venturi, coriolis mass flow meter, dan lainnya.

Electromagnetic Flow Meter

Flow meter magnetik atau elektromagnetik dirancang untuk mengukur aliran cairan bermuatan listrik dalam pipa tertutup. Dengan menggunakan prinsip ini, fluida (cairan) yang akan digunakan harus konduktif secara elektrik (biasanya ≥ 5μS / cm) bahkan ciaran asam agresif dikarenakan prinsip pengoperasian flowmeter magnetik didasarkan pada Hukum Induksi Elektromagnetik Michael Faraday. Cairan yang tidak kompatibel dengan magnetic flow meter yaitu minyak dan cairan lainnya yang berbahan dasar minyak bumi.

Aplikasi Electromagnetic Flow Meter

  • Hanya bisa digunakan untuk air, baik air bersih maupun air kotor yang punya konduktivitas dan tidak cocok untuk air demin.
  • Material flowmeter disesuaikan dengan spesifikasi cairan, pressure dan temperature kerja
  • Mempunyai akurasi yang cukup bagus pada kisaran 0.5% dan lebih baik

Ultrasonic Flow Meter

Ultrasonic Flow Meter merupakan jenis flow meter yang mempunyai prinsip kerja untuk mengukur atau mengitung kecepatan aliran suatu fluida dengan menggunakan ultrasound untuk melakukan kalkulasi flowrate. Dengan diketahuinya Kecepatan aliran maka dapat di hitung flow rate dengan mengetahui luasan penanmpang suatu jalur aliran. Flowmeter ultrasonic ini lebih banyak diketahui sebagai flowmeter yang mempunyai sistem installasi dengan menggunakan sistem non-contact dimana sensor atau transducer tidak terjadi contact langsung dengan fluida. Karena cara instalasinya non contact atau clamp on maka flow meter ultrasonic dikenal sebagai flow meter portable.

Aplikasi Ultrasonic Flow Meter

  • Ada 2 jenis untuk cairan atau untuk gas, namun jenis ultrasonic flow meternya berbeda.
  • Mempunyai koneksi flange, insertion dan clampp on
  • Cocok digunakan untuk semua jenis cairan yang homogen dan tidak cocok untuk lumpur atau sullury.
  • Cocok untuk aliran yang lambat atau aliran karena gravitasi.
  • Untuk jenis clamp on cocok bagi mereka yang tidak ingin proses produksi berhenti saat instalasi atau service.

Coriolis Mass Flow Meter

Coriolis flow meter menggunakan tabung yang diberi energi dalam bentuk getaran yang tetap. Ketika fluida (cair atau gas) masuk dan melewati tabung tersebut, akan ada momentum aliran massa yang menyebabkan perubahan pada getaran tabung, selanjutnya tabung akan berputar dan menghasilkan pergeseran fasa. Pergeseran fase ini kemudian akan diukur dan menghasilkan data massa aliran.

Flow meter coriolis sendiri umumnya menerapkan dua buah tabung. Tabung tersebut akan bergetar berlawanan satu sama lain melalui koil magnetik. Sensor dalam bentuk rakitan magnet serta koil ditempatkan pada saluran masuk (inlet) dan saluran keluar (outlet) pada kedua tabung. Ketika koil bergerak melalui medan magnet maka akan menimbulkan tegangan dalam bentuk gelombang sinus atau sinusoidal. Gelombang sinus yang dihasilkan akan menjadi kunci utama dalam mengukur aliran massa fluida.

Aplikasi Coriolis Mass Flow Meter

  • Jenis flowmeter yang real menghitung mass flow
  • cocok digunakan untuk semua jenis fluida seperti cairan dan gas
  • Harganya sangat mahal sehingga cocok digunakan untuk harga fluida yang mahal dan perlu akurasi tinggi.
  • Mempunyai akrasi yang sangat baik pada kisaran 0.2% dan lebih baik

Thermal Mass Flow Meter

Flow meter Thermal mass menggunakan sifat termal fluida untuk mengukur laju aliran fluida yang mengalir dalam pipa atau saluran. Umumnya dalam flowmeter thermal, jumlah panas tertentu akan diterapkan pada sensor pemanas. Sebagian panas ini hilang karena fluida yang mengalir. Saat aliran meningkat, lebih banyak panas yang hilang. Jumlah panas yang hilang diukur dengan mengukur selisih suhu. Transmitter menggunakan input panas dan pengukuran suhu untuk menentukan laju aliran fluida. Kebanyakan Flow Meter Thermal Mass digunakan untuk mengukur aliran gas.

