Proportional Band Quiz; An Example on Interview

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

Advertisements

Flow Instrument Quiz; An Example on Interview

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:

sqrt
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

Flow Loop
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

Hydraulic Cleaning Criteria; NAS 1638 & ISO 4406

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. NAS adalah Amerika punya yang dirumuskan untuk standar hydraulic dunia penerbangan. 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

>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.

NAS1638

Standard Code berikutnya yang digunakan sebagai acuan hydraulic cleaning level adalah ISO 4406. ISO adalah transformasi dari British standard (kepunyaan orang Inggris). 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 misalnya ISO 18/12 artinya jumlah partikel yang lebih besar dari 5 mikrons adalah (lihat tabel di bawah untuk kode 18) pada range 1300 – 2500 partikel dan jumlah partikel yang lebih besar dari 15 mikrons adalah (lihat tabel di bawah untuk kode 12) pada range 20-40 partikel.

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:

Dari                                Sampai                         ISO Code

ISO4406

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. Dengan demikian ketika kita memiliki ISO Code 13/12/11 artinya jumlah partikel yang lebih besar dari 2 mikrons sebanyak antara 40-80 ea (13), jumlah partikel yang lebih besar dari 5 mikrons sebanyak antara 20-40 ea (12), dan jumlah partikel yang lebih besar dari 15 mikrons sebanyak 10-20 ea (11), dalam 1 mL sample hydraulic fluid yang sedang dianalisis.

Standard ISO 4406 terbaru menggunakan 3 digits A/B/C penilain pada 1 mL sample memiliki  berapa banyak jumlah partikel yang lebih besar dari 4 mikrons / 6 mikrons / 14 mikrons. 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.

Mau pakai NAS atau ISO? Ya sama saja. NAS mengacu ke American Method sedangkan ISO mengacu ke British Method. Kalau ingin dicari equivalensinya ya silahkan dengan cara dihitung jumlah partikel pada range acuannya. NAS mempunyai range-range jumlah yang dijadikan acuan demikian juga dengan ISO. Jadi silahkan dihitung…

Nova Kurniawan

Turbulent Flow for Hydraulic Filtering

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