Flow Meter Ultrasonic : Jenis, Cara Kerja dan Aplikasi

 

Flow Meter Ultrasonic : Jenis, Cara Kerja dan Aplikasi

Flow meter ultrasonic adalah jenis flow meter untuk mengukur aliran suatu fluida dengan menggunakan ultrasound guna mendapatkan kecepatan aliran.

Pengertian Flow Meter Ultrasonic

Flow meter ultrasonic cara kerjanya didasrkan pada kecepatan, dimana gelombang ultrasonic ditransmisikan oleh transducer yang dilewati oleh media yang mengalir sehingga didapatkan kecepatan aliran yang dioleh oleh ultrasonic transmitter.

Flow transmitter Ultrasonic akan menangkap dan mengolah signal dari sensor atau transduser dengan memberikan jumlah kecepatan rata rata aliran dari media yang diukur. Flowmeter ultrasonic memanfatkan getaran suara ultra yang dihasilkan transducer untuk mengukur laju aliran cairan. Ada dua jenis flowmeter ultrasonic yaitu Doppler dan Transit Time. flow meter ultrasonic sangat ideal untuk mengukur semua jenis fluida atau cairan yang homogen dan tidak tergantung pada konduktifitas cairan.

Jenis Flow Meter Ultrasonic

Jenis Flow Meter Ultrasonic berdasarkan teori dan  cara kerjanya ada 2 yaitu Flow Meter Doppler ultrasonic dan flow Meter Transit time Ultrasonic

Flow Meter Doppler Ultrasonic

Flow Meter Ultrasonic Doppler  bekerja berdasarkan prinsip Efek Doppler, yang didokumentasikan oleh fisikawan Christian J Doppler pada tahun 1842. Dia menemukan fakta dan menjelaskan  bahwa frekuensi gelombang suara yang diterima oleh pengamat bergantung pada gerakan sumber atau pengamat terhadap sumber bunyi.

Flowmeter ultrasonic Doppler menggunakan transduser untuk memancarkan sinar ultrasonic ke suatu aliran yang mengalir melalui pipa. Flow Meter Ultrasonic Doppler menempatkan pergeseran frekuensi sebagai akibat gerakan partikel yang diterima transducer ultrasonic. Agar flow meter dapat beroperasi, harus ada partikel padat atau gelembung udara di aliran untuk memantulkan gelombang ultrasonic.

Flow Meter Ultrasonic doppler mengukur pergeseran frekuensi, yang berbanding lurus dengan laju aliran. Nilai ini dikalikan luas penampang internal pipa untuk mendapatkan aliran volumetrik seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

• Δf = 2f_T sinθ • V_F/V_S
  V_F = Δf/f_T • V_T/sinθ_T = KΔf

Dimana 

• V_T = Sound Velocity dari material yang mengalir
• θ_T = Angle of transmitter beam
• K = Calibration factor
• V_F = Flow velocity
• Δf = Doppler frequency shift
• V_S = Sonic velocity of fluid
• f_T = Transmitter frequency
• θ = Angle of f_T entry into liquid
• Volumetric flow rate = K • V_F • D²
• K = Constant
• D = Inner diameter of the pipe
  
  

Jenis doppler beroperasinya  bergantung pada partikel yang mengalir dalam cairan, karena itu perlu di perhatikan untuk minimal konsentrasi dan ukuran padatan atau gelembung yang terdapat dalam cairan. Begitu juga untuk menjaga kontinyuitas solid yang tersuspensi cairan harus mengalir pada laju yang cukup tinggi.

Flow Meter Ultrasonic Transit time

Flow Meter Ultrasonic Transit time beroperasi dengan menggunakan mengukur selisih waktu antara singnal yang dikirim dan di terima oleh transducer yang meilintas pada cairan dalam pipa. Perbandingan dibuat dari  upstream dan down stream. Jika dalam pipa tidak ada aliran, waktu tempuh akan sama di kedua arah. Saat ada aliran, suara ultra bergerak lebih cepat jika bergerak searah dan lebih lambat jika bergerak sebaliknya.

Karena sinyalnya yang dikirim dan diterima oleh transducer atau ultrasonic sensor  harus melintasi pipa maka, cairan harus homogen atau tidak dapat terdiri dari berbagai jenis material atay banyak mengandung solid atau gelembung, atau suara frekuensi tinggi akan berkurang dan terlalu lemah untuk melewati pipa.

Perbedaan pengukuran hulu dan hilir yang diambil melalui jalur yang sama digunakan untuk menghitung aliran melalui pipa:

• V = K • D/sin2θ • 1/(T0 – t)2 T

Di mana:

• V = Kecepatan rata-rata fluida yang mengalir
• K = Konstanta
• D = Diameter dalam pipa
• θ = Sudut datang gelombang ultrasonik
• T0 = ​​Waktu transit aliran nol
• T = T1 – T2
• T1 = Waktu transit gelombang dari pemancar hulu ke penerima hilir
• T2 = Waktu transit gelombang dari pemancar hilir ke pemancar hulu
• t = Waktu transit gelombang melalui dinding dan lapisan pipa
  
  

Persamaan di atas menunjukkan bahwa kecepatan aliran fluida berbanding lurus dengan perbedaan pengukuran hulu dan hilir.

Transit time ultrasonic flow meter memiliki tiga kemungkinan konfigurasi transduser: Z, V, dan W. Semua dikenali sebagai jalur pengukuran tunggal, sedangkan sinar ultrasonik mengikuti jalur tunggal. Dalam ketiga konfigurasi, output yang dihasilkan oleh transduser diubah menjadi sinyal arus, frekuensi atau tegangan.

Kwalitas dan hasil pengukuran ditentukkan oleh kekuatan signal Ultrasonic yang ditentukan faktor sebagai berikut :

• Ukuran Pipa seperti diameter dan tebal pipa
• Material jenis Pipa dan jenis media yang diukur
• Jarak dan Jenis mounting transducer
• Kondisi dinding bagian dalam pipa
• Jaminan aliran dalam pipa laminer
  
  

Komponen Flow Meter Ultrasonic

Jenis Flow Meter Ultrasonic Berdasarkan Instalasi

In Line Ultrasonic Flow Meter

Sesuai dengan perkembangannya, flow meter ini juga di produksi dengan sistem instalasi In line flow meter. Untuk jenis in line ultrasonic flow meter sensor ultrasonic atau transducer di rangkai secara permanen pada flow tube yang kemudian dengan menggunakan kable di teruskan ke dalam ultrasonic transmitter atau flow computer.

Untuk jenis ini merupakan koneksinya atau cara  instalasinya dengan melakukan pemotongan pipa yang kemudian di pasang flange atau di buat drat. Karena digunakan untuk pemantauan flow rate secara continyu maka power yang digunakan biasanya menggunakan power listrik AC maupun DC.

Insertion Ultrasonic Flow Meter

Insertion Flow Meter tersedia dalam pilihan prinsip operasi termasuk Impeller, Turbine, Karman Vortex, Electromagnetic, Thermal Mass, dan Pitot Tube. Mereka semua menawarkan apa yang dilihat sebagai fitur terpenting dari pengukur aliran penyisipan, yaitu bahwa mereka dapat dimasukkan ke dalam pipa yang ada, dengan semua manfaat yang menyertainya (Lihat Keuntungan di bawah).

Pada dasarnya lubang berukuran tepat dibor ke dinding pipa dan alat untuk mengamankan meteran penyisipan diterapkan. Ini bisa berupa penjepit sadel, rintisan berulir yang dilas atau flensa kawin. Meteran penyisipan kemudian dimasukkan ke dalam pipa hingga kedalaman yang disarankan oleh pabrikan, yang dapat disesuaikan untuk meningkatkan akurasi jika kalibrasi di tempat memungkinkan.

Meteran, setelah diamankan akan mengukur kecepatan hanya pada titik ini dan tidak dapat menghitung aliran volumetrik sampai diameter pipa dan sifat medium diperhitungkan, biasanya dalam komputer aliran elektronik / unit tampilan. Hal yang sama dapat dikatakan untuk model aliran Massa (Multi-variabel), karena semua variabel perlu dihitung menggunakan persamaan gas atau cairan yang sesuai, atau tabel entalpi dalam kasus uap.

Clamp On Ultrasonic Flow Meter

Clamp on Ultrasonic Flow Meter merupakan jenis flow meter ultrasonic yang paling banyak dikenal karena flow meter ini cara instalasinya tidak perlu menghentikan aliran dalam pipa. Flow Meter Clamp on ultrasonic banyak diasumsikan sebagai jenis flow meter ultrasonic  Portable yang banyak digunakan para engineer untuk pengecekan dan pengetesan kapasitas aliran dalam pipa. Namun, saat ini mulai banyak di gunakan flow meter jenis clamp on untuk memantau besarnya total aliran dalam pipa sebagaimana tujuan pemasangan flow meter.

Flow Meter Ultrasonic Clamp On fix ( Wall Mount )

Jenis flow meter ultrasonic clamp on secara fix sering dihubungkan dengan akurasi yang dijadikan acuan dari kwalitas  Flow Meter Ultrasonic clamp on mempunyai akurasi yang cukup baik.

Flow meter ultrasonic clamp on merupakan jenis flow meter  yang instalasinya tanpa memotong atau melubangi pipa dimana Sensor ultrasonic atau transducer cukup ditempel di permukaan lluar pipa kemudian di beri bracket dan di clamp.

Flow meter clamp on mempunyai akurasi yang sangat baik antara 0,5% s/d 0,1%  dan dapat di pasang pada semua jenis material pipa seperti carbon steel, stainless steel, PVC, HDPE dan lainnya. Selain itu bisa di gunakan pada berbagai ukuran diameter pipa dari DN25 hingga DN6000

Portable Ultrasonic Flow Meter

Portable Flow meter merupakan flow meters jenis ultrasonic yang sangat efektif guna mengukur kwalitas aliran suatu cairan dalam pipa. Flow meter portable ini sangat mudah pengoprasiannya karena tidak perlu merusak baik memotong maupun melubangi pipa.

Portable flow meters ini sangat cocok untuk pekerjaan inspeksi, control, audit terhadap peralatan yang berhubungan dengan kwalitas aliran suatu cairan dalam pipa, hal ini dikarena flowmeter jenis portable ini cukup ringan dan mudah dibawa kemana mana.

Cara instalasi flow meter portable untuk liquid menggunakan jenis instalasi clamp on, dimana transducer ultrasonic cukup diclamp pada permukaan pipa. Karena proses instalasinya tanpa memotong atau melubangi pipa maka instalasi dari flow meter portabel sangat murah dan cepat.

Jenis ini biasanya digunakan para engineer untuk :

• Mengecek suatu system yang ingin mengetahui besaran atau flow rate dari suatu proses produksi.
• Mengetahuiperformadarisistempendinginanmesin ( cooling system)
• Membaca Besarnya energi dalam suatu cairan seperti pada HVAC atau chiller
• Mengecek performa sistem lubrikasi
• Mengecek performa dari pompa
• Membaca kemampuan sistem pemadam kebakaran dengan membaca flow rate
• Mengetes performa alat ukur flow meter sebagai konfirmasi kwalitas akurasi flow meter
  
  

Jenis flow meter portable biasanya dilengkapi dengan data logger secara internal maupun external dan menggunakan battery. Battery yang digunakan adalah battry yang bisa dicharge serta mampu bekerja pada waktu cukup lama diatas 5 jam.

 

Portable Ultrasonic Flow Meter Flowmasonic WUF 620 J

Open Channel Flow Meter

Open Channel Flow Meter adalah flow meter yang diaplikasikan untuk mengukur kapasitas aliran sedang maupun besar pada channel atau parit. Pada prakteknya banyak juga dipakai untuk sungai maupun gorong gorong dengan ukuran super besar.

Penggunaan Open Channel Flow Meter pada suatu aliran dengan sistem terbuka dan biasanya aliran dikarenakan adanya gaya gravitasi. Cara kerja jenis flowmeter open channel yaitu menghitung kecepatan aliran dan ketinggian permukaan yang dikalkulasikan terhadap luas penampang channel.

Untuk pengukuran kecepatan aliran digunakan flow sensor maupun menghitung kapasitas aliran berdasarkan delta pressure karena perbedaan ketinggian permukaan air.

Spesifikasi Flow Meter Ultrasonic

Flow meter ultrasonic mempunyai sepesifikasi beragam tergantung pada jenis, model dan brand sesuai dengan yang disajikan oleh manufactur. Namun secara umum spesifikasi flow meter ultrasonic dapat di informasikan sebagai berikut :

• Flow range : 0 ft/s ~ ± 40 ft/s ( 0 m/s ~ ± 12 m/s ).
• Accuracy : ± 0.5% of measured value.
• Repeatability :  ±0,1% of measured value
• Pipe size :  1″ ~ 200″ ( DN25 mm ~ DN5000 mm ).
• Outputs :
  • Analog output: 0/4 ~ 20 mA, ( max load 750 Ω );
  • Pulse output: 0 ~ 9999 Hz, OCT ( min. and max. frequency is adjustable );
  • Relay output: max. frequency 1Hz ( 1A@125VAC or 2A@30VDC ).OCT, Relay, RS485, 4-20mA
• Communication Interface : RS232 & RS485 Modbus
• Power supply :  90 ~ 245 VAC, 48 ~ 63 Hz Or 10 ~ 36 VDC.
• Keypad : 16 light tactile keys.
• Display :   256*128 lattice, backlit LCD.
• Temperature :
  • Transmitter: -40°F ~ 140 °F (- 40℃ ~ 60℃ ).
  • Transducer: -40℉~176℉(-40℃~80℃, TT01)
  • Transducer: -40℉~356℉(-40℃~180℃, TT03)
• Humidity : Up to 99% RH, non-condensing
• Transmitter : PC+ABS,IP65
• Transducer :
  • Encapsulated design, IP68,
  • Double-shielded transducer cable,
  • Standard/maximum cable length:30ft/1000ft(9m/300m)
• Memory : TF card (Max 8G)
  
  

Cara Installasi Ultrasonic Flow Meter Clamp on

Cara instalasinya adalah yang paling banyak digemari dan dicari informasinya oleh pengguna peralatan instrumentasi adalah jenis instalasi clamp on. Ada 2 tipe flow meteri jenis clamp on, yaitu type flow meter ultrasonic portable dan wall monting ultrasonic flow meter. Untuk jenis flow meter clamp on bisa digunakan pada size pipa dari DN15 hingga DN6000, dengan beberapa ukuran transducer yang disesuaikan dengan diameter pipa. Keunggulan  lain dari flow meter clamp on ini adalah dapat dioperasikan pada semua jenis material pipa dan semua jenis cairan yang homogen.

Cara instalasi flowmeter utrasonic clamp on sangat mudah dan cepat, dengan langkah awal adalah mengumpulkan data pipa dan liquid sebagai variable yang harus dimasukan ke ultrasonic flow transmitter. Ketika data yang dimasukan sesuai dengan yang sebenarnya maka akan didaptkan kekuatan ultrasound yang bagus.

Selain diameter pipa biasanya yang agak sulit adalah data ketebalan pipa, karena rata rata pengguna tidak mempunyai thickness gauge. Namun kita bisa memasukan ketebalan pipa berdasarkan tabel dimensi pipa yang isa di download lewat google. Ketika kita membutuhkan output dari ultrasonic transmitter yang bisa dimasukan ke plc atau lainnya, jangan lupa untuk setting parameter output, dan ini biasanya berdasarkan pada flow rate atau pulsa.

Sebelum Melakukan Instalasi ada beberapa hal penting yang diharus di perhatikan saat memilih dan membeli jenis flow meter ultrasonic clamp on yaitu

• Berapa ukuran diameter pipa yang akan diukur
• Berapa Temperature minimum dan maksimum aplikasi
• Jenis Power supply yang tersedia atu harus menggunakan battery atau cel surya
• Uotput yag diinginkan harus jelas apakah  analog, digital, pulsa?
• Berapa maksimal dan minimal flow rate
• Berapa maksimal dan minimal flow velocity
• Jarak Up stream dan Down stream yang tersedia
• Apakah Ada gangguan gelombang suara di dalam jalur pipa atau tidak yang bisa mengganggu kinerja kerja sensor ultrasonic
• Berapakah kecepatan aliran minimum dan maksimum
• Pastikan cairan dalam pipa penuh atau lakukan modifikasi instalasi pipa
• Pastikan accesories guna melindungi performa transducer ultrasonic untuk instalasi di out door
  
  

Kelebihan dan Kekurangan Ultrasonic Clamp On

Berikut merupakan kelebihan dan kekurangan dari clamp on Ultrasonic Flow Meter :

Kelebihan

• Itu tidak menghalangi jalur aliran cairan.
• O/p meter ini berbeda untuk densitas, viskositas & suhu cairan.
• Aliran cairan adalah dua arah
• Respon dinamis dari meteran ini baik.
• Output dari meteran ini dalam bentuk analog
• Konservasi energi
• Sangat cocok untuk pengukuran aliran kualitas besar
• Sangat berguna untuk menyesuaikan dan memelihara
• Fleksibilitas itu bagus
• Tidak ada kontak dengan cairan
• Tidak ada risiko kebocoran
• Tidak ada bagian yang bergerak, kehilangan tekanan
• Akurasi lumayan bagus sekita 1%
• Investasi cukup mira untuk dimater pipa besar diatas 6"
• Biaya Operasional, maintenance dan instalasi cukup murah
  
  

Kekurangan

• Lumayan Mahal dibandingkan dengan flow meter mekanis lainnya untuk diameter Pipa kecil
• Desain yang terlalu rumit
• Bagian sensor dari meteran ini mahal.
• Meter ini rumit dibandingkan dengan meter lainnya, sehingga memerlukan spesialis untuk memelihara dan memperbaiki meteran ini
• Tidak bisa mengukur pipa semen atau beton yang berkarat.
• Tidak berfungsi setelah pipa berisi lubang atau gelembung di dalamnya
• Tidak dapat mengukur pipa semen / beton atau pipa dengan lapisan material seperti itu
  
