Apa itu Vortex Flow Meter? – Ketika fluida bergerak dengan bilangan Reynolds tinggi melewati benda diam (sebuah “bluff body”), ada kecenderungan fluida untuk membentuk vortisitas di kedua sisi objek. Setiap pusaran akan terbentuk, kemudian terlepas dari objek dan terus bergerak dengan aliran gas atau cairan, satu sisi pada satu waktu secara bergantian.
Penjelasan Vortex Flow Meter
Fenomena ini dikenal sebagai vortex shedding, dan pola vortex bergerak yang terbawa ke hilir dari objek yang diam dikenal sebagai vortex street. Efek vortex shedding pada hari yang berangin adalah hal yang lumrah dengan mengamati pergerakan tiang bendera, tiang lampu, dan cerobong asap yang tinggi.
Baca Juga : Coriolis Flow Meter
Masing-masing objek ini memiliki kecenderungan untuk berosilasi tegak lurus terhadap arah angin, karena variasi tekanan yang disebabkan oleh vortisitas saat mereka secara bergantian membentuk dan melepaskan diri dari objek:
Vortex Shedding
Rangkaian pusaran bolak-balik ini dipelajari oleh Vincenc Strouhal pada akhir abad kesembilan belas dan kemudian oleh Theodore von K´arman pada awal abad 20.
Ditentukan bahwa jarak antara vortisitas berturut-turut hilir objek stasioner relatif konstan, dan berbanding lurus dengan lebar objek, untuk berbagai nilai bilangan Reynolds (Catatan). Jika kita melihat vortisitas ini sebagai puncak gelombang kontinu, jarak antara vortisitas dapat diwakili oleh simbol yang biasanya digunakan untuk panjang gelombang: huruf Yunani “lambda” (λ).
Baca Juga : Differential Pressure Flow Meter
Catatan : Penting untuk dicatat bahwa fenomena pelepasan pusaran berhenti sama sekali jika bilangan Reynolds terlalu rendah. Aliran laminar tidak menghasilkan vortisitas, melainkan aliran garis arus di sekitar objek apa pun yang menghalangi jalannya.
Prinsip Kerja Vortex Flow Meter
Proporsionalitas antara lebar objek (d) dan panjang gelombang jalan pusaran (λ) disebut bilangan Strouhal (S), kira-kira sama dengan 0,17:
Jika sensor tekanan diferensial dipasang segera di hilir objek stasioner sedemikian rupa sehingga mendeteksi vortisitas yang lewat sebagai variasi tekanan, sinyal bolak-balik akan terdeteksi:
Frekuensi sinyal tekanan bolak-balik ini berbanding lurus dengan kecepatan fluida melewati objek, karena panjang gelombangnya konstan.
Ini mengikuti rumus frekuensi-kecepatan-panjang gelombang klasik yang umum untuk semua gelombang berjalan (λf = v).
Baca Juga : Positive Displacement Flow Meter
Karena kita tahu panjang gelombang akan sama dengan lebar badan tebing dibagi dengan bilangan Strouhal (kira-kira 0,17), kita dapat mensubstitusikannya ke dalam rumus frekuensi-kecepatan-panjang gelombang untuk menyelesaikan kecepatan fluida (v) dalam bentuk frekuensi sinyal (f ) dan lebar badan tebing (d).
Dengan demikian, objek diam dan sensor tekanan yang dipasang di tengah bagian pipa merupakan bentuk flow meter yang disebut vortex flow meter. Seperti pengukur aliran turbin dengan sensor “penjemputan” elektronik untuk mendeteksi bagian dari bilah turbin yang berputar, frekuensi keluaran pengukur aliran pusaran berbanding lurus dengan laju aliran volumetrik.
Baca Juga : Variable Area Flow Meter
Sensor tekanan yang digunakan dalam meter aliran pusaran bukanlah pemancar tekanan diferensial standar, karena frekuensi pusaran terlalu tinggi untuk berhasil dideteksi oleh instrumen besar tersebut. Sebaliknya, sensor biasanya kristal piezoelektrik. Sensor tekanan ini tidak perlu dikalibrasi, karena amplitudo gelombang tekanan yang terdeteksi tidak relevan.
Hanya frekuensi gelombang yang penting untuk mengukur laju aliran, sehingga hampir semua sensor tekanan dengan waktu respons yang cukup cepat sudah cukup.
Seperti turbine flow meter, hubungan antara frekuensi sensor (f) dan laju aliran volumetrik (Q) dapat dinyatakan sebagai proporsionalitas, dengan huruf k digunakan untuk mewakili konstanta proporsionalitas untuk pengukur aliran tertentu:
Di mana,
f = Frekuensi sinyal keluaran (Hz)
Q = Laju aliran volumetrik (misalnya galon per detik)
k = “K” faktor tabung aliran vortex shedding (misalnya pulsa per galon)
Catatan : bahwa jika laju aliran dinyatakan dalam satuan galon per menit seperti biasa, persamaan harus mengandung faktor untuk konversi menit ke detik: f = kQ/60
Baca Juga : Open Channel Flow Meter
Ini berarti meter aliran pusaran, seperti meter turbin elektronik, masing-masing memiliki “faktor k” tertentu yang berkaitan dengan jumlah pulsa yang dihasilkan per satuan volume yang melewati meteran. Menghitung jumlah total pulsa selama rentang waktu tertentu menghasilkan volume cairan total yang melewati meter selama rentang waktu yang sama, membuat meter aliran pusaran mudah beradaptasi untuk “menjumlahkan” volume cairan seperti turbine flow meter.
Proporsi langsung antara frekuensi pusaran dan laju aliran volumetrik juga berarti pengukur aliran pusaran adalah instrumen yang merespons linier seperti halnya pengukur aliran turbin. Tidak seperti pelat orifice yang menunjukkan respons kuadratik, meter aliran turbin dan vortex sama-sama menikmati pengukuran aliran (turndown) yang lebih luas dan tidak memerlukan karakterisasi sinyal khusus untuk berfungsi dengan baik.
Catatan : Faktor k ini ditentukan secara empiris untuk setiap meter aliran oleh pabrikan yang menggunakan air sebagai fluida uji (“kalibrasi basah” pabrik), untuk memastikan akurasi yang optimal.
Karena meter aliran vortex tidak memiliki bagian yang bergerak, mereka tidak mengalami masalah keausan dan pelumasan yang dihadapi meter turbin. Tidak ada elemen yang bergerak ke “pantai” seperti pada meter aliran turbin jika aliran fluida tiba-tiba berhenti, yang berarti meter aliran pusaran lebih cocok untuk mengukur aliran yang tidak menentu. Kerugian yang signifikan dari vortex meter adalah perilaku yang dikenal sebagai cutoff aliran rendah, di mana flow meter berhenti bekerja di bawah laju aliran tertentu.
Baca Juga : Thermal Mass Flow Meter
Alasan untuk ini adalah aliran laminar: pada laju aliran rendah (yaitu nilai bilangan Reynolds rendah) efek viskositas fluida menguasai momentum fluida, mencegah pembentukan vortisitas. Berhentinya vortisitas ini menyebabkan flowmeter vortex sama sekali tidak mencatat aliran sama sekali bahkan ketika masih ada aliran (laminar) yang melalui pipa. Pada laju aliran tinggi (yaitu nilai bilangan Reynolds tinggi), momentum fluida cukup untuk mengatasi viskositas dan menghasilkan vortisitas, dan flow meter vortex bekerja dengan baik.
Fenomena cutoff aliran rendah untuk meter aliran pusaran pada awalnya tampak analog dengan batasan aliran linier minimum meter aliran turbin. Namun, vortex flow meter low-flow cutoff sebenarnya merupakan masalah yang jauh lebih parah. Jika laju aliran volumetrik melalui flow meter turbin turun di bawah nilai linier minimum, turbin terus berputar, meskipun lebih lambat dari yang seharusnya.
Namun, jika laju aliran volumetrik melalui pengukur aliran vortex turun di bawah nilai batas aliran rendah, sinyal pengukur aliran sepenuhnya menjadi nol, yang menunjukkan tidak ada aliran sama sekali. Keunikan ini membuat meter aliran vortex sama sekali tidak cocok dalam aplikasi di mana rentang pengukuran aliran yang diinginkan meluas hingga nol.
Baca Juga : Definisi Flow Meter Berdasarkan Jenisnya
Vortex Flow Transmitter
Pengukur aliran vortex, seperti meter berbasis kecepatan lainnya, dipengaruhi oleh turbulensi skala besar dalam aliran fluida dan oleh karena itu memerlukan beberapa panjang pipa lurus baik hulu maupun hilir meter aliran untuk mengkarakterisasi aliran dengan benar.
Biasanya dipasang vortex flow meter dengan 10 diameter pipa dari pipa lurus ke hulu dan 5 diameter pipa di hilir.
Kesimpulan
dari seputar pertanyaan tentang “Apa itu Vortex Flow Meter?” dapat ditarik kesimpulan bahwasannya Vortex Flow Meter adalah :
- Vortex shedding, dan pola vortex bergerak yang terbawa ke hilir dari objek yang diam dikenal sebagai vortex street.
- Aliran laminar tidak menghasilkan vortisitas, melainkan aliran garis arus di sekitar objek apa pun yang menghalangi jalannya.
- Frekuensi sinyal tekanan bolak-balik berbanding lurus dengan kecepatan fluida melewati objek, karena panjang gelombangnya konstan.
- Pengukur aliran vortex, seperti meter berbasis kecepatan lainnya, dipengaruhi oleh turbulensi skala besar dalam aliran fluida dan oleh karena itu memerlukan beberapa panjang pipa lurus baik hulu maupun hilir meter aliran untuk mengkarakterisasi aliran dengan benar, dan biasanya dipasang vortex flow meter dengan 10 diameter pipa dari pipa lurus ke hulu dan 5 diameter pipa di hilir.
Sumber : InstrumentationTools.com
