## Metode Desain VDI 2221 Untuk Merancang SKID MPFM SINGLE LINE

## Rudi Kurniawan Arief
Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat, Bukittinggi email: rudi.arief@gmail.com
Abstract: MPFM (Multi Phase Flow Meter) is an on field tools to measure the flow and compotition of  crude  oil  during  mud  logging  process.  This  tool  unit  operated  beside  logging  well  area  so  the result  can  be  obtained  directly  on  site.  Because  of  remote  access  in  mining  location,  a  small  and lighter measuring unit tools required in order to have easy transportation, storaging and installing of  the  unit.  The  MPFM  Single  line  unit  then  developed  to  answer  this  problems  VDI  2221  design methode  is  using  to  design  this  new  unit  where  the  primary  data  gathered  from  litercy  study, interview  with  the  company’s  management  staffs  and  operators.  This  design  methode  obtain  4 product variations where 1st Varian was choosed as the best design.
Keywords: MPFM, VDI 2221, Design Methode, Mechanical Design.

## PENDAHULUAN
MPFM (Multi  Phase  Flow  Meter) merupakan  suatu  alat  yang  digunakan  untuk mengukur  aliran  dan  komposisi  dari  minyak dan  gas  bumi  yang  tercampur  dalam  lumpur galian  ( mud  logging )  yang  berisi  berbagai jenis  material  tanpa  harus  melakukan  proses pemisahan  ( fluid  separation )  terlebih  dahulu.
Hasil pengukuran yang presisi dan berkualitas tinggi  dihasilkan  oleh  detektor  nuklir  dengan sumber  barium-133  dan smart  detector yang sudah  dirancang  khusus  sehingga  tidak membahayakan  para  pekerja  di  lapangan. MPFM diaplikasikan  langsung  di  lapangan dengan posisi yang dekat dengan logging well dan  hasilnya  bisa  langsung  diperoleh  di tempat.
Unit  generasi  pertama  dipersiapkan untuk  bisa  digunakan  pada  kondisi  sumur yang  menggunakan  pipa  kecil  2”  dan  pipa besar  4”.  Dimensi  unit  cukup  besar  karena terdapat  dua line dalam  satu skid .  Besarnya ukuran  unit  ini  cukup  menyulitkan  dalam  hal penyimpanan,  transportasi  dan  penyusunan pada saat proses produksi dilakukan sehingga menjadi  terlalu  rumit  dan  terlalu  banyak memakan biaya.
Pesatnya  kemajuan  teknologi  dan semakin ketatnya persaingan antar perusahaan dalam  bisnis  minyak  bumi  dan  gas  alam menyebabkan  perusahaan  harus  berusaha semaksimal  mungkin  untuk  menjaga  dan memajukan  bisnis  mereka.  Peningkatan teknologi  yang  diawali  oleh  proses  desain harus mampu mengakomodasi semua
perubahan  teknologi,  lingkungan,  kebiasaan operator,  ergonomi  dan  penyederhanaan proses  yang  akan  membawa  suatu  efesiensi proses  sehingga  berdampak  juga  terhadap efisiensi  pengeluaran  tanpa  mengorbankan fungsi teknis, kepresisian dan kehandalan dari alat yang didesain tersebut.

## METODE PENELITIAN
Kesempurnaan  produk  yang  dibuat sangat  ditentukan  oleh  ketepatgunaan  dan efektifitas  dari  prosesnya  yang  dimulai  dari proses desain itu sendiri. Berbagai kebutuhan dan  aspek  dalam  desain  harus  disesuaikan terhadap  kondisi  perusahaan,  situasi  pasar, kenyamanan  pengguna  dan  perkembangan teknologi.  Semua  kebutuhan  di  atas  dapat diakomodir  dengan  penggunaan  metode  VDI 2221 ini.
Ukuran  yang  besar  pada  unit  yang sudah ada menimbulkan beberapa permasalahan  tersendiri  antara  lain  adalah sempitnya  lokasi  penambangan  terutama  di lepas pantai di mana semua unit dari berbagai fungsi  dan  berbagai services  company harus disusun  pada  lokasi  yang  sangat  terbatas sehingga  dimensi  unit  bisa  menjadi  suatu permasalahan. Ukuran yang besar berarti unit yang  berat,  sehingga  dibutuhkan  peralatan khusus untuk proses pemindahan serta tempat yang cukup luas untuk penyimpanan.
Berdasarkan  masukan  dari operational  team di lapangan, dari dua line yang terdapat pada skid generasi  pertama  ini  ternyata  hanya line 4” yang sering dipergunakan.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dirancang skid generasi kedua dengan  hanya  menempatkan  satu line saja yaitu line 4”  sehingga  bisa  diperoleh  ukuran yang  lebih  kecil  dan  mempunyai  bobot  lebih ringan. Metode perancangan VDI2221 diterapkan pada penelitian ini agar didapatkan hasil rancangan terbaik. Langkah  kerja  yang  terdapat  dalam metode VDI 2221 mempertepat dan memperjelas tugas, menentukan fungsi struktur,  mencari  prinsip  solusi  beserta strukturnya,  menguraikan  varian  yang  dapat direalisasikan,  memberikan  bentuk  pada model serta merinci pembuatan dan penggunaannya.
Di  dalam  penelitian  ini  penulis  akan menjelaskan  dan  menjabarkan  penerapan metode  VDI  2221  dalam  desain  alat  MPFM Single Phase Unit.
Bebrapa  langkah  pengumpulan  dan pengolahan  data  yang  dilakukan  dalam penelitian ini antara lain :
1. Survei lapangan, yaitu melihat secara langsung  maupun  tidak  langsung permasalahan yang terjadi di lapangan.
2. Studi pustaka, yaitu mencari data dan informasi  dari  buku-buku  referensi, literatur,  jurnal  dan  penelusuran internet.
3. Diskusi, yaitu wawancara dan
berdiskusi  dengan  pihak-pihak  yang berkompeten  untuk  mengumpulkan data  primer  dan  sekunder  dalam penyusunan daftar kehendak.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan Skid  MPFM single  line ini merupakan pengembangan dan penyederhanaan  dari  sistem MPFM double line yang  sudah  ada  pada  PT.  WN  untuk mengoptimalkan  kinerja  dan  penggunaannya di  lapangan  sehingga  lebih  sesuai  dengan kondisi  kerja  dan  keinginan customer .
Adapun  langkah-langkah  yang  telah  penulis tempuh dalam perancangan antara lain :
a. Pengumpulan  data  melalui  wawancara dan pengamatan di lapangan.
b. Analisa dan pengolahan data berdasarkan referensi  dari  literatur,  buku,  serta beberapa pendekatan asumsi.
c. Menarik  kesimpulan  dan  memberikan saran-saran  untuk  pengembangan  lebih lanjut.

