Download - Laporan Sementara CRL William
PENGENDALIAN KETINGGIAN CAIRAN (CRL)
PERCOBAAN I : PENGENDALIAN ON/OFF
DAN PENGENDALIAN DENGAN RESISTIVE PROSES
I. Tujuan Percobaan
a . Pengendalian On/Off
Setelah melakukan praktek, mahasiswa diharapkan mampu :
Melakukan simulasi pengendali on/off dengan mempergunakan peralatan
CRL
Menjelaskan pengertian set point, gain, histeris, open time.
Memahami mekanisme pengendalian ON/OFF.
Mencetak grafik pengendalian ON/OFF dan menjelaskan Grafik tersebut.
b . Pengendalian dengan Resistive Proses
Setelah Melakukan praktek, mahasiswa diharapkan mampu :
Membedakan antara pengendalian ON/OFF dan pengendalian dengan
Resistive.
Menentukan kapan sebaiknya pengendalian resistive proses digunakan.
Mencetak grafik dan menganalisa grafik yang terbentuk.
II. Dasar Teori
Peralatan simulasi proses CRL dibuat oleh DIDACTA Italia dan
dikembangkan untuk mempelajari teknik pengendalian level (ketinggian)
permukaan fluida cair, yang dalam hal ini fluida yang digunakan adalah air.
Konfigurasi yang digunakan untuk simulasi ini adalah system loop terbuka (open
loop) dan system tertutup (Closed loop). Selain itu juga, dipelajari mode
pengendalian dengan pangendalian kontinyu (Three term-controller,(P/I/D).
Peralatan CRL ini terdiri beberapa unit :
1. Tangki air kapasita 20 liter.
2. Pompa sentrifugal dengan laju 20 liter/menit.
3. Katup Jenis PNEUMATIK Proposional dengan input 3-5 psi.
4. Tranduser I/P.
5. Inlet udara tekan (dioperasikan minimal pada 2 bar).
6. Pengukuran tekanan udara tekan.
7. Alat pangatur tekanan udara tekan secara manual.
8. Controller elektronik MiniReng (alat tambahan).
9. Peralatan Listrik (Panel CR).
10. Komputer dan printer (aplikasi window, min window 95).
11. Tangki bening berskala.
12. Katup pengeluaran manual, V1 dan V2.
13. Tranduser P∩.
14. Katup solenoid untuk input gangguan (disturbance).
X. Sinyal Penggerak (actuating signal).
Y. Sinyal variabel yang dikendalikan (controller var, signal).
N. Sinyal gangguan (noise).
15. Saklar utama (main switch), yang mensuplai arus listrik dari soket
didinding ke peralatan CRL.
16. Lampu indicator kerja pompa, menunjukkan pompa sedang hidup.
17. Lampu indicator kerja level minimal dan maksimal untuk pemakaian
resistive probe. Resistive probe terletak di dalam tangki berskala
berbentuk seperti elektroda terbuat dari logam dalam 3 ukuran
panjang yang berbeda.
18. Penunjuk ketinggian (level indikator) dalam satuan %.
19. Lampu indicator, menunjukan posisi katup untuk menimbulkan
gangguan sesuai posisi no.
Posisi selector noise (gangguan):
0-Katup selenoid tidak diaktifkan.
Man-Katup selenoid diaktifkan secara manual.
PC-Katup selenoid dikendaliakan melalui computer.
20. Sinyal pengaturan, X dalam bentuk output analog.
21. Sinyal yang dikendaliakan, Y controlled var, dalam bentuk output
analog.
22. Selektor pemilih untuk jenis mode control :
o Pengendalian gerakan katup secara manual.
o Unit off (0), posisi pengendali tidak hidup.
o Pengendalian dengan resistive probes.
o Pengendalian dengan PC (komputer).
o Pengendalian dengan MiniReg, (alat tambang).
o Pengendalian dengan MRRP, (alat tambang).
23. Pengaturan katup secara manual (trimmer).
24. Lampu penunjuk power suplai.
a . Uraian Singkat
Liquid yang berada di tangki (1) dipompakan ke tangki berskala (11) oleh
pompa sentrifugal (2) di bawah pengendalian katup pneumatic proposional (3).
Pengisian tangki berskala (11) menghasilkan tekanan pada bagian dasar tangki
yang ekivalen terhadap ketinggian (level) liquid dalam tangki, didektesi oleh
transduser P/I (13) dan ditransmisikan sebagai sinyal Y ke unit pengkondisian
panel control (9), outputnya berupa sinyal X yang berasal dari panel control (9)
ditransmisikan ke katup (3) oleh transduser I/P (4) yang kemudian menggerakan
katup pneumatic proposional dengan bantuan udara tekan yang disuplai oleh inlet
udara tekan (5).
Katup V1 dan V2 dapat diatur secara manual untuk tertutup dan terbuka
penuh dalam hubungan dengan tangki berskala (11). Katup selenoid (14)
memungkinkan untuk pengendalian gangguan aliran air. Untuk pemakaian katup
14, V1 harus dalam keadaan terbuka panuh. Panel control (9) terdiri dari beberapa
indikator yang menunjukan kerja peralatan pada unit CRL.
1) Pengendalian ON/OFF
Pengendalian yang paling sederhana adalah jenis ON/OFF, dimana
pergerakan (actuator) hanya berada pada dua keadaan posisi ON (hidup)
atau posisi OFF (mati), pada unit CRL ini diasumsikan katup pneumatic
padsa posisi membuka atau menutup aliran yang menuju tangki berskala.
Pada keadaan ini, katup akan terbuka apabila level air berada di
bawah dari level yang diinginkan (set point) atau katup menutup apabila
level air melebihi dari set point. Disini akan terdapat batasan level (level
Threshold) yang berhubungan dengan set point, apabila batasan ini
dilampaui karena level bertambah atau berkurang, katup juga berubah
posisinya, hal ini akan menimbulkan perubahan posisi katup di sekitar
batasan level, yang timbul pada pengoperasian normal.
Ketika level sedikit di bawah set point, katup akan terbuka,
sehingga level melebihi set point dengan cepat, kemudian katup menutup
dan level berkurang kembali dan seterusnya berulang-ulang.
Untuk mengatasi problem ini, dan mencegahnya ausnya penggerak
(katup), ada baiknya diberikan dua batasan level yang diatur secara
simetris di atas dan di bawah set point.
Batasan atas dilampaui apabila level meningkat, katup akan
membuka.
Batasan bawah dilampaui apabila level berkurang, katup akan
membuka.
Interval antara level yang dikendaki dengan salah satu batas level
dinamakan HISTERITIS. Semakin besar histeristis, semakin rendah
tekanan pada actuator.
2) Pengendalian Dengan Resistive Proses
Tangki bening berskala unit CRL mempunyai tiga buah proses di
dalamnya yang berfungsi untuk mengukur level fluida (R1, R2, dan R3),
R1 dan R2 dapat berfungsi sebagai batas bawah dan R3 berfungsi sebagai
batas seperti pada pengendalian ON/OFF.
Apabila katup pengeluaran (V2) terbuka, tangki pada keadaan
kosong dan selector pada panel kontor (23) berada pada posisi sesuai
resistive proses yaitu (antara 0 dan PC), maka air akan mengalir mengisi
tangki. Sistem ini akan membuka katup pneumatic sebesar 100% sampai
level mencapai R2 dan R3 (melampaui R1) dan setelah melewati batas atas
, katup akan menutup. Level akan turun karena katup V2 terbuka sehingga
level mencapai R2 dan melewati batas bawah R2 tersebut, Katup terbuka
kembali, demikian berulang seperti pada pengendalian ON/OFF . R3
berada pada posisi level 85% sedangkan R2 pada level 75% control pada
posisi 0.
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 kontrol yang terdapat pada suatu pabrik.
Alat-alat instrumentasi yang dipergunakan untuk mengukur dan
menunjukkan besarnya tinggi permukaan cairan digunakan diferensial transmitter
elektrik yang dilengkapi 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 dibaca 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 diperoleh 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.
b . 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 ke dalam bentuk skala
angka-angka.
c . 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 :
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.
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.
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. 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.
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.
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.
Menunjukkan skematik dari pengembus yang dipergunakan dalam
pengukuran tekanan. Pengembusan seperti ini juga dapat dipergunakan
untuk pengukur Tinggi Permukaan Cairan.
Alat ukur dengan sistem gelembung.
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
ke dalam 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 ke dalam 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.
Radar Tank Gauge
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. 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. 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.
d . Jenis Lain dari Alat Ukur Tinggi Permukaan Cairan.
Meteran Tangki Penyimpanan (Storage Tank Gages)
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.
Kotak Diafragma
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 90º supaya saluran pengukuran
jangan tersumbat oleh diafragma.
e . 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).
Pengukuran level dapat dilakukan dengan bermacam cara antara lain
dengan: pelampung atau displacer, gelombang udara, resistansi, kapasitif, ultra
sonic, optic, thermal, tekanan, sensor permukaan dan radiasi. Pemilihan sensor
yang tepat tergantung pada situasi dan kondisi sistem yang akan di sensor. Sensor
level menggunakan pelampung cara yang paling sederhana dalam penyensor level
cairan adalah dengan menggunakan pelampung yang diberi gagang. Pembacaan
dapat dilakukan dengan memasang sensor posisi misalnya potensiometer pada
bagian engsel gagang pelampung. Cara ini cukup baik diterapkan untuk tanki-
tanki air yang tidak terlalu tinggi. Sensor level menggunakan tekanan untuk
mengukur level cairan dapat pula dilakukan menggunakan sensor tekanan yang
dipasang di bagian dasar dari tabung. Cara ini cukup praktis, akan tetapi
ketelitiannya sangat tergantung dari berat jenis dan suhu cairan sehingga
kemungkinan kesalahan pembacaan cukup besar. Sedikit modifikasi dari cara
diatas adalah dengan cara mencelupkan pipa berisi udara kedalam cairan. Tekanan
udara didalam tabung diukur menggunakan sensor tekanan, cara ini
memanfaatkan hukum Pascal. Kesalahan akibat perubahan berat jenis cairan dan
suhu tetap tidak dapat diatasi.
III. Alat dan Bahan
Seperangkat peralata CRL.
Personal computer.
Air.
IV. Gambar Alat (Terlampir)
V. Prosedur Kerja
a . Pengendalian ON/OFF
Mengeset selector control (23) di depan panel control unir CRL pada
posisi “PC” dan selector noise (20) pada 0.
Membuka katup V1 dan V2 dan kosongkan tangki. Mengatur agar
katup V2 tertutup 25% dari katup V1 tetap terbuka.
Menghidupkan unir CRL dengan mengaktifkan tombol sacral utama.
Memutar sambil ditarik katup tekanan (7) dan atur dengan memutar
tombol katup tersebut agar tekanan yang terbaca di (6) maksimal 2 bar.
Menghidupkan komputer, jalankan program dan pilih file “New”
Memilih regulator On-Off pada “regulator Type”, clik oke lalu clik oke
lagi.
Pada monitor parameter masukkan :
1. Set point = 30%
2. HISTERITIS = 5 %
3. OPEN TIME = 2 s
4. GAIN = 0,5
Menekan tombol “start” untuk memulai percobaan
Observasi kejadian di unir crl dan grafik yang terbentuk
Setelah berjalan 10 menit, menekan tombol freeze, hal ini menyebabkan
proses berhenti.
Mengubah parameter sesuai perintah instruktur, tekan enter
Menekan tombol “start” kembali, observasi gerakan yang terjadi baik di
unit CRL maupun grafik yang terbentuk.
Mengulangi langkah 11 apabila perlu, tekan tombol “freeze”, dan
hidupkan printer click tombol “print” untuk memulai pencetakan grafik.
Pada akhir percobaan click tombol “quit lalu YES file, pilih exit dan
tekan YES
Mengosongkan tangki dan matikan saklar utama.
b . Prosedur Pengendalian dengan Resistive Proses
Mengosongkan tangki dengan membuka katup V2.
Jalankan program CRL, pilih file NEW, click oke.
Memilih “external regulator” dan click oke. Pastikan Unit CRL Telah
Hidup.
Click tombol start untuk memulai dan ubah mode selector (24) di panel
control ke resistive proses.
Mengamati kejadian didalam tangki dan pada grafik monitor.
Setelah didapat grafik konstan, Click tombol freeze dan ubah parameter
harga set point dan harga histeritis.
Mengamati lagi perubahan yang terjadi.
Setelah stabil, click tombol freeze kembali. Print grafik yang terbentuk.
Mengatur selector NOISE pada posisi MAN, dan ubah posisi katup C2.
Menekan tombol reset kemudian start, amati perubahan yang terjadi.
Print hasil, kemudian click quit dan keluar dari program.
VI. Data Pengamatan
a . Pengendalian On/Off
Grafik Set Point (%)Histeritis
(%)Open Time
(s)Gain
130 5 2 0,550 5 2 0,5
250 5 2 0,530 2 2 0,5
330 2 2 0,550 5 2 0,5
4 30 5 2 0,55 30 5 10 0,5
630 5 10 0,550 5 10 0,5
750 5 10 0,570 5 2 0,7
b . Pengendalian dengan Resistive Proses
No. Ketinggian Naik Turun
1 t1 (s) 42,87 8,31
2 t2 (s) 42,14 8,06
3 t3 (s) 42,3 8,41
4 trata-rata (s) 42,436667 8,26
VII. Perhitungan
Diketahui :
Diameter Tabung (D) = 16 cm ; maka r = 8 cm
Ketinggian Air (h) = 10 cm
a. Volume air yang dipindahkan
V = πr2.t
= 3,14 x 82 x 10 cm
= 2009,6 cm3
b. Laju alir naik (t = 42,436667 s)
Q =
=
= 47,35527 cm3/s
c. Laju alir turun ( t = 8,26 s)
Q =
=
= 243,29 cm3/s
VIII. Analisa Percobaan
Pada grafik 1 yaitu variasi set point dengan menaikkan set point, mulanya
parameter yang diberikan adalah set point dengan harga 30 %, dan hysteritis 5%,
open time 2 sekon, dan gain 0,5. Laju alir (kurva merah) cukup stabil dimana
lamanya bukaan (kurva biru) yang terjdi cukup lama, namun ketika set point
(kurva kuning) dinaikkan menjadi 40 %, laju alir meningkat, begitu pula ketika
dinaikkan manjadi 50%. Hal ini terjadi karena laju alir mengikuti gerak dari set
point untuk menyeimbangkan hysteritisnya.
Pada Grafik 2 yaitu variasi set point dan hysteritis dengan menurunkan set
point dan menaikkan hysteritis, parameter yang diberikan adalah set point dengan
harga 50%, dan hysteritis 5%, open time 2 sekon, dan gain 0,5. Laju alir ikut turun
ketika set point menjadi 30% dengan hysteritis 5%. Interval antara posisi puncak
dan lembah kurva merah cukup jauh karena angka hysteritis 5%, begitu pula
posisi bukaan katup (kurva biru) yang cukup tinggi. Namun ketika hysteritis
diubah menjadi 2%, jarak kurva merah menjadi sangat kecil dengan set point, hal
ini berpengaruh pada bukaan katup (kurva biru) yang semakin cepat pula berubah
karena proses membuka dan menutupnya katup menjadi lebih singkat akibat
hysteritis yang rendah.
Pada grafik 3 yaitu variasi hysteritis dengan menaikkan hysteritis,
Parameter yang diberikan adalah set point dengan harga 30%, dan hysteritis 2%,
open time 2 sekon, dan gain 0,5. Rendahnya harga hysteritis menyebabkan cepat
pula perubahan posisi katup (buka/tutup) yang terlihat dari kurva biru yang begitu
rapat, namun ketika harga hysteritis ditingkatkan menjadi 5%, waktu untuk katup
terbuka menjadi cukup lama seperti yang ditampakkan pada kurva biru dengan
jaraknya yang agak jauh. Hal ini menunjukkan bahwa hysteritis mempengaruhi
lamanya katup pengontrol tersebut terbuka. Semakin besar nilai hysteritis, maka
semakin lama pula katup terbuka.
Pada grafik 4, parameter yang diberikan adalah set point dengan harga
30%, dan hysteritis 5%, open time 2 sekon, dan gain 0,5. Open time merupakan
lamanya waktu yang dibutuhkan untuk membuka dan menutup katup. Pada
Grafik 4 grafik stabil karena tidak adanya perubahan parameter.
Pada grafik 5, parameter yang diberikan adalah set point dengan harga
30%, dan hysteritis 5%, open time 10 sekon, dan gain 0,5. Berbeda dengan grafik
4 yang nilai open timenya 2 sekon, grafik biru berada di bawah garis set point.
Namun pada grafik 5 nilai Open Time seharga 10 sekon menimbulkan grafik
katup (berwarna biru) berada di atas garis set [oint, hal ini terjadi karena waktu
untuk membuka dan menutup katup lebih lama dari sebelumnya dan ketika aliran
menuju posisi off, katup menutup dalam waktu 10 detik pula.
Pada grafik 6, parameter yang diberikan adalah set point dengan harga
30%, dan hysteritis 5%, open time 10 sekon, dan gain 0,5. Grafik yang dihasilkan
adalah puncak grafik biru berada di atas garis set point dan berjarak cukup jauh
dengan lembahnya karena waktu membuka/menutup katup yang cukup lama yaitu
10 detik.
Pada grafik 7, parameter yang diberikan adalah set point dengan harga
50%, dan hysteritis 5%, open time 10 sekon, dan gain 0,5. Pada grafik ini,
mulanya grafik biru memiliki jarak yang panjang antara puncak dan lembahnya
karena Open Time seharga 10 sekon. Selain itu juga grafik aliran (warna merah)
terbentuk sangat tajam karena hysteritisnya cukup tinggi. Lalu ketika Set Point
dinaikkan menjadi 70%, puncak dari grafik biru melebar karena menunggu aliran
untuk mencapai volume maksimumnya. Selain set point, gain (lebarnya bukaan
katup) juga di rubah menjadi 0,7 dan open time juga dirubah menjadi 2 sekon, hal
ini menyebabkan perubahan grafik, dimana jarak antara puncak dan lembah grafik
biru tidak terlalu jauh. Selain itu juga grafik aliran (warna merah) tidak terlalu
tajam karena bukaan katup yang lebih lebar yaitu ¾ yang menyebabkan laju alir
menjadi lebih besar walaupun waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik
maksimum dan minimum sangat cepat yaitu 2 sekon.
Selanjutnya, praktikum simulasi dengan menggunakan resistive dimana
pada alat CRL ini terdapat tiga resistive yaitu R1, R2, dan R3. Namun pada
praktikum ini yang digunakan hanya R2 dan R3 sebagai batas bawah dan batas atas.
R2 memiliki batasan pada level 75 dan R3 memiliki batasan pada level 85 . Pada
saat pompa dinyalakan, air mengisi tangki berskala dan akan mati ketika air
mencapai R3 setelah air menyentuh R2 maka pompa akan hidup kembali. Jadi
untuk mengatur jarak level yang ingin di jaga tinggal mengatur panjang dari R2
dan R3.
IX. Kesimpulan
Dari percobaan yang dilakukan maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan yaitu :
Set point mempengaruhi batas laju maksimum dan minimum dari
aliran karena hysteritis yang bergerak berbanding lurus dengannya.
Semakin besar open time, maka semakin lama pula air mengalir baik
ketika katup mulai membuka, katup sudah terbuka, dan katup mulai
menutup.
Semakin besar gain, semakin besar pula aliran yang mengalir.
Perbedaan antara pengendalian on/off dengan pengendalian resistive
yaitu pada pengendalian on/off, set point didapatkan dari komputer,
sedangkan pada pengendalian resistive, set point diperoleh
menggunakan batas atas (R3) dan batas bawah (R2).
DAFTAR PUSTAKA
Jobsheet.2013. Penuntun Praktikum Pengendalian Proses. Polsri :
Palembang
http://jayamandalapurba.blogspot.com/2013/02/pengukuran-level.html
http://elektronika-dasar.web.id/tutorial/sensor-level-zat-cair/