Sabtu, 30 April 2011

Orifice Plate


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 :
QV = A x V
Dimana :
QV : laju aliran (m3 / det)
A : luas penampang dari pipa (m2)
V : kecepatan fluida (m / det)

Empat faktor penting dalam pengukuran aliran fluida dalam pipa adalah :
• Kecepatan fluida
• Friksi/gesekan fluida dengan pipa
• Viskositas/kekentalan fluida
• Densitas/kerapatan fluida

Banyak alat-alat yang dapat digunakan untuk mengukur aliran fluida. Salah satunya yaitu Pelat Orifice yang termasuk kedalam jenis Head meter. Jenis Head meter adalah tipe yang sering digunakan. Adapun keuntungan dalam penggunaan Pelat Orifice, 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. Sedangkan kelemahan dari sensor oriface yaitu permanen pressure loss yang relatif tinggi dan akurasi tergantung dari pemasangannya.
Secara umum, orifice mempunyai bentuk sebagai suatu plat yang mempunyai lubang ditengahnya. Contoh bentuk orifice seperti gambar berikut:




Pelat orifice merupakan perangkat dasar yang digunakan untuk mengukur aliran fluida. Oriface 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. Orifice dapat dipakai untuk semua fluida yang bersih dan gas, tetapi tidak umum dipakai untuk fuida yang mengandung solid/kotoran. Keuntungan dari alat ini adalah mudah diganti, harganya murah, mudah perawatannya tetapi alat ini mempunyai pressure loss yang tingggi. Jenisnya ada tiga macam , seperti terlihat pada Gambar.



Pelat Orifice yang paling sering digunakan untuk pengukuran kontinyu cairan di dalam pipa. Pelat Orifice juga digunakan dalam beberapa sistem sungai kecil untuk mengukur aliran sungai di mana lokasi aliran sungai melewati gorong-gorong atau saluran. Dalam 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. Namun 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.

Ada beberapa tempat untuk mengambil beda tekanan pada sistem orifice antara lain :
- Flange Tap
Lokasi pengambilan tekanan berada pada flange, 1 inch upstream dan 1 inch downstream, diukur dari permukaan upstream orifice.
- Corner Tap
Digunakan pada pipa yang lebih kecil dari 2 inch. Lubang pengambilan tekanan pada flange dekat dengan permukaan orifice.
- Full flow pipe Tap
Lubang pengambilan tekanan pada upstream berjarak 2.5 D dari permukaan upstream orifice dan downstream berjarak 8 D dari orifice.
- Radius Tap
Pengambilan tekanan pada upstream berjarak 1 D dan downstream 0.5 D dari permukaan upstream orifice.
- Vena contracta taps
Upstream berjarak 0.5 sampai dengan 2 D dan downstream tergantung dari d/D seperti pada Tabel dibawah ini.
Tabel Lokasi dari lubang downstream
Orifice to Pipe
Diameter Ratio,
d/D Location of downstream
Pressure Tap ( N )
( Pipe-Diameter)
Minimum Mean Maximum
0.2 0.37 0.85 1.30
0.3 0.44 0.80 1.15
0.4 0.47 0.73 1.00
0.5 0.47 0.65 0.84
0.6 0.42 0.57 0.70
0.7 0.35 0.45 0.55
0.8 0.25 0.33 0.41

Flow Coefficient (CV)
Flow Coefficient (CV) merupakan koefisien yang mengekspresikan kapasitas flow. Untuk mengetahui harga CV dari control valve dimana kecepatan aliran dalam valve dari 60 0 F (15.6 0 F) air murni sebanyak 1 US gal/min dengan differential pressure 1 psi. Untuk memperoleh perhitungan CV dari medium liquid yaitu Cv = Q (Q atau W = flow rate (m3 /h)).

Orifice Flowmeter dan Restriction Orifice


Gambar dari Orifice untuk flowmeter dan Restriction Orifice

Bentuk yang sering dijumpai dan secara umum perbedaannya terdapat pada gambar lubang dari kedua orifice tersebut. Orifice untuk flowmeter umumnya mempunyai profil lubang yang awalnya lurus, tetapi kemudian bertakik (bevel) dengan kemiringan sekitar 45 derajat. Sedangkan restriction orifice mempunyai profil lubang yang lurus.


Perbedaan Orifice dan Restriction Orifice
Bentuk lubang akan membuat perbedaan diantara keduanya. Untuk mengetahui bedanya mari kita lihat gambar tekanan suatu fluida yang melewati Orifice dan Restriction Orifice pada kondisi desain mereka masing-masing dari gambar dibawah.



