i
ii
iii INSTRUMENTASI DAN PROSES KONTROL Murie Dwiyaniti Kusnadi
iv
v INSTRUMENTASI DAN PROSES KONTROL
vi Hak Cipta Sanksi Pelanggaran Pasal 113 Undang-undang Nomor 28 Tahun 2014 Tentang Hak Cipta • Setiap Orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp. 100.000.000,00 (seratus juta rupiah). • Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp. 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah). • Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/ a tau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf a, huruf b, huruf e, dan/atau huruf g untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 4 (empat) tahun dan/ a tau pidana denda paling banyak Rp. 1.000.000.000,00 (satu miliar rupiah). • Setiap Orang yang memenuhi unsur sebagaimana dimaksud pada ayat (3) yang dilakukan dalam bentuk pembajakan, dipidana dengan pidana penjara paling lama 10 (sepuluh) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp4.000.000.000,00 (empat miliar rupiah).
vii INSTRUMENTASI DAN PROSES KONTROL Murie Dwiyaniti Kusnadi Penerbit PNJ Press Anggota APPTI No: 001.004.1.06.2018
viii INSTRUMENTASI DAN PROSES KONTROL Murie Dwiyaniti Kusnadi Editor Nunung Martina, Mohammad Fauzy Desain Sampul & Tata Letak Dimas Surya Perdana Penerbit PNJ Press Gedung Q, Politeknik Negeri Jakarta, Jl. G.A. Siwabessy, Kampus Baru UI, Depok Cetakan Pertama, November 2021 ISBN : 978-623-7342-84-7 Hak Cipta Dilindungi Oleh Undang-Undang Dilarang mengutip atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari penerbit.
ix PRAKATA Alhamdulillah puji syukur kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan rahmat dan kekuatan-Nya, sehingga penyusunan buku ajar Instrumentasi dan Proses Kontrol edisi pertama ini melalui pendanaan Hibah Buku Ajar PNJ Tahun 2021 dapat terselesaikan. Pembuatan buku ajar ini didasari oleh pengalaman berinteraksi dengan mahasiswa yang kesulitan dalam memahami Instrumentasi dan proses kontrol. Padahal instrumentasi dan proses kontrol sudah banyak digunakan pada otomasi sistem di industri. Oleh karena itu, mahasiswa khususnya mahasiswa Teknik Elektro harus mempunyai pengetahuan tentang Instrumentasi dan proses kontrol. Buku ajar ini hadir untuk menjelaskan dasar-dasar Instrumentasi dan proses kontrol yang diterapkan pada industri. Buku ini ditujukan untuk menjadi referensi bagi pembaca yang ingin belajar tentang dasar Instrumentasi dan proses kontrol. Setidaknya sebagai buku perdana bagi pembaca dalam memahami Instrumentasi dan proses kontrol disamping referensi-referensi text book lainnya. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan buku ajar ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang sifatnya membangun akan menyempurnakan penyusunan buku ajar ini serta bermanfaat bagi penulis, pembaca, dan bagi penyusunan buku ajar selanjutnya. Depok, April 2021 Penyusun
x KATA PENGANTAR Kurikulum 2021 dirancang untuk memperkuat kompetensi mahasiswa dari sisi pengetahuan, keterampilan dan sikap secara utuh. Proses pencapaiannya melalui pembelajaran sejumlah mata kuliah yang dirangkai sebagai suatu kesatuan yang saling mendukung pencapaian kompetensi tersebut. Buku ini menjabarkan usaha minimal yang harus dilakukan mahasiswa untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan pendekatan yang dipergunakan dalam Kurikulum 2021, mahasiswa diwajibkan untuk mencari dari sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Peran dosen sangat penting untuk meningkatkan dan menyesuaikan daya serap mahasiswa dengan ketersediaan kegiatan pada buku ini. Dosen dapat memperkayanya dengan kreasi dalam bentuk kegiatan-kegiatan lain yang sesuai dan relevan yang bersumber dari lingkungan sosial dan alam. Implementasi terbatas pada kurikulum sebelumnya telah mendapat tanggapan yang sangat positif dan masukan yang sangat berharga. Pengalaman tersebut dipergunakan semaksimal mungkin dalam menyiapkan buku untuk implementasi menyeluruh pada kurikulum yang baru ini dan seterusnya. Buku ini sangat terbuka dan terus dilakukan perbaikan dan penyempurnaan di masa mendatang. Untuk itu, kami mengundang para pembaca memberikan kritik, saran dan masukan untuk perbaikan dan penyempurnaan pada edisi berikutnya. Atas kontribusi tersebut, kami ucapkan terima kasih. Mudah- mudahan kita dapat memberikan yang terbaik bagi kemajuan dunia
xi pendidikan dalam rangka mempersiapkan generasi seratus tahun Indonesia Merdeka (2045). Depok, April 2021 Ketua Program Studi Teknik Otomasi Listrik Industri
xii
xiii DAFTAR ISI PRAKATA KATA PENGANTAR Daftar Isi Daftar Gambar PENDAHULUAN Bab 1 Pengenalan Instrumentasi Pengendalian Proses Bab 2 Instrumentasi Instalasi Pemipaan (P&ID) Bab 3 Performansi Sistem Instrumentasi Bab 4. Pengukuran Suhu Bab 5. Pengukuran Level Bab 6. Pengukuran Aliran Fluida Bab 7. Pengukuran Tekanan Bab 8. Kontrol Valve Bab 9. Kontrol Proses Bab 10. Distributed Control System (DCS) Bab 11. Instrumentasi Safety Daftar Pustaka Biografi Penulis ix x xiii xiv xxii 1 27 57 77 103 121 159 173 221 247 263 339 340
xiv DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Unit heat exchanger pada kilang minyak PT Pertamina Gambar 1.2 Sistem pengendalian proses pneumatik Gambar 1.3 Sistem pengendalian proses elektronik Gambar 1.4 Unit pengukuran terdiri atas sensor dan transmitter Gambar 1.5 Variabel proses pada plant flog rig Gambar 1.5 Pengerak dan elemen regulasi Gambar 1.6 Katup kendali pneumatik Gambar 1.7 Rangkaian unit kendali akhir Gambar 1.8 Sketsa dan simbol katup kendali pneumatik FO – fail-open, FC – fail-closed Gambar 1.9 Skema dasar unit pengendali (a) Reverse acting dan (b) Direct acting Gambar 1.10 Pengendali direct acting dan katup kendali fail-open (air-to-close) Gambar 1.11 Pengendali reverse acting dan katup kendali fail-closed (air-to-open) Gambar 1.12 Diagram blok Gambar 1.13 Titik penjumlahan dan pengurangan sinyal Gambar 1.14. Diagram blok pengendalian umpan balik reverse acting Gambar 1.15. Diagram blok pengendalian umpan balik direct acting Gambar 2.1 Contoh peralatan pada pabrik Gambar 2.2 Contoh P&ID Gambar 2.3 Contoh PFD 4 6 7 8 9 10 11 12 14 16 16 18 18 19 19 29 30 31 37
xv Gambar 2.4 Simbol sinyal dan koneksi Gambar 2.5 Simbol valve Gambar 2.6 Pengendali suhu pada heat exchanger Gambar 2.7 Simbol pengendali suhu pada heat exchanger Gambar 2.8 Notasi simbol pada pengendali suhu heat exchanger Gambar 2.9 Aturan penulisan tag number Gambar 2.10 Sebuah plant pengendalian suhu Gambar 2.11 Penyederhanaan gambar 2.10 Gambar 2.12 Gambar P&ID pengendali level air pada tangka Gambar 2.13 P&ID Gambar 2.14 P&ID proses pengendalian gas pada quench tower Gambar 2.15 P&ID proses pengendalian suhu Gambar 2.16 Simbol sinyal Gambar 2.17 Simbol kontrol valve Gambar 2.18 P&ID pengendalian suhu Gambar 3.1. Grafik hasil kalibarsi sesuai Tabel 3.1 Gambar 3.2. Encoder optic Gambar 3.3 Grafik data repeatability (contoh soal no 3 Gambar 3.4. Kurva hysteresis Gambar 3.5 (a) tanggapan linier dan (b) tanggapan non linier Gambar 3.6. Grafik rise time Gambar 3.7. Time constant Gambar 3.8. Dead time Gambar 4.1. Ilustrasi cara kerja bimetal thermometer Gambar 4.2. Bimetal thermometer Gambar 4.3. Komponen rangkaian thermocouple 38 39 40 41 41 42 44 45 48 50 52 53 54 60 64 67 69 70 71 72 72 79 79 81 81 86
xvi Gambar 4.4. Prinsip kerja thermocouple Gambar 4.5. Jenis insulasi thermocouple Gambar 4.6. Bentuk thermocouple Gambar 4.7. Konstruksi RTD Gambar 4.8. Contoh thermistor Gambar 4.9. Karakteristik thermistor Gambar 4.10. Perbandingan kurva karakteristik thermocouple, RTD dan thermistor Gambar 4.11. Contoh sensor IC LM35 Gambar 4.12. Contoh instrumen pyrometer Gambar 4.13. Typical Broadband Pyrometer Gambar 4.14. Electromagnetic Radiation Spectrum Gambar 4.15. Contoh Optical Pyrometer Gambar 4.16. Contoh Infrared Pyrometer Gambar 5.1. Displacement level Measurement Gambar 5.2. Instalasi displacement type Gambar 5.3. Differential pressure level measurement Gambar 5.4. Nonsealed system Gambar 5.5. Sealed system Gambar 5.6. Capacitance level measurement Gambar 5.7. Instrumentasi level tipe kapasitansi Gambar 5.8. Prinsip Kerja Ultrasonic Level Measurement Gambar 5.9. Prinsip Kerja Radar Level Measurement Gambar 5.10. Radar Level Measurement Gambar 5.11. Radioactive (Nucleonic) Level Measurement Gambar 5.12. Nucleonic Continuous Level Measurement Gambar 5.13. Nucleonic Point Level Measurement Gambar 6.1. Ilustrasi aliran laminar dan turbulensi dilihat pada dye streak 87 88 91 91 92 94 96 97 98 99 100 104 105 107 108 109 110 111 113 115 116 118 118 119 122 128 129
xvii Gambar 6.2. Differential Pressure Flowmeters (DP Flowmeters) Gambar 6.3. Orifice Plates Gambar 6.4. Orifice Plate jenis Concentric Gambar 6.5. Segmental Orifice Gambar 6.6. Venturi Tubes Gambar 6.7. Flow Nozzles Gambar 6.8. Pitot Tube Gambar 6.9. Annubar Tube Gambar 6.10. Elbow Flowmeter Gambar 6.11. Segmental Wedge Gambar 6.12. V- cone Gambar 6.13. Dall Tube Gambar 6.14. Rotameter Gambar 6.15. Inline model Gambar 6.16. Insertion model Gambar 6.17. Magnetic flowmeter Gambar 6.18. Turbin meter Gambar 6.19 Prinsip kerja Coriolis Gambar 6.20 Contoh alat ukur Coriolis Gambar 6.21. Contoh Ultrasonic flow meter Gambar 6.22. Prinsip dasar transit time Gambar 6.23. Prinsip kerja Doppler Ultrasonic Flowmeters Gambar 6.24. Doppler Ultrasonic Flowmeters Gambar 6.25. Prinsip kerja Vortex Flowmeters Gambar 6.26. Vortex Flowmeters Gambar 7.1 Manometer tabung U dengan kolom zat cair Gambar 7.2 Manometer U tube Gambar 7.3 Bourdon Tube (C-type) 133 134 135 136 137 137 138 139 139 140 141 143 143 145 147 149 151 151 153 154 154 156 162 163 165 165 166 168
xviii Gambar 7.5 Bourdon Tube (Helical) Gambar 7.6 Elemen bellows pengukuran absolute pressure Gambar 7.7 Elemen bellows pengukuran relative pressure (gauge) Gambar 7.8 Elemen bellows pengukuran diferensial pressure Gambar 7.9 Diaphragm Element Gambar 8.1. Komponen dari kontrol valve Gambar 8.2. Mekanisme Fail Opened dan Fail Closed Actuator Gambar 8.3. Aktuator Diafragma Gambar 8.4 Aktuator Direct Acting dan Reverse Acting Gambar 8.5. (a) Double Acting dan (b) Single Acting Actuator Gambar 8.6. Control Valve Body Gambar 8.7. Extension Bonnet dan Bellow-Seal Bonnet Gambar 8.8. Pneumatik dan Digital Positioner Gambar 8.9. Regulator Udara Gambar 8.10. Tipe Solenoid Valve Gambar 8.11. Limit Switch pada kontrol valve Gambar 8.12. Transduser Gambar 8.13. TRIP Valve Gambar 8.14. Tubing dan Konektor Gambar 8.15. Globe valve dengan port tunggal dan port ganda Gambar 8.16. Single Port Valve Gambar 8.17. Flanged Angle-style Gambar 8.18. Valve Body with Cage-Style Trim, Balanced Valve Plug and Soft Seat Gambar 8.19. High Capacity Body Valve with Cage-Style 168 168 170 177 179 182 183 185 185 187 191 192 193 194 194 195 196 197 198 200 200 201 203 204
xix Noise Abatement Trim Gambar 8.20 Double-Port Valve Body Gambar 8.21. Gate Valve Gambar 8.21. Ball Valve Gambar 8.22. Tipe dari Ball Valve Gambar 8.23. Tipe dari Body Ball Valve Gambar 8.24 Butterfly Valve Gambar 8.25. Flanged Butterfly Valve Gambar 8.26. Flangeless Valve Gambar 8.27. Grafik Kerja dari On-off Valve Gambar 8.29. Tipe dari Cage Character pada Globe-style Valve Gambar 8.30. Kurva Perbandingan Antara Masing-Masing Karakter Plug Valve Gambar 8.31. Prinsip Kerja dari Operated Control Valve Gambar 8.32. Dua buah alternatif pengontrolan level fluida pada sebuah tanki Gambar 8.33. Sistem kontrol tekanan uap pada pipa Gambar 9.1 Digram blok Kontroler On-Off (a) tanpa dan (b) dengan celah diferensial Gambar 9.2 Diagram blok kontroler Proposional Gambar 9.3 (a) Hubungan input/output; (b) Blok diagram Kontroler Integral Gambar 9.4 Blok diagram Kontroler Diferensial Gambar 9.5 Blok diagram Kontroler ProposionaI + Integral Gambar 9.6 Blok diagram Kontroler Proposional + Diferensial Gambar 9.7 Blok diagram Kontroler Proposional + Integral + Diferensial 205 206 207 208 209 209 212 213 214 215 216 217 218 223 224 225 226 227 229 230 231
xx Gambar 9.8. Respon proses akibat perubahan setpoint Gambar 9.9. (a) Problem servo: Respon proses dalam menanggapi perubahan Setpoint (b) Problem Regulator: Respon proses dalam menanggapi perubahan beban (gangguan) Gambar 9.10. Sistem Heat Exchanger Gambar 9.11. Pengendalian suhu fluida output dengan Loop PID tunggal Gambar 9.12. Pengontrolan temperature fluida output dapat dilakukan dengan cara meregulasi laju aliran steam Gambar 9.13. Skema kontrol Cascade pada Sistem Heat Exchange Gambar 9.14. Pengaruh perubahan steam pada sistem kontrol PID tunggal vs sistem kontrol Cascade Gambar 9.15. Blok diagram Struktur Kontrol Cascade Gambar 9.16. Skema kontrol Feedforward-feedback pada Sistem Heat Exchanger Gambar 9.17. Blok diagram struktur kontrol Feedforwardfeedback Gambar 9.18. Pengaruh gangguan pada sistem kontrol PID tunggal vs sistem kontrol Feedforward – feedback Gambar 9.19. Diagram proses pencampuran dua buah fluida Gambar 9.20. Diagram proses pencampuran dua buah fluida Gambar 10.1. Arsitektur DCS secara umum Gambar 10.2. HIS pada DCS Yokogawa Gambar 10.3. Contoh FCS DCS Yokogawa Gambar 10.4. Diagram blok sistem pengendalian dengan DCS 233 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 249 250 251 253 255
xxi Gambar 10.5. Skema proses kerja DCS Gambar 10.6 Aliran sinyal pada FCS Gambar 10.7 Contoh Konfigurasi Field Control Station (FCS) Gambar 10.8. Gambar penampakan HIS Gambar 10.9. Tampilan program pada HIS Gambar 10.10. Tampilan program pada HIS sequence table Gambar 11.1 ESD logic sederhana Gambar 11.3. LED infra merah Gambar 11.4 Sensor penerima inframerals TSOP (TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules) Gambar 11.5 Open Path Gas Detector (OPGD) Gambar 11.6 Aplikasi PSV dan flare Gambar 11.6 Elevated Flare Gambar 11.7 Tipe flare Gambar 11.8 Konstruksi Ball Valve Gambar 11.9 Konstruksi Gate Valve Gambar 11.10 Bettis Actuator - Tipe CBA-Single Actuating (Spring Return) Gambar 11.11 Segitiga api 257 257 258 260 261 265 274 297 299 301 303 306 307 327 328 329 331
xxii PENDAHULUAN A. Gambaran Umum Materi Kuliah Secaraumummaterikuliahinimempelajaritentangdasarinstrumentasi dan proses kontrol. Diawali dengan mempelajari definisi, manfaat, symbol penggambaran, dan jenis-jenis instrumentasi. Materi ini akan membantu mahasiswa untuk termotivasi dalam mempelajari ilmu instrumentasi. Materi selanjutnya yaitu proses kontrol sebuah plant yang umum digunakan di industri seperti pengendali PID dan Distributed Control System (DCS). Materi ajar terdiri dari 11 (sebelas) bab seperti terlihat pada Gambar A.1. Tujuan akhir dari materi ajar ini adalah pembaca dapat menjelaskan dan menerapkan ilmu instrumentasi dan proses kontrol untuk aplikasi industri. Gambar A. Materi ajar Instrumentasi dan Proses Kontrol (Dok. Pribadi) B. Tujuan Pembelajaran Umum Tujuan pembelajaran umum dari materi instrumentasi dan proses kontrol adalah mahasiswa mampu menjelaskan dan menerapkan sistem instrumentasi industry yang terdiri dari gambar P&ID, pengukuran level, flow, suhu, tekanan, valve, control proses, PID dan DCS. C. Petunjuk mempelajari buku ajar Buku ini disusun dalam bentuk modular. Artinya, semua topik disusun dengan sangat sistematis sehingga mahasiswa dapat menentukan bagian-bagian mana yang perlu dibaca, bagian-bagian
xxiii mana yang dapat ditunda, dan bagian-bagian mana yang bahkan dapat ditinggalkan. Kalau isi suatu mudul sudah sepenuhnya dipahami, mahasiswa tidak akan menemui kesulitan mempelajari modul berikutnya. Pilihlah topik yang memang diperlukan.
xxiv
1 Bab 1 Pengenalan Instrumentasi Pengendalian Proses 1.1 Tujuan Pembelajaran Setelah membaca Bab 1, pembaca dapat: a. Menjelaskan peranan penting intrumentasi dalam pengendalian proses kontrol yang modern terkait dengan keamanan (safety), keandalan dan kualitas (reliability and quality), dan biaya operasional (operational cost) b. Menjelaskan variabel pengukuran dalam pengendalian proses c. Menjelaskan diagram blok pengendali proses 1.2 Definisi Instrumentasi Instrumentasi dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang penggunaan peralaan atau instrumen untuk mengukur dan mengatur suatu besaran baik kondisi fisis maupun kimia. Berdasarkan definisi tersebut, instrumentasi memiliki dua fungsi yaitu sebagai pengukur dan pengatur suatu variable proses agar berada dalam batas tertentu atau pada nilai besaran yang diinginkan. Variabel proses yang dimaksud, 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, dan lainnya. Variabel proses tersebut
2 merupakan objek yang dimanipulasi atau direkayasa untuk memanipulasi variabel proses lainnya. 1.3 Peranan Instrumentasi Dalam Pengendalian Proses Proses pengukuran dan pengendalian variabel proses pada industri sangat penting karena berhubungan dengan keamanan (safety), keandalan (reliability), kualitas (quality), dan biaya operasional (operational cost). 1.3.1 Keamanan (safety) a) Keselamatan manusia Proses pengukuran dan pengendalian bertugas menjaga keselamatan kerja. Beberapa sistem proses di pabrik memiliki kondisi operasi yang berbahaya bagi keselamatan manusia. Kondisi operasi pada suhu dan tekanan tinggi dengan bahan kimia berbahaya sangat berpotensi menimbulkan kecelakaan. Perlengkapan instrumentasi, sistem alarm dan safety valve dapat memperkecil kemungkinan kecelakaan akibat kondisi ekstrem yang terlampaui b) Perlindungan peralatan Proses pengukuran dan pengendalian mempertahankan batas aman operasi. Peralatan industri biasanya mahal dan sulit diperoleh. Jika terjadi kondisi darurat, sistem dapat melakukan penghentian (automatic shutdown) dan penguncian darurat (automatic emergency interlock)
3 sehingga kegagalan satu peralatan tidak menjalar ke peralatan lain. System ini selain melindungi peralatan juga melindungi manusia dari kecelakaan. c) Perlindungan lingkungan Proses pengukuran dan pengendalian mempertahankan batas aman pencemaran. Proses industri dapat menghasilkan bahan berbahaya bagi lingkungan. Kebocoran gas, cairan, atau padatan beracun dan yang merusak lingkungan perlu dihindari. Gas-gas yang berbahaya dan mudah terbakar disalurkan ke menara pembakaran (flare). Jika menara pembakar tidak mampu menangani, gas terpaksa dibuang ke atmosfer melalui pressure safety valve untuk menghindari kondisi ekstrem yang membahayakan peralatan dan manusia. 1.3.2 Keandalan (reliability) dan kualitas (quality) Meliputi ketahanan terhadap gangguan produktivitas dan kualitas produk. Proses pengukuran dan pengendalian proses harus mampu menekan pengaruh gangguan sehingga dapat mempertahankan kondisi operasi yang mantab (steady operation) dalam batas operasional (operational constraint). Kualitas dan produktivitas sesuai spesifikasi dengan tingkat keragaman (variability) sekecil mungkin,
4 1.3.3 Biaya Operasional Keuntungan ekonomi menjadi tujuan akhir dari proses produksi. Proses yang tidak aman dengan kondisi operasi tidak optimal akan memperkecil keuntungan. Kuantitas dan kualitas produk ditetapkan oleh permintaan pasar. Jika terjadi penyimpangan dari spesifikasi akan menurunkan nilai jual produk. Proses pengukuran dan pengendalian bekerja untuk menghasilkan kualitas produk sedekat mungkin dengan batas spesifikasi agar keuntungan maksimum. Sebagai contoh, pada kilang minyak (Gambar 1.1) terdapat unit heat exchanger yang berfungsi menghasilkan perpindahan panas dari suatu fluida, baik yang digunakan dalam proses pemanasan maupun proses pendinginan. Gambar 1.1 Unit heat exchanger pada kilang minyak PT Pertamina
5 Unit heat exchanger ini harus diatur kondisi operasinya agar dapat menghasilkan produk yang sesuai dengan yang diinginkan. Kondisi operasinya antara lain temperatur dan tekanan proses. Temperatur dan tekanan proses pada unit heat exchanger ini sangat tinggi sehingga keamanan manusia dan peralatan harus diperhatikan setiap saat. Agar menghasilkan produk terbaik pada proses produksi minyak mentah (crude oil), temperatur pada unit heat exchange harus tepat dan selalu dijaga konstan. Hal ini terkait dengan keandalan dan kualitas produk. Jika nilai temperatur tersebut 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. Penghematan bahan bakar akan mereduksi biaya operasional. Dari contoh ini dapat dinyatakan sebuah instrumentasi sangat penting karena memberikan kualitas produk yang lebih baik dalam waktu pemrosesan yang lebih singkat, biaya produksi yang lebih murah, peningkatan keselamatan personil dan peralatan, serta mengurangi polusi lingkungan dari bahan limbah hasil proses. 1.4 Variabel Pengukuran dalam Pengendalian Proses Instrumen atau piranti utama dalam pengendalian proses adalah: sensor, transmiter, pengendali, transduser/konverter (bila diperlukan), dan katup kendali. Pada pengendali pneumatik, seluruh sinyal pengendalian memakai tekanan udara. Sehingga instrumen pengendalian hanya terdiri atas tiga macam. Sensor/transmiiter,
6 pengendali, dan katup kendali pneumatik, seperti terlihat pada Gambar 1.2. Gambar 1.2 Sistem pengendalian proses pneumatik Berbeda dengan sistem pengendalian pneumatik, pada pengendali elektronik, sinyal pengendalian memakai arus listrik. Oleh karena katup kendali biasanya jenis pneumatik, maka diperlukan konverter atau transduser I/P (arus ke pneumatik). Sehingga instrumen yang diperlukan adalah: sensor/transmiter, pengendali, transduser I/P, dan katup kendali pneumatik, seperti terlihat pada Gambar 1.3
7 Gambar 1.3 Sistem pengendalian proses elektronik 1.4.1 Unit Pengukuran Unit pengukuran berfungsi mengubah informasi besaran fisik terukur (variabel proses) menjadi sinyal standar. Unit ini terdiri atas dua bagian besar yaitu sensor dan transmiter. • Sensor (elemen perasa atau pengindera) adalah piranti yang merespon rangsangan fisik. Sensor berhubungan langsung atau paling dekat berhubungan dengan variabel proses. Disebut dengan detecting element (elemen pendeteksi) atau elemen primer. • Transmiter yaitu piranti yang berfungsi mengubah energi atau informasi yang datang dari sensor menjadi sinyal standar. Dua macam sinyal standar yang sering dapat dipakai yaitu sinyal listrik dan pneumatic seperti terlihat pada Tabel 1.1.
8 Tabel 1.1 Sinyal standar dalam instrumentasi Sinyal Nilai Minimum Nilai Maksimum Simbol Pneumatik (udara tekan) 3 psi(g) 20 kPa(g) 15 psi(g) 100 kPa(g) Listrik 4 mA 0 V 0 V 20 mA 10 V 5 V Umum 0 % 100 % Dalam beberapa hal lebih sederhana dengan memasukkan sensor dalam blok transmitter (Gambar 1.4). Sehingga dalam arti sempit, transmiter adalah instrumen yang mengukur besaran fisik dan mengirimkannya dalam bentuk sinyal pengukuran standar. Bila besaran fisik bertambah besar, maka sinyal pengukuran juga akan bertambah besar (bersifat direct acting). (a) Gambar lengkap (b) Penyederhanaan gambar (sensor termasuk dalam transmiter) Gambar 1.4 Unit pengukuran terdiri atas sensor dan transmitter
9 Tipe alat instrumentasi untuk pengukuran secara umum terdiri dari 4 besaran proses yaitu: 1. Pengukuran tekanan (pressure) 2. Pengukuran suhu (temperature) 3. Pengukuran aliran (flow) 4. Pengukuran permukaan cairan (level) Selain keempat besaran proses tersebut, beberapa besaran proses lain yang cukup penting dan kadang-kadang perlu diukur dan dikendalikan karena kebutuhan spesifik proses, diantaranya: hydrogen ion concentration (pH), moisture content, conductivity, density, nitrogen oxides emissions, dan sebagainya. Contoh proses variabel diilustrasikan pada plant flog rig seperti terlihat pada Gambar 1.5. Gambar 1.5 Variabel proses pada plant flog rig
10 1.4.2 Unit Kendali Akhir Unit kendali akhir bertugas menerjemahkan sinyal kendali menjadi aksi atau tindakan koreksi melalui pengaturan variabel pengendali atau variabel termanipulasi. Unit ini terdiri atas dua bagian besar, yaitu aktuator dan elemen regulasi (Gambar 1.5). Aktuator atau penggerak adalah piranti yang mampu melakukan aksi fisik. Fungsinya mengubah sinyal kendali menjadi pengaturan fisik untuk pengendalian variabel proses. Jenis penggerak yang penting dalam industri proses adalah pneumatik, elektrik, dan hidrolik. Katup kendali (control valve) merupakan unit kendali akhir yang paling banyak dipakai di industri kimia. Piranti ini terdiri atas penggerak (aktuator) dan katup (valve). Sebagai energi penggerak adalah udara tekan (pneumatik). Meskipun demikian kadang-kadang memakai penggerak listrik, baik motor listrik (motorized valve) maupun solenoida (solenoide valve). Bukaan katup diatur oleh penggerak. Gambar 1.5 Pengerak dan elemen regulasi Fungsi katup kendali adalah mengatur laju alir. Katup kendali pneumatik dan rangkaian unit kendali dapat dilihat pada
11 Gambar 1.6 dan 1.7. Prinsipnya adalah bertindak sebagai penyempitan variabel (variable restriction) dalam perpipaan proses. Dengan mengubah bukaan akan mengubah hambatan, sehingga laju alir berubah. Gambar 1.8 menampilkan sebuah katup kendali dengan penggerak pneumatik jenis air-to-close. Sinyal kendali 4-20 mA yang berasal dari pengendali elektronik memerlukan sebuah transduser yang mengubah sinyal arus ke tekanan udara (I/P) yaitu mengubah sumber udara tekan 20-25 psig (140-170 kPa) menjadi 3-15 psig (20 - 100 kPa). Gambar 1.6 Katup kendali pneumatik Gambar 1.7 Rangkaian unit kendali akhir
12 Gambar 1.8 Sketsa dan simbol katup kendali pneumatik FO – fail-open, FC – fail-closed Penggerak pneumatik berisi diafragma yang terbuat dari karet sintetis (misalnya neoprena) dan pegas. Tekanan udara dari atas atau bawah diafragma akan melawan gaya pegas. Gerakan penuh stem terjadi pada rentang tekanan udara 3-15 psig. Oleh tekanan udara yang dikenakan pada diafragma stem bergerak dan katup membuka atau menutup. Berdasar aksi katup oleh adanya perubahan tekanan udara, katup kendali dibedakan menjadi dua macam, yaitu air-to-open (AO) atau disebut fail-closed (FC) dan air-to-close (AC) atau disebut failopen (FO). Pada jenis air-to-open, katup akan membuka jika mendapat tekanan udara. Atau dengan kata lain, bila terjadi
13 kegagalan pasokan udara hingga tekanan jatuh ke minimum, katup akan menutup. Sebaliknya, pada jenis air-to-close, katup akan menutup jika mendapat tekanan udara. Atau dengan kata lain, bila terjadi kegagalan pasokan udara hingga tekanan jatuh ke minimum, katup akan membuka. Berdasar aksi penggerak (aktuator) oleh adanya perubahan tekanan udara, katup kendali dibedakan menjadi dua macam, yaitu: direct acting dan reverse acting. Pada modus direct acting, sinyal tekanan udara masuk dari atas. Dengan kenaikan sinyal tekanan udara, stem bergerak ke bawah. Sebaliknya, pada modus reverse acting, sinyal masuk dari bawah. Dengan kenaikan sinyal tekanan udara, stem bergerak ke atas. Di kalangan praktisi industri telah berlaku kaidah umum bahwa kenaikan stem berarti katup membuka. Operator lebih berminat untuk mengetahui dan mengatur posisi katup, dan bukan nilai sinyal kendali. Sehingga nilai sinyal kendali 0% pada tampilan panel kendali selalu berarti katup kendali menutup, dan 100% membuka penuh, tanpa peduli jenis katup kendali. Oleh sebab itu jenis katup kendali yang populer adalah jenis direct acting air-toclose dan reverse acting air-to-open. 1.4.3 Unit Pengendali Unit pengendali merupakan "otak" sistem dalam pengendalian. Pengendali adalah piranti yang melakukan perhitungan atau evaluasi nilai error menurut algoritma kendali (Gambar 1.9). Evaluasi yang dilakukan berupa operasi matematika
14 seperti, penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, integrasi dan diferensiasi. Hasil evaluasi berupa sinyal kendali dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal kendali berupa sinyal standar, serupa dengan sinyal pengukuran. Gambar 1.9 Skema dasar unit pengendali (a) Reverse acting dan (b) Direct acting Pengendali paling tidak memiliki tampilan nilai variabel proses (PV), pengatur dan tampilan setpoint (SP), pengatur dan tampilan nilai variabel pengendali (MV), serta sakelar AUTO/MANUAL. Sakelar ini sangat penting karena menentukan operasi pengendali. Ketika sakelar pada posisi AUTO (otomatik), sinyal kendali diperoleh dari hasil pengolahan nilai error. Ketika sakelar pada posisi MANUAL, pengendali menghentikan
15 pengolahan. Sinyal kendali diperoleh dari penyetelan manual oleh operator. Hanya dalam posisi auto pengendali memberi manfaat pengendalian proses. Penentuan aksi algoritma pengendali (Tabel 1.2), memerlukan pengetahuan bagaimana kebutuhan proses yang dikendalikan dan aksi katup kendali (control valve) (Tabel 1.3). Kedua pengetahuan tersebut mutlak harus dimiliki. Ahli proses dapat bertanya kepada diri sendiri, misalnya, apa aksi pengendali yang tepat untuk pengendalian tinggi permukaan cairan jika dipakai katup air-to-close dengan aliran keluar sebagai variabel pengendali. Aksi pengendali biasanya dapat disetel dengan sakelar pada sisi panel pengendali pneumatik atau elektronik. Tabel 1.2 Aksi pengendali Aksi Variabel Proses (PV) Variabel Pengendali (MV) atau sinyal kendali Direct acting Naik | Turun Naik | Turun Reverse acting Naik | Turun Turun | Naik Tabel 1.3 Aksi sistem proses, pengendali, dan katup kendali Aksi Sistem Proses Aksi Pengendali Aksi Katup Kendali Direct acting Reverse acting Biasanya FC Reverse acting Direct acting Biasanya FO
16 Blok algoritma kendali dapat berupa perangkat keras atau perangkat lunak. Sinyal kendali yang diperoleh selanjutnya diproses menjadi sinyal kendali standar (4 - 20 mA DC). Hubungan antara pengukuran dan sinyal kendali bergantung pada modus langsung (direct acting) atau berlawanan (reverse acting), seperti Gambar 1.10 dan 1.11. Gambar 1.10 Pengendali direct acting dan katup kendali failopen (air-to-close) Gambar 1.11 Pengendali reverse acting dan katup kendali failclosed (air-to-open) Dalam era indsutri 4.0, hal terpenting dalam unit pengendali ini adalah pengendali harus dapat berkomunikasi dengan berbagai
17 alat sehingga perubahan data dan informasi dapat tersampaikan dengan baik agar menghasilkan proses terbaik. Sebuah proses kontrol harus didesain dan dioperasikan dalam kondisi aman setiap waktu, secara terus-menerus menghasilkan produk dalam jumlah banyak dan berkualitas, serta menguntungkan. Sedangkan dalam memilih sebuah instrumentasi harus memperhitungkan aspek keamanan dalam penggunaanya pada kondisi proses yang dibutuhkan, akurat dan andal, serta memaksimalkan pengembalian investasi (return on investment - ROI). Selain itu, pemilihan instrumentasi juga harus didasarkan pada variabel yang akan diukur dan aplikasi prosesnya. Seringkali perancang instrumentasi proses kontrol tidak memperhatikan aspekaspek tersebut sehingga terjadi inefesien dalam proses produksinya. 1.5 Diagram Blok Penggambaran suatu sistem atau komponen dari sistem pengendalian dapat berbentuk blok (kotak) yang dilengkapi dengan anak panah masuk dan keluar, seperti Gambar 1.12. Anak panah menggambarkan informasi besaran fisik dan atau sinyal. Informasi yang dimaksud dapat berupa nilai suhu, laju alir, tekanan, tinggi permukaan, konsentrasi, bukaan katup, dan lain-lain. Sedangkan sinyal yang dipakai dalam sistem pengendalian dapat berupa sinyal listrik (4-20 mA atau 1-5 V) dan sinyal pneumatik (20-100 kPa). Sinyal ini menunjukkan informasi besaran fisik.
18 Gambar 1.12 Diagram blok Titik penjumlahan atau pengurangan (summing junction) sinyal digambarkan sebagai bulatan dengan anak panah masuk dan keluar, seperti Gambar 1.13. Gambar 1.13 Titik penjumlahan dan pengurangan sinyal Gambar lengkap diagram blok pengendalian umpan balik reverse acting terlihat pada Gambar 1.14. sedangkan Gambar lengkap diagram blok pengendalian umpan balik direct acting terlihat pada Gambar 1.15.
19 Gambar 1.14. Diagram blok pengendalian umpan balik reverse acting Perhatikan tanda (+) dan (-) Gambar 1.15. Diagram blok pengendalian umpan balik direct acting Perhatikan tanda (+) dan (-) Perhatikan tanda (+) dan (-) pada bagian penjumlah antara setpoint sinyal pengukuran untuk membedakan antara pengendali direct acting dan reverse acting. Bila tidak ada keterangan lain, pengendali adalah reverse acting sesuai gambar 1.14. 1.6 Terminologi Variabel keadaan adalah besaran yang menyatakan keadaan dinamik system.
20 Variabel proses (process variable, PV) adalah besaran yang menyatakan keadaan proses. Variabel terkendali (controlled variable) adalah variabel yang secara langsung dikendalikan. Variabel tak dikendalikan (uncontrolled variable) adalah variabel proses yang tidak dikendalikan atau tidak langsung dikendalikan. Variabel pengendali atau variabel termanipulasi (manipulated variable, MV) yaitu besaran yang dipakai untuk mengendalikan atau mempertahankan keadaan proses. Gangguan adalah besaran yang menyebabkan penyimpangan keadaan proses. Beban (load) atau gangguan beban (load disturbance) adalah besaran yang membebani proses dalam mencapai tujuan, Setpoint, titik setel, atau nilai acuan (reference) adalah nilai variabel proses yang diinginkan atau nilai acuan variabel proses. 1.7 Latihan 1. Variabel yang menjadi masukan sistem proses adalah ……. a. Variabel keadaan b. Variabel proses c. Variabel terkendali d. Variabel tak dikendalikan e. Variabel pengendali 2. Besaran yang menunjukkan keadaan proses adalah …. a. Variabel proses
21 b. Manipulated variable c. Gangguan d. Beban e. Setpoint 3. Besaran yang digunakan untuk mengendalikan keadaan proses adalah …. a. Variabel proses b. Manipulated variable c. Gangguan d. Beban e. Setpoint 4. Besaran yang menjadi nilai acuan atau target yang diinginkan adalah …. a. Variabel proses b. Manipulated variable c. Gangguan d. Beban e. Setpoint 5. Anak panah pada diagram blok menunjukkan …. a. Aliran proses b. Aliran informasi atau sinyal c. Aliran variabel proses d. Tindakan e. Besaran variabel proses
22 6. Piranti yang secara langsung memungut informasi dari medium terukur adalah …. a. Transduser b. Transmitter c. Sensor d. Elemen konversi e. Control valve 7. Piranti yang mengubah bentuk energi atau besaran fisik menjadi sinyal standar adalah …. a. sensor b. transduser c. transmitter d. elemen elektromekanik e. elemen konversi 8. Dalam sistem pengendalian proses dikenal unit atau piranti berikut: (1) Unit pengukuran (2) Unit pengendali (3) Unit kendali akhir (4) Unit konversi Untuk dapat mengendalikan proses, paling sedikit membutuhkan …. a. 1, 2, dan 3 b. 1 dan 3 c. 2 dan 4
23 d. 4 e. 1, 2, 3, dan 4 9. Transmiter berfungsi sebagai … a. Pengubah besaran fisis b. Pembawa sinyal control c. Mengirimkan sinyal kontrol d. Mengirimkan sinyal pengukuran e. Mengirimkan sinyal setpoint 10. Unit kendali akhir dalam pengendalian proses berfungsi sebagai …. a. Pengubah sinyal kendali menjadi aksi pengendalian b. Pengubah sinyal kendali menjadi aksi pemantauan c. Pengubah sinyal pengukuran menjadi sinyal kendali d. Pengubah sinyal pengukuran menjadi aksi pengendalian e. Penerima sinyal setpoint 11. Pada katup kendali jenis direct acting air-to-open, jika tekanan udara naik, a. Stem ke atas, valve menutup b. Stem ke atas, valve membuka c. Stem ke bawah, valve menutup d. Stem ke bawah, valve membuka e. Stem ke atas saja 12. Jika pasokan tekanan udara hilang, maka plug dari control valve jenis air-to-close akan… a. Membuka b. Menutup
24 c. Setengah membuka d. Membuka lantas menutup e. Tak terpengaruh 13. Jika stem pada katup kendali bergerak ke atas maka … a. Katup membuka b. Katup menutup c. bersifat fail closed d. bersifat fail open e. bersifat air-to-open 14. Arti istilah direct-acting pada pengendali adalah …. a. PV naik, MV turun b. PV turun, MV turun c. PV naik, SP naik d. PV naik, SP turun e. SP naik, MV turun 15. Pengendalian tinggi permukaan cairan memakai aliran keluar sebagai variabel pengendali. Maka aksi pengendali dan katup kendali berturut-turut adalah … a. Direct acting dan FO atau FC b. Direct acting dan FC c. Reverse acting dan FO d. Reverse acting dan FO atau FC e. Reverse acting dan FC 16. Tampilan manipulated variable terbaca 60%. Ini berarti bukaan katup sebesar …
25 a. 40% b. 40% untuk reverse acting c. 60% d. 60% untuk aksi reverse acting e. Tergantung nilai variable proses 17. Pengendalian proses pada dasarnya bertujuan untuk menjaga variabel …. a. Keadaan proses b. Setpoint c. Gangguan d. Beban e. Pengendali 18. Ciri utama pengendali umpan balik adalah …. a. Adanya offset b. Setpoint tetap c. Adanya umpan balik negatif d. Adanya error e. Adanya osilasi kontinyu 19. Tipe alat instrumentasi untuk pengukuran umumnya ada 4, kecuali …. a. Pengukuran tekanan, suhu, aliran b. Pengukuran suhu, aliran, tekanan c. Pengukuran aliran, level, tekanan d. Pengukuran permukaan cairan, suhu, aliran e. Pengukuran conductivity, ph, tds
26 20. Tujuan proses pengukuran dan pengendalian variabel proses pada industri adalah …… kecuali….. a. keamanan (safety), b. keandalan (reliability), c. dipakai ulang (reused) d. kualitas (quality), e. biaya operasional (operational cost)
27 Bab 2 Instrumentasi Instalasi Pemipaan (P&ID) 2.1 Tujuan Pembelajaran Setelah membaca Bab 2, pembaca dapat: a. Mengenal simbol instrumen kontrol ataupun piping yang perlu dinotasikan dalam sebuah P&ID. b. Menjelaskan tahapan proyek intrumentasi c. Merancang gambar instrumentasi instalasi pemipaan (P&ID) 2.2 Pendahuluan Simbol instrumen untuk diagram instrumentasi telah dibakukan oleh ISA (Instrumentation System and Automation), yang diuraikan dalam Instrumentation Symbols and Identifications ANSI/ISA-S5.1-1984 (R 1992). Dalam pengerjaan proyek instrumentasi proses, dokumen yang diperlukan oleh bagian instrumentasi adalah: 1. Process Flow Diagram (PFD) 2. Piping and Instrument Diagram (P&ID) 3. Instrument index sheet 4. Instrument specification sheet 5. Loop wiring diagram 6. Instalation detail 7. Gambar-gambar khusus seperti: • Instrument tubing support layout
28 • Schematic control diagram • Emergency shutdown system • Instrument wiring detail • Daftar alarm dan shutdown Beberapa informasi yang juga diperlukan adalah: 1. Process information 2. Instrument specification & standards 3. Electrical specification 4. Vendor Drawing Namun yang akan dibahas pada bab 2 ini hanya dua gambar saja, yaitu gambar P&ID dan PFD. Gambar P&ID dan PFD digunakan secara garis besar untuk menjelaskan aliran proses, peralatan, instrumentasi, elektronik, elevasi, dan pondasi. Dalam PFD gambar lebih sederhana sehingga memudahkan engineer untuk memahami seluruh proses dari sebuah plant. Sedangkan P&ID penggambarannya lebih detail. Biasanya, sebelum P&ID digambar, maka PFD akan lebih dulu dibuat. P&ID akan mengacu semua prosesnya ke PFD, P&ID ini yang akan menjabarkan semua detail dari PFD. Sebuah gambar P&ID harus terus menerus direvisi mulai dari perancangan unit operasi sampai dengan proses komisioning dan start-up. Bahkan pada saat operasional sudah berjalan, P&ID perlu kembali di revisi sesuai kondisi aktual.
29 2.3 Definisi P&ID P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) dapat didefinisikan sebagai sebuah alat bantu berupa diagram/gambar/skema untuk menerangkan konsep desain dari sebuah proses yang di bangun atau bisa di sebut juga sebagai ilustrasi skematik dari hubungan fungsional perpipaan, instrumentasi dan peralatan sistem komponen pendukung lainnya. Sebagai contoh, Sebagian besar fasilitas manufaktur (pabrik) memiliki peralatan seperti kompresor, steam, chiller, dan pompa (Gambar 2.1). Gambar 2.1 Contoh peralatan pada pabrik Peralatan ini memerlukan penggunaan perpipaan dan instrumen untuk mengukur dan mengontrol prosesnya. Untuk memudahkan dalam mendesain perpipaan maka perlu P&ID. Jadi P&ID digunakan oleh engineer, operator, atau teknisi lapangan untuk memahami dengan lebih baik suatu proses dan bagaimana
30 instrumen-instrumen tersebut dihubungkan. Contoh P&ID terlihat pada Gambar 2.2. Gambar 2.2 Contoh P&ID 2.3 Definisi PFD PFD (Process Flow Diagrams) merupakan skema atau peta proses pabrik yang melakukan pemrosesan bahan baku menjadi produk yang diinginkan. Suatu gambar PFD mempermudah pembacaan gambar aliran utama media didalam sistem mulai dari arah masukan hingga keluaran, mulai dari pengolahan utama hingga ke unit-unit yang terlibat dalam proses. Pada PFD belum ada komponen peralatan instrumentasi dan hanya menggambarkan arah aliran proses produksi saja. Contoh PFD dapat dilihat pada Gambar 2.3.
31 Gambar 2.3 Contoh PFD 2.4 Pengenalan tahapan proyek Instrumentasi instalasi pemipaan Tahapan proyek Instrumentasi instalasi pemipaan secara garis besar terdiri dari empat (4) tahapan. Tahapan proyek ini dilakukan setelah mendapatkan AFE (Approved for Engineering) dari pemilik proyek. Keempat tahapan tersebut adalah (1) tahap rekayasa (engineering), (2) tahap revisi, (3) tahap revisi dari semua tim engineering dan vendor (keperluan komisioning), dan (4) tahap as built P&ID. 2.4.1 Tahap Rekayasa (Engineering) Pada tahap ini seorang engineer harus mampu mendesain dan mengindentifikasikan kebutuhan proses plant dan dituangkan dalam
32 gambar PFD dan P&ID. Pengambaran P&ID harus mencakup semua proses pada plant diantaranya utilities yang berada dalam battery limits dan offsite area, pengintegrasian piping dalam unit tersebut dan offsite, semua input dari dari grup operasional yang telah ada jika P&ID dibuat untuk keperluan modifikasi. Selain itu, P&ID harus mencakup semua equipment dengan tag number tertentu, spesial piping, ukuran pipa, spesifikasi pipa, pipa yang telah ada (existing), semua instrumentasi dan kontrol yang sudah ada dan yang perlu dibuat. P&ID juga harus menggambarkan pengintegrasian intrumentasi dengan panel kontrol dan control room, set pressure dari PSV, control valves dan posisi failure-nya, elevasi dari vessel/column atau heat exchanger yang mungkin kritikal, juga termasuk penotasian internal yang kritikal dari vessel/column, dan semua keperluan minimum menghadapi masa komisioning dan start-up. Pengecekan ulang sebuah P&ID dalam tahap ini dapat dikerjakan oleh desainer proses itu sendiri dan dapat juga dibantu supervisor baik itu senior proses engineer atau lead process engineer. P&ID dapat digambarkan dengan tangan (gambar biasa diatas kertas) atau dengan menggunakan komputer. Software dalam membuat P&ID untuk PC atau Mac antara lain, Microsoft Visio (PC) dan Omni Grafle (Mac), atau menggunakan software yang didesain untuk P&ID misalnya Cadworx P&ID dari COADE. Software P&ID ini tidak menunjukkan ukuran aktual dan posisi peralatan-peralatan
33 seperti sensor, valve, dan peralatan lainnya, namun hanya menampilkan sebuah diagram hubungan dari suatu sistem proses. 2.4.2 Tahap revisi dari divisi instrumen Pada tahap ini, desain P&ID yang telah dibuat akan mendapatkan revisi atau masukan dari divisi Instrumen, klien, atau perusahaan pemilik proyek, dan lain-lain. • Catatlah semua masukan, seperti ukuran control valve, bypass valve, isolation valve, dan lain-lain yang mungkin berubah dari yang sebelumnya sudah dibuat oleh process engineer karena adanya prinsip pengontrolan tertentu yang dikehendaki atau range kontrol yang lebih baik dan diketahui oleh divisi Instrumen. Semua harus dipastikan sehingga penotasian dalam P&ID dapat diselesaikan. • Input lain dapat berupa ukuran dan spesifikasi PSV yang lebih detil dan berdasarkan standar instrumen yang ada atau ketika ada permasalahan lain. • Selain itu input dari klien (pemilik proyek), setelah studi kelayakan (feasibility study), harus diakomodir terutama bila ada keperluan yang spesial dalam proyek ini sehingga dapat dimasukkan dalam P&ID pada step ini. • Untuk lebih memastikan, divisi proses dapat meminta bantuan divisi instrumen untuk bantu mengecek sebuah P&ID yang dibuat atau dapat secara pararel memohon bantuan klien juga untuk mengecek draft awal P&ID yang sudah dibuat sampai tahapan ini.
34 2.4.3 Tahap revisi dari semua tim engineering dan vendor (keperluan komisioning) Dalam tahap ini perubahan-perubahan dalam P&ID tetap diperlukan menjelang komisioning, yaitu: • Input dari tim piping sangat diperlukan karena mungkin saja ada beberapa alur piping yang belum diantisipasi dan perlu dibuat spesial dalam P&ID. Sementara itu tim piping sudah tentu lebih mengantisipasi segala sesuatunya berkaitan piping dalam proyek tersebut. Selain itu, input dari tim elektrikal dan mekanikal atau divisi lainnya juga akan sangat membantu penyempurnaan P&ID yang berkaitan dengan proyek tersebut. Bahkan mungkin saja divisi instrumen punya input yang lebih baru lagi yang akan membuat revisi atau tambahan didalam P&ID tersebut. Biasanya tahapan ini disebut dengan IDC (Internal discipline check) dimana setiap divisi yang ikut dalam proyek tersebut diminta inputnya berkaitan dengan penyempurnaan P&ID. • Setelah menerima dan mengklarifikasi masukkan terkait dengan teknikal dan gambar, maka penyempurnaan lebih lanjut diperlukan dalam P&ID, kemungkinan ada beberapa perubahan instrumentasi atau piping yang mempunyai efek pada pengintegrasian unit kedalam bagian lain dari unit operasional yang ternotasi dalam P&ID. • Selain itu, pada tahapan ini, dokumen operating manual, startup prosedur, dan komisioning prosedur harus dibuat. Dokumen
35 ini penting dan diperlukan oleh divisi piping atau instrumentasi untuk keperluan start-up dan komisioning. 2.4.4 Tahap as built P&ID Setelah proses komisioning dan start-up sudah berjalan, mungkin saja P&ID harus direvisi kembali. Hal ini dapat terjadi karena kemungkinan pada saat konstruksi ada beberapa kesulitan yang ditemui sehingga alur pemipaan harus diubah karena keterbatasan struktur. Perubahan ini harus dinotasikan dalam P&ID. Pada tahap ini, pengecekan P&ID harus dilakukan secara menyeluruh agar sesuai dengan kondisi aktual dan dituangkan dalam As built P&ID. Tujuan as built P&ID untuk memudahkan menjalankan proyek atau memodifikasi proyek yang diperlukan. Pada tahap akhir proyek, as built P&ID inilah yang diberikan ke klien (pemilik proyek) sebagai pedoman, diantaranya untuk kegiatan: • Menentukan unit yang kritis • Melacak unit yang kritis • Mengganti alat • Melakukan inspeksi umum • Perawatan koreksi • Pengkalibrasian • Shut-down preparasi terjadwal, • Dan lain-lain.
36 Dalam penggambaran P&ID harus mencantumkan nama/ inisial sebagai pembuat, drawing checker, engineering checker, project checker dan persetujuan dari pihak klien. 2.5 Simbol P&ID Seorang engineer harus mampu membaca gambar P&ID sehingga harus mempelajari simbol-simbol yang umumnya digunakan pada penggambaran P&ID. Acuanya adalah simbolsimbol standar “Instrument Society of America” yang biasa disebut ISA Standart. Simbol lokasi penempatan atau pemasangan alat sesuai standar ISA dapat dilihat pada Tabel 2.1. Sedangkan penulisan / notasi simbol dapat dilihat pada Tabel 2.2. Untuk simbol sinyal dan koneksi dapat dilihat pada Gambar 2.4. Tabel 2.1 Simbol instrumen lokasi pemasangan alat
37 Tabel 2.2 Notasi penulisan P&ID Gambar 2.4 Simbol sinyal dan koneksi
38 Gambar 2.5 Simbol valve Contoh: Sebuah pengendalian suhu pada proses heat exchanger seperti pada Gambar 2.6.
39 Gambar 2.6 Pengendali suhu pada heat exchanger (Heriyanto, 2010) Gambar P&ID akan menggunakan simbol dan lingkaran untuk menggambarkan tiap-tiap instrumen dan bagaimana interkoneksi dalam proses tersebut, seperti pada Gambar 2.7.
40 Gambar 2.7 Simbol pengendali suhu pada heat exchanger (Heriyanto, 2010) Setelah peralatan diubah kedalam bentuk simbol, selanjutnya diberi notasi / penamaan (tag number) sesuai standar ISA (lihat Tabel 2.2). Penamaan ini berfungsi untuk mengidentifikasi jenis dan fungsi suatu peralatan, seperti terlihat pada Gambar 2.8.
41 Keterangan: TRC = temperature controller and recorder TT = temperature transmitter TI = temperature indicator FCV = flow control valve 206 = nomor peralatan Gambar 2.8 Notasi simbol pada pengendali suhu heat exchanger (Heriyanto, 2010) Aturan penulisan untuk mengidentifikasi fungsi peralatan dapat dilihat pada Gambar 2.9. Gambar 2.9 Aturan penulisan tag number Identifikasi penulisan huruf berdasarkan standar ISA S5.1 dapat dilihat pada Tabel 2.4.
42 Tabel 2.4 Identifikasi huruf standar ISA S5.1 Contoh : sebuah pengendalian suhu seperti pada Gambar 2.10. Gambar 2.10 Sebuah plant pengendalian suhu (Heriyanto, 2010)
43 Pertanyaan : 1. Sebutkan variabel terkendali (controlled variable) dari proses ini! 2. Sebutkan variable pengendali (manipulated variable) dari proses ini! 3. Sebutkan tipe aksi sistem proses, pengendali, dan katup pengendali! 4. Buatlah keterangan gambar dari masing-masing notasi instrumen dan interkoneksinya! Jawab: 1. Variabel terkendali (controlled variable) = suhu minyak keluar 2. variable pengendali (manipulated variable) = aliran stem (laju panas yang dipindahkan ke minyak dingin) 3. Aksi sistem proses dan katup pengendali = • Aksi sistem proses: direct acting. (jika memerlukan suhu minyak yang tinggi maka katup akan membuka lebar untuk mengalirkan stem. Bukaan katup / aliran stem sesuai dengan kebutuhan suhu minyak). • Aksi penggerak (kontroler): reverse acting. Aksi penggerak acuannya adalah setpoint. Jika suhu berada diatas setpoint maka katup akan mengurangi bukaannya, jika suhu berada dibawah setpoint maka katup akan menambah bukaan valvenya.
44 • Katup kendali: FC (fail closed). Jika ada tekanan udara, valve membuka. Jika tidak ada tekanan udara valve menutup. 4. Keterangan gambar: ------------- garis sinyal listrik garis sinyal pneumatic ________ garis aliran proses TT : temperature transmitter TC : temperature controller (R – Reverse acting) TY : I/P Converter TV : Temperature control valve (FC – fail closed) Saat ini, valve pneumatic sudah banyak yang memiliki input 4 – 20 mA, sehingga penggambaran P&ID menjadi lebih sederhana, seperti pada Gambar 2.11. Gambar 2.11 Penyederhanaan gambar 2.10 (Heriyanto, 2010)
45 Contoh : sebuah P&ID seperti pada Gambar 2.12. Gambar 2.12 Gambar P&ID pengendali level air pada tangka (Heriyanto, 2010) Sebutkan notasi/symbol pada gambar tersebut! Jawab: 1. Level controller pada DCS dipasang pada kontrol panel 2. Konveter tekanan/bar ke arus yang dipasang pada peralatan (field) 3. Level transmitter tipe differential pressure transmitter yang dipasang pada peralatan di lapangan (field) 4. Pneumatic valve 5. Level transmitter tipe absolut pressure transmitter yang dipasang pada peralatan di lapangan (field)
46 6. Level controller pada DCS dipasang padakcontrol panel 7. Konveter tekanan/bar ke arus yang dipasang pada peralatan (field) 8. Pneumatic valve 9. Garis sinyal listrik 10. Garis sinyal pneumatic 11. Garis sinyal pneumatic 12. Garis sinyal proses Untuk memperkaya pengetahuan, pembaca dapat membaca link berikut: http://www.idpipe.com/2014/07/perbedaan-pid-dan-pfd.html http://www.idpipe.com/2014/07/cara-memahami-pipinginstrument-diagram.html http://www.idpipe.com/2017/02/contoh-simbol-piping-instrumentdiagram-pid.html https://app.box.com/s/8xa75odpjgham139avhiqn8oy53cd4fo
RkJQdWJsaXNoZXIy MTM3NDc5MQ==