Flow Measurement (Differential Pressure type)

Ada banyak jenis flow meter yang digunakan di industri. Pada umumnya semua flow meter tersebut dapat kita kelompokkan ke dalam: differential pressure (DP), positive displacement (PD), mechanical, electronic, dan mass meter.

Kita akan membahas jenis Differential Pressure (DP) flow meter

DIFFERENTIAL PRESSURE (DP) FLOW METER

Differential pressure (DP) flow meter adalah yang paling banyak digunakan. Diperkirakan hampir 50% flow rate fluida di seluruh dunia diukur menggunakan metoda ini.

Prinsip operasi DP flow meter berdasarkan pada pemikiran bahwa pressure drop diantara meter adalah sebanding dengan kwadrat dari flow rate. Pengukuran pressure drop sendiri dilakukan dengan menggunakan primary element, yang menyebabkan perubahan energi kinetik pada pipa. Jenis primary element ini diantaranya: orifice plate, venturi tube, pitot tube, dan annubar. Selanjutnya secondary element mengukur DP yang terjadi dan mengeluarkan sinyal (read out) setelah dikonversi ke actual flow.

1. Orifice meter

Orifice adalah primary element yang paling populer. Orifice terbuat dari selembar plat baja dengan sebuah lubang yang besarnya tertentu. Tebal orifice berkisar dari 0.060 – 0.500 inch tergantung besar pipa. Orifice plate dipasang dengan cara diselipkan diantara 2 buah flange. Pressure tap pada kedua sisi flange berfungsi untuk mendeteksi selisih tekanan yang terjadi. Akurasi meter umumnya berkisar antara ±0.5 hingga ±5%.

- Orifice bore

Ada 3 jenis orifice yang dikenal luas, yaitu: concentric, eccentric, dan segmental.

Concentric adalah yang paling umum dipakai pada clean fluids. Sangat cocok untuk aplikasi pengukuran gas, steam, clean hydrocarbon dan chemical.

Eccentric design digunakan pada pengukuran liquida mengandung gas. Letak lubang secara eccentric memberikan jalan agar gas dapat lewat dengan bebas.

Segmental design digunakan pada pengukuran liquida mengandung solid. Posisi lubang di bawah akan memberikan keleluasaan partikel solid melewatinya.

- Orifice edge

Ada dua jenis sudut lubang orifice (edge) yang umum dipakai, yaitu sharp edge dan quadrant edge.

Sharp edge tanpa perlakuan khusus dapat dipakai untuk aliran dua arah.

Jenis sharp edge juga ada yang di bavelled (diberi sudut 45o) jika tebal orifice >1/8 in, atau diameter orifice Quadrant edge dipakai untuk fluida dengan viskositas tinggi seperti slurry atau heavy crude, dimana biasanya bilangan Reynold < 10,000.

- Orifice plate specification

Spesifikasi pelat orifice di syaratkan oleh API MPMS, Chapter 14.3/AGA Report No. 3 (1992). Beberapa syaratnya sebagai berikut:

- Material: Orifice terbuat dari “zero corrosion material” umumnya stainless steel (304SS, 316SS), monel, atau jenis logam campuran lain tergantung service

- Ketebalan pelat: Minimum dan maksimum tergantung pada ukuran pipa, tapi minimum-nya adalah 1/8 inch

- Roughness: Kekasaran permukaan pelat tidak boleh melebihi 50 micro-inches

- Upstream edge: Orifice tidak boleh memiliki sisi lubang yang tumpul atau tertakik

- Beta ratio: Yaitu rasio antara lubang orifice terhadap besar pipa. Umumnya berkisar antara 0.25 – 0.75.

