Laporan Instrumentasi Dan Pengendalian Tekanan

(1)

LEMBAR TUGAS

Judul Praktikum : Instrumentasi dan Pengendalian Tekanan Laboratorium : Komputasi dan Pengendalian Proses Jurusan / Prodi : Teknik Kimia / Migas

Kelas / Semester : 2A / IV ( Empat ) Anggota Kelompok : 1. Mirlia

2. Taufiqurrahman 3. Teuku Tarich Akbar

4. Teuku Muhammad Chalil Azmy 5. Hilya Adnan

Buket Rata, 16 Maret 2015

Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing,

Ir. Syafruddin. MSi Ir. Helmi. MT

NIP : 196508191998021001 NIP : 196209211993031001

(2)

Judul Praktikum : Instrumentasi dan Pengendalian Tekanan Laboratorium : Komputasi dan Pengendalian Proses Jurusan / Prodi : Teknik Kimia / Migas

Kelas / Semester : 2A / IV ( Empat ) Anggota Kelompok : 1. Mirlia

2. Taufiqurrahman 3. Teuku Tarich Akbar

4. Teuku Muhammad Chalil Azmy 5. Hilya Adnan

Nama Dosen Pembimbing : Ir. Helmi, MT

NIP : 196209211993031001

Ka Laboratorium : Ir. Syafruddin. MSi

NIP : 196508191998021001

Tanggal Pengesahan :

Buket Rata, 16 Maret 2015

Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing

Ir. Syafruddin. MSi Ir. Helmi. MT

NIP :196508191998021001 NIP :196209211993031001 BAB I

(3)

1.1. Tujuan Percobaan

1.1.1 Tujuan Percobaan Instrumentasi

Setelah melakukan praktikum ini, mahasiswa diharapkan dapat :  Mengenal instrumentasi pengukuran tekanan

 Dapat dan mampu menggunakan instrument pengukuran tekanan  Mampu mengkalibrasi alat ukur tekanan

 Membuktikan rumus konversi tekanan

 Menentukan linearitas alat ukur tekanan vs waktu  Menentukan responsibilitas alat ukur tekanan 1.1.2 Tujuan Percobaan Pengendalian

Dapat memperagakan karakteristik proporsional dalam pengendalian proses dan tanggapan terhadap pengubahan titik pengeseran atau gangguan dalam proses.

1.2. Alat dan Bahan

1.2.1 Alat dan Bahan Instrumentasi  Manometer U

 Barometer  Selang  Pisau

 Lakban/ selotip putih  Peniti/ jarum

1.2.2 Alat dan Bahan Pengendalian  PCT-10 ‘electrical console’  Trim tool

 Kabel penghubung berwarna merah dan hitam, kabel penghubung dengan soket berwarna merah, hijau, cream, dan coklat

 PCT-14 aksesori pengendali tekanan  Modul pengatur tekanan

 PCT 10/11 recorder proses 2 saluran  Udara tekan dengan 2 bar gauge 1.3. Prosedur Percobaan

1.3.1 Prosedur Percobaan Instrumentasi

(4)

 Masukkan selang ke saluran udara tekan  Ambil manometer dan hubungkan  Baca skala dan dicatat

 Ulangi langkah 2 & 3 sampai 3 kali  Hitung tekanan rata-rata.

2. Prosedur kalibrasi barometer  Masukkan selang ke saluran udara  Buka valve pelan-pelan

 Baca skala

 Hitung rata-rata tekanan.

1.3.2 Prosedur Percobaan Pengendalian

1. Hubungkan power supply dengan arus listrik

2. Buat rangkaian alat antara PCT 10 dan PCT 14 sesuai gambar

3. Buku katup aliran udara hingga menunjukkan tekanan max. 22 psi (1,5 bar)

4. Tutup valve V3, V5, V6 dan buka valve V1, V2 dan V4 sehingga pembacaan P4=8 psig

5. Set pengendali proses pada operasi manual

6. Atur Pr pada 0 % untuk membuka valve pengendali pneumatic secara penuh

7. Atur Pr secara bertahap dari 0-100 % dengan penambahan 10 % untuk setiap tahap. Pada tiap saat catat tekanan pada tayangan variable proses 8. Ulangi prosedur diatas dari 100% - 0% dengan penambahan 10 % pada

tiap tahap catat tekanan pada tayangan variable proses. 1.4. GambarPeralatan

(5)

Gambar 1.1 Rangkaian peralatan

(6)

Gambar 1.2 Seperangkat alat PCT 10 yang sudah dirangkai

Gambar 1.3 Seperangkat alat PCT 14 lengkap dengan vessel 1.6 Skema Peralatan

(7)

Gambar 1. Skema peralatan PCT 14

BAB II

(8)

2.1 Dasar Teori Instrumentasi 2.1.1 Definisi Tekanan

Tekanan sebenarnya adalah pengukuran gaya yang bekerja pada permukaan bidang. Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dan dapat diukur dalam unit seperti psi (pound per inci persegi), inci air, milimeter merkuri, pascal (Pa, atau N/m²) atau bar. Sampai pengenalan unit SI, yang ‘bar’ cukup umum. Bar setara dengan 100.000 N/m², yang merupakan satuan SI untuk pengukuran. Untuk menyederhanakan unit, N/m² diadopsi dengan nama Pascal, disingkat Tekanan Pa cukup sering diukur dalam kilopascal (kPa), yang adalah 1000 pascal dan setara dengan 0.145psi. Satuan pengukuran yang baik dalam pound per square inch (PSI) di British unit atau pascal (Pa) dalam metrik.

