Ultrasonic Flowmeter

1. Introduction

Flow meter merupakan instrumen guna mengukur aliran dari suatu fluida baik liquid (liquid flowmeter), sludge (sludge flow meter) maupun gas (flow meter gas), baik bertemperatur rendah hingga temperatur tinggi. Dalam memilih flow meter harus disesuaikan dengan kondisi fluid dan fungsi flowmeter itu sendiri[1]. 

Ada beberapa tipe flowmeter, di antaranya adalah ultrasonic flowmeter. Prinsip kerja ultrasonic flowmeter adalah menggunakan gelombang suara. Ada 2 tipe yang digunakan untuk ultrasonic flowmeter yaitu transit time dan efek doppler. Apabila gelombang suara tersebut bergantung pada kecepatan aliran dalam fluida maka menggunakan prinsip kerja transit time dan apabila gelombang suara bergantung pada obyek bergerak seperti bubble (gelembung) atau partikel di dalam fluida tersebut maka menggunakan efek doppler (Doppler effect)[2].

Gambar 1. Ultrasonic flowmeter^[2]

Semua metoda yang digunakan bisa dipakai untuk ultrasonic flowmeter. Tergantung dari penerapan masing masing yang punya product tersebut. Kelemahan dari efek doppler adalah pada saat gelombang yang dipantulkan oleh reflector dan diterima balik oleh transmitter tergantung kepada obyek yang memantulkan. Terkadang untuk fluida yang mengalir tersebut obyek partikelnyanya tidak dapat memantulkan kembali karena sifat dasar dari fluida tersebut untuk beberapa fluida dalam proses hidrokarbon[2].

Untuk metode transit time mempunyai keunggulan karena berdasarkan dari  velocity (kecepatan aliran) jadi tidak bergantung dari obyek yang ada di dalam fluida tersebut, sehingga ultrasonic tipe transit time banyak digunakan di dalam custody transfer (product yang diukur mempunyai nilai jual). Selain itu juga tidak ada moving parts (benda bergerak) atau pressure drops (penurunan tekanan). Akurasi yang dihasilkan juga bagus yaitu 0.2 %[2].

2. Prinsip Pengukuran Flow pada Ultrasonic Flowmeter

2.1 Transit time

Transit - time ultrasoic flowmeter menggunakan waktu propagasi dari sinyal ultrasonik dalam cairan. Sepasang transduser dipasang pada permukaan luar pipa seperti yang ditunjukkan dalam diagram. Setiap transduser bekerja alternatif baik sebagai pemancar dan penerima sinyal ultrasonik[3].

Gambar 2. Prinsip pengukuran flow pada ultrasonic flowmeter dengan metode transit time^[3]

Ketika sinyal ultrasonik ditransmisikan ke sisi hulu melawan arah aliran, waktu propagasi lebih diperlukan (T1). Di sisi lain, ketika ditransmisikan ke sisi hilir dengan arah aliran, waktu propagasi kurang (T2). Artinya, sinyal tertunda atau dipercepat oleh cairan bergerak. Perbedaan waktu antara "T1" dan "T2" sebanding dengan kecepatan aliran, dan volume aliran dapat dihitung dengan mengalikan dengan luas penampang, yang diperoleh dengan menggunakan diameter pipa dan ketebalan dinding[3].

2.2 Efek Doppler

Efek Doppler ultrasonic flowmeter menggunakan refleksi suara ultrasonik untuk mengukur kecepatan fluida. Dengan mengukur pergeseran frekuensi antara sumber ultrasonik frekuensi, penerima, dan pembawa cairan, gerak relatif diukur. Pergeseran frekuensi yang dihasilkan bernama Efek Doppler.

Gambar 3. Prinsip pengukuran flow pada ultrasonic flowmeter dengan metode efek Doppler^[4]

Kecepatan flow dapat ditunjukkan pada persamaan berikut :

v = c (f_r - f_t) / 2 f_t cosΦ                                                                       (1)

di mana :

f_r = frekuensi yang diterima

f_t = frekuensi yang ditransmisikan

v = kecepatan aliran fluida

Φ = sudut relatif antara berkas ultrasonik yang ditransmisikan dan aliran fluida

c = kecepatan suara di dalam fluida

Metode ini membutuhkan beberapa pencerminan partikel di dalam cairan. Metode ini tidak cocok untuk cairan bening.

3. Bagian dan Tampilan Ultrasonic Flowmeter

Berikut merupakan contoh ultrasonic flowmeter produk Yokogawa yang memiliki deskripsi sebagai berikut. Plat depan harus dihapus ( 4M4 memasang ) untuk mengakses command panel. Sedangkan tingkat perlindungan IP65 flowmeter diberikan hanya jika plat depan dipasang pada housing.

Gambar 4. Command Panel pada Ultrasonic Flowmeter^[5]

Ada ukiran yang berbeda pada bagian atas setiap tranducer. Tranduser tersebut dipasang dengan benar jika ukiran pada dua tranduser membentuk panah bersama-sama. Lalu kabel tranducer harus menunjukkan arah yang berlawanan. Kemudian, panah tersebut, bersama dengan nilai yang terukur yang ditunjukkan, akan membantu untuk menentukan arah aliran.

Gambar 5. Tranduser pada Ultrasonic Flowmeter^[5]

Referensi

[1] Menentukan Jenis Flow Meter disadur dari http://www.kpmi.or.id/tulisan/1800/ Menentukan+Jenis+Flow+Meter yang diakses pada tanggal 26 November 2014 pukul 10.41 WIB.

[2] Ultrasonic Flowmeter disdur dari http://www.duniainstrumentasi.com/flowmeter-2/ultrasonic-flowmeter/ yang diakses pada tanggal 26 November 2014 pukul 10.51 WIB.

[3] Ultrasonic Flowmeters - Measuring principle of transit-time ultrasonic flowmeters disadur dari http://www.yokogawa.com/fld/FLOW/Ultrasonic/fld-us-principle-01en.htm yang diakses pada tanggal 26 November 2014 pukul 10.16 WIB.

[4] An basic introduction to the ultrasonic Doppler and Time Flight Flow Meters disadur dari http://www.engineeringtoolbox.com/ultrasonic-doppler-flow-meter-d_495.html yang diakses pada tanggal 26 November 2014 pukul 11.25 WIB.

[5] User's Manual - US300FM Ultrasonic Flowmeter disadur dari www.yokogawa.com yang diakses pada tanggal 26 November 2014 pukul 10.18 WIB.