Mengenal Flow Meter Orifice dan Cara Kerjanya

Orifice Meter adalah jenis flow meter yang digunakan untuk mengukur laju aliran Cairan atau Gas, khususnya Uap, dengan menggunakan prinsip Pengukuran Tekanan Diferensial. Flow meter ini digunakan untuk pengaplikasian laju aliran yang kuat karena daya tahannya yang terkenal dan sifatnya yang sangat ekonomis.

Sesuai dengan namanya, alat ini terdiri dari Lempengan Orifice yang merupakan elemen dasar dari alat ini. Ketika Lempengan Orifice ini ditempatkan dalam satu garis, tekanan diferensial akan menyebar di seluruh bagian Lempengan Orifice . Penurunan tekanan yang terjadi secara linier dan berbanding lurus dengan laju aliran cairan atau gas.

Cara Kerja Orifice Flow Meter

Sebuah Orifice meter memiliki sepotong pelat logam melingkar yang ditempatkan di antara flensa di dalam pipa. Di dalamnya ada lubang bundar bermata persegi dengan diameter ukuran 0,5 hingga 0,8 dari diameter pipa. Titik ukur tekanan ditempatkan di kedua sisi pelat pada jarak tertentu. Orifice menyebabkan pembatasan aliran dan menghasilkan penurunan tekanan dari satu sisi lubang ke sisi lainnya. Besarnya perbedaan tekanan sebanding dengan aliran cairan yang melalui lubang tersebut. Aliran dihitung dari perbedaan tekanan dan area aliran menggunakan rumus matematika yang akurat.

Pengaruh pembatasan aliran fluida

Ketika sebuah benda diletakkan di jalur cairan yang mengalir (gas atau cairan) di dalam pipa, kehadirannya menghalangi jalannya cairan. Cairan dipaksa untuk mengelilinginya. Pengalihan aliran membutuhkan energi untuk menggerakkannya dan energinya disuplai dari tekanannya cairan yang turun saat melewatinya.

Semakin kecil diameter lubangnya, maka semakin sedikit pula fluida yang bisa melewatinya, dan semakin besar tekanan balik di dalam pipa. Prinsip kerja ini dapat digambarkan seperti pada keran air minum sebagai pengontrol aliran air ke dalam cangkir minuman, dengan membuka keran perlahan akan mengeluarkan tetesan. Tekanan balik yang tinggi di dalam pipa memaksa sejumlah kecil air keluar dari lubang kecil. Saat keran dibuka lebih jauh, lubang semakin besar dan alirannya meningkat. Tekanan balik dalam pipa turun saat pembatasan dihilangkan.

Dengan mengetahui ukuran lubang dan perbedaan tekanan dari satu sisi ke sisi lain memungkinkan untuk menghitung aliran melalui lubang. Orifice Flow meter plate menggunakan prinsip tekanan diferensial untuk menentukan aliran. Gambar di atas menunjukkan tampilan dari orifice meter dengan titik ukuran tekanan dan garis aliran yang digambarkan.

Tekanan Statis dan Tekanan Velocity

Tekanan di dalam pipa yang berisi aliran diam dan tekanan di dalam pipa yang sama dengan aliran yang sedang bergerak berbeda. Jika pengukur tekanan dipasang pada pipa, pengukur akan membaca tekanan yang lebih tinggi saat cairan diam daripada saat mengalir melalui pipa. Ketika cairan bergerak, tekanan statis akan turun dan tekanan velocity atau tekanan kecepatan akan naik.

Contoh tekanan statis adalah tekanan udara di dalam ruangan saat jendela sedikit terbuka sedangkan di luar ruangan ada angin kencang. Jika Anda masuk ke dalam badai, Anda akan merasakan tekanan angin pada Anda. Tekanan itu adalah tekanan kecepatan angin yang bergerak. Pada saat yang sama Anda akan mengalami tekanan udara statis yang bekerja pada Anda. Di sisi angin kencang Anda akan mengalami tekanan statis ditambah tekanan kecepatan. Di belakang Anda hanya akan ada tekanan statis (kurang sedikit dari tekanan vakum).

Tekanan statis ada di sekitar Anda, sedangkan tekanan kecepatan hanya searah dengan arah angin. Situasi yang sama ada dalam pipa penuh cairan. Di mana tekanan statis tinggi, kecepatan rendah dan di mana kecepatan tinggi, tekanan statis rendah.

Mengukur Tekanan di Seluruh Bagian Orifice

Untuk hanya mengukur tekanan statis dalam pipa, lubang aliran tidak boleh terkena komponen kecepatan aliran. Biasanya pengukur tekanan dipasang di lubang yang dibor melalui dinding, rata dengan dinding. Di dinding bagian dalam pipa kecepatannya akan menjadi nol dan hanya akan ada tekanan statis.

Lempengan Orifice flow meter menggunakan titik aliran statis yang terletak di kedua sisi orifice. Pada dasarnya, ukuran bagian hulu statis adalah satu diameter pipa ke atas dari lubang aliran dan bagian hilir adalah setengah diameter pipa dari lubang aliran di lokasi 'vena contracta' di mana garis aliran paling sempit dengan kecepatan fluida paling maksimum. Perbedaan tekanan antara dua titik sebanding dengan aliran yang ada, setelah perbedaan tekanan diketahui, ukuran dimasukkan ke dalam persamaan untuk menemukan kecepatan. Dari kecepatan aliran dan luas penampang pipa dan pengukur orifice, dapat dihitung volume produk yang mengalir.

Bagaimana Cara Kerjanya?

Saat cairan mendekati pengukur orifice, tekanan meningkat sedikit dan kemudian turun tiba-tiba saat orifice sudah dilewatkan. tekanan terus turun sampai "vena-contracta" tercapai dan kemudian secara bertahap meningkat sampai sekitar 5 sampai 8 diameter di bagian hilir hingga dicapai titik tekanan maksimum yang akan lebih rendah dari tekanan di lubang bagian hulu.

Penurunan tekanan saat cairan melewati orifice adalah hasil dari peningkatan kecepatan ketika melewati area yang menyempit di orifice. Ketika kecepatan berkurang saat cairan keluar dari orifice, tekanan meningkat dan cenderung kembali ke tingkat semula. Semua tekanan yang hilang tidak dapat dipulihkan karena gesekan dan karena kehilangan turbulensi di aliran.

Penurunan tekanan di orifice ( ΔP di Gambar.) meningkat ketika laju aliran meningkat. Ketika tidak ada aliran, tidak ada diferensial aliran. Perlu dikateahui bahwa tekanan diferensial sebanding dengan kuadrat kecepatan, oleh karena itu jika semua faktor lain tetap konstan, maka diferensial sebanding dengan kuadrat laju aliran.

Bagian Utama Flow Meter Orifice

1. Bagian Inlet

Bagian yang memanjang secara linier dengan diameter yang sama dengan pipa saluran masuk untuk sambungan ujung untuk sambungan aliran masuk. Di sini kita mengukur tekanan masuk cairan / uap / gas.

2. Lempengan Orifice

Sebuah Lempengan Orifice dimasukkan di antara Bagian Inlet dan Outlet untuk menciptakan penurunan tekanan dan dengan demikian bagian ini dapat mengukur aliran.

3. Bagian Outlet

Bagian yang memanjang secara linier mirip dengan bagian Inlet. Bagian ini juga diameternya sama dengan diameter pipa keluar untuk sambungan ujung di aliran keluar. Di sini kita mengukur Tekanan media pada bagian pengeluaran.

Seperti yang ditunjukkan di diagram, gasket digunakan untuk menutup ruang antara Lempengan Orifice dan permukaan Flange, tujuannya ialah untuk mencegah kebocoran.

Bagian 1 & 2 dari Orifice meter, dilengkapi dengan bagian pembuka untuk dipasang sensor tekanan diferensial (manometer tabung-u, indikator tekanan diferensial).

Bentuk dan Ukuran Lempengan Plat Orifice

Orifice meter dibuat dalam berbagai bentuk tergantung pada kebutuhan spesifik penggunaan, Bentuk, ukuran dan lokasi lubang pada lempengan/pelat Orifice menjelaskan spesifikasi orifice meter sebagai berikut:

Lempengan Orifice Konsentris
Lempengan Orifice Eksentrik
Lempengan Orifice Segmen
Lempengan Orifice Tepi Kuadran

1. Lempengan Orifice Konsentris

Lempengan ini terbuat dari SS dan ketebalannya bervariasi dari 3,175 hingga 12,70 mm. Ketebalan lempengan di tepi lubang tidak boleh dilampaui oleh salah satu parameter berikut:

1 – D/50 dimana, D = Diameter dalam pipa
2 – d/8 dimana, d = diameter lubang orifice
3 – (D-d)/8

*Beta Ratio(β): Ini adalah rasio diameter lubang orifice (d) dengan diameter dalam pipa (D).

2. Lempengan Orifice Eksentrik

Mirip dengan Lempengan Orifice Konsentris selain lubang offset yang dibuat secara tangensial ke lingkaran, konsentris dengan pipa dan diameternya ukurannya sama dengan 98% dari pipa. Hal ini umumnya digunakan untuk mengukur cairan yang mengandung:

Media yang memiliki partikel padat
Minyak yang mengandung air
Uap basah.

3. Lempengan Orifice Segmen

Jenis lempengan Orifice ini memiliki lubang yang merupakan setengah lingkaran atau segmen lingkaran. Diameternya biasanya 98% dari diameter pipa.

4. Lempengan Orifice Tepi Kuadran

Jenis Lempengan ini digunakan untuk aliran seperti minyak mentah, sirup atau slurries dengan kekentalan tinggi, dll. Lempengan Orifice ini dapat digunakan ketika garis Reynolds Numbers berkisar dari 100.000 atau lebih, atau di antara 3.000 hingga 5.000 dengan koefisien akurasi kira-kira 0,5%.

Keuntungan dari Orifice meter

Berikut ini beberapa keuntungan atau keunggulan jenis orifice meter yang dapat dijadikan pertimbangan:

Orifice meter sangat murah dibandingkan dengan jenis flow meter lainnya.
Lebih sedikit ruang yang diperlukan untuk Menginstal dan ideal untuk aplikasi dengan ruang terbatas
Respon operasional dapat dirancang dengan sempurna.
Kemungkinan posisi pemasangan: Vertikal / Horizontal / Miring.

Baja Juga: Jenis-Jenis Flow Meter Gas

Keterbatasan Orifice Meter

Keakuratan flow meter Orifice tergantung pada kondisi platnya, khususnya pada ujung ujung perseginya dan ketajamannya. Keausan atau kerusakan dapat menghasilkan kesalahan dalam pembacaan tekanan. Dan juga perlu untuk memastikan bahwa tidak ada penyumbatan parsial yang terjadi di hulu orifice yang menghasilkan perubahan pada profil aliran dan gradien tekanan. Penyumbatan dapat terjadi di jalur pengukuran dari Orifice ke pengalir cairan atau pengukur tekanan. Posisi di mana pengukur berada harus di mana pola aliran dalam pipa lurus dan tidak ada turbulensi.