Konsep fisika sederhana menjelaskan cara kerja orifice plate Orifice atau plat orifice mungkin tidak dikenal kebanyakan orang, apalagi yang tidak bekerja pada dunia aliran fluida , (gas, air, minyak, dls). Untuk mengetahui bentuk dari orifice berikut gambaran dari berbagai jenis plat orifice:
Gambar 1. 1. Berbagai bentuk plat orifice Bagaimana cara pemasangan orifice dan seperti apa aliran fluida setelah melewati orifice, lihat gambar berikut:
Gambar 2. 2. Cara pemasangan dan bentuk aliran fluida pada orifice Untuk apa orifice? rifice berguna untuk menghitung aliran fluida ( flow ) didalam pipa. Bagaimana cara menghitung aliran fluida menggunakan orifice? !rinsip kerja orifice pada dasarnya telah dipelajari di pelajaran "isika #$% tentang kontinuitas pada fluida. &ukum fisika yang digunakan adalah hukum bernoulli . Coba ingat kembali rumus:
Persamaan 1 (hukum 1 (hukum bernoulli)
'alau diperhatikan kembali, maka nilai h pada pemanfaatan plat orifice tidak ditemukan, maka sebagai penggantinya, dikenallah istilah ! ( differential pressure) atau perbedaan tekanan (! * !+). engan mengetahui nilai ! maka rumus diatas menjadi:
Persamaan 2 alam prakteknya ! diketahui melalui alat ukur !, terus bagaimana menghitung kecepatan aliran fluidanya, sedangkan rumus diatas memperlihatkan ada dua jenis flow yaitu v dan v +. isinilah fungsi dari pada lubang pada plat orifice. !erbandingan ukuran luas permukaan lubang pada plat orifice dengan ukuran permukaan pipa adalah berbanding terbalik dengan kecepatan aliran fluida, artinya pada lubang orifice yang lebih kecil maka aliran fluidanya akan lebih besar dibandingkan aliran fluida didalam pipa. #ehingga dapat ditulis secara matematis:
Persamaan 3 engan mensubstitusikan persamaan ke persamaan akan diperoleh persamaan - berikut:
Persamaan 4 perasi matematika dari persamaan - dilanjutkan, sehingga diperoleh persamaan yang digunakan untuk menghitung aliran fluida ( flow ) dengan besaran*besaran yang dapat diketahui:
ORIFICE FLOWMETER flowmeter da[at digunakan untuk mengetahui material balance suatu proses, sehingga dapat menghitung losses atau gain yang timbul. Alat ukur yang paling penting adalah alat ukur aliran (flowmeter), karena menyangkut perhitungan laba rugi perusahaan, pajak dan royalty. Orifice meter adalah salah satu alat ukur standar untuk pengukuran aliran liquid dan gas, karena biayanya tidak mahal, dan dapat melayani kapasitas aliran yang kecil ataupun besar dengan ketelitian yang cukup tinggi. engukuran yang teliti diperlukan, karena sebagai dasar pembayaran dari banyaknya !olume penjualan gas. "anyaknya aliran gas dari suatu sumur gas dapat juga sebagai basis prediksi engineering tentang kapasitas sumur gas tersebut. #as berbeda dengan liquid, karena tidak dapat ditampung untuk kemudian diukur, tetapi harus diukur secara langsung saat mengalir keluar dari sumur gas. Alat ukur lain untuk mengukur aliran gas adalah pitot tube, !enture meter, rotameter dan mass flowmeter. $ntuk menghitung serta kalkulasi aliran (flow rate) meter gas orifis, pada umumnya ada tiga parameter yang diukur yaitu % differential pressure, static pressure,dan temperatur. abrik pembuat menyatakan ketelitiannya antara &,' sampai &,& *etelitian praktis biasanya antara + sampai ' !olume . Alat pengukur differential pressure, static pressure, dan temperatur yang dibutuhkan untuk menghitung pada pengukuran kecepatan aliran, dapat diperoleh dengan memasang suatu peralatan, tergantung dari kepentingan operasinya, antara lain bisa digunakan salah satu sistem dan peralatan instrumentasinya, diantaranya % * Sistem Lokal ada pengukuran flow rate aliran gas, untuk system lokal atau sistem setempat, dibutuhkan sebuah instrument differential pressure, static pressure dan temperatur, yang menyatu disebut dengan recorder ITT chart barton, seperti pada gambar dibawah ini
Gambar 1.1 Sistim Pengukuran Gas secara Lokal * Sistem Pemantauan Jarak Jauh (remote).
ada tingkatan jarak jauh (remote sistem) perbedaan tekanan tekanan, static pressure dan temperature diubah menjadi besaran signal standar electronic yaitu - sd '& mA, dan dikirim melalui transmisi line ke alat penerima (recei!ing instrument) yang berada ruang kontrol room, alat penerima ini biasanya berupa penghitung (meter), indikasi (indicator), pencatat (recorder), pengendali (control), pembantu(monitor), atau penghitung gas secara komputer.
Gambar 1.2
1.4
Sistim Pengukuran Gas secara Jarak Jauh (remote)
Elemen Primer Untuk Dierensial !eter
+.-.+ O/01023 3lemen primer untuk diferensial meter atau head meter, dimana meter ini yang paling banyak tersedia. 4ang paling umum dipakai adalah or ifice
/01if
02ml34
.
Gambar 1."
/01endif34
Eccentric # Segmental $riice
%i&e $riice /01if 0support5ists341. /01endif34'oncentric $riice *euntungan /01if 0support5ists34+. /01if 0support5ists34'. /01if 0support5ists347. /01if 0support5ists34-.
% /01endif345arga murah. /01endif346ersedia dengan berbagai macam material. /01endif348apat digunakan untuk range yang luas berbagai ukuran pipa. /01endif348ata aplikasi melimpah karakteristiknya banyak dikenal.
*erugian % /01if 0support5ists34+. /01endif34ressure loss tetap relatip tinggi. /01if 0support5ists34'. /01endif342enderung tersumbat, sehingga dengan sluri.
memperkecil
pemakaian
2. Eccentric $riice *euntungannya adalah sama dengan concentric kecuali bahwa letak lubang kecilnya berbeda dengan tujuan untuk mengukur fluida yang mengandung 9at:9at padat, untuk air yang mengandung minyak dan uap basah. *erugiannya sama seperti concentric hanya ada tambahan, bahwa kemungkinan error dapat lebih tinggi dan data operasi terbatas. ". Segmental $riice *euntungan dan kerugiannya sama dengan eccentric, karena mempunyai fungsi yang sama dengan eccentric. 1.4.2
enturi %ube
*euntungan % /01if 0support5ists34+. /01endif34ressure loss tetap rendah. /01if 0support5ists34'. /01endif348apat menangani suspended solid. /01if 0support5ists347. /01endif348igunakan untuk flow rate tinggi. /01if 0support5ists34-. /01endif34*arakteristiknya dikenal dengan baik. /01if 0support5ists34. /01endif34Akurasinya lebih baik dibanding orifice atau no99le.
*erugian % /01if 0support5ists34+. /01endif345arga mahal. /01if 0support5ists34'. /01endif346idak ada untuk ukuran ; inch ke bawah. /01if 02ml34
/01endif34
Gambar 1.4 enturi %ube )an lo+ ,o--le 1.4."
lo+ ,o--le
*euntungan % /01if 0support5ists34+. /01endif34ressure loss tetap lebih rendah dibanding orifice plate. /01if 0support5ists34'. /01endif34"aik untuk fluida yang mengandung 9at padat. /01if 0support5ists347. /01endif346ersedia untuk berbagai macam material.
*erugian % /01if 0support5ists34+. /01endif345arga lebih mahal dibanding orifice plate. /01if 0support5ists34'. /01endif346erbatas untuk ukuran pipa moderat.
Gambar 1.
$riice Si-ing untuk 'airan
/01if 02ml34
/01endif34
Gambar 1./
$riice Si-ing untuk Ua&
"agian terpenting dari primary element untuk system pengukuran aliran gas dengan metode perbedaan tekanan adalah orifice plate. Ada dua macam jenis pegangan orifice plate, lihar # ambar +.7.% +. addle 6ype .
$ni!ersal 6ype
addle orifice plate mempunyai pegangan dan digunakan pada pemasangan dengan emnggunakan flange fitting. $ni!ersal orifice plate tidak mempunyai pegangan dan digunakan pada fitting jenis simple
3, sehingga setiap orifice plate dengan internal dan e< ternal diameter yang sama akan mempunyai koeffisien yang sama, pada kondisi yang sama. 6etapi dalam prakteknya tidak pernah ada dua orifice yang mempunyai internal dan eeter tube, pipa tempat pemasangan orifice beserta kelengkapannya, dibuat di pabrik dengan standar kehalusan dan kebundaran dari A#A #as >easurement 2ommittee /eport B7 atau AC=AA0 B'7&, dengan menggunakan pipa seamless. $ntuk mendapatkan ketelitian pengukuran aliran yang tinggi, ratio sebaiknya antara &,+ ? &,D pada meter dengan flange pressure tap, dan &,' ? &,;D pada meter dengan pipe pressure tap. "eta ratio menentukan jarak minimum anatara orifice plate dengan segala sesuatu yang dapat mengganggu aliran seperti !al!e, fitting pipa dan sebagainya.
1.
Pressure %a&s
engambilan tekanan atau pressure taps adalah lubang yang terletak pada kedua sisi orifice yang berfungsi untuk mengambil tekanan static upstream dan downstream dan dapat terletak pada orifice fitting (flange pressure taps) atau pada meter tubenya (pipe pressure taps). /01if 02ml34
/01endif34
Gambar 1.4 lange0 Pi&e an) atio %a&s ressure taps yang paling sering dipakai adalah tipe flange taps, karena lebih praktis dan instrumennya juga lebih kompak, seperti terlihat pada #ambar +.-. 1..1 •
esar lubang &engambilan tekanan &a)a lange a)alah3 ada pipe:line -E atau lebih besar dipakai FE
•
ada pipe:line 7E dipakai 7@E
•
ada pipe line 'E dipakai GE 1..2 Untuk mem&eroleh ketelitian ang maksimal0 letak &engambilan tekanan untuk3
•
Aliran #as, diambil dari puncak flange
•
Aliran Hiquid, diambil dari samping flange
•
Aliran =team, diambil dari puncak flange jika instrument berada di atas pipe:line, dan diambil dari samping flange bila instrumennya berada di bawah pipe:line. 1.."
$riice itting
Orifice 1itting ada empat macam, yaitu%
+.
1lange 1itting, sederhana dan biayanya murah, lihat #ambar +..
.
4unior 1itting, untuk diameter @E atau lebih besar, lihat #ambar +.;.
.
=enior 1itting, penggantian orifice tidak mengganggu aliran, Hihat #ambar +.D.
=imple< 1itting, penggantian orifice mudah dan biayanya hampir sama dengan flange fitting -.
Gambar 1. lange $riice itting
/01if 02ml34
/01endif34
Gambar 1./ 5unior $riice itting
Gambar 1.6 Senior $riice itting
1./
Peralatan Pen)ukung Pengukuran 7liran Gas
Ada beberapa peralatan pendukung pengukur aliran gas dalam sistem meter orifis, yaitu % /01if 0support5ists34a. /01endif34Differential Pressure Transmitter (86) /01if 0support5ists34b. /01endif34Presuure Transmitter (=6) /01if 0support5ists34c. /01endif34Temperatur Transmitter (66) dan /01if 0support5ists34d. /01endif34Flow Recorder . >asing:masing peralatan tersebut di atas akan dijelaskan satu per satu dalam sub:sub bab di bawah ini. Differential Pressure Transmitter eralatan ini digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan yang terjadi pada bagian hulu dan hilir pelat orifis secara fisis dan dihubungkan dengan masing:masing sistem membrane selanjutnya dihubungkan dengan Amplifier Board dan kemudian diterjemahkan atau diubah keluarannya menjadi sinyal standar -:'& mA 82. 6erdapat ZR! dan "PA# untuk menadjust (menambah atau mengurangi) jika mengalami peubahan besaran angka yang dibandingkan dengan hasil besaran listrik yang dikeluarkan oleh >ultimeter pada saat kalibrasi. Ada fasilitas mengubah range atau kemampuan dari transmitter akan lebih rendah atau lebih tinggi, namun tidak boleh lebih dari batasan (ran$e) spesifikasi yang ditentukan oleh pabrik yang tertera pada peralatan tersebut. Pressure Transmitter eralatan ini digunakan untuk mengukur tekanan alir gas dengan sistem membrane dan dihubungkan dengan Amplifier Board yang selanjutnya mengubah satuan tekanan menjadi sinyal output berupa sinyal standar -:'& mA 82. 6erdapatZR! dan "PA# untuk menadjust (menambah atau mengurangi) jika mengalami peubahan besaran angka yang dibandingkan dengan hasil besaran listrik yang dikeluarkan oleh >ultimeter pada saat kalibrasi. Ada fasilitas mengubah range atau kemampuan dari transmitter akan lebih rendah atau lebih tinggi, namun t idak boleh lebih dari batasan (ran$e) spesifikasi yang ditentukan oleh pabrik yang tertera pada peralatan tersebut. Temperatur Transmitter eralatan ini hanya digunakan untuk mengukur temperatur gas secara fisis dengan sistem /68 probe dan dihubungkan dengan Amplifier Board selanjutnya diterjemahkan
atau diubah keluarannya menjadi sinyal standar -:'& mA 82. 6erdapat ZR! dan "PA# untuk menadjust (menambah atau mengurangi) jika mengalami peubahan besaran angka yang dibandingkan dengan hasil besaran listrik yang dikeluarkan oleh >ultimeter pada saat kalibrasi. Ada fasilitas mengubah range atau kemampuan dari transmitter akan lebih rendah atau lebih tinggi, namun tidak boleh lebih dari batasan (ran$e) spesifikasi yang ditentukan oleh pabrik yang tertera pada peralatan tersebut. Flow Recorder eralatan flow recorder bisa dikatakan dengan sistem pengukuran 7 pens dan merupakan alat ukur gas yang paling sederhana yang sering dijumpai di lapangan stasiun meter sebagai 066 "A/6OC tipe ''& A3. 2ara kerjanya dimana ada aliran gas yang mengalir di dalam pipa yang terdapat fasilitas orifis meter yang selanjutnya akan diukur beda tekanan, tekanan dan temperatur alir gas dan akan dicatat oleh ketiga pen tersebut yang terbentuk pada suatu grafik bundar (circle chart ) secara terus menerus selama '- jam. Ienis grafik bundar ada 7 dilihat dari pembagian skala chart , yaitu % /01if 0support5ists34+. /01endif34Uniform Chart , merupakan jenis chart yang pada persen penambahan
yang
sama
memerlukan
lebar span yang
sama
pula
padachart ( perbandingan tetap atau linier). /01if 0support5ists34'. /01endif34Square Root Chart , merupakan jenis chart yang pada persen
penambahan
yang
sama
tidak
membutuhkan
lebar span yang
sama
pada chart (bersifat perbandingan akar atau root s%uare). 7. Uniform dan Square Root Chart , merupakan chart yang berbentuk gabungan dari bentuk uniform chart dan s%uare root chart . #una mempermudah pembacaan dan membedakan antara beda tekanan ( differential pressure) dan tekanan statis (static pressure), maka pada skala chart recorder dibedakan dengan warna pen, yaitu % /01if 0support5ists34 /01endif34Jarna merah menunjukkan Differential Pressure /01if 0support5ists34 /01endif34Jarna biru menunjukkan "tatic Pressure /01if 0support5ists34 /01endif34Jarna hijau menunjukkan Temperatur . *emudian hasil catatan pada grafik bundar ini dibaca dengan alat lanimeter sehingga nilai rata:rata dari beda tekanan, tekanan statis, dan temperatur alir dapat diperoleh dengan lebih akurat.
ariabel ang Diukur $ntuk menghitung flowrate gas pada meter orifis, pada umumnya ada tiga parameter yaitu beda tekanan (differential pressure), 6ekanan statis (static pressure) dan temperatur. arameter:parameter tersebut diukur masing:masing oleh Differential Pressure Transmitter, Pressure Transmitter, dan Temperatur Transmitter secara terus menerus selama '- jam yang kemudian sinyal pengukurannya dikirim ke peralatan 82= (Distributed &ontrol "'stem). =elain itu ketiga parameter tersebut juga diukur dan dicatat oleh Flow Recorder . Persamaan Umum )an Perhitungan La8u 7lir Gas $riis !eter ersamaan yang mendasari perhitungan laju alir (flowrate) gas pada umumnya menggunakan formula A#A ( American as Assosiation) Report Co. 7 AC=0A0 '7& ? +K@, yaitu %
na %
LM[if M!mlN LM[endifN LM[if M!mlN LM[endifN P Q Haju aliran gas dalam kondisi dasar, cuftjam (kondisi dasar untuk temperatur Q ;& o1 0
2 Q
dan untuk tekanan Q +-,D7 psia) *onstanta aliran orifis hw Q "eda tekanan antara bagian hulu dan hilir dari orifis, in 5'O f Q 6ekanan aliran gas (static pressure), psia. /umus di atas berdasar pada prinsip fisika, jika kehilangan atau berkurangnya tekanan pada fluida yang mengalir melalui suatu penghalang akan berbanding langsung dengan kuadrat kecepatan fluida tersebut. 8engan adanya pernyataan ini maka dengan memberikan suatu penghalang terhadap aliran fluida dan mengukur kehilangan tekanan fluida setelah melewati penghalang tersebut maka akan dapat dihitung jumlah !olume aliran fluidanya. 9onstanta 7liran $riis0 ': *onstanta aliran orifis atau sering disingkat 2 0 adalah jumlah aliran fluida dalam ft 7 jam pada suhu dan tekanan dasar dan ekstensi tekanan (h w.f ). "esarnya konstanta aliran orifis dinyatakan dengan persamaan berikut % I C ( F ! )( F r )( " )( F p! )( F t! )( F tf )( F # )( F p$ )( F m )( F % )( F a )
8imana % 1b
Q
1aktor orifis dasar
1r Q 1aktor bilangan /eynolds 4 Q 1aktor ekspansi 1pb Q 1aktor tekanan dasar 1tb Q 1aktor suhu dasar 1tf Q 1aktor suhu saat gas mengalir 1g Q 1aktor spesifik gra!ity 1p! Q 1aktor super kompressibilitas 1m Q 1aktor manometer 1+ Q 1aktor lokasi pengukuran 1a Q 1aktor ekspansi thermal orifis
ORIFICE PLATE Orifice merupakan salah satu komponen dari perangkat primer (primary de!ice) untuk mengukur aliran dengan menggunakan prinsip mengubah kecepatan aliran, riilnya yaitu mengubah luasan yang dilalui aliran fluida tersebut (orifice).
"entuk fisik orifice yang ada dan sering digunakan seperti pada gambar berikut ini%
erubahan kecepatan setelah melalui orifice plate tersebut berkaitan dengan perubahan tekanan (differential pressure). erubahan tekanan ini yang kemudian diukur (di tapping) dan kemudian diasosiakan dengan laju aliran. 8alam kaitannya dengan Orifice dan pengukuran aliran, umumnya yang diukur adalah differential pressure.
Pengukuran laju aliran fluida adalah salah satu yang terpenting dalam proses flow control. Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui berapa kapasitas fluida yang dialirkan untuk mendapatkan harga pengukurannya (measurement variable). Aliran pada umumnya diukur berdasarkan besarnya kecepatan fluida yang melewati luas penampang tertentu, atau Q ! A " #imana $ Q $ laju aliran (m% & det) A $ luas penampang dari pipa (m') $ kecepatan fluida (m & det) mpat
faktor
penting
dalam
+riksi&gesekan
pengukuran aliran *ecepatan fluida iskositas&kekentalan #ensitas&kerapatan
fluida
dalam dengan
pipa
adalah $ fluida pipa fluida fluida
anyak alat-alat yang dapat digunakan untuk mengukur aliran fluida. alah satunya yaitu Pelat /rifice yang termasuk kedalam jenis 0ead meter. 1enis 0ead meter adalah tipe yang sering digunakan. Adapun keuntungan dalam penggunaan Pelat /rifice, diantarannya yaitu harganya murah, dapat digunakan dalam berbagai material serta bisa dipakai pada range yang luas dari ukuran pipa, akurasinya bagus bila plat dipasang tepat. edangkan kelemahan dari sensor oriface yaitu permanen pressure loss yang relatif tinggi dan akurasi tergantung dari pemasangannya. ecara umum, orifice mempunyai bentuk sebagai suatu plat yang mempunyai lubang ditengahnya. 2ontoh bentuk orifice seperti gambar berikut$
#an dalam pemasangan dengan sistem orifice dapat digambarkan sebagai berikut$
/riface plate terbuat dari plate tipis stainless steel, pada bagian tengahnya dilubangi dengan ukuran yang telah dihitung besarnya, kemudian dipasang pada pipa alir untuk memberikan beda tekanan. /rifice dapat dipakai untuk semua fluida yang bersih dan gas, tetapi tidak umum dipakai untuk fuida yang mengandung solid&kotoran. *euntungan dari alat ini adalah mudah diganti, harganya murah, mudah perawatannya tetapi alat ini mempunyai pressure loss yang tingggi. 1enisnya ada tiga macam , seperti terlihat pada 3ambar.
Pelat /rifice yang paling sering digunakan untuk pengukuran kontinyu cairan di dalam pipa.
Pelat /rifice juga digunakan dalam beberapa sistem sungai kecil untuk mengukur aliran sungai di mana lokasi aliran sungai melewati gorong-gorong atau saluran. #alam lingkungan alam pelat orifice besar digunakan untuk mengontrol aliran bendungan banjir. dalam struktur sebuah bendungan, pelat orifice ditempatkan di seberang sungai dan dalam operasi normal, air mengalir melalui pelat orifice sebagai lubang substansial besar dari aliran normal cross. 4amun ketika banjir, naik laju aliran banjir keluar pelat orifice yang kemudian hanya dapat melewati aliran yang ditentukan oleh dimensi fisik lubang tersebut. Arus ini kemudian muncul kembali di belakang bendungan yang rendah dalam reservoir sementara, yang perlahan dibuang melalui mulut lubang ketika banjir reda. Perbandingan antara diameter orifice dengan laju aliran dapat diperlihatkan dengan tabel dan grafik berikut$
Ada beberapa tempat untuk mengambil beda tekanan pada sistem orifice antara lain $ +lange 5ap 6okasi pengambilan tekanan berada pada flange, 7 inch upstream dan 7 inch downstream, diukur dari permukaan upstream orifice. 2orner 5ap #igunakan pada pipa yang lebih kecil dari ' inch. 6ubang pengambilan tekanan pada flange
dekat dengan permukaan orifice. +ull flow pipe 5ap 6ubang pengambilan tekanan pada upstream berjarak '.8 # dari permukaan upstream orifice dan downstream berjarak 9 # dari orifice. :adius 5ap Pengambilan tekanan pada upstream berjarak 7 # dan downstream ;.8 # dari permukaan upstream orifice. ena contracta taps ;.98 7.%; ;.% ;.?? ;.9; 7.78 ;.? ;.?> ;.>% 7.;; ;.8 ;.?> ;.@8 ;.9? ;.@ ;.?' ;.8> ;.>; ;.> ;.%8 ;.?8 ;.88 ;.9 ;.'8 ;.%% ;.?7 +low 2oefficient (2) +low 2oefficient (2) merupakan koefisien yang mengekspresikan kapasitas flow.
