02 flowmeasurement ind

6 - 1Flow Measurement and Transmitter

January 2006

Flow Measurement Flow Measurement and Transmitterand Transmitter

Industrial Automation Research GroupIndustrial Automation Research Group--TF ITB TF ITB

www.iarg.org


January 2006

SasaranSasaranSasaran yang ingin dicapai pada sesi ini :

Memahami Beberapa Teknik/Metoda pengukuran lajualiran (Flow)Memahami Prinsip-prinsip dasar beberapa jenis sistempengukuran FlowMemahami Konstruksi fisik dari beberapa jenis sensor FlowMemahami prinsip Flow Transmitter dan contoh aplikasiproduknya


January 2006

PengukuranPengukuran FlowFlowMetode LangsungRestriction/Obstruction Flow Meter• Orifice Plate• Flow Nozzle• Venturi

Flow meter linearMetoda Pengukuran Melintang (Traversing)


January 2006

Direct MethodDirect Method

Liquid

Gas


January 2006

Orifice, Nozzle and Venturi meters Orifice, Nozzle and Venturi meters

Fluida dipercepat dengan cara memasang penghalang pada pipdasehingga meninggkatkan energi kinetik dan menurunkan energitekanan. Kecepatan ditentukan dengan cara mengukur beda tekananantara titik masukan dan titik pada penurunan tekanan.Karakteristik yg dibutuhkan flow meter:• Handal dan mudah dikalibrasi ulang• Rugi energi yg rendah• murah• Kecil, tidak membutuhkan ruang yg besar

Prinsip Dasar : Semakin meningkatnya kecepatan, berarti menyebabkan penurunan Tekanan


January 2006

Plat Plat PenghalangPenghalang (1)(1)

P1 P2

V1

1 2

Persamaan Bernouli 1 dan 2:

Persamaan Kontinuitas 1 dan 2: 2211 VAVAQ ==

])A/(A-[1 )PP(2 V 212

21ideal,2 ρ

−= (5.6)

02

)VV()PP( 21

2212 =−

+ρ−


January 2006

Plat Plat PenghalangPenghalang (2)(2)Persamaan 5.6 mengabaikan pengaruh rugi gesekanJika rugi gesekan ikut diperhitungkan dengan koefisien, Cυ:

])A/(A-[1 )PP(2C V

VCV

212

212

ideal,22

ρ−

=

=

υ

υ

(5.7)

22AVQ =

• Maka kecepatan flow volumetrik dapat dengan mudahdihitung:


January 2006

PengukurPengukur OrificeOrificeTipe pengukur ini berbentuk pelat tipis dengan sebuah lubang dipusatpelat. Bentuk ini sederhana dan mudah dipasang, dan menyebabkandrop tekanan yg signifikan.

P1 P2

V1

1 2

PiringanOrifice sisidepan

])A/(A-[1 )PP(2C V 212

212 ρ

−= υ

dimana Cυ adalah koefisienfriksi = f(Re, D2/D1)


January 2006

PengukurPengukur NozzleNozzle

P1 P2

The nozzle meter menggunakan sebuah kontur pipa nozzle sepertigambar di bawah ini. Formulasi flownya dapat dijumpai padapersamaan berikut ini

])A/(A-[1 )PP(2C V 212

212 ρ

−= υ

Dimana nozzle discharge coefficient, Cυ =f(Re, D2/D1), biasanya lebih besardibanding koefisiendischarge Orife


January 2006

PengukurPengukur VenturiVenturiAlat ini berbentuk seperti gambar, dengan pipa silinder yg mengecil(mengkurucut) dan mengembang kemudian seprti sebuah “kerongkongan” yg mengalami konstraksi pada bagian tengahnya.Fluidan akan dipercepatsetelah memasuki daerah venturi . Sedangkan kecepatan Fluida diasumsikan konstant dan kecepatan rerata akan digunakan. Tabung venturiadalah pengukur flow yg handal dan menghasilkan presure drop ygrendah,sehingga cocok untuk pengukuran liquid dan gas.

P1 P2

])A/(A-[1 )PP(2C V 212

212 ρ

−= υ

dimana discharge coefficient, Cυ =f(Re),


January 2006

PengukurPengukur Flow dg Flow dg PenghalangPenghalang

1 2

V1 V2D1 D2Dt

Vena contractaasumsi(1) Steady flow(2) Aliran inkompresibel(3) Flow yg streamline (4) Tidak ada friksi(5) Kecpatan seragam pada 1 dan 2(6) Tekanan seragam pada 1 dan 2(7) z1=z2

Teori kecepatan flow

Basic equations:

22

222

211 VpVp

+ρ

=+ρ

∫∫ ⋅ρ+ρ∂∂

=CSCV

AdVVdt

rr0

= 0


January 2006

1 2

V1 V2D1 D2Dt

Vena contracta

22

222

211 VpVp

+ρ

=+ρ

∫∫ ⋅ρ+ρ∂∂

=CSCV

AdVVdt

rr0

= 02211 AVAV =

( )

−

ρ=−

ρ=−

2

2

12

221

2221 1

22 VVVVVpp

2

1

2

2

2

1or

=

AA

VV

−

ρ=−

2

1

22

221 1

2 AAVpp

Teori kecepatanaliran

( )( ) ]1[

22

12

212 AA

ppV−ρ

−=

( )( )21212

12

222ltheoretica 2

]1[pp

AAAAVm −ρ

−=ρ=


January 2006

Kecepatan aliran teoritis vs(versus) Kecpatan aliran aktual

C: discharge coefficient

Jika β = Dt /D1, kemudian (At / A1)2 = (Dt /D1)4 =β4

factor-approach elocity-ofυβ−

:1

14

214 ]1[ β−=

CK

( )( )21212

12

2ltheoretica 2

]1[pp

AAAm −ρ

−=

( )( )21212

1actual 2

]1[pp

AACAmt

t −ρ−

=

( )21214actual 2]1[

ppCAm t −ρβ−

=

( )21actual 2 ppKAm t −ρ=


January 2006

InstalasiInstalasi Flow MeterFlow Meter

Jika terdapat komponen-komponen penggangguseperti valve dll, maka setidaknya pada pipa diperlukanarea bebas dg panjang tertentu yg ditempatkandidepan alat ukur sehingga diasumsikan terbebas darialiran turbulen akibat komponen pengganggu tsb. Panjang area tsb dinotasikan dg Lstraight pipe

• Untuk venturi meters, Lstraight pipe ≥ 10 D• Untuk orifice-plate or flow nozzle meters, Lstraight pipe ≥ 40 D


January 2006

Flow Meter Type Head Loss Cost

D1 DtOrifice High Low

D1 DtFlow Nozzle Intermediate Intermediate

D1 DtVenturi Low High

KarakterisasiKarakterisasi Flow meter dg Flow meter dg penghalangpenghalang


January 2006

Pelat Orifice

D2D

''1''1

Flow

D and D/2 taps

Corner taps

Flange taps

75.0

5.281.2

1Re

71.91184.00312.05959.0D

C β+β−β+=

74 10Re10 and 75.02.0Untuk 1<<<< Dβ

Untuk corner taps


January 2006

Aliran pada Nozzle

Nozzle

2D1p

01 ≈VFlow

Plenum chamber

Flow2D1D1V

1p 2p

5.0

5.0

1Re53.69975.0

D

C β−=

74 10Re10 and 75.02.0Untuk 1<<<< Dβ

long-radius nozzle


January 2006

VenturiVenturiKoefisien discharge berharga pada rentang 0.98 - 0.995 pada bilangan reynold besarSemua pengukur flow berbasis penghalang menghasilkanperbedaan tekanan yg proporsional dengan akarflow.Formulasinya dapat anda lihat pada slide berikut ini


January 2006

Hub beda tekanan thd flow untuk aliran fluida

Mempunyai elemen primer dan sekunder• Elemen primer menghasilkan beda tekanan pada pipa• Elemen sekunder mengukur selisih tekanan dan menghasikan sinyal

bacaan yg akan dikonversi ke flow.

Lebih dari 50% alat ukur flow menggunakan prinsip Ini

PrinsipPrinsip Differential PressureDifferential Pressure

PF FP 2 ∆∝→∝∆


January 2006

ElemenElemen Primer Differential Primer Differential PressurePressure

Line

Pre

ssur

e

Vena contracta

Fig. Orifice

Fluid flow

Fig. Venturi

Fig. Flow nozzle

Fluid flow

Fig. Pitot tube

Impact(High Pressure)

ConnectionStatic

(Low Pressure)Connection

StaticOpening

ImpactOpening

Flow

P

Pt


January 2006

AkurasiAkurasi Differential Pressure Differential Pressure padapadaPengkuranPengkuran FlowFlow

Ditentukan dg melihat spesifikasi DP Transmitter• Karena hubungan DP thd flow adalah akar pangkat 2 (square

root) maka hubungan matematiknya tidak linear.Jika aliran flow 5:1 maka rentang DP 25:1

• Akurasi yg digunakan pada pengukuran flow umumnya adalah % pembacaan error,bukan % span


January 2006

Contoh:• Diketahui sebuah piringan orifice menghasilkan

32”H2O pada 800 GPM laju aliran.Berapa besar DP jika diketahui flow 200 GPM ?

