Prinsip Kerja Ultrasonic Flow Meter

Diposkan pada oleh Rudy Wiratama

Ultrasonic flow meter adalah flow meter yang dalam pengukurannya berdasarkan pada velocity dari fluid baik liquid maupun gas dengan menggunakan prisip kerja dari ultrasound.

Ultrasonic flow meter (UFM) merupakan meter jenis inferensial (mengukur secara tidak langsung) yang menentukan kecepatan alir cairan (liquid flow rate) dengan mengukur waktu transit pulsa suara frekuensi tinggi (high-frequency sound pulses) yang melintasi pipa aliran.

Ultrasonic transit time flow meter menggunakan transduser akustik (acustic transducer) yang dapat mengirim dan menerima pulsa akustik frekwensi tinggi. Transduser akustik ditempatkan pada kedua sisi pipa sedemikian hingga pulsa akustik bergerak melintasi pipa dalam arah diagonal.

Metode ultrasonic transit time flow meter didasarkan pada pengukuran selisih waktu transmisi pulsa akustik yang melintas pipa pada dua arah yang berlawanan. Sistem pengukurannya didasarkan pada kejadian dimana pulsa akustik yang melintasi pipa secara diagonal pada aliran searah membutuhkan waktu lebih cepat dibandingkan dengan pulsa akustik yang bergerak pada arah yang berlawanan dengan aliran. Perbedaan waktu antara kedua pulsa akustik tersebut sebanding dengan kecepatan alir rata-rata sepanjang lintasan pulsa akustik. dimana waktu tersebut didasrkan pada perhitungan sbb :

tA>B = L/(c + V Cos q)

Sedangkan pulsa akustik yang melintasi pipa dengan arah berlawanan dari arah aliran membutuhkan waktu:

TB>A = L/(c – V Cos q)

dimana :

   L :  panjang lintasan pulsa akustik

   c :  kecepatan suara dalam cairan ( tergantung pada jenis fluida )

   q :  sudut antara lintasan pulsa dan sumbu pipa

   V :   kecepatan rata-rata cairan dalam pipa.

Dari kedua persamaan di atas, diperoleh flow rater rata-rata fluida menjadi:

V = (L/2cosq) x (TB>A – TA>B )/( TB>A x TA>B)

Ultrasonic flow meter ada juga yang menggunakan  jumlah transduser lebih dari 1 pasang, hal ini biasanya digunakan untuk mendapatkan jumlah lintasan yang banyak sehingga diperoleh lebih banyak informasi mengenai distribusi kecepatan aliran fluida pada pipa (flow profile) dengan tujuan meningkatkan akurasi ultrasonic flow meter.

Pengukuran flow rate dengan menggunakan metoda ultrasonic flow meter melibatkan beberapa bagian peralatan sesuai dengan fungsi dan tujuan seperti alat pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) untuk frekuensi akustik. Pada elemen pengirim, transducer berfungsi mengubah tegangan listrik frekuensi tinggi menjadi getaran kristal (akustik).  Sedangakan pada elemen penerima, transducer mengubah getaran kristal (akustik) menjadi sinyal listrik.

Berdasarkan metode installasi Ultrasonic Flow Meter dapat digolongkan ke dalam dua jenis yaitu :

  1.  Clamped-on  dimana  instalasinya ditempatkan di luar pipa
  2.  Inline  dimana Instalasinya ditempatkan bersatu dengan pipa menggunakan flanges
  3.  Insertion dimana metode ini hampir sama dengan model inline

Keunggulan dari Ultrasonic Flow Meter :

  1.  Tidak ada penghalang di lintasan aliran, sehingga tidak ada pressure drop.
  2. Tidak ada part bergerak (moving parts), sehingga tidak ada bagian parts yang aus yang menyebabkan maintenance cost rendah.
  3. Model multi sensor mempunyai ketelitian lebih tinggi
  4. Dapat digunakan untuk mengukur flow fluida yang korosif dan slurry.
  5. Tersedia Model portable yang cocok untuk di bawah kemana mana untuk analisa dan diagnosa di lapangan.
  6. Untuk model clamp on jika diaplikasikan pada ukuran pipa yang besar diatas 10 inchi akan lebih ekonomis dibandingkan dengan jenis flowmeter lainnya.

Kelemahan :

  1. Biaya pengadaan awal : tinggi
  2. Model single path (one-beam) tidak sesuai untuk pengukuran kecepatan aliran (flow velocity) yang bervariasi di atas range Reynolds numbers.
  3. Untuk pengukuran pada ukuran kecil harganya sangat tinggi.