  

Cara Mengoprasikan Flow Meter Ultrasonic Portable

Flow Meter Portable ultrasonic pada umumnya terdiri dari 3 bagian yaitu portable flow transmitter,transducer dan cable transducer ke transmitter. Sedangkan accesories yang harus tersedia adalah clamp, bracket, battery charger, meteran, coustic gel. Untuk memudahkan dibawah kemana mana sebaiknya dilengkapi dengan casing , tas atau kooper yang compact dan ringan

Cara mengoperasikan ultrasonic portable flow meter  sangat simpel dan bisanya diawali dengan menentukan posisi atau titik dimana aliran harus laminer. Sedangkan variabel yang harus di ketahui sebelum menggunakan alat ini yaitu jenis material pipa, dimeter dari pipa yang diukur, tebal pipa dan jenis cairan dalam pipa.

Ketika ada kesalahan dalam memasukan variabel diatas biasanya pembacaan dari flow meter portabel tidak akurat dan bisa error. Sebaliknya, jika variabel yang diinput tepat, termasuk jarak transducer dan besarnya sound velocity, maka signal ultrasounic bagus. Sehingga signal ultrasonic sesuai dengan yang disyaratkan sehingga hasil pembacaan flow transmitter akan akurat, yang berapa pada kisaran 0,5% – 1%.

Parameter utama yang dibutuhkan dalam mengoprasikannya adalah Dimeter Pipa, Tebal Pipa, Jenis material Pipa, Jenis cairan, Jarak Transducer ultrasonic, Unit Pengukuran yang diinginkan serta kwalitas signal yang dihasilkan saat aliran dalam pipa diukur.

Hal Penting Pada Pemasangan Flow Meter Ultrasonic Clamp On

• Flowmeter ultrasonic clamp on memiliki dua mode diagonal dan refleksi. Ketika mode refleksi tidak dapat diukur, mode diagonal mungkin dapat mengukur.
• Flowmeter ultrasonic clamp on memiliki persyaratan tinggi pada pipa, dan lapisan insulasi harus bersih
• Pastikan cairan dalam pipa penuh.
• Keaslian pembacaan flowmeter tergantung pada kekuatan sinyal ultrasonic
• Karenaa pembacaan dapat bervariasi, pendekatan yang dilakukan adalah membiarkan flowmeter mengambil pembacaan kontinyu dan ambil rata ratanya.
• Perhatikan temperature cairan yang diukur karea ini harus menyesuaikan jenis transducer dan jenis ultrasonic gel nya
• Untuk pengukur aliran ultrasonik waktu transit, pastikan bahwa cairan dapat menghantarkan gelombang ultrasonik secara memadai.
• Gelombang ultrasonik harus mampu menembus cairan agar flowmeters dapat beroperasi secara akurat.
• Untuk pengukur aliran ultrasonik Doppler, pastikan cairan memantulkan gelombang ultrasonik secara memadai. Karena flowmeter tidak akan beroperasi tanpa sinyal ultrasonik yang dipantulkan.
• Hati-hati menerapkan teknologi ultrasonik ketika partikel padat dapat terkonsentrasi di satu bagian aliran yang mengalir. Seperti pada pipa horizontal yang mengalir dengan kecepatan yang relatif rendah.
• Hindari cairan yang dapat melapisi transduser yang dibasahi atau melapisi dinding pipa di depan transduser yang tidak dibasahi.
• Gunakan Clamp on Transducer dan bracket yang sesuai dengan diameter pipa, karena flowmeter tidak akan mengukur ketika gelombang ultrasonik tidak dapat mencapai fluida.
  
  

Demikian Artikel tentang "Flow Meter Ultrasonic" Semoga dapat membantu para pembacanya dan semoga dapat menambah wawasan, semoga bermanfaat.

Harga Flowmeter Ultrasonic

Flow meter Ultrasonic mempunyai beberapa jenis berdasarkan instalasi dan fungsi serta cara kerjanya. Untuk harga flow meter ultrasonic transit time dan flow meter ultrasonic doppler mempunyai harga yang beveda dan tergantung manufacture nya. Begitu juga untuk jenis instalasi clamp on, inline dan insertion serta jumlah channel yang digunakan mempunyai harga yang berbeda walpun di produksi oleh satu manufacture.