KOMPETENSI KEAHLIAN KIMIA INDUSTRI - Kemenperin · 2021. 6. 11. · Tidak ada persyaratan spesifik...

MODUL HASIL PENYELARASAN

SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN

SESUAI KEBUTUHAN INDUSTRI

KOMPETENSI KEAHLIAN

KIMIA INDUSTRI

KEMENTERIAN PERINDUSTRIAN

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN INDUSTRI

2017

Foto Cover : inotech.com.pk/wp-content/uploads/2017/03/phe.jpg

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas karunia dan

hidayah-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan modul hasil penyelarasan Kurikulum

Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) sesuai kebutuhan kompetensi di industri Kegiatan

penyelarasan kurikulum dan silabi ini dilakukan sebagai tindak lanjut atas Instruksi

Presiden No. 9 Tahun 2016 tentang Revitalisasi Sekolah Menengah Kejuruan dalam

rangka Peningkatan Kualitas dan Daya Saing Sumber Daya Manusia Indonesia.

Modul ini berisi materi kompetensi sisipan yang dibutuhkan oleh industri sebagai

pelengkap atas materi pembelajaran yang telah diberikan selama ini kepada peserta didik

di SMK. Untuk mencapai kompetensi yang sesuai kebutuhan industri tersebut,

pembelajaran dengan modul ini dilaksanakan dengan sistem modular, yaitu pembelajaran

diselesaikan untuk satu materi pembelajaran sebelum dilanjutkaan pada materi

pembelajaran berikutnya.

Penyusunan modul ini melibatkan berbagai pihak yang terkait, mulai dari praktisi

pada sektor industri; guru SMK di lingkungan Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan;

serta guru dan dosen unit pendidikan di lingkungan Kementerian Perindustrian. Modul ini

merupakan pelengkap bahan ajar pada SMK-SMK yang terkait sehingga kemampuan

peserta didik dapat sesuai dengan kebutuhan di sektor industri,

Akhir kata, semoga modul ini dapat meringankan tugas guru dalam mengajar serta

mempermudah peserta didik untuk menguasai kompetensi yang diharapkan oleh industri.

Kami menyadari bahwa modul ini jauh dari kesempurnaan, untuk itu kami mengharapkan

masukan dari para pemangku kepentingan, khususnya para praktisi di sektor industri.

Juni 2017

Tim Penyusun Modul

Penyelarasan Kurikulum dan Silabi

Pusdiklat Industri

MODUL

DASAR – DASAR MIKROBIOLOGI

MATERI SISIPAN

HACCP

iii

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ................................................................................................ iii

PETA KEDUDUKAN BAHAN AJAR .......................................................... v

BAB. I. Pendahuluan .................................................................................. 1

A. Deskripsi ........................................................................................... 1

B. Prasyarat ......................................................................................... 1

C. Petunjuk Penggunaan Modul .......................................................... 1

D. Tujuan Akhir .................................................................................... 2

E. Cek Kemampuan ............................................................................. 2

BAB. II. Pembelajaran ................................................................................. 3

Kegiatan Pembelajaran 1 HACCP ............................................................. 3

A. Deskripsi ......................................................................................... 3

B. Kegiatan Belajar 1 ........................................................................... 3

1. Tujuan Pembelajaran 1 .............................................................. 3

2. Uraian Materi 1 ............................................................................ 3

3. Rangkuman 1 .............................................................................. 8

4. Tugas Formatif 1 ......................................................................... 8

5. Tes Formatif 1 ............................................................................ 8

Kegiatan Pembelajaran 2 Peraturan Perundangan Tentang Pangan,

Sanitasi Industry dan GMP ......................................................................... 9

A. Deskripsi ......................................................................................... 9



2. Uraian Materi 2 ............................................................................ 8

3. Rangkuman 2 .............................................................................. 11

4. Tugas Formatif 2 ......................................................................... 12

5. Tes Formatif 2 ............................................................................ 12

BAB. III. PENUTUP ................................................................................... 13

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 14

iv

PETA KEDUDUKAN BAHAN AJAR

Dasar – dasar mikrobiologi terhadap mata pelajaran yang lain:

DASAR BIDANG KEAHLIAN

SIM

UL

AS

I

DA

N

KO

MU

NIK

AS

I

DIG

ITA

L

FIS

IKA

KIM

IA

DASAR PROGRAM KEAHLIAN

AN

AL

ISIS

KIM

IA

DA

SA

R

TE

KN

IK D

AS

AR

PE

KE

RJA

AN

LA

BO

RA

TO

RIU

M

KIM

IA

DA

SA

R –

DA

SA

R

MIK

RO

BIO

LO

GI

KOMPETENSI KEAHLIAN

AZ

AS

TE

KN

IK

KIM

IA

AL

AT

IND

US

TR

I

KIM

IA

OP

ER

AS

I

TE

KN

IK

KIM

IA

PR

OS

ES

IND

US

TR

I

KIM

IA

PR

OD

UK

KR

EA

TIF

DA

N

KE

WIR

AU

SA

HA

AN

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Deskripsi

Modul ini menjelaskan mengenai materi dasar – dasar mikrobiologi dengan

fokus pada bahasan HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point). HACCP

merupakan sistem jaminan keamanan pangan yang mendasarkan kepada suatu

kesadaran bahwa bahaya (hazard) berpeluang timbul pada berbagai titik atau tahap

produksi, dan harus dikendalikan untuk mencegah terjadinya bahaya-bahaya

tersebut.

B. Prasyarat Pembelajaran

Tidak ada persyaratan spesifik untuk menggunakan modul ini karena siswa

kompetensi keahlian Kimia Industri kelas XI wajib mengikuti mata pelajaran Dasar –

Dasar Mikrobiologi

C. Petunjuk Penggunaan Modul

1. Penjelasan Bagi Peserta Diklat

Untuk memperoleh hasil yang maksimal dalam menggunakan modul ini,

langkah- langkah yang perlu dilaksanakan antara lain:

a. Bacalah dan pahami dengan seksama uraian materi yang ada pada masing-

masing kegiatan belajar. Materi yang kurang jelas dapat ditanyakan pada guru

maupun instruktur yang mengampu kegiatan ini.

b. Kerjakanlah tugas-tugas yang diberikan pada setiap kegiatan belajar. Hal ini

akan menambah kedalaman penguasaan materi-materi peserta diklat pada

kegiatan belajar yang bersangkutan.

c. Kerjakan tes formatif dengan baik. Tes ini menunjukkan tingkat penguasaan

peserta diklat pada materi-materi yang dibahas dalam kegiatan yang

bersangkutan.

d. Jangan berpindah pada kegiatan belajar berikutnya, jika penguasaan materi

pada kegiatan belajar sebelumnya masih belum dikuasai. Ulangi kegiatan

belajar ini dan bertanyalah hal-hal yang belum dikuasai kepada guru atau

instruktur yang mengampu.

2

2. Petunjuk Bagi Guru

Peran guru pada setiap kegiatan belajar modul adalah:

a. Membantu siswa dalam merencanakan proses belajar.

b. Membimbing siswa melalui tugas-tugas pelatihan yang dijelaskan dalam tahap

belajar.

c. Membantu siswa dalam memahami konsep dan praktik baru dan menjawab

pertanyaan siswa mengenai proses belajar siswa.

d. Membantu siswa untuk menentukan dan mengakses sumber tambahan lain

yang diperlukan untuk belajar.

e. Mengorganisasikan kegiatan belajar kelompok jika diperlukan.

f. Merencanakan seorang ahli / pendamping guru dari tempat kerja untuk

membantu jika diperlukan.

g. Melaksanakan penilaian.

h. Menjelaskan kepada siswa mengenai bagian yang perlu untuk dibenahi dan

merundingkan rencana pembelajaran selanjutnya.

i. Mencatat pencapaian kemajuan siswa.

D. Tujuan Akhir

Setelah mempelajari seluruh materi kegiatan belajar dalam modul ini,

diharapkan peserta diklat dapat:

1. Memahami konsep HACCP

2. Menganalisis bahaya dan titik kritis dalam industri pangan

3. Memahami peraturan perundangan yang berkaitan dengan pangan

4. Memahami konsep sanitasi industri dalam industri pangan

5. Menerapkan Good Manufacturing Practices (GMP) sesuai dengan persyaratan

yang telah ditentukan

E. Cek Kemampuan

1. Apa yang dimaksud dengan HACCP dan arti penting HACCP dalam industri

pangan

2. Bagaimana cara menentukan CCP (Critical Control Point) dan limit kritis (critical

limit) pada CCP

3. Bagaimana garis besar Undang-undang No. 18 tahun 2012 tentang pangan

4. Apa yang dimaksud dengan sanitasi industri, sebutkan bahan yang digunakan

sebagai sarana sanitasi

5. Apa anda ketahui dengan Good Manufacturing Practice (GMP)

3

BAB II

PEMBELAJARAN

A. Rencana Belajar Peserta Diklat

Standar Kompetensi : HACCP

Kompetensi dasar : Memahami konsep HACCP serta menganalisis bahaya

dan titik kritis dalam industri pangan

B. Kegiatan Belajar 1

Penerapan HACCP pada industri pangan

1. Tujuan Kegiatan Belajar 1

Setelah berdiskusi dan menggali informasi HACCP peserta didik akan

dapat memahami konsep HACCP serta menganalisis bahaya dan titik kritis dalam

industry pangan dengan tepat.

2. Uraian Materi 1

2.1. HACCP

Hazard Analysis Critical Control Point (HACCP) adalah suatu sistem jaminan

keamanan pangan yang mendasarkan kepada suatu kesadaran bahwa bahaya

(hazard) berpeluang timbul pada berbagai titik atau tahap produksi, dan harus

dikendalikan untuk mencegah terjadinya bahaya-bahaya tersebut

Bahaya adalah segala macam aspek mata rantai produksi pangan yang tidak

dapat diterima karena merupakan penyebab masalah keamanan pangan

(Sudarmadji, 2005). Bahaya tersebut meliputi :

1. Keberadaan yang tidak dikehendaki dari pencemar biologis, kimiawi, atau fisik

pada bahan mentah.

2. Pertumbuhan atau kelangsungan hidup mikroorganisme dan hasil perubahan

kimiawi yang tidak dikehendaki (misalnya nitrosamin) pada produk antara atau

jadi, atau pada lingkungan produksi.

3. Kontaminasi atau kontaminasi ulang ( cross contamination) pada produk

antara atau jadi, atau pada lingkungan produksi

Filosofi sistem HACCP ini adalah pembinaan dan pengawasan mutu dan

keamanan pangan berdasarkan pencegahan preventif (preventive measure) yang

dipercayai lebih unggul dibanding dengan cara-cara tradisional (conventional)

yang terlalu menekankan pada sampling dan pengujian produk akhir di

4

laboratorium. Sistem HACCP lebih menekankan pada upaya pencegahan

preventif untuk memberi jaminan keamanan produk pangan

2.2. Tujuan HACCP

Tujuan HACCP secara umum adalah meningkatkan kesehatan masyarakat

dengan cara mencegah atau mengurangi kasus keracunan dan penyakit melalui

makanan (Food born disease). Food Born Disease dapat timbul dari beberapa

faktor, antara lain: pendinginan makanan yang tidak tepat, membiarkan makanan

selama ≥12 jam penyajian, kontaminasi makanan mentah ke dalam makanan

“non-reheating”, penanganan makanan oleh pekerja yang menderita infeksi,

proses pemasakan dan pemanasan yang kurang, penyimpanan makanan dalam

keadaan hangat, pemanasan kembali makanan dengan suhu yang tidak tepat,

berasal dari sumber yang tidak aman serta terjadinya kontaminasi silang.

Secara khusus, tujuan HACCP dalam proses produksi adalah

mengevaluasi cara produksi, memperbaiki cara produksi, memantau &

mengevaluasi penanganan, pengolahan, sanitasi serta meningkatkan inspeksi

mandiri. Sedangkan fungsi HACCP dalam proses produksi adalah mencegah

penarikan makanan, meningkatkan jaminan Food Safety, membenahi unit

produksi, mencegah kehilangan, meningkatkan kepercayaan konsumen serta

mencegah pemborosan biaya

2.3. Prinsip HACCP

Prinsip 1 Identifikasi Bahaya

Identifikasi bahaya ini berkaitan dengan pengetahuan jenis -jenis

mikroorganisme, bahan kimia dan benda asing. Pada prinsip ini dilakukan

pemeriksaan karakteristik produk serta bahaya yang akan timbul waktu

dikonsumsi oleh konsumen. Bahaya (hazard) yang dapat menyebabkan makanan

menjadi tidak aman untuk dikonsumsi yaitu:

a. Hazard fisik, contohnya Bahaya fisik termasuk benda -benda seperti pecahan

logam, gelas, batu, yang dapat menimbulkan luka di mulut, gigi patah, tercekik

ataupun perlukaan pada saluran pencernaan

b. Hazard kimia, contohnya pestisida, zat pembersih, antibiotik, logam berat, dan

bahan tambahan makanan

c. Hazard biologi, contohnya . Bahaya biologi antara lain mikroba patogen

(parasit, bakteri), tanaman, dan hewan beracun.

5

Hal-hal penting yang perlu dipertimbangkan adalah:

a. Formulasi yaitu bahan mentah dan bahan baku yang dapat mempengaruhi

keamanan dan kestabilan produk.

b. Proses yaitu parameter proses pengolahan yang dapat mempengaruhi bahaya.

c. Kemasan yaitu perlindungan terhadap kontaminasi ulang dan pertumbuhan

mikroorganisme

d. Penyimpanan/penanganan; adalah waktu dan kondisi suhu serta penanganan

di dapur dan penyimpanan di etalase.

e. Perlakuan konsumen; digunakan oleh konsumen atau ahli masak professional.

f. Target grup yaitu pemakai akhir makanan tersebut (bayi, orang dewasa, lanjut

usia)

Prinsip 2 Penetapan CCP (Critical Control Point)

Critical Control Point adalah setiap titik termasuk bahan mentah, tahap

atau prosedur pada suatu sistem produksi makanan yang jika tidak dikendalikan

dapat mengakibatkan risiko kesehatan yang tidak diinginkan.

CCP ditetapkan pada setiap tahap proses mulai dari awal produksi suatau

makanan hingga sampai ke konsumsi. Pada setiap tahap ditetapkan jumlah CCP

untuk bahaya mirobiologis, kimia, maupun fisik. Pada beberapa produk pangan,

formulasi makanan mempengaruhi tingkat keamanannya, oleh karena itu CCP

pada produk semacam ini diperlukan untuk mengontrol beberapa parameter

seperti pH, aktivitas air, dan adanya bahan tambahan makanan

Prinsip 3 Penetapan Batas / Limit Kritis

Limit kritis merupakan batas antara keadaan dapat diterima dan tidak

dapat diterima yang ditetapkan pada setiap CCP yang ditentukan. Ada dua titik

pengendalian kritis:

- Titik Pengendalian Kritis 1 (CCP-1), adalah sebagai titik dimana bahaya

dapat dihilangkan

- Titik Pengendalian Kritis 2 (CCP-2), adalah sebagai titik dimana bahaya

dikurangi.

Prinsip 4 Pemantauan Batas Kritis

Pemantauan adalah pengecekan bahwa suatu prosedur pengolahan dan

penanganan pada CCP dapat dikendalikan. Frekuensi pemantauan perlu

dicantumkan untuk pemantauan. Lima macam pemantauan yang penting

6

dilaksanakan antara lain: pengamatan, evaluasi, sensorik, pengukuran sifat fisik,

pengujian kimia, pengujian mikrobiologi.

Prinsip 5 Tindakan Koreksi

Tindakan koreksi harus ditetapkan jika hasil pemantauan menunjukan

penyimpangan batas kritis (CCP kehilangan kendali). Tindakan koreksi yang

ditetapkan spesifik untuk setiap CCP. Tindakan pencegahan termasuk menarik

produk yang menyimpang dari standar mutu (alternatif terakhir)

Prinsip 6 Verifikasi

Verifikasi dilakukan dengan mentapkan jadwal verifikasi, memeriksa

kembali rencana HACCP, memeriksa kembali rencana HACCP, memeriksa

catatan HACCP, memeriksa penyimpangan dan prosedur perbaikan,

mengendalikan CCP dengan pengamatan visual selama produksi, mengambil

contoh dan melakukan analisa serta membuat kesesuaian rencana HACCP

Prinsip 7 Dokumentasi HACCP

Dokumentasi HACCP mencakup judul dan tanggal pencatatan,

keterangan khusu pada makanan, bahan dan peralatan yang digunakan, proses

pengolahan yang dilakukan, CCP yang ditemukan, batas kritis yang ditetapkan,

penyimpangan dari batas kritis yang terjadi, tindakan koreksi / perbaikan serta

identifikasi tenaga operator peralatan khusus

2.4. Penarikan Pangan yang Pernah Terjadi

Peraturan Kepala BPOM Nomor 22 Tahun 2017 tentang penarikan

pangan dari peredaran memberikan aturan bahwa penarikan pangan adalah

tindakan menarik pangan yang berpotensi menimbulkan gangguan kesehatan

dan/atau tidak sesuai dengan peraturan perundang-undangan dari setiap tahapan

pada rantai Pangan, termasuk Pangan yang telah dimiliki oleh konsumen dalam

upaya untuk memberikan perlindungan terhadap konsumen.

Masyarakat perlu perlindungan dari Pangan yang dapat merugikan

dan/atau membahayakan kesehatan, seperti terkontaminasi oleh cemaran

mikrobiologi, cemaran kimia, dan/atau cemaran fisik, bahan baku atau bahan

tambahan Pangan yang tidak dicantumkan pada label, kerusakan kemasan,

kesalahan pelabelan dll. Apabila dalam peredaran Pangan ditemukan

ketidaksesuaian tersebut, maka Pangan harus ditarik dari peredaran

7

Peristiwa penarikan pangan yang pernah terjadi antara lain:

1. Perusahaan makanan Cargil Company telah menarik salah satu produknya

yaitu daging kalkun di tahun 2012. penarikan tersebut dilakukan di 26 negara

mengingat kalkun yang disembelihnya dinyatakan mengandung 76 penyakit.

Dilaporkan setidaknya sudah ada satu orang meninggal dunia karena

mengkonsumsi sebelum dilakukan penarikan.

2. Mars menarik produk cokelatnya dari 55 negara pada 2016. Penarikan yang

bersifat sukarela ini terjadi karena adanya laporan konsumen berupa

penemuan plastik dalam produk cokelat.

3. Penambahan melamin pada susu juga membuat penarikan produk susu dari

peredaran pada 2008. Melamin merupakan senyawa yang digunakan dalam

pembuatan plastik dan pupuk, sehingga penggunaannya dalam pangan

melanggar peraturan dan disebut sebagai pemalsuan produk.

4. Pada tahun 2011 produsen melakukan penarikan sukarela untuk dua jenis

produk: Oral-B Tooth & Gum Care Mouth Rinse ukuran 350ml dan 500ml,

serta Oral-B Tooth & Gum Care Mouth Rinse – Alcohol Free ukuran 350ml

dan 500ml. Hal ini merupakan langkah antisipasi setelah menemukan tingkat

kandungan mikroba yang melewati batas pada produk yang diproduksi oleh

salah satu pabrik yang menerima kontrak produksi mereka.

5. Tahun 2005 Inggris melakukan penarikan besar-besaran terhadap produk

pangan yang menggunakan bahan pencelup Sudan 1 yang menyebabkan

kanker. Lebih dari 400 produk makanan ditemukan Agen Standarisasi

Pangan (FSA) Inggris mengandung Sudan 1 yang mengandung karsinogen.

Sudan 1 biasanya digunakan untuk mewarnai bahan pelarut, oli, lilin, minyak

tanah, sepatu, dan pengkilap lantai.Temuan awal bermula dari saus Crosse

and Blackwell Worcester yang diproduksi Premier Foods. Saus itu

mengandung bubuk cabai yang terkontaminasi dengan bahan pencelup

Sudan 1. Bahan ini dilarang ditambahkan dalam pangan.FSA memberikan

peringatan kepada Premier Food pada 15 Februari 2005. Namun baru pada

18 Februari, FSA mengeluarkan daftar bahan produk makanan berbahaya

kepada publik.Seperti dilansir www.food.gov.uk, FSA telah 4 kali

mengeluarkan daftar.

a. Daftar pertama dikeluarkan pada 18 Februari 2005 pukul 13.25 waktu

setempat. Daftar itu memuat 359 produk.

b. Daftar kedua dikeluarkan FSA pada 21 Februari 2005 pukul 12.15 karena

ada penambahan produk makanan berbahaya hingga menjadi 397 produk.

8

c. Pada tanggal yang sama pukul 16.45, FSA kembali mengeluarkan daftar

hingga menjadi 419 produk.

d. Pada 22 Februari 2005 pukul 16.10 ditambah hingga menjadi 428 produk.

Produk makanan itu antara lain: produk makanan dari Aldi, Asda, Birds Eye,

Booker, Brakes, Bramwell, Canterbury Foods, Colman's, Crosse &

Blackwell, CWS, GW Padley Ltd, Happy Shopper, Heinz, Iceland, Kwik

Save, Makro, Marks and Spencer, McCormick, McDonald's, Morrisons,

Netto, Northern Foods, Oak Farm Foods, Padley, Pot Noodle, Premier

Foods, Pret a Manger, Princes, Sandwich Factory, Sainsbury's, Somerfield,

Spar, Schweppes, Coca Cola Enterprises, Tesco, Thresher, Tryton Foods,

Unilever, Waitrose, Walkers Snack Foods, dan Weight Watchers.

6. Lebih dari satu juta cokelat ditarik kembali oleh Cadbury-Schweppes pada

tahun 2006 setelah terkontaminasi Salmonella di Inggris dan Irlandia.

Perusahaan memperkirakan recall mencapai 20 juta poundsterling. Recall

tersebut menyebabkan penurunan 14 persen dalam penjualan permen

tersebut pada saat itu.

7. Pada tahun 2008, Departemen Pertanian Amerika Serikat memesan

makanan kepada Westland/Hallmark berupa 143 juta pon daging sapi. Tapi

sebagian yang digunakan untuk program makan siang sekolah dianggap tak

layak konsumsi.

3. Rangkuman 1

HACCP pentinhg artinya dalam industry yang mengolah bahan pangan.

Penerapan HACCP akan meminimalisir resiko yang mungkin terjadi pada bahan

pangan. Hal ini akan menguntungkan bagi konsumen maupun industri

4. Tugas 1

Carilah informasi tentang penerapan HACCP di Indonesia serta Industri yang

menerapkan. Diskusikun dengan anggota kelompok Anda kemudian paparkan di

depan kelas

5. Tugas Formatif 1

1. Apa yang dimaksud dengan HACCP

2. Jelaskan tujuan HACCP

3. Bagaimana cara menerapkan HACCP dalam industry pangan

9

Kegiatan Belajar 2

Mengetahui peraturan perundangan tentang pangan, sanitasi industry dan GMP


Peserta dapat mengetahui tentang Good Manufacturing Practice dan

pengelolaan sanitasi di industry pangan

2. Uraian Materi 2

2.1.GMP

GMP merupakan pedoman cara berproduksi pangan yang bertujuan

supaya produsen pangan memenuhi persyaratan-persyaratan yang telah

ditentukan untuk menghasilkan produk pangan yang bermutu dan aman

dikonsumsi sesuai dengan tuntutan konsumen.

GMP mempersyaratkan setiap permukaan yang bersinggungan dengan

makanan dan berada dalam kondisi basah harus dikeringkan dan disanitasi.

Peraturan GMP juga mempersyaratkan penggunaan zat kimia yang cukup dalam

dosis yang dianggap aman.

Cakupan secara umum dari penerapan pedoman cara produksi pangan

yang baik untuk industri rumah tangga (CPPB-IRT) berdasarkan Surat Keputusan

Kepala Badan POM RI Nomor : HK. 00.05.5.1639 tahun 2003 yang diperbaharui

dengan Peraturan Kepala Badan Pengawas Obat Dan Makanan Republik

Indonesia Nomor HK.03.1.23.04.12.2206 Tahun 2012 adalah sebagai berikut

1. Lokasi dan lingkungan produksi

Lokasi dan lingkungan produksi perlu diperhatikan pada aspek sumber

pencemaran potensial dan pertimbangan tindakan pencegahan yang mungkin

dapat dilakukan untuk melindungi pangan yang diproduksinya.

2. Bangunan dan Fasilitas

Bangunan dan fasilitas industri menjamin bahwa bahan pangan tidak tercemar

oleh bahaya fisik, biologis dan kimia serta mudah dibersihkan dan disanitasi

selama proses produksi.

3. Peralatan produksi

Perhatikan potensi kontaminasi silang. Konstruksi dan tata letak diatur

sehingga ada jaminan mutu dan keamanan pangan yang dihasilkan.

4. Suplai air atau sarana penyediaan air

Air yang digunakan selama proses produksi harus cukup dan memenuhi

persyaratan kualitas air bersih dan atau air minum.

5. Fasilitas dan kegiatan higiene dan sanitasi

10

6. Kesehatan dan higiene karyawan

Kesehatan dan hygiene karyawan yang baik dapat menjamin bahwa pekerja

yang kontak langsung maupun tidak langsung dengan pangan tidak menjadi

sumber pencemaran.

7. Pemeliharaan dan program hygiene sanitasi karyawan

8. Penyimpanan

9. Pengendalian proses

10. Penarikan produk

Penarikan produk pangan adalah tindakan menghentikan peredaran pangan

karena diduga sebagai penyebab timbulnya penyakit atau keracunan pangan.

Tujuannya adalah mencegah timbulnya korban yang

11. Pencatatan dan dokumentasi

12. Pelatihan karyawan

Pimpinan dan karyawan harus mempunyai pengetahuan dasar mengenai

prinsip–prinsip dan praktek higiene dan sanitasi pangan

2.2.Sanitasi

Sanitasi adalah kegiatan pengendalian lingkungan produksi, bahan baku,

peralatan dan pekerja untuk mencegah pencemaran dan kerusakan pada produk

serta mengupayakan lingkungan kerja yang bersih dan sehat

Sanitasi pabrik diatur dalam SSOP (Sanitation Standard Operating

Procedures) yaitu prosedur pelaksanaan sanitasi untuk memastikan area

produksi dan semua permukaan yang kontak dengan produk pangan terbebas

dari kontaminasi mikroba. Pengendalian tersebut termasuk di antaranya adalah

keamanan air, kondisi dan kebersihan permukaan yang bersentuhan dengan

bahan pangan.

Menurut Purwiyatno (2009) untuk melakukan pekerjaan dengan baik tanpa

khawatir mencemari produk pangan yang ditanganinya, maka pekerja di dapur

perlu memperhatikan beberapa hal mengenai perlengkapan sebagai berikut :

a. Pekerja harus mengenakan pakaian yang bersih dan sopan. Umumnya

pakaian yang berwarna putih sangat dianjurkan

b. Pekerja sebaiknya tidak mengenakan jam tangan, kalung, anting, cincin, dan

benda kecil lainya yang mudah putus atau hilang.

c. Pekerja sebaiknya memakai baju dengan ukuran yang pas. Kancing baju

terpasang dengan baik sehingga tidak mudah putus, terjatuh, dan tercampur

dalam bahan pangan yang sedang diolah.

11

d. Jumlah baju seragam yang disediakan sebaiknya cukup. Baju seragam

hanya dipakai pada saat bekerja.

e. Pekerja harus selalu menggunakan penutup rambut. Hal ini bertujuan untuk

melindungi kemungkinan jatuhnya rambut atau ketombe ke alat pengolahan

makanan ataupun ke adonan makanan. Selain itu, pemakaian topi dan

penutup rambut juga dapat membantu menyerap keringat yang ada di dahi

sehingga jatuhnya keringat ke makanan dapat dihindari.

f. Pekerja harus memelihara kebersihan kukukuku tangan dan kaki, dengan

cara dipotong pendek, rapi dan bersih.

2.3.Tahap-Tahap Higiene dan Sanitasi

Prosedur untuk melaksanakan higiene dan sanitasi harus disesuaikan dengan

jenis dan tipe mesin/alat pengolah makanan. Stamdar yang digunakan adalah :

1) Pre rinse yaitu langkah awal dengan menghilangkan tanah dan sisa makanan

dengan mengerok, membilas dengan air, menyedot kotoran dan sebagainya

2) Pembersihan : menghilangkan tanah dengan cara mekanis atau mencuci dengan

lebih efektif.

3) Pembilasan: membilas tanah dengan pembersih seperti sabun/deterjen dari

permukaan

4) Pengecekan visual: memastikan dengan indera mata bahwa permukaan alat

bersih

5) Penggunaan disinfektan : untuk membunuh mikroba.

6) Pembersihan akhir : bila diperlukan untuk membilas cairan disinfektan

7) “Drain dry” atau pembilasan kering : disinfektan atau final rinse dikeringkan dari

alat-alat tanpa diseka/dilap.

2.4. Jenis Sanitizer

Sanitasi adalah langkah pemberian sanitizer dalam kimia atau perlakuan fisik

yang dapat mereduksi populasi mikroba pada fasilitas dan peralatan pabrik. Sanitizer

yang digunakan dalam industri pangan dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu

panas, radiasi ultra violet, disinfektan (klorin, iodium dan kompleks iodium, senyawa

amonium quartenair serta aanitasi kimiawi

3. Rangkuman 2

GMP (Good Manufacturing Practices) merupakan suatu pedoman bagi industri

pangan, bagaimana cara berproduksi pangan yang baik. GMP merupakan prasyarat

12

utama sebelum suatu industri pangan dapat memperoleh sertifikat sistem HACCP

(Hazard Analysis Critical Control Point)

4. Tugas Formatif 2

Carilah informasi gentang penerapan GMP di Indonesia. Diskusikan dengan

kelompok anda dan presentasikan di depan kelas

5. Tes Formatif 2

1. Apa yang dimaksud dengan GMP

2. Jelaskan arti penting GMP bagi industry pangan

3. Jelaskan hubungan antasa sanitasi dan hygiene

13

BAB III

PENUTUP

Modul Dasar Dasar Mikrobiologi dengan materi pada HACCP ini disusun

agar siswa memiliki kompetensi dalam pengenalan manajemen pangan yang

dperlukan di dunia Industri. Dengan tuntasnya mempelajari modul ini diharapkan

siswa mempunyai bekal untuk bekerja di sektor industri pangan. Peran guru dan

pihak-pihak terkait dalam memfasilitasi siswa sangat diperlukan untuk mencapai

kompetensi yang diharapkan.

14

DAFTAR PUSTAKA

Daulay, S, Hazard Analysis Critical Control Point (HACCP) dan Implementasinya dalam

Industri Pangan: Pusdiklat Industri

Kartika, B, 1991, Uji Mutu Pangan, Yogyakarta: Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi

Universitas Gadjah Mada.

Purwiyatno, H, dkk., 2009, Petunjuk Sederhana Memproduksi Pangan yang Aman,

Jakarta :Dian Rakyat.

Sudarmaji, 2005, Analisis Bahaya dan Pengendalian Titik Kritis, Jurnal Kesehatan

Lingkungan Vol 1 No 2.

Suklan, H., 1998, Pedoman Pelatihan System Hazard Analysis Critical Control Point

(HACCP) untuk Pengolahan Makanan., Jakarta: Depkes RI

Susiwi, S, 2005, Handout Mata Kuliah Regulasi Pangan, Jurusan Pendidikan Kimia

FMIPA, Universitas Pendidikan Indonesia

USDA, 1993, HACCP Principles for Food Production. United State Department of

Agricultural (USDA).

MODUL

ALAT INDUSTRI KIMIA

MATERI SISIPAN

Raw Material System

Granulator

Scrubbing System

Furnace

Pengolahan Data

Basic System Control

iii

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ................................................................................................ iii

PETA KEDUDUKAN BAHAN AJAR .......................................................... v

BAB. I Raw Material System ...................................................................... 1

A. Deskripsi ......................................................................................... 1



2. Uraian Materi 1 ............................................................................ 1

3. Rangkuman 1 .............................................................................. 7

4. Tugas Formatif 1 ......................................................................... 8

5. Tes Formatif 1 ............................................................................ 8

BAB. II Granulator ...................................................................................... 9

A. Deskripsi ......................................................................................... 9



2. Uraian Materi 2 ............................................................................ 9

3. Rangkuman 2 .............................................................................. 11

4. Tugas Formatif 2 ......................................................................... 11

5. Tes Formatif 2 ............................................................................ 11

BAB. III Scrubbing System ......................................................................... 12

A. Deskripsi ......................................................................................... 12



2. Uraian Materi 3 ............................................................................ 12

3. Rangkuman 3 .............................................................................. 17

4. Tugas Formatif 3 ......................................................................... 17

5. Tes Formatif 3 ............................................................................ 17

BAB. IV Furnace ........................................................................................ 19

A. Deskripsi ......................................................................................... 19



2. Uraian Materi 4 ............................................................................ 19

3. Rangkuman 4 .............................................................................. 23

iv

4. Tugas Formatif 4 .......................................................................... 23

5. Tes Formatif 4 ............................................................................. 24

BAB. V Pengolahan Data ........................................................................... 25

A. Deskripsi .......................................................................................... 25

B. Kegiatan Belajar 5 ............................................................................ 25

1. Tujuan Pembelajaran 5 ............................................................... 25

2. Uraian Materi 5............................................................................. 25

3. Rangkuman 5 ............................................................................... 34

4. Tugas Formatif 5 .......................................................................... 34

5. Tes Formatif 5 ............................................................................. 34

BAB. VI Basic System Control..................................................................... 35

A. Kegiatan Belajar 1 Sejarah Perkembangan Instrumen

Dan Sistem Kontrol .......................................................................... 35


2. Uraian Materi 1............................................................................. 35

3. Rangkuman 1 ............................................................................... 45

4. Tugas Formatif 1 .......................................................................... 45

5. Tes Formatif 1 ............................................................................. 46

B. Kegiatan Belajar 2 Pengukuran Flow .............................................. 46


2. Uraian Materi 2............................................................................. 46

3. Rangkuman 2 ............................................................................... 89

4. Tugas Formatif 2 .......................................................................... 90

5. Tes Formatif 2 ............................................................................. 91

C. Kegiatan Belajar 3 Pengukuran Level Fluida .................................. 91


2. Uraian Materi 3............................................................................. 91

3. Rangkuman 3 ............................................................................... 104

4. Tugas Formatif 3 .......................................................................... 104

5. Tes Formatif 3 ............................................................................. 105

D. Kegiatan Belajar 4 Pengukuran Level Fluida .................................. 105


2. Uraian Materi 4............................................................................. 105

3. Rangkuman 4 ............................................................................... 117

4. Tugas Formatif 4 .......................................................................... 117

5. Tes Formatif 4 ............................................................................. 117

v

E. Kegiatan Belajar 5 Pengukuran Level Fluida .................................. 118


2. Uraian Materi 5 ............................................................................ 118

3. Rangkuman 5 .............................................................................. 131

4. Tugas Formatif 5 ......................................................................... 132

5. Tes Formatif 5 ............................................................................ 133

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 28

vi

PETA KEDUDUKAN BAHAN AJAR

DASAR BIDANG KEAHLIAN

SIM

UL

AS

I

DA

N

KO

MU

NIK

AS

I

DIG

ITA

L

FIS

IKA

KIM

IA

DASAR PROGRAM KEAHLIAN

AN

AL

ISIS

KIM

IA

DA

SA

R

TE

KN

IK D

AS

AR

PE

KE

RJA

AN

LA

BO

RA

TO

RIU

M

KIM

IA

DA

SA

R –

DA

SA

R

MIK

RO

BIO

LO

GI

KOMPETENSI KEAHLIAN

AZ

AS

TE

KN

IK

KIM

IA

AL

AT

IND

US

TR

I

KIM

IA

OP

ER

AS

I

TE

KN

IK

KIM

IA

PR

OS

ES

IND

US

TR

I

KIM

IA

PR

OD

UK

KR

EA

TIF

DA

N

KE

WIR

AU

SA

HA

AN

1

BAB I

RAW MATERIAL SYSTEM

A. Deskripsi

Melaksanakan penyimpanan bahan kimia (Material storage)



Peserta diklat dapat melaksanakan penyimpanan bahan kimia (Material storage)

2. Uraian Materi 1

Industri kimia kemungkinan menangani bahan-bahan berupa padatan, cair dan

gas baik sebagai bahan baku, bahan pembantu maupun sebagai produk setengah

jadi ataupun produk jadi yang harus disimpan dalam waktu tertentu. Proses

penyimpanan kemungkinan terdapat di awal, tengah ataupun akhir proses.

Penyimpanan pada awal proses digunakan untuk penyimpanan bahan baku.

Penyimpanan tengah proses digunakan untuk penyimpanan produk setengah jadi,

dan di akhir proses untuk produk akhir.

Jumlah bahan yang disimpan maupun ukuran alat penyimpan tergantung pada

beberapa faktor, antar lain :

Metode operasi

Metode operasi secara batch yaitu metode operasi yang dilakukan secara bertahap

dan biasanya digunakan untuk operasi sementara atau produksinya skala kecil.

Kebutuhan bahan untuk metode batch biasanya jumlahnya sedikit sehingga tidak

perlu ukuran penyimpan yang besar. Sementara pada metode operasi secara

kontinyu memerlukan jumlah bahan banyak dan ukuran penyimpan besar, karena

prosesnya berjalan terus-menerus.

Tingkat kemudahan bahan diperoleh

Bahan yang mudah diperoleh sebaiknya disimpan dalam jumlah sedikit saja agar

tidak memerlukan ruang penyimpan yang luas, karena ini akan menghemat area

kerja. Bahan yang sulit diperoleh sebaiknya disimpan dalam jumlah besar, terutama

2

bahan yag harus diimpor, karena pertimbangan efisiensi waktu dan biaya

pengangkutan.

Distribusi

Produk yang mudah didistribusikan sebaiknya disimpan dalam jumlah sedikit, karena

dapat menghemat area kerja. Sedang produk yang sulit didistribusikan sebaiknya

disimpan dalam jumlah banyak, sehingga sewaktu-waktu akan dipasarkan, diangkut

dalam jumlah banyak untuk menghemat biaya pengangkutan.

Penyimpanan Bahan Berupa Padatan

Penyimpanan bahan berupa padatan dapat dilakukan dengan dua sistem yaitu indoor

dan outdoor. Penyimpanan sistem outdoor dapat dilakukan dengan syarat bahan

tidak mudah rusak oleh pengaruh cuaca, baik karena kena cahaya maupun air.

Metode penyimpanan ini tergantung pada sifat bahan, jumlah bahan dan cara

handlingnya.

Metode penyimpanan outdoor antara lain :

1) Penimbuan di bawah travelling bridge

Metode penyimpanan ini banyak diterapkan untuk bahan yang disimpan

sementara. Misalnya hasil tambang yang diperoleh dari lokasi penambangan

diangkut dulu ke area dekat pabrik dengan menggunakan bantuan lori-lori. Bahan

disimpan sementara dalam bentuk tumpukan dan sewaktu-waktu diperlukan dapat

diangkut lagi dengan sistem lori menuju tempat pengolahan. Bahan dinaikkan dan

diturunkan dari lori di bawah travelling bridge.

2) Penimbunan di kiri kanan jalan

Bahan keperluan industri berupa padatan yang dapat disimpan di kiri kanan jalan

misalnya gelondongan kayu untuk industri pulp. Gelondongan kayu hasil hutan

setelah diangkut dengan trailer menuju lokasi industri, ditempatkan di kiri kanan jalan

dalan lingkungan industri. Sewaktu-waktu diperlukan dapat dipindahkan ke bagian

pengolahan dengan alat angkut yang ada di industri tersebut.

3

3) Overhead system

Bahan disimpan di lokasi tertentu yang jaraknya agak jauh dengan tempat

pemrosesan. Sistem ini biasanya diterapakan bagi industri di mana lokasi

pemrosesan arealnya sempit. Bahan yang sewaktu-waktu akan digunakan maupun

produk yang sudah jadi segera disimpan di tempat jauh sehingga lokasi pabrik tidak

penuh dengan barang-barang yang dapat mengganggu kenyamanan kerja.

Metode penyimpanan sistem indoor

Metode ini diterapkan untuk bahan yang mudah rusak oleh cuaca, misalnya oleh

cahaya matahari, air, kelembaban udara dan sebagainya. Metode ini antara lain:

1) Timbuan

Bahan ditimbun dalam suatu ruangan, bisa dalam ruangan berdinding dan beratap

rapat maupun hanya dalam ruang beratap saja, tergantung pada sifat bahan. Sebagai

contoh untuk menyimpan beras, tanah liat untuk industry, keramik dan lain-lain.

2) Dalam silo

Bahan disimpan dalam silinder tegak dan bagian bawahnya dibuat semakin kecil. Alat

ini dapat ditaruh pada bagian awal, tengah maupun akhir proses, tergantung kebutuhan.

Bahan yang dapat disimpan dapat berupa tepung, granular ataupun pellet.

Gambar 1. Silo

4

Penyimpanan bahan berupa cairan

Dalam penyimpanan bahan berupa cairan perlu memperhatikan hal-hal sebagi

berikut yang nantinya akan menentukan bentuk, posisi dan bahan penyimpannya, yaitu :

1) daya tahan terhadap cuaca

Hal ini akan menentukan system penyimpanan indoor ataupun outdoor.

2) volatilitas

Volatilitas menunjukkan sifat cairan tersebut mudah menguap atau tidak. Sifat ini akan

menentukan bentuk maupun posisi alat penyimpan.

3) korosifitas

Korosifitas bahan menunjukkan kemampuan bahan menimbulkan korosi terhadap alat

penyimpan, sehingga menentukan bahan penyimpan yang dipakai.

4) jumlah bahan

Jumlah bahan akan menentukan ukuran alat penyimpan.

5) suhu bahan

Bahan yang bersuhu tinggi akan menentukan bahan penyimpan.

6) tekanan bahan

Bahan yang memiliki tekanan besar akan menentukan bentuk, posisi dan bahan

penyimpan.

Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan di atas maka alat penyimpan bahan berupa

cairan dapat dikelompokkan sebagai berikut :

Berdasarkan tekanannya:

1) Tangki bertekanan atmosfer

Tangki ini digunakan untuk menyimpan cairan yang tekanannya sekitar 1 atmosfer

dan tidak berbahaya. Tangki ini bisa terbuka maupun tertutup, tergantung dari tingkat

resikonya. Sebagai contoh untuk menyimpan air mineral diperlukan tangki tertutup.

5

2) Tangki bertekanan

Tangki ini digunakan untuk menyimpan bahan cairan yang memiliki tekanan besar

dan kemungkinan dapat menimbulkan ledakan, misalnya untuk menyimpan asam sulfat

pekat dan sebagainya.

Berdasarkan bentuknya :

a. Silinder

Alat dapat digunakan untuk menyimpan bahan yang tidak mudah menguap

maupun yang mudah menguap.Silinder horizontal biasanya digunakan untuk

penyimpanan sistem indoor (jumlah sedikit), outdoor (jumlah banyak) ataupun

underground (flammable).

Gambar 2. silinder horisontal outdoor

Gambar 3. silinder horizontal underground

6

Silinder vertikal biasanya digunakan untuk menyimpan outdoor dan overground.

Gambar 4. silinder vertikal outdoor

b. Bola

Bentuk ini untuk menyimpan cairan yang sangat volatil dan dalam jumlah besar.

Biasanya untuk penyimpanan secara outdoor, misalnya menyimpan gas CO2 dan

sebagainya.

c. Rectangular

Bentuk ini biasanya untuk menyimpan cairan yang non volatil, bisa indoor maupun

outdoor tergantung sifat bahannya.

Berdasarkan posisinya alat penyimpan bahan cairan dapat dikelompokkan sebagai

berikut :

1) indoor

2) outdoor

Berdasarkan bahannya alat penyimpan bahan cairan dapat dikelompokkan sebagai

berikut :

1) anti korosi

Bahan cairan korosif sebaiknya disimpan dalam penyimpan yang anti korosi seperti

terbuat dari stainless steel, besi dilapis karet dan lain-lain.

2) tidak tahan korosi

Bahan cairan yang tidak korosif dapat disimpan dalam penyimpan yang bahannya tidak

tahan korosi.

7

Penyimpanan bahan berupa gas

Bahan kimia berupa gas dalam jumlah kecil dapat disimpan dalam tangki bertekanan,

misalnya tabung gas asetilen, tabung gas oksigen dan lain-lain. Sedangkan penyimpanan

dalam jumlah besar dapat menggunakan spherical tank.

Gambar 5. Spherical tank

3. Rangkuman 1

Material storage dapat dilakukan di awal, tengah maupun akhir proses. Kemungkinan

bahan kimia yang disimpan berupa padatan, cairan dan gas. Jumlah dan ukuran alat

penyimpan tergantung pada metode operasi, tingkat kemudahan bahan diperoleh dan

kemudahan distrtibusinya.

Penyimpanan bahan kimia berupa padatan sistem outdoor yaitu dengan di bawah

travelling bridge, di kiri kanan jalan dan overhead system. Penyimpanan indoor yaitu

dengan timbunan atau silo.

Penyimpanan bahan kimia berupa cairan dapat dilaksanakan dalam bentuk silinder, bola

dan rectangular. Berdasarkan pada posisinya dapat indoor maupun outdoor, overground

maupun underground.

Penyimpanan bahan kimia berupa gas dapat dilaksanakan dalam tangki bertekanan atau

spherical tank.

8

4. Tugas 1

Carilah data sebanyak-banyak yang berkaitan dengan industri gula dari tebu. Sebutkan

bahan-bahan yang digunakan dalam industri gula maupun produknya, kemudian

tentukan jenis-jenis alat peyimpannya.

5. Tes Formatif 1

1) Apa yang dimaksud penyimpanan sistem indoor dan outdoor?

2) Sebutkan alat penyimpan bahan berupa padatan dan contohnya dipakai untuk

menyimpan apa.

3) Apa saja yang perlu dipertimbangan dalam pemilihan alat penyimpan untuk bahan

berupa cairan?

4) Sebutkan alat penyimpan bahan berupa cairan dan contohnya dipakai untuk

menyimpan apa.

5) Sebutkan alat penyimpan bahan berupa gas dan contohnya dipakai untuk

menyimpan apa.

9

BAB II

GRANULATOR

A. Deskripsi

Granulator adalah alat industri kimia yang digunakan untuk membentuk

granul. Granulator banyak diaplikasikan dalam industri obat – obatan maupun pupuk


1. Tujuan Pembelajaran 2

Setelah pembelajaran ini, siswa diharapkan mampu:

a. Memahami apa yang dinamakan granule

b. Memahami prinsip kerja granulator

c. Menganalisis aplikasi scrubber di industri dengan tepat

2. Uraian Materi 2

2.1. Granul

Granul (granule) adalah hasil proses granulasi dimana partikel dibuat untuk

memiliki bentuk yang lebih besar dengan membentuk partikel menjadi bulatan

atau agregat dalam bentuk yang beraturan.

Gambar 1. Bagan Teknik Granulasi

Proses granulasi dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu metode granulasi kering

dan granulasi basah

10

2.2. Granulator

2.2.1. Single Pot Processor

Alat pencampur / granulator yang mengeringkan hasil butiran dengan

peralatan yang sama tanpa discharge. Prinsip pengeringan didasarkan pada

tekanan vakum di dalam single pot yang menurunkan suhu penguapan cairan.

Sumber panas berasal dari dinding pengering. Metode pemanasan ini efektif

untuk pelarut organik skala kecil atau cairan pengikat dalam jumlah kecil.

Aliran gas dari bagian bawah alat juga bisa dimasukkan ke dalam

single pot untuk menurunkan kadar air .Keterbatasan system ini adalah

terbatasnya sumber energi, bahan yang peka terhadap panas dan

penggunaan air sebagai media granulasi

2.2.2. Fluid bed spray granulation

Granulasi dapat dilakukan dengan menggunakan unggun (bed) yang

dilengkapi dengan nozzle semprot.

2.2.3. Fluidized spray drying (FSD)

Granulasi terjadi dengan umpan cair diionisasi di bagian atas

menara. Setelah cairan diuapkan, partikel yang dihasilkan meninggalkan

ruang pengeringan kemudian dipisahkan dalam siklon

Gambar 2. Fluidized Spray Drying

2.3. Aplikasi Granulasi di Industri

Granulasi banyak ditremui di industri pupuk dan industri obat – obatan pada

pembuatan tablet.

11

3. Rangkuman 2

Granulator adalah proses pembuatan granul yang dapat dilakukan di industri obat

dan pupuk

4. Tugas Formatif 2

Kumpulkan informasi tentang granulator, bandingkan dengan pelletizer.

Diskusikan dengan kelompok Anda dan presentasikan di depan kelas

5. Tes Formatif 2

1. Apa yang dimaksud granulasi

2. Sebutkan macam macam granulator

3. Berikan aplikasi granulator di industri

12

BAB III

SCRUBBING SYSTEM

A. Deskripsi

Scrubbing system adalah system yang prinsip kerjanya mengendalikan partikel padat

maupun cair. Proses pemisahan terjadi dengan bantuan fluida cair maupun

memanfaatkan kecepatan aliran gas




a. Memahami materi partikulat dan menyebutkan alat pengendali partikel dengan

tepat

b. Memahami prinsip kerja scrubber dengan tepat

c. Menyebutkan klasifikasi scrubber dengan tepat

d. Menganalisis aplikasi scrubber di industri dengan tepat

2. Uraian Materi 3

2.1. Materi Partikulat (Particulate Matter)

Particulate Matter (PM), juga disebut partikel polusi adalah istilah

untuk partikel padat dan cairan di atmosfer. Sumber primer particulate matter

adalah pembakaran tidak sempurna, emisi mobil, debu, sedangkan sumber

sekundernya dalah reaksi kimia di atmosfer

Beberapa istilah yang digunakan untuk menjelaskan partikulat, yakni:

a. Dust (debu)

Debu berukuran antara 1-104 μm. Merupakan partikel padat

berukuran kecil yang berasal dari pecahan massa yang lebih besar, terjadi

melalui proses penghancuran, pengasahan, peledakan pada proses atau

penanganan material seperti semen, batubara.

b. Fume (Uap)

Partikel dengan diameter antara 0,03 hingga 0,3 μm. Merupakan

partikel padatan dan halus sering berupa oksida logam, terbentuk melalui

kondensasi uap materi padatan dari proses sublimasi, ataupun pelelehan

logam.

13

c. Mist (kabut)

Partikel dengan diameter kurang dari 10 μm. Berasal dari proses

kondensasi uap air, umumnya tersuspensi dalam atmosfer atau berada

dekat dengan permukaan tanah.

d. Fog (kabut)

Fog adalah mist bila konsentrasi mist cukup tinggi sehingga

menghalangi pandangan.

e. Fly ash (abu terbang)

Fly ash memiliki diameter antara 1 sampai 103 μm yang merupakan

partikel yang tidak terbakar pada proses pembakaran batubara. Fly ash

umumnya terdiri dari material dan logam anorganik.

f. Spray (uap)

Memiliki range diameter antara 10 sampai 103 μm

Partikulat matter (PM) merupakan parameter kualitas udara yang

terdapat dalam regulasi yang diatur baku mutunya. Aturan mengenai

pencemaran udara terdapat dalam Peraturan Pemerintah Nomor 41 Tahun

1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara dan juga Keputusan MENLH

Nomor KEP-45/MENLH/10/1997 tentang Indeks Standar Pencemar Udara.

Klasifikasi partikel menurut EPA (Environmental Protection Agency)

terdiri dari:

1. Total Suspended Particulate (TSP) yaitu partikulat antara 0,1 µm – 30 µm

2. PM10 yaitu partikulat berdiameter kurang dari 10µm

3. PM2,5 adalah partikulat berdiameter kurang dari 2,5 µm yang bertahan di

atmosfer selama berapa jam hingga beberapa hari pada cuaca normal.

Dapat menyebabkan gangguan kesehatan terhadap system pernafasan

manusia

Particulate matter dapat berasal dari berbagai industri, contohnya

industry semen, industry besi dan baja, industry pulp dan kertas, industry

pembangkit listrik, dan kegiatan lain. Sumber lain dapat berasal dari kendaraan

bermotor, incinerator. Dampak dari partikel tersebut adalah mengurangi

visibilitas, menyebabkan korosi logam, merusak bangunan serta gangguan

pernafasan dan kesehatan.

14

Alat Pengendali Partikel

Alat pengendali partikel dapat berupa

1. Alat pengendali partikel dengan system gravitasi

2. Alat pengendali partukel padat dengan system centrifugasi (siklon)

3. Alat pengendali partikel dengan system filtrasi (penyaringan)

4. Alat pengendali partikel dengan system elektrostatik (ESP)

5. Alat pengendali partikel dengan system penyerapan scrubber

2.2. Alat pengendali partikel dengan system penyerapan (scrubber)

Scrubber dapat terdiri dari dry scrubber dan wet scrubber

a. Dry scrubber

Pada dry scrubber prinsip kerjanya adalah dengan mengendalikan

aliran gas yang mengandung partikel padat. Cara mengendalikan aliran gas

tersebut adalah dengan mengubah sifat aliran gas dari laminar menjadi

turbulen yang akan berpengaruh pada kecepatan aliran pertikel padat.

b. Wet scrubber

Pada wet scrubber prinsip kerjanya adalah dengan mengalirkan

fluida cair pada aliran gas, sehingga gas yang mengalir akan difiltrasi fluida

cair tersebut. Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk terjadinya proses

filtrasi adalah :

1. Mengatomisasi fluida cair menjadi pertikel yang didistribusikan dalam

jumlah yang banyak sehingga filtrasi terjadi secara merata

2. Mengalirjan gas melalui genangan fluida cair sehingga partikel akan

mengendap pada genangan air

Type wet scrubber berdasarkan arah aliran gas dan air yaitu

counter current, cross current dan co current. Kelebihan wet scrubber:

1. Mempunyai control yang baik terhadap gas yang dapat larut seperti SOx

dan NOx

2. Pengendali temperature karena pada prosesnya terjadi penggabungan

antara dua jenis fuida dengan perbedaan tempetarure

Air pada wet scrubber dipilih karena tidak korosif, mempunyai

kelarutan dan penyerapan yang tinggi. Dapat juga menambahkan larutan

NaOH sehingga SOx bereaksi dengan soda membentuk garam Na2SO4 yang

selanjutnya dapat disirkulasi.

Untuk aplikasi yang mengkombinasikan dry scrubber dan wet

scrubber dapat dilakukan dengan memanfaatkan prinsip cyclone dan

15

semburan fluida cair (air, NaOH, dsb). Kombinasi ini akan menyebabkan

debu akan terpisah dan polutan yang dapat larut seperti SOx dan Nox akan

terbawa fluida cair.

2.3. Klasifikasi wet scrubber

Wet scrubber dapat dibagi menjadi beberapa alat, seperti spray tower, cyclonic

spray, dynamic scrubber, tray tower, venturi scrubber dan orifice scrubber

2.3.1. Spray tower

Tipe paling sederhana dari wet scrubber adalah spray tower. Partikel yang

terikut pada aliran gasdisemprot dengan fluida cair melalui nozzle. Efisiensi

filtrasi partikel adalah 90% untuk ukuran partikel >5µm, 60-80% untuk partikel

3-5 µm dan 50% untuk partikel < 3 µm.

Gambar 3. Spray Tower

2.3.2. Cyclonic Spray

Perbedaan antara cyclonic spray dengan spray tower adalah dari segi

konstruksi pada bagian aliran udara masuk scrubber, Cyclonic spray memiliki

konstruksi bagian inlet gas yang dibuat pada posisi tangensial sehingga gas

masuk akan mengalami aliran turbulen.

Gambar 4. Cyclonic Spray Scrubber

16

2.3.3. Dynamic Scrubber

Dynamic scrubber memiliki rotor pada konstruksinyauntuk mengarahkan aliran

gas. Rotor pada scrubberdigerakkan dengan motor listrik dengan penempatan

rotor di luar ataupun di dalam konstruksi.

Gambar 5. Dynamic Scrubber

2.3.4. Tray tower

Tray tower scrubber merupakan scrubber vertical yang dilengkapi dengan plat

berlubangyang ditempatkan secara horizontal di bagian dalam. Gas yang

mengalir dari bagian bawah scrubber akan melintas dari lubang – lubang yang

ada pada setiap plat

Gambar 6. Tray Tower

2.3.5. Ventury scrubber

Pada tipe ini konstruksinya mengalami pengecilan diameter lalu mengalamai

pembesaran kembali. Bagian yang memiliki diameter kecil disebut throat

dimana partikel akan mengalami penumpukan

17

Gambar 7. Ventury Scrubber

2.3.6. Orifice scrubber

Pada orifice scrubber gas yang mengalir melewati genangan airsehingga

partkel akan mengendap. Untuk membuang endapan system, digunakan

proses mekanik pada bagian bawah genangan air

Gambar 8. Orifice Scrubber

3. Rangkuman 3

Scrubber adalah pengendali partikel yang banyak disunakan di industri, Prinsip

kerja scrubber adalah menyerap partikel untuk wet scrubber dan memisahkan

partikel dengan mengendalikan aliran gas yang mengandung partikel padat.

4. Tugas 3

Carilah informasi lebih banyak tentang fungsi system scrubber (scrubbing system)

di industri. Parameter apa yang dikendalikan pada system scrubber, serta

bagaimana system pengendalian bekerja. Diskusikan dan paparkan didepan kelas

hasil yang telah anda peroleh

18

5. Tes Formatif 3

1. Apa yang dimaksud dengan Particulate Matter

2. Mengapa particulate matter perlu dikendalikan, dan sebutkan cara

pengendaliannya

3. Jelaskan perbedaan dry scrubber dan wet scrubber

4. Tuliskan aplikasi scruber di industry

19

BAB IV

FURNACE

A. Deskripsi

Furnace adalah alat industri yang prinsip kerjanya memberikan perlakuan

panas terhadap bahan yang diproses. Panas tersebut dimanfaatkan untuk peleburan

bahan, pembentukan sifat bahan maupun pengubahan bentuk bahan


1. Tujuan Pembelajaran 4


a. Memahami prinsip kerja furnace dengan tepat

b. Menyebutkan struktur umum furnace dengan tepat

c. Menyebutkan klasifikasi furnace dengan tepat

d. Menganalisis aplikasi furnace di industri dengan tepat

2. Uraian Materi 4

2.1. Furnace

Furnace adalah ruang pembakaran dan digunakan untuk mengolah

bahan baku pada suhu tinggi baik dalam kondisi padat dan cair. Industri yang

menggunakan furnace adalah industri pembuatan besi dan baja, industri logam,

industri kaca, industri manufaktur, industri pengolahan keramik, maupun industri

semen.

Furnace memberikan perlakuan panas terhadap bahan yang diproses.

Perlakuan panas tersebut memberikan fungsi sesuai proses produksi yang

dikehendaki contoh :

1. Furnace dengan tungku tertutup dimaksudkan untuk pembakaran secara

intensif seperti pada incinerator

2. Furnace pada pengolahan besi dan logam untuk memberikan perubahan

bentuk seperti penggulungan (rolling) dan penempaan (forging)

3. Furnace pada pengolahan logam untuk melelehkan logam sebagai bahan

casting

4. Furnace pada peleburan besi untuk mendapatkan pig iron, besi tuang maupun

peleburan ulang baja

5. Furnace pada industri kaca untuk melebur bahan baku

20

Pengoperasian furnace yang efisien berarti memastikan bahwa panas

yang dipindahkan pada bahan di dalam ruang bakar (combustion chamber)

berjalan optimum. Pengendalian operasi furnace yang efisien adalah

mengkombinasikan antara pengaturan burner (burner management) yang

mencakup keamanan pengapian, safety shutdown, operator interlock dan flame

safety serta pengaturan pembakaran (combustion control) yaitu firing rate, fuel/air

control, tekanan proses dan pertimbangan emisi di atmosfer.

Pemilihan jenis sumber panas untuk furnace mempunyai berbagai

pertimbangan. Sumber panas dapat berasal dari bahan bakar cair, bahan bakar

padat, bahan bakar gas maupun listrik. Hal ini berdasarkan operasi dimana

bahan bakar akan langsung bersentuhan dengan bahan yang diproses. Kadar

sulfur dan partikulat dalam bahan bakar padat akan mempengaruhi hasil bahan,

Jika sulfur tidak diinginkan dalam proses karena berkaitan dengan emisi

cerobong (chimney/stack), maka pemilihan light diesel oil (LDO) dapat menjadi

pilihan

2.2. Struktur Umum Furnace

Gambar 9. Struktur Umum Furnace

Furnace terdiri dari beberapa ruang yaitu:

1. Ruang refraktori (Refractory Bed) yang dibangun dari bahan isolasi untuk

menahan panas pada suhu operasi yang tinggi.

2. Ruang pembakaran (combustion chamber) untuk menyangga atau membawa

baja, yang terdiri dari bahan refraktori dan sebagian didinginkan oleh air.

3. Pembakar (burner) untuk sumber panas dengan bahan bakar minyak atau

gas

21

4. Cerobong (chimney) untuk saluran pembuangan gas hasil pembakaran

5. Pintu pengisian dan pengeluaran

6. Input untuk injeksi grafit dan udara

Furnace memiliki efisiensi yang performanya diukur dengan pemanfaatan

panas buang. Efisiensi furnace tinggi jika panas yang dipindahkan pada bahan di

dalam tungku tinggi. Namun demikian, furnace banyak mengalami kehilangan

panas yang disebabkan oleh:

1. Kehilangan panas melalui gas buang

Panas dari gas buang merupakan bagian dari panas yang berada dalam

gas pembakaran dibagian dalam tungku

2. Kehilangan panas dari kadar air dalam bahan bakar

Bahan bakar yang mengandung kadar air membutuhkan panas yang

lebih untuk menguapkan kadar air dibagian dalam tungku.

3. Kehilangan panas dikarenakan hidrogen dalam bahan bakar

Kehilangan panas ini akibat terjadinya pembentukan air.

4. Kehilangan panas melalui pembukaan dalam tungku

Kehilangan panas ini terjadi jika terdapat bukaan pada penutup tungku.

Selain itu dapat juga dari udara yang tertarik akibat kebocoran atau retakan

5. Kehilangan panas dari dinding tungku/permukaan,

Panas dihantarkan melalui atap, lantai dan dinding dan dipancarkan ke

udara ambien begitu mencapai permukaan tungku.

6. Kehilangan lainnya

Yaitu cara lain dimana panas hilang dari furnace, contohnya :

kehilangan panas dari isolasi, kehilangan selama penanganan bahan (belt

conveyor dll), media pendingin, kehilangan dari pembakaran yang tidak

sempurna serta, kehilangan karena pembentukan kerak.

22

Gambar 10. Furnace untuk Peleburan Kaca

2.3. Macam – macam Furnace

Furnace dapat digolongkan menjadi beberapa jenis, antara lain:

1. Berdasarkan sumber panasnya, furnace diklasifikasikan menjadi furnace

dengan bahan bakar (minyak /oil fired, batubara/coal fired dan gas/gas fired.)

serta furnace dengan listrik.

2. Berdasarkan cara pemuatan bahan, dapat digolongkan menjadi batch

(intermitten/berkala) dan kontinyu

3. Berdasarkan cara pemanfaatan kembali panasnya berupa furnace rekuperatif

dan regenerative

2.4. Aplikasi Furnace di Industri

Aplikasi furnace di industri dapat terdiri dari fungsi fisik dan fungsi kimia

seperti pada Tabel 1

Tabel 1. Aplikasi Furnace di Industri

Proses yang

terjadi Tujuan Sumber Energi Suhu Tipe Furnace

Karbonisasi Konversi

batubara

menjadi kokas

Bahan bakar cair 1000-1200 Coke Oven

Kalsinasi Menghilangkan

CO2 dari

CaCO3 pada

produksi

semen

Bahan bakar fosil 1200 Rotary kiln

Pembakaran Oksidasi sulfit Minyak dan gas Dibawah Tipe batch dan

23

Proses yang

terjadi Tujuan Sumber Energi Suhu Tipe Furnace

titik leleh

bahan

kontinyu

Sintering Menghasilkan

partikel yang

bersifat

compact

Bahan bakar fosil

maupun listrik

Dibawah

titik leleh

bahan

Sintering

furnace

Reduction

smelting

1. Produksi

logam

panas

2. Produksi

Lead

3. Produksi

Zinc

Bahan bakar fosil

dan kimia

1700-1800 1. Iron blast

furnace

2. Lead blast

furnace

3. Zn blast

furnace

Elektrolisis

molten salt

Produksi Na,

Al dan Mg

Listrik 700-900 Hall Heroult

cell

Pemurnian Produksi baja Listrik dan kimia 1600 LD converter

Furnace listrik

Peleburan Produksi

casting dari

logam dan

alloy (paduan)

Listrik dan bahan

bakar fosil

Diatas titik

leleh logam

Induction

furnace

Reverberatory

furnace

Melting

furnace

3. Rangkuman 4

Furnace digunakan di industri pembuatan besi dan baja, industri logam, industri

kaca, industri manufaktur, industri pengolahan keramik, maupun industri semen.

Prinsip kerja furnace adalah memberikan perlakuan panas terhadap bahan.

Furnace menggunakan sumber panas yang dapat berasal dari bahan bakar padat,

bahan bakar cair maupun bahan bakar gas ataupun menggunakan listrik.

4. Tugas 4

Carilah informasi lebih banyak tentang pengendalian panas di dalam furnace

berkaitan dengan suhu operasi yang tinggi. Peralatan apa yang digunakan untuk

control temperature pada furnace, serta bagaimana system pengendalian suhu

bekerja. Kumpulkan informasi tentang pengoperasian furnace, pergantian

operatornya hingga sistem perawatan furnace. Diskusikan dan paparkan didepan

kelas hasil yang telah anda peroleh

24

5. Tes Formatif 4

1. Apa yang Anda ketahui tentang intermitten dan continuous furnace

2. Parameter apakah yang dijadikan indikasi bahwa furnace bekerja dengan

efisiensi yang optimum

3. Sebutkan aplikasi furnace di industri

25

BAB V

PENGOLAHAN DATA

A. Deskripsi

Pengolahan data adalah proses yang bertujuan untuk mengolah data sehingga dapat

diambil kesimpulan dan hubungan antar variable pada data yang didapatkan




a. Melakukan pengolahan data dengan tepat

b. Menganalisis data dengan pendekatan grafis dengan tepat

2. Uraian Materi 5

2.1. Teknik Pengolahan Data

Dalam kegiatan pembelajaran, siswa akan menemui data – data hasil

percobaan yang dilakukan. Dalam praktikum Operasi Teknik Kimia, Proses

Industri kimia, Pengontrolan proses sebagian besar kegiatan belajar mengajar

akan melakukan pengolahan data untuk membandingkan antara teori yang

didapatkan dan percobaan yang dilakukan. Pengolahan data diperlukan agar

hasil percobaan mampu memberikan informasi dan memudahkan untuk

menyusun pembahasan serta menarik kesimpulan. Data percobaan disusun

dalam bentuk tabel dan kemudian akan diolah untuk kemudian ditampilkan

dalam bentuk persamaan maupun dalam bentuk grafis

2.2. Metode Grafis

Secara umum data-data hasil percobaan dapat dibentuk menjadi

beberapa bentuk grafis dengan persamaan pendekatan yang tertentu.

2.2.3. Persamaan linier

Bentuk umum persamaan linier adalah y = ax + b. Grafik yang terbentuk

dari persamaan linier seperti terlihat pada Gambar 11

26

Gambar 11. Grafik dengan Persamaan Linier

Percobaan dengan persamaan linier seperti terlihat pada Contoh 1

Contoh 1

Siswa A melakukan percobaan evaporasi yang bertujuan untuk

mendapatkan kadar larutan gula akhir setelah proses evaporasi yang

berlangsung selama 45 menit dengan suhu evaporasi 130°C. Data yang

didapatkan untuk kurva standar pada praktikum evaporasi terlihat pada Tabel

Tabel 2. Data untuk Kurva Standar

No Kadar gula

(%)

Massa Jenis

(g/ml)

1 0,01 1,0052

2 0,02 1,0072

3 0,03 1,0123

4 0,04 1,0175

5 0,05 1,0217

Grafik percobaan yang didapatkan dari percobaan tersebut terlihat pada Gambar

Gambar 12. Grafik Hubungan antara Kadar Gula dan Berat Jenis

27

Persamaan untuk mendapatkan harga konstanta pada persamaan linier

tersebut diselesaikan dengan menggunakan Persamaan Least Square

…………………………………………………….. (1)

……………………………………………. (2)

……………………………………. (3)

Dimana y adalah nilai pada ordinat (sumbu y), x adalah nilai pada absis

(sumbu x), a=slope dan b = intercept serta n = jumlah pasangan data.

Penyelesaian persamaan dapat menggunakan substitusi, eliminasi, metode

matriks dll.

Sedangkan untuk persamaan yang langsung ditujukan untuk

mendapatkan nilai a dan b dapat dilihat pada persamaan (4) dan (5)

…………………………………………….. (4)

…………………………………………… (5)

Buatlah persamaan pendekatan dari percobaan evaporasi dengan data

pada Tabel 1.

Penyelesaian

Karena pada plot data diperoleh grafik yang hampir linier, maka

persamaan pendekatannya adalah linier y = ax +b. Dimana y adalah berat jenis

dan x adalah kadar gula

Tabel 3. Pengolahan Data dengan Least Square

No x y x2 xy

1 0,01 1,0052 0,0001 0,0101

2 0,02 1,0072 0,0004 0,0201

3 0,03 1,0123 0,0009 0,0304

4 0,04 1,0175 0,0016 0,0407

5 0,05 1,0217 0,0025 0,0511

Total ∑x = 0,15 ∑y = 5,0639 ∑x2 = 0,0055 ∑xy = 0,1524

Persamaan yang diperoleh dari memasukkan variabel ke dalam

persamaan (2) dan (3)

…………………………………… (6)

28

…………………………………… (7)

Penyelesaian persamaan (6) dan (7) tersebut akan memberikan nilai a = 0,480

dan b = 0,9984

Dengan cara langsung menggunakan persamaan (4) dan (5) didapatkan hasil

……………………………………. (8)

……………………………………. (9)

Hasil perhitungan akan mendapatkan nilai a = 0,483 dan b = 0,9983

Pada penggunaan aplikasi pengolah data seperti Excel, akan lebih

memudahkan siswa untuk mengolah data hasil percobaan. Penggunaan Excel

untuk mencari persamaan linier dimulai dengan langkah – langkah

1. Tuliskan data ke dalam kolom dan baris sesuai absis dan ordinat

2. Klik data percobaan, Insert chart, pilih scatter dan lengkapi grafik dengan title,

serta axis tittle

3. Klik kanan salah satu data percobaan, pilih add trendline, linear dan display

equation on chart. Tampilan akan terlihat seperti Gambar 13

Gambar 13. Plotting Data x dan y

Grafik akan menunjukkan plotting data dan didapatkan

nilai a = 0,433 dan nilai b = 0,9998.

2.2.4. Persamaan logaritmik

Pada persamaan logaritmik, bentuk umum persamaannya adalah y =

axn. Untuk penyelesaian persamaan logaritmik dapat dilakukan pendekatan

sebagai berikut:

………………………………………………..…… (10)

……………………………………………….... (11)

……………………………..…………... (12)

29

Akan didapatkan persamaan linier y’ = ax’ + b. Dimana y’ = log y, a = n,

x’ = log x dan b = log a, dimana n adalah slope dan log a adalah intercept.

Persamaan didapatkan dengan plot antara log x vs log y.

Gambar 14. Log x vs Log y Pada Persamaan Linear

Percobaan dengan persamaan tersebut seperti terlihat pada Contoh 2

Contoh 2.

Pada rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isoterm

adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh

Freundlich. Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai

permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penyerapan

yang berbeda-beda. Persamannya adalah:

……………………………….. (13)

Dimana x = banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi, m = massa

adsorben, C = konsentrasi adsorben, k dan n = konstanta adsorben

Data yang didapat

Tabel 4. Data Percobaan Adsorpsi

No

Massa

(gram)

Konsentrasi asam (N) x

(gram) log C

Awal Akhir ∆C

1 1,0010 0,4950 0,4700 0,0250 0,1500 0,1498 -0,8239 -1,6021

2 1,0020 0,2460 0,2330 0,0130 0,0900 0,0898 -1,0458 -1,8861

3 1,0025 0,1280 0,1100 0,0180 0,1080 0,1077 -0,9666 -1,7447

4 1,0014 0,0620 0,0520 0,0100 0,0600 0,0599 -1,2218 -2,0000

5 1,0008 0,0310 0,0290 0,0020 0,0140 0,0143 -1,8539 -2,6990

30

No

Massa

(gram)

log C

-log C

1 1,0010 -

0,8239

-

1,6021

0,8239 1,6021

2 1,0020 -

1,0458

-

1,8861

1,0458 1,8861

3 1,0025 -

0,9666

-

1,7447

0,9666 1,7447

4 1,0014 -

1,2218

-

2,0000

1,2218 2,0000

5 1,0008 -

1,8539

-

2,6990

1,8539 2,6990

Penyelesaian

………………………..…………. (14)

…………………………… (15)

…………………… (16)

…………… (17)

Hal ini sesuai dengan persamaan y’ =ax’ + b

No -log C

x’

y’

x’2 xy

1 1,6021 0,8239 2,5667 1,3200

2 1,8861 1,0458 3,5574 1,9725

3 1,7447 0,9666 3,0440 1,6864

4 2,0000 1,2218 4,0000 2,4436

5 2,6990 1,8539 7,2846 5,0037

Jumlah ∑x’ = 9,9319 ∑y’ = 5,9120 ∑x’2 = 20,4527 ∑xy = 12,4262

31

Persamaan yang diperoleh dari memasukkan variabel ke dalam

persamaan (2) dan (3)

…………………………………… (18)

…………………………… (19)

Penyelesaian persamaan (18) dan (19) tersebut akan memberikan nilai

a = 0,9427 dan b = -0,6902

Dengan cara langsung menggunakan persamaan (4) dan (5) didapatkan hasil

……………………………………. (20)

………………………………. (21)

Hasil perhitungan akan mendapatkan nilai a = 0,9427 dan b = -0,6902

Dengan mengganti harga a dan b maka persamaan adsorbsi akan menjadi

dimana diperoleh harga 1/n dan k

nilai k = 0,6902

………………………..……………………………. (22)

…………………………………………………… (23)

Dengan adanya data ini, maka dapat dicari harga x model.

Perbandingan antara x data dan x model akan memberikan % kesalahan. Cara

lain adalah dengan menghitung koefisien determinasi (R2) dan besarnya Sum of

Square Error (SSE) dengan rumus

…………………… (22)

Setelah itu, untuk penentuan model yang sesuai digunakan koefisien

determinasi (R2) yaitu perbandingan sum of square the regression (SSR) dan

total sum of squares (SST) menurut persamaan berikut:

……………………………………………….…… (23)

32

Dimana

…………………………………………….. (24)

…………………………………………….. (25)

Karena SST = SSR – SSE, dimana

…………………………………………….. (26)

Maka persamaan menjadi:

…………………………………………………….. (27)

Hasil perhitungan

Untuk cara yang paling mudah dengan metode plot garis lurus terlihat

pada Tabel 1

Tabel 5. Ringkasan Persamaan Grafis dan Penyelesaiannya

Persamaan Penyelesaian

Plot y vs x

Plot log y vs log x

Plot y vs 1/x

2.3. Metode Interpolasi

Metode interpolasi dibutuhkan pada saat dibutuhkan informasi yang

bersumber dari tabel contoh : logaritma, fungsi trigonometri, steam properties,

tekanan uap dan lain sebagainya dimana data diberikan dalam bentuk tabel

standar untuk referensi.

Persamaan interpolasi

Sehingga persamaan akan menjadi

33

Misal pada pasangan data

X Y

X0 Y0

X1 Y1

X2 Y2

Dimana pasangan data variabel bebas dan terikat yang diketahui menggunakan

indeks 0 dan 2, dan data yang ingin dicari melalui interpolasi menggunakan

indeks 1 seperti pada Gambar 15

Gambar 15. Grafik Interpolasi

Contoh

Pada steam tabel pada steam jenuh terdapat nilai Hfg untuk masing-masing

temperature sebagai berikut :

T, oF Hfg

100 950

120 942

150 935

Berapa harga Hfg pada T = 130 oF?

Penyelesaian ;

H130 = H120 + )()120150(

)120130(120150 HH

= 942 + )942935(30

10

= 942 – 2,333

= 939,667

34

3. Rangkuman 5

Pengolahan data dapat dilakukan untuk membandingkan antara teori yang

didapatkan dan percobaan yang dilakukan. Pengolahan data diperlukan agar hasil

percobaan mampu memberikan informasi dan memudahkan untuk menyusun

pembahasan serta menarik kesimpulan.

4. Tugas Formatif 5

Lakukan percobaan evaporasi dengan variasi larutan gula sebanyak 10, 20, 30, 40

dan 50%. Hitung berat jenis larutan tersebut dan susunlah persamaan garis dari

kurva standar yang didapatkan

5. Tes Formatif 5

1. Apa yang dimaksud persamaan linier, bagaimana suatu data percobaan

didekati dengan persamaan linier

2. Apa yang dimaksud dengan persamaan logaritmik, susunlah persamaan yang

dapat memberikan penyelesaian persamaan logaritmik dalam persamaan linier

35

BAB VI

BASIC SYSTEM CONTROL

A. Kegiatan Belajar 1 (Sejarah Perkembangan Instrumen Dan Sistem Kontrol)

1. Tujuan Kegiatan Pembelajaran 1

Setelah mempelajari pembelajaran 1, siswa diharapkan dapat:

a. Tujuan dari penerapan sistem instrumentasi dan kontrol di dalam industri

proses

b. menyebutkan apa saja yang termasuk dalam sistem instrumentasi dan

kontrol

2. Uraian Materi 1

Pengukuran yang teliti dan sistem kontrol yang tepat dalam industri proses,

dapat menghasilkan harga variable fisika dan kimia dari sistem yang sesuai

dengan harga perancangannya. Hal ini akan dapat menghemat biaya operasi

serta perbaikan hasil produksi.

Sebagai contoh, harga temperature yang tepat dalam pemprosesan

minyak mentah (crude oil) akan menghasilkan produk terbaiknya. Jika harga

temperature ini digunakan untuk mengontrol aliran atau jumlah bahan bakar yang

digunakan didalam proses pemanasan, maka tidak akan terjadi “overheating”

pada proses tersebut sehingga jumlah bahan bakar dapat dihemat.

Tujuan dari penerapan sistem instrumentasi dan kontrol di dalam industri

proses adalah berkaitan dengan segi ekonomis. Oleh karena itu instrumentasi dan

sistem kontrol yang diterapkan diharapkan dapat menghasilkan :

a. Kualitas produk yang lebih baik dalam waktu pemrosesan yang lebih singkat.

b. Biaya produksi yang lebih murah, oleh karena :

Penghematan bahan mentah dan bahan bakar.

Peningkatan efisiensi waktu mesin dan pekerja.

Pengurangan produksi yang rusak (off spec.).

c. Peningkatan keselamatan personil dan peralatan.

d. Pengurangan polusi lingkungan dari bahan limbah hasil proses.

Berdasarkan ini, maka beberapa hal yang termasuk dalam sistem instrumentasi

dan kontrol meliputi :

36

a. Karakteristik proses.

b. Sistem pengukuran.

c. Pemrosesan data otomatis.

d. Sistem pengontrolan dengan elemen kontrol akhir (final control element).

Keempat butir sistem instrumentasi dan kontrol tersebut di atas sudah dilakukan

sejak awal oleh setiap orang yang ingin memperoleh harga tertentu dari suatu

besaran fisika. Gambar 2.1 menunjukkan bagaimana seseorang ingin memperoleh

temperature air yang sesuai dengan keinginanya, dimana semua sistem

dioperasikan oleh manusia secara manual.

a. Sebagai proses adalah pemanasan air dengan sumber kalor dari steam.

b. Sebagai alat ukur adalah tangan kanan pemakai.

c. Sebagai prosesor adalah otak pemakai, yang akan mengevaluasi apakah

temperature air sudah sesuai dengan keperluannya.

d. Sebagai sistem control dan final control elemen adalah tangan kiri pemakai

dan kran steam.

Jadi langkah sederhana ini telah mencakup semua langkah dalam sistem

instrumentasi dan kontrol pada industri proses yang dilakukan secara manual.

Gambar 1. Pengaturan temperature air secara manual

Dalam pengembangan selanjutnya, sistem pada gambar 1 dikembangkan

sehingga tidak semua langkah dalam proses dilakukan oleh manusia, lihat

gambar 2 Dalam sistem ini, temperature yang dikehendaki (set point

temperature) dapat ditentukan sebagai suatu acuan, sedangkan alat ukur

temperature dilakukan oleh sensor pressure thermometer, sistem kontrol dan

37

final control elemennya dilakukan oleh sistem pneumatik dan katup pengontrol

control valve).

Gambar 2. Pengaturan temperature air secara pneumatic

Dalam perkembangan yang terakhir ini (gambar 3), langkah pengukuran,

pemprosesan data dan pengontrolan berbagai besaran fisika atau kimia tidak

dilakukan secara terpisah, tetapi dilakukan secara simultan. Hal ini memerlukan

suatu processor yang dapat mengkoordinasi hasil pengukuran dan tindak lanjut

berdasarkan pilihan algoritma yang dapat digunakan dalam mengkoordinasi

langkah sistem instrumentasi. Juga berdasarkan kemampuannya dalam

melakukan pemantauan dan pengolahan data, selanjutnya mengeluarkan hasil

pengolahan untuk memicu final control element pada proses

Gambar 3. Sistem Instrumentasi berbasis komputer

38

Perkembangan instrumentasi dan sistem kontrol yang dimulai tahun 1930

hingga saat ini, dipengaruhi dua faktor, yaitu ; kebutuhan pemakai dan

kemajuan teknologi. Kebutuhan pemakai dalam menangani proses yang semakin

rumit dan besar ini akan menuntut peningkatan teknologi sistem kontrol.

Dalam mengatasi hal ini maka pemilik pabrik (owner) berusaha lebih

meningkatkan sistem otomatisasi pada pabrik untuk tujuan optimasi

pengoperasian pabrik. Sesuai dengan kebutuhan pemakai ini, maka para

pemasok (vendor) peralatan instrumentasi dan kontrol menawarkan sistem yang

terintegrasi antara pemantauan, pengontrolan, serta sistem peyimpanan dan

pengambilan data.

Kemajuan teknologi dalam bidang elektronika juga merupakan faktor

yang menentukan cepatnya perkembangan instrumentasi dan sistem kontrol.

Pada masa sebelum tahun 70-an, instrumentasi pneumatik yang menggunakan

teknologi flapper-nozzle, tubing tembaga dengan angin instrument merupakan

instrumentasi yang tergolong teknologi tinggi pada saat itu. Perkembangan

transistor dan rangkaian analog yang terintegrasi pada awal tahun 70-

an menghasilkan kemampuan dan meningkatkan kehandalan instrumentasi dan

sistem control elektronik. Kemajuan ini mengakibatkan instrumentasi dan sistem

kontrol dengan teknologi elektronik analog dapat menggantikan teknologi

pneumatik.

Perkembangan teknologi komputer digital yang didukung oleh

perkembangan yang pesat di bidang mikro-elektronika (microprocessor) di

pertengahan tahun 70-an telah memberikan dampak yang positif dan nyata pada

instrumentasi dan sistem kontrol pada industri proses, termasuk pula di industri

pengolahan minyak dan gas bumi serta industri kimia. Perkembangan teknologi

ini mengakibatkan instrumentasi dan sistem kontrol berbasis teknologi digital

dapat menggantikan teknologi elektronik analog pada banyak penerapannya.

Sejalan dengan ditemukannya komponen elektronik yang berkemampuan

tinggi sebagai perangkat keras (hardware) dan diikuti pula dengan perkemangan

perangkat lunak (software) yang demikian majunya, telah melahirkan konsep-

konsep baru di dalam dunia instrumentasi dan sistem kontrol. Sistem baru ini

berkembang sangat pesat dan dikenal sebagai teknologi Programmable Logic

Controller (PLC) dan Distributed Control System(DCS).

Pada awal tahun 80-an, perkembangan teknologi microprocessor sangat

39

cepat dan diikuti dengan perkembangan perangkat lunak serta operating system

UNIX yang semakin maju, maka diikuti juga dengan perkembangan teknologi

DCS berbasis operating system UNIX.

Pada awal tahun 90-an setelah diluncurkan operating system berbasis Windows

dan didukung dengan perkembangan teknologi microprocessor dengan kemampuan

lebih besar, maka teknologi DCS memasuki babak baru yang luar biasa dalam dunia

instrumentasi dan sistem kontrol yaitu DCS berbasis Windows. Operator console yang

sebelumnya menggunakan special computer/monitor digantikan dengan Personal

Computer (PC).

Selanjutnya pada akhir tahun 90-an, teknologi instrumentasi dan sistem kontrol

berbasis DCS memasuki era baru yaitu Open Network Technology (teknologi dimana

sub-system DCS dapat terhubung secara langsung dengan jaringan DCS tanpa

menggunakan Gateway sebagai network converter) dengan menggunakan Ethernet

(TCP/IP) sehinga memudahkan mengimplementasikan aplikasi seperti ; PIMS (Plant

Information Management System), KMS (Knowledge Management System), Enhanced

Regulatory Control (ERC), Advanced Process Control (APC), Plant Optimization dan

lain-lain.

Sistem Kontrol Tradisional

Pada awalnya sistem kontrol yang terdapat di kilang minyak adalah

konsep yang sekarang dikenal dengan sebutan sistem kontrol terdistribusi

(gambar 2.4). Pada konsep ini, peralatan instrumentasi dan sistem kontrol

didistribusikan di seluruh plant, dimana operator dapat membaca set point dan

mengatur keluaran. Namun antara satu sistem kontrol dengan sistem kontrol

yang lain tidak dihubungkan, sehingga operator harus bertugas

mengkoordinasikan sistem kontrol yang terdistribusi tersebut. Komunikasi yang

digunakan untuk mengintegrasikan pengoperasian kilang dilakukan dengan

komunikasi verbal antara satu operator dengan yang lain (interface antara

manusia - manusia). Konsep ini tentunya hanya dapat dilakukan pada proses

yang tidak rumit dan kecil.

40

Gambar 4. Sistem Kontrol Tradisional

Setelah ditemukan instrumentasi dan system control pneumatik yang

terhubung langsung pada tahun 1930, konsep architecture sistem kontrol masih

sama dengan sebelumnya, dimana elemen kontrol seperti sensor, controller dan

hubungan antara operator dengan actuator tetap tersebar di seluruh plant.

Situasi ini terus berubah sesuai dengan meningkatnya kapasitas dan

kerumitan kilang. Suatu hal yang sulit untuk tetap mempertahankan architecture

dimana setiap elemen kontrol tersebar di setiap lokasi. Akhirnya pada awal

tahun 60-an setelah ditemukan sistem transmitter jenis pneumatik, membuat

architecture sistem kontrol berubah menjadi terpusat dimana monitoring dan

pengendalian proses dilakukan dari ruang kendali (control room) lihat gambar 5.

(interface manusia – mesin).

Gambar 5. Sistem Kontrol Pneumatic terpusat di Control Room

Mekanisme sistem kontrol dengan architectur terpusat seperti ini

41

dilakukan dengan cara ; pengukuran proses variabel dilakukan oleh sensor di

lapangan, kemudian hasil pengukuran ditransmisikan oleh transmiiter ke

controller yang berlokasi di ruang kendali. Selanjutnya sinyal kontrol yang

diinginkan ditransmisikan kembali ke actuator pada unit proses. Keuntungan

architecture ini adalah semua informasi yang diperlukan dapat ditampilkan di

ruang kontrol sehingga mudah dilihat oleh operator dengan demikian operator

dapat dengan mudah mengontrol kilang.

Pada awal tahun 70-an, architecture sistem control terpusat bergeser dari

pneumatik menjadi elektronik. Perubahan ini mengurangi biaya pemasangan

sistem kontrol dan waktu tunda (lag time) yang terjadi pada sistem kontrol

pneumatik. Selain itu penggantian sistem kontrol pneumatic (3-15 psig atau 0.2-

1.0 kg/cm2g) menjadi elektronik (4-20 mA atau 1-5 V) juga mengganti tubing

yang diperlukan untuk sistem pneumatik menjadi kabel. Keuntungan system

control elektronik ini, memungkinkan pabrik lebih mudah diperbesar atau

dikembangkan.

Sistem Kontrol Berbasis Komputer

Kelanjutan evolusi sistem kontrol tradisional adalah sistem kontrol

berbasis computer. Penerapan computer dalam industri pertama dipasang pada

stasiun pembangkit tenaga listrik untuk monitoring plant. Penemuan ini

memberikan kemampuan data acquisition yang sebelumnya tidak ada, dan

membebaskan operator dari pengoperasian plant berupa pengambilan dan

penyimpanan data yang selama ini berulang dilakukan oleh operator.

Dalam waktu singkat setelah itu, sistem kontrol computer dipasang di

pabrik kimia dan kilang. Penerapan ini masih menggunakan sistem control

analog elektronik sebagai controller utama. Komputer difungsikan sebagai

supervisory dimana menggunakan data masukan yang tersedia untuk

menghitung setpoint control yang menghasilkan kondisi operasi yang efisien,

selanjutnya setpoint ini dikirim ke controller analog yang berfungsi sebagai

pengontrol loop tertutup. Kemampuan supervisory computer dalam mengambil,

memperagakan dan menyimpan data yang dibutuhkan operator dapat

memperbaiki pengoperasian pabrik dan menghasilkan nilai ekonomi yang

optimum.

Tahap selanjutnya evolusi sistem kontrol computer pada proses adalah

penggunaan computer pada loop control utama, biasa disebut Direct Digital

Control (DDC) lihat gambar 2.6. Dalam pendekatan ini, pengukuran proses

42

dilakukan computer secara langsung, computer menghitung keluaran

kontrolnya, kemudian mengirimkan keluaran tersebut secara langsung ke alat

penggerak (final element).

Sistem DDC tersebut pertama kali dipasang tahun 1970 pada pabrik

kimia. Untuk keamanan, sistem kontrol analog elektronik masih disediakan,

untuk menjamin proses tetap berjalan meskipun computer mengalami

kegagalan (failure). Ini disebabkan karena pada awal sistem DDC masih

terdapat masalah kehandalan perangkat keras computer. Meskipun ada

masalah tersebut, ternyata sistem kontrol digital mempunyai kemampuan jauh

lebih besar dari sistem kontrol analog dalam hal penalaan (tuning) parameter

dan set point. Algoritma control yang rumit dapat diterapkan untuk memperbaiki

pengoperasian plant, dan tuning parameter loop control dapat diset secara

adaptif (self tuning) mengikuti perubahan kondisisi operasi.

Gambar 6. Sistem Kontrol Direct Digital Control (DDC)

Sistem Kontrol Berbasis DCS

Architecture sistem control proses berbasis Distributed Control System

(DCS) mulai diperkenalkan dalam era industri proses sekitar tahun 1976. Dari

perkembangan DCS pertama kali hingga tahun 1995, telah terjadi penambahan

fungsi dan modifikasi sehingga pengunaannya menjadi lebih user friendly dan

perawatan yang mudah.

43

Gambar 7. Sistem Kontrol Distributed Control System (DCS)

DCS adalah suatu jaringan computer control yang dikembangkan untuk

tujuan monitoring dan pengontrolan proses variable pada industri proses.

Sistem ini dikembangkan melalui penerapan teknologi microcomputer,

software dan network. Sistem hardware dan software mampu menerima sinyal

input berupa sinyal analog, digital maupun pulsa dari peralatan instrument di

lapangan. Kemudian melalui fungsi feedback control sesuai algorithm control (P.

PI. PID, dll) maupun sequence program yang telah ditentukan, sistem akan

menghasilkan sinyal output analog maupun digital yang selanjutnya digunakan

untuk mengendalikan final control element (control valve) maupun untuk tujuan

monitoring, reporting, dan alarm.

Perlu diperhatikan disini bahwa fungsi kontrol tidak dilakukan secara terpusat,

melainkan ditempatkan di dalam satellite room (out station) yang terdistribusi di

lapangan (field). Setiap unit proses biasanya memiliki sebuah out station, di dalam out

station tersebut terdapat peralatan controller (control station & monitoring station). Oleh

karena peralatan tersebut berfungsi sebagai fasilitas untuk koneksi dengan perlatan

instrumen lapangan (instrument field devices), maka peralatan tersebut sering juga

disebut sebagai process connection device.

44

Gambar 8. Distributed Control System

Architecture DCS dapat dilihat pada gambar 9 yang secara garis besar terdiri

dari tiga bagian utama yaitu ; Man-Machine Interface, Process Connection Device dan

Data Communication Facilities.

Man-Machine Interface (MMI) atau operator station berfungsi sebagai pusat

monitoring dan pengendalian proses di lapangan, dan ditempatkan secara terpusat di

dalam ruang kendali (control room). Fungsi utama operator station adalah sebagai layar

minitor untuk menampilkan, mengoperasikan, serta me-record data-data yang diperoleh

dari controller yang ditempatkan di out station.

Process Connection Devices atau disebut juga Field Control Station yang

berfungsi sebagai peralatan controller (control station & monitoring station) terdiri dari

module-modul CPU (Processor), I/O Module, Communication Module dan Power Supply

Module, dlll.

Data communication facilities berfungsi sebagai media komunikasi data secara

real time antara station-station yang terhubung pada communication-bus (data-hiway),

terutama antara control station, monitoring station dengan operator station.

45

Ethernet

Gambar 9. Architecture Distributed Control System

Pertamina, khususnya Direktorat Pengolahan telah

mengimplementasikan teknologi DCS hampir di seluruh Unit Pengolahan untuk

monitoring dan pengontrolan operasi kilang, antara lain :

1. UP-II (Foxboro)

2. UP-III (Honeywell & Yokogawa)

3. UP-IV (Yamatake-Honeywell)

4. UP-V (Honeywell & Yokogawa)

5. UP-VI (Yokogawa)

3. Rangkuman 1

Operasi di industri sangat bergantung pada pengukuran dan pengendalian

besaran proses. Beberapa besaran proses yang harus diukur dan dikendalikan

pada suatu industri proses, misalnya aliran (flow) di dalam pipa, tekanan

(pressure) didalam sebuah vessel, suhu (temperature) di unit heat exchange,

serta permukaan (level) zat cair di sebuah tangki. Sistem control secara cepat

mengalami perubahan dari tradisional sampai terakhir menggunakan DCS.

4. Tugas 1

Identifikasikanlah sistem pengontrolan di Industri Petrokimia

ooo

ENG HIS

HIS

Dual Redundant V-net

Subsyste

m

Discrete I/O

/ Analog I/O

Fieldbu

s

Operation

Major Components:

HIS: Human Interface

Station

ENG: Engineering Station

FCS: Field Control Station

FIO : Field Network I/O

Ethernet: Information

Bus

V-net: Real-time Control

Bus

FCS (FIO)

46

5. Tes Formatif 1

a. Sebutkan prinsip kerja sistem kontrol secara tradisional

b. Sebutkan prinsip kerja sistem kontrol secara DDC

c. Sebutkan prinsip kerja sistem kontrol secara DCS

B. KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 : PENGUKURAN FLOW


Siswa dapat:

a. Menyebutkan macam-macam alat ukur flow

b. Mendiskripsikan prinsip kerja masing-masing alat ukur flow

c. Membaca skala ukur flowmeter

2. Uraian Materi 2

Umum

Alat ukur (measuring device) adalah alat yang berada di lapangan (field)

untuk mengukur variable proses seperti flow, pressure, level dan temperature.

Pada industri proses output data dari alat ukur akan ditransmisikan ke ruangan

control (control room) untuk diproses lebih lanjut dalam kaitannya dengan sistem

kontrol.

Pemilihan jenis alat ukur yang sesuai dan terbaik untuk mengukur suatu

variable proses, sering kali sukar dilaksanakan, bahkan seorang engineer yang

berpengalaman dan sudah mempunyai metoda pemilihan akan mengalami

demikian.

Pemilihan dapat lebih sederhana bilamana semua kondisi operasi (service

condition) yang dipersyaratkan diketahui. Beberapa pengukuran memerlukan lebih

informasi dibanding dengan yang lain. Sebagai contoh, beberapa kondisi operasi

dan stream characteristic harus diketahui untuk aplikasi pengukuran aliran (flow)

dibanding untuk peralatan pengukuran tekanan (pressure). Oleh karena itu sangat

penting untuk mendaftar semua informasi yang berhubungan dengan pemilihan

alat ukur yang dimaksud.

47

Pengukuran Aliran Fluida (Flow Measurements)

Pengukuran aliran fluida adalah sangat penting di dalam suatu industri

proses seperti kilang minyak (refinery), pembangkit listrik (power plant) dan

industri kimia (petrochemical). Pada industri proses seperti ini, memerlukan

penentuan kuantitas dari suatu fluida (liquid, gas atau steam) yang mengalir

melalui suatu titik pengukuran, baik didalam saluran yang tertutup (pipe) maupun

saluran terbuka (open channel). Kuantitas yang ditentukan antara lain ; laju aliran

volume (volume flow rate), laju aliran massa (mass flow rate), kecepatan aliran (flow

velocity).

Instrumen untuk melakukan pengukuran kuantitas aliran fluida ini disebut

flowmeter. Pengembangan flowmeter ini melalui tahapan yang luas mencakup

pengembangan flow sensor, interaksi sensor dan fluida melalui penggunaan teknik

komputasi (computation techniques), transducers dan hubungannya dengan unit

pemprosesan sinyal (signal processing units), serta penilaian dari keseluruhan

sistem di bawah kondisi ideal, kondisi gangguan (disturbed), kasar (harsh), kondisi

berpotensi meledak (explosive conditions) serta pada lokasi laboratorium dan

lapangan (field).

Beberapa jenis flowmeter yang sering digunakan di dalam industri proses dapat

dikelompokkan sebagai berikut :

No Flowmeter

1. Differential Pressure Orifice

Venturi Tube

Flow Nozzle

Pitot Tube

Pitot Tube (Averaging)

Anubar

Elbow Taps

Wedge

V-Cone

Dall Tube

2. Variable Area Rotameter

Movable Vane

Weir, Flume

3. Positive Displacement Nutating Disc

Oscillating Piston

Oval Gear

Roots

4. Turbine

48

No Flowmeter

5. Thermal

6. Target

7. Ultrasonic Doppler

Transit Time

8. Magnetic

9. Coriolis

10. Vortex

Pemasangan (Instalation)

Secara garis besar ada dua jenis metoda pemasangan dari flowmeter yaitu

inline dan insertion. Pada model Inline pemasangan membutuhkan dua buah

connector untuk pipa bagian hulu (upstream) dan hilir (downstream), sedangkan

model insertion pemasangannya dilakukan dengan menyisipkan sensor probe

kedalam pipa.

Metode pemasangan secara insertion lebih fleksibel dan hemat, bila

dipasang pada line size yang lebih besar. Pemasangan secara inline, garis tengah

dari pipa harus sama dengan ukuran garis tengah flowmeter. Ada dua jenis

metoda penyambungan yang banyak digunakan untuk pemasangan flowmeter

secara inline dengan pipa yaitu flanged dan wafer.

Gambar 10. Metoda pemasangan Flowmeter

Pada umumnya pemasangan flowmeter pada suatu titik mempersyaratkan

pipa pada kedua sisi flowmeter (upstream dan downstream) dipasang secara lurus

pada suatu jarak tertentu. Khusus untuk alat ukur aliran jenis “pressure drop

meter” kadang- kadang memerlukan pipa penyearah (straightening vane) untuk

aliran dengan distribusi kecepatan abnormal. Sumber utama adanya gangguan

pada profil kecepatan fluida dalam pipa adalah adanya dua elbow dan valve.

49

Straightening vane yang diletakkan diantara elbow dan element primer efektif

untuk menghilangkan putaran (swirls) pada aliran.

Gambar 11. Straightening Vane

Pemilihan (Selection)

Untuk memilih suatu flowmeter yang sesuaikan aplikasinya, banyak faktor yang perlu

untuk dipertimbangkan. Yang paling utama adalah fluid phase (liquid, gas atau

steam) dan flow condition (clean, dirty, viscous , abrasive, open channel, dll.).

Faktor kedua yang paling utama adalah line size dan flow rate (keduanya

berhubungan erat). Informasi ini lebih banyak dapat mengeliminasi berbagai macam

sub model pada setiap teknologi flowmeter.

Fluid propertries lainnya mempengaruhi pemilihan dari flowmeter antara lain density

(specific gravity), pressure, temperature, viscosity, and electronic conductivity.

Informasi lainnya adalah status dari fluida (pure atau mixed) dan status dari aliran

(constant, pulsating atau variable).

Lebih dari itu, temperatur lingkungan, lokasi pemasangan (corrosive,

explosive, indoor atau outdoor), metoda instalasi (insertion, clamped-on, atau inline),

dan penempatan dari flowmeter juga perlu untuk dipertimbangkan, bersama dengan

faktor lain yang meliputi antara lain maksimum pressure drop yang diijinkan,

ketelitian (accuracy) yang diperlukan, repeatability serta biaya (pengadaan dan

pemeliharaan).

Sifat Fisik Fluida

Dalam menyelesaikan persoalan-persoalan mengenai aliran fluida selalu diperlukan

data-data dari fluida itu sendiri, yaitu sifat-sifat fisiknya. Diantara berbagi sifat fisik

fluida ada dua sifat yang paling penting, yaitu viskositas (viscosity) dan rapat massa

(density).

a. Viskositas ( μ )

Viskositas adalah suatu sifat fluida yang merupakan ukuran dari besarnya

tahanan atau hambatan yang dialami bila fluida mengalir. Makin besar viskositas

suatu fluida, maka makin besar hambatan yang dialami sehingga makin sulit

fluida itu akan mengalir.

50

Hal ini dapat diterangkan secara matematis, yaitu hubungan antara gaya dan

gradient kecepatan ditentukan oleh persamaan :

Dimana :

F = Gaya yang diberikan pada pelat

A = Luas permukaan pelat

dv/dy = gradient kecepatan dalam arah y

F/A = tegangan geser

μ = konstanta kesebandingan (viskositas)

Terlihat pada persamaan di atas bahwa makin besar harga μ , makin besar

gaya yang diperlukan untuk menghasilkan gradient kecepatan tertentu atau gaya

yang sama akan didapat gradien kecepatan yang lebih kecil. Dari kedua hal

tersebut di atas, maka dapat disimpulkan bahwa makin besar μ makin sukar

fluida mengalir. Fluida yang sukar mengalir merupakan fluida yang viskos,

sehingga konstanta kesebandingan ini disebut koefisien viskositas atau disebut

saja viskositas.

Besarnya viskositas suatu fluida dipengaruhi oleh temperature, tekanan

(pressure) dan tegangan geser yang dialami. Bila viskositas suatu fluida hanya

tergantung pada temperature dan tekanan maka fluida tersebut disebut fluida

Newtonian. Bila temperature dinaikkan, maka viskositas cairan akan berkurang

sedangkan viskositas gas akan bertambah. Menaikkan tekanan akan

memperbesar baik viskositas cairan maupun viskositas gas. Umumnya viskositas

gas lebih peka terhadap perubahan tekanan dibandingkan dengan cairan, tetapi

kurang peka terhadap perubahan temperature.

a. Viskositas Dinamik (Absolut)

Viskositas yang dijelaskan di atas adalah viskositas dinamik dan menurut

defenisi dari persamaan 4.1

Mempunyai satuan : dyne.detik / cm2 atau gram / cm.detik, di dalam

prakteknya satuan untuk viskositas dinamik biasanya dinyatakan dengan

poise atau centipoises, dimana :

51

1 poise = 100 centipoise = 1 dyne.detik / cm2

b. Viskositas Kinematik

Viskositas kinematik didefinisikan sebagai :

Dimana :

viskositas kinematik = ע

μ = viskositas dinamik (absolute)

ρ = rapat massa (density)

Dalam prakteknya viskositas kinematik ini sering dinyatakan dengan satuan

stoke, dimana :

1 stoke = 100 centistoke = 1 cm2/detik

Dari definisi satuan centipoises dan centistokes, maka didapatkan hubungan :

Dimana :

SG = berat jenis (specific gravity)

Didalam prakteknya viskositas suatu fluida dapat ditentukan dengan

menggunakan grafik, nomogram atau table yang sudah ada asalkan

kondisinya diketahui.

c. Rapat Massa (density)

Rapat massa dari suatu fluida merupakan ukuran dari banyak massa pada

temperature dan tekanan tertentu yang ditempatkan di dalam satu volume.

Dimana : ρ = rapat massa (density)

m = massa

V = volume

52

d. Berat Jenis (specific gravity)

Rapat massa suatu fluida sering juga dinyatakan dengan berat jenis

(specific gravity), yaitu perbandingan anatar rapat massa suatu fluida dan

rapat massa fluida yang dipilih sebagai fluida standard. Untuk cairan

biasanya menggunakan air sebagai fluida standard sedangkan untuk gas

digunakan udara.

Berat Jenis (Specific Gravity) Cairan

Berat Jenis (Specific Gravity) Gas

e. Bilangan Reynold

Penelitian-penelitian yang dilakukan oleh Osbone Reynold menunjukkan

bahwa bentuk aliran fluida didalam pipa yaitu laminar, transitional, atau

turbulent tidak hanya tergantung pada kecepatan (free-stream fluid

velocity) ( V ) saja, tetapi juga tergantung pada diameter pipa (characteristic

distance) ( D ), rapat massa (fluid density) ( ρ ) dan fluid viscosity

(dynamic) ( μ ). Bentuk aliran didasarkan pada kombinasi dari parameter

tersebut yang menghasilkan suatu konstanta tak berdimensi yang disebut

bilangan Reynold ( Re ). Bilangan Reynold ini didefenisikan sebagai :

53

Dimana : ρ = rapat massa (lbm/cu.ft)

v = kecepatan aliran (ft/sec atau fps)

D = diameter pipa (ft)

μ = viskositas absolute fluida (lbm/ft/sec)

Untuk keperluan teknik, aliran dimana :

Reynolds Number < 2000 dikategorikan sebagai bentuk aliran laminar

2000 ≤ Reynolds Number ≤ 4000 dikategorikan sebagai bentuk aliran

transitional

Reynolds Number > 4000 dikategorikan sebagai bentuk aliran turbulen.

Alat Ukur Aliran Fluida

Acuan secara umum untuk pengukuran aliran (flow measurement) adalah API RP

550, “Manual on Installation of Refinery Instrument and Control System”. Part 1,

“Process Instrumentation and Control”. Section 1, “Flow”.

Di dalam pemilihan alat ukur flow (flow measuring device), berikut kondisi-kondisi

yang sangat berpengaruh dan harus diketahui untuk perhitungan, antara lain :

1. Ukuran pipa dimana laju aliran diukur (Line Size)

2. Daerah laju aliran (Range of flow rates) ; maximum, normal dan minimum

3. Karakteristik fluida (fluid properties) :

Liquid, gas, slurry, dll.

Pressure

Temperature

Viscosity

Specific gravity at standard and flowing conditions

Compressibility

Molecular weight (for gases and vapors)

Steam quality (for steam)

4. Pengaruh korosif (untuk membantu didalam pemilihan material)

5. Apakah aliran yang diukur adalah aliran yang stabil atau aliran fluktuasi.

A. Differential Pressure Flowmeters (Head Flow Meter)

Prinsip Operasi

54

Prinsip operasi Differential Pressure Flowmeters (DP Flowmeters) di

dasarkan pada persamaan Bernoulli yang menguraikan hubungan antara

tekanan dan kecepatan pada suatu aliran fluida.

Alat ini memandu aliran ke dalam suatu penghalang aliran (yang

mempunyai lubang dengan diameter yang berbeda dengan diameter pipa),

sehingga menyebabkan perubahan kecepatan aliran (flow velocity) dan

tekanan (pressure) antara sisi upstream dan downstream dari penghalang.

Dengan mengukur perubahan tekanan tersebut, maka kecepatan aliran dapat

dihitung.

Gambar 12. Differential Pressure Flowmeters (DP Flowmeters)

Spesifikasi Umum

Differential pressure atau head flow measurement merupakan metoda

pengukuran flow yang paling populer saat ini untuk mengukur aliran fluida

di industri proses.

Fluid Phase:

Score Phase Condition

Cryogenic

Gas Clean

Dirty

Liquid Clean

Dirty

Viscous

Steam Saturated

Superheated

Liquid Corrosive

Slurry Abrasive

55

: Recommended

: Limited applicability

Line Size : 6 ~ 300 mm (1/4 ~ 12 inch)

Turndown Ratio : 10 : 1

Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan

1. Biaya pengadaannya awal : rendah ~ sedang

2. Dapat digunakan di dalam cakupan luas (hampir semua phase fluida

dan kondisi aliran).

3. Strukturnya kokoh dan sederhana

Kekurangan

1. Rugi tekanan (pressure drop) : sedang ~ tinggi

4. Primary Elements untuk DP Flowmeters

Berbagai jenis primary element yang tersedia dipasaran untuk DP flowmeters

antara lain : orifice plates, venturi tube, flow nozzle, pitot tube, anubar tubes,

elbow taps, segmental wedge, V-Cone dan Dall Tube.

Jenis yang paling banyak digunakan adalah orifice plate, namun element lain

menawarkan beberapa kelebihan untuk aplikasi tertentu. Kelebihan dan

kekurangan untuk berbagai jenis element tersebut dapat dilihat di bawah.

a. Orifice Plates

Suatu plate berlubang dimasukkan ke dalam pipa dan ditempatkan secara

tegak lurus terhadap flow stream. Ketika fluida mengalir melewati orifice

plate tersebut maka menyebabkan peningkatan kecepatan dan penurunan

tekanan. Perbedaan tekanan sebelum dan setelah orifice plate digunakan

untuk mengkalkulasi kecepatan aliran (flow velocity).

56

Gambar 13. Orifice Plates

1) Orifice Plate Calculation

Kalkulasi untuk orifice plate mengacu pada standard :

API “Manual of Petroleum Measurement Standards”, Chapter 14.3

ANSI/API 2530 (AGA Gas Measurement Committee Report No. 31).

L.K. Spink, “Principles and Practice of Flow Meter Engineering,

nineth edition. L.K. Spink sekarang ini tidak diterbitkan lagi dan

digantikan oleh R.W. Miller, “Flow Measurement Engineering

Handbook”, first edition, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York,

U.S.A.

Persamaan Bernoulli : Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa

bila tidak ada perpindahan panas dan kerja yang dilakukan, maka

energi fluida disetiap titik sepanjang pipa akan tetap konstan. Dari

prinsip kekekalan energi ini dapat diturunkan persamaan Bernoulli.

Persamaan energi aliran persatuan volume untuk fluida yang tidak

termampatkan (incompressible), adalah :

½ ρ V² + Ps + ρ g h = konstant

Suatu aliran fluida yang melewati suatu penghalang orifice plate akan

mengalami penurunan tekanan (pressure drop) pada orifice tersebut.

Perubahan ini dapat digunakan untuk mengukur flowrate dari suatu

fluida.

Untuk mengkalkulasi flowrate dari suatu aliran fluida yang melintas

suatu orifice plate, maka sepanjang kecepatan aliran fluida adalah di

bawah kecepatan subsonic (V < mach 0.3), maka persamaan

Incompressible Bernoulli’s di atas dapat digunakan, sehingga :

Dimana lokasi 1 adalah hulu (upstream) dari orifice, dan lokasi 2 adalah

hilir (downstream) dari orifice.

Persamaan Kontinuitas : persamaan ini menyatakan bahwa

57

banyaknya fluida yang memasuki penampang 1 (Q1) sama dengan

banyaknya fluida yang keluar penampang 2 (Q2) , yang berarti :

V1 A1 = V2 A2

Dari persamaan Persamaan Bernoulli dan Persamaan Kontinuitas

dapat diturunkan persamaan yang menghubungkan antara debit aliran

(Q) dengan beda tekanan statis antara upstream dan downstream (p1-

p2). Total head pada kedua tempat tersebut sama.

Untuk fluida yang tidak termampatkan, hubungan antara laju aliran (Q)

yang diukur dengan beda tekanan (p1 - p2) adalah :

Pemecahan untuk flowrate volumetric (Q), adalah :

Persamaan di atas hanya dapat diaplikasikan untuk aliran yang

sempurna (laminar, inviscid atau non viscous). Untuk aliran yang real

(seperti air atau udara), karakteristik viscosity dan turbulence

berpengaruh dan mengakibatkan konversi energi kinetik ke dalam

panas. Untuk efek tersebut, suatu discharge coefficient (Cd)

diperkenalkan ke dalam persamaan tersebut di atas untuk secara garis

besar mengurangi flowrate (Q).

Oleh karena profil aliran yang nyata pada lokasi 2 (downstream) dari

orifice adalah sangat kompleks, maka dengan demikian dibuat suatu

nilai yang efektif untuk mengganti A2 yang tidak pasti, yaitu flow

coefficient (Cf),

58

Dimana Ao adalah dari orifice. Sebagai hasilnya, persamaan flowrate

volumetric (Q) untuk flow yang real, adalah :

Flow coefficient (Cf) didapatkan dari eksperimen (dapat dilihat pada

table yang sudah disusun pada buku-buku reference), nilai Cf

terbentang dari 0.6 sampai 0.9 untuk kebanyakan jenis orifice. Oleh

karena itu tergantung pada orifice dan diameter pipa (seperti halnya

Reynolds Nomors). Biasanya di dalam table Cf adalah perbandingan

diameter orifice dan diameter inlet pipa, kadang-kadang didefenisikan

sebagai β, yaitu :

Mass flowrate (Q mass) dapat ditentukan dengan perkalian flowrate

volumetric (Q) dengan fluid density (ρ), yaitu :

Catatan :

- General Process Flow Measurement :

β ratio = d / D, didalam batas 0.25 – 0.75

- Custody Transfer Flow Measurement :

β ratio = d / D, didalam batas 0.4 – 0.6 (lebih disukai mendekati

0.5)

Untuk fluida yang termampatkan (compressible), berlaku hubungan

sebagai berikut :

Dimana :

G = Laju aliran massa

Y = Faktor ekspansi, tergantung pada kalor jenis dan tekanan fluida.

59

2) Jenis-jenis Orifice Plate

Concentric Orifice

Letak lubang penghalang konsentris dengan penampang pipa.

Digunakan untuk mengukur volume gas, liquid dan steam dalam

jumlah yang besar.

Gambar 14. Orifice Plate jenis Concentric

Kelebihan

Dapat digunakan pada berbagai ukuran pipa (range yang lebar).

Ketelitian (accuracy) baik, jika plate dipasang dengan baik.

Harga relative murah.

Kekurangan

Rugi tekanan (pressure drop) relatif tinggi.

Tidak dapat digunakan untuk mengukur laju aliran “slurry”, karena

cenderung terjadi penyumbatan.

60

Eccentric Orifice

Titik pusat lubang penghalang tidak satu garis pusat dengan pusat

penampang pipa. Pemasangan lubang yang tidak konsentris ini dimaksud

untuk mengurangi masalah jika fluida yang diukur membawa berbagai benda

padat (solid).

Gambar 15. Eccentric Orifice

Segmental Orifice

Segmental orifice plates digunakan terutama pada service yang

sama dengan eccentric orifices, sehingga kelebihan dan

kekurangan adalah kurang lebih sama.

Gambar 16. Segmental Orifice

b. Venturi Tube

Bentuk dari venturi tube dapat dilihat pada gambar 17 Perubahan di

(dalam) area / luas penampang menyebabkan perubahan kecepatan dan

tekanan dari aliran (flow).

61

Gambar 17. Venturi Tubes

Secara umum kelebihan dan kekurangan dari penggunaan Venturi Tube,

adalah sebagai berikut :

Kelebihan

Rugi tekanan (pressure loss) permanan relatif rendah dari pada orifice

atau flow nozzle

Dapat digunakan untuk mengukur cairan yang mengandung endapan

padatan (solids).

Kekurangan

Tidak tersedia pada ukuran pipa dibawah 6 inches.

Harga relatif mahal.

c. Flow Nozzle

Gambar 18. memperlihatkan flow nozzle. Alat ini terdiri dari bagian yang

berbentuk lonceng dengan profile ellips diikuti dengan leher silindris dan

diletakkan di dalam pipa untuk merubah bidang aliran sehingga

menghasilkan penurunan tekanan (pressure drop) untuk digunakan

menghitung flow velocity.

Gambar 18. Flow Nozzles

Kelebihan

Pressure loss lebih rendah dibandingkan orifice plate.

Dapat digunakan untuk fluida yang mengandung padatan (solids).

Kekurangan

Terbatas pada ukuran pipa di bawah 6 “.

Harga lebih tinggi dibanding dengan orifice.

62

d. Pitot Tubes

Sebuah probe dengan open tip (pitot tube) dimasukkan ke dalam suatu

bidang aliran (flow), dimana tip tersebut sebagai titik stationary (zero

velocity) dari flow. Tekanan nya, dibandingkan dengan tekanan statis dan

digunakan untuk mengkalkulasi kecepatan aliran (flow velocity) Pitot

tabung dapat mengukur flow velocity pada titik pengukuran.

(a) Pitot Tube b) Averaging Pitot Tube

Gambar 19. Pitot Tube dan Averaging Pitot Tube

Pitot tube jarang digunakan pada process stream tetapi umumnya

digunakan pada utilities streams dimana ketelitian (accuracy) yang tinggi

tidaklah diperlukan.

Gambar 20. Pitot Tube

Kelebihan

Tidak ada pressure loss.

Kekurangan

Akurasi kurang.

Tidak direkomendasikan untuk fluida yang kotor dan lengket.

Sensitif pada gangguan pada hulu (upstream)

63

e. Annubar Tubes

Karakteristik annubar element hampir sama dengan pitot tube, namun

akurasi yang dihasilkan lebih baik dari pitot tube.

Gambar 21. Annubar Tube

Kelebihan

Pressure drop dapat diabaikan.

Dapat dipasang untuk service dengan tekanan rendah.

Kekurangan

Tidak dapat diaplikasikan untuk fluida yang kotor dan lengket.

f. Elbow Taps

Ketika suatu aliran cairan melalui sebuah elbow, maka gaya sentrifugal

menyebabkan perbedaan tekanan antara sisi sebelah luar dan sisi

sebelah dalam dari elbow itu. Perbedaan tekanan ini digunakan untuk

menghitung kecepatan aliran (flow velocity).

Kekurangan alat ukur ini adalah perbedaan tekanan yang dihasilkan oleh

suatu elbow flowmeter adalah lebih kecil dibanding dengan DP flowmeter

lainnya, namun kelebihan elbow flowmeter mempunyai lebih sedikit

penghalang pada aliran fluida.

Gambar 22. Elbow Flowmeter

64

Elbow taps flowmeter pada gambar di atas sangat jarang digunakan,

namun aplikasi alat ukur ini akan bermanfaat bilamana pengukuran flow

diperlukan di dalam suatu instalasi yang sudah ada (existing), dimana

biaya yang tersedia rendah dan ketelitian yang baik tidak diutamakan.

g. Segmental Wedge

Perubahan segmen (wedge-shaped) pada area / luas penampang dari

aliran fluida menciptakan pressure drops yang digunakan untuk

mengkalkulasi kecepatan aliran fluida.

Gambar 23. Segmen Wedge

h. V-Cone

Suatu kerucut sebagai elemen penghalang yang bertindak memodifikasi

penampang dari aliran fluida dan ditempatkan di pusat dari pipa untuk

menghasilkan perbedaan tekanan yang digunakan untuk menghitung

kecepatan fluida.

Gambar 24. V- cone

i. Dall Tube

Suatu kombinasi dari Venturi tube dan orifice plate. Alat ini umumnya

digunakan untuk aplikasi dengan laju aliran yang besar.

65

Gambar 25. Dall Tube

B. Variable Area Flowmeter (Rotameters)

Prinsip Operasi

Prinsip operasi dari rotameter (variable area meters) didasarkan pada

pelampung (float) yang berfungsi sebagai penghalang aliran, pelampung

tersebut akan melayang dalam suatu tabung yang mempunyai luas

penampang tidak konstan. Luas penampang tabung berubah tergantung

ketinggiannya (semakin tinggi semakin besar).

Posisi pelampung akan menyatakan harga aliran fluida yang mengenainya.

Pada posisi tersebut pada pelampung akan terjadi keseimbangan gaya, yaitu

keseimbangan antara berat pelampung dengan gaya tarik aliran yang

mengenainya dan gaya apung pelampung.

Dimana :

C = discharge coefficient, tergantung pada Reynolds Number dari flow

Aa = cross section area at a

Ab = cross section area at b.

g = gravity acceleration constant (9.81 m/s2 or 32.2 ft/s2)

= density of the fluid

Vf = volume of the float

Af = cross section area of the float

f = density of the float

Mass flow rate dapat dihitung dengan mengalikan Q dengan fluid density ,

66

Gambar 26. Rotameters atau variable area meters

Spesifikasi Umum

Rotameters telah digunakan secara luas untuk mengukur flow pada pipa

ukuran kecil (line size < 4 inches). Rangeability 10 ~ 100 : 1

Fluid Phase:

: Recommended


Line Size: Mostly used in lines size 100 mm (4 inch) and below, but may

go up to 2000 mm (80 inch) in line size or even for open

channels.

Turndown Ratio: 10 ~ 100 : 1


Gas Clean

Liquid Clean

Open Channel

Gas Dirty

Liquid Corrosive

Dirty

Steam Saturated

67


Kelebihan

Biaya pengadaannya awal : rendah

Rangebility baik.

Pressure drop rendah (hampir konstan)

Kekurangan

Untuk jenis glass tube mudah mengalami kerusakan (pecah).

Tidak baik untuk laju aliran (flow rate) rendah

Tidak baik untuk service fluida yang fluktuasi.

Harus dipasang secara vertical.

Beberapa variable area meter tidak bisa digunakan di dalam lingkungan

gaya berat yang rendah.

Secara umum dibatasi pada ukuran pipa kecil (kecuali jika bypass

rotameter digunakan).

1. Jenis-jenis Variable Area flowmeters

a. Rotameters

Gambar 27. Rotameters

b. Movable Vane Meter

Gambar 28. Movable Vane Meter

68

c. Weir, Flume

Gambar 29. Weir, Flume

C. Positive Displacement Flowmeters

Prinsip Operasi

Postive Displacement Flowmeters (PD meters), bekerja berdasarkan

pengukuran volume dari fluida yang sedang mengalir dengan menghitung

secara berulang aliran fluida yang dipisahkan kedalam suatu volume yang

diketahui (chamber), selanjutnya dikeluarkan sebagai volume tetap yang

diketahui.

Bentuk dasar dari PD meter adalah suatu chamber yang berfungsi

memisahkan atau menghalangi aliran fluida. Di dalam chamber tersebut

terdapat sebuah alat mekanik yaitu rotating/reciprocating unit yang

ditempatkan untuk menciptakan paket volume tetap dari fluida yang sedang

mengalir.

Oleh karena itu, volume dari fluida yang melewati chamber dapat

diketahui dengan menghitung jumlah discreate parcels yang lewat atau setara

dengan jumlah putaran dari rotating / reciprocating. Dengan demikian volume

flow rate dapat dihitung dari laju perputaran alat rotating / reciprocating.

Spesifikasi Umum

Akurasi dari PD flowmeter ditentukan oleh kemampuan capillary seal untuk

memisahkan fluida yang masuk kedalam chamber dalam bentuk discreate

parcels.

Dalam upaya memastikan PD meter berfungsi dengan baik dan mencapai

tingkat akurasi (design), maka didalam implementasinya PD meter dilengkapi

dengan filter yang berfungsi memisahkan partikel (dengan ukuran >100 µm)

dan gelembung gas (bubbles) dari aliran fluida.

Walaupun flowmeter jenis ini sudah digunakan secara luas di dalam industri,

namun potensi sebagai penyebab pressure drop perlu dipertimbangkan pada

semua aplikasi.

69

Fluid Phase:

: Recommended


Line Size: 6 ~ 300 mm (1/4 ~ 12 inch)

Turndown Ratio: 5 ~ 15 : 1, might go as high as 100 : 1


Secara umum kelebihan dan kekurangan dari PD flowmeter adalah sebagai

berikut:

Kelebihan

Biaya pengadaannya awal : rendah ~ sedang

Dapat digunakan di dalam aliran viscous.

Rangeability yang tinggi

Output pembacaan linear.

Akurasi sangat bagus.

Kekurangan :

Biaya pemeliharaan relatif tinggi

Pressure drop relatif tinggi

Tidak sesuai untuk laju alir rendah

Sangat peka pada kerusakan akibat gas, fluida dengan padatan

(slugs) dan fluida yang kotor.

Gas (bubbles) didalam fluida signifikan menurunkan akurasi.

Jenis-jenis Positive Displacement Flowmeters

Beberapa jenis positive displacement flowmeter yang tersedia dan digunakan

secara luas di dalam industri proses, antara lain ; nutating disc, rotating valve,

oscillating piston, oval gear, roots (rotating lobe), birotor, rotating impeller,

receiprocating piston dan rotating vane. Perbedaan penamaan hanya


Liquid Clean

Viscous

Liquid Corrosive

Dirty

70

didasarkan pada bentuk alat mekanis di dalam chamber, namun prinsip

operasi untuk pengukuran volumetric flow adalah sama.

a. Nutating Disk

Gambar 30. Nutating Disc

b. Rotating Valve

Gambar 31. Rotating Valve

c. Oscillating Piston

71

Gambar 32. Oscillating Piston

d. Reciprocating Piston

Gambar 33. Reciprocating Piston

e. Oval Gear

Gambar 34. Rotating Vane

f. Roots (Rotating Lobe)

Gambar 35. Rotating Lobe

72

g. Birotor

Gambar 36. Birotor

h. Rotating Impeller

Gambar 37. Rotating Impeller

D. Magnetic Meters

Prinsip Operasi

Magnetic flowmeter (mag flowmeter) adalah suatu volumetric flow meter

yang tidak mempunyai bagian yang bergerak (moving part) dan ideal untuk

aplikasi air limbah (wastewater) atau cairan kotor yang konduktif listrik.

Secara umum magnetic flowmeter tidak berfungsi pada fluida hidrokarbon

dan air suling (distilled water), namun ideal untuk mengukur aliran fluida

seperti slurry dan material korosif. Flowmeter jenis ini sangat ideal untuk

aplikasi dimana disyaratkan pressure drop rendah dan maintenance yang

rendah.

Prinsip kerja flowmeter jenis ini didasarkan pada hukum induksi

elektromagnetik (Faraday’s Low), yaitu bila suatu fluida konduktif elektrik

melewati pipa tranducer, maka fluida akan bekerja sebagai konduktor yang

bergerak memotong medan magnet yang dibangkitkan oleh kumparan

73

magnetic dari transducer, sehingga timbul tengangan listrik induksi. Hubungan

ini dapat dinyatakan sebagai :

e = B . l . v

Dimana :

e = tegangan listrik induksi

B = rapat fluksi medan magnet

l = panjang konduktor (diameter dalam pipa)

v = kecepatan konduktor (laju aliran)

(a) inline model

(b) insertion model

Gambar 38. Prinsip operasi dari model magnetic flowmeter

Gambar 38. di atas, memperlihatkan dua bentuk mag flowmeter yaitu :

Inline model ; menempatkan electric coil di sekeliling pipa dan

disediakan sepasang electroda berseberangan pada dinding pipa.

Insertion model ; menyisipkan electric coil ke dalam pipa yang akan

diukur flow-nya dan disediakan sepasang electroda di ujung dari

flowmeter.

74

Spesifikasi Umum

Spesifikasi umum dari magnetic flowmeter, adalah sebagai berikut :

Fluid Phase:

: Recommended


Line Size: Inline models: 10 ~ 1200 mm (0.4 ~ 48 inch)

Insertion models: 75 mm (3 in) and up

Turndown Ratio: 100: 1

Gambar 39. Magnetic flowmeters


Kelebihan

Pressure drop minimum, oleh karena penghalang yang minimum pada

lintasan flow.

Biaya maintenance rendah sebab tidak ada moving parts.

Linearitas yang tinggi.

Dapat digunakan untuk mengukur fluida yang korosif dan slurry.

Pengukuran tidak dipengaruhi oleh viscosity, density, temperature dan

pressure.

Dapat mengukur aliran fluida jenis turbulent atau laminar.


Liquid Clean

Corrosive

Dirty

Viscous

Slurry Abrasive

Fibrous

Liquid Non-Newtonian

Open Channel

75

Kekurangan

Dalam banyak kasus, persyaratan electrical conductivity dari fluida

yang ditetapkan pabrik (0.1 – 20 micromhos).

Zero drifting pada kondisi tidak ada flow atau

pada disain baru ditingkatkan dengan memotong (cut-off) low flow.

E. Turbine Meters

Prinsip Operasi

Teori dasar pada turbine meters adalah relatif sederhana, yaitu aliran fluida

melalui meter berbenturan dengan turbine blade yang bebas berputar pada

suatu poros sepanjang garis pusat dari turbin housing.

Kecepatan sudut (angular velocity) dari turbine rotor adalah berbanding lurus

dengan laju aliran (fluid velocity) yang melalui turbine. Keluaran dari meter

diukur oleh electrical pickup yang dipasang pada meter body. Frekwensi

keluaran dari electric pickup adalah sebanding dengan laju aliran (flow rate).

Accuracy dan rangeability dari alat ukur turbine meter tersebut sangat baik.

Rangeability bervariasi dari 100 : 1 s/d 200 : 1. Accuracy sekitar : ± ¼ s/d

±½ %.

76

Gambar 40. Turbine flowmeters

Spesifikasi Umum

Spesifikasi umum dari turbine flowmeter, adalah sebagai berikut :

Fluid Phase:

: Recommended



Insertion models: 64 ~ 1500 mm (2.5 ~ 60 inch)


Parameters Turbine Meter

Terminologi yang secara luas digunakan dalam aplikasi turbine meter, yaitu :

Accuracy

Akuran ketelitian atau ketepatan alat ukur dalam memberikan hasil bacaan.

Besaran ini menunjukkan banyaknya penyimpangan yang terjadi pada sebuah

alat ukur, atau system pengukuran.

Repeatability

Kemampuan suatu unit instrument atau alat ukur untuk mendapatkan hasil

baca yang sama pada beberapa kali pengukuran proses variable yang sama.


Gas Clean

Liquid Clean

Liquid Corrosive

Open Channel

77

Rangebility

Perbandingan antara flow maksimum dan flow minimum yang

dapat dikendalikan.


Kelebihan

Biaya pengadaannya awal : sedang

Akurasi baik, handal dan proven technology

Repeatability yang sempurna

Rangeability yang sempurna

Pressure drop rendah

Kekurangan

Hanya untuk aplikasi fluida yang bersih

Pada nonlubrication fluids kadang-kadang menimbulkan masalah.

Dibutuhkan pipa straight runs (15 x D) pada upstream turbine meter.

Direkomendasikan menggunakan strainer.

F. Coriolis Flowmeters

Prinsip Operasi

Coriolis flowmeter (diambil dari nama ahli matematika France, Gustave-

Gaspard Coriolis, 1835) adalah teknologi flowmeter yang relatif baru

dibandingkan dengan teknologi flowmeter yang lain, dan digunakan untuk

mengukur aliran massa (mass flow) secara langsung dengan accuracy dan

rangeability yang tinggi. Teknologi ini dikembangkan dan diaplikasikan pada

industri pada awal tahun 1980.

Prinsip Coriolis menyatakan bahwa jika sebuah partikel di dalam suatu gerak

berputar mendekati atau menjauhi pusat perputaran, maka partikel

menghasilkan gaya internal yang bekerja pada partikel itu.

78

Gambar 41. Prinsip Operasi Coriolis Flowmeter

Andaikan fluida sedang mengalir ke dalam U-Shaped tube pada kecepatan V

dan tabung sedang bergetar pada kecepatan sudut , maka dengan

mempertimbangkan suatu bagian yang kecil dari fluida pada bagian inlet

masuk dengan jarak r, maka suatu Gaya (dikenal sebagai coriolies force)

dihasilkan ;

Coriolis mass flowmeter menciptakan suatu gerak berputar dengan

menggetarkan suatu tabung yang membawa fluida, dan gaya internal yang

dihasilkan adalah sebanding dengan mass flowrate.

Coriolis meter tersedia dalam beberapa disain yang berbeda, konfigurasi yang

populer terdiri dari satu atau dua U-shaped, horseshoe-shaped atau tennis-

racket-shaped (umumnya adalah U-shaped) yaitu pipa (tube) untuk aliran

dengan inlet pada satu sisi dan outlet pada sisi yang lain dan dihubungkan

dengan kotak untuk koneksi ke unit elektronik.

Gambar 42. Coriolis Flowmeter

79

Spesifikasi Umum

Spesifikasi umum dari coriolis flowmeter, adalah sebagai berikut :

Fluid Phase:

: Recommended


Line Size: 6 ~ 200 mm (0.25 ~ 8 inch)

Turndown Ratio: 100 : 1


Kelebihan

Akurasi : tinggi.

Dapat digunakan secara luas pada berbagai kondisi aliran fluida.

Mampu mengukur aliran fluida panas (molten sulphur, liquid toffee) dan

aliran fluida dingin (cryogenic helium, liquid nitrogen).

Pressure drop : rendah.

Sesuai untuk bi-directional flow

Kekurangan

Biaya pengadaan awal : tinggi

Kemungkinan penyumbatan (clogging) terjadi dan sukar dibersihkan

Ukuran secara keseluruhan besar (dibanding dengan flowmeter lain)

Ukuran Line size yang tersedia : terbatas.

G. Target Flowmeters

Prinsip Operasi

Target flowmeters yang juga dikenal sebagai drag force flowmeters,

menyisipkan suatu target (drag element yang umumnya adalah flat disc atau


Liquid Clean

Direct Mass

Dirty

Non-Newtonian

Viscous

Slurry Abrasive

Gas Clean

Dirty

Liquid Corrosive

Slurry Fibrous

80

sphere dengan suatu tangkai) ke dalam bidang aliran (flow). Flowmeter

kemudian mengukur gaya tarik (drag force) pada target yang disisipkan

kemudian menkonversinya kedalam kecepatan aliran (flow velocity).

Gambar 43. Prinsip Operasi Target Flowmeters

Kunci utama dari target flowmeter ini adalah pengukuran dari drag force. Drag

force (Fd ) yang diberikan oleh persamaan incompressible flow, adalah :

Dimana :

V = flow velocity

= density dari fluida

A = Luas area dari target

Cd = Drag coefficient

Drag coefficient ditentukan secara eksperimen, didasarkan pada kondisi flow

dan bentuk geometry dari drag element.

Untuk flat plate dan sphere, drag coefficientnya adalah :

81

Gambar 44. Prinsip Operasi Target Flowmeters

Spesifikasi Umum

Spesifikasi umum dari target flowmeter, adalah sebagai berikut :

Fluid Phase:

: Recommended



Insertion models: 100 ~ 1500 mm (4 ~ 60 inch)



Kelebihan

Biaya pengadaannya awal : rendah


Cryogenic

Gas Clean

Dirty

Liquid Clean

Dirty

Viscous

Steam Saturated

Liquid Corrosive

82

Dapat digunakan pada aliran fluida yang abrasive, terkontaminasi atau

korosif.

Kekurangan

Pressure drop tidak dapat diabaikan sehubungan dengan drag element

dan tangkai.

H. Thermal Flowmeters

Prinsip Operasi

Thermal mass flowmeter didasarkan pada pengukuran panas yang diserap dari

sensor akibat dialiri fluida. Jumlah panas yang diserap menentukan laju aliran

massa (mass flow rate).

Flowmeter ini mempunyai dua buah sensor, salah satu dari sensor adalah

sensor flow terbuat dari heated wire atau film (self heated). Bentuk umum

sensor ini adalah platinum/tungsten RTD (Resistance Temperature Detector).

Sensor kedua adalah RTD yang digunakan untuk mengukur temperature aliran

gas (temperature reference). Keduanya dikenal sebagai sensing element dan

dipasang didalam sebuah probe sebagai flowmeter (insertion style) atau

flowmeter (in-line style).

Gambar 45. Prinsip Operasi Thermal Mass Flowmeter

Ketika aliran gas melewati hot wire (flow sensor) maka molekul gas menyerap

atau membawa panas dari permukaan sensor tersebut, sehingga sensor

menjadi dingin akibat kehilangan energi. Selanjutnya sensor mengaktifkan

rangkaian elektronik untuk mengisi energi yang hilang dengan cara

memanaskan flow sensor hingga perbedaan temperature yang tetap diatas

reference sensor.

Daya listrik yang diperlukan untuk mempertahankan perbedaan temperatur

83

yang tetap adalah berbanding lurus dengan mass flowrate dan selanjutnya

dikeluarkan sebagai output signal yang linear dari flowmeter.

Gambar 46. Thermal Mass Flowmeter

Spesifikasi Umum

Spesifikasi umum dari thermal flowmeter, adalah sebagai berikut :

Fluid Phase:

: Recommended



Insertion models: 64 ~ 1500 mm (2.5 ~ 60 inch)



Kelebihan

Biaya pengadaannya awal : sedang

Pressure drop : rendah

Kekurangan

Biaya maintenance tinggi

Hanya untuk gas bersih.


Gas Clean

Gas Dirty

84

I. Ultrasonic Flowmeters

Prinsip Operasi

Pengukuran laju aliran (flow rate) dengan metoda ini melibatkan elemen

pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) untuk frekuensi akustik. Pada

elemen pengirim, transducer berfungsi mengubah tegangan listrik frekuensi

tinggi menjadi getaran kristal (akustik). Sedangakan pada elemen penerima,

transducer mengubah getaran kristal (akustik) menjadi sinyal listrik.

Oleh karena daerah kerja frekuensi dari pengirim dan penerima di atas 20 KHz

(misalnya 10 MHz), maka disebut ultrasonic. Secara umum metoda ultrasonic

dibedakan atas :

Model Transit time : berdasarkan waktu lintas gelombang ultrasonic

dari pengirim (transmitter) ke penerima (receiver).

Model Doppler : berdarkan frekuensi pelayangan Doppler.

Ultrasonic flowmeter dapat digolongkan ke dalam dua jenis didasarkan pada

metoda instalasi, yaitu :

Clamped-on ; instalasinya ditempatkan di luar pipa

Inline ; Instalasinya ditempatkan bersatu dengan pipa menggunakan

flanges

1. Transit Time Ultrasonic Flowmeter

Prinsip Operasi

Transit Time ultrasonic Flowmeter, terdiri dari satu pasang transducers

(masing-masing sebagai transmitter dan receiver), ditempatkan pada

dinding pipa (satu set pada upstream dan satu set pada downstream).

Waktu yang digunakan gelombang akustik untuk melintas dari transducer

(upstream) ke transducer (downstream) adalah td lebih pendek dibanding

waktu yang digunakan untuk melintas dari downstream ke upstream tu.

85

Gambar 47. Transit Time Ultrasonic Flowmeter

Spesifikasi Umum

Spesifikasi umum dari transit time ultrasonic flowmeter, adalah :

Fluid Phase:

: Recommended


Line Size: Inline model: 10 ~ 1200 mm (0.4 ~ 48 inch) Clamped-

on model: 75 mm (3 in) and up



Kelebihan

Tidak ada penghalang di lintasan aliran, sehingga tidak ada pressure

drop.

Tidak ada part bergerak (moving parts), sehingga maintenance cost

rendah.


Gas Clean

Liquid Clean

Corrosive

Dirty

Gas Dirty

Liquid Open Channel

Viscous

86

Model multi-path mempunyai ketelitian lebih tinggi

Dapat digunakan untuk mengukur flow fluida yang korosif dan slurry.

Model portable tersedia untuk analisa dan diagnosa di lapangan.

Kekurangan


Model single path (one-beam) tidak sesuai untuk pengukuran

kecepatan aliran (flow velocity) yang bervariasi di atas range

Reynolds numbers.

2. Doppler Ultrasonic Flowmeters

Prinsip Operasi

Flowmeter ini didasarkan pada efek Doppler yang menghubungkan

frekuensi pelayangan gelombang akustik dengan kecepatan aliran.

Gambar 48. Prinsip Kerja Doppler Ultrasonic Flowmeters

Spesifikasi Umum

Spesifikasi umum dari ultrasonic flowmeter, adalah sebagai berikut :


Gas Dirty

Liquid Corrosive

Dirty

Open Channel

Gas Clean

Liquid Clean

Viscous

87

: Recommended


Line Size: Inline model: 10 ~ 1200 mm (0.4 ~ 48 inch) Clamped-on

model: 75 mm (3 in) and up


Gambar 49. Doppler Ultrasonic Flowmeters


Kelebihan

Tidak ada penghalang di lintasan aliran, sehingga tidak ada

pressure drop.

Tidak ada part bergerak (moving parts), sehingga maintenance

cost rendah.

Dapat digunakan untuk mengukur flow fluida yang korosif dan

slurry.

Model portable tersedia untuk analisa dan diagnosa di lapangan.

Kekurangan


J. Vortex Flowmeters

Prinsip Operasi

Flowmeter ini dikenal juga sebagai vortex shedding flowmeters atau oscillatory

flowmeters, prinsip kerjanya didasarkan pada pengukuran getaran (vibration)

pada downstream pusaran (vortex) yang disebabkan oleh penghalang yang

ditempatkan pada aliran fluida. Frekwensi getaran dari vortex dapat

dihubungkan dengan laju aliran fluida

88

Gambar 50. Prinsip Kerja Vortex Flowmeters

Dimana :

Q = Volum flowrate

fv = frequency of vortex shedding

D = diameter of the pipe

S = strouhal number

K = K factor

K factor pada umumnya diperkenalkan untuk mengganti kerugian untuk profil

yang tidak seragam dari pipa.

S strouhal number ditentukan secara eksperimen.

w/D S

0.1 0.18

0.3 0.26

0.5 0.44

Persamaan di atas mengasumsikan keadaan mantap (steady state) dari aliran

pada upstream. Gangguan pada upstream akan mempengaruhi frekuensi dari

vortex sehingga mengakibatkan kesalahan pengukuran.

Gambar 51. Vortex Flowmeters

89

Spesifikasi Umum

Spesifikasi umum dari vortex flowmeter, adalah sebagai berikut :

Fluid Phase:

: Recommended


Line Size: Inline model: 10 ~ 1200 mm (0.4 ~ 48 inch) Insertion

model: 75 mm (3 in) and up



Kelebihan

Biaya pengadaan awal : rendah ~ sedang.

Tidak dibutuhkan maintenance bila digunakan pada aliran fluida yang

bersih.

Kekurangan

Pressure drop : rendah ~ sedang

3. Rangkuman 2

Pengukuran aliran fluida adalah sangat penting di dalam suatu industri proses.

Pada industri proses seperti ini, memerlukan penentuan kuantitas dari suatu fluida

(liquid, gas atau steam) yang mengalir melalui suatu titik pengukuran, baik didalam

saluran yang tertutup (pipe) maupun saluran terbuka (open channel). Kuantitas

yang ditentukan antara lain ; laju aliran volume (volume flow rate), laju aliran massa

(mass flow rate), kecepatan aliran (flow velocity).


Gas Clean

Dirty

Liquid Clean

Steam Saturated

Superheated

Liquid Corrosive

Dirty

90

Macam-macam alat ukur flow:

No Flowmeter

1. Differential Pressure Orifice

Venturi Tube

Flow Nozzle

Pitot Tube

Pitot Tube (Averaging)

Anubar

Elbow Taps

Wedge

V-Cone

Dall Tube

2. Variable Area Rotameter

Movable Vane

Weir, Flume

3. Positive Displacement Nutating Disc

Oscillating Piston

Oval Gear

Roots

4. Turbine

5. Thermal

6. Target

7. Ultrasonic Doppler

Transit Time

8. Magnetic

9. Coriolis

10. Vortex

4. Tugas 2

Identifikasikanlah macam-macam alat ukur Flow yang ada di industri petrokimia

91

5. Tes Formatif 2

a. Sebutkan macam-macam alat ukur flow

b. Diskripsikan prinsip kerja masing-masing alat ukur flow

C. PEMBELAJARAN 3: PENGUKURAN LEVEL FLUIDA

1. Tujuan Kegiatan pembelajaran 3

Siswa dapat:

a. Menyebutkan macam-macam alat ukur level fluida

b. Mendiskripsikan prinsip kerja masing-masing alat ukur fluida

2. Uraian materi 3

Umum

Pemilihan metoda pengukuran level yang sesuai aplikasi, biasanya lebih sulit

dibanding dengan keempat proses variabel utama kecuali flow. Seperti pada

pengukuran flow, kondisi dari media yang diukur kadang-kadang mempunyai banyak

efek yang kurang baik pada alat ukur, sehingga data kondisi operasi harus diketahui

lebih banyak didalam pemilihan alat ukur level.

Kondisi operasi yang harus diketahui adalah :

1. Level range

2. Fluida characteristic

Temperature

Pressure

Specific gravity

Apakah fluida bersih atau kotor, mengandung vapors atau solids, dll.

3. Efek korosif.

4. Apakah fluida mempunyai kecenderungan efek “coat” atau menempel pada

dinding vessel atau measuring device.

5. Apakah fluida tersebut turbulent disekitar area pengukuran.

Secara normal tidak ada kesulitan berarti didalam mengukur level fluida bersih dan

nonviscous, namun untuk material “slurry” atau material dengan viscous yang berat

dan solid, bagaimanapun banyak menimbulkan masalah.

Beberapa jenis methode pengukuran level atau tinggi permukaan untuk fluida yang

sering digunakan di industri proses, dapat dikelompokkan sebagai berikut :

1. Displacement

2. Differential pressure

92

3. Capacitance

4. Ultrasonic

5. Radar

6. Radiation

Keterangan

= Recommended

= Limited applicability

= Not Reccommended

Alat Ukur Level

A. Displacement Type

Prinsip Operasi

Prinsip kerja alat ini yaitu jika sebuah pelampung diapungkan pada

permukaan fluida, maka pelampung akan naik dan turun mengikuti gerakan

dari permukaan fluida yang bersangkutan. Selanjutnya dengan suatu

mekanisme, pergerakan pelampung ini dapat ditranslasikan kedalam alat ukur

displacer level berdasarkan prinsip Archimedes.

Gambar 52. Displacement Level Measurement

Displacement atau buoyancy method pada gambar di atas, adalah metode

pengukuran tinggi permukaan fluida yang paling banyak digunakan sejak

beberapa tahun yang lalu. Metode ini masih tetap popular untuk fluida yang

bersih, namun banyak proses yang mengandung “slurry” yang cenderung

mengakibatkan “coat” pada alat ukur jenis tersebut. Sehingga diperlukan

metode lain yang lebih dapat diterima.

93

Klasifikasi Displacement Device

Peralatan Displacement Device dapat diklasifikasikan dalam dua kelompok yaitu external installation dan internal installation.

(a) Pemasangan External (b)

Pemasangan Internal

(b) Gambar 53. Level Device -

Displacement type

2. Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan dan kekurangan dari metoda displacement adalah :

Kelebihan

Akurasinya tinggi

Handal pada liquid yang bersih.

Metoda terbukti (proven)

Dapat dipasang secara internal atau secara eksternal.

Pemasangan secara external pada unit dapat di blok dengan valve

untuk maintenance.

Dapat digunakan untuk mengukur liquid interface.

Kekurangan

Range terbatas (level > 48 inches sukar untuk ditangani).

Biaya meningkat untuk unit eksternal sehubungan dengan pressure

rating meningkat.

External units kemungkinan memerlukan pemanas (heating) untuk

menghindari pembekuan (freezing).

External units kemungkinan menghasilkan kesalahan disebabkan

perbedaan temperature antara fluida didalam vessel dengan fluida di

dalam level chamber.

94

B. Differential Pressure Type

Prinsip Operasi

Pengukuran level jenis differential pressure (DP) didasarkan pada prinsip

“hydrostatic head”. Prinsip ini mengatakan bahwa pada setiap titik di dalam

fluida yang diam (static), gaya yang bekerja padanya adalah sama untuk

semua arah dan tidak tergantung pada volume fluida maupun bentuk ruang

atau tempat dimana fluida berada, tetapi hanya bergantung pada tinggi kolom

fluida di atas titik yang bersangkutan. Oleh karena itu hydrostatic head sering

dinyatakan dalam satuan tekanan.

Gambar 54. Differential Pressure Level Measurement

Hydrostatic head dapat dinyatakan dalam betuk persamaan :

P = ρ . g . h

Dimana :

P = tekanan “ hydrostatic head “

ρ = fluid density

g = gravity acceleration constant (9.81 m/s2 or 32.2 ft/s2)

h = level fluid

Aplikasi pengukuran level dengan menggunakan metoda perbedaan tekanan

atau tekanan hidrostatik telah mengalami kemajuan yang signifikan beberapa

tahun lalu. Peralatan D/P ini memungkinkan untuk mengukur level dengan

range yang lebar pada services yang bersih, korosif, slurry dan high viscous.

Hampir semua jenis peralatan D/P dapat digunakan untuk mengukur level jika

peralatan tersebut tersedia dalam range yang diperlukan untul level yang

dimaksud. Pada umumnya range D/P untuk level adalah sekitar (10 ~ 150)

inches H20.

95

Klasifikasi Differential Pressure Device

Peralatan D/P dapat diklasifikasikan dalam dua kelompok yaitu sealed dan

nonsealed system.

a. Nonsealed system

Peralatan differential pressure (D/P cell transmitter) seperti pada

gambar di bawah biasanya digunakan untuk mengukur flow, namun

dapat juga digunakan untuk mengukur level. Peralatan D/P ini dalam

aplikasinya digunakan secara kontak langsung dengan fluida dan dapat

dibersihkan dengan gas atau liquid yang sesuai.

(a) D/P cell Transmitter (b) D/P Cell untuk aplikasi pengkuran Level

Gambar 55. DP cell Nonsealed System

Kelebihan

Akurasi baik

Dapat digunakakan pada range level yang lebar.

Tersedia didalam banyak material konstruksi.

Dapat dibersihkan (dipurge) untuk penggunaan service yang

korosif dan slurry.

Biaya pengadaan awal : sedang (moderat).

Dapat diisolasi dan zero ditempat.

Kekurangan

Kesalahan (error) disebabkan oleh density yang bervariasi.

96

Lead line / impuls line (low pressure) tidak dibutuhkan pada aplikasi

atmospheric.

Pemanasan (heating) pada lead line / impuls line kadang-kadang

dibutuhkan.

Problem operasi dan maintenance sering terjadi

disebabkan kegagalan purged lines.

Perbersihan material sering dilakukan pada servis proses yang sulit.

b. Sealed system

Untuk memenuhi persyaratan aplikasi pengukuran level yang sulit

misalnya pada material seperti slurry dan high viscous, sealed system

sering memberikan solusi yang sesuai untuk pengukuran level tersebut.

Gambar di bawah memperlihatkan D/P cell jenis sealed system, di mana

measuring element terisolasi dari cairan proses (process liquid).

(a) D/P Cell Transmitter (b) D/P Cell untuk level

Gambar 56. DP cell Sealed System

Kelebihan

Purge tidak diperlukan

Baik untuk slurry dan material yang korosif.

Range pengukuran : lebar.

Akurasi : sedang ~ tinggi

Dapat digunakan untuk vessel yang terbuka atau tertutup.

Baik untuk temperature relative tinggi.

Pemasangan simple dan mudah.

97

Kekurangan

Unit tidak dapat dilepas untuk tujuan maintenance tanpa men-

shutdown peralatan (equipment).

Density yang bervariasi menyebabkan error.

Letak pemasangan harus dipertimbangkan sehubungan dengan

pengaruh pada kalibrasi.

Perubahan temperature ambient menyebabkan error pada jenis

“capillary filled system”.

C. Capacitance Type

Prinsip Operasi

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 (untuk non

metallic vessel dibutuhkan reference elektroda sebagai plate yang lain dari

kapasitor).

Gambar 57. Capacitance Level Measurement

Ketika level fluida naik, udara atau gas yang semula melingkupi electroda

akan digantikan oleh material (fluida) yang mempunyai konstanta dielektik

(dielectric constant) yang berbeda, sehingga suatu perubahan didalam nilai

kapasitor terjadi sebab dielektrikum antara plat telah berubah. RF (Radio

Frequerncy) capacitance instrument mendeteksi perubahan tersebut dan

mengkonversinya kedalam suatu sinyal keluaran secara proporsional.

Hubungan kapasitansi digambarkan dengan persamaan sebagai berikut :

C = 0.225 K ( A / D

Dimana :

98

C = Capacitance (picoFarads)

K = Dielectric constant dari material

A = Area of plates (square inches)

D = Distance between the plates (inches)

Klasifikasi Differential Pressure Device

Capacitance Level measurements diklasifikasikan ke dalam dua kategori yaitu

continuous measurement dan point measurement.

Gambar 58. Continuous measurement

1. Continuous Measurement

Keuntungan

Dapat digunakan untuk beberapa aplikasi di mana jenis yang lain

tidaklah mungkin digunakan.

Biaya pemasangan awal : sedang

Akurasi ; sedang

Dapat digunakan pada aplikasi high temperature dan high pressure.

Dapat digunakan untuk services polymer dan slurry.

Kekurangan

Pada banyak kejadian, membutuhkan kalibrasi khusus.

Terpengaruh oleh density bervariasi dari material yang diukur.

Pembacaan error ketika terjadi lapisan (coating) pada probe.

2. Point Measurement

Capacitance probe untuk point measurement pada saat ini telah menjadi

umum penggunaannya. Alat ukur ini sangat baik untuk mengukur level

media powder, solid dan slurry yang sulit diukur.

99

Gambar 59. Point measurement

Keuntungan

Biaya pengadaan awal : rendah

Mudah untuk dipasang

Tidak ada part yang bergerak.

Bermanfaat untuk aplikasi material berisi powder, butiran, solid,

slurry dan material corosif (dimana banyak level device tidak

bekerja dengan baik).

Kekurangan

Akurasi dipengaruhi oleh karakteristik material.

Coating pada probe menyusahkan pada beberapa design.

D. Ultrasonic Types

Prinsip Operasi

Ultrasonic transmitter bekerja dengan prinsip pemancaran gelombang suara

dari peizo electric transducer kedalam vessel yang berisi material proses. Alat

ini mengukur lama waktu yang dibutuhkan gelombang suara yang dipantulkan

kembali ke transducer. Pengukuran yang baik tergantung pada pantulan

gelombang suara dari material proses secara garis lurus yang kembali ke

transducer.

Ultrasonic level detectors pada gambar di bawah digunakan terutama untuk

point measurement. Alat ini sudah digunakan sejak tahun 1960, hampir sama

seperti capacitance probe, alat ini juga sering digunakan untuk mengukur

level pada service dimana sering timbul permasalahan bilaman menggunakan

metoda pengukuran tradisional.

100

Gambar 60. Prinsip Kerja Ultrasonic Level Measurement


Gambar 61. Ultrasonic Level Measurement Devices

Keuntungan

Tidak ada part yang bergerak (No moving parts), membutuhkan sedikit

maintenance.

Teknologi Non-contact

Mudah dipasang dan dikalibrasi

Akurasi baik bilamana aplikasi sesuai.

Dapat diaplikasikan pada pengukuran level material seperti powder,

fluida yang mengandung padatan serta slurry.

Kekurangan

Tidak dapat beroperasi pada vakum dan tekanan tinggi.

Range Temperature dan Pressure terbatas.

Harga relative tinggi.

Posisi sangat sensitive disbanding teknologi lain.

101

E. Radar Type

Prinsip Operasi

Teknologi radar untuk aplikasi pengukuran level yang ada dipasaran adalah

Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) atau Pulse Wave Time of

Flight.

Sistem Pulsed Wave bekerja dengan memancarkan suatu gelombang mikro

(microwave) ke arah material proses, gelombang ini dipantulkan oleh

permukaan dari material proses dan dideteksi oleh sensor yang sama yang

bertindak sebagai penerima (receiver). Level ditentukan dari waktu tempuh

dari sinyal gelombang mikro dari transmitter ke receiver.

Sistem FMCW bekerja dengan memancarkan suatu signal frekuensi secara

terus menerus dan jarak ditentukan dari perbedaan frekwensi antara sinyal

transmitter dan receiver pada setiap titik pada waktunya.

Gambar 62. Prinsip Kerja Radar Level Measurement

Secara umum prinsip kerja dari radar level adalah sebagai berikut ; Level dari

cairan diukur dengan radar pulsa yang pendek yang dipancarkan dari antena

di bagian puncak tanki ke arah cairan. Setelah radar pulsa dipantulkan oleh

permukaan cairan, maka antena menerima pulsa tersebut. Jarak dari meter

gauge ke permukaan cairan (d) adalah sebanding dengan waktu tempuh pulsa

gelombang micro (t). Frekuensi yang digunakan radar adalah 5.8 GHZ ( 6.3

GHZ di AS).

Distance = C . (time of flight / 2)

102

Gambar 63. Radar Level Measurement


Kelebihan

Teknologi : Non-contact

Akurasi : tinggi

Kekurangan


Pressure rating : terbatas

Tidak dapat mengukur interface

F. Radiation Type

Prinsip Operasi

Seperti beberapa metoda pengkukuran level lainnya, jenis radioactive

(nucleonic) digunakan juga sebagai continuous measurement dan point

measurement. Pada continuous measurement, radiation level menyediakan

persentase dari penurunan transmisi sesuai level, dan untuk point

measurement, radiation level menyediakan suatu fungsi switch on/off.

Radio isotop yang digunakan pada pengukuran level akan memancarkan

energi pada suatu tingkat rate yang konstan secara acak. Radiasi gamma

adalah sumber yang secara umum digunakan untuk nucleonic level gauging.

103

Panjang gelombang pendek dan energi yang tinggi dari radiasi gamma

menembus dinding vessel dan media proses. Sebuah detektor di sisi yang lain

dari vessel mengukur kekuatan bidang radiasi dan menyimpulkan level di

dalam vessel.

Secara umum, radioactive level adalah metoda pengukuran level yang mahal

dan perlu dipertimbangkan secara serius bilamana akan diimplementasikan.

Bukan hanya hardware yang mahal, tetapi calibration dan testing juga

membutuhkan waktu yang lama serta biaya opearasi yang tinggi. Oleh karena

alat ini sering digunakan sebagai metoda terakhir yang dipilih bila semua

metode gagal digunakan pada suatu aplikasi, maka biaya keseluruhan tetap

dipertimbangkan secara ekonomis dalam pemilihannya.

Gambar 64. Radioactive (Nucleonic) Level Measurement

Klasifikasi Radiactive Level Device

a. Continuous Systems

Gambar 65. Nucleonic Continuous Level Measurement

b. Point Measurement

104

Gambar 66. Nucleonic Point Level Measurement


Kelebihan

Tidak ada part yang bergerak (No moving parts), membutuhkan

sedikit maintenance.

Instalasi eksternal sehingga mudah di-retrofit atau instalasi baru.

Kehandalan (reliability) tinggi.

Kekurangan


Memerlukan perijinan oleh agen pengatur.

Berbahaya dan memerlukan penangan secara khusus.

3. Rangkuman 3

Metode pengukuran level atau tinggi permukaan untuk fluida yang sering digunakan

di industri proses, dapat dikelompokkan sebagai berikut :

1. Displacement

2. Differential pressure

3. Capacitance

4. Ultrasonic

5. Radar

6. Radiation

4. Tugas 3

Identifikasikanlah macam-macam alat ukur level fluida yang ada di industri alkohol

105

5. Tes Formatif 3

a. Sebutkan macam-macam alat ukur level fluida

b. Diskripsikan prinsip kerja masing-masing alat ukur level fluida

D. KEGIATAN PEMBELAJARAN 4: PENGUKURAN PRESSURE


Siswa dapat:

a. Menyebutkan macam-macam alat ukur pressure (tekanan)

b. Mendiskripsikan prinsip kerja masing-masing alat ukur pressure (tekanan)

2. Uraian Materi 4

Umum

Tekanan terjadi karena adanya gaya yang bekerja terhadap suatu bidang luasan.

Karena itu tekanan dinyatakan sebagai Gaya yang bekerja pada suatu Satuan

Luas. Pada bagian ini akan ditinjau beberapa prinsip pengukuran tekanan yang

biasa digunakan di industri proses.

Alat ukur tekanan disebut sebagai Manometer. Berbagai macam nama dan tipe

manometer yang terdapat di industri proses, bergantung pada prinsip kerja, jenis

fluida yang diukur serta kebutuhan penggunaannya. Pada umumnya tekanan

fluida yang diukur di industri proses adalah cairan dan gas.

Sesuai dengan definisi dari tekanan di atas, terdapat 4 terminologi penting yang

biasa digunakan tentang ukuran atau pengukuran tekanan, yaitu :

a. Absolute Pressure (tekanan absolut)

Gaya yang bekerja pada satuan luas, tekanan ini dinyatakan dan diukur

terhadap tekanan NOL.

b. Gauge Pressure (tekanan relatif)

Tekanan yang dinyatakan dan diukur relatif terhadap tekanan atmosfer. Jadi

tekanan relatif adalah selisih antara tekanan absolut dengan tekanan atmosfer

(1 atmosfer = 760 mmHg = 14.7 psig)

c. Vacum Pressure (tekanan hampa)

Tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfer

d. Differential Pressure (tekanan differential)

Tekanan yang diukur terhadap tekanan yang lain.

Beberapa jenis pengukuran tekanan yang sering digunakan di dalam industri proses

dapat dikelompokkan sebagai berikut :

106

a. Manometer kolom cairan (U tube)

b. Bourdon Tube

c. Diaphragm Pressure Gage

d. Belows

e. McLeod Gages

Pemilihan alat ukur pressure (pressure device) tidaklah sesulit memilih alat ukur flow

dan level. Didalam pengukuran flow dan level, karakteristik dari fluida proses sangat

menentukan dalam pemilihan metoda operasi alat ukur tertentu.

Dalam pengukuran pressure, penekanan lebih sedikit pada karakteristik fluida, dan

lebih banyak pada pertimbangan akurasi, range pengukuran dan pemilihan material.

Alat Ukur Tekanan

A. U tube

Prinsip Operasi

Tabung U (U Tube) adalah contoh sederhana instrument pengukuran tekanan

yang menggunakan kolom zat cair. Alat ukur tekana ini terdiri dari air atau air

raksa didalam U-Shaped, dan umumnya digunakan untuk mengukur tekanan

gas.

Salah satu ujung dari tabung U dihubungkan ke bidang tekanan yang tidak

diketahui dan ujung yang lain dihubungkan dengan sumber tekanan acuan

(umumnya tekanan atmosfer), seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 67. Manometer tabung U dengan kolom zat cair

Dengan membandingkan level dari cairan pada kedua sisi dari tabung U,

tekanan yang tidak diketahui dapat diperoleh dari ilmu keseimbangan cairan

(fluid static).

107

Jika cairan C adalah atmosfer, cairan B adalah cairan di dalam tabung U (air

atau air raksa), dan cairan A adalah suatu gas, kemudian diasumsikan bahwa

ρB » ρA, ρC. maka tekanan gage dari gas dapat didekati dengan,

Spesifikasi Umum

Tabung U adalah manometer standard yang digunakan untuk pengukuran

tekanan gauge, tekanan ruang hampa, perbedaan tekanan, baik di dalam

industri maupun di dalam laboratorium dimana ketelitian tertentu diperlukan,

Alat ukur ini tersedia dalam jenis pemasangan wall mounted dan stand

mounted dengan range pengukuran : 0 - 3000 mm WC/HG.

Gambar 68. Manometer U tube


Kelebihan


Sederhana dan handal

Accuracy dan sensitivity : tinggi.

Sesuai untuk aplikasi low pressure dan low differential pressure.

Kekurangan

Dynamic response rate : rendah

Tidak bisa digunakan di dalam lingkungan tanpa bobot.

108

Tidak ada proteksi over range.

Cairan dalam tabung U harus tidak saling bercampur dengan cairan yang

diukur (gas atau cairan).

Dapat terjadi kontaminasi antara air raksa dengan uap air, terutama

pada pengukuran tekanan rendah.

B. Bourdon Tube

Prinsip Operasi

Bourdon Tube adalah alat ukur tekanan non liquid. Alat ukur ini secara luas

digunakan didalam industri proses untuk mengukur tekanan statis pada

beberapa aplikasi. Bentuk dari bourdon tube terdiri dari element (C-type,

helical dan spiral) dan dihubungkan secara mekanikal dengan jarum indicator.

Prinsip operasinya yaitu tekanan dipandu ke dalam tabung, perbedaan

tekanan di dalam dan di luar tabung bourdon akan menyebabkan perubahan

bentuk penampangnya. Perubahan bentuk penampang akan diikuti perubahan

bentuk arah panjang tabung, dimana perubahan panjang tabung akan

dikonversikan menjadi gerakan jarum penunjuk pada skala.

Analisa teoritis tentang perubahan bentuk tabung bourdon sebagai fungsi

perbedaan tekanan di luar dan di dalam tabung bourdon jarang dilakukan.

Perubahan bentuk tabung bourdon diperoleh dari data eksperimental.

Ada tiga tipe tabung bourdon, yaitu : C-type, Spiral dan Helical. Perbedaan

masing-masing tipe terletak pada harga tekanan yang ingin diukur.

C-type Bourdon Tube

Digunakan untuk range 15 ~ 100.000 psig dengan range akurasi (± 0.1 ~ ±

5) % span.

Gambar 69. Bourdon Tube (C-type)

109

Spiral Bourdon Tube

Digunakan secara umum pada range tekanan menengah (medium

pressure), tetapi untuk tugas berat juga tersedia dalam range hingga

100.000 psig. Range akurasinya sekitar ± 0.5 % dari span.

Gambar 70. Bourdon Tube (Spiral)

Helical Bourdon Tube

Digunakan pada range dari 100 ~ 80.000 psig dengan akurasi sekitar ± ½

~ ± 1 % dari span.

Gambar 71. Bourdon Tube (Helical)

110

Spesifikasi Umum

Bourdon Tube C-Type

(a) Bourdon Tube Tipe Spriral

(b) Bourdon Tube Tipe Helical

Gambar 72. Bourdon Tube (C-Type, Spiral dan Helical)


Kelebihan


Konstruksi sederhana

Dapat dikalibarsi dengan mudah (menggunakan mercury barometer).

Tersedia range yang bervarisai, termasuk range yang sangat tinggi.

111

Kekurangan

Peka terhadap goncangan dan getaran

Mempunyai sifat histerisis

Akurasi : sedang (tidak cukup baik untuk beberapa aplikasi).

C. Diaphragm Pressure Gage

Prinsip Operasi

Diaphragm Pressure Gage menggunakan prinsip perubahan bentuk yang

elastis (elastic deformation) dari suatu diaphragm (membrane) untuk

mengukur perbedaan suatu tekanan yang tidak diketahui dengan suatu

tekanan acuan.

Bentuk dari diaphragm pressure gage terdiri dari kapsul (capsule) yang dibagi

oleh suatu sekat rongga (diapraghm), seperti ditunjukkan pada gambar di

bawah. Satu sisi diaphragm terbuka bagi tekanan target (eksternal) PExt, dan

sisi yang lain dihubungkan dengan tekanan diketahui (reference pressure),

PRef. Beda tekanan, PExt - PRef, secara mekanik membelokkan diaphragm.

Gambar 73. Prinsip operasi Diaphragm Pressure Gage

Spesifikasi Umum

Range normal untuk diaphragm elemen mulai dari vacuum hingga 200 psig, dengan

akurasi (±½ ~ ±1¼) % full span. Gambar berikut memperlihatkan berbagai bentuk

disain dari diaphragm yaitu single capsul dan multiple capsul.

112

Gambar 74. Bentuk disain diaphragm (single capsul dan multiple capsul)

Gambar 75. Bentuk Desai Diaphragm Pressure Gage


Kelebihan

Biaya pengadaan awal : sedang

Karakteristik “overrange” : tinggi

Linearitas : baik

Akurasi : baik

Dapat digunakan untuk pengukuran tekanan asolut, tekanan relatif

(gage) maupun tekanan differential.

Tersedia dalam berbagai macam bahan (tahan terhadap korosi)

Kekurangan

Sangat peka terhadap getaran dan kejutan

Jika rusak sulit diperbaiki.

113

D. Bellows Elements

Prinsip Operasi

Pengukuran tekanan dengan bellows sangat popular digunakan di dalam

industri proses, oleh karena mudah ditangani. Element bellows merupakan

elemen elastis yang fleksibel pada arah aksial. Biasanya dibuat dari bahan

kuningan, fosfor-perunggu, berrilium-tembaga, monel, stainless steel, inconel

dan bahan metal lainnya. Dengan element ini dapat diperoleh hubungan yang

linear antara tekanan dan simpangan (perubahan volume).

Gambar di bawah ini menunjukkan prinsip pemakaian bellows untuk

pengukuran tekanan absolute, tekanan relative (gage) dan tekanan

diferensial.

(a) Absolute Pressure

(b) Relative Pressure (Gauge) (c) Differential Pressure

Gambar 76. Prinsip pengukuran tekanan (Bellows Elements)

Spesifikasi Umum

Sebagian besar bellows element digunakan untuk pengukuran tekanan rendah

(absolute atau relative) dan tekanan diferensial, beroperasi untuk tekanan

vacuum sampai tekanan 0 – 400 psig. Kebanyakan aplikasi dalam range inch

H2O hingga 30 atau 40 psig, namun unit tersedia dalam range 0 – 2.000 psig.

Penggunaan yang terbesar untuk unit bellows adalah sebagai elemen

114

penerima untuk pneumatic recorders, indicators dan controllers. Bellows juga

secara luas digunakan sebagai unit diferensial pressure untuk pengukuran

aliran (flow) serta recorder dan controller pneumatic yang dipasang di

lapangan. Ketelitian bellows element adalah sekitar ± ½ %.

Gambar 77. Pressure Differential indicator (Bellows Element)

Kelebihan dan Kekurangan Kelebihan


Konstruksi kuat dan sederhana

Dapat digunakan untuk tekanan rendah dan menengah.

Dapat digunakan untuk mengukur tekanan absolut, tekanan relatif

(gauge) dan tekanan diferensial.

Kekurangan

Memerlukan kompensasi temperature

Tidak dapat digunakan untuk mengukur tekanan tinggi.

Mempunyai histeresis dan drift yang besar.

Tidak cocok untuk mengukur tekanan yang dinamis.

E. McLeod Gages

Prinsip Operasi

McLeod gage adalah alat ukur tekanan rendah (vakum) dimana tekanan di

bawah 10-4 torr (10-4 mmHg, 1.33×10-2 Pa, 1.93×10-6 psi) yang bekerja

berdasarkan tinggi kolom cairan. Alat ukur ini sering digunakan sebagai

kalibrator alat ukur tekanan vakum lainnya.

Skema McLeod gage dapat dilihat pada gambar 3.68. Alat ini mempunyai dua

kaki, dimana pada kaki yang satu terdapat suatu volume yang ukurannya jauh

115

lebih besar dari pada volume pipa. Ujung pipa pada kaki tersebut di atas

tertutup. Alat ini mempunyai torak (piston), yang digunakan untuk mengatur

tinggi cairan dalam pipa.

Sebelum pengukuran dilakukan torak ditarik sehingga tinggi cairan berada di

bawah lubang yang menghubungkan kedua pipa (gambar 3.68.a). Kemudian

tekanan vakum yang akan diukur dihubungkan pada pipa lainnya, sehingga

tekanan vakum yang diukur mengisi semua pipa.

Setelah pengisian terjadi, torak ditekan sehingga cairan memasuki semua

pipa. Tekanan vakum yang berada pada kaki pertama akan terperangkap pada

pipa yang tertutup (gambar 3.68.b). Torak terus ditekan sehingga tinggi cairan

pada pipa kedua mencapai skala 0, yaitu sama dengan tinggi pipa tertutup.

Tinggi cairan pada kaki pertama akan lebih rendah dari kaki kedua, karena

tekanan vakum di kaki tersebut akan terkompresi menjadi lebih tinggi dari

tekanan vakum yang diukur.

(a) (b) (c)

Gambar 78. Prinsip Kerja McLeod Gages

Hukum boyle, yang diusulkan oleh Robert Boyle pada tahun 1662,

menyatakan bahwa pada sistem isothermal yang tertutup (temperatur yang

tetap), maka produk dari pressure (P) dan volume (V) adalah tetap.

116

Atau setara dengan :

Umpamakan bahwa tekanan awal dan volume di dalam McLeod Gage diberi

oleh,

P1 = Pi

V1 = V + A·h0

dimana V adalah volume reservoir dan A adalah luas penampang dari tabung

yang disegel (tertutup).

Misalkan volume dan tekanan yang akhir pemampatan diberi oleh

persamaan,

P2 = Pgage V2 = A·h

Menurut Hukum Boyle, maka :

Untuk bentuk manometer, , maka tekanan

yang tidak diketahui Pi dapat turunkan menjadi suatu fungsi dari perbedaan

tingginya h.

Selanjutnya, volume dari reservoir pada umumnya lebih besar dari tabung,

V » A·(h0-h)

Sehingga persamaan dapat disederhanakan menjadi :

117

3. Rangkuman Materi 4

Beberapa jenis pengukuran tekanan yang sering digunakan di dalam industri

proses dapat dikelompokkan sebagai berikut :

a. Manometer kolom cairan (U tube)

b. Bourdon Tube

c. Diaphragm Pressure Gage

d. Belows

e. McLeod Gages

Pemilihan alat ukur pressure (pressure device) tidaklah sesulit memilih alat ukur

flow dan level. Didalam pengukuran flow dan level, karakteristik dari fluida proses

sangat menentukan dalam pemilihan metoda operasi alat ukur tertentu.

Dalam pengukuran pressure, penekanan lebih sedikit pada karakteristik fluida,

dan lebih banyak pada pertimbangan akurasi, range pengukuran dan pemilihan

material.

4. Tugas 4

Identifikasikanlah Macam-macam alat ukur tekanan di industry minyak bumi

5. Tes Formatif 4

a. Sebutkan macam-macam alat ukur pressure (tekanan)

b. Diskripsikan prinsip kerja masing-masing alat ukur pressure (tekanan)

118

E. KEGIATAN PEMBELAJARAN PEMBELAJARAN 5: PENGUKURAN

TEMPERATURE


Siswa dapat:

a. Menyebutkan macam-macam alat ukur temperature

b. Mediskripsikan prinsip kerja masing-masing alat ukur temperature

2. Uraian Materi 5

Umum

Teperatur adalah ukuran panas atau dingin suatu benda. Kulit manusia mampu

merasakan apakah suatu benda panas atau dingin, namun rasa panas atau

dingin tersebut relatif terhadap temperature kulit itu sendiri (tidak dapat

teramati secara kuantitatif).

Temperature adalah besaran relative, tergantung pada acuan yang digunakan.

Berbagai besaran temperatur menggunakan suatu acuan sebagai harga

dasarnya. Beberapa sifat fisika benda yang digunakan sebagai acuan

pengukuran temperatur dicantumkan pada tabel di bawah.

Acuan Temperatur (oC)

Titik didih Hidrogen (H) -252.78

Titik didih Nitrogen (N) -195.81

Titik beku Air raksa (Hg) -38.87

Titik beku Air (H2O) 0

Titik didih Air (H2O) 100

Titik didih Sulfur (S) 444.60

Titik cair Perak (Ag) 950.5

Titik cair Emas (Au) 1063.0

Macam Prinsip Alat Ukur Temperatur

Besaran temperatur tidak diukur secara langsung. Ukuran temperatur selalu

berdasarkan perubahan sifat fisik benda tertentu akibat pengaruh perubahan

119

temperatur. Berbagai perubah yang digunakan sebagai prinsip dasar suatu

termometer, antar lain :

1. Perubahan dimensi benda, misalnya :

a. Termometer cair dalam bulb (termometer air raksa), berdasarkan prinsip

perubahan volume cairan dalam bulb jika dihubungkan dengan medium

pada temperatur tertentu yang ingin diketahui.

b. Termometer bimetal, berdasarkan perbedaan koefisien ekspansi dua

buah plat logam yang direkatkan.

2. Perubahan tegangan listrik, berdasarkan perbedaan sifat termoelektrik dua

buah bahan, misalnya : thermocouple.

3. Perubahan tahanan listrik suatu benda, misalnya : RTD dan Thermistor.

4. Perubahan tekanan cairan dalam bulb, misalnya pressure termometer.

Alat Ukur Temperatur

1. Bimetal Thermometer

Teori Bimetal Thermometer

Termometer ini terdiri dari dua logam dengan koefisien muai atau ekspansi

berbeda yang dilekatkan menjadi satu. Logam yang mempunyai koefisien

ekspansi lebih besar akan mempunyai pertambahan dimensi yang lebih besar

dari logam lainnya akibat kenaikan temperature. Sehingga menyebabkan

batang bimetal berdefleksi pada arah tertentu, penurunan temperatu

menyebabkab defleksi pada arah yang berlawanan. Simpangan batang

digunakan untuk menyatakan ukuran temperatu di sekitar batang bimetal.

Untuk mendapatkan sensitivitas yang lebih besar, maka dipilih bahan A yang

mempunyai koefisien ekspansi besar dan bahan B mempunyai koefisien

ekspansi kecil. Contoh : bahan bimetal terbuat dari paduan bahan invar

(campuran besi-nikel) yang mempunyai koefisien ekspansi kecil dengan bahan

kuningan yang mempunyai koefisien ekspansi besar.

120

Gambar 79. Prinsip Operasi dari Bimetal Thermometer

Spesifikasi Umum

Bimetal thermometer digunakan secara luas di dalam industri proses sebagai

indicator lokal dari temperatur proses. Skala pengukuran dapat dibuat dari (-

100 ~ 1000)ºF. Skala pengukurannya adalah linier terhadap range dan range

akurasinya sekitar ± ½ ~ ± 2 % atau lebih tinggi.

Gambar 80. Bimetal Thermometer

Kelebihan dan Kekurangan Kelebihan


Tidak mudah rusak.

Mudah dipasang dan diperbaiki.

Akurasi : cukup baik

Range temperature : cukup lebar

121

Kelebihan

Terbatas pada pemasangan local

Hanya sebagai indicator.

Kalibrasi dapat berubah jika ditangani dengan kasar

2. Thermocouple

Teori Thermocouple

Pada tahun 1821 ahli fisika Germany, Estonian Thomas Johann Seebeck

menemukan bahwa suatu konduktor apapun (misalnya metal) akan

menghasilkan suatu tegangan (voltage) ketika diberikan gradien thermal.

Peristiwa ini dikenal sebagai efek Seebeck atau efek termoelektrik.

Thermocouple adalah suatu sensor temperatur termoelektris yang terdiri dari

dua kawat logam yang berlainan (misalnya chromel dan constantan) dengan

penggabungannnya pada probe tip (measurement junction) dan reference

junction (temperature yang diketahui).

Perbedaan temperatur antara probe tip dan reference junction dideteksi

dengan mengukur perubahan tegangan voltage (electromotive force, EMF)

pada reference junction. Pembacaan absolute temperature kemudian bisa

diperoleh dengan kombinasi informasi dari temperatur acuan yang diketahui

dengan perbedaan temperature antara probe tip dengan reference.

Gambar 81. Typical Rangkaian Thermocouple

Beberapa jenis-jenis sambungan thermocouple yang umum digunakan adalah

sebagai berikut :

122

Thermocouple Tip Styles

Grounded Thermocouple Ungrounded Thermocouple Exposed Thermocouple

Gambar 82. Typical Sambungan Thermocouple

Spesifikasi Umum

Secara komersial jenis thermocouple ditetapkan oleh ISA (Instrument

Society of America). Jenis E, J, K dan T adalah base-metal thermocouple

dan dapat digunakan untuk mengukur temperature hingga 1000°C

(1832°F). Jenis S, R dan B adalah noble-metal thermocouples dan dapat

digunakan untuk mengukur temperature hingga 2000°C (3632°F). Berikut

table spesifikasi dasar dari thermocouple.

ISA

Material (+ & -)

Temperature Range

°C (°F)

Sensitivity

@ 25°C (77°F) µV/°C (µV/°

F)

Error*

App.*

*

E

Chromel &

Constantan

(Ni-Cr & Cu-Ni)

-270~1000 (-450~1800)

60.9 (38.3)

LT:±1.67°C(±3°F) HT:±0.5%

I,O

J

Iron & Constanta

n (Fe & Cu-Ni)

-210~1200 (-350~2200)

51.7 (28.7)

LT:±2.2~1.1°C(±4~2°F) HT:±0.375~0.75%

I,O,R,

V

123

K Chromel & Alumel (Ni-Cr & Ni-Al)

-270~1350 (-450~2500)

40.6 (22.6)

LT:±2.2~1.1°C(±4~2°F) HT:±0.375~0.75%

I,O

T

Copper & Constanta

n (Cu & Cu-Ni)

-270~400 (-450~750)

40.6 (22.6)

LT:±1~2% HT:±1.5%

or ±0.42°C(±0.75°

F)

I,O,R,

V

R

Platinum & 87%

Platinum/ 13%

Rhodium

-

50~1750 (-60~3200)

6

(3.3)

LT:±2.8°C(±5°

F) HT:±0.5%

I,O

(Pt & Pt-Rh)

S

Platinum & 90%

Platinum/ 10%

Rhodium

-

50~1750 (-60~3200)

6

(3.3)

LT:±2.8°C(±5°

F) HT:±0.5%

I,O

(Pt & Pt-Rh)

70% Platinum/

B

30% Rhodium & 94% Platinum/ 6% Rhodium

-50~1750 (-60~3200)

6

(3.3)

LT:±2.8°C(±5°F) HT:±0.5%

I,O

(Pt-Rh & Pt-Rh)

*: LT = Low temperature range, HT = High temperature range

**:I = Inert media, O = Oxidizing media, R = Reducing media, V = Vacuum

Constantan, Alumel, and Chromel are trade names of their respective

owners.

Gambar 83. Thermocouple

3. Resistance Temperature Detector (RTD)

Teori RTD

Tahanan (resistance) dari suatu material metal akan berubah terhadap

perubahan temperaturnya. Hal ini merupakan suatu dasar metoda deteksi

temperature. Bahan yang digunakan untuk sensor ini dibagi menjadi dua

macam yaitu bahan konduktor (logam) dan bahan semikonduktor. Bahan

konduktor ditemukan terlebih dahulu dan disebut “Resistance-Termometer”

sekarang disebut “Resistance Temperature Detector (RTD)”. Jenis

124

semikonduktor muncul lebih akhir dan diberi nama “thermistor”.

Gambar 84. Resistance Temperature Detector (RTD)

Hubungan Resistance (R) dengan Temperature (T) adalah sangat berperan

didalam Resistance Temperature Detector (RTD). Hubungan R-T dari

beberapa bahan-bahan RTD digambarkan sebagai berikut dimana y-axis

adalah

Resistance yang dinormalisir terhadap Resistance pada 0 °C (32 °F) dan x-

axis adalah temperature.

Gambar 85. Hubungan Resistance – Temperature

Spesifikasi Umum

Secara komersial resistance RTD yang tersedia terbentang dari 10 ~ 25,000

Ω. Lebih umum adalah 100, 200, dan 1000 Ω untuk strain-free platinum probe

(> 99.999%) dan 10 Ω copper probe.

Range temperature dari material yang digunakan untuk RTD seperti platinum,

copper, nickel, BalcoTM (70% Ni-30% Fe) dan tungsten dapat dilihat pada

table berikut :

125

Material Temperature

Range

Note

Platinum (Pt) -260~1000 °C (-

440~1800 °F)

< 550 °C (1022 °F) in most

applications

Copper (Cu) -200~260 °C (-

330~500 °F)

Nickel (Ni) -200~430 °C (-

330~800 °F)

Linearity is not good

Balco (70%

Ni-30% Fe)

-100~230 °C (-

150~450 °F)

Linearity is not good; cheap

to fabricate; high

resistance Tungsten (W) -100~1200 °C (-

150~2200 °F)

Gambar 86. Resistance Temperature Detector (RTD)


Kelebihan

Stabil dan akurat.

Linearity lebih baik dari pada thermocouples.

Signal-to-noise ratio : tinggi

Kekurangan

Biaya pengadaan awal : tinggi (lebih mahal)

Self heating.

Membutuhkan sumber arus listrik.

Response time tidak cukup cepat untuk beberapa aplikasi.

126

4. Thermistor

Teori Thermistor

Serupa dengan Resistance Temperature Detector (RTD), thermistor (Bulk

Semiconductor Sensor) menggunakan resistance untuk mendeteksi

temperatur. Bagaimanapun, tidak sama dengan RTD metal probe dimana

resistance meningkat dengan temperatur, thermistor menggunakan material

ceramic semiconductor dimana responya terbalik dengan temperatur. Contoh

dari thermistor ditunjukkan pada gambar sebagai berikut.

Gambar 87. Thermistor

Thermistor adalah resistance thermometer, dimana hubungan antara

Resistance dan Temperature adalah sangat nonlinear. Resistance berubah

secara negatif dan tajam dengan suatu perubahan positif didalam

temperature, seperti ditunjukkan pada grafik di bawah.

Gambar 88. Kurva karakteristik dari tiga Temperature Transducers

Hubungan Resistance - Temperature pada Thermistor dapat didekatkan dalam bentuk persamaan :

127

Dimana :

T = temperature (in kelvin)

TRef = reference temperature, umumnya pada temperature

kamar (25 °C; 77 °F; 298.15 K)

R = Resistance dari thermistor (Ω)

RRef = Resistance pada TRef

β = Konstanta kalibrasi tergantung pada thermistor material,

umumnya (3,000 ~ 5,000) K

Spesifikasi Umum

Sensor thermistor dapat mengukur temperatur dari –40 ~ 150 ± 0.35 °C (-40 ~

302 ± 0.63 °F). Bentuk dari thermistor probe dapat berbentuk bead, washer, disk

dan road seperti diperlihatkan pada gambar 3.33. Resistance operasi dari

thermistor adalah dalam range k Ohm, walaupun aktual resistance terbentang

dalam M Ohm hingga Ohm

Gambar 89. Thermistor


Kelebihan

Accuracy tinggi ; ~±0.02 °C (±0.36°F). Lebih baik dari pada RTD dan lebih

baik lagi dari pada thermocouples.

Sensitivity tinggi ; ~10. Lebih baik dari pada RTD dan lebih baik lagi dari

pada thermocouples. Sebagai hasilnya, kesalahan akibat kabel yang panjang

128

dan self-heating adalah tidak berarti.

Response time lebih pendek dari RTD, hamper sama dengan thermocouple.

Stabilitas dan repeatability cukup baik.

Ukuran lebih kecil dibanding thermocouple

Kekurangan

Range temperature terbatas -100 ~ 150 °C (-148 ~ 302 °F).

5. Hubungan Resistance - Temperature ; nonlinear, tidak sama dengan RTD

dimana mempunyai suatu hubungan yang sangat linier.

5. Pyrometer

Teori Pyrometer

Pyrometer (radiation thermometer) adalah non-contact instrument untuk

mendeteksi temperatur permukaan dari suatu obyek dengan mengukur

radiasi gelombang elektromagnetic (infrared/visible) yang dipancarkan oleh

suatu obyek.

Gambar 90. Typical Broadband Pyrometer

Panjang gelombang dari radiasi thermal terbentang dari 0.1 sampai 100 µm (4

~ 4,000 µin), yaitu dari ultraviolet (UV), spectrum sinar tampak (visible

spectrum) hingga pertengahan dari infrared (IR).

129

Courtesy of the Advanced Light Source, Berkeley Lab (Ernest Orlando Lawrence Berkeley

National Laboratory)

Gambar 91. Electromagnetic Radiation Spectrum

Pyrometry secara harafiah berarti "api / fire“ (pyro) dan "mengukur /

measuring " (metron). Pyrometer memanfaatkan fakta bahwa semua objek

di atas absolut temperature 0 K (- 273.15 ° C; - 459.67 ° F) menyebar dan

menyerap energi thermal. Jika hubungan antara intensitas radiasi, panjang

gelombang dan temperatur dapat bentuk, maka temperature dapat

ditemukan dari radiasi itu.

Dua teori yang mendasari pyrometry adalah hukum Planck dan hukum

Stefan- Boltzmann. Hukum Planck digunakan didalam narrow-band

pyrometer dan Hukum Stefan-Boltzmann digunakan didalam broad-band

pyrometer.

Spesifikasi Umum

Pyrometer adalah photodetector yang mampu menyerap energi atau

mengukur intensitas gelombang electromagnetic pada panjang gelombang

tertentu atau dalam suatu range panjang gelombang tertentu. Atas dasar

tersebut dikenal dua jenis pyrometer, yaitu :

a. Optical Pyrometer (Brightness Pyrometer atau

Disappearing Filament Pyrometer)

Dirancang untuk radiasi thermal pada spectrum sinar tampak (visible

spectrum).

Menggunakan suatu perbandingan visual antara suatu sumber

130

cahaya yang terkalibrasi dan permukaan yang ditargetkan. Ketika

kawat pijar (filament) dan target mempunyai temperature yang sama,

intensitas radiasi termal akan match menyebabkan kawat pijar

menghilang seperti tercampur kedalam permukaan yang ditargetkan

di latar belakang.

Ketika kawat pijar menghilang, arus yang melintas pada kawat pijar

dapat diubah kedalam pembacaan temperatur.

Gambar 92. kawat pijar (filament)

Gambar 93. Optical Pyrometer

b. Infrared Pyrometer

Dirancang untuk radiasi thermal didalam daerah infrared (0.75 ~ 1000

µm ; 30 µin ~ 0.04 in) pada umumnya 2 ~ 14 µm (80 ~ 550 µin).

Photometric

Match For

Temperatur

e Indication

View Through Telescope

Correct Too High Too Low

131

Dibuat dari material pyroelectric, seperti triglisine sulfate (TGS),

lithium tantalate (LiTaO3) atau polyvinylidene fluoride (PVDF).

Gambar 94. Infrared Pyrometer


Kelebihan

Pengukuran Non-contact measurement

Response time : cepat

Stability : baik

Kekurangan

Biaya pengadaan awal : tinggi (mahal)

Akurasi terpengaruh oleh debu dan asap

3. Rangkuman Materi 5

Temperature adalah besaran relative, tergantung pada acuan yang digunakan.

Berbagai besaran temperatur menggunakan suatu acuan sebagai harga

dasarnya. Beberapa sifat fisika benda yang digunakan sebagai acuan

pengukuran temperatur dicantumkan pada tabel di bawah.

Acuan Temperatur (oC)

Titik didih Hidrogen (H) -252.78

Titik didih Nitrogen (N) -195.81

Titik beku Air raksa (Hg) -38.87

Titik beku Air (H2O) 0

Titik didih Air (H2O) 100

Titik didih Sulfur (S) 444.60

Titik cair Perak (Ag) 950.5

Titik cair Emas (Au) 1063.0

132

Besaran temperatur tidak diukur secara langsung. Ukuran temperatur selalu

berdasarkan perubahan sifat fisik benda tertentu akibat pengaruh perubahan

temperatur. Berbagai perubah yang digunakan sebagai prinsip dasar suatu

termometer, antar lain :

Perubahan dimensi benda

Perubahan tegangan listrik

Perubahan tahanan listrik

Perubahan tekanan cairan dalam bulb

4. Tugas 5

Identifikasikanlah macam-macam alat ukur temperature di industry pengolahan

makanan dan minuman.

5. Tes Formatif 5

a. Sebutkan macam-macam alat ukur temperature

b. Diskripsikan prinsip kerja masing-masing alat ukur temperature

133

BAB VII

PENUTUP

Modul Alat Industri Kimia dengan materi pada furnace, scrubbing system,

granulator dan pengolahan data ini disusun agar siswa memiliki kompetensi dalam

pengenalan alat industri kimia yang diperlukan di dunia Industri. Dengan tuntasnya

mempelajari modul ini diharapkan siswa mempunyai bekal untuk bekerja di sektor industri

kimia. Peran guru dan pihak-pihak terkait dalam memfasilitasi siswa sangat diperlukan

untuk mencapai kompetensi yang diharapkan.

134

DAFTAR PUSTAKA

Carroll, C., 2006, Mechanical Engineers Handbook Energy and Power: Chapter 6:

Furnaces

Furnace : Bureau of Energy Efficiency, p 89-119

https://www.epa.gov/sites/production/files/2014-05/documents/huff-particle.pdf Overview

of Particle Air Pollution (PM2.5 and PM10) Air Quality Communication

Workshop San Salvador, El Salvador April 16-17, 2012.

Murachman, B., dkk, 2013, Teknologi Pengendalian Pencemaran Udara Pada Industri,

Sekolah Pascasarjana Universitas Gadjah Mada.

Parikh, D., 2005, Handbook of Pharmaceutical Granulation Technology, Recsearch

Triangle Park

Shanmugan, S., 2015, Granulation Techniques and Technologies : Recent Progress,

Biompacts.

Sherwood, T., 1939, Applied Mathematics in Chemical Engineering

Stahl, H., 2010, Comparing Granulation Methods : Latest Process Advabcement and

Innovations in Granulation Technology

Tousey, D., 2002, The Granulation Process 101: Basic Technology for Tablet Making,

Pharmaceutical Technology

Andrew W.G & Willams H.B,”Applied Instrumentation In The Process Industries”, Volume

II Practical Guideines, 2nd Edition, Gulfpublishing Company.

Direktorat Pengolahan Balongan, “Bimbingan Profesi Sarjana Teknik”, Angkatan XVII,

2007.

Fisher, “Control Valve Handbook”, Emerson Process Management.

Gunterus, Frans. Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses. ElexMedia Komputindo.

https://www.epa.gov/sites/production/files/2014-05/documents/huff-particle.pdf

135

Ogata, Katsuhiko. “Modern Control Engineering”, 3rd Edition, Prentice Hall International

Inc. 1997.

Smith, Carlos A & Carripio, Armando B. “Principles And Practice Of Automatic Process

Control”, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc.

KOMPETENSI KEAHLIAN KIMIA INDUSTRI - Kemenperin · 2021. 6. 11. · Tidak ada persyaratan spesifik...

Documents

Transcript of KOMPETENSI KEAHLIAN KIMIA INDUSTRI - Kemenperin · 2021. 6. 11. · Tidak ada persyaratan spesifik...