Tugas Pengendalian Proses

PRESSURE CONTROL

Disusun oleh :

1. Ditia Allindira Haryanto ( I 0510010)

2. Doyok Purwadi ( I 0510012 )

3. Evi Zahrotun Nisa ( I 0510014 )

4. Silpa Asti Nura ( I 0510035 )

5. Yuli Nugraheni ( I 05100 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2013

A.PENDAHULUAN

Dalam ilmu fisika, tekanan diartikan sebagai gaya per satuan luas, di mana

arah gaya tegak lurus dengan luas permukaan. Secara matematis, tekanan dapat

dinyatakan dengan persamaan berikut ini :

dengan P = tekanan, F = gaya dan A = luas permukaan. Satuan tekanan adalah

N/m2 atau pascal (Pa).

Berikut ini adalah macam-macam tekanan :

1. Atmosphere Pressure (tekanan atmosfer)

Tekanan yang dihitung tepat di atas permukaan air laut. Makin tinggi

kedudukan makin rendah tekanan atmosfernya.

2. Absolute Pressure (tekanan absolut)

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

terhadap tekanan NOL.

3. Gauge Pressure (tekanan relatif)

Tekanan yang dinyatakan dan diukur relatif terhadap tekanan atmosfer. Jadi

tekanan relatif adalah selisih (positif) antara tekanan absolut dengan tekanan

atmosfer (1 atmosfer = 760 mmHg = 14.7 psia).

4. Vacuum Pressure (tekanan hampa)

Tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfer. Jadi tekanan hampa adalah

selisih (negatif) antara tekanan absolut dengan tekanan atmosfer (1 atmosfer =

760 mmHg = 14.7 psia).

5. Differential Pressure (tekanan differential)

Tekanan yang diukur terhadap tekanan yang lain.

Prinsip kerja pressure controller :

PC

PT

I PPI

S/PDISPLAY

PCV

PE

PROCESS

VENT ORVACUUM

Sinyal input berupa tekanan akan dibaca oleh alat pengukur tekanan. Apabila nilai

sinyal input tidak sesuai dengan setpoint, mak controller akan menghitung berapa

banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi yang

sesuai dengan hasil perhitungan. Sinyal output akan memberikan beberapa respon

untuk mengatur agar keadaan yang sedang berlangsung dari proses sesuai dengan

setpoint.

Jenis-jenis alat ukur tekanan diantaranya adalah barometer, manometer,

bellows, bourdon tube pressure gauge, dan diaphragm pressure gauge.

B. BAROMETER

Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara luar.

Barometer termasuk peralatan meteorologi golongan non recording yang

pada waktu tertentu harus dibaca agar mendapat data yang diinginkan.

Barometer baik raksa maupun anaeroid dipengaruhi oleh ketinggian,

mengingat tekanan udara akan berkurang seiring pertambahan ketinggian

sehingga perlu selalu pensettingan awal. Barometer ada dua jenis, yaitu :

1. Barometer Air Raksa

Barometer raksa disebut juga barometer Fortin karena yang

pertama membuatnya adalah seorang ahli Fisika berkebangsaan

Prancis Nicolas Fortin walaupun yang kali pertama menemukannya

Torricelli. Barometer ini dapat mengukur dengan teliti karena

dilengkapi dengan skala nonius atau skala vernier seperti halnya dalam

jangka sorong. Ketelitian alat ukur ini mencapai 0,01 cmHg.

Tekanan udara biasanya diukur dalam satuan inci air raksa

(mercury, in.Hg) oleh sebuah barometer air raksa. Meskipun barometer

bisa dibuat dengan cairan apapun, ada beberapa sifat raksa yang

membuatnya menjadi substansi ideal untuk barometer.Air raksa lebih

padat daripada kebanyakan cairan lainnya dengan titih didih tinggi. Air

raksa juga relatif mudah didapatkan

Barometer ini mengukur ketinggian dari kolom air raksa yang ada

di dalam sebuah tabung kaca. Bagian terpenting alat ini adalah bejana

kaca yang berisi air raksa, ujung atasnya tertutup sedangkan ujung

bawahnya terbuka dan berdiri pada suatu bak yang berisi air raksa

pula. Ruang di atas air raksa merupakan ruang hampa.

Prinsip Kerja :

Salah satu ujung dari tabung air raksa itu dibiarkan terbuka untuk

mendapatkan tekanan dari atmosfir, yang mendorong air raksa di

dalam tabung. Jika tekanan di luar bertambah, maka akan menekan air

raksa yang ada di dalam tabung untuk bergerak ke atas, kebalikannya

kalau tekanan berkurang maka permukaan air raksa dalam tabung akan

turun. Ketinggian air raksa dalam tabung menjadi tolok ukur tekanan

atmosfir.

Penggunaan :

Barometer air raksa umumnya digunakan dalam peramalan cuaca,

dimana tekanan udara yang tinggi menandakan cuaca yang baik,

sedangkan tekanan udara rendah menandakan cuaca buruk dan

kemungkinan ada hujan atau badai.

Kelebihan :

Merupakan pengukuran langsung sehingga tidak ada kalibrasi

yang terlibat.

Lebih akurat daripada barometer aneroid.

Kekurangan :

Hanya dapat digunakan di lab atau stasiun pengamatan cuaca.

Tidak mudah dipindahkan.

Kurangnya portabilitas, mereka harus diangkut dengan hati-hati,

dan pencegahan harus diambil untuk menghentikan tumpahan air

raksa.

Sedikit sulit untuk dibaca.

2. Barometer Aneroid

Barometer aneroid disebut juga barometer logam.Barometer

aneroid menggunakan skala milibar (mb). “Aneroid" berarti "tanpa

cairan". Bagian yang terpenting dari alat ini adalah bejana tertutup

yang sebagian udaranya telah dikeluarkan yang disebut sel aneroid. Sel

aneroid terbuat dari paduan berilium dan tembaga . Pegas yang kuat

berfungsi untuk mencegah sel aneroid roboh.

Prinsip Kerja:

Sel aneroid mengembang dan mengkerut karena perbedaan tekanan.

Jika udara naik, akan menekan sel aneroid dan sebaliknya jika tekanan

udara turun, sel aneroid akan mengembang. Sel aneroid ini menempel

pada indikator tekanan melalui sambungan mekanis untuk

mendapatkan bacaan tekanan atmosfir sehingga gerakan penyusutan

dan pengembangan itu akan menggerakan jarum yang menunjukkan

pada skala angka yang menyatakan besarnya tekanan pada saat itu.

Penggunaan :

Umumnya digunakan sebagai sensor tekanan di pesawat. Jika

ketinggian meningkat maka tekanan akan berkurang, karena berat

udara akan berkurang. Sebagai rata-rata setiap kali ketinggian

meningkat 1000 kaki maka tekanan atmosfir akan berkurang 1 in.Hg.

Pengurangan ini mempunyai pengaruh besar pada kinerja

(performance) pesawat.

Kelebihan :

Mudah dibawa dan dapat dipindahkan tanpa masalah.

Lebih tahan lama.

Lebih mudah untuk dibaca.

Kekurangan :

Sambungan mekanis dari barometer aneroid menyebabkan

akurasinya yang kurang dibandingkan dengan barometer air raksa.

Instrumen lebih sensitif karena dalam barometer aneroid terdapat

sedikit variasi.

C. MANOMETER

Manometer merupakan alat untuk mengukur tekanan udara

tertutup. Pengukuran tekanan berdasarkan pada perbedaan tekanan yang

ditunjukkan dengan ketinggian fluida.

Jenis manometer adalah sebagai berikut :

1. PIEZOMETER

Piezometer adalah salah satu bentuk manometer paling sederhana.

Piezometer dapat digunakan untuk mengukur tekanan cairan yang

bersifat moderat.

Prinsip Kerja:

Piezometer terdiri dari tabung kaca, dimasukkan ke dalam pipa. Tabung

memanjang vertikal ke atas diisi cairan. Perbedaan tekanan akan

menyebabkan cairan bergerak naik atau turun. Tekanan pada setiap titik

dalam cairan diindikasikan oleh tinggi cairan dalam tabung di atas titik

acuan.

Penggunaan :

Memantau aliran air permukaan

Memantau akibat dari pasang-surut pada tanah pantai

Memantau tekanan pori air guna menentukan kekuatan geser tanah

Kelebihan :

Sederhana.

Mempermudah Mendesain dan membangun yang berhubungan

dengan tekanan tanah lateral.

Mempermudah Memantau rembesan pada tanah dan model

alirannya.

Kekurangan :

Hanya dapat digunakan untuk mengukur Tekanan relatif saja

(gauge pressure).

Tidak dapat digunakan untuk mengukur tekanan yang besar.

Tidak dapat digunakan untuk mengukur tekanan pada gas.

2. Manometer Pipa-U

Sebuah manometer sederhana yang umum terdiri dari sebuah

tabung berbentuk U dari kaca diisi dengan cairan tertentu. Biasanya

cairan merkuri karena kepadatan tinggi. Pengamatan dapat dilakukan

langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran.

Manometer pipa-U biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan

yang tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir).

Prinsip Kerja :

Manometer pipa U 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.

Gambar a. Merupakan gambaran sederhana manometer tabung U

yang diisi cairan setengahnya, dengan kedua ujung

tabung terbuka berisi cairan sama tinggi.

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.

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.

Penggunaan :

Manometer pipa U digunakan secara luas pada audit energi untuk

mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang berlawanan, misalnya

di saluran pembuangan gas atau udara. Juga untuk pengukuran

perbedaan tekanan pada pipa pitot dan orifice (air handling and

ventilation system).

Kelebihan :

Biaya murah.

Sederhana dan cukup baik.

Akurasi pengukuran tergantung pada presisi tinggi cairan.

Kekurangan ;

Respon lambat dan terjadi osilasi (variasi periodik - umumnya

terhadap waktu - dari suatu hasil pengukuran).

Tidak dapat digunakan untuk tekanan vakum.

Kontaminasi merkuri dan uap air dapat terjadi, terutama pada

pengukuran tekanan rendah.

Cairan dalam pipa-U tidak boleh ada interaksi dengan fluida yang

diukur.

Kurang peka mendeteksi perbedaan tekanan yang sangat kecil.

Tidak dapat untuk mengukur tekanan yang sangat tinggi.

3. Manometer Cistern

Manometer Cistern adalah manometer pipa-U yang

dimodifikasi untuk mengukur tekanan yang sangat tinggi, salah satu

kaki manometer pipa-U diganti dengan semacam "sumur" (Well). Jadi,

manometer ini sering juga disebut Well-type manometer. Karena luas

permukaan kaki yang dimodifikasi sangat besar dibanding kaki yang

lain, maka perubahan ketinggian pada kaki tersebut dapat diabaikan.

hal ini memudahkan pengukuran karena hanya perubahan ketinggian

pada satu kaki saja yang diukur, ini juga meminimalisasi kesalahan

pengukuran.

Prinsip Kerja :

Prinsip kerja manometer cistern sama dengan prinsip kerja manometer

pipa-U. Manometer cistern diisi cairan dimana pengukuran dilakukan

pada satu sisi pipa, sementara tekanan diterapkan pada tabung yang

lainnya. Perbedaan ketinggian cairan memperlihatkan tekanan yang

diterapkan.

Penggunaan :

Untuk mengukur tekanan yang sangat tinggi yang tidak bisa diukur

dengan manometer pipa-U. Misalnya, untuk mengukur tekanan pompa

yang bertekanan tinggi.

Kelebihan :

Mampu mengukur perbedaan tekanan yang cukup besar.

Kekurangan :

Tidak sensitif untuk perbedaan tekanan yang kecil.

4. Inclined Tube Manometer (Manometer Pipa Miring)

Manometer pipa-U kurang peka untuk mendeteksi perbedaan

tekanan yang sangat kecil, karena perbedaan ketinggian pada kedua

kaki juga sangat kecil, maka manometer ini dimodifikasi dengan cara

memiringkan salah satu kaki pipa-U agar kenaikan tinggi cairan yang

kecil tetap dapat terlihat, dengan memiringkan salah satu kaki

manometer pipa-U maka panjang jarak yang ditempuh cairan semakin

panjang dan memungkinkan penggunaan skala yang teliti. Cairan yang

digunakan pada manometer ini adalah 90-97% propilen glykol dan 3-

10% air, dengan tambahan zat pewarna.

