Cara Kerja Flow Meter Menurut Teknologinya

Cara kerja flow meter berdasarkan teknologinya dapat dibedakan melalui prinsipnya kerjanya, meskipun pada prinsipnya sama yaitu untuk mengukur laju aliran pada suatu fluida. Dalam beberapa kasus tertentu, kemampuan untuk melakukan pengukuran arus yang akurat sangat penting sehingga dapat membuat perbedaan antara menghasilkan laba atau rugi. Dalam kasus lain, pengukuran aliran yang tidak akurat atau kegagalan melakukan pengukuran dapat menyebabkan hasil yang fatal (atau bahkan bencana).

Pengenalan dasar cara kerja flow meter

Pada kebanyakan instrumen pengukuran aliran cairan, laju aliran ditentukan secara inferensial dengan mengukur kecepatan cairan atau perubahan energi kinetik. Kecepatan bergantung pada perbedaan tekanan yang memaksa cairan melewati pipa atau saluran. Karena luas penampang pipa diketahui dan tetap konstan, kecepatan rata-rata merupakan indikasi laju aliran. Hubungan dasar untuk menentukan laju aliran cairan dalam kasus seperti ini adalah:

Q = V x A

Di mana

Q = aliran cairan melalui pipa

Faktor lain yang mempengaruhi laju aliran cairan termasuk viskositas dan densitas cairan, dan gesekan cairan yang bersentuhan dengan pipa. Pengukuran langsung aliran cairan dapat dilakukan dengan pengukur aliran perpindahan positif. Unit-unit ini membagi cairan menjadi beberapa bagian tertentu dan memindahkannya. Aliran total merupakan akumulasi dari kenaikan terukur, yang dapat dihitung dengan teknik mekanis atau elektronik.

Baca Selengkapnya: Jenis Flow Meter Berdasarkan Prinsip Kerjanya

Bilangan Reynold

Kinerja flowmeters juga dipengaruhi oleh satuan tak berdimensi yang disebut Bilangan Reynolds. Ini didefinisikan sebagai rasio gaya inersia cairan terhadap gaya seretnya.

Persamaannya adalah:

R = 3160 x Q x Gt
D x h

Di mana:

• R = bilangan Reynolds
• Q = laju aliran cairan, gpm
• Gt = berat jenis cairan
• D = diameter dalam pipa, in.
• h = viskositas cairan, cp

Laju aliran dan berat jenis adalah gaya inersia, dan diameter pipa dan viskositas adalah gaya seret. Diameter pipa dan berat jenis tetap konstan untuk sebagian besar aplikasi cair. Pada kecepatan sangat rendah atau viskositas tinggi, R rendah, dan cairan mengalir dalam lapisan halus dengan kecepatan tertinggi di tengah pipa dan kecepatan rendah di dinding pipa di mana gaya kental menahannya. Jenis aliran ini disebut aliran laminar. Nilai R di bawah sekitar 2000. Karakteristik aliran laminar adalah bentuk parabola dari profil kecepatannya, Gambar 1.

Namun, sebagian besar aplikasi melibatkan aliran turbulen, dengan nilai R di atas 3000. Aliran turbulen terjadi pada kecepatan tinggi atau viskositas rendah. Aliran pecah menjadi pusaran turbulen yang mengalir melalui pipa dengan kecepatan rata-rata yang sama. Kecepatan fluida kurang signifikan, dan profil kecepatannya jauh lebih seragam bentuknya. Zona transisi ada antara aliran turbulen dan laminar. Tergantung pada konfigurasi perpipaan dan kondisi pemasangan lainnya, aliran dapat berupa turbulen atau laminar di zona ini.

Jenis Flow Meter

Berbagai jenis flowmeter tersedia untuk sistem perpipaan tertutup. Secara umum, peralatan dapat diklasifikasikan sebagai tekanan diferensial, perpindahan positif, kecepatan, dan meter massa. Perangkat tekanan diferensial (juga dikenal sebagai head meter) meliputi orifice flow meter, venturi tube, flow tube, flow nozzle, pitot tube, elbow-tap meters, target meters, dan rotameter.

Positive Displacement Flow Meter meliputi tipe piston, oval-gear, nutating-disk, dan rotary-vane. Pengukur kecepatan terdiri dari desain turbin, vortex shedding, elektromagnetik, dan sonik. Pengukur massa termasuk jenis Coriolis dan termal. Pengukuran aliran cairan di saluran terbuka umumnya melibatkan bendung dan flume.

