I wrote this topic because I don’t know much about it. I call all ideas from my friend to come and join and share idea about this topic. We didn’t find it in school (even the words) but you would find it in the first day when you are working as instrument engineer. You will google it and find so many explanation in the internet. I did this before and it was not easy to compile it become comprehensive understanding about IS. For construction purposes when you are dealing with E&I Inspector in fabrication yard you need only to remember 2 words about IS; segregation and blue heathshrink. For basic understanding purposes I will make below note:

Sebuah buku yang menyebut dirinya sebagai Industrial Automation Pocket Book dengan mencontek dari IEC 60079-11 mendefinisikan IS Intrinsic Safety sebagai:

” Suatu sirkuit rangkaian listrik tertutup apabila menghasilkan spark (percikan) dan menimbulkan panas pada kondisi normal atau kondisi fault (konslet) tidak cukup memiliki kemampuan atau energi untuk menimbulkan ignition (nyumet/penyalaan api) pada explosive gas / dust di  atmosfer.”

Sehingga basic prinsiple dari IS system adalah pembatasan energy yang menimbulkan spark / panas pada electric circuit di lingkungan hazard, dibatasi pada tingkat energy yang tidak dapat menimbulkan ignition. Berdasarkan fire-triangle apabila oksigen, flammable gas, dan ignition ada pada satu titik maka terjadi kebakaran. Atmosfer  fasilitas oil & gas yang mengandung flammable gas secara continues, tidak continues tapi sering terjadi, tinggal menunggu ignition saja maka akan terjadi explosion / ledakan karena oksigen sudah berada di sana. Jika ignition dapat dikendalikan/dihilangkan maka segita-api tidak akan bertemu dan engaged menjadi ledakan. Ignition dihilangkan kemungkinannya dengan cara membatasi energi pada electric circuit yang dapat menimbulkan spark dan panas.

Energi apanya yang dibatasi?

Saya tidak tau apakah terminologi IS ada di high voltage & low voltage electrical power system. I don’t know. Sependek yang saya tau terminologi ini hanya ada di instrumentation system dengan electric signal and 24 VDC power. Tetapi kemudian timbul pertanyaan , bahwa dengan instrumentasi 24 VDC dan arus 4-20 mA apanya yang hendak dibatasi? Well, I don’t know the exact answer. Tetapi dari berbagai contoh tentang Intrinsically Safe circuit digambarkan pada sisi associated apparatus di Non-Hazardous Area (e.g. Control Room, Switch Room) selalu berinterface dengan electrical AC power. Sebagai contoh adalah relay-relay dan module power supplynya pada system / marshalling panel yang berinterface dengan electric power. Jadi Circuit IS harus benar-benar dapat membatasi current dan voltagenya akibat dari overcurrent dan overvoltage dari interface dengan electrical power tersebut. Pembatasan current dan voltage akan membatasi energi yang bisa menimbulkan spark dan panas.

Contoh IS circuit interface dengan relay:

Contoh interface IS circuit dengan Controller:

Intrinsically Safe Apparatus, Associated Apparatus, dan Intrinsically Safe Barrier

Intrinsically Safe Apparatus adalah instrument yang bekerja dengan elektrik “in which all circuits are intrinsically safe”. Contoh IS apparatus adalah transmitter. IS apparatus diinstall di Hazardous Area. Associated Apparatus adalah equipment yang dirinya sendiri tidak perlu IS, tetapi justru perlu mengontrol energy yang akan dikirim ke IS circuit. Associated Apparatus diinstall pada Non-Hazardous Area. Contoh Associated Apparatus adalah IS Barrier. Intrinsically Safe Barrier adalah suatu rangkain yang dipergunakan untuk membatasi energi yang akan dikirim ke IS circuit.

Bagaimana cara membatasi energinya?

Energi yang hendak dibatasi pada rangkaian listrik adalah voltage dan current. Komponen yang umumnya bisa dipakai untuk membatasi voltage agar tidak terjadi over adalah Dioda Zener. Komponen yang umumnya dipakai untuk membatasi current normalnya adalah resistor. Intrinsically Safe Barrier sependek yang saya tahu merupakan kombinasi dioda zener dan resistor. Dioda zener bekerja untuk memastikan bahwa associated apparatus menghasilkan maksimum allowable open circuit voltage (Voc) dan resistor bekerja menghasilkan maksimum short circuit current (Isc) allowable ke IS circuit. Namun demikian fuse masih perlu digunakan untuk memotong circuit jika terjadi short circuit / overcurrent.

Apa kriteria IS circuit?

Voc dan Isc dari associated apparatus sama dengan nilai maksimum voltage dan current yang diperbolehkan melewati IS menuju intrinsically safe apparatus yang memiliki Vmax dan Imax. Nilai Vmax dan Imax berdasarkan ignition curve dari partikel gas / dust yang ada di atmosfer hazardous zone / div.

Perhatikan dua block diagram di bawah dari ISA-TR12.2:

1. Evaluasi IS apparatus

Diagram block di atas maksudnya adalah tinjauan analisis kita pada intrinsically safe apparatus Vmax dan Imax (block sebelah kiri) yang nilainya ditentukan berdasarkan ignition curve flammable gas / dust group tertentu. Karena intrinsically safe apparatus mempunyai batasan Vmax dan Imax maka block sebelah kanan yang merupakan associated apparatus harus menyesuaikan dan menghasilkan Voc dan Isc yang lebih kecil sama dengan Vmax dan Imax. Lebih kecilnya tentu harus dengan pertimbangan bahwa instrument akan bekerja pada range 4-20 mA, +/- 24 VDC, menyala dengan power around 1 watt. Associated apparatus (IS barrier) yang di attach di kontrol kabinet harus memberikan minimum energi yang diperlukan instrument untuk bekerja.

2. Evaluasi Associated Apparatus

Block ini menunjukkan cara evaluasi IS circuit ditinjau dari associated apparatus. Ketika nilai Vmax dan Imax yang didapatkan dari evaluasi gas ignition curve pada zone tersebut diketahui maka kita akan mencari associated apparatus yang memenuhi. Associated apparatus yang kita pilih Voc dan Iscnya; apabila Vmax dan Imax lebih besar dari sama dengan Voc dan Isc associated apparatus tersebut maka circuit yang sedang ditinjau memenuhi syarat sebagai IS circuit. Syarat kapasitansi dan induktansi memiliki pengertian serupa.

Nova Kurniawan

Commissioning Engineer, J Ray McDermott, Batam-Indonesia

If you have actuated valves (SDV, BDV, CV, On-Off), you would find small valves accessories sometime called 2-way, 3-way, 5-way valves with electric driven called solenoid or pneumatic pilot driven. The valve accessories will determine how the actuated valves cycles are working. N-way valves is not the actuated valves (SDV, BDV, CV) it self, but this is the small accessories to regulate the power which drive the actuated valve e.g. pneumatic or hydraulic. Some people made symbol on the valves which I didn’t know before. I want to write this as my own reminder.

3-Way Valves

Di bawah ini adalah contoh 3-way valve yang digunakan untuk melakukan aktuasi kepada valve yang bertipe on-off dengan spring actuator. Bisa berupa SDV, BDV, atau valve yang memang disebut On-Off Valve. Terdapat dua siklus yang bisa dimainkan oleh 3-way valve.  Siklus pertama untuk mendorong spring actuator, sikluas kedua untuk release gaya di aktuator.

3-way valve first cycle to stroke Single Actuated Valve

3-way valve second cycle to release Single Actuated Valve

Skematik dari 3-way valves di atas sebagai berikut:

Ada dua cycle yang dilambangkan sebagai dua kotak. Ada 3 port pada 3-way yang dilambangkan sebagai Port IN, Port Out, dan Port Vent. Skematiknya sbb:

Untuk menunjukkan line-line yang sedang terhubung pada kedua siklus maka 3-way valve dilambangkan sebagai:

5-Way Valves

5-way valve sering dijumpai untuk aktuate valve bertipe on-off dengan aktuator bertipe double acting. Setiap siklus ada aksi mendorong dan aksi membuang tetapi bergantian arahnya. Double acting valve tidak memiliki spring. 

If the accessories valve using 5-way valve yang diilustrasikan sebagai berikut:

5-way valve first cycle to stroke Double Actuated Valve

5-way valve second cycle to stroke Double Actuated Valve

 Untuk menunjukkan line-line yang terhubung pada kedua siklus, maka digunakan dua blok skematik diagram yang menunjukkan siklus pertama dan siklus ke dua.

Problem

Nah, sekarang dibalik, kalo kita memiliki skematik seperti dibawah ini maka bagaimana kita menggambarkan cara bekerjanya valve dibawah?

Nova Kurniawan

Instrument Engineer, I am working at J Ray McDermott

Somebody told me that he wanted to find a total gain in a closed-loop control system. He mentioned about he need to find Gain on Transmitter, Gain on Control Valve, Gain on The Control System, and Gain in the Plant to know whole system gain. Some of the gain on above items I’ve been familiar already; e.g. Gain in the Control System is very common you can manually adjust, change, and put in (as you want) in HMI. Gain in the Plant I pre-assumed that it shall be part of procress input-output relation, mathematically we called transfer function. Let’s say I changed 10% on process input then I would get 20% changing of process output in steady state; herewith I pre-assumed that  my gain is 2.  My process friend please help me on it.

However what is gain on transmitter? what is gain on control valves? It sounds good to discuss about it.

Definisi dari Gain adalah perbandingan perubahan output terhadap perubahan input. Gain di dalam control system didefiniskan sebagai perbandingan perubahan controller output terhadap controller input. Jika controller output berubah 100% oleh karena perubahan controller input 50% maka controller mempunya gain Kc = 2. Pada control system Kc akan bertandem dengan PB. Ketika Kc = 2 maka PB = 50% yang memiliki makna sebagai besar perubahan input yang menyebabkan controller output berubah 100%. Normalnya operator merubah gain dengan cara merubah proportional band.

Control Valve Gain; what is it?

Seorang penanya melalui email kepada saya mengatakan bahwa gain pada control valve bisa dicari karena ada rumusnya katanya. Rumus tidak ada artinya jika pengertian dari konsep yang diwakili oleh rumus itu sendiri belum bisa didefinisikan dengan jelas. Masih dengan definisi serupa bahwa gain adalah nilai perubahan output terhadap nilai perubahan input. Sekarang pertanyaannya adalah mana input-nya mana outputnya? Apakah inputnya adalah signal dari controller dan outputnya adalah travel dari control valve? Dengan demikian seandainya Gain =2, signal berubah dari 4mA-12mA maka control valve bergerak dari 0%-100%? I think it is not the way to define control valve gain. The signal relation to the control valve travel shall be linear. That’s why the control valve calibration need to do. Definisi control valve gain yang paling mendekati adalah “the magnitude ratio of the change in flow through the valve to the change of valve travel under actual process condition”. Yang dibandingkan adalah flow yang lewat terhadap travel. Flow yang melewati control valve sangat bergantung kepada geometry body, seat, dan plugnya control valve. Jadi gain control valve sangat bergantung pada karakteristik dari valve; quick opening, equal percentage, atau linear. Dibawah ini adalah contoh gain pada control valve dengan karakteristik quick opening. Maksimum gain-nya adalah 2.5.

Transmitter Gain; what is it? it sounds strange

And it is still strange. Transmitter should have no gain, shouldn’t it? The input of transmitter/ sensor is the process value and the output of transmitter is 4-20 mA signal. Changing in process value shall be linearly displayed and transmitted by transmitter to control room. Once again I assume no gain shall work in this instrument.

Nova Kurniawan

I am working at J Ray McDermott

After a discussion with a friend who tried to adjust volume in his wet-reference leg LT, I think I need to make underline for DP type LT case that may cause many understanding. Probably I am wrong or pre-assumed that some people have different opinion, but sometime I found little bit dispute one another on below DP case. However let’s discuss about it although everybody has the same opinion.

Case#1

Above is DP type LT direct mounted to measure water in the tank. Which one gives higher pressure on the Hi-side of LT? A or B?

Case#2

Above is DP type wet reference leg level transmitter to measure a liquid in the vessel. Both wet reference legs A&B are filled with glycol at same level; 2 meters. On B-side they add addional leg by putting union tee,  so it will have totally 2 wet reference legs. The question is which one gives higher pressure on wet reference leg-side of transmitter? A or B?

Case#3

Above is still about reference legs with glycol liquid filled 2 meters for A & B. On A side they use 1/4″ tubing, on B side they use 1/2″ tubing. Which one give higher pressure on wet reference leg side of level transmitter? A or B?

My answer will be:

Case#1

The pressure on the Hi-side of LT A and B is the same.

Case#2

The pressure on Wet reference leg transmitter of A & B is the same.

Case#3

The pressure on Wet reference leg transmitter of A & B is the same.

We will have discussion if my blogger friends either do not believe it or may have different opinion. It is open for any opinion. I just want to make last statement that instrumentation is not only about electronic however sometime we need go back to physics theory as a basic where we stand on.

Nova Kurniawan

I am working at J Ray McDermott, I was graduated at Bachelor degree from ITB-Bandung

Thread is never become a main concern of instrument engineer  (as I am =:p),  because the knowledge of thread connection is the expertise of mechanical engineer and or piping engineer since they are more familiar about “mesin bubut” to make the thread than any instrument engineers do. However sometime Instrument Engineer needs to specify and select the thread for instrument connection. I believe there are many type of threads connection used in industry. But please don’t think about it too much and try to find it. Just keep on mind two type of thread; they are parallel thread and taper thread as the most wonderful connection like babes.  You will  found those thread in instrument fitting catalogue (some people may see catalogue is the holy book of  instrument engineer. They couldn’t work if they missed it ). And also forget about hose connection type. If you need hose, ask the vendor to provide adaptor or convert their funny fitting to taper thread or parallel thread.

It will take few hours for instrument engineer in the first day when they jump into work to take a look closely to find out the abbreviation of NPT, BSP, SAE, ISO. Luckily they would get definition of NPT sometime is Nominal Pipe Thread, National Pipe Thread, or National Pipe Tapered. Which is the correct one? Unfortunately I don’t know. Don’t care about the abbreviation because I don’t think ISA care about it. Google may also give you information that BSP is Binary Space Partioning, but other friends may tell you BSP is British Standard Pipe. And google will have no wrong to provide you information that SAE is Society of Automotive Engineer means Engineers who are getting crazy about Formula 1. ISO is International Standards Organization, as far as my searching ISO is identically with BSP (CMIIW). (Just keep quite I don’t know about JIC).

Tapered Thread

Tapered means membentuk kemiringan. Jadi ketika kita melihat male thread connection mengecil dari pangkal ke ujunganya maka thread tersebut berbentuk taper. Kalau dari pangkal ke ujungnya justru membesar? Saya meragukan itu sebagai male fitting thread tetapi mungkin saja male yang lain.  Thread yang terkenal di katalog berbentuk tapper adalah NPT, BSPT.

NPT let say as National Pipe Tapered adalah thread berbentuk taper / miring yang merupakan amerika punya. Kemiringan thread ini dari pangkal ke ujungnya adalah 1 derajat 47 detik. Cekungan sudut yang dibentuk oleh gigi thread adalah 60 derajat. Ketika menggunakan fitting yang bertipe taper maka teflon tape atau sealant SWAK jangan pernah dilupakan karena wajib hukumnya.

BSPT let say British Standard Pipe Tapered adalah thread berbentuk taper / miring yang merupakan orang British punya. Kemiringan thread ini dari pangkal ke ujungnya adalah 1 derajat 47 detik. Cekungan sudut yang dibentuk oleh gigi thread adalah 55 derajat. Ketika menggunakan fitting yang bertipe taper maka teflon tape atau sealant SWAK jangan pernah dilupakan karena wajib hukumnya pula.

Parallel Thread

Parallel means berbentuk lurus. Jadi ketika kita melihat male thread connection lurus dari pangkal ke ujunganya maka thread tersebut berbentuk parallel.  Thread yang terkenal di katalog berbentuk parallel adalah SAE, BSPP. Metode parallel thread tidak boleh meninggalkan penggunaan 0-ring dipangkalnya. Tetapi parallel thread tidak memerlukan teflon tape atau SWAK.

SAE straight thread adalah thread berbentuk lurus yang merupakan amerika punya. Cekungan sudut yang dibentuk oleh gigi thread adalah 60 derajat. Di pangkalnya dipasang o-ring sebagai sealant yang akan mengunci dengan female threadnya.

BSPP let say British Standard Pipe Parallel adalah thread berbentuk lurus yang merupakan orang British punya.  Cekungan sudut yang dibentuk oleh gigi thread adalah 55 derajat. Di pangkalnya dipasang o-ring sebagai sealant yang akan mengunci dengan female threadnya.

That’s all then you can buy instrument and specify required connection.

Nova Kurniawan

Below is still discussion about some questions for technician or operator during their interview which was passed to me by somebody. I would like to make this issue as a discussion in my blog. The topic in this chapter is about proportional band. Proportional Band (PB) is defined the amount by which the process variable must change to cause 100% change in controller output (Harold L. Wade, Basic and Advanced Regulatory Process Control). 

Dengan bahasa sederhana PB adalah percentage error (simpangan antara Process Variabel dan Set Point) yang menyebabkan controller memberikan aksi control 100%.  Error adalah input controller. Sehingga dapat pula dikatakan sebagai PB adalah percentage Input Controller yang menyebabkan Output Controller menjadi 100%. Proportional Band adalah bolak-baliknya Gain. Ketika input controller 50%, output controller adalah 100% maka PB = 50, dan Gain = 2 (artinya output controller 2 kalinya input controller). Dengan bahasa naratif dapat diilustrasikan ketika sebuah transmitter dengan range 0 – 100 Psi dalam kondisi tunak pada set-point 25 Psi, tiba-tiba terjadi gangguan sehingga pressure menjadi 75 Psi (error menjadi 50 %), maka ketika digunakan PB = 50, output controller akan memerintahkan aksi 100%. Ketika digunakan PB = 100, output controller akan memerintahkan aksi 50% saja.

1. Sebuah local type proprtional pressure controller (pressure sensor 0 – 10 kg/cm2 satu kotak dengan control elemen). Bila PB di set 50%, setting pressure 5 kg/cm2 tekanan pada pressure sensor 5 kg/cm2 dan output mula-mula = 9 psi aksi controller reverse.
Berapa output controller tersebut bila set point diubah menjadi 6 kg/cm2?
a.10,2 Psi
b.7,8 Psi
c.1,2 Psi
d.12 Psi

Evaluasi: PB = 50 artinya perubahan input controller 50% menghasilkan output controller 100%. Karena controller reverse maka perubahan input increasing (naik) 50% menghasilkan output controller decreasing (turun) 100% artinya 3 PSI. Ketika pressure dari 5 kg/cm2 (9 Psi) dengan set point 5 kg/cm2 (9 Psi) output controller adalah 9 PSI. Set point berubah menjadi 6 kg/cm2 (10.2 Psi) artinya signal dr input semula 5 kg/cm2 (9 PSI) harus naik menuju set-point 10.2 Psi (bergerak sebesar 1.2 Psi) maka controller signal output harus bergerak turun sebesar 2.4 PSI dari posisi semula 9 Psi. Signal output controller menjadi 6.6 Psi. Kenapa tidak ada jawabannya? Anybody can help me? Where is my fault?

2. Bila suatu direct action proportional controller outputnya berubah 10% (1,2 psi) ketika outputnya berubah 20% (dari range inputnya) maka seting proportional band PB controller tersebut adalah :
a.200%
b.100%
c.50%
d.25%

Evaluasi: Soal ini aneh karena membandingkan output dengan output. Padahal yang ditanyakan adalah PB. Maka soal ini seharusnya controller outputnya berubah 10% (1.2 Psi) ketika INPUTNYA berubah 20% (dari range inputnya) maka PBnya adalah 200%. Sesuai dengan definisi PB yaitu besar input untuk mengubah output menjadi 100%.

3. Perhatikan kalimat berikut ini “Persentasi perubahan input yang dapat menghasilkan 100% perubahan output”. Kalimat tersebut merupakan definisi atau penjelasan dari :
a.Gain
b.Proportional band
c.Riset
d.Derivative

Evaluasi: Sebagaimana diuraikan di paragraf awal maka definisi di atas adalah definisi Proportional Band.

4. Pada automatic controller terdapat fasilitas untuk setting nilai proportional band (disingkat PB). Bila setting nilai PB dikecilkan maka yang terjadi adalah :
a.Kerja controller menjadi kurang effektif
b.Kerja controller menjadi kurang akurat
c.Kerja controller menjadi lebih lambat
d.Kerja controller menjadi lebih peka terhadap kesalahan

Evaluasi: PB dikecilkan maka artinya perubahan input yang kecil menyebabkan controller menghasilkan aksi maksimum (100%). Artinya jika terjadi sedikit penyimpangan dari set-point maka controller akan peka terhadap input yang berupa error dan segera bereaksi mengeluarkan output lebih besar.

I would like to appreciate for any comments, disagreement, and any further discussion.

Nova Kurniawan

Alumni Fisika Teknik ITB, I am working at J Ray McDermott

Somebody sent me sample of problems with multiple choice answer given by a recruiter company in Indonesia during selection to become operator and technician. I didn’t make any changing on the words, terms, and sentences they used. I just copy paste and evaluate them. In my opinion all the questions were composed by experience practitioner. I would like to invite the bloggers and friends to give evaluation and opinion. Dibawah ini adalah contoh-contoh soal untuk test rekruitmen menjadi teknisi / operator.

1. Perhatikan gambar berikut:

Instrumen yang diidentifikasi dengan SQRT, berfungsi untuk :
a. Melinearkan hubungan antara % aliran dengan penunjukan FR
b. Mengkwadratkan output FT
c. Mengkwadratkan aliran
d. Meningkatkan ketelitian hasil pengukuran aliran

Evaluasi: Konsep pengukuran flow yang ditunjukkan di atas adalah menggunakan prinsip differensial pressure type. Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa flow sebanding dengan akar dari perbedaan pressure yang ditimbulkan oleh orifice. Ketika sensor mendapatkan differensial pressure maka harus ada alat yang dapat melakukan peng-akaran (square-root) dan proses pengalian dengan konstanta yang diperhitungkan dari diamater pipa, diameter orifice, dan specific gravity dari fluida. Maka menurut pendapat saya itulah fungsi SQRT melinearkan differensial pressure dengan penunjukan flow pada FR. Karena FR hanya berupa skala maka tidak diperlukan penghitungan flow dalam engineering unit tertentu. Saya tidak menemukan jawaban yang tepat dari multiple choice di atas. Any body can help?

2. Perhatikan gambar pada soal nomer 1. Bila range differential pressure transmitter FT adalah 0 – 100 ” H2­O. Bila pressure drop pada FE adalah 25″ H2O, maka output FT =…….., Output SQRT=…..…. dan FR menunjukkan angka ..……… pada skala linear 0 – 100 :
a. FT = 6 PSI, output SQRT = 9 PSI dan jarum FR menunjukkan angka 50
b. FT = 6 PSI, output SQRT = 12 PSI dan jarum FR menunjujukan angka 75
c. FT = 9 PSI, output SQRT = 9 PSI dan jarum FR menunjukkan angka 50
d. FT = 9 PSI, output SQRT = 6 PSI dan jarum FR menunjukkan angka 25

Evaluasi: Masih dengan konsep differensial pressure bila pressure drop pada FE adalah 25″ H2O maka output FT adalah 25″ H2O, ¼ dari full rangenya 100″H2O (sehingga pneumatic signalnya adalah 6 PSI). Full Scale dari DP adalah 100 “H2O yang akan menjadi Full Scale dari Flow (FR). Hubungan Flow dengan DP mengikuti Bernouli adalah Square Root (SQRT). Maksimum flow adalah sebanding dengan akar (SQRT) maksimum DP 100″ H2O, yaitu sebanding dengan 10. Jika DP actual adalah 25″H2O maka flow actual akan sebanding dengan akar (SQRT) 25″H2O, yaitu sebanding dengan 5. Artinya ketika DP sebesar 25″ H2O dari full scale DP 100″ H2O maka Flowrate adalah 5 dari maksimum 10 atau setengahnya. Sehingga pneumatic signal SQRTnya adalah 9 PSI. Ketika FR dilakukan linearisasi pada nilai 0 – 100 maka FR akan menunjukkan nilai setengahnya, yaitu 50. Manakah jawaban yang tepat? (a)

3. Perhatikan gambar pada soal nomer 1. Bila range FT adalah 0 – 200″ H2O, skala FR linear 0 – 25 dan pressure drop pada FE = 100″ H2O. Yang terjadi adalah output FT = 9 PSI, output SQT = 11,5 PSI dan FR menunjukkan angka 17,75 maka :
a. Semua instrumen tidak baik kerjanya
b. Hanya FT saja yang baik
c. Hanya FT dan SQT saja yang baik
d. Semua instrumen bekerja baik

Evaluasi: Range Differensial Pressure adalah 0 – 200″ H2O, pada waktu DP = 100” H2O maka pneumatic signal dari transmitter FT (DP Type) adalah 9 PSI, setengah dari 3-15 Psi. Maksimum flow adalah sebanding dengan akar (SQRT) 200“H2O (14.4), sehingga pada nilai DP 100”H2O maka flow adalah akar (SQRT) 100”H2O (10).. Berapa nilai signal pneumatic SQRT untuk menunjukkan flow pada nilai 10 dengan full range 14.4? Lakukan sedikit pemetaan linear untuk mendapatkan nilai signal yang dilinearkan pada range 3-15 PSI. Persamaan linear yang didapatkan adalah Y = (12/14.4)X + 3, masukkan X=10, maka di dapatkan Y=11.3 PSI, maka nilai signal SQRT dibulatkan menjadi 11.5 PSI. Signal pneumatic untuk menunjukkan DP 100″H2O dan flow yang sebanding sebesar 10 dari full range 14.4 adalah 11.5 PSI. Berapa nila FR pada signal 11.5 PSI jika rangenya FR adalah 0 – 25 Psi. Pemetaan linear diperlukan lagi. Persamaan linearnya adalah Y= (12/25)X+3, dengan demikian 11.3=(12/25)X+3, maka nilai X = 17.708, dibulatkan nilai FR=17.75. Manakah jawaban yang benar? (d)

Pada topik-topik seperti ini harus ditekankan kemampuan untuk melakukan interpolasi linear suatu nilai input tertentu terhadap full range jika direpresentasikan pada signal 3-15 PSI. Demikian juga sebaliknya nilai output 3-15 PSI jika harus ditampilkan pada suatu range output tertentu.

4. Perhatikan Gambar berikut

Gambar diatas menggambarkan
a. System pengedalian tekanan down strem
b. System pengamanan aliran
c. System pengendalian aliran
d. System pelurusan aliran

Evaluation: Kita masih berasumsi bahwa FT adalah orifice atau DP-type flow transmitter lainnya. Flow Control Valve berfungsi untuk untuk mengatur flowrate dari suatu fluid yang melewatinya. Karena sistem di atas adalah pneumatic maka FCV menerima signal 3-15 Psi dari FRC. FRC menerima signal 3-15 Psi dari FT yang masih berupa data Differensial Pressure dan dibandingkan dengan Set-Point. Karena data DP belum berubah menjadi data flowrate sebanding akibatnya adalah hubungan DP dengan Control Valve opening tidak linear. Contoh: Ambil range DP pada FT adalah 0 – 100 InH2O, Set-Point flowrate-nya pada FRC adalah 50% flowrate (9 Psi). Ketika DP dari FT menunjukkan nilai 50 InH2O (9 Psi) maka tidak ada simpangan Process Variable dan  Set-Point (Error = 0). Ini artinya tidak ada aksi perubahan control valve dari posisi sebelumnya. Padahal flowrate pada FT dengan pada nilai DP = 50 InH2O bukanlah pada Set-Point flowrate-nya ( 50% flowrate), tetapi pada nilai 70% flowrate. Artinya flownya lebih besar dari set point. Seharusnya control valve bergerak menutup untuk mengurangi flow dari 70% menuju 50%.  Jadi semua pilihan jawaban yang berhubungan dengan aliran (b,c,d) tidak bisa diambil. Jawaban a) juga belum begitu tepat karena yang dikontrol oleh sistem di atas adalah differensial pressure bukan pressure. Katakanlah masih dengan set-point 50% di atas, yang diterima oleh system adalah tetap mempertahankan DP pada nilai 50 inH2O. Apa jadinya kalao nilai itu disebabkan oleh perbedaan pressure 1050000 InH2O dan 1000000 InH2O karena perbedaannya masih 50 InH2O. Logika control FRC masih aman-aman saja karena DP-nya masih 50 InH2O, tp mungkin pipanya sudah ambyar gak karuan. Jadi mana jawaban yang tepat? Please help me.

Nova Kurniawan

Alumni Fisika Teknik ITB, Bekerja di J Ray McDermott

Both standard codes (NAS 1638 & ISO 4406) are the main reference of hydraulic cleaning and filtering activity. People more familiar using NAS terminology because ISO just recently release similiar code to deal with hydraulic cleaning issue. How to read NAS code and How to read ISO code will be my novel topic on this discussion.

NAS 1638 (January 1964) menggolongkan tingkat kebersihan hydraulic fluid dari level NAS 00, NAS 0, NAS 1 sampai NAS 12. Kriteria penggolongan itu adalah berdasarkan jumlah partikel dalam range besaran mikron tertentu pada 100 mL sample hydraulic fluid. Range yang dimaksud adalah 5-15 mikrons, 15-25 mikrons, 25-50 mikrons, 50-100 mikrons, dan yang lebih besar dari 100 mikrons. NAS 00 didefinisikan sebagai sample 100 mL hydraulic fluid yang memiliki partikel dalam range 5-15 mikrons: 125 ea, 15-25 mikrons: 22 ea, 25-50 mikrons: 4 ea, 50-100 mikrons: 1 ea, dan lebih dari 100 mikrons: 0 ea. Apabila jumlah partikelnya lebih sedikit yang ditemukan pada range-range tersebut maka tentu lebih bagus. Tapi karena NAS 00 adalah level terendah maka fluida dengan kontaminasi yang lebih kecil dari NAS 00 tersebut masih digolongkan sebagai NAS 00. Pertanyaanya adalah bagaimana jika ada satu range yang tidak terpenuhi karena kebanyakan kontaminasinya misalnya range 5-15 mikrons: 130 partikel, apakah level NAS otomatis turun ke NAS 0? Padahal range yang lain masih terpenuhi lho. Mmm.. I don’t know, I need expert opinion. Demikian halnya dengan level NAS yang sangat terkenal di dunia offshore adalah NAS 6 dengan kriteria jumlah maksimum partikel dalam range 5-15 mikrons: 16000 ea, 15-25 mikrons: 2850 ea, 25-50 mikrons: 506 ea, 50-100 mikrons: 90 ea, dan lebih dari 100 mikrons: 16 ea. Bagaimana jika dalam range 5-15 mikrons terdapat 16001 ea partikle? apakah liquid sudah masuk ke NAS 7? Padahal cuma kelebihan satu partikel. Please help me to answer. Di bawah ini adalah jumlah partikel dalam range kode NAS dari NAS 00 sampai NAS 12.

Standard Code berikutnya yang digunakan sebagai acuan hydraulic cleaning level adalah ISO 4406. Standard ini mengalami evolusi dalam tiga tahap. Tahap pertama standard ISO menampilkan dua digit nilai B/C dengan B adalah jumlah partikel dalam 1 mL sample yang lebih besar dari 5 mikrons. C adalah jumlah partikel dalam 1 mL sample yang lebih besar dari 15 mikrons. Jadi Old ISO dengan 2 digit artinya adalah lebih besar dari 5 mikrons / 15 mikrons. Jadi mislanya ISO 18/12 artinya jumlah partikel yang lebih besar dari 5 mikrons adalah (lihat tabel di bawah kode 18) 1300 – 2500 dan jumlah partikel yang lebih besar dari 15 mikrons adalah 20-40. Kemudian ISO berevolusi menggunakan tiga digit nilai A/B/C. Dengan A adalah jumlah partikel dalam 1 mL sample yang lebih besar dari 2 mikrons. B & C sama dengan definisi sebelumnya. Jadi Old ISO dengan 3 digit artinya adalah jumlah partikel per 1 mL sample yang lebih besar dari 2 mikrons / 5 mikrons / 15 mikrons.

Standard ISO 4406 terbaru menggunakan 3 digits penilain dengan per 1 mL sample memiliki  berapa banyak jumlah partikel yang lebih besar dari 4 mikrons / 6 mikrons / 14 mikrons. Jumlah banyaknya partikel tidak langsung dituliskan banyaknya, akan tetapi dikodekan dari kode 0 -28. Dengan hitungan sampel per 1 mL maka code 0 - 9 tidak applicable karena jumlah partikelnya 0.01 – 2.5 (berupa pecahan). Tidak ada jumlah partikel yang berupa pecahan bukan? Kode 0 - 9 digunakan jika sampelnya 100 kali lipat dari sampel 1 mL yaitu dengan sample 100 mL. Sehingga kode 0 -8 akan mewakili jumlah partikel sebanyak 1 – 250 ea partikel per 100 mL sampel.

Karena kita menggunakan sample 1 mL maka kode yang kita pakai adalah 10 – 28. Dengan 10 didefinisikan sebagai jumlah partikel 5 – 10 ea per mL sampai 28 yang didefinisikan sebagai jumlah partikel 1300000 sampai 2500000 per mL sampel. Di bawah ini adalah kode jumlah partikelnya yang dipakai dalam ISO 4406:

Dengan demikian ketika kita memiliki ISO Code 13/12/11 artinya jumlah partikel yang lebih besar dari 4 mikrons sebanyak antara 40-80 ea (13), jumlah partikel yang lebih besar dari 6 mikrons sebanyak antara 20-40 ea (12), dan jumlah partikel yang lebih besar dari 14 mikrons sebanyak 10-20 ea (11), dalam 1 mL sample hydraulic fluid yang sedang dianalisis.

Nova Kurniawan

Instrument Engineer, J Ray McDermott, Alumni Fisika Teknik ITB lulusan 2004

Does anybody know why pressure is not one of parameter that would give impact to reynold number calculation? I don’t know exactly the answer and what the explanation is. If you read the reynold number formula you would only find that the turbulent flow is only affected by internal diameter, viscosity, and flowrate. If I imagine myself one occassion we hold pressure in a line, and pressure raise up to high value and suddenly we release the pressure so then we will see the horrible fluid flowrate come out from the line. It is turbulent, isn’t it?  So high pressure will create high reynold number, is it right?

Turbulent flow for hydraulic filtering is a must, it is mandatory in every project. The question then how to make the flow that will be always turbulent in whole length at anywhere and anytime. I will close my eyes on what my curiousity about pressure effect and what I guess. In order to make a turbulent flow as per reynold theory we just need to produce a specific flowrate to get reynold number in the observed line is more than 4000. In my case I have fluid Macdermid Oceannice HW540E which has kinematic viscosity 2 Centistoke at 30-40 degC. I have hydraulic line with inside diameter 10.35 mm. How much minimum of my flowrate? Using Reynold formula I will get value at least 4 Litre/minutes, I will get Re 4000. How about the length? How about the line goes up and goes down? Why don’t we consider that?. Mmmm..it will have effect somewhere. But where? why Mr. Reynold did not capture this during his research on turbulent formula. I don’t know.

Wherever and whenever the effect of line elevation we don’t give care so much as we follow the formula of Mr. Reynold. To get the turbulent flow I just need to ensure that wherever the line as long it is 10.35 mm and the fluid has viscosity 2 Centistoke and my flowrate is more than 4 Litre/minute, I can prove that my flowrate is turbulent more than Re 4000. And the flushing / filtering requirement can be achieved.

Then how to ensure that the flowrate at least 4 Litre/minute in all length of  the line. The discussion come to the pump theory. How much pressure and flowrate shall be delivered by pump to ensure that all length have at least 4 litre/minutes. The discussion about pressure shall be produced by pump shall have interface with bernoulli equation. The pump shall have enough pressure from the pump discharge to bring the fluid raise up to elevation. The minimum pressure shall be produced by pump againts elevation, friction loss, and length was called as Head. If the pump can produce the pressure more than the head so then the pump will deliver designated flowrate at specific rotation RPM. If the flowrate produced in discharge of the pump is more than 4 litre/minute, let say I will use 10 liter/minute, so wherever the point, the flowrate will be the same (if no branch). The flowrate attitude is like current in electricity, they will be the same in a loop without branch-parallel. When the head pressure produced by pump is not enough then the flowrate will not fully occupy cross sectional area of the line, so then the flowrate is coming down and they will only flow in half of pipe so then fluid mechanic calcalution no longer applicable. 

Please advise me friend! Thank You

Nova Kurniawan

Instrument Engineer, I am working at J Ray McDermott, Indonesia

I remember somebody discussed about wet & dry leg for level instrument few years ago. I searched in google and wikipedia and found very difficult explanation to get it. Finally I found very simple explanation about wet & dry reference leg application to measure a liquid level where gas or vapor existing on the top of vessel. Vessel means it is not open to atmospher. The top of vessel where gas or vapor existing is pressurized. It means if differensial pressure method level measurement shall be applied, both side; minimum detectable level and maximum detectable level shall be measured to find resultant of head pressure which equivalent to liquid level. Where is wet & dry reference leg shall be used? Here the novel is.

Terminologi dry & wet leg ditemukan pada pengukuran level dengan metode differensial pressure pada non atmospheric vessel. Differensial Pressure instrument mengukur Hi-side dan Lo-side suatu vessel dan dicari selisih atau perbedaan pressurenya agar didapatkan pressure head atau hydrostatic pressure yang benar-benar hanya disebabkan oleh liquid level. Dry referense leg digunakan untuk pengukuran ketinggian liquid di dalam vessel yang memilki gas atau vapor kering pada bagian atas vessel. Wet reference leg digunakan untuk pengukuran liquid di dalam vessel yang memiliki gas atau vapor basah di bagian atas vessel dan bisa terkondensasi di reference leg.

Dibawah ini adalah skematik dari Dry Reference Leg Liquid Level Instrument:

Gas atau Vapour di bagian atas vessel harus benar-benar kering jika ingin menggunakan dry reference leg. Fungsi reference leg adalah sebagai pengurang untuk menentukan besar static pressure dari liquid. HP pada instrument mengukur pressure pada bottom level vessel. Yang terukur pada HP = Head Liquid Pressure + Vapor/Gas Pressure. Untuk mendapatkan pressure dari liquid maka pressure dari vapor/gas harus dihilangkan dengan dikurangkan. Oleh karennya gas/vapor harus diukur dengan instrument yang sama pada LP. Vapor/gas yang kering akan memberikan tekanan yang sama ke segala arah termasuk ke sensor LP. Jadi tekanan yang dirasakan oleh LP = Vapor/Gas Pressure di permukaan liquid. Sehingga head liquid static pressure DP = HP – LP atau DP = Head Liquid Pressure ditemukan. Vapor/Gas pressure akan saling menghilangkan ketika dikurangkan. Ketika liquid kosong 0% didapatkan DP = 0; ketika liquid penuh 100% di dapatkan DP = HP – LP. Sehingga equivalensi linear dengan DP maka level 0-100% didapatkan. Jika tidak ingin menggunakan satuan level percentage tapi menggunakan satuan ketinggian maka differensial pressure lebih baik diukur dalam InchH2O atau mmH2O. Baca Artikel InH2O; Liquid Level Instrument.

Nah, apa yang terjadi jika vapor/gas-nya basah atau condensable maka reference leg akan terisi liquid. Akibatnya tekanan yang terukur pada LP tidak sama dengan tekanan di permukaan liquid. LP sudah ketambahan pressure dari condensate yang jatuh jadi liquid di sisi LP sehingga metode di atas tidak applicable. Maka metode pengukuran lain perlu diperkenalkan. Sebagai lawan konsep Dry Reference Leg di atas maka Wet Reference Leg Level Measurement perlu digunakan.

Dibawah ini adalah skematik dari Wet-Reference Leg:

Reference leg kalau dibiarkan akan terus ketambahan condensate. Agar tidak ketambah-tambahan liquid maka reference leg-nya dipenuhi aja dengan liquid yang sama dengan liquid dalam vessel. Metode pengukuran inilah yang disebut Wet Reference Leg Level Instrument. Reference leg dihubungkan dengan HP dari instrument karena nilai pressurenya adalah maksimum. Sedangkan LP dihubungkan ke vessel. Nilai HP selalu tetap sebagai reference sedangkan nilai LP menikuti ketinggian level. Tekanan yang dirasakan oleh HP = Max Head Pressure + Vapor/Gas Pressure, tekanan yang dirasakan oleh LP = Liquid Head Pressure + Vapor/Gas Pressure. Bagaimana cara mendapatkan Liquid Head Pressure saja?. DP = HP – LP atau DP = Max Head Pressure – Liquid Pressure. Vapor/Gas pressure-nya saling menghilangkan. Dengan perbandingan ekuivalensi ketika level liquid kosong 0% maka DP = Max Head Pressure, sedangkan ketika level liquid maksimum 100% maka DP = 0. Dengan ekuivalensi linear dengan DP maka level 0-100% didapatkan.

Nova Kurniawan

I am working at multinational EPCI company, I get BEng degree from Engineering Physics ITB