Jika spesifikasi akurasi transmitter adalah 0.1% dari span berapa akurasi DP pada 200 GPM ? (span transmitter adalah 32“H2O)

Berapa besar error yg akan dikontribusikan DP thd akurasiflow ? (Jika DP mempunyai koefisien sensitivitas (0.5) padapengukuran flow)

Penurunan Flow 4:1Penurunan DP 16:1 DP = 32 / 16 = 2”H2O

DP Accuracy = 16 x 0.1% = 1.6%

Error = 1.6% x 0.5 = 0.8%

AkurasiAkurasi Differential Pressure Differential Pressure padapadaPengkuranPengkuran FlowFlow

Penurunan DP 16:1


January 2006

PengukurPengukur Flow LinierFlow Linier

Pengukur flow ini menghasilkan output yg secaralangsung linier thd flowContoh• Float meter (rotameter), turbine flow meter, vortex flow

meter, electromagnetic flow meter, ultrasonic flow meter.


January 2006

Turbine Turbine dandan RotatometerRotatometer


January 2006

Turbine Flow MeterTurbine Flow Meter


January 2006

RotameterRotameter


January 2006

PengukurPengukur Flow Flow UltrasonikUltrasonik

Fig. Ultrasonic flowmeter


January 2006



January 2006

Electromagnetic Electromagnetic FlowmeterFlowmeter

Fig. Magnetic flowmeter

Prinsip yg digunakan menggunakan Hukum faraday tentanginduksi elektromagnetik.Bahwa perubahan medan magnetikakan menghasilkan tegangan induksi. Fluida yg mengalir diinduksi oleh kumparan medan magnetik ygdibangkitkan secara eksternal.Tegangan induksi akibatpergerakan fluida konduktif diformulasikan :E = k V B D, E = tegangan induksi,k = konstanta kalibrasi, V =kecepatan dan D = diameter pipa


January 2006

MetodaMetoda MelintangMelintang((TransversingTransversing))

Tabung pitot /pipa anemometer yg sesuai dipasangpada pusat pipa dan melintang untuk mengukurkecepatan aliran.

Flow meter yg menggunakan metoda ini• Pitot tube, thermal anemometer, Laser Doppler anemometer.


January 2006

TabungTabung PitotPitot

Vp=C(Pt – P)0,5/ρDimana :Vp = kecepatanC = konstanta dimensionalPt = Tekanan totalP = tekanan statik


January 2006

Thermal AnemometerThermal AnemometerDisebut Heat Transfer FlowmeterPanas dibangkitkan dengan jumlah yg diketahui, kemudianperbedaan temperatur dihitung.Dengan formulasi Q = hA (Twall- Tfluid)maka akan diperoleh koefisien Heat Transfer hh merupakan fungsi dari laju aliran fluida


January 2006

Laser Doppler AnemometerLaser Doppler AnemometerDidasarkan pada efek dopler, yg mengukur bedafrekuensi laser yg ditembakkan dengan frekuensi cahayayg dihasilkan partikel bergerak ketika melewati titikpenembakan. Pergeseran frekuensi ini merupakan fungsidari kecepatan.

Titik penembakan


January 2006

Mass flow MeterMass flow MeterPrinsip kerja :- Efek Coriolis- Thermal (Contoh Thermal Anemometer)Pada bahasan ini yg akan dijelaskan adalah mass flow meter dengan efek CoriolisEfek coriolis terdiri dari Unit Flow Sensor dan Unit kontrolUnit flow sensor terdiri dari Tabung Flow (terintegrasi dengansensor/detektor di dalamnya) dengan disain seperti gambar padaslide berikut ini.Setiap sensor menggunakan sebuah divais magnetik (coil) untukmengkonversi sinyal dari Unit Kontrol elektronik danmembangkitkan vibrasi (natural frekuensi) pada tabung flow.Fluida yg masuk pada Tabung Flow sensor akan mengalamiperbedaan fasa yg proporsional terhadap besaran harga flowInformasi perbedaan fasa ini akan diteruskan ke Unit KontrolElektronik yg menghasilkan tegangan sebanding dg Tingkatkecepatan


January 2006

Mass flow MeterMass flow MeterGambar berikut adalah Unit Mass Flow Sensor


January 2006

ContohContoh FlowFlow Transmitter Transmitter Tipe DP Flow Transmitter dg Integral Orrifice,contoh : Rosemount 1195


January 2006

ContohContoh Flow TransmitterFlow TransmitterUntuk contoh yg sama Rosemount 1195, arah penempatantransmitter bergantung pada jenisfluida yg diukur

02 flowmeasurement ind

Documents

cocok untuk pengukuran