02 dasar-dasar instrumentasi proses - ydhermawan's blog · pdf filecontoh: sebuah...

2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN INDALPRO / 1

DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES02

Mempelajari dasar-dasar instrumentasi proses yang menunjangkelangsungan sistem pengendalian proses

1. Karakteristik Pengukuran (Measurement Characteristics)2. Pengukuran Suhu (Temperature Measurement)3. Pengukuran Tekanan (Pressure Measurement)4. Pengukuran Volume/Level (Level Measurement) 5. Pengukuran Laju Aliran (Flow Measurement)

Tujuan:

Materi:


2.1 Karakteristik Pengukuran

Tujuan dasar instrumentasi proses untuk mendapatkan informasipenting (P, V, T, F, C) yang berkaitan dengan kelangsungan proses

Suatu perbandingan sebuah kuantitas yang tidak diketahuinilainya dengan suatu nilai standar (dalam satuan tertentu)

Pengukuran (Measurement)


Instrument

Measuring:

Indicating:

Recording:

Mengukur nilai variabel proses

Menujukkan nilai variabel proses

Mencatat nilai variabel proses




Elemen-Elemen Pengukuran

MeasuredMedium

Primary Sensing Element

Variable Conversion

Element

Variable Manipulation

Element

Measured

Quantity

Data Transmission

Element

Data Presentation

Element

Presented data

Observer

Gambar 2.1.1. Elemen-elemen fungsional dari sistem instrumen


PSE menerima energi dari media yang diukur dan menghasilkanoutput yang besarnya tergantung dari kuantitas yang diukur.

VCE mengubah/mengkonversi output PSE menjadi variabel fisik, seperti tegangan (voltage), jarak perpindahan (displacement)

VME memanipulasi sinyal var. fisik untuk menghasilkan sinyalinstrumen yang diinginkan.

DTE mengirim (transmit) data dari elemen satu ke elemen lain.

DPE menunjukkan hasil pengukuran

pointer yang bergerak di sepanjang skala ukur

catatan pena pada sebuah kertas)



Temperature bulb (liquid or gas)

Capillary tube

ScaleSpiral bourdon tube

Gear mechanism

Pointer


Gambar 2.1.2. Filled system thermometer



MeasuredMedium

Primary Sensing Element

Variable Conversion

Element

Temp.

Measured Quantity

Variable Conversion

Element

Data Presentation

Element

Presented data

Observer

Gambar 2.1.3. Elemen-elemen fungsional dari sistem termometer

Fluid

Data Transmission

Element

Variable Manipulation

Element

Pressure

Motion Motion

Pressure

Temperature tube Tubing

Spiral Bourdon Tube

Linkage GearScale and Pointer


Karakteristik Kinerja Instrumen


Kar. Statis:

CalibrationAccuracyPrecisionReproducibilityDriftSensitivityResolutionDead ZoneBacklashTrue ValueStatic ErrorMistakeSystematic errorRandom ErrorSource of Error

Kar. Dinamis:

Speed of ResponseFidelityLagDynamic ErrorZero-Order InstrumentFirst-Order InstrumentSecond-Order Instrument



Kalibrasi (calibration)

Penentuan nilai ukur dalam suatu skala bacaaan; biasanyamenghasilkan output: voltage, current, frequency, pressure, flow.

Langkah-langkah penting dalam kalibrasi:

1. Uji konstruksi instrumen dan tentukan semua input yang mungkin

2. Tentukan input yang akan diterapkan untuk kalibrasi instrumen

3. Siapkan peralatan yang mengijinkan semua input bervariasi didalam rentang (range) yang diperlukan

4. Dengan menjaga beberapa input konstan, variasikan input lain, catat outputnya, susun hubungan (persamaan) input-output



Akurasi (accuracy)Kemampuan suatu alat atau sistem untuk menanggapi nilai nyatavariabel yang diukur di bawah kondisi reference.

Dalam praktiknya, akurasi dinyatakan dalam batas error (limit of error) dari alat ukur atau sistem di bawah kondisi operasitertentu yang mungkin sudah/belum ditentukan.

Presisi (precision)

Derajat kebenaran (degree of exactness) dari sebuah istrumen

Contoh: sebuah resistor mempunyai nilai tahanan (nyata) 1592154 ΩJika diukur dengan multimeter, terbaca 1,5 MΩ. Pengamat tidak dapatmembaca nilai yang sesungguhnya (pada skala). Meskipun tidak adakesalahan pembacaan, namun kesalahan atau error muncul akibat dariskala bacaan (disebut precision error)



Reproducibility

Kedekatan hasil pengukuran output yang dilakukan berulang-ulang, dengan input dan kondisi operasi yang sama dalam periode waktutertentu.

Perfect Reproducibility: instrumen tidak mempunyai drift (kalibrasinyatidak bergeser dalam periode waktu panjang: minggu, bulan, tahun)

Drift

Sebuah perubahan yang tidak diinginkan atau variasi output secaragradual dalam periode waktu. Jadi jika drift terjadi, korelasi antara input-output tidak dapat dibuat. Drift biasanya muncul jika instrumen sudahkuno.


Sensitivity2.1 Karakteristik Pengukuran

Perbandingan (ratio) dari perubahan output terhadap perubahan input, pada kondisi tunak.

ResolutionNilai inkremen terkecil dari sebuah input atau output yang dapat dideteksi

Jika inkremennya kecil fine resolution

besar coarse resolution

Dead ZoneRentang terbesar dari varabel terukur yang tidak dapat direspon olehinstrumen, kadang-kadang disebut dead spot atau hysteresis. Dead zone biasanya terjadi pada instrumen penunjuk (indicating) atau pencatat(recording).


Backlash2.1 Karakteristik Pengukuran

Disebut juga mechanical hystersis: kehilangan gerak yang mungkinterjadi pada elemen mekanik (gear, linkage, atau peralatan transmisimekanik lainnya) karena terputus hubungan (kait-nya tidak kuat).

True ValueNilai variabel terukur yang terbebas dari error

True value = Instrument reading – Static error

Static ErrorPerbedaan numeris antara nilai sesungguhnya dengan nilai yang diukuroleh instrumen

MistakeKesalahan yang disebabkan oleh manusia (ketidak-telitian membaca, penerapan instrumen yang kurang tepat, kesalahan komputasi)


Systematic Error2.1 Karakteristik Pengukuran

Kadang-kadang disebut bias; deviasi seragam dari titik titik pengukuransebuah instrumen. Ada 2 jenis:

1. Instrumental error: disebabkan oleh instrumen (friksi pada bearing, tegangan pegas/spring)

dihindari dengan: (a)pemilihan instrumen yang tepat(b)penerapan faktor koreksi setelah penentuan besarnya error(c)kalibrasi instrumen terhadap alat standar.

2. Environmental error: disebabkan oleh kondisi eksternal (efek suhu, humiditas, tekanan barometrik)

dihindari dengan: (a)menyediakan penyejuk ruangan (AC)(b)melapisi komponen tertentu dalam intrumen(c)menggunakan perlindungan (shield) magnetik


Random Error2.1 Karakteristik Pengukuran

Error yang tidak diketahui penyebabnya. Error ini biasanya kecil, danmungkin dapat ditangani secara matematis menurut hukum probabilitas.

Sources of Error1. Pengetahuan yang tidak cukup tentang parameter proses dan kondisi

perancangan.

2. Perancangan yang pas-pasan (poor design)

3. Perubahan parameter proses

4. Perawatan yang tidak baik (poor maintenance)

5. Error karena manusia yang mengoperasikan instrumen

6. Keterbatasan perancangan


Karakteristik Dinamis2.1 Karakteristik Pengukuran

Instrumen jarang menanggapi secara spontan perubahan variabel terukur. Malah, ada juga yang menunjukkan sifat lambat (slowness/sluggishness) karena sesuatu seperti: massa, kapasitas termal, kapasitas fluida, ataukapasitas elektrik.

Pure Delay (keterlambatan) sering dijumpai ketika instrumen menunggubeberapa reaksi untuk menanggapi perubahan variabel terukur. Instrumenindustri selalu digunakan untuk mengukur kuantitas yang berfluktuasi.

∴ kelakuankelakuan dinamikdinamik daridari sebuahsebuah instrumeninstrumen sangatsangat pentingpenting untukuntukdipelajaridipelajari ((lebihlebih penting d.pd.p. . kelakuankelakuan statikstatik)).

