Flow Meter Aliran Berdasarkan Tekanan

Pada umunya flow meter aliran berdasarkan tekanan ini menggunakan prinsip beda tekanan Bernoulli.

Metoda ini berdasarkan Hukum Bernoulli yang menyatakan hubungan :

            

dimana:  P  = tekanan fluida

               ρ  = masa jenis fluida

               v  = kecepatan fulida

               g  = gravitasi bumi

               h  = tinggi fluida (elevasi) 

Perhatian : Rumus diatas hanya berlaku untuk aliran Laminer, yaitu aliran yang memenuhi prinsip kontinuitas.

Pipa pitot, orifice plate, pipa venturi dan flow Nozzle menggunakan hukum Bernoulli diatas. Prinsip dasarnya adalah membentuk sedikit perubahan kecepatan dari aliran fluida sehingga diperoleh perubahan tekanan yang dapat diamati. Pengubahan kecepatan aliran fluida dapat dilakukan dengan mengubah diameter pipa, hubungan ini diperoleh dari Hukum kontiunitas aliran fluida.

Perhatikan rumus berikut :

A = luas penampang pipa

D = debit fluida

Karena debit fluida berhubungan langsung dengan kecepatan fluida, maka jelas kecepatan fluida dapat diubah dengan cara mengubah diameter pipa.

1. Orifice Plate

            Alat ukur terdiri dari pipa dimana dibagian dalamnya diberi pelat berlubang lebih kecil dari ukuran diameter pipa. Sensor tekanan diletakan disisi pelat bagian inlet (P₁) dan satu lagi dibagian sisi pelat bagian outlet (P₂). Jika terjadi aliran dari inlet ke outlet, maka tekanan P₁ akan lebih besar dari tekanan outlet P₂.

            Keuntungan utama dari Orfice plate ini adalah dari :

            1. Konstruksi sederhana

            2. Ukuran pipa dapat dibuat persis sama dengan ukuran pipa sambungan.

            3. Harga pembuatan alat cukup murah

            4. Output cukup besar

            Kerugian menggunakan cara ini adalah :

1. Jika terdapat bagian padat dari aliran fluida, maka padat bagian tersebut akan terkumpul pada bagian pelat disisi inlet.

            2.  Jangkauan pengukuran sangat rendah

3. Dimungkinkan terjadinya aliran Turbulen sehingga menyebabkan kesalahan pengukuran jadi besar karena tidak mengikuti prinsip aliran Laminer.

4. Tidak memungkinkan bila digunakan untuk mengukur aliran fluida yang bertekanan rendah. 

Gambar 1.1 Orifice

Gambar 1.2 Plat Orifice
Sumber : www.flowmfg.com

Jumlah fluida yang mengalir per satuan waktu ( m³/dt) adalah :

di mana :  Q  = jumlah fluida yang mengalir ( m³/dt)

                                 K  = konstanta pipa

                                 A₂ = luas penampang pipa sempit

                                  P  = tekanan fluida pada pipa 1 dan 2

                                  ρ  = masa jenis fluida

                                  g  = gravitasi bumi

             Rumus ini juga berlaku untuk pipa venturi, Prinsip kerja dari orifice ini sama dengan prinsip beda tekanan Bernoulli. Prinsip ini menerangkan bahwa terdapat hubungan antara tekanan fluida dan kecepatan fluida yaitu jika kecepatan meningkat maka tekanan akan menurun dan juga sebaliknya. Aplikasi dari orifice adalah pembatasan aliran antara system pressure vessel dengan flare system, Terdapat recycle line dari suatu sistem yang bertekanan tinggi (discharge dari reciprocating compressor) dan masuk ke dalam sistem bertekanan rendah (vessel separator). Diinginkan untuk meregulasi tekanan dari fluida yang hendak di recycle dengan menggunakan control valve yang bukan special design. Orifice biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan aliran air atau gas.

     

2. Pipa Venturi

Bentuk lain dari pengukuran aliran dengan beda tekanan adalah pipa venture.

Pada pipa venture, pemercepat aliran fluida dilakukan dengan cara membentuk corong sehingga aliran masih dapat dijaga agar tetap laminar. Sensor tekana pertama (P₁) diletakkan pada sudut tekanan pertama dan sensor tekanan kedua diletakkan pada bagian yang plaing menjorok ke tengah. Pipa venturi biasa dipergunakan untuk mengukur aliran cairan.

            Keuntungan dari pipa venturi adalah:

            1.Partikel padatan masih melewati alat ukur

            2. Kapasitas aliran cukup besar

            3. Pengukuran tekana lebih baik dibandingkan orifice plate.

            4. Tahan terhadapa gesakan fluida.

            Kerugiannya adalah:

            1. Ukuran menjadi lebih besar

            2. Lebih mahal dari orifice plate

            3. Beda tekanan yang ditimbulkan menjadi lebih kecil dari orifice plate.

Aplikasi dari venturi adalah penggunaan venturimeter pada sebuah PLTU , untuk mengukur debit aliran udara panas yang akan masuk ke pulverizer.

Gambar 2.1 Venturi

Gambar 2.2 Venturi
Sumber : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4b/VenturiTubeScheme.png

3. Flow Nozzle

            Tipe Flow Nozzle menggunakan sebuah corong yang diletakkan diantara sambungan pipa sensor tekanan P₁ dibagian inlet dan P₂ dibagian outlet. Tekanan P₂ lebih kecil dibandingkan P₁. Sensor jenis ini memiliki keunggulan diabanding venture dan orifice plate yaitu:

            1. Masih dapat melewatkan padatan

            2. Kapasitas aliran cukup besar

            3. Mudah dalam pemasangan

            4. Tahan terhadap gesekan fluida

            5. Beda tekanan yang diperoleh lebih besar daripada pipa venturi

            6. Hasil beda tekanan cukup baik karena aliran masih laminer

Gambar 3.1 Nozzle
Sumber : www.emcocontrols.com

4. Pipa Pitot

Pitot tube ialah pipa terbuka kecil dimana permukaannya bersentuhan langsung dengan aliran. Terdiri dari 2 pipa, yaitu :

•       Static tube  (untuk mengukur tekanan statis)

   Pipa ini membuka secara tegak lurus sampai ke aliran sehingga dapat diketahui tekanan statisnya.

•       Impact/stagnation tube (untuk mengukur tekanan stagnasi = velocity   head)

Impact pressure selalu lebih besar daripada static pressure dan perbedaan antara kedua tekanan ini sebanding dengan kecepatan.

            Konstruksi pipa ini adalah berupa pipa biasa sedang di bagian tengah pipa diselipkan pipa kecil yang dibengkokkan ke arah inlet. Jenis pipa ini jarang dipergunakan di industri karena dengan adanya pipa kecil di bagian tengah akan menyebabkan benturan yang sangat kuat terhadap aliran fluida. Alat ini hanya dipergunakan untuk mengukur aliran fluida yang sangat lambat.

Cara kerja pitot tube :

• Pipa yang mengukur tekanan statis terletak secara radial  pada batang yang  dihubungkan ke manometer (pstat)
•  Tekanan pada ujung pipa di mana fluida masuk merupakan tekanan stagnasi(p0)
•  Kedua pengukuran tekanan tersebut dimasukkan dalam persamaan Bernoulli untuk mengetahui kecepatan alirannya
•  Sulit untuk mendapat hasil pengukuran tekanan stagnasi secara nyata karena adanya friksi pada pipa. Hasil pengukuran selalu lebih kecil dari kenyataan akibat faktor C (friksi empirik)

Gambar 4.1 Pipa Pitot
Sumber : http://www.airteamimages.com/cessna-citationjet_HB-VWM_-private_100560_large.html

Prinsip dari pitot tube :
Energi kinetik dikonversikan menjadi static pressure head. Aplikasi pipa pitot :
1. Mengukur kecepatan pada pesawat (airspeed)
2.  Altimeter pesawat
3.  Mengukur tekanan fluida pada wind tunnel (terowongan angin)

5. Rotameter

            Rotameter terdiridari tabung vertikal dengan lubang gerak di mana kedudukan pelampung dianggap vertical sesuai dengan laju aliran melalui tabung (Gambar 5.1). Untuk laju aliran yang diketahui, pelampung tetap stasioner karena gaya vertical dari tekanan diferensial, gravitasi, kekentalan, dan gaya-apung akan berimbang. Jadi kemampuan menyeimbangkan diri dari pelampung yang digantung dengan kawat  dan tergantung pada luas dapat ditentukan. Gaya kebawah  (gravitasi dikurangi gaya apung)  adalah konstan dan demikian pula gaya keatas (penurunan tekanan dikalikan luas pelampung) juga harus konstan. Dengan mengasumsikan aliran non kompresif, hasilnya adalah sebagai berikut:

Pelampung dapat dibuat dari berbagai bahan untuk mendapatkan beda kerapatan yang diperlukan (W_f-W_ff) untuk mengukur cairan atau gas tertentu. Tabung sering dibuat dari gelas berkekuatan tinggi sehingga dapat dilakukan pengamatan langsung terhadap kedudukan pelampung.

Gambar 5.1 Rotameter
Sumber : http://www.castleshop.co.uk/linear-flowpath-rotameter.html

Gambar 5.2 Rotameter
Sumber : http://www.steamequipments.com/rotameter.asp

Gambar 5.3 Prinsip kerja rotameter
Sumber : http://herusantoso17.blogspot.com/2012/11/areameter.html

Fluida mengalir ke atas melalui tabung gelas berisi float yang dapat bergerak dengan bebas. Untuk menunjukkan besarnya aliran fluida metering float naik ke atas, seperti terlihat pada gambar I. Kepala metering float menunjukkan angka 0, membuktikan bahwa valve yang terletak di bawah meteran ini belum terbuka. Rotameter bila dipasang pada pipa-pipa berukuran ¼ - 3 inci standard. Pembacaan tinggi float pada scale line sebanding dengan perubahan besarnya aliran yang terjadi .

Aplikasi rotameter adalah pada pengolahan limbah dan irigasi.

Referensi :

http://feby23meianwar.blogspot.com/2013/04/laporan-ip.html

http://herusantoso17.blogspot.com/2012/11/areameter.html