Kalkulator Orifice Plate: Flow Rate dan Beda Tekanan

Orifice plate pada pipa dengan dua pressure tap dan transmitter beda tekanan — Ilustrasi pengukuran beda tekanan pada orifice plate.

Orifice plate mengukur aliran dengan membuat beda tekanan saat fluida melewati lubang pada pelat tipis di dalam pipa. Kalkulator ini membantu memperkirakan laju alir massa, beda tekanan, dan faktor ekspansibilitas gas dari parameter yang dimasukkan pengguna.

Apa itu orifice plate?

Orifice plate adalah pelat logam berlubang yang dipasang di antara sambungan pipa. Saat fluida melewati lubang yang lebih sempit, kecepatan lokal meningkat dan tekanan statis berubah. Beda tekanan di sisi hulu dan hilir dapat diukur melalui pressure tap, lalu digunakan untuk memperkirakan laju alir. Metode ini umum dijumpai dalam sistem minyak dan gas, pembangkit, pengolahan air, serta proses kimia.

Ukuran lubang memengaruhi sensitivitas pengukuran dan beda tekanan. Karena itu, diameter dalam pipa (D) dan diameter lubang orifice (d) harus dinyatakan jelas. Rasio keduanya disebut rasio beta, yaitu β = d/D. Beda tekanan yang dipakai untuk menghitung aliran tidak boleh otomatis disamakan dengan kehilangan tekanan permanen setelah tekanan pulih di hilir.

Hubungan ukuran orifice dan beda tekanan

Salah satu cara melihat pengaruh geometri adalah melalui koefisien K, yang membandingkan beda tinggi tekan terhadap energi kecepatan fluida di hulu. Persamaan pada Gambar 1 memperlihatkan bahwa K bergantung pada rasio d/D. Di sini ΔH_s adalah beda tinggi tekan, u_m adalah kecepatan hulu, dan g adalah percepatan gravitasi.

Persamaan koefisien K berdasarkan beda tinggi tekan dan rasio diameter orifice — Gambar 1. Hubungan koefisien K dengan beda tinggi tekan dan rasio diameter orifice terhadap pipa.

Kurva pada Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai K menurun tajam ketika rasio beta membesar. Grafik ini menggambarkan persamaan matematis K, bukan bukti bahwa semua ukuran pada sumbu grafik memenuhi batas pemasangan standar.

Grafik koefisien K terhadap rasio beta d per D pada skala logaritmik — Gambar 2. Perubahan koefisien K terhadap rasio beta pada skala logaritmik. Area berwarna menandai rentang geometri beta yang dicantumkan ISO 5167-2.

Menghitung flow rate dari differential pressure

Untuk menghitung laju alir massa, persamaan pada Gambar 3 memakai diameter lubang, densitas fluida di hulu, beda tekanan, koefisien discharge (C), dan faktor ekspansibilitas (ε). Hasilnya dinyatakan dalam kg/s jika diameter dihitung dalam meter, densitas dalam kg/m³, dan beda tekanan dalam pascal. Rasio beta mengoreksi pengaruh kecepatan pendekatan fluida.

Persamaan laju alir massa melalui orifice plate berdasarkan beda tekanan — Gambar 3. Persamaan laju alir massa melalui orifice plate. Koefisien discharge dan faktor ekspansibilitas menjadi bagian dari perhitungan.

Untuk cairan yang dianggap tidak termampatkan, ε diambil 1. Untuk gas, perubahan densitas saat melintasi orifice perlu diperhitungkan melalui ε. Persamaan pada Gambar 4 memakai rasio tekanan hilir terhadap tekanan hulu, rasio beta, dan rasio panas spesifik k (Cp/Cv). Tekanan p₁ dan p₂ harus berupa tekanan statis absolut, bukan tekanan gauge. Persamaan gas ini digunakan ketika p₂/p₁ sekurang-kurangnya 0,75.

Persamaan faktor ekspansibilitas gas berdasarkan rasio tekanan absolut — Gambar 4. Faktor ekspansibilitas gas dihitung dari tekanan hulu dan hilir absolut, rasio beta, serta rasio panas spesifik.

Tiga mode perhitungan dalam tool

Lembar kerja online menyediakan tiga mode yang dapat digunakan secara terpisah:

Laju alir massa: masukkan d, D, densitas hulu, C, ε, dan beda tekanan untuk memperoleh aliran dalam kg/s.
Beda tekanan: masukkan d, D, densitas hulu, C, ε, dan laju alir massa untuk memperoleh Δp dalam Pa.
Ekspansibilitas gas: masukkan d, D, k, p₁, dan p₂ untuk memperoleh ε. Hasilnya dapat diterapkan ke dua mode lain.

Rasio beta dihitung otomatis dari d/D. Koefisien discharge pada dua mode utama tetap diisi pengguna, bukan dihitung otomatis dari seluruh detail geometri, jenis pressure tap, dan kondisi aliran. Densitas yang dimasukkan harus sesuai kondisi fluida yang dianalisis; tidak ada kolom suhu terpisah pada lembar kerja ini.

Tiga panel perhitungan orifice plate dengan input dan hasil masing-masing — Gambar 5. Tiga mode pada lembar kerja: laju alir massa, beda tekanan, dan faktor ekspansibilitas gas. Nilai pada gambar adalah contoh perhitungan.

Contoh membaca hasil

Pada contoh pertama, diameter orifice 19 mm, diameter dalam pipa 70 mm, densitas 1000 kg/m³, C = 0,65, ε = 1, dan beda tekanan 10.000 Pa menghasilkan laju alir massa sekitar 0,826432 kg/s. Jika parameter diubah, hasil pada lembar kerja akan diperbarui langsung.

Contoh lain memakai d = 4 mm, D = 70 mm, densitas 1000 kg/m³, dan laju alir massa 0,057 kg/s. Persamaan menghasilkan beda tekanan sekitar 24.348,3 Pa. Untuk contoh gas dengan p₁ = 200.000 Pa, p₂ = 190.000 Pa, dan k = 1,33, faktor ekspansibilitasnya sekitar 0,986721. Nilai d = 4 mm dan β sekitar 0,057 pada dua contoh terakhir berada di luar batas geometri ISO 5167-2, sehingga angka tersebut hanya ilustrasi persamaan, bukan hasil desain yang memenuhi standar.

Akses lembar kerja online

Pengguna dapat mengisi sel berwarna kuning, melihat hasil secara langsung, dan memulihkan angka contoh bila ingin memulai ulang. Perhitungan tiap pengunjung berlangsung terpisah di browser.

Buka Lembar Kerja Orifice Plate

Pertanyaan umum

Bagaimana orifice plate menghitung laju alir?

Beda tekanan yang terukur dihubungkan dengan luas lubang, densitas, serta koefisien koreksi. Gambar 6 mengelompokkan bagian geometri, sifat fluida, dan beda tekanan dalam satu persamaan laju alir massa. Densitas berada di pembilang dalam bentuk persamaan ini.

Persamaan laju alir massa orifice plate dengan kelompok parameter geometri fluida dan beda tekanan — Gambar 6. Geometri orifice, sifat fluida, dan beda tekanan bersama-sama menentukan laju alir massa. Gunakan bentuk persamaan yang konsisten dengan satuan kg/s.

Apakah tool dapat digunakan untuk cairan dan gas?

Ya, sebagai perhitungan awal. Untuk cairan, faktor ekspansibilitas biasanya diambil 1. Untuk gas, hitung ε menggunakan tekanan absolut dan pastikan kondisi operasi serta batas metode sesuai. Hasil harus ditinjau lagi sebelum dipakai dalam keputusan engineering.

Apakah hasil ini sudah merupakan sizing ISO 5167 lengkap?

Belum. Tool memakai nilai C yang dimasukkan pengguna dan tidak memeriksa seluruh syarat standar, seperti konfigurasi pressure tap, kondisi instalasi, dan batas operasi. Gunakan untuk pembelajaran dan perkiraan awal, bukan sebagai pengganti desain detail atau verifikasi dari pemasok yang kompeten.