Plate Orifice

Pengertian plate orifice

Orifice merupakan salah satu komponen dari perangkat primer (primary device) untuk mengukur aliran dengan menggunakan prinsip mengubah kecepatan aliran, riilnya yaitu mengubah luasan yang dilalui aliran fluida tersebut (orifice).

Orifice adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran volum atau massa fluida di dalam saluran yang tertutup (pipa) berdasarkan prinsip beda tekanan. Alat ini berupa plat tipis dengan gagang yang diapit diantara flens pipa. Fungsi dari gagang orifice adalah untuk memudahkan dalam proses pemasangan dan penggantian. Orifice termasuk alat ukur laju aliran dengan metode rintangan aliran (Obstruction Device). Karena geometrinya sederhana, biayanya rendah dan mudah dipasang atau diganti.

Orifice Plate(Sebuah plat lubang) adalah pelat tipis dengan lubang di tengah. Hal ini biasanya ditempatkan dalam pipa aliran fluida di mana. Ketika cairan mencapai pelat orifice, dengan lubang di tengah, cairan dipaksa untuk berkumpul untuk pergi melalui lubang kecil, titik konvergensi maksimum sebenarnya terjadi tak lama hilir orifice fisik, pada titik kava disebut contracta (lihat gambar sebelah kanan). Seperti tidak demikian, kecepatan dan perubahan tekanan. Di luar contracta vena, cairan mengembang dan kecepatan dan tekanan perubahan sekali lagi. Dengan mengukur perbedaan tekanan fluida antara bagian pipa normal dan di vena contracta, tingkat aliran volumetrik dan massa dapat diperoleh dari persamaan Bernoulli.

Bentuk fisik orifice yang ada dan sering digunakan seperti pada gambar berikut ini:

Perubahan kecepatan setelah melalui orifice plate tersebut berkaitan dengan perubahan tekanan (differential pressure). Perubahan tekanan ini yang kemudian diukur (di tapping) dan kemudian diasosiakan dengan laju aliran. Dalam kaitannya dengan Orifice dan pengukuran aliran, umumnya yang diukur adalah differential pressure.

Dan dalam pemasangan dengan sistem orifice dapat digambarkan sebagai berikut:

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. Jenisnya ada tiga macam , seperti terlihat padaGambar.

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. Perbandingan antara diameter orifice dengan laju aliran dapat diperlihatkan dengan tabel dan grafik berikut:

                                          

Jenis-Jenis Plate Orifice:

1.      Concentric Orifice

Concentric Orifice merupakan jenis orifice yang paling banyak digunakan. Profil lubang orifice ini mempuyai takik (bevel) dengan kemiringan 45° pada tepi bagian downstream(lihat gambar di bawah). Hal ini akan mengurangi jarak tempuh dari aliran tersebut mengalami perbedaan tekanan melintang. Setelah aliran melewati orifice akan terjadi penurunan tekanan dan kemudian mencoba kembali ke tekanan semula tetapi terjadi sedikit tekanan yang hilang permanen (permanent pressure loss) sehingga perbedaan tekanan upstream dan downstream tidak terlalu besar. Perbandingan diameter orifice dan diameter dalam pipa dilambangkan dengan “β”. Orifice jenis ini memiliki ketentuan untuk nilai β  yaitu antara 0.2-0.7 karena akurasinya akan berkurang untuk nilai diluar batas tersebut. Letak lubang penghalang konsentris dengan penampang pipa. Digunakan untuk mengukur volume gas, liquid dan steam dalam jumlah yang besar.

Gambar 2.2 Standard concentric orifice

2. Counter Bore Orifice

Counter bore orifice pada prinsipnya sama dengan concentric Orifice. Perbedaanya terdapat pada profil lubangnya, orifice ini tidak mempuyai takik (bevel) tapi diameter lubangya lebih besar pada bagian downstream daripada diameter lubang pada bagian upstream (lihat gambar di bawah).

Gambar 2.3 Counter bored orifice

3 Eccentric Orifice

Eccentric orifice mempunyai profil lubang yang sama dengan concentric orifice. Akan tetapi, pada eccentric orifice lubang tidak terletak tepat di tengah. Diameter takik (bevel) bagian bawah hampir lurus (98%) dengan diameter dalam dari pipa (lihat gambar di bawah). Titik pusat lubang penghalang tidak satu garis pusat dengan pusat penampang pipa. Pemasangan lubang yang tidak konsentris ini dimaksud untuk mengurangi masalah jika fluida yang diukur membawa berbagai benda padat (solid).

Gambar 2.4 Eccentric orifice

4 Quadrant Bore Orifice

Quadrant bore orifice digunakan untuk mengukur aliran fluida dengan viscositas tinggi dan direkomendasikan untuk bilangan Reynold di bawah 10000. Profil dari lubang Quadrant bore orifice dapat dilihat pada gambar di bawah. Radius “R” merupakan fungsi dari β. Ketebalan orifice sebanding dengan kuadran radius “R”.

Gambar  Quadrant bore orifice

5 Segmental Orifice

Segmental orifice didesain untuk fluida dengan kandungan sedimen yang tinggi. Profil dari lubang segmental orifice dapat dilihat pada gambar di bawah. Diameter “D” bagian bawah hampir lurus (98%) dengan diameter dalam dari pipa. “H” merupakan tinggi dari lingkaran lubang. Rasio β merupakan diameter lubang “D” dibagi dengan diameter dalam dari pipa. Segmental orifice merupakan jenis orifice yang paling sulit dalam proses manufaktur,diperlukan proses finishing secara manual. Segmental orifice plates digunakan terutama pada service yang sama dengan eccentric orifices, sehingga kelebihan dan kekurangan adalah kurang lebih sama

Gambar  Segmental orifice

6 Restriction Orifice

Tujuan dari instalasi Restriction orifice adalah untuk menghasilkan presure drop yang besar. Restriction orifice biasanya ditunjukkan dengan “RO” atau “FO”. Restriction orifice dapat menghasilkan pressure drop sampai 50 % untuk fluida gas. Profil lubang Restriction orifice berbeda dengan orifice yang lain (lihat gambar di bawah). Profil lubangnya lurus sehingga tekanan yang hilang secara pemanen cukup besar akibatnya perbedaan tekanan upstream dan tekanan downstream cukup mencolok.

Gambar Restriction orifice

Profil tekanan suatu fluida yang melewati orifice flowmeter dan restriction orifice dapat dilihat pada gambar di bawah ini,

Gambar  Perbandingan Pressure loss orifice flowmeter dan restriction

Dari gambar di atas tampak bahwa terjadi pressure loss yang lebih besar pada restriction orifice dibandingkan dengan orifice flowmeter.

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

Keuntungan utama dari Orfice plate ini adalah dari :

·         Konstruksi sederhana

·         Ukuran pipa dapat dibuat persis sama dengan ukuran pipa sambungan.

·         Harga pembuatan alat cukup murah

·         Output cukup besar

·         Mudah dalam pemasangan

·         Mudah dalam penggantian

Kerugian menggunakan Orfice plate adalah :

·         Jika terdapat bagian padat dari aliran fluida, maka padat bagian tersebut akan terkumpul pada bagian pelat disisi inlet.

·         Jangkauan pengukuran sangat rendah

·         Dimungkinkan terjadinya aliran Turbulen sehingga menyebabkan kesalahan pengukuran jadi besar karena tidak mengikuti prinsip aliran Laminer.

·         Tidak memungkinkan bila digunakan untuk mengukur aliran fluida yang bertekanan rendah.

Penggunaan

Orifice Plate yang paling sering digunakan untuk pengukuran kontinyu cairan di dalam pipa. Mereka juga digunakan dalam beberapa sistem sungai kecil untuk mengukur aliran di lokasi di mana sungai melewati gorong-gorong atau saluran. Hanya sebagian kecil sungai sesuai untuk penggunaan teknologi sejak piring harus tetap sepenuhnya terendam yaitu pendekatan pipa harus penuh, dan sungai harus secara substansial bebas dari puing-puing.

Dalam lingkungan alam pelat orifice besar digunakan untuk mengontrol aliran bantuan selanjutnya dalam bendungan banjir. dalam struktur sebuah bendungan rendah ditempatkan di seberang sungai dan dalam operasi normal air mengalir melalui pelat orifice leluasa sebagai lubang secara substansial lebih besar dari bagian aliran normal cross. Namun, dalam banjir, naik laju alir dan banjir keluar pelat orifice yang dapat kemudian hanya melewati aliran ditentukan oleh dimensi fisik lubang tersebut. Arus ini kemudian diadakan kembali di belakang bendungan yang rendah dalam reservoir sementara yang perlahan dibuang melalui mulut ketika banjir reda.

Prinsip Kerja Plate Orifice

Orifice merupakan alat untuk mengukur laju aliran dengan prinsip beda tekanan atau disebut juga Bernoulli’s principle yang mengatakan bahwa terdapat hubungan antara tekanan fluida dan  kecepatan fuida. Jika kecepatan meningkat, tekanan akan menurun begitu pula sebaliknya.

Pada dasarnya orifice berupa plat tipis dengan lubang di bagian tertentu (umumnya di tengah). Fluida yang mengalir melalui pipa ketika sampai pada orifice akan dipaksa untuk melewati lubang pada orifice. Hal itu menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan dan tekanan. Titik dimana terjadi kecepatan maksimum dan tekanan minimum disebut vena contracta. Setelah melewati vena contracta kecepatan dan tekanan akan mengalami perubahan lagi. Dengan mengetahui perbedaan tekanan pada pipa normal dan tekanan pada vena contracta, laju aliran volume dan laju aliran massa dapat diperoleh dengan persamaan Bernoulli.