2.1.2 Macam – Macam Tekanan 1. Absolute Pressure (tekanan absolut)

Gaya yang bekerja pada satuan luas, tekanan ini dinyatakan dan diukur terhadap tekanan NOL.

Tekanan absolut = Tekanan gauge + Tekanan atmosfer 2. Gauge Pressure (tekanan relatif)

Tekanan yang dinyatakan dan diukur relatif terhadap tekanan atmosfer. Jadi tekanan relatif adalah selisih antara tekanan absolute dengan tekanan atmosfer (1 atmosfer = 760 mmHg = 14.7 psia)

3. Vacum Pressure (tekanan hampa)

Tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfer 4. Differential Pressure (tekanan differential)

Tekanan yang diukur terhadap tekanan yang lain.

Mayoritas pengukuran tekanan di pabrik adalah gauge. Mutlak pengukuran cenderung digunakan di mana di bawah tekanan atmosfir. Biasanya ini adalah sekitar vakum kondensor dan bangunan.

(9)

A.Manometer

Manometer adalah alat ukur tekanan dan manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran. Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan yang tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir).

Manometer adalah alat yang digunakan secara luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Versi manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U) yang diisi cairan setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa) dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang mungkin terjadi karena atmosfir) diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan memperlihatkan tekanan yang diterapkan.

Bentuk paling sederhana dari manometer adalah bahwa dari sebuah tabung berbentuk U diisi dengan cairan. tekanan yang akan diukur diterapkan ke ujung terbuka tabung. Jika ada perbedaan tekanan, maka ketinggian cairan pada dua sisi tabung akan berbeda. Perbedaan ketinggian adalah tekanan proses dalam mm air (atau mm merkuri).

Konversi menjadi kPa cukup sederhana: untuk air, Pa = 9,807 x mm H2O untuk merkuri, Pa = 133,3 mm Hg x

Pipa U

• Pipa U terdiri dari air atau raksa yang dalam pipa berbentuk U

• Salah satu ujung dihubungkan dengan tekanan yang ingin diukur dan ujung yang lain dihubungkan dengan tekanan referensi (biasanya tekanan atmosferik) Jika fluida C atmosferik, fluida B cairan dalam pipa U (air atau merkuri), dan fluida A adalah gas dengan asumsi rB » rA dan rB » rC

(10)

Gambar 2.1 Manometer pipa U Gambar 2.2 Manometer pipa U

Keuntungan dan kekurangan  Biaya murah

 Sederhana dan cukup baik  Respon lambat dan terjadi osilasi

 Akurasi pengukuran tergantung pada presisi tinggi cairan pada pipa U  Tidak dapat digunakan untuk tekanan vakum

 Cairan dalam pipa U TIDAK BOLEH ada interaksi denganfluida yang diukur

 Kontaminasi merkuri dan uap air dapat terjadi, terutama padapengukuran tekanan rendah

(11)

Gambar 2.4 Ilustrasi skema manometer kolom cairan

Prinsip kerja manometer adalah sebagai berikut:

1. Gambar a. Merupakan gambaran sederhana manometer tabung U yang diisi cairan setengahnya, dengan kedua ujung tabung terbuka berisi cairan sama tinggi.

2. Gambar b. Bila tekanan positif diterapkan pada salah satu sisi kaki tabung, cairan ditekan kebawah pada kaki tabung tersebut dan naik pada sisi tabung yang lainnya. Perbedaan pada ketinggian, “h”, merupakan penjumlahan hasil pembacaan diatas dan dibawah angka nol yang menunjukkan adanya tekanan.

3. Gambar c. Bila keadaan vakum diterapkan pada satu sisi kaki tabung, cairan akan meningkat pada sisi tersebut dan cairan akan turun pada sisi lainnya. Perbedaan ketinggian “h” merupakan hasil penjumlahan pembacaan diatas dan dibawah nol yang menunjukkan jumlah tekanan vakum.

Selama pelaksanaan audit energi, manometer digunakan untuk menentukan perbedaan tekanan diantara dua titik di saluran pembuangan gas atau udara. Perbedaan tekanan kemudian digunakan untuk menghitung kecepatan aliran di saluran dengan menggunakan persamaan Bernoulli (Perbedaan tekanan = v2/2g). Rincian lebih lanjut penggunaan manometer diberikan pada bagian

(12)

tentang bagaimana mengoperasikan manometer. Manometer harus sesuai untuk aliran cairan.

B.Barometer

Definisi barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara luar (tekanan atmosfer). Barometer sederhana adalah barometer raksa atau barometer Torricelli. Pengukur tekanan dengan barometer ini dengan cara menghitung tinggi permukaan raksa pada bejana (bentuk lurus) atau selisih tinggi permukaan raksa pada bejana (bentuk J) barometer Torricelli ditemukan oleh ilmuwan fisika berkebangsaan Italia, bernama Evangelista Torricelli (1608 – 1647) mula-mula tabung kaca yang panjangnya 1 meter diisi raksa, kemudian tabung kaca diubalik dan dipasang pada statif. Ternyata, sebagian raksa turun ke bejana dan pada bagian atas tabung terdapat ruang hampa yang disebut ruang hampa Torricelli. Tinggi raksa dalam tabung adalah 76 cm. tekanan raksa setinggi 76 cm inilah yang dimaksudkan tekanan 1 atmosfer. Jenis barometer yang lain adalah barometer logam atau barometer aneroid.