Kelakuan dinamik dari intrumen dapat dipelajari dengan melakukanvariasi var. terukur a.l. step change, linear change, sinusoidal change.


Speed of Response2.1 Karakteristik Pengukuran

Kecepatan instrumen dalam menanggapi perubahan variabel terukur.

Fidelity

Tingkat kepercayaan instrumen dalam menanggapi perubahan variabelterukur tanpa error dinamik.

Lag

Keterlambatan dalam menanggapi perubahan variabel terukur.

Dynamic Error

Perbedaan antara nilai nyata yang bervariasi karena waktu dengan nilaiyang ditunjukkan oleh instrumen


Respon Dinamik Instrumen Order Nol2.1 Karakteristik Pengukuran

Hubungan input dan output:

ii

mi

m

m

mi

m

moo

no

n

nno

n

n

xbdtdxb

dtxdb

dtxdbxa

dtdxa

dtxda

dtxda

011

1

1

011

1

1

++++

=++++

−

−

−

−

−

−

L

L

ysensitivitstaticabK ==

0

0

…. (2.1.1)

Dimana: xo = output ; xi = intput ; t = time

a′s, b′s = parameter fisik (diasumsi konstan)

Jika a′s, b′s = 0 ixbxa 000 =

ii Kxxabx ==

0

00

…. (2.1.2)Order nol

…. (2.1.3)

…. (2.1.4)

Ideal or perfect dynamic performance

(no lag or no distortion)


Respon Dinamik Instrumen Order Satu2.1 Karakteristik Pengukuran

Hubungan input dan output:io

o xbxadtdxa 001 =+

ysensitivitstaticabK ==

0

0

…. (2.1.5)

tconstimeaa tan

0

1 ==τ

…. (2.1.7)Order satu

…. (2.1.8)

…. (2.1.9)

ioo Kxx

dtdx

=+τ

1+=

sK

xx

i

o

τ

…. (2.1.6)ioo x

abx

dtdx

aa

0

0

0

1 =+

Transformasi Laplace:

dimana:


Respon Dinamik Instrumen Order Dua2.1 Karakteristik Pengukuran

Hubungan input dan output:io

oo xbxadtdxa

dtxda 0012

2

2 =++

ratiodampingaa

a==

20

1ζ

…. (2.1.10)

]/[,2

0 timeradfrequencynaturalundampedaa

n ==ω

…. (2.1.12)

Order dua

…. (2.1.13)

…. (2.1.14)

1212 22

2

2 ++=

++=

ssK

ssK

xx

nn

i

o

ζττωζ

ω

…. (2.1.11)( ) io

o

n

o

n

Kxxdtdx

dtxd

=++ωζ

ω21

2

2

2

Transformasi Laplace:

dimana:


2.2. Pengukuran Suhu

Gb. 2.2.1. Rentang/skala suhu.


2.2 Pengukuran Suhu

Beberapa Metode Pengukuran Suhu

1. Expansion Thermometer

2. Filled-System Thermometer

Expansion of solidExpansion of liquidExpansion of gas

Liquid-filled thermometerVapor-pressure thermometerMercury-filled thermometer

3. Electrical Temperature Instrument Resistance thermometerThermocoupleThermistor

4. PyrometerRadiation pyrometerOptical pyrometer


2.2 Pengukuran Suhu

Bimetallic Thermometer

Ekspansi elemen bimetallic (dua strip logam). Masing-masing strip logam mempunyai koefisien ekspansi termal berbeda. Ketika strip dipanaskan, seiring dengan naiknya suhu, keduanya berekspansi denganpanjang berbeda (Gb. 2.2.2).

Gb. 2.2.2. Bimetallic Strips

Jarak ekspansi proporsional terhadap pangkat dari panjang strip danberbanding terbalik dengan tebal strip (logam). Pergerakan bimetallic digunakan menggerakkan pointer sehingga melintasi skala kalibrasi suhu.

tetap

Tersedia: –103 s.d. 1004 oF

atau –75 s.d. 540 oC


2.2 Pengukuran Suhu

Gb. 2.2.5. Thermometer with spiral bimetallic element.

Digunakan di rumah dan di kantor sebagai indikator suhu lingkungan.


