BA
13 KBTB-2163
1
BUKU-1 BAHAN AJAR
INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN Penyusunan Bahan Ajar dalam Kurikulum Berbasis Kompetensi (Kurikulum 2012) ini dibiayai dari DIPA Polteknik Negeri Bandung Departemen Pendidikan Nasional Tahun Anggaran 2013
Disusun oleh Ir. HERIYANTO, M.T. NIP 19570507 198903 1 001
Disunting oleh Ir. In Jumanda Kasdadi, M.T. NIP 196809201995121001 196809201995121001 Harita Nurwahyu Chamidy, LRSC, M.T. NIP 196601111994031002 196601111994031002 Drs. Budi Santosa, M.T. NIP 196902281993031002 196902281993031002
PROGRAM STUDI D-IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2013
HALAMAN PENGESAHAN
1. Identitas Bahan Ajar a) Judul Bahan Ajar : Instrumentasi Instrumentasi dan Pengukuran b) Mata Kuliah/Semester : Instrumentasi Instrumentasi dan Pengukuran/3 c) Jurusan : Teknik Kimia d) Program Studi : D4-Teknik Kimia Produksi Bersih e) Nomor Kode Mata Kuliah: KBTB-2163 2. Penulis Penulis-1 a) Nama b) NIP c) Pangkat/Golongan Pangkat/Golongan d) Jabatan Fungsional e) Program Studi f) Jurusan
: Ir. Heriyanto, M.T. : 19570507 198903 1 001 : Penata Tingkat I, III/d : Lektor : Teknik Kimia : Teknik Kimia
Penulis-2 a) Nama b) NIP c) Pangkat/Golongan Pangkat/Golongan d) Jabatan Fungsional e) Program Studi f) Jurusan
::::::Bandung, 27 November 2013
Mengetahui, Ketua KBK Pendukung dan Pengendalian Proses
Penulis-1
Ir. In Jumanda Kasdadi, M.T. NIP 196809201995121001 1968092019951 21001
Ir. Heriyanto, M.T. NIP 19570507 198903 1 001 Mengetahui Ketua Jurusan
Ir. Dwi Nirwantoror Nur, M.T. NIP 195608311988111001 195608311988111001 ii
KATA PENGANTAR
Buku ini disusun dengan dua tujuan yaitu, sebagai buku ajar mahasiswa dan sebagai referensi bagi teknisi dan operator pabrik. Buku berisi konsep, prinsip, prosedur dan perhitungan yang dalam instrumentasi dan pengukuran variabel proses. Setelah memahami isi buku ini diharapkan dapat memiliki pengetahuan dan pemahaman instrumentasi dan pengukuran sehingga mampu menerapkan pada kondisi nyata. Sasaran pemakai buku ini adalah untuk mahasiswa Diploma IV atau Politeknik Jurusan Teknik Kimia dan Kimia Industri serta umumnya untuk mahasiswa dari bidang yang berkaitan atau sedang mempelajari instrumentasi dan pengukuran misalnya Teknik Mesin, Teknik Energi, dan Teknik Refrigerasi. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Politeknik Negeri Bandung atas Penyusunan Bahan Ajar dalam Kurikulum Berbasis Kompetensi (Kurikulum 2007) yang dibiayai dari DIPA tahun anggaran 2013, sehingga penulisan Buku Ajar ini dapat dilaksanakan. dilaksanakan. Tidak lupa l upa penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua fihak, baik yang langsung maupun tidak langsung telah membantu penulisan buku ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa buku ini masih kurang sempurna. Oleh sebab itu segala saran dan kritik yang bersifat membangun sangat dinantikan. Semoga buku ini bermanfaat.
Bandung, November 2013
Ir. Heriyanto, M.T.
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................ II KATA PENGANTAR ...................................................................................................... III DAFTAR ISI ...................................................................................................................... IV DESKRIPSI MATA KULIAH ......................................................................................... VI PETUNJUK PENGGUNAAN ........................................................................................ VII DAFTAR ISTILAH ........................................................................................................VIII BAB-1 PENDAHULUAN ................................................................................................... 1
1.1 PEMANTAUAN PROSES ........................................................................................ 1 1.2 PENGENDALIAN PROSES..................................................................................... 1 1.3 ANALISIS TEKNIK ................................................................................................. 2 BAB-2 KONSEP PENGUKURAN .................................................................................... 4
2.1 2.2 2.3 2.4
BESARAN DAN SATUAN ...................................................................................... 4 PRINSIP PENGUKURAN ........................................................................................ 5 METODE PENGUKURAN ...................................................................................... 7 ANGKA PENTING (S IGNIFICANT N UMBER).............................................................. 8
BAB-3 KARAKTERISITIK INSTRUMEN ................................................................... 10
3.1 KARAKTERISTIK STATIK .................................................................................. 10 3.2 KARAKTERISTIK DINAMIK............................................................................... 17 SOAL-SOAL LATIHAN ................................................................................................ 21 BAB-4 PENGUKURAN SUHU ........................................................................................ 23
4.1 PENDAHULUAN ..................................................................................................... 23 4.2 PRINSIP PENGUKURAN ........................................................................................ 24 4.2 SISTEM TERMAL ISIAN (FILLED THERMAL SYSTEM ) ................................... 24 4.4 TERMOMETER RESISTANSI .............................................................................. 31 4.5 TERMOKOPEL ...................................................................................................... 35 4.6 PIROMETER............................................................................................................. 42 BAB-5 PENGUKURAN TEKANAN ............................................................................... 43
5.1 PRINSIP PENGUKURAN ........................................................................................ 43 5.2 TIPE PENGUKUR TEKANAN ................................................................................ 44 5.3 INSTALASI PIRANTI UKUR TEKANAN.............................................................. 49 iv
5.4 PERBANDINGAN PIRANTI UKUR TEKANAN ................................................... 50 5.5 KALIBRASI TEKANAN .......................................................................................... 51 BAB-6 PENGUKURAN LAJU ALIR.............................................................................. 52
6.1 PRINSIP PENGUKURAN ........................................................................................ 52 BAB-7 PENGUKURAN LEVEL ..................................................................................... 72 LOAT M ETHOD) .................................................................. 73 7.1 METODE APUNGAN (F
BAB-8 METODE ANALISIS DATA............................................................................... 85
8.1 POPULASI, SAMPEL DAN JUMLAH SAMPEL.................................................... 85 8.2 DATA PENGUKURAN ........................................................................................... 87 8.3 TEKNIK ANALISIS DATA...................................................................................... 88 8.4 HIPOTESIS STATITISTIK .................................................................................... 91 SOAL ULANGAN .......................................................................................................... 92 BAB-9 ANALISIS DESKRIPTIF .................................................................................... 93
9.1 TABEL...................................................................................................................... 93 9.2 GRAFIK ATAU DIAGRAM .................................................................................. 95 9.3 UKURAN NILAI PUSAT DAN SIMPANGAN ..................................................... 98 SOAL-SOAL LATIHAN .............................................................................................. 101 BAB-10 ANALISIS INFERENSIAL ............................................................................. 102
10.1 UJI PRASYARAT ANALISIS ............................................................................. 102 10.2 ANALISIS KORELASI .................................................................................... 108 10.3 ANALISIS REGRESI ....................................................................................... 113 10.4 UJI BEDA .......................................................................................................... 126 LAMPIRAN ..................................................................................................................... 134 GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN DAN SATUAN ACARA PERKULIAHAN ............................................................................................................. 135
v
DESKRIPSI MATA KULIAH
Identifikasi Mata Kuliah Judul Mata Kuliah Nomor Kode/SKS Semester/Tingkat Prasyarat Jumlah Jam/Minggu
: : : : :
INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN KBTB-2163/2 3/2 2
Ringkasan Topik/Silabus
: Konsep Pengukuran; Karakteristik Instrumen Ukur; Pengukuran Suhu; Pengukuran Tekanan; Pengukuran Aliran; Pengukuran Level; Metode Analisis Data; Statistika Deskriptif; Statistika Inferensial.
Kompetensi yang Ditunjang
: Mampu mengoperasikan, menganalisa dan melacak kegagalan sistem inrtumentasi dan pengukuran yang diterapkan dalam industri proses kimia
Tujuan Pembelajaran Umum (TPU)
: Pada akhir kuliah mahasiswa diharapkan memahamai konsep dasar instrumentasi proses, dan pengolahan data pengukuran dalam inudstri proses kimia.
Tujuan Pembelajaran Khusus (TPK)
: Pada akhir kuliah mahasiswa diharapkan dapat: 1) Menjelaskan konsep pengukuran 2) Menjelaskan jenis dan fungsi instrumentasi proses 3) Menjelaskan prinsip, mekanisme kerja, dan karaterisitik instrumen ukur suhu, tekanan, lahu alir dan level. 4) Mengolah data pengukuran dengan metode statistika yang sesuai dengan bantuan program paket SPSS
vi
PETUNJUK PENGGUNAAN
PEDOMAN MAHASISWA
Mahasiswa dalam mempelajari isi buku ini dianjurkan untuk mengikuti tahap-tahap berikut 1) Baca tujuan pembelajaran umum (TPU) dan khusus (TPK). Perhatikan bahwa tujuan itu digunakan sebagai penunjuk jalan dalam mempelajari materi. 2) Baca buku dengan seksama sambil melakukan penggambaran sendiri memakai alat tulis di atas kertas kosong. 3) Bila telah selesai dalam satu bab, cobalah mengerjakan soal-soal yang tersedia di akhir bab. Bila masih mengalami kesulitan, baca kembali uraian atau penjelasan sebelumnya. 4) Jangan meloncat ke bab berikutnya bila belum menguasai bab sebelumnya. PEDOMAN PENGAJAR
Pengajar dapat mengikuti urutan dan pembagian waktu mengajar seperti yang telah dilakukan penulis. 1) Pengertian karakteristik statik dan dinamik agar ditekankan dengan baik untuk memahami bagaimana sifat instrumen. 2) Penjelasan mengenai instrumen ukur agar ditekankan dari aspek praktisnya. 3) Materi Bab-1 (Pendahuluan) dan Bab-2 (Konsep Pengukuran) dapat disampaikan selama dua kali pertemuan. 4) Bab-4 hingga Bab-7 dapat disampaikan hingga saat UTS Bab-8 sampai dengan Bab-10 disampaikan paruh semester berikutnya hingga UAS.
vii
DAFTAR ISTILAH
Pengendalian proses adalah “cara memperoleh” keadaan proses agar sesuai dengan yang diinginkan. Proses dalam kata pengendalian proses dan industri proses menunjuk pada “cara perubahan” materi atau energi untuk memperoleh produk akhir.
Signal Conditioning adalah piranti yang mengolah sinyal pengukuran dari sensor sehingga dihasilkan sinyal yang bisa dibaca. Elemen konversi variabel adalah elemen yang berfungsi mengubah besaran fisik yang dihasilkan sensor menjadi besaran lain tanpa mengubah nilai informasi medium terukur. Elemen manipulasi variabel adalah elemen yang memanipulasi nilai suatu besaran menjadi nilai yang tertentu dengan besaran yang sama. Transduser (arti umum) adalah piranti yang mengubah besaran fisik tertentu menjadi besaran fisik lain. Transduser (arti praktis/khusus) adalah piranti elektromekanik yang mengubah besaran mekanik menjadi elektrik atau sebaliknya. Akurasi (ketepatan) adalah kedekatan nilai hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya dari medium terukur. Ketelitian adalah tingkat keterulangan pengukuran pada kondisi dan rentang waktu tertentu. Kalibrasi adalah menepatkan penunjukan instrumen ukur dengan instrumen standar. Histeresis adalah penyimpangan terbesar yang terjadi antara pengukuran naik dan turun. Deadband adalah daerah tanpa respons pengukuran pada saat nilai terukur berubah.
Drift adalah penyimpangan nilai pengukuran selama waktu tertentu. Repeatability adalah tingkat kedekatan sejumlah pengukuran berurutan dari satu nilai terukur pada kondisi dan arah yang sama untuk seluruh rentang pengukuran
viii
BAB-1 PENDAHULUAN
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami dasar-dasar pengukuran
TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
1.1 Menyebutkan instrumen dalam pengendalian proses.
Konversi fisiko kimia yang terjadi dalam industri proses memerlukan instrumentasi yang sesuai agar dapat berlangsung dengan baik. Peranan instrumentasi dalam teknologi proses meliputi:
•
pemantaun proses;
•
pengendalian proses; dan
•
analisis teknik.
1.1 PEMANTAUAN PROSES
Pemantauan proses meliputi pengamatan terhadap variabel terukur. Terdapat empat macam variabel terukur yang penting yaitu: tekanan, laju alir, suhu, dan aras (level). Dalam industri kimia seringkali ditambah dengan konsentrasi (analisis). Selain itu masih terdapat dua variabel terukur yang cukup penting yaitu densitas dan kelembapan.
1.2 PENGENDALIAN PROSES
Dalam industri modern, pengendalian proses merupakan hal yang sangat penting agar diperoleh proses yang aman, produktivitas tinggi, dan ekonomis. Diagram blok sistem
Instrumentasi dan Pengukuran
1
pengendalian proses disajikan pada gambar 1.1. Mekanisme pengendalian dimulai dari pengukuran oleh instrumen ukur yang berfungsi mengirimkan informasi pengukuran ke pengendali. Oleh pengendali, informasi nilai variabel proses dibandingkan dengan nilai yang diinginkan. Selanjutknya diambil keputusan melalui elemen kendali akhir untuk mengatur masukan energi/material sedemikian rupa agar nilai variabel proses sama dengan nilai yang diinginkan.
Gambar 1.1 Sistem pengendalian umpan balik
Peranan instrumentasi dalam pengendalian proses sedemikian penting, karena menentukan keberhasilan pengendalian. Satu bagian saja dari blok pengendalian di atas tidak bekerja dengan baik, akan mengacaukan semuanya.
1.3 ANALISIS TEKNIK
Analisis teknik (engineering analysis) diperlukan untuk meningkatkan kehandalan dan efisiensi proses. Dua pendekatan dapat dilakukan untuk menyelesaikan, yaitu pendekatan teoritik dan pendekatan eksperimental. Dalam pendekatan teoritik, dilakukan pemodelan matematik suatu proses. Selanjutnya persamaan matematika yang diperoleh dipecahkan dengan cara analitik atau komputasi. Dari hasil pemecahan selanjutnya dilakukan simulasi. Metode ini memiliki
2
keuntungan yaitu relatif murah. Dan jika pemodelannya akurat, hasil simulasi sangat mendekati kenyataan. Dalam pendekatan eksperimental diperlukan prototipe atau model dalam kondisi sebenarnya dan kinerjanya dievaluasi dengan cara pengambilan data langsung melalui pengukuran. Pendekatan ini berbeda dari metode analitik dalam dua hal, yaitu tanpa pemodelan matematika dan tidak memrlukan asumsi. Kerugian metode eksperimental adalah relatif mahal. Di samping itu problema penempatan intrumen ukur juga snagat serius. Pendekatan terbaik adalah gabungan dua metode di atas. Setelah dilakukan pemodelan dan simulasi, selanjutnya dilakukan eksperimental untuk validasi. Sudah barang tentu metode ini rumit dna mahal. Namun hasilnya paling baik.
1.4 KESIMPULAN Instrumentasi untuk pengukuran, pengendalian proses, dan analisis teknik sangat diperlukan dalam dunia industri modern. Oleh sebab itu pengetahuan, pemahaman, dan keterampilan di bidang instrumentasi sangat diperlukan.
SOAL-SOAL 1. Berikan tiga contoh aplikasi instrumen ukur yang digunakan dalam: (a) pemantauan proses, (b) operasi dan pengendalian proses, (c) analisis eksperimental
2. Bandingkan antara pendekatan eksperimental dan teoritik pada masalah berikut. (a) Hubungan antara suhu pada laju reaksi. (b) Hubungan antara konstanta keseimbangan dan tekanan pada reaksi gas. (c) Hubungan antara jumkah tahap dalam distilasi dengan konsentrasi produk.
3
BAB-2 KONSEP PENGUKURAN
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami dasar-dasar pengukuran
TUJUAN PEMBELAJARN KHUSU
2.1 Menjelaskan prinsip pengukuran. 2.2 Menjelaskan metode pengukuran. 2.3 Membaca penunjukan instrumen dengan memperhatikan angka penting
2.1 BESARAN DAN SATUAN
Besaran adalah segala sesuatu yang memiliki nilai kuantitatif. Terdapat dua macam besaran, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok adalah besaran yang diciptakan untuk menjadi dasar pembuatan besaran lain. Ada tujuh besaran pokok, yaitu: panjang, massa, waktu, suhu, kuat arus, kuat cahaya, dan mol. Nilai besaran dinyatakan dengan satuan. Terdapat banyak macam sistem satuan yang ada, antara lain: CGS (centi, gram, sekon), British, MKS (meter, kilogram, sekon), dan lain-lain. Secara internasional telah dibakukan sistem internasional (SI).
Tabel 2.1 Satuan besaran dalam SI NO
1 2 3 4 5 6 7
BESARAN
Panjang Massa Waktu Suhu Kuat arus Kuat cahaya Jumlah zat
SATUAN
meter (m) kilo gram (kg) sekon (s) kelvin (K) amper (A) kandela (cd) mol 4
2.2 PRINSIP PENGUKURAN 2.2.1
Elemen Fungsional
Pengukuran adalah membandingkan nilai suatu besaran dengan nilai besaran standar. Dalam pengukuran diperlukan elemen-elemen fungsional yang tersusun sedemikian rupa sehingga dapat diamati oleh pengamat. Secara umum diagram blok pengukuran adalah sebagai berikut.
Signal Conditioning
Gambar 2.1 Elemen Fungsional dalam Pengukuran
(a) Sensor
Sensor adalah piranti yang menerima stimulus atau rangsangan secara langsung dari medium terukur. Dalam hal ini sensor mengambil sejumlah energi tertentu dari medium terukur. Sehingga pengukuran selalu menganggu medium terukur. Oleh sebab itu penting sekali untuk memakai sensor yang sesedikit mungkin mengambil energi, agar hasil pengukuran benar-benar menunjukkan nilai medium terukur. Prinsip kerja sensor dibagi ke dalam dua kelompok besar. Pertama, sensor yang bekerja berdasar pada perubahan sifat bahan seperti resistansi, kapasitansi, dan induktansi. Kedua, sensor yang bekerja berdasar pada tegangan listrik yang dihasilkan, akibat mendapat pengaruh medium terukur misalnya: suhu, tekanan, regangan, dan perpindahan.
(b) Signal Conditioning
Signal Conditioning adalah piranti yang mengolah sinyal pengukuran dari sensor sehingga dihasilkan sinyal yang bisa dibaca. Bagian ini berisi elemen berikut.
5
•
Elemen konversi variabel adalah elemen yang berfungsi mengubah besaran fisik
yang dihasilkan sensor menjadi besaran lain tanpa mengubah nilai informasi medium terukur. Sebagai contoh, perubahan hambatan (R) menjadi perubahan tegangan (V).
•
Elemen manipulasi variabel adalah elemen yang memanipulasi nilai suatu
besaran menjadi nilai yang tertentu dengan besaran yang sama. Contoh, penguat yang menerima sinyal masukan 0 - 1 mV dan memberikan sinyal keluaran 0 - 5 V.
(c) Presentasi Data
Bagian presentasi data dalah elemen yang menyajikan nilai terukur yang dapat dibaca secara langsung. Sebelum dan selama presentasi data, nilai terukur dapat pula direkam sehingga dapat digunakan di kelak kemudian hari.
2.2.2
Transduser Dan Transmiter
Ketiga elemen fungsional pertama sering dinamakan transduser. Secara umum transduser adalah piranti yang mengubah besaran fisik tertentu menjadi besaran fisik lain. Namun sudah menjadi kebiasaan di lapangan, transduser sering diartikan sempit, yaitu piranti elektromekanik yang mengubah besaran mekanik menjadi elektrik atau sebaliknya. Contoh transuser ultrasonik, piezoelektrik, LVDT (linear variable differential transformer ), dan lain-lain. Dalam bidang pengendalian proses dikenal istilah transmiter, yaitu piranti yang mengubah nilai besaran medium terukur menjadi sinyal pengukuran standar. Sinyal ini dapat berupa sinyal pneumatik (3 – 15 psig atau 0,2 – 1 bar) atau elektrik (4 - 20 mA). Hal ini memberikan keuntungan, bahwa piranti dapat dibeli dalam keadaan siap terkalibrasi.
2.2.3
Skala Pengukuran
Skala pengukuran menunjukkan batas maksimum, batas minimum dan resolusi dari suatu alat ukur. Resolusi adalah nilai terkecil dari garis skala atau tampilan digital. Contoh 6
o
o
termometer raksa biasanya memiliki resolusi sebesar 1 C (termometer gelas) atau 2 C (termometer logam). Nilai minimum skala pengukuran disebut zero. Kisaran nilai minimum dan maksimum disebut range. Sedangkan selisih antara nilai maksimum dan minimum disebut span. Di sini terdapat kebiasaan yang salah. Di kalangan praktisi sering span disamakan dengan nilai maksimum. Ini sebagai akibat dari nilai zero yang biasanya o
nol. Sebagai contoh, sebuah termometer memiliki skala -10 … 150 C. maka diperoleh nilai berikut.
2.3
o
Nilai minimum
= -10 C
Nilai maksimum
= 150 C
Zero
= -10 C
Span
= 160 C
Range
= -10 … 150 C
o
o
o
o
METODE PENGUKURAN
Metode pengukuran dibedakan atas metode defleksi (penyimpangan) dan metode nol.
•
Metode defleksi, kuantitas terukur menghasilkan efek fisika berupa gerakan,
perpindahan, atau penyimpangan. Dan setelah tercapai keseimbangan, nilai medium terukur dapat diamati. Contoh: pemuaian raksa dalam termometer gelas, gerakan jarum penunjuk dalam manometer, beda tegangan dalam rangkaian jembatan, dll.
•
Metode
nol, ketidakseimbangan yang diakibatkan oleh kuantitas terukur
dikembalikan ke kondisi semula (seimbang atau nol) oleh penambahan kuantitas tertentu ke elemen ukur. Contoh: mengembalikan keseimbangan dalam jembatan Wheatstone dengan mengatur resistansi cabang, memberi beban tertentu pada piranti kalibrasi tekanan (dead weight pressure gage).
7
2.4
ANGKA PENTING ( Significant Number)
2.4.1
Pembacaan Nilai Pengukuran
Angka penting adalah semua angka hasil pengukuran. Angka penting terdiri atas:
•
angka pasti; dan
•
satu angka taksiran.
Contoh-2.1
Pengukuran panjang sebuah benda dengan mistar yang memiliki resolusi (nilai skala terkecil, NST) 0,1 cm. Maka panjang benda adalah 10,56 cm Di sini angka 6 merupakan taksiran. Angka 10,5 adalah angka pasti. Jumlah angka penting = 4 buah.
Contoh-2.2
Pengukuran
panjang
sebuah
benda
dengan
mistar yang memiliki resolusi (nilai skala terkecil, NST) 0,2 cm. Maka panjang benda adalah 10,6 cm Di sini angka 6 merupakan taksiran. Angka 10 adalah angka pasti. Jumlah angka penting adalah 3 buah.
Dari kedua contoh di atas, dapat diambil kesimpulan bahwa nilai pengukuran akan berbeda jika resolusi (nilai skala terkecil, NST) berbeda. berbeda.
2.4.2
Operasi Matematika
Operasi penjumlahan dan Pengurangan. Hasil operasi penjumlahan atau pengurangan
hanya dibolehkan mengandung satu angka taksiran. 8
Contoh-2.3
2,7863 2,672 + 5,4583
5,458
Operasi perkalian dan pembagian. Hasil operasi perkalian atau pembagian hanya
dibolehkan memiliki jumlah angka penting sebanyak angka penting paling sedikit.
Contoh-2.4
2,7 2,67 x 7,209
7,2
LATIHAN
1. Buat diagram blok yang menunjukkan elemen fungsional untuk instrument ukur yang Anda ketahui. 2. Berikan contoh metode pengukuran salah satu instrumen Anda ketahui. o
3. Hasil pengukuran suhu yang memiliki resolusi 0,1 C diperoleh angka 75,64 cm. (a) Benarkan penulisan hasil pengukuran tersebut? (b) Ada berapa buah jumlah angka panting hasil pengukuran? (c) Sebutkan mana yang menjadi angka pasti dan angka taksiran. 4. Dengan memperhatikan angka penting, berapakah hasil operasi berikut. (a) 2,6 + 4,12 (b) 2,6 x 4,12
9
BAB-3 KARAKTERISITIK INSTRUMEN
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
1) Mahasiswa memahami karakteristik statik 2) Mahasiswa memahami karakteristik dinamik TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
1) Menentukan gain, gain, konstanta waktu, waktu naik, dan waktu waktu tanggap 2) Menentukan akurasi dan presisi instrumen 3) Melakukan kalibrasi 4) Waktu karakteristik, waktu naik, overshoot, decay ratio, periode osilasi
Instrumen ukur mempunyai dua macam karakteristik penting yaitu karakteristik statik dan dinamik. Kedua karakterisitk memiliki efek sangat besar pada performa pengukuran dan sistem pengendalian yaitu akurasi (ketepatan) dan kecepatan respons (atau respons frekuensi).
3.1 KARAKTERISTIK STATIK 3.1.1
Pengertian
Karakteristik statik adalah sifat instrumen dalam memberi hasil pengukuran pada beberapa nilai terukur. Ini menunjukkan respons penunjukan instrumen ukur pada beberapa nilai konstan medium terukur. Bentuk kurva karakterisitk statik adalah berupa kurva hubungan antara besaran terukur (masukan) dan penunjukan instrumen ukur (keluaran). Masukan ke instrumen adalah nilai besaran medium terukur; sedangkan keluaran instrumen adalah nilai yang ditunjukkan atau sinyal pengukuran yang dihasilkan. Karakteristik statik sering dirumuskan sebagai perbandingan perubahan keluaran terhadap masukan setelah tercapai
10
steady-state yang merupakan nilai kepekaan atau sensitivitas.
K=
∆ y ∆ x ss
(2.1)
o
Kurva karakteristik statik ideal adalah berupa garis lurus dengan kemiringan 45 . Artinya, nilai yang ditunjukkan instrumen ukur tepat sama dengan nilai sebenarnya dari medium terukur.
3.1.2
Akurasi dan Presisi
Perhatikan perbedaan akurasi (ketepatan) dan presisi (ketelitian) berikut ini.
Gambar 3.1 Perbedaan akurasi dan presisi.
Instrumen ukur memberikan hasil pengukuran yang tepat (akurat), jika dari beberapa kali pengukuran sama dengan nilai sebenarnya. Instrumen ukur memberikan hasil pengukuran yang teliti (presisi), jika dari beberapa kali pengukuran menghasilkan nilai yang sama. Ketelitian merupakan prasyarat ketepatan, tetapi ketepatan bukan prasyarat ketelitian. Akurasi (ketepatan) adalah kedekatan nilai hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya dari medium terukur. American Standard Definitions of Electrical Terms menyatakan
akurasi suatu instrumen adalah menunjukkan banyaknya penyimpangan
dalam batas kesalahan tertentu yang mendekati harga sebenarnya pada sebuah alat ukur. Kesalahan adalah beda antara harga yang ditunjukkan dengan harga sebenarnya dari suatu besaran yang diukur. 11
(a) Ketelitian (presisi)
Ketelitian adalah tingkat keterulangan pengukuran pada kondisi dan rentang waktu tertentu. Dengan kata lain, ketelitian menunjukkan seberapa konsisten hasil pengukuran mempunyai pembacaan yang sama. Ketelitian dinyatakan dengan nilai "ketidaktelitian" atau “ketidakpastian” pengukuran.
Contoh-3.1
Ketelitian instrumen ukur adalah
±0,1. Artinya nilai ketidaktelitian instrumen ukur
adalah 0,1 bagian di atas atau di bawah nilai pengukuran .
Penentuan ketelitian dilakukan dengan mengulang beberapa kali pengukuran! Dari
beberapa kali pengukuran variabel terikat atau nilai pengukuran (y) dari satu nilai variabel bebas atau nilai sebenarnya (x) diperoleh ketelitian sebagai berikut. Ketelitian = ±
S y y
Contoh-3.2
Hasil pengukuran laju alir melalui pipa dengan flowmeter pada satu nilai laju alir dilakukan sebanyak 10 kali dengan selang waktu 10 detik.
NOMOR
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
PEMBACAAN 3 (cm /menit) 12,3 12,4 10,9 11,5 12,0 12,1 12,8 11,8 11,9 12,5
Rata-rata pembacaan laju alir,
y = 12,0 cm 3 /menit
(3 angka penting). 12
Deviasi standar, 3
Sy = 0,543 cm /menit (3 angka penting). Ketelitian =
0,543 12,0
= 0,0453 (3 angka penting)
Catatan:
Ketelitian
tidak
memiliki
dimensi.
Ini
sangat
penting,
karena
dapat
membandingkan ketelitian pada sistem yang berbeda Perhatikan! 2
Koefisien determinasi (r ) dalam regresi linier, tidak menunjukkan ketelitian! Nilai 2
r hanya memberikan arti seberapa dekat data percobaan dengan kondisi li nier.
(b) Ketepatan (akurasi)
Ketepatan adalah tingkat kedekatan nilai terukur dengan nilai standar. Dengan kata lain, akurasi menunjukkan seberapa dekat hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya (standar). Nilai sebenarnya tidak pernah diketahui secara pasti. Oleh sebab itu nilai sebenarnya memakai nilai standar yang diakui paling dekat dengan nilai sebenarnya. Ketepatan dinyatakan dengan nilai "ketidaktepatan". Penentuan ketepatan memerlukan instrumen standar!
Contoh-3.3
Ketepatan instrumen ukur
± 0,1
o
C. Artinya nilai ketidaktepatan instrumen ukur
o
adalah 0,1 C di atas atau di bawah nilai sebenarnya (standar).
Penulisan Ketidaktepatan o
♦
Ditulis dalam dimensi nilai variabel terukur, contoh ± 1 C.
♦
Ditulis dalam dimensi persen span, contoh ± 0,5 % span
♦
Ditulis dalam dimensi persen nilai pembacaan, contoh
± 1 % nilai terukur.
Penentuan ketepatan dilakukan dengan kalibrasi instrumen ukur. Hasilnya adalah berupa nilai "ketidaktepatan" pengukuran.
13
3.1.3
Kalibrasi
Kalibrasi secara bahasa berarti peneraan. Dalam bidang pengukuran, kalibrasi adalah menepatkan penunjukan instrumen ukur dengan instrumen standar. Setelah kalibrasi sebuah instrumen ukur dapat diketahui: (1)
ketepataan atau akurasi instrumen ukur; serta
(2)
hubungan antara pembacaan instrumen ukur standar dan pembacaan instrumen ukur yang dikalibrasi.
Hubungan pembacaan instrumen ukur (y) dan nilai standar (x) adalah y = m x + n
(3.1)
dengan, m = kemiringan kurva, dan n = intersep. Idealnya m = 1 dan n = 0.
3.1.4 ERROR (Galat)
Error atau galat adalah selisih antara nilai terukur dan nilai sebenarnya. Error = [Nilai terukur] - [Nilai sebenarnya] Bermacam-macam error atau penyimpangan dapat dilihat melalui gambar berikut.
Gambar 3.2. Jenis error .
14
3.1.5
Histeresis, Deadband, dan Drift
Histeresis adalah penyimpangan terbesar yang terjadi antara pengukuran naik dan turun. Deadband adalah daerah tanpa respons pengukuran pada saat nilai terukur berubah. Drift
adalah penyimpangan nilai pengukuran selama waktu tertentu.
Gambar 3.3. Histeresis, dead-band , dan drift .
3.1.6 Repeatability dan Reproducibility
Repeatability adalah tingkat kedekatan sejumlah pengukuran berurutan dari satu nilai terukur pada kondisi dan arah yang sama untuk seluruh rentang pengukuran. Tingkat kedekatan dinyatakan dalam deviasi antara nilai maksimum dan minimum pengukuran pada tiga kali pengukuran yang sama.
Contoh-4
Dari beberapa kali pengukuran, diperoleh data pada nilai standar 70 saat pengukuran turun, memiliki deviasi nilai keluaran terbesar pada nilai pengukuran. Penunjukan 1 2 60,00 60,1 60,0 70,00 70,2 70,0 80,00 80,0 80,0 Dari tabel di atas, repeatability = 70,2 - 70,0 = 0,2 Standar
3 60,1 70,1 80,1
Selisih pengukuran 0,1 0,2 0,1
15
Reproducibility adalah tingkat kedekatan sejumlah pengukuran berurutan dari satu nilai terukur pada kondisi yang sama selama waktu tertentu untuk seluruh arah pengukuran. Tingkat kedekatan dinyatakan dalam deviasi antara nilai maksimum dan minimum. Reproducibility sudah termasuk repeatabiliry, histeresis, deadband dan drift
3.1.7
Metode Statistika dalam Perhitungan Ketepatan
Penentuan ketepatan dan ketelitian instrumen ukur melalui tahap berikut. (1) Jika jumlah data pengukuran kurang dari lima, nilai ketidakpastian adalah selisih terbesar di antara bias hasil pengukuran.
∆ y = eb - ek
(3.2)
dengan eb adalah bias pengukuran terbesar dan e k adalah bias pengukuran terkecil.
(2) Jika jumlah data lebih besar atau sama dengan lima.
•
Hitung deviasi standar untuk seluruh pengukuran (s y).
sy =
•
2 − y y ( ) ∑ i
N −1
(3.3)
Tentukan nilai (t) dari tabel distribusi-t berikut.
Tabel 3.1 Tabel distribusi-t Derajat Kebebasan (N-1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20
P= 68.3% (1s ) 1.80 1.32 1.20 1.15 1.11 1.09 1.08 1.07 1.06 1.05 1.03 1.03
P=95%
P=99%
12.7 4.30 3.18 2.78 2.57 2.45 2.37 2.31 2.26 2.23 2.13 2.09
64 9.9 5.8 4.6 4.0 3.7 3.5 3.4 3.2 3.2 3.0 2.8
P=99.73% (3s ) 235 19.2 9.2 6.6 5.5 4.9 4.5 4.3 4.1 4.0 3.6 3.4
16
•
Nilai ketidakpastian adalah,
∆y =
s y N
t
(3) Membuat persamaan kurva kalibrasi dari seluruh rentang pengukuran secara regresi linier,
y=mx+n
dengan:
y = nilai terukur
x = nilai standar
m = slope
n = intersep y − n
(4) Nilai hasil pengukuran sebenarnya adalah,
x =
(5) Menghitung ketidakpastian sebenarnya ( ∆x),
∆x =
(6) Maka nilai pengukuran sebenarnya adalah,
x
m
∆ y m
± ∆x
3.2 KARAKTERISTIK DINAMIK
Karakteristik dinamik adalah perilaku respons hasil penunjukan instrumen ukur terhadap perubahan cepat nilai terukur sebelum tercapai steady state. Karakteristik dinamik tergantung pada waktu dan frekuensi. Karakteristik ini ditunjukkan oleh dynamic gain yaitu bilangan yang menyatakan perbandingan antara amplitudo keluaran (penunjukan) dan masukan (nilai terukur) jika masukan berupa fungsi sinusoida. Dynamic gain adalah besaran vektor yang mempunyai nilai skalar (magnitudo) dan beda fase. Jika frekuensi masukan berubah, dynamic gain juga turut berubah. Semakin besar frekuensi, dynamic gain semakin kecil. Sebaliknya, semakin kecil frekuensi, dynamic gain semakin besar. Bila frekuensi sama dengan nol, diperoleh nilai static gain atau karakteristik statik. Step Response atau tanggapan undak instrumen ukur terhadap perubahan mendadak nilai terukur dari satu kondisi tunak (steady state) ke kondisi tunak lain disajikan pada Gambar 3.2. Besaran-besaran penting dalam tanggapan undak adalah sebagai berikut. 1) Time Constant. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 63,2% dari perubahan
maksimum hasil pengukuran. 2) Response Time. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 90% atau 95% respons
maksimum. 3) Rise Time. Waktu yang dibutuhkan dari 5% ke 95% respons maksimum (5-95%
response time) atau 10% ke 90% respons maksimum (10-90% response time) 17
Gambar 3.2 Step Response (tanggapan undak)
3.2.1
Sistem Orde-1
Sistem orde-1 mempunyai model matematika persamaan diferensial orde-1.
τ
dy dt
+ y = K x
(3.4)
Dua parameter penting dalam sistem orde-1 adalah time constant ( τ) dan steady state gain (K). Pada step input sebesar A, menghasilkan step response, y − y o
= KA(1 − e −1 / τ )
(3.5)
Kebanyakan instrumen ukur dapat dianggap berperilaku sebagai sistem orde-1, misalnya termometer. Pada saat termometer dicelupkan ke dalam medium panas, maka penunjukan suhu akan cepat naik kemudian berangsur mencapai nilai konstan
18
3.2.2
Sistem Orde-2
Sistem orde-2 mempunyai model matematika persamaan diferensial orde-2. 2
τ
2
d y dt 2
+ 2τζ
dy dt
+ y = K x
(3.6)
Terdapat tiga parameter, yaitu characteristic time (τ), steady state gain (K) dan faktor redaman atau damping factor (ζ). Pada step input dapat menghasilkan respons yang bermacam-macam tergantung pada nilai faktor redaman
Gambar 2.2 Respons sistem orde-2 dengan beberapa nilai faktor r edaman.
Beberapa besaran penting dalam respons sistem orde-2. 1) Waktu Tunda (td). Waktu pertama yang dibutuhkan variabel keluaran sistem untuk mencapai setengah dari nilai akhirnya. 2) Waktu Naik (t r). Waktu yang dibutuhkan oleh variabel keluaran sistem untuk naik dari 10% ke 90%, 5% ke 95%, atau 0% ke 100% dari nilai akhirnya. Untuk sistem orde dua dengan osilasi teredam (underdamped ) biasanya dipakai 0% ke 100% waktu naik. Untuk sistem sangat teredam (overdamped ), biasanya dipakai 10% ke 90% waktu naik. 19
Gambr 3.3 Respons Osilasi Teredam Sistem Orde-2 terhadap Step Input
3) Waktu Puncak. Waktu yang dibutuhkan variabel keluaran sistem untuk mencapai puncak gelombang yang pertama. 4) Overshoot. Amplitudo maksimum dari variabel keluaran sistem dihitung dari nilai akhirnya. Jika nilai akhir tidak sama dengan satu, biasanya overshoot dinyatakan dalam persentase (persen overshoot ). Persen overshoot =
a .100% b
5) Waktu Mantap. Waktu yang dibutuhkan variabel keluaran sistem untuk mencapai nilai
dengan penyimpangan di sekitar 2% atau 5% dari nilai akhirnya untuk
seterusnya berada dalam batas nilai tersebut. Waktu mantap berhubungan erat dengan konstanta waktu sistem. 6) Decay Ratio. Perbandingan antara amplitudo kedua dengan amplitudo pertama. Decay ratio =
c a
20
Instrumen ukur yang memiliki perilaku sebagai sistem orde-2, misalnya neraca pegas. Pada saat neraca mendapat beban, maka terjadi goyangan sebagai osilasi teredam sebelum berhenti mencapai kondisi tunak
SOAL-SOAL LATIHAN
1.
Tentukan kepekaan (sensitivitas) transmiter suhu yang mempunyai karakteristik statik berikut. Tentukan juga: zero, range, dan span
transmiter
tersebut.Instrumen
dianggap ideal.
2.
Data kalibrasi instrumen sebagai berikut (Q r = nilai sebenarnya, Q = pembacaan).
Tabel 3.2 Hasil Pembacaan Naik dan Turun Qr
0 5 10 15 20 25 30 35 40
PEMBACAAN (Q) NAIK TURUN -0,07 0,01 1,08 1,16 2,05 2,10 3,27 3,29 4,28 4,36 5,41 5,45 6,43 6,53 7,57 7,61 8,66 8,75
(a) Tentukan persamaan kurva kalibrasi dengan regresi linier dari seluruh data pembacaan naik dan turun. (b) Tentukan ketelitian (presisi) dan ketepatan (akurasi) instrumen ukur dalam persen skala penuh. (c) Jika instrumen dipakai mengukur dan terbaca 5,72 berapa nilai sesungguhnya? Lengkapi penulisan dengan nilai akurasinya. 21
3.
Sebuah transmiter suhu memiliki step response pada perubahan suhu dari 100 ke 120 o
C sebagai berikut. Tentukan: (a) Steady state gain. (b) time constant . (c) 95% respons time (d) 10 - 90% rise time.
4.
Sebuah neraca pegas memiliki respons orde-2 sebagai berikut.
Tentukan: a) Waktu tunda td. b) Waktu naik (tr) c) Waktu puncak d) Overshoot dan decay ratio e) Waktu mantap 22
BAB-4 PENGUKURAN SUHU
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami prinsip, analisis, dan perncangan pengukuran suhu TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
Menjelaskan prinsip dan analisis pengukuran suhu: sistem termal isian, RTD dan termokopel.
4.1 PENDAHULUAN
Suhu dapat diukur dengan berbagai metode. Beberapa metode umum yang sering dipakai di industri diuraikan dalam bagian ini. Berkaitan dengan hal itu yang perlu mendapat perhatian adalah kekuatan dan keterbatasan sensor, sehingga dapat dipilih sensor terbaik untuk setiap penerapan. Dalam memilih sensor terbaik untuk penerapan tertentu, sejumlah faktor harus diperhatikan, seperti rentang suhu, akurasi, kesepatan renspons, harga, dan keperluan perawatan. Dengan memperhatikan faktor-faktor tersebut, akan dibahas piranti ukur suhu yang paling sering digunakan dalam industri kimia, yaitu: sistem termal isian ( filled thermal system), detektor suhu resistansi (resistance temperature detectorresistance temperature detector )
termistor, dan pirometer radiasi. Selain itu tedapat jenis sensor
bimetal yang sering digunakan untuk keperluan pengendalian dan tanda bahaya (alarm). Tabel 4.1 diperlihatkan rentang suhu yang biasa diukur dengan sensor standar. Rentang suhu ini hanya menunjukkan batas ukur yang umum. Suhu yang lebih rendah atau lebih tinggi dapat dikur, tetapi relatif kurang teliti dan lebih mahal. Pada penerapan di lapangan, sensor suhu diletakkan dalam pelindung untuk mencegah kerusakan dan interferensi pengukuran. Sehingga di antara medium terukur dan sensor terdapat lapisan material yang kuat, tahan bahan kimia, dan tahan panas. Lapisan 23
pelindung sensor disebut sheath atau lebih terkenal dengan thermowell. Adanya pelindung memudahkan penggantian dan kalibrasi sensor tanpa mengganggu operasi proses.
Tabel 4.1 Rentang suhu dan metode yang umum dipakai. O METODE RENTANG PENGUKURAN ( C) Sistem Isian ( filled system) -195 … 760 Termokopel -200 … 1700 Resistansi -250 … 650 • RTD -195 … 450 • Termistor -40 … 3000 Pirometer
4.2 PRINSIP PENGUKURAN
Suhu adalah ukuran derajat aktivitas termal partikel dalam material. Jika dua benda berbeda suhunya, panas akan ditransmisikan dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin sampai kedua benda memiliki suhu yang sama (disebut keseimbangan termal). Pada pengukuran suhu, panas ditransmisikan di antara termometer dan benda terukur hingga tercapai keseimbangan. Pada kenyataannya, termometer mengukur suhu keseimbangan! Bukan mengukur suhu awal benda. Sehingga proses pengukuran mengubah suhu benda. Oleh sebab itu akurasi 100% tidak mungkin dicapai, kecuali jika sebelum pengukuran suhu termometer sama dengan suhu benda. Tambahan kesalahan pengukuran juga diakibatkan oleh kehilangan panas dari bagian termometer yang berada di luar benda.
4.2 SISTEM TERMAL ISIAN ( FILLED THERMAL SYSTEM )
Sistem termal isian bekerja berdasar prinsip pemuaian fluida. Piranti ini dibedakan menjadi dua jenis, yaitu berdasar perubahan volume dan tekanan. Pada jenis pertama, sensor berisi cairan. Perubahan suhu menyebabkan perubahan volume cairan, sehingga terjadi perubahan panjang cairan dalam pipa kapiler. Contoh, termometer air raksa dan termometer alkohol. Jenis kedua, sensor berisi gas atau campuran uap dan cair. Pada perubahan suhu, tekanan gas dalam sensor berubah. 24
SAMA (Sientific Apparatus Makers Association )telah memberikan klasifikasi sistem termal isian. Keempat klasifikasi didasarkan atas jenis isian (cair, uap, gas, atau merkuri). Yang berisi cair, gas, dan merkuri dibagi menjadi dua jenis, fully compensated (A) dan case-compensated (B). Sedangkan yang berisi uap, dibedakan atas dasar suhu yang diukur apakah di atas, di bawah, atau sama dengan suhu lingkungan. Akhiran A untuk suhu di atas, B untuk suhu di bawah, C untuk suhu di atas dan di bawah, dan D untuk seluruh suhu.
Tabel 4.2 Klasifikasi SAMA untuk sistem isian.
KLASIFIKASI
I
URAIAN
Liquid-filled volume-change (selain merkuri) IA - Full compensation IB - Case compensation
II
Vapor-filled pressure-change IIA - Dirancang untuk suhu di atas suhu lingkungan. IIB - Dirancang untuk suhu di bawah suhu lingkungan. IIC - Dirancang untuk suhu di atas dan bawah suhu lingkungan. IID - Dirancang untuk seluruh suhu
III
Gas-filled pressure-change IIIA - full compensation IIIB - case compensation
V
Mercury-filled volume-change VA - full compensation VB - case compensation
25
Tabel 4.3 Perbandingan klasifikasi keempat sistem termal isian. URAIAN
KLASIFIKASI SAMA I
II
III
V
Fluida
Cair
Uap
Gas
Merkuri
Prinsip
Perubahan volume
Perubahan tekanan
Perubahan tekanan
Perubahan volume
o
o
o
o
Rentang suhu
-130 … 315 C
-45 … 315 C
-195 … 760 C
-35 … 650 C
Akurasi
±0,5% (<215oC)
±0,5% di atas
±0,5%(<330oC)
±0,5%(<215o)
(% span)
±0,75%(>215 oC
2/3 span
±0,75%(>330oC
±0,75%(>215 o
)
)
) Span Respons
25 … 330 C
40 … 215 C
65 … 550 C
30 … 665 C
7
IIA = 1
2
6
1 = tercepat
IIB = 3
7 = terlambat
IIC = 4 IID = 5
Kapabilitas
Sedang
Terkecil
Terbesar
Sedang
Linieritas
Linier
Nonlinier
Linier
Linier
IA : 30 m
45 m
30 m
VA : 30
Panjang kapiler maksimum Ukuran sensor o span 110 C Harga
IB : 6 m
VB : 15
9,5 x 48 mm
9,5 x 55 mm
14,3 x 200 mm
9,5 x 100 mm
Termahal
Termurah
Sedang
Antara Klas I dan klas II
Akurasi sistem termal isian biasanya antara ±0,5% hingga ±0,75% span. Tetapi bila suhu kapiler dan/atau suhu bagian yang bergerak terlalu berbeda, akurasi bisa menjadi
±2% hingga ±3%.
Resopons piranti bergantung ukuran uskuran sensor, panjang kapiler,
dan fluida pengisi. Biasanya berkisar antara 3 sampai 15 s.Diperlukan pelindung suhu lebih, jika piranti akan dipakai untuk mengukur suhu yang dekat dengan batas skala pengukuran. Klas I dan V biasanya dilengkapi pelindung suhu lebih hingga 100% span. Klas III memiliki pelindung paling tinggi, sedangkan klas II paling rendah.
26
4.2.1 SISTEM ISIAN CAIR
Sistem klas I memakai isian cair yang disesuaikan dengan rentang suhu pengukuran. o
•
Naftalena : -15 sampai 260 C
•
Kerosen
•
Etilbensen : --85 sampai 175 C
•
Etanol
o
: -50 sampai 315 C o
o
: -130 sampai 50 C
Klas IA memakai sistem kompensasi penuh (gambar 4.1a) termasuk elemen gerak dan kapiler. Kedua elemen gerak dan dua kapiler memiliki volume sama, sehingga variasi dalam suhu mempengaruhi keduanya. Elemen gerak disatukan,sedemikian rupa sehingga gerakannya saling berlawanan dan tidak terjadi pergerakan saat berada dalam suhu lingkungan. Klas IB dengan kompensasi wadah ( case compensation), memakai elemen bimetal dan meniadakan elemen kapiler sekunder. Panjang maksimum kapiler untuk klas IA biasanya 30 m. Jika kapiler bertambahpanjang, instalasi lebih sulit, waktu respons lebih lambat, dan kapabilitas pelidung suhu berkurang. Untuk klas IB panjang maksimum biasanya 6 m. Karena kompensasi hanya bagian elemen gerak, variasi suhu pada kapiler cukup berpengaruh, sehingga akurasi menjadi buruk.
4.2.2 SISTEM ISIAN UAP
Sistem isian uap, klas II, ditunjukkan pada gambar 4.2. Fluida yang biasa dipakai adalah sebagai berikut. o
•
Air
: 100 sampai 230 C
•
Toluen
: 115 sampai 315 C
•
Aseton
: 65 sampai 200 C
•
Dietil eter
: 40 sampai 185 C
•
Butana
: -5 sampai 150 C
•
Metil khlorida
: -10 sampai 120 C
•
Propana
: -40 sampai 70 C
o
o o
o
o
o
27
Panjang maksimum kapiler klas II kira-kira 45 m yang dibatasi oleh waktu respons yang lambat, kesulitan instalasi, dan keterbatasan ukuran sensor. Dalam klas IIA dan IIC, pertambahan panjang kapiler memerlukan ukuran sensor yang lebih besar. Sebab diperlukan cairan lebih banyak agar tidak seluruh cairan menguap atau terisi penuh saat suhu dingin. Pada klas IIB, ukuran sensor tidak dipengaruhi panjang kapiler. Untuk keempat klas, ukuran sensor tidak mempengaruhi span. Klas II satu-satunya piranti sistem termal isian yang memiliki respons tak linier.
Gambar 4.1Kompensasi sistem termal isian.
Gambar 4.2 Sistem termal isian klas IIA dan IIB.
28
4.2.3 SISTEM ISIAN GAS
o
Sistem isian gas, klas III, dapat memkaai gas helium (-195 s ampai -130 C), nitrogen (-130 o
o
sampai 470 C), atau argon (470 sampai 760 C). Sistem ini dirancang dengan rasio volume sensor terhadap volume kapiler yang besar. Hal ini akan memperkecil pengaruh suhu lingkungan dan tidak memerlukan kompensasi. Tetapi klas IIIA kompensasi penuh kadang-kadang dibuat, tetapi bukan unutk tujuan komersial. Secara umum pemakaian klas IIIB sudah lebih dari cukup. Kompensasi klas IIIB dapat memakai elemen bimetal atau elemen gerak.
Gambar 4.3 Sistem termal isian klas IIC dan IID.
Seperti pada klas II, ukuran sensor tidak mempengaruhi span suhu. Panjang maksimum kapiler biasnya kurang dari 30 m. Sebab kapiler makin panjang membutuhkan sensor yang lebih besar agar error karena pengaruh suhu lingkungan tetap kecil.
4.2.4 SISTEM MERKURI o
o
Sistem merkuri, klas V, bagus untuk suhu antara -35 C dan 650 C. Kompensasi sepeti diterapkan pada sistem klas I. Sebagai alternatif, dapat memakai elemen bimetal untuk menggantikan elemen gerak.
29
Klas VA dengan kompensasi penuh biasanya memiliki panjang kapiler maksimum 30 m, sedangkan untuk klas VB biasanya sampai 15 m sebab pemuaian merkuri lebih rendah dibanding fluida yang dipakai pada klas I, II, atau III.
4.2.5 PEMILIHAN SISTEM ISIAN
Sistem isian uap, klas II, adalah paling sederhana, tidak mahal, dan paling mudah diperoleh sehingga dianjurkan sebagai pilihan pertama. Jika klas II tidak cukup memadai, pilihan berikutnya adalah klas IB atau IA. Tetapi keduanya hanya memiliki span relatif kecil. Terlepas dari hal itu, keduanya sesuai untuk mengukur suhu di sekitar suhu li ngkungan. Klas IA dengan komensasi penuh untuk variasi suhu lingkungan akurasinya serupa dengan klas II. Lebih dari itu, klas IA memiliki pelindung pengukuran lebih yang baik. Klas IB dibatasi oleh kapiler yang pendek (6 m). Elemen kapiler dan elemen gerak harus memiliki suhu yang sama dengan lingkungan. Klas III baik digunakan untuk rentang suhu yang lebar tetapi memiliki kekurangan yaitu sensor relatif besar. Klas V, pada saat ini, kurang banyak digunakan, sebab sifat racun merkuri. Di samping itu sudah banyak pilihan untuk menggantikannya.