Gambar 2.5 Macam-macam barometer

a.Barometer Air

Konsep bahwa penurunan tekanan atmosfer memprediksi badai 'itu dipostulatkan oleh Lucien Vidie : merupakan dasar untuk perangkat prediksi cuaca yang disebut "badai kaca" atau " Goethe barometer "(setelah nama penulis yang dipopulerkan di Jerman). Ini terdiri dari wadah kaca dengan tubuh disegel,

(13)

setengah penuh dengan air. Sebuah sempit tergadai terhubung ke tubuh di bawah permukaan air dan naik di atas permukaan air, di mana ia terbuka untuk atmosfer. Ketika tekanan udara lebih rendah dari itu pada waktu tubuh itu disegel, tingkat air di cerat akan naik di atas permukaan air dalam tubuh, ketika tekanan udara lebih tinggi, tingkat air di cerat akan turun di bawah permukaan air dalam tubuh.

b.Barometer Mercuri

Sebuah barometer raksa memiliki tabung gelas minimal 84 cm tingginya, tertutup pada salah satu ujungnya, dengan reservoir merkuri-diisi terbuka di pangkalan.. Berat merkuri menciptakan kekosongan di bagian atas tabung. Raksa di dalam tabung menyesuaikan sampai berat kolom merkuri saldo gaya atmosfer diberikan pada reservoir. atmosfer bertekanan tinggi tempat lebih gaya reservoir, memaksa merkuri lebih tinggi dalam kolom. merkuri tekanan rendah memungkinkan untuk turun ke tingkat yang lebih rendah dalam kolom dengan menurunkan gaya ditempatkan pada reservoir. Karena suhu yang lebih tinggi pada alat tersebut akan mengurangi kepadatan merkuri, skala untuk membaca ketinggian air raksa disesuaikan untuk mengkompensasi efek ini. Torricelli mencatat bahwa ketinggian air raksa dalam barometer berubah sedikit setiap hari dan menyimpulkan bahwa ini adalah akibat tekanan perubahan di atmosfer . Dia menulis: "Kita hidup tenggelam di dasar samudra udara dasar, yang dikenal dengan percobaan disangkal untuk memiliki berat ". Desain barometer merkuri yang menimbulkan ekspresi tekanan atmosfir dalam inci atau milimeter (torr): tekanan dikutip sebagai tingkat tinggi merkuri dalam kolom vertikal. 1 atmosphere is equivalent to about 760 millimeters, of mercury. 1 atmosfer ekuivalen dengan 760 milimeter, dari merkuri.

(14)

Gambar 2.6Barometer Mercuripencatat tekanan udara

Gambar 2.7Old aneroid barometer Gambar 2.8Modern aneroid barometer

Sebuah barometer aneroid, diciptakan oleh insinyur abad ke-19 Perancis dan penemu Lucien Vidie , menggunakan logam, kotak fleksibel kecil yang disebut sel aneroid. Kapsul ini aneroid (sel) yang terbuat dari paduan dari berilium dan tembaga . Kapsul dievakuasi (atau biasanya kapsul lebih) dicegah dari keruntuhan oleh pegas yang kuatSedikit perubahan dalam tekanan udara luar menyebabkan sel untuk memperluas atau kontrak. Drive ini ekspansi dan kontraksi mekanik tuas seperti bahwa gerakan-gerakan kecil kapsul diperkuat dan ditampilkan di muka barometer aneroid. Banyak model termasuk jarum set secara manual yang digunakan untuk menandai pengukuran arus sehingga perubahan dapat dilihat. Selain itu, mekanisme tersebut dibuat dengan sengaja "kaku" sehingga penyadapan barometer mengungkapkan apakah tekanan naik atau turun sebagai pointer bergerak.

(15)

c.Barographs

Seorang pencatat tekanan udara , yang mencatat grafik beberapa tekanan atmosfer, menggunakan mekanisme barometer aneroid untuk memindahkan jarum pada foil merokok atau untuk memindahkan pena di atas kertas, baik yang terpasang pada drum dipindahkan oleh jarum jam.

2.1.4 Alat Ukur Tekanan 1. Bourdon Tube

2. Diaphragm Pressure Gage 3. Bellows Element

A.Bourdon Tube

 Terdiri pipa lengkung berongga.  Digunakan untuk fluida dalam pipa.

 Tekanan dalam pipa menyebabkan pipa pada alat berubah bentuk.  Tekanan ditentukan dari perubahan secara mekanik penunjuk pada alat  Tipe bourdon tube adalah C, spiral, dan helical.

Gambar 2.9 Bagian-bagian bourdon tube

Bourdon tabung yang berbentuk bulat lonjong tabung dengan penampang. Tekanan dari media bekerja pada bagian dalam tabung. Lahiriah tekanan pada penampang oval memaksanya untuk menjadi bulat. Karena kelengkungan tabung cincin, tabung Bourdon kemudian membungkuk seperti yang ditunjukkan dalam searah dengan tanda panah.

(16)

Karena mereka kuat konstruksi, Bourdon sering digunakan dalam lingkungan yang keras dan tekanan tinggi, tetapi juga dapat digunakan untuk tekanan sangat rendah; waktu respons bagaimanapun, adalah lebih lambat dari bellow atau diafragma.

Tabung Bourdon bekerja pada prinsip sederhana bahwa tabung bengkok akan berubah bentuknya saat terkena variasi tekanan internal dan eksternal. Sebagai tekanan diterapkan secara internal, meluruskan tabung dan kembali ke bentuk aslinya ketika tekanan dilepaskan.

Ujung tabung bergerak dengan perubahan tekanan internal dan mudah dikonversi dengan pointer ke skala. Link konektor digunakan untuk mentransfer gerakan ujung ke sektor gerakan diarahkan. Pointer ini diputar melalui pinion bergigi oleh sektor diarahkan Jenis gauge mungkin memerlukan pemasangan vertikal (orientasi tergantung) untuk hasil yang benar. Unsur ini tunduk pada shock dan getaran, yang juga karena massa tabung. Karena ini dan jumlah gerakan dengan jenis penginderaan, mereka rentan terhadap kerusakan, terutama di dasar tabung. Keuntungan utama dengan tabung Bourdon adalah bahwa ia memiliki operasional yang luas (tergantung pada bahan tabung). Jenis pengukuran tekanan dapat digunakan untuk rentang tekanan positif atau negatif, walaupun akurasi yang terganggu ketika dalam ruang hampa.

a. C-type Bourdon Tube - Range 15 ~ 100.000 psig

- Range akurasi (± 0.1 ~ ± 5) % span.

(17)

Gambar 2.11bourdon tube

b. Spiral Bourdon Tube

• Range tekanan menengah (medium pressure) • Tersedia dalam range hingga 100.000 psig. • Range akurasinya sekitar ± 0.5 % dari span.

(18)

Gambar 2.12 Spiral bourdon tube

Keuntungan dan kekurangan  Bersifat portabel  Ketelitian cukup tinggi

 Pengukuran terbatas pada tekanan statis  Terjadi histerisis

 Terpengaruh shock dan vibrasi

B.Element Bellows

Prinsip operasi didasarkan pada perubahan volume dari element bellows sehingga diperoleh hubungan yang linear antara tekanan dan simpangan. Sebuah bellow merupakan unsur diperluas dan terdiri dari serangkaian lipatan yang memungkinkan ekspansi. Salah satu ujung Bellows adalah tetap dan bergerak lainnya dalam menanggapi diterapkan tekanan. Sebuah pegas digunakan untuk melawan gaya diterapkan dan hubungan yang menghubungkan akhir bellow ke sebuah penunjuk untuk indikasi. Bellow tipe sensor juga tersedia yang memiliki tekanan penginderaan di bagian luar dan atmosfer kondisi dalam. musim semi ini ditambahkan ke bellow untuk pengukuran yang lebih akurat. Yang elastis aksi bellow sendiri tidak cukup untuk secara tepat mengukur kekuatan tekanan diterapkan. Jenis pengukuran tekanan terutama digunakan untuk kontrol ON / OFF menyediakan membersihkan kontak untuk membuka dan menutup sirkuit listrik. Bentuk penginderaan menanggapi perubahan tekanan pneumatik atau hidrolik.

(19)

Gambar 2.13 Bagian-bagian element bellows

Aplikasi :

 Pengukuran tekanan rendah (absolute atau relative)  Tekanan diferensial

 Tekanan vacuum sampai tekanan 0 – 400 psig. Range (inch H2O) :

 Hingga 30 atau 40 psig

 Tersedia juga dalam range 0 – 2.000 psig. Penggunaan yang terbesar sebagai :

 Elemen penerima

 Pneumatic recorders, indicators dan controllers.

 Unit diferensial pressure untuk pengukuran aliran (flow).  Ketelitian bellows element adalah sekitar ± ½ %.

Spesifikasi Umum Kelebihan

 Biaya pengadaan awal : rendah  Konstruksi kuat dan sederhana

 Dapat digunakan untuk tekanan rendah dan menengah

 Dapat digunakan untuk mengukur tekanan absolut, tekanan relatif (gauge)dan tekanan diferensial.

Kekurangan

(20)

 Tidak dapat digunakan untuk mengukur tekanan tinggi.  Mempunyai histeresis dan drift yang besar.

 Tidak cocok untuk mengukur tekanan yang dinamis. Aplikasi khas

Tekanan proses terhubung ke sensor dan diterapkan secara langsung. Dengan meningkatnya tekanan, bellow mengerahkan gaya pada musim semi utama. Ketika gaya ambang musim semi utama adalah mengatasi, gerak ditransfer ke blok kontak menyebabkan kontak untuk menjalankan. Ini adalah pengaturan Trip. Ketika tekanan menurun, mata air utama akan menarik yang menyebabkan sekunder diferensial pisau pegas untuk mengaktifkan dan me-reset kontak. Ini adalah pengaturan Reset. Gaya pada pegas utama adalah bervariasi dengan memutar penyesuaian rentang operasi sekrup. Hal ini menentukan di mana perjalanan akan kontak. Gaya pada pegas pisau diferensial sekunder bervariasi dengan memutar diferensial sekrup penyesuaian. Ini menentukan di mana kontak akan mengatur ulang.

Ilustrasi grafis

Paduan tembaga dapat digunakan pada air atau udara. cairan dan gas lainnya mungkindigunakan jika non-korosif terhadap paduan ini. Gunakan jenis baja stainless 316 lebih korosif cairan atau gas. Piston kontrol digunakan untuk cairan hidrolik yang beroperasi pada tekanan tinggi. Mereka tidak dimaksudkan untuk digunakan dengan udara atau air sebagai ketepatan mereka terbatas.

