Flowrate adalah nama besaran laju alir dalam komposisi volume per satuan waktu atau berat per satuan waktu. Beberapa unit lainnya yang sering dipergunakan sebagai unit daripada flowrate contohnya l/h (liter per jam), kg/h (kilogram per jam), SCFH (standar kubik feet per jam), GPM (gallon per menit), CMBD (cubic million barel per day), m3/h (meter kubik per jam) dan masih banyak lagi. Artikel ini akan fokus membahas unit flow rate m3/h. Kita mengenal besaran flowrate m3/h dalam dua komposisi  yaitu flowrate Normal Nm3/h dan flowrate standar Sm3/h.

Perbedaan Nm3/h dan Sm3/h

Nm3/h (Normal meter kubik per jam) adalah besaran flowrate pada kondisi tekanan  standar dan suhu standar (STP). Suhu dan tekanan standar tersebut adalah 273.15 K (0°C) dan 101,325 kPa (1 atmosphere).

Sm3/h (Standar meter kubik per jam) adalah besaran flowrate pada kondisi tekanan  dan suhu diluar kondisi standar tetapi dengan komposisi yang dikoreksi ke kondisi standar.

Nm3/h sebagai pernyataan laju aliran  atau flowrate daripada gas pada kondisi standar banyak digunakan dalam industri di mana komposisi gas dan laju alirannya memerlukan hasil pengukuran yang akurat. Sementara Sm3/h adalah ukuran laju aliran gas pada kondisi suhu dan tekanan diluar kondisi standar tetapi dengan komposisi gas yang dikoreksi ke kondisi standar. Demikianlah perbedaan antara Nm3/h dengan Sm3/h. Untuk lebih memahami perbedaan daripada kedua satuan unit tersebut berikut ini diperlihatkan perbandingan berat daripada komponen oxygen pada suhu standar dan suhu diluar standar.

Table di atas memperlihatkan hubungan kuantitas antara berat dengan volume pada tekanan yang tetap sedangkan  suhu mengalami kenaikan,  tampak bahwa untuk volume yang sama dengan adanya kenaikan suhu menyebabkan berat komponen menjadi turun.

Apa yang terjadi jika kondisi tekanannya yang dinaikkan sementara suhu nya tetap, dari sifat kompresibility gas dapat dijelaskan hubungan kuantitas antara berat dengan volume pada suhu tetap dan tekanan naik maka berat komponen akan naik, karena dengan adanya kenaikan tekanan berarti gas dimampatkan, oleh karena itu beratnya menjadi naik.

Ilustrasi hubungan suhu, tekanan dan berat yang dipaparkan di atas dimaksudkan agar kita bisa lebih mudah dalam memahami konversi unit Sm3/h ke unit  Nm3/h.

Bila kita  analogikan besaran berat ke dalam besaran flowrate, maka efek daripada kenaikan suhu pada tekanan tetap akan menyebabkan flowrate berkurang dan sebaliknya efek daripada kenaikan tekanan pada suhu tetap akan menyebabkan flowrate bertambah.

Flow kompensasi pada DP Flow transmitter

Flow meter type differential pressure transmitter (DP transmitter) memerlukan sensor sebagai komponen yang dapat menghasilkan perbedaan tekanan, sensor tersebut dikenal sebagai orifice plate, ventury atau pitot tube. Sebagai alat instrumentasi pengukur, DP transmitter paling banyak di pergunakan dalam industri, karena keutamaannya yaitu murah, handal, dan mudah perawatannya, namun dari segi akurasi, transmitter type DP tidak lebih baik bila dibandingkan dengan flowmeter model lainnya seperti flowmeter type vortex atau flowmeter type coriolis. Salah satu kelemahan flowmeter DP pembacaan akhirnya merupakan hasil konversi sinyal yang disquare-rootkan , sedangkan type lain merupakan pembacaan langsung atau linear. Kelemahan lainnya flow meter DP tidak memiliki sensor suhu yang terintegrasi berbeda dengan vortex dan coriolis, kedua type flowmeter yang disebut belakangan itu bisa memiliki sensor suhu terintegrasi sehingga flowmeter bisa sekaligus melakukan pengukuran density.

