Teknologi Pengukuran Flow menggunakan Coriolis Flowmeter

Flowmeter tipe coriolis relatif baru dibandingkan dengan flowmeter tipe lainnya. Flowmeter ini tidak terlihat di aplikasi industri sampai tahun 1980an. Coriolis tersedia dalam berbagai jenis desain yang berbeda. Konfigurasi desain yang populer terdiri dari 1 atau 2 tabung berbentuk U, bentuk tapal kuda, atau tabung flow berbentuk seperti raket tenis dengan inlet pada 1 sisi dan outlet di sisi lainnya tertutup dalam sensor housing yang terhubung dengan unit elektronik.

Pada gambar di atas, aliran fluida diarahkan masuk ke dalam tabung U. Ketika osilasi dari gaya eksitasi diterapkan pada tabung yang menyebabkan tabung bergetar, fluida yang mengalir akan menginduksi putaran karena percepatan coriolis bekerja pada arah berlawanan di kedua sisi. Sebagai contoh, ketika tabung bergerak naik pada paruh pertama siklus, fluida mengalir ke flowmeter dengan memberikan tekanan pada tabung. Di sisi yang berlawanan, fluida mengalir keluar dari flowmeter dengan gaya dorong oleh fluida. Rangkaian fenomena tersebut menyebabkan "twist" pada tabung. Ketika tabung bergerak turun selama paruh kedua siklus getaran, tabung berkelok pada arah yang berlawanan. Hasil dari kelokan ini memiliki perbedaan fasa antara sisi inlet dan outlet dimana perbedaan fasa ini dipengaruhi oleh massa fluida.

Salah satu keuntungan dari flowmeter coriolis adalah kemampuannya untuk mengukur massa flow rate secara langsung dengan mengeliminasi keperluan untuk mengkompensasi perubahan temperature, viskositas, dan tekanan. Desain tabung yang lebih baru dapat digunakan untuk mengukur liquid atau fluida yang kotor atau abrasive yang dapat mengakibatkan sumbatan pada desain coriolis flowmeter yang lama.

Berikut informasi lebih detail bagaimana cara coriolis flowmeter hingga dapat menghitung mass flow rate dari fluida yang melewati suatu pipa atau tabung. Misal fluida mengalir ke dalam tabung berbentuk U pada kecepatan V dan tabung berosilasi pada kecepatan sudut . Pertimbangkan bagian kecil dari fluida yang ada di sisi inlet jauh dari titik lentur pada jarak r.

   

Gaya Coriolis pada bagian kecil fluida m adalah

Selama siklus tabung bergerak turun, fluida menekan tabung ke bawah. Sedangkan untuk sisi outlet, Gaya Coriolis bergerak pada arah yang berlawanan.

Untuk menyederhanakan masalah, kita asumsikan bahwa tabung memiliki bentuk U yang sempurna dengan luas penampang A, panjang l, dan lebar d. Arah gaya Coriolis yang saling berlawanan pada sisi inlet dan outlet menghasilkan momen putar T_c.

Faktor pengali K dapat digunakan untuk mengkompensasi bentuk tabung U yang lebih umum

dimana Q_m = AV adalah mass flow rate

Persamaan pengaturan momen putar adalah

dimana I_u adalah inersia dari tabung U, C_u adalah koefisien redaman, K_u adalah nilai kekakuan, adalah sudut gerak memutar dari tabung, dan t adalah waktu.

Perlu diingat bahwa Flowmeter Coriolis mengosilasikan tabung U untuk menghasilkan putaran, kecepatan sudut yang sebenernya adalah fungsi dari frekuensi getar : 

Kita asumsikan nilai dari redaman C_u diabaikan, persamaan dari momen putar menjadi

Jadi sudut putar pada keadaan steady adalah

Lebih jauh lagi, kecepatan pada pojok perputaran tabung U adalah dan perbedaan perpindahan antara 2 sudut tabung adalah d/2. Jadi, jeda waktu atau time lag antara 2 sudut tabung adalah

 

Dengan mengukur jeda waktu , mass flow rate dari fluida tersebut bisa didapatkan

Dalam analisa vibrasi, sudah menjadi kebiasaan untuk menggunakan frekuensi natural sebagai basis dan menormalkan frekuensi yang melawan frekuensi natural. Frekuensi natural sistem tabung U adalah (perlu dicatat bahwa massa fluida dalam tabung termasuk dalam  I_u )

Sehingga mass flow rate menjadi

Diantara berbagai macam jenis flowmeter, flowmeter tipe coriolis merupakan flowmeter yang memiliki keakurasian yang relatif tinggi. Biasanya flowmeter memiliki akurasi sekitar 0.1-1%. Dengan akurasi yang tinggi, flowmeter tipe coriolis seringkali dipakai untuk custody transfer, yaitu proses pemindahan produk untuk perdagangan dan transaksional yang mensyaratkan flow akurasi yang tinggi.

Contoh flowmeter coriolis yang terpasang di pabrik.