## Penyusunan Daftar Kehendak
Daftar kehendak merupakan beberapa hal  yang  dikumpulkan  untuk  melakukan perancangan suatu alat agar dapat menghasilkan  alat  yang    benar-benar  bisa menjawab  permasalahan  yang  ada.  Adapun sifatnya  masih  umun  dan  susunannya  belum teratur.
Tahap  pertama  adalah  pengumpulan ide-ide  yang  masih  bersifat  umum  tanpa batasan-batasan tertentu.
Adapun  ide-ide  untuk  perancangan skid  MPFM single  line tersebut  dikumpulkan dalam suatu daftar kehendak sebagai berikut :
1.  Berat < 800kg.
2.  Dimensi < 1000x1000x1500mm.
3.  Satu line MPFM saja.
4.  Bisa diangkat dari atas.
5.  Bisa diangkat dari bawah.
6.  Material yang sudah disertifikasi.
7. Skid harus cocok dengan line yang didesain di Perancis.
8.  Bisa menggunakan Connector API & Weco.
9.  Sesuai sertifikasi DNV 27-1.
10.  Perakitan mudah.
11.  Perakitan line ke skid mudah.
12.  Manufakturing tidak rumit.
13.  Bisa menyimpan 20m kabel instrumen.
14.  Aman dari benturan.
15.  Mudah dibongkar.
16.  Mudah dipindahkan.
17.  Ada cover pelindung.
18. Cover pelindung mudah dibongkar- pasang.
19.  Bisa dipindah dengan mesin.
20.  Bisa dipindah secara manual.
21.  Mampu menahan line dari getaran.
22.  Ada sesuatu untuk menyangga berat dari connector.
23.  Penyangga bisa dibongkar-pasang dengan mudah dan aman.
24.  Penyangga bisa dipindah posisikan.
25.  Penyangga line harus kuat tapi
mudah di- adjust.
26.  Sensor-sensor harus terlindung dari benturan.
Semua  data-data  yang  berkaitan dengan tugas yang bertujuan untuk pemecahan  masalah  serta  sifat-sifat  yang harus  dimiliki  didefinisikan  secara  lengkap dan jelas menjadi suatu daftar spesifikasi.
Spesifikasi Skid Single Line MPFM
Berikut  adalah  tabel  spesifikasi skid single  line MPFM yang  telah  disaring  dan dikelompokkan  dari  ide-ide  yang  ada  pada daftar kehendak.
Tabel 1.  Daftar spesifikasi Skid single line MPFM No . Faktor D/ W Persyaratan 1 Energi D
Mampu bekerja dengan normal pada suhu 70 °C ~ -20°C. 2 D Komponen pengencang mampu menahan beban sampai 500kg. 3 Gaya W Berat < 800kg. 4 Geometri W Dimensi <
1000x1000x1500 mm.
5 Produksi D Untuk satu line
MPFM saja. 6 W Bisa menyimpan kabel instrumen & tenaga sepanjang 20m dengan aman. 7 W Menggunakan proses permesinan standar. 8 W Produksi dengan peralatan yang tersedia ( inhouse ). 9 D Proses manufakturing
harus mengikuti standarisasi DNV. 10 Material D Menggunakan material sesuai standar DNV dan ada sertifikat properties dan pengujiannya. 11 D Material ada sertifikat properties dan pengujiannya. 12 Transporta si D Skid dapat diangkat dari atas dan dari bawah. 13 W Ringan dan mudah dipindah dengan alat sederhana. 14 W Tidak memakan banyak tempat. 15 Perakitan D Harus sesuai dengan line MPFM dari Perancis
16
D Connector API dan Weco harus dapat digunakan (tergantung permintaan customer ). 17 W Line MPFM bisa dirakit dengan mudah ke dalam skid. 18 Safety D Aman dari benturan. 19 D Sensor-sensor harus terlindung. 20 W Ada cover pelindung. 21  Ergonomi D Penyangga connector dan connector itu
sendiri bisa dipindah posisikan dengan mudah. 22 D Connector API dan Weco bisa dipindah posisikan tanpa harus membongkar line atau membuka skid. 23 D Electric box di dalam skid bisa diakses dengan mudah. 24 Perawatan D Tahan karat. 25 W Spare part mudah didapat. 26 Biaya W Sebisa mungkin meggunakan material yang tersedia di dalam negeri. 27 W Proses produksi inhouse sehingga biaya produksi bisa lebih rendah.
Keterangan : D  : Demand (tuntutan  yang  harus dipenuhi),  adalah  persyaratan  yang  mutlak untuk dipenuhi pada setiap kondisi perancangan,  dengan  kata  lain  apabila persyaratan ini tak terpenuhi maka perancangan dianggap gagal.
W  : Wishes (keinginan)  merupakan persyaratan yang diinginkan dan tidak bersifat mutlak,  persyaratan  ini    boleh  diabaikan apabila kondisinya tidak memungkinkan.

## A. Penentuan Struktur Fungsi
a. Fungsi Keseluruhan
Fungsi ini digambarkan dalam diagram
blok  yang  menujukkan  hubungan  antara
masukan dan keluaran yang berupa aliran dari energi, material dan sinyal.
Fungsi  dari skid  single  line MPFM ini adalah untuk menyangga dan melindungi l ine MPFM beserta  seluruh  sensor-sensor  dan peralatan elektronik lainnya.
Gambar 1. Fungsi keseluruhan skid single line MPFM.