Pendinginan Aplikasi

Kontrol Refrigerasi dibangun dengan denyut peredam tambahan untuk menyaring keluar pulsations parah yang dihasilkan oleh reciprocating kompresor pendingin. Tekanan kontrol tidak dilengkapi dengan fungsi snubber ditambahkan dapat mengakibatkan berkurangnya bellow hidup.

(21)

Hasil hidup berkurang dari pulsations cukup parah untuk menyebabkan bellow untuk memekik pada frekuensi pompa atau pada gelombang harmonik yang dihasilkan terdistorsi di SPBU tertentu loading tuntutan. kontrol Pendinginan umumnya disediakan sebagai standar dengan snubber pulsasi dibangun ke dalam batang dari bellow.

C.Diaphragm Pressure Gauge

Alat ini menggunakan deformasi elastis dari suatu diafragma (membran) untuk mengukur perbedaan tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan referensi.

Salah satu bentuk Diaphragm pressuregage terdiri sebuah kapsul yang terbagiatau sebuah diafragm. Salah satu sisidiafragma terbuka pada tekanan eksternaltarget, PExt, dan sisi lain dihubungkandengan tekanan yang diketahui, PRef.

(22)

Gambar 2.14 Bagian-bagian diafragma pressure gauge

Sebuah diafragma berbentuk melingkar berbelit membran yang melekat pada tekanan bohlam sekitar keliling. Tekanan media di satu sisi dan indikasi media di sisi lain. Defleksi yang diciptakan oleh tekanan dalam pembuluh akan berada di arah panah yang ditunjukkan. Diafragma menyediakan kerjanya cepat dan akurat indikasi tekanan. Namun, gerakan atau stroke tidak sebesar bellow sensor tekanan Banyak bergantung pada defleksi diafragma untuk pengukuran. Diafragma adalah disc fleksibel, yang dapat dilakukan secara datar atau dengan konsentris. Lipatannya dan terbuat dari logam lembaran dengan dimensi toleransi yang tinggi. Diafragma dapat digunakan sebagai alat mengisolasi cairan proses, atau untuk highpressure aplikasi. Hal ini juga berguna dalam memberikan pengukuran tekanan dengan transduser listrik. Diafragma yang dikembangkan dengan baik dan terbukti. desain modern telah diabaikan histeresis, gesekan dan masalah kalibrasi bila digunakan dengan instrumentasi cerdas. Mereka digunakan secara luas pada tanaman penyejuk udara dan untuk ON / OFF switching aplikasi. Seleksi Pemilihan bahan diafragma adalah penting, dan sangat tergantung pada aplikasi. tembaga Berilium memiliki kualitas elastis yang baik, di mana Ni-Span C memiliki sangat suhu rendah koefisien elastisitas. Stainless steel dan Inconel digunakan dalam aplikasi temperatur ekstrim, dan juga cocok untuk lingkungan korosif. Untuk histerisis minimum dan drift, maka Quartz adalah pilihan terbaik.

(23)

Ada dua jenis utama pembangunan dan pengoperasian sensor diafragma. Yaitu:

- Motion Balanced - Angkatan Balanced

Desain Motion seimbang digunakan untuk mengendalikan lokal, indikator pembacaan langsung. Namun demikian rentan terhadap kesalahan histeresis dan gesekan. desain Force seimbang digunakan sebagai pemancar untuk menyampaikan informasi dengan tinggi akurasi, namun mereka tidak memiliki kemampuan indikasi langsung.

Range normal : vacuum hingga 200 psig, Akurasi (±½ ~ ±1¼) % full span.

Berbagai bentuk disain dari diaphragm yaitu single capsul dan multiple Capsul

(24)

Gambar 2.16Berbagai bentuk disain dari diaphragm Pressure Gauge

Keuntungan dan kekurangan  Respon lebih cepat

 Akurasi tinggi (sampai 0,5 % FS)

 Linieritas baik jika perubahan tekanan tidak lebih besar dari pada ketebalan diafragma

Keuntungan

 Memberikan isolasi dari fluida proses  Baik untuk tekanan rendah

 Murah  Beragam

 Handal dan terbukti

(25)

Gambar 2.17 Diafragma pressure gauge

2.2 Dasar Teori Pengendalian 2.2.1 Dasar Teori

Dalam melakukan konversi material, sistem proses perlu memiliki kondisi operasi tertentu. Peran pengendalian proses pada dasarnya adalah usaha untuk mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai yang diinginkan. Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian automatik yang diterapkan di bidang teknologi untuk menjaga kondisi operasi agar sesuai yang diinginkan.

Salah satu karakteristik pengendali yang penting adalah metoda atau cara pengendali mengevaluasi sinyal galat untuk menghasilkan sinyal kendali. Berdasarkan metode evaluasinya, pengedali dibedakan atas :

1. Pengendali Diskontinyu

o Pengendali Dua Posisi (On-Off) o Pengendali Tiga Posisi

2. Pengendali Kontinyu

o Pengendali Proporsional (P)

o Pengendali Proporsional-Integral (PI)

o Pengendali Proporsional-Integral-Derivatif (PID) o Pengendali Proporsional-Derivatif (PD)

Pengendali proporsional (P) berfungsi mengatur elemen pangendali yang merupakan batas-batas hidup dan mati dari suatu daya secara kontinyu dan akan

(26)

memberikan tanggapan/keluaran yang besarnya sebanding dengan perbedaan harga antara variabel yang diukur dengan titik pengesetan yang dinyatakan sebagai “error” (e). Besar keluaran dari aksi proporsional dinyatakan secara matematis sebagai berikut :

Dengan : U = keluaran daya PB = proposional band E = sinyal error

Uo = keluaran daya saat error = 0

Proporsional band didefinisikan sebagai presentase perubahan masukan yang dikehendaki untuk mengubah keluaran dari 0% - 100% atai sebagai perbandingan masukan terhadap keluaran. Besar PB pada kebanyakan alat pengendali dapat diatur untuk memperoleh tanggapan yang optimum akibat adanya perubahan-perubahan pada proses.

Suatu sistem dengan hanya menggunakan pengendali proporsional selalu masih terdapat penyimpangan dari harga titik pengesetannya sebagai suatu harga yang diinginkan, apabila sistem diberikan pembebanan yang berubah-ubah. Perubahan pembebanan ini disebut sebagai gangguan terhadap sistem proses. Untuk mengatasi hal tersebut, mode integral sering digabungkan dengan pengendai proporsional sehingga penyimpangan dapat dieliminasi.

Besar aksi integral adalah sebanding dengan luas di bawah kurva “error” dan secara matematis dinyatakan sebagai :

Dengan : U = keluaran daya

F = laju pengulangan integral per menit U = (100/PB) e + Uo

(27)

e = sinyal “error” t = waktu

Uo = keluaran daya pada saat e = 0

Proses-proses cenderung menggunakan pengendali dengan proporsional band besar untuk mencegah terjadinya osilasi, tetapi akibatnya timbul penyimpangan. Penyetelan harga PB yang besar atau adanya perubahan pembebanan yang besar akan menimbulkan penyimpangan.

Rangkaian pengendali aliran dapat merupakan contoh sistem yang memerlukan pengetahuan PB yang besar, sehingga untuk sistem yang demikian mode integral perlu ditambahkan pada pengendali. Apabila fungsi intergral ditambahkan, maka secara kontinyu integral akan bereaksi terhadap keluaran sepanjang terjadi penyimpangan dari titik pengesetan yang diinginkan, sehingga dihasilkan penyimpangan = 0.

Pada percobaan ini, pengendali proses disusun dengan mode konfigurasi dan pengesetan sebagai berikut :

Pengesetan pengendali Kode Pengesetan Satuan Titik pengesetan

- 50 %

Keluaran daya Pr -

-Proporsi band Prop 5 %

Waktu integral Int 0,02 Menit

Waktu derivatif Der 0 Detik

Waktu perputaran Cy-t 20 Detik

Tidak digunakan +CL-G -

-Tidak digunakan CL-0 -

-Tidak digunakan Up-t -

(28)

Batas daya Pr-L 100 %

Batastitik pengeseten Sp-L 100 %

Batasan Cs-1 -058

Kerja kebalikan Cs-2 -dLF

Tidak digunakan Cs-3-7

-Span Span 100% pada masukan 20 mA

Zero Zero 0% pada masukan 4 mA

Kalibrasi modul pengatur tekanan

1. 0 psig di P4 = 4 mA dan 0,000 volt di voltmeter dari keluaran pengatur tekanan = 0% range

2. 8 psig di P4 = 20 mA dan 1,000 volt di voltmeter dari keluaran pengatur tekanan = 100% range

2.2.2 PCT 10

Sebelum peralatan digunakan kalibrasi perlu dilakukan sesuai dengan kebutuhan kalibrasi biasanya dilakukan untuk tekanan pengatur adalah :

- Tekanan minimum : 0 psig = 0,000 volt = 4 mA - Tekanan maksimum : 8 psig = 20 mA

Pada system perpipaan apabila aliran udara ditutup/ tidak ada udara yang mengalir dalam pipa maka tekanan udara di dalam system tersebut tekanan atmosfer. Sehingga tekanan minimum di dalam 0 psig yng dimaksud adalah tekanan amosfer yang tidak dapat dalam aliran udara di pipa. Namun sensor tekanan dapat dikalibrasi rentang operasi yang berbeda apabila dikehendaki yang disesuaikan dengan rentang operasi dasar / satuan khusus. Pada umumnya sensor tekanan mempunyai keluaran yang dapat merusak linieritas bila ada perubahan tekanan dari suatu linieritas

(29)

Gambar 2.18 Alat PCT 10

Bagian utama dari PCT-10 adalah : 1. Process controller

Process controller adalah inti dari PCT-10 yang berfungsi sebagai pengendali proses dan beroperasi seperti layaknya process controller industry menggunakan mikroprosesor. Process controller (1) memberikan pembacaan SET POINT dan VARIABEL PROSES secara kontinyu dan memberikan kemudahan pengesetan parameter operasi (CONTROLLER SETTING) dari panel mukanya. Controller dapat digunakan untuk proses pengendali SECARA KONTINYU dengan mode pengendali proporsiona,Integral,Derivatif dengan output 4-20 mA melalui socket (+) dan (-) (3),Socket lampu indicator 24 VAC (4),socket 240 VAC (5) dan socket penghubung komunikasi katup motor (6).

(30)

2.Voltmeter

Voltmeter (1) sebagai alat pengukur tegangan mempunyai range 0-1,999 V dan dapat digunakan untuk mengukur tegangan dari output pengkondisi sinyal ) (Signal Conditioner) dari sensor yang berasal dari PCT-13 dan PCT-14.Voltmeter juga dapat menampilkan harga sinyal 4-20 mA dengan menghubungkan kabel-kabel yang sesuai sehingga loop arus mengalir melalui tahanan (Resistor) 50 ohm (2) yang telah tersedia didalam PCT-10 sendiri sehingga menghasilkan tegangan 0,200 – 1,000 V.Selain tiu output dari voltmeter juga dapat dihubungkan ke rekorder untuk mencatat data.

3.Ammeter

Ammeter sebagai pengukur kuat arus memonitor arus listrik 4-20 mA.Alat ukur ini bukanlah alat yang presisi sehingga hanya digunakan untuk indikasi arus yang mengalir di loo.Pengaturan atau kalibrasi SPAN dan ZERO harus dilakukan dengan DIGITAL VOLTMETER dan PROCESS CONTROLLER.

4.Suplai listrik

PCT-10 dilengkapi dengan pemutus arus (CIRCUIT BREAKER) (2) yang dihidupkan dengan menaikkan level ke atas (3).Pemutus arus (4) dan (5) melindungi peralatan di dalam 10 dan suplai listrik keluar dari PCT-10.Pemutus arus (4) untuk suplai 240 VAC dan (5) untuk 24 VAC.Tombol (7) menghidupkan PCT-10 yang ditunjukkan oleh lampu suplai (1) sedangkan tombol (6) mematikkannya.Ditiap sisi PCT-10 terdapat masing-masing 2 buah socket 240 VAC dan 24 VAC untuk suplai listrik ke pompa,katup motor ataupun solenoid.Socket-socket ini dalam keadaan hidup (ON) apabila PCT-10 dihidupkan.

5.Signal Conditioner

Signal conditioner atau pengkondisi sinyal berjumlah dua buah terletak dibagian depan tengah PCT-10 menerima sinyal sensor dari PCT-13 atau PCT-14 sesuai jenis sinyal variable dinamis.Sesuai namanya alat ini (1) mengkondisi sinyal temperature (apabila dihubungkan dengan kabel khusus dari PCT-13) atau

(31)

sinyal tekanan (dihubungkan dengan kabel khusus dari PCT14) menjadi arus 4-20 mA (3) atau tegangan 0-1 V (4).Input sensor dari PCT-14 masuk melalui (2) sedangkan input sensor dari PCT-13 masuk melalui (1).Output 4-20 mA ataupun 0-1 V kemudian dapat dihubungkan ke PROCESS CONTROLLER atau ke VOLTMETER.Pengkalibrasian signal conditioner dilakukan dengan VOLTMETER.

6.Switched Output

Switched output atau saklar terdiri dari relay yang terpasang di dalam PCT-10 yang menyensor keadaan On atau OFF dari kontak saklar dibagian luar (4) dan mengaktifkan socket 240 VAC (3)dan 24 VAC (2).Kontak yang terjadi adalah kontak tertutup normal dan kontak terbuka normal.Socket kuning ABC akan menghubungkan kontak saklar atau sambungan listrik.

7. Valve motor positioner

Socket 5 pin DIN (1) untuk motor katup ke PCT-13 ini terpasang didalam alat PCT-13 ini terpasang di dalam alat PCT-10.Inputnya berupa arus 4-20 mA (2) di sisi socket motor,keluarannya berupa output penggerak motor yang akan menggerakkan katup control pada aliran air panas HEAT EXCHANGER PCT-13.

Pada saat operasi,posisi atau letak katup dapat diukur oleh potensiometer,posisi ini dibanfingkan dengan posisi yang diinginkan dan tegangan koreksi dimasukkan ke motor hingga di dapat posisi yang diinginkan.

8.Suplai manual 4-20 mA

Arus 4-20 mA yang mengalir di alat PCT-10 outputnya dapat diatur secara manual menggunakan tombol manual (1).Output keluar melalui socket (2) dengan polaritas (+) dan (-).Pengendali ZERO (3) dan SPAN (4) dihubungkan dengan VOLTMETER dan RESISTOR 50 ohm yang tersedia dalam PCT-10 akan mengkalibrasi alat sehingg didapat pembacaan 0,200 – 1,000 Volt.Perbedaan digit diperkecil dengan TRIM TOOL tersedia yang memperkecil/memperbesar skala ZERO maupun SPAN.

(32)

SPAN = 20 mA = 1,000 Volt.

9.Lampu indikator 24 VAC

Lampu indicator 24 VAC menyatakan output dari PROCESS CONTROLLER maupun dari bagian lain PCT-10 dimana terdapat socket sesuai.Lampu menyala menyatakan terdapat arus listrik mengalir (ON).

10.Kabel penghubung

Kabel penghubung tersedia dalam beberapa warna,penggunaannya disesuaikan dengan polaritas yang sesuai.

2.2.3 PCT 14

Sebelum peralatan digunakan, kalibrasi perlu dilakukan sesuai dengan kebutuhan pada kalibrasi ini sensor karena differensial dan sirkuit. Pengatur dibawa ke kondisi maksimal sehingga diperoleh :

- Aliran minimum : 0,000 V dari keluaran pengaturan - Aliran maksimum : 1,000 V dari keluaran pengaturan

Pada percobaan ini , pengendali proses akan di operasikan secara Manual untuk dapat menggerakkan valve, pengendali pneumatic melalui I/P converter, juga untuk memantau tekanan dalam pipa proses pengendalian dan kalibrasi dengan prop diluar harga nol, misalnya harga set prop pada pengendalian proses 20 % kalibrasi pengendali.

