Pengaruh Getaran Terhadap Pengukuran Kecepatan Aliran Gas...

Pengaruh Getaran Terhadap Pengukuran Kecepatan Aliran

Gas Dengan Menggunakan Orifice Plate

Oleh:

Rizky Primachristi Ryantira Pongdatu 2410100080

Dosen Pembimbing:

Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA

NIP. 19650309 199002 1 001

Bidang Minat Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol

Jurusan Teknik Fisika

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

Analisa pengaruh pengukuran

aliran gas terhadap potensi

terjadi getaran

PT Vico Indonesia sebagai

produsen gas bumi

Metering system digunakan

sebagai fungsi kontrol gas yang

akan dijual

Salah satu alat ukur pada

metering system adalah orifice

meter

Pengukuran aliran gas

menggunakan orifice berpotensi

menimbulkan dampak perusak

Salah satunya adalah kavitasi

aliran. Kavitasi aliran ini

menyebabkan noise, korosi

ataupun getaran

Rumusan Masalah

• bagaimana dampak getaran yang ditimbulkan akibat penggunaan orifice plate pada pengukuran laju aliran gas di PT Vico Indonesia

• Data lapangan yang diambil adalah data upstream (MMscfd), properti fluida, dimensi orifice dan pipa serta hasil pengukuran vibrasi di empat sumur yang berbeda

• Jenis fluida yang digunakan adalah gas metana

• Software yang digunakan untuk simulasi adalah CFD

• Orifice yang digunakan adalah orifice flowmeter yang berada di empat sumur berbeda yaitu sumur PGN 39 L, PGN 39 U, MTA 79 dan MTA 96

Batasan Masalah

Tujuan

•Mengetahui dampak getaran yang ditimbulkan akibat penggunaan orifice plate pada pengukuran laju aliran gas di PT Vico Indonesia

DASAR TEORI

Konsep aliran

Aliran laminer berbentuk parabola. Kecepatan tertingginya berada di

bagian tengah, sementara semakin mendekati dinding, kecepatannya relatif lebih

rendah. Hal ini disebabkan adanya gaya gesekan sehingga menyebabkan besarnya

koefisien viskositas.

Sementara pada aliran turbulen, gaya momentumnya lebih besar dari

gaya gesekan dengan dinding. Hal ini membuat profil kecepatan fluida pada aliran

turbulen menjadi lebih seragam satu sama lain. Namun tetap saja pada area yang

semakin mendekati dinding pipa, aliran fluida tetap laminar.

Pada daerah transisi antara turbulen dan laminar, profil kecepatannya

sulit diprediksi. Ada kemungkinan profil kecepatan ini tidak stabil dan dapat

menunjukan sifat sifat dari daerah aliran laminer maupun turbulen atau osilasi

antara keduanya.

Pengukuran aliran fluida menggunakan orifice meter

Orifice meter adalah satu set peralatan yang diletakkan di suatu

pipa untuk menghambat aliran fluida dan menimbulkan pressure drop.

Pengukuran laju alir (flow rate) didapat dari perbedaan tekanan karena

adanya pressure drop tersebut.

Kecepatan maksimum fluida yang masuk pada orifice dan

minimum static pressure tidak terjadi pada bore yang terdapat pada orifice

tersebut, tetapi terjadi pada sisi downstream orifice tersebut. Setelah fluida

melewati orifice tersebut, fluida yang keluar dari orifice akan mengalami

penurunan pressure sampai fluida tersebut kembali memiliki pressure yang

besar. Tempat dimana fluida tersebut memiliki kecepatan yang tinggi dan

pressure yang rendah disebut vena contracta. Dan lokasi dari vena contracta

tergantung dari bentuk geometri dari orifice tersebut

Kavitasi aliran akibat pengukuran orifice

Kavitasi terjadi akibat adanya pembentukan gelembung uap (bubbles)

akibat pressure drop yang turun hingga mencapai tekanan uap fluida pada

temperatur tetap. Pada orifice, kavitasi terjadi karena pressure drop fluida setelah

vena contracta mencapai tekanan uap fluida tersebut. Fenomena kavitasi ini

menyebabkan terjadi turbulensi aliran sehingga berpotensi menyebabkan vibrasi

pada pipa.

