Oleh: Senior Instrumentation Engineer Nodemedic
Dalam mendesain sistem eksperimen atau reaksi kimia di laboratorium, pertanyaan tentang “Berapa banyak gas yang masuk?” adalah pertanyaan fundamental.
Namun, seringkali terjadi kebingungan (atau “kejutan” anggaran) di bagian pengadaan barang saat melihat perbandingan harga. Mengapa flowmeter gas lab tipe kaca (Rotameter) hanya seharga ratusan ribu rupiah, sementara Mass Flow Controller (MFC) bisa mencapai puluhan juta rupiah?
Jawabannya bukan sekadar pada fitur “digital” atau “analog”. Perbedaannya terletak pada prinsip fisika dasar: Volumetric Flow vs Mass Flow.
Gas adalah fluida kompresibel. Sesuai Hukum Gas Ideal ($PV=nRT$), volume gas akan berubah drastis jika suhu atau tekanan berubah. Akurasi pengukuran flow adalah bagian vital dari desain sistem gas laboratorium yang presisi; salah memilih alat ukur berarti salah dalam data penelitian.
BACA JUGA: Panduan Lengkap Sistem Gas Sentral Laboratorium: A-Z Desain & Instalasi
Artikel ini akan membedah perbedaan teknis antara Rotameter dan MFC agar Anda dapat memilih alat yang tepat sesuai kebutuhan riset.
Mengenal Rotameter (Variable Area Flowmeter)
Rotameter adalah teknologi pengukuran aliran paling tua dan paling sederhana. Bentuk fisiknya berupa tabung gelas/plastik tirus (tapered tube) dengan sebuah pelampung (float) di dalamnya.
Cara Kerja (Prinsip Volumetric)
Saat gas mengalir dari bawah ke atas, gaya dorong aliran (drag force) akan mengangkat pelampung melawan gaya gravitasi. Posisi pelampung menunjukkan laju aliran pada skala yang tertera di kaca.
Karakteristik & Kelemahan
Rotameter mengukur Volumetric Flow (Liter per Menit aktual). Kelemahan fatalnya adalah alat ini sangat sensitif terhadap perubahan suhu dan tekanan (T & P Dependent).
- Skala pada kaca Rotameter biasanya dikalibrasi pada tekanan spesifik (misal: 1 Bar).
- Jika tekanan di jalur gas berubah menjadi 2 Bar, pembacaan Rotameter akan salah (melenceng jauh dari nilai sebenarnya) karena gas menjadi lebih padat, namun Rotameter “bodoh” dan tidak bisa mengkompensasi perubahan densitas tersebut.
- Selain itu, pembacaan rentan terhadap Parallax Error (kesalahan sudut pandang mata manusia).
Meski demikian, Rotameter tetap populer karena murah, tidak butuh listrik, dan tahan banting. Namun, agar pembacaannya mendekati akurat, ia membutuhkan suplai tekanan yang sangat stabil dari regulator.
BACA JUGA: Mengenal Regulator Gas Laboratorium: Two-Stage vs Point of Use
Mengenal Mass Flow Controller (MFC)
Mass Flow Controller (MFC) adalah standar emas untuk aplikasi penelitian presisi dan industri semikonduktor. Alat ini adalah gabungan antara sensor aliran (Meter) dan katup kontrol otomatis (Controller).
Cara Kerja (Prinsip Thermal Mass)
Sebagian besar MFC menggunakan prinsip Thermal Dispersion.
- Sebagian kecil gas dialirkan melalui tabung kapiler sensor yang dipanaskan.
- Sensor suhu mengukur perpindahan panas yang dibawa oleh molekul gas.
- Jumlah panas yang berpindah berbanding lurus dengan jumlah molekul (Massa) gas yang lewat, bukan volumenya.
- Data ini dikirim ke prosesor untuk memerintahkan Proportional Valve membuka/menutup secara otomatis guna mencapai set-point yang diinginkan.
Karakteristik & Keunggulan
MFC mengukur Mass Flow. Keunggulan utamanya adalah data yang ditampilkan sudah dinormalisasi ke kondisi standar atau STP (Standard Temperature and Pressure).
- Satuan yang digunakan biasanya SCCM (Standard Cubic Centimeters per Minute) atau SLM (Standard Liters per Minute).
- Artinya: 1 SLM gas di Jakarta (panas) akan sama persis jumlah molekulnya dengan 1 SLM gas di London (dingin), karena MFC otomatis mengkompensasi perubahan suhu dan tekanan secara real-time.
MFC sangat ideal untuk otomatisasi karena dapat dikontrol via komputer/PLC. Namun, jika angka digital pada MFC Anda terlihat bergoyang (hunting) tidak stabil, jangan buru-buru menyalahkan alatnya.
BACA JUGA: Penyebab Tekanan Gas Tidak Stabil (Fluctuating) pada Instrumen Lab
Perbedaan Kunci: Volumetric vs Mass Flow
Untuk memahami mengapa digital flow meter gas (MFC) jauh lebih mahal, mari gunakan analogi sederhana:
- Rotameter (Volumetric): Seperti mengukur “Berapa ember air”. Jika airnya panas (memuai) atau dingin (menyusut), jumlah air dalam satu ember bisa berbeda beratnya.
- MFC (Mass Flow): Seperti mengukur “Berapa Kilogram air”. Tidak peduli airnya panas atau dingin, 1 Kg tetap 1 Kg.
Dalam reaksi kimia presisi (Stoikiometri), yang bereaksi adalah atom/molekul (Mol).
Hukum Gas Ideal menyatakan:
PV = nRT
- Rotameter hanya melihat V (Volume).
- MFC melihat n (Jumlah Mol/Massa).
Jika tekanan (P) naik dua kali lipat, volume ($V$) gas akan mengecil menjadi setengahnya untuk jumlah mol ($n$) yang sama. Rotameter akan menunjukkan angka yang turun setengahnya (salah persepsi), sedangkan MFC akan tetap menunjukkan angka yang sama (akurat).
Tabel Perbandingan Head-to-Head
Berikut panduan cepat untuk Process Engineer dan Peneliti:
| Fitur | Rotameter (Variable Area) | Mass Flow Controller (MFC) |
| Prinsip Ukur | Volumetric Flow (Aktual) | Mass Flow (Standar / STP) |
| Akurasi | Rendah (± 5-10% Full Scale) | Sangat Tinggi (± 0.5-1% Full Scale) |
| Pengaruh Tekanan | Sangat Sensitif (Perlu koreksi manual) | Kebal (Otomatis Kompensasi) |
| Output Data | Visual (Mata Manusia) | Digital / Analog Signal (0-5V, 4-20mA) |
| Kontrol Aliran | Manual (Needle Valve tangan) | Otomatis (Proportional Valve elektronik) |
| Kebutuhan Listrik | Tidak Ada (Pasif) | Perlu Power Supply (24V DC) |
| Harga | Murah ($) | Mahal ($$$$) |
Studi Kasus: Kapan Pakai Apa?
Jangan membuang anggaran untuk MFC jika tidak perlu, tapi jangan pertaruhkan riset dengan Rotameter jika presisi adalah segalanya.
Gunakan Rotameter Saat:
- Aplikasi sederhana seperti Purging (pembilasan) lemari asam.
- Indikator visual aliran air pendingin (Cooling water) pada kondensor.
- Aplikasi di mana akurasi ±10% masih dapat diterima.
Gunakan Mass Flow Controller (MFC) Saat:
- Gas Mixing: Pencampuran gas untuk membuat gas standar kalibrasi (misal: 10% H2 dalam N2). Akurasi rasio sangat vital di sini.
- Reactor Feed: Mengumpan gas reaktan ke dalam reaktor katalis (Stoikiometri harus tepat).
- Splitter GC: Mengatur rasio split pada Gas Chromatography.
- Sputtering / CVD: Proses pelapisan tipis (coating) di mana laju deposisi atom harus dikontrol ketat.
Kesimpulan & Rekomendasi
Dalam dunia metrologi gas, ada harga ada rupa.
Jika penelitian Anda bergantung pada “jumlah molekul” yang bereaksi (seperti katalisis, deposisi material, atau kromatografi), Mass Flow Controller adalah investasi wajib, bukan opsional. Namun, untuk sekadar indikator aliran kasar, Rotameter adalah solusi yang ekonomis dan tangguh.
Apapun alat ukur yang Anda pilih, pastikan instalasi pipa dan regulator pendukungnya memenuhi standar High Purity agar alat tersebut tidak tersumbat partikel.
Bingung menentukan spesifikasi instrumentasi untuk sistem gas lab Anda?
Diskusikan kebutuhan Flow Range dan jenis gas Anda bersama tim engineering NodeMedic.
KONSULTASI GRATIS: Jasa Instalasi Gas Laboratorium Sentral: Standar UHP & Safety
Telp : +62 81214880612
WA: 08132005235
WA: 081214880612
Web : https://nodemedic.com