2.2 Pengukuran Suhu

Gb. 2.2.4. Thermometer with helical bimetallic element


2.2 Pengukuran Suhu

Liquid in Glass Thermometer

Gb. 2.2.5. Liquid in glass thermometer

Salah satu alat ukur suhu yang paling sederhana, dan digunakan di laboratoriumdan industri.Range: –18.4 s.d. 608 oF atau –120 s.d. 320 oC

Alkohol : untuk suhu sangat rendah

Merkuri : untuk suhu tinggi (merkurimembeku pada suhu –39 oC).

Mudah pecah dan tidak mudah beradaptasidengan perubahan suhu, sehinggapenggunaannya di industri terbatas.

Termometer gelas berisi air raksa yang digunakan di industri: tangkiterbuka berisi cairan, kettle, steam line,dan aliran fluida dalam pipa.

Tidak digunakan, jika suhu berfluktuasiakan diukur dengan akurasi tinggi.


2.2 Pengukuran Suhu

Gb. 2.2.6. Liquid in metal thermometer

Kelemahan termometer gelas diatasi denganpenggunaan termometer logam.

Glass bulb diganti dengan steel bulb

Merkuri digunakan sebagai cairan, karenatidak kelihatan, bourdon tube digunakanuntuk mengukur perubahan volume cairan.

Ketika suhu naik, volume merkuri dalambulb mengembang, bourdon tube cenderunguntuk lurus, sehingga dapat menggerakkanpointer.

Liquid in Metal Thermometer


2.2 Pengukuran Suhu

Rentang suhu dari cairan yang digunakan dalam termometer logam:

–87 s.d. +260–125 s.d. +500Cairan organik lain+20 s.d. +90+70 s.d. +195Ether–46 s.d. +150–50 s.d. +300Alcohol–40 s.d. +400–40 s.d. +750Xylene–39 s.d. +650–3 s.d. +1200Mercury

Rentang suhu(oC)

Rentang suhu(oF)

Cairan


2.2 Pengukuran Suhu

Gb. 2.2.7. Filled-system thermometer

Filled-system ThermometerJika bulb dipanaskan ataudidinginkan, maka fluidadidalamnya mengembang atauberkontraksi, sehingga bourdon tube bergerak.

Perpindahan bourdon tube menggerakan pointer untukmembaca suhu.

Cairan pengisi bulb: mercury, ethyl alcohol, xylene, toluene.

Koefisien ekspasi xyleneadalah 6 kali mercury.


Cairan pengisi bulb: mercury, ethyl alcohol, xylene, toluene.

Koefisian ekspasi xylene adalah 6 kali koef ekspansi mercury, jadimemungkinkan perancangan bulb kecil.

Liquid-filled Thermometer

Kadang-kadang, air digunakan sebagai pengisi bulb

Kriteria yang harus dipenuhi:

1. Tekanan sistem (di dalam bulb) harus lebih besar daripadatekanan uap cairan pengisi, untuk mencegah penguapan.

2. Cairan pengisi tidak boleh membeku supaya tidakmengganggu kalibrasi/pembacaan suhu.

2.2 Pengukuran Suhu


2.2 Pengukuran Suhu

Gb. 2.2.8. Vapor-pressure thermometer

Vapor-pressure Thermometer

Bulb sebagian berisi cairan, kapilerdan bourdon berisi gas.

Cairan mendidih dan menghasilkangas/uap yang mengisi kapiler danbourdon. Cairan terus mendidihsampai mencapai tekanan uapnya.

Di titik Pvap cairan berhentimendidih, kecuali jika suhu naik.

Saat suhu turun, sebagian uapmengembun, dan tekanan turun.

Karena perubahan tekanan ini, bourdon menggerakkan pointer yang dapat mengindikasikan suhu.


