Flow, Level, Pressure, and Level Measurement

Ikhwannul Kholis, 0806455276

Electrical Engineering, University of Indonesia

1. 1.      Pengukuran Tekanan  (Pressure Measurements)

Pada dasarnya, dalam ilmu fisika, tekanan merupakan fungsi dari gaya(F) per satuan luas(A). Tekanan terjadi karena terdapat gaya yang bekerja terhadap suatu bidang. Tekanan dapat diukur dengan alat ukur yang disebut sebagai Manometer. Terdapat pula alat ukur untuk tekanan udara, yaitu Barometer. Pada umumnya, tekanan yang diukur di industri proses adalah tekanan fluida. Tekanan dibagi menjadi 4 jenis, yaitu Absolute Pressure (diukur dari tekanan nol), Gauge Pressure (diukur relatif terhadap tekanan atmosfer), Vacuum Pressure (lebih rendah dari tekanan atmosfer), dan Differential Pressure (diukur dari tekanan lain). Penggunaan alat ukur tekanan tergantung pada prinsip kerja, jenis tekanan yang diukur, dan kebutuhan penggunaannya. Pada umumnya, tekanan fluida yang diukur di industri proses adalah cairan dan gas.

Salah satu contoh alat pengukuran tekanan yaitu Diaphragm Pressure Gauge. Diaphragm Pressure Gauge merupakan Alat ini menggunakan deformasi elastis dari suatu diafragma (membran) untuk mengukur perbedaan tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan referensi. Salah satu bentuk Diaphragm Pressure Gauge terdiri dari sebuah kapsul yang terbagi atas sebuah diafragm. Salah satu sisi diafragma terbuka pada tekanan eksternal target, dan di sisi lain dihubungkan dengan tekanan yang diketahui. Tekanan diukur berdasarkan perubahan tekanan yang terjadi antara tekanan luar dengan tekanan referensi. Berikut adalah gambar dari Diaphragm Pressure Gauge.

Gbr.1.1.  Diaphragm Pressure Gauge

Perubahan tekanan terjadi dengan menggunakan rumus ΔP = Pext – Pref

Diaphragm Pressure Gauge memiliki beberapa keuntungan, yaitu respon lebih cepat, dan hasil lebih akurat (0.5%). Namun, Diaphragm Pressure Gauge relatif mahal.

1. 2.      Pengukuran Aliran Fluida (Flow Measurements)

Instrumen untuk melakukan pengukuran kuantitas aliran fluida ini disebut flowmeter. Pengukuran aliran fluida merupakan hal penting dalam flow control (pengendalian aliran). Aliran diukur berdasarkan besarnya kecepatan fluida yang melewati luas penampang tertentu.

dengan QV adalah laju aliran (m³/det), A merupakan luas penampang (m²), dan V adalah kecepatan aliran (m/det).

Empat faktor penting dalam pengukuran aliran fluida dalam pipa adalah Kecepatan fluida, Friksi atau gesekan fluida dengan pipa, Viskositas atau kekentalan fluida, dan kerapatan fluida.

Salah satu alat ukur aliran fluida adalah Pitot Tubes. Pitot tubes mengukur besaran aliran fluida dengan jalan menghasilkan beda tekanan yang diberikan oleh kecepatan fluida itu sendiri. Pitot tubes membutuhkan dua lubang pengukuran tekanan untuk menghasilkan suatu beda tekanan. Pada pitot tubes ini biasanya fluida yang digunakan adalah jenis cairan dan gas. Pitot tubes terbuat dari stainless steel dan kuningan. Berikut ini adalah gambar dari pitot tubes.

Gbr.2.1. Pitot Tubes

3.  Pengukuran Level (Level Measurements)

Secara umum, pengukuran level selalu didasarkan pada penentuan batas (interface) dari dua fluida yang berbeda. Misalnya antara fluida cair satu dengan fluida cair yang lain, antara fluida cair dengan gas/uap atau antara fluida gas dengan gas. Dengan mengetahui letak batas tersebut, maka level dari fluida yang bersangkutan akan dapat diketahui. Metode pengukuran level. Terdapat beberapa cara yang dapat digunakan pada pengukuran level diantaranya adalah Pelampung, Displacer, Hydrostatic head, Gelombang Ultrasonic, Radio Frequency (RF) Capacitance, dan Radio Frequency (RF) Impedance.

Salah satu alat ukur Level adalah RF Capacitance. RF Capacitance merupakan alat ukur yang menggunakan prinsip karakteristik kapasitor. Sebuah kapasitor terbentuk ketika elektroda sensor  level dipasang didalam sebuah vessel. Tangkai metal dari elektroda bertindak sebagai satu plate dari kapasitor dan dinding tangki bertindak sebagai plate yang lain Ketika level fluida naik, udara atau gas yang semula melingkup electroda akan digantikan oleh material (fluida) yang mempunyai konstanta dielektik yang berbeda. RF (Radio Frequency) capacitance instrument mendeteksi perubahan tersebut dan mengkonversinya kedalam suatu sinyal keluaran secara proporsional. Hubungan kapasitansi digambarkan dengan persamaan sebagai berikut :

Dengan C adalah kapasitansi (pF), E adalah konstanta permitivitas, K adalah konstanta dielektrik, A adalah area plate, dan D adalah jarak antar plate.

Gbr.3.1. RF Capacitance

3. Pengukuran Temperature (Temperature Measurements)

Temperatur adalah ukuran panas atau dingin suatu benda yang diukur berdasarkan suatu acuan. Ada beberapa prinsip pengukuran temperatur, yaitu Perubahan dimensi fisik benda (Bimetal, termometer gelas), Perubahan hambatan listrik (RTD, Thermistor), Pembangkitan tegangan (Thermocouple), Perubahan emisi radiasi termal (infrared Pyrometer), dan Perubahan fasa (Quartz Crystal Thermometry).

Salah satu alat pengukur temperatur yaitu RTD (Resistance Temperature Detector/Devices).RTD bekerja berdasarkan prinsip perubahan hambatan listrik jika temperatur berubah. Jika temperatur naik, nilai hambatan listrik juga naik (hampir secara linear). RTD terbuat dari metal konduktor (platinum) dan memiliki koefisien hambatan positif. RTD sering juga disebut dengan PT-100 atau PTC (Positive Temperature Coefficient). Pendekata linear untuk RTD diberikan oleh persamaan berikut ini.

Dengan Rt sebagai hambtan pada temperatur T(Ω), Ro sebagai hambatan pada temperatur 0^o C (Ω), α sebagai koefisien hambatan (Ω/ ^oC), dan  sebagai perubahan temperatur. Beberapa Kelebihan RTD adalah Nilai hambatan yang rendah, range antara -200 ^oC sampai dengan 850 ^oC, sensitivitas yang tinggi, akurasi tinggi, dan stabilitas dan repeatabilitas yang tinggi. Kelemahan RTD di antaranya adalah Respon yang lambat, sensitif terhadap getaran, dan terdapat self heating sehingga terdapat I²R jika arus terlalu besar. Terdapat beberapa konfigurasi Wire yang digunakan pada RTD, yaitu 2 wire untuk pemasangan standar, 3-wire untuk akurasi yang lebih baik, dan 4 wire (1 pasang kabel untuk supply dan 1 pasang kabel untuk pengukuran tegangannya).

Gbr. 4.1. Gambar RTD

(a)                         (b)                         (c)

Gbr. 4.2. (a) 2-wire, (b) 3-wire, (c) 4-wire

Referensi:

[1] “Process Control  Simulation and Modelling: an East Indonesia Industrial Model Representation for Liquid, Gas, and Solid Process Material”

By : Andani,    Dadang A Suriamiharja, Rhiza S sadjad  Josaphat  Tetuko Sri Sumantyo.

[2] Ogata, Katsuhiko. “Modern Control Engineering”, 3rd Edition, Prentice    Hall International Inc. 1997.

[3]The Information Resource For The Water Industry blogspot

[4]Beckwith, Thomas G.; Roy D. Marangoni and John H. Lienhard V (1993). “Measurement of Low Pressures”. Mechanical Measurements (Fifth ed.). Reading, MA: Addison-Wesley.

[5]Internet: Pengukuran Temperatur oleh : Muhammad Arman.

http://www.slideshare.net/arman_muh/pengukuran-temperatur-presentation

[6]Internet: The Principles of Level Measurement. Oleh : Gabor Vass, Princo Instruments, Inc. http://www.sensorsmag.com/sensors/leak-level/the-principles-level-measurement-941

[7]Internet: RF/Capacitance Level Instrumentation. http://www.omega.ca/literature/transactions/volume4/T9904-13-RF-CAP.html