Panduan Lengkap Pemilihan dan Perhitungan DP Transmitter

Differential Pressure (DP) Transmitter adalah alat yang digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan dalam suatu sistem dan dan dapat diaplikasikan dalam pengukuran tekanan, aliran, dan level cairan. Salah satu aplikasi utama DP Transmitter adalah untuk mengukur laju aliran fluida dalam pipa, yang dihitung berdasarkan penurunan tekanan (pressure drop).

1. Pemilihan DP Transmitter

Memilih DP Transmitter yang tepat tergantung pada beberapa faktor utama:

1. Parameter yang Harus Diperhatikan

1. Jenis Fluida
   • Gas, Cairan, atau Uap? → Karakteristik fluida akan menentukan tipe sensor yang digunakan.
   • Viskositas fluida? → Fluida kental menyebabkan pressure drop lebih besar.
   • Apakah fluida korosif atau mengandung kotoran? → Butuh material tahan korosi seperti SS316L atau Hastelloy.
2. Tekanan dan Suhu Operasional
   • Tekanan kerja normal? (misalnya, 50 bar)
   • Tekanan diferensial yang diukur? (misalnya, 1–60 mbar pada DP Transmitter ini)
   • Suhu fluida? → Jika tinggi, mungkin perlu sistem pendingin untuk transmitter.
3. Diameter Pipa & Panjang Pipa
   • Ukuran pipa? → Diameter menentukan pressure drop dan kecepatan aliran.
   • Panjang pipa? → Semakin panjang, semakin besar pressure drop akibat gesekan.
4. Metode Pengukuran Flow
   • Apakah menggunakan orifice plate, venturi tube, atau flow nozzle?
   • Apakah sinyal keluaran memerlukan HART atau hanya 4-20mA standar?
5. Akurasi & Rangeability
   • Berapa rentang pengukuran tekanan diferensial yang dibutuhkan?
   • Pastikan DP Transmitter memiliki akurasi tinggi dan bisa bekerja di range tersebut.

2. Prinsip Kerja DP Transmitter dalam Pengukuran Flow

Prinsip kerja DP Transmitter dalam pengukuran aliran menggunakan Hukum Bernoulli.

🔹 Ketika fluida melewati penyempitan (orifice plate), kecepatannya meningkat dan tekanannya turun.
🔹 Perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah penyempitan digunakan untuk menghitung flow rate.

Persamaan dasar yang digunakan:

Di mana:

• Q = Laju aliran volumetrik (m³/s)
• C = Koefisien discharge (tergantung orifice)
• A = Luas penampang orifice (m²)
• ΔP = Perbedaan tekanan (Pa)
• ρ = Densitas fluida (kg/m³)

3. Cara Menggunakan DP Transmitter

   DP Transmitter dapat digunakan dalam 3 aplikasi utama:

   1. Sebagai Pressure Measurement (Pengukuran Tekanan)
   2. Sebagai Flow Measurement (Pengukuran Aliran)
   3. Sebagai Level Measurement (Pengukuran Level Cairan)

A. DP Transmitter sebagai Pressure Measurement

Prinsip Kerja:

• DP Transmitter digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan antara dua titik dalam sistem.
• Jika hanya satu sisi yang dihubungkan ke sumber tekanan (High Pressure), dan sisi lainnya dibiarkan terbuka ke atmosfer (Low Pressure = 0), maka alat ini berfungsi sebagai pengukur tekanan statis.

Cara Menggunakan:

1. Hubungkan port High Pressure (HP) ke titik tekanan yang ingin diukur.
2. Biarkan port Low Pressure (LP) terbuka ke atmosfer.
3. DP Transmitter akan membaca tekanan absolut di titik tersebut dan mengonversinya menjadi sinyal 4-20 mA.
4. Sinyal dikirim ke PLC atau DCS untuk ditampilkan atau diproses lebih lanjut.

Contoh Kasus:

• Mengukur tekanan dalam tangki gas atau pipa uap.
• Monitoring tekanan dalam sistem HVAC atau air bersih.

B. DP Transmitter sebagai Flow Measurement

Prinsip Kerja:

• Untuk mengukur laju aliran fluida, DP Transmitter memanfaatkan orifice plate, venturi tube, atau flow nozzle untuk menciptakan perbedaan tekanan yang proporsional dengan kecepatan aliran.

Cara Menggunakan:

1. Pasang orifice plate di dalam pipa.
2. Sambungkan port HP ke sisi sebelum orifice plate.
3. Sambungkan port LP ke sisi setelah orifice plate.
4. DP Transmitter akan membaca perbedaan tekanan (ΔP) akibat penyempitan dan mengonversinya menjadi sinyal 4-20 mA.
5. Sinyal ini dikonversi oleh sistem kontrol menjadi flow rate menggunakan rumus Bernoulli.

Contoh Kasus:

• Mengukur flow rate gas dalam pipa 1/2 inch dengan laju 800 L/H.
• Mengontrol suplai air dalam sistem irigasi atau cooling tower.

C. DP Transmitter sebagai Level Measurement

Prinsip Kerja:

• Untuk mengukur level cairan dalam tangki, DP Transmitter dipasang dengan cara mengukur tekanan hidrostatik dari cairan yang berada di dalam tangki.
• Semakin tinggi level cairan, semakin besar tekanan di dasar tangki.

Cara Menggunakan:

1. Pasang port HP di bagian bawah tangki.
2. Biarkan port LP terbuka ke atmosfer (untuk tangki terbuka) atau hubungkan ke bagian atas tangki (untuk tangki tertutup).
3. DP Transmitter akan membaca perbedaan tekanan yang dihasilkan oleh ketinggian cairan dan mengonversinya menjadi sinyal 4-20 mA.
4. Sinyal ini dikonversi menjadi tinggi cairan dalam meter menggunakan persamaan:

​

Dimana:

• h = Tinggi cairan (m)
• ΔP = Perbedaan tekanan (Pa)
• ρ = Densitas cairan (kg/m³)
• g = Gravitasi (9.81 m/s²)

Contoh Kasus:

• Mengukur level air dalam tangki penyimpanan.
• Mengontrol level bahan kimia dalam proses industri.

3. Cara Menghitung Pressure Drop dalam Pipa

Pressure drop dalam pipa terjadi akibat gesekan fluida dengan dinding pipa dan hambatan lain seperti perubahan arah atau penyempitan.

Rumus dasar untuk pressure drop akibat gesekan dalam pipa horizontal adalah Persamaan Darcy-Weisbach:

Di mana:

• ΔP = Pressure drop (Pa)
• f = Faktor gesekan (Colebrook atau Moody Chart)
• L = Panjang pipa (m)
• D = Diameter pipa (m)
• ρ = Densitas fluida (kg/m³)
• v = Kecepatan aliran fluida (m/s)

4. Studi Kasus: Pengukuran Flow Rate dalam Pipa 1/2 Inch

Diketahui:

Saat memilih DP Transmitter, beberapa faktor yang perlu diperhatikan adalah:

• Rentang tekanan yang diukur (misalnya, 0-10 bar untuk gas, 0-500 mbar untuk level tangki)
• Jenis fluida (gas, cairan, atau slurry)
• Material kompatibel dengan fluida (stainless steel, titanium, dll.)
• Akurasi dan resolusi sensor

Spesifikasi DP Transmitter Siemens 7MF4433-1CA02-2PB7-Z

• Tipe: SITRANS P DS III
• Tekanan Maksimum: PN 160
• Tegangan Kerja: 10.5 – 45V DC, Output 4-20 mA HART
• Fluida: Gas, minyak, atau cairan dengan filling silicone oil
• Rentang pengukuran: 1 mbar – 60 mbar

• Flow Rate = 800 L/H (0.000222 m³/s)
• Panjang Pipa = 1 meter
• Diameter Pipa = 1/2 inch (0.0127 m)
• Fluida: Air dengan densitas ρ = 1000 kg/m³
• Orifice plate digunakan untuk menciptakan pressure drop

Langkah 1: Menghitung Kecepatan Aliran (v)

Langkah 2: Menghitung Pressure Drop dalam Pipa

Gunakan Persamaan Darcy-Weisbach:

1. Hitung Faktor Gesekan (f) menggunakan Persamaan Colebrook
   • Dengan Reynolds Number (Re) sekitar 10,000 (flow turbulen)
   • Gunakan Moody Chart, kira-kira f ≈ 0.02 untuk pipa 1/2 inch
2. Hitung Pressure Drop:

5. Studi Kasus: Pressure Measurement dalam Pipa Gas 2 Inch

   Diketahui:

   • Tekanan kerja gas nitrogen: 8 bar
   • Diameter pipa: 2 inch
   • Tujuan: Monitoring tekanan untuk mencegah overpressure

   Langkah-langkah:

   1. Pasang port HP pada pipa gas.
   2. Port LP dibiarkan terbuka ke atmosfer.
   3. Kalibrasi transmitter dengan rentang 0-10 bar.
   4. Sinyal output 4-20 mA dikirim ke PLC untuk monitoring.

   Hasilnya, tekanan stabil di 7-9 bar, sehingga sistem aman dari risiko overpressure.

   ---

6. Studi Kasus: Level Measurement dalam Tangki Air

   Diketahui:

   • Tinggi tangki: 5 meter
   • Fluida: Air (ρ = 1000 kg/m³)
   • Port HP dipasang di dasar tangki
   • Port LP terbuka ke atmosfer

   Langkah-langkah:

   Hasilnya, pompa air otomatis menyala dan mati berdasarkan level air di tangki.

   

   Hasilnya, pompa air otomatis menyala dan mati berdasarkan level air di tangki.

   ---

7. Pengaruh Square Root dalam Pengukuran DP Transmitter

   Square Root dalam Pengukuran Flow

   • Dalam pengukuran flow, DP Transmitter mengukur perbedaan tekanan (ΔP) yang berbanding kuadrat dengan laju aliran (Q).
   • Oleh karena itu, output DP Transmitter perlu diolah dengan fungsi square root untuk mendapatkan nilai flow rate yang benar.

   

   Square Root dalam Pengukuran Level

   • Jika tangki berbentuk non-linear (misalnya bola atau kerucut), hubungan antara level dan volume tidak linier.
   • Dalam kasus ini, pengolahan data dengan square root atau fungsi lain diperlukan untuk mendapatkan volume yang benar.

   Square Root dalam Pengukuran Pressure

   • Untuk pengukuran tekanan langsung, hubungan antara tekanan dan output transmitter linear, sehingga square root tidak diperlukan.

   Apakah Square Root Perlu Diubah saat Kalibrasi?

   • Tidak, saat kalibrasi, DP Transmitter tetap menggunakan sinyal 4-20 mA.
   • Square root processing dilakukan di sistem kontrol (PLC, DCS, atau transmitter dengan fitur square root extraction).
   • Jika square root processing diaktifkan di transmitter, maka sistem kontrol tidak perlu menerapkannya lagi.
8. Tips & Trik dalam Pemilihan DP Transmitter
   ✅ Gunakan rentang DP Transmitter yang sesuai dengan pressure drop yang diukur. Jika pressure drop hanya beberapa mbar, pilih transmitter dengan rentang 0-60 mbar, bukan skala besar seperti 0-10 bar agar lebih akurat.✅ Perhatikan faktor koreksi untuk viskositas dan temperatur fluida. Jika fluida berubah suhu, densitasnya bisa berubah, sehingga perhitungan harus dikoreksi.

   ✅ Pilih material yang tahan terhadap lingkungan fluida. Untuk air biasa, SS316L cukup. Untuk gas sour atau fluida korosif, gunakan Hastelloy atau bahan lain yang lebih tahan.

   ✅ Gunakan impulse tubing dengan panjang yang cukup untuk mengurangi gangguan getaran. Panjang impulse tubing minimal 1 meter agar hasil pengukuran lebih stabil.

   ✅ Selalu kalibrasi DP Transmitter secara berkala untuk memastikan akurasi pengukuran.

9. Kesimpulan

• Flow measurement memerlukan square root extraction untuk mendapatkan flow rate yang benar.
• Level measurement mungkin memerlukan square root jika tangki berbentuk non-linear.
• Pressure measurement tidak memerlukan square root karena hubungan antara tekanan dan output transmitter linear.
• Kalibrasi DP Transmitter tetap dilakukan dalam bentuk sinyal 4-20 mA tanpa square root processing.