Flow Meter Ultrasonic Clamp On merupakan salah satu flow meter yang cocok digunakan untuk proses destilasi air laut. Sama seperti namanya, flow meter ini menggunakan prinsip kerja ultrasonic flow meter yang sensornya ditempelkan diluar pipa dengan diclamp. Sehingga sensor flow meter ini tidak terpangaruh oleh sifat-sifat air laut yang dapat menyebabkan karat. Sedangkan untuk transmiternya dapat di letakkan pada panel box yang dapat diletakkan hingga 500m dari sensor.

Berikut adalah salah satu spesifikasi flowmeter ultrasonic Clamp On :

Accuracy ≤1%
Velocity Range 0~±10m/s, Bi-directional measurement
Pipe Size DN32~DN6000mm
Temperature -30°C~160°C
Type of Liquid Single liquid than can transmit ultrasound, such as water, sea water, sewage, oil, alcohol, etc.
Pipe Material Steel, stainless steel, cast iron, copper, PVC, Aluminum, glass steel, etc. A liner is allowed.
Signal Output 1 way 4-20mA output1 way OCT pulse output
1-way Relay output
Signal output 3 way 4-20mA input, achieve to heat measurement by connecting PT100 platinum resistor.
Interface RS485, support MODBUS
Data Storage SD card regularly store the pre-set result(optional)
Power Supply DC8~36V or AC85~264V

Cara Installasi clamp on ultrasonic flow meter

Langkah-langkah instalasi flow meter ultrasonic sangat simple dan mudah terutama untuk jenis clamp on installation. Jenis clamp on ini bisa diinstal pada berbagai jenis material dan ukuran dimeter pipa. Langkah penting dalam instalasi yang perlu diperhatikan adalah data-data pipa dan cairan.

Sebelum melakukan instalasi, sebaiknya ambil data diameter, jenis material, dan tebal pipa, jenis transducer serta lainnya. Masukan data tersebut sesuai dengan kondisi yang sebenarnya. Kemampuan pembacaan flow meter ultrasonic tergantung kekaurasian pemasukan data yang di butuhkan.

Berikut adalah langkah – langkah pemasangan/Instalasi Flow meter ultrasonic clamp on

  • Sebelum melakukan pemasangan flow meter, pastikan kelengkapan flow meter ultrasonic yang kita beli. Untuk transit time ultrasonic terdiri dari  3 komponan utama yaitu
    • 1 set Ultrasonic flow transmitter
    • 1 set transducer untuk single path
    • 1 set cable transducer
    • Accesorries :
      • 1 set clamp on bracket  ( disesuaikan dengan diameter pipa )
      • 1 set bracket transducer
      • 1 sachet ultrasonic gel compound
      • 1 panel box include komponen panel
      • manual operasional dan quck guide instalation rudi
  • Tentukan  lokasi pipa yang dipasang transducer, ikuti  persyaratan jarak upstream dan down stream dan pastikan aliran laminer.
    • Hindari posisi dimana not full fill pipe
    • Hindari pemasangan pada arah top to bottom
  • Sebelum melakukan pemasangan flow meter, pastikan kelengkapan flow meter ultrasonic yang kita beli. Untuk transit time ultrasonic terdiri dari 3 komponan utama yaitu 1 set transducer, cable dan 1 unit ultrasonic transmitter.  Sedangkan accesorie lain yang dibutuhkan saat instalasi adalah transducer bracket, clamp on dan ultrasonic gel.
  • Tentukan  lokasi pipa yang dipasang transducer, ikuti  persyaratan jarak upstream dan down stream dan pastikan aliran laminer.
  • Tentukan jenis instalasi transducer yaitu Type  Z ( berseberangan ), Type V ( sejajar ).
  • Ukur Diameter Luar dan tebal pipa setelah itu masukan parameter tersebut pada ultrasonic transmitter
  • Masukan jenis material pipa, jenis liner , jenis cairan dan tandai jarak trasnducer.
  • Siapkan pembersih permukaan pipa, seperti amplas dan bersihkan permukaannya yang dipasang transducer
  • Pemasangan transducer dilakukan dengan pengikatan clamp .
  • Lakukan setting pada unit pengukuran sesuai dengan yang kita inginkan yaitu satuan velocity, flow rate  dan satuan totalizer (volume). Satuan unit bisa kita pilih ke satuan liter, m3, galon, barrel dll serta satuan waktu seperti menit, jam, detik dan hari.
  • Selanjutnya adalah menyeting cut off dan damping yang di ikuti dengan mereset flow rate dan totalizer.
  • Flow meter juga dilengkapi dengan data logger bisa disetting sistem penyimpanan riwayat data perwaktu tertentu.
  • Bagi yang membutuhkan analog out put sebaiknya disetel juga ke 4-20 mA dan dilakukan pengecekan ampere atau volt nya.

Baca Juga