Aplikasi Thermal Mass Flow Meter

  • Biasa digunakan pada fluida gas seperti CNG, Nitrogen, gas alam, udara, dll
  • Memberikan informasi hasil bacaan berupa mass flow
  • Ada juga yang diaplikasikan pada cairan tertentu seperti oli
  • Tidak cocok untuk fluida dengan temperature tinggi

Vortex Flow Meter

Ketika cairan melewati obstruksi (bluff body), terjadi osilasi aliran. Sebagai contoh osilasi ini di alam termasuk bersiul yang disebabkan oleh angin yang bertiup melalui cabang-cabang pohon atau melambaikan bendera di angin.

Perhatikan bahwa dalam contoh ini, ketika aliran melambat, osilasi berhenti. Artinya, siulan berhenti ketika angin mereda, atau benderanya tidak melambai dalam angin sepoi-sepoi. Ini karena ketika aliran menabrak halangan (gertak tubuh atau dalam contoh bendera kita tiang bendera), ia memisahkan dan bergerak di sekitar objek untuk melanjutkan di hilir. Vortex berputar terpisah dari objek (disebut bluff body atau shedder) pada sisi-sisi bolak-balik pada titik kontak dengan objek.

Penumpahan ini menyebabkan putaran tekanan rendah di satu sisi dan tekanan tinggi di sisi lain. Proses ini dibalik dari satu sisi ke sisi lain dan terus bergantian. Dua frekuensi swirl adalah 180° dari fase satu sama lain dan frekuensi proses pelepasan ini sebanding dengan kecepatan aliran.

Dengan mengukur frekuensi pembentukan pusaran di sisi mana saja dari bluff body, laju aliran dapat diperoleh. Kecepatan fluida sebanding dengan frekuensi vortex dan lebar bluff body.

Semua faktor diketahui dalam dua persamaan ini kecuali frekuensi pembentukan pusaran dan laju aliran. Oleh karena itu, dengan mengukur frekuensi, flow rate dapat dihitung menggunakan persamaan.

Pengukur aliran vortex berfungsi baik pada cairan, gas, dan uap yang relatif bersih yang tidak mengandung jumlah padatan yang signifikan. Perhatian harus diberikan ketika berurusan dengan gas dengan kepadatan rendah karena ini menghasilkan pulsa tekanan lemah dan karenanya sinyal mungkin sulit dideteksi.

Vortex meter paling populer dalam aplikasi uap karena dibandingkan dengan pengukuran aliran lainnya, flow meter vortex sebagai alat pengukur aliran uap memiliki pergantian yang lebih baik, tidak memiliki bagian yang bergerak, memberikan masa kerja yang panjang, dan relatif murah.

Aplikasi Vortex Flow Meter

  • Sebaiknya digunakan untuk steam, udara dan air panas.
  • Cukup handal untuk temperature tinggi dan bisa menghitung mass flow saat di kompensasikan dengan sensor pressure dan temperature.
  • Memiliki akurasi yang standart dengan akurasi 2%

Positive Displacement Flow Meter

Positive Displacement flow meter adalah jenis pengukur aliran yang membutuhkan cairan untuk secara mekanis memindahkan komponen dalam pengukur di pengukuran aliran. Positive Displacement flow meter mengukur laju aliran volumetrik dari fluida atau gas yang bergerak dengan membagi media menjadi volume yang tetap dan terukur (kenaikan terbatas atau volume fluida). Kita bisa analogikan dengan memegang ember di bawah keran, mengisinya ke level yang ditentukan, kemudian dengan cepat menggantinya dengan ember lain dan menentukan waktu di mana ember diisi (atau jumlah total ember untuk aliran “total”) . Dengan kompensasi tekanan dan suhu yang tepat, laju aliran massa dapat ditentukan secara akurat.

Aplikasi Positive Displacement Flow Meter

  • Kilang Minyak dan Gas
  • Pabrik kimia dan petrokimia
  • Pabrik makanan dan minuman
  • Otomotif dan Penerbangan

Turbine Flow Meter

Turbine flow meter merupakan salah satu jenis pengukur debit aliran yang cukup dikenal karena beberapa keunggulannya. Jenis pengukur aliran ini identik dengan kemudahan pengoperasian dan pemeliharaan, dan digunakan di beberapa sektor industri sebagai metode yang andal, hemat biaya serta memiliki hasil pengukuran aliran yang tergolong sangat akurat. Flow meter turbin dirancang untuk memaksimalkan dan meminimalkan penurunan tekanan, mempertahankan laju aliran dan menawarkan output sinyal yang sebanding dengan laju aliran di dalam pipa.