Prinsip kerja :

Prinsip kerja manometer pipa miring sama dengan prinsip kerja

manometer pipa-U. Manometer pipa miring diisi cairan, dimana

pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan

diterapkan pada tabung yang lainnya. Perbedaan ketinggian cairan

memperlihatkan tekanan yang diterapkan.

Penggunaan :

Manometer ini bagus untuk pengukuran tekanan yang sangat rendah.

Ideal untuk pekerjaan umum pada AC dan ventilasi, memonitor

pengotor pada penyaring udara, dan memonitor laju alir dan kecepatan

alir udara

Kelebihan :

Lebih sensitif dan akurat untuk perbedaan tekanan yang kecil.

Kekurangan :

Tidak mampu mengukur perbedaan tekanan yang cukup besar.

D. BELLOWS ELEMENT (ELEMEN PENGHEMBUS)

Bellows element adalah alat untuk mengukur tekanan rendah

(absolute atau relative), tekanan diferensial, tekanan vacuum sampai

tekanan 0 – 400 psig. Bahan yang digunakan untuk membuat elemen

penghembus (bellows) adalah Kuningan, fosfor, perunggu, Monel

(berilium tembaga), dan stainless steel.

Prinsip Kerja :

Prinsip kerjanya didasarkan pada perubahan volume dari elemen bellows

sehingga diperoleh hubungan yang linear antara tekanan dan simpangan.

Penggunaan :

Bellows biasanya digunakan sebagai elemen penerima, pneumatic

recorders, indicators dan controllers serta unit diferensial pressure untuk

pengukuran aliran (flow). Ketelitian bellows elemen adalah ± ½ %.

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 :

Memerlukan kompensasi temperatur.

Tidak dapat digunakan untuk mengukur tekanan tinggi.

Tidak cocok untuk mengukur tekanan yang dinamis.

E. BOURDON TUBE PRESSURE GAUGE

Bourdon tube pressure gauge adalah alat pengukuran tekanan

nonliquid. Bourdon tube berbentuk tabung bulat lonjong dengan

penampung serta terdiri dari pipa pendek lengkung berongga dan salah

satu ujungnya tertutup.

Prinsip Kerja :

Jika bourdon tubes diberikan tekanan maka ia akan cenderung untuk

menegang. Perubahan yang dihasilkan sebanding dengan besarnya tekanan

yang diberikan. Perubahan tekanan yang dideteksi oleh tabung Bourdon

akan menyebabkan tabungnya bergerak. Kemudian gerakan tabung

tersebut ditransmisikan untuk menggerakkan jarum meter. Biasanya skala

meter tekanan ini dikalibrasi dalam beberapa ukuran antara lain : psi, kPa,

bar, kg/cm2.

Penggunaan :

Digunakan untuk mengukur tekanan fluida dalam pipa. Tekanan dalam

pipa menyebabkan pipa pada alat berubah bentuk.

Bourdon tube ada tiga jenis, yaitu :

a. C-type Bourdon Tube

- Digunakan pada range 15 ~ 100.000 psig.

- Range akurasi ± 0.1 ~ ± 5 % span (span adalah jangkauan

pengukuran sensor).

b. Spiral Bourdon Tube

- Digunakan pada range tekanan menengah.

- Tersedia dalam range hingga 100.000 psig.

- Range akurasi ± 0.5 % dari span.

c. Helical Bourdon Tube

- Digunakan pada range dari 100 ~ 80.000 psig.

- Range akurasi ± ½ ~ ± 1 % dari span.

Kelebihan :

Bersifat portabel (bisa dibawa ke mana-mana).

Ketelitian cukup tinggi.

Tidak mudah terpengaruh perubahan temperatur.

Baik dipakai untuk mengukur tekanan antara 30-100000 Psi.

Kekurangan :

Pengukuran terbatas pada tekanan statis.

Terpengaruh shock dan vibrasi.

Pada tekanan rendah 0-30 psi kurang sensitif dibanding bellows.