Kavitasi dinyatakan dalam bentuk matematis sebagai indeks kavitasi. Nilai

vibrasi berbading lurus dengan derajat kavitasi. Namun, derajat kavitasi berbanding

terbalik dengan indeks kavitasinya. Artinya, semakin kecil indeks kavitasi suatu fluida,

maka potensi vibrasi yang dihasilkan akan semakin besar.

Persamaan Indeks kavitasi dan indeks kavitasi kritis

Persamaan (1)

Persamaan (2)

Persamaan (3)

METODOLOGI PENELITIAN

Alur Penelitian

Studi di lapangan dilakukan di keempat sumur di PT Vico Indonesia yaitu

sumur PGN 39 L, PGN 39 U, MTA 79 dan MTA 96 pada tanggal 4-9 Mei

2014

Studi lapangan bertujuan untuk mengumpulkan data-data properti fluida

yang dibutuhkan, dimensi pipa dan orifice serta untuk mengukur getaran

papa pipa downstream

Studi lapangan

Pengukuran getaran

menggunakan

Accelerometer SKF

Vibration Measurement

Tools.

Pengukuran getaran pada salah satu sumur di PT Vico

Indonesia. Pencatatan dilakukan secara manual

Hasil pengukuran getaran

No PGN 39 L PGN 39 U MTA 79 MTA 96

1 2 2.5 1 0.4

2 2.3 2.1 0.9 0.3

3 2.9 2.6 1 0.4

4 2.3 2.8 0.9 0.5

5 2 2.5 1.1 0.3

6 1.9 3.1 1 0.4

7 2.1 2 0.9 0.5

8 2.3 2.7 1.1 0.4

9 2.2 2.9 0.9 0.5

10 1.9 2.8 1 0.5

11 1.8 3.4 1.4 0.4

12 2.4 2.6 1 0.3

13 2.1 3 1.1 0.4

14 2 2.9 1 0.4

15 2.8 3 0.9 0.5

16 2.4 2.8 1.1 0.5

17 2.1 2.9 0.9 0.5

18 2 3.3 1.3 0.4

19 1.8 3.4 1 0.4

20 2.4 3 1.1 0.4

21 2.1 2.9 0.9 0.4

22 1.9 2.8 1.2 0.4

Menentukan indeks kavitasi dan indeks

kavitasi kritis Nilai indeks kavitasi (CI) dapat ditentukan menggunakan

Persamaan (1). Nilai CI ini nantinya akan dibandingkan

dengan nilai getaran pada masing-masing sumur.

Nilai indeks kavitasi kritis (CIc) dapat ditentukan

menggunakan Persamaan (3). Nilai CIc ini nantinya akan

dibandingkan dengan nilai CI masing-masing sumur.

Kavitasi terjadi jika CI<CIc.

Indeks Kavitasi dan Indeks Kavitasi Kritis sumur

PGN 39 L

Q

(MMscfd) Q (m3/s) Pu (Psig)

DP

(psi)

Pd

(psi)

CI CIc

1.113 0.36729 650 576.79 87.89 0.1 1.02

1.123 0.37059 650 587.2 77.48 0.08 1.01

1.129 0.37257 620 593.49 41.49 0.01 1.00

1.133 0.37389 650 597.71 66.87 0.06 1.01

1.113 0.36729 668 576.79 105.89 0.13 1.03

1.113 0.36729 640 576.79 77.89 0.08 1.02

1.113 0.36729 650 576.79 87.89 0.1 1.02

1.113 0.36729 666 576.79 103.89 0.12 1.03

1.113 0.36729 660 576.79 97.89 0.11 1.02

1.113 0.36729 650 576.79 87.89 0.1 1.02

1.113 0.36729 677 576.79 114.89 0.14 1.03

1.113 0.36729 699 576.79 136.89 0.18 1.04

1.114 0.36762 650 577.83 86.85 0.09 1.02

1.115 0.36795 667 578.81 102.81 0.12 1.03

1.113 0.36729 668 576.79 105.89 0.13 1.03

1.115 0.36795 685 578.81 120.81 0.15 1.03

1.117 0.36861 674 580.94 107.73 0.13 1.03

1.112 0.36696 663 575.76 101.92 0.12 1.02

1.118 0.36894 660 581.99 92.69 0.1 1.02

1.112 0.36696 662 575.76 100.92 0.12 1.02

1.115 0.36795 634 578.87 69.81 0.06 1.01

1.113 0.36729 690 576.79 127.89 0.16 1.03

Tabel 1 Data properti fluida dan indeks kavitasi


PGN 39 U

Q

(MMscfd) Q (m3/s)