- Orifice fitting

Untuk menahan orifice agar terpasang dengan baik pada pipa umumnya memakai flange. Kebutuhan akan maintenance (pembersihan/ penggantian pelat orifice) tanpa harus melakukan shutdown adalah awal lahirnya orifice fitting. Beberapa orifice fitting yang dikenal adalah :

• Senior fitting
• Junior fitting
• Simplex fitting

Membuka pelat orifice ketika pipa sedang dilalui fluida dapat dilakukan jika memakai senior fitting. Junior fitting dipakai pada aplikasi yang mempunyai bypass line. Simplex fitting hampir sama dengan junior, bedanya adalah pengangkatan orifice plate dapat langsung dilakukan dengan tangan kosong (tanpa alat engkol seperti pada senior dan junior fitting).

- Secondary elements

Secondary element berfungsi sebagai berikut :

• Melakukan konversi pengukuran DP ke bentuk sinyal digital atau electrical
• Mengirimkan sinyal ke tempat tertentu
• Melakukan recording

Dalam aplikasi secondary element ini dapat berupa sebuah chart recorder atau DP transmitter yang akan dibahas pada bab tersendiri.

- Pressure tap

Perbedaan tekanan upstream dan downstream orifice disalurkan melalui tap pada pipa (pipe tap) atau flange (flange tap). Jarak tap untuk kedua sistem adalah sbb:

Flange tap : 1” upstream dan downstream
Pipe tap : 2.5D upstream dan 8D downstream (D=diameter pipa)
Kedua tap harus berukuran sama dan disalurkan memakai tubing berukuran ¼” untuk clean service, dan minimum 0.4” untuk steam service.

2.  Venturi tube

Venturi tube menggunakan prinsip Bernouli untuk merelasikan hubungan antara fluid velocity dengan pressure. Kenaikan fluid velocity melalui sebentuk throat pada diameter tertentu, akan menimbulkan selisih tekanan (rP) untuk mendapatkan flow rate.

Keuntungan menggunakan venturi tube diantaranya :

• Tidak ada komponen bergerak (berputar)
• Pressure loss minimal
• Sesuai untuk pressure/temperature tinggi
• Dapat dipakai pada fluida korosif

3. Flow nozzle

Flow nozzle adalah variasi dari venturi tube. Umumnya dipakai untuk aplikasi steam/vapor pada kecepatan tinggi (Reynolds number >50000). Selisih tekanan (DP) terjadi dari bagian sensor yang memiliki inlet berbentuk eliptikal dan outlet berbentuk nozzle. Umumnya berukuran >2 inchi, dengan akurasi 1-2%. Pressure tap dipasang pada 0.5D downstream dan 1D upstream.

4. Pitot Tube dan Annubar

Flow meter jenis ini dipakai pada pipa-pipa berukuran lebih besar untuk aplikasi gas, steam, dan liquida bersih. Bekerja berdasarkan selisih tekanan antara ujung pitot tube yang menghadap aliran terhadap tekanan di sekeliling aliran. Selisih tekanan ini menghasilkan nilai square root mengukur flow.

Annubar adalah gabungan beberapa pitot tube (multiple ported pitot tube), untuk menghasilkan kecepatan aliran rata-rata.

Akurasi pitot tube/annubar berkisar antara 5 – 10% (lebih rendah dari pada orifice dan venturi). Kombinasi akurasi dengan transmitter dapat mencapai ± 2% untuk kecepatan aliran yang uniform.

Keuntungan

• Pressure loss sangat rendah
• Kemudahan instalasi (umumnya tidak membutuhkan flange)
• Biaya relatif rendah

Kekurangan

• Reynolds number minimum berdasarkan diameter pipa adalah 10000
• Karena memiliki sensing port menghadap flow yang rawan penyumbatan, maka hanya dapat dipakai pada clean fluid

Instalasi

Secara umum persyaratan instalasi adalah 24D upstream dan 4D downstream (jika flow meter dipasang pada downstream control valve). Jarak straight pipe yang lebih panjang akan memberikan akurasi yang paling baik.

Sumber : www.ekoharsono.wordpress.com