Process Metering And Measurements

Bagian I Process Metering and Measurements Disusun oleh: Dr.Ir.Farida Idealistina Muchtadi Email: [email protected] Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

1

Bagian I Pendahuluan

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

2

Proses Metering

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

3

APLIKASI FLOWMETER Tanker Unloading & Backloding

Pipeline Receiving

Truck Loading

Pipeline Delivery

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

4

Macam Sistem Metering

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

5

APLIKASI SISTEM METERING Custody Transfer • •

Custody Transfer: Pemindahan produk untuk perdagangan / transaksional (mensyaratkan akurasi yang relatif lebih tinggi) Dalam regulasi PERTAMINA (Panduan PERTAMINA PPDN 1990): - kesalahan pengukuran ketinggian produk BBM di dalam tangki timbun (Tank Gauging) untuk Custody Transfer adalah sebesar maksimal 0.01% - Sedangkan untuk pengukuran temperatur, ketelitian ditetapkan sampai pada 0.25 oC

Stock Inventory • •

Pengukuran untuk mengetahui ketersediaan produk Intertank Transfer

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

6

Kalibrasi Sistem Metering • Supaya terjadi kesepakatan antara penjualpembeli tentang jumlah produk yang ditransfer dari satu tangki ke tangki lainnya, maka secara periodik sistem meter harus dikalibrasi. Kalibrasi dilakukan oleh lembaga yang berwenang dan diakui secara internasional dengan memberikan sertifikat kalibrasi pada sistem meter. • Kalibrasi adalah pembandingan antara sistem meter yang digunakan dengan sistem meter standar yang telah disertifikasi  Faktor Meter Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

7

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

8

TERMINOLOGI Effective Range Range aliran, di mana performansi kurva meter tidak menyimpang dari batas error Indicated Volume

Perubahan penunjukan meter yang terjadi selama transfer melalui flowmeter

Gross Volume

Volume yang ditampilkan dikalikan faktor meter, tanpa dikalikan faktor koreksi temperatur dan tekanan. (Termasuk endapan dan air yang ditransfer melalui meter)

Gross Standard Volume

Volume gross yang telah dikoreksi pada kondisi temperatur dan tekanan standar. (misal: 150C and 101,325 kPa)

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

9

Net Volume: Volume gross dikurangi volume air dan endapan yang ditransfer melalui meter Net Standard Volume: Net Volume dikoreksi pada kondisi temperatur dan tekanan standar (misal 15oC dan 101,325 kPa) SPECIFIC VOLUME • Specific volume = Volume / Massa (British = ft3/lb, SI = m3/kg)

SPECIFIC GRAVITY (SG) • Untuk fluida = rasio dari density fluida pada spesifik temperatur dengan density air pada spesifik temperatur • Untuk gas: rasio dari density gas dengan density udara, keduanya diukur pada tekanan dan temperatur standar

VISKOSITAS FLUIDA • Viskositas adalah resistansi internal dari fluida untuk mengalir • Viskositas sangat tergantung pada temperatur • Viskositas mempengaruhi Bilangan Reynolds

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

10

FLUID PHYSICAL PROPERTIES JENIS-JENIS TEKANAN • Tekanan Gage : tekanan fluida dengan memperhitungkan tekanan atmosfer di luar • Tekanan Absolut: tekanan aktual fluida pada kondisi hampa udara, mengabaikan tekanan atmosfer dari luar • Tekanan Diferensial: perbedaan antara dua tekanan (tekanan gage merupakan tekanan diferensial antara tekanan fluida dan tekanan atmosfer) DENSITAS • Bervariasi dengan temperatur dan tekanan • Pada umumnya, fluida memuai jika terjadi kenaikan temperatur, sehingga density menurun • Data density fluida pada temperatur tertentu dapat berupa tabel atau grafik (Tabel ASTM)

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

11

Proses Metering Berkaitan dengan sistem aliran – Fluida adalah benda yang dapat mengalir, dapat dalam bentuk cair, gas atau uap – Keadaan fasa benda (padat, cair, uap dan gas) tergantung pada tekanan dan temperatur. • Benda yang pada keadaan alami berbentuk gas, pada tekanan tinggi dan temperatur rendah dapat berubah menjadi cair (gas alam  LPG) • Benda yang pada keadaan alami berbentuk cair, pada temperatur rendah dapat berubah menjadi padat (air  es), pada temperatur tinggi berubah menjadi bentuk uap dan gas (air  uap) Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

12

• Aliran fluida yang keluar dari suatu tangki akan menyebabkan pengurangan volume cairan dalam tangki. Volume cairan dalam tangki dapat diukur dengan mengamati levelnya, dengan asumsi bahwa penampang tangki sepanjang level konstan. • Pengukuran level, pada umumnya dilakukan untuk mengetahui perubahan volume dalam tangki, sebelum dan sesudah cairan dikeluarkan dari tangki. • Kedua macam pengukuran ini (aliran dan level) dilakukan untuk cek dan ricek terhadap proses pengukuran. • Pengukuran tekanan dan temperatur dilakukan untuk memastikan tidak adanya perubahan fasa dari benda yang diukur. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

13

Measurement (Pengukuran) • Mengukur adalah suatu langkah untuk membandingkan ukuran benda dengan suatu alat ukur yang performansinya sudah diketahui. • Performansi alat ukur juga perlu dicek dengan cara membandingkan keluaran alat tersebut dengan keluaran alat standar. Langkah ini disebut kalibrasi. • Hal ini dilakukan supaya ada kesamaan harga pengukuran dari berbagai alat yang ada pada berbagai negara. Supaya perdagangan lintas negara dapat dilakukan dengan lebih jelas. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

14

Mengapa diperlukan Kalibrasi? • Karena sinyal yang masuk pada suatu alat ukur tidak hanya sinyal pengukuran (harga variabel yang ingin diukur), tetapi ada berbagai sinyal lain yang mempengaruhi penunjukan harga pengukuran, disebut sebagai sinyal gangguan. • Alat yang tidak sensitif terhadap berbagai sinyal gangguan adalah alat yang baik. • Pada umumnya alat standar mempunyai prinsip kerja sederhana, sehingga tidak banyak dipengaruhi input gangguan. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

15

Meter Standar Aliran Pipa Pengisi V Switch 2

Switch 1

• V dan t sudah dikalibrasi dengan baik

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

• V = Volume bejana • Switch1 akan menghidupkan timer • Switch2 akan mematikan timer

V Q t • Q = debit aliran • t = waktu stwith1 hidup sampai switch 2 mati

16

• Kalibrator meter aliran, misalnya “custody tranfer metering systems” menggunakan cara seperti yang disebutkan ini. • Cara ini sederhana tetapi memerlukan alat2 yang akurasinya tinggi (volume bejana, switch dan timer). • Kalibrator alat ukur pada umumnya mempunyai prinsip sederhana, dimana konversi dari variabel yang diukur sampai dengan tampilan yang dapat dibaca operator, mempunyai jalur konversi yang pendek. • Dengan jalur konversi yang pendek, maka tidak banyak sinyal gangguan yang akan masuk dalam sinyal pengukuran. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

17

Input Pada Sistem Instrumentasi Atau Sistem Pengukuran • Input pengukuran adalah harga variabel input yang ingin diukur • Input gangguan adalah input yang tidak dikehendaki, tetapi selalu ada pada semua blok dalam sistem instrumentasi atau sistem pengukuran, yang menyebabkan output sistem tidak lagi sesuai dengan harga yang dikehendaki. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

18

Input Gangguan Input gangguan disebabkan antara lain oleh: • perubahan keadaan lingkungan (temperatur, kelembaban, altitute, dsb) • vibrasi sistem, • sinyal elektromagnetik dari sumber yang ada di sekitar sistem instrumentasi. • Macam input gangguan : “interferinginput“ dan “modifying-input”. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

19

Interfering-input : input gangguan yang berinterferensi dengan input pengukuran, misal: noise gelombang elektromagnetik yang mengakibatkan noise pada output instrumen.

Modifying-input : input gangguan yang mengubah karakteristik komponen dalam instrumen, misal: perubahan temperatur udara mempengaruhi koefisien gesekan pada bagian alat yang bergerak dan mengubah sensitivitas alat. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

20

Input gangguan interferensi (Interfering) dan modifikasi (modifying)

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

21

Pengurangan Pengaruh Input Gangguan Pengaruh input gangguan pada sistem dapat dikurangi dengan memperbaiki kesalahan setiap perangkat yang ada pada sistem instrumentasi 1. Menggunakan bahan yang tidak sensitif terhadap input gangguan. Cara ini mudah tetapi tidak selalu dapat diterapkan pada setiap peralatan instrumentasi, misal: tidak mudah mencari bahan yang tidak sensitif terhadap perubahan temperatur. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

22

2. Menggunakan High-gain-feedback (Catubalik Penguatan-Tinggi). Catubalik penguatan tinggi mengurangi pengaruh input gangguan pada output • Sistem Tanpa catu Balik

• Sistem catu balik penguatan tinggi K1

K1K1’

K2K2’

eo K K ( 1  2) eo K1 K2

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

K2 Kp

K1K 2 K1, K 2, , eo  .ei eo  .ei 1  K1K2 K P 1  K1' K 2' K P' eo, 

1 ei KP

23

3. Menghitung koreksi output • Metoda ini memerlukan perhitungan atau estimasi teoritis input gangguan pada harga output. Sehingga jika input gangguan dapat diukur, maka besar koreksi yang harus ditambahkan atau dikurangkan dari penunjukan output dapat dihitung.

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

24

4.Menerapkan tapis (filter) input/output • Tapis (filter) untuk menahan sinyal gangguan supaya tidak berpengaruh pada output instr. • Ada dua macam tapis, yaitu tapis input dan tapis output. • Tapis input dapat berupa tapis mekanis atau tapis elektronik, sedangkan tapis output adalah tapis elektronik. • Tapis elektronik dapat digunakan jika freku-ensi gangguan tidak sama dengan frekuensi perangkat instrumentasi. tersebut. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

25

Filter (tapis) input dan output • Filter (tapis) input

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

• Filter (tapis) output

26

Contoh Filter

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

27

Filter mekanik dan pneumatik

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

28

5. Menggunakan input gangguan tambahan yang berlawanan sebagai kompensasi

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

29

TRANSDUSER PASIF DAN AKTIF • Transduser pasif

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

• Transduser aktif

30

Metoda Null dan Metoda Defleksi • Metoda Null

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

• Metoda Defleksi

31

STANDAR DAN KALIBRASI • Pada umumnya instrumen dilengkapi dengan ‘manual’, yang memuat bagian alat, cara operasi, tabel spesifikasi, dsb • Tabel spesifikasi mencantumkan karaktersitik, yang menyangkut tingkat kepercayaan penunjukan alat jika dibandingkan dengan ‘harga benar’. • Harga pada tabel spesifikasi diperoleh dari hasil pengujian (kalibrasi). • Harga pada tabel spesifikasi hanya berlaku untuk perioda waktu terbatas dan harus dilakukan kalibrasi ulang. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

32

Kalibrasi • Kalibrasi adalah langkah pembandingan output instrumen dengan output instrumen standar, untuk menentukan tingkat kepercayaan instrumen. • Penunjukan instrumen standar adalah harga benar, sehingga instrumen standar harus mempunyai karakteristik yang lebih baik dari pada instrumen yang dites. • Hasil kalibrasi memberi gambaran seberapa dekat harga yang ditampilkan oleh instrumen dengan harga benar (keluaran alat standar) Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

33

Mengapa harus dilakukan kalibrasi ? • Perdagangan global internasional menuntut kesamaan ukuran dari keluaran perangkat. • Untuk memperoleh kesamaan ukuran, maka ada tingkatan dalam pembandingan instrumen standar, di mana tingkat yang lebih tinggi mempunyai hirarki yang lebih baik. • Pada umumnya alat standar berupa alat ukur atau standar benda yang memenuhi definisi yang telah ditetapkan. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

34

Kalibrasi Alat Ukur Proses (Medium yang diukur)

Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

Alat Ukur Yang dites Alat Ukur Standar

35

Hirarki Standar Instrumentasi • Standar Internasional : adalah definisi yang menyatakan besarnya harga satuan tertentu yang mudah dapat dilakukan pengulangan kembali. Definisi ini dapat dilakukan pengubahan setelah disetujui oleh dewan standarisasi internasional, jika akurasi dan repeatability kurang baik. • Contoh: – sebelum tahun 1960: standar1meter adalah batang platinum-iridium (International Meter Bar) yang disimpan di Sevres, Perancis – setelah tahun 1960: standar 1 meter didefinisikan kembali sebagai 1.650.763,73 kali  lampu kripton-86 dalam vakum, berkaitan dengan transisi level energi 2p10 dan 5d5. Kepercayaan definisi ini adalah 2 dari harga 108. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

36

• Standar primer adalah penjabaran definisi Standar Internasional supaya menjadi benda riel dan disimpan dalam berbagai biro standar internasional. • Standar Sekonder: adalah standar industri, tersimpan dalam laboratorium standar indust misal: PLN menyimpan standar resistor, kapasitor, induktor. Standar sekonder tidak keluar dari laboratorium. • Standar Kerja : adalah instrumen standar untuk mengkalibrasi instrumen yang ada dalam industri. Standar Kerja ini tersimpan dalam workshop industri dan dapat dibawa untuk mengkalibrasi alat yang terpasang pada ‘plant’. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

37

KESALAHAN INSTRUMEN UKUR • Kalibrasi dilakukan karena instrumen kemungkinan besar mengandung kesalahan. • Kesalahan output instrumen timbul dari berbagai sebab, yaitu: 1.Kesalahan Gross 2.Kesalahan Sistematik 3.Kesalahan Random Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

38

• Gross Error (kesalahan gross) – kesalahan instrumen karena kesalahan manusia. Misal: kesalahan pemilihan alat, kesalahan pembacaan data (Reading error), kesalahan perhitungan komputasi, kesalahan penggunaan daerah pengukuran, dan sebagainya.

• Sistematic Error – kesalahan instrumen akibat kesalahan komponen. – Ada dua macam Sistematik Error, yaitu “Environmental error“ dan ”Instrumental error” • Environmental error adalah kesalahan instrumen karena perubahan kondisi lingkungan, mis: perubahan temperatur dan kelembaban udara, perbedaan lokasi, noise gel. elektromagnetik dsb. • Instrumental error adalah kesalahan instrumen karena perubahan karakteristik komponen instrumen, misal: manometer yang tidak vertikal, koefisien gesekan pada pivot-bearing jarum penunjuk yang tidak sama pada arah Disusun oleh 39 putaran berbeda. Dr.Ir.Farida Muchtadi

• Random error – kesalahan acak, karena kombinasi dari berbagai sebab. Kesalahan ini tidak dapat dihindarkan dan selalu muncul pd instrumen.

Kedua macam kesalahan instrumen yang disebut pertama dapat dihilangkan dengan cara: pemilihan instrumen, kalibrasi dan setting instrumen yang baik. Tetapi random-error tidak dapat dihilangkan dan hanya dapat dikurangi dengan perancangan eksperimental yang baik. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

40

• Adanya – input gangguan, baik input gangguan modifikasi maupun input gangguan inerferensi – Kesalahan dari alat ukur, yang disebabkan kesalahan sistematik, kesalahan gross dan kesalahan random pada alat ukur, maka setiap alat ukur perlu dikalibrasi untuk setiap perioda waktu tertentu, tergantung pada keadaan lingkungan, intensitas pemakaian alat dan keadaan alat tsb. Disusun oleh Dr.Ir.Farida Muchtadi

41