Apa itu Flow Measurement? Ini Penjelasan dan Jenis-Jenisnya! (Part 2)

    Halo semua, kali ini aku akan coba bahas topik lanjutan tentang field instrument yakni flow measurement di part ke-2. Jadi di sini aku akan coba jabarin tentang tipe-tipe flow meter, prinsip pengukuran dan kelebihan serta kekurangan masing-masing flow meter. Langsung saja kita bahas untuk tipe flow meter lanjutan dari Part 1 berikut ini.

B.  Venturi Tube

     Venturi tube merupakan tipe flowmeter yang juga memakai prinsip differential pressure atau perbedaan tekanan untuk mendapatkan laju aliran fluida yang melaluinya. Venturi tube juga mirip seperti orifice yang membuat aliran fluida di bagian tertentu tercekik (throttling) sehingga terjadi perbedaan tekanan yang dapat diukur dan dapat dikonversi menjadi laju aliran fluida. Berikut gambar dari venturi tube.

    Sensor differential pressure-nya terletak diantara inlet venturi dan bagian yang "tercekik" (throat section) sehingga terjadi perbedaan tekanan antara pressure pada bagian inlet dan pressure pada throat section yang menjadi nilai ukur dan dikonversi menjadi flowrate / laju aliran dari fluida yang melewatinya. 

 Aplikasi dari Venturi Tube

1. Venturi Tube dapat mengukur fluida yang memiliki tekanan rendah (low pressure) dan mampu mengukur 25% sampai 50% lebih flow dibandingkan dengan orifice plate pada tekanan rendah
2. Venturi tube dapat mengukur fluida dalam fase gas, vapor/steam, liquid baik itu clean, dirty serta liquid dengan suspended solid
3. Secara umum sesuai dengan pengukuran pada pipa yang sangat besar dan duct gas yang sangat besar
   

 Kelebihan dari Venturi Tube

1. Pressure drop yang lebih kecil diantara 10~25%
2. Memiliki turndown ratio 3:1
3. Memiliki tingkat akurasi ±3% dari full scale dan repeatability ±0.25%
4. Lebih tidak terpengaruh terhadap korosi dan lamanya pemakaian dibandingkan dengan orifice plate 

 Kekurangan dari Venturi Tube

1. Tipe DP Flowmeter yang paling mahal dari segi manufaktur, instalasi dan maintenance
   
2. Memiliki ukuran yang besar dan berat 
3. Harus mempertimbangkan terhadap panjang dari venturi tube itu sendiri.

 

C. Flow Nozzle

    Masih sama dengan kedua flowmeter sebelumnya, flow nozzle juga merupakan sebuah flowmeter yang menggunakan prinsip Bernoulli dan persamaan kontinuitas. Flow nozzle memiliki bagian yang konvergen berbentuk silindris. Karena bentuknya yang kaku, secara dimensional flow nozzle lebih stabil terhadap fluida dengan temperature dan laju aliran yang tinggi. Berikut merupakan contoh gambar dari Flow nozzle.

 

     Pressure tap dari flow nozzle diletakkan dengan jarak 1 x diameter pipa dari inlet flow nozzle pada sisi upstream dan jarak 1/2 x diameter pipa dari inlet flow nozzle pada sisi downstream-nya.

    Flow nozzle secara umum digunakan untuk mengukur laju aliran dari steam, fluida non-viscous (tidak kental), erosif, dan fluida yang memiliki kecepatan tinggi. Flow nozzle dapat digunakan pada bermacam-macam aplikasi pengukuran flow seperti steam, gas, udara, air, vapor, chemical substances dan temperature tinggi. 

Tipe-tipe Flow Nozzle

1. Tipe Weld-in

 

    Tipe weld-in flow nozzle ini dikembangkan oleh International Organization for Standardization (ISO). Flow nozzle tipe ini banyak diaplikasikan pada fluida yang memiliki tekanan dan temperature yang tinggi pada pipa di bawah 2 inch. Instalasi pada tipe ini permanen berada di dalam pipa dengan cara di weld (las). 

2. Tipe Flange

    Flow nozzle tipe ini ter-install pada pipa dengan menggunakan flange. Flow nozzle ini diletakkan diantara flange-flange pipa untuk menahan dan mengunci flow nozzle. Flange-flange yang menjepit flow nozzle ini dapat menggunakan Raise gasket face maupun ring to joint dan harus disesuaikan dengan pipe class dan rating pada piping specification yang ada (disesuaikan dengan kebutuhan). 

Kelebihan dari Flow Nozzle

1. Diaplikasikan pada fluida yang memiliki tekanan dan temperature tinggi seperti steam.
2. Mampu meng-handle laju aliran yang tinggi dengan dp loss yang kecil.
3. Waktu penggunaan flow element lebih lama karena memiliki bentuk inlet yang disesuaikan dengan pipa.

Kekurangan dari Flow Nozzle

1. Terbatas pada ukuran pipa dibawah 6 inch
2. Harga lebih mahal jika dibandingkan dengan orifice plate.

 

D.  Pitot Tube

    Tabung pitot digunakan untuk mengukur laju aliran dengan menggunakan prinsip yang sama dengan flowmeter sebelum-sebelumnya yakni differential pressure. Laju aliran fluida dihitung dari perbedaan antara tekanan statis dan tekanan total pitot tube menggunakan prinsip Bernoulli dan persamaan kontinuitas.

    Pitot pressure (total pitot tube) merupakan hasil penjumlahan antara tekanan statis dan tekanan dinamis atau jika dalam bahasa matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

Pressure total = Pressure statis + Pressure dinamis 

Dapat juga dituliskan sebagai persamaan sebagai berikut:

Dimana:

u = flow velocity

pt = total pressure

ps = static pressure

rho = massa jenis fluida

Untuk mencari nilai flow velocity maka persamaan tersebut di atas dapat disederhanakan menjadi:

Tipe-Tipe Pitot Tube 

1. Single-Port Pitot Tube

    Single-port pitot tube dapat mengukur kecepatan aliran fluida hanya pada satu titik saja pada cross-section dari aliran fluida. Probe-nya harus dimasukkan ke titik dimana titik tersebut merupakan representasi dari rata-rata kecepatan fluida yang mengalir. 

    Single-port pitot tube yang terkalibrasi, bersih dan dimasukkan ke dalam pipa dengan benar dapat memberikan tingkat akurasi ±1% dari full scale dengan turndown ratio 3:1. 

2. Averaging Pitot Tube

    Averaging pitot tube dilengkapi dengan beberapa port impact pressure dan static pressure yang didesain untuk mengukur tekanan fluida yang mengalir di tiap-tiap bagian dari pipa. Pada masing-masing bagian, tekanan diukur dan dikombinasi kemudian kecepatan aliran fluida dihitung menggunakan akar pangkat dua sehingga hasilnya merupakan indikasi dari kecepatan aliran fluida rata-rata. Jumlah dari port impact, jarak antar port dan diameter dari averaging pitot tube dapat dimodifikasi sedemikian sehingga memenuhi kebutuhan penggunaannya secara spesifik.

 Installasi

    Pitot tube dapat di-install sebagai flow element permanen ataupun device monitoring portable yang mem-provide data secara periodik. 

Dampak Vibrasi

    Resonansi getaran frekuensi natural dapat menyebabkan kegagalan pengukuran pada pitot tube. Getaran frekuensi natural disebabkan oleh gaya yang dibuat saat fluida yang melewati tabung pitot menghasilkan sebuah pusaran sehingga mengganggu pengukuran. Pitot tube akan mengalami getaran jika kecepatan aliran fluida berada pada batas kecepatan tertentu. Ketika batas kecepatan tertentu telah dihitung, pastikan bahwa operating velocity dari pitot tube diluar dari batas kecepatan tersebut. Jika masih berada dalam batas tersebut yang dapat dilakukan adalah mengganti diameter probe, mounting, atau lakukan kedua-duanya sampai operating velocity mampu berada di luar batas kecepatan tersebut.

