Coriolis Mass Flow Meter mengukur massa dengan inersia cairan atau gas yang mengalir melalui tabung getar yang dilengkapi dengan seperangkat sensor di saluran masuk dan keluar pengukur. Pergerakan aliran yang meningkat menghasilkan osilasi terukur yang sebanding dengan massa. Desain dan fungsi pengukur aliran Coriolis menjadikannya sebagai alat ukur cairan dan gas yang paling andal.
Definisi Coriolis Mass Flow Meter
Coriolis Mass Flow Meter adalah alat pengukur yang digunakan untuk mengukur laju aliran massa dari sebuah fluida dalam pipa pengukuran. Prinsip kerja dari Coriolis Mass Flow Meter didasarkan pada prinsip efek Coriolis, di mana alat ini mengukur gaya gerakan yang dihasilkan dari sebuah benda saat bergerak pada benda lain yang tengah bergerak.
Coriolis Mass Flow Meter menggunakan tabung sensor yang terbuat dari bahan fleksibel dan mirip dengan tabung uji pada mesin distilasi. Tabung ini dipasang di dalam pipa pengukuran dan kemudian diisi dengan fluida yang akan diukur alirannya. Kemudian alat ini akan memberikan resonansi pada tabung yang akan membuat tabung secara periodik bergerak seperti gelombang.
Gerakan tabung akan menimbulkan gaya Coriolis yang mempengaruhi setiap partikel fluida di dalam tabung secara berbeda-beda. Gaya ini kemudian diukur oleh sensor yang dipasang di dalam tabung dan kemudian dikonversikan menjadi laju aliran massa dari fluida tersebut.
Baca Juga: Definisi, Cara Kerja, dan Aplikasi Paddle Flow Switch
Sejarah Coriolis Mass Flow Meter
Di masa lalu, aliran massa sering kali dihitung dari keluaran pengukur aliran volumetrik dan densitometer. Perubahan densitas diukur secara langsung atau dihitung dengan menggunakan output dari pemancar suhu dan tekanan proses. Pada akhirnya, karena hubungan antara tekanan proses atau suhu dan densitas tidak selalu diketahui secara pasti, maka pengukuran ini tidak terlalu akurat.
Salah satu desain awal pengukur aliran massa mandiri yang dioperasikan menggunakan momentum sudut – pengukur ini memiliki impeler yang digerakkan motor yang memberikan momentum sudut (gerakan berputar) dengan mempercepat fluida ke kecepatan sudut yang konstan. Semakin tinggi densitas, semakin banyak momentum sudut yang diperlukan untuk mendapatkan kecepatan sudut ini. Di bagian hilir impeler yang digerakkan, turbin stasioner yang dipegang pegas terkena momentum sudut ini. Torsi yang dihasilkan (torsi pegas) merupakan indikasi aliran massa. Namun, dengan desain mekanis yang rumit dan biaya perawatan yang tinggi, jenis pengukur ini sebagian besar telah digantikan oleh desain yang lebih kuat dan tidak terlalu membutuhkan perawatan.
Salah satu desain tersebut adalah pengukur aliran massa Coriolis, yang secara luas dianggap sebagai jenis pengukur aliran massa yang paling akurat dan banyak digunakan dalam aplikasi industri untuk pengukuran yang akurat. Pengukur aliran Coriolis memiliki fitur instrumentasi yang berfungsi berdasarkan prinsip-prinsip efek Coriolis – fenomena penting (dan aneh) di mana massa yang bergerak dalam sistem yang berputar mengalami gaya yang bekerja tegak lurus terhadap arah gerakan dan sumbu rotasi. Paten Coriolis industri pertama berasal dari tahun 1950-an dan pengukur aliran massa Coriolis pertama dibuat pada tahun 1970-an.
