Jenis-Jenis Flow Meter Gas

Flow meter merupakan suatu alat yang berguna untuk menghitung laju alir liquid, slurry, gas, dan campuran uap-liquid. Dengan flow meter, komponen yang mengalir pada aliran terbuka maupun tertutup dapat terhitung kuantitasnya per satuan waktu. Alat flow meter bukanlah hal asing bagi seorang teknisi terutama bagi mereka yang bekerja pada suatu industri proses. Hingga saat ini, para teknisi masih mencari jenis flow meter yang paling ideal untuk dapat diterapkan pada proses industri. Flow meter universal yang dianggap ideal adalah instrumen dengan rasio titik balik yang tinggi atau rentang operabilitas yang besar, tingkat akurasi yang tinggi dinyatakan melalui pengukuran tekanan dan temperatur, memiliki fleksibilitas untuk mengontrol komponen yang diukur tanpa memerlukan kalibrasi berulang, serta kemudahan untuk diinstalasi pada suatu pabrik.

Jenis-Jenis Gas Meter

Sebelum anda memilih perangkat pengukur aliran gas maka sangat penting untuk memahami penerapan teknologi flow meter. Artikel ini berisi ulasan mengenai cara kerja dari berbagai jenis flow meter gas / gas meter beserta dengan kelebihan dan kekurangannya yang perlu diingat saat memilih pengukur aliran gas yang benar. Pemahaman terhadap jenis perangkat merupakan faktor yang sangat penting untuk membuat keputusan yang tepat.

Flow meter diidentifikasikan berdasarkan prinsip operasi dan teknologi yang digunakan. Jika berdasarkan prinsip operasi, maka jenis-jenis flow meter terbagi atas perbedaan tekanan, kecepatan, luasan area, dan positive displacement. Sedangkan berdasarkan teknologi yang diaplikasikan, flow meter gas terdiri atas orifice, turbin, magnetik, gas ionisasi, NMR, dan ultrasonik. Penjelasan lebih lanjut mengenai jenis-jenis flow meter adalah sebagai berikut:

1. Orifice Plate Meter

Flow meter orifice plate (plat berlubang) merupakan bagian dari flow meter yang bekerja berdasarkan perbedaan tekanan. Jenis flow meter ini mudah untuk dikonstruksi, terbuat dari suatu plat logam dengan lubang yang disisipkan di antara penghubung jalur pipa dengan penyadap tekanan yang terbentuk pada dinding pipa. Prinsip kerja yang digunakan pada flow meter orifice plate yaitu orifice plate akan menimbulkan penurunan tekanan kepada fluida yang mengalir di dalam pipa. Penurunan tekanan tersebut bervariasi sepanjang laju alir fluida. Penurunan tekanan ini kemudian diukur menggunakan transmiter perbedaan tekanan dan dapat digunakan untuk menghitung laju alir fluida. Terdapat empat jenis orifice plate seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Kelebihan dari orifice plate meter adalah sangat mudah untuk dikonstruksi; memiliki elemen utama yang kuat; memiliki standar yang jelas sehingga aman digunakan; tidak membutuhkan kalibrasi pada desain yang standar; biaya pembelian plat yang ekonomis; dan dapat digunakan untuk mengukur gas, liquid, serta uap. Namun kekurangan dari orifice plate meter hanya memiliki jangkauan 3-4 banding 1, performansi alat dapat menurun karena kerusakan pada plat logam, keluaran yang dihasilkan tidak linier dengan laju alirnya, serta instalasi alat secara penuh dan instalasi kedua membutuhkan biaya yang tergolong tinggi.