Cara Kerja Flow Meter Menurut Teknologinya

Coriolis Mass Flow Meter

Coriolis Mass Flow Meter bekerja pada Efek Coriolis, oleh karena itu dinamakan demikian. Pengukur Coriolis dianggap sebagai pengukur massa sejati karena cenderung mengukur laju massa aliran secara langsung sementara teknologi pengukur aliran lainnya mengukur aliran volumetrik. Karena massa tidak berubah, tidak diperlukan penyesuaian untuk berbagai karakteristik fluida. Oleh karena itu, meteran Coriolis beroperasi secara linier.

Aliran dipandu ke dalam tabung berbentuk U. Ketika gaya eksitasi osilasi diterapkan pada tabung yang menyebabkannya bergetar, fluida yang mengalir melalui tabung akan menyebabkan rotasi atau putaran pada tabung karena percepatan Coriolis bekerja berlawanan arah di kedua sisi gaya yang diberikan.

Misalnya, ketika tabung bergerak ke atas selama paruh pertama siklus, fluida yang mengalir ke meteran menahan tekanan ke atas dengan menekan tabung. Di sisi yang berlawanan, cairan yang mengalir keluar dari meteran menahan gerakan vertikalnya berkurang dengan mendorong tabung.

Tindakan ini menyebabkan tabung berputar. Saat tabung bergerak ke bawah selama paruh kedua siklus getaran, tabung berputar ke arah yang berlawanan. Puntiran ini menghasilkan perbedaan fasa (jeda waktu) antara sisi masuk dan sisi keluar dan perbedaan fasa ini secara langsung dipengaruhi oleh massa yang melewati tabung.

Keuntungan dari flow meter Coriolis adalah mengukur laju aliran massa secara langsung yang menghilangkan kebutuhan untuk mengkompensasi perubahan suhu, viskositas, dan kondisi tekanan.

Baca Selengkapnya : Apa itu Coriolis Flow Meter?

Electromagnetic Flow Meter

Flowmeter elektromagnetik bekerja berdasarkan prinsip Hukum induksi elektromagnetik Faraday. Hukum ini menyatakan bahwa ketika cairan konduktif melewati medan magnet, tegangan menginduksi melintasi konduktor. Besarnya tegangan berbanding lurus dengan kecepatan, panjang penghantar dan kuat medan magnet.

Medan magnet dihasilkan oleh koil yang dipasang pada badan logam luar pipa. Cairan bertindak sebagai konduktor dan ketika melewati medan magnet menginduksi tegangan melintasi koil. Besarnya tegangan tergantung pada kecepatan cairan. Pengukur aliran elektromagnetik terdiri dari pipa berinsulasi listrik yang terbuat dari serat. Elektroda ditempatkan berlawanan satu sama lain, kumparan magnet ditempatkan pada pipa untuk menghasilkan medan magnet, dll. Pipa berinsulasi membawa cairan yang alirannya perlu diukur.

Elektromagnetik ditempatkan di sekitar pipa berinsulasi. Elektromagnetik ini menginduksi medan magnet di sekitar pipa. Susunannya mirip dengan konduktor yang bergerak dalam medan magnet. Tegangan diinduksi melintasi koil karena aliran cairan.

Baca Selengkapnya : Apa itu Electromagnetic Flow Meter?

Ultrasonic Flow Meter

Pengukur aliran ultrasonik adalah instrumen yang mengukur aliran dengan mendeteksi aksi aliran fluida pada sinar ultrasonik (atau pulsa ultrasonik). Ini adalah pengukur aliran volumetrik yang membutuhkan adanya gelembung udara atau partikel kecil dalam aliran cairan. Pengukur ini cocok untuk aplikasi air limbah, tetapi tidak untuk air minum/suling. Oleh karena itu, flow meter jenis ini sangat ideal untuk aplikasi yang membutuhkan kompatibilitas bahan kimia, perawatan rendah, dan penurunan tekanan rendah.

Pengukur ini memengaruhi karakteristik audio cairan dan juga akan memengaruhi viskositas, densitas, suhu, dll. Seperti pengukur aliran mekanis, pengukur ini tidak termasuk bagian yang bergerak. Harga meteran ini sangat bervariasi, sehingga dapat digunakan dan dirawat dengan biaya rendah.

