BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengenalan Alat Ukur Permukaan Cairan / Level Setiap alat instrument yang dipergunakan untuk mengukur dan menunjukan tinggi permukaan cairan disebut sebagai alat ukur level, baik pada tangki tertutup maupun terbuka. Tujuan dari pada pengukuran tinggi permukaan cairan adalah untuk : 1. Mencegah kerusakan equipment akibat kekosongan level serta kerugian akibat cairan terbuang. 2. Pengontrolan jalannya proses. 3. Mendapatkan kwalitas produksi yang diinginkan. 2.1.1 Metoda Pengukuran Tinggi Permukaan Cairan Dalam pengukuran ataupun penunjukan tinggi permukaan cairan dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu a. Metode Pengukuran Dilihat Langsung 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 dapat dicari, bila dikehendaki.
TINGGI CAIRAN DILIHAT LANGSUNG Gbr. 1. Metode dilihat langsung b. Metode Mekanik Gaya pada cairan menghasikan gerak mekanik. Pergerakan mekanik ini kemudian dikalibrasi kedalam bentuk skala angka-angka. GAYA PADA CAIRAN GERAK MEKANIK KALIBRASI Gbr. 2. Metode Mekanik
2.1.2 Jenis-Jenis Alat Ukur Level Dapat dilihat dari keterpasangan dan elemen utamanya alat ukur level dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Gelas Penduga (level glass) Gelas penduga dapat menunjukkan tinggi permukaan cairan dalam suatu bejana atau container secara tertutup, prinsip kerja yang digunakan gelas penduga adalah prinsip bejana berhubungan. Gelas penduga ujung terbuka sering digunakan pada tangki-tangki yang tidak bertekanan, yang tingginya melebihi 1,5 meter seperti tangki penampungan minyak diesel dari motor akar. Sedangkan gelas penduga ujung tertutup digunakan pada vessel yang bertekanan seperti boiler. Gambar 3. Level Glass (Gelas Penduga)
b. Pemberat dan Pita Cara termudah untuk mengukur tinggi permukaan cairan dalam tangki adalah dengan menggunakan sebuah pita pengukur yang diberi bobot pemberat. Bobotnya diturunkan kedalam tangki dan tinggi permukaan cairan dapat dilihat secara langsung pada pita pengukuran ( pita ini telah diberi skala ). Sistem pengukuran ini sering dilakukan pada tangki-tangki yang mengandung cairan yang bisa lengket atau memberi bekas pada pengukuran seperti Crude Oil, Kondensate Hidrokarbon dan lain-lain. Disamping itu pada tangki juga disediakan agar bobot pemberat dapat disediakan agar bobot pemberat dapat masuk dan diturunkan.
c. Metode dengan Penggeser (Displacer) Disebut displacer karena pada prinsip kerjanya nilai gerak yang dihasilkan displacer didisain untuk menggantikan (Dislacement) nilai volume cairan yang menghasilkan gerak tersebut. Gambar 5. Metode Penggeser (Dispacer) d. Alat Ukur Level dengan Metode Gelembung Meteran alat ukur ini pada umumnya adalah Preasure gauge (PG) dengan tabung Bourdon yang telah dikalibrasikan sebelumnya dalam skala persen. Alat ukur jenis ini biasanya digunakan pada tangki-tangki air yang tidak bertekanan (statis). Sistem gelembung ini biasanya menggunakan udara yang : bertekanan konstan, biasanya maksimum 50 Psi. Udara ini biasanya dimasukkan kedalam tabung yang terbenam (tegak) pada cairan yang akan
diukur, semakin tinggi permukaan cairan semakin besar tekanan udara yang dibutuhkan mengatasi tekanan statis yang diberikan oleh cairan. Gambar 6. Alat Ukur Sistem Gelembung e. Alat ukur Level dengan Sistem Beda Tekanan Diagfragma dan penghembus seperti dibicarakan pada alat-alat ukur tekanan dapat dipergunakan untuk mengukur tinggi permukaan cairan. Akan tetapi, sama halnya dengan penggeser maka diafragma dan penghembus selalu dihubungkan dengan transmitter, baik pneumatik maupun elektik. Kemudian, tekanan sinyal pneumatik atau sinyal elektik ini akan diteruskan kemeteran penunjuk yang telah dikalibrasi sebelumnya.
Gambar 7. Alat Ukur dengan Sistem Beda Tekanan 2.2 Sistem Kontrol (Kendali) Instrumentasi di Pabrik Berdasarkan peralatan instrumentasi yang membentuk suatu rangkaian kendali instrument maka yang berperan dalam sistem kendali instrument pabrik adalah peralatan instrument yang termasuk dalam kelompok pengkonversi signal dan kelompok pelaksana aksi kendali, karena peralatan instrument membentuk suatu rangkaian kendali, maka peran dari kelompok peralatan instrument itu saling berkaitan satu dengan yang lainnya, atau dengan kata lain dalam melakukan sistem kendali instrument oleh kelompok pengkonversi signal dan pelaksana aksi kendali juga ada sangkut pautnya dengan peralatan instrument pada kelompok pendeteksi, penyampaian signal dan pengubah signal.
Dari sebuah diagram PID ( Piping & Instrument Diagram ), dapat diketahui, instrument yang terpasang pada suatu pabrik, namum dari keseluruhan instrument yang terpasang bukanlah seluruhnya instrumentasi pabrik. Secara operasi pabrik instrument yang membentuk intrumentasi pabrik adalah instrument yang berfungsi untuk "kegiatan proses kontrol", dasar lain untuk mengetahui bahwa instrument yang membentuk instrumentasi pabrik dapat dipedomani terhadapi suatu instrument pengukur yang melaksanakan kerja pengukuran dan dipadukan dengan fungsi instrument lainnya seperti pengaman, pembaca dan pengendali. 2.2.1 Rangkaian Kendali Instrument Yang dimaksud dengan rangkaian kendali instrument adalah susunan dari peralatan instrument yang diperuntukkan guna dapat mengendalikan jalannya, operasi peralatan pengolah pada suatu satuan pengolahan dipabrik. Suatu satuan pengolahan terdapat berbagai variasi keadan operasi peralatan yang dikendalikan sebab itu maka rangkaian kendali instrument yang terpasang dapat lebih dari satu. Dengan banyaknya rangkaian kendali instrument yang terpasang pada suatu satuan pengolahan ditemukan pula peralatan instrument yang melengkapi peralatan kendali instrument yang berbeda-beda. Peralatan instrument yang terdapat pada suatu rangkain kendali instrument padat diklassifikasikan atas : 1. Alat penunjuk. Indicator 2. Alat pengirim sinyal. Transmitter 3. Alat pengkonversi sinyal. Converter 4. Alat pencatat Recorder
5. Alat pengatur Controller 6. Katup pelaksana aksi kendali.. Control Valve 1. Indikator adalah suatu alat yang memberikan harga dari besaran ( variabel) yang diukur ( biasanya terletak pada tempat dimana pengukuran untuk proses tersebut dilakukan ). Besaran ini merupakan besaran sesaat. 2. Transmitter adalah suatu alat yang mengukur harga dari suatu besaran seperti tinggi permukaan, beda tekanan dan mengirimkan sinyal yang diperolehnya keperalatan lain seperti recorder, alarm dan tain-lain. 3. Converter adalah suatu alat yang bekerja untuk mengubah sinyal yang dihasilkan oleh transmitter ( sinyal proses yang berupa set point dari controller) menjadi sinyal pneumatik untuk menggerakkan control valve. 4. Recorder adalah suatu alat yang bekerja untuk mencatat harga-harga yang diperoleh dari pengukuran secara kontiniu atau periodik. Biasanya hasil pencatatan recorder ini terlukis dalam bentuk kurva diatas kertas. Recorder ini biasanya terletak jauh dari tempat dimana besaran proses diukur. 5. Controller adalah suatu alat yang bekerja membandingkan harga besaran yang diukur dengan harga sebenamya yang diinginkan bagi besaran itu dan memberikan sinyal untuk pengoreksian kesalahan, jika terjadi perbedaan antara harga yang diukur dengan harga yang sebenamya. Sinyal koreksi yang dihasilkan oleh controller berfungsi untuk mengoperasikan Control Valve untuk memperbaiki atau meniadakan kesalahan tersebut. Biasanya Controller ditempatkan jauh dari tempat pengukuran. Controller juga dapat berfungsi (dilengkapi) untuk dapat mencatat dan mengukur.
6. Control Valve adalah suatu alat yang bekerja untuk melaksanakan aksi kendali dengan cara membuka dan menutup katup sesuai dengan perintah dari controller. 2.2.2 Jenis-Jenis Sistem Kendali / Control Instrument Dalam kegiatan pengendalian instrument, sistem kendali yang dipakai dapat dibedakan atas : 1. Sistem Kendali Satu Arah 2. Sistem Kendali Umpan Balik (Feed Back Control Sistem) 3. Sistem Kendali Bertingkat (Cascade Control Sistem) 1. Sistem Kendali Satu Arah Sistem kendali yang diperuntukkan guna melakukan penghentian dari variabel operasi yang menimbulkan keadaan tak terkendali, misalnya pada pengendalian level pada tangki, bila level tangki tersebut melewati batas terendah yang ditentukan maka proses akan berhenti. 2. Sistem Kendali Umpan Balik ( Feed Back Control Sistem) Pada sistem ini aksi kendali yang dilakukan oleh peralatan pelaksana aksi kendali berpedoman pada batas kendali dari satu variabel yang menimbulkan keadaan tidak terkendali. Pelaksanaannya berlangsung secara perlahan-lahan dan bertahap. Besar kesalahan pengendalian akan dijadikan sebagai sinyal koreksi untuk menghilangkan kesalahan dalam pengendalian.
3. Sistem Kendali Bertingkat (Cascade Control Sistem) Pada sistem ini aksi pengendali yang dilakukan oleh pelaksana aksi kendali sama dengan sistem kendali umpan balik namun bedanya adalah faktor peubah ( variabel ) yang dipedomani untuk pelaksanaan aksi kendali lebih dari satu variabel operasi. 2.3 Sistem proses pengendalian level Meskipun pada beraneka ragam industri dan kegiatan lainnya diperlukan pengaturan proses yang berbeda-beda, tetapi secara teknik instrument suatu proses yang diatur mempunyai dasar pengertian yang sama. Suatu proses control memerlukan prinsip dasar pengaturan dari proses untuk mendapatkan out put dengan hasil yang diinginkan melalui suatu pengaturan set point. Pada prinsipnya tujuan dari proses level control ini adalah menghilangkan error ataupun membuat sekecil mungkin error yang terjadi didalam pengukuran level pada suatu proses pengendalian level. Hampir semua proses dalam dunia industri membutuhkan alat-alat otomatis untuk mengendalikan variabel proses termasuk dalam mengendalikan level cairan. Gabungan serta kerja alat-alat otomatis pengendali otomatis pada pengendalian level itulah yang disebut dengan sistem proses pengendalian level sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem tersebut dinamakan dengan instrumentasi proses pengendalian level. Ada empat langkah yang harus, diperhatikan dalam sistem proses pengendalian level yaitu : 1. Mengukur level. 2. Membandingkan level yang terukur dengan level yang diharapkan.
3. Menghitung kesalahan 4. Mengoreksi dan memperbaiki kesalahan tersebut Apabila langkah tersebut dilakukan sekaligus oleh alat instrument, maka sistem pengendalian level seperti ini disebut sistem pengendalian level otomatis. Berikut ini adalah blok diagram sistem pengendalian otomatis dalam bentuk sederhana. Input SET POINT + - Controller Actuator Proses Output Sensor Gambar 8. Diagram Sistem Kontrol Otomatis 2.4 Penyebab Kesalahan Dalam Proses Pengukuran Kesalahan atau penyimpangan pengukuran dalam suatu proses pengendalian adalah terjadi perbedaan antara harga yang terukur dalam hasil proses dengan harga yang ditentukan sebelumnya ( set point ). Adapun kesalahan pengukuran level ini dapat disebabkan oleh beberapa hal yaitu: 1. Adanya gelembung udara (jebakan udara) dalam rangkaian perpipaan. Rangkaian perpipaan pada sebuah sistem kendali memegang peranan penting yaitu sebagai lajur transportasi fluida yang menghubungkan seluruh peralatan kendali dan peralatan pengolah menjadi suatu kesatuan dalam sistem produksi. Dalam kegiatan proses pengendalian level cairan, 17
rangkaian perpipaan harus benar-benar bebas dari gelembung udara, karena dapat membuat kerja dari transmitter tidak dapat bekerja dengan maksimal sehingga kinerja dari peralatan pengontrol lainnya juga tidak maksimal, hal ini dapat menyebabkan hasil pengendalian pengukuran tidak akurat. Gelembung udara dalam rangkaian perpiaan ini dapat dihilangkan dengan melakukan tubing pada rangkaian perpiaan tersebut. 2. Head Lossis Head lossis adalah rugi-rugi tekanan yang terjadi pada seluruh rangkaian perpioaan serta peralatan kendali serta proses. Rugi-rugi tekanan ini terjadi pada saat peralatan bekerja mentransportasikan. Rugi-rugi ini dapat menyebabkan berkurangnya kwantitas hasil proses. Head lossis ini dipengaruhi oleh beberapa hal seperti ; a. Faktor gesekan b. Kekerasan relative (relative rockness) c. Ekivalensi tahanan pada sambungan pipa (fitting) dan katup (valve0 Tabel 1. Kekasaran Permukaan pada Pipa MATERIAL PIPA Ε (Relative Rockness) (ft) Galvanized Steel 0.0005 Asphalted Cast Iron 0.0004 Comersial Steel 0.00015 Reveted Steel 0.003 0.03 Concrete 0.001 0.01 Cast Iron 0.00085 0.26
Tabel 2. Ekivalen Tahanan (Friksi) Pada Fitting / Pipa FITTING / VALVE EKIVALEN TAHANAN FRIKSI (K) Elbow 45 o 15 Elbow 90 o (Std) 32 Elbow 90 o (Long Radius) 20 Cloos Return Bends 75 Get Valve (terbuka penuh) 7 Get Valve (¾ bukaan) 40 Get Valve (½ bukaan) 200 Get Valve (¼ bukaan) 800 Globe Valve (terbuka penuh) 200 Angle Valve (terbuka penuh) 170 Swing Check Valve (terbuka penuh) 80 Standard Tee 68 3. Ketidak telitian dalam mengkalibrasi alat ukur Kalibrasi adalah penyesuaian alat ukur agar penunjukkan harga pengukuran sama dengan harga nominal / sebenarnya. Ketelitian dalam kalibrasi ini sangat menentukan untuk menghasilkan keakuratan pengukuran yang tinggi. 4. Ketidak telitian dalam membaca alat ukur Ketelitian dalam membaca alat ukur adalah pekerjaan dari sebuah pengukuran yang sangat mengandalkan keuletan seorang operator. Karena itu seorang operator yang bekerja melaksanakan pengukuran harus : a. Menguasai dasar pengetahuan tentang alat ukur yang dibaca. b. Mampu menganalisa sumber penyimpanan dari pengukuran dan tahu cara menghilangkan penyimpanan tersebut.
c. Mampu menganalisa suatu persoalan pengukuran, menentukan cara pengukuran yang sesuai tingkat kecermamtan yang dikehendaki, memilih alat ukur yang sesuai dalam suatu kegiatan pengukuran. d. Sadar bahwa hasil pengukuran adalah sepenuhnya merupakan tanggung jawabnya. 20