Calibration

Tuesday, 14 February 2017 Calibration Hits: 15724

Mengukur laju aliran (flow measuring) adalah hal yang terkadang sulit dipahami. Bukan apa-apa. Terkadang bila seseorang menyatakan begitu yakin dengan hasil pengukuran laju aliran, justru disaat itulah kita perlu mempertanyakan ke-akurasi-annya. Sebuah instrumen ukur laju aliran yang dibuat begitu canggih memudahkan pembacaan adalah satu sisi, sementara bagaimana instrumen itu mampu menunjukkan hasil pengukuran secara akurat adalah hal lain, yang terkadang sama sekali tidak terkait dengan kecanggihannya. Saya batasi semesta pembicaraan ini pada cakupan industri obat dan makanan atau sejenisnya. Karena wilayah dan tuntutan rentang ukur dan akurasinya tentu akan beda bila kita bicara pada ruang lingkup industri minyak dan gas misalnya.

Baiklah, mari kita coba perlahan-lahan meraba pengertiannya. Namanya mengukur laju aliran, tentunya obyek ukur pastilah sesuatu yang mengalir. Terminologi ilmiahnya disebut fluida. Bisa berupa zat gas, cair, atau padat dalam bentuk serbuk. Namanya mengalir, pada dasarnya adalah berapa besar sejumlah zat tadi dipindahkan setiap waktunya. Nah, ketika dia mengalir, maka yang kita ukur adalah seputaran dari tiga pilihan ini, yaitu: Mass flow. Adalah mengukur laju aliran massa setiap waktunya. Satuannya adalah massa per satuan waktu, bila pada sistem SI kita mengenal kg/s, kg/jam. Biasanya dipakai untuk besaran laju aliran zat berbentuk cair dan padat berbentuk serbuk. Volumetric Flow. Adalah pengukuran laju aliran volume setiap waktunya. Satuan yang umum adalah misalnya liter/menit, m3/jam, CFM (cubic-feet-per-minute). Umumnya dipakai untuk besaran laju aliran udara atau gas, terkadang juga cairan untuk yang encer. Velocity. Ada juga pengukuran yang tidak sampai pada besaran volume, tapi cukup kecepatan alirannya saja. Menggunakan satuan panjang per waktu, bisa m/dtk, m/jam.

Instrumen laju aliran di industri obat makanan, umumnya bisa berada di wilayah high-product-risk, merupakan alat ukur yang terkait dengan formulasi pada proses produksi, terutama pada produksi kontinu. Sementara sebagian juga bisa menjadi kategori high-process-risk, terutama di cakupan sarana penujang kritis, misal terkait flow udara HVAC, laju aliran purified water bahan baku dalam pipa, dan sebagainya. Dari perspektif instrumen ukur sendiri, teknologi saat ini bisa memberikan opsi beragam cara penginderaan laju aliran ini. Yang konvensional merupakan generasi pertama penginderaan laju aliran ini dengan metode mekanik, yaitu menggunakan turbine-rotor (roda-berputar) untuk pengukuran cairan, dan vane (kipas) untuk pengukuran udara/gas. Yang kemudian berkembang adalah metode non-mekanik, yang banyak dijumpai pada instrumen ukur laju aliran, misal dengan: thermal-hot-wired (udara), electro-magnetic (cairan konduktif), coriolis (cair dan serbuk), dan ultrasonic (cair).

Sebelum berbicara lebih jauh tentang kalibrasi, hal yang utama untuk menjamin akurasi pengukuran pada operasional penggunaan adalah kesesuaian dalam pemilihan instrumen! Hal ini mencakup instrumen dengan metode ukur apa yang sesuai dan rentang pengukurannya. Yang konvensional memang relatif aman, tapi menuntut konsekuensi harus baik dalam pemeliharaan dan kalibrasinya. Sementara kita harus hati-hati dalam memilih yang non-konvensional, terutama bila kita membelinya secara terpisah bukan bagian dari keseluruhan sistem. Misalnya memilih metode ukur electro-magnetic untuk mengukur laju aliran minyak tentunya kurang tepat. Adalagi misal memilih alat ukur coriolis untuk mengukur laju udara yang bisa dipastikan akan memberikan angka ketidakpastian ukur yang besar.

Perlu diperhatikan juga bila kebutuhan instrumen ini merupakan bagian dari proses produksi pada station formulasi secara kontinu. Bila perhitungan formulasi salah satu komponen cair misalnya dalam satuan massa, maka sebaiknya intrumen yang dipilih adalah yang berbasis pengukuran mass-flow. Atau sebaliknya bila misal pada formulasi pelarut air diisikan dengan ukuran volume secara kontinu, maka sebaiknya dengan instrumen volumetric-flow. Dengan maksud untuk mengurangi sumber ketidakpastian konversi perhitungan berat jenis tentunya.

Memilih rentang yang tepat juga perlu diperhatikan. Semakin lebar kemampuan rentang ukur instrumen memang terkadang memberikan flexibilitas yang lebih. Tapi perlu diingat, semakin lebar rentang kemampuan ukur akan menurunkan sifat ke-akurasi-an dan ke-presisi-an. Silahkan browse artikel saya terdahulu tentang akurasi dan presisi untuk lebih jauh memahaminya. Contoh lain petimbangan rentang yang tepat untuk sebuah pengukuran operasional tertentu adalah, fakta dimana sebuah alat ukur tidak selalu menunjukkan kemampuan kinerja alat yang sama di sepanjang rentang ukurnya. Saya beri salah satu contoh di bawah, saya comot dari jurnal penelitannya National Measurement System (Good Practice Guide, The Calibration of Flowmeter, TUV NEL, UK, 2008), yang melihat kinerja alat ukur laju cairan dengan metoda turbine-rotor, untuk berbagai jenis cairan:

Bisa anda lihat untuk penggunaan turbine-rotor pada pengukuran laju aliran bahan bakar cair, sangat tidak stabil pada penggunaan dibawah sekitar 40% rentang ukur alat. Sementara penggunaan pada fluida yang lain juga hanya terlihat stabil pada rentang ukut antara 50% - 80% skala maksimal. Artinya bila anda akan mengukur air, yang operasionalnya anda perkirakan akan bekerja pada wilayah 4 - 8 m3/jam (tipikal aliran looping purified-water pada pipa 1 inch), maka rentang paling baik bagi pilihan alat ukur kita justru pada cukup maksimal 10 m3/jam. Memilih alat ukur terpasang yang full-scale nya bisa sampai 25 m3/jam akan memberikan error pengukuran yang besar pada rentang ukur operasional.

Sekarang bicara kalibrasi. Kembali ke konsep kalibrasi, adalah upaya memastikan bahwa penunjukkan alat ukur sesuai dengan standar, sesuai dengan keharusannya. Artinya, secanggih apa pun instrumen ukur terpasang, sebaiknya ada upaya untuk melakukan kalibrasi berkala tergantung level risiko atas penggunaan alat ukur yang tentunya anda sendiri yang akan menentukannya. Apakah itu memang kalibrasi sesuai rentang skala alat ukut itu sendiri (pertimbangan akurasi alat ukur), atau 'sekedar' kalibrasi pada rentang ukur operasional (pertimbangan akurasi operasional, biasa sebagian praktisi menyebutnya verifikasi).

Ada cukup beragam metode ilmiah kalibrasi alat ukur flow ini. Sebagian besar darinya juga sudah menjadi acuan dan distandarkan. Bagi laboratorium kalibrasi boleh mengembangkan metoda-metoda tersebut dalam upaya meningkatkan ke-akurasi-an proses kalibrasi memperkecil angka ketidakpastian. Tapi bagi praktisi industri pengguna alat ukur, paling tidak saya bisa memberikan gambaran beberapa cara praktis sebagai berikut:

Kalibrasi dengan cara membandingkan besaran ukur utama pada laju keluaran. Misal untuk jenis volumetric-flowmeter pada cairan, saat laju ukur stabil, dicatat angka, kemudian dalam satu waktu tertentu menggunakan stopwatch terkalibrasi, hasil keluaran ditampung kemudian diukur volume menggunakan gelas ukur terkalibrasi. Atau untuk jenis mass-flow, menampung dan mengukur menggunakan stopwatch dan timbangan terkalibrasi. Umumnya dilakukan untuk fluida cair dengan kecepatan rendah sampai sedang. Untuk udara/gas, tidak begitu mudah bagi praktisi industri untuk melakukannya.

Cara mudah lainnya adalah dengan berbandingan langsung menggunakan alat ukur flow sejenis yang sudah terkalibrasi. Dalam hal ini, karena sifat fluida (misal: densitas, viskositas-nya) yang bisa jadi berubah karena perubahan temperatur dan tekanan statisnya, maka sebaiknya sensor pembanding standarnya diletakkan sedekat mungkin dengan pengindera alat ukur yang dikalibrasi. Cara ini umumnya juga diterapkan pada kalibrasi alat ukur flow yang terpasang in-line. Sehingga penting untuk diperhatikan saat desain instalasi, sebaiknya selalu disiapkan port kalibrasi (untuk menempatkan sensor instrumen standar) didekat setiap alat ukur flow terpasang. Tinggal kewajiban industri untuk selalu meng-kalibrasi-kan instrumen standar-nya ke laboratorium yang memiliki fasilitas kalibrasi flowmeter yang baik.

Pitoyo Amrih

• < Prev
• Next >