Level1.docx

LEVEL Pengenalan Pada bab ini, kita akan mendiskusikan dengan pengukuran tinggu muka cairan atau material padat yang terapung. Detektor biasanya mengukur kontak antara cairan dan gas, padat dan gas, padat dan cairan, atau kontak antar dua cairan yang memungkinkan. Pengkuran tinggi muka cairan dibagi atas dua : single point dan continuos level monitoring. Tinggi muka cairan dalam bejana harus dijaga sehingga tidak kosong. Hal itu dapat menyebabkan kerusakan pada pipa.

Peralatan Sensor Level Pengukuran dapat di lakukan dengan 2 cara yaitu direct (langsung) dan indirect (tidaklangsung). A. Direct/secara langsung : dilakukan dengan mengamati jarak dari tinggi fluida ke dasar. Macam-macam pengukuran secara langsung : 1. Menggunakan sight glass (open end) atau gauge adalah cara sederhana untuk pembacaan visual secara langsung.

Gambar 1 : Beberapa variasi Sight Glass (a) Closed Container (b) open Container (c) high density liquid Pada gambar (a) : Closed Container biasa nya di gunakan untuk fluida yang bersifat volatil, mudah terbakar, berbahaya dan gas mulia. Gambar (b) : Open Container digunakan untuk cairan inert dan untuk cairan yang tidak terpengaruh oleh atmosfer sehingga bagian atas sight glass nya gak harus di tutup. Gambar (c) : Tekanan pada sigth glass dengan harus ssama dengan jika tidak tinggi cairan di tangki dan di sight glass akan berbeda sehingga sight glass di buat agak cekung kebawah pada bagian dasar nya sehingga gas inert yang memiliki densitas lebih bisa terlihat di sight glass .

2. Floats

Gambar 2 Metode pengukuran tinggi muka (a) simple float dengan indikator di luar (b) angular arm Gambar (a) Simple float digunakan untuk cairan dan padatan yang terapung. Keuntungan nya adalah perbedaan densitas cairan dan padatan dapat di abaikan sehingga tetap bisa di ukur. Gambar (b) sebuah bola apun di hubungkan dengan arm kemudian sudut dari arm akan mengukur untuk mengindikasi kan tinggi permukaan dan di teruskan ke sensor. Akan tetapi pengukuran dengan cara ini terlalu murah. Kekurangan nya pembacaan tidak terlalu akurat. Sehingga di gunakan skala agar lebih mudah di baca. Floats sering digunakan sebagai sensor tinggi permukaan cairan karena mereka tidak berpengaruh pada partikulat, slurry, bisa digunakan untuk berat spesifikasi yang lebih luas, dan kurang rentan terhadap turbulansi.

Gambar 3 (a) nonlinearity scale untuk angular arm float (b) linear scale with pulley counter balance 3. Displacer

Gambar (a) peralatan ini menggunakan perubahan gaya apung untuk mengukur perubahan tinggu muka cairan. Displacer harus memiliki berat spesifik yang lebih tinggi di banding berat cairan. Displacer tidak boleh di bawah permukaan air dan tidak boleh menyentuk dasar tangki. Gambar (b) adalah gambar dari displacer tersebut. Displacer seharusnya jangan sampai terndam cairan ketika mengukur kedalaman dan harus lebih berat dari cairan. Pencegahan juga harus dilakukan untuk memastikan displacer tidak berkarat dan berat spesifik harus konstan tiap saat. Temperatur juga harus di pantai untuk mengecek perubahan densitas. Displacer dapat di gunakan untuk tangki 3m dengan ke akuratan ±0.5cm. 4. Probes Probe dapat di bagi menjadi tiga : a) Conductive b) Capacitive c) ultrasonic Conductive dan Capacitance Probes

Gambar 5 (a) Conductive Probe (b) Capacitive Probe Gambar (a) Conductive Probe digunakan untuk mengukur cairan yang konduktif dan tidak mudah menguap. Dua atau lebih probe di gunakan untuk mengindikasi tinggi permukaan. Jika cairan berada di dalam tangki logam, maka dapat di gunakan common probe. Ketika cairan kontak dengan dua probe, tegangan antara probe menyebabkan arus listrik mengalir dan megindikasikan bahwa pengaturan tinggi muka telah tercapai. Gambar (b) capacitive probe di gunakan untuk cairan yang tidak memiliki konduktivitas dan memiliki visko yang tinggi dan dapat memantau secara terus menerus. Capacitive probe memliki inner rod di lapisi kerangka luar. Capasitansi di ukur dengan dua bagian tersebut menggunakan jembatan kapasintansi (capacitance bridge). Udara berperan sebagai dielektrik antara outer shell dan inner rod. Kemudian dilektrik dari cairan akan menghasilkan perubahan kapasitan yang besar. Jika tangki terbuat dari logam, maka tangki dapat berperan sebagai oouter shell . Perubahan kapasitan langsung menujunkan tinggi muka cairan. Konstanta di elektri harus kita ketahui untuk pengukura ini dan dapat menyebabkan variasi temperatur. Keakuratan Peralatan capacitive dipengaruhi oleh penempatan perangkat, jadi instruksi pemasangan pabrik harus diikuti.

Konstanta dielektrik juga harus diperhatikan. Capacitive device dapat digunakan dalam tangki bertekanan 30 Mpa dan temperatur di atas 1000 C, dan kedalaman 6m dengan keakuratan ±1 persen. Ultrasonic Probes

Gambar 7 ultrasonik untuk (a) sekali ukur (b) secara terus menerus

Gambar (a) Ultrasonik untuk sekali ukur. Ketika receiver dan transmitter memiliki jarak. Maka transmitter akan memberikan gelombang ultrasonik ke receiver sehinggan dapat langsung di baca. Gambar (b) Ultrasonik untuk pengukuran berulang. Gelombang ultrasonik dari transmitter akan terpantulakn oleh permukaan cairan menuju receiver. Waktu yang di butuhkan transmitter untuk ke receriver terukur. Perangkat ultrasonik digunakan dalam tangki bertekanan di atas 2 Mpa dan temperatur 100 C kedalam 30 m dengan ke akuratan 2 persen. B. Indirect / Secara tak langsung Metode yang paling sering digunakan untuk mengukur tinggi muka cairan ada dengan cara mengukur tekanan hidrostatik pada bagian bawah tangki. Selain itu terdapat beberapa metode lain untuk pengukuran secara tak langsung yaitu menggunakan gelembung (bubblers), radiasi, resistive tapes, dan pengukuran berat. 1. Perangkat Gelembung (Bubblers device) dan Radiation

Gambar 8 (a) Bubbles Device (b) Radiation

 Gambar (a) Bubbler Device. Memerlukan udara bersih atau gas inert. Gas diberika gaya/dipaksa melewati tabung yang terbuka di bawah dan dekat dengar dasar tangki. Berat spesifik cairan dapat di abaikan. Tekanan yang dibutuhkan untuk memaksa cairan keluar tabung sama dengan tekanan di akhir yang mana kedalaman cairan merupakan

kelipatan dari berat spesifik cairan. Metode ini dapat di gunakan padat larutan korosif dan bahan tangki di buat dari bahan tahan korosi. Bubblers device memerlukan perlakuan awal ketika hendak digunakan. Untuk memastikan udara terus menerus atau supplai gas, gas harus tidak bereaksi dengan cairan. Sangat di perlukan untuk membuat katup satu jalur untuk mencegah cairan terhisap kembali ke atas ketika tekanan hilang. Tabung bubbler harus terpilih agar tidak terkorosi oleh cairan. Bubbler device digunakan pada tekanan atmosfer, keakuratan sekitar 2 persen, kedalaman bergantung pada tekanan gas yang tersedia. Gambar (b) Radiation. Metode radiasi dapat digunakan untuk cairan korosif, terlalu panas, atau yang tidak bisa memasang sensor. Ala ukur nya hanya satu transmitter dan detektor yang di butuhkan. Jika beberapa pengukuran di butuhkan, maka di perlukan beberapa detetktor di tiap tinggi permukaan seperti yang terlihat di gambar 8(b). Kerugian dari metode iniadalah biaya dan pengendalian radiokatif. Perangkat radiasi digunakan untuk mengukur bahan berbahaya. Dikarenakan bahaya material,personel sebaiknya terlatih dalam penggunaan, transportasi, penyimpanan, identifikasi, dan disposal. 2. Resistive Tapes

Resistive tapes dapat di gunakan untuk mengukur tinggi muka permukan cairan. Elemen resistive di letakkan dekat dengan conductivity strip dalam sarung nonkonduktif yang di mampatkankan. Tekanan cairan menekan elemen melawan conductive strip, panjang elemen yang beradu dengan stri sebanding dengan kedalaman cairan. Sensor ini dapat digunakan untuk cairan dan slurry, alat ini murah tapi tidak akurat, cendrung bermasalah dengan kelembaban, dan keakuratan pengukuran bergantung pada densitas bahan.

3. Load Cells

Load cell dapatdigunakan untuk berat tangki dan isi nya. Berat tangki dikurangi dengan cara membaca berat yang berkurang dari isi kontainer tersebut. Dengan mengetahu area seberang tangki dan berat spesifik bahan, volume atau kedalam dapat di ukur. Metode ini cocok untuk pengukuran berkelanjutan dan material yang di beratkan tidak berkontak dengan sensor. Gambar (a) menunjukan cantilever beam di gunakan sebagai gaya atau sensor berat. Balok penyangga (Cantilever Beam) di aplikasi kan dengan strain gauge untuk mengukur regangan pada balok, dan strain gauge yang kedua untuk temperatur. Gambar (b) menunujkan sensor piezoelectric untuk mengukur gaya dan tekanan. Sensor memberikan tegangan luar sebanding dengan gaya yang di gunakan. 4. Paddle Wheel

Paddle wheel dapat digunakan untuk mengukr tinggi muka padatan dan butiran. Ketika material sampai dan menutupi lapisan paddle whele, gaya putar yang di butuhkan meningkat drastis. Gaya putar bisa jadi indikasi kedalaman material. Seperti yang terlihat di gambar (a).

Kolom Diameter dan Pressure Drop Dalam menentukan diameter kolom, kita perlu tahu apa yang kecepatan (maksimum) gas membatasi yang dapat digunakan. Hal ini karena semakin tinggi kecepatan gas, semakin besar perlawanan yang akan dihadapi oleh cairan down-mengalir dan semakin tinggi penurunan tekanan di kemasan. Terlalu tinggi kecepatan gas akan menyebabkan kondisi yang dikenal sebagai banjir dimana cairan memenuhi seluruh kolom dan operasi menjadi sulit untuk melaksanakan. Tekanan tinggi akan menghancurkan dan merusak kemasan dalam kolom. Kami akan memulai analisis kami dengan meneliti hubungan antara penurunan tekanan gas dan kecepatan gas. Mengacu pada Gambar di bawah ini yang menunjukkan penurunan tekanan gas yang khas dalam kolom dikemas.

Sumbu horizontal adalah nilai logaritmik dari kecepatan gas G, dan sumbu vertikal adalah nilai logaritmik dari penurunan tekanan per ketinggian kemasan [penurunan tekanan di tempat tidur dikemas adalah hasil dari gesekan cairan yang diciptakan oleh aliran gas dan cair di sekitar individu bahan kemasan yang solid]. Catatan: Setiap kemasan memiliki tekanan karakteristik sendiri grafik penurunan sebagai dilaporkan oleh produsen - misalnya, lihat Gambar di atas (kanan).

[Kembali di Atas] Analisis Tekanan Gas Drop Packing Dengan kemasan kering (yaitu tidak ada aliran cairan, L = 0), penurunan tekanan meningkat sebagai kecepatan gas meningkat sesuai dengan hubungan linear seperti yang ditunjukkan oleh garis aa. Ini adalah garis lurus pada log-log petak. Dengan cairan yang mengalir di kolom, kemasan kini menjadi dibasahi (irigasi). Bagian dari volume kosong di kemasan sekarang dipenuhi dengan cairan, sehingga mengurangi luas penampang yang tersedia untuk aliran gas. Pada kecepatan gas yang sama, penurunan tekanan lebih tinggi untuk kemasan dibasahi dibandingkan dengan kemasan kering. Sebagai contoh, membandingkan kasus L = 0 vs L = 5. Garis untuk DP / L pada kondisi basah terletak di sebelah kiri garis aa.

Untuk aliran cairan konstan (katakanlah L = 5), pada kecepatan rendah sampai sedang gas G; karakteristik pressure drop mirip dengan kemasan kering, yaitu bagian bc plot masih lurus di log-log petak. Sampai saat ini, ada menetes tertib cairan bawah kemasan. Tidak ada cairan diamati terjebak di antara kemasan (ada cairan terus-up). Sebagai kecepatan gas meningkat lebih lanjut, penurunan tekanan meningkat. Beberapa cairan mulai dipertahankan dalam kemasan. Ketika huruf c tercapai, jumlah cairan disimpan dalam tempat tidur dikemas meningkat secara signifikan. Ada perubahan kemiringan garis pada titik c sebagai penurunan tekanan meningkat lebih cepat dengan G. Huruf c dikenal sebagai titik bongkar, karena mulai cair untuk menumpuk (beban) dalam kemasan. Dari titik c ke d ke e, ada peningkatan tajam dalam penurunan tekanan pada tinggi G: ada sejumlah besar cairan terus-up, mengisi bertahap void kemasan dengan cairan (mulai di bagian bawah kolom), dan kolom secara perlahan "tenggelam" dalam cairan. Pada titik e, ada perubahan lain tajam lereng. Pada titik ini seluruh kolom diisi cairan dan gas yang sekarang memiliki gelembung melalui cairan dalam rongga kemasan. Penurunan tekanan gas sekarang sangat tinggi. Huruf e dikenal sebagai titik banjir. Kecepatan gas pada saat ini dikenal sebagai kecepatan banjir (kecepatan batas). Poin yang perlu diperhatikan: - Pada tingkat cair yang konstan, penurunan tekanan gas meningkat dengan kecepatan gas. - Pada kecepatan gas konstan, penurunan tekanan gas lebih tinggi pada tingkat cairan yang lebih besar. - Masing-masing tingkat cair memiliki bongkar banjir poin tersendiri. - Pada tingkat yang lebih tinggi cair, titik bongkar dan banjir terjadi di bawah penurunan tekanan gas. Operasi kolom penyerapan gas tidak praktis di atas titik pembebanan. Untuk desain optimum, kecepatan gas yang disarankan adalah 1/2 dari kecepatan banjir. Atau, beberapa desain dapat didasarkan pada kondisi penurunan tekanan tertentu, biasanya di bawah penurunan tekanan di mana banjir akan terjadi.

PERCOBAAN 3

PACKED COLUMN TEKANAN DROP DAN BANJIR Kolom dikemas digunakan dalam industri untuk menghasilkan perpindahan massa, yaitu penyerapan gas, distilasi, dan ekstraksi cair. Penelitian ini dimaksudkan untuk mempelajari faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitas kolom dikemas untuk menangani aliran cairan dan gas. Aliran akan menjadi kontra-arus: gas akan bergerak ke atas dan cairan akan bergerak ke bawah. Sebagai laju aliran gas cair atau meningkat melalui kolom dikemas diameter konstan, penurunan tekanan per kaki kemasan meningkat. Jika tidak ada cairan, sehingga kolom kering, kami memiliki kasus gas mengalir melalui tempat tidur dikemas. Dalam hal ini kita harapkan persamaan Ergun (Treybal hal. 200) untuk menerapkan. Jika cairan yang mengalir kontra-arus gas, masing-masing tahap akan mengambil beberapa ruang dalam kolom, sehingga masingmasing akan memiliki efek pada penurunan tekanan. Kita bisa mendapatkan beberapa ide keakuratan korelasi empiris dalam literatur dengan membandingkan penurunan tekanan diukur dengan nilai-nilai yang diperkirakan oleh korelasi untuk kondisi yang sama. 1,

Untuk memiliki aliran gas ke atas melalui kolom, tekanan harus lebih tinggi di bagian bawah kolom daripada di bagian atas. Cairan mengalir ke bawah melalui kemasan terhadap tekanan dan fase gas mengalir karena cairan ini lumayan padat dari gas dan ditarik ke bawah oleh gravitasi. Gradien tekanan dalam kolom menentang aliran cairan. Jika kita menjaga laju aliran konstan baik cair atau gas dan meningkatkan laju aliran fase lain, kita akhirnya akan datang ke suatu kondisi di mana aliran membatasi kontra-saat ini tidak dapat dipertahankan. Kondisi membatasi ini disebut banjir. Dalam prakteknya, diameter kolom dikemas dirancang untuk pendekatan tertentu untuk banjir. Diameter kolom dihitung sehingga tingkat gas desain biasanya 50 sampai 70 persen dari tingkat banjir. Pendekatan Persentase ini ditentukan oleh ekonomi dan oleh ketidakpastian memprediksi titik banjir. Penurunan diameter kolom untuk tingkat massa konstan aliran memberikan tingkat yang lebih tinggi aliran cairan dan gas per satuan luas, dan penurunan tekanan sehingga lebih tinggi dan biaya yang lebih besar memompa. Pada saat yang sama, meningkatkan diameter kolom memberikan biaya peralatan yang lebih besar. Dengan demikian

akan ada diameter optimum ekonomi tergantung pada biaya relatif dan hubungan antara penurunan tekanan dan laju aliran.

Eksperimental Aparatur Kolom dikemas adalah menara kaca QVF 9-kaki dengan diameter dalam 5.84 inci. Ini berisi 5/8-inch selubung cincin sebagai kemasan di tempat tidur sekitar 5 meter (mengukur lebih tepatnya). Hal ini dilengkapi dengan saturator gas kecil hulu dari menara untuk meminimalkan penguapan air di kolom utama selama sebagai penyerapan. Sebuah Akar blower pasokan udara ke sistem. Aliran gas dapat dikontrol dengan speed drive variabel dan / atau memotong katup. Manometer diisi dengan berbagai cairan ukuran blower tekanan gas buang, penurunan tekanan di lubang tersebut, dan penurunan tekanan di kolom. Lubang ini diameter 1,501 inci pipa diameter 2,067 inci, dan koefisien lubang dapat diambil sebagai 0,61. Laju aliran air ditentukan dengan rotameter a. Kurva kalibrasi yang diposting di dekat kolom. Kaki disesuaikan disediakan untuk menyesuaikan ketinggian air tetap menjaga segel cair untuk mencegah kebocoran gas. Prosedur (A)

Dengan kemasan kering (tidak ada air) menggunakan empat aliran gas yang sangat berbeda, dengan aliran tertinggi memberikan penurunan tekanan atas kolom dikemas sekitar 10 cm. metanol. Katup memotong harus digunakan untuk mendapatkan arus terkecil. Arus mengukur dan penurunan tekanan. Ingat bahwa temperatur gas dan tekanan absolut akan dibutuhkan.

(B)

Tekanan tetes untuk kemasan basah harus diukur minimal empat aliran gas yang berbeda untuk masing-masing tiga cairan mengalir berbeda. Arus gas harus lebih tentang kisaran yang sama seperti pada bagian (a). Aliran cairan terbesar harus dekat dengan aliran air maksimum diposting pada panel kontrol, dan jangkauan harus selebar praktis. Perhatikan bahwa air mengalir di atas diposting maksimum dapat memaksa air ke dalam cairan yang mengandung manometer.

(C)

Pada aliran cairan tertinggi bagian (b), lebih lanjut berjalan harus dilakukan pada aliran gas berturut-turut lebih tinggi (masing-masing memberikan perbedaan tekanan di lubang sekitar 20% lebih besar dari yang sebelumnya). Untuk masing-masing berjalan, selain pengukuran arus dan tekanan tetes penampilan sistem pada semua titik harus dicatat. Aliran gas harus ditingkatkan sampai tanda-tanda banjir yang diamati. Perhitungan dan Laporan Teknis

(A)

Dari data percobaan Anda, apa daya (eksponen) dari kecepatan massa adalah penurunan tekanan untuk kemasan proporsional kering? Apakah ini menunjukkan bahwa aliran tersebut laminar atau turbulen? Apakah hasil ini konsisten dengan ukuran relatif dari kedua hal persamaan Ergun?

(B)

Bandingkan tetes tekanan diukur untuk kemasan kering dengan korelasi yang diberikan oleh persamaan Ergun (lihat Treybal 1). Perhatikan bahwa perbedaan tekanan di lubang tersebut dapat berhubungan secara aljabar dengan G, kecepatan massa superfisial gas dalam kolom dikemas. Oleh karena itu tidak perlu untuk menghitung jumlah menengah seperti kecepatan linear superfisial dalam kolom.

(C)

Bandingkan tekanan Anda diukur tetes untuk kemasan basah dengan dua terpasang korelasi umum (karena Eckert et al.) Yang ditemukan di Treybal (Gambar 6.34) dan Bennett dan Myers (hlm. 613) 1

2.

(D)

Log Plot  P) vs log G untuk setiap nilai L, kecepatan massa cairan. Bandingkan titik banjir yang ditunjukkan oleh plot ini dengan titik banjir diamati secara visual berdasarkan korelasi B. Milne (1994) pada halaman berikutnya. Ini adalah korelasi umum dari bentuk setara dengan grafis di Treybal (1980) Gambar 6.34.

(E)

Desain, atas dasar pengukuran Anda daripada korelasi dalam literatur, dikemas dengan kemasan yang sama seperti di laboratorium dan pada kecepatan massa cair yang sama seperti untuk aliran cairan tertinggi Anda, kolom untuk mengobati 5.000 kg / jam gas jika tingkat gas menjadi 65% dari tingkat banjir? Apa penurunan tekanan per kaki kemasan yang diharapkan?