Apa itu Differential Pressure Flow Meter? – Differential Pressure Flow Meter bekerja berdasarkan prinsip sebagian menghalangi aliran dalam pipa. Ini menciptakan perbedaan tekanan statis antara sisi hulu dan hilir perangkat. Perbedaan tekanan statis ini (disebut sebagai tekanan diferensial) diukur dan digunakan untuk menentukan laju aliran.
Differential Pressure Flow Meter sangat populer dan diperkirakan bahwa setidaknya 40% meter aliran industri yang digunakan saat ini adalah perangkat tekanan diferensial, dengan pelat orifice menjadi yang paling populer. Perangkat tekanan diferensial telah digunakan untuk mengukur berbagai macam cairan yang berbeda dari gas hingga cairan yang sangat kental.
Popularitas pengukur aliran tekanan diferensial sebagian karena desainnya yang sederhana dan biayanya yang rendah. Dengan membaca panduan ini, Anda akan memiliki gagasan yang lebih jelas tentang manfaat, opsi pengukuran yang layak, dan aplikasi untuk menggunakan pengukur tekanan diferensial.
Baca Juga : Apa itu Electromagnetic Flow Meter?
Apa itu Differential Pressure Flow Meter?
Konsep penggunaan penurunan tekanan yang disebabkan oleh fluida yang mengalir melalui pembatasan dalam pipa sebagai pengukuran laju aliran sudah ada sejak abad ke-18, ketika ditemukan oleh Bernoulli.
Prinsip dasar bagaimana flow meter Δp beroperasi dijelaskan pada gambar di bawah ini.
Prinsip tekanan diferensial. Tabung manometer mengukur perbedaan tekanan statis di hulu dan hilir pembatasan, Ketika fluida mengalir melalui pembatasan, ia mempercepat ke kecepatan yang lebih tinggi (yaitu V2 > V1) untuk menghemat aliran massa dan, sebagai akibatnya, tekanan statisnya turun. Tekanan diferensial (Δp) ini kemudian menjadi ukuran laju aliran melalui perangkat. Dalam istilah sederhana untuk ukuran pembatasan tertentu, semakin tinggi Δp, semakin tinggi laju aliran.
Baca Juga : Positive Displacement Flow Meter
Hubungan antara tekanan diferensial dan laju aliran diturunkan dari persamaan Bernoulli. Menggunakan persamaan Bernoulli, dan konservasi massa , dapat ditunjukkan bahwa perbedaan tekanan yang dihasilkan sebanding dengan kuadrat laju aliran massa, Qm (kg/s)
Banyak dari Δp meter yang tersedia bekerja berdasarkan prinsip pengukuran perbedaan tekanan antara hulu dan hilir, tetapi ada beberapa meter yang menggunakan tekanan diferensial dengan cara lain, misalnya, pengukur luas variabel.
Jenis Differential Pressure Flow Meter
Jenis pengukur tekanan diferensial yang paling umum adalah :
- Orifice plates
- Venturi tubes
- Cone meters (e.g. V-cones)
- Nozzles
- Low loss meters (e.g. Dall tubes)
- Variable area meters
- Inlet flow meters
- Venturi cones
- Venturi nozzles
- Drag plates
Keuntungan dan kerugian dari DP Meter
Ada sejumlah keuntungan umum yang umum untuk sebagian besar DP meter.
Ini termasuk :
- Mereka mudah dibuat, tidak mengandung bagian yang bergerak
- Penampilan mereka dipahami dengan baik
- Mereka murah – terutama untuk pipa yang lebih besar jika dibandingkan dengan meter lainnya
- Mereka dapat digunakan dalam orientasi apa pun
- Mereka dapat digunakan untuk sebagian besar gas dan cairan
- Beberapa jenis tidak memerlukan kalibrasi untuk aplikasi tertentu
Kerugian utama dari DP meter adalah :
- Jangkauan (turndown) kurang dari sebagian besar jenis flow meter lainnya
- Kehilangan tekanan yang signifikan dapat terjadi
- Sinyal keluaran tidak linier dengan aliran
- Koefisien pelepasan dan akurasi dapat dipengaruhi oleh tata letak pipa atau sifat aliran
- Mereka mungkin menderita efek penuaan, mis. penumpukan endapan atau erosi tepi tajam
Terminologi Umum
Beta (β)
Rasio diameter atau beta (kadang-kadang disebut sebagai rasio beta) adalah rasio antara diameter lubang atau tenggorokan perangkat dengan diameter pipa.
Seringkali Δp meter dijelaskan dalam hal nilai beta dan diameternya agar sesuai dengan ukuran pipa tertentu, misalnya, tabung Venturi 4 inci β= 0,6.
Untuk menyatakan bahwa Δp meter memiliki rasio beta yang rendah, misalnya β = 0,2, berarti pelat tersebut memiliki lubang kecil atau ukuran restriksi.
Hal ini menyebabkan kehilangan tekanan pada Δp meter menjadi lebih tinggi, yang dapat berarti bahwa pompa dengan tekanan pelepasan yang lebih tinggi (karenanya lebih mahal) atau kompresor akan diperlukan untuk mengatasi peningkatan kehilangan tekanan dan mempertahankan laju aliran yang dapat dicapai dengan beta yang lebih besar. Δp meter.
Di sisi lain tekanan diferensial yang lebih tinggi umumnya dapat diukur lebih akurat daripada yang lebih rendah.
Baca Juga : Apa itu Ultrasonic Flow Meter?
Pengaruh penggunaan nilai beta yang berbeda
Efek penggunaan nilai beta yang lebih besar meliputi:
- peningkatan ketidakpastian koefisien debit
- tekanan diferensial yang lebih rendah diukur di pelat lubang (dan ini bisa lebih sulit untuk diukur)
- pipa lurus hulu yang lebih panjang diperlukan untuk memastikan profil kecepatan aliran melalui pelat orifice stabil dan simetris
- profil aliran aliran melalui orifice lebih dipengaruhi oleh kekasaran dinding pipa
Ada sejumlah paket ukuran untuk pelat orifice yang tersedia, yang akan menghitung dimensi pelat yang dibutuhkan. Perangkat lunak ini menggunakan rumus empiris berdasarkan pengujian yang sebenarnya. Sebagian besar hasil tersedia untuk nilai beta 0,3 hingga 0,7.
Keuntungan :
- Biaya rendah
- Kemudahan instalasi
- Ketersediaan standar yang komprehensif (ISO 5167-2)
- Tidak ada persyaratan untuk kalibrasi – nilai C dari standar
- Ketersediaan desain yang berbeda, mis. untuk cairan kental, aliran dua arah, padatan tersuspensi
Kekurangan :
- Turndown rendah (dapat ditingkatkan dengan sel p rentang ganda)
- Kehilangan tekanan tinggi (35 hingga hampir 100% dari p terukur tergantung pada beta)
- Kesalahan akibat erosi/kerusakan tepi hulu
- Kesalahan karena sensitivitas tinggi terhadap instalasi upstream (terutama perangkat beta besar)
Koefisien debit (C)
Koefisien debit, C, adalah parameter yang memperhitungkan efek non-ideal, misalnya kehilangan energi karena gesekan, saat menggunakan p meter.
Koefisien debit pada dasarnya adalah rasio aktual dengan laju aliran massa yang diukur.
Koefisien debit dapat berupa:
1. ditentukan dari standar
- memberikan pengukuran aliran yang baik dengan harga yang wajar
- sangat cocok di mana pengulangan lebih penting daripada akurasi
2. ditentukan oleh kalibrasi
- memberikan ketidakpastian yang lebih rendah pada pengukuran aliran.
Dalam nozel dan tabung Venturi aliran mengikuti batas tabung secara dekat dan nilai C biasanya mendekati satu. Namun, untuk pelat orifice C memiliki nilai sekitar 0,6. Nilai C dapat diperoleh dari standar (ISO 5167) untuk nozel, tabung Venturi dan pelat orifice yang diproduksi dengan toleransi standar yang ditentukan.
Baca Juga : Apa itu Turbine Flow Meter?
Penghitungan Differential Pressure Flow Meter
Turndown meter adalah rasio maksimum dengan laju aliran minimum yang dapat diukur secara akurat. Idealnya rasio turndown yang besar diinginkan untuk mengukur berbagai laju aliran
- Jika debit adalah 50% dari skala penuh, maka Δp berada pada 25% dari skala p penuh
- Jika debit adalah 25% dari skala penuh, maka Δp berada pada 6,25% dari skala p penuh
Grafik berikut menggambarkan hubungan kuadrat antara tekanan diferensial dan laju aliran.
Ini menunjukkan bahwa penurunan 10:1 pada laju aliran akan memerlukan penurunan 100:1 pada pengukuran tekanan (ini asalkan densitasnya kira-kira konstan, misalnya untuk cairan).
Karena sangat sulit untuk mendapatkan pengukuran yang akurat pada rentang nilai Δp yang begitu besar dari pemancar sederhana, ini berarti bahwa penurunan tipikal dari Δp meter sebenarnya terbatas pada sekitar 4:1 untuk mendapatkan pengukuran laju aliran yang akurat.
Pada nilai laju alir yang rendah, ketidakpastian pemancar p meningkat secara signifikan. Misalnya, sel Δp biasanya dapat menawarkan ketidakpastian 0,2% dari Skala Penuh (FS). Ini berarti bahwa, pada 1% FS, ketidakpastian tekanan diferensial akan menjadi 20%. Oleh karena itu pada debit rendah menjadi jauh lebih sulit untuk mengukur Δp.
Turndown meter dapat diperpanjang menjadi sekitar 10:1 jika beberapa transduser rentang digunakan. Misalnya, satu transduser p dapat berkisar untuk 1 – 10% FS dan yang lainnya pada kisaran 10 – 100% FS.
Baca Juga : Apa itu Coriolis Flow Meter?
Menghitung laju aliran massa menggunakan perangkat DP
Setelah nilai p diperoleh, aliran massa dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut. Untuk zat cair, aliran massa diberikan oleh :
- C adalah koefisien debit
Di adalah daerah tenggorokan (pembatasan)
- Δp adalah tekanan diferensial
- p adalah densitas fluida
d adalah diameter tenggorokan
Karena kompresibilitas gas, parameter tambahan yang disebut faktor ekspansibilitas, ε , digunakan dalam persamaan aliran massa untuk memperhitungkan perubahan densitas gas saat tekanan turun pada restriksi.
Untuk gas, aliran massa diberikan oleh :
Kesimpulan
Differential Pressure Flow Meter bekerja berdasarkan prinsip sebagian menghalangi aliran dalam pipa. Ini menciptakan perbedaan tekanan statis antara sisi hulu dan hilir perangkat. Perbedaan tekanan statis ini (disebut sebagai tekanan diferensial) diukur dan digunakan untuk menentukan laju aliran.
Source : InstrumentationTools.com