2. Critical Flow Venturi Nozzle

Alat ukur ini memiliki efek menarik yang muncul ketika suatu gas mengalir pada nozzle dengan kecepatan yang tinggi. Pada saat gas memasuki nozzle, kecepatan gas meningkat karena luas penampang nozzle menurun pada daerah throat. Kecepatan maksimum yang dicapai pada daerah throat sama dengan kecepatan sonik (kecepatan suara) sehingga pada laju hilir kecepatan dapat turun menjadi subsonik atau meningkat menjadi supersonik. Efek menarik pada kondisi sonik ini yaitu jika terdapat perubahan aliran hilir pada throat tidak akan mempengaruhi kondisi aliran hulu, hal tersebut karena adanya nozzle. Sehingga prinsip yang digunakan yaitu di bawah rasio tekanan hilir dan hulu pada nozzle, gas akan mengalir lebih cepat pada bagian throat hingga kecepatan kritisnya sama dengan kecepatan sonik.

Kelebihan alat ini dapat mengukur laju alir masa gas dengan presisi yang tinggi serta aliran hulu tidak dipengaruhi aliran hilir. Namun sangat tidak fleksibel karena laju alirnya dapat ditingkatkan hanya dengan mengubah nilai stagnansi aliran hulu atau meningkatkan luas area throat.

3. Positive Displacement (PD) Gas Meter

Alat ini secara umum bekerja melalui prinsip dasar dengan membagi aliran menjadi beberapa volume yang presisi. Salah satu gas PD meter yaitu Rotary Gas Displacement meter yang terdiri dari lobus impeller yang beroperasi berlawanan arah dengan pusatnya. Sistem operasinya yaitu gear memberikan dorongan eksternal terhadap ember pengukur untuk mensinkronisasikan impeller. Selama rotasi, empat penampung gas berbentuk bulan sabit dikeluarkan melalui ember pengukur. Jumlah rotasi akan sebanding dengan total aliran.

Rotary Gas Displacement dapat beroperasi hingga tekanan 80 bar, jangkauan yang dimiliki dapat mencapai 20 : 1 pada beberapa desai, dan performansi kalibrasinya mendekati 0.5%. Batasan alat ukur ini hanya dapat digunakan hingga temperatur gas 373K serta dapat menyebabkan menyebabkan penurunan tekanan secara tiba-tiba.

4. Turbin Flowmeter

Turbin flowmeter terdiri dari suatu rotor berbilah yang akan bekerja pada aliran pipa, gas meter jenis ini menghitung kecepatan pergerakan gas melalui rotor atau heliks. Rotor didesain untuk memberikan minimum disturbansi saat aliran fluida memasuki flowmeter. Rotor pada turbin sangat ringan dan bantalan friksi yang dihasilkan sangat minim. Pada saat fluida memasuki turbin meter, fluida akan menimpa bagian pisau turbin yang bebas berotasi pada sumbu sepanjang titik tengah turbin. Rotor akan berputar dengan laju yang sama besarnya terhadap kecepatan fluida. Besarnya keluaran yang dihasilkan diukur melalui pickoff listrik yang dipasang pada badan flow meter. Pada turbin gas flowmeter, terdapatnya perubahan karena friksi dan bilah pisau terjadi karena deteriorasi mekanik atau kerusakan yang menurunkan jangkauan alat ukur.

5. Ultrasonik Flowmeter

Menggunakan prinsip gelombang suara sebesar > 20kHz dengan sensor pengukur kecepatan fluida nonintrusif dan atau noninfasif untuk mendeteksi aliran pada pipa. Ultrasonic gas flow meter merupakan alat yang digunakan untuk mendeteksi aliran gas dan umumnya digunakan pada industri kimia, pertambangan, bahkan gas alam. Ultrasonic gas flow meter bekerja berdasarkan metode perbedaan waktu, perbedaan frekuensi, perbedaan fase, dan metode Doppler. Diantara keempat jenis tersebut, metode perbedaan waktu digunakan sebagai pengukur kecepatan dan laju alir dari gas dengan cara menghitung waktu transit gelombang ultrasonik pada aliran hulu dan hilir. Waktu transit gelombang ultrasonik yaitu ketika transducer memancarkan gelombang ultrasonik, momen ini adalah awal dimulainya waktu pemancaran. Sedangkan waktu ketika penerima transducer menerima sinyal disebut sebagai waktu akhir proses pemancaran.

