Tugas Plunger Pump

persentasi plunger pump AMC angkatan 13
Download MF

PENGUKURAN TEMPRATUR

Metode yang paling umum digunakan dalam mengukur temperatur adalah termokopel, sistem isian (filled system), dan elemen bimetal. Meskipun demikian, elemen resistansi telah meningkat penggunaannya selama beberapa tahun terakhir. Sedangkan pirometer radiasi, optik, dan infrared digunakan dalam bidang tertentu saja.

I. Termokopel

Termokopel adalah salah satu metode yang paling sederhana dan umum digunakan dalam menentukan temperatur proses.
Jika panas diberikan pada sebuah sambungan dua metal yang berlainan, maka akan dibangkitkan gaya elektromotif (electromotive force) yang dapat diukur pada sambungan beku (cold) lainnya dari dua metal (konduktor) ini.
Konduktor tersebut, membentuk sebuah rangkaian listrik, dan arus mengalir sebagai akibat adanya emf yang dibangkitkan. Arus akan terus mengalir dalam rangkaian tersebut (ditunjukkan pada gambar 2.1) selama T1  T2.
Karena temperatur sambungan kedua dari metal harus diketahui, kotak es (ice bath) sering digunakan sebagai titik referensi (0C).



Banyak metal dapat dipasangkan untuk memproduksi termokopel seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.1.
Diameter elemen seharusnya adalah 6 mm + 0,00 atau – 0,10 mm.

Tabel 2.1 Jenis Termokopel dan Jangkauannya
Jenis ISA Metal Jangkauan
F
Positif Negatif
E
J
K
R
S
T Chromel
Besi
Chromel
Platina dan 10% Rhodium
Platina dan 13% Rhodium
Tembaga Constantan
Constantan
Alumel
Platina
Platina
Constantan -300 s/d 1600
-300 s/d 1400
-300 s/d 2300
32 s/d 2700
32 s/d 2700
-300 s/d 650

Jenis-jenis termokopel berdasarkan sambungan referensi 0C ditunjukkan pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Tabel Termokopel Tipikal
Temperatur F Tegangan mV (sambungan referensi 32F)
Tipe J Tipe K Tipe T
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400 7.52
-5.76
-3.49
-0.89
1.94
4.91
7.94
11.03
14.12
17.18
20.26
23.32
26.40
29.52
32.72
36.01
39.43
42.96
46.53



-0.6
1.52
3.82
6.09
8.31
10.57
12.86
15.18
17.53
19.89
22.26
24.63
26.98
29.32
31.65
33.93
36.19
38.43
40.62
42.78
44.91
47.00
49.05
51.05
53.01 -5.284
-4.111
-2.559
-0.670
1.517
3.967
6.647
9.525
12.575
15.733
19.100



II. Resistance Temperature Detector (RTD)

Resistansi elektrik dari sebuah konduktor berubah menurut variasi temperatur. Besarnya perubahan ini dengan mengacu pada perubahan temperatur 1 dikenal sebagai “koefisien temperatur resistansi” dari material pengkonduksi.
Material yang biasanya digunakan adalah platina, nikel, tembaga, nikel-besi, dan tungsten.
Yang paling sering digunakan adalah platina, yang mempunyai karakteristik linier dengan persamaan sebagai berikut:

Dengan: Rt = resistansi, dalam ohm pada temperatur T
R0 = resistansi, dalam ohm pada temperatur sambungan (seringkali 0C)
 = koefisien temperatur resistansi untuk platina:
0,00392 ohm/ohm.C dengan jangkauan 0C s/d 100C
Rangkaian jembatan pada gambar 2.2 dapat diadopsi untuk memberikan sebuah indikasi yang analog dengan temperatur.

Aplikasi:
- Termometer resistansi seharusnya digunakan pada jangkauan -100C (+212F) dan dapat digunakan pada jangkauan -200C (-328F) s/d +750C (+1382F).
- Termometer resistansi seharusnya mengikuti IEC 751 (BS 1904) dan memiliki resistansi 100 ohm pada 0C (32F) dan internal fundamental 38,5 ohm.

III. Sistem Isian (Filled System)

Sistem tertutup yang diisi dengan cairan, gas atau uap yang responsif terhadap variasi temperatur, yaitu: mengembang jika dipanasi dan menyusut jika didinginkan. Fenomena ini digunakan untuk mengembangkan elemen tekanan (gambar 2.3) yang biasanya berbentuk elemen bourdon, yang kemudian merubah posisi indikator atau koil transmiter.

Sistem isian pada dasarnya terdiri atas:
1. Sebuah bul yang sensitif terhadap tekanan, dicelupkan pada medium yang diukur
2. Pipa kapiler yang dihubungkan ke bulb, berfungsi sebagai alat pembaca atau pentransmisi
3. Alat penggerak elemen tekanan yang merespon perubahan tekanan yang diakibatkan temperatur
4. Gerakan sambungan yang mempengaruhi indikasi, pencatatan atau transmisi

Sistem isian telah diklasifikasikan kedalam empat kelompok oleh Scientific Apparatus Makers Association (SAMA). Kelas-kelas ini (I, II, III, dan V – tidak ada kelas IV) dibedakan berdasarkan pada aliran fluida dan jangkauan yang berhubungan dengan temperatur ruang. Kelas I dan V, diisi dengan cairan dan merkuri, berturut-turut, bekerja akibat pemuaian dan penyusutan cairan volumetrik. Kelas II dan III, diisi dengan uap dan gas, berturut-turut, bekerja akibat perubahan tekanan internal.

Klasifikasi Sistem Isian (SAMA) Fluida Isian Kompensasi Skala Batas Jangkauan, F Overrange Kesalahan Elevasi Bulb
Lower Upper
I Cairan Tidak terkompensasi Linier Diatas -100F -125 600 100% Minor dibawah 100 ft
IA Penuh -125 600 0-100% (*)
IB Tertentu Amb 600 100
IIA Uap Tidak dibutuhkan Pembagian skala bertambah terhadap penambahan temperatur -430 550 Hampir
Selalu
Kurang dari 100 %
Minor dibawah 100 ft
IIB -430-Amb Amb None
IIC Amb-550 Tdk Diijinkan (**)
IID -400 500 Minor dibawah 100 %
IIIA Gas Penuh Linier Diatas -400F -400 1500 100-300% (***) Tidak Ada
IIIB Tertentu -400 1500
(SAMA tidak ada kelas IV
VA Merkuri Penuh Linier -40 1000 100% Minor Dibawah 25 ft
VB Tertentu -40 1000
*) Bergantung pada panjang Bulb
**) Bulb dan Element pengukuran harus pada Posisi yang sama
***) Bergantung pada jangkauan


IV. Pirometer Radiasi

Pirometer radiasi menggunakan sifat radisi termal yang dikeluarkan oleh semua benda dan tidak membutuhkan kontak langsung dengan bahan yang temperaturnya diukur. Jangkauan temperatur alat ini di atas kemampuan termokopel.

Berdasarkan hukum Stefan-Boltzman, temperatur dihitung dari besarnya energi radiasi benda yang diukur.

E =  (Tb4 – TT4)

Dengan:  = konstanta Stefan Boltzman ( Btu / sqft.Hr.R)
Tb = temperatur benda
TT = temperatur penerima
E = radiasi energi

V. Termometer Bimetal

Termometer bimetal menggunakan dua prinsip dasar:
a. Metal memuai atau menyusut akibat perubahan temperatur
b. Perbedaan laju ekspansi termal dari dua metal digunakan untuk menghasilkan defleksi yang proporsional dengan perubahan temperatur

Dalam membuat termometer bimetal, metal yang dipilih mempunyai koefisien ekspansi termal yang lebar.
Campuran logam (alloy) yang mengandung 36% nikel dan 64% besi digunakan untuk metal ekspansi-rendah.
Termometer bimetal laboratorium umumnya akurat hingga hanya ± ½ % dan termometer proses akurat sekitar 2 %.
Termometer bimetal seharusnya digunakan untuk indikasi lokal kecuali untuk aplikasi yang membutuhkan remote dengan indikator.

Termokopel bimetal

Perumusannya sebagai berikut:

P = t{3(l + m) 2 4 + (I + mn)[m2 +1/ (mn)]}
6(αA - αB)(T2 – T2)(l + m)2


Dimana:
p = Jari-jari kurva
t = Tebal keping, dalam prakteknya 0,0005 <>
n == Rasio modulus elastisitas
m = Perbandingan ketebalan
Δt = Perbedaan suhu
pada urnumnya tB/tA«l dan (n+l)/n «2 sehingga



P = 2t .
2(αA - αB) ΔT

Kombinasi dan persaman ini menghasilkan hubungan antara kekuatan paaterial dengan perhitungan peflyimpangan yang diijinkan dan berbagai Macam tipe bahan yang digunakan, gaya yang dipakai secara leBgkap atau sebagian melindungi bahan juga dapat dihitung dengan hasil yang lebih akurat diperolen dan faktor yang ditentukan darieksperimen yang sangat berguna untuk perusahaan bimetal.
Karena banyak logam yang tak praktis pakai dengan termal ekspansi negatif, bahan B urnumnya dibuat dan invar, nikel , steel dengan koefisien ekspansi mendekati nol [ 1,7 x 10 in-6 /(in C°)].


Gambar 4.2 Bimetallic sensor temperatur

PENGUKURAN FLOW

Pengukuran laju aliran fluida adalah salah satu yang terpenting dalam proses Flow control. Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui berapa kapasitas fluida yang dialirkan untuk mendapatkan harga pengukurannya (measurement variable). Aliran pada umumnya diukur berdasarkan besarnya kecepatan fluida yang melewati luas penampang tertentu, atau
QV = A x V .…………………………………………………………( 2.1 )
dimana : QV : laju aliran (m3 / det)
A : luas penampang dari pipa (m2)
V : kecepatan fluida (m / det)
Empat faktor penting dalam pengukuran aliran fluida dalam pipa adalah :
• Kecepatan fluida
• Friksi/gesekan fluida dengan pipa
• Viskositas/kekentalan fluida
• Densitas/kerapatan fluida


Banyak alat-alat yang dapat digunakan untuk mengukur aliran fluida. Flowmeter dapat dibagi dalam 4 grup umum, yaitu positive displacement meters, head meters, velocity meters dan mass meters. Yang termasuk dari displacement meter antara lain : piston, oval gear, dan nutatic disk. Head meter adalah tipe yang sering digunakan. Pengukuran flow fluida secara tidak langsung, yaitu dengan mengukur differential pressure. Yang termasuk dalam head meter antara lain orifice plate, venturi tubes, flow nozzle, pitot tubes, target meter, elbow tap meter dan rotatometer. Adapun keuntungan dalam penggunaan oriface plate disisi harganya murah, dapat digunakan dalam berbagai material serta bisa dipakai pada range yang luas dari ukuran pipa, akurasinya bagus bila plat dipasang tepat. Sedangkan kelemahan dari sensor oriface yaitu permanen pressure loss yang relatif tinggi dan akurasi tergantung dari pemasangannya. Apabila kita menggunakan flow nozzle keuntungannya permanen pressure loss yang lebih rendah dibandingkan oriface plate yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2, bagus untuk fluida yang mengandung padatan, dapat digunakan pada banyak material. Sedangkan kelemahan dari penggunaan flow nozzle antara lain harganya lebih mahal dari oriface plate dan terbatas pada ukuran pipa tertentu, flow nozzle ini dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Yang termasuk dalam velocity meters antara lain turbine meters, electromagnetic flow meters, vortex meters dan ultrasonc meters. Sedangkan yang termasuk dalam mass meters antara lain : thermal meters dan coriolis meters.


Oriface plate terbuat dari plate tipis stainless steel, pada bagian tengahnya dilubangi dengan ukuran yang telah dihitung besarnya, kemudian dipasang pada pipa alir untuk memberikan beda tekanan. Orifice dapat dipakai untuk semua fluida yang bersih dan gas, tetapi tidak umum dipakai untuk fuida yang mengandung solid/kotoran. Keuntungan dari alat ini adalah mudah diganti, harganya murah, mudah perawatannya tetapi alat ini mempunyai pressure loss yang tingggi. Jenisnya ada tiga macam , seperti terlihat pada Gambar 2.4.
Ada beberapa tempat untuk mengambil beda tekanan pada sistem orifice antara lain :
• Flange Tap
Lokasi pengambilan tekanan berada pada flange, 1 inch upstream dan 1 inch downstream, diukur dari permukaan upstream orifice.
• Corner Tap
Digunakan pada pipa yang lebih kecil dari 2 inch. Lubang pengambilan tekanan pada flange dekat dengan permukaan orifice.
• Full flow pipe Tap
Lubang pengambilan tekanan pada upstream berjarak 2.5 D dari permukaan upstream orifice dan downstream berjarak 8 D dari orifice.
• Radius Tap
Pengambilan tekanan pada upstream berjarak 1 D dan downstream 0.5 D dari permukaan upstream orifice.
• Vena contracta taps
Upstream berjarak 0.5 sampai dengan 2 D dan downstream tergantung dari d/D seperti pada Tabel 2.1 dibawah ini.

Tabel 2.1 Lokasi dari lubang downstream [5]
Orifice to Pipe
Diameter Ratio,
d/D Location of downstream
Pressure Tap ( N )
( Pipe-Diameter)
Minimum Mean Maximum
0.2 0.37 0.85 1.30
0.3 0.44 0.80 1.15
0.4 0.47 0.73 1.00
0.5 0.47 0.65 0.84
0.6 0.42 0.57 0.70
0.7 0.35 0.45 0.55
0.8 0.25 0.33 0.41


Flow Coefficient (CV)
Flow Coefficient (CV) merupakan koefisien yang mengekspresikan kapasitas flow. Untuk mengetahui harga CV dari control valve dimana kecepatan aliran dalam valve dari 60 0 F (15.6 0 F) air murni sebanyak 1 US gal/min dengan differential pressure 1 psi. Untuk memperoleh perhitungan CV dari beberapa medium diantaranya :
a. Perhitungan CV untuk liquid
Cv = Q ….…………………………………… (2.4)
b. Perhitungan CV untuk gas :
CV = ……………………………………...(2.5)
c. Perhitungan CV untuk Stem :
CV = ………………………………………..(2.6)
dimana :
Q atau W = flow rate (m3 /h)
G = specific gravity
P1 dan P2 = inlet dan outlet pressure (psi)
Tf = flowing temperature (0 F + 460)
v = downstream specific volume in cubic ft/lb

PENGUKURAN LEVEL (LEVEL MEASUREMENT)

Level merupakan salah satu variabel yang banyak dijumpai di industri seperti halnya temperatur (temperature), tekanan (pressure) dan aliran (flow). Oleh karena itu pengukuran level merupakan salah satu hal yang penting dalam kaitannya dengan kelangsungan proses secara keseluruhan. Kegagalan pengukuran level dapat berakibat pada kegagalan suatu proses atau bahkan dapat menimbulkan faktor yang berbahaya bagi keselamatan. Beberapa contoh instrument yang berkaitan dengan pengukuran level diperlihatkan pada gambar 1.


Prinsip dasar.
Secara umum pengukuran level selalu didasarkan pada penentuan batas (interface) dari dua fluida yang berbeda. Misalnya antara fluida cair satu dengan fluida cair yang lain, antara fluida cair dengan gas/uap atau antara fluida gas dengan gas. Dengan mengetahui letak batas tersebut, maka level dari fluida yang bersangkutan akan dapat diketahui.

Metode pengukuran level.
Terdapat beberapa cara yang dapat digunakan pada pengukuran level diantaranya adalah:



1. Pelampung (Floating device).
Pelampung merupakan alat yang sedehana yang dapat digunakan dalam pengukuran level. Pengukuran ini didasarkan pada suatu benda (pelampung) yang mampu mengapung pada fluida tertentu. Dengan demikian letak batas/interface dari dua jenis fluida, yang merupakan level fluida, dapat diketahui berdasarkan letak dari pelampung tersebut. Umumnya pengukuran level dengan menggunakan pelampung hanya terbatas pada interface antara cairan – gas.
Gambar 2 memperlihatkan pemakaian pelampung dalam pengukuran level pada suatu tangki. Salah satu kekurangan dari instrument pelampung ini adalah tidak dapat digunakan untuk fluida yang berubah (seperti berubah terhadap density atau temperatur).



2. Displacer.
Displacer merupakan alat ukur level yang diletakkan di sekitar tempat fluida yang akan diukur dan juga dihubungkan dengan fluida yang bersangkutan. Dengan menggunakan kaidah bejana berhubungan, maka level fluida dapat diketahui berdasarkan batas/interface fluida yang terdapat pada displacer yang telah diberikan suatu skala satuan tertentu.

3. Hydrostatic head
Pengukuran level menggunakan metode ini didasarkan pada perbedaan tekanan antara di dasar dan di permukaan fluida dalam suatu vessel/tangki. Hubungan antara level dan tekanan yang digunakan pada metode ini adalah sebagai berikut :
P = mHd (1)
atau
H = mP/d (2)
dimana
H : level
P : tekanan
d : density
m : konstanta

Density suatu fluida sangatlah tergantung pada besarnya temperatur fluida yang bersangkutan, sehingga untuk pengukuran level yang presisi density haruslah dikompensasi atau dihubungkan dengan temperatur fluida yang diukur.

4. Gelombang Ultrasonic
Metode pengukuran level dengan menggunakan gelombang ultrasonic atau gelombang suara lainnya memiliki prinsip kerja yang sama. Suatu sumber gelombang ultrasonic diletakkan pada bagian atas suatu vessel/tangki. Gelombang ultasonic ini akan merambat dan terpantul kembali ketika mengenai batas/interface dua fluida yang berbeda. Waktu tempuh yang digunakan oleh gelombang ultrasonic tersebut dapat dikonvesikan untuk mengetahui atau mengukur level fluida.


5. Radio Frequency (RF) Capacitance
Metode RF menggunakan karakteristik elektrik suatu kapasitor untuk pengukuran level. Kapasitansi elektrik di antara dua konduktor yang terpisah jarak tertentu (d) merupakan sifat penting dalam instrumen ini. Besarnya kapasitansi yang dimiliki oleh dua konduktor dapat dinyatakan dala hubungan sebagai berikut :
(3)
dimana :
C : kapasitansi
 : permeabilitas listrik
K : konstanta dielektrik
A : luasan
d : jarak kedua konduktor

Gambar 6 memperlihatkan kapasitansi dari suatu kapasitor. Suatu probe elektrik dimasukkan dalam tangki dan berfungsi sebagai slah satu konduktor, sedangkan dinding tangki berfungsi sebagai konduktor yang lain. Saat tangki dalam keadaan kosong, material yang berfungsi sebagai dielektrik di antara kedua konduktor adalah udara. Saat fluida sudah mulai mengisi tangki maka terdapat perubahan material dielektrik dari udara ke fluida proses. Perubahan material dielektrik ini menyebabkan perubahan kapasitansi dari kedua konduktor tersebut. Selanjutnya perubahan kapasitansi digunakan sebagai informasi untuk mengetahui level fluida proses.


6. Radio Frequency (RF) Impedance
Metode lain yang dapat digunakan pada pengukuran level adalah menggunakan karakteristik elektrik yaitu impedansi. Impedansi dalam suatu rangkaian AC dinyatakan dengan persamaan:
(4)
dimana:
Z : impedansi
R : hambatan
j : bilangan kompleks
C : kapasitansi



LEVEL SWITCH
Level switch merupakan instrument yang berfungsi untuk kondisi dari keadaan ‘hidup/on’ ke ‘tidak normal’ berdasarkan kriteria tertentu. Level switch ini sangat berguna untuk aplikasi pada PLC, alarm, interlock, relay serta kontrol on-off.

Prinsip dasar.
Prinsip dasar dari level switch didasarkan pada perubahan level yang akan mengakibatkan perubahan gaya yang ditimbulkan oleh fluida. Perubahan gaya ini akan mengakibatkan gaya tarik pada suatu pelat untuk mengaktifkan switch dalam kondisi on. Keadaan ini juga berlaku untuk keadaan yang sebaliknya.

Terdapat beberapa tipe level switch berbasarkan sensing elemen yang digunakan diantaranya:
-. Level switch menggunakan pelampung.
-. Level switch menggunakan displacer.