Konstruksi flow meter ultrasonik dapat dilakukan dengan menggunakan sensor hulu (Upstream) dan hilir (Downstream), pipa sensor, dan reflektor. Pengukur aliran ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip bahwa ia menggunakan gelombang suara untuk menyelesaikan kecepatan cairan di dalam pipa. Ada dua kasus tidak ada aliran dan aliran dalam pipa. Dalam kasus pertama, frekuensi gelombang ultrasonik ditransmisikan ke dalam pipa dan indikasi dari fluida serupa. Dalam kasus kedua, frekuensi gelombang yang dipantulkan berbeda karena efek Doppler.

Pergeseran frekuensi meningkat secara linear setiap kali fluida mengalir dengan cepat melalui pipa. Pemancar memproses sinyal dari gelombang, yang pantulannya menentukan laju aliran. Timer pemancar mengirim dan menerima gelombang ultrasonik di kedua arah di dalam pipa. Pada kondisi tanpa aliran, waktu aliran adalah sama antara sensor aliran hulu dan hilir.

Pada kedua kondisi aliran tersebut, gelombang hulu akan mengalir dengan laju yang lebih rendah daripada gelombang hilir. Saat cairan mengalir lebih cepat, perbedaan antara waktu hulu dan hilir akan meningkat. Laju aliran ditentukan oleh waktu hulu dan hilir yang diproses oleh pemancar.

Baca Selengkapnya : Apa itu Ultrasonic Flow Meter?

Thermal Mass Flow Meter

Thermal mass flow meter menggunakan prinsip dispersi termal di mana laju panas yang diserap oleh fluida yang mengalir dalam pipa atau saluran berbanding lurus dengan aliran massanya. Dalam meteran aliran termal yang khas, gas yang mengalir di atas sumber panas menyerap panas dan mendinginkan sumbernya. Saat aliran meningkat, lebih banyak panas yang diserap oleh gas. Jumlah panas yang hilang dari sumber panas sebanding dengan aliran massa gas dan sifat termalnya. Oleh karena itu, pengukuran transfer panas memasok data dari mana laju aliran massa dapat dihitung.

Pengukur aliran massa termal dirancang untuk memantau dan mengukur aliran massa secara akurat (berlawanan dengan mengukur aliran volumetrik) gas bersih, parameter yang tidak bergantung pada suhu. Oleh karena itu, pengukur aliran massa termal tidak memerlukan koreksi untuk perubahan suhu, tekanan, viskositas, dan densitas gas.

Baca Selengkapnya : Apa itu Thermal Mass Flow Meter?

Open Channel Flow Meter

Open channel flow meter mengukur tingkat, laju aliran, dan volume total air yang mengalir melalui bendung, flume, saluran, dan pipa yang terisi sebagian. Pengukur aliran menggunakan sensor level non-kontak untuk mendeteksi level air dan kemudian menggunakan persamaan Manning dan karakteristik saluran untuk menghitung laju aliran dan volume.

Sensor aliran kecepatan area dapat dipasang di dasar parit, saluran atau gorong-gorong. Mereka menggunakan pulsa ultrasonik untuk mengukur kedalaman dan kecepatan air untuk dapat menghitung laju aliran (flow). Sistem ini sangat mudah dipasang karena pemasangannya lebih sederhana dan dapat menghemat uang berdasarkan waktu yang dibutuhkan untuk memasang flume atau bendung. Manfaat lainnya adalah setelah sensor dipasang, data aliran direkam ke dalam file digital untuk tinjauan di masa mendatang atau keputusan penggunaan air.

Baca Selengkapnya : Apa itu Open Channel Flow Meter?

Differential Pressure Flow Meter

Pengukur aliran tekanan diferensial adalah teknologi pengukuran yang menggunakan prinsip Bernoulli untuk mengukur aliran cairan, uap, atau gas dalam pipa. Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa kecepatan fluida menentukan besarnya tekanan yang dapat diberikan fluida.

Karena prinsip Bernoulli mendefinisikan hubungan antara kecepatan fluida dan tekanan fluida, pengukur tekanan diferensial berdasarkan prinsip memberikan pembacaan yang lebih akurat dan andal daripada banyak perangkat alternatif. Untuk memastikan keakuratan, stabilitas, dan fleksibilitas pemasangan, para insinyur memerlukan pengukur aliran tekanan diferensial (DP) yang menawarkan keserbagunaan dan keandalan jangka panjang, sekaligus meminimalkan perawatan dan mengurangi biaya pengoperasian.

Dengan memperkenalkan penyempitan atau penghalang pada pipa yang menciptakan penurunan tekanan, meter aliran DP dapat dengan tepat mengukur aliran fluida di dalam pipa tersebut. Saat aliran pipa meningkat, lebih banyak penurunan tekanan dihasilkan. Ini memberikan waktu respons yang hampir seketika terhadap setiap perubahan tekanan, terlepas dari kecepatan aliran dan karakteristik lainnya.

Persamaan Bernoulli menegaskan bahwa penurunan tekanan melintasi penyempitan sebanding dengan kuadrat laju aliran. Sensor tekanan dapat mengukur tekanan sebelum dan sesudah konstruksi, sehingga laju aliran selalu akurat.

Baca Selengkapnya : Apa itu Differential Pressure Flow Meter?

Positive Displacement Flow Meter

Positive Displacement Flow Meter atau perpindahan positif mengukur cairan dalam volume diskrit. Cairan mengalir ke dalam ruang, ditutup setelah ruang penuh dan menghasilkan pulsa elektronik atau menggerakkan roda gigi untuk mendaftarkan volume saat keluar dari ruang. Meteran dalam bentuknya yang paling sederhana akan mencatat setiap kali ember diisi sampai penuh; volume total akan menjadi jumlah dari jumlah ember yang terisi. Dalam meteran yang lebih kompleks, volume diskrit yang melewati setiap kali dapat ditambahkan untuk memberikan volume keseluruhan yang melewati meteran.

Seperti yang diilustrasikan pada contoh di atas, pulsa dihasilkan saat cairan berwarna hijau disegel dari saluran masuk dan keluar. Pulsa biasanya dihasilkan oleh magnet yang tertanam di rotor yang lewat di bawah sensor yang menciptakan atau mengganti tegangan kecil. Pengaturan di atas akan menghasilkan empat pulsa karena meter mentransmisikan empat volume identik untuk setiap siklus.

Baca Selengkapnya : Apa itu Positive Displacement Flow Meter?

Vortex Flow Meter

Vortex Flow Meter dapat digunakan untuk berbagai cairan, yaitu cairan, gas, dan uap. Mereka harus dilihat sebagai pilihan pertama, tunduk pada verifikasi untuk memenuhi persyaratan aplikasi tertentu. Vortex Flow Meter pada dasarnya adalah pengukur frekuensi, karena mengukur frekuensi pusaran yang dihasilkan oleh “badan tebing” atau “batang penumpah”.

Vortisitas hanya akan terjadi dari kecepatan tertentu (Penomoran Ulang) ke depan, akibatnya meteran pusaran akan memiliki nol yang ditinggikan yang disebut sebagai titik “batas”. Sebelum kecepatan menjadi nol, keluaran meteran akan dipotong menjadi nol. Pada aliran balik tertentu (di atas titik potong) beberapa pengukur pusaran akan menghasilkan sinyal keluaran, yang dapat menyebabkan interpretasi yang salah

Vortex Flow Meter adalah pengukur aliran volume sebenarnya, seperti pengukur lubang. Ini menjadi meter intrusif seperti meter orifice, akan menyebabkan penurunan tekanan saat aliran meningkat, mengakibatkan kerugian permanen. akibatnya, cairan di dekat titik didihnya, dapat menimbulkan kavitasi karena tekanan pada meteran turun di bawah tekanan uap cairan. Setelah tekanan pulih di atas tekanan uap, gelembung akan meledak. kavitasi menyebabkan meter tidak berfungsi dan harus dihindari setiap saat.

Baca Selengkapnya : Apa itu Vortex Flow Meter?

Turbine Flow Meter

Tubine Flow Meter bekerja dengan menggunakan energi fluida yang melewatinya untuk menggerakkan rotor di dalam air atau fluida lain yang melewatinya. Ada bilah pada rotor ini, yang dimiringkan sedemikian rupa sehingga menggunakan cairan untuk membuat putaran, dan menggerakkan rotor dengan gerakan searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.

Bilah rotor melekat pada batang, yang mampu berputar melalui penggunaan bantalan. Semakin cepat fluida bergerak melalui flowmeter turbin, semakin cepat baling-baling berputar dan akibatnya, semakin cepat batang berputar.

Anda dapat memantau seberapa cepat atau lambat bilah berputar dengan memasang sensor atau magnet pada bilah. Dengan menggunakan metode magnetik, magnet dipasang ke bilah dan saat berputar, mereka melewati sepotong kecil logam yang tertanam pada titik tertentu di dalam flowmeter itu sendiri. Dengan cara ini, dengan menggunakan waktu yang dibutuhkan antara setiap kali magnet terhubung dengan potongan logam, kecepatan fluida dapat dinilai secara akurat. Kecemerlangan dari sistem ini adalah bahwa sensor ini dapat bekerja dengan cara apapun aliran fluida melalui flowmeter turbin.

Baca Selengkapnya : Apa itu Turbine Flow Meter?

Variable Area Flow Meter

Pengukur aliran area variabel (Gambar 1) adalah jenis pengukur aliran tekanan diferensial (d / p). Pengukur aliran area variabel adalah perangkat sederhana dan serbaguna yang beroperasi pada penurunan tekanan yang relatif konstan dan memberikan pengukuran aliran cairan, gas, dan uap.

Pengukur aliran area variabel populer untuk indikasi aliran industri karena memiliki skala linier, rentang pengukuran yang relatif panjang, dan penurunan tekanan rendah – dan cukup mudah dipasang dan dirawat. Variable Area Flow Meter, seperti semua jenis pengukur aliran tekanan diferensial lainnya, berfungsi berdasarkan prinsip persamaan Bernoulli, yang menyatakan bahwa saat aliran fluida meningkat, terjadi kehilangan tekanan.

Posisi pelampung, piston, atau baling-baling in-line flow meter variabel area berubah karena laju aliran yang meningkat membuka area aliran yang lebih besar untuk melewatkan fluida yang mengalir. Posisi pelampung, piston, atau baling-baling memberikan indikasi visual langsung dari laju aliran. Variasi desain meliputi rotamer (pelampung dalam tabung runcing), kombinasi orifice/rotameter (rotameter bypass), gerbang variabel saluran terbuka, sumbat runcing, dan desain baling-baling atau piston.

Entah gaya gravitasi atau pegas digunakan untuk mengembalikan elemen aliran ke posisi istirahatnya ketika aliran berkurang. Pengukur yang dioperasikan dengan gravitasi (rotameter) harus dipasang dalam posisi vertikal, sedangkan yang dioperasikan dengan pegas dapat dipasang di posisi apa pun. Semua meter aliran area variabel tersedia dengan indikator lokal. Sebagian besar juga dapat dilengkapi dengan sensor posisi dan pemancar (pneumatik, elektronik, digital, atau serat optik) untuk menghubungkan ke tampilan atau kontrol jarak jauh.

Baca Selengkapnya : Apa itu Variable Area Flow Meter?

Kesimpulan Cara Kerja Flow Meter

dari masing masing cara kerja flow meter yang telah kami paparkan diatas, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

• Pada kebanyakan instrumen pengukuran aliran cairan, laju aliran ditentukan secara inferensial dengan mengukur kecepatan cairan atau perubahan energi kinetik. Kecepatan bergantung pada perbedaan tekanan yang memaksa cairan melewati pipa atau saluran.
• Faktor lain yang mempengaruhi laju aliran cairan termasuk viskositas dan densitas cairan, dan gesekan cairan yang bersentuhan dengan pipa. Pengukuran langsung aliran cairan dapat dilakukan dengan pengukur aliran perpindahan positif. Unit-unit ini membagi cairan menjadi beberapa bagian tertentu dan memindahkannya. Aliran total merupakan akumulasi dari kenaikan terukur, yang dapat dihitung dengan teknik mekanis atau elektronik.
• Untuk penggunaan maksimal pada flow meter, maka user/pengguna harus menentukan flow meter dengan berbagai faktor yang salah satunya adalah nilai akurasi pada flow meter tersebut.

Sumber : Instrumentationtools.com | apureinstrument.com | circuitglobe.com