Instrumentasi Flow Measurement ( Alat Ukur Aliran)

Instrumentasi Flow Measurement ( Alat Ukur Aliran)

Beberapa cara atau prinsip pengukuran flow dengan menggunakan:

1. Magnetic flow meter

Biasanya digunakan untuk mengukur flow, dimana untuk alat ukur yang lain banyak mengalami kesulitan, seperti aliran yang mempunyai viscolitas tinggi, aliran asam yang korosive, slury ( minyak yang campur pasir, detergent, pulp (bubur kertas) dan sebagainya.

Kebaikan dari magnetic flow meter adalah:
  • Mempunyai sensitivity dan accuracy yang besar, kesalahannya : plus minus 1% ( full scale).
  • Dapat digunakan untuk mengukur flowyang rendah sampai pada flow yang tinggi.
  • Dapat digunakan untuk mengukur aliran yang bolak-balik.
  • Outputnya linier.
Tubenya terbuat dari metal yang non-magnetic, stainless steel, disebelah dalam dilapisi neopreme supaya tidak short dengan tegangan yang dihasilkan.

Elektrodanya adalah stainless steel 361 dengan isolasi teflon. Untuk zat-zat yang sangat korosif, elektrodanya dibuat dari platinum.

Prinsip kerjanya: Menurut hukum Faraday untuk induksi magnetik.

Tegangan supply (E)yang disalurkan ke coil, akan membuat medan megnetik (H). Didalam tube-nya akan mengalir suatu jenis aliran (fluida)yang bergerak pada medan magne dengan kecepatan V, sedang diameter tube : d.

Menurut hukum Faraday : Tegangan (E) yang diinduksikan pada elektroda seolah-olah datang dari konduktor sepanjang "d" yang bergerak dengan kecepatan "V" pada medan magnet "H". maka tegangan induksinya:
E = C.H.d.V 
  • C : Constanta
  • H,d: constant
Maka :
E ~ V
Jadi dengan mengukur E atau tegangan, maka kita bisa mengukur V atau kapasitas aliran yang mengalir pada tube tadi.

2. Turbine Flow Meter

Ada dua macam turbine flow meter:

a. Mechanical Turbine Flow Meter

Turbine / sudu-sudu meter akan berputar karena adanya aliran, selanjutnya gerakan ini diteruskan ke mechanical counter untuk pembacaan jumlah fluida yang mengalir.

Kecepatan putaran turbin linier terhadap kecepatan aliran, kalau turbin berikut sistem transmisinya bebas dari gesekan. maka meter akan bekerja dengan baik kalau kecepatan aliran di atas nilai kecepatan kritis.

Meter ini mempunyai ketelitian dengan kesalahan 2%. Faktor penting yang mempengaruhi kalibrasi meter ini adalah BD dan viscolitas juga temperatur.

Keuntungan penggunaan alat ini ( mechanical turbine flow meter) :
  • Rugi tekanan (pressure drop) kecil.
  • Dapat mengukur aliran fluida yang mengandung bahan-bahan solid.
  • Hampir tidak mempunyai daerah batas pengukur.

b. Electric Turbine Flow Meter

Setiap kali sudu-sudu melewati pick-up coil, maka akan diinduksikan pulsa-pulsa pada pick-up coil tersebut.

Pulsa-pulsa ini akan proportional dengan kecepatan aliran. Kemudian dimasukkan ke frequency to voltage converter untuk mendapatkan tegangan yang proportional dengan kecepatan aliran.

Seterusnya tegangan tersebut dikonversikan ke digital output masuk ke digital display.

Jenis turbine flow meter ini, tidak boleh digunakan untuk fluida yang mengandung partikel yang bisa magnetisasi. FM ini mempunyai akurasi tinggi dan dapat digunakan untuk segala macam fluida.

3. Differential Pressure Flow Meter ( Head Flow Meter)

Metode pengukuran berdasarkan hukum Bernoulli ( untuk aliran laminair).

Persamaan Bernoulli, untuk aliran seperti diatas:
Z1+(P1/Y)+(-V1^2/2g) = Z2+ (P2/Y)+(V2^2/2g)
Dimana:
  • Z : tinggi dari permukaan datar.
  • P : static pressure.
  • Y : specivic grafity fluida.
  • V : stream velocity.
  • g : acceleration.
Perlengkapan Head Flow Meter:

Untuk mendapatkan D/P antara stream & down stream kita harus memasang suatu risttriction, sedang yang umum dipakai adalah:

a. Orifice Plate

Untuk orifice plate kita kenal 3 macam:
  • Consentris, Fungsi lobang kecil pada orifice untuk membuang gas/udara pada permukaan liquid.
  • Consentris Orifice, Digunakan untuk mengukur flow yang tidak mengandung solid, baik gas maupun liquid.
  • Excentris dan Segmental, Digunakan untuk mengukur flow dari fluida yang mengandung zat padat.
Cara penempatan orifice type ini, bagian bawah lobang orifice mempunyai jarak terdekat terhadap permukaan dalam dari pipa serta diperlukan cara-cara kalibrasi yang khusus mengingat bahwa coefisien aliran standart hanya digunakan untuk orifice yang consentris.

Orifice biasanya dibuat dari baja tahan karat, tahan abrasi/eroasi, seperti stainless steel atau monel yang disesuaikan dengan fluida yang mengalir.

Cara pemasangan Taps untuk orifice

1. Flange Taps

Diletakkan pada jarak 1" didepan dan dibelakang plat orifice. Cara ini paling banyak dipakai, untuk pipa lebih besar dari 2". Sedang untuk ukuran pipa dibawah 2" gunakanlah cara vena contracta taps.

2. Vena Contracta Taps

Lobang tekanan tinggi diletakkan pada jarak sebesar diameter dalam pipa didepan plat orifice sedang lobang tekanan rendah diletakkantitik vena contracta.

Vena contracta adalah sebuah titik pada aliran yang mempunyai tekanan terkecil sebagai akibat adanya lobang penghalang. letak titik ini tergantung kepada rasio beta.

3. Pipe Taps

Untuk mengukur beda tekanan yang permanen dimana jarak lobang tekanan tinggi 2 1/2 D didepan dan lobang tekanan rendah 8D di belakang plat orifice.

Keuntungan cara ini adalah dapat digunakan laju aliran yang lebih rendah dari pada kemampuan cara flane taps dan vena taps.

4. Venturi Tube

Venturi Tube bagian throatnya dibuat satu unit tersendiri agar mudah diganti sedangkan tabung venturi dibuat dari beton tuang yang halus, dengan sudut kerucut inputnya 20^0 dan sudut kerucut outputnya 7^0.

Pressure taps-nya tidak diambil dari satu lobang tapi beberapa lobang sekitar permukaan pipa yang hubungan keluarnya menjadi satu berupa cincin.

Perbandingan diameter pipa dan diameter throat bervariasi 0,25 - 0,5.

Keuntungan :
  1. Ketelitian tinggi dibanding dengan menggunakan restriction lain.
  2. Pressure drop tinggi.
  3. Tahan terhadap abrasi dan kemungkinan menampung endapan kecil.
  4. Dapat digunakan mengukur aliran yang besar (>5.000.000 gpm) menyebabkan aliran turbulent.

c. Flow Nozzle/ Venturi Nozzle

Venturi Nozzle digunakan untuk semua liquid , terutama bisa digunakan untuk fluida yang mengandung solid dan pressure drop-nya kecil, sedangkan flow nozzle cocok untuk gas, vapour dan steam.