Teknologi Pengukuran Flow/Aliran menggunakan Differential Pressure Flowmeter

 

Pengukuran flow merupakan hal yang penting dalam dunia industri seperti migas, pembangkit listrik, petrokimia, makanan, air dan pengelolaan limbah. Industri-industri tersebut memerlukan penentuan kuantitas dari berbagai macam fluida antara lain gas, liquid, dan steam yang melalui saluran tertutup atau kanal terbuka pada pemrosesan atau pengoperasiannya. Kuantitas yang ditentukan bisa volume, rate massa, kecepatan, dsb.

 

Instrumen yang digunakan untuk melakukan pengukuran flow disebut flowmeter. Perkembangan flowmeter melibatkan ruang lingkup disiplin yang luas termasuk jenis sensornya, teknik komputasi dalam interaksi antara sensor dan fluida, asosiasi antara transduser dan unit pemrosesan sinyal, dan penilaian dari sistem keseluruhan pada kondisi ideal, diberi gangguan, atau berpotensi ledakan baik itu di laboratorium maupun di lapangan.

 

Berdasarkan metode/media yang digunakan dalam pengukuran flow, tipe flowmeter dibagi menjadi 4 kategori yaitu DP (Differential Pressure) Flowmeter, Mechanical Flowmeter, Electronic Flowmeter, dan Mass Flowmeter. Pada postingan kali ini, tipe flowmeter yang akan dibahas adalah DP Flowmeter. Flowmeter jenis ini memanfaatkan perbedaan tekanan pada area upstream dan downstream. Perbedaan tekanan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam persamaan Bernoulli sehingga didapatkan laju aliran dari fluida yang melewati sebuah pipa.

 

Jenis flowmeter yang memanfaatkan prinsip perbedaan tekanan antara lain:

1. Tabung Venturi

 

Berdasar pada persamaan Bernoulli, maka

Jadi,

 

Ket :
Q = Laju Aliran
A1,2 = Luas Penampang
P 1,2 = Tekanan
p (rho) = Kerapatan Fluida

 

Dari formula di atas akan didapatkan Q (Laju Aliran) dari fluida yang melewati tabung venturi. Adapun kelebihan dan kekurangan dari pemasangan tabung venturi ialah

 

Kelebihan :

+ Rugi tekanan rendah
+ Dapat digunakan untuk cairan yang mengandung endapan
+ Dapat digunakan untuk laju aliran yang tinggi
+ Lebih teliti dengan daerah ukur yang lebar dibanding denga orifice atau nozel

 

Kekurangan :

- Jarang terdapat tabung venturi dengan ukuran yang kecil (kurang dari 15 cm)
- Harganya relatif mahal

2. Flow Nozzle

 

 

Prinsip kerja yang digunakan serupa dengan pengukuran flow pada tabung venturi yang memanfaatkan persamaan Bernoulli dalam menentukan laju aliran fluida. Hanya saja apabila dibanding dengan tabung venturi ukuran dari flow nozzle ini lebih kecil. Adapun kelebihan dan kekurangannya antara lain

 

Kelebihan :

+ Instalasinya mudah dan lebih murah dibanding venturi meter
+ Dapat digunakan untuk cairan yang mengandung endapan.
+ Dapat digunakan untuk laju aliran yang tinggi.

 

Kekurangan :

- Hanya untuk pipa ukuran sedang

- Instalasinya lebih susah dibanding dengan orifice plate
 

3. Orifice Plate

Perangkat ini menggunakan sebuah piringan datar yang diberi lubang di bagian tengahnya (terkadang lubang juga bisa diletakkan di bagian agak ke bawah) sebagai saluran fluida yang melewati pipa. Apabila ada fluida yang mengalir, secara otomatis akan timbul perbedaan tekanan sebelum dan sesudah fluida melewati orifice plate ini. Dari perbedaan tekanan maka akan didapat laju aliran fluida memanfaatkan persamaan Bernoulli. Kelebihan dan kekurangannya adalah

 

Kelebihan :

+ Dapat digunakan pada berbagai ukuran pipa
+ Data penerapan banyak dan karakteristiknya diketahui
+ Bila pelat dipasang secara cermat,  ketelitiannya bagus
+ Harganya murah

 

Kekurangan :

- Rugi  tekanan permanen relatif tinggi
- Tidak dapat digunakan untuk mengukur laju aliran “slurry” (cenderung tersumbat)
- Ketelitian bergantung pada instalasi

4. Tabung Pitot

 

 

Pada gambar di atas untuk perhitungannya saya mengambil contoh dari gambar pitot tube yang digunakan pada pesawat terbang. Prinsipnya sama dengan pitot tube yang digunakan untuk menghitung aliran fluida pada pipa saluran dimana terdapat 2 jenis tekanan yaitu tekanan statis yang nilainya selalu tetap dan tekanan fluida yang besarnya tergantung dari laju aliran fluida tersebut. Kelebihan dan kekurangannya sebagai berikut

 

Kelebihan :

+ Konstruksi sederhana dan tidak memerlukan moving parts

+ Instalasi, pemeliharaan, dan perbaikannya mudah
+ Tidak memerlukan sumber daya eksternal
+ Harganya murah

 

Kekurangan :

- Akurasi rendah

- Tidak dapat digunakan untuk turbulent flow (hanya untuk laminar flow)
- Tidak cocok untuk pengukuran flow cairan yang mengandung partikel padat

 

5. Variable Area Flowmeter

 

 

Prinsip kerja dari area flow meter merupakan kebalikan dari head flow meter. Pada area flow meter digunakan prinsip dengan perbedaan tekanan tetap , luas hambatan diubah yang akan menentukan besarnya debit. Salah satu jenis dari variable area flow meter ini adalah rotameter. Kelebihan dan kekurangan dari flowmeter ini ialah

 

Kelebihan :

+ Tidak memerlukan sumber daya eksternal

+ Harganya murah

 

Kekurangan :

- Harus diletakkan secara vertical dan aliran fluida harus menuju ke atas

- Clear glass yang digunakan harus memiliki kualitas material yang baik agar tahan terhadap temperature dan cairan kimia lainnya.