Prinsip Kerja Transmitter Pneumatik Pada Sistem Pengukuran Level Cairan Dalam Tangki

PRINSIP KERJA TRANSMITTER PNEUMATIK PADA

SISTEM PENGUKURAN LEVEL CAIRAN DALAM TANGKI

Oleh :

NIM. 035203021

ASWIN MARTUA SIMANJUNTAK

Karya Akhir ini diajukan untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan

PROGRAM DIPLOMA IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus, yang telah memelihara dan melimpahkan kasih dan berkat karunia-Nya kepada penulis, sehingga Karya Akhir ini dapat diselesaikan.

Karya Akhir ini dimaksudkan adalah sebagai syarat untuk menyelesaikan Program studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik Diploma-IV Universitas Sumatera Utara.

Dalam proses penyusunan Karya Akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak baik material, spiritual, informasi maupun administrasi. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

1. Orang tua yang saya cintai Ayahanda S.H. Simanjuntak, dan Ibunda A.L. Br

Saragih serta kakak saya Debora, Desna dan abang saya Apul yang telah

memberi dorongan moril, material, dan doa terhadap penulis

2. Bapak Ir. Nasrul Abdi. MT sebagai Ketua Jurusan Program Diploma – IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Rahmad Fauzi, ST.MT sebagai sekretaris Jurusan Program Diploma –

IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Mustafrind Lubis selaku dosen Pembimbing dalam penyusunan Karya Akhir.

5. Bapak Soeharwinto, ST.MT selaku dosen wali

7. Buat Meldawaty yang telah memberikan dukungan dalam penyusunan Karya Akhir

8. Buat seluruh teman – teman angkatan 2003, Khususnya Alex, Otto, Sabrina,

Thomas, Divo, Silva.

Akhir kata penulis dengan keterbatasannya sangat menyadari bahwa dalam penyusunan Karya Akhir ini masih banyak kekurangan, sehingga penulis dengan tulus menerima saran dan kritik yang bersifat membangun dan kiranya dapat digunakan untuk menambah ilmu dan pengetahuan yang lebih baik di masa yang akan datang.

Dengan Kerendahan hati, penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya atas segala kekurangan dan semoga karya akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Tuhan Memberkati.

Medan, Juni 2008 Hormat Saya,

ABSTRAK

Transmitter pneumatik adalah suatu peralatan untuk mengukur level cairan dalam tangki, dimana untuk mengetahui berapa ketinggian cairan tersebut sesuai yang telah ditentukan berdasarkan kebutuhan.

Transmitter pneumatik ini berfungsi untuk merubah sinyal proses menjadi sinyal instrument serta mengirimkan sinyal tersebut ke alat penerima seperti pencatat (recorder), penunjuk.

Proses pengukuran dengan menggunakan transmitter pneumatik dimana transmitter yang digunakan adalah Diferrential Pressure Transmitter yaitu dengan pengukuran beda tekanan. Transmitter ini terdiri dari alat perasa (detektor) dan pengirim, dimana transmitter ini mengukur besaran level yang diterima detektor dalam bentuk sinyal proses kemudian pada bagian pengirim dari transmitter pneumatik ini merubah sinyal proses tersebut menjadi sinyal instrument dan mengirimkannya ke kontroler. Sinyal yang dihasilkan oleh transmitter pneumatik adalah 0,2 – 1,0 kg/cm2. apabila pada keadaan 0%, maka tekanan dari transmitter

menunjukkan tekanan sebesar 0,2 kg/cm2. Apabila pada keadaan 100%, maka

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

BAB I. PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang ... 1

1.2.Tujuan Penulisan ... 2

1.3.Batasan Masalah... 2

1.4.Metode Pembahasan... 2

1.5.Sistematika Penulisan ... 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengenalan Alat Ulur Level ... 5

2.2. Metode Pengukuran Level ... 5

2.3. Pengertian Transmitter ... 7

2.4. Sinyal Transmitter ... 8

2.5. Jenis – jenis Transmitter... 9

2.5.2. Transmitter Pneumatik ... 10

2.6. Diafragma ... 13

2.7. Pengembus ... 13

2.8. Adjustment Transmitter Pneumatik ... 13

BAB III. PRINSIP KERJA TRANSMITTER PNEUMATIK 3.1. Prinsip Kerja Transmitter Pneumatik ... 15

3.2. Gangguan – gangguan yang Mempengaruhi Transmitter Beroperasi... 22

BAB IV. PEMBAHASAN 4.1. Data Teknis Peralatan ... 23

4.2. Sistem Konversi Sinyal ... 24

4.3. Konverter I-P ... 25

4.4. Konverter P-I ... 26

4.5. Sistem Proses Pengendalian Sinyal ... 27

4.6. Sistem Pengendalian Pada Pengukuran Level dengan Transmitter Pneumatik ... 28

4.7. Perhitungan Tekanan dan Volume ... 30

BAB V KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan ... 35

5.2. Saran ... 35

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Pengukuran Langsung ... 6

Gambar 2.2. Pengukuran Tidak Langsung ... 7

Gambar 3.1. Bentuk Skematik Meterbody Sebuah Transmitter ... 16

Gambar 3.2. Bentuk Skematik Transmitter Gaya Seimbang ... 18

Gambar 3.3. Blok Diagram Sistem Kerja Dari Transmitter ... 21

Gambar 4.1. Konverter Arus ke Tekanan (I-P) ... 25

Gambar 4.2. Konverter Tekanan ke Arus (P-I) ... 26

Gambar 4.3. Blok Diagram Sistem Pengendalian Level Dengan Transmitter Pneumatik ... 29

Gambar 4.4. Mekanisme Kerja Transmitter Penumatik Mengukur Level Tangki ... 30

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1. Massa Jenis Cairan ... 20 Tabel 4.1. Data Hasil Perhitungan ... 34

ABSTRAK

Transmitter pneumatik adalah suatu peralatan untuk mengukur level cairan dalam tangki, dimana untuk mengetahui berapa ketinggian cairan tersebut sesuai yang telah ditentukan berdasarkan kebutuhan.

Transmitter pneumatik ini berfungsi untuk merubah sinyal proses menjadi sinyal instrument serta mengirimkan sinyal tersebut ke alat penerima seperti pencatat (recorder), penunjuk.

Proses pengukuran dengan menggunakan transmitter pneumatik dimana transmitter yang digunakan adalah Diferrential Pressure Transmitter yaitu dengan pengukuran beda tekanan. Transmitter ini terdiri dari alat perasa (detektor) dan pengirim, dimana transmitter ini mengukur besaran level yang diterima detektor dalam bentuk sinyal proses kemudian pada bagian pengirim dari transmitter pneumatik ini merubah sinyal proses tersebut menjadi sinyal instrument dan mengirimkannya ke kontroler. Sinyal yang dihasilkan oleh transmitter pneumatik adalah 0,2 – 1,0 kg/cm2. apabila pada keadaan 0%, maka tekanan dari transmitter

menunjukkan tekanan sebesar 0,2 kg/cm2. Apabila pada keadaan 100%, maka

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang Masalah

Kemajuan dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat, dimana telah diciptakan suatu peralatan yang modern dalam hal mempercepat dan mempermudah suatu pekerjaan khususnya dalam industri pabrik. Peralatan instrument yaitu peralatan yang digunakan untuk mengukur serta mengendalikan berbagai operasi dimana seperti: tekanan, laju aliran, temperatur, dan juga level (permukaan). Tujuan dari kegiatan pengukuran ini adalah untuk mendapatkan hasil yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan, memperkecil kemungkinan terjadinya kerusakan pada unit operasi tersebut.

Dalam proses suatu produksi di pabrik, peran pengendalian level ini sangatlah penting untuk menjaga keadaan level tetap sesuai dengan standart operasi. Dalam hal ini transmitter membantu untuk pengendalian level.

Pengukuran dengan transmitter pneumatik sebagai alat perasa (detektor) dan juga sebagai alat pengirim. Transmitter ini mendeteksi besaran yang diterima oleh meter body sebagai perasa (detektor) dan transmitter merubah sinyal tersebut menjadi sinyal instrument dan mengirimkannya ke kontroler.

Berdasarkan dengan penjelasan diatas, maka penulis mengambil judul Karya Akhir yaitu “PRINSIP KERJA TRANSMITTER PENUMATIK PADA

1.2.Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Karya Akhir ini adalah : 1. Untuk mengetahui prinsip kerja transmitter pneumatik

2. Untuk mengetahui gangguan yang terjadi yang mempengaruhi transmitter pneumatik saat beroperasi

3. Untuk mengetahui pengukuran level cairan dalam tangki.

1.3.Batasan Masalah

Mengingat masalah yang akan diangkat sebagai Karya Akhir ini memiliki ruang lingkup pembahasan yang relatif luas, maka penulis membatasi permasalahan ini sebagai berikut :

1. Hanya menjelaskan prinsip kerja dari transmitter pneumatik untuk mengukur level cairan dalam tangki

2. Hanya menjelaskan bagaimana cara mengukur level cairan dalam tangki dengan menggunakan transmitter pneumatik

3. Tidak membahas perhitungan secara mendetail.

1.4.Metode Pembahasan

Metode pembahasan yang dipergunakan untuk melengkapi data tersebut dalam penulisan karya akhir ini sebagai berikut :

1. Dengan mempelajari secara teoritis serta mengumpulkan data – data spesifikasi yang diperlukan tentang pengukuran level dengan menggunakan transmitter pneumatik serta mencari buku – buku yang sesuai dengan topik yang dibahas

2. Dengan melakukan pengamatan di lapangan

3. Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing dan diskusi kepustakaan

1.5.Sistematika Penulisan

Adapun untuk dapat memudahkan pemahaman, penulis membuat Sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I. PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisi tentang : Abstrak, Latar Belakang Masalah, Tujuan Penulisan, Batasan Masalah, Metode Pembahasan, dan Sistematika Penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Dalam bab ini menjelaskan tentang : Pengenalan Alat Ukur Level, Metode Pengukuran Level, Pengertian Transmitter, Sinyal Transmitter, Jenis – jenis Transmitter, Transmitter Elektrik, Transmitter Pneumatik, Diafragma, Pengembus, Adjustment Transmitter Pneumatik.

BAB III. PRINSIP KERJA TRANSMITTER PNEUMATIK

Dalam bab ini menjelaskan tentang : Prinsip Kerja Transmitter Pneumatik, Gangguan – gangguan yang Mempengaruhi Transmitter Beroperasi

BAB IV PEMBAHASAN

Dalam bab ini membicarakan tentang : Data Teknis Peralatan, Sistem Konversi Sinyal, Konverter I-P, Konverter P-I, Sistem Proses Pengendalian Level,

Sistem Pengendalian Pada Pengukuran Level Dengan Transmitter Pneumatik, Perhitungan Volume.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Dalam bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran mengenai isi dari Karya Akhir.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengenalan Alat Ukur Level

Setiap alat ukur instrument yang dipergunakan untuk mengukur dan menunjukkan tinggi dari permukaan cairan disebut sebagai alat ukur level.

Pengukuran tinggi permukaan cairan (level) adalah berkaitan dengan keterpasangan terhadap peralatan proses yang berbentuk kolom seperti : tangki, drum, maupun tabung silinder.

Tujuan dari pengukuran tinggi permukaan cairan ini adalah :

1. Mencegah kerusakan dari peralatan instrumentasi akibat dari kekosongan serta kerugian akibat cairan terbuang

2. Pengontrolan jalannya proses

3. Mendapatkan kualitas produksi yang diinginkan.

2.2. Metode Pengukuran Level

Metode – metode dari pengukuran level sangat perlu dilakukan untuk memperoleh data yang diinginkan untuk menghindari kesalahan dalam pengukuran yang dapat mengakibatkan kerugian.

Dalam hal pengukuran ataupun penunjukkan tinggi permukaan cairan dapat dilakukan dengan beberapa metode yaitu :

1. Metode Pengukuran Langsung

Tinggi dari permukaan cairan dapat dilihat secara langsung dan diduga kedalamannya dalam satuan pengukuran panjang (meter), seperti terlihat pada Gambar 2.1. Biasanya metode pengukuran langsung ini dipakai oleh industri yang memerlukan tempat penampungan ataupun tangki yang berukuran kecil. Dengan diketahuinya tinggi permukaan cairan maka volume dapat diketahui bila diinginkan.

Tinggi Cairan

Dilihat Langsung

Gambar 2.1 Pengukuran langsung

2. Metode Pengukuran Tidak Langsung

Tinggi dari permukaan cairan tidak dapat dilihat secara langsung. Tinggi dari permukaan cairan di dalam tangki dapat diketahui dengan mengukur tekanan hidrostatika dari cairan.

Gaya pada cairan menghasilkan gerak mekanik. Pergerakan mekanik ini kemudian dikalibrasi di dalam bentuk skala angka – angka, seperti yang terlihat pada Gambar 2.2.

Gaya Pada Cairan

Gerak Mekanik

Kalibrasi

Gambar 2.2 Pengukuran tidak langsung

Metode pengukuran level secara langsung maupun secara tidak langsung dapat dilihat dengan bantuan dari alat ukur instrument sehingga dapat diketahui berapa ketinggian dari metode yang diukur.

2.3. Pengertian Transmitter

Transmitter adalah suatu alat kelanjutan dari sensor, dimana merupakan salah satu elemen dari sistem pengendalian proses. Untuk mengukur besaran dari suatu proses digunakan alat ukur yang disebut sebagai sensor (bagian yang berhubungan langsung dengan medium yang diukur), dimana transmitter kemudian mengubah sinyal yang diterima dari sensor menjadi sinyal standart.

Berdasarkan besaran yang perlu ditransformasikan transmitter dapat digolongkan sebagai transmitter temperatur, transmitter tinggi permukaan, transmitter aliran. Transmitter dapat dihubungkan dengan berbagai alat penerima seperti instrument penunjuk, alat pencatat, pengatur yang mempunyai sinyal masukan yang standart.

Tergantung pada jenis sinyal keluaran dapat dibedakan misalnya sinyal transmitter pneumatik dan transmitter elektrik. Seperti semua alat penumatik, transmitter pneumatik mempunyai keuntungan yakni aman terhadap bahaya percikan api yang diakibatkan hubungan singkat pada transmitter elektrik.

Kegunaan dari transmitter yang memberikan sinyal standart berupa sinyal pneumatik atau sinyal listrik dari besaran proses (process variable) yang diukur ke peralatan lain yang membutuhkannya antara lain :

1. Peralatan lain seperti indikator, recorder yang bekerja dengan standart sinyal yang sama

2. Memungkinkan pengiriman sinyal kepada jarak yang cukup jauh dan cepat serta aman

3. Menekan biaya pengoperasian maupun biaya pemeliharaan.

2.4. Sinyal Transmitter

Sinyal transmitter adalah suatu tanda ataupun sinyal yang diberikan ke alat penerima seperti pencatat, penunjuk yang berupa skala angka – angka. Jenis – jenis sinyal yang terdapat pada transmitter adalah :

1. Sinyal pneumatik atau tekanan udara

Besaran standart sinyal pneumatik ini adalah 3 – 15 Psi atau 0,2 – 1,0 kg/cm2.

2. Sinyal elektrik

Besaran standart sinyal elektrik ini adalah 4 mA – 20 mA dan skala kerja sinyal tegangan ada yang berkisar 1 – 5 VDC dan ada juga 0 – 10 VDC.

2.5. Jenis – jenis Transmitter

Dalam ilmu instrumentasi dikenal dua sistem sinyal yang dapat dipergunakan pada transmitter yaitu sinyal pneumatik dan sinyal elektrik. Berdasarkan kedua sistem tersebut transmitter dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu :

1. Transmitter elektrik 2. Transmitter pneumatik

Umumnya sistem dari transmitter ini adalah merupakan jalur pengirim sinyal dari alat perasa ke kontroler dan dari kontroler ke pengatur akhir (control

valve).

2.5.1. Transmitter Elektrik

Transmitter elektrik adalah suatu peralatan kontrol yang mempunyai pengaruh terhadap jalannya proses pengontrolan. Transmitter elektrik ini memiliki

fungsi dimana sinyal proses yang diterima oleh detektor diubah menjadi sinyal listrik kemudian mengirimkan sinyal listrik tersebut ke alat penerima seperti pencatat (recorder), pengatur dan penunjuk. Sinyal yang dihasilkan dari transmitter elektrik ada dalam dua bentuk sinyal arus dan tegangan. Dimana skala kerja dari sinyal arus selalu 4 – 20 mA, dan skala kerja dari sinyal tegangan ada yang berkisar 1 – 5 VDC dan ada juga 0 – 10 VDC.

2.5.2. Transmitter Pneumatik

Pada umumnya transmitter penumatik ini berfungsi untuk mengubah besaran sinyal proses menjadi sinyal pneumatik serta mengirimkan sinyal pneumatik tersebut ke alat penerima seperti pencatat (recorder), penunjuk, serta pengatur. Sinyal yang dihasilkan oleh pneumatik ini adalah udara yang bertekanan, dan biasanya sumber tekanan yang 20 Psi atau 1,4 kg/cm2, tekanan

sinyal berkisar 3 – 15 Psi atau 0,2 – 1,0 kg/cm2. Transmitter pneumatik dapat

dipergunakan sampai pada jarak sekitar 200 meter.

Transmitter penumatik pada umumnya terdiri dari dua bagian yaitu : A. Bagian perasa (detektor)

Bagian perasa berfungsi untuk mengubah sinyal proses ke dalam bentuk gerak mekanik. Misalnya tekanan yang berada di dalam suatu bejana adalah 8 Psi. Setelah beberapa detik kemudian tekanan turun menjadi 7 Psi, perubahan sebesar 1 Psi ini adalah merupakan sinyal yang harus dirubah ke dalam bentuk gerak mekanik.

Detektor yang biasanya digunakan dalam transmitter pneumatik adalah : 1. Meterbody

2. Sel Beda Tekanan 3. Penggeser

4. Bola Berisi Cairan

B. Bagian pengirim

Bagian pengirim dari transmitter pneumatik berfungsi untuk mengubah gerak – gerak mekanik detektor ke dalam bentuk sinyal pneumatik.

Adapun bagian – bagian pokok dari transmitter pneumatik adalah : 1. Penyetel titik nol (Zero adjustment)

Digunakan untuk mendapatkan titik nol dari batasan operasi transmitter. 2. Pengimbang kedua (Secondary beam)

Digunakan sebagai batang yang meneruskan gaya gerak balas terhadap gaya gerak pengimbang utama.

3. Kapsul pengimbang balik (Rebalancing capsule)

Kapsul yang berisi diafragma penggerak pengimbang kedua. 4. Pemancar (Nozzle)

Digunakan sebagai buangan udara penggerak diafragma besar pada relai pilot.

5. Pembalik (Buffle)

6. Pembatas beban balik (Reverse overload stop)

Digunakan sebagai ganjal pembatas gerak pengimbang utama (pada kedudukan maksimum).

7. Pengimbang utama (Primary beam)

Digunakan sebagai batang penerus gerak – gerak mekanik setengah melingkar dari batang pemuntir pada detektor.

8. Pipa – pipa kapsul pengimbang utama (Capsule tubing)

Digunakan sebagai pipa penyalur udara penghasil gaya gerak balas terhadap gaya gerak pengimbang utama.

9. Pipa untuk pemancar (Nozzle tubing)

Digunakan sebagai pipa penyalur udara untuk pemancar. 10.Penyetel batasan lebar (Coarse span adjustment)

Digunakan sebagai penyetelan untuk memperlebar bidang gerak pengimbang utama.

11.Penyetel batasan sempit (Fine span adjustment)

Digunakan sebagai penyetelan untuk mempersempit bidang gerak pengimbang utama.

12.Relai pilot (Pilot relay)

Digunakan sebagai kerangan pengatur tekanan udara instrument tekanan out-put dari transmitter.

13.Pegas peninggi atau penekan (Suppression atau Elevation spring)

Digunakan sebagai penyetelan untuk menaikkan skala perbandingan antara variabel proses dengan tekanan udara instrument out-put.

2.6. Diafragma

Diafragma adalah suatu bahan yang mudah melentur atau biasa disebut dengan membran. Membran ini biasanya terbuat dari bahan logam tipis, kulit sutra, teflon, polyethilene dan lain sebagainya. Umumnya digunakan karena mempunyai gerakan keluarnya secara mekanis yang dapat dihubungkan secara langsung kepada tipe gerakan dari pengontrolan.

2.7. Pengembus

Pengembus (bellow) cocok untuk digunakan pada pengukuran tekanan sangat rendah, karena permukaaan yang menerima tekanannya luas. Untuk mendapatkan daerah pengukuran yang lebih besar dapat dipasang pegas di dalamnya. Sama halnya dengan diafragma, dimana pengembus juga terbuat dari bahan logam tipis. Sama seperti tabung bourdon, pengembus juga akan bergerak memuai bila tekanan pada bagian dalamnya lebih besar daripada tekanan luarnya.

2.8. Adjustment Transmitter Pneumatik

Alat – alat kontrol yang tidak dilakukan penyetelan (adjustment) dengan baik dapat menyebabkan kesalahan pada pengukuran level. Hal ini jelas karena dengan melakukan adjustment dengan baik akan dapat menghasilkan kerja dari alat kontrol menjadi sempurna. Misalnya suatu transmitter menghasilkan sinyal yang salah pada 0 % dan 100 % maka akan mempengaruhi kerja dari alat kontrol

lainnya sehingga pengendalian level akan salah serta keakuratan pengukuran level menjadi kurang sempurna.

Dalam aksi kontrol, yang menjadi bagian dasar adalah kerja dari alat penyampai sinyal. Alat kontrol yang berfungsi dalam penyampai sinyal ini adalah transmitter. Adjustment (penyetelan) terhadap alat ukur ini dapat dilakukan dengan cara :

a. Penetapan sinyal yang dihasilkan terhadap besaran yang diukur

Sinyal yang dihasilkan oleh transmitter pneumatik adalah 0,2 – 1,0 kg/cm2. Pada keadaan besaran proses 0 % sinyal yang dihasilkan oleh

transmitter adalah 0,2 kg/cm2. penetapan harga ini dapat dilakukan dengan

mengatur zero adjustment pada transmitter tersebut.

Apabila keadaan besaran proses 100 % maka sinyal yang dihasilkan oleh transmitter adalah 1,0 kg/cm2. penetapan ini dapat dilakukan dengan

penetapan span. Penyetelan pada keadaan 0 % dan 100 % dilakukan secara berulang – ulang sampai penunjukkan stabil.

b. Penyetelan set point besaran proses dengan menggunakan Check meter Besarnya set point dapat tidak sesuai terhadap besaran proses yang terjadi, hal ini dapat terjadi dikarenakan ketidaksesuaian tekanan kerja pompa. Untuk itu kita harus memastikan set point dan besaran proses yang terjadi harus sama. Keadaan ini dapat kita pastikan dengan menggunakan check meter yang dihubungkan pada transmitter. Penyesuaian ini dilakukan pada keadaan 100 %, maka check meter harus menunjukkan 100 %.

BAB III

PRINSIP KERJA TRANSMITTER PNEUMATIK

3.1. Prinsip Kerja Transmitter Pneumatik

Pada pengukuran tinggi permukaan cairan dalam tangki dengan menggunakan transmitter pneumatik dimana transmitter yang digunakan adalah

Differential Pressure Transmitter. Prinsip utama dari pemakaian differential pressure transmitter adalah dengan pengukuran beda tekanan.

Transmitter merupakan alat kelanjutan dari sensor. Dimana transmitter ini dapat merubah sinyal proses yang diterima oleh detektor menjadi sinyal standart. Setelah itu sinyal dari transmitter tersebut dikirim ke penerima seperti pencatat (recorder), pengatur dan penunjuk.

Differensial pressure transmitter mempunyai hubungan tekanan rendah

dan tekanan tinggi. Tekanan tinggi (HP) dan tekanan rendah (LP) diterima oleh membran penyekat (Seal diaphram). Bagian dalam dari membran penyekat (Seal

diaphram) tekanan tinggi dan tekanan rendah diisi dengan cairan silikon. Tekanan

yang diukur pada bagian tekanan tinggi mendesak dirinya sendiri pada membran bagian tekanan tinggi dan menekan membran tersebut.

Pada waktu membran tersebut tertekan, bagian dalam isian silikon bergerak maju mengenai bagian pengembus oleh sejumlah tekanan sehubungan dengan gerakan membran tersebut.

Dimana seperti terlihat pada Gambar 3.1 berikut.

Pengembus tersebut mengembang mengenai bagian bertekanan rendah (LP) oleh sejumlah pergerakan dari isian silikon tersebut. Sementara itu, tekanan yang terukur pada bagian bertekanan rendah (LP) akan mendesak dirinya pada membran bertekanan rendah dan menekan pengembus tersebut dari bagian luar. Bagian puncak pengembus tersebut bergerak ke bagian bertekanan rendah (LP) dan pengembus tersebut berhenti mengembang. Dengan bergeraknya panjang bagian puncak dari pengembus, maka lengan pemuntir tersebut akan bergerak ke kiri dan memutar batang pemuntir tersebut. Pergerakan batang pemuntir ini diubah ke dalam suatu sinyal pneumatik untuk kemudian dipancarkan.

Setelah itu bagian pengirim, akan mengubah gerak – gerak mekanik detektor ke dalam bentuk sinyal pneumatik. Salah satu contoh dari bagian pengirim transmitter pneumatik adalah transmitter gaya seimbang (Force Balance

Prinsip kerja dari transmitter gaya seimbang adalah :

a. Pergerakan dari batang pemuntir menghasilkan pergerakan maju – mundur pada pengimbang utama

b. Bergeraknya pengimbang utama akan mengubah kedudukan pembalik sehingga menjauhi atau mendekati pemancar

c. Bila pembalik menjauhi pemancar maka tekanan balik udara penggerak dari diafragma besar pada relai pilot akan berkurang dari sebelumnya. Sebaliknya bila pembalik mendekati pemancar maka tekanan balik udara penggerak diafragma besar pada relai pilot akan bertambah dari sebelumnya.

d. Berubahnya tekanan balik udara penggerak diafragma besar pada relai pilot akan mengubah kedudukan kerangan pilot pada relai untuk membuka atau menutup

e. Bila kerangan pilot membuka maka tegangan udara instrument out-put bertambah. Sebaliknya bila kerangan pilot menutup, tekanan udara instrument out-put akan menjadi berkurang.

Dengan demikian pergerakan dari batang pemuntir menghasilkan perubahan pada tekanan udara instrument out-put.

f. Perlu diketahui bahwa udara instrument output juga dikirimkan ke kapsul pengimbang balik (Rebalancing capsul)

g. Tekanan udara instrument output akan terus bertambah atau berkurang sampai pengimbang mendapat gaya balas yang sama besar dari kapsul pengimbang balik melalui pengimbang utama

h. Sekali gaya pada pengimbang utama sama dengan gaya pada pengimbang kedua maka tekanan udara instrument output tidak berubah lagi.

Dimana prinsip dari pressure transmitter ini dengan menggunakan rumus fisika dalam satuan SI, yaitu :

P = ρgh Dimana : p = tekanan (Pa, atm)

ρ = massa jenis cairan (kg/cm2) g = gravitasi bumi (9,8 m/det2)

h = tinggi permukaan cairan (m, cm)

Dalam satuan imperial tekanan fluida yang diberikan yaitu : P = ρh

Sehingga menghasilkan P dalam satuan psi atau kg/cm2.

Pada penggunaannya di pabrik atau industri, massa jenis cairan berbeda ini dapat diihat pada tabel 3.1 berikut ini :

Tabel 3.1 Massa jenis cairan

Jenis cairan Massa jenis (kg/m3)

Air 1 x 103

Es 0,92 x 103

Glyserol 1,26 x 103

Alkohol 0,76 x 103

Benzene 0,88 x 103

Air raksa 2,14 x 103

Perbedaan tekanan didapat dari naik turunnya tinggi permukaan cairan dalam bejana, perubahan tekanan ini sebanding dengan perubahan tinggi permukaan. Pada industri tekanan dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan oleh proses, dimana pada aplikasinya tekanan haruslah di jaga agar produksi yang dihasilkan bagus dan tidak terbuang.

Untuk dapat dilihat lebih jelasnya tentang proses urutan kerja antara Meterbody sebagai bagian perasa (detektor) dan transmitter gaya seimbang (force

Balance Transmitter) sebagai bagian pengirim dapat terlihat seperti pada blok

diagram Gambar 3.3.

Tangki

Diafragma

Pengembus

Batang

Pemuntir

Pengimbang

Utama

Meterbody

Force Balance Transmitter

Ke Kontrol

3.2. Gangguan – Gangguan yang Mempengaruhi Transmitter Beroperasi

Adapun gangguan – gangguan yang mempengaruhi transmitter tersebut saat melakukan operasi adalah sebagai berikut :

1. Getaran

Getaran dapat mengganggu transmitter, karena getaran ini dapat membuat peralatan yang terkait mengalami gangguan. Getaran ditimbulkan oleh mesin yang beroperasi disekitar transmitter tersebut, hal ini dapat dilihat pada sensor. Apabila sensor bergetar memungkinkan keadaan kaca penutup elektroda pada pipa penghantar menjadi pecah maka sensor tersebut tidak bisa dipergunakan. Untuk menghindari getaran yang terjadi hendaknya transmitter perlu ditempatkan agak jauh dari sumber getaran.

2. Kelelahan dan umur piranti instrument

Semakin tua suatu peralatan, maka efisiensi kerja suatu peralatan tersebut akan semakin menurun. Begitu pula dengan transmitter, semakin lama digunakan maka efisiensi kerjanya akan menurun. Ini diakibatkan karena peralatan sering mengalami kontak ataupun longgarnya elemen – elemen yang terdapat pada transmitter tersebut.

BAB IV PEMBAHASAN

4.1. Data Teknis Peralatan

Adapun data – data teknis dari peralatan yang berkaitan dengan pengukuran level cairan dalam tangki dengan menggunakan transmitter pneumatik diantaranya adalah :

1. Data Teknis Transmitter

Jenis : Differential Pressure Pneumatic Transmitter Produksi : No. B5121.31.010 (Yamatake Honeywell

Tokyo-Japan)

Model No : NDP – 22 – Z – 1122 – 7 Output signal : 0,2 – 1,0 kg/cm2

Supplay pressure : 1,4 kg/cm2

Tahun pembuatan : Februari, 1983 Range adjustment : 500 – 6500

Range : 0 – 200 mmH2O

2. Data Teknis Meterbodi

Jenis : Remote Seal Diaphram

Produksi : No.269536 – 122 (Yamatake Honeywell Tokyo-Japan)

Range : 500 – 6500 mmH2O

Tekanan kerja maksimum: -0,1 s/d 100 kg/cm2

Kelebihan beban : sampai dengan 100 kg/cm2

3. Data Teknis Tangki

Code J I S : B 8501

Radio graph : No

Stress relief : No

MFR’S Serial No : 53 DG 0002 Date built : oktober, 1982

Net weight : 360 kg

Nomin diameter : 1000 mm Nomin length : 1300 mm Design pressure : 50 kg/cm2

Design temperatur : 65 0C

Hydroulic test pressure : full water kg/cm2

Penumatic test pressure : 2,0 kg/cm2

4.2. Sistem Konversi Sinyal

Pada bidang industri untuk menjalankan kinerja atas produksi yang diinginkan dijaga oleh kontrol sistem yang antara lain pengaturan aliran, level, tekanan, suhu. Pengaturan kontrol proses yang paling umum digunakan adalah pengontrol elektronik dan pengontrol pneumatik. Karena itu dibutuhkan peralatan

untuk melakukan konversi antara sinyal elektrik dan sinyal pneumatik. Konversi dari sinyal elektrik ke sinyal pneumatik dilakukan oleh sebuah konverter I-P, sedangkan konversi dari sinyal pneumatik ke elektrik dilakukan oleh peralatan yang dinamakan konverter P-I.

4.3. Konverter I-P

Pada Gambar 4.1 memperlihatkan bentuk umum sebuah konverter I-P.

Gambar 4.1 Konverter arus ke tekanan (I-P)

Konverter I-P adalah alat yang akan mengkonversikan sinyal standart arus 4-20 mA dari kontroler untuk diubah menjadi sinyal standart tekanan 0,2-1,0 kg/cm2 yang dipakai untuk menggerakkan control valve. Arus elektrik dilewatkan

melalui kumparan dan menghasilkan suatu perpindahan dari batang. Perubahan tekanan yang dihasilkan pada celah nosel-flapper dimampatkan volumenya oleh

relai udara dan digunakan sebagai sebuah gaya penyeimbang oleh bellow di ujung lain batang. Suatu keseimbangan dihasilkan bila gaya bellow (proprosional dengan tekanan keluran) sama dengan gaya kumparan (proporsional dengan gaya elektrik masukan).

4.4. Konverter P-I

Pada Gambar 4.2 memperlihatkan bentuk umum sebuah konverter P-I.

Gambar 4.2 Konverter tekanan ke arus (P-I)

Konverter P-I adalah suatu alat yang berhubungan dengan sensor dimana untuk mengkonversikan tekanan yang dikirimkan oleh sensor untuk diubah menjadi arus listrik standart 4-20 mA. Sinyal tekanan masukan diaplikasikan ke bellow dan menghasilkan simpangan batang. Simpangan ini diukur oleh LVDT (Linear Variable Differential Transmitter = transformer diferensial variabel linier). Linear variable differential transmitter adalah suatu perubahan induksi magnet dari kumparan pirmer ke kumparan sekunder, dimana dalam keadaan

setimbang inti magnet terletak ditengah dan kedua kumparan sekunder menerima fluks yang sama. Sedangkan dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik dan yang lainnya turun. Pada keseimbangan, gaya kumparan (proporsional dengan arus keluaran) sesuai dengan gaya dari bellow (proporsional dengan tekanan sinyal masukan).

Offset nol (4 mA) dalam sinyal elektrik cukup besar untuk menggerakkan

amplifier sehingga memungkinkan kedua kawat sinyal juga berfungsi sebagai jaringan pasokan. Hal ini dikenal sebagai operasi dua kawat.

4.5. Sistem Proses Pengendalian Level

Meskipun pada beraneka ragam industri kegiatan lainnya diperlukan pengaturan proses yang berbeda – beda, tetapi secara teknik instrument suatu proses yang diatur mempunyai dasar pengertian yang sama. Suatu proses kontrol memerlukan prinsip dasar pengaturan dari proses untuk mendapat output dengan hasil yang diinginkan melalui suatu pengaturan set point.

Pada prinsipnya tujuan dari proses pengendalian level kontrol ini adalah untuk menghilangkan ataupun untuk membuat sekecil mungkin error yang terjadi pada saat pengukuran level dalam suatu pengendalian level.

Hampir disemua proses dalam dunia industri membutuhkan alat – alat otomatis dalam hal pengendalian variabel proses termasuk dalam mengendalikan level cairan. Gabungan serta kerja dari alat – alat pengendali otomatis pada pengendalian level yang disebut dengan sistem pengendalian level, sedangkan

semua peralatan yang membentuk sistem tersebut dinamakan dengan instrumentasi proses pengendalian level.

Dalam sistem proses pengendalian level, ada empat langkah yang harus diperhatikan yaitu :

1. Mengukur level

2. Membandingkan hasil level yang terukur dengan level yang diharapkan atau yang diinginkan

3. Menghitung kesalahan

4. Mengoreksi serta memperbaiki kesalahan tersebut.

Apabila langkah tersebut dapat dilakukan secara sekaligus oleh alat instrument, maka sistem pengendalian level otomatis.

4.6. Sistem Pengendalian Pada pengukuran Level Dengan Transmitter Pneumatik

Pada Gambar 4.3 di bawah ini dapat terlihat blok diagram dari sistem pengendalian pada pengukuran level dengan transmitter pneumatik.

+ _

Kontrol Unit I/P Katup Pneumatik

Transmitter Gaya Seimbang

Tangki

Meterbody P/I

Set Point

Keluar

Gambar 4.3 Blok diagram sistem pengendalian level dengan transmitter pneumatik

Pada proses pengukuran tinggi permukaan cairan dengan menggunakan transmitter pneumatik. Proses yang akan diukur adalah suatu besaran proses yang berupa tekanan yang berada pada tangki dimana meterbody sebagai sensing

element yang dapat merasakan suatu tekanan yang ada pada tangki tersebut.

Sinyal proses yang diterima oleh meterbody sebagai sensing element akan dikirim ke bagian pengirim. Dimana transmitter gaya seimbang ini sebagai suatu transmitter yang akan menerima sinyal tersebut untuk kemudian dirubah ke dalam bentuk sinyal pneumatik. Sinyal pneumatik yang telah dihasilkan oleh transmitter ini untuk dapat dikirim ke alat penerima tersebut seperti kontroler dibutuhkan sebuah konverter.

Konverter yang dibutuhkan disini adalah konverter jenis P-I. Dimana sinyal pneumatik yang dihasilkan oleh transmitter tersebut dirubah ke dalam

bentuk sinyal elektrik untuk dikirimkan ke kontroler. Kemudian kontroler ini akan bekerja untuk menggerakkan katup pneumatik. Untuk melakukan kerja ini, sinyal elektrik dari kontroler tersebut dirubah kembali ke dalam bentuk sinyal pneumatik. Konverter yang dibutuhkan disini adalah jenis P-I, dimana sinyal elektrik dari kontroler akan dirubah ke dalam bentuk sinyal penumatik untuk melaksanakan perintah ke control valve.

Misalkan hasil pengukuran yang didapatkan lebih rendah dari yang diinginkan, maka kontroler bekerja melaksanakan perintah ke katup pneumatik untuk membuka katup untuk mengisi tangki. Apabila hasil pengukuran yang didapatkan lebih tinggi dari yang diinginkan, maka kontoler bekerja untuk melaksanakan perintah ke katup pneumatik untuk menutup katup.

4.7. Perhitungan Tekanan dan Volume

Mekanisme kerja dari transmitter pneumatik dalam mengukur level pada tangki seperti terlihat pada Gambar 4.4.

Tangki Level

Udara luar P1 P2

Gambar 4.4 Mekanisme kerja transmitter pneumatik mengukur level tangki

L H

Dimana :

P2 = 0 (ke udara bebas)

ρ = 0,01 kg/cm h =

ρ 2 1 P

P −

1. Menghitung Tekanan (P1)

a. untuk level 20 cm

20 = 01 , 0 0 1− P

P1 – 0 = 20 . 0,01 P1 = 0,2 + 0 P1 = 0,2 kg/cm2

b. untuk level 40 cm

40 = 01 , 0 0 1− P

P1 – 0 = 40 . 0,01 P1 = 0,4 + 0 P1 = 0,4 kg/cm2

c. untuk level 60 cm

60 = 01 , 0 0 1− P

P1 – 0 = 60 . 0,01 P1 = 0,6 + 0 P1 = 0,6 kg/cm2

d. untuk level 80 cm 80 = 01 , 0 0 1− P

P1 – 0 = 80 . 0,01 P1 = 0,8 + 0 P1 = 0,8 kg/cm2

e. untuk level 100 cm

100 = 01 , 0 0 1− P

P1 – 0 = 100 . 0,01 P1 = 1 + 0

P1 = 1 kg/cm2

2. Menghitung Volume

Diameter tangki = 1000 mm = 1 m

Volume =

4 ∏_{. D}2

. t

a. untuk level 20 cm = 0,2 m

volume =

4 14 , 3

. 12 . 0,2

volume = 0,785 . 1 . 0,2 volume = 0,157 m3

b. untuk level 40 cm = 0,4 m volume = 4 14 , 3

. 12 . 0,4

volume = 0,785 . 1 . 0,4 volume = 0,314 m3

c. untuk level 60 cm = 0,6 m

volume =

4 14 , 3

. 12 . 0,6

volume = 0,785 . 1 . 0,6 volume = 0,471 m3

d. untuk level 80 cm = 0,8 m

volume =

4 14 , 3

. 12 . 0,8

volume = 0,785 . 1 . 0,8 volume = 0,628 m3

e. untuk level 100 cm = 1 m

volume =

4 14 , 3

. 12 . 1

volume = 0,785 . 1 . 1 volume = 0,785 m3

Hasil dari perhitungan di atas dapat terlihat seperti dalam bentuk Tabel 4.1 di bawah ini :

Tabel 4.1 Data hasil perhitungan

No Level (cm) Tekanan (kg/cm2) Volume (m3)

1. 20 0,2 0,157

2. 40 0,4 0,314

3. 60 0,6 0,471

4. 80 0,8 0,628

5. 100 1 0,785

BAB V KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan pada hal – hal yang telah diuraikan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya :

1. Pada pengukuran tinggi permkaan cairan dalam tangki dengan transmitter pneumatik yang digunakan adalah Differential Pressure Transmitter dimana prinsipnya dengan pengukuran beda tekanan.

2. Pada proses pengoperasiannya, transmitter dapat dipengaruhi oleh faktor getaran yang ditimbulkan oleh mesin sehingga mengganggu proses terjadinya pengukuran. Untuk menghindari gangguan, transmitter perlu ditempatkan agak jauh dari sumber getaran.

3. Apabila hasil pengukuran didapatkan lebih rendah dari yang diinginkan maka kontroler melakukan perintah untuk membuka katup untuk mengisi tangki. Apabila pengukuran lebih tinggi dari yang diinginkan, kontroler melakukan perintah untuk menutup katup.

5.2. Saran

Untuk menghindari berbagai kerusakan pada peralatan instrument maka hendaknya selalu melakukan perawatan secara teratur sehingga mendapatkan pembacaan alat ukur yang memiliki ketelitian yang tinggi dan juga dapat digunakan dalam jangka waktu yang lebih lama.

DAFTAR PUSTAKA

1. Douglas M. Considine, “Process Instrument and Control Hand Book”, Second Edition, Mc Graw Hill Book Company

2. Frans Guterus, 1994, “Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses”, Edisi Pertama, Penerbit PT. Elex Media Komputindo, Jakarta

3. Mansyur, 2005, “Instrumentasi Pabrik I”, Diktat Kuliah, Medan 4. Mansyur, 2006, “Instrumentasi Pabrik II”, Diktat Kuliah, Medan

5. Andrew Parr, 2003, “Hidrolika dan Pneumatik”: Pedoman Bagi Teknisi dan Insinyur, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Dimana :

P2 = 0 (ke udara bebas)

ρ = 0,01 kg/cm

h = ρ

2 1 P

P −

1. Menghitung Tekanan (P1) a. untuk level 20 cm

20 = 01 , 0 0 1− P

P1 – 0 = 20 . 0,01 P1 = 0,2 + 0 P1 = 0,2 kg/cm2

b. untuk level 40 cm 40 = 01 , 0 0 1− P

P1 – 0 = 40 . 0,01 P1 = 0,4 + 0 P1 = 0,4 kg/cm2 c. untuk level 60 cm

60 = 01 , 0 0 1− P

P1 – 0 = 60 . 0,01 P1 = 0,6 + 0 P1 = 0,6 kg/cm2

d. untuk level 80 cm 80 =

01 , 0

0 1−

P

P1 – 0 = 80 . 0,01 P1 = 0,8 + 0 P1 = 0,8 kg/cm2

e. untuk level 100 cm 100 =

01 , 0

0 1−

P

P1 – 0 = 100 . 0,01 P1 = 1 + 0

P1 = 1 kg/cm2

2. Menghitung Volume

Diameter tangki = 1000 mm = 1 m Volume =

4 ∏_{. D}2

. t

a. untuk level 20 cm = 0,2 m volume =

4 14 , 3

. 12 . 0,2 volume = 0,785 . 1 . 0,2 volume = 0,157 m3

b. untuk level 40 cm = 0,4 m volume =

4 14 , 3

. 12 . 0,4 volume = 0,785 . 1 . 0,4 volume = 0,314 m3

c. untuk level 60 cm = 0,6 m volume =

4 14 , 3

. 12 . 0,6 volume = 0,785 . 1 . 0,6 volume = 0,471 m3

d. untuk level 80 cm = 0,8 m volume =

4 14 , 3

. 12 . 0,8 volume = 0,785 . 1 . 0,8 volume = 0,628 m3

e. untuk level 100 cm = 1 m volume =

4 14 , 3

. 12 . 1 volume = 0,785 . 1 . 1 volume = 0,785 m3

Hasil dari perhitungan di atas dapat terlihat seperti dalam bentuk Tabel 4.1 di bawah ini :

Tabel 4.1 Data hasil perhitungan

No Level (cm) Tekanan (kg/cm2) Volume (m3)

1. 20 0,2 0,157

2. 40 0,4 0,314

3. 60 0,6 0,471

4. 80 0,8 0,628

5. 100 1 0,785

BAB V KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan pada hal – hal yang telah diuraikan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya :

1. Pada pengukuran tinggi permkaan cairan dalam tangki dengan transmitter pneumatik yang digunakan adalah Differential Pressure Transmitter dimana prinsipnya dengan pengukuran beda tekanan.

2. Pada proses pengoperasiannya, transmitter dapat dipengaruhi oleh faktor getaran yang ditimbulkan oleh mesin sehingga mengganggu proses terjadinya pengukuran. Untuk menghindari gangguan, transmitter perlu ditempatkan agak jauh dari sumber getaran.

3. Apabila hasil pengukuran didapatkan lebih rendah dari yang diinginkan maka kontroler melakukan perintah untuk membuka katup untuk mengisi tangki. Apabila pengukuran lebih tinggi dari yang diinginkan, kontroler melakukan perintah untuk menutup katup.

5.2. Saran

Untuk menghindari berbagai kerusakan pada peralatan instrument maka hendaknya selalu melakukan perawatan secara teratur sehingga mendapatkan pembacaan alat ukur yang memiliki ketelitian yang tinggi dan juga dapat digunakan dalam jangka waktu yang lebih lama.

DAFTAR PUSTAKA

1. Douglas M. Considine, “Process Instrument and Control Hand Book”, Second Edition, Mc Graw Hill Book Company

2. Frans Guterus, 1994, “Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses”, Edisi Pertama, Penerbit PT. Elex Media Komputindo, Jakarta

3. Mansyur, 2005, “Instrumentasi Pabrik I”, Diktat Kuliah, Medan 4. Mansyur, 2006, “Instrumentasi Pabrik II”, Diktat Kuliah, Medan

5. Andrew Parr, 2003, “Hidrolika dan Pneumatik”: Pedoman Bagi Teknisi dan Insinyur, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta.