Minggu, 24 Februari 2013

Pengukuran Level

BAB I
PENDAHULUAN
Instrumentasi merupakan suatu alat yang sangat penting dalam suatu sistem pengukuran yang salah satunya pengukuran besarnya tinggi permukaan cairan, alat ini harus dapat berfungsi dengan baik sesuai dengan kebutuhan instrumentasi di pabrik. Alat instrumentasi ini merupakan salah satu faktor yang menentukan hasil produksi, dimana alat instrumentasi yang mengukur, mengontrol, mendeteksi, menganalisa, baik secara manual maupun secara otomatis. Diferensial transmitter elektrik merupakan salah satu dari instrumentasi proses control yang terdapat pada suatu pabrik.
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.
Diferensial transmitter elekrtik merupakan sensor yang dipergunakan untuk mengukur besarnya tinggi permukaan cairan (Level pada tangki) sebagai alat untuk dapat di baca ke controller hingga ke pengaturan akhir. Setiap proses selalu mempunyai keadaan yang sedang berlangsung. Agar keadaan yang diinginkan sama dengan keadaan yang berlangsung maka pengontrolan harus dilakukan dengan memerlukan suatu alat pengukuran. Adapun gambaran permasalahan yang di peroleh sebelum merancang instrumentasi pengukur besarnya tinggi permukaan cairan (Level pada tangki) dalam tangki dengan menggunakan diferensial transmitter elektrik dan keterpasangan instrumentasi pengukuran pada posisi masing-masing. Guna mendapat ketelitian atau keakuratan dalam memberikan hasil yang diinginkan.
Pentingnya peranan kendali pengukuran besarnya tinggi permukaan cairan pada sebuah tangki dengan menggunakan diferensial transmitter elektrik pada sistem proses, maka perlu diambil langkah-langkah agar pengukuran besarnya tinggi permukaan cairan pada tangki tersebut sesuai dengan keadaan yang sebenarnya, dengan mengetahui besar tinggi permukaan cairan pada tangki kita dapat mengontrolnya agar sesuai dengan kebutuhan.
            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.












BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Metoda Pengukuran Tinggi Permukaan Cairan
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 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 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.
Gambar 2.1. Metoda dilihat langsung
Gambar 2.2. Metoda mekanik
2.2 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 6
Gambar 2.6. Penggeser.
Gambar 3.6, 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 pressure 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.
7.      Radar Tank Gauge
Gambar 2.10. Radar Tank Gauge
Radar Tank Gauge atau disingkat RTG adalah jenis ATG yang digunakan untuk mengukur ketinggian suatu permukaan dengan metode radar. Metode pengukuran dengan level untuk jenis ATG ada dua yaitu RTG dan Servo Tank Gauge. Sesuai dengan namanya, RTG menggunakan radar untuk pengukuran, dan STG menggunakan servo (motor) untuk pengukuran level.
ATG adalah pengukuran level dengan presisi yang tinggi. Tingkat presisi ini digunakan untuk mencapai standar minimum untuk custody transfer (untuk jual beli dengan pihak ketiga). Selain kegunaan tersebut, RTG bisa juga digunakan untuk inventory calculation, oil movement, losses control, operational and blending control, dan leak detection & overfill protection. Untuk mendapatkan nilai dengan presisi yang tinggi, banyak parameter yang harus diukur seperti level minyak, temperature minyak, water level, dan tinggi tanki. Variable ini digunakan untuk menghitung net volume minyak dalam suatu tanki dengan perhitungan tertentu. 
Untuk mendapatkan level minyak secara tepat harus di kompensasi dengan level air yang ada di dalam tanki. Karena SG Air dan minyak berbeda pasti air akan berada dibawah dan membentuk suatu lapisan tersebut. Oleh karena itu, lapisan air dapat diukur dengan mudah untuk mendapatkan ketinggian air dari dasar tanki. Radar digunakan untuk mengukur ketinggian ruang kosong antara fluida dan tempat radar tersebut dipasang (di atap tanki). Level minyak murni = tinggi tanki – hasil pengukuran radar – ketinggian level air.
Pengukuran level dengan radar memiliki 2 metode yatu pulse method dan Frequency modulated Continuous Wave (FMCW). Pulse method adalah pengukuran dengan menghitung waktu tempuh sinyal yang dikirim kemudian dipantulkan oleh fluida dan diterima kembali oleh antena. Total waktu yang digunakan untuk merambat dari awal sampai kembali lagi itulah yang disensing sebagai waktu. Pengukuran dengan metode ini memiliki akurasi yang rendah.
Gambar 2.11. Pengukuran dengan Radar
FMCW adalah pengukuran dengan menghitung delta frekuensi dari frekuensi yang dikirimkan dan frekuensi yang diterima saat itu. Pengukuran ini dilakukan dengan memvariasikan frekuensi yang ditransmisikan. Frekuensi ini memiliki sifat semakin besar dalam setiap waktu sampai saat tertentu dia akan kembali mulai dari awal lagi. Jika digambarkan spektrum seperti gelombang gigi gergaji. Waktu tempuh frekuensi pertama tersebut akan memiliki waktu yang sebanding dengan jarak antara transmitter dan sisi pemantul. Semakin besar jaraknya maka semakin lama pula frekuensi pertama tersebut ditangkap. Pada saat yang bersamaan, radar tersebut juga mengirimkan sinyal yang semakin naik seiring bertambahnya waktu. Ketika frekuensi pertama ditangkap oleh radar, frekuensi tersebut dibandingkan dengan frekuensi yang dikirim saat ini. Delta frekuensi ini akan ditransformasikan dengan FFT menjadi frekuensi spektrum. Dari situlah bisa ditentukan jarak pengukuran. Dengan perhitungan tertentu, delta f ini memiliki hubungan sebanding dengan jarak yang diukur.
Pengukuran level air dilakukan secara lebih sederhana. Pengukuran ini hanya menggunakan komponen kapasitif yang akan berubah kapasitansinya ketika terkena fluida. Output yang dihasilkan dari pengukuran ini adalah sinyal elektrik 4-20mA.
Gambar 2.12. Pengukuran Level melalui Temperatur didalam Tangki
Pengukuran temperature dilakukan secara kontinu dengan interval jarak 3 meter. Pengukuran temperature ini menggunakan MST (multiple spot temperature) sebagai tempat untuk meletakkan termometer. Setiap element termometer ini akan dikirimkan nilainya ke RTG untuk dikalkulasi menjadi volume netto. Harus ada kompensasi temperature karena minyak itu bisa mengembang dan menyusut sesuai dengan temperaturenya. Jika temperature tinggi, maka minyak akan mengembang dan sebaliknya jika temperature rendah maka minyak akan menyusut.
RTG ini memiliki presisi yang tinggi karena dia memiliki ketelitian pengukuran kurang lebih 0.5 mm. RTG menggunakan frekuensi 10GHz dengan mode frequency modulation. Digunakan mode FM karena kebanyakan noise itu terletak pada amplitude modulation.
2.3 Jenis Lain dari Alat Ukur Tinggi Permukaan Cairan.
1. Meteran Tangki Penyimpanan (Storage Tank Gages)
Gambar 2.13. Meteran tangki penyimpanan.
Gambar 2.13. 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 2.14. Kotak diafragma
Gambar 2.14. 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 90ยบ supaya saluran pengukuran jangan tersumbat oleh diafragma.

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, 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 ;
1.      Faktor gesekan
2.      Kekerasan relative (relative rockness)
3.      Ekivalensi tahanan pada sambungan pipa (fitting) dan katup (valve)


KESIMPULAN
1.      Metoda pengukuran tinggi permukaan cairan ada dua yaitu :
1.      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 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.
2.      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.
3.      Beberapa metode tidak langsung meliputi pengukuran (permukaan), tekanan, pengukuran kerapatan (densitas), pengukuran tinggi permukaan dengan pemberat, dan lain-lain.
4.      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.
5.      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.

















DAFTAR PUSTAKA

2 komentar: