Konsep fisika sederhana menjelaskan cara kerja orifice plate

Orifice atau plat orifice mungkin tidak dikenal kebanyakan orang, apalagi yang tidak bekerja pada dunia aliran fluida, (gas, air, minyak, dls). Untuk mengetahui bentuk dari orifice berikut gambaran dari berbagai jenis plat orifice:

Gambar 1. Berbagai bentuk plat orifice

Bagaimana cara pemasangan orifice dan seperti apa aliran fluida setelah melewati orifice, lihat gambar berikut:

 

Gambar 2. Cara pemasangan dan bentuk aliran fluida pada orifice

Untuk apa orifice?

Orifice berguna untuk menghitung aliran fluida (flow) didalam pipa.

Bagaimana cara menghitung aliran fluida menggunakan orifice?
Prinsip kerja orifice pada dasarnya telah dipelajari di pelajaran Fisika SMA tentang kontinuitas pada fluida. Hukum fisika yang digunakan adalah hukum bernoulli. Coba ingat kembali rumus:

 

Persamaan 1 (hukum bernoulli)

Kalau diperhatikan kembali, maka nilai h pada pemanfaatan plat orifice tidak ditemukan, maka sebagai penggantinya, dikenallah istilah DP (differential pressure) atau perbedaan tekanan (P2 - P1). Dengan mengetahui nilai DP maka rumus diatas menjadi:

Persamaan 2

Dalam prakteknya DP diketahui melalui alat ukur DP, terus bagaimana menghitung kecepatan aliran fluidanya, sedangkan rumus diatas memperlihatkan ada dua jenis flow yaitu v2 dan v1. Disinilah fungsi dari pada lubang pada plat orifice. Perbandingan ukuran luas permukaan lubang pada plat orifice dengan ukuran permukaan pipa adalah berbanding terbalik dengan kecepatan aliran fluida, artinya pada lubang orifice yang lebih kecil maka aliran fluidanya akan lebih besar dibandingkan aliran fluida didalam pipa. Sehingga dapat ditulis secara matematis:

Persamaan 3

Dengan mensubstitusikan persamaan 3 ke persamaan 2 akan diperoleh persamaan 4 berikut:

Persamaan 4

Operasi matematika dari persamaan 4 dilanjutkan, sehingga diperoleh persamaan 5 yang digunakan untuk menghitung aliran fluida (flow) dengan besaran-besaran yang dapat diketahui:

Persamaan 5

Persamaan 5 adalah persamaan final yang diperoleh dari menurunkan hukum bernoulli untuk menghitung aliran fluida (flow) menggunakan plat orifice, dengan keterangan sebagai berikut:

v1   : aliran fluida didalam fluida yang akan diukur (flow)
DP : Perbedaan tekanan di ujung-ujung plat orifice
        biasanya diketahui menggunakan alat DPT (Differential Pressure Transmitter)
A2  : Luas permukaan lubang pada plat orifice
A1  : Luas permukaan lubang pada pipa
p    : Massa jenis fluida (fluid density)

Desa Bukit Harapan, 2 November 2014