BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Pengukuran level adalah yang berkaitan dengan keterpasangan terhadap

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1. Pengertian Pengukuran Level Alat-alat Instrument yang digunakan untuk mengukur dan menunjukkan tinggi permukaan cairan dikenal dengan istilah Level. Pengukuran level adalah yang berkaitan dengan keterpasangan terhadap peralatan proses yang berbentuk kolom seperti:tangki, Drum, Tabung Silinder. Tujuan dari pada pengukuran dan pengendalian level adalah untuk mencegah agar peralatan Instrumentasi pada suatu lapangan tidak mengalami kelebihan/ kekurangan fluida yang akhirnya dapat merusak peralatan peralatan instrument tersebut. II.1.1. Pengukuran Langsung Tinggi level dapat dilihat langsung dan diduga kedalamannya tanpa harus mengalami proses pengubahan bentuk bacaan dari hasil pengukuran, seperti Gambar 2.1. ini dikarenakan oleh mekanisme tertentu yang secara langsung dapat diamati. Biasanya metoda pengukuran langsung ini dipakai oleh industri yang memerlukan tempat penampungan atau tangki yang berukuran kecil, dan ditunjukkan dalam satuan pengukuran panjang (meter). Dengan diketahuinya tinggi level maka volume dari cairan yang diukur dapat diketahui bila diinginkan. 7

2 TINGGI CAIRAN DILIHAT LANGSUNG Gambar 2.1. Pengukuran Langsung Pengukuran level secara visual atau secara langsung dapat dilihat dengan bantuan alat ukur instrument maka dapatlah diketahui level dari media yang diukur. II.1.2. Pengukuran Permukaan Dengan Gelas Penunjuk Gelas penunjuk ini berhubungan dengan cairan di dalam tangki dan diletakkan disamping tangi yang berisi cairan. Menurut hukum bejana berhubungan, tinggi tangki dan pada gelas petunjuk selalu sama. Jadi, dengan mengatur tinggi cairan di dalam tinggi. Untuk dapat melihat tinggi ini,cairan yang akan diukur harus bening dan tidak boleh keruh karena akan menggangu penglihatan pada gelas petunjuk. Tentunya gelas petunjuk ini adalah bila gelas petunjuk ini pecah maka cairan di dalam tangki akan tumpah keluar. Selain itu biasanya batas ukurnya hanya sampai kirakira satu meter. Pada gambar 2.2 terlihat cara pengukuran dengan gelas petunjuk baik dalam tangki terbuka maupun tertutup.

3 Gambar 2.2. Pengukuran permukaan dengan gelas penunjuk II.1.3. Pengukuran Permukaan Dengan Pelampung Pada gambar 2.3 terlihat salah satu dari banyak sekali cara-cara pengukukan dengan pelampung, tetapi pada dasarnya mempunyai prinsip yang sama, yaitu gerakan permukaan cairan diikuti dengan gerakan pelampung yang selanjutnya dihubungkan pada jarum berskala. Hubungan antara pelampung jarum penunjuk bisa berupa tali, kawat dengan katrol atau batang kaku dengan suatu engsel. Dengan menggunakan pelampung, daerah kerja pengukur permukaan dapat diperbesar (lebih dari 1 meter). Skala pembacaan dapat diletakkan pada tempat yang tinggi atau rendah, atau terpisah jauh dari tangki cairan. Untuk memperoleh ketelitian yang baik, pelampung harus tercelup sampai batas penampang yang terbesar. Gambar 2.3. Pengukuran permukaan dengan pelampung

4 II.2 Pengukuran tidak langsung Dalam metoda tidak langsung, perubahan tinggi rendahnya level yang terjadi dialihkan dengan penggunaan mekanisme tertentu, sehingga besaran sinyal dapat diamati. Gaya pada cairan menghasilkan gerak mekanik. Pergerakan mekanik ini kemudian dikalibrasikan kedalam bentuk angka-angka. Mekanisme pengalihan perubahan tinggi rendahnya level yang terjadi menhadi suatu besaran sinyal, seperti pada Gambar 2.4. TINGGI CAIRAN GERAK MEKANIK KALIBRASI Gambar 2.4. Metode Pengukuran Secara Tidak Langsung II.2.1 Sistem Jebakan Udara Dalam hal ini tidak ada difragma yang sesuai untuk sesuatu cairan, maka dapat dipakai sistem jebakan udara. Sistem ini terdiri dari satu kotak dengan lubang di bawahnya. Dan yang dipasang di ujung pipa yang dicelupkan ke dalam cairan seperti terlihat pada gambar 2.5 lubang kotak dibiarkan tanpa diafragma. Karena udara di dalam kotak mendapat tekanan cairan maka akan terdesak ke atas. Tekanan ini diteruskan ke pengukur tekanan. Dengan mengetahui besarnya tekanan ini dapat diketahui tinggi cairan di dalam tangki.

5 Agar kenaikan cairan di dalam kotak tidak terlalu besar, maka volume kotak dibuat jauh lebih besar dari pada volume pipa diatasnya. Sistem jebakan udara ini mempunyai kerugian yaitu bila dipakai untuk cairan yang dapat melarutkan udara. Bila udara larut di dalam cairan maka cairan akan naik ke dalam kotak dan pengukuran menjadi tidak teliti lagi. Untuk itu maka jebakan udara dan kemudian dicelupkan kembali. Bisa juga dibuat saluran ke suatu sumber udara seperti pada sistem gelembung udara untuk mengisi udara kembali. Dengan cara ini jebakan udara tidak perlu lagi diangkat keluar cairan. 2.5 Sistem Jebakan Udara II.2.2. Pengukuran Permukaan Dengan Manometer Pipa U Pada gambar 2.6 terlihat manometer pipa U yang dipakai untuk mengukur permukaan cairan di dalam tangki terbuka. Dengan mengukur tinggi h dari cairan manometer dapat dipakai tinggi H dari cairan di dalam tangki, yaitu dengan menggunakan persamaan: H = pgm pgt x h Dimana :

6 Ρgm = berat jenis cairan manometer Ρgt = berat jenis cairan di dalam tangki Untuk mengukur permukaan di dalam tangki tertutup dapat dipakai manometer pipa U seperti yang terlihat pada gambar 2.6, pada kaki kiri dari manometer yang dibuat lebih besar dari pada kaki kanan, dipasang suatu pelampung. Pelampung ini dipakai untuk mengukur perubahan tinggi cairan di kaki kiri. Tinggi cairan h di dalam tangki dapat diketahui dengan mengukur perubahan kedudukan pelampung d, dengan persamaan: pgm A h 2 = d ho pgt A 1 Dimana : ρgm = berat jenis manometer ρgm = berat jenis caira dalam tangki A1 = luas penampang kaki kanan A2 = luas penampang kaki kanan d = perubahan kedudukan pelampung Bila diinginkan agar cairan di dalam tangki tidak mengadakan kontak langsung dengan cairan manometer, dipakai cairan pemisah seperti terlihat pada gambar 2.6. Untuk mengukur tinggi batas antara dua cairan berlainan di dalam suatu tangki dapat juga dipakai manometer pipa U.

7 pgm pg1 A2 h = pg2 pg1 A1 pgm pg1 = + d h0 pg2 pg1 Dimana : ρgm = berat jenis cairan manometer ρg1 = berat jenis cairan yang ringan ρg2 = berat jenis cairan yang berat A2 = luas penampang kaki kanan A1 = luas penampang kaki kiri d = perubahan kedudukan pelampung Gambar 2.6 Pengukur Permukaan Tangki Tertutup dengan Pipa U II.2.3. Pengukuran Permukaan Dengan Ultrasonic

8 Sumber yang dipasang pada bejana terus-menerus mengirimkan getaran ultrasonic (getaran yang tidak dapat didengar, mempunyai frekuensi sangat tinggi). Getaran tersebut terputus bila isi bejana yang berbentuk padat atau cair melewati posisi pemasangan sumber. Terputusnya getaran diubah menjadi sinyal listrik yang ditunjukkan pada alat ukur atau diolah dengan cara lain. Metode ini banyak kelemahanya yaitu kemungkinan gangguan-gangguan dari luar seperti gelombang-gelombang suara dari luar seperti gelombang-gelombang suara dari sumber-sumber lain, kilat. Gambar 2.7 Pengukuran Permukaan Dengan Metode Ultrasonic II.3 Sistem Kontrol Sistem kontrol telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Sistem kontrol telah menjadi bagian yang penting dan terpadu dari proses-proses dalam pabrik dan industri modern. Misalnya, kontrol otomatis dalam kontrol numerik dari mesin alat-alat bantu di industri manufaktur. Selain itu sistem kontrol juga merupakan bagian yang penting dalam operasi industri seperti pengontrolan level, tekanan, suhu, kelembaban, viskositas, dan arus dalam industri proses.

9 II.3.1 Pengertian Sistem Kontrol Sistem kontrol adalah suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen atau elemen pendukung yang digunakan untuk mengukur nilai dari variabel sistem yang dilontrol dan menerapkan variabel tersebut kedalam sistem untuk mengoreksi atau membatasi penyimpangan nilai yang diukur dari nilai yang dikehendaki. II.3.2 Pengertian Sistem Kontrol Otomatis Sistem kontrol otomatis adalah sistem kontrol umpan balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki dapat konstanatau berubah secara perlahan dengan berjalannya waktu dan tugas utamanya adalah menjaga keluaran sebenarnya berada pada nilai yang dikehendaki dengan adanya gangguan. Banyak contoh sistem kontrol otomatis, beberapa diantaranya adalah pengaturan otomatis tegangan pada plant daya listrik ditengah-tengah adanya variasi beban daya listrik dan kontrol otomatis tekanan, kekentalan dan suhu dari proses kimiawi. II.3.3 Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka Dan Rangkaian Tertutup Sistem kontrol rangkaian terbuka (open loop control system) merupakan sistem yang keluaranya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Dengan kata lain, sistem kontrol rangkaian terbuka keluaranya tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan. Suatu contoh sederhana adalah mesin cuci. Perendaman, pencucian dan pembilasan dalam mesin cuci dilakukan atas basis waktu. Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran yaitu tingkat kebersihan kain.

10 Setiap gangguan yang terjadi akan menimbulkan pengaruh yang tidak diinginkan pada outputnys, seperti terlihat pada gambar di bawah ini Input Proses Output Gambar 2.8 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka Sistem kontrol rangkaian tertutup (closed-loop control system) merupakan system pengendalian dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikendalikan dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat (indikator atau rekorder). Perbedaan yang terjadi antara besaran yang dikendalikan dan penunjukan pada alat pencatat digunakan sebagai koreksi, seperti pada gambar 2.9 di bawah ini: Input + PROSES Output - UMPAN BALIK Gambar 2.9 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup Masing-masing dari sistem kontrol baik itu loop terbuka maupun loop tertutup mempunyai kelebihan dan kelemahan yaitu:

11 Kelebihan sistem loop terbuka adalah: 1. Konstruksinya sederhana dan perawatanya mudah 2. Lebih murah daripada sistem kontrol loop tertutup 3. Tidak ada persoalan kestabilan 4. Cocok digunakan jika keluaran sulit diukur atau secara ekonomi tidak layak. (sebagai contoh, mengusahakan suatu peralatan untuk mengukur kualitas keluaran pemanggang roti adalah cukup mahal). Kelemahan sistem kontrol loop terbuka adalah: 1. Gangguan dan perubahan kalibrasi akan menimbulkan kesalahan, sehingga keluaran mungkin berbeda dengan yang diinginkan. 2. Untuk menjaga kualitas yang diperlukan pada keluaran diperlukan kalibrasi ulang dari waktu ke waktu. 3. dapat digunakan pada sistem jika terdapat gangguan yang tidak dapat diramalkan dan atau perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem. Sedangkan kelebihan sistem kontrol loop tertutup adalah: 1. Tidak memerlukan kalibrasi ulang dari waktu ke waktu. 2. Dapat digunakan untuk komponen-komponen yang relatif kurang teliti dan murah untuk mendapatkan pengontrolan plant yang teliti. 3. Dapat digunakan pada sistem jika terdapat gangguan yang tidak dapat diramalkan dan atau perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem.

12 Kelemahan sistem kontrol tertutup adalah: 1. Kestabilan selalu merupakan persoalan utama karena cenderung terjadi kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat menimbulkan osilasi pada amplitudo konstan maupun berubah. 2. Harga lebih mahal daripada sistem kontrol loop terbuka. II.4 Transmiter Transmiter adalah salah satu elemen dari sistem pengendalian proses. Alat untuk mendeteksi besaran fisis suatu proses digunakan sensor, keluaran (output) dari sensor tesebut dapat ditunjukkan ditempat dimana sensor tersebut dipasang (local indicator), bisa juga dikirim untuk kemudian ditunjukkan ditempat lain seperti diruang kendali. II.4.1 Transmiter Pneumatik Transmiter pneumatik menggunakan udara bertekanan tinggi (pneumatic) sebagai medianya. Udara bertekanan dibangkitkan oleh kompresor. Udara ini diberikan kepada transmiter sebagai suplai yang mempunyai tekanan berkisar 20 psi. Untuk selanjutnya transmiter mengeluarkan sinyal standar yang tekananya berkisar 3-15 psi. Jenis transmiter yang sering digunakan untuk pengukuran adalah transmiter beda tekanan (Diffrential Pressure Transmitter), seperti terlihat pada gambar 2.10 di bawah ini:

13 Gambar 2.10 Transmiter Pneumatik Beda Tekanan Pada suatu transmiter dilihat dari segi sarana penyambunganya kemedia yang akan diukur pada umumnya ada dua sisi, yaitu sisi tekanan tinggi (high) dan sisi tekana rendah (low), dimana kedua sisi tersebut dipasang pada daerah antara diafragma kapsul. Sisi yang memiliki tekanan rendah akan mengalir pada sebelah kanan dari diafragma kapsul. Pada sisi tekanan tinggi fluida mengalir lebih besar dari pada fluida pada sisi tekanan rendah, sehingga daya dorong dari diafragma sebelah kiri menuju diafragma sebelah kanan akan bertambah besar. Perubahan gaya dari diafragma tersebut kemudian disalurkan melalui batang lentur untuk menggerakkan batang gaya, dimana batang tersebut bergerak berputar berlawanan arah jarum jam.

14 Dengan diafragma penyekat yang bertindak sebagai titik tumpu dan sebagai hasilnya, rongga antara pemancar (nozzle) dan pembalik (flapper) menjadi lebih kecil dan udara akan secara normal keluar dari rongga pemancar tersebut dan dibatasi agar tekanan yang dihasilkan oleh pemancar meningkat dan keluaran tersebut akan mendapat penguatan dari pneumatic amplifier. Bagian dari keluaran digunakan sebagai penghembus umpan balik (feed back bellow) yang diubah dalam bentuk penguatan yang digunakan oleh batang batasan (range bar) dan menggunakan roda batasan (range whell) sebagai titik tumpu. Dengan membuat perubahan kedudukan pada pembalik akan mengurangi tekanan pemancar. Hasil akhirnya akan terjadi perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah diafragma. Celah antar pembalik dan pemancar yang telah dikecilkan akan meningkatkan pengeluaranya dan menstabilkannya, dengan cara ini kedua tekanan akan seimbang. II.4.2 Transmiter Elektronik Sama halnya dengan transmiter pneumatik, transmiter elektronik juga terdiri dari dua bagian pokok yaitu bagian perasa (detektor) dan bagian pengirim. Gambar 2.11 di bawah ini menunjukkan struktur dari transmiter elektronik

15 Gambar 2.11 Struktur Transmiter Elektronik Prinsip kerja dari transmiter elektronik pada gambar 2.11 adalah sebagai berikut: Batang pemuntir dari detektor (bagian perasa) disambungkan dengan pengimbang utama dari bagian pengirim, sehingga pergerakan dari batang pemuntir menghasilkan pergerakan dan pengimbang utama. Pergerakan dari pengimbang utama mengubah jarak antara kedua ferrite dari detektor bagian pengirim. Berubahnya jarak antara kedua ferrite menghasilkan perubahan pada induktansi dari pick-up coil. Perubahan induktansi pick-up coil menghasilkan perubahan pada output osilator dari kesatuan OPD (oscillator power detector). Perubahan pada output osilator menghasilkan perubahan nilai arus listrik yang keluar dari transmiter. Dengan demikian, perubahan pada variabel proses yang dirasakan oleh detektor pada bagian perasa dapat menghasilkan perubahan nilai arus listrik yang keluar dari bagian pengirim. Dengan demikian akan dihasilkan kedudukan dimana perubahan jarak antara kedua ferrite akan sebanding dengan perubahan variabel proses yang dirasakan detektor.