Memahami perbedaan Sm³/h dan Nm³/h, pengaruh suhu dan tekanan, serta cara menghitung flowrate gas terkompensasi menggunakan DP transmitter.

Flowrate merupakan besaran yang menyatakan laju aliran, baik berdasarkan volume per satuan waktu maupun massa per satuan waktu. Beberapa satuan yang umum digunakan antara lain L/h, kg/h, SCFH, GPM, m³/h, dan CMBD.

Dalam pengukuran gas, kondisi temperatur dan tekanan sangat memengaruhi hubungan antara volume, massa, dan flowrate. Karena itu, flowrate aktual pada kondisi proses dapat dikonversi ke kondisi referensi tertentu menggunakan flow compensation.

Artikel ini berfokus pada kompensasi flowrate dalam satuan m³/h, khususnya hubungan antara Nm³/h dan Sm³/h, serta penerapannya pada flow measurement menggunakan DP transmitter.

Perbedaan Nm³/h dan Sm³/h

Nm³/h (Normal cubic meter per hour) merupakan flowrate gas yang dinyatakan pada kondisi referensi normal. Dalam referensi yang digunakan pada artikel ini, kondisi tersebut adalah 273,15 K (0°C) dan 101,325 kPa (1 atm).

Sementara itu, Sm³/h (Standard cubic meter per hour) merupakan flowrate gas yang dinyatakan pada kondisi tekanan dan temperatur yang berbeda dari kondisi normal, tetapi dikoreksi ke kondisi referensi yang digunakan.

Perlu diperhatikan bahwa definisi normal condition dan standard condition dapat berbeda tergantung standar, kontrak, atau praktik industri yang digunakan. Karena itu, nilai temperatur dan tekanan referensi harus selalu diperiksa pada datasheet atau spesifikasi pengukuran.

Dalam pengukuran gas, perubahan temperatur dan tekanan menyebabkan perubahan density. Akibatnya, volume gas yang sama dapat mempunyai massa yang berbeda pada kondisi yang berbeda.

Pengaruh Temperatur terhadap Flowrate

Ketika tekanan dipertahankan tetap dan temperatur gas meningkat, density gas akan berubah.

Untuk volume yang sama, kenaikan temperatur menyebabkan massa gas menjadi lebih rendah.

Konsep tersebut dapat digunakan untuk memahami mengapa flowrate yang dinyatakan berdasarkan kondisi standar perlu dikoreksi ketika temperatur proses berubah.

Secara sederhana:

Temperatur naik → density turun

dan dalam konteks konversi volume gas:

Kondisi referensi berubah → nilai flowrate volumetrik yang ekuivalen ikut berubah.

Pengaruh Tekanan terhadap Flowrate

Selain temperatur, tekanan juga memengaruhi kondisi gas.

Ketika temperatur tetap dan tekanan dinaikkan, gas mengalami kompresi sehingga density meningkat.

Secara sederhana:

Tekanan naik → gas lebih termampatkan → density naik

Karena itu, tekanan dan temperatur harus diperhitungkan secara bersamaan ketika melakukan konversi flowrate gas.

Konsep inilah yang menjadi dasar flow compensation.

Mengapa Sm³/h Perlu Dikonversi ke Nm³/h?

Flowrate yang diukur pada kondisi proses tidak selalu berada pada kondisi temperatur dan tekanan referensi.

Misalnya sebuah transmitter menghasilkan flowrate berdasarkan kondisi aktual proses, sementara kebutuhan laporan atau kontrol proses dinyatakan pada kondisi referensi.

Maka diperlukan proses:

Measured Flowrate → Pressure & Temperature Compensation → Standardized Flowrate

Dalam contoh ini, target akhirnya adalah flowrate dalam Nm³/h.

Flow Compensation pada DP Flow Transmitter

Flow measurement menggunakan differential pressure transmitter (DP transmitter) merupakan salah satu metode yang umum digunakan di industri.

Untuk menghasilkan differential pressure, sistem dapat menggunakan primary element seperti:

• Orifice plate
• Venturi tube
• Pitot tube

DP transmitter memiliki beberapa keunggulan, antara lain konstruksinya relatif sederhana, banyak tersedia, dan telah lama digunakan pada berbagai aplikasi industri.

Namun, pengukuran menggunakan DP mempunyai karakteristik yang berbeda dari flowmeter seperti vortex atau Coriolis.

Sinyal differential pressure dari orifice berhubungan dengan flow secara square-root relationship.

Secara umum:

Flow ∝ √ΔP

Karena itu, diperlukan proses square root extraction sebelum differential pressure dapat ditampilkan sebagai flowrate.

Selain itu, DP transmitter pada konfigurasi konvensional tidak secara otomatis mengetahui kondisi temperatur dan tekanan proses. Karena itu, untuk menghasilkan flowrate yang telah dikompensasi, sistem dapat menggunakan transmitter tambahan dan perangkat kalkulasi.

Konfigurasi sederhananya:

DP Transmitter → Measured Flow

Pressure Transmitter → Pressure Compensation

Temperature Transmitter → Temperature Compensation

DCS / PLC / Flow Calculator → Compensated Flow

Mengapa Temperature Transmitter dan Pressure Transmitter Dibutuhkan?

Untuk melakukan kompensasi dari kondisi proses menuju kondisi referensi, sistem perlu mengetahui kondisi aktual gas.

Karena itu, selain differential pressure, parameter berikut juga diperlukan:

Pressure

dan

Temperature

Kedua parameter tersebut dapat diperoleh dari:

• Pressure transmitter
• Temperature transmitter

Kemudian seluruh nilai diproses oleh:

• DCS
• PLC
• Flow computer
• Controller elektronik

Dengan demikian, sistem tidak hanya menampilkan flowrate hasil pengukuran DP, tetapi juga dapat menghitung flowrate berdasarkan kondisi referensi.

Rumus Kompensasi Flowrate

Hubungan antara flowrate, tekanan, dan temperatur dapat dinyatakan dengan persamaan kompensasi.

Secara konseptual, bentuknya adalah:$$F_o=F_i\sqrt{\left(\frac{P}{P_r}\right)\left(\frac{T_r}{T}\right)}$$

Namun, ketika tekanan dan temperatur yang digunakan berasal dari nilai gauge dan Celsius, keduanya harus dikonversikan ke kondisi absolut terlebih dahulu.

Bentuk perhitungannya menjadi:$$F_o=F_i\sqrt{\left(\frac{P+P_o}{P_r+P_o}\right)\left(\frac{T_r+T_o}{T+T_o}\right)}$$

dengan:

Fo = Compensated Flowrate, yaitu flowrate hasil kompensasi.

Fi = Measured Flowrate, yaitu flowrate hasil pengukuran DP yang telah melalui square-root extraction.

P = Pressure hasil pengukuran pressure transmitter.

T = Temperature hasil pengukuran temperature transmitter.

Pr = Appropriate orifice design pressure.

Tr = Appropriate orifice design temperature.

Po = faktor koreksi tekanan absolut, yaitu 1,01315 bar.

To = faktor koreksi temperatur absolut, yaitu 273,15 K.

Interpretasi warna parameter

Dalam representasi rumus pada referensi:

Merah → hasil perhitungan kompensasi.

Orange → signal yang berasal dari transmitter.

Hijau → nilai statis yang diambil dari datasheet orifice.

Biru → nilai kondisi standar.

Contoh Perhitungan Flowrate Terkompensasi

Misalkan sebuah DP transmitter memiliki:

• Differential pressure: 0–2500 mmH₂O
• Flowrate: 0–950.000 m³/h

Dari datasheet orifice diperoleh kondisi desain:

• Minimum flow: 0 m³/h
• Maximum flow: 950.000 Nm³/h
• Design temperature: 29°C
• Design pressure: 57,27 bar absolute

Kemudian diketahui kondisi aktual:

• Differential pressure = 625 mmH₂O
• Temperature proses = 45°C
• Pressure proses = 60 barg

Pertanyaannya:

Berapa flowrate terkompensasi yang akan ditampilkan pada monitor?

Menghitung Flowrate dari Differential Pressure

Langkah pertama adalah menentukan measured flowrate (Fi) dari differential pressure transmitter.

Diketahui:

DP = 625 mmH₂O

Dengan range yang diberikan:

0–2500 mmH₂O → 0–950.000 m³/h

Mengikuti hubungan square-root pada konfigurasi yang digunakan dalam contoh:

Fi = 475.000 m³/h

Nilai inilah yang kemudian digunakan sebagai measured flowrate sebelum dilakukan pressure dan temperature compensation.

Jadi:

Fi = 475.000 m³/h

Menentukan Parameter Kompensasi

Parameter yang digunakan:

Parameter	Nilai
P	60 barg
T	45°C
Po	1,01315 bar
To	273,15 K
Fi	475.000 m³/h
Pr	56,26 barg
Tr	29°C

Nilai 56,26 barg berasal dari tekanan desain sekitar 57,27 bar absolute setelah dikonversikan menggunakan faktor tekanan absolut.

Memasukkan Parameter ke dalam Controller

Formula kompensasi umumnya diproses di dalam perangkat seperti:

• DCS
• PLC
• Flow computer
• Electronic controller

Parameter yang sifatnya statis, misalnya data desain orifice, biasanya dimasukkan sebagai parameter konfigurasi.

Sementara parameter dinamis, seperti:

• Pressure transmitter
• Temperature transmitter
• DP transmitter

dapat diperbarui secara real-time.

Dengan demikian:

DP + Pressure + Temperature + Orifice Data → Compensation Calculation

Hasil Flowrate Terkompensasi

Dengan menggunakan persamaan:$$F_o=F_i\sqrt{\left(\frac{P+P_o}{P_r+P_o}\right)\left(\frac{T_r+T_o}{T+T_o}\right)}$$

diperoleh:$$F_o\approx 477.777{\text{m}}^3\mathrm{/}\text{h}$$

Jadi, berdasarkan parameter dalam contoh ini, flowrate hasil kompensasi berada di sekitar:

477.777 m³/h

Perlu diperhatikan bahwa hasil akhir sangat bergantung pada reference condition, pressure basis (gauge/absolute), temperature basis, serta konfigurasi formula pada DCS/PLC/flow computer.

Tampilan Flowrate pada DCS

Setelah proses kalkulasi selesai, nilai compensated flowrate dapat dikirim dan ditampilkan pada graphic DCS.

Alur sederhananya:

DP Transmitter

↓

Pressure Transmitter

↓

Temperature Transmitter

↓

DCS / PLC Calculation

↓

Flow Compensation

↓

DCS Graphic

Dengan cara tersebut, operator tidak hanya melihat raw differential pressure, tetapi juga dapat melihat nilai flowrate yang telah dikoreksi berdasarkan kondisi proses.

Alur Lengkap Flow Compensation

Secara keseluruhan, sistem dapat dipahami melalui alur berikut:

Orifice Plate

↓

Differential Pressure

↓

DP Transmitter

↓

Square Root

↓

Measured Flowrate (Fi)

Pressure Transmitter

Temperature Transmitter

↓

Flow Compensation Calculation

↓

Compensated Flowrate (Fo)

↓

DCS / PLC / Flow Computer

↓

Operator Display

Konsep tersebut memungkinkan pengukuran flow berbasis differential pressure digunakan untuk menghasilkan nilai flowrate pada kondisi referensi yang dibutuhkan.

Kesimpulan

Flow compensation diperlukan ketika flowrate gas harus dinyatakan pada kondisi referensi tertentu sementara pengukuran dilakukan pada kondisi tekanan dan temperatur proses yang berbeda.

Pada sistem berbasis DP transmitter, nilai differential pressure terlebih dahulu dikonversi menjadi measured flowrate menggunakan hubungan square-root. Setelah itu, nilai tersebut dapat dikompensasi menggunakan pressure dan temperature agar menghasilkan flowrate pada kondisi referensi.

Dalam contoh ini:

DP = 625 mmH₂O

menghasilkan:

Fi = 475.000 m³/h

Kemudian dengan:

T = 45°C

P = 60 barg

serta parameter desain orifice:

Tr = 29°C

Pr = 56,26 barg

diperoleh flowrate terkompensasi sekitar:

Fo = 477.777 m³/h

Dengan demikian, DP transmitter tidak bekerja sendirian dalam sistem flow compensation. DP transmitter memberikan dasar pengukuran flow, sedangkan pressure transmitter, temperature transmitter, dan perangkat kalkulasi seperti PLC atau DCS digunakan untuk menghasilkan nilai flowrate yang telah dikoreksi terhadap kondisi proses.