Kelebihan dari Pitot Tube

1. Memiliki pressure loss paling kecil dibandingkan dengan flow element lain yang sejenis
   
2.  Pitot tube mudah di-install, khususnya pada plant existing
3. Dengan menggunakan hot taps, pitot tube dapat dengan mudah dipasang dan dilepas dari proses tanpa harus shutdown
4. Pitot tube lebih simple dari segi desain dan konstruksinya 

2. Magnetic Flowmeter

Prinsip Kerja    

    Magnetic Flowmeter merupakan sebuah device yang mengukur laju aliran fluida dengan berdasarkan pada Hukum Faraday yakni induksi elektromagnetik. Sensor dari magnetic flow meter ini dipasang inline dan mengukur tegangan induksi yang di-generate oleh fluida yang mengalir melalui pipa. Semakin banyak fluida yang mengalir maka semakin besar tegangan induksi yang dihasilkan. Transmitter menerima tegangan induksi kemudian dikonversikan ke laju aliran dan ditransmisikan ke control system.

Kelebihan

    Oleh karena magnetic flowmeter menggunakan induksi elektromagnetik, maka fluida yang akan diukur juga harus fluida yang mampu menghantar listrik (konduktif) dan slurries. Magnetic flowmeter ini termasuk tipe flowmeter tanpa wetted parts, seperti yang dijelaskan pada tipe-tipe flowmeter ini, dan juga tidak terpengaruh oleh perubahan massa jenis, viskositas dan pressure dari fluida. Flowmeter ini juga mampu mengukur fluida secara bidirectional, mudah untuk di re-span, dan tersedia dalam DC maupun AC. 

Kekurangan

    Magnetic flowmeter dapat mengukur fluida dengan baik ketika fluida tersebut memiliki konduktivitas elektrik lebih dari atau sama dengan 5μS/cm. Kekurangan dari flowmeter ini adalah harga yang lebih mahal dari rata-rata flowmeter dan memiliki dimensi yang besar dan berat. Fluida yang mengalir juga harus dipastikan tidak ada gelembung-gelembung udara dan gelembung gas agar tidak terjadi error pada saat pengukuran. Pada flowmeter ini juga harus dipertimbangkan pipe requirements pada sisi upstream dan downstream karena flowmeter ini sangat sensitif terhadap aliran fluida yang tidak simetris. 

3. Coriolis Mass Flowmeter

   

Prinsip Kerja

    Coriolis flowmeter ini mengukur laju aliran massa. Prinsip kerja dari coriolis flowmeter ini didasarkan pada gerakan naik-turun dari  tube di dalam flowmeter yang menyebabkan terjadinya osilasi/getaran. Gerakan naik turun pada tube ini dihasilkan dari daya eksternal yang di-supply ke flowmeter.  Ketika tidak ada fluida yang mengalir, maka gerakan dari tube yang berada dalam flowmeter hanya akan bergerak naik dan turun saja. Ketika flowmeter dialiri sebuah fluida maka gerakan dari tube akan berubah menjadi berosilasi sehingga memiliki fase dan amplitudo. Perbedaan fase akan proporsional dengan laju aliran massa fluida yang mengalir. Semakin kecil perbedaan fasenya maka semakin cepat laju aliran massa fluida tersebut begitu juga sebaliknya semakin besar perbedaan fasenya maka semakin lambat laju aliran massa fluidanya. 

Kelebihan

    Coriolis flowmeter mampu meng-handle aplikasi service yang sulit, tidak memiliki batasan Reynold number, dan tidak terpengaruh oleh perubahan kecil pada specific gravity dan viskositas. Coriolis juga salah satu device yang memiliki lifetime penggunaan yang lama meskipun jarang dilakukan maintenance. Memiliki tingkat akurasi yang tinggi, mampu mengukur fluida secara bidirectional dan memiliki pressure drop yang rendah.

Kekurangan

   Coriolis ini merupakan tipe flowmeter yang bisa dikatakan paling mahal diantara flowmeter-flowmeter tipe yang lain. Meskipun tingkat akurasi pengukuran tinggi namun harus dipastikan bahwa di dalam pipa tidak ada udara atau gas yang terjebak, hal ini akan membuat pembacaan pada transmitter tidak sesuai dengan kondisi aktual atau terjadi error pada pembacaan flow.

 

 Untuk penjelasan flow measurement part 2 ini mungkin cukup sekian, update selanjutnya akan melanjutkan pembahasan flowmeter lainnya di Flow Measurement (Part 3). Terimakasih telah membaca. Semoga bermanfaat.