Baca Juga: Prinsip Kerja, Fitur, dan Aplikasi Wedge Flow Meter
Prinsip Kerja Coriolis Mass Flow Meter
G.G. Coriolis adalah seorang insinyur Prancis, yang pertama kali mencatat bahwa semua benda yang bergerak di permukaan Bumi cenderung melayang ke samping, karena rotasi planet ini ke arah timur. Di Belahan Bumi Utara, defleksi berada di sebelah kanan gerakan; di Belahan Bumi Selatan, defleksi berada di sebelah kiri. Pergeseran ini memainkan peran utama dalam aktivitas pasang surut lautan dan cuaca di planet ini. Karena sebuah titik di khatulistiwa menelusuri lingkaran yang lebih besar per hari daripada titik yang lebih dekat ke kutub, sebuah benda yang bergerak menuju salah satu kutub akan mengarah ke timur karena mempertahankan kecepatan rotasi yang lebih tinggi (ke arah timur) saat melewati permukaan Bumi yang berputar lebih lambat. Pergeseran ini didefinisikan sebagai gaya Coriolis.
Baca Juga : Jenis Flow Meter Berdasarkan Prinsip Kerjanya
Ketika fluida mengalir di dalam pipa dan mengalami percepatan Coriolis melalui pengenalan rotasi semu secara mekanis ke dalam pipa, jumlah gaya membelok yang dihasilkan oleh efek inersia Coriolis akan menjadi fungsi laju aliran massa fluida. Jika sebuah pipa diputar mengelilingi suatu titik sementara cairan mengalir melaluinya (menuju atau menjauhi pusat rotasi), fluida tersebut akan menghasilkan gaya inersia (yang bekerja pada pipa) yang akan membentuk sudut siku-siku terhadap arah aliran.
Dengan mengacu pada Gambar diatas, sebuah partikel (dm) bergerak dengan kecepatan (V) di dalam tabung (T). Tabung berputar pada titik tetap (P), dan partikel berada pada jarak satu jari-jari (R) dari titik tetap. Partikel bergerak dengan kecepatan sudut (w) di bawah dua komponen percepatan, percepatan sentripetal yang mengarah ke P dan percepatan Coriolis yang bekerja pada sudut siku-siku terhadap ar:
ar (sentripetal) = w2r
at (Coriolis) = 2wv
Untuk memberikan percepatan Coriolis (at) kepada partikel fluida, gaya sebesar at (dm) harus dihasilkan oleh tabung. Partikel fluida bereaksi terhadap gaya ini dengan gaya Coriolis yang sama dan berlawanan:
Fc = at (dm) = 2wv (dm)
Kemudian, jika fluida proses memiliki massa jenis (D) dan mengalir dengan kecepatan konstan di dalam tabung berputar dengan luas penampang A, segmen tabung dengan panjang X akan mengalami gaya Coriolis dengan besar:
Fc = 2wvDAx
Karena laju aliran massa adalah dm = DvA, maka gaya Coriolis Fc = 2w(dm)x dan, akhirnya:
Aliran Massa = Fc / (2wx)
Beginilah cara pengukuran gaya Coriolis yang diberikan oleh fluida yang mengalir pada tabung yang berputar dapat memberikan indikasi laju aliran massa. Meskipun memutar tabung belum tentu merupakan prosedur operasi standar yang praktis saat membuat pengukur aliran komersial, mengosilasi atau menggetarkan tabung – yang praktis – dapat mencapai efek yang sama.
Bagaimana Cara Kerja Coriolis Mass Flow Meter?
Coriolis mass flow meter mengukur massa melalui inersia. Cairan atau gas mengalir melalui tabung yang digetarkan oleh aktuator kecil. Hal ini secara artifisial memperkenalkan akselerasi Coriolis ke dalam aliran yang mengalir, yang menghasilkan gaya puntir terukur pada tabung yang menghasilkan pergeseran fasa. Gaya puntir ini sebanding dengan massa – dan pengukur mengukur aliran massa dengan mendeteksi momentum sudut yang dihasilkan. Pengukur aliran Coriolis mampu mengukur aliran melalui tabung baik dalam arah maju maupun mundur.
Pada sebagian besar desain, tabung ditambatkan pada dua titik dan digetarkan di antara kedua jangkar ini. Konfigurasi ini dapat dibayangkan sebagai menggetarkan pegas dan rakitan massa. Setelah ditempatkan dalam gerakan, rakitan pegas dan massa akan bergetar pada frekuensi resonansi, yang merupakan fungsi dari massa rakitan itu. Frekuensi resonansi ini dipilih karena gaya pendorong terkecil diperlukan untuk menjaga agar tabung yang terisi tetap bergetar secara konstan.
Baca Juga:Â Jenis, Karakteristik, dan Akurasi Flow Meter Minyak
Desain Tabung
Desain tabung yang dimiliki oleh Rheonik adalah desain omega, karena adanya loop Omega yang unik, memungkinkan untuk melayani aplikasi yang luar biasa.
Ini merupakan elemen utama dalam dan menawarkan banyak keuntungan dibandingkan gerakan pembengkokan tradisional. Di antaranya, memungkinkan penggunaan ketebalan dinding tabung yang lebih besar, memberikan ketahanan yang lebih baik terhadap abrasi dan korosi. Selain itu, bagian dalam menjamin desain yang paling stabil bahkan menggunakan tabung tertipis dengan diameter di bawah 1 mm untuk aplikasi aliran yang sangat rendah. Jenis desain adalah kunci dari keandalan dan kegunaan Rheonik yang luas dan unggul.
Heavy Wall Thickness
Desain Rheonik Omega memungkinkan peningkatan ketebalan dinding tabung untuk aplikasi bertekanan tinggi dan bersuhu lebih tinggi. Ketebalan dinding yang lebih tinggi memberikan stabilitas jangka panjang dan margin keamanan terhadap potensi abrasi dan korosi.
Energizing Torsion Rod
Osilasi torsi Rheonik yang diberi energi menghasilkan, bersamaan dengan batang massa, amplitudo osilasi yang besar dengan rasio signal-to-noise yang sangat baik untuk akurasi terbaik, bahkan pada kondisi aliran rendah. Kestabilan osilasi adalah kunci untuk pengukuran yang sangat andal dalam kondisi yang menantang, misalnya gelembung dalam cairan atau cairan non-homogen dengan kepadatan yang berbeda.
Stabilizing Mass Bar
Rheonik Mass bar bekerja bersama dengan torsion bar untuk menghasilkan osilasi harmonik – gerakan abadi dari garpu tala. Hal ini mengurangi kerentanan terhadap getaran eksternal dan kondisi redaman yang ditimbulkan oleh proses.
Prinsip Kerja Omega Sensor Rheonik
Setiap pengukur aliran massa memiliki dua tabung pengukur. Sistem berosilasi digerakkan oleh dua kumparan eksitasi elektromagnetik yang dikendalikan. Saat cairan atau gas mengalir melalui tabung omega yang berosilasi, gaya Coriolis tercipta dan menyebabkan sedikit defleksi pada kedua tabung pengukur dari bentuk aslinya.
Tabung yang berlawanan direferensikan satu sama lain dan perubahan defleksi sebanding dengan laju aliran massa. Dalam praktiknya, perujukan dilakukan dengan memasang kumparan pickup kecil yang menghasilkan tegangan sinusoidal. Derajat deviasi pergeseran fasa berbanding lurus dengan aliran massa.
Baca Juga: Definisi, Jenis, dan Kelebihan Oil Flow Meter
Akurasi & Daya Jangkau
Pengukur Coriolis memberikan 0,1-2% ketidakakuratan laju dari kisaran aliran massa hingga 100:1. Secara umum, desain tabung melengkung memberikan daya jangkau yang lebih luas (100:1 hingga 200:1), sedangkan meter tabung lurus terbatas pada 30:1 hingga 50:1 dan akurasinya lebih rendah. Kesalahan meter secara keseluruhan adalah jumlah dari ketidakakuratan dasar dan kesalahan pergeseran-nol, kesalahan yang disebabkan oleh sinyal output yang tidak beraturan yang dihasilkan pada kondisi aliran nol. Kesalahan pergeseran-nol menjadi bagian dominan dari kesalahan total pada ujung bawah rentang aliran, di mana kesalahannya antara 1% dan 2% dari laju. Beberapa produsen menyatakan akurasi keseluruhan sebagai persentase laju untuk bagian atas rentang aliran dan sebagai persentase rentang untuk bagian bawah, sementara yang lain menyatakannya sebagai persentase laju ditambah kesalahan pergeseran nol.
Ketika digunakan untuk pengukuran massa jenis, kisaran kesalahan umum pengukuran Coriolis adalah 0,002-0,0005 g/cc.
Kesalahan disebabkan oleh kantong udara atau gas dalam cairan proses. Dalam kasus gelembung kecil yang tersebar secara homogen, lebih banyak daya diperlukan untuk menggetarkan tabung, sedangkan, jika gas terpisah dari cairan, efek redaman pada getaran tabung (dan, akibatnya, kesalahan) berkembang. Rongga kecil juga menyebabkan kebisingan karena cairan proses yang mengalir di dalam tabung. Rongga yang lebih besar akan meningkatkan energi yang dibutuhkan untuk menggetarkan tabung ke tingkat yang berlebihan dan dapat menyebabkan kegagalan total.
Karena tabung aliran mengalami gaya aksial, tekukan, dan puntiran selama pengoperasian meteran, jika proses atau suhu sekitar dan fluktuasi tekanan mengubah gaya-gaya ini, kinerja dapat terpengaruh, dan pengosongan ulang meteran mungkin diperlukan.
Variasi dalam densitas fluida proses dapat memengaruhi fungsi transfer frekuensi sistem mekanis, sehingga perlu dilakukan pengosongan ulang pada desain yang lebih tua untuk melindunginya dari penurunan kinerja. Karena konfigurasi tabungnya, desain yang lebih baru tidak terpengaruh oleh perubahan densitas pada rentang variasi berat jenis yang luas.
Baca Selengkapnya :Â Akurasi Coriolis Mass Flow Meter
Ukuran & Penurunan Tekanan
Karena kemampuan jangkauan yang luas dari pengukur aliran Coriolis (30:1 hingga setinggi 200:1), aliran yang sama dapat diukur dengan dua atau tiga tabung aliran dengan ukuran berbeda. Dengan menggunakan meteran sekecil mungkin, seseorang akan menurunkan biaya awal dan mengurangi penumpukan lapisan tetapi akan meningkatkan tingkat erosi / korosi dan kehilangan head, meningkatkan biaya pemompaan dan pengoperasian.
Perampingan (menggunakan meteran yang lebih kecil dari pipa) dapat diterima jika pipa berukuran besar, dan cairan proses bersih dengan viskositas rendah.
Pengukur Coriolis yang berbeda menghasilkan penurunan tekanan yang berbeda, tetapi secara umum mereka membutuhkan lebih banyak daripada pengukur volumetrik tradisional, yang biasanya beroperasi kurang dari 10 psid. Kehilangan head yang lebih tinggi ini disebabkan oleh berkurangnya diameter pipa dan jalur aliran yang melingkar. Selain biaya pemompaan, head loss dapat menjadi perhatian jika meteran dipasang pada sistem bertekanan rendah, atau jika terdapat potensi kavitasi atau flashing, atau jika viskositas fluida sangat tinggi.
Viskositas fluida non-Newtonian adalah fungsi dari kecepatan alirannya. Fluida dilettante, misalnya, meningkatkan viskositas semu (hambatan untuk mengalir) saat kecepatannya meningkat. Viskositas semu ini dapat secara drastis lebih tinggi daripada viskositasnya saat stagnan. Untuk memberikan data kepada pemasok tentang viskositas yang mengalir dalam pipa tertentu, kehilangan head per kaki pipa (digunakan dalam perhitungan ukuran pompa) dapat digunakan sebagai perkiraan.
Baca Juga : Definisi, dan Jenis Velocity Flow Meter
Aplikasi & Batasan
Pengukur aliran massa Coriolis adalah jenis pengukur aliran yang paling akurat dan digunakan dalam berbagai aplikasi berbeda di berbagai industri serta dalam aplikasi ilmiah – mengukur gas dan cairan korosif dan bersih. Pengukur ini memberikan akurasi tinggi dalam pengukuran aliran massa, pengukuran densitas, pengukuran suhu, dan viskositas.
Tidak seperti teknologi berbasis kecepatan (seperti pengukur aliran perpindahan positif, pengukur aliran ultrasonik, dan pengukur aliran turbin), pengukur aliran massa Coriolis dapat mendeteksi aliran segala jenis gas yang cukup padat atau fluida aliran rendah, termasuk minyak mentah dan jenis bahan bakar lainnya, bahan pembersih dan bahan kimia lainnya, minyak nabati dan lemak hewani, pasta gigi dan alkohol, semua jenis produk makanan, dan cairan non-Newtonian. Desain pengeringan sendiri tersedia untuk aplikasi sanitasi yang memenuhi persyaratan bersih di tempat.
Sebagian besar meter dilengkapi dengan sirkuit yang aman secara intrinsik antara tabung aliran dan pemancar. Oleh karena itu, jumlah daya penggerak yang dapat dikirim ke tabung aliran terbatas.
Ketika cairan diturunkan dari truk tangki, drum, atau gerbong kereta api, aliran slug dapat terjadi, sehingga output meteran tidak dapat diprediksi. Jika fitur pemulihan aliran slug disediakan di pemancar, fitur ini akan menghentikan pengukuran ketika aliran slug terdeteksi oleh daya penggerak yang berlebihan yang ditarik atau oleh penurunan kepadatan proses (pengurangan amplitudo keluaran sensor).
Jumlah udara dalam fluida proses yang dapat ditoleransi oleh pengukur bervariasi dengan viskositas fluida. Cairan dengan viskositas setinggi 300.000 centipoise dapat diukur dengan pengukur Coriolis. Kandungan gas dalam cairan yang sangat kental dapat mencapai 20% dengan gelembung-gelembung kecil yang masih tersebar secara homogen. Kandungan gas dalam cairan dengan viskositas rendah, seperti susu, akan terpisah pada konsentrasi serendah 1%.
Baca Juga : Tujuan Kalibrasi dan Pentingnya Keakuratan Instrument
Pengukur aliran Coriolis berukuran rata-rata (di bawah 2 inci) memberikan periode pengembalian modal yang singkat pada aplikasi di mana akurasi pengukuran menurunkan biaya produksi (mandi, penagihan) atau di mana beberapa pengukuran (termasuk kepadatan, suhu, tekanan) diperlukan. Di sisi lain, mereka mungkin tidak kompetitif ketika digunakan dalam aplikasi pengukuran aliran sederhana di mana sensor volumetrik memadai dan di mana pengulangan lebih penting daripada presisi. Kemampuan untuk mengekstrak data total massa yang terisi, laju padatan, persen padatan, dan viskositas dari satu instrumen memang menurunkan total biaya pengukuran, meningkatkan kontrol proses, dan menyediakan redundansi untuk instrumen lain.
Desain tabung kontinu umumnya lebih disukai untuk bubur dan aplikasi fluida multi-fase lainnya. Aliran total dibagi oleh splitter dalam desain tabung terpisah, dan dua aliran yang dihasilkan tidak harus memiliki laju aliran massa yang sama persis untuk mempertahankan akurasi (namun, keduanya harus memiliki kepadatan yang sama). Kepadatan yang berbeda dalam dua tabung paralel membuat sistem tidak seimbang dan menciptakan kesalahan pengukuran. Oleh karena itu, jika ada fase kedua dalam aliran, pembagi aliran sederhana mungkin tidak dapat mendistribusikan aliran secara merata di antara kedua tabung.
Desain tabung kontinu juga lebih disukai untuk mengukur cairan yang dapat melapisi dan/atau menyumbat meteran. Tabung kontinu, jika berukuran untuk melewatkan partikel padat terbesar dalam fluida proses, cenderung tidak tersumbat dan lebih mudah dibersihkan.
Desain tabung lurus dapat dibersihkan dengan cara mekanis, sedangkan desain tabung melengkung biasanya dicuci menggunakan larutan pembersih dengan kecepatan lebih dari 10 kaki / detik. Desain tabung lurus juga lebih disukai untuk aplikasi sanitasi karena persyaratan pengeringan sendiri.
Tabung yang panjang dan bengkok lebih mudah terpelintir daripada tabung pendek dan lurus dan, oleh karena itu, akan menghasilkan sinyal yang lebih kuat dalam kondisi yang sama. Secara umum, desain berbentuk u memberikan daya jangkau yang lebih luas (100:1 hingga 200:1), sedangkan pengukur tabung lurus terbatas pada 30:1 hingga 50:1 – dengan akurasi yang lebih rendah.
Pengukur tabung lurus lebih kebal terhadap tekanan dan getaran pipa, mudah dipasang, membutuhkan penurunan tekanan yang lebih sedikit, dapat dibersihkan secara mekanis, lebih ringkas, dan membutuhkan lebih sedikit ruang untuk pemasangan. Meter ini juga lebih disukai untuk layanan di mana fluida proses dapat membeku pada suhu sekitar.
Tidak semua rumah meteran dirancang untuk menahan dan menampung fluida proses bertekanan jika terjadi kebocoran tabung, terutama jika fluida proses cenderung menguap dalam kondisi seperti itu. Jika demikian, rumah penahanan sekunder dapat dipesan yang membungkus seluruh tabung aliran, termasuk rumahnya. Selungkup penahanan sekunder semacam itu dapat dilengkapi dengan disk pecah atau katup pelepas tekanan, dan dengan saluran air atau ventilasi.
Baca Juga : Prinsip Kerja, dan Jenis Positive Displacement Flow Meter
Kesimpulan
dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Definsi, Prinsip Kerja, Aplikasi Coriolis Mass Flow Meter” dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
- Coriolis mass flow meter mengukur massa melalui inersia. Cairan atau gas mengalir melalui tabung yang digetarkan oleh aktuator kecil. Hal ini secara artifisial memperkenalkan akselerasi Coriolis ke dalam aliran yang mengalir, yang menghasilkan gaya puntir terukur pada tabung yang menghasilkan pergeseran fasa.
- Pengukur Coriolis memberikan 0,1-2% ketidakakuratan laju dari kisaran aliran massa hingga 100:1. Secara umum, desain tabung melengkung memberikan daya jangkau yang lebih luas (100:1 hingga 200:1), sedangkan meter tabung lurus terbatas pada 30:1 hingga 50:1 dan akurasinya lebih rendah.
- Karena kemampuan jangkauan yang luas dari pengukur aliran Coriolis (30:1 hingga setinggi 200:1), aliran yang sama dapat diukur dengan dua atau tiga tabung aliran dengan ukuran berbeda. Dengan menggunakan meteran sekecil mungkin, seseorang akan menurunkan biaya awal dan mengurangi penumpukan lapisan tetapi akan meningkatkan tingkat erosi / korosi dan kehilangan head, meningkatkan biaya pemompaan dan pengoperasian.
Referensi: omega.com | rheonik.com
