Mengurangi Keterlambatan Waktu dalam Instrumentasi Analitik Menggunakan Regulator
Cara Menggunakan Regulator untuk Mengurangi Keterlambatan Waktu dalam Sistem Analitik
Mike Strobel, Supervisor Insinyur Lapangan
Pengukuran proses adalah instan, tetapi respons analyzer tidak pernah instan. Dari titik ambil hingga analyzer, selalu ada keterlambatan waktu. Sayangnya, keterlambatan ini sering kali tidak dihitung atau dipahami dengan benar.
Dalam sistem sampel analitik, keterlambatan waktu didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk sampel baru mencapai analyzer. Tulisan blog terpisah menjelaskan cara kerja keterlambatan waktu dan tips untuk meminimalkannya secara menyeluruh, tetapi dalam tulisan ini, kita akan fokus pada cara mengontrol keterlambatan waktu dengan regulator tekanan. Regulator mengontrol tekanan, dan tekanan dalam sistem analitik berkaitan erat dengan waktu. Dalam kasus sistem gas dengan laju aliran yang dikontrol, semakin rendah tekanan, semakin pendek keterlambatan waktu.
Keterlambatan waktu dapat terjadi di salah satu bagian utama sistem instrumentasi analitik, termasuk garis proses, titik ambil dan sonde, stasiun lapangan, garis transportasi, sistem kondisi sampel, sistem pergantian aliran, dan analyzer. Diagram di bawah ini adalah contoh sistem sampel analitik proses yang umum.
Keterlambatan waktu bersifat kumulatif. Ini terdiri dari total waktu yang dibutuhkan untuk fluida untuk berjalan dari proses yang dipantau hingga analyzer. Anda dapat mempelajari lebih lanjut cara mengukur keterlambatan waktu di sini. Untuk saat ini, kita akan fokus pada stasiun lapangan dan peran penting regulator dalam mengurangi keterlambatan waktu di sana.
Sebelum Stasiun Lapangan
Meminimalkan keterlambatan waktu dimulai dengan lokasi titik ambil. Terbaik untuk menempatkan titik ambil sedekat mungkin dengan analyzer proses, tetapi juga hulu dari sumber keterlambatan waktu proses, seperti drum, tangki, saluran mati, garis stagnan, atau peralatan redundan atau usang.
Saat mengambil sampel cairan, tekanan di titik ambil harus cukup untuk menyampaikan sampel melalui garis transportasi atau loop cepat tanpa pompa—suatu komponen mahal yang memperkenalkan variabel kinerja tambahan.
Dalam banyak kasus, Anda mungkin tidak dapat menentukan lokasi titik ambil. Anda mungkin harus puas dengan lokasi titik ambil yang ada, dan seringkali, lokasi shed analyzer yang ada juga. Jika titik ambil berjarak jauh dari analyzer, loop cepat direkomendasikan sebagai cara untuk dengan cepat menyampaikan fluida ke analyzer dan mengembalikan bagian yang tidak digunakan ke proses.
Dalam sebagian besar sistem instrumentasi analitik, sumber keterlambatan waktu lainnya adalah sonde. Semakin besar volume sonde, semakin besar keterlambatan. Volume akan dipengaruhi baik oleh panjang maupun lebar sonde. Saat mencoba meminimalkan keterlambatan waktu, pilih sonde volume rendah.
Di Stasiun Lapangan
Dalam kasus di mana analyzer proses memerlukan sampel cairan, regulator di stasiun lapangan tidak digunakan. Lebih baik untuk menjaga cairan pada tekanan tinggi untuk menghindari pembentukan gelembung. Dalam kasus sampel gas, stasiun lapangan digunakan sebagai cara untuk menurunkan tekanan di garis transportasi.
Keterlambatan waktu menurun sebanding secara langsung dengan tekanan absolut. Pada setengah tekanan, Anda akan mendapatkan setengah keterlambatan waktu. Stasiun lapangan ditempatkan sedekat mungkin dengan titik ambil. Semakin cepat tekanan diturunkan, semakin baik. Mari kita lihat tiga aplikasi yang mungkin untuk regulator di stasiun lapangan. Dengan masing-masing, regulator dikonfigurasi dengan sedikit berbeda.
Aplikasi Regulator #1
Dalam aplikasi pertama, tujuannya adalah untuk mengurangi tekanan gas. Penurunan tekanan tidak diharapkan menghasilkan kondensasi. Oleh karena itu, regulator tekanan reduksi sederhana dapat digunakan. Regulator tekanan reduksi mempertahankan tekanan konstan di keluar. Elemen sensor, biasanya diafragma atau piston, bergerak sebagai respons terhadap tekanan hilir, memungkinkan elemen kontrol, paling sering poppet berbentuk kerucut, untuk mengubah luas aliran orifice di mana gas melewati. Saat elemen sensor didorong ke atas sebagai respons terhadap tekanan yang lebih tinggi, elemen kontrol bergerak lebih dekat ke kursi regulator dan luas orifice menjadi lebih kecil. Saat elemen sensor bergerak ke bawah dengan tekanan yang lebih rendah, orifice menjadi lebih besar. Dalam sebagian besar regulator analitik, handle pada regulator memungkinkan operator untuk menetapkan tekanan keluar dengan menekan atau melemaskan pegas set yang mendorong gerakan elemen sensor terhadap tekanan keluar.
Diafragma logam ideal untuk aplikasi di mana tekanan masuk tidak berubah tajam atau di mana kompatibilitas kimia penting. Namun, dalam aplikasi di mana tekanan mungkin tidak konsisten atau lonjakan, regulator tipe piston mungkin lebih sesuai.
Aplikasi Regulator #2
Dalam aplikasi regulator kami yang kedua, penurunan tekanan diharapkan menyebabkan kondensasi. Dengan penurunan tekanan, hampir semua gas kehilangan energi, dikenal sebagai efek Joule-Thomson—resulting in cooling. Jika gas mendekati titik embunnya, pendinginan ini dapat menyebabkan kondensasi. Dalam beberapa kasus, kehilangan panas mungkin cukup besar untuk menyebabkan kondensasi, sehingga secara potensi membeku regulatornya. Karena efek Joule-Thomson, regulator pemanas mungkin diperlukan untuk menjaga suhu gas di atas titik embun. Regulator pemanas adalah regulator tekanan reduksi di mana fluida sistem mengalir melalui elemen pemanas. Sebuah kartu pemanas diperlukan.
Anda dapat menghitung jumlah energi (atau daya) yang diperlukan dari kartu pemanas sehingga Anda dapat menentukan satu dalam rentang daya yang benar. Setiap gas memiliki koefisien Joule-Thomson, yang dimasukkan ke dalam rumus bersama dengan penurunan tekanan dan laju aliran untuk menghasilkan jumlah watt yang diperlukan.
Aplikasi Regulator #3
Dalam aplikasi regulator kami yang ketiga, cairan harus menjadi gas sebelum dapat dianalisis oleh kromatografi gas atau analyzer lainnya. Dalam hal ini, regulator penguap digunakan. Regulator penguap dapat sulit dipilih tetapi dapat menjadi cara yang andal untuk menyiapkan sampel cairan jika diukur dan dipasang dengan benar. Tujuan dari regulator penguap adalah untuk secara instan membeku seluruh sampel menjadi gas untuk memastikan sampel yang diuapkan mewakili proses cairan.
Dengan regulator penguap, seseorang harus memperhatikan suhu dan laju aliran uap dengan sangat hati-hati. Jika aliran terlalu besar, sampel hanya akan sebagian diuapkan, dan cairan akan mengalir melalui regulator dan menuju analyzer. Jika suhu penguap terlalu tinggi, sampel cairan hulu akan diuapkan. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang mengelola penguapan dalam sistem sampel di sini.
Terakhir, pastikan untuk menyiapkan regulator penguap Anda dengan benar untuk menghindari menciptakan keterlambatan waktu yang signifikan. Saat fluida berubah dari cairan menjadi gas, volume akan meningkat secara dramatis. Jumlah peningkatan akan bergantung pada bobot molekuler cairan. Biasanya, aliran uap yang diukur setelah regulator akan lebih dari 300 kali aliran cairan sebelum regulator penguap.
Misalnya, dengan aliran uap 600 cm3/menit, aliran cairan mungkin kurang dari 2 cm3/menit. Dalam hal ini, cairan akan memakan waktu 25 menit untuk melalui 3 meter (sekitar 10 kaki) tabung 6 mm (1/4 inci). Untuk mengurangi waktu ini, kita harus mengurangi volume tabung sebelum regulator. Misalnya, dengan hanya 30,5 cm (1 kaki) tabung 3,2 mm (1/8 inci), akan memakan waktu hanya 30 detik untuk cairan mencapai regulator. Namun, waktu ini, kita harus menambahkan keterlambatan waktu di sonde. Semakin sempit sonde, semakin cepat responsnya.
Salah satu cara lain untuk mendapatkan respons yang lebih cepat adalah dengan memindahkan penguap lebih dekat ke analyzer dengan bantuan loop cepat cairan. Dalam diagram di bawah, regulator terletak setelah filter loop cepat dengan loop bypass cairan lento kedua yang memastikan aliran cairan yang baik berlanjut hingga ke regulator penguap. Tujuannya adalah untuk meminimalkan volume cairan yang bergerak lambat menuju regulator penguap.
Buat Pilihan Regulator yang Tepat untuk Mengurangi Keterlambatan
Regulator adalah alat krusial dalam mengatasi keterlambatan waktu dalam sistem analitik. Semakin rendah tekanan dalam sistem gas, semakin cepat waktu responsnya. Secara umum, semakin cepat tekanan dapat diturunkan dalam sistem gas, semakin baik. Dalam kasus di mana cairan diuapkan, pertimbangkan loop cepat cairan untuk menjaga cairan bergerak hingga ke regulator penguap. Stasiun lapangan adalah salah satu tempat dalam sistem instrumentasi analitik yang kompleks di mana keterlambatan waktu dapat dikurangi secara signifikan, tetapi pendekatan terhadap keterlambatan waktu harus selalu menyeluruh. Untuk mengurangi keterlambatan waktu, semua potensi penyebab keterlambatan dalam sistem harus diperiksa dengan cermat.
Jika Anda kesulitan dengan keterlambatan waktu dalam sistem analitik Anda, di luar mengikuti saran di atas mengenai pemilihan regulator, ada beberapa tempat lain yang dapat Anda kunjungi untuk bantuan. Kami menawarkan beberapa kursus pelatihan sistem sampel yang diajarkan oleh pakar pengambilan sampel, kami menawarkan subsistem analitik yang telah dirancang sebelumnya sesuai dengan praktik terbaik, dan tim insinyur lapangan kami juga dapat datang ke lokasi untuk membantu Anda mengidentifikasi dan memecahkan masalah dengan sistem analitik Anda. Untuk mempelajari lebih lanjut atau memulai percakapan tentang mengurangi keterlambatan dalam sistem analitik Anda, klik tombol di bawah.
