BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus-menerus bila terkena

tegangan geser. Gaya geser adalah komponen gaya yang menyinggung

permukaan. Tegangan geser pada suatu titik adalah nilai batas perbandingan gaya

geser terhadap luas dengan berkurangnya luas hingga menjadi titik tersebut.

Fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan

untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari

wadah mereka). Fluida terbagi menjadi gas dan cairan. Fluida dapat

dikarakterisasikan menjadi 2 yaitu:

Fluida Newtonian

Fluida Non-Newtonian

Mekanika Fluida adalah cabang dari ilmu fisika yang mempelajari mengenai

zat fluida (cair, gas dan plasma) dan gaya yang bekerja padanya. Mekanika fluida

dapat dibagi menjadi statika fluida yaitu ilmu yang mempelajari keadaan fluida

saat diam; kinematika fluida, ilmu yang mempelajari fluida yang bergerak; dan

dinamika fluida, ilmu yang mempelajari efek gaya pada fluida yang bergerak.

Aliran fluida dibagi menjadi tiga macam, yaitu;

1. Aliran laminar

2. Aliran turbulen

3. Aliran Transisi

Pengukuran fluida dapat dilakukan menggunakan berbagai alat ukur fluida,

salah satu alat untuk mengukur fluida adalah orifice meter. Orifice meter adalah

alat ukur yang menggunakan orifice plate sebagai komponen utama dalam

pengukuran natural gas. Orifice Plate dapat di definisikan sebagai logam

berbentuk lempengan tipis dengan lubang sirkular yang konsentrik dengan

internal diameter dari meter tube ketika terpasang.

1

Prinsip kerja dari orifice meter pada dasarnya tergantung pada perbedaan

tekanan yang dihasilkan oleh orifice plate. Dengan adanya tekanan cekikan

(throttle pressure) oleh orifice plate sehingga menyebabkan kecepatan fluida yang

melalui orifice meningkat dan tekanannya berkurang.

Pada umumnya, suatu sistem pengukuran flow orifice meter terbagi atas tiga

bagian umum, yaitu antara lain primary element, secondary element dan tertiery

element. Primary component merupakan komponen-komponen yang berhubungan

langsung dengan aliran gas. Dimana komponen-komponen tersebut berfungsi

mengkondisikan aliran sehingga bisa di ukur oleh secondary component.

Secondary element adalah komponen-komponen yang berfungsi sebagai alat

ukur/ transmitter pada sistem orifice meter yang terhubung langsung dengan

primary component. Tertiery element adalah komponen akhir dari sistem orifice

meter yang bekerja sebagai pengolah/ penghitung parameter yang dideteksi oleh

transmitter menjadi volume flow rate.

1.2 Tujuan

a. Mengetahui definisi orifice meter.

b. Mampu menjelaskan bagaimana prinsip kerja orifice meter dalam

melakukan pengukuran fluida gas.

c. Mengetahui berbagi element dari orifice meter.

d. Mengetahui berbagai komponen dari masing-masing elemen orifice meter.

2

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Definisi Orifice Meter

Orifice meter adalah alat ukur yang menggunakan orifice plate sebagai

komponen utama dalam pengukuran natural gas. Orifice Plate dapat di definisikan

sebagai logam berbentuk lempengan tipis dengan lubang sirkular yang konsentrik

dengan internal diameter dari meter tube ketika terpasang.

Orifice meter dapat digunakan dalam berbagai pengukuran, baik yang

berkaitan dengan proses maupun bukan proses. Orifice meter merupakan salah

satu alat yang banyak digunakan dalam industri minyak dan gas (migas). Orifice

dikelompokkan kedalam kelas flowmeter yang biasa disebut dengan differential

pressure meter atau biasa juga disebut dengan “head meter”.

Orifice di dalam pipa ditunjukkan dengan manometer untuk mengukur

penurunan tekanan differensial dari fluida yang dihasilkan oleh orifice.