Dengan kelemahan tersebut, maka DP transmitter memerlukan instrumentasi tambahan berupa kalkulator seperti controller, DCS atau PLC yang dapat mengkonversi satuan Differential Pressure  menjadi tampilan flowrate. Kemudian transmitter DP juga membutuhkan instrumentasi tambahan berupa temperature transmitter dan pressure transmitter agar bisa melakukan konversi dari Sm3/h menjadi flowrate  Nm3/h.

Bagaimana korelasi flow terhadap suhu dan tekanan diperlihatkan dalam rumus berikut ini

Adapun penjabaran dari masing-masing elemen adalah sebagai berikut:

Fo= Compensated flowrate (Nilai flowrate hasil kompensasi dengan tekanan dan suhu)
Fi= Measured Flowrate (Sinyal besaran flowrate square root yang diukur oleh flow transmitter)
Pr= Appropriate orifice design pressure (nilai tekanan berdasarkan desain orifice)
Tr= Appropriate orifice design temperature (nilai suhu  berdasarkan desain orifice)
P= Pressure measured by pressure transmitter ( sinyal hasil pengukuran oleh Pressure transmitter)
T= Temperature measured by temperature transmitter ( sinyal hasil pengukuran oleh Temperature transmitter)
Po= Correction factor for absolute pressure 1.01315 Bar (nilai tekanan absolut setara dengan 1.01315 bar)
To= Correction factor for absolute temperature 273.15 Deg K (nilai suhu absolut setara 273.15 derajat kelvin)

Elemen dengan warna merah adalah hasil perhitungan kompensasi
Elemen dengan warna orange adalah sinyal yang diterima dari transmitter.
Elemen dengan warna hijau adalah nilai yang diambil dari data sheet orifice
Elemen dengan warna biru adalah nilai yang berlaku pada kondisi standar

Contoh kasus:

Sebuah transmitter DP diketahui memiliki range differential pressure 0 – 2500mmH2O equivalent dengan flowrate 0 –90000m3/h
Data sheet orifice menunjukkan data-data sebagaimana terlihat pada gambar dibawah ini:

Tercatat dari sizing orifice minimum flow 0 m3/hr dan maximum flow 950000 Nm3/hr. Desain suhu  dan tekanan 29°Celsius dan 57.27Bar A.

Jika diketahui delta P real time pada transmitter 625 mmH2O, Berapakah indikasi flowrate yang tampil di monitor ketika suhu proses 45°Celsius dan tekanan proses 60 BarG.

Penyelesaian:

Pertama kita harus hitung indikasi flow rate yang dikirim oleh transmitter yaitu nilai flowrate yang setara dengan DP  transmitter, diketahui DP transmitter 625 mmH2O, maka flowrate nya adalah F =   475000 m3/h. Penjelasan mengenai hubungan delta P terhadap flowrate di terangkan pada artikel https://www.jasaservis.net/orifice-dan-flowmeter/.html
Dari keterangan soal dan potongan datasheet diketahui nilai elemen-elemen yang berpengaruh terhadap perhitungan flowrate kompensasi sebagai berikut:
P= 60
T= 45
Po=1.01315
To=273.15
Fi= 475000
Pr=56.26
Tr=29

Formula flow kompensasi secara default sudah tersedia pada controller yang memproses input, baik di DCS, PLC ataupun controller elektronik, sehingga parameter yang sesuai tinggal dimasukkan ke dalam formula tersebut. Parameter dengan nilai statis harus di input manual kedalam menu konfigurasi sedangkan parameter dengan nilai dinamis akan terlibat dalam kalkulasi secara otomatis.

Flow rate kompensasi dari soal diatas diperlihatkan dalam hasil perhitungan di bawah ini:

Adapun pada monitor akan di tunjukkan seperti pada graphic dibawah ini: