cairan, bahkan untuk cairan yang korosif dan semua cairan yang mengandung benda padat yang sudah larut.
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.
2.2. Jenis-Jenis Alat Ukur Tinggi Permukaan Cairan
Dalam mengukur tinggi permukaan cairan dalam suatu tangki pemrosesan maupun dalam tangki penimbunan dipergunakan alat ukur tinggi permukaan cairan yang sesuai
dengan bentuk penggunaannya. Alat ukur permukaan cairan terdiri dari beberapa jenis diantaranya :
1. Mistar Ukur
Suatu batang dengan skala yang telah dikalibrasi dicelupkan secara vertikal dari atas ke dalam cairan yang akan diukur, atau dimasukkan sampai terjadi sentuhan antara permukaan
cairan dan ujung mistar ukur. Ketinggian permukaan pada hal pertama dibaca pada batas
Universitas Sumatera Utara
pembasahan mistar, pada hal kedua pada suatu titik acuan tertentu misalnya pinggiran wadah.
Nilai ukur tergantung pada besar dan bentuk wadah. Mistar ukur hanya boleh digunakan untuk wadah yang sebelumnya dipakai untuk mengkalibrasi mistar yang
bersangkutan. Apabila digunakan mistar ukur yang salah atau cara pencelupan yang tidak betul misalnya miring, nilai ukur akan menjadi salah pula.
Mistar ukur merupakan alat ukur yang paling sederhana untuk cairan dalam wadah terbuka yang tidak terlalu tinggi. Tidak cocok untuk pengukuran yang harus dilakukan
seringkali dan menuntut ketelitian tinggi. Juga tidak cocok untuk pengukuran dalam bejana bertekanan atau vakum atau berisi cairan berbusa.
2. Kaca Intip, Pipa Gelas Vertikal
Dengan memasang kaca pada dinding bejana berdasarkan alasan keselamatan kaca dibuat ganda, tinggi permukaan dapat dilihat langsung secara visual. Karena pembersihan
dan reparasi kaca intip lebih sulit, sering digunakan pipa gelas gelas duga yang dipasang vertikal pada bagian luar bejana. Ujung atas dan ujung bawah dihubungkan dengan bagian
dalam bejana. Hubungan tersebut dapat dibuka atau ditutup dengan menggunakan organ penyekat. Ketinggian cairan dalam pipa sama dengan ketinggian dalam bejana prinsip
bejana berhubungan serta dapat dibaca langsung pada skala dari pipa. Organ penyekat pada ujung bawah berfungsi untuk mencegah pengeluaran cairan bila
pipa rusak dan hanya boleh dibuka sewaktu pembacaan nilai ukur. Pada penggunaan pipa gelas selalu terdapat bahaya perusak mekanik.
Pipa gelas vertikal hanya digunakan apabila tidak diperlukan penunjuk jarak jauh tidak ada tekanan tinggi atau perubahan temperatur yang tajam, dan bila pembacaan nilai ukur
Universitas Sumatera Utara
secara langsung betul-betul dimungkinkan. Alat ini tidak cocok untuk cairan dengan viskositas tinggi atau cairan yang mengotori pipa gelas.
Apabila pipa gelas vertikal tidak dapat digunakan, bisa dipasang pipa logam yang tidak bersifat magnetik. Pipa logam diisi benda apung magnetik. Kedudukan benda apung sesuai
dengan ketinggian permukaan cairan dalam bejana. Tinggi permukaan ini dapat dilihat secara tidak langsung dengan bermacam-macam cara : keping-keping magnet terbungkus
plastik dipasang paralel dengan pipa logam. Keping-keping akan membalik bila benda apung berada didekatnya. Kedua sisi keping memiliki warna yang berbeda, sehingga
dengan melihat warna tersebut posisi benda apung magnetik, yang berarti tinggi permukaan, dapat diketahui. Hal ini tetap dapat diamati dari jarak yang jauh. Suatu bola
baja berongga, berat jenisnya disesuaikan diapungkan pada cairan dalam sebuah pipa kaca atau plastik dengan ketinggian yang sama dengan benda apung magnetik. Bola tersebut
menunjukkan cairan. Namun cara ini sensitif terhadap getaran. Dengan memasang saklar magnet, pipa ukur dengan benda apung magnetik dapat juga
memberi sinyal bila nilai batas tercapai.
Gbr.2.1 Alat Ukur Tinggi Permukaan dengan Menggunakan Kaca Intip
Universitas Sumatera Utara
3. Alat Ukur dengan Benda Apung
Suatu benda apung berongga akan langsung bergerak mengikuti perubahan tinggi cairan. Gerakan benda apung disampaikan ke alat penunjuk dengan bermacam-macam cara.
Pada benda apung dipasang batang vertikal yang ujungnya menunjuk pada skala yang sudah dikalibrasi. Cara ini cocok untuk wadah kecil yang terbuka, kadang-kadang
digunakan sebagai penunjuk harga batas untuk sistem tertutup dengan saklar mekanik melalui katrol. Benda apung dipasang pada suatu logam ungkit. Gerakannya diperkecil oleh
suatu tuas dan kemudian dipindahkan ke alat penunjuk. Pemindahan secara mekanik ke alat penunjuk pada sistem tertutup dilakukan dengan
menggunakan kopling magnet. Pemindahan secara pneumatik menggunakan transmiter mekanikpneumatik. Penunjuk jarak jauh dan pemberian sinyal pada nilai batas alarm,
juga bisa dilakukan. Benda apung dengan lengan ungkit tidak cocok untuk bejana yang tinggi dan sempit.
Korosi atau pengotoran dapat menyebabkan sistem tuas menjadi macet. Bila terjadi korosi bola apung bisa terisi cairan.
Penyampaian gerakan secara elektrik dengan transmiter mekanik atau elektrik, penunjuk jarak jauh, pemberi sinyal pada harga-harga batas alarm, sambungan ke alat
pengatur. 4.
Alat Ukur dengan Benda Celup Pada alat ini, suatu pegas digantungi benda celup silinder. Tergantung pada ketinggian
cairan dalam bejana, gaya berat yang membebani pegas menjadi lebih kecil sesuai dengan besarnya gaya apung. Perubahan panjang pegas bisa dipindahkan ke alat penunjuk secara
mekanik, pneumatik, magnetik atau elektik.
Universitas Sumatera Utara
Gaya apung pada benda celup tergantung pada berat jenis cairan. Dengan demikian pengukuran juga tergantung pada berat jenis cairan. Benda celup juga cocok untuk bejana
yang tinggi dan sempit. 5.
Alat Ukur Tekanan dan Beda Tekanan Tekanan hidrostatik pada dasar suatu bejana tergantung pada berat jenis dan ketinggian
cairan. Tekanan ini diukur dengan manometer. Pada bejana tertutup dan bertekanan, yang diukur adalah beda tekanan antara dasar bejana dan ruang di atas cairan. Perbedaan tekanan
ini dapat dilihat dari rumus :
P = P
1
+ P
2
2.1
Dimana : P = Tekanan di dalam tangki Pa. P
1
= Tekanan di atas cairan, yaitu tekanan udara yang menekan cairan Pa. P
2
= Tekanan di dalam cairan Pa. P
2
= . g . h [ = massa jenis cairan kgm
3
. h = tinggi cairan m]. Pengukuran ini juga dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gbr. 2.2 Gambar Pengukuran dengan Alat Ukur Beda Tekanan
Universitas Sumatera Utara
Cara ini tergantung pada berat jenis. Sebagai kerugiannya, bagian bawah bejana perlu dipasangi flens karena terdapat bahaya kebocoran. Penunjuk jarak jauh atau pemberi
sinyal pada nilai-nilai batas alarm dengan transmiter hidrolik elektrik atau hidrolik pneumatik.
Dengan sistem gas tiup juga dapat ditentukan tekanan hidrostatik. Udara atau gas inert ditiup melalui pentil serta pipa yang tercelup ke dalam bejana. Ujung pipa hampir mencapai
dasar bejana dan tekanan yang diukur dengan manometer pada posisi sesudah pentil menunjukkan tekanan hidrostatik pada dasar bejana. Berat jenis berpengaruh pada metode
ini. Cocok juga untuk cairan yang korosif, kotor dan berviskositas tinggi dalam bejana yang berventilasi sering untuk tangki minyak. Manometer dapat dikalibrasi langsung dalam
satuan volume. 6.
Pengukuran dengan Pancaran Radioaktif Isotop radioaktif Cobalt 60, Cesium 137 ditaruh dalam bejana yang kedap radioaktif.
Dari bejana tersebut pancaran dikeluarkan hanya ke arah tempat pengukuran. Bejana tersebut biasanya dipasang di luar bejana penyimpanan silo, tangki. Sinar gamma
menembus bejana atau mungkin juga isinya, mengenai detektor yang terletak berseberangan dengan sumber pancaran. Pancaran tersebut ditangkap oleh tempat
pengukuran, tempat pengukuran menangkap frekwensi dari sinar gamma tersebut. Hal ini dapat diperhatikan pada gbr 2.3.
Universitas Sumatera Utara
Gbr. 2.3 Keterpasangan Sensor Radioaktif pada Pengukuran Tinggi Cairan Permukaan Tangki
Keterangan Gambar : - Radiation Path
: Garis pancaran radiasi - Source and Holder
: Sumber radiasi - Detector
: Pendeteksi pancaran radiasi - Platform
: Dinding tangki -Vessel Clip
: Flens pengunci - Elevation
: Jarak antara sumber radiasi dengan pendeteksi - Maz,Min Liquid Level
: Maksimum dan minimum ketinggian tangki - Plan View
: Perencanaan keterpasangan pengukuran.
Universitas Sumatera Utara
Frekwensi tersebut akan menunjukkan besar jarak yang ditempuh oleh sinar gamma. Hal ini dapat dilihat dari rumus :
S = k . c . f2 2.2
Dimana : S = Jarak yang ditempuh oleh sinar gamma m. k = Konstanta dari bahan isotop.
c = Kecepatan pancaran sinar gamma. mdet. f = Perbedaan frekwensi yang dihasilkan oleh sinar gamma Hz.
Melalui suatu penguat, detektor mengirimkan arus yang besarnya tergantung pada tinggi bahan proses dalam bejana, yaitu apakah di atas atau di bawah berkas sinar gamma.
Metode ini tergantung pada bahan dan berat jenis. Penggunaan susbstansi radioaktif diatur dengan undang-undang mengenai radiasi.
Penggunaannya terutama untuk pengukuran nilai batas. Untuk pengukuran kontinu diperlukan sepasang sumber-penerima yang dapat digerakkan ke arah vertikal, dengan
kedudukan senantiasa dicatat. Alat tersebut digunakan bila cara lain tidak cocok misalnya karena tekanan terlalu tinggi, biji-bijian terlalu besar, bahan beracun atau terlalu viskos.
Dalam bejana tidak perlu dipasang perlengkapan untuk pengukuran pengukuran tanpa sentuhan.
Universitas Sumatera Utara
Gbr.2.4 Alat Ukur Tinggi Permukaan dengan Menggunakan Pancaran Radioaktif
7. Pengukuran dengan Ultrasonik
Sumber yang dipasang pada bejana terus-menerus mengirimkan getaran ultrasonik getaran yang tidak dapat didengar, mempunyai frekuensi sangat tinggi ke alat penerima
yang dipasang berseberangan dengan sumber. Getaran tersebut terputus bila isi bejana yang berbentuk padat atau cair melewati posisi pemasangan sumber. Terputusnya getaran diubah
menjadi sinyal listrik yang ditunjukkan pada alat ukur atau diolah dengan cara lain. Kecepatan suara sangat mempengaruhi pengukuran dengan ultrasonik. Peraturan yang
utama dari pengukuran ultrasonik ini adalah berat jenis yang lebih tinggi mempunyai kecepatan yang tinggi. Untuk pengukuran ultrasonik, pokok bahasan yang perlu dibahas
adalah kecepatan suara yang mempunyai kecepatan di dalam gas. Ini dapat dilihat dari rumus :
M T
273 Rm
c
2.3
dimana : c = Kapasitansi dari sensor Farad
Universitas Sumatera Utara
= Konstanta dari kecepatan suara 1,40 FaradJ, pada air Rm = Konstanta gas universal 8314,3 Jkmol.K
M = Berat molekul KgK T
= Temperatur
o
C
Gbr.2.5 Keterpasangan Pengukuran dengan Ultrasonic
Keterangan Gambar : - Primary Element
: Elemen utama - Stilling Well Inlet
: Dinding tempat masuknya aliran -Stilling Well
: Dinding tangki - Standpipe inlet
: Pipa masuknya aliran - Blind Flange
: Flens buta
Universitas Sumatera Utara
- Transducer : Sensor ultrasonik
-Air Vent : Fentilasi udara
- Bracing : Baut pengikat
Metode pengukuran ini digunakan untuk menentukan ketinggian permukaan dengan sepasang sumber-penerima yang dapat bergerak ke arah vertikal atau untuk memberi
sinyal yang berkaitan dengan nilai batas. Alat pengukur gema ultrasonik juga bekerja dengan getaran ultrasonik. Dari suatu alat
ultrasonik dikirim impuls ke permukaan bahan dalam bejana. Oleh bahan, impuls dipantulkan ke alat ukur. Waktu tempuh yang terukur memberikan informasi tentang tinggi
cairan atau bahan padat dalam bejana. Alat tersebut tidak cocok untuk cairan yang berbusa atau yang permukaannya sangat mudah bergerak.
Gbr.2.6 Pengukuran dengan Cara Ultrasonik
Universitas Sumatera Utara
8. Pengukuran Kapasitif
Kondensator listrik kapasitor terbentuk antara suatu probe yang dimasukkan ke dalam bejana dan dinding bejana. Bejana diisolasi secara elektrik. Besarnya arus bolak-balik
berfrekuensi tinggi yang mengalir melalui kondensator tergantung pada ketinggian bahan proses yang terdapat diantara probe dan dinding. Pada gbr. 2.7, dapat dilihat disain struktur
dari probe yang dimasukkan ke dalam bejana.
Gbr. 2.7 Gambar Disain Struktur Probe
Keterangan gambar : - Coating
: Lapisan probe - Insulation
: Isolasi probe - Vessel Wall
: Dinding bejana - No Current Flow
: Tidak ada arus listrik - MeasuringSection +5V
: Bagian Pengukuran - Driven Shield
: Pelindung dalam probe - Current Path Through Level : Arus yang mengalir pada permukaan cairan
Universitas Sumatera Utara
Dengan saklar listrik dan penguat dihasilkan sinyal listrk yang sebanding dengan besarnya arus. Sinyal listrik tersebut ditunjukkan pada alat ukur atau dipindahkan ke
transmiter atau regulator. Untuk pengukuran ketinggian permukaan atau pemberi alarm dari nilai batas bahan
padat dan cair. Untuk cairan yang menghantarkan listrik perlu probe yang diisolasi. Cara ini tergantung pada bahan dan berat jenisnya.
Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat dari rumus dibawah ini :
d A
ε 0,225
C
2.4
dimana: C = kapasitansi yang dihasilkan oleh sensor kapasitif, Farad. A
= luas tumpang tindih antara plat yang menghasilkan kapasitansi, m
2
. d = jarak antara plat, m.
o
= konstanta dielektrik udara, Faradm. dari rumus dapat diketahui bahwa sensor kapasitif adalah sebuah elektroda yang terpasang
didalam tangki dan terisolasi oleh elektroda kedua yaitu dinding tangki tersebut yang berfungsi juga sebagai ground. Cairan dalam tangki berfungsi sebagai cairan dielektrik.
Perubahan tinggi cairan akan mempengaruhi besarnya kapasitansi yang dihasilkan oleh sebuah elektroda dan dinding tangki. Konstanta dielektrik diantara kedua elektroda itu
berubah menurut tinggi permukaan cairan dalam tangki. Karena perubahan kapasitansi tersebut, akan didapat suatu nilai besaran yang akan diukur. Nilai besaran yang diukur
tersebut akan dirubah menjadi sinyal digital oleh transmitter.
Universitas Sumatera Utara
19
Gbr.2.8 Alat Ukur Tinggi Permukaan dengan Pengukuran Kapasitif
Universitas Sumatera Utara
BAB III PRESSURE TRANSMITTER