Karena transducer merupakan fitur penting dalam desain mekanik ultrasonik flow meter, maka beberapa syarat ditetapkan kepada transducer adalah sebagai berikut:

Memiliki transmisi yang efisien dan penerimaan sinyal akustik dapat terjadi melalui interface
Transmisi akustik dapat diabaikan dengan digantikan melalui bagian utama flow meter
Memiliki keakuratan dan posisi yang permanen
Tidak memiliki efek yang merugikan setelah dioperasikan terhadap fluida
Memiliki performansi yang tinggi dan bebas dari munculnya gangguan.

6. Thermal Mass Flowmeter

Thermal mass flowmeter dapat diaplikasikan kepada fluida gas dan liquid, untuk fluida gas maka jenis thermal flow meter yang berlaku adalah Capillary Thermal Mass Flowmeter (CTMF). CTMF secara spesifik bekerja untuk mengontrol clean gas yang memiliki aliran rendah. Pada thermal flow meter, gas mengalir melalui saluran yang berdiameter sangat kecil dengan perbandingan panjang dan diameter saluran yang cukup untuk memastikan terjadinya aliran laminer. Pada bagian luar saluran atau tube terdapat alat pemanas dan temperatur. Pemanas yang ada akan memindahkan sejumlah panas melalui dinding tube menuju ke gas, jika terdapat aliran gas dalam saluran pipa maka gas yang dipanaskan akan dibawa ke aliran hilir. Sensor temperatur aliran hilir akan mendeteksi temperatur yang lebih tinggi daripada sensor aliran hulu, perbedaan ini dapat digunakan untuk mengetahui besarnya masa alir gas.

7. Coriolis Mass Flowmeter

Coriolis meter dapat mengukur laju alir massa dengan menghitung besarnya gaya Coriolis yang ada pada tabung bergetar. Coriolis meter terdiri dari satu atau lebih tabung namun umumnya yang digunakan adalah desain dengan dua tabung. Prinsip yang digunakan oleh Coriolis meter yaitu melibatkan fungsi rotating frame dari sumber referensi ke dalam aliran pipa dimana fluida mengalir. Getaran yang dihasilkan tidak seratus persen bergerak secara sirkuler namun masih terdapat rotating frame yang berguna untuk meningkatkan efek Coriolis. Sehingga ketika terdapat aliran fluida pada pipa, gaya Coriolis akan muncul dan menyebabkan perputaran pada pipa dari bagian inlet hingga bagian outlet. Perputaran atau distorsi yang muncul akan diukur oleh sebuah sensor, perputaran/distorsi tersebut akan menghasilkan pergeseran fasa anatara sinyal yang dimunculkan oleh sensor. Pergeseran fasa atau perbedaan waktu nilainya berbanding lurus dengan laju alir massa fluida.

Kelebihan dari Coriolis meter yaitu dapat mengukur laju alir massa secara langsung tanpa membutuhkan bantuan alat aliran komputer serta kondisi tekanan dan temperatur khusus untuk fluida yang memiliki densitas bervariasi. Selain itu memiliki akurasi yang tinggi hingga 0.25% untuk pengukur aliran gas. Namun kelemahan/batasan yang dimiliki ialah biaya kapital dari alat sangat mahal serta hanya terbatas hingga ukuran maksimal 250mm-400 mm.

Referensi Umum

Baker, R.C. 2000. Flow measurement handbook : industrial design, operating principles, performance, and aplications. New York : Cambridge University

Basu, S. 2019. Plant flow measurement and control handbook : fluid, solid, slurry, and multiphase flow. UK : Elsevier

Chattopadhyay,P. 2006. Flowmeters and flow measurement. New Dehli : Asian Books Private Limited

Liu, B. et all. 2018. Echo energy integral based signal processing methos for ultrasonic gas flow meter. Sensor and Actuators A Physical. 1(1) : 181-189