pengaruh getaran terhadap pengukuran kecepatan aliran gas...
Post on 22-Mar-2019
229 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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
Indeks Kavitasi dan Indeks Kavitasi Kritis sumur
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
Tabel 2 Data properti fluida dan indeks kavitasi
Indeks Kavitasi dan Indeks Kavitasi Kritis sumur
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
Tabel 3 Data properti fluida dan indeks kavitasi
Indeks Kavitasi dan Indeks Kavitasi Kritis sumur
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
Tabel 4 Data properti fluida dan indeks kavitasi
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
Pengaruh flowrate terhadap indeks kavitasi pada
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
Pengaruh flowrate terhadap indeks kavitasi pada
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)
Pengaruh Flowrate terhadap indeks kavitasi
Pengaruh flowrate terhadap indeks kavitasi pada
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
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
top related