2.2 Pengukuran Suhu

Rentang suhu cairan yang digunakan dalam vapor-pressure thermometer

120 s.d. 220 oC100 oC375 oCWater

130 s.d. 300 oF (60 s.d. 160 oC)34.5 oC194 oCDi-ethyl ether

80 s.d. 180 oF4.6 oC----Methyl bromide

60 s.d. 130 oF (20 s.d. 80 oC)– 0.6 oC154 oCBulane (n)

30 s.d. 100 oC12.2 oC187 oCEthyl-chloride

150 s.d. 250 oC110.5 oC321 oCToluene

200 s.d. 350 oF78.5 oC243 oCEthyl-alcohol

30 s.d. 120 oC– 10 oC157 oCSulphur dioxide

30 s.d. 130 oF (0 s.d. 50 oC)– 23.7 oC143 oCMethyl chloride

Untuk mengukur suhu sangat rendah (sampai– 253 oC)

– 185.7 oC– 122 oCArgon

Rentang suhu yang tersediaTitikdidih

Suhukritis

Cairan


Gb. 2.2.9. Types of thermometer bulbs

Mercury-filled Thermometer

Similar dengan liquid-filled thermometer, keduanya dipisahkan karenakarakteristik mercury yang unik dan kepentingannya dalam pengukuransuhu medium.

Karakteristik Mercury :

• mendukung operasielemen pengendalian

• akurasi cukup tinggi

• respon cepat

• Rentang tekanantinggi: 400 s.d. 1200 psig

2.2 Pengukuran Suhu


2.2 Pengukuran Suhu

Perbandingan beberapa fluida pengisi pada filled-system thermometer


2.2 Pengukuran Suhu

Electrical Temperature Instruments

Resistance Thermometer

Gb. 2.2.10. Resistance thermometer

Karena tahanan logam tertentuberubah dengan berubahnya suhu, sifatini digunakan untuk mengukur suhu.

Jika T ↑ maka R ↑ (vice versa).

Elemen tahanan biasanya panjang(dibentuk spiral), diselubungi denganporselin untuk mencegah hubungansingkat antara wire dan metal sheath.

Jenis-jenis logam: platinum, copper, dan nickel.


Karakteristik beberapa RTD

2.2 Pengukuran Suhu


2.2 Pengukuran Suhu

Thermocouple

Gb. 2.2.11. Thermocouple

Jika salah satu junction dipanaskan, arusmengalir dalam circuit dan dideteksi olehgalvanometer.

Prinsip kerjathermocouple tergantung daripengaruh thermo-electric.

Jumlah arus yang dihasilkan tergantung dari perbedaan suhu antara duajunction dan karakteristiknya. Hal ini pertama kali diteliti oleh Seeback (1821) sehingga dikenal dengan Seeback Effect.

Cocok untuk digunakan sebagai salah satu element pengendalian (sensor element for control system).


Gb. 2.2.12. Penerapan thermocouple

2.2 Pengukuran Suhu

Penerapan thermocouple


Gb. 2.2.13. EMF chart for various thermocouples with free end at 0 oC

2.2 Pengukuran Suhu


Gb. 2.2.14. Radiation pyrometer

Radiation Pyrometer

2.2 Pengukuran Suhu

Pyrometry adalah salah satuteknik pengukuran suhu tanpakontak fisik, tetapi suhu fluidadideteksi dengan mengukurradiasi elektromagnetik.

Lensa digunakan untuk menyatukan (focus) energi radiasi dari bodi. Radiasienergi diterima oleh detector (thermocouple, thermophile), dan diteruskanke recorder, sehingga suhu fluida dapat dibaca.

Dalam pyrometer radiasi, sebuah bodi hitam digunakanuntuk menyerap panas.

Pryrometer dapat mengukur suhu tinggi (>1400 oC)


Gb. 2.2.15. Industrial optical pyrometer

Optical Pyrometer


2.3. Pengukuran Tekanan

AFP =Definisi: …. (2.3.1)

Barometric Pressure

Total or Absolute Pressure

(Psia)

Gauge Pressure

Vacuum

Absolute Pressure Absolute Reference

Atmospheric Reference (Standard Atmospheric Pressure = 760 mm Hg

= 29.921 in Hg

= 14.696 psia)

Pres

sure

Gb. 2.3.1. Hubungan antara tekanan absolut, gauge, dan barometrik.


Beberapa Metode Pengukuran Tekanan

1. Manometer method

(paling sederhana)

2. Elastic Pressure Transducers

U-tube manometerWell-type manometerBarometerMicromanometer

C-type bourdon tube pressure gaugeDiaphragm pressure transducerBellows

3. Pressure measurement by measuring vacuum

4. Force-Balance Pressure Gauge

5. Electrical pressure Transducer

2.3 Pengukuran Tekanan



U-tube manometer

( ) ( )( )( )ghP

ghhPP

l

l

ρρρρ−=

−−=− 2121

…. (2.3.2)

Dimana:

Gb. 2.3.2. U-tube manometer

ρ = densitas fluida di dalam U-tube

ρl = densitas fluida yang diukur tekanannya

h = (h1 – h2), perbedaan ketinggian fluida dalam U-tube

g = percepatan grafitasi



Banyak digunakan karena pengukurannya lebih mudah: pembacaan hanyapada salah satu leher tube.

Akurasi tinggi dapat tercapai jika zero-level pada well diset pada zero-levelpada skala sebelum pembacaan dilakukan

Well-type manometer

Gb. 2.3.3. Well-type manometer



Alat ukur tekanan absolute dengan rentang tekanan dari zero absolutesampai atmospheric pressure.

Biasanya dinyatakan dalam mm Hg.

Barometer

Gb. 2.3.4. Barometer


Elastic Pressure TransducerMenggunakan elemen sensor elastis: Bourdon tube, bellows, dandiaphragm.

Gb. 2.3.5. C-type bourdon tube pressure gauge

C-type bourdon tube pressure gauge



Digunakan secara luas untuk tekanan gauge; dan dapat mendeteksi tekananrendah: 0 – 4 mm.

Diaphragm Pressure Transducer


Gb. 2.3.6. Diaphragm pressure transducer

(a) Metallic Diaphragm(b) Slack Diaphragm Gauge


Digunakan untuk mengukur tenakan absolut (tekanan rendah)

Range: tekanan rendah sampai 155.1 mmHg (3 psi) ;

atau sampai 40 mmHg, jika bellows dibuat cukup besar.

Bellows


Gb. 2.3.7. Bellows pressure element Gb.2.3.8. Differential Bellows Gauge


2.4. PengukuranLevelMerupakan salah satu pengukuran tertua

Penting dalam proses industri berpengaruh terhadap tekanan danlaju alir masuk dan keluar tangki.

Metode Pengukuran:

Langsung:

Tak-langsung:

Sight Glass

Float-type

Hydrostatic pressure type

Electrical method

Sight glass for an open tank

High pressure sight glass

Float-operated liquid level indicator

Hydraulic transmission system

Press. Gauge method

Air bellows

Air purge system

Capacitance level indicator

Radiation level detector


Sight Glass

Disebut juga gauge glass; digunakan untuk pengukuran level cairan dalamtangki secara kontinyu.

2.4 Pengukuran Level

Gb. 2.4.1. Sight glass for an open tank

Ketika level cairan dalam tangki bergerak naik atau turun, level cairan dalamsight glass juga bergerak naik dan turun, shg level dapat dibaca pada skala.

Cairan dalam sight glass boleh tidak sama dengan cairan dalam tangki.


Untuk tekanan tinggi, sight glass harus dihubungkan dgn tangki pada bagianatas dan bawah (Gb. 2.4.2). Jika tidak perbedaan tekanan antara tangki dansight glass akan menyebabkan kesalahan pembacaan.

Sight Glass (lanjutan)


Gb. 2.4.2. High pressure sight glass

Valve dipasang untuk mencegah pecahnya glass.

Panjang glass ≤ 900 mm. Jika lebih; 2 atau lebih sight glass harus disediakanuntuk level yang berbeda.

Mampu menahan tekanan:350 psi (steam 252 oC)1000 psi (cairan)

Batasan:



Kelebihan:

Sight Glass (lanjutan)

1. Pembacaan langsung sangat memungkinkan.2. Perancangan khusus tersedia untuk penggunaan sampai 316 oC dan

1000 psi.3. Glass tahan terhadap korosi.

Kekurangan:1. Hanya dapat dibaca di lokasi tangki.2. Cairan di dalam sight glass mungkin membeku pada musim dingin,

sehingga menyebabkan kesalahan pembacaan.3. Cairan yang mengandung padatan tak-larut atau cairan kental

(viscous) tidak dapat diukur levelnya dengan baik.4. Akurasi tergantung pada kebersihan glass dan cairan.


Gb. 2.4.3. Float-operated liquid level indicator

Float-Type Level Indicator


Standard Liquid Level:

½ ft – 60 ft (0,15 – 1,52 m)

Pergerakan float ditransmisikanmelalui stainless steel atau phosphor bronze flexible cable ke pointer , danpointer menunjukkan ketinggiancairan dalam tangki.


Gb. 2.4.4. Hydraulic Transmission System for Level Indication

Float-Type Level Indicator

Level cairan dapatditransmisikan ke suatutempat dengan sistemtransmisi hidrolik


Empat elemen bellow terhubungkan satu sama lain melalui pipa berisi minyak:

2 di receiver (A & B)

2 di transmitter (C & D)

Float naik: A mengembang dan B tertekan, minyak di pipa mengalir dari B keC, dan D ke A, pointer bergerak ke kanan; Bagaimana jika sebaliknya?

Transmisi Level : sampai 250 ft (6,35 m)


Kelebihan:

Float-Type Level Indicator (lanjutan)

1. Memungkinkan membaca level cairan di dalam tangki dari level dasar, meskipun tangki dipasang di daerah bawah tanah.

2. Beaya murah, dan perancangannya terpercaya.3. Dapat dioperasikan pada suhu yang relatif tinggi.4. Terdapat berbagai pilihan material yang tahan korosi untuk

merancang tipe ini.

Kekurangan:1. Terbatas untuk pengukuran level menengah (moderate).2. Bentuknya disesuaikan dengan geometri tangki.




Pressure Gauge Method

Gb. 2.4.5. Open Tank Pressure Indicator

• Metode paling sederhanauntuk pengukuran level tangki terbuka

• Tekanan hidrostatik:

gShP ρ=

• Level cairan:

gSPhρ

=

…. (2.4.1)

…. (2.4.2)

• Jika tangki tertutup:

extg PShP += ρ …. (2.4.3)

P = tekanan: psi atau N/m2

ρ = densitas airSg= specific gravity

h = tinggi cairanPext = tekanan cairan eksternal (tangki tertutup)

Dimana:



Air Bellows

Gb. 2.4.6. Flexible air bellows

Ketika instrumen tidak dapatdiletakkan di datum tertentu, dipilihair bellows

Bellows element dihubungkan denganpress indicator menggunakan pipa.

Ketika tangki kosong, udara tidaktertekan dan menunjukkan tekanannol.

Saat tangki terisi cairan, udara dalam bellows tertekan, dan pointer bergerakmenunjukkan tekanan cairan dalam tangki. Tekanan ini dikalibrasikanmenjadi tinggi cairan (level).


Gb. 2.4.7. A closed box air bellows connected to the pressure fluid tank

Air Bellows


• Aplikasi Industri.

• Liq seal digunakanuntuk pengukuranlevel cairan yang korosif atau viscous.



Air Purge System

Gb. 2.4.8. Air purge system

• Bubbler tube

• Cocok untuk semuacairan

• Jika tangki kosong, udara keluar daritube, dan tidak adatekanan baliksehingga tekanannol.

• Jika tinggi cairan bertambah, aliran udara terhambat oleh ketinggian cairantsb, menghasilkan tekanan balik yang menyebabkan pointer bergerak.

• Pergerakan pointer dikalibrasikan menjadi besaran tinggi cairan.


Gb. 2.4.9. Capacitance level indicator


Capacitance Level Indicator

• Parallel plate capacitor:

DAKC = …. (2.4.4)

C = capacitance: faradK = konstanta dielektrikA = luas plate, m2

h = jarak dua plate: m

Dimana:

• Jika tinggi cairan naik: capacitance naik, begitu juga sebaliknya.

• Naik turunnya capacitance dikalibrasikan ke dalam term level cairan


Kelebihan:1. Sangat berguna untuk sistem dengan ukuran sangat kecil.2. Sangat sensitif.3. Cocok untuk sistem pengendalian atau untuk indikasi kontinyu.4. Baik untuk slurry.5. Prob material untuk fluida korosif tersedia

Kekurangan:1. Kinerjanya dipengaruhi oleh pengotor fluida, karena pengotor dapat

mengubah konstanta dielektrik.2. Sensitif terhadap perubahan suhu.3. Fluida tertentu harus menggunakan Prob yang cocok.4. Panjang prob harus sesuai dengan panjang dinding tangki.


Capacitance Level Indicator



Radiation Level Detector

Gb. 2.4.10. Radiation type level indicator

• Digunakan ketika, metodeelektrik yang lain tidakmemungkinkan

• Tidak memerlukan kontakdengan cairan yang diukur.

Gammaray

• Jika tangki kosong: γraymenembus dua dinding tangkidan udara dalam tangki.

• Jika tangki berisi cairan: cairan dalam tangki mengurangi radiasi γray . Besarnya radiasi berbanding terbalik dengan volume cairan dalam tangki.


Kelebihan:1. Tidak ada kontak fisik dengan cairan.2. Cocok untuk cairan: korosif, abrasif, viscous, adherent3. Cocok untuk sistem suhu dan tekanan tinggi.4. Mempunyai akurasi dan respon yang baik.5. Tidak mempunyai bagian yang bergerak.

Kekurangan:1. Pembacaannya dipengaruhi oleh perubahan densitas cairan.2. Source holder mungkin sangat berat.3. Harga relatif mahal


Radiation Level Detector


2.5. Pengukuran Laju aliranMerupakan pengukuran tertua di bidang Instrumentasi

Menentukan jumlah material yang masuk atau keluar proses.

Metode pengukuran laju aliran:

1. Inferential type flowmeter

2. Quantity flowmeter

3. Mass flowmeter

Inferential type flowmeters

Variable head or differential meter

Akan dibahas

Variable area meter

Turbine meter

Thermal meter


2.5 Pengukuran Laju Aliran

Variable Head or Differential Meter

Gb. 2.5.1. Differential Pressure Flowmeter

Salah satu metode tertua dan sering digunakan di industri

…. (2.5.1)

…. (2.5.2)

Dari teori Bernoulli:

( )ρ212 2 ppACm −=

( )( )

21

421

2 12. ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−−

=βρppAcq d

Laju volumetrik

Laju alir massa



Dimana: q = laju alir volumetrik

m = laju alir massa

A = Luas penampang orifice

h = differential head (pressure) melewati tahanan dalam pipa

tconscC d tan1 4

=−

=β

cd = discharge coefficient

( )( )pipetheofdiameterinsideD

elementnrestrictioofdiameterdratiodiameter ==β



Gb. 2.5.2. Orifice Plates



Gb. 2.5.3. Venturi tubes: (a) Classic ; (b) Eccentric ; (c) Rectangular


This is a Venturi tube demonstration apparatus built out of PVC pipe and operated with a vacuum pump

A copper aspirator. The water inlet and outlet are at the top and bottom, respectively; the air inlet is on the side.



Variable Area Flowmeter

Gb. 2.5.4. Rotameter



Turbine Flowmeter

Gb. 2.5.5. Turbine Flowmeter

Cocok untuk pengukuran cairan dan gas dengan laju alir sangat rendah.

Akurasi: ±1/4 s.d. ±1/2

Aplikasi:

+ Militer

+ Sistem pencampuran(industri petroleum)

+ Aerospace and airborne

+ Cryogenic (liq. O2 and N2)


Liquid Measuring Devices:

Liquid/Gas Ultrasonic Flow Meter Liquid Turbine Flow Meter

Orifice Plates



Gas Measuring Devices

Orifice plate flowmeter

Orifice plate holder

Mini Gas turbine flowmeter

Gas Turbine Flowmeter

Venturi tubes

Flow Nozzles




Thermal Flowmeter

Gb. 2.5.6. Heat transfer flowmeter

( )12 TTWCQ P −=

( )12 TTCQW

P −=

…. (2.5.3)

…. (2.5.4)

Sangat populer untuk pengukuran aliran gas tidak tunak.

Ada 2 : heat transfer flowmeter dan hot-wire flowmeter.

Dimana:

Q = perpindahan panas

W = laju alir massa fluida

CP = Kapasitas panas fluida

T1 = suhu fluida sebelum dipanaskan

T2 = suhu fluida setelah dipanaskan

02 dasar-dasar instrumentasi proses - ydhermawan's blog · pdf filecontoh: sebuah...

Documents