Pengenalan Instrumen Part 1

7/26/2019 Pengenalan Instrumen Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/pengenalan-instrumen-part-1 1/23

INSTRUMEN

CONTROLINSTRUMENTASI

Management Trainee | PT PJB Services

1

PENGENALAN INSTRUMENTASI

1.

PENDAHULUAN

1.1.

Umum

Instrumen adalah suatu alat yang dipergunakan sebagai penunjuk,pencatat,pemberi

signal / informasi, harga suatu besaran dalam proses atau keadaan tertentu. Harga yang

diperoleh biasanya harga yang kuantitatif, namun dalam hal tertentu tidaklah selalu

demikian tetapi dapat dalam bentuk sinyal, atau hanya sekedar menunjukkan suatu

keadaan yang telah ditentukan sebelumnya.

Maksud lain penggunaan instrument dalam pembangkit listrik adalah untuk mengetahui

unjuk kerja suatu proses atau peralatan dengan menunjukkan harga suatu besaran,

dengan demikian suatu instrument haruslah mengukur suatu besaran yang benar sebagai

patokan untuk memperoleh pengoperasian yang seefisien mungkin.

1.2.

Fungsi Instrumen

Seperti yang telah disebutkan diatas, maka fungsi yang dapat diperoleh oleh suatu

instrument antara lain :

a.

Penunjukkan

Instrumen ini mempunyai jarum penunjuk dan skala yang dapat dikalibrasi. Harga

yang diukur dapat dibaca langsung dengan penunjukkan jarum pada suatu skala

dengan rentang tertentu.

Misalnya instrumen tekanan uap,tekanan air,tekanan minyak dan sebagainya.

b. Perekam (recorder)

Disini instrumen memberikan data yang tercatat, biasanya pada kertas grafik. Harga

tersebut diukur terhadap besaran lainnya.

Misalnya tekanan, atau suhu uap terhadap waktu.

c.

Pemberian tanda / sinyal

Fungsi instrumen disini hanya memberikan harga umum atau daerah pengukuran dari

suatu besaran yang diukur.



INSTRUMEN



2

Misalnya pengukur pada drum hanya memberikan sinyal permukaan ( level ) tinggi

atau rendah.

d.

Pencatat ( register)

Dalam hal ini alat ukur hanya menunjukkan angka atau simbol dari suatu

penambahan diskrit harga suatu kuantitas.

Misalnya Flow meter ( pencatat aliran) air hanya menunjukkan penambahan jumlah.

1.3.

Istilah / Definisi

Beberapa istilah / definisi dalam instrument yang biasa di jumpai adalah :

a. Proses

Adalah suatu operasi yang dibuat berlangsung secara kontinyu, yang terdiri

beberapa aksi atau perubahan yang di pantau, yang diadakan secara sistematis

menuju kesuatu hasil atau keadaan akhir tertentu.

b. Kepekaan ( sensitivity)

Instrumen ialah perbandingan antara gerakan linear jarum penunjuk pada

instrument itu dengan perubahan variable yang diukur yang menyebabkan

gerakan itu.

Misalnya, suatu recorder 1-mv mungkin mempunyai skala yang panjangnya 25

Cm, maka kepekaannya adalah 25 Cm/mv, jika pengukuran itu linear disepanjang

skala.

Pembuat instrumen biasanya memberikan spesifikasi kepekaan untuk suatu

setelan skala tertentu.

c. Ketelitian ( accuracy )

Instrumen menunjukkan deviasi atau penyimpangan terhadap masukan yang

diketahui.

Ketelitian biasanya dinyatakan dalam presentase bacaan skala penuh . Jadi

pengukur tekanan 100 kpa yang mempunyai ketelitian 1 persen artinya teliti di

sekitar ± 1 kpa dalam keseluruhan jangkauan bacaan pengukur itu.



INSTRUMEN



3

d. Ketepatan atau presisi ( precision)

Menunjukan kemampuan instrument itu menghasilkan kembali bacaan tertentu

dengan ketelitian yang di ketahui.

e.

Kalibrasi

Kalibrasi atau peneraan instrument adalah memeriksa instrument terhadap

standard yang di ketahui, untuk selanjutnya mengurangi kesalahan dalam

ketelitian.

Prosedur kalibrasi melibatkan perbandingan instrument it u dengan :

1.

Standard primer

2. Standard sekunder

3. Dengan sumber masukan yang diketahui

f. Transducer

Transducer adalah piranti yang dapat mentransformasikan suatu efek fisik

menjadi efek fisik yang lain.

2.

PENGUKURAN

2.1.

Dasar Pengukuran

Dasar ilmu pengetahuan dan teknologi adalah pengamatan, yang hampir

selalu dilanjutkan dengan usaha mendapatkan gambaran kuantitas suatu besaran,

untuk itu dilakukan pengukuran.

Pengukuran selalu dinyatakan dengan besaran dan satuan. Karena itu hasilnya

harus dituangkan dalam bentuk yang jelas, sehingga mencerminkan kualitas dan

kwantitas. Selain itu hasil pengukuran harus mendapatkan satuan yang bersistem,

mudah dalam pemakain maupun perhitungan.

Dalam system satuan kita kenal besaran dasar dan besaran baru /turunan.

Besaran dasar mempunyai nama satuan dalam jumlah tertentu, sedangkan besaran

turunan terdapat dalam jumlah yang relatif banyak dan menghasilkan pula nama

satuannya.



INSTRUMEN



4

Hasil pengukuran yang dinyatakan oleh besaran dan satuan baik dalam bentuk

kwalitas maupun hanya berupa isyarat / tanda. Inilah yang kemudian dapat diketahui

melalui instrument.

2.2.

Sistem pengukuran

Pada umumnya pengukuran terdiri atas beberapa bagian / elemen yaitu :

a.

Elemen primer ( eleman Perasa)

Adalah bagian dari suatu alat ukur yang menggunakan energi dari medium yang

diukur untuk menghasilkan kondisi yang menunjukkan harga yang diukur.

Misalnya bola thermometer bekerja sebagai elemen primer, karena bola ini

mengubah energy panas menjadi geseran yang berbanding lurus dengan perubahan

suhu.

b. Elemen sekunder ( elemen penghubung)

Elemen ini adalah bagian yang mengubah kondisi yang di hasilkan oleh elemen

primer ke kondisi yang fungsinya berguna jadi alat ukur.

Misalnya elemen sekunder berupa pegas bourdon yang mengubah pergeseran cairan

menjadi pergeseran system.

c.

Elemen manipulasi (Elemen pengukur)

Elemen ini berfungsi untuk mengubah kondisi yang di hasilkan oleh elemen sekunder

menjadi besaran yang dapat di amati aatau dilihat mata.

Misalnya gerakan pegas bourdon ditransmisikan oleh roda gigi untuk memperbaiki

kesalahan yang ditimbulkan oleh hal yang tidak linear dalam proses konversi

sebelumnya ke jarum penunjuk.

d. Elemen penunjuk

Elemen ini berfungsi untuk menunjukan, pencatatan atau perekam. Bagian-bagian (

elemen ) alat ukur yang disebutkan diatas tidak selalu lengkap ( ada ) pada semua alat

ukur. Beberapa alat ukur misalnya , thermometer jelas lebih sederhana. Tetapi

sebaliknya penunjuk suhu di panel ruang control mempunyai rangkaian yang

komplek.



INSTRUMEN



5

www.marshallinstruments.com

2.3. Jenis-jenis Instrumen

Jenis-jenis instrument pada pembangkit dapat di kategorikan menjadi:

1.

Instrumen mekanis.

2.

Instrumen listrik.

Instrumen mekanis merupakan system pengukuran dimana detector / sensor yang

mendeteksi besaran fisika di transformasikan secara mekanis, sehingga kwantitas /

nilai dari besaran tersebut dapat secara langsung diketahui. Pengukuran mekanis

yang di bahas dalam pelajaran ini adalah pengukuran mekanis sederhana dan hanya

meliputi prinsip kerjanya.

Pengukuran tersebut adalah :

1. Pengukuran tekanan

2. Pengukuran aliran

3.

Tinggi permukaan, dan

4.

Pengukuran temperature



INSTRUMEN



6

Dalam banyak hal , besaran fisika itu juga di transformasikan menjadi sinyal listrik

untuk kemudian diolah melalui beberapa proses rangkaian, yang pada akhirnya di

pajangkan dalam suatu bentuk yang dapat di pahami melalui instrument listrik.

Bentuk pemajangan yang di maksudkan dalam pelajaran ini adalah instrumen yang

bekerja berdasarkan pengaruh aliran listrik dalam medan magnit, melalui azas

kumparan putar / besi putar.

3. PENGUKURAN MEKANIS

3.1. Pengukuran Tekanan

3.1.1. Pengertian tekanan

Tekanan adalah gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang

tersebut. Ditulis dengan persamaan berikut :

P = F/A , dimana P = Tekanan

F = Gaya yang menekan

A = Luas bidang yang ditekan

Gaya persatuan luas yang di maksud dalam pembahasan ini adalah gaya yang

diberikan oleh fluida pada dinding yang menampungnya, dan itulah yang

disebut dengan tekanan.

Tekanan udara bebas di sekeliling kita ini disebut tekanan atmosfer. Besarnya

tekanan atmosfer adalah 1,013 bar atau 14,7 Psig dan alat ukurnya dinamakan

Barometer.

Titik nol Barometer diukur dari ruangan tanpa udara ( hampa mutlak/nol

absolute). Sedangkan alat ukur yang dipakai untuk mengukur tekanan fluida

yang lain, selain tekanan udara bebas disebut manometer dan titik nol

manometer di ukur dari tekanan atmosfer.

3.1.2 Pembagian tekanan

Tekanan dapat dibedakan menjadi 3 ( tiga ) macam yaitu :

1. Tekanan terukur / tekanan relatif ( gauge )

2. Tekanan absolute

3. Tekanan vakum



INSTRUMEN



7

a. Tekanan terukur

Adalah tekanan yang nilainya diatas tekanan atmosfer, contoh tekanan tangki

compressor.

b. Tekanan absolute

Adalah tekanan yang titik nolnya dimulai dari nol Barometer atau tekanan

terukur ( gauge ) menunjukkan 6 bar, maka tekanan absolute nya akan

menjadi :

6 Bar + 1,013 Bar = 7,013 absolut.



INSTRUMEN



8

c. Tekanan Vakum

Adalah tekanan yang nilainya dibawah tekanan atmosfer ,contoh tekanan pada

kondensor. Untuk membedakan pengertian dari ketiga tekanan tersebut Agar

lebih jelas di perlihatkan pada gambar di bawah ini.



INSTRUMEN



9

Secara matematis :

Untuk tekanan ukur yang lebih besar dari tekanan atmosfer.

Maka : tekanan absolute = tekanan ukur + tekanan atmosfer

Sedangkan untuk tekanan ukur yang lebih kecil dari atmosfer.

Maka : tekanan absolute = tekanan atmosfer – tekanan vakum.

3.1.3. Contoh –contoh metode pengukuran tekanan.

Pengukuran tekanan yang banyak terdapat pada pembangkit tenaga adalah

menggunakan metode kolom zat cair dan metode perubahan elemen elastis.

Contoh pengukuran tekanan dengan menggunakan metode dalam zat cair

Manometer pipa U

Manometer ini sangat sederhana terdiri dari tabung gelas yang berskala atau dari

bahan lain yang dapat dibentuk huruf U dan diisi dengan cairan , tabung gelas yang

sering di pakai berukuran kira-kira 6 mm atau ¼ inch.

Cairan yang digunakan adalah air raksa atau air biasa yang diberi warna , dipilih

tergantung dari range tekanan yang akan diukur , jika untuk mengukur tekanan yang

rendah dipakai cairan dengan berat jenis ringan, sedangkan untuk mengukur tekanan

yang tinggi dapat dipakai cairan dengan berat jenis besar.

Manometer jenis ini banyak dipakai untuk mengukur tekanan ruang tertutup dan

vakum . Prinsip pengukuran tekanan manometer pipa U seperti terlihat pada gambar

dibawah ini.



INSTRUMEN



10

Manometer tabung huruf U yang lain adalah manometer dimana salah satu ujung

tertutup dan vakum. Manometer ini dipakai untuk mengukur tekanan absolute.

Metode elemen elastic

Pengukuran tekanan dengan menggunakan metode elemen elastis adalah Bourdon

tube ( tabung bourdon ). Tabung bourdon dibuat dari tabung yang dipilih berbentuk C

. Prinsip kerja dari pengukur tekanan dengan tabung bourdon bentuk C adalah

sebagai berikut :

Apabila tabung bourdon diberi tekanan maka bourdon akan mengembang dan

gerakan tersebut dirubah menjadi penunjukkan melalui link kage dan roda gigi. Bahan

logam yang dipergunakan untuk pembuatan Bourdon adalah Phosphor bronze, Alloy

steel, Stainless steel dan Berrylium copper.

Berikut adalah gambar dari tabung bourdon bebentuk C dalam rangkaian Pressure

gauge.



INSTRUMEN



11

3.2. Pengukuran Aliran

3.2.1. Pengertian Aliran

Aliran atau debit adalah banyaknya fluida yang bergerak / mengalir pada suatu

luas penampang saluran persatuan waktu. Fluida tersebut dapat berupa zat

cair, padat atau gas.

3.2.2. Tujuan pengukuran aliran

Maksud dari pengukuran aliran adalah :

a. Untuk menentukan jumlah fluida yang masuk ataupun keluar dalam suatu

proses.

b. Untuk keperluan perhitungan biaya dan efisiensi, terutama yang

menyangkut pemakaian air, uap, udara dan bahan bakar.

3.2.3 Jenis aliran

Fluida yang mengalir pada suatu saluran dapat dibedakan menjadi aliran

laminer dan turbulen.

Aliran laminer terjadi manakala fluida didalam saluran / pipa bergerak /

mengalir sejajar dengan dinding saluran.

Lihat gambar berikut

Aliran turbulen terjadi manakala fluida didalam saluran / pipa gerakan /

alirannya tidak beraturan.

Lihat gambar berikut



INSTRUMEN



12

3.2.4. Prinsip pengukuran aliran

Aliran fluida didalam pipa dapat diukur dengan beberapa cara , yaitu :

1. Berdasarkan beda tekanan ( head flow meter)

2. Meter Quantitas ( quantity meter) / turbin meter

3. Area flow meter

a. Pengukuran aliran berdasarkan beda tekanan.

Pengukur aliran fluida didalam suatu pipa dapat dilakukan dengan memasang

penghalang / rintangan sehingga terjadi penyempitan saluran yang

menyebabkan terjadinya perubahan tekanan.

Piranti rintangan sering disebut meter tinggi tekan ( head meter) , karena

disini sebagai petunjuk tentang laju aliran digunakan pengukuran kehilangan

tinggi ( head loss) atau penurunan tekanan ( pressure drop ).

Hubungan antara beda tekanan dengan aliran tidak linear, sehingga untuk

perhitungan aliran diperlukan pengakar :

Q = K √(p1 – p2)

Dimana Q = jumlah aliran

K = konstanta

P1-p2 = beda tekanan



INSTRUMEN



13

Piranti rintangan yang di pakai untuk mengukur aliran :

1. Plat orifice

2. Tabung venture

3. Nozzle aliran

4. Tabung pitot

1. Plat orifice

Pengukur aliran dengan menggunakan plat orifice ini relative murah dan

mudah pemasangannya. Plat ini terbuat dari bahan logam yang kuat agar tidak

mudah erosi dan korosi. Ada tiga type plat orifice yang umumnya di pakai

yaitu konsentris, eksentris dan segmen.

Plat orifice type konsentris merupakan elemen primer yang sering digunakan.

Sedangkan yang type eksentris dan segmen di pakai untuk mengukur aliran

yang mengandung bahan –bahan padat.

Keuntungan dan kerugian dari plat orifice adalah :

a. Murah harganya

b. Mudah dipasang

c. Ketelitian baik

d. Kerugian tekanan besar



INSTRUMEN



14

Pemasangan orifice type konsentris

2. Tabung venturi

Tabung venturi mempunyai bentuk seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

Bagian tap positif dan negatif pada tabung venturi umumnya dibuat

berlubang-lubang ( sekeliling pipa ). Kemudian lubang-lubang tersebut

dihubungkan menjadi satu. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan tekanan

rata-rata pada masing-masing tap, sehingga akan menghasilkan pengukuran

yang teliti.

Keuntungan dan kerugian dari tabung venture adalah :

a. Paling mahal

b. Pembuatnya sulit

c. Ketelitian baik

d. Kerugian tekanan paling baik



INSTRUMEN



15

3. Nozzle aliran

Tap ( lubang pengukur tekanan) positif dan negatif pada nozzle aliran

ditempatkan pada jarak kira-kira satu kali diameter pipa di depan nozzle dan

setengah diameter pipa di belakang nozzle.

Keuntungan dan kerugian dari nozzle aliran adalah :

a. Lebih mahal

b. Mudah dipasang

c. Ketelitian baik

d. Kerugian tekanan kecil



INSTRUMEN



16

4. Tabung pitot

Prinsip kerja untuk memperoleh beda tekanan pada tabung pipa adalah

sebagai berikut :

Fluida yang mengalir pada suatu pipa mempunyai kecepatan V dan tekanan P

tertentu. Kita pandang aliran segaris lurus dengan benda padat diam

ditengah-tengah pipa. Kemudian dengan mendekatnya fluida pada benda

padat tersebut, maka fluida mengalami perlambatan sampai akhirnya pada

titik yang tepat di muka benda, kecepatan fluida = 0. Perlambatan kecepatan

fluida akan menaikkan tekanan P1 menjadi P2.

Keuntungan dan kerugian dari tabung pitot adalah :

a. Mudah dipasang

b. Ketelitian baik

c. Kerugian tekanan kecil

b. Pengukuran aliran dengan meter quantitas ( turbin meter )

Salah satu piranti pengukur aliran yang cukup teliti adalah jenis meter aliran

turbin. Pada prinsipnya pengukuran dengan metode ini adalah fluida yang

mengalir ditentukan berdasarkan tumpuhan volume atau berat persatuan

waktu. Turbin akan berputar apabila aliran cairan mengenai dan mendorong

baling-baling dari turbin. Suatu kumparan penerima ( pick up coil ) yang



INSTRUMEN



17

terpasang diatas badan meter akan menghasilkan pulsa listrik, apabila baling-

baling tersebut berputar.

Frekuensi pulsa yang di hasilkan akan sebanding dengan laju aliran dari fluida.

Q = f/K Dimana : Q = laju aliran.

f = frekuensi pulsa

K = Koefisien pulsa

c. Pengukuran aliran dengan area flow meter / rota meter

Rota meter ini terdiri dari suatu kerucut dari terbuat dari gelas atau bahan lain

yang transparan dan berskala dengan suatu pelampung didalamnaya.

Pelampung ini dibuat dari bahan-bahan yang tahan karat terhadap fluida yang

mengalir, biasanya terbuat dari stainless steel. Oleh karena adanya aliran

fluida , maka pelampung akan naik dan dalam keadaan setimbang aakan diam

pada satu posisi, makin besar alirannya makin tinggi posisinya. Rota meter

harus dipasang tegak lurus ( tidak boleh miring dari 2 ⁰)

Disini terlihat bahwa beda tekanan P tidak tergantung dari posisi pelampung.

Jadi pada posisi manapun beda tekanan akan konstan. Oleh karena luas

penampang kerucut berubah terhadap posisi pelampung, maka luas

penampang dimana fluida mengalir di sekeliling pelampung juga tergantung



INSTRUMEN



18

pada posisi. Penampang aliran fluida ini berbentuk cincin. Didalam aliran ini

dianggap berlaku persamaan kontinuitas dan bernauli, sehingga pelampung

akan mengatur dirinya pada posisi dimana kedua persamaan ini tadi dipenuhi.

Jadi laju aliran Q hanya merupakan fungsi dari luas kerucut. Bila sudut

kemiringan kerucut kecil, maka luas kerucut ini sebanding dengan posisi

pelampung. Oleh karena berat jenis fluida mempengaruhi persamaan diatas,

maka setiap rota meter dikalibrasi untuk fluida tertentu.



INSTRUMEN



19

3.3. Pengukuran tinggi permukaan

3.3.1. tujuan pengukuran tinggi permukaan

Maksud dari pengukuran tinggi permukaan ( level ) adalah untuk mengetahui

volume ( isi) cairan yang ada dalam suatu tangki.

3.3.2. Contoh –contoh pengukuran tinggi permukaan.

Pengukuran tinggi permukaan dapat di lakukan dengan beberapa metode ,

misalnya :

1. langsung

2. tidak langsung

3. Ultra sonic

1. Pengukuran langsung

Pengukuran tinggi permukaan zat cair dengan metode ini dapat di lakukan

dengan gelas penunjuk atau system pelampung. Kedua metode pengukuran

itu tergantung dari jenis cairan atau tinggi tangki yang di pergunakan.

a. Prinsip kerja dengan gelas penunjuk

prinsip kerja dari pengukur tinggi permukaan dengan gelas penunjuk adalah

mengikuti hukum bejana berhubungan, dimana tinggi permukaan pada tangki

akan selalu sama dengan gelas penunjuk.

Ada beberapa gelas penunjuk yang sering dipakai , yaitu bentuk tabung datar

dan type mata sapi ( bull eye ).

Berikut gambar pengukuran tinggi permukaan dengan gelas penunjuk dan

mata sapi.

Gambar

Gelas penunjuk / sight glass



INSTRUMEN



20

Gambar

Mata sapi / bull eye

b. Prinsip kerja system pelampung

Prinsip kerja dari pengukur tinggi permukaan cairan dengan system

pelampung adalah sebagai berikut :

Apabila tinggi permukaan cairan dalam tangki berubah maka pelampung

bergerak mengikuti perubahan tersebut. Gerakan ini dihubungkan dengan

jarum penunjuk melalui pita / tali .



INSTRUMEN



21

2. Pengukuran tidak langsung

Pengukuran tinggi permukaan menggunakan metode tidak langsung dapat

dilakukan dengan beberapa cara, namun yang sering dijumpai adalah sebagai

berikut :

a. Pengukuran tinggi permukaan dengan manometer tabung U

Pada metode ini tinggi permukaan diketahui dengan mengukur beda tekanan

pada tabung A dan B

Hubungan antara tinggi permukaan zat cair dengan beda tekanan dinyatakan

dalam persamaan berikut :

H = h q2/q1 – 1/2 - H1

Dimana : H = tinggi permukaan zat cair yang diukur

h = beda tinggi cairan pada manometer

q1 = berat jenis zat cair dalam tangki

q2 = berat jenis cairan manometer

H1 = tinggi tabung dari skala 0 % sampai dasar tangki



INSTRUMEN



22

3. Pengukuran dengan metode ultrasonic

Prinsip kerja pengukur tinggi permukaan dengan ultrasonic adalah sebagai

berikut :

Sumber suara yang mempunyai frekuensi sangat tinggi dipantulkan pada

permukaan benda yang akan diukur. Hasil pantulan gelombang tersebut

diterima oleh receiver / transmitter kemudian dikirim ke penunjukkan.



INSTRUMEN


23

3.3.3. Indikator tinggi permukaan

Tinggi permukaan dalam tangki dinyatakan dalam tinggi kolom zat cair dengan

mempergunakan satuan meter ( m), millimeter ( mm ), kolom zat cair

disamping itu tinggi permukaan t cair dalam tangki biasanya dinyatakan

dengan tanda :

a. NL ( normal level )

b. LL ( low level )

c. HL ( high level )

NL ( normal level ) adalah tinggi permukaan dimana volume dalam tangki yang

bersangkutan adalah setengah dari volume tangki secara keseluruhan tetapi

ada juga yang tidak setengah dari level tangki secara keseluruhan ( tergantung

dari system ).

LL ( low level ) adalah tinggi permukaan dimana volume zat cair dalam tangki

yang bersangkutan sudah sampai pada batas minimum yang telah ditentukan.

HL ( high level ) adalah tinggi permukaan dimana volume zat cair dalam tangki

yang bersangkutan sudah sampai pada batas maksimum yang telah

ditentukan.

Pengenalan Instrumen Part 1

Documents

Transcript of Pengenalan Instrumen Part 1