F. DIAPHRAGM PRESSURE GAUGE

Diaphragm pressure gauge menggunakan deformasi elastis dari

suatu diafragma (membran) untuk mengukur perbedaan tekanan yang

tidak diketahui dengan tekanan referensi. Diafragma memiliki membran

fleksibel dengan dua sisi.

Prinsip Kerja :

Salah satu sisi diafragma terbuka pada tekanan eksternal target (PExt) dan

sisi lain dihubungkan dengan tekanan yang diketahui (Pref). Perbedaan

tekanan (PExt – Pref) secara mekanik akan mengubah diafragma.

Penggunaan :

Diaphragm pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan dengan

range normal dan vacuum hingga 200 psig. Misalnya,

1. Memantau tekanan dari tabung gas.

2. Mengukur tekanan atmosfer.

3. Mengukur tekanan vakum dalam pompa vakum.

Kelebihan :

Respon lebih cepat.

Akurasi tinggi yaitu sampai 0,5 % span.

Linieritas baik jika perubahan tekanan tidak lebih besar dari pada

ketebalan diafragma.

Kekurangan :

Relatif mahal.

Gerakan atau stroke tidak sebesar bellows.

G. KATUP PENGATUR TEKANAN

Dalam sistem pengendalian tekanan biasanya digunakan katup

pengatur tekanan (PCV). Macam-macam katup pengatur tekanan

diantaranya adalah:

Relief Valve, digunakan untuk mengatur tekanan yang bekerja pada sistem

dan juga mencegah terjadinya beban lebih atau tekanan yang melebihi

kemampuan sistem.

Sequence Valve, berfungsi untuk mengatur tekanan untuk mengurutkan

pekerjaan yaitu menggerakkan silinder hidrolik yang satu kemudian baru

yang lain.

Pressure reducing valve, berfungsi untuk menurunkan tekanan fluida yang

mengalir pada saluran kerja karena penggerak yang akan menerimanya

didesain dengan tekanan yang lebih rendah.

H. APLIKASI

Contoh aplikasi pengendalian tekanan di industri :

Pressure control di dalam reactor

Kondisi operasi reaktor adalah pada tekanan 0.5 – 1.5 bar.

a. Jika tekanan kurang dari 0.5 bar maka katup no 1 akan terbuka sedangkan

katup no 2 akan menutup untuk menaikkan tekanan proses.

b. Jika tekanan nilainya diantara 0.5 – 1 bar maka katup no 1 akan terbuka

secara kontinyu sampai tekanan naik.

c. Jika terjadi kenaikan tekanan maka katup 2 akan terbuka sedangkan katup

1 akan tertutup.

d. Jika tekanan mencapai 1,5 bar maka katup1 tertutup dan katup 2 terbuka.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2008, Cuaca – Pentingnya Tekanan Atmosfir, www.ilmuterbang.com

Anonim, 2009, Simple Manometer Piezometer,

www.mechanicsoffluids.blogspot.com

Anonim, 2010, Archive, www.bonanza-net.blogspot.com

Anonim, 2010, Dasar – Dasar Pengukuran dan Pengendalian PID,

www.theinstrumentation.co.cc

Anonim, 2010, Inclined Manometer, www.tpub.com

Anonim, 2010, The Aneroid Barometer, www.chestofbooks.com

Anonim, 2010, Tekanan dalam Fluida, www.gurumuda.com

Anonim, 2010, Well Type Manometer, www.meriam.com

Anonim, 2011, Barometer, www.id.wikipedia.org

Anonim, 2011, Type Manometer, www.allmeasurements.com

Arman, Muhammad, 2008, Pengukuran Tekanan Presentation, www.slideshare.net

David, Isaiah, 2011, How Do Diaphragm Pressure Gauges Work?, www.ehow.com

Harto, J., 2009 Observasi di Juanda, www.johnhartob.blogspot.com

Nur, Adrian, 2009, alat-ukur-tekanan-upload.pdf, www.adrian_nur.staff.uns.ac.id

Rahayu, S., 2009, Manometer, www.chem-is-try.org

Schwien, Nevin L. ,1988, Manometer, www.freepatentsonline.com