digilib@itb.ac.id +62 812 2508 8800

ABSTRAK Khairul Amri
PUBLIC Alice Diniarti

Flowmeter ultrasonik metode waktu tempuh (FMU) adalah flowmeter yang memiliki tingkat akurasi tinggi ketika profil aliran yang diukur dalam keadaan simetris dan telah berkembang mantap. Asosiasi praktisi gas amerika membuat panduan teknis tentang sistem instalasi agar aliran yang terukur oleh FMU dalam kondisi simetris. Pipa lurus dengan panjang 50D (D = diameter) dipasang pada sisi hulu FMU dan jika menggunakan pengkondisi aliran, panjang pipa yang dibutuhkan ± 25D. Keterbatasan tempat menjadi alasan sulitnya untuk memenuhi aturan tersebut. Oleh karena itu, teknologi FMU perlu dikembangkan agar mampu mengukur aliran berprofil asimetris. FMU dapat terdiri dari satu maupun multi lintasan akustik. Kecepatan aliran rata-rata FMU multi lintasan akustik dihitung dengan cara mengintegrasikan kecepatan yang terukur pada setiap lintasan akustik. Setiap lintasan diberi nilai bobot yang bisa diperoleh secara konvensional dan adaptif. Pada metode konvensional, nilai bobot dihitung secara matematis dan bernilai tetap untuk semua rentang pengukuran. Sementara pada metoda adaptif, profil aliran akan dipetakan dan fungsi pemetaan tersebut digunakan untuk menghitung kecepatan aliran rata-rata. Agar FMU mampu mengukur aliran berprofil asimetris, metode konvensional mensyaratkan konfigurasi lintasan akustik FMU harus robust terhadap aliran asimetris. Simulasi numerik dilakukan untuk mengujicoba delapan konfigurasi yaitu, Diam, Orth, Three, Dorth, Mid, Lin, Dtri, dan Tomografi. Hasil simulasi menunjukkan konfigurasi Tomografi (FMU-Tomo) 12 transduser memiliki kinerja terbaik. Lebih jauh, FMU-Tomo mampu merekonstruksi profil aliran yang bisa digunakan untuk menganalisa adanya gangguan serta indikator baik tidaknya kondisi FMU. Akan tetapi, alat ini memiliki temporal resolusi yang rendah karena jumlah data yang banyak serta waktu komputasi yang lama. Guna mengurangi jumlah data dan mempercepat waktu komputasi, penelitian ini menggabungkan FMU-Tomo dengan metode pembobot adaptif. Pada fase pelatihan, semua lintasan akustik FMU-Tomo diaktifkan untuk mendapatkan kecepatan rata-rata dan profil aliran, yang selanjutnya akan digunakan sebagai data target. Pada saat yang bersamaan, data kecepatan pada beberapa lintasan akustik paralel juga diperoleh dan digunakan sebagai data masukan. Data masukan dan data target digunakan untuk mendapatkan fungsi pemetaan. Pada fase pengukuran, hanya sebagian lintasan paralel FMU-Tomo diaktifkan dan kecepatan rata-rata dihitung menggunakan fungsi pemetaan yang telah diperoleh. Profil aliran akan dimonitor secara periodik untuk mengidentifikasi perubahan profil aliran selama pengukuran berlangsung. Jika profil aliran berbeda secara signifikan, maka akan dilakukan proses pemetaan ulang. Simulasi numerik dilakukan untuk mendapatkan metode pembobot adaptif terbaik. Dengan mengaktifkan 6 lintasan akustik paralel dari FMU-Tomo serta menerapkan metode Jaringan Neural (JN) atau Regresi Vektor Pendukung (RVP), akurasi yang diperoleh mampu mendekati keakuratan FMU-Tomo. Disamping itu, kedua metode juga tahan terhadap derau Gaussian dengan SNR ? 35 dB. Validasi eksperimen tentang sinergitas antara FMU-Tomo dengan metode JN dan RVP dilakukan dengan membuat dua buah perangkat eksperimen. Masing-masingnya dirancang untuk menghasilkan fluida berprofil asimetris dengan bentuk beragam. Pada eksperimen 1, damper dengan sudut blade yang bisa diubah-ubah digunakan untuk menghasilkan aliran asimetris pada pipa lurus dan pengukuran dilakukan pada jarak 20D dari damper. Sementara pada eksperimen 2, 4 variasi bentuk penghalang ditempatkan pada jarak 1D setelah belokan dan pengukuran dilakukan pada tiga lokasi berbeda dari penghalang ditempatkan, yaitu 3D, 5D dan 13D. Adapapun variasi kecepatan diperoleh dengan menggunakan blower 3 phasa yang dikontrol oleh inverter. Anemometer hotwire dijadikan pembanding untuk mengetahui tingkat akurasi FMU-Tomo. Hasil eksperimen menunjukkan profil rekonstruksi FMU-Tomo mampu menunjukkan beberapa kondisi yaitu; aliran pusaran dan profil asimetris ketika aliran gas melawati belokan, adanya penghalang alamiah pada outlet blower serta bentuk penghalang bisa diidentifikasi dari profil yang dihasilkan. Jika dibandingkan dengan hot-wire anemometer, galat dari FMU-Tomo adalah 0-14% dengan rata-rata 4% saat mengukur aliran gas berkecepatan 0,8-3,9 m/s. Menggunakan kecepatan rata-rata dari FMU-Tomo sebagai data target untuk pelatihan metoda JN dan RVP, galat yang diperoleh saat pengujian dengan data eksperimen << 1%. Disamping itu, metode dual-transduser digunakan untuk mempercepat waktu pencuplikan data karena mampu mengukur dua waktu tempuh pada setiap lintasan akustik secara berasamaan. Waktu yang diperlukan untuk mendapatkan data 6 lintasan paralel menggunakan metode dual-transduser sekitar 7 ms dan waktu komputasi 10~30 ms untuk RVP dan 50~90 ms untuk JN ketika menggunkaan prosesor 3,6 GHz dan memori 8GB. Hasil yang diperoleh menunjukkan metode yang diusulkan mampu menambah solusi alternatif untuk mendapatkan FMU dengan resolusi temporal yang tinggi, akurasi yang baik ketika mengukur aliran simetris dan asimetris, serta mudah disetel ulang sesuai kondisi lapangan.