Flow Measurement and Calculation

Dalam pengukuran Flow (Fluida) berbagai metode dapat dilakukan untuk mengetahui laju aliran dalam sebuah pipa.

Metode 1 – Pengukuran Laju Aliran – Menggunakan baling-baling

Gambar.1 Baling-baling

metode ini merupakan cara sederhana dan murah untuk pengukuran flow fluida terutama fluida cair. prinsip kerjanya teknisnya adalah ketika ada aliran fluida yang melalui baling-baling maka baling-baling akan berputar, dari putaran tersebut dapat kita sensing dengan berbagai cara salah satunya dengan hubungkan ke sebuah rotary counter (digital) yang akan menghitung jumlah putaran baling-baling dalam 1 detik/menitnya (frekuensi putaran baling-baling). Dari nilai yang dihasilkan maka dapat diketahui kecepatan fluida tersebut, kecepatan  fluida akan berbanding lurus dengan kecepatan putar baling-baling. yang mana untuk mengetahui kecepatannya kita perlu membandingkannya dengan alat untuk mengukur flow yang sudah terkalibrasi yang kemudi hasil pengukuran alat tersebut dibagi dengan Luas Penampang pipa, maka akan dihasilkan kecepatan dari fluida (m/s).

Q = A . V

Dengan cara ini kita dapat mengkalibrasi dan mengkonversi kecepatan putar baling-baling menjadi Flow (m^3 /s). Setelah kecepatan aliran tersebut terkalibrasi maka untuk menghitung laju aliran fluida hanya tinggal mengkali-kan dengan luas penampang pipa (m^2) maka didapatlah nilai akhir dari pengukuran fluida.
Jenis untuk metode semacam ini adalah (untuk fluida cair):

• baling-baling defleksi
• baling-baling rotasi
• baling-baling heliks
• turbin flowmeters

Kelemahan: Akurasi rendah
Keuntungan: Low Cost

Metode 2. Pressure Based, Menggunakan Orifice dan Mengukur perbedaan pressure – Differential Pressure(dP)
Cara ini merupakan cara yang paling banyak digunakan di industri oil & gas untuk pengukuran flow pada pipa. Diferensial Pressure disebabkan aliran dilewatkan sebuah celah kecil yang mengakibatkan perubahan tekanan. ketika aliran fluida semakin besar maka perbedaan tekanan pun juga akan semakin besar (sebanding) maka dengan perbedaan tekanan tersebut dapat diketahui laju alirannya (Flow)

Gambar 2. Orifice

gambar 3. Diferrential Pressure

Seperti terlihat pada gambar 3. ketika sebuah fluida mengalir melalui celah sempit maka akan terjadi perubahan pola aliran yang menyebabkan perbedaan tekanan antara tekanan fluida mengalir sebelum melalui orifice dan tekanan setelah melewati  orifice. kemudian tekanan pada fluida mengalir tersebut akan kembali normal setelah beberapa saat melewati orifice. Terlihat pada gambar dengan tabung U terdapat perbedaan tekanan dimana tekanan setelah melewati celah orifice lebih rendah (terjadi perbedaan tekanan).

Kita asumsikan Steady State, densitas fluida konstan (incompressible), dan alirannya laminer serta tidak ada perubahan ketinggian pada pipa horizontal maka dapat digunakan persamaan Bernoulli

Karena

maka

Persamaan tersebut merupakan persamaan teoritis yang ideal untuk mendapatkan nilai flow.

dengan perhitungan koefisien discharge (C_d) dan faktor beta (β = d₂ / d₁)

Maka nilai Flow dengan perhitungan koefisien discharge dan faktor beta adalah:

where:
Q	= volumetric flow rate (at any cross-section), m³/s
	= mass flow rate (at any cross-section), kg/s
Cd	= coefficient of discharge, dimensionless
C	= orifice flow coefficient, dimensionless
A1	= cross-sectional area of the pipe, m²
A2	= cross-sectional area of the orifice hole, m²
d1	= diameter of the pipe, m
d2	= diameter of the orifice hole, m
β	= ratio of orifice hole diameter to pipe diameter, dimensionless
V1	= upstream fluid velocity, m/s
V2	= fluid velocity through the orifice hole, m/s
P1	= fluid upstream pressure, Pa   with dimensions of kg/(m·s² )
P2	= fluid downstream pressure, Pa   with dimensions of kg/(m·s² )
ρ	= fluid density, kg/m³

Ultrasonic (Efek Doppler)

Metode lain pengukuran flow adalah dengan menggunakan signal ultrasonic, yaitu dengan cara memantulkan pancaran gelombang ultrasonic pada fluida yang bergerak. Berdasarkan dengan hukum doppler ketika suatu sumber gelombang memiliki kecepatan, maka frekuensi gelombang akan berubah. Jadi ketika gelombang ultrasonic dipantulkan pada fluida yang bergerak, maka gelombang pantulnya akan memiliki frekuensi berbeda yang nilainya akan berbanding lurus pada kecepatan aliran fluida. Dari frekuensi yang diterima maka dapat diukur kecepatan alir fluida (flow).

menggunakan persamaan doppler:
dimana

v adalah kecepatan gelombang pada medium yang digunakan

vr = kecepatan medium

vs = kecepatan sumber (sumber pulsa diam vs=0)

maka untuk mencari nilai vr

vr=((f/f0)*v)-v

f0: Frekuensi sumber
f: frekuensi pantulan
v: kecepatan gelombang pada medium

metode efek doppler ini juga dapat digunakan untuk pengukuran kecepatan darah didalam tubuh

Reference:
http://www.flowmeterdirectory.com/flowmeter_artc_02011701.html

http://www.efunda.com/designstandards/sensors/flowmeters/flowmeter_tbn.cfm

http://www.cheresources.com/high_dp_orifice_flow.shtml

http://en.wikipedia.org/wiki/Orifice_plate

http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_meter

https://lh4.googleusercontent.com/_RfkCo2XVLKc/TQYo6LoxChI/AAAAAAAAAew/5kFtjFpgJUs/orifice01.gif