## b. Struktur Fungsi
Struktur  fungsi  didefinisikan  sebagai hubungan  secara  umum  antara input dan output suatu  sistem  teknik  yang  akan mejalankan  suatu  tugas  tertentu  dari  suatu subsistem  yang  telah  ada  maupun  yang  baru sehingga  keduanya  dapat  diuraikan  secara terpisah.
Struktur  fungsi  berdasarkan  unsur utama dalam alat ini adalah sebagai berikut :
1. Primary structure.
Perlu  dicari  prinsip  solusi  agar didapatkan primary  structure yang kuat,  aman  tapi  mempunyai  bobot yang relatif ringan dengan biaya yang tidak terlalu mahal.
Gambar 2. Fungsi Primary Structure.
2. Pad eye. Perlu dicari prisip solusi agar pad eye kuat  mengangkat skid beserta  isinya dengan aman dan mampu untuk tetap bekerja  dengan  normal  pada  suhu 70°C sampai -20°C.
Gambar 3. Fungsi Pad eye.
3. Frame connector.
Perlu  dicari  prisip  solusi  agar upper frame dengan base  frame dapat terhubung dengan aman tanpa mempersulit  proses  perakitan line MPFM ke dalam skid ini.
Gambar 4. Fungsi Frame connector.
4. Line stabilizer.
Perlu  dicari  prisip  solusi  agar line MPFM yang  berada  di  dalam skid tidak  mengalami  guncangan  yang berarti selama transportasi.
Gambar 5. Fungsi Line stabilizer.
5. Line support.
Perlu  dicari  prinsip  solusi  untuk menyangga line MPFM agar  bisa berdiri  dengan  sempurna  di  dalam skid dan  tidak  mudah collapse tetapi tidak sulit pemasangannya.
Gambar 6. Fungsi Line support.
6. Cover.
Perlu  dicari  prinsip  solusi  agar line MPFM , sensor-sensor beserta peralatan  elektronik  yang  ada  di dalam skid tidak  mudah  terkena gangguan  dari  benda  asing  tanpa
mengurangi kemudahan untuk mengaksesnya. Gambar 7. Fungsi Cover.
7. Pengunci cover.
Perlu  dicari  prisip  solusi  untuk penguncian cover sehingga  mudah dibongkar-pasang  tanpa  alat  khusus tetapi tetap kuat dan tak mudah lepas.
Gambar 8. Fungsi Pengunci cover. 8. Connector support.
Perlu  dicari  prisip  solusi  agar connector tidak  membuat collapse unit single line MPFM ini tetapi  bisa ditempatkan di posisi manapun.
Gambar 9. Fungsi Connector support.
9. Base frame.
Perlu  dicari  prinsip  solusi  agar base frame mampu  menahan  beban  dari line MPFM ,  selain  itu  juga  harus berfungsi sebagai titik pengangkatan.
Gambar 10. Fungsi Base Frame. 10. Posisi connector.
Perlu  dicari  prinsip  solusi  agar connector dan support- nya  bisa diposisikan  ke  arah  manapun  sesuai dengan kondisi di lapangan.
Gambar 11. Fungsi Posisi Connector.
11. Top frame.
Perlu  dicari  prinsip  solusi  agar top frame bisa  melindungi frame ,  kokoh tetapi  bobot  tidak  terlalu  berat  dan tidak  mengganggu  proses  perakitan line ke dalam frame -nya.
Gambar 12. Fungsi Top Frame. 12. Cable hanger.
Perlu  dicari  prinsip  solusi  agar  kabel elektrik dan kabel data dapat disimpan  dengan  aman  pada skid ini.
Gambar 12. Fungsi Cable Hanger

## B. Mencari  dan  Memilih  Prinsip Solusi untuk Subfungsi Utama
Setiap subfungsi dalam struktur fungsi di atas  haruslah  dicari  prinsip  solusinya  dan akan diuraikan berdasarkan unsur-unsur yang telah disebutkan di atas.
Berikut  adalah  tabel  prinsip  solusi    yang berisi  beberapa  alternatif  komponen  yang dapat digunakan pada rancangan ini.
C. Memilih Variasi Kombinasi Terbaik Karena  ada  4  macam  kombinasi,  maka harus dilakukan suatu seleksi agar perancangan akhir bisa benar-benar mendekati tuntutan desain. Pengkajian terhadap variasi-variasi yang sudah ada harus dilakukan  agar  bisa  mendapatkan  kombinasi terbaik  yang  disajikan  dalam  tabel  pemilihan variasi struktur fungsi pada tabel berikut.
Tabel 3.  Pemilihan Variasi Struktur Fungsi
Tabel 2.  Prinsip Solusi
Dari tabel 3. tersebut dapat dikembangkan  lagi  menjadi    alternatif  jalur variasi prinsip solusi yang akan menghasilkan 4 varian rancangan (tabel 4.).
Kemudian  jalur  variasi  prinsip  solusi  diatas diberikan penilaian sebagaimana yang diperlihatkan pada tabel-tabel berikut.
Tabel 5.  Penilaian Variasi 1
Tabel 6.  Penilaian Variasi 2
Tabel 4.   Alternatif Jalur Variasi
Tabel 7.  Penilaian Variasi 3
Tabel 8.  Penilaian Variasi 4 Setelah  mendapatkan  nilai  dari evaluasi  setiap  prinsip  solusi  maka  dipilihlah rancangan  dengan  nilai  tertinggi    pada  tabel berikut: Tabel 9.  Kesimpulan Nilai Evaluasi per Varian No. Penilaian evaluasi Nilai 1  Varian 1 8,61 2  Varian 2 7,22 3  Varian 3 7,38 4  Varian 4 6,72 Dari tabel di atas maka yang dipilih
adalah  varian  1  dengan  nilai  tertinggi  karena varian ini lebih sesuai dengan permintaan dan spesifikasi  yang  diinginkan customer dan perancang. Varian ini memiliki kekuatan yang cukup  untuk  menerima  beban  kerja,  bobot tidak  terlalu  berat  dan  mudah  dalam  proses permesinan  karena  berupa tubing persegi empat,  serta  peralatan  dan  asesoris  yang sederhana dan mudah dioperasikan.
Varian  4  merupakan  varian  dengan nilai  terkecil  dikarenakan  bentuk primary structure yang bulat dan pejal sehingga sangat sulit  dalam  proses  permesinan  serta  bobot yang  relatif  berat.  Karena  bentuknya  yang
pejal  sehingga  sambungan  yang  termudah adalah sambungan pengelasan yang mengakibatkan  sulitnya  perakitan  dan  akses untuk perawatan unit.

## SIMPULAN DAN SARAN
Dari  metode  VDI  2221  telah  dapat dihasilkan  rancangan  suatu  produk  generasi terbaru  dengan  dimensi  yang  kecil,  bobot yang  ringan  tapi  tetap  kuat  menahan  beban lebih  dari  800kg  dan  kokoh  menjaga line MPFM dari benturan benda lain.
Rancangan ini didapatkan melalui penjabaran metode  VDI  2221  dengan  memilih  varian  1 karena  mempunyai  nilai  tertinggi  dari  hasil penilaian  varian  prinsip  solusi.  Keunggulan varian  ini  terletak  pada  kesesuaian  antara permintaan  dan  spesifikasi  yang  telah ditentukan, cukup kuat untuk menerima beban kerja, bobot yang relatif ringan, mudah dalam proses  permesinan  karena  berupa tubing persegi  empat,  peralatan  dan  asesoris  yang sederhana
memudahkan perakitan, pengoperasian dan perawatannya.
Untuk  proses  perancangan  dengan schedule yang  singkat  dan  ketat,  pembuatan variasi  yang  detail  serta  gambar  produk  per variasi  suatu  waktu  akan  menjadi  beban  dan membuang banyak waktu dan pikiran. Dalam hal  ini  pembuatan  tabel  prinsip  solusi  bisa disederhanakan dengan sketsa tangan sederhana atau sekedar deskripsi tulisan.

## DAFTAR PUSTAKA
Budynas,  Richard  G.,  and  J.  Keith  Nissbet. 2008. Shigley’s Mechanical Engineering Design  8th  Edition  in  S.I  Unit. New York : McGraw-Hill. Mott,  Robert  L.  2004. Machine  Elements  in
Mechanical  Design  4rd  Edition .  New Jersey : Pearson Prentice Hall. Singer,  Ferdinand  L.,  and  Andrew  Pytel. 1985. Kekuatan  Bahan  edisi  Ketiga
(Teori  Kokoh  –  Strength  of  Material) . Jakarta : Erlangga. Ugural, Ansel C. 2003. Mechanical Design An Integrated  Approach. Singapore  :  The McGraw-Hill Companies. Inc. Maraven,  1997.  “A  Multiphase  Flow  Meter New  Technology  for  Well  Testing”,
Ingenios, vol. 26. Mechanical  Standard  Components .  2007. Misumi Corporation
Mofunlewi, Samuel S., Joseph A. Ajienka and D.  Appah,  2008.  “Determination  of Multiphase  Flow  Meter  Reliability  and Development  of  Correction  Charts  for the  Prediction  of  Oilfield  Fluid  Flow Rates”, Leonardo  Journal  of  Sciences , vol.12 : 1583 – 0233.
Ruli  Nutranta.  2008. Modul  Perancangan Produk. Jakarta  :  Universitas  Mercu Buana.