Mengukur Level dengan Pressure

Level = Tinggi permukaan zat cair/padat
Pressure = Tekanan

Level merupakan parameter yang ada pada hampir setiap proses industri, ada banyak cara mengukur level, yang paling sederhana adalah dengan menggunakan sight glass. Dengan menggunakan sight glass, ketinggian dari liquid di dalam sebuah bejana/vesel akan secara fisik terlihat, sehingga dengan membuat skala pada sight glass, kita dapat langsung menentukan berapa persenkah tinggi permukaan cairan tersebut dari tinggi vessel/tangki/bejana.

Bejana berhubungan

Pada gambar, sebuah tangki dihubungkan dengan sebuah selang transparan dengan memakai skala 0-100% dari total tinggi tangki. Prinsip pengukuran level ini memanfaatkan sifat dari zat cair yang akan mengisi semua ruang yang dia lewati pada bejana berhubungan. Ketinggian zat cair di dalam tangkin akan sama dengan ketinggian zat cair yang berada pada selang transparan yang berfungsi sebagai sight glass. Kita dapat langsung mengetahui ketinggian (level) zat cair yang berada di dalam tangki dengan melihat ketinggian zat cair yang berada pada selang transparan (sight glass) tersebut. Namun informasi ini hanya dapat disajikan langsung di lapangan, atau langsung melihatnya dimana selang transparan tersebut terpasang. Metode pengukuran level ini tergolong murah.
Tekanan Hidrosatik
Setiap zat cair yang menempati sebuah bejana/vessel/tangki, akan memiliki tekanan hidrostatik yang besarnya sebanding dengan level zat cair tersebut, dengan asusmsi masa jenis (sg=specific gravity)-nya tetap.

Tekanan hidrostatik

Gambar di atas adalah sebuah tangki terbuka (permukaannya terhubung ke atmosfer), dimana disitu akan bekerja tekanan P1 sebesar tekanan atmosfer, yang kemudian akan kita abaikan karena kita akan mengukur tekanan “gauge”.
Asumsikan zat cairnya adalah air, dengan masa jenis ρ = 1000 kg/m³. Dengan ketinggian permukaan dari dasar tangki tempat pengukuran tekanan adalah 10 meter. Maka tekanan P2 yang bekerja pada pressure gauge adalah:

ρ = masa jenis air = 1000 kg/m³
g = gaya gravitasi bumi = 9,8 m/s²
h = ketinggian air dasar tanki = 10 m

P2 = ρ × g × h
P2= 1000 kg/m³ × 9,8 m/s² × 10 m
P2 = 98000 kg/m³ × m/s² × m
P2 = 98000 kgmm/m³s²
P2 = 98000 kgm/s²m²
P2 = 98000 Nm²
P2 = 98000 Pascal
P2 = 98 kilopascal = 14.2136983 PSI = 0.9993218887 kg/cm²

1 kilopascal = 0.1450377377 PSI (pound per square inch)
1 kilopascal = 0.01019716213 kg/cm²

Perhatikan table berikut ini:

Tabel hasil perhitungan

Grafik hubungan level dengan pressure

Dari tabel dan dari grafik, kita bisa melihat bahwa level (h) berbanding lurus dengan pressure (P), sehingga dengan mengukur pressure pada titik dasar tangki, kita dapat mengetahui level dari air di dalam tangki. Misalnya hasil pengukura presure pada dasar tangki, kita mendapat 4,2641 PSI, maka dengan membalikkan perhitungan di atas, kita akan mendapatkan level sebesar 3 meter.
Bagaimana menyajikan level di DCS, PLC atau Controller?
Pressure gauge yang terpasang di dasar tanki tadi, bisa diganti dengan menggunakan sebuah pressure transmitter yang dikalibrasi dengan rentang ukur (range) input 0 sampai 14,2137 PSI, biar gampang (tidak direkomendasikan pada praktek di lapaangan), kita bulatkan menjadi 14PSI, dan output, misalnya, 4-20 mA (mili ampere).

representasi parameter (sinyal)

Sinyal 4-20 mA yang merepresentasikan sinyal input dari pressure transmitter—dalam contoh ini transmitter dikalibrasi 0-14 PSI untuk output 4-20mA, diteruskan ke receiver yang bisa berupa DCS, PLC ataupun controller, yang terhubung dengan station yang berfungsi sebagai MMI (Man-Machine Interface) atau HMI (Human-Machine Interfacer), pada DCS, PLC ataupun controller, sinyal 4-20mA tersebut di-scalling lagi menjadi bentuk engineering unit (meter) sehingga dengan variasi 0-10 meter level pada tanki, bisa ditampilkan 0-10 meter (engineering unit) pada HMI/MMI.
Sehingga representasi sinyal secara keseluruhan menjadi:

1. 0-10 meter level dalam tangki
2. 0-14 PSI tekanan hidrostatik pada input trasmitter
3. 4-20mA sinyal transmisi pada input DCS, PLC, controller
4. di DCS, PLC, controller di-scalling menjadi engineering unit kembali (0-10 meter), dengan tidak memperhatikan proses analog to digital conversion
5. Tampilan pada MMI/HMI dalam bentuk Engineering Unit (meter)