InH2O Liquid Level; Diff Pressure Method

This is just for my own reminder to understand what InH2O is. InH2O is one of pressure unit we always find as an engineering unit on Differensial Pressure type Level Instrument. Why it is not Psi or Bar?. How to understand InH2O in easy way for level reading purpose? I was inspired to write down this posting from the discussion source in id-instrumentation@yahoogroups.com mailing list. This is a very-very basic and fundamental understanding.

Saya memahami arti dari 1 InH2O adalah tekanan yang diberikan oleh H2O (air) pada suatu titik dengan jarak dari titik tersebut ke permukaan air adalah 1 Inchi. Kalau kita memiliki tangki berapapun diameter atau luas alasnya jika diisi oleh air setinggi 1 inchi maka tekanan di dasar tangki adalah 1 InH2O + Tekanan Atmospher (atau Tekanan Permukaan). Konsep tekanan 1 InH2O memang tidak secara langsung menunjukkan berapa gaya yang harus diderita oleh permukaan tangki per satuan luas. Karena yang pernah bersekolah di SMA akan mengatakan bahwa tekanan adalah Gaya per Luas. Keberadaan satuan InH2O seakan-akan tidak sejalan dengan konsep satuan tekanan seperti N/m2 atau Pound Square Inch yang memang gamblang menghubungkan gaya dengan luas. Padahal InH2O pasti bisa dihubungkan dengan konsep gaya per luas N/m2 dan Psi.

Tanki dengan air di dalamnya setinggi 1 Inch tanpa ada tekanan awal Po dari atmospher maka dasarnya menderita tekanan 1 InH2O. Berapa equivalent Psi-nya? Tentu saja adalah gaya yang diderita oleh permukaan dasar seluas 1 square inch akibat air di atas-nya setinggi 1 inchi. Kita timbang  air dengan volume 1 qubic-Inch (luas 1 square-inch x tinggi  1 inch) berapa pound (lbs) beratnya maka itulah beban yang diterima per square-inch. Kalau tidak mau menimbang kita bisa menghitung pound-nya dengan menggunakan konsep density atau berat jenis yang menghubungkan volume 1 qubic-inch ke berat dalam pound. Maka InH2O akan mendapatkan equivalent PSI sebagaimana konsep tekanan adalah gaya per luasan. Jadi ada satu faktor penting untuk menghubungkan keduanya yaitu Density. Ketika berbicara tekanan dalam InH2O siap-siap berfikir sesuatu yang namanya density yang bisa dirubah ke bentuk lain yaitu Specific Gravity.

Specific Gravity dari liquid / cairan adalah didefinisikan sebagai perbandingan density suatu liquid dengan air murni pada suhu 60 degF. Kalau liquidnya adalah air murni, maka Specific Gravity air murni adalah  density air murni dibagi density air murni, artinya SG air = 1. Specific Gravity adalah besaran tidak bersatuan karena density dibagi density maka satuannya akan hilang. Kalau liquidnya berupa minyak (hydrocarbon) maka densitynya lebih ringan, katakanlah 800 kg/m3, sedangakan density air adalah 1000 kg/m3. Maka specific gravity dari liquid hydrocarbon tersebut adalah 800 kg/m3 dibagi 1000 kg/m3, hasilnya adalah SG = 0.8.

Kita kembali ke konsep tekanan dalam InH2O untuk mengetahui ketinggian dari suatu liquid dengan tanpa keraguan adanya pemahaman SMA kita tentang tekanan adalah gaya dan luas karena InH2O dan Psi adalah sami mawon. Untungnya dengan menggunakan InH2O kita akan sangat mudah untuk menentukan ketinggian suatu liquid dengan instrument berupa sensor tekanan. Ketinggian air 1 Inch diatas sensor artinya sensor menerima pressure sebesar 1 InH2O dengan asumsi tidak ada tekanan di atas permukaan air, Po=0. Dengan demikian ketika sensor kita menerima tekanan sebesar 100 InH2O, maka dengan serta merta diketahui ketinggian air di atas sensor adalah 100″. Konsep ini memudahkan untuk mengetahui ketinggian suatu liquid di dalam tangki atau vessel. Akan tetapi Po tidak mungkin sama dengan 0, setidak-tidaknya akan ada tekanan atmospher atau bisa jadi tekanan permukaan dari gas, maka instrument/sensor harus mencari selisih tekanannya untuk menghilangkan Po (tekanan permukaan). Oleh karenanya konsep-nya untuk level bukan menghitung pressure tapi differensial pressure. Sehingga tekanan yang dihitung benar-benar tekanan liquid saja.

Nah, kalau liquidnya berupa air murni maka dengan tau differensial pressure-nya N InH2O maka dengan mudah ketinggian level di atas sensor diketahui sebagai N inch. Kalau liquidnya bukan air sedangkan pressure bekerja dengan InH2O maka diperlukan sedikit konversi. Katakanlah liquid kita memiliki SG= 0.5, artinya liquid tersebut lebih ringan setengahnya dibandingkan air. Karena berat berbanding lurus dan linear dengan tekanan maka ketika suatu liquid lebih ringan 50% dari air maka pada ketinggian yang sama dengan air, sensor akan menerima pressure lebih kecil 50% dibanding air. Ketika level liquid dengan SG=0.5 setinggi N inch maka diff pressure yang diterima oleh sensor adalah 0.5N inH2O. Ketika sensor mendapatkan diff tekanan dari liquid sebesar N InH2O maka levelnya pasti lebih tinggi dua kali dibanding ketinggian air yaitu 2N Inch. Jadi kalau anda memiliki range actual di lapangan sebesar 14″ dengan liquid ber SG=0.5, maka berapa range transmitter anda yang bekerja dalam InH2O? Maka range anda adalah 0.5 x 14 InH2O = 7 InH2O. Maksimum tekanan yang bisa diberikan oleh liquid tersebut pada ketinggian 14″ adalah 7 InH2O. Kalau liquid tersebut adalah air, SG=1, maka pada level 14″ diff tekanannya adalah 14 InH2O.

Akan ada sedikit perbedaan ketika pipa kapilar ikut digunakan untuk meneruskan tekanan. Pada kondisi tanpa tekanan dari process, sensor sudah mendapat tekanan dari liquid di dalam pipa kapilar dan tekanan awal Po (atmospher atau gas). Sehingga tekanan tersebut harus diperhatikan. Dengan tau SG-nya dan ketinggian dari tapping point kapilari sampai dengan ketinggian sensor/instrument maka akan diketahui pressure yang diakibatkan oleh kapilari liquid. Kalau instrumentnya dipasang direct mounted pada level 0% maka itu adalah sisi Hi-nya, sedangkan kapilari yang dipasang diatas tepat pada tapping pointnya adalah level 100% maka dihubungkan ke Lo side. Jika jarak dari level 0% – 100% adalah 14″ dan SG=0.8, maka pada saat level proses masih 0% maka instrument akan menderita pressure dari liquid kapilari sebesar 11.2 InH2O + Po pada sisi Lo sidenya. Maka pada level 0% transmitter akan menunjukkan diff pressure sebesar sama dengan Po (dr Hi side) -(11.2 InH2O + Po) = -11.2 InH2O dan ini memberikan sinyal 4 mA. Ketika process liquid dengan SG=0.5 mencapai level 100% (pada 14″) artinya tekanan yang diakibatkan oleh process adalah 7 InH2O + Po dan dihubungkan sisi Hi side-nya. Maka pada level 100% diff pressurenya adalah (7 InH2O + Po) – (11.2 InH2O + Po) = -4.2 InH2O dan memberikan sinyal 20 mA. Jadi range transmitter-nya adalah -11.2 InH2O sampai -4.2 InH2O. Jadi hindari penggunaan rumus yang dihafal.

Nova Kurniawan

I was graduated from Engineering Physics ITB, now I am working at J Ray McDermott

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: