Apa itu Pengukur Aliran Ultrasonik?
Pengukur aliran ultrasonik adalah jenis pengukur aliran volumetrik yang tidak intrusif yang dapat mengukur laju aliran cairan dengan menggunakan getaran akustik. Doppler dan waktu transit adalah dua kategori.
Pengukur ultrasonik sangat cocok untuk air limbah otomatis atau cairan kotor apa pun yang berbahan dasar air atau konduktif; namun, mereka biasanya tidak bekerja dengan air suling atau air minum. Selain itu, pengukur aliran ini sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan penurunan tekanan rendah, kompatibilitas bahan kimia, dan perawatan yang rendah.
Pada tahun 1842, Christian Doppler menemukan bahwa pengamat yang tidak bergerak melihat suara dengan panjang gelombang yang lebih pendek saat sumbernya lebih dekat dan lebih panjang saat sumbernya lebih jauh.
Efek Doppler kemudian menjelaskan mengapa kita mendengar nada yang naik pada bunyi klakson mobil yang mendekat, tetapi nada suara tampak turun saat mobil menjauh. Pengukur aliran Ultrasonik Doppler menggunakan pergeseran frekuensi ini untuk bekerja dalam cairan kotor yang mengandung diskontinuitas akustik, partikel tersuspensi, gelembung gas yang terperangkap, atau pusaran turbulensi.
Baca Juga: Apa itu Ultrasonic Flow Meter?
Bagaimana Cara Kerja Pengukur Aliran Ultrasonik?
Teknologi pengukur aliran ultrasonik adalah cara non-kontak untuk mengukur kecepatan fluida. Mereka adalah perangkat penjepit yang sesuai dengan bagian luar pipa dan memungkinkan pengukuran cairan korosif tanpa merusak sensor ultrasonik. Pengukur aliran ultrasonik portabel tersedia untuk keperluan industri.
Pengukur aliran ultrasonik Doppler menggunakan partikel atau gelembung untuk memantulkan sinyal ultrasonik. Pengukur aliran ultrasonik waktu transit menggunakan teknologi yang berbeda. Untuk mengetahui ukuran dan konsentrasi padatan atau gelembung, batas bawah harus dipertimbangkan. Selain itu, cairan harus mengalir dengan kecepatan yang cukup tinggi untuk memastikan padatan tetap tersuspensi.
Pengukur aliran Doppler ultrasonik menghitung laju aliran cairan dari kecepatan diskontinuitas cairan, bukan kecepatan cairan. Pulsa atau pancaran ultrasonik memantul dari pipa dengan perubahan frekuensi yang berbanding lurus dengan laju aliran cairan.
Baca Juga: Flow Meter Ultrasonic Untuk Mengecek Kapasitas Pompa
Prinsip Operasi Ultrasonik
Operasi utama bergantung pada pergeseran frekuensi (Efek Doppler) dari sinyal ultrasonik yang dipantulkan oleh partikel tersuspensi atau gelembung gas yang bergerak (diskontinuitas). Teknik pengukuran ini menggunakan fenomena fisik di mana gelombang suara berubah frekuensi ketika dipantulkan oleh diskontinuitas yang bergerak dalam cairan yang mengalir. Ketika gelombang suara ditransmisikan ke dalam pipa yang mengandung cairan yang mengalir, diskontinuitas memantulkan gelombang suara dengan frekuensi yang sedikit berbeda, yang berbanding lurus dengan laju aliran cairan. Teknologi saat ini memerlukan cairan yang mengandung setidaknya 100 bagian per juta (PPM) dari gelembung atau partikel tersuspensi dengan ukuran 100 mikron atau lebih besar.
Prinsip di balik pengukur aliran ultrasonik Doppler adalah Efek Doppler, yang merupakan fenomena fisik di mana frekuensi gelombang suara berubah. Dalam pengukur aliran ultrasonik, laju aliran cairan dipantulkan oleh partikel tersuspensi atau gelembung gas (diskontinuitas) yang bergerak.
Pengukur aliran Doppler ultrasonik biasanya terdiri dari transduser, pemancar, indikator, dan penghitung. Pengguna memilih konfigurasi yang sesuai dengan aplikasi berdasarkan jenis cairan, ukuran, konsentrasi, dan dimensi pipa, serta lapisan pipa. Dalam kebanyakan kasus, ambang batas sinyal pemancar diubah untuk menghilangkan kebisingan mekanis dan listrik.
Dalam desain penjepit yang populer, transduser dipasang di bagian luar pipa. Transduser menghasilkan sinyal ultrasonik yang mengalir ke dalam cairan yang mengalir melalui dinding pipa. Pemancar mengubah frekuensi input dan output menjadi pulsa elektronik. Pulsa diproses, diskalakan, dan dijumlahkan untuk mengukur aliran.
Pengukur aliran ultrasonik Doppler yang dipasang di bagian luar pipa bekerja secara non-invasif tanpa komponen yang bergerak. Pengukur ini tidak membutuhkan banyak perawatan, tidak menurunkan tekanan, dan tidak merusak cairan proses. Pengukur ini dapat memiliki akurasi ±1% jika dikalibrasi dengan benar, tetapi dinding pipa dan ruang udara di antara dinding dan cairan dapat mengganggu sinyal. Sinyal yang ditransmisikan juga dapat dihantarkan oleh dinding pipa baja tahan karat sejauh sinyal yang dipantulkan tampaknya akan mengalami pergeseran yang signifikan.
Pengukur aliran ultrasonik waktu transit menghitung jumlah waktu yang dibutuhkan antara transmisi sinyal ultrasonik dari transduser pertama ke transduser kedua. Pengukuran hulu dan hilir digunakan untuk membuat perbandingan diferensial. Jika tidak ada aliran, waktu tempuh untuk kedua arah akan sama. Namun, ketika ada aliran, suara bergerak lebih cepat ke arah yang sama dan lebih lambat ke arah berlawanan.
Pengukur aliran ultrasonik ketiga menghitung aliran dengan menggunakan korelasi silang antara pasangan transduser hulu dan hilir. Mikroprosesor digunakan oleh beberapa pengukur aliran dalam desain ini untuk beralih secara otomatis antara mode “bersih” dan “kotor” berdasarkan faktor korelasi. Sebagai contoh, pengukur aliran hibrida korelasi silang tunggal dapat melacak aliran lumpur yang diaktifkan atau dicerna. Aplikasi yang dirancang dengan hati-hati menggunakan pengukur aliran ini telah menunjukkan akurasi terpasang 0,5%.
Baca Juga: Perbandingan Flow Meter Ultrasonic Transit-time dan Doppler
Memilih Pengukur Aliran Ultrasonik yang Tepat
Pengukur aliran ultrasonik waktu transit juga ideal untuk aplikasi yang tidak membutuhkan penurunan tekanan dan perawatan yang rendah. Pengukur aliran Doppler ultrasonik ideal untuk cairan aerasi seperti bubur atau air limbah, dan pengukur aliran ultrasonik volumetrik ideal untuk cairan bersih seperti minyak dan air.
Tiga jenis pengukur aliran ultrasonik berbeda. Jenis keluaran (analog atau digital), ukuran pipa, suhu proses minimum dan maksimum, tekanan, dan laju aliran semuanya memengaruhi pengukur aliran ultrasonik mana yang paling cocok untuk tujuan Anda.
Baca Juga: Jarak Panjang Pipa Pemasangan Transducer Ultrasonic Flow Meter
Variasi Desain Ultrasonik
Jenis pengukur aliran ultrasonik penjepit adalah tunggal atau ganda. Versi tunggal memiliki kristal pemancar dan penerima di dalam badan sensor yang sama, yang diikat pada satu titik permukaan pipa oleh senyawa konektor. Versi ganda memiliki kristal pemancar di dalam satu badan sensor dan kristal penerima di dalam yang lain. Pengukur aliran Doppler penjepit mungkin terpengaruh oleh dinding pipa dan ruang udara di antara dinding dan sensor.
Dinding pipa yang terbuat dari baja tahan karat dapat menghantarkan sinyal transmisi ke jarak yang cukup jauh sehingga gema yang kembali akan bergeser cukup jauh untuk mengganggu pembacaan. Pipe yang diperkuat fiberglass, beton, plastik, dan tembaga juga memiliki diskontinuitas akustik bawaan. Hal ini sangat penting untuk melemahkan sinyal balik atau menyebarkan sinyal yang ditransmisikan secara keseluruhan. Hal ini secara signifikan mengurangi akurasi pengukur aliran (hanya ± 20%), dan jika pipa dilapisi, pengukur penjepit seringkali tidak berfungsi sama sekali.