4.3 TERMOMETER BIMETAL ( Bimetallic Strip Thermometer)
Bekerja dengan prinsip bahwa logam akan memuai jika dikenai panas dan koefisien pemuaiannya untuk setiap jenis logam akan berbeda. Elemen yang sensitif terhadap suhu adalah campuran antara dua jenis logam yang dikeraskan menjadi lempengan berbentuk pita. Logam yang satu mempunyai koefisien panas yang tinggi sedangkan logam yang lain mempunyai koefisien panas yang rendah. Kombinasi yang umum adalah 64% Fe - 36% Ni, yang mempunyai koefisien panas rendah dan campuran Fe-Ni yang lain yang mempunyai koefisien yang tinggi. Biasanya pemuaiannya terhadap suhu adalah rendah, dan hal ini merupakan alasan mengapa bimetallic strip berbentuk spiral. Pada saat suhu naik, spiral akan melengkung kearah sisi dari logam yang mempunyai koefisien panas rendah.
30
Gambar 4.4 Sensor suhu bimetal. (a) Prinsip kerja (b) Jenis-jenis bimetal
4.4 TERMOMETER RESISTANSI 4.4.1 RESISTANCE THEMPERATURE DETECTOR (RTD)
Metode pengukuran suhu yang teliti yaitu dengan menggunakan termometer resistansi listrik. Piranti ini terdiri atas resistor yang harga resistansinya bergantung pada suhu. Beberapa bahan yang dapat digunakan sebagai sensor suhu disajikan pada Tabel 4.3. Di antara berbagai jenis bahan RTD, platina adalah yang paling sering dipakai. o
Biasanya RTD jenis kawat platina dirancang memiliki resistansi 100 ohm pada 0 C. Untuk O
suhu di atas 600 C dianjurkan memakai resistansi 10 ohm. RTD platina komersial dapat o
o
o
digunakan untuk pengukuran suhu -250 C hingga 650 C. Akurasi 0,1 C dimungkinkan, jika dioperasikan pada spesifikasi yang ada.
31
RTD bahan nikel tidak begitu distandarisasi sebagaimana platina sebab tiap pabrik o
membuat resistansi 0 C yang berbeda. Salah satu tipe komersial mempunyai resistansi o
235,16 ohm pada 0 C. RTD nikel tidak dapat mengukur suhu setinggi yang dapat diukur o
o
platina. Batas pengukuran untuk nikel adalah -195 C hingga 360 C dengan akurasi lebih buruk dibanding platina.
Tabel 4.4 Koefisien suhu dan resistansi jenis.
α (K-1)
ρ (µΩ. cm)
Nikel
0,0067
6,85
Besi
0,002 s.d. 0,006
10
Wolfram
0,0048
5,65
Aluminium
0,0045
2,65
Termistor
-0,068 s.d. 0,14
10
Tembaga
0,0043
1,67
Perak
0,0041
1,59
Platina
0,0039
10,5
Karbon
- 0,0007
1400
BAHAN
9
Gambar 4.7 Konstruksi termometer resistansi. 32
Kelebihan utama bahan nikel adalah mudah melakukan linierisasi dengan jembatan Wheatsone. Tetapi dengan kemudahan rangkaian elektronika pada saat ini, kelebihan tersebut tidak begitu berarti lagi. RTD bahan tembaga adalah jenis paling linier, tetapi memiliki kekurangan pada rentang suhu yang sempit. (-200 hingga 150
o
C) dan
reistansinya rendah. RTD tembaga biasa memiliki hambatan 10 ohm dan akurasi ±0,25 C. o
Konstruksi RTD dibuat menurut berbagai metode dan bergantung pada penerapannya. Secara umum harus dijaga, agar kawat RTD bebas dari tegangan mekanik dan kelembaban yang dapat mempengaruhi unjuk kerjanya. Koneksi elemen RTD memiliki beberapa variasi. Koneksi tipe-1, memiliki 2 terminal kawat penghubung. Tipe ini adalah rangkaian
dasar. Rngkaian ini hanya sesuai jika kawat penghubung p enghubung cukup pendek sehingga resistansi diabaikan terhadap perubahan resistansi RTD. Koneksi tipe-2, adalah standar tiga kawat. Kawat ketiga memiliki rsistansi yang
sama dengan dua kawat lainnya. Dengan rangkaian ini, pengaruh resistansi kawat dikurangi, sehingga akurasinya lebih baik.
Gambar 4.5 Berbagai tipe koneksi RTD.
33
Koneksi tipe-3, memiliki empat koneksi sehingga dapat diperoleh akurasi lebih
baik darI pada tipe 1 dan 2. Jika keempat kawat memiliki ukuran, panjang, dan material yang sama, efek resistansi kawat saling meniadakan. Koneksi tipe-4, adalah variasi konfigurasi empat konekai. Dengan konfigurasi ini
diperoleh akurasi paling baik. Dalam tipe ini, empat kawat dihubungkan ke snesor, masing-masing ujung dengan dua kawat. Sumber arus konstan dilewatkan ke RTD melalui dua kawat paling luar. Tegangan yang melintas RTD diukur melalui dua kawat bagian dalam. Tipe-4 membutuhkan empat kawat, sehingga konfigurasi ini relatif mahal, karena tidak sebanding dengan peningkatan akurasi yang dipeorleh. Oleh sebab itu, di industri, paling sering dipakai tipe-2.
Gambar 4.6 Metode kompensasi (tipe-2 pada jembatan Wheatstone.
4.4.2 TERMISTOR
Thermistor adalah suatu elemen yang dapat mengamati perubahan suhu yang sangat kecil. Thermistor terbuat dari kombinasi antara bahan keramik dan semacam bahan semikonduktor oksida logam seperti nikel, mangan, tembaga, titanium atau besi. Thermistor mempunyai resistivitas koefisien suhu yang sangat tinggi, baik positif maupun negatif. Keunggulan dari elemen ini berada pada ukurannya yang kecil dan murah.
34
Kekurangannya berada pada ketidaklinearan hubungan antara suhu dan resistansi serta kebutuhan akan pembungkus/pelindung. pembungkus/pelindung. Termistor adalah komponen yang sangat peka terhadap perubahan suhu tetapi o
memiliki rentang pengukurna sempit. (-20 … 100 C). Dengan kalibrasi yang baik dapat memberikan unjuk kerja dengan ketelitian 0,01 K. Rangkaian jembatan dapat digunakan secara baik pada komponen termistor.
4.5 TERMOKOPEL
Termokopel berisi pasangan konduktor yang terdiri atas dua logam atau paduan berbeda yang ujungnya saling dihubungkan. Kontak termal, disebut titik hubung, dapat dibuat dengan saling melilitkan dua kawat bersama-sama atau dengan pengelasan. Titik hubung bisa juga dibuat dengan penekanan pada tekanan tertentu. Contoh termokpel tunggal ditunjukkan pada gambar 4.7a. Cara kerja termokopel didasarkan atas kombinasi efek termoelektrik. Ketika dua titik hubung dua jenis logam berada pada suhu yang berbeda (T 1 dan T2), akan timbul tegangan listrik antara titik M dan N. Hubungan antara suhu dan tegangan adalah sebagai berikut. vo
= C 1 (T 1 − T 2 ) + C 2 (T 1 − T 2 ) 2
(4.1)
dengan, C 1 dan C 2 adalah konstanta termoelektrik material; T 1 dan T 2 adalah suhu titik hubung.
Tegangan keluaran rangkaian terbuka (gambar 4.7b) berkaitan dengan efek Seebeck, yaitu timbulnya difusi elektron melintasi bidang batas antara dua material. Potensial listrik material yang menerima elektron menjadi negatif, sedangkan material yang memberi elektron menjadi positif. Besarnya beda potensial tergantung pada besar difusil ektron yang dikendalikan oleh suhu titik ti tik hubung.
35
Gambar 4.7 Rangkaian termokopel untuk mengukur suhu. (a) Hubungan tunggal. (b) Hubungan ganda.
Gambar 4.8 Pengukuran GGL langsung.
Gambar 4.9 Pengukuran GGL dengan tititk referensi nol.
junction ) disebut titik referensi, dijaga pada suhu Titik hubung dingin (cold ( cold junction) tertentu, dan titik hubung ukur ((measuring measuring junction) junction ) diletakkan pada tempat di mana suhu akan diukur. Perbedaan suhu dapat diketahui dengan mengukur gaya gerak listrik (GGL) 36
yang timbul. Hubungan antara suhu dan GGL untuk beberapa jenis pasangan logam populer telah banyak dibuat. Jika dua kawat termokopel dihubungkan langsung pada voltmeter (gambar 4.8), hubungan kawat ke instrumen (voltmeter) menimbulkan efek termokopel tambahan pada titik hubung yang berada dalam suhu kamar. Artinya, voltmeter menunjukkan selisih suhu benda dan suhu kamar. Bukan suhu benda sebenarnya. Dengan demikian hasil pengukuran tidak tepat. Untuk mengatasi, digunakan titik referensi nol atau ice point (gambar 4.9). o
Dengan mendinginkan titik referensi ke 0 C dalam es mencair, maka GGL yang timbul bisa langsung dikorelasikan dengan suhu.
4.5.1 TITIK HUBUNG REFERENSI
Akurasi tinggi pada pengukuran suhu dengan termokopel dapat diperoleh dengan membuat titik hubung referensi memiliki suhu konstan atau dengan menambah rangkaian kompensasi elektronik untuk mengantisipasi mengantisipasi perubahan.
Gambar 4.10 Titik hubung referensi pada suhu es mencair.
37
Jika digunakan dalam laboratorium atau untuk keperluan pengetesan, titik hubung referensi dapat diletakkan di dalam botol termos berisi es mencair. Dengan metode ini dapat diperoleh pengukuran yang teliti. Pada saat sekarang, kebanyakan termokopel buatan pabrik sudah dilengkapi rangkaian kompensasi titik referensi. Salah satu metode kompensasi adalah dengan melewatkan sejumlah arus dalam sensor suhu resistansi yang diletakkan pada titik hubung referensi. Variasi suhu pada titik referensi menyebabkan variasi tegangan yang melintas sensor dan secara automatik membangkitkan tegangan kompensasi yang diperlukan.
4.5.2 TIPE TERMOKOPEL
Berdasar standar ISA (Standar Instrument Society Of America) terdapat tujuh tipe termokopel. (1) Tipe B. Dapat digunakan suhu tinggi (dibanding tipe R atau S), stabil, dan kuat. Tidak
memerlukan kompensasi titik hubung referensi meskipun suhu lingkungan berubah. Tipe B sesuai untuk pemakaian dalam lingkungan oksidator atau atmosfer inert hingga suhu 1700
o
C. Dalam waktu singkat, dapat digunakan dalam kondisi vakum.
Kelemahan tipe B adalah: tegangan keluar rendah, tidak sesuai dalam lingkungan atmosfer yang mengandung reduktor (hidrogen, CO, dll),serta tidak sesuai jika terdapat uap metal (timbal dan Zink) atau nonmetal (arsen, fosfor, belerang). Tipe ini tidak pernah dilengkapi pipa pelindung metal atau thermowell. (2) Tipe R. Dapat digunakan dalam lingkungan oksidator dan atmosferik inert hingga suhu 1480
o
C. Kestabilan tidak seperti tipe B jika digunakan dalam kondisi vakum.
Kebaikan tipe R dibanding tipe B adalah karena tegangan yang dikeluarkan lebih besar. Kelemahan tipe R, menurut ASTM
( American Society for Testing and Material),
adalah: tak dapat dipakai dalam lingkungan atmosfer yang mengandung reduktor, tidak tahan terhadap uap metal dan nonmetal, dan tidak tahan dalam lingkungan reaksi redoks kecuali diberi pelindung secukupnya. Sebagaimana tipe B, tipe ini tidak pernah dilengkapi pipa pelindung metal atau thermowell. (3) Tipe S. Ini adalah tipe asli termokopel platina-rodium yang digunakan sebagai standar internasional ( International Practical Temperature Scale 1968) untuk menentukan
38
o
o
suhu antara titik beku antimon (630,74 C dan titik beku emas (1064,43 C). Seperti tipe R, tipe S dapat digunakan secara terus menerus dalam lingkungan oksidator atau o
atmosfer inert sampai suhu 1480 C. Tipe ini jua memiliki keterbatasan seperti tipe R dan B. Kestabilannya lebih rendah dibanding tipe B. (4) Tipe J. Tipe ini dikenal dengan termokopel besi-konstantan (55% Cu, 45% Ni). Besi
sebagai konduktor positif dan konstantan negatif. Tipe J sangat memuaskan untuk dipakai dalam lingkungan oksidator, reduktor, atmosfer inert, dan dalam, vakum o
o
hingga suhu 760 C. Di atas 540 C besi mulai mengalami oksidasi dengan cepat. Keunggulan utama tipe J adalah murah. Keterbatasan tipe J adalah tak dapat dipakai o
dalam atmosfer yang mengandung uap belerang di atas 540 C. Material konstantan untuk tipe J tidak dapat digantikan oleh material konstanta tipe T dan E, sebab konstantan adalah nama generik, dan pabrik pembuat tipe J telah melakukan modifikasi ke dalam bahan konstantan. Jika dipaksakan, GGL yang dihasilkan tidak sesuai spesifikasi yang dianjurkan. Untuk mendapat perhatian, meskipun tipe termokopel sama, jika dibuat oleh pabrik berbeda belum tentu dapat dipertukarkan. (5) Tipe K. Bahan tipe K adalah khromel (84,5% Ni, 14,2% Cr, 1,4% Si) dan alumel (95%
Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si). Tipe ini adalah paling banyak digunakan secara luas berkenaan dengan kemampuan mengukur suhu tinggi yang lebih baik dibanding tipe J. o
Dapat digunakan dalam lingkungan oksidator dan atmosfer inert hingga 1260 C. Tipe ini tidak cocok dipakai dalam lingkungan reduktor, atmosfer belerang, atau dalam vakum. (6) Tipe T. Bahan tipe T adalah tembaga dan konstantan. Sesuai dipakai untuk pemakaian
terus menerus dalam vakum, lingkungan oksidator, reduktor, atau atmosfer inert. o
Kekurangannya, memiliki batas suhu maksimum hanya 370 C. (7) Tipe E. Bahan tipe E adalah khrom dna konstantan. Tipe ini menghasilkan GGL paling o
o
besar. Dianjurkan untuk digunakan pada suhu -200 C hingga 980 C (ukuran 8 AWG). Sesuai dipakai dalam lingkungan oksidator dan atmosfer inert dan lembab. Kelebihan lain, adalah tahan terhadap korosi. Ini lebibh baik dibanding tipe T sebab memiki GGL lebih besar dan konduktivitas termal khromel lebih rendah dibanding tembaga.
39
Termokopel yang digunakan di industri kimia umumnya dilengkapi dengan connection head , dan kawat tambahan. Bahan yang digunakan untuk kawat tambahan sama dengan bahan termokopel atau bahan lain yang mampu menghasilkan GGL yang sama.
Tabel 4.5 Tujuh tipe termokopel menurut standar ISA. TIPE
BAHAN
B
Platina, 6% rodium (+) dan platina, 30% rodium (-) Platina (+) dan platina, 13% rodium (-) Platina (+) dan platina, 10% rodium (-) Besi (+) dan konstantan (-) Khromel (+) dan alumel (-) Tembaga (+) dan konstantan (-) Khromel (+) dan konstantan (-)
R S J K T E
RENTANG o SUHU ( C) 0 … 1820
GGL (V) 0 … 13,814
-50 … 1768
-0,226 … 21,108
-50 … 1768
-0,236 … 18,698
-210 … 760
-8,096 … 42,922
-270 … 1372
-6,458 … 54,875
-270 … 400
-6,258 … 20,869
-270 … 1000
-9,835 … 76,358
Gambar 4.11 Termokopel dan kawat tambahan ( extension wire).
4.5.3 PENGUKURAN SUHU RATA-RATA
Pengukuran suhu rata-rata dilakukan dengan hubungan paralel dua termokopel atau lebih. Tegangan yang dihasilkan sama dengan seluruh tegangan dibagi jumlah termokopel. Untuk memeprkecil pengaruh resistansi tergantung bahan termokopel (dipengaruhi suhu) dan
40
panjang kawat penghubung, diperlukan resistor tambahan ( swamping resistor ) yang dihubungkan seri dengan termokopel (gambar 4.12).
Gambar 4.12 Swamping resistor.
Gambar 4.13 Hubungan paralel.
Gambar 4.14 Hubungan paralel dengan swamping resistor .
4.5.4 PENGUKURAN SELISIH SUHU
Dua termokopel dapat digunakan untuk mengukur selisih dua titik pengukuran dengan hubungan seperti pada gambar 4.15.
41
Gambar 4.15 Dua termokopel untuk mengukur selisih suhu.
Dua termokopel dengan tipe sama dihubungkan dengan kawat tambahan dari bahan yang sama dengan bahan termokopel. Hubungan dibuat sedemikian sehingga tegangan yang dihasilkan saling berlawanan. Jika suhu kedua titik pengukuran sama besar, tegangan keluar saling meniadakan. Jika suhunya berbeda, tegangan keluar sama dengan selisih kedua tegangan termokopel. Kawat tembaga dapat digunakan untuk hubungan instrumen ukur (voltmeter) dan termokopel melalui connection box.
4.6 PIROMETER
Pirometer digunakan untuk mengukur suhu berdasar prinsip radiasi termal yang dipancarkan benda. Meskipun pirometer biasa digunakan untuk mengukur suhu tinggi, tetapi dapat pula digunakan untuk mengukur suhu lain yang biasa memakai termokopel, RTD, termistor, dan sistem termal isian. Kelebihan pirometer adalah, tidak menyentuh objek terukur. Dengan cara demikian pengukuran hampir tidak mempengaruhi suhu benda. Pirometer banyak dipakai untuk mengukur lelehan besi dan suhu tanur pembakaran.
42
BAB-5 PENGUKURAN TEKANAN
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami prinsip, analisis, dan perncangan pengukuran tekanan TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
1) Menjelaskan prinsip dan analisis pengukuran tekanan: manometer U, Bourdon, strain gage. 2) Menjelaskan cara instalasi instrumen ukur tekanan 3) Menjelaskan prosedur kalibrasi
5.1 PRINSIP PENGUKURAN
Tekanan adalah gaya tiap satuan luas. Dalam industri tekanan biasa dinyatakan dengan head , yaitu tekanan yang diberikan oleh tinggi cairan tertentu. Sebagai contoh, sebuah 2
kolom air memiliki luas penampang 10 cm dan tinggi 6 meter. Tekanan pada dasar kolom 2
adalah 600 gram/cm . Tekanan sebesar ini dihasilkan oleh air setinggi 6 meter. Atau dengan kata lain head sama dengan 6 meter. Tekanan fluida terjadi karena pertukaran momentum antara molekul-molekul dengan dinding. Tekanan ini tergantung pada: elevasi (ketinggian), kecepatan aliran, 2
densitas, dan suhu. Satuan tekanan dalam SI adalah pascal (Pa) atau N/m . Dalam pengukuran, tekanan dibedakan menjadi tekanan mutlak (absolut) dan tekanan relatif (gauge). Tekanan absolut menunjukkan nilai gaya per satuan luas yang menekan permukaan. Sedangkan tekanan relatif ( gauge) adalah tekanan yang dihitung relatif terhadap tekanan atmosfer. Sehingga nilai tekanan relatif selalu lebih kecil dibanding tekanan mutlaknya. Selain itu terdapat istilah tekanan vakum (hampa), yaitu menyatakan banyaknya kelebihan tekanan atmosfer dari tekanan absolut (disebut juga tekanan relatif negatif).
43
Sebagai contoh, tekanan dalam suatu ruang sebesar 0,6 atm (tekanan absolut). Maka nilai tekanan vakum sebesar 0,4 atm, yaitu tekanan atmosfer dikurangi tekanan absolut.
Piranti ukur tekanan udara luar disebut barometer, sedangkan untuk tekanan dalam ruang tertutup disebut manometer. Pengukuran tekanan dapat memakai metode tinggi cairan, efek elastisitas, efek piezoelektrik, atau efek resistansi.
5.2 TIPE PENGUKUR TEKANAN 5.2.1 TIPE KOLOM CAIRAN
Piranti ini memiliki konstruksi sangat sederhana, mudah digunakan, tanggapannya cepat, dan akurat. Banyak digunakan di laboratorium dan perangkat kalibrasi. Variasi tipe kolom cairan adalah: tipe pipa-U, tipe pipa miring, tipe tekanan diferensial, dan tipe pipa. Prinsip pengukuran dengan manometer pipa-U adalah sebagai berikut. Seperti dperlihatkan pada gambar 5.2, pipa gelas dengan diameter serbasama dibentuk seperti huruf U. Cairan dengan densitas tertentu ( ρ) diisikan ke dalam pipa. Tekanan p 1 dan p2 dikenakan pad akedua ujung pipa. Perbedaan tinggi cairan (h) disebabkan oleh perbedaan tekanan yang diberikan oleh persamaan, h
=
p1 − p2
ρ g
(5.1)
Rentang pengukuran untuk manometer-U berkisar antara 5 dan 2000 mmH 2O.
44
Gambar 5.2 Manometer pipa-U
5.2.2 TIPE ELASTISITAS
Tipe ini sangat populer dalam pengendalian proses industri. Konstruksinya sederhana dan mudah digunakan. Demikian pula mudah dalam instalasi, kecuali untuk pengukuran tekanan sangat rendah. Piranti ukur tekanan tipe elastisitas, seperti ditunjukkan namanya, berkaitan dengan bahan sensor yang digunakan. Jika tekanan dikenakan pada sensor, bagian yang bebas bergerak akan berubah. Besarnya perubahan ini setara dengan kekuatan tekanan. Tipe sensor elastisitas secara umum dibedakan menjadi: diafragma, pipa bourdon, dan bellows.
(a) Diafragma
Tipe diafragma dibangun oleh dua membran elastis. Ketika dua tekanan berbeda dikenakan pada kedua membran, terjadi perubahan posisi atau deformasi yang berhubungan langsung dengan perbedaan tekanan. Bahan konstruksi membran dapat terbuat dari logam seperti, baja tahan karat (stainless steel 316, paduan nikel, monel, tantalum, dll.) atau bukan logam (karet sintetis, lembaran kulit, dll). Bahan bukan logam memiliki kekurangan antara lain mudah rusak, kekuatan tariknya kurang, dan tergantung musim. Keunggulannya yaitu memiliki variasi elastisitas yang kecil meskipun dipakai dalam waktu l ama.
45
Keunggulan tipe diafragma adalah memiliki kemampuan mengukur perbedaan dua tekanan, sesuai untuk fluida korosif, sangat peka, dan sesuai untuk mengukur tekanan sangat rendah. Kekurangannya adalah memiliki histeresis. Untuk mengurangi histeresis diperlukan mekanisme penguatan sinyal agar efeknya tidak begitu berpengaruh.
(b) Pipa Bourdon
Pipa bourdon dibangun oleh pipa elastis yang dilengkungkan membentuk huruf C, spiral atau helikal yang salah satu ujungnya tertutup. Penampang pipa berbentuk elip. Jika tekanan dikenakan pada bagian terbuka akan timbul gaya yang memperbesar radius lengkungan. Hal ini menyebabkan gerak perpindahan pada ujung bebas pipa. Besar gerak perpindahan proporsional dengan tekanan yang dikenakan. Sensitivitas tipe-C menjadi lebih besar jika jari-jari (R), sudut lengkungan (θ), L/R makin besar. Tipe spiral atau helikal dibuat memperbesar sensitivitas dalam ruang terbatas sehingga memberikan hasil yang lebih baik. Pipa spiral atau helikal memberikan gerak perpindahan lebih besar tanpa mekanisme penguatan sehingga bisa langsung dihubungkan dengan jarum penunjuk atau transmiter. Pipa bourdon adalah sederhana dalam konstruksi dan kuat secara mekanik. Piranti ini harus dipasang di tempat yang bebas getaran. Suhu lingkungan kerja berkisar antara -5 o
o
C dan 40 C dan tidak boleh diberi minyak pelumas.
c) Bellows
Bellows adalah berbentuk pipa yang sisinya berlekuk-lekuk sehingga dapat meman-jang atau memendek. Bellows mampu menghasilkan gerak perpindahan yang lebih besar dibanding pipa bourdon, dengan demikian baik digunakan untuk mengukur tekanan rendah. Jika tekanan dikenakan pada bagian luar bellows, ujung bebas akan tertekan dan secara keseluruhan pipa akan memendek. Besar gerak pemendekan pipa sebanding dengan besar tekanan yang dikenakan. Pada pemakaian tipe bellows harus memperhatikan variasi suhu lingkungan kerja dan kebocoran pipa penghubung.
46
Gambar 5.3 Tipe sensor elastis.
Gambar 5.4 Pipa Bourdon tipe-C.
Gambar 5.5 Tipe bellows.
47
5.2.3 TIPE ELEKTRIK (a) Tipe Sensor Regangan (Strain-gauge)
Resistansi kawat logam bergantung pada regangan yang dialami. Defleksi diafragma akibat tekanan akan meregangkan kawat yang direkatkan padanya, sehingga resistansi kawat berubah sebanding dengan tekanan.
Gambar 5.6 Tipe diafragma yang dilengkapi dengan sensor regangan.
(b) Tipe Piezo-electric
Sensor tekanan tipe ini bekerja berdasar efek piezo-elektrik, yaitu tegangan listrik yang dihasilkan sebanding dengan besar gaya yang menekan. Keunggulan sensor ini adalah sangat kompak, tahan getaran dan benturan, dan dapat dipasang pada sembarang posisi.
Gambar 5.7 Piranti ukur tekanan piezo-elektrik
48
5.3 INSTALASI PIRANTI UKUR TEKANAN 5.3.1 PENGUKURAN TEKANAN FLUIDA VISKOSITAS TINGGI
Jika minyak berat, ter, resin, atau fluida viskositas tinggi lainnya dipanaskan hingga 80 o
100 C maka viskositasnya turun sehingga lebih mudah diukur dengan sensor tekanan.
(a) Remote-seal type pressure (b) Regular type pressure transmitter transmitter Gambar 5.8 Pengukuran fluida viskositas tinggi. Metode umum yang digunakan secara praktik adalah sebagai berikut. (a) Remote-seal type pressure transmitter . Fluida terukur dan seal liquid dipisahkan oleh diafragma. Pipa kapiler yang digunakan untuk hubungan ke transmiter maksimum 5 m. (b) Regular type pressure transmitter . Di sini dipakai seal pot (tangki pemisah cairan) yang dipasang antara transmiter dan fluida terukur. Saluran antara pipa dan seal pot harus memakai pelindung kelambatan (lagging) berupa jaket (steam jacket ).
5.3.2 PENGUKURAN TEKANAN FLUIDA KOROSIF
Pengukuran tekanan fluida korosif membutuhkan bahan yang tahan terhadap korosi. Di sini dikenal dua metode yaitu dengan remote-seal type pressure transmitter atau purging.
49
(a) Remote-seal type pressure transmitter . Diafragma dibuat dari bahan tahan korosi, misalnya monel, tantalum, dll. Demikian pula flange dibuat dari bahan baja tahan karat (stainless steel) yang dilapis monel, tantalum, vinil khlorida, atau bahan lain yang tahan korosi. (b) Purging. Saluran penghubung antara pipa fluida dan transmiter dialiri udara atau gas nitrogen pada laju alir rendah agar pengaruh pada hasil pengukuran tidak besar.
Gambar 5.8. Pengukuran tekanan fluida korosif.
5.4 PERBANDINGAN PIRANTI UKUR TEKANAN
Perbandingan berbagai jenis piranti ukur tekanan dirangkum sebagai berikut. Tabel 5.1 Perbandingan Instrumen Ukur Tekanan JENIS BATAS UKUR AKURASI Pipa 100 MPa 1-5% (C) Bourdon 0,5% (spiral) 0,5-1% (helikal) Hingga 500 kPa 0,5% Bellows
Diafragma Strain Gage
Hingga 60 kPa
0,5-1%
0-100 Mpa
0,1-1%
KELEBIHAN Murah dan pemakaian luas Murah dan dapat mengukur diferensial Span bisa sangat sempit Respons cepat dan rentang lebar
KEKURANGAN Histeresis dan tidak tahan vibrasi Rentang tekanan sempit, perlu kompensasi suhu Terbatas tekanan rendah Perlu energi listrik
50
5.5 KALIBRASI TEKANAN
Kalibrasi tekanan dilakukan dengan piranti ukur standar seperti manometer pipa-U atau dead weight gauge calibrator . Manometer pipa-U mempunyai berbagai variasi. Gambar berikut variasi pipa-U untuk keperluan kalibrasi dna pengukuran.
Gambar 5.9 Variasi manometer pipa-U.
Gambar 5.10. Dead Weight Calibrator . 51
BAB-6 PENGUKURAN LAJU ALIR
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami prinsip, analisis, dan perncangan pengukuran laju alir TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
1) Menjelaskan prinsip dan analisis pengukuran laju alir 2) Menjelaskan cara instalasi instrumen ukur laju alir 3) Menjelaskan prosedur kalibrasi
Laju alir fluida merupakan variabel penting dalam industri proses. Dalam banyak operasi proses, kemampuan mengukur laju alir dengan tepat sangat penting. Hal ini berkaitan dengan faktor keuntungan atau kerugian bagi industri proses. Oleh sebab itu, umumnya laju alir digunakan sebagai variabel terkendali untuk menjaga efisiensi dan ekonomi dari proses yang dioperasikan.
6.1 PRINSIP PENGUKURAN
Pada kebanyakan instrumen ukur, laju alir ditentukan secara tidak langsung dengan mengukur kecepatan fluida atau perubahan energi kinetik. Hubungan antara kecepatan dan tekanan dalam pipa antara titik 1 dan 2 dengan meniadakan pengaruh gesekan, diberikan oleh persamaan Bernoulli (1700-1782). p1V + Karena, v =
m
ρ
1 2
mv12
+ mgz1 = p 2V +
1 2
mv22
+ mgz 2
(6.1)
dan Q = v A, maka laju alir volume, Q, untuk kondisi ideal adalah,
Q=
p1 − p 2
A2 1 − ( A2 / A1 )
2
2 g
ρ
+ z1 − z 2
(6.2)
52
Pada aliran nyata, laju alirnya lebih rendah dari pada hasil persamaan di atas, sebab adanya gesekan fluida pada dinding. Kompensasi kehilangan energi dilakukan dengan memasukkan faktor koefisien kecepatan ( C v) ke dalam persamaan tersebut. Q=
p1 − p 2
C v A2 1 − ( A2 / A1 )
2
2 g
ρ
+ z1 − z 2
(6.3)
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju alir fluida adalah viskositas, densitas, dan gesekan fluida dalam pipa.
Bilangan Reynolds. Unjuk kerja flowmeter juga dipengaruhi oleh bilangan Reynolds,
yaitu perbandingan antara gaya inersia dan gaya gesek. Laju alir dan berat jenis ( specific gravity) adalah gaya inersia, sedangkan diameter pipa dan viskositas adalah gaya gesek. Untuk kebanyakan aplikasi, diameter pipa dan berat jenis bisa dianggap konstan. Pada kecepatan sangat rendah atau vikositas tinggi, nilai bilangan Reynolds kecil, dan fluida mengalir secara halus dengan kecepatan tertinggi di tengah pipa. Ini adalah jenis aliran laminer dengan nilai bilangan Reynolds kurang dari 2000. Karakteristik aliran laminer adalah memiliki profil kecepatan berbentuk parabola.
Gambar 6.1 Aliran laminer dan turbulen fluida dalam pipa.
Pada kebanyakan aplikasi aliran fluida bersifat turbulen dengan bilangan Reynolds di atas 3000. Aliran turbulen terjadi pada kecepatan tinggi atau viskositas rendah. Aliran 53
akan terpecah menjadi pusaran-pusaran yang bergerak sepanjang pipa dengan kecepatan rata-rata yang sama. Profil kecepatan fluida relatif sama. Di antara aliran laminer dan turbulen terdapat zona transisi.Tergantung pada konfigurasi pipa dan kondisi instalasi lain, pada daerah ini aliran dapat bersifat turbulen atau laminer.
6.2 TIPE FLOWMETER Beberapa tipe flowmeter tersedia untuk sistem perpipaan tertutup. Secara umum, berdasar prinsip pengukurannya flowmeter dibedakan menjadi beberapa jenis. (1) Beda tekanan (differential pressure atau head meter ): orifice plate, venturi tube, flow nozzle, pitot tube, elbow, dan variable area (rotameter ) (2) Perpindahan positif ( positive displacement ): piston, oval-gear, nutating-disk, dan rotary-vane types (3) Velocity meter : turbine, vortex shedding, electromagnetic, dan ultrasonic (4) Mass meter : coriolis dan thermal.
6.2.1 DIFFERENTIAL PRESSURE METERS
Beda tekanan secara tidak langsung dapat digunakan untuk mengukur laju alir fluida. Differential pressure flowmeters sejauh ini paling banyak digunakan. Kira-kira 50% dari seluruh flowmeter menggunakan tipe ini. Prinsip operasi dasar differential pressure flowmeters didasarkan pada beda tekanan yang melintas meter adalah proporsional dengan akar laju alir. Laju alir fiperoleh dengan mengukur beda tekanan. Differential pressure flowmeters, seperti kebanyakan flowtmeter, memiliki elemen primer dan sekunder. Elemen primer menyebabkan perubahan dalam enerrgi kinetik, yang menghasilkan beda tekanan dalam pipa. Unit ini harus sesuai dengan ukuran pipa, kondisi aliran, dan sifat-sifat fluida. Akurasi elemen ini harus baik untuk seluruh rentang pengukuran. Elemen sekunder mengukur beda tekanan dan memberikan sinyal atau pembacaan yang telah dikonversikan ke nilai laju alir.
54
(a) Orifice Meter
Orifice berupa pelat metal berlubang, biasanya bulat, dengan ukuran tertentu. Meskipun demikian, ditemui pula bentuk lubang eksentrik, kerucut, atau segmental.
Gambar 6.2 Bentuk lubang orifice.
Gambar 6.3 Ukuran orifice yang umum. Keterangan Gambar: Rasio C1 /do tidak boleh lebih 0,125. C2 tidak boleh lebih dari 1/30 kali diameter pipa (D) C2 tidak boleh lebih (D-d o)/8. 0,15 < β < 0,75 untuk N Re>10000 0,20 < β < 0,50 untuk N Re<10000 d1 sama dengan diameter lingkaran baut dikurangi diameter baut.
Orifice bentuk kerucut dan segmental adalah relatif baru. Piranti ini dikembangkan khususnya untuk mengukur fluida dengan nilai.bilangan Reynolds rendah (di bawah 5000) dan cairan yang mengandung padatan (suspensi). 55
Tabel 6.1 Ketebalan pelat orifice. Ukuran pipa (inch) Kurang dari 4 4 … 16 Lebih dari 16
Tebal pelat minimum (inch) 1/16 1/8 1/4
Dalam praktik, pelat orifice dipasang dalam pipa di antara dua flange. Dengan bekerja sebagai elemen primer, orifice mempersempit aliran fluida sehingga menghasilkan beda tekanan melintas pelat. Pada kedua sisi, diletakkan sensor untuk mengindera beda tekanan. Kelebihan orifice adalah, tidak ada bagian bergerak dan harganya tidak banyak terpengaruh oleh ukuran pipa.
Gambar 6.4 Pelat orifice dan profil tekanan dalam pipa.
Letak titik pengukuran tekanan (tap) dibedakan atas tiga jenis. Pada flange tap, titik pengukuran diletakkan pada flange sejauh 1 inch dari pelat orifice. Jenis ini paling banyak dipakai. Vena-contracta tap, menempatkan titik pengukuran pada jarak D dan 0,5 D dari pelat orifice. Beda tekanan yang dihasilkan paling besar, sehingga akurasi paling baik. Jenis flange tap dan vena-contracta tap digunakan untuk pengukuran fluida cair. Pipe tap, menempatkan titik pengukuran pada 2,5D dan 8D dari pelat orifice. Jenis ini digunakan 56
untuk pengukuran laju gas. Penempatan titik pengukuran hulu sejauh 8D dimaksudkan untuk mengurangi efek kompresibilitas. Pada gambar 6.6 dijelaskan detil ukuran pipa tambahan yang diperlukan untuk mengukur beda tekanan. Diameter lubang pada dinding pipa yang dibor adalah 0,25 inch untuk pipa 2,5 inch atau kurang; 3/8 inch untuk pipa 3 - 3,5 inch; dan 1/2 inch untuk pipa 4 inch atau lebih. Susunan rangkaian pipa tempat orifice dipasang juga menentukan beda tekanan, khususnya rangkaian pipa bagian hulu ( upstream). Gambar 6.7 menunjukkan panjang minimum pipa lurus yang harus dipasang sebelum dan sesudah pelat orifice.
Gambar 6.5 Beberapa cara penempatan titik pengukuran (D = diameter pipa).
Gambar 6.6 Detil ukuran pipa tambahan untuk mengukur tekanan
Laju alir volume fluida tak mampat yang melalui pipa horisontal dirumuskan sebagai, Q=
C d Ao 1 − β 4
2( p1
− p 2 )
ρ
(6.4)
57
dengan, Q = laju alir volume
do = diameter orifice
C d = koefisien pembuangan
D = diameter pipa
(discharge coefficient )
p1 = tekanan pada titik 1 (hulu)
Ao = luas penampang lubang orifice
p2 = tekanan pada titik 2 (hilir)
β
ρ = massa jenis
= do /D
Koefisien pembuangan berubah tergantung pada nilai bilangan Reynolds. Sehingga kalibrasi dapat dilakukan dengan satu jenis cairan (misalnya air), dan hasilnya dapat digunakan untuk cairan lain, asal memiliki bilangan Reynolds sama. Dari kurva hubungan 5
antara Cd dan NRe terlihat bahwa untuk bilangan Reynolds lebih dari 10 nilai Cd konstan.
Gambar 6.7 Jarak minimum dari pelat orifice.
Adanya faktor kompresibilitas, pengukuran laju alir gas tidak dapat memakai persamaan 6.4. Dengan memasukkan faktor kompresibilitas, Y, laju alir massa gas dirumuskan sebagai, W = CYAo
2 g c ∆ p 1 − β 4
(6.5)
58
Penyusunan ulang persamaan tersebut menghasilkan,
∆ p = dengan,
K =
Kv 2 ρ 2
(6.6)
(1 − β 4 ) 2
2
C Y β
4
(6.7)
Hubungan antara K dan B ditunjukkan oleh gambar 6.8.
Gambar 6.8 Faktor resistansi (K) untuk aliran fluida mampat melalui pelat orifice.
59
Contoh 6.1 Penentuan Diameter Orifice
Aliran steam 1,8 kg/s melalui pipa berdiameter 154 mm. Tekanan hulu 462 kPa dan suhu o
150 C. Tekanan hilir diinginkan 138 kPa. Tentukan diameter orifice. Penyelesaian
Menghitung kecepatan (v) dengan dasar dari steam table, v = m/ ρ A = 1,8/(2,48 x 0,0185)39,2 m/s Substitusi ke persamaan 6.6 diperoleh: K = 170 Rasio tekanan, p 2 /p1 = 138/462 = 0,3 Dari grafik gambar 6.4 diperoleh, β = 0,405 Sehingga diameter orifice¸ Do = 62,4 mm.
(b) TABUNG VENTURI
Tabung venturi berupa silinder yang terbagi menjadi kerucut masukan dengan sudut kirao
o
kira 21 , silinder pendek (throat ), dan kerucut keluaran dengan sudut antara 5 dan 15 .
Gambar 6.9 Ukuran tabung venturi menurut ASME.
Laju alir fluida yang melalui pipa dirumuskan sebagai, Q
=
p1 − p2
C v A2 1 − ( A2 / A1 )
2
2 g
ρ
+ z1 − z2
(6.8)
Koefisien kecepatan, C v, dapat dipeorleh dari kurva berikut Gambar 6.10. Dari tersebut 5
terlihat bahwa pada bilangan Reynolds lebih dari 10 nilai Cv hampir konstan untuk
60
berbagai ukuran pipa, yaitu terletak antara 0,97 dan 0,99. Sedangkan pada bilangan 4
Reynolds kurang dari 10 nilai Cv turun drastis. Tabung venturi memiliki keunggulan dapat menangani laju alir besar pada kehilangan tekanan yang rendah. Flowmeter ini tidak memiliki bagian bergerak. Dapat dipasang pada diameter pipa yang besar dengan memakai flange, dilas, atau dibaut. Empat sensor tekanan atau lebih biasanya dipasang untuk mengukur tekanan rata-rata. Tabung venturi dapat digunakan dengan kebanyaka cairan termasuk cairan yang mengandung padatan.
Gambar 6.10 Hubungan Koefisien Kecepatan dengan Bilangan R eynolds
Gambar 6.11 Flow nozzle serta ukuran yang dianjurkan oleh ASME.
61
Gambar 6.12 Dall flow tubes.
Modifikasi tabung venturi menghasilkan jenis flow nozzles dan dall flow tubes (gambar 6.11 dan 6.12). Flow tubes pada dasarnya tabung venturi tanpa kerucut masukan. Sedangkan Flow Nozzle merupakan tabung venturi tanpa kerucut keluaran ( diffuser cone). Flow nozzle dapat menangani lebih 60% dibanding pelat orifice pada kehilangan tekanan yang sama. Cairan dengan suspensi padat dapat diukur. Meskipun demikian, pemakaiannya tidak dianjurkan untuk cairan sangat kental.
(c) Elbow Meter
Ketika aliran fuida berubah arah, karena melewati elbow, terjadi perbedaan tekanan antara dinding pipa yang berseberangan akibat gaya sentrifugal. Karena elbow selalu ditemukan pada sistem perpipaan di pabrik, maka pemakaian elbow untuk mengukur laju alir sangat menghemat biaya, tetapi akurasinya sangat buruk. Di sampig itu memerlukan kalibrasi langsung di tempat pemasangan atau dengan fasilitas kalibrasi khusus. Pemakaian elbow hanya diterapkan bila reproducibility cukup bagus dan metode lain sangat mahal.
Gambar 6.13 Penempatan sesnsor tekanan pada elbow meter.
62
Laju alir volume, Q, diperoleh dengan persamaan 6.9. Nilai koefisien elbow meter (C ) berkisar antara 0,56 dan 0,88.
p Q = CA 2 g o ρ
−
p i
+ z o − z i ρ
(6.9)
(d) Tabung Pitot ( Pitot Tube)
Tabung pitot mengukur tekanan statik dan stagnasi pada satu titik dalam pipa. Laju alir dapat ditentukan dari tekanan dinamik yaitu beda tekanan statik dan stagnasi.
Gambar 6.14 Pengukuran kecepatan fluida dengan tabung pitot.
Gambar 6.15 Tabung pitot statik
63
Kecepatan fluida di titik O diukur dengan meletakkan tabung pitot di sebelah hilir. Ketika fluida bergerak dari titik O ke titik S (titik diam atau stagnasi), kecepatan mengecil hingga nol. Akitbatnya, tekanan di tititk S naik. Pipa vertikal lain, piezometer tube, di atas titik O mengukur tekanan statik, dan tabung pitot mengukur tekanan total pada titik stagnasi S. Tekanan dinamik adalah beda tekanan antara tekanan total (tekanan stagnasi) dan tekanan statik. Kecepatan fluida tak mampat (cair) diperoleh dengan persamaan,
vo
=
p s − p o = 2 gh ρ
2 g
(6.10)
dengan, ps
tekanan stagnasi
po
tekanan statik
ρ
massa jenis fluida
h
head (gambar 6.14).
Tabung pitot statik adalah bentuk kompak dari tabung pitot, sebagaimana pada gambar 6.14. Tekanan statik yang terukur dengan piranti ini lebih rendah dibanding tekanan statik sebenarnya, sebab terjadi kenaikan kecepatan di dekat tabung. Oleh sebab itu perlu memasukkan faktor koefisien kalibrasi, C , persamaan 6.10.
vo
= C
2 gh
(6.11)
Kecepatan untuk fluida mampat (gas) dapat ditentukan dengan mengingat faktor C p dan C v yaitu,
p (γ −1) / γ vo = 2C p T s 1 − o p s
(6.12)
dengan,
γ =
C p C v
= perbandingan kapasitas panas pada tekanan tetap dna volume tetap.
T s = suhu titik stagnani
64
(e) Rotameter (Variable Area Meter )
Rotameter adalah jenis flowmeter yang cukup populer. Prinsip kerjanya berdasarkan gaya gesek fluida. Rotameter terdiri atas pipa transparan berbentuk kerucut dan pelampung ( float ) yang dapat bergerak bebas sepanjang pipa vertikal. Pada setiap laju alir dalam rentang pengukuran, fluida masuk dari bawah dan mengangkat pelampung, sehingga memperbesar luas daerah antara pelampung dan dinding pipa, sampai terjadi keseimbangan antara gaya berat dan gaya angkat pelampung (gaya gesek dan gaya apung). Laju alir massa fluida dapat ditentukan dari persamaan, W = Ky ( ρ b
− ρ f ) ρ f
(6.13)
dengan, W = laju alir massa fluida
ρb = densitas pelampung ρf = densitas fluida y = jarak relatif pelampung terdapat posisi awal K = konstanta yang tergantung pada bentuk pipa dan pelampung
Gambar 6.16 Rotameter
65
Koefisien gesek hampir tak dipengaruhi oleh viskositas fluida jika tepi pelampung dibuat tajam. Pengaruh densitas fluida juga dapat diabaikan jika
ρb
= 2ρf , sehingga
persamaan 6.13 dapat disederhanakan menjadi, W =
K ρ b
2
y
(6.14)
(f) Target Flowmeter
Target flowmeter adalah variasi lain dari pelat orifice. Bedanya, di sini dipakai pelat bundar dan aliran fluida lewat di sisinya. Bagian penting piranti ini adalah transduser force-balance, yang akan mengubah gaya menjadi sinyal listrik ang besarnya proporsional dengan akar dair laju alir. Target flowmeter dapat diterapkan pada fluida cair, uap, dan gas. Kondensat akan mengalir pada pipa bagian bawah, sementara gas dan uap l ewat bagian atas. Target flowmeter memiliki keunggulan, yaitu kemampuan menangani pengukuran laju alir pada saat alat ukur lain tidak dapat melakukan.
6.2.2 Positive Displacement
Pengukuran langsung aliran fluida dapat dilakukan dengan positive displacement flowmeters. Piranti ini membagi fluida ke dalam beberapa bagian elemen volumetrik. Laju alir total adalah akumulasi dari tiap elemen fluida tersebut. Metode pengukuan ini sangat teliti dalam rentang yang lebar.
Gambar 6.17 Nutating-disk meter.
66
Nutating-disk meter secara luas digunakan di rumah-rumah sebagai meteran air (water meter ). Alat ini terdiri atas rumah, piringan, dan partisi bagian masukan dengan keluaran. Akurasi alat ini sekitar 1% jika dalam kondisi baik. Pada laju alir yang rendah, akurasi berkurang karena pengaruh kebocoran. Rotary-vane meter terdiri atas rumah silindris berisi drum yang ditempatkan secara eksentrik dengan beberapa pegas. Sejumlah volume fluida dipindahkan dari bagian masukan ke bagian keluaran setiap rotasi drum. Akurasi alat ini lebih baik, yaitu sekitar 1/2%.
Gambar 6.18 Rotary-vane meter.
6.2.3 VELOCITY METER (a) Magnetic Flowmeter
Prinsip magnetic flowmeter pertama kali ditemukan oleh Faraday dalam tahun 1832, tetapi tidak digunakan sebagai piranti ukur untuk proses pabrik sampai tahun 1950-an.
Gambar 6.19 Magnetic flowmeter.
67
Keunggulan alat ini adalah tidak mengganggu pola aliran (tidak ada kehilangan tekanan) dan dapat menangani suspensi padat. Akurasi sangat tinggi dan keluaran alat linier dengan laju alir. Kelemahannya, hanya dapat mengukur aliran fluida cair konduktif dan mahal.
(b) Flowmeter Turbin (Turbine Flowmeter)
Flowmeter turbin merupakan turbin yang dilengkapi dengan magnet kecil pada salah satu sudunya. Adanya aliran fluida, menyebabkan turbin berputar. Sensor kumparan magnetik yang diletakkan di dinding pipa akan menghasilkan pulsa setiap kali magnet melintas di dekatnya. Jumlah pulsa berhubungan dengan volume cairan yang melalui turbin. Frekuensi pulsa dapat diukur dan digunakan untuk menentukan laju alir. Sensor turbin tidak dapat dipakai untuk cairan yang mengandung padatan atau aliran yang mempunyai variasi besar dalam laju dan tekanan. Tidak seperti flowmeter lain, jenis ini peka terhadap perubahan viskositas.
Gambar 6.20 Flowmeter turbin.
(c) Flowmeter Ultrasonik
Ketika gelombang suara dipancarkan melawan arah aliran, kecepatannya berkurang. Sebaliknya, jika searah dengan aliran, kecepatannya bertambah. Ini adalah dasar pengukuran aliran fluida dengan flowmeter ultrasonik. Jika kecepatan suara dalam fluida diam adalah C dan kecepatan aliran v, maka kecepatan suara dalam fluida mengalir adalah C ± v. Tanda positif menunjukkan pancaran suara searah dengan aliran, dan tanda negatif, berlawanan.
68
(d) Flowmeter Vortex ( Fortex Shedding Flowmeter)
Jika sebatang silinder diletakkan dalam aliran fluida dengan sumbu tegak lurus dengan arah aliran, akan terbentuk pusaran fluida pada frekuensi tertentu (f s). Hubungan antara frekuensi pusaran (f s), diameter silinder (D), dan kecepatan fluida (v) ditunjukkan oleh bilangan Strouhal, S N
=
f s D v
(6.15)
Gambar 6.21 Prinsip flowmeter vortex.
Gambar 6.22
Pemakaian palang berbentuk segitiga terpancung pada vortex-shedding flowmeter.
Dari data percobaan menunjukkan bahwa nilai bilangan Strouhal ternyata relatif konstan (0,02 … 0,21) pada rentang bilangan Reynolds 300 hingga 150000. Dan disebabkan karena kemudahan mengukur frekuensi, maka pengukuran kecepatan fluida dapat dilakukan dengan akurat melalui persamaan, v = 5 f s D
(6.16)
Salah satu rancangan flowmeter vortes adalah memakai palang berbentuk segitiga terpancung. Tinggi (h) kira-kira sepertiga diameter pipa, dan panjang (L) 1,3
69
kali tinggi. Dengan konstruksi seperti ini, bilangan Strouhal sebesar 0,88
± 0,01 untuk
rentang bilangan Reynolds 10 000 hingga 1 000 000.
6.2.4 Mass Flowmeter
Metode pengukuran laju alir massabiasanya dibagi menjadi tiga kelompok: beda tekanan, momentum fluida, dan termal. Di antara ketiga kelompo tersebut, metode termal paling banyak digunakan. Prinsipnya, laju perpindahan panas dari kawat f ilamen yang dipanaskan tergantung pada laju alir massa fluida. Semakin cepat, perpindahan panas semakin besar, sehingga suhu filamen turun. Penurunan suhu filamen, menyebabkan tegangan jatuh yang melintasinya berubah. Perubahan tegangan jatuh proporsional dengan laju alir massa. Pengukuran laju alir massa kebanyakn menggunakan metode tak langsung, yaitu dengan mengukur laju alir volume dan densitas fluida. Hal ini dilakukan, sebab instrumen laju alir volume dan densitas sudah banyak tersedia. Sehingga dari kedua besaran tersebut dapat ditentukan laju alir massanya.
Tabel 6.2 Rangkuman Flowmeter SENSOR
R
AKURASI
KEUNGGULAN
KELEMAHAN
Orifice
3,5 : 1
2-4% span
1. Murah 2. Banyak dipakai di industri
Venturi
3,5 : 1
1% span
Flow nozzle
3,5 : 1
2% span
1. Kehilangan tekanan lebih kecil dibanding orifice. 2. Slurry tidak menimbulkan penyumbatan 1. Baik untuk slurry. 2. Kehilangan tekanan tidak besar.
1. Kehilangan tekanan yang besar 2. Terjadi penyumbatan jika dipakai slurry. 1. Mahal 2. Sambungan pipa kurang dari 15 cm
1. Lebih mahal dibanding orifice 2. Ukuran pipa terbatas
70
SENSOR
R
AKURASI
KEUNGGULAN
KELEMAHAN
Elbow
3:1
5-10% span
Akurasi sangat buruk.
Turbin
20 : 1
0,25% dari pengukuran
Kehilangan tekanan yang rendah 1. Rangeability lebar. 2. Akurasi bagus
Vortex shedding
10 : 1
1% dari pengukuran
Positive displacement
10 : 1
0,5% dari pengukuran
1. Rangeability lebar. 2. Tak peka terhadap densitas, suhu, tekanan, dan viskositas. 1. Rangeability lebar. 2. Akurasi bagus
1. Mahal 2. Perlu saringan khususnya slurry Mahal
1. Kehilangan tekanan besar 2. Mudah rusak oleh aliran padatan
Keterangan: (1) R = Rangeability, yaitu perbadingan antara aliran maksimum dan minimum dalam batas akurasi yang cukup. (2) Akurasi, yaitu berlaku pada instrumen yang terkalibrasi dengan baik
71
BAB-7 PENGUKURAN LEVEL
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami prinsip, analisis, dan perncangan pengukuran level TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
1) Menjelaskan prinsip dan analisis pengukuran level 2) Menjelaskan cara instalasi instrumen ukur level 3) Menjelaskan prosedur kalibrasi
Dalam setiap industri proses dapat dipastikan memiliki tangki, bejana, atau penampung. Fungsinya adalah menyimpan atau memproses bahan. Pemantauan dan/atau pengendalian tinggi cairan, atau dalam beberapa hal berupa partikel padat, merupakan salah satu hal penting dalam industri proses. Sebab tinggi cairan dalam tangki atau bejana harus dijaga agar selalu berada di atas saluran pipa keluar. Jika sampai terjadi kekosongan berarti tidak ada cairan keluar. Situasi ini bisa sangat berbahaya terhadap proses sesudahnya dan dapat merusak sistem pompa yang memerlukan cairan. Sebaliknya, tinggi cairan tidak boleh melebihi tinggi tangki terbuka, atau tidak boleh melebihi batas aliran uap pada tangki tertutup. Tinggi cairan biasa dilaporkan sebagai persen span dan bukan sebagai panjang (misalnya meter). Pada awalnya pengukuran tinggi cairan tampak sebagai masalah sederhana. Namun, pada beberapa dekade terakhir tampak bahwa banyak masalah yang harus diatasi berkaitan dengan bahan yang ada di dalamnya. Bahan bisa bersifat korosif, memadat, menguap, berisi padatan, atau hal sulit lainnya.
7.1 PRINSIP PENGUKURAN
Pengukuran tinggi permukaan atau berat material yang disimpan dalam bejana dapat dilakukan secara langsung atau tak langsung. Termasuk metode langsung adalah gelas
72
duga (sight glass) dan beberapa pelampung dengan indikator luar. Meskipun sederhana dan handal, metode langsung tidak mudah dimodifikasi untuk memperoleh sinyal pengukuran. Sebagai konsekuensinya, metode tak langsung sering digunakan dalam pemantauan dan pengendalian proses sebab mudah memberikan sinyal pengukuran. Banyak
metode
tak
langsung memakai prinsip pengukuran tekanan hidrostatik pada titik tertentu. Metode ini didasarkan pada kenyataan bahwa tekanan hidrostatik sebanding dengan tinggi cairan, menurut persamaan, p = ρ gh
(7.1)
dengan, p
= tekanan hidrostatik (Pa)
ρ
= densitas cairan (kg m )
h
= tinggi cairan di atas titik pengukuran (m)
g
= percepatan gravitasi (9,81 m s ).
-3
-2
Sehingga pengukuran tekanan hidrostatik dapat dikalibrasi sebagai tinggi permukaan cairan. Untuk bejana tertutup pada bagian atasnya, tekanan diferensial antara atas dan bawah bejana digunakan untuk mengukur tinggi permukaan cairan. Pelaksanaan pengukuran tinggi cairan dapat menggunakan beberapa metode berikut.
•
Metode apungan ( float method )
•
Metode anjakan ( displacement method )
•
Metode tekanan
•
Metode kapasitansi
•
Metode radiasi (sinar gamma dan ultrasonik)
•
Metode termal
7.1 METODE APUNGAN ( Float Method ) (a) Prinsip
Metode apungan mengukur tinggi permukaan berdasar prinsip gaya apung yang diberikan oleh cairan adalah sebanding dengan tinggi permukaan cairan di sekitarnya. Pengukuran dengan metode ini mampu mengukur tinggi permukaan dari beberapa centimeter hingga
73
beberapa meter. Pertama-tama float-and-cable digunakan pada tangki terbuka, sedangkan level switch dapat dirancang untuk tangki bertekanan.
Gambar 7.1 Pengukuran tinggi permukaan dengan metode apungan ( float ).
(b) Keunggulan dan Kelemahan
Metode apungan ( float method ) mempunyai keunggulan dalam hal kesederhanaan, tidak peka terhadap perubahan densitas, dan baik digunakan untuk cairan jernih. Kelemahan piranti ini adalah terbatas untuk cairan jernih, timbul masalah pada turbulensi cairan, bagian bergerak bisa mengalami korosi atau menjadi tempat tumbuh mikroorganisme jika dipakai pada industri makanan. Di samping itu kurang baik untuk cairan kental atau yang mengandung padatan dan tidak baik untuk mengukur bidang batas dua cairan. Metode yang dapat memberi-kan pembacaan tanpa berhubungan langsung dengan penunjuk adalah memakai kopel magnetik atau kopel induktif. Dengan metode ini memungkinkan pembacaan dari jauh.
(c) Penerapan
Metode apungan diterapkan untuk tangki terbuka dengan rentang pengu-kuran antara 75 o
mm dan 15 meter. Suhu operasi maksimum adalah 260 C dengan ketidaktelitian 1% skala penuh.
74
7.2 METODE ANJAKAN ( Displacement Method ) (a) Prinsip
Metode anjakan mengukur tinggi permukaan cairan didasarkan atas kenyataan bahwa gaya apung pada batang apung sebanding dengan tinggi permukaan cairan di sekitarnya. Sensor anjakan adalah berupa batang apung. Gaya yang bekerja pada batang apung adalah sama dengan berat batang dikurangi gaya apung oleh cairan di sekitarnya. Gaya neto sebesar, f = mg − ρ gAh
(7.2)
dengan 2
f = gaya neto (N)
A = luas penampang batang (m )
m = massa batang (kg)
h = panjang batang yang berada di dalam cairan -2
g = gravitasi (9,81 m s )
ρ = densitas cairan (kg m -3)
Gambar 7.2 Pelampung dengan kopel magnetik
75
Dari persamaan 7.2 terlihat bahwa gaya neto ( f ) sebanding dengan tinggi permukaan cairan.
Gambar 7.3 Pengukuran tinggi permukaan dengan metode anjakan (displacement )
(b) Keunggulan dan Kelemahan
Berbeda dengan piranti apung sebelumnya, piranti anjakan mudah dipadukan dengan transduser LVDT, potensiometer, atau sensor regangan untuk dapat memberikan sinyal pengukuran. Piranti ini dianjurkan untuk dipakai dalam cairan yang sangat turbulen. Turbulensi akan menyebabkan batang apung berputar-putar
sehingga menyulitkan
pembacaan. Di samping itu turbulensi dapat merusak batang apung.
(c) Penerapan
Metode anjakan dapat digunakan untuk tangki terbuka atau tertutup dengan rentang pengukuran berkisar antara 0,15 dan 3,6 meter.
o
Suhu operasi hingga 450 C dengan
ketidaktelitian 0,5% skala penuh. Dengan pemilihan yang tepat, tipe ini dapat digunakan untuk semua jenis cairan. Fluktuasi densitas atau tekanan dapat ditangani dengan baik. Dapat digunakan untuk pengukuran suhu tinggi dan tinggi bidang batas dua cairan.
76
7.3 METODE TEKANAN
Pengukuran tekanan untuk menentukan tinggi permukaan merupakan pendekatan yang paling umum dilakukan. Dalam metode ini tinggi permukaan ditentukan dengan mengukur tekanan dengan berbagai cara.
7.3.1 METODE PIPA GELEMBUNG ( Bubble Tube Method ) (a) Prinsip
Metode pipa gelembung mengukur tinggi permukaan cairan didasarkan atas pengukuran tekanan udara atau gas yang dialirkan ke dalam cairan sebagai akibat melawan tekanan hidrostatik. Dengan jalan ini, tinggi permukaan dapat diukur tanpa ada cairan yang masuk ke dalam pipa atau instrumen.
Gambar 7.4 Pengukuran tinggi permukaan dengan metode gelembung.
77
Gambar 7.5 Detil ujung pipa gelembung.
Udara atau gas bersih dihubungkan melalui penyempitan ke dalam pipa gelembung yang dicelupkan ke dalam cairan. Penyempitan pipa mengurangi laju alir udara atau gas, yang menimbulkan tekanan dalam pipa sampai terjadi keseimbangan dengan tekanan hidrosatik pada ujung pipa gelembung. Keadaan ini terus dipertahankan pada nilai tertentu oleh gelembung gas/udara yang keluar pipa. Perubahan tinggi permukaan cairan akan menyebabkan tekanan gas/udara dalam pipa gelembung berubah. Instrumen ukur tekanan yang dihubungkan pada titik ini sebanding dengan tinggi cairan. Pada ujung pipa gelembung dibuat takik berbentuk huruf-V sehingga udara/gas keluar membentuk gelembung kecil yang teratur dan bukan gelembung besar yang terputus-putus.
(b) Keunggulan dan Kelemahan
Keunggulan metode pipa gelembung adalah dapat digunakan untuk cairan korosif atau mengandung padatan. Sebab bila pipa terkena korosi atau aus mudah diganti dengan pipa baru. Selain itu bisa digunakan pada berbagai suhu cairan. Kelemahannya, tidak baik digunakan untuk cairan kental atau untuk mengukur bidang batas dua cairan. Dengan adanya gelembung gas, berarti dapat membuat kontaminasi cairan yang diukur. Selain itu piranti ini memerlukan perawatan serius.
78
(c) Penerapan
Metode pipa gelembung sesuai digunakan untuk tangki terbuka dengan rentang pengukuran berkisar antara 0,25 dan 75 meter. Ketidaktelitian piranti ini biasanya sekitar 1-2% skala penuh. Sangat bagus dipakai untuk cairan jernih.
7.3.2 METODE TEKANAN HIDROSTATIK (a) Prinsip
Metode tekanan hidrostatik mengukur tinggi permukaan cairan didasarkan atas tekanan hidrostatik yang sebanding dengan tinggi permukaan cairan (persamaan 7.1). Atau dengan kata lain, tinggi permukaan sebanding dengan beda tekanan antara dasar tangki dan udara/gas di atas permukaan cairan ( hydrostatic tank gauging). Jika bagian atas tangki terbuka pada tekanan atmosferik, maka piranti ukur tekanan jenis pressure gauge yang umum dapat dipakai untuk mengukur tekanan dalam cairan. Tetapi jika bagian atas tangki tertutup, pengukuran tinggi cairan memakai metode tekanan diferensial ( differential pressure method ). Pada metode ini terdapat dua sensor tekanan. Salah satu sensor mengukur tekanan hidrostatik, sensor lainnya mengukur tekanan gas/udara di atas permukaan cairan. Selisih dua tekanan itu merupakan tekanan hidrostatiknya. Pada praktiknya, untuk mengukur tekanan tersebut diperlukan saluran hubung ( leg) yang berisi cairan (seal liquid ) yang tidak larut dengan cairan dalam tangki dan densitas lebih besar. Tinggi cairan (head ) untuk tangki terbuka dihitung dengan persamaaan, Span = xG L Zero supression = yG L
(7.3)
+ zG S
(7.4)
dengan, x = jarak antara batas atas dan batas bawah permukaan cairan (m), y = jarak antara batas bawah dan titik pengukuran (m), z = jarak antara titik pengukuran dan transmiter tekanan (m) G L = specific gravity cairan GS = specific gravity cairan seal. 79
Gambar 7.6 Pengukuran tinggi cairan pada tangki terbuka.
Specific gravity adalah perbandingan antara massa jenis cairan dan massa jenis air pada o
suhu 20 C dan tekanan atmosferik.
Gambar 7.6 Pengukuran tinggi cairan pada tangki tertutup.
Tinggi cairan (head ) untuk tangki tertutup dihitung dengan persamaaan, Span = xG L Zero supression = yG L
(7.5)
+ zG S
Zero elevation = dG S − yG L
(7.6) (7.10)
Dengan, d = jarak antara kedua titik pengukuran tekanan.
80
Contoh-7.1. Tangki terbuka dengan x = 2 m, y = 0,125 m, dan z = 0,25 m. Specific gravity
cairan dalam tangki 0,8 dan liquid seal 0,9. Maka, Span = 2(0,8) = 1,6 m Zero supression = 0,125(0,8) + 0,25(0,9) = 0,325 m Rentang pengukuran = 0,325 hingga 1,925 meter.
Contoh-7.2. Tangki tertutup dengan x = 1,75 m, y = 0,5 m, dan d = 2,5 m. Specific gravity
cairan dalam tangki 0,8 dan liquid seal 0,9. Maka, Span = 1,75(0,8) = 1,4 m Zero elevation = 2,50(0,9) - 0,5(0,8) = 1,85 m Rentang pengukuran = -1,825 hingga -0,45 meter.
Jika diinginkan selalu terdapat uap di dalam tangki, dapat digunakan pressure repeater . Piranti ini mengulang tekanan uap (atau vakum) dan mengirim sinyal pengukuran yang identik dengan tekanan uapnya. Jika hubungan ke tangki ada kecenderungan penyumbatan, perlu dilengkapi dengan repeater diafragma. Pemakaian repeater dapat menghilangkan kesalahan akibat wet leg.
(c) Keunggulan dan Kelemahan Metode tekanan (hidrosatik dan diferensial) mudah diterapkan sebab pressure gauge banyak tersedia di pasaran. Sangat bagus digunakan untuk cairan jernih, baik untk cairan kental, dan cukup bagus untuk cairan yang mengandung padatan. Kelemahannya, hanya dengan penambahan diafragma atau repeater yang dapat mengatasi penyum-batan.
(c) Penerapan
Metode tekanan mampu mengukur tinggi permukaan cairan dalam tangki terbuka (tekanan hidrostatik) dengan rentang 50 mm hingga beberapa meter, dan tangki tertutup (tekanan o
diferensial) dari 0,25 hingga beberapa meter. Suhu operasi tangki bisa mencapai 650 C dengan ketidaktelitian 0,1% span. 81
7.4 METODE KAPASITANSI
(a) Prinsip
Metode kapasitansi didasarkan atas nilai kapasitansi antara dua keping penghantar atau antara keping penghantar dan bejana yang dipengaruhi oleh tinggi permukaan cairan. Metode ini disebut juga dengan metode frekuensi radio ( radio frequency method ) atau metode admitansi. Piranti bekerja pada frekuensi beberapa mega hertz, mengukur admitansi arus bolak-balik yang sebanding dengan tinggi permukaan cairan.Admitansi adalah konduktivitas arus bolak-balik, yang merupakan kebalikan dari impedansi. Jika tinggi permukaan bertambah, nilai medium dielektrikumnya akan berubah, sehingga mengubah nilai kapasitansi dan admitansinya.
(b) Keunggulan dan Kelemahan
Metode ini sangat baik digunakan pada cairan nonkonduktif. Dengan kemasan yang baik, piranti ini sangat praktis digunakan. Kelemahannya, banyak masalah jika diguna-kan untuk mengukur bidang batas cairan konduktif dan berbusa.
(c) Penerapan
Dapat digunakan untuk mengukur tinggi permukaan cairan dalam tangki terbuka atau tertutup dengan rentang pengukuran yang lebar. Suhu operasi dapat mencapai 1100
o
C
dengan ketelitian 1-2% skala penuh. Sesuai untuk cairan jernih. Dalam pemakaian terbatas dapat digunakan untuk mengukur bidang batas dua cairan, cairan kental atau berbusa.
7.5 METODE RADIASI 7.5.1 METODE RADIASI SINAR GAMMA
Metode radiasi sinar gamma didasarkan atas kenyataan bahwa intensitas sinar gamma yang menembus cairan tergantung pada ketebalan atau tinggi permukaan cairan. Keunggulan
82
metode ini adalah tanpa menyentuh permukaan cairan. Hampir semua kondisi cairan (jernih, kental, mengandung padatan, bidang batas) bahkan padatan, dapat diukur dengan baik kecuali cairan berbusa. Kelemahannya perlu biaya tin ggi dan harus ada lisensi khusus pemakaian sinar radiokatif. Metode radiasi dapat diterapkan dengan baik pada tangki terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuran yang luas. Suhu operasi tak terbatas dengan ketidaktelitian 6 mm. Mampu mengukur tinggi permukaan sementara metode lain sudah tidak mungkin dipakai.
7.5.2 METODE RADIASI ULTRASONIK
Metode radiasi ultrasonik didasarkan atas efek gema yang dipantulkan oleh permukaan cairan. Waktu yang dibutuhkan untuk memantul kembali tergantung pada tinggi permukaan cairan. Metode ini sangat handal dan akurasinya baik. Juga karena tidak ada kontak langsung dengan permukaan cairan maka efek korosi dan kontaminasi dapat minimum. Secara umum kelemahannya adalah terganggu oleh adanya debu, busa, pengembunan uap, dan relatif mahal. Metode radiasi ultrasonik dapat diterapkan dengan baik pada tangki terbuka atau tertutup dalam rentang pengukuran yang luas. Suhu operasi o
hingga 150 C dengan ketidaktelitian 1% skala penuh.
7.6 METODE TERMAL
Metode ini didasarkan pada efek perubahan konduktivitas termal bila berada dalam cairan dan uap/gas di atasnya. Jika sensor termal (misalnya RTD) dialiri arus hingga menjadi panas tercelup dalam cairan, konduktivitas termal lingkungan bertambah, sehingga cepat mengalami pendinginan. Besarnya pendinginan tergantung pada luas bagian yang tercelup. Dengan kata lain, penurunan suhu tergantung pada tinggi permukaan cairan. Metode ini tidak populer dalam penerapan proses di samping mahal.
83
7.7 METODE RESISTANSI
Metode lain pengukuran tinggi permukaan dapat memakai efek konduktivitas cairan. Resistansi antara dua konduktor yang terpisah pada jarak tertentu d an berada dalam cairan, tergantung pada luas permukaan yang tercelup. Atau dengan kata lain, resistansinya sebanding dengan tinggi permukaan cairan. Metode ini hanya dapat diterapkan pada cairan konduktif yang tidak korosif sehingga pemakaiannya tidak terlalu luas..Suhu operasi o
hingga 980 C dengan ketidaktelitian sekitar 4 mm. Baik digunakan untuk mendeteksi bidang batas antara cairan konduktif dan nonkonduktif.
84
BAB-8 METODE ANALISIS DATA
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami prinsip analisis data TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
1) 2) 3) 4)
Membedakan antara populasi dan sampel Menentukan jumlah sampel minimum Menjelaskan jenis skala dalam pengukuran Menjelaskan koefisien korelasi dan determinasi
8.1 POPULASI, SAMPEL DAN JUMLAH SAMPEL
Populasi adalah seluruh objek atau subjek dalam batas yang ditetapkan. Sampel adalah sebagian dari jumlah dan karakteristik yang dimiliki populasi populasi yang diambil datanya (Sugiyono,2002). Dengan demikian sampel diharapkan dapat mewakili populasi. Pengambilan sampel dilakukan jika populasi terlalu besar sehingga sulit melakukan pengukuran populasi. Sehingga jumlah sampel sangat mempengaruhi ketelitian validitas hasil pengukuran. Jumlah sampel dapat ditentukan dengan persamaan yang dikemukakan beberapa ahli seperti Tato Yamane, Slovin, Cochran, Cohen, Isaac dan Michael, dll. Masing-masing persamaan terdapat sedikit perbedaan hasil. Jika demikian, ambil jumlah sampel terbesar. Tato Yamane dan Slovin memberikan persamaan serupa, yaitu jumlah sampel ( n) adalah,
(8.1)
dengan, n – jumlah sample; N – Jumlah populasi; – taraf signifikansi (error atau galat yang ditetapkan).
α
85
Tabel 8.1 Jumlah sampel yang dibutuhkan pada taraf signifikansi 1%, 5%, dan 10%
Dalam bidang teknik, sosial, dan pendidikan biasanya diambil taraf signifikansi 0,05 atau 5%. Artinya, kesalahan yang ada sebesar 5% atau memIliki taraf keyakinan (confidence level) 95%. Rumus tersebut hanya dapat dipakai jika jumlah populasi diketahui. Oleh sebab itu dalam menentukan jumlah sampel dapat dipakai saran Roscoe (1982) seperti berikut ini. 1) Ukuran sampel yang layak dalam pengukuran adalah antara 30 dan 500.
86
2) Jika sampel dibagi dalam kategori, misalnya reaktor A dan reaktor B, maka jumlah sampel tiap kategori minimal 20. 3) Bila akan dilakukan analisis korelasi antara variabel bebas dan terikat, maka jumlah anggota sampel minimal 10 kali jumlah variabel yang diukur. Misal variabel bebas suhu (T) dan variabel terikat tekanan (P), maka jumlah sampel minimal adalah 2 x 10 yaitu 20. 4) Pada pengukuran sederhana yang menggunakan kelompok eksperimen dan kelompok kontrol, maka jumlah anggota sampel masing-masing antara 10 dan 20. Selain dengan rumus persamaan 8.1 dapat juga dipakai Tabel 8.1 yang menampilkan jumlah sampel yang dibutuhkan. Dari tabel tersebut jika diketahui jumlah populasi maka dengan memakai taraf signifikansi yang diinginkan, dapat ditentukan jumlah sampel yang dibutuhkan. Contoh: jika jumlah populasi 1000 maka dengan taraf sigifikansi 5% jumlah sampel yang dibutuhkan adalah 258. Pada jumlah populasi di atas 1000000 atau tak terhingga, maka jumlah sampel cukup 349.
8.2 DATA PENGUKURAN
Data adalah informasi yang memberikan gambaran tentang kondisi atau masalah. Dalam statistika dikenal data kulitatif dan kuantitatif. Data kualitatif berupa data bukan angka, seperti kategori baik dan buruk, pria dan wanita, putih dan hitam. Sedangkan data kuantitatif berupa angka atau bilangan. Data kuantitatif dikelompokkan menjadi dua ketagori, yaitu data diskret dan kontinum. Data diskrit adalah data yang diperoleh dari perhitungan atau pelabelan. Sedangan data kontinum diperoleh dari pengukuran. Berdasarkan skala pengukuran, data dibedakan atas data nominal, ordinal, interval dan rasio. Penjelasan singkat masing-masing skala pengukuran adalah sebagai berikut. a) Skala Nominal. Skala nominal adalah skala yang hanya “membedakan” sesuatu
yang bersifat kualtitatif. Jadi skala nominal bersifat kategoris misalnya: panas dan dingin, asam dan manis, dsb.
87
b) Skala Ordinal. Skala ordinal adalah skala yang selain “membedakan” juga
memberi “tingkatan”. Tetapi tingkatan tersebut tidak harus memiliki interval yang sama yang sama. Contoh: nilai A = 4, B = 3, C =2, D = 1, E = 0. Jarak nilai antara A dan B bisa berbeda dengan jarak antara C dan D. Contoh yang lain misalnya: sangat baik = 5, baik = 4, cukup = 3, kurang = 2, sangat kurang = 1. c) Skala Interval. Skala interval adalah skala yang berua angka kuantitatif tetapi
tidak mempunyai nilai nol mutlak. Contoh: skala suhu derajat Celcius. Skala interval memberi jarak interval sama dari titik awal. d) Skala Rasio. Skala rasio adalah skala yang berua angka kuantitatif dan mempunyai
nilai nol mutlak. Contoh: skala suhu Kelvin, panjang benda, dan massa benda. Dengan skala rasio dapat dilakukan pembagian dan perkalian suatu nilai tanpa mengubah sifat skala tersebut.
8.3 TEKNIK ANALISIS DATA
Statistika adalah ilmu yang mempelajari statistik (sekumpulan data) yaitu ilmu yang mempelajari bagaimana cara mengumpulkan data, mengolah data, menyajikan data, menganalisis data, dan membuat kesimpulan untuk mengambil keputusan. Menyajikan data hasil pengukuran secara baik akan memberi informasi yang baik juga. Dalam analisis data terdapat dua metode, yaitu statistika deskriptif dan statistika inferensial (induktif). Statistika deskriptif adalah metode pengumpulan dan penyajian suatu gugus data
sehingga memberikan informasi yang berguna. Statistika deskriptif hanya memberikan informasi mengenai data yang dipunyai dan sama sekali tidak menarik inferensia atau kesimpulan apapun tentang gugus induknya yang lebih besar. Contoh statistika deskriptif yang sering muncul adalah, tabel, diagram, grafik, dan besaran-besaran lain. Statistika inferensial mencakup semua metode yang berhubungan dengan analisis
sampel untuk kemudian sampai pada peramalan atau penarikan kesimpulan mengenai keseluruhan data induknya. Statistika inferensial biasanya dipakai untuk melihat kaitan dua variabel atau lebih. Kaitan tersebut dapat berbentuk asosiasi (hubungan atau korelasi) atau komparasi (perbandingan atau perbedaan). Dalam statistika inferensial diadakan pendugaan parameter, membuat hipotesis, serta melakukan pengujian hipotesis tersebut
88
sehingga sampai pada kesimpulan yang berlaku umum. Metode ini disebut juga statistika induktif, karena kesimpulan yang ditarik didasarkan pada informasi dari sebagian data saja. Berdasarkan sifat sebaran data, dalam analisis statistika dibedakan atas dua macam metode yaitu statistika parametrik dan no-parametrik. Metode statistika parametrik, yaitu ilmu statistik yang mempersyaratkan jenis sebaran atau distribusi data harus bersifat normal (berbentuk lonceng atau distribusi Gauss) dan data berskala intervel atau rasio. Contoh metode statistika parametrik: uji-z, uji-t, uji korelasi Pearson, rancangan percobaan dengan analisis variansi. Jika data tidak menyebar secara normal, maka data harus dikerjakan dengan metode statistika non-parametrik. Statistika non-parametrik dipakai untuk data skala nominal dan ordinal yang biasanya tidak terdistribusi normal.
8.3.1
Analisis Deskriptif
Analisis ini meliputi deskripsi data dan uji prasyarat.
a) Deskripsi Data
Data yang dihasilkan diolah dengan memakai metode statistika deskriptif, seperti: distribusi frekuensi, nilai rata-rata, simpangan baku, median, modus, nilai maksimum dan minimum, serta dilengkapi dengan tabel atau grafik.
b) Uji Prasyarat Analisis
Uji prasyarat diperlukan sebelum menguji hipotesis. Jika prasyarat tak dipenuhi maka tidak dapat dilanjutkan dengan analisis inferensial yang meliputi analisis korelasi dan regresi.
(1) Uji Normalitas. Uji ini bertujuan mengetahui sebaran data terdistribusi normal
(Gauss) atau tidak.
(2) Uji Homogenitas. Uji ini bertujuan mengetahui kesamaan variansi populasi
yang terdistribusi normal.
89
8.3.2
Analisis Inferensial (Uji Hipotesis)
Analisis inferensial dapat berupa analisis beda, korelasi, regresi, dan deret waktu ( time series).
a) Analisis Beda
Analisis beda dilakukan untuk mengetahui apakah ada perbedaan antara dua kelompok data. Teknik yang dipakai adalah dengan analisis rata-rata (uji-z dan ujit) dan analisis varianasi (uji-F).
b) Analisis Korelasi Sederhana
Analisis korelasi sederhana digunakan untuk menguji hipotesis satu (korelasi antara y dan x1) dan hipotesis kedua (korelasi antara x2 dan y). Teknik yang dipakai adalah korelasi prooduct moment .
c) Analisis Korelasi Ganda
Analisis korelasi ganda digunakan untuk menguji hipotesis tiga (korelasi antara x1 dan y) dan hipotesis kedua (korelasi antara x2 dan y). Teknik yang dipakai adalah korelasi product moment .
d) Analisis Regresi Sederhana
Analisis regresi sederhana dipakai untuk memperkirakan nilai variabel terikat (y) jika variabel bebas (x) dimanipulasi. Atau dengan kata lain, dalam analisis regresi sederhana adalah menentukan hubungan variabel bebas dan variabel terikat. Teknik yang dipakai adalah memakai analisis variansi.
e) Analisis Regresi Ganda
Analisis regresi ganda dipakai untuk memperkirakan nilai variabel tertikat (y) jika dua atau lebih variabel bebas (x 1, x2, ...) dimanipulasi secara bersamaan. Teknik yang dipakai adalah analisis variansi.
90
f) Analisis Deret Waktu
Deret waktu adalah rangkaian data yang berupa nilai pengamatan yang diukur selama kurun waktu tertentu, berdasarkan waktu dengan interval yang sama. Contoh data deret waktu adalah suhu reaktor tiap jam, perubahan kinerja penukar panas dalam waktu satu tahun, dll. Analisis deret waktu merupakan metode yang dipakai untuk mengetahui pola perubahan variabel terikat terhadap waktu. Dari pola yang diperoleh dapat dipakai untuk membuat peramalan. Peramalan deret waktu menggunaan model untuk memprediksi nilai di waktu mendatang berdasar peristiwa yang telah terjadi.
8.4 HIPOTESIS STATITISTIK 8.4.1
Koefisien Korelasi
Hipotesis dalam uji hubungan (korelasi) antara variabel bebas dan terikat diartikan sebagai pernyataan dugaan awal adanya hubungan antar variabel dalam sampel. Untuk itu perlu dihitung koefisien korelasi antar variabel guna menemukan keberartian hubungan. Korelasi merupakan nilai hasil uji yang menunjukkan arah dan kuat hubungan antar dua variabel atau lebih. Arah diartikan sebagai bentuk hubungan positif (searah) atau negatif (berlawanan arah). Kuat hubungan adalah menunjukkan berapa besar tingkat hubungan antar variabel. Tabel 8.2 menyajikan interpretasi nilai koefisien korelasi (Sugiyono, 2002).
Tabel 8.2 Interpretasi koefisien korelasi (r) Nilai Koefisien Korelasi
0,000 – 0,199 0,200 – 0,399 0,400 – 0,599 0,600 – 0,799 0,800 – 1,000
Tingkat Hubungan
Sangat rendah atau taka ada Rendah Cukup Kuat Sangat kuat
91
Hipotesis yang disampaikan adalah sebagai berikut. 1) Ho: H1: 2) Ho: H1: 3) Ho: H1:
ry1 = 0 (tidak ada korelasi antara x1 dan y) ry1 > 0 (terdapat korelasi positif antara x1 dan y) ry2 = 0 (tidak ada korelasi antara dan x2 dan y) ry1 > 0 (terdapat korelasi positif antara x2 dan y) ry12 = 0 (tidak ada korelasi antara x1 dan x2 dengan y) ry12 > 0 (terdapat korelasi positif antara x1 dan x2 dengan y)
Dengan: Ho – Hipotesis nol (awal) H1 – Hipotesis alternatif ry1 – koefisien korelasi antara x1 dan y ry2 – koefisien korelasi antara x2 dan y ry12 – koefisien antara x1 dan x2 dengan y)
8.4.2
Koefisien Determinasi
Koefisien determinasi adalah nilai yang menunjukkan besar pengaruh variabel bebas terhadap variabel terikat. Secara matematik, koefisien determinasi adalah kuadrat koefisien 2
korelasi. Jika nilai koefisien korelasi (r ) sebesar 0,8 maka koefisien determinasi ( r ) adalah sebesar 0,64. Ini berarti variabel terikat ( y) dipengaruhi oleh variabel bebas ( x) sebesar 64%. Sedangkan 36% dipengaruhi variabel lain.
SOAL ULANGAN
1. Jika populasi sebanyak 220, berapakah jumlah sampel paling sedikit yang harus diambil? 2. Jelaskan perbedaan antara skala nominal, ordinal, interval, dan rasio. Pada pengukuran kelembaban ruangan dihasilan skala pengukuran jenis apa? 3. Sebutkan langkah-langkah dalam menganalisa data pengukuran sehingga dapat dihasilkan persamaan regresi: y = a + bx. 4. Apa arti koefsiein korelasi 0,9 dan berapa nilai koefisien determinasinya? Apa arti nilai koefisien determinasi tersebut?
92
BAB-9 ANALISIS DESKRIPTIF
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami prinsip analisis deskriptif TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
1) 2) 3) 4)
Membedakan antara populasi dan sampel Menentukan jumlah sampel minimum Menjelaskan jenis skala dalam pengukuran Menjelaskan koefisien korelasi dan determinasi
Analisis deskriptif dipakai untuk mengukur gejala pusat yang meliputi: rata-rata, simpangan baku, variansi, median, modus, skor minimum dan maksimum. Data dapat disajikan dalam bentuk tabel frekuensi untuk sebaran data. Data statisitik deskriptif disajikan dalam bentuk grafik.
9.1 TABEL
Tabel adalah susunan angka yang dikelompokkan menurut kategori. Terdapat beberapa jenis tabel yaitu: tabel biasa, tabel kontingensi, dan tabel distribusi frekuensi. Kerangka tabel biasa berisi: judul tabel, judul kolom, catatan, dan sumber. Judul tabel ditulis di atas simetris sumbu vertikal dan ditulis secara singkat dan jelas tentang apa, klasifikasi, dimana, kapan, dan bilamana perlu satuan atau unit yang dipakai. Judul kolom atau judul baris ditulis singkat dan jelas diusahakan jangan membuat pemutusan kata. Catatan ditulis di bagian kiri bawah tabel untuk memberi keterangan penting. Sumber untuk menjelaskan darimana data tersebut dikutip. Jika tidak ditulis sumber, maka penulis dianggap terlibat dalam pembuatan data isi tabel tersebut.
93
9.1.1
Tabel Biasa
Tabel biasa digunakan untuk menginformasikan data hasil pengamatan.
Tabel < Nomor Tabel> < Judul Tabel> < Judul Kolom>
< Judul Kolom>
< Judul Kolom>
< Judul Kolom>
Catatan: Sumber:
9.1.2
Tabel Kontingensi
Tabel kontingensi digunakan untuk menampilkan data yang terletak antara baris dan kolom berjenis kategori. Tabel kontingensi digunakan untuk menyajikan dua atau lebih informasi sekaligus.
Tabel < Nomor Tabel> < Judul Tabel> < Judul Kolom>
< Judul Kolom>
< Judul Kolom>
< Judul Baris> < Judul Baris> < Judul Baris>
Catatan: Sumber:
9.1.3
Tabel Distribusi Frekuensi
Distribusi frekuensi adalah data yang disusun dalam bentuk kelompok baris berdasarkan kelas-kelas interval dan kategori tertentu. Menurut aturan Sturges, terdapat enam langkah dalam menentukan tabel distribusi frekuensi. (1) Data diurutkan dari terkecil sampai terbesar. (2) Dihitung rentang (R) yaitu selisih antara nilai data terbesar dan terkecil. (3) Dihitung jumlah kelas (K) dengan rumus,
94
(9.1) dengan, K adalah jumlah kelas, dan N adalah jumlah data Menurut aturan Sturges, banyak kelas sebaiknya berkisar antara 5 dan 15. (4) Dihitung panjang interval (P) dengan rumus, (5) Menentukan batas bawah dan batas atas masing-masing kelas interval. (6) Dibuat tabel yang berisi frekuensi untuk masing-masing kelas interval. Data dalam tabel distribusi frekuensi dapat berupa data nilai mutlak atau relatif (persentase). Keduanya dapat berupa distribusi frekuensi biasa atau kumulatif. Distribusi frekuensi biasa menyajikan data frekuensi masing-masing kelas. Sedangkan tabel distribusi frekuensi kumulatif adalah distribusi frekuensi yang nilai frekuensinya diperoleh dengan menjumlahkan frekuensi demi frekuensi, baik secara naik atau turun. Grafik hubungan antara frekuensi kumulatif (ordinat) dan frekuensi (absis) diperoleh kurva Ogive.
9.2 GRAFIK ATAU DIAGRAM
Grafik atau diagram adalah penyajian data dengan cara menggambarkan dalam bentuk gambar tertentu seperti diagram: batang (histogram), garis, lingkaran ( pie), pencar, lambang (piktogram), atau peta (kartogram).
9.2.1
Histogram
Dalam histogram sebagai absis adalah kelas interval dan ordinat adalah frekuensi.
Gambar 9.1 Contoh Histogram 95
9.2.2
Diagram Garis
Dalam diagram garis penggambaran dilakukan dengan membuat garis melalui titiktitik pengamatan.
Gambar 9.2 Contoh Diagram Garis
9.2.3
Diagram Lingkaran
Dalam diagram lingkaran penggambaran jumlah atau persentase data dilakukan dengan membuat segmen-segmen dalam lingkaran.
Gambar 9.3 Contoh Diagram Lingkaran
96
9.2.4
Diagram Pencar
Diagram pencar disebut juga diagram titik (sbaran) adalah diagram yang menunjukkan gugusan titik-titik. Diagram ini sesuai dipakai untuk data dua variabel kuantitatif dalam skala interval atau rasio.
Gambar 9.4 Contoh Diagram Pencar
9.2.5
Diagram Lambang (Piktogram)
Diagram lambang atau piktogram adalah penggambaran data dengan memakai lambang-lambang atau simbol. Diagram ini biasanya dipakai untuk alat visual orang awam agar mudah dimengerti.
97
Gambar 9.5 Contoh Piktogram
9.3 UKURAN NILAI PUSAT DAN SIMPANGAN
Ukuran nilai pusat adalah suatu nilai yang dapat memberikan gambaran secara umum mengenai keadaan nilai tersebut. Terdapat beberapa jenis ukuran nilai pusat, yang terpenting adalah: rerata atau rata-rata (mean), median dan modus. Sedangkan ukuran simpangan adalah ukuran yang menunjukkan sebaran distribusi data. Terdapat beberapa jenis ukuran simpang, yang terpenting adalah: variansi dan simpangan baku.
9.3.1
Rata-rata ( mean)
Rata-rata menunjukkan nilai pusat dari beberapa data yang tersebar di sekitarnya. Rata-rata data tunggal dirumuskan sebagai berikut. (9.2)
98
Sedangkan untuk data kelompok adalah, (9.3) dengan, xi – nilai data ke-i f i – frekuensi dalam kelas interval ke-i - rata-rata nilai x N – jumlah data tunggal K – jumlah kelas interval
9.3.2
Median
Median adalah nilai tengah jika data diurutkan dari yang terkecil ke terbesar. Posisi median untuk data tunggal adalah
(9.4)
Nilai median adalah nilai yang terletak pada posisi median. Jika data berjumlah genap, maka nilai median adalah rata-rata dari dua data di kiri dan kanan posisi median. Sedangkan untuk data kelompok, nilai median dihitung sebagai berikut.
(9.5)
dengan, b – tepi bawah kelas median P – panjang interval/kelas median f b – frekuensi sebelum kelas median f m – frekuensi kelas median
99
9.3.3
Modus
Modus adalah nilai yang nilai yang paling sering muncul. Jika sudah dikelompokkan dan disajikan dalam tabel distribusi frekuensi, maka modus untuk data kelompok dapat dihitung dengan persamaan,
(9.6)
dengan, b – tepi batas bawah nilai modus P – panjang interval/kelas b1 – frekuensi kelas modus dikurangi frekuensi satu kelas sebelumnya b2 – frekuensi kelas modus dikurangi frekuensi satu kelas sesudahnya
9.3.4
Variansi
Variansi atau keterserakan data adalah bilangan yang menunjukkan sebaran data di sekitar rata-ratanya. Variansi data tunggal populasi,
(9.7)
Variansi data tunggal sampel,
(9.8)
Variansi data kelompok populasi,
(9.9)
Variansi data kelompok sampel,
9.3.5
(9.10)
Simpangan Baku
Simpangan baku adalah akar dari variansi atau keterserakan data.
Simpangan baku data tunggal populasi,
(9.11)
100
Simpangan baku tunggal sampel,
(9.12)
Simpangan baku kelompok populasi,
(9.13)
Simpangan baku kelompok sampel,
(9.14)
SOAL-SOAL LATIHAN
1. Jelaskan beberapa macam bentuk penyajian data. 2. Jelaskan langkah-langkah dalam membuat tabel distribusai frekuensi 3. Apakah ada perbedaan antara variansi data sampel dan populasi? Mengapa? 4. Data pengukuran galat (error ) dalam persen (%) dari 40 meter laju alir diperoleh data berikut: -1,8
-1,6
-1,6
-1,5
-1,4
-1,4
-1,2
-1,2
-1,1
-1,0
-1,0
-0,9
-0,9
-0,8
-0,8
-0,8
-0,6
-0,6
-0,5
-0,2
-0,2
-0,2
-0,2
0
0
0,1
0,1
0,2
0,3
0,5
0,5
0,8
0,8
0,8
1,0
1,4
1,8
1,8
1,9
1,9
Tugas: a) Buat histogram dari data tersebut. b) Buat tabel distribusi frekuensi. c) Buat kurva ogive naik dan turun. d) Hitung: rata-rata, median, dan modus. e) Hitung vairiansi dan simpangan baku
101
BAB-10 ANALISIS INFERENSIAL
TUJUAN PEMBELAJARN UMUM
Mahasiswa memahami prinsip analisis prasyarat TUJUAN PEMBELAJARN KHUSUS
1) Melakukan uji normalitas 2) Melakukan uji homogenitas 3) Melakukan uji linieritas
10.1 UJI PRASYARAT ANALISIS
Uji dengan statistika inferensial parametrik mensyaratkan bahwa data harus terdistribusi normal, homogen, dan linier dengan data berskala interval atau rasio yang diambil secara acak.
10.1.1 Uji Normalitas
Uji normalitas dilakukan untuk mengetahui apakah data terdistribusi normal atau tidak. Jika data terdistribusi normal, maka dapat dilanjutkan dengan metode statistika parametrik. Pengujian data dapat dilakukan dengan uji Lilefors, Kolmogorof-Smirnof, atau chikuadrat. Uji Lilefors dan Kolmogorof-Smirnof digunakan untuk data tunggal bukan kelompok. Jika data berupa kelompok hendaknya memakai uji chi-kuadrat. Dalam bahasan ini selanjutnya hanya memakai uji Kolmogorof-Smirnof. Langkah-langkah uji adalah sebagai berikut. 1) Menentukan taraf signifikansi ( α), biasanya diambil 0,05 atau 5%. Hipotesis yang akan diuji adalah: Ho : Data terdistribusi normal H1 : Data tidak terdistribusi normal
102
Kriteria pengujian, terima H o dan tolak H 1 jika taraf signifikansi hasil perhitungan lebih besar dari taraf signifikansi yang ditetapkan (0,05), atau nilai hitung lebih kecil dari pada nilai tabel. 2) Lakukanlah langkah pengujian normalitas. Di sini digunakan perangkat lunak SPSS 20. Contoh: Diperoleh hasil pengukuran suhu sebagai berikut, 80, 70, 50, 70, 40, o
70, 70, 60, 40, dan 60 C. Tentukan apakah data tersebut terdistribusi normal. a) Buka SPSS dan masukkan data ke dalam kolom data
Gambar 10.1 Pengisian Data dalam SPSS
b) Pilih menu Analyze | Nonparametric Test | Legacy Dialog | 1-Sample K-S , sehingga akan muncul tampilan berikut.
Gambar 10.3 Tampilan Uji Kolmogorof-Smirnov
103
c) Klik tanda
sehingga VAR00001 akan pindah ke sebelah kanan seperti
gambar 10.3.
Gambar 10.3 Variabel VAR00001 Pindah ke Kanan
d) Selanjutnya klik OK, sehingga dihasilkan output SPSS seperti berikut.
Gambar 10.4 Hasil Luaran Uji Normalitas dengan SPSS
104
Dari hasil di atas, nilai Asymp. Sig. (2-tailed ) sebesar 0,589. Ini lebih besar dari nilai taraf signifikansi yang ditetapkan yaitu 0,05. Kesimpulan, terima H o dan tolak H1. Dengan kata lain, data terdistribusi normal.
10.1.2 Uji Normalitas Regresi
Uji normalitas pada model regresi digunakan untuk menguji apakah nilai residual yang dihasilkan dari regresi terdistribusi secara normal atau tidak. Model regresi yang baik adalah yang memiliki nilai residual yang terdistribusi secara normal. Beberapa metode uji normalitas yaitu dengan melihat penyebaran data pada sumber diagonal pada grafik Normal P-P Plot of regression standardized residual atau dengan uji One Sample Kolmogorov Smirnov. Uji One Sample Kolomogorov Smirnov digunakan untuk mengetahui distribusi data, apakah mengikuti distribusi normal, poisson, uniform, atau eksponensial. Residual berdistribusi normal jika nilai signifikansi lebih dari nilai taraf siginifikansi yang ditetapkan (misal: 0,05). 1) Menentukan hipotesis nol (H o) dan alternatif (H1) Ho
: Data terdistribusi normal
H1
: Data tidak terdistribusi normal
2) Kriteria pengujian, terima H o dan tolak H 1 jika taraf signifikansi hasil perhitungan lebih besar dari taraf signifikansi yang ditetapkan (0,05). Langkah-langkah analisis pada SPSS sebagai berikut: (a) Masukkan data dalam SPSS (b) Mencari nilai residual, caranya klik Analyze | Regression | Linear (c) Pada kotak dialog Linear Regression, masukkan variabel Y ke kotak Dependent , kemudian masukkan X 1, X2, dan X2 ke kotak Independent (s). (d) Klik tombol Save, selanjutnya akan terbuka kotak dialog Linear Regression: Save (e) Pada Residuals, beri tanda centang pada Unstandardized . Kemudian klik tombol Continue. Akan kembali ke kotak dialog sebelumnya, klik tombol OK. Hiraukan hasil output SPSS, buka input data di halaman Data View, di sini akan bertambah satu variabel yaitu residual (RES_1). 105
(f) Selanjutnya melakukan uji normalitas residual, klik Analyze | Non Parametric tests | Legacy Dialogs | 1-Sample K-S.
(g) Selanjutnya akan terbuka kotak dialog One Sample Kolmogorov Smirnov Test . (h) Masukkan variabel Unstandardized Residual(RES 1) ke kotak Test Variable List . Pada Test Distribution, pastikan terpilih Normal. Jika sudah, klik tombol OK. Akan kembali ke kotak dialog sebelumnya. Klik OK, maka dihasilkan output SPSS.
10.1.3 Uji Homogenitas
Uji homogenitas dilakukan untuk membuktikan bahwa data diperoleh dari populasi dengan variansi (keragaman) yang tidak berbeda. Pengujian yang perlu dilakukan adalah membandingkan
variansi variabel bebas ( x) dengan variabel terikat ( y) secara
berpasangan. Teknik analisis yang populer adalah uji Levene yang setara dengan uji Bartlet. Langkah-langkah dengan memakai program SPSS adalah sebagai berikut. 1) Menentukan taraf signifikansi yang diinginkan, misal 0,05. 2) Menentukan hipotesis nol (H o) dan alternatif (H1) Ho : Variansi homogen H1 : Variansi tidak homogen 3) Kriteria pengujian, terima Ho dan tolak H 1 jika taraf signifikansi hasil perhitungan lebih besar dari taraf signifikansi yang ditetapkan (0,05).
10.1.4 Uji Linieritas
Uji linearitas bertujuan untuk mengetahui apakah dua variabel mempunyai hubungan yang linear atau tidak secara signifikan. Uji ini biasanya digunakan sebagai prasyarat dalam analisis korelasi atau regresi linear. Pengujian pada SPSS dengan menggunakan Test for Linearity dengan pada taraf signifikansi 0,05. Dua variabel dikatakan mempunyai hubungan yang linear bila signifikansi (linearity) kurang dari 0,05.
106
Contoh:
Seorang mahasiswa melakukan penelitian untuk mengetahui hubungan antara X dan Y. Data-data skor total yang di dapat ditabulasikan Tabel 10.1. Langkah-langkah pada program SPSS 1) Masuk program SPSS 2) Klik variable view pada SPSS data editor 3) Pada kolom Name ketik X, untuk kolom Name baris kedua ketik Y 4) Pada kolom Decimals angka ganti menjadi 0 untuk variabel X dan Y
Tabel 10.1 Data hasil pengukuran X dan Y No
X
Y
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
90 88 96 95 96 94 91 96 95 90 85 91 87 90 85 83 86 91 86 83
124 137 120 128 124 133 138 126 132 140 143 124 131 119 135 141 137 134 138 141
5) Kolom Label ketik X, untuk kolom Label pada baris kedua ketik Y. 6) Kolom lainnya boleh dihiraukan (isian default ) 7) Buka data view pada SPSS data editor 8) Ketikkan data sesuai dengan variabelnya. 9) Klik Analyze - Compare Means – Means 107
10) Klik variabel Y dan masukkan ke kotak Dependent List , kemudian klik variabel X dan masukkan ke Independent List . 11) Klik Options, pada Statistics for First Layer klik Test for Linearity, kemudian klik Continue 12) Klik OK, maka dihasilkan Anova Table. Dari tabel tersebut bila signifikansi (sign) kurang dari 0,05 maka dapat disimpulkan bahwa antara variabel X dan Y terdapat hubungan yang linear.
10.2
ANALISIS KORELASI
Analisis korelasi digunakan untuk menguji apakah dua variabel atau lebih saling berhubungan atau berpengaruh. Berdasar jumlah variabelnya, analisis korelasi dibedakan atas korelasi sederhana dan korelasi parsial. Besar korelasi dinyatakan oleh koefisien korelasi. Koefisien korelasi menunjukkan seberapa besar hubungan yang terjadi antara satu variabel bebas atau lebih terhadap variabel terikat. Nilai korelasi (r) berkisar antara 1 sampai -1, nilai semakin mendekati 1 atau -1 berarti hubungan antara dua variabel semakin kuat, sebaliknya nilai mendekati 0 berarti hubungan antara dua variabel semakin lemah. Nilai positif menunjukkan hubungan searah (X naik maka Y naik) dan nilai negatif menunjukkan hubungan terbalik (X naik maka Y turun).
10.2.1 Analisis Korelasi Sederhana
Analisis korelasi sederhana ( Bivariate Correlation) digunakan untuk mengetahui keeratan hubungan antara dua variabel dan untuk mengetahui arah hubungan yang terjadi. Koefisien korelasi sederhana menunjukkan seberapa besar hubungan yang terjadi antara dua variabel. Dalam SPSS ada tiga metode korelasi sederhana ( bivariate correlation) diantaranya Pearson Correlation, Kendall’s tau-b, dan Spearman Correlation. Pearson Correlation digunakan untuk data berskala interval atau rasio, sedangkan Kendall’s tau-b, dan Spearman Correlation lebih cocok untuk data berskala ordinal. Pada bab ini akan dibahas
108
analisis korelasi sederhana dengan metode Pearson atau sering disebut Product Moment Pearson. Contoh: hasil pengukuran antara variabel X dan Y adalah sebagai berikut.
Tabel 10.2 Data Pengamatan X dan Y No
X
Y
1
33
58
2
32
52
3
21
48
4
34
49
5
34
52
6
35
57
7
32
55
8
21
50
9
21
48
10
35
54
11
36
56
12
21
47
Langkah-langkah pada program SPSS
1) Masuk program SPSS 2) Klik variable view pada SPSS data editor 3) Pada kolom Name ketik X, kolom Name pada baris kedua ketik Y. 4) Pada kolom Decimals ganti menjadi 0 untuk variabel X dan Y 5) Pada kolom Label, untuk kolom pada baris pertama ketik X, untuk kolom pada baris kedua ketik Y. 6) Kolom-kolom lainnya boleh dihiraukan (isian default ) 7) Buka data view pada SPSS data editor , maka didapat kolom variabel X dan Y. 8) Ketikkan data sesuai dengan variabelnya 9) Klik Analyze - Correlate – Bivariate 10) Klik variabel Kecerdasan dan masukkan ke kotak Variables, kemudian klik variabel Y dan masukkan ke kotak yang sama ( Variables). 11) Klik OK, maka hasil output yang didapat adalah sebagai berikut:
109
Gambar 10.4 Hasil Analisis Korelasi Bivariate Pearson
Dari hasil analisis korelasi sederhana (r) didapat korelasi antara X dan Y adalah 0,766. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi hubungan yang kuat antara X dan Y. Sedangkan arah hubungan adalah positif karena nilai r positif, berarti semakin tinggi X maka semakin meningkatkan Y.
Uji Signifikansi Koefisien Korelasi Sederhana (dengan Uji-t). Uji signifikansi koefisien
korelasi digunakan untuk menguji apakah hubungan yang terjadi itu berlaku untuk populasi (dapat digeneralisasi). Misalnya dari kasus di atas populasinya adalah reaktor dan sampel yang diambil dari kasus di atas adalah 10 reaktor, jadi apakah hubungan yang terjadi atau kesimpulan yang diambil dapat berlaku untuk populasi yaitu seluruh reaktor.
Langkah-langkah pengujian sebagai berikut: 1) Menentukan Hipotesis Ho: Tidak ada hubungan antara X dengan Y H1: Ada hubungan antara X dengan Y 2) Menentukan tingkat signifikansi. Pengujian menggunakan uji dua sisi dengan tingkat signifikansi
α = 5%. Uji dilakukan dua sisi karena untuk mengetahui ada
atau tidak ada hubungan yang signifikan. Jika satu sisi digunakan untuk mengetahui hubungan lebih kecil atau lebih besar. Tingkat signifikansi dalam hal ini berarti kita mengambil risiko salah dalam mengambil keputusan untuk menolak hipotesis yang
110
benar sebanyak-banyaknya 5%. Signifikansi 5% atau 0,05 adalah ukuran standar yang sering digunakan dalam penelitian. 3) Kriteria Pengujian Ho diterima jika Signifikansi > 0,05 Ho ditolak jika Signifikansi < 0,05
10.2.2 Analisis Korelasi Parsial
Analisis korelasi parsial (Partial Correlation) digunakan untuk mengetahui hubungan antara dua variabel sementara variabel lain yang berpengaruh dibuat tetap (sebagai variabel kontrol). Data yang digunakan biasanya berskala interval atau rasio.
Contoh: Hasil pengukuran antara variabel X 1, X2, dan Y disajikan dalam tabel 10.2. Dalam pengolahan data, variabel X 2 dibuat konstan (sebagai variabel kontrol).
Tabel 10.2 Data pengamatan X 1, X2, dan Y No 1 2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
X1 33
X2 25
Y 58
32 21 34 34 35 32 21 21 35 36 21
28 32 27 27 25 30 31 34 28 24 29
52 48 49 52 57 55 50 48 54 56 47
Langkah-langkah pada program SPSS
1) Masuk program SPSS
111
2) Klik variable view pada SPSS data editor 3) Pada kolom Name ketik X1, kolom Name pada baris kedua ketik X2, kemudian kolom Name pada baris ketiga ketik Y. 4) Pada kolom Decimals ganti menjadi 0 untuk semua variabel 5) Pada kolom Label, untuk kolom pada baris pertama ketik X1, untuk kolom pada baris kedua X2, dan kolom pada baris ketiga ketik Y. 6) Kolom-kolom lainnya boleh dihiraukan (isian default ) 7) Buka data view pada SPSS data editor , didapat kolom variabel X1, X2 dan Y. 8) Ketikkan data sesuai dengan variabelnya 9) Klik Analyze - Correlate – Partial 10) Klik variabel X1 dan masukkan ke kotak Variables, kemudian klik variabel Y dan masukkan ke kotak yang sama ( Variables). Klik variabel X2 dan masukkan ke kotak Controlling for 11) Klik OK, maka hasil output yang didapat adalah sebagai berikut:
- P A R TI A L C O R RE L AT I O N C O E FF I C I EN T S Controlling for..
X1
X1
Y
1.0000
.4356
(0) P= .
Y
X2
(9) P= .181
.4356
1.0000
(9)
(0)
P= .181
P= .
(Coefficient / (D.F.) / 2-tailed Significance) " . " is printed if a coefficient cannot be computed
Dari hasil analisis korelasi parsial (ry.x 1x2) didapat korelasi antara X1 dengan Y dengan X2 dibuat tetap adalah 0,4356. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi hubungan yang sedang atau tidak terlalu kuat antara X2 dengan Y jika X2 tetap. Sedangkan arah hubungan adalah positif karena nilai r positif, artinya semakin tinggi X1 maka semakin meningkatkan Y. 112
Uji Signifikansi Koefisien Korelasi Parsial (dengan Uji-t)
Uji signifikansi koefisien korelasi parsial digunakan untuk menguji apakah hubungan yang terjadi itu berlaku untuk populasi (dapat digeneralisasi). Langkah-langkah pengujian: 1) Menentukan Hipotesis Ho: Tidak ada hubungan antara X1 dan Y jika X2 tetap Ha: Ada hubungan antara X1 dan Yr jika X2 tetap 2) Menentukan tingkat signifikansi. Pengujian menggunakan uji dua sisi dengan tingkat signifikansi
α = 5%. Uji dilakukan dua sisi karena untuk mengetahui ada
atau tidaknya hubungan yang signifikan. Jika satu sisi digunakan untuk mengetahui hubungan lebih kecil atau lebih besar. Tingkat signifikansi dalam hal ini berarti mengambil risiko salah dalam mengambil keputusan untuk menolak hipotesa yang benar sebanyak-banyaknya 5%. 3) Kriteria pengujian berdasar probabilitas, adalah, Ho diterima jika P value > 0,05 Ho ditolak jika P value < 0,05 4) Membandingkan probabilitas Jika P value lebih besar dari 0,05 maka Ho diterima. 5) Kesimpulan. Oleh jika nilai P value lebih besar dari 0,05 maka Ho diterima, artinya tidak ada hubungan secara signifikan antara X1 dengan Y jika X2 dibuat tetap. Hubungan yang tidak signifikan berarti hubungan tersebut tidak dapat berlaku untuk populasi yaitu seluruh reaktor, tetapi hanya berlaku untuk sampel. Jadi dalam kasus ini dapat disimpulkan bahwa X1 tidak ada hubungan dengan Y.
10.3
ANALISIS REGRESI
Analisis regresi adalah uji untuk mengetahui bentuk hubungan matematik antara dua variabel atau lebih. Berdasar jumlah variabel bebas, analisis regresi dibedakan dua macam, yaitu analisis regresi sederhana dan ganda.
113
10.3.1 Analisis Regresi Sederhana
Analisis regresi linier sederhana adalah hubungan secara linear antara satu variabel independen (X) dengan variabel dependen (Y). Analisis ini untuk mengetahui arah hubungan antara variabel independen dengan variabel dependen apakah positif atau negatif dan untuk memprediksi nilai dari variabel dependen apabila nilai variabel independen mengalami kenaikan atau penurunan.. Data yang digunakan biasanya berskala interval atau rasio. Rumus regresi linear sederhana:
Y = a + bX
(10.1)
Keterangan: Y
= Variabel dependen (nilai yang diprediksikan)
X
= Variabel independen
a
= Konstanta (sama dengan nilai Y apabila X bernilai 0)
b
= Koefisien regresi (nilai peningkatan ataupun penurunan)
Contoh kasus:
Seorang mahasiswa meneliti tentang pengaruh tekanan terhadap konversi pada reaktor. Dengan ini di dapat variabel dependen (Y) adalah konversi dan variabel independen (X) adalah tekanan. Data-data yang di dapat ditabulasikan pada Tabel 10.3.
Langkah-langkah pada program SPSS
1) Masuk program SPSS 2) Klik variable view pada SPSS data editor 3) Pada kolom Name ketik Konversi, kolom Name pada baris kedua ketik Tekanan. 4) Pada kolom Label, untuk kolom pada baris pertama ketik Konversi, untuk kolom pada baris kedua ketik Tekanan. 5) Kolom-kolom lainnya boleh dihiraukan (isian default )
114
6) Buka data view pada SPSS data editor , maka didapat kolom variabel Konversi dan Tekanan.
Tabel 10.3 Tabulasi Data Penelitian No Tekanan (bar) Konversi (%)
1
12,000
56,000
2
13,500
62,430
3
12,750
60,850
4
12,600
61,300
5
14,850
65,825
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
15,200 15,750 16,800 18,450 17,900 18,250 16,480 17,500 19,560 19,000 20,450 22,650 21,400 22,900 23,500
66,354 65,260 68,798 70,470 65,200 68,000 64,200 65,300 69,562 68,750 70,256 72,351 70,287 73,564 75,642
7) Ketikkan data sesuai dengan variabelnya 8) Klik Analyze - Regression – Linear 9) Klik variabel Konversi dan masukkan ke kotak Dependent , kemudian klik variabel Tekanan dan masukkan ke kotak Independent .
10) Klik Statistics, klik Casewise diagnostics, klik All cases. Klik Continue. 11) Klik OK, maka hasil output yang didapat pada kolom Coefficients dan Casewise Diagnostics adalah sebagai berikut:
115
Tabel 10.4 Hasil Analisis Regresi Linear Sederhana
Uji Koefisien Regresi Sederhana (dengan Uji-t)
Uji ini digunakan untuk mengetahui apakah variabel independen (tekanan) berpengaruh secara signifikan terhadap variabel dependen (konversi). Signifikan berarti pengaruh yang terjadi dapat berlaku untuk populasi (dapat digeneralisasikan). Dari hasil analisis regresi di atas dapat diketahui nilai t hitung seperti pada tabel 10.4. Langkah-langkah pengujian sebagai berikut: 1) Menentukan Hipotesis Ho: Ada pengaruh antara tekanan dan konversi Ha: Tidak ada pengaruh antara tekanan dan konvrsi 2) Menentukan tingkat signifikansi. Tingkat signifikansi menggunakan
α = 5%
3) Menentukan t hitung. Berdasarkan tabel 10.4 diperoleh t hitung sebesar 10,983 5. Menentukan t tabel Tabel distribusi t dicari pada
α =
(5% : 2) = 2,5% (uji dua sisi) dengan derajat
kebebasan (n-k-1) atau 17 dengan n adalah jumlah data dan k adalah jumlah variabel independen. Dengan pengujian dua sisi (signifikansi 0,025) hasil diperoleh untuk t tabel sebesar 2,110 atau dapat dicari di MS EXCEL dengan cara pada sel kosong ketik “=tinv(0.05,17)” lalu tekan ENTER. 6) Kriteria Pengujian Ho diterima, jika |t -hitung| < |t -tabel| Ho ditolak, jika |t -hitung| > |t -tabel| 7) Membandingkan t hitung dengan t tabel Nilai t -hitung (10,983) lebih besar dari t -tabel (2,110) maka Ho ditolak.
116
8) Kesimpulan. Oleh karena nilai t -hitung lebih besar dari t -tabel maka ada pengaruh secara signifikan antara tekanan dengan konversi.
10.3.2 Analisis Regresi Berganda
Analisis regresi linier berganda adalah hubungan secara linear antara dua atau lebih variabel independen (X 1, X2,….Xn) dengan variabel dependen (Y). Analisis ini untuk mengetahui arah hubungan antara variabel independen dan variabel dependen. Masingmasing variabel independen apakah berhubungan positif atau negatif dengan variavbel dependen. Juga untuk memprediksi nilai dari variabel dependen apabila nilai variabel independen mengalami kenaikan atau penurunan. Data yang digunakan biasanya berskala interval atau rasio. Persamaan regresi linear berganda sebagai berikut:
Y = a + b1X1+ b2X2+…..+ bnXn
(10.2)
Keterangan: Y
= Variabel dependen (nilai yang diprediksikan)
X1 dan X2 = Variabel independen a
= Konstanta (nilai Y’ apabila X1, X2…..Xn = 0)
b
= Koefisien regresi (nilai peningkatan ataupun penurunan)
Contoh kasus:
Kita mengambil contoh kasus pada uji normalitas, yaitu sebagai berikut. Akan diteliti faktor-faktor yang mempengaruhi yield pada reaktor. Variabel dependen (Y) adalah harga yield , sedangkan variabel independen (X 1 dan X2) adalah tekanan dan komposisi. Datadata yang di dapat berupa data rasio dan ditabulasikan sebagai berikut:
117
Tabel 10.5 Tabulasi Data (Data Fiktif) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Yield (kg) 8300 7500 8950 8250 9000 8750 10000 8200 8300 10900 12800 9450 13000 8000 6500 9000 7600 10200
Tekanan (bar) 4.90 3.28 5.05 4.00 5.97 4.24 8.00 7.45 7.47 12.68 14.45 10.50 17.24 15.56 10.85 16.56 13.24 16.98
Komposisi (%) 6.47 3.14 5.00 4.75 6.23 6.03 8.75 7.72 8.00 10.40 12.42 8.62 12.07 5.83 5.20 8.53 7.37 9.38
Langkah-langkah pada program SPSS
1) Masuk program SPSS 2) Klik variable view pada SPSS data editor 3) Pada kolom Name ketik yield , kolom Name pada baris kedua ketik tekanan, kemudian untuk baris kedua ketik komposisi. 4) Pada kolom Label, untuk kolom pada baris pertama ketik yield , untuk kolom pada baris kedua ketik tekanan, kemudian pada baris ketiga ketik komposisi. 5) Kolom-kolom lainnya boleh dihiraukan (isian default ) 6) Buka data view pada SPSS data editor, maka didapat kolom variabel yield , tekanan, dan komposisi. 7) Ketikkan data sesuai dengan variabelnya 8) Klik Analyze - Regression – Linear 9) Klik variabel yield dan masukkan ke kotak Dependent , kemudian klik variabel tekanan dan komposisi kemudian masukkan ke kotak Independent . 10) Klik Statistics, klik Casewise diagnostics, klik All cases. Klik Continue.
118
11) Klik OK, maka hasil output yang didapat pada kolom Coefficients dan Casewise diagnostics adalah sebagai berikut:
Tabel 10.6 Hasil Analisis Regresi Linear Berganda
Persamaan regresinya sebagai berikut:
Y = a + b1X1+ b2X2 Y = 4662,491 + (-74,482)X1 + 692,107X 2 Y = 4662,491 - 74,482X 1 + 692,107X 2
119
Keterangan: Y
= Yield yang diprediksi (Rp)
a
= konstanta
b1,b2
= koefisien regresi
X1
= Tekanan (bar)
X2
= Komposisi (%)
Persamaan regresi di atas dapat dijelaskan sebagai berikut:
•
Konstanta sebesar 4662,491; artinya jika Tekanan (X 1) dan Komposisi (X2) nilainya adalah 0, maka yield (Y) nilainya adalah 4662,491.
•
Koefisien regresi variabel Tekanan (X 1) sebesar -74,482; artinya jika variabel independen lain nilainya tetap dan tekanan mengalami kenaikan 1%, maka harga saham (Y) akan mengalami penurunan sebesar 74,482. Koefisien bernilai negatif artinya terjadi hubungan negatif antara tekanan dan yield , semakin naik tekanan maka yield semakin turun.
•
Koefisien regresi variabel komposisi (X 2) sebesar 692,107; artinya jika variabel independen lain nilainya tetap dan komposisi mengalami kenaikan 1%, maka yield (Y) akan mengalami peningkatan sebesar 692,107. Koefisien bernilai positif artinya terjadi hubungan positif antara komposisi dan yield , semakin naik komposisi maka yield semakin meningkat.
Nilai yield yang diprediksi (Y) dapat dilihat pada tabel Casewise Diagnostics (kolom Predicted Value). Sedangkan Residual (unstandardized residual) adalah selisih antara yield dan Predicted Value. Std. Residual (atau standardized residual) adalah nilai residual yang telah terstandarisasi. Semakin mendekati 0 maka model regresi semakin baik dalam melakukan prediksi. Sebaliknya semakin menjauhi 0 atau lebih dari 1 atau -1 maka model regresi semakin tidak baik dalam melakukan prediksi.
(a) Uji Korelasi Ganda (R)
Analisis ini digunakan untuk mengetahui hubungan antara dua atau lebih variabel independen (X 1, X2,…Xn) terhadap variabel dependen (Y) secara serentak. Koefisien ini
120
menunjukkan seberapa besar hubungan yang terjadi antara variabel independen (X 1, X2,……Xn) secara serentak terhadap variabel dependen (Y). Dari hasil analisis regresi, lihat pada output moddel summary dan disajikan sebagai berikut:
Tabel 10.7 Hasil analisis korelasi ganda
Berdasarkan tabel di atas diperoleh angka R sebesar 0,879. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi hubungan yang sangat kuat antara X 1 dan X2 terhadap Y. 2
(b) Analisis Determinasi (R )
Analisis determinasi dalam regresi linear berganda digunakan untuk mengetahui persentase sumbangan pengaruh variabel independen (X 1, X2,……Xn) secara serentak terhadap variabel dependen (Y). Koefisien ini menunjukkan seberapa besar persentase variasi variabel independen yang digunakan dalam model mampu menjelaskan variasi variabel 2
dependen. R sama dengan 0, maka tidak ada sedikitpun persentase sumbangan pengaruh yang diberikan variabel independen terhadap variabel dependen. Atau variasi variabel independen yang digunakan dalam model tidak menjelaskan sedikitpun variasi variabel 2
dependen. Sebaliknya R sama dengan 1, maka persentase sumbangan pengaruh yang diberikan variabel independen terhadap variabel dependen adalah sempurna. Atau variasi variabel independen yang digunakan dalam model menjelaskan 100% variasi variabel dependen. Dari hasil analisis regresi, dapat dilihat pada output moddel summary dalam Tabel 10.8. 2
Berdasarkan Tabel 10.8 diperoleh angka R (R Square) sebesar 0,772 atau (77,2%). Hal ini menunjukkan bahwa persentase sumbangan pengaruh variabel independen (tekanan dan komposisi) terhadap variabel dependen ( yield ) sebesar 77,2%. Atau variasi variabel independen yang digunakan dalam model (tekanan dan komposisi) mampu menjelaskan
121
sebesar 77,2% variasi variabel dependen ( yield ). Sedangkan sisanya sebesar 22,8% dipengaruhi atau dijelaskan oleh variabel lain yang tidak dimasukkan dalam model penelitian ini.
Tabel 10.8 Hasil analisis determinasi
Adjusted R Square adalah nilai R Square yang telah disesuaikan. Nilai ini selalu lebih kecil dari R Squar. Angka ini bisa memiliki harga negatif. Menurut Santoso (2001) 2
bahwa untuk regresi dengan lebih dari dua variabel bebas digunakan Adjusted R sebagai koefisien determinasi. Standard Error of the Estimate adalah suatu ukuran banyaknya kesalahan model regresi dalam memprediksikan nilai Y. Dari hasil regresi di dapat nilai 870,80. Hal ini berarti banyaknya kesalahan dalam prediksi yield sebesar 870,80. Sebagai pedoman jika Standard error of the estimate kurang dari standard deviation Y, maka model regresi semakin baik dalam memprediksi nilai Y.
(c) Uji Koefisien Regresi Bersama (Uji F)
Uji ini digunakan untuk mengetahui apakah variabel independen (X 1,X2….Xn) secara bersama-sama berpengaruh secara signifikan terhadap variabel dependen (Y). Atau untuk mengetahui apakah model regresi dapat digunakan untuk memprediksi variabel dependen atau tidak. Signifikan berarti hubungan yang terjadi dapat berlaku untuk populasi (dapat digeneralisasikan), misalnya dari kasus di atas populasinya adalah 40 reaktor dan sampel yang diambil dari kasus di atas 18 reaktor, jadi apakah pengaruh yang terjadi atau kesimpulan yang didapat berlaku untuk populasi yang berjumlah 40 reaktor.
122
Dari hasil output analisis regresi dapat diketahui nilai F seperti pada tabel 2 berikut ini.
Tabel 10.9 Hasil Uji F
Tahap-tahap untuk melakukan uji F adalah sebagai berikut: 1) Merumuskan Hipotesis Ho:
Tidak ada pengaruh antara teknan dan komposisi secara bersama-sama yield .
H1:
Ada pengaruh antara teknan dan komposisi secara bersama-sama yield .
2) Menentukan tingkat signifikansi. Tingkat signifikansi menggunakan
α = 5%
3) Menentukan F hitung. Berdasarkan tabel diperoleh F hitung sebesar 25,465 4) Menentukan F tabel. Dengan menggunakan tingkat keyakinan 95%,
α =
5%, derajat kebebasan 1
(jumlah variabel – 1) = 2, dan derajat kebebasan 2 yaitu (n – k - 1) atau 18-2-1 = 15 (n adalah jumlah kasus dan k adalah jumlah variabel independen), hasil diperoleh untuk F tabel sebesar 3,683 (Lihat pada lampiran) atau dapat dicari di Ms Excel dengan cara pada cell kosong ketik “=finv(0.05,2,15)” lalu ENTER. 5) Kriteria pengujian Ho diterima bila F hitung lebih kecil dari F tabel Ho ditolak bila F hitung lebih besar dari F tabel 6) Membandingkan F hitung dengan F tabel. Nilai F hitung (25,465) lebih besar dari F tabel (3,683), maka H o ditolak. 7) Kesimpulan Karena F hitung lebih besar dari F tabel, berarti ada pengaruh secara signifikan antara tekanan dan komposisi secara bersama-sama terhadap yield . Jadi dari kasus
123
ini dapat disimpulkan bahwa tekanan dan komposisi secara bersama-sama berpengaruh terhadap yield pada 40 reaktor.
(d) Uji Koefisien Regresi Secara Parsial (Uji t)
Uji ini digunakan untuk mengetahui apakah dalam model regresi variabel independen (X 1, X2,…..Xn) secara parsial berpengaruh signifikan terhadap variabel dependen (Y). Dari hasil analisis regresi output dapat disajikan sebagai berikut:
Tabel 10.10 Uji t
Pengujian Koefisien Regresi Variabel Tekanan
1) Menentukan Hipotesis Ho: Secara parsial tidak ada pengaruh antara tekanan dan yield . H1: Secara parsial ada pengaruh antara tekanan dan yield . 2) Menentukan tingkat signifikansi Tingkat signifikansi menggunakan α = 5% 3) Menentukan t hitung Berdasarkan tabel diperoleh t hitung sebesar -1,259 4) Menentukan t tabel Tabel distribusi t dicari pada
α =
(5% : 2) = 2,5% (uji 2 sisi) dengan derajat
kebebasan (DF) n-k-1 atau 18-2-1 = 15 (n adalah jumlah kasus dan k adalah jumlah variabel independen). Dengan pengujian 2 sisi (signifikansi = 0,025) hasil yang diperoleh untuk t tabel sebesar 2,131 atau dapat dicari di Ms Excel dengan cara pada cell kosong ketik “=tinv(0.05,15)” lalu ENTER.
124
5) Kriteria Pengujian Ho diterima jika -t tabel < t hitung < t tabel Ho ditolak jika -t hitung < -t tabel atau t hitung > t tabel 6) Membandingkan t hitung dengan t tabel Nilai -t hitung (-1,259) lebih besar dari -t tabel (-2,131) maka Ho diterima 7) Kesimpulan Secara parsial tidak ada pengaruh signifikan antara tekanan dengan yield . Jadi dari kasus ini dapat disimpulkan bahwa secara parsial tekanan tidak berpengaruh terhadap yield pada 40 reaktor.
Pengujian Koefisien Regresi Variabel Komposisi
1) Menentukan Hipotesis Ho: Secara parsial tidak ada pengaruh antara komposisi dengan yield H1: Secara parsial ada pengaruh antara komposisi dengan yield 2) Menentukan tingkat signifikansi. Tingkat signifikansi menggunakan α = 5%. 3) Menentukan t hitung. Berdasarkan tabel diperoleh t hitung sebesar 5,964 4) Menentukan t tabel Tabel distribusi t dicari pada
α =
5% : 2 = 2,5% (uji 2 sisi) dengan derajat
kebebasan (DF) n-k-1 atau 18-2-1 = 15 (n adalah jumlah kasus dan k adalah jumlah variabel independen). Dengan pengujian 2 sisi (signifikansi 0,025) hasil yang diperoleh untuk t tabel sebesar 2,131. 5) Kriteria Pengujian Ho diterima jika -t tabel ≤ t hitung ≤ t tabel Ho ditolak jika -t hitung < -t tabel atau t hitung > t tabel 6) Membandingkan thitung dengan t tabel Nilai t hitung (5,964) lebih besar dari t tabel (2,131) maka H o ditolak 7) Kesimpulan
125
Secara parsial ada pengaruh signifikan antara komposisi dan yield . Jadi dari kasus ini dapat disimpulkan bahwa secara parsial komposisi berpengaruh positif terhadap yield pada 40 reaktor.
10.4
UJI BEDA
10.4.1 Uji-t Sampel Tidak Berpasangan
Uji ini digunakan untuk mengetahui ada atau tidaknya perbedaan rata-rata untuk lebih dari dua kelompok sampel yang tidak berhubungan. Jika ada perbedaan, rata-rata manakah yang lebih tinggi. Data yang digunakan biasanya berskala interval atau rasio.
Contoh kasus:
Seorang mahasiswa dalam penelitiannya ingin mengetahui apakah ada perbedaan suhu antara Reaktor A, Reaktor B, dan Reaktor C. Penelitian dengan menggunakan sampel sebanyak 20 data yang diambil dari Reaktor A, B, dan C. Dalam uji ini jumlah data yang diambil tidak harus sama, misalnya Reaktor A sebanyak 7 data, Reaktor B sebanyak 7 orang, dan Reaktor C sebanyak 6. Data-data yang didapat ditabulasi dalam Tabel 10.11.
Langkah-langkah uji dengan program SPSS
1) Masuk program SPSS 2) Klik variable view pada SPSS data editor 3) Pada kolom Name ketik Suhu, dan kolom Name pada baris kedua ketik Reaktor . 4) Pada kolom Decimals, ubah nilai menjadi 0 untuk semua variabel. 5) Pada kolom Label, untuk kolom pada baris pertama ketik Suhu, untuk kolom pada baris kedua ketik Reaktor. 6) Pada kolom Values, untuk kolom pada baris pertama biarkan kosong ( None). Untuk kolom pada baris kedua klik pada kotak kecil, pada value ketik 1, pada Value Label ketik Reaktor A, lalu klik Add . Langkah selanjutnya pada Value ketik 2, pada Value Label ketik Reaktor B, lalu klik Add . Selanjutnya pada Value ketik 3, pada Value Label ketik Reaktor C , lalu klik Add . Kemudian klik OK.
126
Tabel 10.11. Tabulasi Data No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Suhu 32 35 41 39 45 43 42 35 36 30 28 26 27 32 38 45 42 42 40 38
Reaktor Reaktor A Reaktor A Reaktor A Reaktor A Reaktor A Reaktor A Reaktor A Reaktor B Reaktor B Reaktor B Reaktor B Reaktor B Reaktor B Reaktor B Reaktor C Reaktor C Reaktor C Reaktor C Reaktor C Reaktor C
7) Kolom-kolom lainnya boleh dihiraukan (isian default ) 8) Buka data view pada SPSS data editor, maka didapat kolom variabel suhu dan Reaktor. 9) Ketikkan data sesuai dengan variabelnya (variabel Reaktor ketik dengan angka 1, 2 dan 3 (1, 2, dan 3 berturut-turut menunjukkan Reaktor A, B, dan C) 10) Klik Analyze - Compare Means - One Way ANOVA 11) Klik variabel Suhu dan masukkan ke kotak Dependent List , kemudian klik variabel Reaktor dan masukkan ke kotak Factor , kemudian klik Options, klik Descriptive dan Homogeneity of variance, lalu klik Continue. 12) Klik OK, maka hasil output yang didapat adalah sebagai berikut:
127
Tabel 10.12 Hasil Uji One Way ANOVA
Keterangan: Tabel Descriptives di atas telah diubah kedalam bentuk baris (klik ganda pada output Descriptives, kemudian pada menu bar klik pivot , kemudian klik Transpose Rows and Columns).
Sebelum dilakukan uji ANOVA maka dilakukan uji kesamaan varian (homogenitas) dengan Levene Test. Uji ini digunakan untuk mengetahui apakah varian ketiga kelompok Reaktor sama. Data yang memenuhi syarat adalah jika varian sama atau subjek berasal dari kelompok yang homogen.
Langkah-Langkah Uji Homogenitas Sebagai Berikut
1) Menentukan Hipotesis Ho: Ketiga varian adalah sama (varian kelompok Reaktor A, B dan C sama) H1: Ketiga varian adalah berbeda (varian kelompok Reaktor A, B dan C sama) 2) Kriteria Pengujian (berdasar probabilitas / signifikansi) Ho diterima jika P value lebih dari 0,05 Ho ditolak jika P value kurang dari 0,05
128
3) Membandingkan probabilitas Nilai P value (0,395) lebih dari 0,05 maka H o diterima. 4) Kesimpulan Ketiga varian sama (varian kelompok Reaktor A, B dan C) adalah sama. Angka Levene Statistic menunjukkan semakin kecil nilainya maka semakin besar homogenitasnya. Di sini derajar kebebasan 1 (df1) adalah jumlah kelompok data dikurangi satu atau 3 - 1 = 2, sedangkan derajat kebebasan 2 (df2) adalah jumlah data dikurangi jumlah kelompok data atau 20 - 3 = 17.
Langkah-Langkah Uji ANOVA Sebagai Berikut
1) Menentukan Hipotesis Ho: Tidak ada perbedaan antara rata-rata Suhu Reaktor A, B dan C H1: Ada perbedaan antara rata-rata Suhu Reaktor A, B dan C 2) Menentukan tingkat signifikansi. Pengujian menggunakan uji dua sisi dengan tingkat signifikansi α = 5%. 3) Menentukan F hitung. Dari tabel di atas didapat nilai F hitung adalah 14,029 4) Menentukan F tabel. Dengan menggunakan tingkat keyakinan 95%,
α = 5%, df 1 (jumlah variabel–1)
=
2, dan df 2 (n-3) atau 20-3 = 17, hasil yang diperoleh untuk F tabel sebesar 3,592 Dapat dicari di MS EXCEL dengan cara pada sel kosong ketik “=finv(0.05,2,17)” lalu ENTER. 5) Kriteria pengujian Ho diterima bila F hitung sama atau lebih kecil dari F tabel Ho ditolak bila F hitung lebih besar dari F tabel 6) Membandingkan F hitung dengan F tabel. Nilai F hitung (14,029) lebih besar dari F tabel (3,592), maka Ho ditolak. 7) Kesimpulan Terdapat perbedaan antara rata-rata suhu Reaktor A, B dan C. Pada tabel Descriptives terlihat rata-rata (mean) untuk Reaktor A adalah 39,57, untuk Reaktor
129
B adalah 30,57 dan Reaktor C adalah 40,83. Artinya bahwa rata-rata suhu Reaktor C paling tinggi, kemudian Reaktor A dan Reaktor B.
10.4.2 Uji-t Sampel Berpasangan
Uji ini digunakan untuk mengetahui ada atau tidaknya perbedaan rata-rata antara dua kelompok sampel yang berpasangan (berhubungan). Maksudnya disini adalah sebuah sampel tetapi mengalami dua perlakuan yang berbeda. Data yang digunakan biasanya berskala interval atau rasio.
Contoh kasus:
Seorang mahasiswa dalam penelitiannya ingin mengetahui apakah ada perbedaan rata-rata komposisi antara sebelum diadakan pemanasan dan sesudahnya. Penelitian dengan menggunakan sampel sebanyak 10 data. Data-data yang didapat ditabulasikan pada tabel 10.13.
Langkah-langkah pada program SPSS
1) Masuk program SPSS 2) Klik variable view pada SPSS data editor 3) Pada kolom Name ketik Sebelum, dan kolom Name pada baris kedua ketik Sesudah. 4) Pada kolom Label, untuk kolom pada baris pertama ketik Sebelum Pemanasan, untuk kolom pada baris kedua ketik SesudahPemanasan. 5) Kolom-kolom lainnya boleh dihiraukan (isian default ) 6) Buka data view pada SPSS data editor , maka didapat kolom variabel Sebelum dan Sesudah. 7) Ketikkan data sesuai dengan variabelnya 8) Klik Analyze - Compare Means - Paired Sample T Test 9) Klik variabel Sebelum Pemanasan, kemudian klik variabel Sesudah Pemanasan dan masukkan ke kotak Paired Variables. 10) Klik OK, maka hasil output yang didapat pada tabel Paired Samples Statistics dan Paired Samples Test adalah pada tabel 10.14. 130
Tabel 10.13 Tabulasi Data No 1
Sebelum Pemanasan 6.34
2 3 4 5 6 7 8 9 10
6.58 5.38 5.60 6.68 7.42 7.20 6.24 5.78 5.47
Sesudah Pemanasan 6.24
6.38 6.45 7.50 6.25 5.27 5.86 5.90 6.47 6.98
Tabel 10.14 Hasil Paired Sample T Test
Keterangan Tabel 10.14 Tabel di atas telah diubah kedalam bentuk baris (klik ganda pada output paired sample t test , kemudian pada menu bar klik pivot , kemudian klik Transpose Rows and Columns).
131
Langkah-langkah pengujian sebagai berikut: 1) Menentukan Hipotesis Ho: Tidak ada perbedaan antara rata-rata komposisi sebelum pemanasa dengan ratarata komposisi sesudah pemanasan. H1 : Terdapat perbedaan antara rata-rata komposisi sebelum pemanasa dengan ratarata komposisi sesudah pemanasan. 2) Menentukan tingkat signifikansi Pengujian menggunakan uji dua sisi dengan tingkat signifikansi α sebesar 5%. 3) Menentukan t hitung Dari tabel di atas didapat nilai t hitung adalah -0,153 4) Menentukan t tabel Tabel distribusi t dicari pada α = 5% : 2 = 2,5% (uji dua sisi) dengan derajat kebebasan (n-1) yaitu 9. Dengan pengujian dua sisi (signifikansi = 0,025) hasil diperoleh untuk t tabel sebesar 2,685. Ini dapat dicari di MS EXCEL dengan cara mengetik “=tinv(0.025,9)” lalu tekan enter . 5) Kriteria Pengujian Ho diterima jika -t tabel ≤ t hitung ≤ t tabel Ho ditolak jika -t hitung < -t tabel atau t hitung > t tabel Berdasar probabilitas: Ho diterima jika P value > 0,05 Ho ditolak jika P value < 0,05 6) Membandingkan t hitung dengan t tabel dan probabilitas Nilai -t hitung (-0,153) > -t tabel (-2,262) dan P value (0,882) > 0,05 maka H o diterima. 7) Kesimpulan Tidak ada perbedaan antara rata-rata komposisi sebelum pemanasan dan rata-rata komposisi sesudah pemanasan. Catatan: Jika hasil ada perbedaan, maka dilihat rata-rata mana yang lebih tinggi dengan melihat nilai Mean pada Paired Samples Statistic. Dapat juga melihat pada t hitung. Jika t hitung positif berarti rata-rata sebelum pemanasan lebih tinggi daripada sesudah pemanasan. Sebaliknya, jika t hitung negatif berarti rata-rata sebelum pemanasan lebih rendah daripada sesudah pemanasan.
132
DAFTAR PUSTAKA 1. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 2. Anderson, N.A. (1980). Instrumentation for Process Measurement and Control. Chilton Co., Radnor, Pennsylvania. 3. Baroroh, A. (2013). Analisis Multivariat dan Time Series dengan SPSS 21. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. 4. Bateson, R.N. (1993). Introduction to Control System Technology. Maxwell Macmillan International, Singapore. 5. Consultant, D. (2011). Dipetik September 30, 2013, dari Duwi Consultant: duwiconsultant.blogspot.com/ 6. Gillum, D.R. (1984) Industrial Level Measurement , Instrument Society of America, Research Triangle Pk, NC, USA. 7. Gunterus, F. (1994). Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses. PT Elex Media Komputindo, Jakarta. 8. Kasmadi & Sunariah, N. S. (2013). Panduan Modern Penelitian Kuantitatif. Bandung: Penerbit Alfabeta. 9. Kerlin, T.W. and Shepard, R.L. (eds) (1982) Industrial Temperature Measurement , Instrument Society of America, Research Triangle Pk, NC, USA. 10. Liptak, B.G. (1994). Instrument engineer’s Handbook: Process Measurement and Analysis. Vol. I, Edisi ke-4. New York: CRC Press. 11. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. 12. Moore, A. (1986). “Selecting a flowmeter”. The Chemical Engineer , April, 39-45. 13. Sugiyono. (2009). Metode Penelitian Kuantitatif, Kualitatif dan R & D. Bandung: Penerbit Alfabeta. 14. Supardi. (2013). Aplikasi Statistika dalam Penelitian . Bandung: Change Publication.
133
LAMPIRAN
134
GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN DAN SATUAN ACARA PERKULIAHAN
Identifikasi Mata Kuliah Judul Mata Kuliah Nomor Kode/SKS Semester/Tingkat Prasyarat Jumlah Jam/Minggu
: : : : :
INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN KBTK-2163/2 3/2 2
Ringkasan Topik/Silabus
: Konsep Pengukuran; Karakteristik Instrumen Ukur; Pengukuran Suhu; Pengukuran Tekanan; Pengukuran Aliran; Pengukuran Level; Metode Analisis Data; Statistika Deskriptif; Statistika Inferensial.
Kompetensi yang Ditunjang
: Mampu mengoperasikan, menganalisa dan melacak kegagalan sistem inrtumentasi dan pengukuran yang diterapkan dalam industri proses kimia
Tujuan Pembelajaran Umum (TPU)
: Pada akhir kuliah mahasiswa diharapkan memahamai konsep dasar instrumentasi proses, dan pengolahan data pengukuran dalam inudstri proses kimia.
Tujuan Pembelajaran Khusus (TPK)
: Pada akhir kuliah mahasiswa diharapkan dapat: 1) Menjelaskan konsep pengukuran 2) Menjelaskan jenis dan fungsi instrumentasi proses 3) Menjelaskan prinsip, mekanisme kerja, dan karaterisitik instrumen ukur suhu, tekanan, lahu alir dan level. 4) Mengolah data pengukuran dengan metode statistika yang sesuai dengan bantuan program paket SPSS
PUSTAKA 1. Heriyanto (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
135
GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN (GBPP)
JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
JURUSAN TEKNIK KIMIA (KBK PENDUKUNG DAN PENGENDALIAN PROSES)
Judul Mata Kuliah Nomor Kode/SKS Semester / Tingkat Prasyarat Jumlah Jam / Minggu Ringkasan Topik
INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN KBTB-2163 3/2 2 jam/minggu Konsep Pengukuran; Karakteristik Instrumen Ukur; Pengukuran Suhu; Pengukuran Tekanan; Pengukuran Aliran; Pengukuran Level; Metode Analisis Data; Statisti ka Deskriptif; Statistika Inferensial
Profil Lulusan yang ditunjang
Supervisor Operasi dan Pemeliharaan Instrumen Proses Tenaga Ahli Perancangan Sistem Instrumentasi Proses Supervisor/Tenaga Ahli dalam analisis data proses
Kompetensi (Capaian Pembelajaran) yang ditunjang
Mampu mengoperasikan, menganalisa dan melacak kegagalan sistem inrtumentasi dan pengukuran yang diterapkan dalam industri proses kimia; Merancang Sistem Instrumentasi Proses; Menganalisa data proses
Tujuan Pembelajaran Umum (TPU)
1) Mahasiswa memahami prinsip pengukuran dan karakteristik intrumen 2) Mahasiswa memahami prinsip kerja, pemeliharaan, dan perancangan instrumen ukur: suhu, tekanan, laju dan level. 3) Mahasiswa memahami metode analisis data proses baik secara deskriptif maupun inferensial
136
No 1
2
Tujuan Pembelajaran Khusus 1.1 Menyebutkan instrumen dalam pengendalian proses. 1.2 Menjelaskan prinsip pengukuran. 1.3 Menjelaskan metode pngukuran. 1.4 Membaca penunjukan instrumen dengan memperhatikan angka penting 2.1 Menentukan gain, konstanta waktu, waktu naik, dan waktu tanggap 2.2 Menentukan akurasi dan presisi instrumen 2.3 Melakukan kalibrasi
Pokok Bahasan 1.1 Pendahuluan 1.2 Konsep Pengukuran: 1.3 Angka Penting (Significant Number )
1) Pemantauan dan pengendalian proses. 2) Besaran dan Satuan, 3) Prinsip Pengukuran, 4) Metode Pengukuran. 5) Angka penting dalam pengukuran
2.1 Karakteristik Statik
1) Respons step instrumen 2) Konstanta waktu, waktu naik, dan waktu tanggap 3) Menentukan akurasi dan presisi dari data pengamatan 4) Melakukan kalibrasi instrumen ukur 1) Respons step instrumen 2) Waktu karakteristik, waktu naik, overshoot, decay ratio, periode osilasi 1) Sistem termal isian 2) Detektor suhu resistansi 3) Termokopel 4) Pirometer 1) Manometer U 2) Manometer Bourdon 3) Starin Gage 4) Instalasi intrumen 5) Kalibrasi 1) Pengukuran berdasar tekanan
3
3.1 Menjelaskan perilaku sistem orde-2
3.2 Karakteristik Dinamik
4
4.1 Menjelaskan prinsip dan analisis pengukuran suhu: sistem termal isian, RTD, termokopel. 5.1 Menjelaskan prinsip dan analisis pengukuran tekanan
Pengukuran Suhu
6.1 Menjelaskan prinsip dan
Pengukuran Laju Alir
5
6
Sub Pokok Bahasan
Pengukuran Tekanan
Waktu K (Jam) 2 K2
S
A
S2
A2
Asesment (Penilaian) Tes lisan dan tertulis
Referensi 1, 2
4
K2 K3 K4
S2
A3
Tes lisan dan tertulis
1, 2, 3
2
K2 K3
S2
A3
Tes lisan dan tertulis
1, 2, 3
2
K2 K3 K4
S2
A3
Tes lisan dan tertulis
1, 2, 3
2
K2 K3 K4
S2
A3
Tes lisan dan tertulis
1, 2, 3
4
K2
S2
A3
Tes lisan dan
1, 2, 3 137
No
Tujuan Pembelajaran Khusus analisis pengukuran laju alir
Pokok Bahasan
7
7.1 Menjelaskan prinsip dan analisis pengukuran level
Pengukuran Level
8
8.1 Membedakan antara populasi dan sampel 8.2 Menentukan jumlah sampel minimum 8.3 Menjelaskan jenis skala dalam pengukuran 8.4 Menjelaskan koefisien korelasi dan determinasi 9.1 Menyajikan data dalam tabel dan grafik yang tepat 9.2 Menghitung rata-rata, variansi, deviasi standar, modus dan median untuk data tunggal dan kelompok Melakukan uji prasyarat analisis
Metode Analisis Data
Melakukan analisis korelasi
Analisis Inferensial
9
10
11
Sub Pokok Bahasan 2) Pengukuran berdasar perpindahan positif 3) Pengukuran berdasar kecepatan linier 4) Pengukuran laju massa 1) Pengukuran berdasar anjakan 2) Pengukuran berdasar tekanan 3) Pengukuran berdasar pemantulan 4) Pengukuran berdasar sifat kapasitif dan resistif 1) Populasi dan Sampel 2) Ukuran Sampel 3) Skala nominal, ordinal, interval dan rasio 4) Koefisien Korelasi dan Koefisien Determinasi
Waktu (Jam)
K
S
A
K3 K4
Asesment (Penilaian) tertulis
Referensi
4
K2 K3 K4
S2
A3
Tes lisan dan tertulis
1, 2, 3
2
K2
S2
A2
Tes lisan dan tertulis
1, 2, 3
Analisis Deskriptif
1) Tabel dan Grafik 2) Rata-rata, variansi, deviasi standar, modus, median
1
K3
S2
A2
Tes lisan dan tertulis
1
Analisis Inferensial
Uji Prasyarat 1) Uji normalitas 2) Uji homogenitas 3) Uji linieritas Analisis Korelasi
1
K3
S2
A2
Tes lisan dan tertulis
1
2
K3
S2
A2
Tes lisan dan
1 138
No
Tujuan Pembelajaran Khusus
Pokok Bahasan
12
Melakukan analisis regresi tunggal dan ganda
Analisis Inferensial
13
Melakukan analisis uji beda
Analisis Inferensial
Sub Pokok Bahasan 1) Korealasi Sederhana 2) Korelasi parsial Analisis Regresi 1) Regresi Sederhana 2) Regresi Berganda Analisis Beda 1) Uji-t tak berpasangan 2) Uji-t berpasangan JUMLAH
Waktu (Jam)
K
S
A
Asesment (Penilaian) tertulis
2
K3
S2
A2
Tes lisan dan tertulis
1
2
K3
S2
A2
Tes lisan dan tertulis
1
Referensi
30
REFERENSI
1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
139
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 1/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 1 x 2 jam A. Pokok Bahasan 1. Pendahuluan dan Konsep Pengukuran B. Sub Pokok Bahasan 1) Pemantauan dan pengendalian proses. 2) Besaran dan Satuan 3) Prinsip Pengukuran 4) Metode Pengukuran 5) Angka Penting dalam Pengukuran Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami dasar-dasar pengukuran Tujuan Pembelajaran Khusus 1.2 Menyebutkan instrumen dalam K S A pengendalian proses. K S √ A 1.3 Menjelaskan prinsip pengukuran. K S √ A 1.4 Menjelaskan metode pengukuran. K S A 1.5 Membaca penunjukan instrumen dengan memperhatikan angka penting C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan dasar-dasar pengukuran Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan dasarPembukaan dasar pengukuran - Menjelaskan perlunya pengukuran Pembahasan - Menjelaskan mekanisme dan langkah pengendalian proses - Menjelaskan metode pengukuran - Membaca nilai pengukuran Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran 140
Media/Alat Bantu K=Knowledge
S=Skill
LCD, pen, white board, board maker, model A=Attitude
REFFERENSI : 4. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 5. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 6. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
141
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 2/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 2 x 2 jam A. Pokok Bahasan 2. Karakteristik Statik B. Sub Pokok Bahasan 1) Respons step instrumen 2) Konstanta waktu, waktu naik, dan waktu tanggap 3) Menentukan akurasi dan presisi dari data pengamatan 4) Melakukan kalibrasi instrumen ukur Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami karakteristik statik Tujuan Pembelajaran Khusus 5) Menentukan gain, konstanta K S A waktu, waktu naik, dan waktu tanggap K 6) Menentukan akurasi dan presisi S A instrumen K S √ A 7) Melakukan kalibrasi C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan karakteristik statik Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan dasarPembukaan dasar pengukuran - Menjelaskan respons step Pembahasan - Menjelaskan konstanta waktu, waktu naik, waktu tanggap - Teknik Kalibrasi Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude
142
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
143
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 3/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 1 x 2 jam A. Pokok Bahasan 3. Karakteristik Dinamik B. Sub Pokok Bahasan 1) Respons Step Sistem Orde-1 2) Parameter Sistem Orde-1 3) Respons Step Sistem Orde-2 4) Parameter Sistem Orde-2 Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami karakteristik dinamik Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Menggambarkan respons step K S A sistem orde-1 dan 2 K S √ A 2) Menentukan parameter sistem orde-1 dan 2 C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan karakteristik dinamik sistem Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan karakteristik dinamik - Menjelaskan respons step sistem orde-1 dan 2 Pembahasan - Menjelaskan waktu karakteristik, faktor redaman, periode osilasi, overshoot, dan decay ratio Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude
144
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
145
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 1/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 4 x 2 jam A. Pokok Bahasan Pengukuran Suhu B. Sub Pokok Bahasan 1) Sistem termal isian 2) Detektor suhu resistansi 3) Termokopel 4) Pirometer Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip, analisis, dan perncangan pengukuran suhu Tujuan Pembelajaran Khusus Menjelaskan prinsip dan analisis K S √ A pengukuran suhu: sistem termal K S A isian, RTD dan termokopel. C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan dasar-dasar pengukuran Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan pengukuran suhu - Menjelaskan sistem termal isian Pembahasan - Menjelaskan RTD - Menjelaskan termokopel - Menjelaskan pirometer Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude
146
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
147
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 5/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 1 x 2 jam A. Pokok Bahasan Pengukuran Tekanan B. Sub Pokok Bahasan 1) Manometer U 2) Manometer Bourdon 3) Starin Gage 4) Instalasi intrumen 5) Kalibrasi Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip, analisis, dan perncangan pengukuran tekanan Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Menjelaskan prinsip dan analisis K S A pengukuran tekanan: manometer U, Bourdon, strain gage. 2) Menjelaskan cara instalasi K S A instrumen ukur tekanan S √ A 3) Menjelaskan prosedur kalibrasi . √ K C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan pengukuran tekanan Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan pengukuran tekanan - Menjelaskan manometer U Pembahasan - Menjelaskan manometer Bourdon - Menjelaskan strain gage - Menjelaskan prosedur kalibrasi tekanan Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude 148
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
149
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 6/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 2 x 2 jam A. Pokok Bahasan Pengukuran Laju ALir B. Sub Pokok Bahasan 1) Pengukuran berdasar tekanan 2) Pengukuran berdasar perpindahan positif 3) Pengukuran berdasar kecepatan linier 4) Pengukuran laju massa Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip, analisis, dan perncangan pengukuran pengukuran laju alir Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Menjelaskan prinsip dan analisis K S A pengukuran laju alir 2) Menjelaskan cara instalasi K S A instrumen ukur laju alir K S A 3) Menjelaskan prosedur kalibrasi . C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan pengukuran laju alir Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan pengukuran laju alir - Menjelaskan pengukuran pengukuran laju alir Pembahasan - Menjelaskan cara instalasi instrumen ukur laju alir - Menjelaskan prosedur kalibrasi . Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude
150
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. Measurement and Instrumentation Instrumentation Principles Principles (3 ed.). Oxford: 3. Morris, A. S. (2001). Measurement Butterworth-Heinemann.
151
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 7/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 2 x 2 jam A. Pokok Bahasan Pengukuran Level B. Sub Pokok Bahasan 1) Pengukuran berdasar anjakan 2) Pengukuran berdasar tekanan 3) Pengukuran berdasar pemantulan 4) Pengukuran berdasar berdasar sifat kapasitif dan resistif Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip, analisis, dan pernacangan pernacangan pengukuran level Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Menjelaskan prinsip dan analisis K S A pengukuran level 2) Menjelaskan cara instalasi K S A instrumen ukur level K S A 3) Menjelaskan prosedur kalibrasi . C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan pengukuran level Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan pengukuran laju alir - Menjelaskan pengukuran pengukuran laju alir Pembahasan - Menjelaskan cara instalasi instrumen ukur laju alir - Menjelaskan prosedur kalibrasi . Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude
152
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
153
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 8/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 1 x 2 jam A. Pokok Bahasan Metode Analisis Data B. Sub Pokok Bahasan 1) Populasi dan Sampel 2) Ukuran Sampel 3) Skala nominal, ordinal, interval dan rasio 4) Koefisien Korelasi dan Koefisien Determinasi Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip analisis data Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Membedakan antara populasi K S A dan sampel K 2) Menentukan jumlah sampel S A minimum K S A 3) Menjelaskan jenis skala dalam pengukuran 4) Menjelaskan koefisien korelasi √K S √ A dan determinasi C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan prinsip analisis data Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan prinsip analisis data - Menjelaskan populasi dan sampel Pembahasan - Menjelaskan cara menentukan besar sampel - Menjelaskan skala pengukuran - Menjelaskan koefisien korelasi dan determinasi Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude 154
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
155
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 9/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 1 x 2 jam A. Pokok Bahasan Analisis Deskriptif B. Sub Pokok Bahasan 1) Tabel dan Grafik 2) Rata-rata, variansi, deviasi standar, modus, median Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip analisis deskriptif Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Menyajikan data dalam tabel √K S √A dan grafik yang tepat 2) Menghitung rata-rata, variansi, deviasi standar, modus dan K S A median untuk data tunggal dan kelompok C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan prinsip analisis data Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan prinsip analisis deskriptif - Menjelaskan tabel dan grafik Pembahasan - Menjelaskan cara menentukan rata-rata, variasi, deviasi standar, modus, dna median Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude
156
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
157
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 10/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 1 x 2 jam A. Pokok Bahasan Analisis Inferensial B. Sub Pokok Bahasan Uji Prasyarat 1) Uji normalitas 2) Uji homogenitas 3) Uji linieritas Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip analisis prasyarat Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Melakukan uji normalitas √K S A 2) Melakukan uji homogenitas K S A K S A 3) Melakukan uji linieritas C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan prinsip uji prasyarat Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan prinsip uji prasyarat - Menjelaskan uji normalitas Pembahasan - Menjelaskan uji homogenitas - Menjelaskan uji linieritas Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test Penutup dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab Kegiatan Mahasiswa pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas Metode Pembelajaran LCD, pen, white board, board maker, model Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill A=Attitude
158
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
159
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 11/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 1 x 2 jam A. Pokok Bahasan Analisis Inferensial B. Sub Pokok Bahasan Analisis Korelasi 1) Korealasi Sederhana 2) Korelasi parsial Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip analisis korelasi Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Melakukan uji korelasi K √ S √ A sederhana K√ S A 2) Melakukan uji korelasi parsial C. Kegiatan Belajar Mengajar Menjelaskan prinsip uji korelasi Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan menjelaskan Pembukaan prinsip uji korelasi - Menjelaskan uji korelasi sederhana Pembahasan - Menjelaskan uji korelasi parsial Penutup
Kegiatan Mahasiswa Metode Pembelajaran Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill
Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas LCD, pen, white board, board maker, model A=Attitude
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
160
DOKUMEN SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP) 7.2.2/MIS/FOR-SAP/08/2008 JURUSAN : TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI : D-4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH POLITEKNIK NEGERI BANDUNG SATUAN ACARA PENGAJARAN JUDUL MATA KULIAH Instrumentasi dan Pengukuran NOMOR KODE/SKS KBTB 2163/2 PERTEMUAN KE/Semester 12/3 WAKTU PERTEMUAN (Jam) 1 x 2 jam A. Pokok Bahasan Analisis Inferensial B. Sub Pokok Bahasan Analisis Regresi 1) Ujia regresi Sederhana 2) Uji regresi berganda Tujuan Pembelajaran Umum Mahasiswa memahami prinsip analisis regresi Tujuan Pembelajaran Khusus 1) Melakukan uji regresi sederhana K S 2) Melakukan uji regresi berganda K S C. Kegiatan Belajar Mengajar Pembukaan Pembahasan Penutup
Kegiatan Mahasiswa Metode Pembelajaran Media/Alat Bantu K=Knowledge S=Skill
Menjelaskan prinsip uji regresi Tahap Kegiatan Menyebutkan, menerangkan, dan prinsip uji regresi - Menjelaskan uji regresi sederhana - Menjelaskan uji regresi berganda
√
A A
menjelaskan
Evaluasi/Penilaian: tugas, diskusi, praktikum, test dan memberikan soal-soal yang menyangkut hal-hal yang termaktub dalam sub pokok bahasan Kriteria Penilaian: Mahasiswa dapat menjawab pertanyaan dan mengajukan pertanyaan terkait dengan penjelasan Metoda Penilaian: kuis dan tanya jawab Hasil Penilaian: Sebagai umpan balik Memperhatikan, mencatat, bertanya, menjawab pertanyaan, mengerjakan tugas Diskusi, ceramah, latihan, demonstrasi, dan tugas LCD, pen, white board, board maker, model A=Attitude
REFFERENSI : 1. Heriyanto. (2013). Buku Ajar Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: Politeknik Negeri Bandung 2. Alavala, C. R. (2009). Principles of Industrial Instrumentation and Control System. Hyderabad: JNTU College of Engineering. 3. Morris, A. S. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
161
