III. TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Fungsi Instrumentasi

Fungsi instrumentasi pada suatu proses industri dapat diklasifikasikan ke

dalam 4 golongan , yaitu :

Sebagai Alat Ukur (Measurement)

Sebagai Alat Kontrol/Pengendali

Sebagai Alat Pengaman (Safety)

Sebagai Analisis (Analizer)

3.2 Instrument Sebagai Alat Kontrol/Pengendali

Sistem pengendaliaan yaitu berfungsi untuk mengendalikan jalannya

oprasi agar variable proses yang sedang diukur. Dapat diatur dan dikendalikan,

tetap pada nilai yang ditentukan (set point). Agar sistem pengendalian suatu

proses dapat berjalan sesuai yang diinginkan. Maka minimal pada sistem

tersebut harus mempunyai komponen-komponen pokok seperti elemen

pengukuran sensing element dan secondary element. Element controller (control

unit) dan final element. Gambar 3.1 Menunjukkan hubungan antara sistem

pengendalian yang meliputi Controller, Control valve, Proses yang kemudian

hasil keluaran dari sistem pengendalian tersebut diumpan balikkan lagi untuk

mengeliminir perbedaan yang ada.

Gambar 3.1 Diagram Kotak Pengendalian

20

21

3.3 Sensing Element (Primary Element)

Adalah suatu media yang pertama kali menerima suatu bentuk energi dari

media yang akan di ukur dan menghasilkan suatu output yang sebanding dengan

nilai yang di ukur. Besaran variable proses dari aliran di deteksi oleh sensing

element dan sebelum di kirimkan ke Transmitter (Secondary Element). Besaran

variable proses di ubah menjadi besaran lain, misalnya besaran mekanis dengan

tujuan agar besaran variable tersebut dapat di baca oleh transmitter. Adapun 4

macam proses variable yang selalu diukur dan di kontrol dalam suatu industri

perminyakan yaitu sebagai berikut :

1. Pressure (tekanan)

2. Temperature (suhu)

3. Flow (aliran)

4. Level (tinggi permukaan cairan) Sensing elemen pada variable proses

antara lain:

Sensor pengukuran flow: Orifice plate, Venturi tube, Pilot tube

Sensor pengukuran temperature: Termocouple, Bimetal, RTD

Sensor pengukuran pressure: Bourdon tube, Diapraghm, Bellows

Sensor pengukuran level: Displacer, Floater.

3.3.1 Orifice Plate

Orifice plate adalah plat logam yang datar, tipis, bulat, dan terdapat lubang

kecil atau orifice fungsi dari orifice untuk menghasilkan beda tekanan antara

aliran sisi masuk (Up Stream) dan aliran sisi keluar (Down Stream) dari orifice

plate akan diteruskan ke flow transmister dan dijadikan dasar pengukuran. Ada

beberapa macam tipe orifice yaitu :

Concentric, tipe ini paling populer, mempunyai lubang yang tepat di tengah plat

orifice, digunakan untuk suatu range yang luas dari fluida seperti : air, steam dan

gas fluida yang mengalir harus bersih dan tidak membawa partikel yang

mengakibatkan erosi pada lubang orifice.

22

- Exentric, tipe ini sedikit berbeda dengan concentric, karena lubang orifice

terletak sedikit di bawah sumbu, tipe ini digunakan pada aliran yang masih

mengandung partikel.

- Segmental, tipe ini bentuk lubangnya di tengah-tengah plat orifice tetapi

tidak bulat. Sebelah sisi atas berbentuk segmen dan digunakan pada aliran

berat yaitu fluida yang mengandung bagian padat ( solid ) atau aliran yang

bersifat korosi.

Gambar 3.2 Orifice Plate

3.3.2 Thermocouple

Thermocouple adalah salah satu alat ukur temperatur. Thermocouple

terdiri dari bahan paduan yang berbeda yang ujung-ujungnya disambung saperti

terlihat pada gambar 3.3 a tegangan elektrik timbul akibat ada perbedaan

temperatur pada kedua junction. Jika ada dua buah kawat yang berbeda,kawat A

dan kawat B,ujung-ujung nya digabungkan dengan cara di solder atau dilas

sehinga berbentuk suatu rangkaian yang tertutup (ujung-ujung yang bersatu ini

dinamakan sambungan atau junction ). Apabila kedua sambungan ini mempunyai

suhu yang berbeda, t1 dan t2 ternyata suatu volt meter dapat mendeteksi adanya

suatu emf E, atau apabila dipasangkan suatu ammeter seperti gambar 3.3 b akan

terukur suatu arus listrik. Arus listrik ini akan terus menerus mengalir selama suhu

23

kedua buah sambungan itu berbeda. Gejala perubahan energi thermal menjadi

energi listrik ini disebut gejalah SEEBACK dan emF yang membangkitkan arus 1

tersebut dinamakan gaya gerak listrik thermal dari seeback. Emf ini adalah

tegangan searah (DC) yang mempunyai polaritas.

Gambar 3.3 a dan b : Prinsip Kerja Thermocouple

3.3.3 Diaphragma

Diaphragm Capsule, Seperti gambar 3.4 memiliki dua atau lebih

diahprgma yang dilas di sekelilingnya. sensitivitas sebuah kapsul capsule

bertambah sebanding dengan diameternya yang mana ketentuan desain dapat

berubah-ubah mulai dari 25 sampai 150 mm.

24

Gambar 3.3 : Diaphragm Capsule

3.4 Secondary Element

Element ini berfungsi untuk mengubah besaran fisis dari sensing elemen

menjadi sinyal standar, sinyal tersebut ditransmisikan kealat control (controller).

Ada beberapa besaran sinyal standar di instrumentasi.

Sinyal standar Pneumatik : 3-15 psi atau 0,2-1,0 kg/cm

Signal standar Elektrik : 4-20 mA DC atau 1-5 V DC

3.4.1 Transmitter Elektronik

Transmitter elektronik adalah peralatan instrumentasi yang menerima

besaran fisis yang berasal dari sensing elemen, selanjutnya sensing elemen,

selanjutnya merubah ( mengkonversikan ) dan mentransmisikan besaran tersebut

kedalam sinyal standart elektrik yaitu 4-20 mA DC atau 1-5 DC dan besarannya

sebanding dengan besaran yang di terimanya.

3.4.2 Bagian-Bagian Transmitter Elektronik

3.4.2.1 Pressure Detector Assembly

Adalah merupakan diapragma capsul yang berfungsi sebagai sensor

perbedaan tekanan yang ditimbulkan oleh proses.

3.4.2.2 Transmiter Assembly :

Amplifier unit sebagai pengubah ( mengkoversikan ) besaran yang

diterima oleh pressure detector assembly menjadi signal standart 4-20 mA DC

atau 1-5 VDC.

Terminal box berfungsi untuk tempat penyambungan supply tegangan

sebesar 24 volt DC dan sinyal out put sebesar 4-20 mA DC.

25

3.4.3 Prinsip Kerja Transmitter Elektronik

Prinsip kerja transmiter elektronik beda tekanan yang dihasilkan oleh sisi

tekanan rendah (low) dengan sisi tekanan tinggi (high) dideteksi oleh sensor

diapragma capsul melalui cairan perantara (filling liquid) yang terdapat di

dalamnya . Gerakan sensor diapragma capsul sebanding dengan beda tekanan

yang berasal dari kedua sisi tersebut sensor diapragma capsul berfungsi sebagai

elektroda (moving elektroda ) yang didalamnya terdapat dua buah kapasitor yang

berbeda. Perbedaan nilai kapasitansi antara kedua sisi kapasitor oleh unit amplifier

diubah menjadi signal 4-20 mA DC atau 10-5 mA DC lalu dikirim ke alat

penerima ( receiver ).

3.5 Controller

Controller berfungsi membandingkan keadaan proses variable (pv) yang

dikendalikan dengan set point (sv) dan apabila terdapat perubahan maka akan

mengirimkan sinyal ke control valve untuk membuka atau menutup untuk

mengimbangi pengaruh beban (load) terhadap kondisi proses variable yang

dikendalikan.

3.5.1 Mode Controller

1. On Off Controller

2. Proportional Controller

3. Proportional Intergral Controller

4. Proportional Integral Derivative Controller.

3.5.2 Aksi Controller

Aksi controller adalah kemampuan suatu controller, untuk menghasilkan

output berdasarkan selisih antara PV dengan SV.. Aksi controller ada 2 macam,

yaitu :

26

1) Direct : PV – SV Sehingga disaat nilai PV naik maka output akan naik,

dan disaat PV turun, output juga akan turun.

2) Reverse : SV – PV Sehingga disaat nilai PV naik maka output akan turun, dan disaat PV turun, output akan naik.

3.6 Final Element Dalam sistem pengendalian proses secara otomatis, elemen akhir biasanya

merupakan control valve, yaitu suatu valve yang bukaan dan tutupannya berdasarkan besar kecilnya sinyal kendali. Aksi control valve ada 2 macam, yaitu :

- Air to Open (ATO) : Failure Close (FC) Adalah kondisi valve, dimana besarnya sinyal kendali sebanding dengan besarnya bukaan valve, dan berbanding terbalik dengan tutupan valve. Sehingga saat sinyal kecil, bukaan juga kecil, saat sinyal besar, bukaan juga besar.

Gambar 3.5 Air to Open

- Air to Close (ATC) : Failure Open (FO) Adalah kondisi valve, dimana besarnya sinyal kendali berbanding terbalik dengan besarnya bukaan valve, dan sebanding dengan tutupan valve. Sehingga saat sinyal kecil bukaan besar, saat sinyal besar, bukaan justru kecil.

Gambar 5.6 Air to Close

27

3.7 Tranducer

Tranducer dalam proses pengolahan migas, merupakan alat yang

berfungsi untuk mengubah besaran fisis menjadi besaran fisis yang lain dengan

nilai perbandingan yang sama. Pada UP VI Balongan, terdapat dua buah jenis

tranducer yang umum digunakan, yaitu :

- I/P Tranducer Mengkonversi sinyal standar pneumatic 3-15 psi, menjadi

sinyal standar elektrik 4-20 mA DC. Lazim digunakan untuk

mengkonversi hasil deteksi transmitter pneumatic untuk diinputkan pada

controller elektronik.

- P/I Tranducer Mengkonversi sinyal standar elektronik 4-20 mA DC,

menjadi sinyal standar pneumatic 3-15 psi. Lazim digunakan untuk

mengkonversi sinyal output controller yang digunakan untuk mengontrol

buka-tutupan control valve.