- Span : “span” 100% dimasukkan 20 mA - Zero : “ zero” 0 % dimasukkan 4 mA

“Electrical console” terdiri atas dudukan logam yang berisi instrumentasi. Buku petunjuk ini menjelaskan tentang electrical console PCT 10 yang merupakan

(33)

bagian dari rangkaian PCT peralatan armfield yang dirancang untuk memperkenalkan dan mendemonstrasikan prinsip-prinsip pengukuran dan pengendalian proses.

Gambar 2.19 Alat PCT 14

2.2.4 Pressure Reducer And Backpressure Regulator

Tekanan adalah variabel proses yang sering kita jumpai untuk dimonitor dan dikendalikan di dalam industri minyak dan gas. Pengendalian tekanan dari suatu fluida proses pada beberapa tempat malah menjadi fokus utama dan dengan berbagai tujuan tentunya.

Dalam suatu lup pengendalian, juga lup pengendalian tekanan, selalu terdiri dari 3 elemen dasar:

1. Elemen pengukuran. Besaran variabel proses diukur dan ditransmisikan keelemen pengontrol

(34)

2. Elemen Pengontrol. Perbedaan antara variabel proses yang terukur (Process Variable/PV) dan variabel proses yang diinginkan (Setpoint/SP) dikalkulasi berdasarkan algoritma tertentu (umumnya kontrol PID). Hasilnya akan diteruskan berupa perintah aksi terhadap elemen pengendali akhir

3. Elemen pengendali akhir. Perintah aksi dari elemen pengontrol akan dilakukan oleh elemen pengendali akhir. Control valve adalah elemen pengendali akhir yang paling banyak digunakan.

Meskipun terdapat tiga elemen dasar dalam melakukan pengendalian proses, belum tentu secara fisik juga terdapat tiga perangkat.

 Untuk kasus tekanan tinggi dan laju alir yang tinggi, biasanya implementasi dari pengontrolnya terdiri dari (1) elemen pengukuran adalah pressure transmitter (PT), (2) elemen pengontrol adalah pressure controller (PC), (3) dan untuk elemen pengendali akhir adalah pressure control valve (PCV atau PV).

 Untuk kasus tekanan rendah dan laju alir rendah, impelementasi pengontrolnya terintegrasi dalam satu perangkat yang biasa disebut pressure regulator.

2.2.4.1 Perbedaan Pressure Reducer dan Backpressure Regulator

Secara umum, konfigurasi suatu lup tunggal kontrol tekanan adalah sebagai berikut.

Konfigurasi pengendali tekanan berupa pressure reducer dan backpressure regulator. Sepintas keduanya mirip, sama-sama lup kontrol tekanan. Apakah keduanya mempunyai perbedaan? Ya, gambar sebelah kiri menunjukkan pemasangan pressure transmitter di sebelah hilir dari control valve, sedangkan gambar sebelah kanan menunjukkan pemasangan pressure transmitter di sebelah hulu dari control valve.

Apakah penempatan pressure transmitter tersebut mempunyai maksud yang berbeda? Tentu saja, karena pada prinsipnya, posisi pressure transmitter menunjukkan bagian mana yang ingin dikendalikan tekanannya .

(35)

Tekanan yang ingin dikendalikan Secara logika, jika kita ingin mengendalikan tekanan dibagian hilir, tentunya harus ada yang mengatakan (baca: mengukur) bahwa tekanan dihilir benar-benar berubah – tentunya dengan meletakkan pressure transmitter dibagian hilir – setelah adanya aksi kontrol dari control valve, inilah yang dinamakan pressure reducer. Demikian juga halnya untuk kasus backpressure regulator, jika kita hendak mengendalikan tekanan dibagian hulu tentunya harus ada yang mengatakan (baca: mengukur) bahwa tekanan di hulu benar-benar berubah, yaitu dengan cara meletakkan pressure transmitter dibagian hulu setelah adanya aksi kontrol dari control valve.

Pressure reducer bekerja dengan prinsip mengatur dan mereduksi pressure yang lebih tinggi dari bagian hulu supaya tekanan di hilir lebih rendah dan stabil. Sedangkan backpressure regulator bekerja dengan prinsip memonitor tekanan dibagian hulu dan melakukan aksi pada control valve untuk menstabilkan tekanan pada bagian hulu.

Apakah keduanya merupakan kontrol umpan balik? Mari kita sedikit menyegarkan ingatan mengenai pengertian pengendali umpan balik (feedback control) itu sendiri.

Blok diagram kontrol umpan balik (feedback control)

(36)

Hasil pengukuran dari blok Sensor/Transmitter akan dibandingkan dengan Set Point. Galat atau error adalah perbedaan antara variabel proses yang diinginkan (set point) dengan variabel proses yang terjadi. Galat tersebut kemudian akan dikalkulasi oleh blok Control Law dan hasilnya akan dimanifestasikan dengan perintah terhadap blok Final Control Element (contoh: control valve, elemen pemanas, dll).

Perubahan Final Control Element ini akan mengubah blok Process dan hasilnya akan diukur kembali oleh blok Sensor/Transmitter, begitu seterusnya sampai galat menjadi sekecil mungkin. Jika alur pengendaliannya seperti itu, maka kurang lebih pengendalinya adalah pengendali umpan balik. Kita perhatikan, bahwa baik pressure reducer maupun backpressure regulator mempunyai alur pengontrolan seperti dijelaskan diatas sehingga baik pressure reducer maupun backpressure regulator sama-sama terkategori sebagai pengontrolan umpan balik (feedback control).

2.3Konversi Satuan

2.3.1Konversi dari bar ke Kg/cm2

... bar = ... bar x 1.01325¯¿ 1 atm ¿