2. Dengan mencari referensi tambahan di internet serta buku - buku referensi dari beberapa pustaka yang dapat membantu penyusunan karya akhir.
I.5. Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan karya akhir ini, maka penulis membuat suatu sistematika penulisan. Sistematika penulisan ini
merupakan urutan bab demi bab termasuk isi dari sub - sub babnya. Adapun
sistematika pembahasan tersebut adalah sebagai berikut: BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang pemilihan judul, tujuan penulisan karya akhir, batasan masalah, metode pembahasan,
dan sistematika penulisan.
BAB II : TEORI PENDUKUNG Bab ini menjelaskan tentang teori dasar termodinamika dan
siklusnya, mesin boiler dan pembagian jenisnya, teori dasar listrik serta sistem kontrol secara umum.
BAB III : PENGUKURAN LEVEL
Bab ini berisikan penjelasan mengenai teori dasar pengukuran
level, pengertian dan tujuan pengukuran, serta metode - metode pengukuran level.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV : LEVEL ELEKTRODA
Bab ini menjelaskan tentang prinsip sistem pengoperasian level
elektroda NRG 19-11 , spesifikasi instrumen serta tujuan dan aplikasi pemakaian instrumen.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang dapat diambil penulis dan saran untuk kesempurnaan penulisan tugas akhir.
Universitas Sumatera Utara
BAB II TEORI PENDUKUNG
II. 1. Umum
Energi mekanik merupakan salah satu bentuk energi yang dapat dirubah menjadi energi panas dan juga energi listrik dengan perubahan efisiensi yang
tinggi. Pada dasarnya semua energi mekanik diperoleh dari hasil perubahan energi panas ataupun perubahan langsung energi listrik.
Perubahan energi panas menjadi energi mekanik biasanya didapat dengan cara pengoperasian mesin pemanas pada suatu siklus termodinamika mesin
pemanas dengan perubahan efisiensi yang terbatas. Perubahan energi elektrik menjadi energi mekanik biasanya diperoleh dari hasil interaksi medan magnet
magnetic fields pada motor - motor listrik.
II. 1. 1. Perubahan Fase
Ketika air diberikan energi panas dengan tekanan yang konstan, suhunya akan naik dan air akan mendidih. Panas ini dikenal dengan sensible heat. Suhu air
pada titik ini dinamakan suhu jenuh, tekanan yang diberikan air disebut tekanan jenuh, dan uap yang dihasilkan merupakan uap basah. Air diubah menjadi uap
pada suhu konstan dan energi yang diberikan selama terjadinya perubahan fase ini dikenal dengan entalpi uap dikenal dengan diagram p-h seperti yang
diperlihatkan pada gambar 2.1, dan panas yang diperlukan untuk merubahnya dikatakan panas laten. Uap yang tidak lagi mengandung air dikatakan uap jenuh
uap kering , yang apabila dipanasi terus - menerus dengan tekanan konstan akan
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan uap dengan suhu diatas titik jenuhnya. Uap ini dinamakan uap superheated. Gambar 2.2 memperlihatkan bentuk umum dari diagram suhu -
entropi, dan dikenal dengan diagram T-s.
Gambar 2.1. Diagram p-h pressure - enthalpy
Gambar 2.2. Diagram T-s temperature - entropy
Universitas Sumatera Utara
Bentuk umum dari diagram entalpi - entropi ditunjukkan pada gambar 2.3 dibawah.
Gambar 2.3. Diagram enthalpy - entropy h-s
Pemanasan uap superheated diatas suhu titik kritisnya tekanan sebesar 22 bar 3206 psi dan suhu sebesar 374 ºC 705,4 ºF akan menghasilkan gas.
Sebagai contoh, pada tekanan konstan panas yang ditransmisikan dari uap superheated suhunya akan menurun hingga telah mencapai titik jenuhnya. Pada
keadaan ini suhunya akan tetap konstan sampai keseluruhan uap dikondensasikan.
II. 1. 2. Siklus Termodinamika
Disusun oleh serangkaian proses perubahan energi panas yang mengembalikan kerja fluida ke bentuk asalnya. Selama terjadinya proses, satu
bagian daya biasanya berlangsung konstan. Hal ini termasuk isothermal suhu
Universitas Sumatera Utara
konstan , isobaric tekanan konstan , isometric volume konstan , isentropic entropi konstan , adiabatic tidak ada perpindahan panas , dan throtling
entalpi konstan . Siklus termodinamika dasar untuk uap adalah siklus Rankine, yang
mencakup pemampatan isentropik, pertambahan panas isobarik, pembesaran isentropik, dan yang terakhir pembuangan panas isobarik. Siklus Rankine untuk
sistem fluida ditunjukkan gambar 2.4 pada diagram T-s.
Gambar 2.4. Siklus uap Rankine
Siklus tenaga uap sederhana disusun oleh empat unsur seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5 dan satu dari keempat proses termodinamika muncul
pada tiap unsur. Perubahan fase siklus dapat dijelaskan sebagai berikut: a.
Proses 1-2 adalah proses adiabatik dimana pompa bekerja, yaitu keadaan perubahan suhu pada entropi yang tetap isentropik . Pada pompa terjadi
perubahan energi mekanik menjadi energi panas dan menyebabkan adanya kenaikan suhu.
b. Proses 2-3 adalah proses pertambahan panas pada tekanan yang sama
isobarik yang muncul pada boiler; dimana pada segmen 2-2` terjadi
Universitas Sumatera Utara
kenaikan suhu dengan adanya pemanasan air hingga mencapai titik didihnya yang diikuti oleh kenaikan entropi. Segmen 2`-2`` adalah fase pendidihan
yang berlangsung pada suhu konstan. Kenaikan entropi dikarenakan adanya pertambahan energi panas selama terjadinya proses. Pada segmen 2``-3, uap
telah mencapai suhu diatas titik jenuhnya, dikenal dengan uap superheated. c.
Proses 3-4 adalah keadaan adiabatik pada turbin. Pada proses pemanasan minyak, terjadi perpindahan panas dari tabung uap ke minyak, sehingga uap
akan mengalami penurunan suhu.
Gambar 2.5. Unsur dasar siklus Rankine
d. Proses 4-1 adalah pembuangan panas yang terjadi di dalam kondensor. Uap
yang keluar dari turbin dalam hal ini tangki minyak akan mengalami penurunan suhu hingga mencapai titik jenuhnya. Setelah uap mencapai titik
ini, suhunya akan tetap konstan sampai keseluruhan uap telah dikondensasikan.
Untuk merubah satu kilogram air menjadi satu kilogram uap dibutuhkan panas laten dan sensible heat. Semakin tinggi tekanan uap, semakin besar pula
suhu pendidihan yang dibutuhkan tabel uap saturasi pada Lampiran 1. Semua
Universitas Sumatera Utara
boiler tidak bekerja pada keadaan tekanan dan suhu air pengisian yang sama, tetapi bentuk perbandingan untuk kondisi ini dapat ditentukan. Jumlah panas yang
dibutuhkan untuk menguapkan 1 kg air pada suhu 100 ºC dan tekanan absolut 1 bar 14,7 psia adalah 970,3 Btu British thermal unit .
II. 2. Ketel Uap Steam Boiler
Boiler atau ketel adalah suatu bejana tertutup yang dengan adanya pemanasan hingga pada suhu tertentu, air yang terdapat didalamnya akan berubah
menjadi uap. Pada tungku pemanas, energi kimia yang ada pada bahan bakar akan dirubah menjadi panas, dan ketel inilah yang berfungsi untuk memindahkan panas
tersebut ke air dengan cara yang paling sederhana. Boiler yang ideal meliputi:
1. Sederhana rancangannya, mudah perawatannya
2. Mempunyai tempat air dan uap yang memadai, menghasilkan uap serta
sirkulasi air yang baik 3.
Pengaturan tungku pemanasan yang memadai untuk pembakaran yang efisien dan perpindahan panas maksimum
4. Mudah untuk dibersihkan dan perbaikan
5. Memenuhi standar pengoperasian yang aman
Pada umumnya boiler harus dirancang secara cermat untuk memastikan kelangsungan pelaksanaan kerja pabrik. Boiler juga harus dirancang untuk dapat
menyerap jumlah maksimum panas yang dihasilkan pada proses pembakaran. Panas ini ditransmisikan ke boiler dengan 3 cara, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
a. “Radiasi” panas adalah panas yang ditransmisikan dari medium panas ke medium sekitarnya. Penyerapan radiasi panas bertambah seiring dengan
meningkatnya suhu tungku dan tergantung pada banyak faktor, tetapi yang utama ialah pada daerah yang terkena cahaya panas.
b. “Konduksi” panas adalah panas yang berpindah dari gas panas ke tabung. Panas melewati molekul besi ke molekul air tanpa adanya perpindahan
molekul - molekul. Jumlah penyerapan tergantung pada daya hantar ataupun kualitas penyerapan panas bahan yang dilewati.
c. ”Konveksi” panas adalah pemindahan panas dengan penggerakan media
pembawa. Dalam hal ini, pipa tabung merupakan media pembawa panas; sedang minyak merupakan bahan yang akan dipanaskan.
Pada perancangan mesin boiler, tiap bentuk perpindahan panas memberikan pertimbangan tersendiri. Pada pengoperasiannya, ketiga bentuk
perpindahan panas tersebut muncul secara bersamaan dan tidak bisa dibedakan satu sama lain.
II. 2. 1. Boiler Pipa - Api Firetube Boiler
Dinamakan demikian karena api pembakaran berada dalam tabung ataupun corong yang direndam dalam air, yang juga dapat dipanaskan secara
internal maupun eksternal. Pembakaran secara internal ialah pemanasan dimana ruang bakar terendam di air dalam cangkang boiler. Sementara pembakaran secara
eksternal ialah pemanasan dimana letak tungku terpisah dan berbeda dengan cangkang boiler. Boiler pipa - api diklasifikasikan menjadi lima jenis, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
1. Cornish Boiler
Mempunyai sebuah tungku api yang besar dan ditempatkan di dalam boiler. Keadaan ini memungkinkan lebih banyak panas yang dapat ditransmisikan dari
tabung pipa - api ke air. Seperti yang terlihat pada gambar 2.6, api dan gas - gas panas dilewatkan melalui ketiga corong asap flue yang akan memanasi tabung
silinder pada saat yang bersamaan.
Gambar 2.6. Cornish boiler
2. Lancashire Boiler
Boiler jenis ini terdiri dari dua tungku api besar yang terpisah dan terletak bersebelahan, seperti yang terlihat pada gambar 2.7 berikut.
Gambar 2.7. Lancashire boiler
Universitas Sumatera Utara
Tiap tungku ditambahkan batu bara pada waktu yang berbeda; sehingga satu tungku selalu menghasilkan panas maksimal dan mempercepat proses
pembakaran.
3. Scotch Boiler
Mempunyai tungku internal dengan ruang bakar dan tabung pipa - api utama memanasi bagian ujung bawah tabung - tabung air secara melintang pada
gambar 2.8 . Api dan gas - gas panas melewati tabung - tabung yang ujungnya digulung; sehingga panas menjadi maksimal. Dari sini gas - gas panas bergerak
keluar menuju cerobong asap.
Gambar 2.8. Scotch boiler
4. Horizontal Return Tubular Boiler HRT
Pada gambar 2.9 berikut, terlihat badan boiler dipagari oleh dinding batu bata; mempunyai cangkang silinder panjang yang disokong sisi tungku dan
dilengkapi dengan penggelinding sehinga boiler dapat bergerak ketika terjadi pengembangan dan penyusutan selama terjadinya proses. Tetapi pergerakan
tersebut tidak akan merusak bangunan batu bata, sehingga dapat mengurangi perawatan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9. Horizontal return tubular boiler
5. Vertical Firetube Boiler VFT
Boiler pipa - api vertikal terdiri dari sebuah cangkang silindris dengan tungku mengelilinginya. Tabung - tabung memanjang dari tungku ke bagian lapisan atas
tabung. Tungku ditempatkan di bawah cangkang boiler dan biasanya menyatu dengan bangunan batu bata.
Gambar 2.10. Vertical firetube boiler
Universitas Sumatera Utara
II. 2. 2. Boiler Pipa - Air Watertube Boiler
Boiler pipa - air adalah proses pemanasan yang mana hasil pembakaran lewat disekeliling tabung - tabung yang berisi air. Penggunaan tabung - tabung
berdiameter kecil menyebabkan transmisi panas yang cepat, tanggapan cepat terhadap keadaan uap, dan efisiensi tinggi.
Gambar 2.11. Boiler pipa - air
II. 2. 3. Pengisian Air Boiler Boiler Feed Water
Kualitas air yang dipompakan kedalam boiler sangat penting untuk diperhatikan, karena air pengisiannya haruslah air yang murni. Tetapi tidaklah
gampang untuk mendapatkannya, karena ketika air berada didalam bumi, air akan bercampur dengan mineral-mineral yang terdapat didalam tanah, zat - zat asam
dan bahan - bahan organik lainnya. Air yang tidak murni akan membentuk busa pada saat air dipanaskan, endapan lumpur di dasar tangki, kerak pada tangki
boiler, serta terjadinya korosi. Hal ini dapat menyebabkan uap yang dihasilkan kotor dan basah sehingga mengurangi efisiensi serta ketahanan boiler. Untuk itu
diperlukan penanganan khusus pada air pengisian boiler.
Universitas Sumatera Utara
1. External Treatment
Dilakukan dengan melewatkan air pada serangkaian proses pemurnian terlebih dahulu sebelum akhirnya dapat digunakan untuk mengisi tangki air
boiler. Proses pemurnian itu diantaranya dilakukan dengan cara penyulingan, demineralisasi, pemanasan air dengan menambahkan asam dan serbuk soda,
serta melewatkan air pada bahan pelembut zeolite.
2. Internal Treatment
Dilakukan dengan menambahkan bahan kimia tertentu seperti fospat langsung kedalam air pengisian untuk memisahkan kandungan zat - zat yang
terdapat dalam air, sehingga dapat dikeluarkan dalam bentuk endapan lumpur. Kandungan fospat ini juga mencegah terjadinya korosi pada tangki karena
dapat berfungsi sebagai pelindung terhadap unsur oksigen yang terdapat dalam air.
II. 2. 4. Pembuangan Blowdown
Air yang diisikan kedalam tangki boiler mengandung campuran tidak murni yang menimbulkan penimbunan zat - zat padat didasar tangki. Timbunan
zat padat ini sebagian membentuk endapan lumpur, dan sebagian lagi mengambang dipermukaan air. Keadaan ini menyebabkan uap menjadi kotor.
Untuk menghindari hal tersebut, maka endapan lumpur harus dibuang. Proses pembuangan lumpur pada tangki ini disebut blowdown, dan harus sering
dilakukan untuk menghindari hasil pembentukan uap yang kotor dan basah.
Universitas Sumatera Utara
II. 2. 5. Pengoperasian Boiler
Mesin boiler moderen menggunakan burner sebagai sumber tenaga yang menghasilkan panas dan mengirimkannya ke tabung - tabung boiler. Gas - gas
panas yang berasal dari burner melewati serangkaian tabung untuk memberikan perpindahan panas maksimum melalui permukaan tabung ke air yang berada
dalam boiler. Ketika air mencapai titik didihnya, gelembung - gelembung uap akan naik ke permukaan. Uap ini kemudian dipanaskan dengan suhu yang telah
diatur yaitu sekitar 270 - 280 ºC dan tekanan sekitar 63 - 65 bar hingga mencapai suhu diatas titik jenuhnya; dan dikatakan uap superheated. Selanjutnya uap ini
digunakan untuk memanaskan minyak yang ada pada tangki Deodorized pada proses Refinery. Temperatur uap dijaga konstan agar didapat suhu pemanasan
minyak yang diinginkan, yaitu sekitar 240 ºC. Uap yang keluar dari tangki Deodorized ini akan mengalami penurunan panas hingga titik jenuhnya, yang
selanjutnya masuk ke dalam heat exchanger dan mengalami kondensasi. Uap yang telah mengembun akan masuk kembali ke dalam tangki pengisian air melalui
pipa penurunan downcomer .
II. 3. Prinsip Dasar Arus Listrik
Prinsip dasar bagaimana arus listrik mengalir dapat dibandingkan dengan fluida. Gambar 2.12 berikut memperlihatkan bagaimana fluida mengalir melalui
pipa dengan cara yang sama seperti arus mengalir melewati suatu penghantar. Bahan konduktor seperti kawat besi merupakan penghantar arus listrik yang baik,
karena memudahkan pergerakan arus listrik. Sementara bahan isolator seperti gelas atau plastik merupakan kebalikannya, karena menahan pergerakan arus
Universitas Sumatera Utara
listrik. Arus listrik adalah aliran ‘muatan’ listrik q yang dibawa oleh partikel - partikel kecil yang bernama elektron ataupun ion.
Gambar 2.12. Persamaan mengalirnya arus dengan fluida
Ketika elektron - elektron bergerak, pergerakan aliran elektron tersebut dapat diukur dalam coulomb per detik, sementara satuan pengukuran arus listrik
diberikan dalam ‘amper’ A .
1 A = 1 coulomb per detik I
t q
=
.............. Pers. 2.1 q
e n.
=
............ Pers. 2.2 n
e q
=
=
19
10 6
, 1
1
−
x
= 6,25 x 10
20
elektron jadi 1 A = 6,25 x 10
20
elektron per detik.
dimana: I = arus listrik amper q = muatan listrik coulomb
Universitas Sumatera Utara
n = jumlah elektron e = muatan elektron coulomb
t = waktu detik
Tenaga yang menyebabkan mengalirnya arus listrik disebut emf electromotive force . Tenaga ini dapat diperoleh dari baterai, dinamo, ataupun
generator. Baterai mempunyai terminal positif dan negatif. Apabila wayar dihubungkan diantara kedua terminal, maka arus akan mengalir. Baterai yang
bertindak sebagai sumber tekanan arus mempunyai persamaan dengan pompa dalam sistem pengaliran air.
Perbedaan potensial antara kedua terminal dari sumber emf diukur dalam volt, dan semakin besar tegangan dalam hal ini tekanan air , maka semakin
besar pula arus listrik aliran air . Rangkaian yang dialiri arus listrik merupakan tahanan sama dengan tahanan yang diberikan oleh pipa-pipa dan katup-katup
dalam sistem pengaliran air . Satuan tahanan adalah ohm Ω , dan hukum Ohm
yang merelasikan hubungan arus, tegangan serta tahanan dapat dilihat pada persamaan 2.3 :
I
R V
=
............ Pers. 2.3 dimana: I = Arus ampere
V = Tegangan volt R = Tahanan ohm
Universitas Sumatera Utara
II. 4. Sistem Kontrol
Sistem kontrol telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Sistem kontrol telah menjadi
bagian yang penting dan terpadu dari proses - proses dalam pabrik dan industri moderen. Misalnya, kontrol otomatis dalam kontrol numerik dari mesin alat - alat
bantu di industri manufaktur. Selain itu sistem kontrol juga merupakan bagian yang penting dalam
operasi industri seperti pengontrolan tekanan, suhu, kelembaban, viskositas, dan arus dalam proses industri.
II. 4. 1. Pengertian Sistem Kontrol
Sistem kontrol adalah suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen atau elemen pendukung yang digunakan untuk mengukur nilai dari variabel sistem
yang dikontrol dan menerapkan variabel tersebut ke dalam sistem untuk mengoreksi atau membatasi penyimpangan nilai yang diukur dari nilai yang
dikehendaki. Dalam istilah lain disebut juga teknik pengaturan, sistem pengendalian
atau pengontrolan. Ditinjau dari segi peralatan, sistem kontrol terdiri dari susunan beberapa komponen fisis yang digunakan untuk mengarahkan aliran energi ke
suatu mesin atau proses agar dapat menghasilkan nilai yang diinginkan. Tujuan utama dari suatu sistem pengontrolan adalah untuk mendapatkan
optimasi yang diperoleh berdasarkan fungsi dari sistem kontrol itu sendiri, yaitu : pengukuran measurement , pembanding comparison , pencatatan dan
perhitungan computation , serta perbaikan correction .
Universitas Sumatera Utara
Secara umum sistem kontrol dapat dikelompokkan sebagai berikut :
1. Sistem Kontrol Manual
Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator. Sedangkan pengontrolan secara
otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin - mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya di bawah pengawasan manusia.
Pengontrolan secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan sehari - hari seperti penyetelan suara radio, televisi, pengaturan cahaya layar televisi,
pengaturan aliran air melalui keran, pengaturan kecepatan kendaraan, dan lain- lain.
2. Sistem Kontrol Otomatis
Sistem kontrol otomatis adalah sistem kontrol umpan balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki dapat konstan atau berubah secara
perlahan dengan berjalannya waktu dan tugas utamanya adalah menjaga keluaran sebenarnya berada pada nilai yang dikehendaki dengan adanya gangguan.
Pengontrolan secara otomatis banyak ditemui dalam proses industri, beberapa diantaranya adalah pengaturan otomatis tegangan pada “plant” daya
listrik di tengah - tengah adanya variasi beban daya listrik dan kontrol otomatis tekanan, kekentalan, dan suhu dari proses kimiawi. Didalam sistem kontrol secara
otomatik akan terdapat sistem kontrol rangkaian tertutup closed - loop dan rangkaian terbuka open - loop .
Universitas Sumatera Utara
a. Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka
Sistem kontrol rangkaian terbuka open - loop control system merupakan sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap besaran masukan,
sehingga variabel yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Dengan kata lain, sistem kontrol rangkaian terbuka keluarannya tidak
dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan, seperti terlihat pada gambar 2.13 di bawah ini.
Gambar 2.13. Blok diagram sistem kontrol rangkaian terbuka
b. Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup
Sistem kontrol rangkaian tertutup closed - loop control system merupakan sistem pengendalian dengan besaran keluaran memberikan efek
terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikendalikan dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat indikator
atau rekorder . Perbedaan yang terjadi antara besaran yang dikendalikan dan penunjukkan pada alat pencatat digunakan sebagai koreksi, seperti terlihat pada
gambar 2.14 di bawah.
Gambar 2.14. Blok diagram sistem kontrol rangkaian tertutup
Universitas Sumatera Utara
II. 4. 2. Karakteristik Sistem Kontrol Otomatik
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, suatu sistem kontrol dikatakan otomatik Automatic Control System jika sistem tersebut merupakan rangkaian
tertutup closed - loop , dan cara pengontrolan variabel dilakukan oleh peralatan - peralatan otomatik berupa peralatan elektris, pneumatis, mekanis maupun
kombinasinya. Berdasarkan pada hal tersebut, beberapa karakteristik penting dari sistem kontrol otomatik adalah sebagai berikut:
a. Sistem kontrol otomatik merupakan sistem dinamis berubah terhadap
waktu yang dapat berbentuk linear maupun non linear. Secara matematis kondisi ini dinyatakan oleh persamaan-persamaan yang berubah terhadap
waktu, misalnya persamaan diferensial linear maupun tidak linear. b.
Bersifat menerima informasi, memprosesnya, mengolahnya, dan kemudian mengembangkannya.
c. Komponen atau unit yang membentuk sistem kontrol ini akan saling
mempengaruhi berinteraksi . d.
Bersifat mengembalikan sinyal kebagian masukan feedback dan ini digunakan untuk memperbaiki sifat sistem.
e. Karena adanya pengembalian sinyal ini sistem umpan balik maka pada
sistem kontrol otomatik selalu terjadi masalah stabilitas.
II. 4. 3. Pemakaian Sistem Kontrol Otomatik
Pemakaian sistem kontrol otomatik banyak ditemui dikehidupan sehari - hari, baik dalam pemakaian langsung maupun tidak langsung.
Universitas Sumatera Utara
Pemakaian dari sistem kontrol ini dapat dikelompokkan sebagai berikut: a.
Pengontrolan proses, yaitu: temperatur, aliran, tekanan, tinggi permukaan cairan, viskositas, dan lain - lain.
b. Pembangkit tenaga listrik.
c. Pengontrolan numerik Numeric Control, NC , yaitu: pengontrolan
operasi yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam proses yang berulang - ulang. Misalnya: pengeboran, pembuatan lobang, tekstil, pengelasan, dan
lain - lain. d.
Transportasi seperti: elevator, eskalator, pesawat terbang, kereta api, conveyor, pengendalian kapal laut, dan lain - lain.
e. Servomekanis.
f. Bidang non teknis, seperti: ekonomi, sosiologi, dan biologi.
II. 4. 4. Fungsi Alih Transfer Function
Dalam teori kontrol, fungsi alih digunakan untuk mencirikan hubungan masukan dan keluaran dari suatu komponen atau sistem yang didefinisikan
sebagai perbandingan antara keluaran sistem fungsi tanggapan terhadap masukan fungsi penentu .
Kegunaan konsep fungsi alih terbatas pada sistem linear persamaan diferensial. Berikut adalah daftar penting mengenai fungsi alih.
a. Fungsi alih dari sistem adalah model matematika yang merupakan metode
operasional dari pernyataan persamaan diferensial yang menghubungkan variabel keluaran dengan variabel masukan.
Universitas Sumatera Utara
b. Fungsi alih adalah sifat dari sistem itu sendiri, tidak tergantung dari besaran
dan sifat dari masukan atau fungsi penggerak. c.
Fungsi alih termasuk unit yang diperlukan untuk menghubungkan masukan dengan keluaran, tetapi tidak memberikan informasi apapun mengenai
struktur fisik dari sistem tersebut. d.
Jika fungsi alih dari sistem diketahui, keluaran atau tanggapan dapat ditelaah untuk berbagai macam bentuk masukan dengan pandangan
terhadap pengertian akan sifat sistem tersebut. e.
Jika fungsi alih dari sistem tidak diketahui, keluarannya mungkin dapat diketahui secara percobaan dengan menggunakan masukan yang diketahui
dan menelaah keluaran dari sistem.
Universitas Sumatera Utara
BAB III PENGUKURAN LEVEL
III. 1. Pengukuran Level
Pengontrolan tinggi permukaan fluida level dalam tangki sangatlah penting. Banyak ragam jenis sistem pengontrolan level digunakan dalam beragam
proses industri pula.
III. 2. Pengertian Pengukuran
Pengukuran adalah proses menetapkan standar untuk setiap besaran yang tidak terdefinisi. Standar tersebut dapat berupa barang yang nyata, dengan syarat
sifat barang tersebut tidak berubah - ubah dalam waktu yang lama. Yang perlu diperhatikan dalam melakukan aktifitas pengukuran adalah :
a. Standar yang dipakai harus memiliki ketelitian yang sesuai dengan standar
yang dapat diterima oleh umum. b.
Cara pengukuran dan alat yang digunakan harus sesuai persyaratan.
Umumnya, dalam melakukan pengukuran dibutuhkan instrumen untuk menentukan besaran. Instrumen adalah sebuah alat untuk menentukan nilai dari
suatu kuantitas atau variabel. Instrumen membantu meningkatkan keterampilan manusia dalam banyak
hal yang memungkinkan seseorang untuk menentukan nilai besaran yang tidak diketahui. Tanpa bantuan tersebut manusia tidak dapat menentukannya.
Universitas Sumatera Utara
Dalam pengukuran, digunakan sejumlah istilah sebagai berikut : a.
Ketelitian Accuracy Ketelitian adalah harga suatu pembacaan instrumen yang mendekati harga
sebenarnya dari variabel yang diukur. b.
Ketepatan Precision Ketepatan adalah kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang
sama dengan memberikan harga tertentu bagi sebuah variabel. c.
Kesalahan Error Kesalahan adalah penyimpangan variabel yang diukur dari harga yang
sebenarnya. d.
Sensitivitas Sensitivity Sensitivitas adalah kepekaan suatu masukan agar dapat memberikan
perubahan pada sistem. e.
Resolusi Resolution Resolusi adalah perubahan nilai terkecil dalam nilai yang diukur dimana
instrumen akan memberikan respon.
Ada empat hal yang diukur dalam proses industri minyak goreng, antara lain : 1.
Tekanan Pressure 2.
Suhu Temperature 3.
Aliran Flow 4.
Tinggi Permukaan Level
Universitas Sumatera Utara
III. 3. Tujuan Pengukuran Level
Pada proses industri, pengukuran untuk mengetahui tinggi - rendah permukaan banyak dilakukan. Dengan mengukur level dari suatu tangki tertentu,
maka kita dapat memperkirakan berapa volume yang terkandung dalam tangki tersebut. Dalam banyak hal, kadang-kadang indikasi dari pengukuran level yang
diperlukan hanya pernyataan “ Level penuh “ atau “ Level kosong “. Maka pengukuran level perlu dilakukan untuk mengontrol jalannya suatu proses secara
otomatis dalam dunia industri.
III. 4. Metode Pengukuran Level
Metode - metode pengukuran level perlu dilakukan untuk mendapatkan data analisa. Pada berbagai proses operasi industri, misalnya indikasi pengukuran
level untuk pengisian air dalam boiler berhubungan langsung dengan pengontrolan jalannya proses dan efisiensi waktu. Karena itu, kesalahan kecil saja
dapat mengakibatkan kerugian yang besar dalam kurun waktu yang lama. Dalam pengukuran level ada banyak cara, mulai dari elemen perasa sensor hingga
penunjukkannya dalam berbagai tampilan. Elemen dasar dan sistem yang digunakan untuk pengukuran level banyak sekali ragamnya. Dari ragam tersebut
yang dapat digunakan biasanya tergantung pada proses, kemampuan, dan segi harga. Secara garis besar ada dua metode pengukuran level yaitu:
III. 4. 1. Metode Pengukuran Langsung
Pada metode ini hasil dari pengukuran level dapat dilihat langsung tanpa harus mengalami proses pengubahan bentuk bacaan dari hasil pengukuran. Ini
Universitas Sumatera Utara
dikarenakan oleh mekanisme tertentu yang secara langsung dapat diamati, dan biasanya metoda pengukuran langsung ini dipakai oleh industri yang memerlukan
tempat penampungan atau tangki yang berukuran kecil. Di bawah ini ada beberapa contoh instrumen yang banyak dijumpai pada proses industri yang
menggunakan metode pengukuran langsung, seperti: a
Level meter dengan Pelampung Pengukuran dengan pelampung ini bekerja berdasarkan prinsip pergerakan
permukaan cairan yang diikuti dengan gerakan pelampung yang selanjutnya dihubungkan pada jarum berskala seperti yang terlihat pada gambar 3.1
berikut. Hubungan antara pelampung dengan jarum penunjuk dapat berupa tali, ataupun kawat dengan katrol. Skala pembacaan dapat diletakkan pada
tempat yang tinggi maupun rendah; atau terpisah jauh dari tangki. Untuk memperoleh ketelitian yang baik, pelampung harus terendam hingga
keseluruhannya.
Gambar 3.1. Level meter dengan pelampung
Universitas Sumatera Utara
b Level meter dengan Gelas Penduga
Gelas penunjuk ini berhubungan dengan cairan di dalam tangki dan diletakkan di samping tangki yang berisi cairan. Menurut hukum bejana
berhubungan, tinggi tangki pada gelas penunjuk selalu sama. Untuk dapat melihat tinggi permukaannya, maka cairan yang digunakan haruslah bening.
Selain itu, biasanya batas ukur hanya sampai kira - kira satu meter. Gambar 3.2 menunjukkan cara pengukuran dengan gelas penduga, baik pada tangki
terbuka maupun tangki tertutup.
Gambar 3.2. Level meter dengan gelas penduga
III. 4. 2. Metode Pengukuran Secara Tidak Langsung
Dalam metode tidak langsung, perubahan tinggi - rendahnya level yang terjadi dialihkan dengan penggunaan mekanisme tertentu, sehingga menjadikan
suatu besaran sinyal yang dapat diamati. Mekanisme pengalihan perubahan tinggi - rendahnya level yang terjadi
menjadi suatu besaran sinyal, dapat dilakukan antara lain dengan menggunakan tipe tekanan hidrostatik, perubahan besaran listrik, perubahan frekuensi, dll. Di
Universitas Sumatera Utara
bawah ini diberikan beberapa contoh instrumen proses industri untuk pengukuran level dengan metode ini.
a Tipe Tekanan Hidrostatik
Tinggi - rendahnya level akan berpengaruh terhadap perubahan tekanan hidrostatik. Besar tekanan hidrostatik yang terjadi adalah :
P = h
ρ + P
1
………… Pers. 3.1 dimana : P
= tekanan yang terjadi mm H
2
O h = tinggi level mm
P
1
= tekanan pembanding ρ = masa jenis cairan
Sinyal berupa perubahan tekanan yang terjadi akibat perubahan level ini kemudian ditransmisikan kepada suatu indikator yang menyatakan dari
harga level yang diukur. Transmiter yang banyak digunakan pada suatu instrumen ini yaitu Differential Presure Cell DP Cell .
b Tipe Perubahan Besaran Listrik
Besaran listrik yang digunakan sebagai transduser untuk pengukuran level yang paling banyak dijumpai dalam sistem instrumentasi industri adalah
perubahan nilai kapasitansi. Tinggi - rendahnya level dari zat yang diukur, difungsikan sebagai perubahan nilai dielektrikum antara keping - keping
kapasitor, yang akan berpengaruh untuk menjadikan perubahan dari nilai kapasitansinya. Dapat dilihat pada gambar 3.3 berikut.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3. Level meter tipe kapasitansi
d C
Α Κ
=
………… Pers. 3.2
dimana : C = kapasitansi K = konstanta dielektrik
A = luas piringan kapasitor elektroda d = jarak antara piringan kapasitor
c Tipe Perambatan Frekuensi
Tipe instrumen yang digunakan adalah berdasarkan waktu pantulan dari waktu rambatan getaran frekuensi yang dipancarkan. Tinggi - rendahnya zat
yang diukur didalam sebuah bejana, akan berpengaruh terhadap waktu pantulan dari pancaran frekuensi tersebut. Frekuensi yang digunakan
umumnya ultrasonik. Pemasangan transdusernya diletakan diatas tabung bejana yang akan diukur levelnya. Waktu kecepatan pengiriman dan
pemantulan dari ultrasonik yang dipancarkan adalah merupakan fungsi dari level yang diukur.
Universitas Sumatera Utara
d Tipe Daya Hantar Listrik
Tipe instrumen ini terdiri dari elektroda yang menggunakan daya hantar listrik conductivity probe dan terhubung ke suatu kontroler. Probe ini
mempunyai tiga atau empat batang elektroda seperti yang terlihat pada gambar 3.4 dan digunakan sebagai pensakelaran maupun sebagai level
alarm. Ketika ujung probe terendam dalam fluida, elektroda tersebut menggunakan daya hantar listrik fluida yang relatif tinggi untuk melengkapi
rangkaian arus listrik ke kontroler. Ketika level fluida mengalami penurunan dan berada di bawah ujung elektroda, tahanan dari rangkaian
akan bertambah, yang akan mengindikasikan kontroler bahwa elektroda tidak lagi terendam dalam fluida. Pengoperasian probe ini sederhana tetapi
dapat memberikan hasil yang akurat dan merupakan metoda pengontrolan tinggi level yang relatif murah.
Gambar 3.4. Level meter tipe konduktivitas
Universitas Sumatera Utara
BAB IV LEVEL ELEKTRODA