Penggunaan Thermocouple

Thermocouple sebagai salah satu jenis alat ukur temperatur menjadi jenis yang paling banyak digunakan di dunia industri. Sifatnya yang murah dan dapat dimodifikasi proses instalasinya sesuai dengan kondisi media yang diukur menjadi alasan utamanya. Setelah kita bahas prinsip dasar thermocouple pada artikel sebelumnya, kali ini akan kita bahas beberapa aplikasi penggunaan thermocouple terutama penggunaannya pada ketel uap (boiler).

Pengukuran Temperatur Pada Pipa Aliran Fluida
Temperatur aliran fluida (cairan, gas, atau uap air) yang mengalir di dalam sebuah pipa dapat diukur dengan menggunakan termometer kaca, termometer tahanan listrik, atau juga thermocouple.
Termometer yang digunakan untuk mengukur temperatur aliran fluida dipasang di dalam sebuah selongsong yang berfungsi untuk melindungi termometer dari keausan, rangkaian ini biasa disebut dengan istilah thermowell. Namun di antara beberapa jenis termometer yang dapat digunakan untuk mengukur temperatur aliran fluida tersebut, thermocouple menjadi jenis yang paling banyak digunakan. Hal ini karena thermocouple dapat dipasang di sisi luar selongsong, selongsong tersebut ditanamkan masuk ke dalam pipa aliran fluida.

Instalasi Thermocouple Pada Pipa Aliran Fluida

Pada sistem ini, thermocouple membaca temperatur yang ada pada sisi luar selongsong. Selongsong yang kontak langsung dengan fluida tersebut berfungsi untuk memindahkan panas secara konduksi sehingga temperaturnya sama dengan temperatur fluida. Selain itu selongsong tersebut didesain sekecil mungkin agar perpindahan panas yang terjadi dapat terisolir. Kecepatan aliran fluida serta tekanan fluida juga harus menjadi pertimbangan utama dalam mendesain penggunaan selongsong thermocouple ini.

Pengukuran Temperatur Pada Pipa Boiler
Pada pengoperasian boiler, sangat penting bagi operator untuk mengontrol temperatur metal pipa boiler di setiap bagian. Bagian-bagian tersebut termasuk pipa dinding furnace yang didinginkan oleh air dan uap air pada temperatur saturasi, pipa economizer yang didinginkan oleh air pada temperatur di bawah titik saturasi, serta pipa-pipa superheater dan reheater yang didinginkan oleh uap air pada temperatur di atas titik saturasinya. Pengukuran temperatur-temperatur tersebut berfungsi untuk menjaga agar pipa-pipa boiler tetap bekerja pada temperatur amannya, mengetahui keseragaman temperatur pipa-pipa yang tersusun secara paralel, atau untuk mengetahui kenaikan temperatur fluida antara sisi inlet dengan sisi outlet pipa.

Instalasi Thermocouple Pada Pipa Boiler

Gambar di atas mengilustrasikan bentuk dasar instalasi thermocouple pada pipa boiler. Desain terbaik ditunjukkan oleh gambar (A) yang apabila dipasang dengan baik, thermocouple tersebut dapat menunjukkan temperatur metal pipa serta fluida yang mengalir di dalamnya sekaligus. Pemasangan thrmocouple dengan cara seperti ini akan mengurangi efek kerugian perpindahan panas secara konduksi pada sensor thermocouple.

Chordal Thermocouple Hasil Pengembangan The Babcock & Wilcox Company

Untuk mengukur temperatur pipa pada boiler, diperlukan sebuah sistem khusus untuk melindungi sensor thermocouple dari kondisi ekstrim temperature furnace yang tinggi serta kemungkinan adanya slag yang terbentuk di permukaan pipa boiler. Sebuah teknologi thermocouple dikembangkan oleh The Babcock & Wilcox Company, mereka mendesain instalasi thermocouple pada pipa boiler dengan menanamkan sensor thermocouple ke dalam metal pipa. Sistem ini membuat pembacaan temperatur menjadi sangat akurat karena minimnya kerugian panas yang keluar dari kawat sensor, serta menjadikannya tahan terhadap kondisi ekstrim pipa boiler. Thermocouple sistem ini juga dapat digunakan untuk mengukur temperatur metal pipa maupun uap air pada sisi pipa superheater dan reheater boiler. Dengan desainnya yang unik, thermocouple ini mampu mengeluarkan data temperatur metal sisi luar (sisi gas panas) maupun sisi dalam (sisi air/uap air). Pembacaan temperatur yang dihasilkan juga sangat akurat, dari grafik berikut dapat kia lihat pengaruh adanya deposit slag yang menempel pada pipa boiler terhadap temperatur metal pipa. Kemampuan pembacaan yang akurat ini menjadi modal penting bagi operator boiler untuk dapat menjaga operasional boiler agar selalu bekerja pada kondisi amannya.

Pembacaan Chordal Thermocouple Pada Berbagai Kondisi

Pengukuran Temperatur Gas
Untuk mengukur temperatur dari gas sebenarnya tidaklah terlalu rumit, karena temperatur gas lebih mudah seragam dengan lingkungan sekitarnya. Permasalahan muncul jika temperatur lingkungan atau wadah dari gas tersebut berbeda dengan temperatur gs itu sendiri, salah satu contoh dari ksus ini adalah temperatur gas panas hasil pembakaran di dalam furnace boiler. Pembacaan temperatur gas sangat dipengaruhi oleh temperatur dan kecepatan aliran gas, temperatur lingkungan sekitar gas, ukuran sensor ukur temperatur yang digunakan, serta konstruksi dari sensor temperatur yang digunakan.
Pyrometer optik dan pyrometer radiasi tidak didesain untuk mengukur temperatur gas. Begitu juga dengan thermocouple yang tidak menggunakan cover dengan baik akan menghasilkan pembacaan yang jauh dari temperatur aktual gas tersebut. Alat ukur yang cocok untuk mengukur temperatur gas adalah High Velocity Thermocouple dan Multiple-Shield High Velocity Thermocouple. Keduanya didesain untuk dapat mengurangi kerugian pengukuran akibat adanya perpindahan panas radiasi dari gas tersebut. Selain itu alat ini dapat mengukur temperatur gas tinggi di sekitar lingkungan dengan temperatur rendah atau juga sebaliknya mengukur temperatur gas rendah di lingkungan yang bertemperatur tinggi.

Desain Pelindung Untuk High Velocity Thermocouple dan
Multiple-Shield High Velocity Thermocouple

Salah satu desain thermocouple yang digunakan khusus untuk mengukur temperatur gas panas hasil pembakaran furnace boiler telah dikembangkan juga oleh The Babcock & Wilcox Company. Thermocouple ini difasilitasi dengan aliran air pendingin. Sensornya dilindungi dari pengaruh radiasi gas dengan menggunakan tabung porselen anti radiasi. Gas panas yang dialirkan pada sensor ini dijaga pada kecepatan aliran 20,34 kg/m²s oleh sebuah orifice. Temperatur perpindahan konveksi dari gas yang mengalir ke sensor ini sudah mencerminkan temperatur gas panas tersebut.

High Velocity Thermocouple Dengan Pendingin Air

Sumber :
B&W – Steam, Its Generation and Use – Chapter 40
http://artikel-teknologi.com/penggunaan-thermocouple/