Besarnya hilang tekan (pressure loss) yang diakibatkan oleh adanya penyempitan area fluida pada orifice tidaklah sebesar seperti halnya pada restriction orifice. Pada orifice flowmeter, karena bentuk lubangnya yang mempunyai takik, yang berarti mengurangi jarak tempuh dari flow tersebut mengalami perbedaan penampang melintang, maka profil tekanan yang terjadi setelah melewati orifice akan menurun, tetapi kemudian mencoba kembali ke tekanan semula dan terdapat sedikit hilang tekan permanen (permanent pressure loss) sehingga perbedaan antara tekanan upstream dan tekanan downstream tidak terlalu besar.
Sedangkan pada Restriction Orifice, karena bentuk lubangnya yang lurus dan cukup panjang (tergantung ketebalan plat), maka besarnya hilang tekan permanen ini cukup besar sehingga perbedaan antara tekanan upstream dan tekanan downstream cukup mencolok. Dalam kasus ini, aliran fluida dalam keadaan dicekik (choked flow).
Dalam masalah desain, orifice untuk flowmeter selalu didesain untuk flow dalam subsonic velocity dalam rangka menjamin keakurasian pengukuran aliran, sedangkan restriction orifice selalu didesain untuk flow dalam sonic velocity untuk menjamin adanya choked flow.
Sejatinya fungsi utama Restriction Orifice adalah membatasi aliran (limiting flow). Fungsi pembatasan tekanan (limiting pressure) dari Restriction Orifice pada hakekatnya merupakan konsekuensi dari relasi antara pressure drop dan flowrate. Fenomena choked flow sendiri adalah terjadinya mass flowrate yang konstan meskipun downstream pressure-nya menurun akibat sonic velocity. Dalam aplikasi riilnya di plant, fungsi pembatasan aliran dan pembatasan tekanan sama-sama dapat diterapkan dengan menggunakan Restriction Orifice.

Pembatasan aliran antara sistem pressure vessel dengan flare system
Terdapat suatu pressure vessel baru yang hendak diinstalasi dan existing flare system yang mempunyai kapasitas tertentu. Kapasitas dari flare system yang existing sebetulnya telah didesain dengan tidak memperhitungkan kehadiran pressure vessel baru tersebut, sedangkan untuk membuat tambahan flare system yang baru untuk memperbesar kapasitas flare system yang ada tidaklah ekonomis. Disatu sisi, kapasitas dari flare ini tentunya tidak boleh terlewati dan salah satu solusinya adalah memasang RO yang mempunyai fungsi sebagai pembatas aliran.
Pemasangan Restriction Orifice di downstream BDV pada umumnya dilakukan atas nasehat studi overpressure protection serta blowdown study, agar kapasitas flare-nya tidak terlewati.



Sketsa sederhana pressure vessel, Restriction Orifice dan flare system

Pembagian beda tekan pada control valve
Terdapat recycle line dari suatu sistem yang bertekanan tinggi (discharge dari reciprocating compressor) dan masuk ke dalam sistem bertekanan rendah (vessel separator). Diinginkan untuk meregulasi tekanan dari fluida yang hendak di recycle dengan menggunakan control valve yang bukan special design. Control valve pada hakekatnya mempunyai fungsi melakukan regulasi suatu aliran fluida dengan membuat perbedaan tekanan antara upstream dan downstream. Dengan begitu terdapat fakta bahwa akan terjadi pressure drop yang cukup tinggi pada control valve tersebut.
Dengan begitu tingginya perbedaan pressure antara upstream dan downstream, control valve punya beban cukup besar untuk mereduksi tekanan fluida tersebut. Sedikit menyimpang dari topik utama, ada beberapa pertimbangan ketika mendesain control valve yang mempunyai hilang tekan yang tinggi.
Pada pressure drop yang tinggi berarti dapat terjadi erosi, abrasi atau cavitation pada trim dari control valve. Pada pressure drop yang tinggi hydrate/liquid droplets/material solid memungkinkan untuk terbentuk didalam valve (tergantung dari fluida dan material lain yg terikut).
Pressure drop yang tinggi akan menyebabkan terjadinya outlet temperature dari control valve sangat rendah (penurunan pressure biasanya diikuti oleh penurunan temperature = Joule-Thomson effect), sehingga pada beberapa material valve dapat menjadi brittle/getas yang bisa mengakibatkan pecahnya valve.
Kecepatan tinggi akibat pressure drop yang tinggi dapat mengerosi downstream piping. Pressure drop yang tinggi berarti jumlah energi yang didisipasikan dalam turbulensi adalah cukup besar dan menyebabkan noise (bising).
Alternatif aplikasi control valve untuk hilang tekan yang tinggi adalah menggunakan special desain dari control valve atau pembagian beda tekan antara control valve dengan device lain, yaitu Restriction Orifice.
Untuk mengurangi beban tersebut dapat dipasang Restriction Orifice setelah control valve tersebut. Pemasangan restriction orifice seperti pada gambar dibawah.


Sketsa sederhana control valve dan pressure vessel

Untuk aplikasi Restriction Orifice di downstream control valve, pada dasarnya digunakan prinsip/korelasi bahwa untuk flow rate tertentu dan Bore size tertentu terdapat perbedaan tekan (differential pressure) tertentu. Secara umum, Differential Pressure yang dibutuhkan oleh control valve tersebut di bagi antara control valve dan Restriction Orifice. Dengan pembagian Differential Pressure (share DP) diharapkan efek vibrasi yang akan terjadi pada pipa tidak begitu besar akibat perubahan differential pressure yang terlalu besar di satu device.
Perlu diperhatikan dengan cermat bahwa sebenarnya control valve adalah alat utama yang menanggung beda tekan, sehingga porsi pembagian differential pressure yang terbesar adalah di control valve bukan di Restriction Orifice. Aplikasi pembagian DP seperti dijelaskan diatas dapat menggunakan special design control valve yang mampu bekerja dalam high differential pressure, tentunya dengan mempertimbangkan bahwa aliran yang diatur disana adalah line yang kritikal karena dengan special design dari control valve tentunya akan mempunyai biaya yang spesial juga.
Artikel Terkait Lainnya :


0 comments:

Poskan Komentar

Share

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites