instrumentasi dan kontrol ktinggian.doc

BAB II

ALAT UKUR TINGGI PERMUKAAN CAIRAN (LEVEL)

2.1. Umum

Alat-alat instrumentasi yang dipergunakan untuk mengukur dan menunjukkan

besarnya tinggi permukaan cairan digunakan diferensial transmitter elektrik yang

dilengkapai dengan instrumentasi lain seperti control valve, pressure gauge, pompa

recorder controller dan tangki.

Tujuan pengukuran tinggi permukaan cairan pada proses adalah untuk :

1. Mencegah kerusakan equipment dan kerugian akibat cairan bahan untuk proses

industri terbuang.

2. Pengontrolan jalannya proses.

3. Mendapatkan spesifikasi yang diinginkan seperti pada Evaporator-evaporator

hydrocarbon.

2.2. Terminologi Pengukuran

Terminologi yang umum digunakan dalam teknik instrumentasi dan control :

1. Proses variabel .

Besaran fisis atau kimia atau suatu keadaan yang dapat berupa suhu, aliran,

tekanan, cahaya, Ph dan sebagainya, yang berubah terhadap waktu.

2. Variabel control

Besaran atau keadaan yang diukur dan diatur oleh peralatan automatic controller.

Universitas Sumatera Utara

3. Control agent (Medium)

Bahan atau energy yang terdapat didalam proses yang mempengaruhi harga dari

variabel kontrol dan alirannya diatur oleh final kontrol elemen.

4. Measuring elemen

Elemen-elemen yang ikut serta dalam pengukuran perubahan dari variabel

kontrol.

5. Primary control element

Bagian dari control yang menyebabkan pergerakkan atau variasi dari besaran

yang diukur untuk menjalankan sistem kontrol.

6. Final control element

Bagian dari sistem kontrol misalnya katub membran, lever motor atau electrical

beater, yang mengerjakan langsung suatu alat control.

7. Automatic controller

Suatu mekanisme yang mengukur harga-harga dari suatu besaran atau keadan

dan bekerja mempertahankannya didalam batas-batas yang tertentu.

8. Set point

Harga dari variabel kontrol yang ingin dicapai dan dipertahankan. Suatu control

biasanya diperlengkapi dengan satu jarum penunjuk untuk titik penentuan (set

point) dan peralatan untuk di set.

9. Control Point

Harga rata-rata dari variabel kontrol yang dipertahankan control pada keadaan

beban konstan.


10.Respone kontrol

Operasi yang terjadi oleh control sebagai akibat dari perubahan pada variable

kontrol.

11. On-Off Respone

Suatu control respont dimana final control elemen berubah dengan cepat dari

suatu nilai ekstrim ke nilai ekstrim secara periodik sebagai akibat dari perubaha

variable kontrol.

12. Direct Acting Controller

Suatu controller yang memperbesar tekanan udara bagi control unit jika terjadi

kenaikan pada harga variabel kontrol.

13. Referse Akting Controller

Suatu controller yang memperkecil tekanan udara control unit jika terjadi

kenaikan pada harga variabel kontrol.

14. Adjusment sensitivity atau proportional response

Suatu response dari controller yang sebanding dengan perubahan dari variable

kontrol.

15. Throttling Range atau Propotional Band

Batas dari harga maxsimum dan minimum dari perubahan variabel control

untuk membuat pergerakan/operasi dari control elemen yang terahir dari batas

maxsimum ke batas minimum.

16. Sensitivity

Suatu unit dari propotional response yang dinyatakan dalam satuan tertentu.

Untuk alat yang bekerja dengan tekanan sensitivity dapat dinyatakan dengan p.


a. i./inchi. Sensitivity dapat didefinisikan sebagai perbandingan perubahan dari

controller output dengan perpindahan jarum penunjuk yang diukur dari set

point.

17. Offset

Perbedaan antara yang diinginkan (Set point) dengan besaran yang terjadi

sebagai output (control point) dari sebuah propotional controller.

18. Load Change (Perubahan beban)

Suatu perubahan didalam keadaan-keadaan proses yang membutuhkan suatu

perubahan posisi dari control element yang terahir untuk menjaga harga yang

diinginkan bagi control point.

19. Synchronization

Proses untuk menyetel Controller Output melalui posisi dari control element

yang terahir sedemikian rupa hingga control point yang diinginkan dijaga pada

suatu posisi yang tetap dengan set point.

20. Reset rate

Satuan pengukuran untuk menyatakan reset response. Perbandingan antara

kecepatan perubahan dari control element yang terahir sesuai dengan reset

response dan juga terhadap propotional response yang mengikuti suatu keadaan

perubahan dari alat ukur.

Reset rate biasanya dinyatakan dalam cycle per menit.

21. Error

Adalah selisih antara nilai set-point dikurang dengan nilai measured variable.


Error bisa negatif bisa juga positif. Bila set-point lebih besar dari measured

variabel error akan menjadi positif. Sebaliknya bila set-point lebih kecil dari

measured variabel error menjadi negatif.

22. Span

Adalah nilai pengukuran dari transduser atau sensor, contoh : Span dari

transduser 0 100, maka zero adalah 0 dan range adalah 100. Jika rangenya

adalah 50 150 .

23. Transmitter

Adalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element, dan

mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller.

24. Transducer

Adalah unit pengalih sinyal. Kata transmitter seringkali dirancuhkan dengan

transducer. Transducer lebih bersifat umum sedangkan transmitter lebih khusus

pada pemakaiannya dalam sistem pengukuran.

2.3. Metoda Pengukuran Tinggi Permukaan Cairan (Level).

Pengukuran permukaan, volume, berat cairan pada bahan kering dalam bejana

atau tabung sering kali dijumpai. Pengukuran yang teliti seringkali sulit dicapai.

Luasnya variasi karat dan sifat cair dan besarnya ukuran bejana penyimpanan yang

diperlukan untuk pengukuran isi di dalam fraksi satu liter adalah halangan yang harus

diatasi. Metode umum yang digunakan untuk melaksanakan pengukuran ini termasuk

teknik langsung dan tidak langsung.


Pengukuran langsung tinggi permukaan cairan dapat dilihat dari penggunaan

gelas penglihat atau gelas ukur biasa dalam bejana dianggap merupakan metode yang

paling sederhana untuk mengukur tinggi permukaan cairan. Metode ini sangat efektif

digunakan dalam pengukuran langsung.

Metoda yang digunakan secara luas untuk langsung mengukur permukaan

adalah pelampung sederhana, yang dapat dihubungkan dengan transduser gerakan

sesuai untuk menghasilkan sinyal listrik yang sebanding dengan permukaan cairan.

Beberapa metode tidak langsung meliputi pengukuran (permukaan), tekanan,

pengukuran kerapatan (densitas), pengukuran tinggi permukaan dengan pemberat,

dan lain-lain.

Pada pabrik kimia, banyak tangki dan tabung dipakai untuk menyimpan bahan baku

dan produk berupa cairan. Penyimpanan perlu diketahui volume dan inventarisnya.

Proses fluida dalam fase cair terus-menerus ditampung atau dialirkan ke tangki atau

tabung penyimpanan.

Permukaan cairan dalam tangki harus dibuat setabil agar operasi dalam pabrik dapat

setabil. Banyaknya cairan yang terdapat dalam tangki dapat diketahui dengan

mendeteksi tinggi dari permukaan cairan dalam tangki proses. Permukaan cairan

dibuat tetap dengan mengendalikan laju arus cairan yang dilakukan dari dasar tangki

menggunakan control valve. Rangkaian kendali permukaan cairan terdiri atas

detektor, controller, converter dan control valve.


Metoda pengukuran tinggi permukaan cairan ada dua yaitu :

1.Pengukuran dilihat langsunng.

Tinggi permukaan cairan dapat dilihat langsung dan diduga kedalamannya

dan ditunjukkan dalam satuan pengukuran panjang (meter).

Dengan diketahuinya tinggi permukaan cairan maka volume dari cairan yang

diukur dapat dicari bila dikehendaki.

2.Metoda mekanik.

Gaya pada cairan menghasilkan gerak mekanik. Pergerakan mekanik ini

kemudian dikalibrasi kedalam bentuk skala angka-angka.

TINGGI CAIRAN

DILIHAT LANGSUNG

Gambar 2.1. Metoda dilihat langsung


GAYA PADA CAIRAN

GERAK MEKANIK

KALIBRASI

Gambar 2.2. Metoda mekanik

2.4.Jenis-jenis Alat Ukur Tinggi Permukaan Cairan.

Dalam mengukur tinggi permukaan cairan dalam suatu tangki pemrosesan

maupun dalam tangki penimbunan dipergunakan alat ukur tinggi permukaan cairan

yang sesuai dengan bentuk penggunaannya.

Alat ukur permukaan cairan terdiri dari beberapa jenis diantaranya :

1. Mistar Ukur

Suatu batang dengan skala yang telah dikalibrasi dicelupkan secara vertikal

dari atas ke dalam cairan yang akan diukur, atau dimasukkan sampai terjadi

sentuhan antara permukaan cairan dan ujung mistar ukur. Ketinggian permukaan

pada hal pertama dibaca pada batas pembasahan mistar, pada hal kedua pada

suatu titik acuan tertentu (misalnya pinggiran wadah).

Nilai ukur tergantung pada besar dan bentuk wadah. Mistar ukur hanya boleh

digunakan untuk wadah yang sebelumnya dipakai untuk mengkalibrasi mistar

yang bersangkutan. Apabila digunakan mistar ukur yang salah atau cara


pencelupan yang tidak betul (misalnya miring), nilai ukur akan menjadi salah

pula.

Mistar ukur merupakan alat ukur yang paling sederhana untuk cairan dalam

wadah terbuka yang tidak terlalu tinggi. Tidak cocok untuk pengukuran yang

harus dilakukan seringkali dan menuntut ketelitian tinggi. Juga tidak cocok untuk

pengukuran dalam bejana bertekanan atau vakum atau berisi cairan berbusa.

2. Gelas Penduga (Level glass)

Gelas penduga dapat menunjukkan tinggi permukaan cairan dalam suatu bejana

atau container secara langsung. Prinsip yang dipergunakan pada gelas penduga

adalah prinsip bejana berhubungan.

Gelas penduga (Level glass) terdiri dari dua jenis yaitu :

-Gelas penduga ujung terbuka

-Gelas penduga ujung tertutup

Gambar 2.3. Gelas penduga ujung terbuka


Gambar 2.3. menunjukkan skematik dari sebuah bejana dan gelas penduga ujung

terbuka. Pemasangan dari gelas penduga ini sangat sederhana. Pada bejana

disediakan suatu pipa pengambilan dimana gelas penduga ditempatkan. Seal

(Packing) disediakan agar sambungan jangan sampai bocor. Klem juga

disediakan agar gelas menduga tetap pada posisinya. Sebagian cairan dalam

bejana, akan mengalir kedalam Gelas penduga. Tinggi permukaan cairan pada

Gelas penduga dan bejana biasanya sama, karena bejana dan Gelas penduga

adalah merupakan dua bejana berhubungan. Gelas penduga ujung terbuka

dipergunakan pada tangki-tangki tidak bertekanan yang tingginya tidak melebihi

1,5 meter, seperti tangki-tangki penampung minyak diesel motor bakar dan lain-

lain.

Gambar. 2.4. Gelas penduga ujung tertutup.

Gambar 2.4. menunjukkan gelas penduga ujung tertutup dengan bejana

bertekanan tinggi. Bahwa kedua ujung gelas penduga dihubungkan dengan

bejana. Ujung bagian bawah tersambung dengan bagian bejana berisi uap


(kosong). Level glass yang dipergunakan untuk cairan yang bertekanan tinggi

harus diberi pelindung kaca tahan banting dan harus dilengkapi dengan

kerangan-kerangan isolasi yang memungkinkan level glass dilepas dari sistem

sewaktu perbaikan atau pembersihan.

Level glass yang dipergunakan untuk cairan dengan temperature yang tinggi

harus dilengkapi dengan saluran buangan. Saluran ini berfunngsi untuk

mencegah thermal shock yang dapat memecahkan level glass sewaktu

menjalankan kembali sesudah perbaikan. Level glass juga sering diperlengkapi

dengan lampu penerang untuk mempermudah pemeriksaan terutama pada malam

hari.

3. Pemberat dan Pita.

Gambar 2.5 Pemberat dan Pita

Cara termudah untuk mengukur tinggi permukaan cairan dalam tangki-tangki ialah

dengan menggunakan sebuah pipa pengukur yang diberi bobot pemberat. Bobotnya

diturunkan kedalam tangki dan tinggi permukaan cairan dilihat langsung pada pita


pengukuran (pita ini telah diberi skala). Sistem pengukuran seperti ini sering

dilakukan pada tangki-tangki yang mengandung cairan yang bisa melengket dan

memberikan bekas warna pada pengukuran Crude oil, Condensate Hydrocarbon dan

lain-lain. Disamping itu pada tangki harus disediakan lubang agar bobot dapat masuk

dan diturunkan.

4. Alat Ukur Dengan Penggeser.

Disebut Displacer adalah karena pada prinsipnya nilai gerak apung yang

dihasilkan oleh displacer didesain untuk menggantikan (displacement ) nilai volume

cairan yang menghasilkan gerak apung tersebut.

Prinsip ini dapat dibuktikan seperti pada gambar 2.6

Gambar 2.6. Penggeser.


Gambar 2.6, menunjukkan sebuah penggeser didalam silinder kosong, digantung

pada sebuah dacing (timbangan).

Penunjuk pada timbangan menunjuk 3 Ib.

Pada gambar B, air setinggi 7 inchi pada silinder mengurangi berat penggesser

sebesar 1 Ib dan pada gambar C, air setinggi 14 inchi menggantikan (mengurangi)

berat dari penggeser sebesar 2 Ib sehingga berat dari penggeser kini hanya sebesar 1

Ib. Padahal penggesernya tidak diapa-apakan.

Ada 3 hal yang penting untuk diperhatikan pada kejadian ini yaitu :

1. Penggeser tidak akan terapung diatas cairan, melainkan sebagian akan terbenam,

karena penggeser itu sendiri mempunya berat tertentu dan terikat pada gantungan

(support arm).

2. Naiknya tinggi permukaan cairan akan membuat penggeser naik, karena adanya

gaya apung yang lebih besar dari cairan. Akan tetapi pergerakan dari penggeser

hanya kecil sekali dibandingkan dengan naiknya tinggi permukaan cairan.

3. Perubahan pada kedudukan penggeser akan mengakibatkan perubahan pada

kedudukan penunjuk dari timbangan.


Gambar 2.7. Penggeser dengan Meteran

Gambar 2.7. menunjukkan disain dari penggeser dengan meteran penunjuk.

Perhatikan bahwa tabung pemuntir dipergunakan langsung untuk menggerakan

penunjuk (pointer). Penggeser selalu dihubungkan dengan transmitter sinyal. Output

dari transmitter kemudian dikirimkan ke meteran penunjuk. Output ini bisa berupa

sinyal pneumatic maupun sinyal listrik.

Prinsip kerja dari alat ukur dengan penggeser pada umumnya dapat dikatakan sebagai

berikut :

1. Perubahan pada tinggi permukaan cairan yang diukur akan mengakibatkan

perubahan pada gaya apung dari cairan tersebut. Ini akan membuat penggeser

bergerak turun atau naik.

2. Pergerakan penggeser akan menghasilkan gerak memuntir pada tabung pemuntir.


3. Pergerakan pada tabung pemuntir kemudian dipergunakan untuk menghasilkan

sinyal pneumatic atau listrik. Kemudian sinyal ini dikirimkan kemeteran

penunjuk. Meteran penunjuk dapat berupa meteran dengan Tabung Bourdon.

5. Alat Ukur Tinggi Permukaan Cairan Dengan Beda Tekanan.

Diafragma dan pengembus seperti yang dibicarakan pada alat-alat ukur

tekanan dapat dipergunakan untuk mengukur tinggi permukaan cairan Akan tetapi,

sama halnya dengan Penggeser maka diafragma dan pengembus selalu dihubungkan

dengan transmitter, baik pneumatik atau listrik. Kemudian, tekanan sinyal pneumatik

atau tegangan listrik ini diturunkan ke meteran penunjuk yang telah dikalibrasi

sebelumnya.

Gambar 2.8. Pengembus untuk Transmitter Tinggi Permukaan Cairan.


Gambar 2.8. menunjukkan skematik dari pengembus yang dipergunakan dalam

pengukuran tekanan. Pengembusan seperti ini juga dapat dipergunakan untuk

pengukur Tinggi Permukaan Cairan.

6. Alat ukur dengan sistem gelembung.

Gambar 2.9. Sistem Gelembung.

Gambar 2.9. menunjukkan skematik dari alat ukur tinggi permukaan cairan dengan

sistem gelembung. Meteran penunjuk untuk alat ukur ini umumnya adalah pressur

gage dengan tabung bourdon yang telah dikalibrasi sebelumnya kedalam bentuk skala

proses. Alat ukur Tinggi Permukaan Cairan dengan sistem gelembung dipergunakan

pada tangki-tangki air, tidak bertekanan (tekanan statis). Sistem gelembung

memerlukan catu udara bertekanan yang kontinu. Biasanya tekanan udara ini

maxsimum 50 psi. Udara ini dimasukkan kedalam tabung yang terbenam (tegak) pada

cairan yang akan diukur. Semakin tinggi permukaan cairan yang akan diukur semakin

besar tekanan udara yang dibutuhkan untuk dapat mengatasi tekanan statis yang


diberikan cairan. Dengan demikian, tinggi permukaan cairan dapat diukur melalui

besaran tekanan udara yang dibutuhkan.

2.5.Jenis lain dari alat ukur tinggi permukaan cairan.

1.Meteran tangki penyimpanan (storage tank gages)

Gambar 2.10. Meteran tangki penyimpanan.

Gambar 2.10. menunjukkan skematik dari meteran tangki penyimpanan. Alat ini

terdiri dari pelampung dan pita baja. Bila tinggi permukaan cairan naik maka

pelampungpun turut naik. Angka yang ditunjuk oleh ujung pita baja menunjukkan

tinggi permukaan cairan yang diukur. Angka ini biasanya dalam satuan panjang, akan

tetapi dapat diperhitungkan menjadi satuan isi. Meteran tangki penyimpanan seperti

ini sering disebut seperti ini sering disebut dengan nama pelampung dan pita (float

and tape) dan dipergunakan dalam pengukuran cairan pada tangki penimbunan yang

tidak bertekanan.


2.Kotak diafragma

Gambar 2.11. Kotak diafragma

Gambar 2.11. menunjukkan skematik dari alat ukur tinggi permukaan cairan yang

disebut kotak diafragma. Alat ini terdiri dari meteran penunjuk, pipa dan diafragma

dan sistem ini diisi udara bertekanan setara dengan tekanan atmosfir. Meteran

penunjuk, biasanya adalah jenis Presure gage dengan tabung bourdon yang dikalibrasi

kedalam bentuk skala proses. Bila tinggi permukaan cairan naik maka tekanan dalam

sistem pengukuran akan naik. Ujung pipa pada kotak dibuat bengkok 90 supaya

saluran pengukuran jangan tersumbat oleh diafragma.


Documents

instrumentasi dan kontrol ktinggian.doc