Pu

(Psig)

DP

(psi)

Pd (psi) CI CIc

1.462 0.48246 230 197.27 47.41 0.08 1.02

1.478 0.48774 239 201.61 52.07 0.10 1.02

1.444 0.47652 231 192.44 53.24 0.12 1.02

1.442 0.47586 230 191.91 52.77 0.11 1.02

1.443 0.47619 234 192.18 56.5 0.13 1.03

1.447 0.47751 235 193.24 56.44 0.134 1.03

1.461 0.48213 230 197 47.68 0.08 1.02

1.462 0.48246 230 197.27 47.41 0.086 1.02

1.466 0.48378 235 198.35 51.33 0.107 1.02

1.463 0.48279 235 197.54 52.14 0.111 1.02

1.461 0.48213 231 197 48.68 0.09 1.02

1.463 0.48279 234 197.54 51.14 0.106 1.02

1.459 0.48147 235 196.46 53.22 0.117 1.02

1.463 0.48279 234 197.54 51.14 0.106 1.02

1.465 0.48345 233 198.08 49.6 0.098 1.02

1.462 0.48246 231 197.27 48.41 0.092 1.02

1.466 0.48378 230 198.35 46.33 0.081 1.01

1.462 0.48246 231 197.27 48.41 0.092 1.02

1.459 0.48147 229 196.46 47.22 0.087 1.02

1.476 0.48708 236 201.07 49.61 0.097 1.02

1.457 0.48081 237 195.92 55.76 0.131 1.03

1.465 0.48345 238 198.08 54.6 0.123 1.02



MTA 79

Q

(MMscfd) Q (m3/s)

Pu

(Psig)

DP

(psi)

Pd

(psi)

CI CIc

0.52 0.1716 500 310.87 203.81 0.5 1.11

0.51 0.1683 505 299.03 220.65 0.63 1.13

0.523 0.17259 499 314.47 199.21 0.53 1.11

0.53 0.1749 510 322.94 201.74 0.531 1.11

0.54 0.1782 501 335.24 180.44 0.448 1.09

0.52 0.1716 502 310.87 205.81 0.56 1.11

0.511 0.16863 503 300.2 217.48 0.624 1.12

0.521 0.17193 505 312.07 207.61 0.568 1.11

0.512 0.16896 510 301.38 223.3 0.64 1.13

0.513 0.16929 503 302.56 215.12 0.611 1.12

0.542 0.17886 504 337.73 180.95 0.44 1.09

0.532 0.17556 506 325.38 195.3 0.507 1.10

0.52 0.1716 507 310.87 210.81 0.581 1.12

0.51 0.1683 501 299.03 216.65 0.623 1.12

0.54 0.1782 506 335.24 185.44 0.463 1.09

0.521 0.17193 502 312.07 204.61 0.559 1.11

0.52 0.1716 503 310.87 206.81 0.568 1.11

0.53 0.1749 502 322.94 193.74 0.506 1.10

0.51 0.1683 501 299.03 216.65 0.623 1.12

0.511 0.16863 501 300.2 215.48 0.617 1.12

0.533 0.17589 503 326.61 191.07 0.492 1.10

0.512 0.16896 506 301.38 219.3 0.627 1.12



MTA 96

Q

(MMscfd)

Q

(m3/s)

Pu

(Psig)

DP

(psi)

Pd

(psi)

CI CIc

0.416 0.13728 150 54.4 110.28 1.474 1.25

0.415 0.13695 156 54.14 116.54 1.596 1.26

0.432 0.14256 151 58.67 107.02 1.311 1.23

0.415 0.13695 154 54.14 114.54 1.559 1.26

0.412 0.13596 153 53.36 114.32 1.578 1.26

0.424 0.13992 152 56.52 110.17 1.417 1.24

0.425 0.14025 154 56.78 111.9 1.44 1.24

0.424 0.13992 152 56.52 110.17 1.417 1.24

0.421 0.13893 153 55.72 111.97 1.469 1.25

0.433 0.14289 152 58.94 107.74 1.317 1.23

0.414 0.13662 154 53.88 114.8 1.572 1.26

0.412 0.13596 157 53.36 118.32 1.653 1.27

0.424 0.13992 150 56.52 108.17 1.381 1.24

0.421 0.13893 149 55.72 107.97 1.397 1.24

0.433 0.14289 150 58.94 105.74 1.283 1.22

0.421 0.13893 154 55.72 112.97 1.487 1.25

0.431 0.14223 152 58.4 108.29 1.339 1.23

0.421 0.13893 153 55.72 111.97 1.469 1.25

0.424 0.13992 151 56.52 109.17 1.399 1.24

0.433 0.14289 155 58.94 110.74 1.368 1.24

0.442 0.14586 153 61.42 106.27 1.240 1.22

0.43 0.1419 154 58.13 110.56 1.384 1.24


Simulasi menggunakan CFD

Simulasi pada CFD bertujuan untuk memvisualisasikan area yang

berpotensi terjadinya kavitasi aliran akibat pengukuran laju aliran

menggunakan orifice

Membuat geometri pipa dan orifice

Tahapan meshing

PGN 39 L

PGN 39 U

MTA 79

MTA 96

Simulasi pada Fluent

Simulasi numerik menggunakan software Fluent 6.2.16.

Berikut adalah tahapannya:

- Pembacaan mesh yang sudah dibuat di software

Gambit, solver,

- material,

- phase, boundary condition, operating condition,

- controls solution,

- initialize,

- monitors

- iterasi.

- Post Processing

ANALISA DATA

Pengaruh flowrate terhadap indeks kavitasi pada

sumur PGN 39 L

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

1.11 1.115 1.12 1.125 1.13 1.135

Ind

eks

Kvavit

asi

Flowrate (MMscfd)

Pengaruh Flowrate terhadap indeks kavitasi


sumur PGN 39 U

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

1.44 1.445 1.45 1.455 1.46 1.465 1.47 1.475 1.48

Ind

eks

Kavit

asi

Flowrate (MMscfd)

Pengaruh flowrate terhadap indeks kavitasi


sumur MTA 79

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.505 0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545

Ind

eks

Kavit

asi

Flowrate (MMscfd)



sumur MTA 96

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0.41 0.415 0.42 0.425 0.43 0.435 0.44 0.445

Ind

eks

Kavit

asi

Flowrate (MMscfd)


Pengaruh flowrate terhadap indeks kavitasi

keempat sumur

Perbandingan indeks kavitasi dan derajat getaran

yang dihasilkan

Perbandingan indeks kavitasi dan derajat getaran

yang dihasilkan

Gambar diatas menggambarkan dengan jelas bahwa indeks kavitasi menurun

secara berurutan mulai dari sumur MTA 96, MTA 79, PGN 39 L dan PGN 39

U. Selain itu, tren vibrasi paling besar secara berurutan terjadi pada sumur

PGN 39 U, PGN 39 L, MTA 79 dan paling kecil adalah MTA 96. Gambar diatas

menunjukkan bahwa nilai vibrasi dan indeks kavitasi saling berbanding terbalik

Pengaruh vibrasi terhadap deviasi pengukuran dan

kandungan laju aliran liquid terhadap indeks kavitasi

keempat sumur

Kontur distribusi tekanan pada sumur PGN 39 L

Kavitasi terjadi ketika fluida mencapai tekanan uapnya pada temperature tetap.

Berdasarkan gambar kontur distribusi tekanan di atas, tekanan uap dinyatakan

sebagai warna biru muda yang artinya merupakan daerah yang berpotensi terjadi

kavitasi. Selain itu pada Tabel 1, rata-rata CI adalah 0.112 dan rata-rata CIc adalah

1.03. Berdasarkan data ini, CI masih jauh lebih kecil dari CIc dengan selisih 0.918.

Hal menunjukkan bahwa pada sumur PGN 39 L kavitasi dapat terjadi.

Kontur distribusi tekanan pada sumur PGN 39 U

Berdasarkan gambar kontur distribusi tekanan di atas, tekanan uap dinyatakan

sebagai warna biru muda yang artinya merupakan daerah yang berpotensi terjadi

kavitasi. Selain itu pada Tabel 2, sumur PGN 39 U memiliki nilai indeks kavitasi (CI)

masih dibawah nilai indeks kavitasi kritis (CIc). Hal menunjukkan bahwa pada

sumur PGN 39 U, kavitasi dapat terjadi.Secara umum luas daerah dan lokasi area

kavitasi pada sumur PGN 39 U tidak jauh berbeda dengan sumur PGN 39 L. Hal ini

disebabkan karena indeks kavitasi kedua sumur tidaklah jauh berbeda.

Berdasarkan gambar kontur diatas, area daerah kavitasi yang ditunjukkan

dengan warna biru tua pada sumur MTA 79 ini lebih kecil daripada sumur PGN

39 L dan 39 U. Daerah kavitasinya tidak merata dan tidak memiliki bentuk

simetri seperti kedua sumur sebelumnya. Selain itu pada Tabel 3 rata-rata CI

adalah 0.56 dan rata-rata CIc adalah 1.11. Berdasarkan data ini, CI masih jauh

lebih kecil dari CIc dengan selisih 0.55. Hal menunjukkan bahwa pada sumur

MTA 79 kavitasi dapat terjadi.

Kontur distribusi tekanan pada sumur MTA 79

Kontur distribusi tekanan pada sumur MTA 96

Berbeda dengan ketiga sumur sebelumnya, pada sumur MTA 96 tidak

terdapat area berwarna biru tua yang artinya tidak ada area yang

berpotensi terjadinya kavitasi. Selain itu pada Tabel 4, rata-rata CI adalah

1.43 dan rata-rata CIc adalah 1.24. Berdasarkan data ini, CI lebih besar

dari CIc dengan selisih 0.19. Hal menunjukkan bahwa pada sumur MTA

96 kavitasi tidak terjadi.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Karateristik potensi getaran yang terjadi akibat pengukuran menggunakan

orifice meter dapat dilakukan dengan metode penghitungan indeks kavitasi dan

berdasarkan perhitungan matematis nilai indeks kavitasi, maka rerata nilai

indeks kavitasi terbesar berturut-turut mulai dari MTA 96 sebesar 1.432, MTA

79 sebesar 0.56, PGN 39 L sebesar 0.112 dan PGN 39 U sebesar 0.105.

Pengukuran langsung nilai vibrasi di keempat sumur di PT Vico Indonesia

menggunakan accelerometer dan satuan gE (Acceleration Enveloping)

menghasilkan nilai rerata terbesar berturut-turut mulai dari PGN 39 U

sebesar 2.818 gE, PGN 39 L sebesar 2.168 gE, MTA 79 sebesar 1.031 gE dan

MTA 96 sebesar 0.418 gE.

Setelah melakukan perbandingan antara nilai vibrasi dan nilai indeks kavitasi,

dapat dibuktikan bahwa nilai vibrasi dan indeks kavitasi keempat sumur saling

berbanding terbalik.

Berdarasarkan hasil perhitungan, semakin besar nilai getaran, maka deviasi

pengukuran laju aliran dan persentase laju aliran cairan pada fluida akan

semakin besar. Nilai 3.4 gE atau 33.32 m/s2 pada sumur PGN 39 U merupakan

nilai vibrasi tertinggi sekaligus ambang batas getaran yang diperbolehkan

karena menyebabkan deviasi pengukuran mencapai 0.965 %.

Visualisasi kontur area kavitasi akibat orifice telah dilakukan dengan simulasi

2D dengan menganalisa distribusi tekanan yang terjadi

Saran

Melakukan simulasi numerik untuk mencari potensi

kavitasi dengan model orifice slotted dan

membandingkannya dengan model orifice concentric.

Melakukan pengukuran noise/kebisingan atau

pengukuran tingkat korosi material akibat pengukuran

fluida menggunakan orifice dan membandingkannya

dengan indeks kavitasi orifice.

TERIMA KASIH

Pengaruh Getaran Terhadap Pengukuran Kecepatan Aliran Gas...

Documents

Transcript of Pengaruh Getaran Terhadap Pengukuran Kecepatan Aliran Gas...