Dasar-dasar-instrumentasi-proses3
Descrição do Produto
DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES
02
Tujuan: Mempelajari dasar-dasar instrumentasi proses yang menunjang kelangsungan sistem pengendalian proses Materi: 1. 2. 3. 4. 5.
Karakteristik Pengukuran (Measurement Characteristics) Pengukuran Suhu (Temperature Measurement) Pengukuran Tekanan (Pressure Measurement) Pengukuran Volume/Level (Level Measurement) Pengukuran Laju Aliran (Flow Measurement)
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 1
2.1 Karakteristik Pengukuran Tujuan dasar instrumentasi proses untuk mendapatkan informasi penting (P, V, T, F, C) yang berkaitan dengan kelangsungan proses
Pengukuran (Measurement) Suatu perbandingan sebuah kuantitas yang tidak diketahui nilainya dengan suatu nilai standar (dalam satuan tertentu)
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 2
2.1 Karakteristik Pengukuran
Measuring: Mengukur nilai variabel proses
Instrument
Indicating: Menujukkan nilai variabel proses
Recording: Mencatat nilai variabel proses
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 3
2.1 Karakteristik Pengukuran
Elemen-Elemen Pengukuran
Measured Medium
Measured Quantity
Observer
Primary Sensing Element
Presented data
Variable Conversion Element
Variable Manipulation Element
Data Presentation Element
Data Transmission Element
Gambar 2.1.1. Elemen-elemen fungsional dari sistem instrumen
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 4
2.1 Karakteristik Pengukuran
PSE menerima energi dari media yang diukur dan menghasilkan output 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 sinyal instrumen 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)
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 5
2.1 Karakteristik Pengukuran
Gambar 2.1.2. Filled system thermometer
Gear mechanism
Pointer Spiral bourdon tube Scale
Capillary tube
Temperature bulb (liquid or gas) 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 6
2.1 Karakteristik Pengukuran
Gambar 2.1.3. Elemen-elemen fungsional dari sistem termometer Temperature tube
Fluid
Measured Medium
Primary Sensing Element
Variable Conversion Element
Scale and Pointer
Linkage Gear
Measured Quantity
Presented data
Data Presentation Element
Motion
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
Variable Manipulation Element
Pressure
Data Transmission Element
Spiral Bourdon Tube
Motion
Pressure
Observer
Temp.
Tubing
Variable Conversion Element
INDALPRO / 7
2.1 Karakteristik Pengukuran
Karakteristik Kinerja Instrumen
Kar. Statis:
Calibration Accuracy Precision Reproducibility Drift Sensitivity Resolution Kar. Dinamis: Dead Zone Backlash True Value Static Error Mistake Systematic error Random Error Source of Error
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
Speed of Response Fidelity Lag Dynamic Error Zero-Order Instrument First-Order Instrument Second-Order Instrument
INDALPRO / 8
2.1 Karakteristik Pengukuran
Kalibrasi (calibration) Penentuan nilai ukur dalam suatu skala bacaaan; biasanya menghasilkan 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 di dalam rentang (range) yang diperlukan 4. Dengan menjaga beberapa input konstan, variasikan input lain, catat outputnya, susun hubungan (persamaan) input-output
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 9
2.1 Karakteristik Pengukuran
Akurasi (accuracy) Kemampuan suatu alat atau sistem untuk menanggapi nilai nyata variabel yang diukur di bawah kondisi reference. Dalam praktiknya, akurasi dinyatakan dalam batas error (limit of error) dari alat ukur atau sistem di bawah kondisi operasi tertentu yang mungkin sudah/belum ditentukan.
Presisi (precision) Derajat kebenaran (degree of exactness) dari sebuah istrumen Contoh: sebuah resistor mempunyai nilai tahanan (nyata) 1592154 Ω Jika diukur dengan multimeter, terbaca 1,5 MΩ. Pengamat tidak dapat membaca nilai yang sesungguhnya (pada skala). Meskipun tidak ada kesalahan pembacaan, namun kesalahan atau error muncul akibat dari skala bacaan (disebut precision error) 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 10
2.1 Karakteristik Pengukuran
Reproducibility Kedekatan hasil pengukuran output yang dilakukan berulang-ulang, dengan input dan kondisi operasi yang sama dalam periode waktu tertentu. Perfect Reproducibility: instrumen tidak mempunyai drift (kalibrasinya tidak bergeser dalam periode waktu panjang: minggu, bulan, tahun)
Drift Sebuah perubahan yang tidak diinginkan atau variasi output secara gradual dalam periode waktu. Jadi jika drift terjadi, korelasi antara inputoutput tidak dapat dibuat. Drift biasanya muncul jika instrumen sudah kuno.
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 11
2.1 Karakteristik Pengukuran
Sensitivity Perbandingan (ratio) dari perubahan output terhadap perubahan input, pada kondisi tunak.
Resolution Nilai inkremen terkecil dari sebuah input atau output yang dapat dideteksi Jika inkremennya kecil Æ fine resolution besar Æ coarse resolution
Dead Zone Rentang terbesar dari varabel terukur yang tidak dapat direspon oleh instrumen, kadang-kadang disebut dead spot atau hysteresis. Dead zone biasanya terjadi pada instrumen penunjuk (indicating) atau pencatat (recording).
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 12
2.1 Karakteristik Pengukuran
Backlash Disebut juga mechanical hystersis: kehilangan gerak yang mungkin terjadi pada elemen mekanik (gear, linkage, atau peralatan transmisi mekanik lainnya) karena terputus hubungan (kait-nya tidak kuat).
True Value Nilai variabel terukur yang terbebas dari error True value = Instrument reading – Static error
Static Error Perbedaan numeris antara nilai sesungguhnya dengan nilai yang diukur oleh instrumen
Mistake Kesalahan yang disebabkan oleh manusia (ketidak-telitian membaca, penerapan instrumen yang kurang tepat, kesalahan komputasi) 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 13
2.1 Karakteristik Pengukuran
Systematic Error Kadang-kadang disebut bias; deviasi seragam dari titik titik pengukuran sebuah 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 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 14
2.1 Karakteristik Pengukuran
Random Error Error yang tidak diketahui penyebabnya. Error ini biasanya kecil, dan mungkin dapat ditangani secara matematis menurut hukum probabilitas.
Sources of Error 1. 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
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 15
2.1 Karakteristik Pengukuran
Karakteristik Dinamis 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, atau kapasitas elektrik. Pure Delay (keterlambatan) sering dijumpai ketika instrumen menunggu beberapa reaksi untuk menanggapi perubahan variabel terukur. Instrumen industri selalu digunakan untuk mengukur kuantitas yang berfluktuasi.
∴
kelakuan dinamik dari sebuah instrumen sangat penting untuk dipelajari (lebih penting d.p. kelakuan statik). Kelakuan dinamik dari intrumen dapat dipelajari dengan melakukan variasi var. terukur a.l. step change, linear change, sinusoidal change.
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 16
2.1 Karakteristik Pengukuran
Speed of Response Kecepatan instrumen dalam menanggapi perubahan variabel terukur.
Fidelity Tingkat kepercayaan instrumen dalam menanggapi perubahan variabel terukur tanpa error dinamik.
Lag Keterlambatan dalam menanggapi perubahan variabel terukur.
Dynamic Error Perbedaan antara nilai nyata yang bervariasi karena waktu dengan nilai yang ditunjukkan oleh instrumen
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 17
2.1 Karakteristik Pengukuran
Respon Dinamik Instrumen Order Nol Hubungan input dan output:
d n xo d n −1 xo dxo d m xi an n + an −1 n −1 + L + a1 + a0 xo = bm m dt dt dt dt d m−1 xi dxi + bm−1 m−1 + L + b1 + b0 xi dt dt Dimana: xo = output ; xi = intput ; t = time
…. (2.1.1)
a′s, b′s = parameter fisik (diasumsi konstan) Jika a′s, b′s = 0
a0 x0 = b0 xi x0 =
Ideal or perfect dynamic performance (no lag or no distortion)
K=
Order nol …. (2.1.2)
b0 xi = Kxi a0
b0 = static sensitivity a0
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
…. (2.1.3) …. (2.1.4) INDALPRO / 18
2.1 Karakteristik Pengukuran
Respon Dinamik Instrumen Order Satu Hubungan input dan output:
dxo a1 + a0 xo = b0 xi dt
b0 a1 dxo + xo = xi a0 a0 dt
…. (2.1.6)
dxo τ + xo = Kxi dt Transformasi Laplace: dimana: τ =
…. (2.1.5)
Order satu
xo K = xi τs + 1
a1 = time cons tan t a0 b0 K = = static sensitivity a0
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
…. (2.1.7)
…. (2.1.8)
…. (2.1.9)
INDALPRO / 19
2.1 Karakteristik Pengukuran
Respon Dinamik Instrumen Order Dua 2 d xo dxo Hubungan input dan output: a2 + a1 + a0 xo = b0 xi 2 dt dt
1 d 2 xo 2ζ dxo + + xo = Kxi 2 2 (ωn ) dt ωn dt xo Transformasi Laplace: = 2 s xi
ω
2 n
+
K 2ζ
ωn
s +1
…. (2.1.10)
Order dua …. (2.1.11)
K = 2 2 τ s + 2ζτs + 1
…. (2.1.12)
a0 dimana: ωn = = undamped natural frequency, [rad / time] …. (2.1.13) a2 a1 …. (2.1.14) ζ = = damping ratio a0 a2 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 20
2.2. Pengukuran Suhu
Gb. 2.2.1. Rentang/skala suhu. 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 21
2.2 Pengukuran Suhu
Beberapa Metode Pengukuran Suhu 1. Expansion Thermometer
2. Filled-System Thermometer
Expansion of solid Expansion of liquid Expansion of gas
Liquid-filled thermometer Vapor-pressure thermometer Mercury-filled thermometer
3. Electrical Temperature Instrument
4. Pyrometer
Resistance thermometer Thermocouple Thermistor
Radiation pyrometer Optical pyrometer
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 22
2.2 Pengukuran Suhu
Bimetallic Thermometer tetap
Tersedia: –103 s.d. 1004 oF atau –75 s.d. 540 oC
Gb. 2.2.2. Bimetallic Strips
Ekspansi elemen bimetallic (dua strip logam). Masing-masing strip logam mempunyai koefisien ekspansi termal berbeda. Ketika strip dipanaskan, seiring dengan naiknya suhu, keduanya berekspansi dengan panjang berbeda (Gb. 2.2.2). Jarak ekspansi proporsional terhadap pangkat dari panjang strip dan berbanding terbalik dengan tebal strip (logam). Pergerakan bimetallic digunakan menggerakkan pointer sehingga melintasi skala kalibrasi suhu. 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 23
2.2 Pengukuran Suhu
Gb. 2.2.5. Thermometer with spiral bimetallic element. Digunakan di rumah dan di kantor sebagai indikator suhu lingkungan. 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 24
2.2 Pengukuran Suhu
Gb. 2.2.4. Thermometer with helical bimetallic element 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 25
2.2 Pengukuran Suhu
Liquid in Glass Thermometer Salah satu alat ukur suhu yang paling sederhana, dan digunakan di laboratorium dan industri. Range: –18.4 s.d. 608 oF atau –120 s.d. 320 oC Alkohol : untuk suhu sangat rendah Merkuri : untuk suhu tinggi (merkuri membeku pada suhu –39 oC). Mudah pecah dan tidak mudah beradaptasi dengan perubahan suhu, sehingga penggunaannya di industri terbatas.
Gb. 2.2.5. Liquid in glass thermometer
Tidak digunakan, jika suhu berfluktuasi akan diukur dengan akurasi tinggi.
Termometer gelas berisi air raksa yang digunakan di industri: tangki terbuka berisi cairan, kettle, steam line,dan aliran fluida dalam pipa. 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 26
Liquid in Metal Thermometer
2.2 Pengukuran Suhu
Kelemahan termometer gelas diatasi dengan penggunaan termometer logam. Glass bulb diganti dengan steel bulb Merkuri digunakan sebagai cairan, karena tidak kelihatan, bourdon tube digunakan untuk mengukur perubahan volume cairan. Ketika suhu naik, volume merkuri dalam bulb mengembang, bourdon tube cenderung untuk lurus, sehingga dapat menggerakkan pointer.
Gb. 2.2.6. Liquid in metal thermometer 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 27
2.2 Pengukuran Suhu
Rentang suhu dari cairan yang digunakan dalam termometer logam: Cairan
Rentang suhu (oF)
Rentang suhu (oC)
Mercury
–3 s.d. +1200 –40 s.d. +750 –50 s.d. +300 +70 s.d. +195 –125 s.d. +500
–39 s.d. +650 –40 s.d. +400 –46 s.d. +150 +20 s.d. +90 –87 s.d. +260
Xylene Alcohol Ether Cairan organik lain
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 28
2.2 Pengukuran Suhu
Filled-system Thermometer
Jika bulb dipanaskan atau didinginkan, maka fluida didalamnya mengembang atau berkontraksi, sehingga bourdon tube bergerak. Perpindahan bourdon tube menggerakan pointer untuk membaca suhu. Cairan pengisi bulb: mercury, ethyl alcohol, xylene, toluene. Koefisien ekspasi xylene adalah 6 kali mercury.
Gb. 2.2.7. Filled-system thermometer 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 29
2.2 Pengukuran Suhu
Liquid-filled Thermometer Cairan pengisi bulb: mercury, ethyl alcohol, xylene, toluene. Koefisian ekspasi xylene adalah 6 kali koef ekspansi mercury, jadi memungkinkan perancangan bulb kecil. Kadang-kadang, air digunakan sebagai pengisi bulb Kriteria yang harus dipenuhi: 1. Tekanan sistem (di dalam bulb) harus lebih besar daripada tekanan uap cairan pengisi, untuk mencegah penguapan. 2. Cairan pengisi tidak boleh membeku mengganggu kalibrasi/pembacaan suhu.
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
supaya
tidak
INDALPRO / 30
2.2 Pengukuran Suhu
Vapor-pressure Thermometer Bulb sebagian berisi cairan, kapiler dan bourdon berisi gas. Cairan mendidih dan menghasilkan gas/uap yang mengisi kapiler dan bourdon. Cairan terus mendidih sampai mencapai tekanan uapnya. Di titik Pvap cairan berhenti mendidih, kecuali jika suhu naik. Saat suhu turun, sebagian uap mengembun, dan tekanan turun. Gb. 2.2.8. Vapor-pressure thermometer 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
Karena perubahan tekanan ini, bourdon menggerakkan pointer yang dapat mengindikasikan suhu. INDALPRO / 31
2.2 Pengukuran Suhu
Rentang suhu cairan yang digunakan dalam vapor-pressure thermometer Cairan Argon
Suhu kritis – 122 oC
Titik didih
Rentang suhu yang tersedia
– 185.7 oC Untuk mengukur suhu sangat rendah (sampai – 253 oC)
Methyl chloride
143 oC
Sulphur dioxide
157 oC
– 10 oC 30 s.d. 120 oC
Ethyl-alcohol
243 oC
78.5 oC 200 s.d. 350 oF
Toluene
321 oC
110.5 oC 150 s.d. 250 oC
Ethyl-chloride
187 oC
12.2 oC 30 s.d. 100 oC
Bulane (n)
154 oC
– 0.6 oC 60 s.d. 130 oF (20 s.d. 80 oC)
Methyl bromide
----
– 23.7 oC 30 s.d. 130 oF (0 s.d. 50 oC)
4.6 oC 80 s.d. 180 oF
Di-ethyl ether
194 oC
34.5 oC 130 s.d. 300 oF (60 s.d. 160 oC)
Water
375 oC
100 oC 120 s.d. 220 oC
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 32
2.2 Pengukuran Suhu
Mercury-filled Thermometer Similar dengan liquid-filled thermometer, keduanya dipisahkan karena karakteristik mercury yang unik dan kepentingannya dalam pengukuran suhu medium. Karakteristik Mercury : • mendukung operasi elemen pengendalian • akurasi cukup tinggi • respon cepat
Gb. 2.2.9. Types of thermometer bulbs 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
• Rentang tekanan tinggi: 400 s.d. 1200 psig
INDALPRO / 33
2.2 Pengukuran Suhu
Perbandingan beberapa fluida pengisi pada filled-system thermometer
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 34
2.2 Pengukuran Suhu
Electrical Temperature Instruments Resistance Thermometer Karena tahanan logam tertentu berubah dengan berubahnya suhu, sifat ini digunakan untuk mengukur suhu. Jika T ↑ maka R ↑ (vice versa). Elemen tahanan biasanya panjang (dibentuk spiral), diselubungi dengan porselin untuk mencegah hubungan singkat antara wire dan metal sheath. Jenis-jenis logam: platinum, copper, dan nickel.
Gb. 2.2.10. Resistance thermometer 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 35
2.2 Pengukuran Suhu
Karakteristik beberapa RTD
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 36
2.2 Pengukuran Suhu
Thermocouple Prinsip kerja thermocouple tergantung dari pengaruh thermoelectric.
Gb. 2.2.11. Thermocouple
Jika salah satu junction dipanaskan, arus mengalir dalam circuit dan dideteksi oleh galvanometer.
Jumlah arus yang dihasilkan tergantung dari perbedaan suhu antara dua junction 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). 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 37
2.2 Pengukuran Suhu
Penerapan thermocouple
Gb. 2.2.12. Penerapan thermocouple
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 38
2.2 Pengukuran Suhu
Gb. 2.2.13. EMF chart for various thermocouples with free end at 0 oC 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 39
2.2 Pengukuran Suhu
Radiation Pyrometer Pyrometry adalah salah satu teknik pengukuran suhu tanpa kontak fisik, tetapi suhu fluida dideteksi dengan mengukur radiasi elektromagnetik.
Gb. 2.2.14. Radiation pyrometer
Dalam pyrometer radiasi, sebuah bodi hitam digunakan untuk menyerap panas.
Lensa digunakan untuk menyatukan (focus) energi radiasi dari bodi. Radiasi energi diterima oleh detector (thermocouple, thermophile), dan diteruskan ke recorder, sehingga suhu fluida dapat dibaca. Pryrometer dapat mengukur suhu tinggi (>1400 oC)
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 40
Optical Pyrometer
Gb. 2.2.15. Industrial optical pyrometer
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 41
2.3. Pengukuran Tekanan
Pressure
Definisi: P =
F A
…. (2.3.1)
Total or Absolute Pressure (Psia) Barometric Pressure
Gauge Pressure
Atmospheric Reference (Standard Atmospheric Pressure = 760 mm Hg = 29.921 in Hg
Vacuum Absolute Pressure
= 14.696 psia)
Absolute Reference
Gb. 2.3.1. Hubungan antara tekanan absolut, gauge, dan barometrik.
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 42
2.3 Pengukuran Tekanan
Beberapa Metode Pengukuran Tekanan
1. Manometer method (paling sederhana) 2. Elastic Pressure Transducers
U-tube manometer Well-type manometer Barometer Micromanometer C-type bourdon tube pressure gauge Diaphragm pressure transducer Bellows
3. Pressure measurement by measuring vacuum 4. Force-Balance Pressure Gauge 5. Electrical pressure Transducer
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 43
2.3 Pengukuran Tekanan
U-tube manometer
Gb. 2.3.2. U-tube manometer
(P − P ) = (ρ − ρ )(h − h )g P = (ρ − ρ )gh 1
2
1
l
2
…. (2.3.2)
l
Dimana:
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
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 44
2.3 Pengukuran Tekanan
Well-type manometer Banyak digunakan karena pengukurannya lebih mudah: pembacaan hanya pada salah satu leher tube. Akurasi tinggi dapat tercapai jika zero-level pada well diset pada zero-level pada skala sebelum pembacaan dilakukan
Gb. 2.3.3. Well-type manometer 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 45
2.3 Pengukuran Tekanan
Barometer Alat ukur tekanan absolute dengan rentang tekanan dari zero absolute sampai atmospheric pressure. Biasanya dinyatakan dalam mm Hg.
Gb. 2.3.4. Barometer
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 46
2.3 Pengukuran Tekanan
Elastic Pressure Transducer Menggunakan elemen sensor elastis: Bourdon tube, bellows, dan diaphragm. C-type bourdon tube pressure gauge
Gb. 2.3.5. C-type bourdon tube pressure gauge 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 47
2.3 Pengukuran Tekanan
Diaphragm Pressure Transducer Digunakan secara luas untuk tekanan gauge; dan dapat mendeteksi tekanan rendah: 0 – 4 mm.
(b) Slack Diaphragm Gauge (a) Metallic Diaphragm
Gb. 2.3.6. Diaphragm pressure transducer
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 48
2.3 Pengukuran Tekanan
Bellows 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.
Gb. 2.3.7. Bellows pressure element 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
Gb.2.3.8. Differential Bellows Gauge INDALPRO / 49
2.4. Pengukuran Level ¾ Merupakan salah satu pengukuran tertua ¾ Penting dalam proses industri Æ berpengaruh terhadap tekanan dan laju alir masuk dan keluar tangki. Metode Pengukuran: Sight Glass
Langsung: Float-type
Sight glass for an open tank High pressure sight glass Float-operated liquid level indicator Hydraulic transmission system Press. Gauge method
Hydrostatic pressure type
Tak-langsung:
Air bellows Air purge system
Electrical method 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
Capacitance level indicator Radiation level detector INDALPRO / 50
2.4 Pengukuran Level
Sight Glass
Gb. 2.4.1. Sight glass for an open tank
Disebut juga gauge glass; digunakan untuk pengukuran level cairan dalam tangki secara kontinyu. Ketika level cairan dalam tangki bergerak naik atau turun, level cairan dalam sight glass juga bergerak naik dan turun, shg level dapat dibaca pada skala. Cairan dalam sight glass boleh tidak sama dengan cairan dalam tangki. 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 51
2.4 Pengukuran Level
Sight Glass (lanjutan) Batasan: Panjang glass ≤ 900 mm. Jika lebih; 2 atau lebih sight glass harus disediakan untuk level yang berbeda.
Gb. 2.4.2. High pressure sight glass
Mampu menahan tekanan: 350 psi (steam 252 oC) 1000 psi (cairan)
Untuk tekanan tinggi, sight glass harus dihubungkan dgn tangki pada bagian atas dan bawah (Gb. 2.4.2). Jika tidak perbedaan tekanan antara tangki dan sight glass akan menyebabkan kesalahan pembacaan. Valve dipasang untuk mencegah pecahnya glass. 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 52
2.4 Pengukuran Level
Sight Glass (lanjutan) Kelebihan: 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.
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 53
2.4 Pengukuran Level
Float-Type Level Indicator Pergerakan float ditransmisikan melalui stainless steel atau phosphor bronze flexible cable ke pointer , dan pointer menunjukkan ketinggian cairan dalam tangki. Standard Liquid Level: ½ ft – 60 ft (0,15 – 1,52 m)
Gb. 2.4.3. Float-operated liquid level indicator
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 54
2.4 Pengukuran Level
Float-Type Level Indicator Level cairan dapat ditransmisikan ke suatu tempat dengan sistem transmisi hidrolik Empat elemen bellow terhubungkan satu sama lain melalui pipa berisi minyak: 2 di receiver (A & B) Gb. 2.4.4. Hydraulic Transmission System for Level Indication
2 di transmitter (C & D)
Float naik: A mengembang dan B tertekan, minyak di pipa mengalir dari B ke C, dan D ke A, pointer bergerak ke kanan; Bagaimana jika sebaliknya? Transmisi Level : sampai 250 ft (6,35 m) 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 55
2.4 Pengukuran Level
Float-Type Level Indicator (lanjutan) Kelebihan: 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.
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 56
2.4 Pengukuran Level
Pressure Gauge Method • Metode paling sederhana untuk pengukuran level tangki terbuka • Tekanan hidrostatik:
P = ρ h Sg
…. (2.4.1)
• Level cairan: Gb. 2.4.5. Open Tank Pressure Indicator Dimana: P = tekanan: psi atau N/m2 ρ = densitas air Sg= specific gravity h = tinggi cairan Pext = tekanan cairan eksternal (tangki tertutup) 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
P h= ρ Sg
…. (2.4.2)
• Jika tangki tertutup:
P = ρ h S g + Pext
…. (2.4.3)
INDALPRO / 57
2.4 Pengukuran Level
Air Bellows Ketika instrumen tidak dapat diletakkan di datum tertentu, dipilih air bellows Bellows element dihubungkan dengan press indicator menggunakan pipa.
Gb. 2.4.6. Flexible air bellows
Ketika tangki kosong, udara tidak tertekan dan menunjukkan tekanan nol.
Saat tangki terisi cairan, udara dalam bellows tertekan, dan pointer bergerak menunjukkan tekanan cairan dalam tangki. Tekanan ini dikalibrasikan menjadi tinggi cairan (level).
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 58
2.4 Pengukuran Level
Air Bellows
• Aplikasi Industri. • Liq seal digunakan untuk pengukuran level cairan yang korosif atau viscous.
Gb. 2.4.7. A closed box air bellows connected to the pressure fluid tank 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 59
2.4 Pengukuran Level
Air Purge System • Bubbler tube • Cocok untuk semua cairan
Gb. 2.4.8. Air purge system
• Jika tangki kosong, udara keluar dari tube, dan tidak ada tekanan balik sehingga tekanan nol.
• Jika tinggi cairan bertambah, aliran udara terhambat oleh ketinggian cairan tsb, menghasilkan tekanan balik yang menyebabkan pointer bergerak. • Pergerakan pointer dikalibrasikan menjadi besaran tinggi cairan. 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 60
2.4 Pengukuran Level
Capacitance Level Indicator • Parallel plate capacitor:
C=K
A D
…. (2.4.4)
Dimana: C = capacitance: farad K = konstanta dielektrik A = luas plate, m2 Gb. 2.4.9. Capacitance level indicator
h = jarak dua plate: m
• Jika tinggi cairan naik: capacitance naik, begitu juga sebaliknya. • Naik turunnya capacitance dikalibrasikan ke dalam term level cairan
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 61
2.4 Pengukuran Level
Capacitance Level Indicator 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. 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 62
2.4 Pengukuran Level
Radiation Level Detector Gamma ray
• Digunakan ketika, metode elektrik yang lain tidak memungkinkan • Tidak memerlukan kontak dengan cairan yang diukur. • Jika tangki kosong: γray menembus dua dinding tangki dan udara dalam tangki.
Gb. 2.4.10. Radiation type level indicator • Jika tangki berisi cairan: cairan dalam tangki mengurangi radiasi γray . Besarnya radiasi berbanding terbalik dengan volume cairan dalam tangki.
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 63
2.4 Pengukuran Level
Radiation Level Detector Kelebihan: 1. Tidak ada kontak fisik dengan cairan. 2. Cocok untuk cairan: korosif, abrasif, viscous, adherent 3. 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
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 64
2.5. Pengukuran Laju aliran ¾ Merupakan pengukuran tertua di bidang Instrumentasi ¾ Menentukan jumlah material yang masuk atau keluar proses. ¾ Metode pengukuran laju aliran: 1. Inferential type flowmeter
Akan dibahas
2. Quantity flowmeter 3. Mass flowmeter Variable head or differential meter Inferential type flowmeters
Variable area meter Turbine meter Thermal meter
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 65
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Variable Head or Differential Meter Salah satu metode tertua dan sering digunakan di industri Dari teori Bernoulli: Laju volumetrik
⎡ 2( p1 − p2 ) ⎤ q = cd . A2 ⎢ 4 ⎥ − ρ 1 β ⎣ ⎦
(
)
1 2
…. (2.5.1)
Gb. 2.5.1. Differential Pressure Flowmeter
Laju alir massa
m = C A2 2( p1 − p2 )ρ …. (2.5.2) 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 66
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Dimana: q = laju alir volumetrik m = laju alir massa A = Luas penampang orifice h = differential head (pressure) melewati tahanan dalam pipa
C=
cd 1− β
4
= cons tan t
cd = discharge coefficient
d (diameter of restriction element ) β = diameter ratio = D(inside diameter of the pipe ) 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 67
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Gb. 2.5.2. Orifice Plates
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 68
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Gb. 2.5.3. Venturi tubes: (a) Classic ; (b) Eccentric ; (c) Rectangular 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 69
A copper aspirator. The water inlet and outlet are at the top and bottom, respectively; the air inlet is on the side.
This is a Venturi tube demonstration apparatus built out of PVC pipe and operated with a vacuum pump
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 70
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Variable Area Flowmeter
Gb. 2.5.4. Rotameter 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 71
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Turbine Flowmeter Aplikasi: + Militer + Sistem pencampuran (industri petroleum) + Aerospace and airborne Gb. 2.5.5. Turbine Flowmeter
+ Cryogenic (liq. O2 and N2)
Cocok untuk pengukuran cairan dan gas dengan laju alir sangat rendah. Akurasi: ±1/4 s.d. ±1/2
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 72
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Liquid Measuring Devices: Liquid/Gas Ultrasonic Flow Meter
Liquid Turbine Flow Meter
Orifice Plates
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 73
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Gas Measuring Devices
Orifice plate flowmeter
Gas Turbine Flowmeter Flow Nozzles
Orifice plate holder Mini Gas turbine flowmeter 2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
Venturi tubes
INDALPRO / 74
2.5 Pengukuran Laju Aliran
Thermal Flowmeter Sangat populer untuk pengukuran aliran gas tidak tunak. Ada 2 : heat transfer flowmeter dan hot-wire flowmeter.
Q = WCP (T2 − T1 )
…. (2.5.3)
Q W= CP (T2 − T1 )
…. (2.5.4)
Dimana: Q = perpindahan panas
Gb. 2.5.6. Heat transfer flowmeter
W = laju alir massa fluida CP = Kapasitas panas fluida T1 = suhu fluida sebelum dipanaskan T2 = suhu fluida setelah dipanaskan
2 - DASAR-DASAR INSTRUMENTASI PROSES – DR. ENG. Y. D. HERMAWAN
INDALPRO / 75
Lihat lebih banyak...
Comentários