Cara Memasang Pengukur Aliran Ultrasonik
Pengukur aliran Doppler dan waktu transit dibuat untuk menjepit bagian luar pipa tanpa merusak saluran atau mengganggu aliran. Ini juga menghilangkan kehilangan tekanan dan mencegah kebocoran, yang terjadi pada pengukur aliran sebaris.
Keakuratan pengukur aliran ultrasonik bergantung pada pemasangannya yang tepat. Keselarasan transduser dan sambungan akustik ke pipa dapat dipengaruhi oleh getaran atau perubahan suhu yang signifikan pada pipa. Kebanyakan kali, ketika pipa dilapisi dengan bahan seperti tembaga, beton, plastik, atau fiberglass, pengukur aliran ultrasonik tidak akan berfungsi sama sekali. Selama pemasangan, hal-hal ini harus dipertimbangkan. Semua pengukur aliran ultrasonik juga membutuhkan pipa penuh untuk memberikan laju aliran volumetrik yang akurat.
Baca Juga: Cara Instalasi Ultrasonic Flow Meter – Sebuah Tips
Aplikasi Industri Ultrasonik
Sebagian besar digunakan dalam industri minyak dan gas, tetapi juga di industri kimia, farmasi, makanan dan minuman, logam, pertambangan, pulp dan kertas, dan air limbah. Pengukur aliran ultrasonik sangat cocok untuk berbagai aplikasi karena menggunakan suara dan tidak invasif.
Baca Juga: Hal Yang Dilakukan Jika Flow Meter Anda Memiliki Masalah
Kesimpulan
Pengukur aliran ultrasonik merupakan alat pengukur laju aliran cairan yang bekerja secara non-invasif dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik. Terdapat dua jenis utama, yaitu pengukur aliran Doppler dan waktu transit. Keduanya bekerja dengan prinsip berbeda namun sama-sama mengandalkan interaksi gelombang suara dengan aliran fluida.
Pengukur aliran Doppler memanfaatkan Efek Doppler, yaitu perubahan frekuensi gelombang suara yang dipantulkan oleh partikel tersuspensi atau gelembung gas dalam cairan. Jenis ini sangat efektif untuk cairan kotor seperti air limbah, lumpur, atau cairan yang mengandung diskontinuitas akustik. Sedangkan pengukur aliran waktu transit menghitung waktu yang dibutuhkan gelombang suara untuk menempuh jarak antara dua transduser, bergantung pada arah aliran. Alat ini cocok untuk cairan bersih dan jernih seperti air atau minyak.
Desain penjepit (clamp-on) memungkinkan pemasangan tanpa harus melubangi pipa atau menghentikan aliran, sehingga tidak menimbulkan kehilangan tekanan atau risiko kebocoran. Namun, akurasi pengukuran sangat dipengaruhi oleh kualitas pemasangan, material pipa, keberadaan lapisan pelindung, serta kondisi fluida. Beberapa jenis pipa seperti baja tahan karat, plastik, beton, atau pipa berlapis dapat mempengaruhi transmisi sinyal dan mengurangi akurasi, bahkan menyebabkan alat tidak berfungsi.
Keunggulan pengukur aliran ultrasonik mencakup:
- Tanpa gangguan aliran (non-intrusif)
- Minim perawatan
- Tidak menimbulkan penurunan tekanan
- Dapat dipasang tanpa menghentikan proses
Namun demikian, alat ini memiliki keterbatasan, seperti ketergantungan pada partikel tersuspensi dalam cairan (untuk jenis Doppler) dan sensitivitas terhadap kondisi fisik pipa dan instalasi.
Aplikasi industri dari pengukur aliran ultrasonik sangat luas, meliputi:
- Industri minyak dan gas
- Pengolahan air dan air limbah
- Kimia
- Farmasi
- Pangan dan minuman
- Pertambangan
- Pulp dan kertas
Secara keseluruhan, pengukur aliran ultrasonik adalah solusi yang efektif dan efisien untuk pengukuran laju aliran dalam berbagai jenis sistem perpipaan, terutama ketika diperlukan pengukuran yang bersih, aman, dan tidak mengganggu proses yang sedang berjalan.
Sumber: dwyeromega.com