Aplikasi Turbine Flow Meter

  • Pengolahan Minyak dan Gas (kilang minyak dan gas plant)
  • Pengolahan air dan limbah
  • Utilitas gas
  • Pembangkit listrik
  • Pabrik makanan dan minuman
  • Penerbangan
  • Pabrik farmasi
  • Sektor pertambangan

Venturi Flow Meter

Venturi meter adalah gabungan dari venturi effect dengan alat ukur tekanan. Venturi meter adalah salah satu bentuk alat ukur aliran yang dapat digunakan pada berbagai bidang. Sebenarnya, alat atau instrumen untuk mengukur aliran fluida ada beberapa macam. Antara lain adalah Orifice Flow Meter, Flow Nozzle, Elbow Meter, Pitot Tube & Annubar, dan lain sebagainya. Namun pada kesempatan kali ini akan kita bahas alat ukur aliran fluida dengan menggunakan venturi meter.

Efek venturi terjadi pada sebuah aliran fluida yang mengalami kenaikan velocity seiring dengan penurunan luas penampang aliran, hal tersebut diiringi juga dengan terjadinya penurunan tekanan statis (static pressure) fluida tersebut. Hal tersebut sesuai dengan hukum aliran fluida dinamik, kecepatan aliran fluida harus naik apabila terdapat restriksi pada pipa untuk memenuhi Hukum Kontinuitas, sedangkan besar tekanan harus turun untuk memenuhi Hukum Konservasi Mekanika Energi.

Menggunakan persamaan Bernoulli untuk kondisi khusus aliran fluida incompressible, berikut adalah persamaan penurunan tekanan pada venturi meter:

Persamaan Venturi meter

Dimana ρ adalah massa jenis fluida, v1 adalah kecepatan fluida yang lebih lambat, dan v2 adalah kecepatan fluida yang lebih tinggi. Persamaan ini hanya dapat digunakan pada aliran fluida yang tidak mampu mampat, dan tidak terjadi perubahan massa jenis.

Dalam sistem kontrol otomatis, melalui venturi meter didapatkan nilai tekanan di dua bagian venturi, yang selanjutnya dihubungkan dengan transmitter. Transmitter tersebut mengubah sinyal tekanan menjadi sinyal arus listrik, dan sistem kontrol data akan mengubah besaran arus yang ada tersebut menjadi besar aliran sesuai dengan standard yang sudah ditentukan.

Aplikasi Venturi Flow Meter

  • Banyak digunakan untuk sistem pompa pemadam kebakaran
  • Untuk mendeteksi flow rate atau debit air pada pompa
  • Menggunakan display penunjukan berupa gauge

Variable Area Flow Meter (Rotameter)

Prinsif kerja daripada Rotameter dapat diterangkan sebagai berikut; Aliran masuk melalui jalur bagian bawah dari perangkat yang berbentuk tirus (tapered) menyebabkan adanya gaya angkat pada bola atau float yang ditempatkan dibagian dalam tabung tirus. Float akan naik sampai pada titik dimana gaya seret (drag force) seimbang dengan berat dan gaya apung (buoyancy). Posisi float dalam tabung akan menunjukkan besarnya aliran dalam unit flow (volume per satuan wahktu). Istilah variable area diambil dari prinsif kerja perangkat ini yaitu bergantung pada luas bidang annulus diantara float dengan dinding tabung (variable area).

Open Channel Flow Meter

Open channel flowmeter bekerja di beberapa titik di jalur pengukuran aliran. Cairan mungkin sepenuhnya terbuka ke atmosfer, atau mungkin terkandung dalam pipa tertutup yang tidak penuh dengan cairan dan hanya terbuka ke atmosfer di titik pemasangan flowmeter itu sendiri.

Open channel flow meter menggunakan dua jenis sensor ketinggian dan velocity atau perbedaan ketinggian. Pada dasarnya flow meter open channel ini menghitung kecepatan aliran dengan mempertimbangkan ketinggian permukaan. Untuk pengukuran kecepatan aliran bisa menggunakan transit time flow meter atau magnetic flow meter. Sedangkan untuk ketinggian permukaan aliran menggunakan ultrasonic level sensor. Penggabungan velocity dengan luas penampang bisa menghasilkan kapasitas aliran / flow rate aliran dalam kanal.

Aplikasi Open Channel Flow Meter

  • Diaplikasikan pada sistem saluran terbuka seperti pada kanal, sungai atau parit.
  • Menghitung kecepatan aliran dengan mempertimbangkan ketinggian permukaan.
  • Pengukuran kecepatan aliran menggunakan transittime flow meter atau Magnetic flow meter. Untuk ketinggian permukaan aliran menggunakan level sensor
  • Penggabungan velocity dengan luas penampang bisa menghasilkan kapasitas aliran atau flow rate aliran dalam kanal.

Demikian Artikel “Jenis Flow Meter Berdasarkan Prinsip Kerja dan Aplikasinya” semoga dapat membantu para pembaca untuk membedakan prinsip kerja dan pengaplikasinya.

Share
%d bloggers like this: