BAB II TINJAUAN PUSTAKA

19

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Dasar Sistem Pengendalian Sistem pengendalian adalah susunan komponen komponen fisik yang dirakit sedemikian rupa sehingga berfungsi untuk mengendalikan sistem itu sendiri atau sistem lain yang berhubungan dengan sebuah proses. Atau dengan pengertian lain sistem pengendalian adalah suatu proses / pengendalian terhadap suatu atau beberappa besaran sehingga berada pada suatu harga atau range tertentu. Hampir semua proses dalam dunia industri membutuhkan peralatan-peralatan otomatis untuk mengendalikan parameter – parameter prosesnya. Otomatisasi tidak saja diperlukan demi kelancaran operasi, keamanan, ekonomi, maupun mutu produk, tetapi lebih merupakan kebutuhan pokok. Kita tidak akan mungkin menjalankan suatu proses industri tanpa sistem pengendalian, contohnya pengendalian disuatu proses pengilangan minyak. Ada banyak parameter yang harus dikendalikan di dalam suatu proses. Di antaranya, yang paling umum, adalah tekanan (pressure) di dalam sebuah vassel atau pipa, aliran (flow) didalam pipa, suhu (temperature) di unit proses seperti heat exchanger, atau permukaan zat cair (level) disebuah tangki. Dan ada beberapa parameter lain diluar keempat parameter diatas yang cukup penting dan juga perlu dikendalikan karena kebutuhan spesifik proses, diantaranya : pH di industri petrokimia, water cut (BS & W) di ladang minyak mentah, warna produk di suatu fasilitas pencairan gas (NGL) dan sebagainya. Gabungan serta kerja alat – alat pengendalian otomatis itulah yang dinamakan sistem pengendalian proses (process control system). Sedangkan semua peralatannya yang membentuk sistem pengendalian disebut instrumentasi pengendalian proses (process control instrumentation). Kedua hal terdsebut berhubungan satu sama lain, namun keduanya mempunyai hakikat yang berbeda. Ilmu process control instrumentation lebih terfokus pada penjelasan kerja alat sedangkan process control system lebih terpusat pada kerja sistem tersebut.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

20

Pada akhirnya pengendalian otomatis memegang peranan penting dan memberikan kemudahan dalam mendapatkan performansi dalam suatu sistem dinamik, mempertinggi kualitas, menurunkan biaya produksi dan mempertinggi laju produksi, serta meniadakan pekerjaan pekerjaan rutiin yang harus dilakukan oleh manusia. Namun semua peran operator manual digantikan oleh sebuah alat yang disebut controller. Tugas membuka dan menutup valve tidak lagi dikerjakan oleh operator tetapi atas perintah controller. Untuk keperluan pengendalian otomatis, valve harus dilengkapi dengan alat yang disebut actuator , sehingga unit valve yang sekarang menjadi unit yang disebut control valve. Semua peralatan pengendalian inilah (controller dan control valve) yang disebut sebagai instrumentasi pengendalian proses.

2.1.1 Istilah dan Elemen Elemen Dalam Sistem Pengendalian a.

Process (Proses) Dalam kamus Merriam – Webster mendefinisikan proses sebagai operasi atau perkembangan alamiah yang berlangsung secara kontinyu yang ditandai oleh suatu deretan perubahan kecil yang berurutan dengan cara yang relative tetapdan menuju kesuatu hasil atau keadaan akhir tertentu. Atau tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu. Input proses dapat bermacam macam, yang pasti ia merupakan besaran yang dapat dimanipulasi oleh final control element atau control valve agar measurement variable sama dengan set point.

b.

Plant Plant adalah seperangkat peralatan, mungkin hanya terdiri dari beberapa bagian mesin yang bekerja bersama - sama, yang dilakukan untuk melakukan suatu operasi tertentu. Atau dengan kata lain plant adalah objek yang dikendalikan.

c.

System (sistem) Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama sama dan melakukan suatu sasaran tertentu.


21

d.

Controlled Variable Controlled variable adalah besaran atau variable yang dikendalikan. Besaran ini pada diagram kotak disebut juga dengan out put proses atau process variable.

e.

Manipulated Variable Manipulated variable adalah input dari suatu proses yang dapat dimanipulasi atau di ubah ubah besarnya agar process variable atau control variable besarnya sama dengan set point

f.

Disturbance (Gangguan) Disturbance adalah suatu sinyal yang cenderung mempunyai pengaruh yang merugikan pada harga keluaran system,atau biassa disebut dengan besaran lain, manipulated variable yang menyebabkan berubahnya controlled variable , besaran ini juga lazim disebut dengan load.

g.

Sensing Element Sensing Element adalah bagian yang paling ujung suatu sistem pengukuran (measuring system), bagian ini juga disebut dengan sensor atau primary element.

h.

Transducer dan Transmitter Transducer adalah unit pengalih sinyal sedangkan transmitter adalah alat yang berfungsi membaca sinyal sensing element dan mengubahnyya menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller. Transmitter lebih khusus pemakainnya dalam sistem pengukuran.

i.

Measurrement Variable Measurement variable adalah sinyal yang keluar dari transmitter. Besaran ini merupakan cerminan besarnya sinyal sistem pengukuran.

j.

Set point Set point besar process variable yang dikehendaki. Sebuah controller akan selalu berusaha menyamakan controlled variable dengan set point.

k.

Error


22

Error adalah selisih antara set point dikurangi dengan measured variable. Error bisa negatif dan bisa juga positif. Bila set point lebih besar dari measured variable demikian sebaliknya bila set point lebih kecil dari measured variable maka error akan negatif.

l.

Controller Controller adalah element yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa banyak koreksi yang dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan tadi. Controller sepenuhnya menggantikan peran

manusia dalam meengendalikan sebuah proses.

Controller sering diterjemahkan sebagai alat pengendali. m.

Feedback (Umpan Balik) Umpan balik adalah sifat dari suatu sistem untaian tertutup yang memungkinkan keluarannya bisa dibandingkan dengan masukan sistem itu agar tindakan pengendalian yang tepat sebagai fungsi dari keluaran dan masukannya bisa terjadi.

n.

Final Control Element Final control element adalah bagian terakhir dari instrumentasi sistem pengendalian. Bagian ini berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan cara memanipulasi besarnya manipulated variable, berdasarkan perintah controller.

2.1.2 Prinsip Prinsip Sistem Pengendalian Persyaratan umum dari system pengendalian adalah setiap elemen dari system pengendalian haruslah stabil. Ini merupakan persyaratan utama. Disamping kestabilan mutlak, suatu system pengendalian harus mempunyai kestabilan relative yang layak, jadi kecepatan respon harus cukup cepat dan menuju peredaman yang layak. Suatu system pengendalian juga harus mampu memperkecil kesalahan sampai nol atau


23

sampai pada suatu harga yang dapat ditoleransi. Mari kita lihat sebuah contoh kasus dari gambar dibawah ini:

Level Set point

Pabrik

Tangki

Gambar 2.1 Pengendalian level di dalam tangki oleh manusia

Pada sistem pengendalian gambar 2.1, pertama operator harus mengamati ketinggian level, kemudian mengevaluasi apakah level yang ada sudah seperti yang dikehendakinya. Kalau level tidak sama dengan yang dikehendakinya, operator harus memperkirakan seberapa banyak valve perlu lebih ditutup atau lebih dibuka. Selanjutnya operator harus benar benar mengubah bukaan valve sesuai dengan yang diperkirakan tadi. Jika dikaji lebih jauh, dalam mengendalikan proses operator mengerjakan empat langkah yaitu mengukur, membandingkan, menghitung dan mengoreksi. Pada waktu operator mengamati ketinggian level maka yang ia kerjakan sebenarnya adalah langkah mengukur proses variable dan process variablenya adalah level. Kemudian operator membandingkan apakah hasil pengukuran tadi sesuai dengan apa yang dikehendakinya. Besar process variable itu disebut dengan set point. Pada contoh ini kita umpamakan level selalu 50%, set point didalam sistem pengendalian ini besarnya 50%. Perbedaan antara process variable dan set point disebut dengan error. Berdasarkan error itulah operator menentukan arah dari bukaan valve. Seorang operator yang berpengalaman tidak sembarang membuka atau menutup valve. Ia juga akan memperkirakan seberapa banyak valve perlu lebih dibuka atau ditutup. Pada tahapan ini sebenarnya operator sedang melakukan langkah menghitung. Langkah berikutnya yang perlu dikerjakan oleh operator adalah


24

mengubah bukaan valve sesuai dengan hasil perbandingan dan perhitungan tadi. Langkah inilah yang disebut dengan langkah mengoreksi. Keempat

langkah

yang

dilakukan

operator

tadi

yaitu

mengukur,

membandingkan, menghitung,dan mengoreksi, seluruhnya dapat dikerjakan dengan langkah instrumentasi. Manusia, kemudian, sama sekali tidak menentukan keempat langkah tadi. Operator hanya perlu menentukan besarnya set point dan semuanya akan dikerjakan secara otomatis oleh instrument. Sistem pengendalian secara inilah yang disebut dengan sistem pengendalian otomatis (automatic control system). Keempat tahapan pengendaliannya, sepenuhnya dilakukan dengan instrument. Mata rantai pengendaliannya kemudian disebut mata rantai tertutup, dan sistemnya juga disebut sistem pengendalian tertutup atau sistem closed loop.

2.1.3 Pengelompokan Sistem Pengendalian Sistem pengendalian dapat di kelompokkan menjadi 3 bagian yaitu: 1. Sistem Pengendalian Manual Dan Otomatis Sistem pengendalian digolongkan kedalam dua kategori umum yaitu: sistem manual dan otomatis. Perbedaan ini ditentukan oleh tindakan pengontrolan, dimana besaran ini bertanggungjawab menggerakkan sistem untuk menghasilkan outputnya. Pengendalian secara manual adalah pengendalian yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator sedangkan pengontrolan secara otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengwasan manusia. Pengendalian secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan sehari hari seperti penyetelan radio dan televisi sedangkan secara otomatis didalam proses industri, pengendalian pesawat dan pembangkit tenaga listrik. 2. Sistem Pengendalian Loop Terbuka Dan Loop Tertutup


25

Sistem loop terbuka (open loop) adalah sistem pengendalian yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengendalian. Jadi pada sistem pengendalian loop terbuka, keluaran tidak diukur atau diumpan balikkan untuk dibandingkan dengan masukan. Gambar 2.2 menunjukkan hubungan masukan keluaran untuk sistem loop terbuka.

Masukan

Keluaran Control

Plant

Gambar. 2.2 Sistem pengendalian loop terbuka Ada dua keistimewaan dalam sistem loop terbuka ini adalah: 1. Ketelitian dari sistem loop terbuka tergantung pada kalibrasinya. 2. Sistem ini lebih stabil. Sistem pengendalian loop tertutup adalah sistem pengendalian yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengendalian. Jadi sistem pengendalian tertutup adalah sistem pengendalian berumpan balik (feedback control). Sistem pengendalian loop tertutup menggunakan aksi umpan balik untuk memperkecil kesalahan sistem. Masukan

Keluaran Controller

Plant

Elemen Ukur

Gambar 2.3 Sistem pengendalian loop tertutup Adapun keistimewaan dalam sistem pengendalian loop tertutup adalah: a. Meningkatkan ketelitian dengan kemampuan untuk menghasilkan kembali inputnya b. Mengurangi akibat – akibat ketidaklinearan c. Memperbesar band width (jangkauan frekuensi)


26

3. Sistem Pengendalian Bertingkat (Cascade Control System) Sistem pengendalian bertingkat adalah sistem pengendalian yang memiliki 2 besaran pengukuran yang berada dalam satu kontrol loop. Tujuan dari sistem pengendalian bertingkat ini adalah untuk mendapatkan hasil pengaturan yang tepat dengan mengurangi efek penundaan waktu yang terjadi. Hal ini dilakukan dengan jalan menggunakan out put dari controller pertama (primary controller), sebagai besaran untuk mengatur set point bagi controller kedua (secondary controller). TIC Feed Water

Tower / Tangki

LIC

FIC Steam reboiler

Valve

Bottom Product

Gambar 2.4 Sistem Pengendalian Bertingkat Perubahan perubahan dalam keadaan beroperasi membutuhkan pengaturan pada panas yang menjadi input, jika diperlukan untuk mendeteksi suatu perubahan yang cepat sebuah temperature kontrol dipasangkan pada titik yang paling optimum dari tower. Output dari temperatur controller digunakan digunakan untuk mengatur set point dari steam flow controller. Jadi kecepatan aliran uap berubah dengan perubahan suhu dari tower. Jadi dalam hal ini temperatur kontrol merupakan primary controller dan steam flow merupakan secondary controller.

2.1.4

Mode Pengendalian Pada Industri

Pengendalian otomatis pada industry pada minyak bumi dan gas dapat diklasifikasikan sesuai dengan aksi pengendalian dan factor keamanannya. Aksi pengendalian tersebut sangat dipengaruhi oleh karakteristik proses seperti kepekaan, akurasi, respon, dan stabilitasnya bila terjadi perubahan beban. Adapun beberapa mode pengendalian industri tersebut adalah sebagai berikut: 1.

Pengendali Proporsional (P) dan Integral (I)


27

Pada pengendalian dengan aksi pengendali proporsional plus integral (PI),dapat didefinisikan dengan persamaan berikut :

t

Kc e(t )dt …………………………..……...……………(2.1) m(t) = Kce(t) + Ti 0

dimana Kc menyatakan penguatan proporsional(perubahan output yang menyebabkan perubahan input) dan Ti menyatakan waktu integral. Baik Kc maupun Ti dapat diatur. Waktu integral mengatur aksi pengendalian integral, sedangkan perubahan nilai Kc akibat dari bagian aksi pengendalian proporsional maupun integral. Ti menunjukkan berapa kali waktu reset atau pengulangan tiap menit bagian proporsional diulang. 2.

Pengendali Proporsional Ditambah Derivatif (PD) Aksi pengendali proporsional ditambah derivatif dapat didefinisikan dengan persamaan sebagai berikut :

m(t) = Kce(t) + KcTd

de(t ) ………………................................................(2.2) dt

dengan Td konstan waktu derivatif, waktu turun Td adalah waktu interval dengan laju aksi memberikan pengaruh pada aksi pengendali proporsional.

3.

Pengendali Proporsional Ditambah Integral dan Derivatif (PID) Alat pengendali PID sangat sering digunakan dalam pengendali industri. Jika e(t) masukan ke alat pengendali PID, maka keluaran m(t) dari alat pengendali ini diberikan sebagai berikut :

m(t)

=

t  1 de(t )  Kc e(t )   e(t )  Td  Ti 0 dt  

……………………………………...(2.3)


28

dimana Td menyatakan waktu turunan dan Ti menyatakan waktu integral.

2.2 Model Matematik Sistem Dinamik Model matematik dari sistem dinamik didefinisikan sebagai sejumlah persamaan yang menggambarkan dinamika dari sistem secara tepat. Langkah pertama dalam analisis sistem dinamik adalah menurunkan model matematiknya. Menurunkan model matematika yang adalah bagian yang paling penting dari analisis secara keseluruhan. Model matematika mungkin mengambil banyak bentuk yang berbeda beda tergantung dari sistem tertentu, satu model matematika mungkin lebih cocok dari pada model matematika yang lain. Pada umumnya, dalam menyelesaikan suatu persoalan, pertama kali diinginkan untuk membuat model yang disederhanakan sedemikian rupa sehingga diperoleh gambaran umum dari jawaban suatu persoalan. Dalam menurunkan model yang disederhanakan tersebut, seringkali untuk mengabaikan sifat fisis dari sistem. Terutama jika diinginkan model matematika linear parameter terkumpul, yaitu suatu model yang menggunakan persamaan diffrensial biasa, maka selalu diperlukan untuk mengabaikan ketidaklinearan dan parameter terdistribusi (parameter yang berbentuk persamaan diffrensial parsial) yang munkin terdapat pada sistem fisik yang ditinjau. Sistem dikatakan linear jika berlangsung prinsip prinsip superposisi. Prinsip super posisi menyatakan bahwa tanggapan yang dihasilkan dengan mengaplikasikan dua fungsi gaya yang berbeda secara bersamaan adalah jumlah dari tanggapan terhadap aplikasi fungsi tersebut secara sendiri sendiri. Jadi sistem linear, tanggapan terhadap beberapa masukan dapat dihitung dengan mengerjakan masukan satu persatu dan menjumlahkan hasilnya. Prosedur untuk menemukan penyelesaian masalah yang melibatkan sistem non linear umumnya sangat rumit. Karena kesulitan matematika yang ada pada sistem non linear. Maka perlu membuat sistem linear yang ekuivalen yang berlaku untuk jangka operasi yang terbatas. 2.3 Model Matematik Sistem Fisik 2.3.1

Transformasi Laplace Salah satu cara untuk menganalisis gejala peralihan (transien) adalah dengan

menggunakan transformasi laplace, yaitu pengubahan suatu fungsi t (waktu) menjadi


29

suatu fungsi lain F (S), dimana S menyatakan suatu bidang kompleks yang dapat dituliskan sebagai S =

dimana

khayal dari S; sedangkan

(sigma) adalah bagian nyata, dan

= bagian

. Metode transformasi laplace adalah suatu metode

yang dapat digunakan secara mudah untuk menyelesaikan persamaan diffrensial. Dengan menggunakan transformasi laplace dapat diubah beberapa fungsi umum seperti fungsi ekponensial dan fungsi sinusoidal teredam menjadi fungsi – fungsi aljabar kompleks dalam wawasan “S”. Untuk menggunakan transformasi laplace, sebuah fungsi harus nyata dan kontinyu dalam suatu selang waktu yang akan dianalisis. Secara matematis bentuk transformasi ini adalah : 

F (S) = L[ f (t )]   f (t )e  st dt ………..........................................................(2.4) 0

Dimana : = Fungsi waktu t sedemikian rupa sehingga s

= 0 untuk t

0

= Varible kompleks = Simbol operasional yang menunjukkan bahwa besaran yang didahuluinya -st

ditransformasikan dengan integral laplace F (s)

= Transformasi laplace dari

dt

(t)

Proses kebalikan dari penemuan fungsi waktu

dari transformasi laplace balik.

Notasi untuk transformasi laplace balik adalah L-1. Jadi

L1[ F (s)]  f (t ) ……….……………………………………………………(2.5)

2.3.2 Fungsi Alih

Dalam sistem pengendalian fungsi alih seringkali digunakan untuk mencirikan hubungan masukan – keluaran dari sistekm linear parameter konstan. Konsep fungsi alih hanya digunakan pada sistem linear parameter konstan, walaupun dapat diperluas untuk sistem pengendalian non linear. Fungsi alih sistem linear parameter konstan didefinisikan sebagai perbandingan dari transformasi laplace keluaran (fungsi respon)


30

dan transpormasi laplace masukan (sistem penggerak), dengan anggapan bahwa semua kondisi awal adalah nol. Jika G(s) menyatakan fungsi alih dari sistem, dengan masukan X(t) dan keluaran Y(t), sehingga dapat ditulis:

Fungsi Alih G(s) = =

Y [ Masukan] X [ Keluaran ]

Y (s) …………………………………………...……..(2.6) X (s)

Dengan menggunakan fungsi alih dapat dinyatakan dengan sistem dinamik dengan persamaan aljabar dalam S. Jika pangkat tertinggi dari S dalam penyebut fungsi alih sama dengan “n”, maka sistem tersebut disebut orde ke-n.

2.3.3 Diagram Blok Suatu

sistem pengendalian terdiri

dari beberapa komponen. Untuk

menunjukkan fungsi yang dilakukan oleh tiap komponen, dalam teknik pengendalian, biasanya kita menggunakan suatu digram yang dinamakan dengan digram blok. Ini digunakan

untuk

menyelesaikan

permasalahan

permasalahan

dalam

sistem

pengendalian yang telah diubah dalam bentuk yang mudah dianalisis. Digram blok suatu sistem adalah suatu penyajian bergambar dari fungsi yang dilakukan oleh tiap komponen dan aliran sinyalnya. Diagram semacam ini melukiskan hubungan timbal balik yang ada antara berbagai komponen. Dalam suatu diagram blok, semua variable saling dihubungkan dengan menggunakan blok fungsional. Blok fungsional atau sering disebut dengan blok adalah suatu simbol operasi matematik pada sinyal masukan blok yang menghasilkan keluaran. Fungsi alih dari komponen biasanya ditulis didalam blok, yang dihubungkan dengan anak panah untuk menunjukkan arah aliran sinyal. Jadi, diagram blok suatu sistem pengendalian secara eksplisit menunjukkan suatu sifat searah.

Prosedur penggambaran diagram blok dapat dirincikan sebagai berikut : 1. Menulis persamaan yang menggambarkan perilaku dinamik tiap komponen. 2. Mengubah ke transformasi laplace


31

3. Menyajikan masing masing persamaan dalam bentuk transformasi laplace dalam suatu blok. 4. Merakit elemen elemen dalam digram blok yang lengkap.

Fungsi Alih Fungsi Alih G(s)

Gambar 2.5 Diagram Blok Gambar diatas menunjukan suatu elemen dari diagram blok. Anak panah yang menuju ke blok menyatakan masukan dan anak panah yang meninggalkan blok menyatakan suatu keluaran. Anak panah semacam ini dianggap sebagai sinyal.Harus diperhatikan bahwa dalam suatu digram blok sumber energi utamanya tidak ditunjukkan secara ekplisit, dan juga bahwa diagram blok suatu sistem adalah tidak unik. Suatu sistem dapat digambarkan dengan beberapa diagram blok yang berbeda tergantung pada analisis sistem tersebut. Diagram blok mengandung suatu informasi perilaku dinamik, tetapi tidak mengandung suatu informasi mengenai kontruksi fisik dari sistem.

R(s)

E(s)

C(s) G(s)

Gambar 2.6 Diagram Blok Sistem pengendalian Loop Tertutup Gambar 2.6 menunjukkan diagram blok sistem pengendalian loop tertutup. Keluaran C(s) diumpan balikkan ke titik penjumlahan untuk dibandingkan dengan masukan acuan R(s). Keluaran blok C(s) diperoleh dengan mengalikan fungsi aliih G(s) dengan masukan blok E(s). Setiap sistem pengendalian dapat dinyatakan denggan dengan suatu digram blok yang terdiri dari beberapa blok titik penjumlahan dan titik cabang. Titik cabang adalah titik tempat sinyal keluaran blok secara bersamaan menuju ke blok lain atau titik penjumlahan.


32

Jika keluaran diumpan balikkan ke titik penjumlahan atau dibandingkan dengan masukan, maka perlu mengubah sinyal keluaran agar sama dengan bentuk sinyal masukan. Pengubahan ini dilakukan oleh elemen umpan balik yang mempunyai fungsi alih H(s). R(s)

G(s)

C(s)

H(s)

Gambar 2.7 Sistem pengendalian loop tertutup dengan umpan balik H(s) Peranan lainnya dari sitem umpan balik adalah memodifikasi keluaran sebelum dibandingkan dengan masukan. Dalam hal ini, sinyal umpan balik yang diumpankan ke titik penjumlahan untuk dibandingkan dengan sinyal masukan dapat ditulis : C ( s) G( s) ...…………………………………………………....(2.7)  R( s ) 1  G ( s ) H ( s )

Keterangan: G(s) = Fungsi alih maju H(s) = Fungsi alih umpan balik C(s) = Sebagai keluaran pada proses R(s) = Sebagai masukan (set point) Tanda negatif (-) pada persamaan 2.7 digunakan untuk sistem umpan balik positif sedangkan tanda positif (+) digunakan untuk sistem umpan balik negatif.

2.4

Analisis Kestabilan Sistem Kestabilan suatu sistem ditentukan oleh tanggapannya terhadap masukan atau

gangguan. Suatu sistem dikatakan stabil bila sistem tersebut akan tetap dalam keadaan diam atau berhenti kecuali dirangsang (dieksitasi) oleh suatu fungsi masukan dan akan kembali dalam keadaan diam jika ransangan (eksitasi) tersebut dihilangkan. Sistem tidak stabil terjadi jika respon terhadap suatu masukan menghasilkan osilasi yang keras atau bergetar pada suatu amplitudo / harga tertentu. Amplitudo mewakili titik set


33

point dari sistem sedangkan waktu (t) mewakili waktu pencapaian dari set point tersebut. Ketidakstabilan merupakan suatu keadaan yang tidak menguntungkan bagi suatu sistem pengendalian loop tertutup. Jelas untuk memperoleh nilai yang memberikan manfaat praktis sebuah sistem pengendalian haruslah stabil. Untuk menentukan apakah suatu sistem itu stabil atau tidak, terdapat berbagai macam cara yang dapat digunakan.

2.4.1

Kriteria Kestabilan Routh Penentuan kestabilan suatu sistem berdasarkan persamaan karakteristik akan

mengakibatkan kesulitan bagi persamaan yang tingkatannya (orde) yang lebih tinggi, yaitu dalam menentukan akar akar persamaan karakteristik tersebut. Suatu cara lain untuk menentukan kestabilan suatu sistem tanpa menghitung akar akar persamaan karakteristiknya adalah dengan menggunakan kriteria Routh. Kriteria ini merupakan aljabar untuk menentukan kestabilan dalam wawasan S (laplace). Cara ini yang menunjukkan adanya akar akar yang tidak stabil beserta jumlahnya, tetapi tidak menentukan nilai atau kemungkinan cara untuk mencegah kestabilan.

Prosedur dalam kriteria kestabilan Routh adalah sebagai berikut: 1.

Ditulislah persamaan karakteristik sistem dalam bentuk polinomial yaitu: a0 S n  a1 S n1  ...  an1 S  an  0 …………………………………….......

(2.8) dengan

2.

dst adalah koefisien dari persamaan tersebut.

Jika ada koefisien koefisien yang berharga nol atau negatif di mana paling tidak terdapat satu koefisien yang berharga positif, maka terdapat satu atau lebih akar khayal atau yang mempunyai bagian nyata positif. Oleh karena itu, pada kasus ini, sistem tidak stabil. Jika kita hanya tertarik pada kestabilan mutlak, maka tidak perlu mengikuti prosedur selanjutnya. Ingat bahwa semua koefisien harus positif. Ini merupakan syarat perlu.


34

3.

Jika semua koefiisien berharga positif, maka disusun persamaan dalam suatu barisan (arrays) yang menyerupai sebuah matriks dengan bentuk sebagai berikut: Sn

…

…

Sn-1

…

…

Sn-2

…

…

Sn-3

…

…

Sn-4

…

…

…

…

…

…

S2 S1 S0

Dimana cara penyusunannya adalah sebagai berikut: -

Baris pertama adalah koefisien koefisien yang terdiri dari indeks genap (0,2,4,6,…dst)

-

Baris kedua adalah indeks – indeks yang terdiri dari bilangan ganjil (1,3,5,7,…dst)

-

Baris ketiga dinyatakan oleh b1 b2 b3 …,dimana harga harga b1 b2 b3 ditentukan dari harga harga baris pertama dan kedua.

-

Baris keempat diberi notasi c1 c2 c3 …,dst. Dan harga – harganya diperoleh dari baris kedua dan baris ketiga.

-

Demikianlah seterusnya

Jumlah barisan ini tergantung pada orde persamaan karakteristik tersebut. Untuk menentukan harga harga b1 b2 b3 ...dst; dihitung sebagai berikut :


35

b1 

a1 a 2  a 0 a3 a1

b2 

a1 a 4  a 0 a5 a1

b3 

a1 a 6  a 0 a 7 a1

dan seterusnya. Selanjutnya harga harga c1 c2 c3 …dst ditentukan dengan cara yang sama yaitu: c1 

b1 a3  a1b2 b1

c2 

b1 a5  a1b3 b1

c3 

b1 a 7  a1b4 b1

dan seterusnya. Dan harga d1 ditentukan dengan cara yang sama yaitu :

d1 

c1b2  b1c 2 c1

d2 

c1b3  b1c3 c1

Proses ini diteruskan sampai baris ke-n secara lengkap. Susunan yang lengkap dari koefisien berbentuk segitiga (triangular), dimana jumlah baris adalah sebanyak pangkat tertinggi dari S ditambah satu. Perlu diperhatikan bahwa didalam menyusunnya suatu baris dapat dibagi atau dikalikan dengan suatu bilangan positif untuk menyederhanakan perhitungan numeric berikutnya tanpa mengubah kesimpulan kestabilan. Kriteria kestabilan Routh menyatakan bahwa banyaknya akar akar dari persamaan 2.15 yang mempunyai bagian nyata positif sama dengan banyaknya perubahan tanda dari koefisien pada kolom pertama dari susunan tersebut. Harus diperhatikan bahwa harga eksak dari suku suku pada kolom pertama tidak perlu diketahui, tetapi yang perlu diperhatikan adalah tanda tandanya saja. Syarat perlu dan cukup adalah semua koefisien dari persamaan 2.15 haruslah bertanda positif dan semua suku pada kolom pertama dari susunan tersebut haruslah positif.


36

2.4.2

Kriteria Kestabilan Hurwitz Persyaratan kestabilan Hurwitz adalah salah satu cara untuk menentukan

apakah semua akar persamaan karakteristik memiliki bagian nyata yang negative atau tidak. Persyaratan ini diterapkan dalam bentuk determinan yang merupakan koefisien koefisien persamaan karakteristik tersebut. Dimisalkan bahkan koefisien yang pertama untuk I = 1,2,…,n -1 sebagai bentuk dari determinan minor

positif. Determinan

utama dari determinan. Persyaratan kestabilan Hurwitz merupakan sebuah cara untuk menentukan kestabilan sistem yang diterapkan ke sebuah persamaan karakteristik orde ke –n seperti dibawah ini: an S n  an1 S 1n  ...  a1 S  a0  0 ……………………………………….(2.9)

Apabila persamaan diatas dimasukkan kedalam bentuk determinan akan diperoleh sebagai berikut :

A=

n-1

n-3

…

0 …

0

n

n-2

…

0 …

0

n-1

n-3

…………………………….

…

0

n

n-2

……………………

…

0

…

……………………

…

0

…

……………………………..

…

Determinan determinan tersebut di bentuk sebagai berikut:

= an1 . an2  an . an3


37

= an1 . an2 . an3  an . an1 . an5  an . a 2 . an3  an4 . a 2 . an1 Dan seterusnya sampai ke Semua akar persamaan cirri mempunyai bagian nyata negatif jika dan hanya

> 0,

untuk I = 1,2,…,n. (Syahreza, Andi. 2010).

2.4.3 Uji Respon Kestabilan Sistem Pengendalian dengan Metoda Respon Frekuensi. Selain dengan metoda Routh dan Hurwitz sistem pengendalian juga dapat diannalisa dengan metoda respon frekuensi. Berdasarkan persamaan G(s) dari sistem pengendalian yang telah kita dapatkan, kita dapat melalukan uji tingkat kestabilan berdasarkan Kualitatif sistem. Melalui uji ini akan memberikan gambaran seberapa stabilkah sistem pengendalian temperatur dan tekanan dalam menangani dinamisasi proses. (Syahreza, Andi.2010) karakteristik respon waktu, karena pada dasarnya sistem kontrol memerlukan waktu untuk mencapai kestabilan ketika dikenai perubahan input maupun gangguan. Biasanya untuk memperoleh respon transient ini dengan menggunakan sinyal uji step, yang memiliki karakteristik respon transien (karakteristik internal) maupun respon keadaan tunak atau steady state (karakteristik eksternal). Respon dalam bentuk kurva waktu dikelompokkan menjadi dua, yaitu stabil dan tidak stabil . Kelompok stabil masih terbagi lagi menjadi tiga, yaitu overdamped, critically damped dan underdamped. Kelompok tidak stabil juga terbagi menjadi 2, yaitu sustain oscillation (oscillatory) dan undamped. Secara grafis dapat dilihat pada grafik berikut.


38

(a)

(b) Gambar 2.8 Contoh Gambar (a) dan (b) adalah Grafik kestabilan sistem


39

 Maximum Overshoot (Mp) adalah nilai puncak kurva respon diukur dari satuan. Apabila nilai akhir keadaan tunak responnya jauh dari satu, maka biasa digunakan persen overshoot maksimum, dan didefinisikan oleh Maksimum (persen) overshoot =

x 100%

 Peak Time (tp) , waktu puncak adalah waktu yang diperlukan respon untuk mencapai puncak pertama overshoot. Kriteria 2 % atau 5 %  Rise Time (tr), waktu naik adalah waktu yang dibutuhkan oleh respon untuk naik dari 5% ke 95% atau 10% ke 90% dari nilai steady state.  Error Steady State (Ess) adalah Besarnya kesalahan pada keadaan tunak .  Settling Time (ts), waktu tunak adalah waktu yang dibutuhkan respon untuk mencapai keadaan stabil (keadaan tunak) atau dianggap stabil.  Delay Time (tp), waktu tunda adalah waktu yang diperlukan oleh respon untuk mencapai setengah dari nilai steady state tunak untuk waktu pertama. Sistem dikatakan stabil apabila respon sistem mendekati harga set-point, walaupun diperlukan waktu untuk itu. Pada respon underdamped, respon melesat di atas harga set-point kemudian berosilasi yang pada akhirnya tercapai kondisi steady state. Pada respon overdamped, walaupun respon tidak pernah melesat di atas set-point diperlukan waktu yang lebih lama untuk mencapai kondisi steady state. Sedangkan pada respon critically damped, respon tidak pernah melesat di atas set-point dan dapat mencapai kondisi steady state dalam waktu singkat. Tetapi hal ini tidak mencerminkan respon critically damped lebih bagus dari overdamped atau underdamped. Masingmasing respon tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan, dan juga tergantung pada proses variabel yang dikendalikan. Ada proses variabel yang membutuhkan respon sistem yang cepat, dan ada juga yang membutuhkan respon sistem yang lambat. Sistem dikatakan tidak stabil apabila respon sistem tidak pernah mencapai harga set point. Pada respon sustain oscillation (oscillatory), respon sistem akan terus berosilasi dengan amplitudo tetap. Sedangkan pada respon undamped, respon sistem akan terus berosilasi dengan amplitudo yang semakin membesar. Pada sistem Control, kedua respon tersebut jelas tidak pernah dikehendaki. Pada kondisi tersebut, control


40

valve akan terus membuka dan menutup secara tidak beraturan yang akan merusak sistem. Melalui metoda analisis respons frekuensi kita dapat melihat nilai dari overshoot sistem dan settling time (Ts) dari sistem tersebut. Berdasarkan persamaan model sistem kita dapat melakukan analisis respon frekuensi dengan menggunakan simulink MatLAB. Dengan mengatur nilai propotional band,kita dapat melihat kestabilan dari sistem. Nilai propotional band dapat diatur dari 50 %, 100%,150%,200%,250% hingga 500 %. Berdasarkan propotional bandnya kita dapat membuat diagram bloknya. ( Heni S. Jendra. 2010)

2.5

Hukum Termodinamika Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari banyak proses yang

bersangkutan dalam pembentukan suatu energi yang diubah menjadi yang lainnya. Hukum termodinamika terbagi menjadi menjadi empat, yaitu: a.

Hukum nol atau dasar dari termodinamika yang diumumkan setelah hukum pertama. “Yaitu jika dua tubuh berada dalam kesetimbangan panas dengan yang ketiga, tubuh-tubuh tersebut pasti dalam kesetimbangan panas antara satu dengan yang lainnya”. Kesetimbangan dinyatakan dari situasi yang mana suatu sistem yang tidak mengalami penyaringan pengisian dan tidak ada penyaringan pengiriman panas di antara tubuh-tubuh itu.

b.

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa: “Energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Ketika energi terbentuk diubah menjadi yang lain, jumlah energi yang ada tetap konstan”. Contoh hukum ini yaitu bensin. Energi kimia pada bahan bakar diubah menjadi berbagai bentuk seperti energi kinetik, energi gerak, energi potensial dan air dari alat pembuangan gas.

c.

Hukum kedua termodinamika adalah hukum entropy yang mana dikatakan bahwa: “Semua hasil proses fisik yaitu tersedianya energi yang menyebabkan berkurang”. Maksudnya bahwa tidak ada perubahan sumber energi yang


41

pernah mencapai 100% efisien. Hukum kedua diumumkan bahwa ekonomi material diperlukan dan tidak dapat dielakkan penurunan sumber daya yang memungkinkannya. Entropy adalah sebuah pengukuran ketidakteraturan atau chaos, ketika entropy bertambah kekacauan bertambah. d.

Hukum ketiga termodinamika adalah hukum tentang ketidakmampuan untuk mencapai temperatur nol mutlak, yang mana dikatakan bahwa entropy dari sebuah kristal ideal pada 0o K adalah nol. Kondisi itu tidak dapat dicapai karena itu adalah temperatur terendah yang mungkin dapat eksis dan hanya dapat didekati tetapi tidak benar-benar mencapai hukum ini tidak dibutuhkan untuk kebanyakan kerja termodinamika, tetapi mengingat itu seperti efisiensi, dari mesin ideal, mesin ideal, ada batas mutlak secara fisik. Dalam proses pengendalian ini, hukum termodinamika berlaku. Hukum

termodinamika yang berhubungan sistem ini yaitu hukum termodinamika pertama dan kedua. Yaitu untuk hukum termodinamika: 1.

Dalam teknis panas, dikatakan bahwa panas bisa berubah menjadi usaha(energi mekanis), usaha juga bisa berubah menjadi panas, jika sejumlah tertentu panas hilang, maka sejumlah usaha yang menghilang, begitu sebaliknya. Ketika ada sejumlah usaha yang hilang, maka pasti ada sejumlah panas yang berhubungan.

2.

Hukum ini menerangkan arah, keadaan dan keadaan konversi panas ke usaha. Jika mesin pemanas bekerja,tidak hanya ada sumber panas untuk penyerapan, tapi juga ada sumber dingin untuk pelepasan panas. Dalam konversi panasusaha, pasti ada bagian dari perpindahan panas yang berasal dari sumber panas menuju sumber dingin, efisiensi mesin pemanas harus lebih kecil dari 100%.

2.6 Thermal Deaerator Deaerator adalah alat yang berfungsi untuk membuang gas-gas yang terkandung dalam air umpan boiler, setelah melalui proses pemurnian air (watertreatment). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas awal air pengisi ketelsebelum disalurkan ke dalam boiler. Deaerator ini bekerja berdasarkan sifat dar ioksigen yang kelarutanya pada air akan berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Deaerator terdiri dari dua drum dimana drum


42

yang lebih kecil merupakantempat pemanasan pendahuluan yang berfungsi membuang gasgas dari bahan airketel sedangkan drum yang lebih besar merupakan tempat penampungan bahan airketel yang jatuh dalam drum yang lebih kecil di atasnya. Pada drum yang lebih kecil terdapat spray nozle yang berfungsi untuk menyemprotkan bahan air ketel menjadibutiran-butiran halus agar proses pemanasan dan pembuangan gas-gas dari bahan airketel lebih sempurna. Selain itu pada drum yang lebih kecil disediakan satu saluranvent agar gas-gas dapat terbuang (bersama steam) ke atmosfir.Unsur utama dalam menentukan keberhasilan dari proses ini adalah kontak fisik antara bahan air ketel dengan panas yang diberikan oleh uap. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses deaerator adalah : a. Jumlah aliran air kondensat b. Jumlah aliran bahan air ketel c. Tekanan dalam deaerator d. Level air dalam deaerator e. Besarnya temperatur yang diberikan Kelima faktor diatas adalah berhubungan erat satu sama lainnya. Jika salah satu tidak bekerja dengan baik dapat berpengaruh jelek terhadap sistem air umpan, sistemkondensat dan juga menaikan pemakaian bahan kimia yang lebih tinggi. Sebelum terjadi proses pengolahan air pada Thermal Deaerator, ada beberapa tahap proses yang dilakukan oleh unit utilities. Dalam hal ini ada beberapa unit yaitu: a.

Unit pengolahan air Sumber air yang digunakan diambil dari sungai disekitar pabrik yang kemudian dialirkan

melalui pipa ke dalam kolam buatan yang berada di dekat Pabrik Murini Sam Sam I. Sebelum digunakan, air tersebut diolah terlebih dahulu karena masih mengandung partikel – partikel, lumpur dan kotoran lain.

Pengolahan diawali dengan memasukkan air ke premix tank kemudian ditambahkan bahan – bahan kimia dan diaduk dngan menggunakan agitator (pengaduk). Bahan – bahan kimia yang ditambahkan adalah: 1.

Alumunium sulfat(Al2SO4), yang berfungsi sebagai flokulan.

2.

Coagulan aid, untuk mengumpulkan kotoran.


43

3.

Caustic soda (NaOH), sebagai pengatur pH.

4.

Kalsium Hipoklorit atau klorin cair (O2), sebagai disinfektan Selanjutnya air dialirkan ke clarifier dan diaduk dengan putaran rendah agar kotoran yang

terbawa mengendap oleh gaya gravitasi. Endapan lumpur akan di blow-down sedangkan air yang over flow dialirkan ke clearwell. Dalam aliran clearwell ditambahkan larutan soda pH-nya netral. Clearwell juga berfungsi sebagai tempat penampungan sementara sebelum air dimasukkan ke sand filter(dengan cara dipompakan) yang merupakan penyaring dengan media pasir untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang tidak mengendap di clarifier.  Portable water storage tank yang menampung air untuk keperluan sehari - hari dipabrik dan perumahan. Air ini ditambahkan klorin sebagai disinfeksi.  Filtered water storage tank yang menampung air untuk keperluan air hydrant, air pendingin (cooling water) dan service water lainnya. Untuk menghilangkan klorin, bau dan warnanya, maka air dimasukkan ke karbon filter yang berisi karbon aktif pH air ini diharapkan berkisar 7 – 7.5.

b.

Unit Demineralisasi Air yang digunakan dalam proses produksi adalah air yang tidak mengandung mineral.

Kandungan mineral yang harus dihilangkan diantaranya adalah Ca2+, Na2+, HCO3, SO4 dan CT. Air dari filtered water storage tank dimasukkan ke cation exchanger untuk menghilangkan ion-ion negatif agar pH air berkisar antara 8,6 – 8,9.Daerasi dilakukan dengan menambahkan NaOH (caustic soda). Untuk menyempurnakan Demineralisasi, amak digunakan mixed bed polisher yang berisi resin yang menukar kation dan anion agar air yang keluar memiliki pH 6,1-6,2 yang ditampung di demineralized water storage tank( ada dua buah) sebelum dialirkan ke pembangkit steam.

c.

Unit Pembangkit Steam


44

Sebelum diumpan ke boiler air yang berasal dari demineralized storage tank harus diolah dulu untuk menghilangkan gas – gasnya. Gas – gas yang dihilangkan adalah CO2 dan O2 yang menyebabkan korosi. Untuk menghilangkan gas ini dilakukan dengan cara skripping menggunakan steam bertekanan rendah dengan alat yang disebut deaerator ditambahkan dengan: -

Larutan amonia untuk meningkatkan pH air.

-

Hideazin, untuk mengikat O2.

-

Fosfat, untuk mencegah terbentuknya kerak.

Sehingg pH air berubah dari 6.1-6.2 (sebelum masuk Deaerator) menjadi 8.5-9.5( pH air keluar) dan setelah keluar dari deaerator air tersebut akan diumpan ke boiler. (Hadi Cokro, 2009) Adapun penyebab tingginya kadar oksigen di dalam air yaitu: 1.

Semakin rendah suhu air, kandungan oksigen yang terkandung semakin besar.

2.

Tekanan yang besar dapat memaksa lebih banyak molekul oksigen masuk ke

dalam ruang di antara molekul air. 3.

Kemurnian air juga mempengaruhi kelarutan oksigen. Air yang murni

memungkinkan oksigen terlarut lebih banyak. (Pranita, 2010)

Gambar2.9. Deaerator dan bagian-bagiannya


45

4.6.1 Data Teknis Deaerator Karakteristik dari Deaerator yaitu: Specification and type

: 50

Design Pressure

: 0.2 Mpa

Design Temperature

: 300°C

Effective Volume of Water Tank

: 25 m³

Total Weight

: 7250 kg

Rated Output

: 50 t/h

Production no.

: 16605-347

Operation Pressure

: 0.02 Mpa

Operation Temperature

: 105°C

Operation Medium

: Steam & Boiler

Testing Pressure

: 0.3 Mpa

Manufacture date

: 2006/02

Qingdao Changlong Power Equipment Co, LTD The people’s Republic China

2.6.2. Jenis-jenis Deaerator Adapun jenis deaerator yang sering dijumpai adalah : 1. Deaerator Tipe spray Deaerator ini dipergunakan apabila air umpan perlu dipanaskan terlebih dahuludengan menggunakan uap sebagai pemanas. Uap yang masuk ke dalam deaerator, memecah aliran air menjadi serpihan-serpihan kecil yang mengakibatkan gas-


46

gasyang larut didalam air dipaksa keluar sehingga konsentrasi oksigen dalam air turun. Mekanisme proses deaerasi pada deaerator spray dapat diterangkan secara garisbesar yaitu sebagai berikut. Apabila uap masuk ke dalam deaerator maka kontak antara uap dengan air yang masuk akan terjadi di zona deaerasi pertama. Uaptersebut akan memecah air dan sekaligus menghilangkan oksigen yang terkandung didalam air dan uap yang masuk ke dalam zona deaerasi kedua akan menghilangkansisa-sisa oksigen.

Gambar 2.10. Deaerator Spray

2. Deaerator Vakum Mekanisme kerja deaerator vakum dapat dijelaskan karena gas-gas yang terlarut dalam air dihilangkan dengan menggunakan ejaktor uap atau dengan pompa vakum, untuk memperoleh vakum yang diperlukan. Besarnya vakum tergantung pada suhu air, akan tetapi biasanya 730 mm Hg. Sistem deaerasi dengan menggunakan deaerator vakum dapat dikatakan tidak seefesien deaerator uap, dan konsentrasi oksigen dalam air hanya dapat diturunkansampai kira-kira 0,2 ppm dan karbon dioksida berkisar antara 2-10 ppm. Tergantungkonsentrasi sebelum deaerasi.


47

Gambar 2.11. Deaerator Vacum 3. Deaerator Tipe Tray. Pada deaerator tipe tray lebih memaksimalkan sekat-sekat (tray) sebagai media untuk memperbesar ruang jatuh air sehingga molkul-molekul air salingberpisah secara paksa satu dengan yang lainya, jadi tray pada deaerator tipe ini adalah untuk memaksa molekul air untuk menyebar sehingga mempermudah pelepasan udara

Gambar 2.12. Deaerator Tray


48

Untuk Deaerator yang dipakai dalam penelitian ini yaitu ini Deaerator terpadu yaitu penggabungan antara tray dan spay dan tidak memiliki kepala. Cara kerja Deaerator jenis ini yaitu ketika air masuk ke dalam deaerator, air akan mengalami 2 tahap deaerasni. Kondensasi utamanya diuraikan ke atom mejadi kecil dengan alat semprotan khusus, dan kapasitas air ditentukan oleh jumlah lubang penyemprot air yang dikontrol oleh per yang mengontrol muatan pada bagian atas. Oleh karena itu, ukuran air yang menetes dan sudut semprotan tidak akan berubah bersama dengan output deaerator. Tetesan air kecil ini melewati ruang uap(low pressure) di dearator dengan kecepatan tinggi. Tekanan parsial gas pada uap kecil dan tetesan air kecil melewati ruang uap bercampur dan bertukar panas penuh. Gas non kondensasi dilepaskan ke udara. Inilah proses deaerasi awal. Pada saat air jatuh ke stork tank, disini air akan mengalami deaerasi kedua. Pada saat di stork tank air akan disemprotkan steam(high pressure) dari bagian bawah sehingga proses yang terjadi seperti pada proses pemasakan air yaitu secara konveksi. Setelah disemprotkan steam maka saat kondisi air telah mencapai level yang ditetapkan dan air mencapai temperatur dan tekanan saturasi, maka gas tersebut akan dilepaskan ke udara dan air keluar menuju boiler.

2.7 Control Valve Pada umumnya kata valve sering kali diterjemahkan menjadi klep atau biasa disebut dengan katup. Dalam sistem pengendalian otomatis control valve merupakan salah satu jenis dari final control element yang paling umum dipakai begitu juga dalam hal sistem pengendalian level permukaan air. Control valve digunakan untuk mengatur banyaknya aliran feed water yang masuk dan keluar melalui sebuah katup pengatur yang dapat dicontrol. Control valve bekerja hanya pada dua posisi, yaitu tertutup penuh dan terbuka penuh. Pada pengendalian continue dalam artian bekerja dalam pengendalian PI,PD,PID control valve tidak diharapkan bekerja pada posisi tertutup penuh atau terbuka penuh ini dikarenakan control valve harus selalu mengendalikan manipulated variable agar proses variable tetap sama dengan set point. Control valve terdiri dari dua bagian besar yaitu actuator dan valve. Actuator merupakan bagian yang mengerjakan bukaan dan tutupan valve. Sedangkan valve merupakan komponen mekanis yang menentukan besarnya pressure yang masuk ke


49

prosses. Actuator dan valve harus melakukan koreksi berdasarkan sinyal manipulated variable yang dikeluarkan dari control room. Dalam suatu prosses control loop control valve merupakan final element control sedangkan dalam analisis perilaku dinamis dan karakteristik control valve adalah suatu penentu kestabilan sistem.

Gambar 2.13 Control Valve

2.7.1 Actuator Actuator memiliki pengentian sebagai penggerak , ini dikarenakan oleh fungsinya yang menggerakkan control valve agar tetap teribuka atau tertutup dan selalu pada posisi yang dikehendaki oleh controller. Pada dasarnya kerja dari sebuah actuator sangant sederhana sekali. Bagian upper diaphragm case dan diaphragm dari sebuah control valve berfungsi layaknya sebuah balon karet yang kuat sekali. Tekanan sinyal pneumatic yang terakumulasi didalam ruang itu menimbulkan gaya yang bekerja melawan pegas. Kalao gaya yang timbul karena tekanan sinyal pneumatic itu lebih besar dari kekeuatan pegas, bagian stem akan terdorong kebawah. Gerak ini dapat berfungsi sebagai gerak membuka dan menutup valve. Karena kontruksinya, ada valve yang terbuka dengan turunnya stem dan ada pula yang tertutup dengan turunnya stem. Pilihan kerja ini, pertama ditentukan oleh kebutuhan mekanika fluida valve, apakah harus terbuka pada saat stem turun atau pada saat stem naik. Kemudian ditentukan oleh kebutuhan kontruksi valve demi kepentingan tekanan proses. Setelah ditentukan jenis valve baru ditenytukan jenis actuator, biasanya digunakan actuator pneumatic yang bekerja pada diaphragm.


50

Semua kombinasi actuator dan valve ini dibuat untuk menciptakan control valve yang fail close dan fail open. Kedua kondisi ini diciptakan demi kepentingan proses. Pegas harus menggerakkan stem untuk menutup atau membuka valve yang saat sumber energi (pneumatic maupun electric) mati (fail). Karena kontruksinya actuatornya, control valve yang fail close disebut juga air to open sedangkan yang fail open disebut air to close.

2.7.2

Valve Positioner

Terdapat beberapa kelemahan dalam pengoperasian control valve pnuematik, misalnya keterlambatan sistem transmisi, kelambatan actuator, dan hysteresis. Keterlambatan sistem transmisi dapat kita abaikan jika menggunakan instrumentasi elektronik. Dalam banyak hal kelambatan transmisi pneumatic dapat diabaikan (tidak dominan) namun tidak dengan hysteresis. Hysteresis merupakan mekanisme bawaan yang tidak dapat diabaikan begitu saja, akibat hysteresis semakin menonjol dengan semakin besarnya ukuran control valve. Salah satu cara untuk menangulangi hysteresis adalah dengan memakai valve positioner. Mekanisme valve positioner dapat disederhanakan menjadi seperti gambar 2.12. ( Syahreza, Andi. 2010)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents