Pengunaan Resistensi Pressure Transmitter Pada Pengontrolan Suplai Udara Instrumen Dalam Proses Squeezing Pada Alat Filter Press (Aplikasi PT.Multi Mas Nabati Asahan)

PENGGUNAAN RESISTANCE PRESSURE TRANSMITTER

PADA PENGONTROLAN SUPLAI UDARA INSTRUMEN

DALAM PROSES SQUEEZING PADA ALAT FILTER PRESS

(APLIKASI PT. MULTIMAS NABATI ASAHAN)

Oleh :

LANY UTAMI PUTRI NIM. 025203009

PROGRAM DIPLOMA-IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Abstrak

Pada proses pembuatan minyak goreng, diperlukan sistem kendali tekanan. Sistem kendali tekanan merupakan salah satu sistem kendali yang terdapat di pabrik minyak goreng tersebut. Tujuan pengendalian tekanan ini adalah untuk menjaga agar proses berlangsung sesuai dengan yang diinginkan.

PT. MNA (Multimas Nabati Asahan) adalah salah satu industri yang bergerak dibidang produksi minyak goreng.

Salah satu instrumen pengukuran tekanan yang digunakan adalah

Resistance Pressure Transmitter yang berperan didalam proses squeezing pada

alat Filter Press. Filter Press adalah alat yang digunakan dalam proses squeezing untuk memisahkan minyak RBDPO (Refined Bleached Deodorized Palm Oil) untuk mendapatkan fraksi cair (olein) dan fraksi padat (stearin) yang mana olein tersebut adalah minyak goreng yang siap untuk dipasarkan. Resistance Pressure

Transmitter ini terdiri dari bagian perasa (sensor) dan bagian pengirim. Bagian

perasa (sensor) dari transmiter ini akan mendeteksi besarnya tekanan suplai udara instrumen yang diberikan yang berasal dari kompresor. Hasil pendeteksian ini akan dikirimkan ke kontroler oleh bagian pengirim dari transmiter untuk proses selanjutnya.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini, yang merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan perkuliahan pada Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Industri Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Tidak lupa selawat beriring salam penulis ucapkan kepada junjungan Nabi besar Muhammad SAW, yang telah membawa umatnya dari zaman jahilliyah menuju jaman islamiah yang penuh dengan ilmu pengetahuan seperti saat sekarang ini.

Karya Akhir ini ditulis berdasarkan penelitian dan pengamatan yang penulis dapatkan dari proses pengepresan minyak pada industri minyak goreng. Sehingga Karya Akhir ini penulis beri judul “Penggunaan Resistance Pressure Transmitter Pada Pengontrolan Suplai Udara Instrumen Dalam Proses Squeezing pada Alat Filter Press (Aplikasi PT. Multimas Nabati Asahan)”.

Selama berlangsungnya penulisan Karya Akhir ini hingga menyelesaikannya, penulis banyak mendapat bantuan, dukungan, serta masukan dari banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya serta ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Papa Drs. H. Ruslansyah, Mama Hj. Nuryusdiana, serta adik - adikku Ewi, Roby, dan Fari yang telah memberikan dukungan moril, materi dan doa terhadap penulis.

2. Aprian Supardi Panggabean, SST yang selalu menemani dan memberikan dukungan dan cintanya kepada penulis selama penulisan Karya Akhir ini.

3. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan selaku dosen pembimbing Karya Akhir. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Program Diploma-IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT. selaku Sekretaris Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik.

6. Seluruh staf pengajar serta pegawai administrasi.

7. Teman - teman seperjuangan angkatan 2002 khususnya Indra, Dedek, Yuliandra, Mia, Angga, Kurniadi, Riza, Fakhruddin dan lain-lain. 8. Abang-abang Alumni Jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik USU dan

seluruh staf/karyawan PT. Multimas Nabati Asahan yang telah banyak membantu penulis.

Penulis menyadari bahwa Karya Akhir ini masih belum sempurna dan masih banyak kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan dikarenakan keterbatasan pengetahuan penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran seta kritikan yang konstruktif dan edukatif guna penyempurnaan Karya Akhir ini. Semoga Karya Akhir ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan para pembaca pada umumnya.

Medan, September 2007

DAFTAR ISI

Lembar Pengesahan

Abstrak ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi ... iv

Daftar Gambar ... vii

Daftar Tabel ... ix

Daftar Notasi ... x

Daftar Lampiran ... xi

BAB I Pendahuluan I.1. Latar Belakang Masalah ... 1

I.2. Tujuan Penulisan Karya Akhir ... 2

I.3. Batasan Masalah ... 3

I.4. Metode Pembahasan ... 3

I.5. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II Tinjauan Pustaka II.1. Pengertian Tekanan ... 5

II.1.1. Elemen – elemen Sensor yang Biasa Digunakan dalam Mengukur Tekanan ... 6

II.2. Metoda Pengukur Tekanan yang Lain ... 13

II.2.2. Strain-gage ... 14

II.2.2.1. Komponen Strain-gage ... 15

II.2.2.2. Bentuk – bentuk Strain-gage ... 16

II.2.2.3. Elemen – elemen Pengindera Metalik ... 22

II.2.2.4. Desain Strain-gage ... 23

II.2.2.5. Faktor Gage ... 25

II.3. Sistem Kontrol ... 28

II.3.1. Pengertian Sistem Kontrol ... 28

II.3.2 Pengertian Sistem Kontrol Otomatis ... 29

II.3.3. Pengertian Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka dan Rangkaian tertutup ... 29

II.4. Transmiter ... 31

II.4.1. Transmiter Pneumatik ... 32

II.4.2. Transmiter Elektronik ... 33

II.5. Katup Kendali (Control Valve) ... 35

BAB III Resistance Pressure Transmitter III.1. Bentuk dan Konstruksi Resistance pressure Transmitter ... 38

III.2. Prinsip kerja Resistance Pressure Transmitter ... 39

III.3. Trouble Shooting ... 41

III.4. Pemeliharaan (Maintenance) ... 43

BAB IV Penggunaan Resistance Pressure Transmitter Pada Pengontrolan Suplai Udara Instrumen Dalam Proses Squeezing

IV.1. Umum ... 47

IV.2. Bagian – bagian Filter Press ... 48

IV.3. Proses Yang Terjadi di Mesin Filter Press ... 53

IV.3.1. Filter Press Ready ... 53

IV.3.2. Proses Pengisian (Feeding) ... 53

IV.3.3. Proses Squeezing ... 53

IV.3.4. Proses Filtrate Blowing ... 58

IV.3.5. Proses Membrane Realese... 58

IV.3.6. Proses Core Blow ... 58

IV.3.7. Proses Discharging ... 58

IV.3.8 Proses Open Filter ... 59

IV.4. Analisa Data ... 59

BAB V Kesimpulan dan Saran V.1. Kesimpulan ... 62

V.2. Saran ... 63

Daftar Pustaka ... 64 Lampiran

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Barometer ... 7

Gambar 2.2. Manometer Pipa U Tertutup ... 8

Gambar 2.3. Manometer Pipa U Terbuka ... 8

Gambar 2.4. Manometer Lonceng (Bell Manometer) ... 9

Gambar2.5. Elemen Perasa Tekanan (a) diafragma datar; (b) diafragma bergelombang; (c) kapsul; (d) bellows; (e) tabung lurus; (f) tabung bourdon C; (g) tabung bourdon twist; (h) tabung bourdon helical; (i) tabung bourdon spiral ... 11

Gambar 2.6. Manometer McLeod (a) sebelum terpakai ... 14

(b) setelah terpakai dan diputar 90° ... 14

Gambar 2.7. Strain-gage ... 15

Gambar 2.8. Sistem Strain-gage (1) permukaan spesimen; (2) ikatan bahan perekat; (3) lapisan dasar; (4) elemen perasa strain-gage; (4); (5) sistem pewayaran; (6) lapisan pelindung ... 16

Gambar 2.9. Strain-gage tahanan terikat ... 16

Gambar 2.10. Strain-gage kawat-metal terikat ... 17

Gambar 2.11. Strain-gage foil metal terikat ... 18

Gambar 2.12. Strain-gage tidak terikat (a) prinsip konstruksi ... 20

(b) rangkaian jembatan wheatstone ... 20

Gambar 2.13. Rossette dua elemen (a) tumpukan foil 90°; (b) foil datar 90°; (c) foil geser datar 90° ... 21

Gambar 2.15. Desain Strain-gage... 25

Gambar 2.16. Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka... 29

Gambar 2.17. Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup ... 30

Gambar 2.18. Transmiter Pneumatik Beda Tekanan ... 32

Gambar 2.19. Struktur Transmiter Elektronik... 34

Gambar 2.20. Konstruksi Katup Kendali ... 35

Gambar 3.1. Resistance Pressure Transmitter Cerabar M PMP 41 ... 38

Gambar 3.2. Konstruksi Resistance Pressure Transmitter Cerabar M PMP 41 .. 38

Gambar 3.3. Elemen Pengukur Tahanan (a) Konstruksi Resistance Pressure Transmitter ... 40

(b) Rangkaian Konstruksi Resistance Pressure Transmitter ... 40

(c) Bagan Prinsip Kerja Resistance Pressure Transmitter ... 40

Gambar 4.1. Membrane Plate ... 50

Gambar 4.2. Blok Diagram Pressure Transmiter (PMP 41) untuk Pengaturan Tekanan Udara... 54

Gambar 4.3. Blok Diagram Pengontrolan Tekanan Suplai Udara ... 55

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Faktor Gage Untuk Bahan yang Berbeda ... 28

Tabel 3.1. Kerusakan dan Penanggulangan Resistance Pressure Transmitter ... 42

Tabel 3.2. Hasil Kalibrasi yang Dilakukan ... 46

Tabel 4.1. Data Teknik Mesin Filter Press FL 211 C ... 49

Tabel 4.2. Kondisi Operasi ... 49

Tabel 4.3. Pengaturan Filter Press FL 211 C ... 57

DAFTAR NOTASI

1. P = Tekanan ... (N/m2)

2. h = Tinggi cairan ... (m) 3. ρ = Massa jenis ... (kg/m3) 4. g = Gravitasi ... (m/s2)

5. F = Gaya ... (N)

6. A = Luas penampang ... (m2)

7. K = Konstanta

pegas (N/m)

8. s = Jarak ... (m)

9. P1 = Tekanan awal ... (N/m2)

10. P2 = Tekanan akhir ... (N/m2)

11. V1 = Volumeawal ... (m3)

12. V2 = Volume akhir ... (m3)

13. K = Faktor gage...

14. R = Tahanan ... (Ω)

15. ∆R = Perubahan tahanan gage ... (Ω) 16. l = Panjang konduktor (kondisi tidak teregang) . (m) 17. ∆l = Perubahan panjang konduktor (m)

18. ρ = Tahanan jenis ... (

m mm2

Ω ₎

19. d = Diameter konduktor ... (mm)

20. µ = Bilangan Poison

22. E = Modulus Young ... (kg/m2) DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar Mesin Filter Press

Lampiran 2. Gambar Piping & Instrument Diagram pada Proses Filtrasi Lampiran 3. Flow Chart Proses Filtrasi Minyak

Abstrak

Pada proses pembuatan minyak goreng, diperlukan sistem kendali tekanan. Sistem kendali tekanan merupakan salah satu sistem kendali yang terdapat di pabrik minyak goreng tersebut. Tujuan pengendalian tekanan ini adalah untuk menjaga agar proses berlangsung sesuai dengan yang diinginkan.

PT. MNA (Multimas Nabati Asahan) adalah salah satu industri yang bergerak dibidang produksi minyak goreng.

Salah satu instrumen pengukuran tekanan yang digunakan adalah

Resistance Pressure Transmitter yang berperan didalam proses squeezing pada

alat Filter Press. Filter Press adalah alat yang digunakan dalam proses squeezing untuk memisahkan minyak RBDPO (Refined Bleached Deodorized Palm Oil) untuk mendapatkan fraksi cair (olein) dan fraksi padat (stearin) yang mana olein tersebut adalah minyak goreng yang siap untuk dipasarkan. Resistance Pressure

Transmitter ini terdiri dari bagian perasa (sensor) dan bagian pengirim. Bagian

perasa (sensor) dari transmiter ini akan mendeteksi besarnya tekanan suplai udara instrumen yang diberikan yang berasal dari kompresor. Hasil pendeteksian ini akan dikirimkan ke kontroler oleh bagian pengirim dari transmiter untuk proses selanjutnya.

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Masalah

Sejalan dengan kemajuan dan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat pada saat ini, manusia selalu berusaha untuk menemukan atau menciptakan suatu peralatan yang dapat mempermudah pekerjaan teknik pengukuran besaran. Instrumen merupakan peralatan yang sangat penting dari suatu sistem pengukuran dan merupakan salah satu faktor yang sangat menentukan hasil produksi. Dimana peralatan instrumenlah yang mengukur, mengontrol, mendeteksi, menutup, membuka, menganalisa baik secara manual maupun otomatis. Untuk itu pengoperasian peralatan instrumen yang terkendali dengan baik dan didukung dengan keahlian operator sangat diperlukan agar proses sesuai dengan yang diharapkan.

Pada proses industri, pengendalian dilakukan dengan mengukur salah satu atau lebih variable. Hasil pengukuran ini digunakan untuk perbandingan apakah proses variable yang diukur sesuai dengan yang diinginkan. Pada umumnya proses variabel yang diukur antara lain : aliran (flow), tekanan (pressure), tinggi permukaan (level), dan suhu (temperature).

Setiap industri senantiasa memiliki peralatan elektronik sebagai peralatan kontrol maupun sebagai peralatan instrumen. Alat kontrol maupun instrumen tersebut bermacam – macam bentuk dan fungsinya. Salah satunya adalah alat pengukur tekanan yang dalam hal ini digunakan adalah Resistance Pressure

Transmitter yang berfungsi untuk mengukur tekanan suplai udara instrumen pada

proses squeezing. Alat ini bekerja berdasarkan prinsip dasar Jembatan Wheatstone. Besarnya tekanan suplai udara instrumen yang diberikan untuk memisahkan minyak RBDPO (Refined Bleached Deodorized Palm Oil) sehingga didapat olein (fraksi cair) dan stearin (fraksi padat) akan mengenai bagian perasa (sensor) yang akan mengubah tekanan menjadi tahanan sehingga keluarannya akan menghasilkan tegangan sebesar 1 – 5 mV, tetapi tegangan tersebut akan dikonversikan menjadi arus sebesar 4 – 20 mA sesuai dengan standard sinyal keluaran dari transmiter agar dapat dibaca diruang kontrol.

Oleh karena itu penulis tertarik untuk membahas tentang “Penggunaan Resistance Pressure Transmitter Pada Pengontrolan Suplai Udara Instrumen Dalam Proses Squeezing Pada Alat Filter Press” sebagai judul karya akhir.

I.2 Tujuan Penulisan Karya Akhir

Sebagai pabrik yang menghasilkan minyak goreng dalam skala besar dengan proses produksi yang rumit, maka diperlukan sistem pengukuran tekanan suplai udara instrumen dalam proses squeezing untuk memisahkan olein dan

stearin sehingga didapat kualitas minyak goreng sesuai dengan yang diinginkan.

Dalam hal pengukuran tekanan tersebut diperlukan sebuah peralatan instrumen

Resistance Pressure Transmitter.

Adapun yang menjadi tujuan penulisan dalam karya akhir ini adalah “

2. Mengetahui penggunaan Resistance Pressure Transmitter untuk mengetahui besarnya tekanan suplai udara instrumen yang diberikan pada proses squeezing.

3. Mengetahui pengkalibrasian Resistance Pressure Transmitter.

I.3 Batasan Masalah

Setiap industri senantiasa memiliki peralatan instrumen, salah satunya adalah pengukuran tekanan yang dikenal dengan Resistance Pressure Transmitter. Alat ini berfungsi untuk mengukur tekanan suplai udara instrumen yang diberikan dalam proses squeezing.

Penulis merasa perlu untuk membatasi masalah yang dibahas dalam Karya Akhir ini, mengingat keterbatasan waktu, tempat, kemampuan dan pengalaman. Adapun hal – hal yang dibahas adalah :

1. Prinsip kerja Resistance Pressure Transmitter secara umum dan penggunaannya didalam pengontrolan suplai udara instrumen dalam proses squeezing.

2. Kalibrasi Resistance Pressure Transmitter.

1.4 Metode Pembahasan

Metode pembahasan yang digunakan dalam penulisan Karya Akhir ini antara lain sebagai berikut :

1. Dengan mempelajari teori dan pengamatan langsung dilapangan selama Kerja Praktek (KP) serta melakukan diskusi dengan pembimbing lapangan dan juga operator lapangan.

2. Melakukan diskusi dengan Dosen Pembimbing.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan Karya Akhir ini, maka penulis membuat suatu sistematika pembahasan. Sistematika penulisan ini merupakan urutan bab termasuk isi dari sub – sub babnya. Adapun penulisan tersebut adalah :

BAB I : PENDAHULUAN

Pada bab ini berisikan tentang latar belakang pemilihan judul, tujuan penulisan Karya Akhir, batasan masalah, metode pembahasan, dan sistematika pembahasan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini penulis menjelaskan pengertian tekanan, Alat perasa (sensor) yang biasa digunakan, pengertian pengontrolan, transmiter, dan pengontrol akhir.

BAB III : RESISTANCE PRESSURE TRANSMITTER

Pada bab ini penulis menguraikan tentang pengukuran tekanan dengan tahanan, prinsip kerja, pengkalibrasian alat.

BAB IV :PENGGUNAAN RESISTANCE PRESSURE TRANSMITTER PADA PENGONTROLAN SUPLAI UDARA INSTRUMEN DALAM PROSES SQUEEZING

Pada bab ini penulis menguraikan proses yang terjadi pada filter press, penggunaan Resistance Pressure Transmitter dalam proses

squeezing, dan analisa data.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran. BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Pengertian Tekanan

Tekan didefinisikan sebagai besarnya gaya untuk tiap satuan luas. Oleh karena itu satuan yang dipakai untuk tekanan merupakan hasil bagi antara satuan gaya dan satuan luas, misalnya kg/cm2, lb/inch2 yang biasanya disingkat psi (pound/square inch) dan lain – lain.

Selain bermacam – macam satuan yang dipakai untuk tekanan khusus untuk gas dikenal ada tiga macam tekanan yaitu :

a. Tekanan absolute (absolute pressure)

Yang dimaksud dengan tekanan absolut (absolute pressure) adalah tekanan gas sebenarnya. Besarnya tekanan absolut dinyatakan dengan psia (pound per square inch absolut).

b. Tekanan gage (gauge pressure)

Yang dimaksud dengan tekanan gage (gauge pressure) adalah besarnya tekanan suatu gas dibanding dengan tekanan udara luar atau atmosfir. Besarnya tekanan gage dinyatakan dalam psig (pound per square inch

c. Tekanan vakum (vacuum pressure)

Yang dimaksud tekanan vakum (vacuum pressure) adalah sama dengan tekanan gage hanya tekanan ini lebih kecil daripada tekanan atmosfir.

II.1.1 Elemen – elemen Sensor yang Biasa Digunakan Dalam Mengukur Tekanan

Elemen – elemen yang biasa digunakan untuk mengukur baik tekanan absolut, gage, vakum, maupun beda tekanan (differential pressure) yaitu :

1. Elemen kolom cairan

Dengan elemen kolom cairan ini, tekanan yang akan diukur dapat ditentukan dengan mengetahui tinggi dan berat jenis cairan. Seperti diketahui besarnya tekanan yang diberikan oleh cairan setinggi h adalah :

P = ρ × g × h (2.1)

dimana : P = tekanan (N/m2) h = tinggi cairan (m) ρ = masss jenis cairan (kg/m3) g = gravitasi (m/s2)

Pengukur tekanan dengan menggunakan elemen kolom cairan diantaranya: a. Barometer

Barometer khusus dipakai untuk mengukur tekanan atmosfir. Suatu tabung gelas berisi cairan dan dicelupkan kedalam bak yang berisi cairan yang sama. Ujung atas tabung divakumkan dan kemudian

ditutup. Cairan yang biasa dipakai adalah air raksa. Air raksa didalam tabung akan turun, tetapi tidak terus sampai habis karena adanya tekanan atmosfir yang mengimbangi tekanan air raksa dalam tabung seperti terlihat pada gambar 2.1. Dengan mengukur tinggi air raksa h didalam tabung, tekanan atmosfir dapat ditentukan :

Pa ≈ h (cm Hg) (2.2)

Perlu diketahui bahwa sebenarnya tekanan diatas air raksa didalam tabung tidak vakum sama sekali, tetapi ada tekanan uap air raksa yang mana besarnya kecil sekali yaitu sebesar 0,0012 mm Hg pada temperatur kamar (20°C).

Gambar 2.1 Barometer

b. Manometer Pipa U

Pipa yang berbentuk huruf U yang bentuk ujungnya tertutup dan vakum seperti terlihat pada gambar 2.2 dapat dipakai untuk mengukur tekanan absolut. Seperti pada barometer, maka besarnya tekanan absolut yang dihubungkan dengan kaki terbuka adalah seperti rumus 2.1 diatas yaitu

Cairan yang dipakai tidak harus air raksa, ini tergantung pada daerah tekanan yang akan diukur. Untuk tekanan yang tinggi dipakai cairan – cairan yang besar (berat jenisnya besar) sedangkan untuk cairan yang ringan dipakai untuk mengukur tekanan yang rendah.

Untuk mengukur perbedaan tekanan dipakai manometer pipa U yang kedua ujungnya terbuka seperti terlihat pada gambar 2.3 Perbedaan tinggi cairan dapat dilihat pada skala yang diletakkan diantara kedua kaki manometer.

Gambar 2.2 Manometer Pipa U Tertutup Gambar 2.3 Manometer Pipa U Terbuka

c. Manometer Lonceng (Bell Manometer)

Pada gambar 2.4 terlihat manometer lonceng (bell manometer) untuk mengukur tekanan gage. Tekanan yang diukur dimasukkan ke dalam lonceng (sungkup) melalui suatu pipa saluran. Bila luas bagian dalam lonceng adalah A, maka gaya yang mendorong lonceng keatas adalah :

F = P ×A (2.3)

dimana : F = gaya (N)

P = tekanan (N/m2) A = luas penampang (m2)

Gaya ini menyebabkan pegas bergerak sejauh s. Bila konstanta pegas adalah K maka menurut hukum Hooke :

F = K × s (2.4)

dimana : K = konstanta pegas (N/m)

s = jarak (m)

Dari dua persamaan ini akan didapat :

P = A

s K×

(2.5)

Jadi dengan mengukur h dapat diketahui besarnya tekanan yang akan diukur. Dengan pertolongan engsel dan jarum penunjuk, besarnya tekanan ini dapat langsung dibaca pada skala.

Gambar 2.4 Manometer Lonceng (Bell Manometer)

2. Elemen Elastis

Terdapat tiga macam elemen elastis yang biasa dipakai untuk mengukur tekanan yaitu :

a. diafragma b. bellow

c. tabung bourdon

Masing – masing dari ke tiga elemen elastis tersebut mempunyai daerah pengukuran tertentu. Elemen – elemen ini dipakai pada daerah elastisnya

sehingga masih tetap mengikuti hukum Hooke, defleksi sebanding dengan gaya atau tekanan yang menyebabkannya. Jadi dengan mengukur defleksinya tekanan yang akan diukur dapat diketahui.

a. Diafragma

Diafragma pada dasarnya adalah lembaran datar dan tipis yang terbuat dari logam. Diafragma datar (flat diaphragm) seperti terlihat pada gambar 2.5.a dibawah mendefleksi sesuai dengan hukum – hukum pada umumnya yang dapat diaplikasikan ke lembaran datar untuk kondisi – kondisi muatan simetris. Bentuk dasar dari diafragma datar adalah sebuah jaringan datar yang dijepit pada bagian pinggirnya. Disini diafragma dipakai untuk mengukur beda tekanan. Tetapi defleksi yang terjadi akibat perbedaan tekanan ini kecil sekali sehingga sensitivitasnya juga kecil.

Diafragma bergelombang (corrugated diaphragm) terdiri dari gelombang – gelombang atau lekuk – lekuk bundar seperti terlihat pada gambar 2.5.b dibawah. Bentuk ini bertujuan untuk meningkatkan kekerasan serta daerah efektif daripada diafragma, dengan demikian memberikan defleksi yang lebih besar daripada diafragma datar. Bentuk yang bergelombang menyebabkan sensitivitas yang lebih besar daripada diafragma datar.

Selain kedua macam diafragma diatas yang merupakan diafragma tunggal (Single diapraghm), terdapat juga diafragma ganda (double

diapraghm) yang biasa disebut kapsul seperti terlihat pada gambar

2.5c. Sensitivitas kapsul lebih besar dibandingkan dengan diafragma tunggal. Untuk mendapatkan sensitivitas yang lebih besar lagi, beberapa kapsul di jadikan satu. Pengukuran tekanan gage ini lengkapi dengan pembatas atas dan pembatas bawah sehingga terhindar dari kerusakan apabila mendapat tekanan yang terlalu besar atau terlalu kecil.

Bahan – bahan yang biasa dipakai untuk untuk diafragma adalah alloy metal elastis seperti kuningan, perunggu, phospohor, tembaga berrylium, stainless steel. Selain diafragma logam terdapat juga bukan logam yang biasa terbuat dari kulit sutra, teflon dan neoprene.

Gambar 2.5 Elemen Perasa Tekanan (a) diafragma datar; (b) diafragma bergelombang; (c) kapsul; (d)bellows; (e) tabung lurus; (f) tabung bourdon C; (g) tabung bourdon twist; (h) tabung bourdon helical (i) tabung bourdon spiral.

b. Bellow

Pada gambar 2.5.d diatas terlihat bellow yang dipakai untuk mengukur tekanan gage (gauge pressure). Bellow juga dibuat untuk logam – logam yang dipakai untuk membuat diafragma. Daerah pengukuran bellow lebih tinggi daripada diafragma karena dapat dipakai untuk mengukur tekanan rendah.

Elemen perasa tabung lurus seperti terlihat pada gambar 2.5.e diatas digunakan dalam desain tertentu untuk mengukur tekanan. Tabung dengan salah satu ujung disegel maka akan menyebabkan perubahan – perubahan tekanan yang akan dikirimkan ke ujung yang lain yang terbuka. Pergeseran ini ditransduksikan sebagai strain maupun sebagai perubahan – perubahan dalam frekuensi resonan tabung.

c. Tabung Bourdon

Tabung bourdon dibuat dari tabung yang pipih. Prinsip kerja tabung bourdon ini adalah bila terdapat perbedaan tekanan di dalam dan di luar tabung maka akan terjadi gaya keluar atau ke dalam karena luas permukaan dan dalam dari tabung bourdon berbeda.

Tabung bourdon bentuk C seperti terlihat pada gambar 2.5.f diatas dibawah memiliki sudut lekukan antara 180° dan 270° dan ujung bagian kearah luar dengan tekanan yang meningkat.

Jenis – jenis tabung bourdon yang lain yaitu tabung bourdon twist, tabung bourdon helikal, tabung bourdon spiral dapat dilihat pada gambar 2.5.g sampai dengan 2.5.i diatas.

II.2 Metoda Pengukur Tekanan Yang Lain

Selain elemen – elemen diatas yang digunakan untuk mengukur tekanan, juga digunakan metoda yang lain seperti metoda kompresi gas seperti pada manometer McLeod, metoda tahanan listrik berdasarkan jembatan Wheatstone dengan menggunakan Strain – gage. Semua cara pengukuran diatas akan dibahas dibawah ini.

II.2.1 Manometer McLeod

Manometer (Gage) McLeod dipakai untuk mengukur tekanan yang sangat rendah (vakum). Disini dipakai metoda kompresi gas. Pada gambar 2.6.a telihat McLeod gage dalam keadaan sebelum terpakai. Karena dihubungkan dengan tekanan vakum, maka semua ruangan diatas cairan mempunyai tekanan yang sama dengan tekanan vakum yang diukur. Kemudian diputar 90°C sehingga kedudukannya seperti terlihat pada gambar 2.6.b. Permukaan pada empat kakinya mempunyai tendensi untuk sama tinggi. Tetapi karena didalam pipa ukur sudah ada gas yang bertekanan P1, maka tinggi cairan disini lebih rendah. Perubahan

volumenya berubah menjadi V2 dan tekanan gas berubah. Misalnya menjadi P2,

maka menurut hukum Boyle :

P1V1 = P2V2 (2.6)

dimana : P1 = tekanan awal (N/m2) V1 = volume awal (m3)

P2 = tekanan akhir (N/m2) V2 = volume akhir (m3)

Selain itu terlihat dari gambar bahwa :

P = ρ × g × h

V = h × A (2.7)

Jadi

P v = (ρ × g × h) (h × A) (2.8)

P = 2

h V

A g

× × ×

ρ _(2.9)

Dengan membuat skala kuadratis maka akan dapat langsung diukur tekanannya.

a b

Gambar 2.6 Manometer McLeod (a) manometer Mcleod sebelum terpakai

(b) manometer Mcleod setelah terpakai dan diputar 900

II.2.2 Strain –gage

Pengukuran tekanan dengan metoda tahanan listrik mengubah besaran yang diukur menjadi tahanan. Strain-gage adalah salah satu elemen yang mengubah pergeseran mekanis yang diberikan dalam hal ini adalah tekanan

menjadi tahanan. Strain-gage merupakan sebuah alat berbentuk lembaran tipis yang dapat disatukan ke berbagai bahan guna mengukur regangan yang diberikan kepadanya. Strain-gage logam dibuat dari kawat tahanan berdiameter tipis. Tahanan dari kawat atau logam ini berubah terhadap panjang jika bahan pada mana gage disatukan mengalami tarikan atau tekanan (kompresi). Perubahan tahanan ini sebanding dengan regangan/tekanan yang diberikan, ini meliputi dua atau empat lengan dari strain-gage yang berfungsi sebagai jembatan wheatstone sehingga keluarannya diubah menjadi tegangan seperti pada gambar 2.7. Pada arah keatas menyebabkan tahanan bertambah, sedangkan pada arah kebawah menyebabkan tahanan menjadi berkurang pada lengan jembatan. Prinsip dari pengukuran ini adalah bentuk yang khusus dari pengukuran tahanan dengan menggunakan strain-gage.

Gambar 2.7 Strain-gage

II.2.2.1 Komponen Strain-gage

Elemen perasa dari strain-gage terdiri dari komponen kawat logam atau timah yang memiliki perubahan dalam deformasi. Perbandingan yang berdasarkan atas spesimen dan struktur ini mengarah pada elemen yang dipakai dalam aplikasi penggunaannya,yang mana elemen tersebut adalah tipis dan mudah patah. Dalam hal pengiriman, penyimpanan dan penempelan pada spesimen ini harus benar – benar diperhatikan agar dapat dihubungkan secara kelistrikan pada besaran yang

diukur oleh alat instrumen. Strain-gage ini terdiri dari bagian – bagian yang ditunjukkan dalam gambar 2.8 dibawah ini yaitu : (1) permukaan spesimen, (2) ikatan efektif antara gege dan spesimen, (3) bahan pendukung yang terpasang, (4) elemen pengindraan dasar, (5) konektor, (6) lapisan pelindung yang dikaitkan dan disesuaikan dengan kondisi lingkungan dimana strain-gage digunakan.

Gambar 2.8 Sistem Strain-gage (1) permukaan spesimen; (2) ikatan bahan perekat; (3) lapisan dasar; (4) elemen perasa strain-gage; (5) sistem pewayaran; (6) lapisan pelindung

II.2.2.2 Bentuk – bentuk Strain-gage

Bentuk elemen pengindera dipilih menurut regangan yang akan diukur, satu sumbu (uniaksial), dua sumbu (biaksial), atau arah ganda (banyak). Selain itu bentuk gage yang lain adalah strain gage bentuk terikat (bonded

strain-gage) dan strain-gage bentuk tak terikat (unbonded strain-strain-gage)

1. Strain-gage bentuk terikat (bonded strain-gage)

Bentuk strain-gage terikat terdiri dari jenis kawat-metal, foil atau semikonduktor yang terikat pada permukaan regangan atau pada lapisan tipis terisolasi seperti pada gambar 2.9 dibawah ini. Ketika permukaan tersentuh, regangan dikirimkan ke jaringan material melalui bahan perekat. Perubahan tahanan listrik dari jaringan menunjukkan indikasi dari regangan.

Gambar 2.9 Konstruksi strain-gage tahanan terikat

Strain-gage tahanan terikat mempunyai keunggulan yang bagus karena relatif tidak mahal, tingkat keakurasian yang bagus kira-kira± 0,10%, dapat diberikan tekanan yang kecil, tidak terlalu berdampak terhadap perubahan temperatur, bentuknya kecil.

Strain-gage tahanan terikat dapat digunakan pada lingkungan yang berbeda-beda, seperti dapat dipasang pada turbin mesin jet yang dioperasikan pada suhu yang sangat tinggi dan pada cairan dengan suhu yang sangat rendah -452°F (-269°C). Strain-gage ini juga mempunyai berat yang ringan dan bentuk yang kecil, sensitivitas yang tinggi dan dapat digunakan pada keadaan statis atau dinamis. Foil elemen dapat digunakan hingga tahanan 120 sampai 5000 ohm, dengan panjang 0,008 inchi sampai 4 inchi.

a. Kawat metal

Kawat metal terikat telah dipakai pada kedua analisis tegangan (stress) dan transduser. Suatu kisi kawat halus ditempelkan pada permukaan benda yang regangannya hendak diukur. Kawat ditempelkan hingga tidak berkerut, yang dengan demikian akan mengikuti tegangan maupun tekanan benda. Karena bahan dan ukuran kawat sama dengan

pengukur tak terikat, faktor pengukur dan hambatan dapat dibandingkan seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.10 Strain-gage kawat-metal terikat b. Foil-metal

Pengukur foil metal terikat menggunakan bahan yang mirip atau sama dengan pengukur kawat. Foil-metal terikat banyak dipakai pada sebagian besar pengukuran tegangan dan transduser. Elemen perasa dibentuk dari lembaran-lembaran yang tebalnya kurang dari 0,0002 inci dengan proses etsa-foto (photoetching), yang memungkinkan kelenturan pada bentuknya seperti ditunjukkan pada gambar 2.11 dibawah ini.

Gambar 2.11 Strain-gage foil-metal

c. Semikonduktor

Semikonduktor digunakan terutama pada transduser, namun kadang-kadang dijumpai pada pemakaian pengukuran tegangan jika regangan sangat kecil. Terbuat dari bagian yang sangat kecil dari kristal silikon yang diproses secara khusus dan tersedia dalam jenis n (negatif) dan jenis p (positif). Semikonduktor jenis p menaikkan hambatan terhadap

regangan tarik dan jenis n menurunkan hambatan. Keunggulannya adalah faktor pengukur yang tinggi sampai 150. Transduser yang didasarkan pada pengukur semikonduktor sering disebut transduser piezoresistif. Sayangnya faktor pengukur yang tinggi diikuti oleh kepekaan temperatur yang tinggi pula, ketidak linearan, dan kesukaran penempatannya.

d. Semikonduktor diffus (diffused semiconductor)

Semikonduktor diffus digunakan pada proses difusi yang diterapkan pada pembuatan rangkaian terpadu (integrated-circuit). Strain-gage semikonduktor difus menggunakan teknik photolithograpy dan difusi elemen padat dari Boron ke molekul yang terikat dari elemen tahanan. Semikonduktor diffus sering digunakan pada transduser tekanan, karena bentuknya yang kecil, tidak mahal, akurat, dapat digunakan berulang-ulang, dan memberikan sinyal keluaran yang besar. Kekurangannya adalah termasuk sensitivitasnya terhadap perubahan suhu yang dapat digunakan untuk desain transmiter. Pada transduser tekanan misalnya, diafragmanya adalah pemakaian silikon dan efek regangan direalisir dengan memberikan ketidak murnian (impurity) pada diafragma untuk membentuk pengukuran regangan instinsik pada lokasi yang diinginkan penggunaannya.

2. Strain-gage tanpa ikatan (unbonded strain-gage)

Strain-gage ini terdiri dari sebuah kerangka diam dan sebuah jangkar yang ditopang pada pertengahan kerangka. Jangkar hanya dapat bergerak dalam satu arah. Gerakannya dalam arah tersebut dibatasi oleh empat filamen

kawat sensitif regangan, dililitkan antara isolator-isolator kaku yang terpasang pada kerangka dan pada jangkar. Panjang filamen-filamen adalah sama dan disusun seperti pada gambar 2.12.a.

Bila sebuah gaya luar diberikan terhadap strain-gage, jangkar bergerak dalam arah yang diperlihatkan. Panjang elemen A dan D bertambah, sedangkan panjang elemen B dan C berkurang. Perubahan tahanan dari keempat filamen sebanding dengan perubahan panjang, dan ini dapat diukur dengan sebuah jembatan wheatstone seperti pada gambar 2.12.b. Arus tidak seimbang yang ditunjukkan oleh alat pencatat arus, dikalibrasi agar menunjukkan besarnya perpindahan jangkar.

Transduser menjadi sebuah pengukur tekanan jika jangkar dihubungkan kesebuah tiupan logam (metallic bellow), diafragma atau membran.

Gambar 2.12 Strain-gage tidak terikat (a) Prinsip konstruksi

Pengukuran regangan secara simultan dalam arah lebih dari satu dapat dilakukan dengan menempatkan gage elemen tunggal pada lokasi yang sesuai. Namun untuk menyederhanakan pekerjaan ini dan untuk menghasilkan ketelitian yang lebih besar tersedia gage elemen dalam ganda atau gage rosette.

Rosette dua elemen yang diperlihatkan pada gambar 2.13 sering digunakan dalam transduser gaya. Gage dirangkaikan dalam sebuah rangkaian jembatan wheatstone agar keluaran yang dihasilkan lebih besar. Untuk analisis tegangan geser, elemen-elemen aksial dan melintang bisa memiliki tahanan yang berbeda yang dapat dipilih sehingga gabungan keluaran sebanding dengan tegangan geser sedangkan keluaran dari elemen aksial sebanding dengan regangan. Rosette tiga elemen sering digunakan untuk menentukan arah dan besarnya regangan utama yang dihasilkan dari pembebanan struktural yang kompleks. Jenis yang paling terkenal memiliki simpangan sudut sebesar 45° atau 60° antara elemen-elemen pengindra seperti pada gambar 2.14. Rosette 60° digunakan bila arah regangan utama tidak diketahui. Rosette 45° memberikan resolusi sudut yang lebih besar dan biasanya digunakan bila arah regangan utama diketahui.

Gambar 2.14 Rosette tiga elemen (a) foil datar 60°; (b) tumpukan kawat 45° II.2.2.3 Elemen Pengindera Metalik

Strain-gage metalik dibentuk dari kawat tipis atau dari lembaran kawat logam tipis. Umumnya, ukuran kawat gage adalah kecil, mengalami kebocoran paling kecil dan dapat digunakan pada pemakaian suhu tinggi. Elemen-elemen foil sedikit lebih besar dalam ukuran dan lebih stabil daripada gages kawat. Mereka dapat digunakan pada kondisi suhu yang ekstrim dan dalam pembebanan yang lama, dan mendisipasikan panas yang diinduksi sendiri dengan mudah.

Berbagai jenis bahan tahanan telah dikembangkan untuk pemakaian dalam gage-gage kawat dan foil yaitu :

1. Constantan

Constantan adalah paduan (alloy) tembaga-nikel dengan koefisien

temperatur yang rendah. Biasanya constantan ditemukan dalam gage yang digunakan untuk pengukuran strain dinamik, dimana perubahan level strain tidak melebihi ± 1500 µcm. Batas temperatur kerja adalah 10°C sampai 200°C.

2. Nichrome V

Nichrome V adalah paduan nikel-chrome yang digunakan untuk

paduan ini dapat digunakan untuk pengukuran statik sampai 650°C dan pengukuran dinamik sampai 1000°C.

3. Dynaloy

Dynaloy adalah paduan nikel-besi dengan faktor gage yang rendah dan

ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan. Bahan ini digunakan untuk pengukuran strain dinamik bila sensitivitas temperatur yang tinggi dapat ditolerir. Rangkuman temperatur dari gage dynaloy umumnya dibatasi oleh bahan-bahan pembawa dan semen perekat.

4. Stabiloy

Stabiloy adalah perpaduan nikel-chrome yang dimodifikasi dengan

rangkuman kompensasi temperature yang lebar. Gage ini memiliki stabilitas yang sangat baik dari temperatur Crygonic sampai 350°C dan ketahanan yang baik terhadap kelelahan.

5. Paduan platina tungsten

Paduan platina tungsten memberikan stabilitas yang sangat baik dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan pada temperatur tinggi. Gage ini disarankan untuk pengukuran uji statik sampai 700°C dan pengukuran dinamik sampai 850°C. Karena bahan ini memiliki koefisien temperatur yang relatif besar, maka untuk memperbaiki kesalahan ini harus digunakan suatu bentuk kompensasi temperatur.

II.2.2.4 Desain Strain-gage

Strain-gage digunakan untuk pengukuran pergeseran, gaya, tekanan, perputaran dan berat. Transduser strain-gage biasanya terdiri dari empat lengan

elemen elektrikal yang dihubungkan dengan sebuah rangkaian jembatan wheatstone.

Pada gambar 2.15.a dibawah menunjukkan sebuah tiang vertikal ditujukan untuk sebuah gaya pada sumbu vertikal. Sebuah gaya ditempatkan untuk mendukung sebuah kolom deformasi elastis dan mengubah tahanan listrik dari masing-masing lengan strain-gage. Dengan menggunakan sebuah jembatan wheatstone nilai tahanan dapat diukur.

Strain-gage yang diikatkan pada sebuah pegas dapat digunakan untuk mengukur gaya seperti pada gambar 2.15.b. Strain-gage dilekatkan pada bagian atas ketika diberikan tegangan dan diletakkan pada bagian bawah ketika diberikan pemampatan atau kompresi. Transduser dilekatkan pada sebuah rangkaian wheatstone dan digunakan untuk menentukan gaya yang diberikan.

Strain-gage juga digunakan pada dunia industri pada transmiter tekanan (pressure transmitter). Gambar 2.15.c menunjukkan bellow sebuah sensor tekanan yang mana tekanan referensi diberikan pada sisi sebelah kanan bagian dalam dari bellow, dan sisi sebelah kiri diberikan tekanan proses. Ketika terjadi perbedaan antara dua tekanan, maka elemen perasa dari strain-gage dapat mengukur besarnya tekanan yang diberikan.

Sebuah diafragma, jenis dari transduser tekanan digunakan ketika empat lengan strain-gage dilekatkan pada diafragma seperti pada gambar 2.15.d. Ketika tekanan proses dikenakan pada diafragma, maka dua diafragma pada bagian tengah diberikan tekanan, dan dua lagi dari diafragma diberikan pemampatan atau kompresi. Hal ini akan mengakibatkan perubahan tahanan dari strain-gage dan nilai dari tekanan proses dapat diukur. Strain-gage jenis ini digunakan pada suhu

yang sama, sehingga dapat mengurangi kesalahan pengoperasian dari perubahan suhu.

Gambar 2.15 Desain strain-gage

II.2.2.5 Faktor Gage

Strain-gage seperti disebutkan diatas adalah elemen yang digunakan untuk mengukur tekanan dan mengubah tekanan tersebut menjadi tahanan. Sensitivitas sebuah strain-gage dijelaskan dengan suatu karakteristik yang disebut faktor gage (gage factor), K, yang didefinisikan sebagai perubahan suatu tahanan dibagi dengan perubahan satuan panjang, atau

Faktor gage K =

l l

R R

/ /

∆

∆ _2.10

dimana : K = faktor gage

R = tahanan gage nominal (Ω)

∆R = perubahan tahanan gage (Ω)

l = panjang normal bahan percobaan (kondisi tidak teregang) (m)

Perubahan tahanan ∆R pada sebuah konduktor yang panjangnya l dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan bagi tahanan dari sebuah konduktor yang penampangnya serba sama yaitu :

R = ₂

) 4 / ( d l luas panjang πρ

ρ = × 2.11

dimana : R = tahanan (Ω) l = panjang konduktor (m) d = diameter konduktor (mm) d = diameter konduktor (mm)

ρ = tahanan jenis (

m mm2

.

Ω ₎

Tarikan (tension) terhadap konduktor menyebabkan pertambahan panjang ∆l dan

pengurangan secara bersamaan pada diameter ∆d. Maka tahanan konduktor

menjadi : R = ) / 2 1 ( ) 4 / ( ) / 1 ( ) )( 4 / ( ) ( 2 2 d d d l l l d d l l ∆ − ∆ + = ∆ − ∆ + π ρ π

ρ 2.12

Persamaan 2.12 dapat disederhanakan dengan menggunakan bilangan Poisson ∝,

yang didefinisikan sebagai perbandingan regangan dalam arah lateral terhadap regangan dalam arah aksial. Dengan demikian

∝ = l l d d / / ∆ ∆ _2.13

dimana : ∝ = bilangan Poisson

Substitusi persamaan 2.13 kedalam persamaan 2.12 memberikan :

R =     ∆ −+∆ l l

l l d l / 2 1 / 1 ) 4 /

(π 2 µ

ρ 2.14

Yang dapat disederhanakan menjadi :

R = R + ∆R = R

    _{+ +} ∆ l l ) 2 1 (

Pertambahan tahanan,∆R jika dibandingkan terhadap pertambahan panjang ∆l

selanjutnya dinyatakan dalam faktor gage K dimana :

K = l l

R R

/ /

∆

∆ _{= 1 +2∝ 2.16}

Bilangan Poison bagi kebanyakan logam terletak dalam rangkuman dari 0,25 sampai 0,35 ; dan berarti faktor gage akan berada dalam orde 1,5 sampai 1,7.

Untuk penggunaan strain-gage sangat diinginkan sensitivitas tinggi. Sebuah faktor gage yang besar berarti suatu perubahan tahanan yang relatif besar; yang dapat lebih mudah diukur dari pada suatu perubahan tahanan yang kecil, misalnya pada kawat constantan nilai K adalah sekitar 2.

Adalah menarik untuk melakukan suatu perhitungan sederhana guna mengemukakan efek apa yang dimiliki oleh pemberian tegangan geser (stress) terhadap perubahan tahanan sebuah strain-gage. Hukum Hooke memberikan hubungan antara tegangan geser dan regangan untuk sebuah kurva tegangan geser-regangan (stress-strain curve) yang linear, dinyatakan dalam modulus kekenyalan (elastisitas) dari bahan yang dipasang persatuan luas dan regangan sebagai perpanjangan benda yang tegeser persatuan luas hukum Hooke dituliskan sebagai berikut :

E S

=

σ 2.17

Dimana : σ = regangan, ∆l/l

S = tegangan geser (kg/m2) E = modulus Young (kg/m2)

Tabel 2.1 Faktor Gage untuk Bahan yang Berbeda Bahan Komposisi Faktor gage K

Koefisien tahanan-temperatur C Mangan Cu 84, Mn 12, Ni 4 0,3 sampai 0,47 ± 0,01 × 10-3 Constantan Cu 60, Ni 40 2,0 sampai 2,1 ± 0,03 × 10-3 Nichrome Ni 80, Cr 20 2,1 sampai 2,3 1 × 10-3

Nikel Murni -12,1 6,7 × 10-3

Alloy 479 Pt 92, Wo 8 4 sampai 6 0,24 × 10-3

Silikon -100 sampai + 200

Sumber : Element of Electrical and Electronic Instrumentation, Kurt S. Lion, hal 48

II.3 Sistem Kontrol

Sistem kontrol telah memegang peranan 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 modern. 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 industri proses.

II.3.1 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 kedalam sistem untuk mengoreksi atau membatasi penyimpangan nilai yang diukur dari nilai yang dikehendaki.

II.3.2 Pengertian 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. Banyak contoh sistem kontrol otomatis, beberapa diantaranya adalah pengaturan otomatis tegangan pada “plant” daya listrik ditengah – tengah adanya variasi beban daya listrik dan kntrol otomatis tekanan, kekentalan dan suhu dari proses kimiawi.

II.3.3 Sistem Kontrol Rangkaian terbuka dan Rangkaian Tertutup

Sistem kontrol rangkaian terbuka (open-loop control system) merupakan sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Dengan kata lain, sistem kontrol rangkaian terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan. Suatu contoh sederhana adalah mesin cuci. Perendaman, pencucian dan pembilasan dalam mesin cuci dilakukan atas basis waktu. Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran yaitu tingkat kebersihan kain. Setiap gangguan yang terjadi akan menimbulkan pengaruh yang tidak diinginkan pada outputnya, seperti terlihat pada gambar 2.16 dibawah ini.

Input Output

Gambar 2.16 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka

Sistem kontrol rangkaian tertutup (closed-loop control system) merupakan sistem pengendalian dimana 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 2.17 dibawah ini.

PROSES

UMPAN BALIK

INPUT + OUTPUT

-Gambar 2.17 Diagram Blok Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup

Masing-masing dari sistem Kontrol baik itu loop terbuka maupun loop tertutup mempunyai kelebihan dan kelemahan yaitu :

Kelebihan sistem loop terbuka adalah :

1. Konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah. 2. Lebih murah daripada sistem kontrol loop tertutup. 3. Tidak ada persoalan kestabilan.

4. Cocok digunakan jika keluaran sulit diukur atau secara ekonomi tidak layak. ( sebagai contoh, mengusahakan suatu peralatan untuk mengukur kualitas keluaran pemanggang roti adalah cukup mahal).

Kelemahan sistem kontrol loop terbuka adalah :

1. Gangguan dan perubahan kalibrasi akan menimbulkan kesalahan, sehingga keluaran mungkin berbeda dengan yang diinginkan.

2. Untuk menjaga kualitas yang diperlukan pada keluaran diperlukan kalibrasi ulang dari waktu ke waktu.

3. Dapat digunakan pada sistem jika terdapat gangguan yang tidak dapat diramalkan dan atau perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem.

Sedangkan kelebihan sistem kontrol loop tertutup adalah : 1. Tidak memerlukan kalibrasi ulang dari waktu ke waktu.

2. Dapat digunakan untuk komponen-komponen yang relatif kurang teliti dan murah untuk mendapatkan pengontrolan “plant” yang teliti.

3. Dapat digunakan pada sistem jika terdapat gangguan yang tidak dapat diramalkan dan atau perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem.

Kelemahan sistem kontrol loop tertutup adalah :

1. Kestabilan selalu merupakan persoalan utama karena cenderung terjadi kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat menimbulkan osilasi pada amplitudo konstan maupun berubah.

2. Harga lebih mahal daripada sistem kontrol loop terbuka.

II.4 Transmiter

Transmiter adalah salah satu elemen dari sistem pengendalian proses. Alat untuk mendeteksi besaran fisis suatu proses digunakan sensor, keluaran (output) dari sensor tersebut dapat ditunjukkan ditempat dimana sensor tersebut dipasang (local indicator), bisa juga dikirim untuk kemudian ditunjukkan ditempat lain seperti di ruang kendali

II.4.1 Transmiter Pnuematik

Transmiter pneumatik menggunakan udara bertekanan tinggi (pneumatic) sebagai medianya. Udara bertekanan dibangkitkan oleh kompresor. Udara ini diberikan kepada transmiter sebagai suplai yang mempunyai tekanan berkisar 20 psi. Untuk selanjutnya transmiter mengeluarkan sinyal standar yang tekanannya berkisar 3-15 psi.

Jenis transmiter pneumatik yang sering digunakan untuk pengukuran adalah transmitter beda tekanan (Differential Pressure Transmitter), seperti terlihat pada gambar 2.18 dibawah ini.

Gambar 2.18 Transmiter Pneumetik Beda Tekanan

Pada suatu transmiter dilihat dari segi sarana penyambungannya kemedia yang akan diukur pada umumnya ada dua sisi, yaitu sisi tekanan tinggi (high) dan sisi tekanan rendah (low), dimana kedua sisi tesebut dipasang pada daerah antara diafragma kapsul. Sisi yang memiliki tekanan rendah akan mengalir pada sebelah

kanan dari diafragma kapsul. Pada sisi tekanan tinggi fluida mengalir lebih besar daripada fluida pada sisi tekanan rendah, sehingga daya dorong dari diafragma sebelah kiri menuju diafragma sebelah kanan akan bertambah besar. Perubahan gaya dari diafragma tersebut kemudian disalurkan melalui batang lentur untuk menggerakkan batang gaya, dimana batang tersebut bergeak berputar berlawanan arah jarum jam. Dengan diafragma penyekat yang bertindak sebagai titik tumpu dan sebagai hasilnya, rongga antara pemancar (nozzle) dan pembalik (flapper) menjadi lebih kecil dan udara akan secara normal keluar dari rongga pemancar tersebut dan dibatasi agar tekanan yang dihasilkan oleh pemancar meningkat dan keluaran tersebut akan mendapat penguatan dari pneumatic amplifier. Bagian dari keluaran digunakan sebagai pengembus umpan balik (feed back bellow) yang diubah dalam bentuk penguatan yang digunakan oleh batang batasan (range bar) dan menggunakan roda batasan (range whell) sebagai titik tumpu. Dengan membuat perubahan kedudukan pada pembalik akan mengurangi tekanan pemancar. Hasil akhirnya akan terjadi perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah diafragma. Celah antara pembalik dan pemancar yang telah dikecilkan akan meningkatkan pengeluarannya dan menstabilkannya, dengan cara ini kedua tekanan akan seimbang.

II.4.2 Transmiter Elektronik

Sama halnya dengan transmiter pneumatik, transmiter elektronik juga terdiri dari dua bagian pokok yaitu bagian perasa (detektor) dan bagian pengirim. Gambar 2.19 dibawah ini menunjukkan struktur dari transmiter elektronik

Gambar 2.19 Struktur Transmitter elektronik

Prinsip kerja dari transmiter elektronik pada gambar 2.19 adalah sebagai berikut : Batang pemuntir dari detektor (bagian perasa) disambungkan dengan pengimbang utama dari bagian pengirim, sehingga pergerakan dari batang pemuntir menghasilkan pergerakan pada pengimbang utama. Pergerakan dari pengimbang utama mengubah jarak antara kedua ferrite dari detektor bagian pengirim. Berubahnya jarak antara kedua ferrite menghasilkan perubahan pada induktansi dari pick-up coil. Perubahan induktansi pick-up coil menghasilkan perubahan pada output osilator dari kesatuan OPD (oscillator power detector). Perubahan pada output osilator menghasilkan perubahan nilai arus listrik yang keluar dari transmiter. Dengan demikian, perubahan pada variabel proses yang dirasakan oleh detektor pada bagian perasa dapat menghasilkan perubahan pada nilai arus listrik yang keluar dari bagian pengirim. Dengan demikian akan

dihasilkan kedudukan dimana perubahan jarak antara kedua ferrite akan sebanding dengan perubahan variabel proses yang dirasakan detektor.

II.5 Katup Kendali (Control valve)

Katup kendali adalah jenis final control element yang paling umum digunakan untuk pengendalian proses, sehingga orang cenderung mengartikan

final control element sebagai katup kendali. Katup kendali berfungsi untuk

mengatur aliran fluida sehingga dapat ditentukan sesuai dengan yang dikehendaki oleh kontroler.

Sebuah katup kendali terdiri atas dua bagian yaitu actuator dan valve, seperti terlihat pada gambar 2.20 dibawah ini.

Gambar 2.20 Konstruksi Katup Kendali

Bagian aktuator adalah bagian yang bergerak untuk membuka atau menutup valve. Jenis yang banyak digunakan adalah pneumatic operated

actuator. “Spring and diaphragm” pneumatic actuator yang banyak digunakan

Bagian valve adalah komponen mekanis yang menentukan besarnya aliran yang masuk ke proses. Dalam kesatuannya sebagai unit control valve, actuator dan valve harus melakukan tugas koreksi berdasarkan sinyal manipulated variabel yang keluar dari kontroler.

BAB III

RESISTANCE PRESSURE TRANSMITTER

Resistance Pressurre transmitter adalah sebuah alat yang digunakan untuk

menentukan nilai atau besaran suatu tekanan. Resistance Pressure Transmitter disini menggunakan strain-gage sebagai elemen untuk mengukur tekanan dengan metoda tahanan listrik dan mengubah tekanan tersebut menjadi tahanan. Dengan menggunakan elemen sensitif dari perpaduan tembaga-nikel, chrome, nikel-besi, platina tungsten, selain itu dapat juga terbuat dari bahan semikonduktor yang berfungsi sebagai tahanan yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing tekanan yang diberikan didalam batas suhunya yang berbeda-beda terhadap masing-masing bahan. Misalnya perpaduan tembaga nikel yang dapat digunakan untuk perubahan level tekanan/regangan tidak melebihi ±1500µcm dalam batas suhu 10°C sampai 200°C. Resistance Pressure Transmitter merupakan sensor pasif, karena sensor ini membutuhkan energi dari luar.

Resistance Pressure Transmitter yang digunakan adalah Cerabar M PMP 41

yang merupakan produk dari Endress and Hauser dan merupakan tipe yang paling populer yang digunakan di industri. Pada Resistance Pressure Transmitter Cerabar M PMP 41 elemen perasa yang digunakan adalah strain-gage jenis metal diafragma yang terbuat dari bahan Constantan, yang mempunyai batas temperatur kerja antara 10°C sampai 200°C.

III.1 Bentuk dan Konstruksi Resistance Pressure Transmitter

Pada gambar 3.1 dan 3.2 dibawah dapat dilihat bentuk fisik dan konstruksi dari Resistance Pressure Transmitter tipe Cerabar M PMP 41. Dari konstruksi

Resistance Pressure Transmittter tersebut dapat dilihat pada bagian perasa/sensor

metal diafragma diisolasi oleh lapisan silikon.

Gambar 3.1 Resistance Pressure Transmitter Cerabar M PMP 41

Keuntungan dari penggunaan Resistance Pressure Transmitter tipe Cerabar M PMP 41 adalah

1. Dapat digunakan untuk mengukur tekanan sampai 400 bar (6000 psi). 2. Mempunyai kestabilan yang bagus dalam penggunaan untuk jangka waktu

yang lama.

3. Mempunyai ketahanan yang bagus jika diberikan beban yang berlebihan dari maksimal 4 kali nilai tekanan nominal (maksimal 600 bar/ 9000 psi). 4. Mempunyai kemampuan pengukuran yang komplek termasuk untuk

pengukuran dengan tekanan yang sangat kecil.

III.2 Prinsip Kerja Resistance Pressure transmitter

Prinsip kerja dari Resistance Pressure Transmitter ini didasarkan atas perubahan tahanan yang kemudian akan menghasilkan keluaran berupa tegangan yang menggunakan prinsip dasar dari rangkaian jembatan wheatstone. Disini elemen perasa yang digunakan adalah strain-gage jenis metal diafragma yang terbuat bahan Constantan berbentuk kawat tahanan berdiameter tipis dan mempunyai empat lengan yang berfungsi sebagai jembatan wheatstone yang akan mengeluarkan tegangan sebesar 1 – 5 mV jika strain-gage mengalami regangan atau tekanan pada elemen perasanya. Tetapi tegangan keluaran tersebut dikonversikan menjadi standard sinyal yang diperlukan untuk pembacaan alat yaitu berupa arus sebesar 4 – 20 mA.

Sebuah jembatan wheatstone yang seimbang adalah rangkaian listrik dengan empat cabang masing-masing dengan satu resistor. Resistor atau strain-gage diikatkan dengan elemen perasa polysilikon. Resisitor pada empat cabang

dari rangkaian ditunjukkan dalam gambar 3.3.a dibawah ini yang disertakan dan berfungsi seperti sebagai resistor variabel dalam rangkaian listrik. Dalam keadaan nol (belum diberikan tekanan), jembatan wheatstone berada dalam keadaan seimbang, dan output tegangannya adalah nol. Bila tekanan diberikan pada elemen perasa, maka jembatan menjadi tidak seimbang, ini berarti akan mengubah nilai tahanan dari nol (positif) menjadi negatif dan jembatan menjadi tidak seimbang dan menghasilkan tegangan keluaran seperti ditunjukkan pada gambar 3.3.b dibawah.

a. b.

c.

Gambar 3.3 Elemen Pengukuran Tahanan (a) Konstruksi Resistance Pressure Transmitter

(b) Rangkaian Konstruksi Resistance Pressure Transmitter

Secara tipikal, instrumen tekanan menggunakan logam diafragma dalam kontak dengan cairan yang diukur. Cairan yang digunakan pada umumnya adalah silikon yang digunakan sebagai media untuk mentransfer defleksi dari diafragma ke rangkaian resistif polysilikon. Bila perubahan tekanan terjadi, diafragma akan mendefleksi ke arah dalam dan gaya diberikan kesubstrat silikon. Makin besar tekanan yang diberikan ke diafragma, maka akan makin besar defleksi yang terjadi dan gaya yang diberikan ke silikon yang akan mengenai elemen perasa dari jembatan wheatstone juga akan semakin besar. Jumlah regangan dari rangkaian resistor ini dan perubahan-perubahan dalam tahanan listriknya mengakibatkan jembatan wheatstone menjadi tidak seimbang. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan defleksi dari diafragma dan besarnya tekanan akan diaplikasikan ke alat instrumen. Oleh rangkaian elektronik yang terdapat dalam transmiter, tegangan yang sangat kecil ini dikonversikan menjadi sinyal arus yang sebanding yang mengindikasikan tekanan proses yang diberikan.

Strain-gage tahanan juga dapat digunakan untuk mengukur tekanan yang sangat besar, dan juga dapat digunakan untuk perubahan suhu pada temperatur yang tinggi

III.3 Trouble Shooting

Pada table 3.1 dibawah ini adalah kerusakan yang mungkin terjadi pada

Resistance Pressure Transmitter tipe Cerabar M PMP 41 dan cara

Tabel 3.1 Kerusakan dan Penanggulangan untuk Resistance Pressure Transmitter

Gangguan Waktu Kejadian Penyebab Kerusakan Penanggulangan Start-up Beroperasi

Indikasi tekananan positif yang berlebihan

- +

• Hubungan terbuka pada rangkaian elemen tahanan

• Pengatur mati dari penerima ketika batas terendah, dan elemen tahanan atau sambungan konduktor/ penghantar terbuka, atau blok terminal tidak berlanjut

• Periksa hubungan terbuka dengan ohm meter, dan gantikan atau sambung kembali teminalnya Indikasi tekanan tidak berubah ketika terjadinya perubahan tekanan - +

• Kerusakan pada receiver • Periksa, dan perbaiki atau diganti

Indikasi sensor error

- +

• Tekanan terlalu rendah atau terlalu tinggi sehingga tidak dapat dibaca di ruang kontrol • Kabel elektronik yang

terhubung ke sensor terbakar

• Kabel diganti

• Sensor di non aktifkan dan diganti

Indikasi nilai tidak stabil

- +

• Terjadi hubung singkat pada pada terminal input atau simpangan pergantian dari receiver

• Periksa hubungan terbuka dengan ohm meter, dan gantikan atau sambung kembali teminalnya • Periksa, dan perbaiki atau

diganti

-

• Terjadi hubung singkat di dalam rangkaian utama

• Terjadi kerusakan pada receiver

• Setelah di periksa, ubah metode grounding atau pelindung

Indikasi nilai tidak normal

-

• Kesalahan tahanan pada rangkaian elemen tahanan

• Kesalahan instalasi dari Pressure Transmitter • Tipe dari receiver atau

pengaturan batasan suhu salah

• Diganti

• Periksa posisi instalasi, metode instalasi, dan dipasang ulang Indikasi rangkaian elektronik error pada saat tampilan maksimum + +

• Terjadi hubung singkat didalam rangkaian •

Tampilan di reset dan sensor di kalibrasi ulang

• Peralatan elektronik dinon aktifkan dan peralatan elektronik diganti

III.4 Pemeliharaan (Maintenance)

Pemeliharaan sangatlah penting untuk keselamatan dan menjaga keakurasian pengukuran temperatur dan juga pengontrolan/pengaturan. Walaupun metode pemeliharaan berbeda-beda tergantung pada pengoperasian, maka disarankan untuk mengikuti cara berikut ini :

a. Cara pengaturan pemeliharaan dalam bekerja.

b. Pemberian tambahan pengetahuan dan training kepada para pekerja. c. Keamanan dari para pekerja.

d. Standarisasi dari pemeliharaan.

e. Ketelitian pengontrol dari pemeriksaan peralatan. f. Persiapan dan manajemen dari data pemeliharaan.

Pemeliharaan dan inspeksi dari pemakaian sensor tekanan sangat bergantung pada cara penginstalasian dan maksud penggunaannya, mereka tidak bisa ditanggani secara sama. Metode umum berikut dapat dijadikan masukan :

a. Pemeriksaan dan pemeliharaan harian

Sensor tekanan tidak akan memberikan informasi tentang tekanan jika hubungannya tidak terkoneksi dengan baik. Kita juga tidak mengetahui jika terjadi kerusakan/ naik-turunnya tekanan secara tidak normal pada Pressure Transmitter. Oleh sebab itu, sebaiknya diletakkan sensor tekanan lainnya didekat Pressure Transmitter tersebut, seperti penggunaan Pressure Gauge yang dapat langsung dibaca dan juga sebagai pembanding pembacaan tekanan, yang diletakkan pada mesin filter press sehingga dapat dilihat sehari-hari di lapangan.

b. Konfirmasi kondisi pekerjaan di lapangan

Tipe dan jenis dari sensor tekanan bergantung pada apa yang akan diukur dan dimana akan digunakan. Sebaiknya kondisi tempat kerja/tempat terpasangnya Pressure Transmitter tidak berubah. Jika terjadi perubahan sebaiknya dikonfirmasikan bahwa tekanan yang digunakan masih sama. Jika tidak sama sebaiknya diganti dengan temperatur yang sama dengan yang ada di lapangan, sehingga cocok dengan kondisi yang ada.

c. Pembersihan dan pemeriksaan tabung proteksi

Debu, kotoran dan yang lainnya ketika masuk ke dalam tabung proteksi akan menyebabkan kesalahan dalam pengukuran. Bersihkan secara periodik. Tabung proteksi dipasang untuk melindungi sensor tekanan terhadap gangguan pengukuran atmosfir.

Sebaiknya dipastikan bahwa itu tidak pernah berkarat atau teroksidasi dan bebas dari ganguan mekanikal. Ketika memindahkan sensor tekanan untuk melakukan pemeriksaan, sebaiknya diperhatikan bahwa tidak ada benda asing yang masuk ke dalam tabung proteksi.

d. Pemeriksaan berkala

Walaupun sensor tekanan bekerja dengan baik, sebaiknya dipindahkan/ dikeluarkan kemudian buat perbandingan dengan standar tekanan dua atau tiga kali dalam setahun, jika itu memungkinkan.

III.5 Kalibrasi Resistance Pressure Transmitter

Kesalahan total pengukuran didalam sisitem instrumen yang diaktifkan oleh transduser dapat diperkecil agar berada dalam rangkuman ketelitian yang diinginkan yaitu dengan melakukan kalibrasi untuk semua alat ukur.

Untuk semua hasil pengukuran dikonversikan terhadap arus dan salah satunya adalah resistance pressure transmitter.

Spesifikasi resistance pressure transmitter Cerabar M PMP 41 Objek yang diukur : gas (udara)

Batasan tekanan : 100 mbar – 400 bar atau 1,5psi – 6000 psi Arus keluaran : 4 – 20 mA

Power supply : 24, 48, 110, 220 V AC 50, 60 Hz ± 5%

11,5 – 45 V DC Suhu proses : -40°C – 100°C

Dalam mengkalibrasi resistance pressure transmitter sering digunakan udara sebagai referensi. Untuk tipe Cerabar M PMP 41 kalibrasinya adalah sebagai berikut : Range transmiter untuk tekanan udara adalah 1 – 5 bar. Ini berarti jika tekanan 1 bar maka arus keluarannya adalah 4 mA (0%), selanjutnya jika tekanan udara 5 bar maka arus keluarannya adalah 20 mA (100%). Hasil kalibrasi ditunjukkan pada tabel dibawah ini.

Tabel 3.2 Hasil Kalibrasi yang Dilakukan Check Poin

pada Control Valve (%)

Tekanan (bar)

Arus Keluaran (mA)

Final Output (mA)

% Ralat Teori Pembacaan

0 1 4 4,03 4 0,7

25 2,4 8 8,02 8 0,2

50 3,0 12 11,9 12 0,8

75 4,0 16 15,9 16 0,6

BAB IV

PENGGUNAAN RESISTANCE PRESSURE TRANSMITTER PADA PENGONTROLAN SUPLAI UDARA INSTRUMEN DALAM PROSES

SQUEEZING

IV.1 UMUM

Dalam proses pengolahan Crude Palm Oil (CPO) menjadi minyak goreng Sania oleh PT. Multimas Nabati Asahan terbagi atas 2 jenis tahap proses produksi, yaitu :

1. Proses Pemurnian (Refinery)

Pada proses pemurnian (refinery) mutu minyak ditentukan dengan penambahan bahan tambahan atau perbandingan bahan tambahan yang ditambahkan; mutu minyak CPO itu sendiri dan juga kesempurnaan proses produksi.

Adapun bahan tambahan yang digunakan dalam proses pembuatan minyak goreng adalah:

a. Asam fospat (Phosporit Acid/ H3PO4) yang digunakan untuk mengikat

gums pada CPO.

b. Bleaching Earth, yang digunakan sebagai bahan pemutih.

c. Steam yang digunakan sebagai bahan pemanas tambahan.

Hasil dari proses refinery adalah RBDPO (Refined Bleached Deodorized

Palm Oil) dimana selanjutnya akan masuk dan akan di proses pada proses

2. Proses Pemisahan (Fraksinasi)

Pada proses fraksinasi, mutu minyak ditentukan dari kesempurnaan proses kristalisasi minyak dan filter press. Proses fraksinasi terdiri dari dua jenis yaitu fraksinasi tunggal dan fraksinasi ganda. Pada PT.Multimas Nabati Asahan ini yang digunakan adalah proses fraksinasi ganda. Dari buah sawit diperolah minyak mentah yang berwarna jingga kemerahan karena mengandung beta karotein. Minyak mentah ini terdiri dari dua fraksi yaitu fraksi cair (olein) dan fraksi padat (stearin). Proses Fraksinasi merupakan pemisah fraksi padat (stearin) dari fraksi cair (olein). Pada prinsipnya pemisahan fraksi kelapa sawit adalah berdasarkan titik lelehnya. Fraksi padat (stearin) yang terkandung dalam fraksi cair disebut

solid fat content (SFC) sebesar 80% yang berasal dari hasil proses fraksinasi

ganda. Kandungan asam lemak tak jenuh minyak goreng sawit fraksinasi ganda lebih tinggi ketimbang fraksinasi tunggal. Hal ini kerap dikaitkan dengan keadaan minyak (lemak) dalam tubuh.

IV.2 Bagian – bagian Filter Press

Filter press adalah alat yang digunakan untuk memisahkan hasil dari proses kristalisasi minyak menjadi dua bagian yaitu fraksi padat (stearin) dan fraksi cair (olein) sehingga didapat minyak goreng yang siap untuk dipasarkan. Filter press yang digunakan adalah jenis FL 211 C.

Tabel 4.1 Data Teknik Mesin Press FL 211 C

Item Ukuran

Total kapasitas _{6,05 m}3

Total area filtrasi _{414,95 m}3

Panjang plate tanpa filter cloth 6328 mm

Minimum press closing force -

Filtrasi 900 kN

Squeezing 1750 kN

Max. admissible closing force pada temperature 23°C 2600 kN Sumber : Manual book Membrane Filter Press FL 211 C

Tabel 4.2 Kondisi Operasi

No Item Ukuran

1. Temperatur filtrasi 23°C

2. Tekanan filtrasi 3 bar

3. Temperatur pencucian 75°C

4. Tekanan pencucian cairan 1 bar

5. Tekanan squeezing 7 bar

6. Media pengepresan Udara

Sumber : Manual handbook Membrane Filter Press FL 211 C

Adapun bagian – bagian dari filter press seperti ditunjukkan dalam gambar yang terdapat pada lampiran 1 adalah :

Membrane plate berfungsi untuk melakukan squeezing, dimana di

dalamnya terdapat rubber yang berfungsi untuk melakukan penekanan terhadap slury, sehingga yang akan tersisa berupa cake/stearin diantara

chamber dan membrane plate. Pada rubber (pada tahapan squeezing) diisi

udara kompresi untuk mengembangkan rubber tersebut sehingga dari pengembangan itu akan menekan slury.

FILTRATE

AIR COMPRESSOR IN

RUBBER MEMBRANE

MEMBRANE PLATE

SLURY IN

Gambar 4.1 Membrane plate

2. Rubber Membrane

Rubber merupakan bagian dari membrane plate, dimana berfungsi

sebagai media untuk mendorong atau menekan slury agar fraksi cair (olein) dapat melewati filter cloth, dimana membran ini mengembang karena diisi oleh udara kompresi.

3. Combination Recessed Plate (chamber)

Chamber merupakan bagian dari plate yang berfungsi untuk menahan

membrane plate atau sebagai penahan dalam proses squeezing dari

4. Filter Cloth

Filter cloth befungsi sebagai penyaring kristal di slury sehingga kristal

yang terbentuk diminyak dapat terpisah, dimana pemisahnya arus ada penekanan dari tekanan udara kompresi dari membrane plate.

5. Bagian Hidraulik

Unit hidraulik merupakan salah satu inti dari mesin press, karena mesin press bergerak diatur oleh sistem hidraulik. Bagian – bagian dari hidraulik antara lain :

a. Main Piston

Main piston di mesin press ini memiliki dua piston yang befungsi untuk

menutup atau mendorong plate ke head dan membuka plate ke end, dimana tekanan maksimum adalah 2600 kN.

b. Side Hidraulik

Side hidraulik di mesin press ini terletak disamping mesin press, dimana jumlahnya ada 8 buah dan berfungsi untuk membantu menarik

plate sewaktu mesin plate melakukan open plate.

c. Pompa dan motor pompa hidraulik

Pompa dan motor pompa hidraulik berfungsi untuk mentransfer minyak hidraulik ke silinder hidraulik, dimana kecepatan motor adalah 1500 rpm.

d. Box hidraulik

e. Valve hidraulik

Valve hidraulik berfungsi untuk mengatur jumlah minyak hidraulik yang masuk ke silinder piston.

6. Peralatan Pendukung

Peralatan pendukung mesin press antara lain :

a. Sight glass

Sight glass adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengontrol atau

mengetahui kondisi dari minyak (olein) secara visual, apakah ada kristal yang ikut beserta oleinnya.

b. Pneumatic valve

Pneumatic valve berfungsi untuk mengontrol slury yang masuk.

c. Pressure Transmitter

Pressure transmitter berfungsi untuk mengetahui tekanan yang sedang

berlangsung di mesin filter press seperti pada proses squeezing.

d. Pressure Gauge

Pressure gauge merupakan alat yang berfungsi untuk mengetahui

tekanan yang sedang berlangsung, apakah itu tekanan slury yang masuk atau tekanan dari hidraulik.

e. Temperatur Indikator

Temperatur indikator merupakan alat yang befungsi untuk mengetahui temperatur minyak di mesin filter press, baik itu temperatur slury

masuk filter press maupun temperatur minyak selama proses dan temperatur slury keluar filter press.

IV.3 Proses Yang Terjadi di Mesin Filter Press

Seperti yang dijelaskan diatas, Filter press adalah alat yang digunakan untuk memisahkan hasil dari proses kristalisasi minyak menjadi dua bagian yaitu fraksi padat (stearin) dan fraksi cair (olein) sehingga di dapat minyak goreng yang siap untuk dipasarkan, dapat dilihat pada lampiran 2 yaitu gambar Piping and

Instrument Diagram (P&ID). Dan juga urutan proses (Flow Chart Process) pada

Lampiran 3.

IV.3.1 Filter Press Ready

Pada keadaan ini, mesin filter press siap untuk memulai proses filtrasi, dan filter press mulai menutup untuk memulai proses filtrasi.

IV.3.2 Proses Pengisian (Feeding)

Pada proses feeding (pengisiian), minyak yang akan masuk kedalam mesin filter press berasal dari proses kristalisasi dari crystallizer. V1 dibuka sehingga terbukalah jalur pengisiian, kemudian diaktifkan pompa P1 sebanyak 20 ton dengan tekanan sebesar 2 bar (dibaca oleh pressure transmitter (PT1)). Setelah pengisian sudah mencapai 20 ton, dengan otomatis V1 akan ditutup dan P1 akan tidak aktif.

Setelah selesainya proses feeding, selanjutnya dilakukanlah proses

squeezing, yaitu proses pemisahan/penyaringan minyak kristalisasi dengan

menggunakan udara dari kompresor, sehingga didapat dua fraksi yaitu fraksi cair (olein) dan fraksi padat (stearin), caranya dilakukan dengan menurunkan suhu minyak menjadi 20°C. Setelah minyak dipompakan masuk ke dalam mesin filter

press, maka proses squeezing akan dimulai. Minyak RBDPO (Refined Bleached

Deodorized Palm Oil) akan dipress atau disaring dengan memberikan tekanan

udara sebesar 5 bar dan tekanan dari lengan hidrolik sebesar 120 bar yang akan naik secara bertahap sesuai dengan settingan dari mesin filter press. Minyak yang disaring akan terpisah menjadi dua fraksi yaitu fraksi padat (stearin) dan fraksi cair (olein). Fraksi cair (olein) yang tersaring akan mengalir melalui selang yang ada di mesin filter press untuk selanjutnya akan dialirkan ke tanki olein (olein

tank) yang ada diunit pengemasan minyak, dan fraksi padat (stearin) akan

ditampung di melting tank dan dipompakan ke tanki stearin (stearin tank). Fraksi cair yang didapat adalah minyak goreng Sania yang siap untuk dipasarkan. Fraksi padat yang terkandung dalam fraksi cair itu dikenal sebagai solid fat content (SFC) sebesar 80%.

Pada proses squeezing tekanan udara yang diberikan adalah sebesar 5 bar yang diukur oleh pressure transmitter yang dapat dilihat pada gambar 4.2 dibawah ini.

Compressor PT (PMP 41) PLC Control

Valve

Automatic Valve

Gambar 4.2 Blok Diagram Pressure transmitter (PMP 41) untuk Pengaturan Tekanan Udara

Resistance Pressure Transmitter memegang peranan penting dalam proses

squeezing. Karena alat inilah yang membaca berapa besarnya tekanan yang

diberikan oleh kompresor diruang kontrol. Jika tekanan yang diberikan tidak sesuai maka akan berpengaruh terhadap kualitas minyak yang dihasilkan.

Pada proses squeezing, compressor air yang menghasilkan udara dengan tekanan 7 bar, digunakan untuk memberikan suplai udara ke dalam mesin filter press, yang tekanan udaranya diatur oleh air regulator sebesar 5 bar. Tekanan udara ini berfungsi untuk menekan masuknya minyak kedalam filter cloth, sehingga selanjutnya minyak dapat di press (disaring) oleh mesin filter press.

V3 dan V4 ditutup, V2 dibuka sehingga terbukalah jalur masuk udara instrumen kedalam filter cloth. Selanjutnya kompresor diaktifkan, dan dilakukanlah pengawasan dan pengaturan besar kecilnyanya tekanan udara yang mengalir dengan melihat pada informasi yang dikirimkan ke ruang kontrol dari pembacaan Pressure transmitter (PT2). Besar kecilnya tekanan yang dikeluarkan dihasilkan dari hubungan antara Pressure transmitter (PT2) dengan Control valve.

PLC CV

PT (PMP 41) +

-I (mA)

I (mA)

bar

Input Output

Gambar 4.3 Blok Diagram Pengontrolan Tekanan Suplai Udara

Control valve digunakan untuk mengatur bukaan besar kecilnya jumlah

tekanan udara yang mengalir. Besarnya tekanan udara yang dibutuhkan pada proses squeezing ini berkisar antara 1-5 bar.

Prinsip kerja Control Valve (Gambar 4.4.) adalah sebagai berikut :

1. Suplai udara yang dihasilkan oleh air regulator dan akan dikirimkan ke konverter yang terdapat pada CV adalah 1-5 bar. Konverter belum bekerja selama belum mendapat perintah dari PLC berupa arus yang diberi antara 4 – 20 mA.

2. Apabila PLC memberi sinyal sebesar 12 mA maka konverter akan bekerja, dan memberikan suplai angin kepada control valve sebesar 2,5 bar (yakni setengah dari 5 bar) maka control valve akan membuka 50 %.

3. Jadi besar bukaan control valve tergantung besar arus yang diberikan oleh PLC (Programmable Logic Controller).

Gambar 4.4. Prinsip Kerja Control Valve

Tahap-tahap pengaturan besar kecilnya tekanan udara instrumen harus disesuaikan dengan pengaturan yang ada, dan dapat dilihat pada tabel 4.3 dibawah ini.

Tabel 4.3 Pengaturan Filter Press FL 211 C Langkah-langkah

pengaturan

Waktu pengaturan (det) Pengaturan tekanan (bar)

Filtrasi - 1,0

Squeezing 1 90 2,4

Squeezing 2 100 3,0

Squeezing 3 100 3,8

Squeezing 4 120 4,0

Squeezing 5 400 5,0

Filtrate blowing 250 4,0

Core blow 150 4,0

Dari tabel diatas dapat dilihat waktu yang dibutuhkan untuk melakukan penyaringan adalah ±15 menit, semakin lama waktunya tekanan udara instrumen yang dibutuhkan semakin besar. Pada proses penyaringan ini filter press yang terdiri dari beberapa filter cloth di tekan oleh lengan-lengan hidrolik sampai titik jarak/tekanan maksimal penekanan yaitu 300 bar.

Proses squeezing hasilnya sangat bergantung dari bentuk diafragma, jenis filter press yang digunakan dan hasil dari proses fraksinasi sehingga didapat minyak goreng dengan kualitas yang tinggi/kadar lemak tak jenuh rendah menurut standar kesehatan.

IV.3.4 Proses Filtrate Blowing

Setelah proses squeezing selesai selanjutnya dimulai proses filtrate

blowing yaitu mengeluarkan minyak yang tidak habis di saring dari proses

squeezing. Dimana tekanan udara tetap diberikan ke dalam filter cloth sebesar 4

bar dengan waktu 250 detik, sementara lengan hidrolik dalam keadaan non aktif.

IV.3.5 Proses Membrane Realese

Ketika minyak sudah habis dari proses squeezing, maka proses membrane

realese dapat dimulai, yaitu merenggangkan membran dengan bantuan hidrolik,

untuk mengosongkan rubber.

IV.2.6 Proses Core Blow

Setelah proses membrane realese selesai, maka proses core blow dapat dimulai, yaitu mengembuskan udara instrumen kedalam rubber untuk membuang sisa – sisa ampas minyak agar kualitas stearin tetap terjaga dan mengembalikan

stearin ke crystallizer. V3 dan V4 dibuka sehingga jalur mengalirnya udara

instrumen untuk membersihkan sisa stearin dari rubber yang ada di dalam filter cloth terbuka. Tekanan udara yang dibutuhkan untuk proses ini adalah 4 bar dan waktu yang diperlukan adalah 300 detik.

IV.3.7 Proses Discharging

Setelah tidak ada lagi sisa stearin di rubber, maka proses discharging dimulai, yaitu mengalirkan minyak (olein) ke dalam tanki olein (olein tank) dan

stearin ke dalam tanki stearin (stearin tank).

Untuk proses pengaliran minyak (olein) kedalam olein tank, maka V5, V6 dan V7 dibuka dan dialirkan ke olein tank penampungan sementara untuk selanjutnya dipompakan oleh P3 ke olein tank diunit pengemasan minyak sania.

Sedangkan untuk proses pengaliran stearin ke stearin tank maka stearin yang sudah jatuh dari mesin filter press dan ditampung oleh melting tank dipompakan oleh P2 ke stearin tank.

IV.3.8 Proses Open Filter

Setelah proses discharging selesai maka V5, V6, dan V7 ditutup dan P2 dan P3 tidak aktif. Selanjutnya dilakukan proses open filter, yaitu filter press membuka filter cloth dan proses dapat dimulai kembali dari awal secara kontiniu.

IV.4 Analisa Data 1. Arus Output

Arus output =

4 20

4 %

%

− − = x maks

b. Pembacaan % = 4 20 4 100 0 − − = x

X = 4 mA c. Pembacaan % =

4 20 4 100 25 − − = x

X = 8 mA d. Pembacaan % =

4 20 4 100 50 − − = x

X = 12 mA e. Pembacaan % =

4 20 4 100 75 − − = x

X = 16 mA f. Pembacaan % =

4 20 4 100 100 − − = x

X = 20 mA

Sehingga persen (%) ralat adalah :

2 1 2 1 Y Y X X − −

dimana : Y₁ = arus keluaran yang dibaca dilapangan Y₂= arus keluaran teori

a. % Ralat = 100% 4 03 , 4 4 × − − X

= 0,75 %

b. % Ralat = 100% 8 02 , 8 8 × − − X

= 0,25 %

c. % Ralat = 100% 12 9 , 11 12 × − − X

= 0,83 %

d. % Ralat = 100% 16 9 , 15 16 × − − X

= 0,625 %

e. % Ralat = 100% 20 9 , 19 20 × − − x

= 0,5 %

Tabel 4.4 Tabel analisa data yang dihasilkan Check Poin pada Control valve (%) Tekanan (bar)

Arus Keluaran (mA)

Final Output (mA)

% Ralat Teori Pembacaan

0 1 4 4,03 4 0,7

25 2,4 8 8,02 8 0,2

50 3,0 12 11,9 12 0,8

75 4,0 16 15,9 16 0,6

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan

Dalam penulisan Karya Akhir ini kesimpulan yang dapat diambil oleh penulis ada beberapa hal yaitu :

1. Resistance pressure transmitter merupakan alat yang berfungsi untuk mengukur tekanan berdasarkan perubahan tahanan dari strain-gage yang menggunakan prinsip dasar dari jembatan wheatstone.

2. Untuk mengkalibrasi Resistance Pressure Transmitter digunakan udara sebagai referensi untuk tipe Cerabar M PMP 41, maka range transmiter untuk tekanan udara adalah 1-5 bar ini berarti jika tekanan udara masukan

1 bar maka arus keluarannya adalah 4 mA, dan jika tekanan udara masukan 5 bar maka arus keluarannya adalah 20 mA.

3. Makin besar tekanan yang diberikan maka arus keluaran yang terbaca diruang kontrol juga makin besar.

4. Jenis elemen sebagai sensor pada Resistance Pressure Transmitter ini adalah strain-gage jenis metal diafragma.

V.2 Saran

Dari penulisan Karya Akhir ini, maka saran yang dapat penulis berikan adalah :

1. Melakukan perawatan berkala (periodic maintenance) alat secara teratur setiap 6 bulan sekali untuk mendapatkan pembacaan alat ukur yang mempunyai ketelitian/keakuratan yang tinggi, sehingga menghasilkan mutu produksi yang baik.

2. Dalam proses produksi secara kontiniu melakukan pengonrolan alat ukur dimaksudkan untuk menghindari kesalahan pengukuran agar proses

produksi berjalan dengan baik dan menghasilkan kualitas, kuantitas, dan kontinuitas hasil produksi yang baik.

3. Untuk mendapatkan hasil yang optimal, bagus mutunya dan beroperasi secara normal pada proses pengepresan minyak pada alat, maka sebaiknya operator dan teknisi melakukan pengawasan secara cermat terhadap proses besarnya tekanan yang diberikan baik di Control Room dengan menggunakan segmen-segmen dan set point yang sudah menjadi recipe dari perusahaan, maupun pengawasan langsung terhadap kondisi yang terjadi dilapangan.

4. Untuk menghindari/mengantisipasi terjadinya kesalahan pembacaan oleh Pressure Transmitter, sebaiknya dipasang Pressure Gauge sebagai pembanding pembacaan tekanan di lapangan dengan yang ada pada Control Room.

DAFTAR PUSTAKA

1. Douglas M. Considine, 1982, Process Control and Instrumentation, 3rd Edition, McGraw – Hill, Inc.

2. Harry n. Norton, 1982, Sensor and Analyzer Handbook, Prantice – Hall, Inc. London.

3. Hartanto, Management Produksi PT. Multimas Nabati Asahan, Kuala Tanjung Asahan.

produksi berjalan dengan baik dan menghasilkan kualitas, kuantitas, dan kontinuitas hasil produksi yang baik.

3. Untuk mendapatkan hasil yang optimal, bagus mutunya dan beroperasi secara normal pada proses pengepresan minyak pada alat, maka sebaiknya operator dan teknisi melakukan pengawasan secara cermat terhadap proses besarnya tekanan yang diberikan baik di Control Room dengan menggunakan segmen-segmen dan set point yang sudah menjadi recipe dari perusahaan, maupun pengawasan langsung terhadap kondisi yang terjadi dilapangan.

4. Untuk menghindari/mengantisipasi terjadinya kesalahan pembacaan oleh Pressure Transmitter, sebaiknya dipasang Pressure Gauge sebagai pembanding pembacaan tekanan di lapangan dengan yang ada pada Control Room.

DAFTAR PUSTAKA

1. Douglas M. Considine, 1982, Process Control and Instrumentation, 3rd Edition, McGraw – Hill, Inc.

2. Harry n. Norton, 1982, Sensor and Analyzer Handbook, Prantice – Hall, Inc. London.

3. Hartanto, Management Produksi PT. Multimas Nabati Asahan, Kuala Tanjung Asahan.

5. Mansyur, 2004, Instrumen dan Proses Kontrol, PTKI, Medan.

6. S. Pakpahan, 1999 Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Terjemahan dari Instrumentation of Electronic and Measurement Technique, oleh William D. Cooper, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta.

7. The School of Pressure and Measuring Technology and Manual Handbook of Instrumentation, Endress and Hauser.

8. W.G.Andrew & H.B.Williams, 1979, Applied Instrumentation Vol.1 In

The Process Industries, 2nd Edition, Gulf Publishing Company, Houston

Texas USA.