Gambar 1. Orifice meter

3

2.2 Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari orifice meter pada dasarnya tergantung pada perbedaan

tekanan yang dihasilkan oleh orifice plate. Dengan adanya tekanan cekikan

(throttle pressure) oleh orifice plate sehingga menyebabkan kecepatan fluida yang

melalui orifice meningkat dan tekanannya berkurang. Pada mulanya aliran gas

alam yang melewati pipa kemudian melewati straightening vanes, yang berfungsi

membuat putaran dari aliran gas tersebut lebih beraturan yang kemudian

menyebabkan aliran gas tersebut membentur orifice sehingga terjadi perbedaan

tekanan antara aliran aliran sebelum melewati orifice yang kita sebut dengan

upstream dan setelah melewati orifice yang kita sebut dengan downstream.

Gambar 2. System orifice meter

Pada proses pengukuran dibuat sebuah lubang dengan ukuran dan

penempatan tertentu sesuai standar pada meter tube/ holding device disebut

dengan pressure taps dengan fungsi sebagai letak sambungan device transmitter

yang akan mengukur parameter tertentu sesuai fungsi transmitter tersebut.

Transmitter tersebut akan mengkonversi besaran parameter tersebut kedalam

sinyal analog elektrik. Sinyal elektrik tersebut masuk ke flow computer kemudian

diolah kedalam bentuk parameter volume rate Q dengan menggunakan persamaan

yang sudah terprogram didalam flow computer yang sesuai dengan standar

4

perhitungan flow dengan menggunakan orifice meter yang diatur dalam standar

American Gas Association (AGA 3 dan AGA 8). Perhatikan gambar di bawah ini

yang menjelaskan skema orifice meter dengan lebih jelas.

Gambar 3. Skema orifice meter

2.3 Komponen Orifice Meter dan Fungsinya

Pada umumnya, suatu sistem pengukuran flow orifice meter terbagi atas tiga

bagian umum, yaitu antara lain primary element, secondary element dan tertiery

element.

2.3.1 Primary Component

Primary component merupakan komponen-komponen yang

berhubungan langsung dengan aliran gas. Dimana komponen-komponen

tersebut berfungsi mengkondisikan aliran sehingga bisa di ukur oleh

secondary component. Primary element terdiri atas :

a. meter tube

5

b. holding device

c. orifice plate

d. pressure tap

e. straightening vanes.

Gambar 4. Primary element pada orifice meter

a. Meter tube

Meter tube adalah suatu pipa lurus dengan panjang tertentu yang

digabungkan dengan orifice sehingga menghasilkan aliran upstream dan

downstream pada pipa tersebut setelah dilalui aliran fluida. Meter tube

berbeda dengan pipa proses pada umumnya dikarenakan pada meter tube,

panjang, kekasaran dan kelurusan pipa sangat diperhatikan. Begitu juga

karena nilai beta ratio yang merupakan perbandingan diameter orifice dengan

diameter meter tube, memiliki skala maksimal beta ratio 0,75. Namun, untuk

mencegah pengoperasian mendekati batas maksimum maka nilai beta ratio

yang digunakan adalah sekitar 0,6. Nilai beta ratio minimal adalah sebesar

0,2. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum melakukan

pemasangan meter tube yaitu :

1. Roughness (kekasaran) dari meter tube menjadi faktor yang harus

diperhatikan dikarenakan aliran fluida dalam meter tube sebaiknya tidak

mengalami gesekan dengan dinding meter tube. untuk meter tube dengan

diameter ≤ 12 in maka Permukaan roughness (Ra) harus berada diantara

6

34 sampai 250 μin. Sedangkan untuk meter tube dengan diameter ≥ 12 in,

maka roughness nya harus berada antara 34 sampai 500 μin.

2. Macam-macam meter tube dengan nilai beda ratio ß = 0.75. Berikut ada

beberapa macam meter tube, yaitu :

Meter tube dengan vanes (dipisahkan dengan regulator/ closed valve)

Meter tube tanpa vanes

Meter tube dengan vanes (Dua elbow, dengan sambungan)

Meter tube dengan vanes (Dua elbow tanpa sambungan)

Meter tube tanpa vanes (Dua elbow dengan salah satu sambungan

panjangnya lebih dari 10Di)

Meter tube tanpa vanes dengan reduce dan expanders

Gambar 5. Meter tube dengan vanes dan tanpa vanes

7

(dipisahkan dengan regulator/ closed valve)

Gambar 6. Meter tube tanpa vanes dengan reduce dan expanders

8

Gambar 7. Meter tube dengan vanes dan tanpa vanes (Dua elbow tanpa sambungan)

Gambar 8. Meter tube tanpa vanes

(Dua elbow dengan salah satu sambungan panjangnya lebih dari 10 Di)

Untuk menentukan ukuran dari meter tube, maka perlu memperhatikan

beberapa hal di bawah ini :

Maksimum flow

Minimum flow

Kondisi awal pengukuran

Densitas relative

Temperature gas yang mengalir

9

Tekanan

Perbandingan antara diameter lubang orifice (d) dengan diameter meter

tube (D) yang disebut beta ratio (β).

Pemasangan meter tube dipengaruhi juga dengan posisi

pemasangannnya. Diusahakan meter tube dipasang dalam keadaan selurus

mungkin. Meter tube dapat dipasang dengan arah vertikal maupun arah

horizontal. Namun, meter tube pada umumnya dipasang secara horizontal

untuk fluida gas dengan tujuan agar laju aliran gas tidak terhambat. Selain

faktor posisi, faktor bypass dari meter tube juga perlu diperhatikan. Bypass

dari meter tube diperlukan jika pada orifice plate ingin dilakukan pergantian,

maka fluida yang mengalir ke meter tube di bypass-kan dengan

memanfaatkan orifice fitting dengan dual chamber, Sehingga pergantian

orifice plate tidak perlu dengan melakukan shutdown area disekitar orifice

meter. Diameter tube juga di berikan pemasangan trap yang berfungsi untuk

menampung kandungan liquid dalam gas basah sehingga tidak mempengaruhi

aliran gas natural saat melalui orifice plate.

b. Plate Holder

Plate holder adalah alat yang digunakan sebagai penahan dari posisi

orifice plate. Merupakan kesatuan alat yang terangkai bersama dengan meter

tube untuk menahan orifice plate agar posisinya tegak lurus dan konsentris

terhadap aliran fluida. Plate holder terbagi atas:

1. Orifice flange

Orifice flange digunakan sebagai penyambung dari meter tube ke

meter tube lainnya. Namun, pada pengukuran custody transfer, orifice

flange tidak digunakan. Orifice flange secara umum terbagi atas dua

tipe, yaitu welding neck dan slip on. Akan tetapi, penggunaan tipe

welding neck lebih dipilih ketimbang slip on karena welding neck

hanya membutuhkan pengelasan sekali saja dan pressure tap dapat

ditempatkan pada dinding pipa. Ukuran minimum dari orifice flange

sebesar 4 inci.

10

2. Orifice fitting

Orifice fitting terbagi atas dua jenis, yaitu orifice fitting single

chamber dan dual chamber. Tipe single chamber hanya memiliki satu

ruangan dimana dalam proses penggantian atau pengecekan orifice

maka harus dengan menghentikan aliran fluida yang mengalir pada

meter tube atau jika pemasangannya menggunakan bypass maka

dengan melewatkan fluida melalui bypass tersebut. Sedangkan pada

tipe dual chamber memiliki dua ruang yang memungkinkan user

untuk mengganti atau melakukan pengecekan orifice plate tanpa harus

menghentikan aliran fluida pada meter tube.

c. Orifice Plates

Orifice plate merupakan tipe head flowmeter yang paling sederhana untuk

mendeteksi flow. Orifice plate adalah pelat datar dengan ketebalan sebesar

1/16 - 1/4 inci dengan lubang yang didesain dengan dimensi khusus yang

membentuk penghalang terhadap natural gas yang melalui meter tube

sehingga menyebabkan perbedaan tekanan antara tekanan sebelum dan

sesudah melewati orifice tersebut. Terdapat tiga jenis orifice yang digunakan,

yaitu concentric orifice, eccentric dan segmental. Pemilihan jenis orifice

sangat tergantung dari fluida yang akan melewatinya. concentric orifice

digunakan untuk fluida yang ideal, tidak mengandung fasa lain dan untuk

fluida seperti gas. Sedangkan eccentric dan segmental biasanya digunakan

pada fluida yang tercampur dengan massa aliran yang besar, biasanya

digunakan pada fluida yang tidak ideal.

11

Gambar 9. Jenis-jenis orifice plate

Orifice plate yang biasanya digunakan dan paling efisien dalam

pengukuran gas adalah jenis konsentris, karena ukuran dari meter tube-nya

yang relative kecil.

Besar diameter dari orifice plate sangat diperhatikan dikarenakan orifice

plate merupakan pusat dari primary element. Toleransi dari diameter orifice

plate terhadap beta ratio diusahakan sekecil mungkin. Berikut merupakan

tabel toleransi dari diameter orifice

12

d. Pressure Taps

Pressure taps merupakan suatu lubang dengan ukuran tertentu yang berada

pada dinding meter tube atau plate holder. Digunakan sebagai tempat untuk

menempatkan device seperti pressure transmitter pada bagian upstream/

downstream pada meter tube. Untuk orifice meter dengan menggunakan

flange taps, lubang tap ditempatkan pada bagian upsteram dan downstream

yang berada dengan jarak 1 inci dari orifice plate. Diameter lubang pressure

tap sebesar 2 inci dan untuk pipa yang berukuran lebih besar memiliki

diameter tidak kurang dari ¼ inci dan tidak boleh melebihi nilai pada tabel

dibawah ini.

Ada beberapa macam penempatan pada pressure taps, yaitu :

Flange Taps

Corner Taps

Vena Contracta

Radius Taps

Pipe Taps

13

Gambar 10. Macam-macam pressure taps

e. Straightening Vanes

Straightening vanes adalah suatu alat yang biasanya berbentuk beberapa

pipa silinder kecil yang direkatkan bersama dan membentuk suatu pola

tertentu. Pemasangan straightning vanes pada sisi upstream dari meter tube

harus dengan sangat hati- hati untuk mengurangi putaran tekanan yang tak

beraturan dari fluida ketika akan melewati orifice plate.

Gambar 11. Arah aliran flow setelah melewati straightening vanes

14

Gambar 12. dimensi dari straigtening vanes dari berbagai arah

2.3.2 Secondary Element

Secondary element adalah komponen-komponen yang berfungsi sebagai

alat ukur/ transmitter pada sistem orifice meter yang terhubung langsung

dengan primary component. Secondary element biasanya disebut dengan

“meter”. Komponen ini akan mengubah besaran seperti differential pressure

menjadi sinyal elektrik yang nantinya diolah ke flow computing (tertiery

element). Namun, ada juga transmitter yang mampu bekerja sebagai flow

computing, sehingga hasil volume flow rate langsung dapat diketahui dari

transmitter tersebut. Secondary element terdiri dari :

a. Differential pressure transmitter

Merupakan sebuah sensor yang mendeteksi perbedaan tekanan antara

upstream dan downstream yang kemudian mentransmisikan ke flow computer

berupa signal digital.

15

Gambar 13. Differential pressure transmitter

b. Pressure transmitter

Merupakan sebuah transmitter yang mendeteksi tekanan statis dari fluida

yang kemudian dikonversi menjadi satuan arus listrik (4-20 mA) dan

dihubungkan dengan salah satu pressure taps, yang kemudian ditransmisikan

ke flow computer.

Gambar 14. Pressure transmitter

c. Temperature transmitter

Merupakan komponen dengan sensor yang mendeteksi perubahan

temperature dan kemudian dikonversi menjadi satuan arus (4-20 mA). Sensor

ini berfungsi untuk mengukur temperature yang lewat dari fluida untuk

kemudian ditransmisikan ke flow computer. Transmitter ini menggunakan

sensor RTD (Resistance Temperature Detector), RTD tersebut dibungkus

langsung dengan thermowheel agar tidak bersentuhan langsung dengan

fluida. Ini dilakukan untuk menghindari kerusakan RTD. Sedangkan RTD

sendiri adalah sensor yang nilai tahanannya berubah-ubah secara linier sesuai

dengan perubahan suhu.

16

d. Gagelines

Komponen ini berupa sebuah tube yang menghubungkan antara pressure

taps dengan transmitter (chart recorder). Gage lines ini berukuran kecil,

antara 1/4 – 1/2 inchi dan yang kebanyakan dipakai adalah 3/8 inchi. Bahan

dari gage lines ini harus berkualitas, tidak mudah korosi ataupun memiliki

hambatan gesek yang tinggi sehingga tidak mengura ngi keakurasian

pembacaan flow yang terbaca pada transmitter. Ukuran panjang dari gage line

harus diusahakan sependek mungkin, untuk menghindari error dan posisinya

harus memiliki slope yang relative kecil terhadap sumbu horizontal.

e. Chart recorder.

Komponen ini berfungsi untuk mencatat tekanan absolute, perbedaan

tekanan dan temperature, sebagai backup dari hasil pengukuran flow

computer. Alat ini juga digunakan untuk memonitoring keakuratan dari meter

flow. Chart recorder untuk temperature dan pressure adalah sistem yang

terpisah. Chart recorder pada umumnya berbentuk lingkaran dengan diameter

2 inchi dan tipe yang biasa digunakan dalam industri gas adalah tipe uniform

scale dan square root chart. Prinsip kerja dari chart recorder adalah mengubah

besaran fisis ke gerakan mekanik yang nantinya mekanik ini secara otomatis

akan “menggambar” di kertas. Untuk setiap besaran fisis yang diukur tinta

yang digunakan berbeda, dimana merah untuk differential pressure ,biru atau

hitam untuk tekanan statis dan merah biasanya untuk suhu.

17

Gambar 15. Chat recorder

2.3.3 Tertiery Element

Tertiery element adalah komponen akhir dari sistem orifice meter yang

bekerja sebagai pengolah/ penghitung parameter yang dideteksi oleh

transmitter menjadi volume flow rate. Flow computer merupakan mesin

komputer yang digunakan sebagai alat perhitungan flow rate dari suatu fluida.

2.4 Aplikasi Orifice Meter

Orifice meter digunakan pada pengukuran flow berdasarkan beda tekan.

Di dalam dunia industri pengukuran flow sangatlah penting dan kritikal.

Pengukuran flow yang paling banyak dijumpai antara lain: pengukuran

flow steam, flow air, flow natural gas, flow raw material, dll.

Orifice plate digunakan untuk pengukuran kontinyu cairan di dalam pipa.

Dalam lingkungan alat, orifice plate digunakan untuk mengontrol aliran

batuan selanjutnya dalam bendungan banjir.

Orifice plate juga digunakan dalam beberapa sistem sungai-sungai kecil

untuk mengukur aliran sungai melewati gorong-gorong atau saluran.

18

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

1. Orifice meter adalah alat ukur yang menggunakan orifice plate sebagai

komponen utama dalam pengukuran natural gas

2. Orifice Plate dapat di definisikan sebagai logam berbentuk lempengan

tipis dengan lubang sirkular yang konsentrik dengan internal diameter dari

meter tube ketika terpasang

3. Prinsip kerja dari orifice meter pada dasarnya tergantung pada perbedaan

tekanan yang dihasilkan oleh orifice plate. Dengan adanya tekanan

cekikan (throttle pressure) oleh orifice plate sehingga menyebabkan

kecepatan fluida yang melalui orifice meningkat dan tekanannya

berkurang

4. Pada umumnya, suatu sistem pengukuran flow orifice meter terbagi atas

tiga bagian umum, yaitu antara lain primary element, secondary element

dan tertiery element

5. Primary element terdiri atas meter tube, holding device, orifice plate

pressure tap, dan straightening vanes.

6. Secondary element adalah komponen-komponen yang berfungsi sebagai

alat ukur/ transmitter pada sistem orifice meter yang terhubung langsung

dengan primary component.

7. Secondary element terdiri dari differential pressure transmitter, pressure

transmitter, temperature transmitter, gagelines dan chart recorder.

8. Tertiery element adalah komponen akhir dari sistem orifice meter yang

bekerja sebagai pengolah/ penghitung parameter yang dideteksi oleh

transmitter menjadi volume flow rate.

3.2. Saran

Apabila kita ingin melakukan suatu pekerjaan menggunakan alat mekanika

fluida yaitu orifice meter, maka harus diperhatikan prinsip kerja alat orifice

19

meter agar tidak terjadi kesalahan dalam pengukuran. Komponen-komponen

orifice meter dan fungsinya juga harus diketahui oleh pengguna, agar tidak

terjadi kesalahan ketika penggunaan alat.

20

DAFTAR ISI

21