PENGENDALIAN TEKANAN (PCT14)
0
komentar
PENGENDALIAN
TEKANAN (PCT14)
PERCOBAAN
I : KALIBRASI SENSOR TEKANAN DAN I/P CONVERTER
I.
TUJUAN PERCOBAAN
1. Untuk
mengkalibrasi sensor tekanan dan signal conditioning dan memeriksa linearitas
dan histerisis dari sensor dan conditioning.
2. Untuk
mengkalibrasi I/P converter terhadap gerak katup kontrol dan memeriksa
linearitas dan histerisis dari converter.
II.
DASAR
TEORI
Tranduser tekanan atau sensor tekanan digunakan
untuk memberikan pembacaan tekanan dari jarak jauh pada suatu proses,
penggunaannya memungkinkan pengendalian tekanan secara otomatis tanpa perlu
adanya campur tangan operator untuk memberikan input ke controller dan kemudian
memberikan input untuk menggerakkan elemen kontrol akhir (katup kontrol).
Sebelum dipergunakan sensor tekanan sebaiknya dikalibrasi sehingga keadaan
sensor diketahui dengan baik. Pengkalibrasian sensor tekanan dapat dilakukan
dalam range yang berbeda sesuai dengan penggunaan sensor itu sendiri.
Katup kontrol pneumatik pada alat PCT 14 digunakan
sebagai elemen kontrol akhir yang akan memberikan gerakan perubahan yang
efeknya langsung terasa oleh proses (sistim). Katup kontrol pneumatik
memerlukan tekanan untuk bergerak menutup atau membuka. Tekanan berasal dari
converter yang mengubah sinyal listrik dari process controller PCT 10 menjadi
sinyal tekanan penggerak katup. I/P converter adalah alat yang mengubah arus
listrik 4-20 mA dari output process controller PCT 10 menjadi sinyal 3-15 psig
untuk input gerakan katup kontrol pneumatik.
Pada PCT 14 tekanan proses diukur oleh sensor tekanan
kemudian dikondisikan di signal conditioning untuk diubah dari variabel proses
tekanan (0-8 psi) menjadi sinyal controller 4-20 mA. Sinyal output dari
controller 4-20 mA kemudian masuk ke I/P converter untuk diubah menjadi sinyal
tekanan 3-25 psig untuk menggerakkan katup kontrol sehingga udara yang mengalir
melalui pipa proses berubah. Seperti halnya signal conditioning terhadap sensor
tekanan I/P converter juga sebaiknya dikalibrasi untuk memeriksa keadaannya
sebelum digunakan dan mencocokkan range operasinya.
Sensor tekanan dan I/P converter pada PCT 14
mempunyai output (keluaran) yang berubah secara linier (berbanding lurus)
terhadap tekanan. Histerisis yang terjadi sangat kecil. Histerisis adalah
kecenderungan sebuah instrumen (alat) untuk menghasilkan ouput yang berbeda
untuk suatu harga input sewaktu input dihasilkan dari penambahan atau
pengurangan harga sebelumnya. Misalkan input yang diberikan meningkat 0-100%
dengan interval 10% maka hasil output nya akan mempunyai kecenderungan harga
yang berbeda dengan harga input yang diulang menurun dari 100-0% dengan
interval samam 10%. Selisih maksimal inilah yang disebut histerisis.
Definisi Tekanan
Tekanan
sebenarnya adalah pengukuran gaya yang bekerja pada permukaan bidang. Tekanan
didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dan dapat diukur dalam unit seperti
psi (pound per inci persegi), inci air, milimeter merkuri, pascal (Pa, atau
N/m²) atau bar. Sampai pengenalan unit SI, yang ‘bar’ cukup umum. Bar setara
dengan 100.000 N/m², yang merupakan satuan SI untuk pengukuran. Untuk
menyederhanakan unit, N/m² diadopsi dengan nama Pascal, disingkat Tekanan Pa
cukup sering diukur dalam kilopascal (kPa), yang adalah 1000 pascal dan setara
dengan 0.145psi. Satuan
pengukuran yang baik dalam pound per square inch (PSI) di British unit atau
pascal (Pa) dalam metrik.
Pengendalian Tekanan
Tekanan
adalah variabel proses yang sering kita jumpai untuk dimonitor dan dikendalikan
di dalam industri minyak dan gas. Pengendalian tekanan dari suatu fluida proses
pada beberapa tempat malah menjadi fokus utama dan dengan berbagai tujuan
tentunya.
Dalam
suatu lup pengendalian, juga lup pengendalian tekanan, selalu terdiri dari 3
elemen dasar :
•
Elemen
pengukuran. Besaran variabel proses diukur dan ditransmisikan ke elemen pengontrol
•
Elemen
Pengontrol. Perbedaan antara variabel proses yang terukur (Process Variable/PV)
dan variabel proses yang diinginkan (Setpoint/SP) dikalkulasi berdasarkan
algoritma tertentu (umumnya kontrol PID). Hasilnya akan diteruskan berupa
perintah aksi terhadap elemen pengendali akhir
•
Elemen
pengendali akhir. Perintah aksi dari elemen pengontrol akan dilakukan oleh
elemen pengendali akhir. Control valve adalah elemen pengendali akhir yang
paling banyak digunakan.
Meskipun terdapat
tiga elemen dasar dalam melakukan pengendalian proses, belum tentu secara fisik
juga terdapat tiga perangkat.
•
Untuk
kasus tekanan tinggi dan laju alir yang tinggi, biasanya implementasi dari
pengontrolnya terdiri dari (1) elemen pengukuran adalah pressure transmitter
(PT), (2) elemen pengontrol adalah pressure controller (PC), (3) dan untuk
elemen pengendali akhir adalah pressure control valve (PCV atau PV).
•
Untuk
kasus tekanan rendah dan laju alir rendah, impelementasi pengontrolnya
terintegrasi dalam satu perangkat yang biasa disebut pressure regulator.
Dalam melakukan konversi material, sistem proses perlu memiliki kondisi
operasi tertentu. Peran pengendalian proses pada dasarnya adalah usaha untuk
mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai yang diinginkan. Pengendalian proses
adalah bagian dari pengendalian automatik yang diterapkan di bidang teknologi
untuk menjaga kondisi operasi agar sesuai yang diinginkan.
III.
ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Satu
set PCT 10 + Trimtool + Kabel
2. Satu
set PCT 14 + Kabel penghubung biru
Pengaturan Awal :
1. Kalibrasi
voltmeter dan process controller PCT 10
2. Katup
manual V1, V2, V3, V5 dan V6 : Posisi tertutup
3. Katup
manual V4 : Posisi terbuka
IV.
LANGKAH KERJA
1. Menghubungkan
sensor tekanan ke bagian input signal conditioning menggunakan kabel penghubung
biru dan output berupa 0-1 volt ke voltmeter seperti pada rangkaian.
2. Menghubungkan
suplai udara ke bagian inlet PCT 14, pastikan ada udara tekan mengalir.
3. Memastikan
katup V2 tertutup sehingga tidak ada udara yang melewati pipa proses (0 psi =
P4) sensor akan mengukur tekanan minimum = 0 ps. Mengatur signal conditioning
pada bagian ZERO dengan menggunakan Trimtool agar pembacaan di voltmeter
menunjukkan 0,000 Volt.
4. Membuka
katup V2 sehingga pada P4 terbaca 8 psi, setelah tekanan stabil, atur signal
conditioning pada bagian SPAN dengan menggunakan trimtool di voltmeter
menunjukkan 1,000 Volt.
5. Mengulangi
langkah 3 seterusnya hingga pembacaan di voltmeter stabil.
·
Kalibrasi
I/P converter terhadap katup kontrol
I/P
converter akan dikalibrasi sehingga beroperasi dengan ketentuan sbg berikut:
-
Arus 4mA ke converter = 3 psig dari
converter (P2) : Posisi katup terbuka
-
Arus 20mA ke conveter = 15 psig dari
converter (P2) : Posisi katup tertutup
1. Menutup
katup V2, V3, V4, V5 dan V6, membuka katup V4 dan atur agar terdapat pembacaan
22 psig pada P1.
2. Mengeset
process controller pada mode Manual (lampu manual indikator hidup) dan pastikan
Proposional Band pada harga 20%.
3. Menghubungkan
I/P converter ke output dari process controller seperti pada rangkaian gambar.
4. Menghubungkan
suplai udara ke inlet pipa proses, pastikan gauge P1 terbaca 22 psig, atur
dengan membuka atau menutup V1 apabila perlu.
5. Membuka
penutup plastik yang menutup soket pengaturan ZERO dan SPAN pada I/P converter
(Amati bahwa SPAN tertulis RANGE).
6. Memasukkan
harga 0% pada power output di process controller untuk memberikan output secara
4mA. Mengatur output ZERO pada I/P converter melalui soket ZERO untuk meberikan
pembacaan 3 psig pada gauge P2. Posisi katup kontrol berada pada keadaan akan
menutup (terbuka).
7. Memasukkan
harga 100% pada power output di process controller untuk memberikan setara
20mA. Mengatur output SPAN pada I/P converter melalui soket RANGE untuk
memberikan pembacaan 15 psig pada gauge P2. Posisi katup kontrol berada pada
keadaan tertutup.
8. Mengulangi
hingga tidak lagi diperlukan pengaturan SPAN dan ZERO.
9. Setelah
itu lakukan pemeriksaan katup kontrol pneumatik dengan cara mengatur katup V2
pada pembacaan 8 psig di gauge P4 dan output pada process controller = 0%.
Katup terbuka.
10. Mengganti
output controller menjadi 100%, amati tekanan proses turun ke nol dan posisi
katup tertutup. P4 terbaca 0 psig.
·
Percobaan
Linearitas dan Histerisis
1. Menutup
katup V2, memasukkan harga 0% pada power output (Pr) dan pastikan output dari
I/P converter memberikan harga pembacaan 3 psig pada gauge P2.
2. Mengatur
gara power output (Pr) naik secara bertahap dari 0-100% dengan interval 10%,
catat tekanan yang terbaca pada gauge P2 untuk setiap perubahan. Kemudian
ulangin langkah 2 kembali namun power output (Pr) turun bertahap dari 100-0%
dengan interval 10%, catat harga terbaca pada gauge P2.
V.
DATA
PENGAMATAN
1. Linearitas
dan Histeritis Signal Conditioning
Data voltase pada setiap kenaikan
dan penurunan tekanan pada V2 gouge P4
Tekanan
(PSI)
|
Voltase
(kenaikan
tekanan)
|
Voltase
(penurunan
tekanan)
|
0
2
4
6
8
10
|
0.001
0.242
0.566
0.861
1.132
1.439
|
0.001
0.276
0.528
0.801
1.129
1.439
|
2. Linearitas
dan Histeritis I/P Konverter
Data berupa harga tekanan pada
setiap kenaikan dan penurunan power output
a. Katup
V2 pada pembacaan 8 psig di gouge P4
Power
Output
(%)
|
Kenaikan
Tekanan
(PSIG)
|
Penurunan
Tekanan
(PSIG)
|
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
|
8.0
8.0
8.0
8.0
8.0
7.8
7.5
7.2
7.0
6.0
5.9
|
8.0
7.9
7.9
7.7
7.5
7.3
7.0
6.9
6.2
5.9
5.5
|
b. Katup
V2 pada pembacaan 15 psig di gouge P4
Power
Output
(%)
|
Kenaikan
Tekanan
(PSIG)
|
Penurunan
Tekanan
(PSIG)
|
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
|
15.0
14.5
14.3
14.0
13.5
13.0
12.5
11.6
10.0
8.9
7.0
|
14.5
14.1
14.0
13.9
13.0
12.5
12.0
11.1
9.2
8.0
7.0
|
c. Katup
V2 pada pembacaan 6 psig di gouge P4
Power
Output
(%)
|
Kenaikan
Tekanan
(PSIG)
|
Penurunan
Tekanan
(PSIG)
|
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
|
6.0
6.0
6.0
6.0
6.0
6.0
6.0
6.0
5.9
5.4
5.1
|
6.0
6.0
5.9
5.9
5.9
5.9
5.8
5.8
5.4
5.1
5.1
|
- ANALISA PERCOBAAN
Pada percobaan ini,
dimana tujuannya adalah untuk mengkalibrasi sensor tekanan dan
signal conditioning dan memeriksa linearitas dan histerisis dari sensor dan
conditioning dan untuk mengkalibrasi I/P converter terhadap gerak katup kontrol
dan memeriksa linearitas dan histerisis dari converter. Alat yang digunakan
adalah PCT-14 yang menjadi tempat proses dan pengukuran, sedangkan alat PCT-10
sebagai controller, yaitu tempat dilakukannya evaluasi, baru kemudian
memberikan perintah kepada elemen kontrol
akhir yang akan memberi gerakan perubahan yang efeknya langsung ke sistem
(proses). Katup kontrol pneumatik memerlukan tekanan untuk bergerak menutup
atau membuka. Tekanan berasal converter yang mengubah sinyal listrik dari
proses controller PCT-10 menjadi sinyak tekanan penggerak katup I/P converter,
yaitu alat yang mengubah arus listrik 4-20 mA dari output process controller
PCT-10 menjadi sinyal 3-15 psig untuk input gerakan katup pneumatik.
Tranducer tekanan atau sensor tekanan
ini digunakan untuk memberikan pembacaan tekanan dari jarak jauh suatu proses,
penggunaannya memungkinkan pengendalian tekanan secara otomatis tanpa perlu
adanya campur tangan operator untuk memberikan input ke controller. Sebelum
dilakukan percobaan, converter harus dikalibrasi terlebih dahulu. Kalibrasi
merupakan menstandarisasi alat ukur agar sesuai dengan harga atau nilai yang
diminta dan ditentukan dengan tujuan untuk mengurangi kesalahan dalam
pengukuran suatu variabel. Kalibrasi pada converter ini nantinya akan
berpengaruh pada keluaran output dari proses controller pada saat melakukan
percobaan lain yaitu linearitas, karakteristik dan respon sistem. Pada
percobaan kali ini dilakukan percobaan linearitas dari converter tersebut untuk
kemudian mendapatkan histeritis.
Pada PCT-14, tekanan proses di ukur oleh
sensor tekanan kemudian dikondisikan di signal conditioning untuk diubah dari
variabel proses tekanan 0-8 psi menjadi signal controller 4-20 mA. Signal
output dari controller 4-20 mA kemudian masuk ke I/P converter untuk diubah
menjadi signal tekanan 3-15 psig untuk menggerakan katup kontrol sehingga udara
yang mengalir melalui pipa proses berubah. Signal conditioning juga perlu
dikalibrasi terhadap I/P converter untuk memeriksa keadaan sebelum digunakan
dan mencocokkan range operasinya, sehingga hasil pengukuran yang dilakukan menghasilkan
angka yang lebih tepat dan akurat.
Setelah alat dikalirasi, kemudian
dilakukan percobaan linearitas. Sensor tekanan dan I/P converter pada PCT 14
mempunyai output (keluaran) yang berubah secara linier (berbanding lurus)
terhadap tekanan. Histerisis yang terjadi sangat kecil. Histerisis adalah
kecenderungan sebuah instrumen (alat) untuk menghasilkan ouput yang berbeda
untuk suatu harga input sewaktu input dihasilkan dari penambahan atau
pengurangan harga sebelumnya. Misalkan input yang diberikan meningkat 0-100%
dengan interval 10% maka hasil output nya akan mempunyai kecenderungan harga
yang berbeda dengan harga input yang diulang menurun dari 100-0% dengan
interval samam 10%. Selisih maksimal inilah yang disebut histerisis.
Perhitungan histeritis didapatkan dari
jarak terjauh atara kedua grafik yang berada ditengah – tengahnya. Untuk
histeritis signal conditioning didapatkan daerah netral untuk voltase adalah 0.485
volt dan tekanan 3.8 psi. Sedangkan histeritis I/P converter didapatkan daerah
netral tekanan 2.2 psig dan power output 39.8 %.
- KESIMPULAN
Setalah dilakukan analisa pada percobaan ini, dapat
disimpulkan bahwa :
1. PCT-14 terjadi proses pengukuran tekanan, sedangkan
PCT-10 sebagai controller tempat dilakukannya evaluasi hasil pengukuran.
2. Katup kontrol pneumatik sebagai elemen kontrol akhir
yang memberikan gerakan perubahan yang efeknya langsung ke sistem.
3. Tekanan berasal dari converter yang mengubah sinyal
listrik dari proses controller PCT-10 menjadi sinyal tekanan penggerak katup
I/P converter yaitu alat yang mengubah arus listrik 4-20 mA dari output proses
controller PCT-10 menjadi 1-15 psig untuk input gerakan katup pneumatik.
4. Aliran udara yang digunakan pada alat PCT-14 yaitu
aliran udara proses dan aliran udara instrument.
5. Dari perhitungan terhadap grafik linearitas dan
histeritis signal conditioning didapatkan daerah netral untuk voltase adalah
0.485 volt. dan tekanan 3.8 psig
6. Dari perhitungan terhadap grafik linearitas dan
histeritis I/P converter didapatkan daerah netral pada P4 = 8 psi yaitu tekanan
2.2 psig dan power output 39.8 % ; P4=15 psi yaitu tekanan 3.3 psig dan power
output 20.1% ; P4 = 6 psi yaitu tekanan 1.7 psig dan power output 30.1 %.
7. Besarnya nilai tekanan mempengaruhi besarnya daerah
netral.
DAFTAR PUSTAKA
Lestari, Sutini
Pujiastuti. 2014. Penuntun Praktikum
Pengendalian Proses. Palembang.
Politeknik
Negeri Sriwijaya.
