LANDASAN TEORI. Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus-menerus bila terkena tegangan

LANDASAN TEORI 2.1 Fluida Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus-menerus bila terkena tegangan geser. Gaya geser adalah komponen gaya yang menyinggung permukaan. Tegangan geser pada suatu titik adalah nilai batas perbandingan gaya geser terhadap luas dengan berkurangnya luas hingga menjadi titik tersebut. Suatu zat cair ditempatkan di antara dua buah plat sejajar, dengan jarak antara yang kecil dan besar sedemikian luasnya sehingga keadaan pada tepi-tepi plat dapat diabaikan. Plat bawah terpasang tetap dan suatu gaya F ditetapkan pada plat atas, yang mengerahkan tegangan geser F/A pada zat apapun yang terdapat di antara plat-plat. A ialah luas plat atas satuannya (m2). Bila gaya F menyebabkan plat bergerak dengan suatu kecepatan (bukan nol) satuannya (N), betapapun kecilnya F, maka kita dapat menyimpulkan bahwa zat di antara kedua plat tersebut adalah fluida. Termasuk fluida adalah air, gas dan zat padat. Aliran (flow) fluida ada tiga macam yaitu : 1. Kecepatan fluida mengalir (m/s), 2. Debit (banyaknya volume) fluida mengalir per satuan waktu (l/dtk), 3. Jumlah (volume) fluida yang mengalir untuk selang waktu tertentu (liter, galon). Jenis alat ukur aliran (flow) sebenarnya sangat banyak, pada dasarnya dapat dibagi menjadi tiga bagian besar yaitu : 1. Head Flow Meter, 2. Area Flow Meter, 3. Positive Displacement Meter.

Universitas Sumatera Utara

Ketiga jenis alat ukur aliran aliran (flow) ini memiliki cara kerja yang berbeda pula. Beberapa macam dari masing-masing jenis alat ukur aliran (flow) akan dibahas pada bagian berikut. 2.1.1 Head Flow Meter Dipakai untuk mengukur aliran fluida dalam suatu pipa dengan head flow meter, maka dengan itu dipasang suatu penghalang dengan diameter lubang yang lebih kecil dari diameter pipa, sehingga tekanan maupun kecepatannya berubah. Dengan mengukur perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah penghalang dapat ditentukan besarnya aliran fluida. Beberapa aliran (flow) meter di bawah ini merupakan pengukuran aliran jenis Head Flow Meter, yaitu : a. Tabung Venturi b. Flow Nozzle c. Plat Orifice d. Tabung Pitot Sebelum membahas keempat Flow Meter ini, akan dibahas lebih dahulu hubungan antara perbedaan tekanan dan kecepatan aliran yang menjadi cara kerja dari Head Flow Meter. Pada Gambar 2.1 terlihat suatu aliran fluida melalui pipa dengan luas penampang di bagian masukan (input) lebih besar dari bagian keluaran (output). Misalnya kecepatan, tekanan dan luas penampang di bagian input adalah V1, P1 dan A1 sedangkan di bagian output adalah V2, P2 dan A2.


Gambar 2.1 Aliran fluida melalui saluran mengecil Di sini berlaku persamaan kontinuitas, di mana banyaknya fluida yang masuk sama dengan banyaknya fluida yang keluar, dapat dilihat pada persamaan 2.1. V1 x A1 = V2 x A2 ...........................................(2.1) Dengan menganggap bahwa kecepatan fluida pada seluruh penampang sama, maka berlaku persamaan Bernouli : P1 + ½ ρ V12 = P2 + ½ ρ V22 ..................................(2.2) Di mana : P = Tekanan fluida (N/m2) V = Kecepatan aliran (m/s) ρ = Massa jenis fluida (m3/s2) Jadi terlihat di sini bahwa dengan mengukur perbedaan tekanan (P1-P2) dapat ditentukan besarnya laju aliran. Tetapi biasanya dalam praktek, persamaan di atas masih harus dikoreksi dengan koefisien yang disebut koefisien discharge (discharge coefficient). Koefisien discharge ini tidak konstan dan besarnya ditentukan dari kerugiankerugian gesekan akibat kekasaran bagian dalam pipa, bentuk geometri dari saluran dan bilangan Reynold. Aliran turbulen mempunyai bilangan Reynold yang lebih tinggi dari 2000, sedangkan aliran laminar mempunyai bilangan Reynold yang lebih rendah (kurang dari 2000). Agar dapat mengetahui bilangan Reynold untuk aliran dalam pipa diberikan persamaan :


Rd =

ρvD ..............................................(2.3) µ

Di mana :

a.

ρ

= Massa jenis fluida (kg/m3)

v

= Kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)

D

= Diameter pipa (m/s2)

Rd

= Bilangan Reynold

µ

= Permeabilitas (H/m)

Tabung Venturi Tabung Venturi mempunyai bentuk seperti pada Gambar 2.2. Pada sekeliling pipa

sering dibuat lubang-lubang yang jalan keluarnya dijadikan satu dan dihubungkan dengan pengukuran tekanan disebut cincin piezometer. Dengan demikian tekanan yang diukur merupakan tekanan rata-rata sehingga pengukuran menjadi lebih teliti.

Gambar 2.2 Tabung Venturi

Kemiringan dibagian input kira-kira sebesar 30º sedangkan dari bagian output lebih kecil, yaitu antara 3º sampai 15º. Perbandingan diameter antara leher dan pipa terletak antara 0,25 mm sampai 0,50 mm. Hasil pengukuran aliran dengan menggunakan


Tabung Venturi ini merupakan pengukuran yang paling teliti bila dibandingkan dengan Head Flow Meter yang lain, tetapi paling mahal harganya. Karena bagian leher ini dibuat sebagai unit tersendiri agar mudah diganti. b.

Flow Nozzle Flow Nozzle mempunyai bentuk yang lebih sederhana bila dibandingkan dengan

Tabung Venturi, seperti terlihat pada Gambar 2.3.

(a)

(b) Gambar 2.3 Flow Nozzle

Tap (lubang pengukur tekanan) pada Flow Nozzle ini diletakkan kira-kira pada jarak satu kali diameter pipa (1 x D) di muka bagian input dan setengah diameter pipa (½ x D) di belakang bagian output seperti terlihat pada Gambar 2.3 (a) atau tepat di bagian outputnya, serta tergantung pada pabrik pembuatannya seperti terlihat pada Gambar 2.3 (b). Flow Nozzle ini mempunyai ketelitian yang lebih rendah bila dibandingkan dengan Tabung Venturi, juga harganya lebih murah. Berbeda dengan Tabung Venturi


yang dalam pemasangannya menggunakan pipa saluran, maka pemasangan Flow Nozzle dapat dilaksanakan tanpa mengganggu sambungan pipa. c.

Plat Orifice Plat Orifice merupakan aliran yang paling murah, paling mudah pemasangannya,

tetapi keakuratannya kurang baik di antara pengukuran-pengukuran aliran jenis Head Flow Meter. Plat Orifice merupakan plat berlubang dengan pinggiran yang tajam. Plat ini terbuat dari bahan-bahan yang kuat. Selain terbuat dari logam, ada juga orificenya yang terbuat dari plastik agar tidak dipengaruhi oleh fluida yang mengalir, erosi atau korosi. Macam-macam tipe Plat Orifice dapat dilihat pada Gambar 2.4.

(a) Concentric

(b) Eccentric

(c) Segmental

Gambar 2.4 Tipe-tipe Plat Orifice

Plat Orifice tipe eksentris dan segmental digunakan untuk mengukur aliran yang mengandung bahan-bahan padat. Bila digunakan Plat Orifice tipe konsentris, timbul endapan-endapan benda padat yang akan mengganggu pengukuran. Demikian juga lubang kecil yang terletak pada bagian bawah, dibuat sedemikian rupa agar kesalahan pengukuran dapat diperkecil, yaitu untuk mengalirkan fluida akibat kondensasi agar tidak berkumpul pada Plat Orifice yang dapat mengganggu pengukuran aliran fluida. Untuk


aliran fluida udara yang terjebak dialirkan dengan memberi lubang kecil di bagian atas. Pemasangan tap (lubang) pengukuran untuk Plat Orifice ada beberapa macam, yaitu : a. Tap Vena Contracta b. Tap Flange c. Tap Pipa Tap pertama dari Tap Vena Contracta diletakkan pada jarak 1 x D sebelum orifice sedangkan tap kedua pada Vena Contracta. Vena adalah tempat di mana luas aliran mencapai minimum, sehingga tekanannya paling kecil seperti terlihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Vena Contracta

Oleh karena letaknya tergantung kepada diameter pipa dan diameter orifice maka pemasangan tap kedua ini akan berbeda untuk pipa dan orifice yang berbeda. Keuntungan dari Tap Vena Contracta adalah bahwa pengukurannya lebih teliti, karena mendapat tekanan diferensial yang lebih besar. Kerugiannya ialah bahwa tap harus dipasang pada pipa dengan tepat pada tempat Vena Contracta. Tap Flange diletakkan simetris di kiri dan kanan orifice kira-kira sejauh sati inci. Keuntungan cara ini adalah tap-tapnya dapat dipasang menjadi satu bagian dengan


Flange pipa tanpa mengganggu. Pipa dan Plat Orifice dapat digantikan tanpa harus mengubah letak tap. Kerugiannya adalah hasil pengukuran yang kurang teliti, karena terdapat beda tekanan yang kecil. Pemasangan Tap Flange dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Tap Flange

Tap pertama dari Tap Pipa diletakkan sejauh 2½ x D sebelum orifice sedangkan tap kedua sejauh 8 x D sesudah orifice, seperti terlihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Tap Pipa

Tekanan diferensial yang diukur kecil sekali karena hanya menyatakan rugi tekanan oleh Plat Orifice. Agar pengukuran aliran dengan menggunakan Plat Orifice dapat dilakukan dengan ketelitian yang tinggi maka di dekat tap-tap, tekanan tidak boleh mengalami gangguan. Ganguan-gangguan ini dapat terjadi bila di dekat tap ini terdapat fitting seperti sambungan pipa, belokan, katup, regulator, pompa dan lain-lain. Umumnya daerah sejauh 5 m sebelum orifice sampai 20 m sesudah orifice harus bebas dari fittingfitting. Angka-angka ini bisa tergantung pada perbandingan diameter dan tipe fitting yang berbeda dari kiri ke kanan orifice.


d.

Tabung Pitot Tabung Pitot berbeda dengan ketiga Head Flow Meter yang telah diterangkan

sebelumnya untuk mengukur debit atau laju aliran, maka Tabung Pitot ini merupakan pengukuran untuk kecepatan fluida mengalir. Prinsip kerjanya hampir sama dengan penghalang yang lain. Dapat dilihat pada Gambar 2.8 Tabung Pitot denga Manometer di bawah ini.

Gambar 2.8 Tabung Pitot dengan Manometer

Tabung Pitot yang dipasang di dalam aliran fluida dengan mulut menghadap arah aliran fluida. Untuk mengukur perbedaan tekanan (P2-P1) sehingga kecepatan fluida langsung dapat diketahui. Keuntungan dari Tabung Pitot adalah pengukuran yang tidak hanya dapat dilakukan dalam pipa-pipa tertutup tetapi juga dalam saluran terbuka. Kerugiannya adalah tidak dapat dipakai untuk mengukur kecepatan fluida yang mengandung benda-benda padat, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.9 Tabung Pitot yang mempunyai tap-tao sendiri di bawah ini.


Gambar 2.9 Tabung Pitot yang mempunyai tap-tap tersendiri

Tabung Pitot yang mempunyai tap-tap tersendiri, di mana kedua tapnya merupakan bagian dari Tabung Pitot itu sendiri, sehingga tidak mengganggu (melubangi) pipa saluran. Dalam pengukuran menggunakan Head Flow Meter ada 5 faktor yang mempengaruhi pengukuran fluida, antara lain adalah : a. Kerapatan (densitas) dari cairan. b. Temperatur. c. Tekanan gas. d. Kekentalan (viskositas). e. Aliran yang tidak konstan. f. Kesalahan pemasangan pipa. g. Ketelitian pembuatan orifice. h. Adanya gas yang terjebak pada cairan. 2.1.2 Area Flow Meter Prinsip kerja Area Flow Meter merupakan kebalikan dari Head Flow Meter. Pada Head Flow Meter, aliran melewati saluran yang mempunyai luas tertentu terdapat


perbedaan tekanan, sehingga dapat diketahui debit alirannya. Sebaliknya pada Area Flow Meter mempunyai skala yang linier. Rota Meter ini terdiri dari suatu kerucut yang terbuat dari gelas (kaca) atau bahan lain seperti epoxy yang transparan dan berskala dengan suatu pelampung di dalamnya. Pelampung ini terbuat dari bahan-bahan yang tahan karat terhadap fluida yang mengalir, biasanya terbuat dari stainless steel. Oleh karena adanya aliran fluida maka pelampung akan naik dalam keadaan setimbang dan akan diam pada posisi tertentu. Semakin besar alirannya maka semakin tinggi posisinya. Rota Meter harus dipasang tegak lurus (tidak boleh lebih miring dari 2º). Berat pelampung diimbangi oleh gaya ke atas oleh fluida dan gaya akibat perbedaan tekanan. Jadi dalam keadaan setimbang pelampung menjadi : W = ΔP . Ap + ρgf . vp

∆P =

W − ρ gf . v p Ap

........................................(2.4)

Di mana : W

= Berat pelampung (kg)

vP

= Kecepatan pelampung (m/s)

ρgf

= Berat jenis fluida (kg/m3)

ΔP

= Beda tekanan (N/m3)

Di sini terlihat bahwa beda tekanan ΔP tidak tergantung dari posisi pelampung. Jadi pada posisi manapun beda tekanan akan konstan. Oleh karena luas penampang kerucut berubah terhadap posisi penampang, maka luas penampang dimana fluida mengalir di sekeliling pelampung juga tergantung pada posisi penampang. Penampang


aliran kontinuitas Bernouli, sehingga pelampung akan mengatur dirinya sendiri pada posisi dimana kedua persamaan tadi dipenuhi.

Di mana : AK = Luas penampang kerucut (m/s2) Bila

( AK − AP ) 2 << 1 , maka bentuk persamaan di atas menjadi : AK Q = K (AK – AP) ...........................................(2.5)

Jadi laju aliran Q hanya merupakan fungsi dari luas kerucut. Bila sudut kemiringan kerucut kecil, maka ini sebanding dengan posisi pelampung. Dengan demikian debit yang akan diukur sebanding dengan posisi pelampung. Oleh karena berat jenis fluida mempengaruhi persamaan diatas, maka setiap Rota Meter dikalibrasikan untuk fluida tertentu. Rota Meter ini tidak sekuat Head Flow Meter karena terbuat dari bahan transparan, tetapi akhir-akhir ini sudah berhasil dibuat Rota Meter dari logam dan plastik yang lebih kuat. 2.1.3 Positive Displacement Meter Positive Displacement Meter merupakan meter jumlah, yaitu mengukur banyaknya fluida yang telah mengalir melalui suatu saluran tertutup. Ada beberapa macam alat pengukuran aliran jenis Positive Displacement Meter, antara lain adalah : a. Meter Torak Bolak-Balik Torak bergerak bolak-balik dan setiap kali menggerakkan sebuah katup geser. Letak katup geser adalah sedemikian rupa sehingga pada saat torak bergerak ke kiri, fluida di ruang kiri terdesak keluar, sedangkan ruang kanan terisi oleh fluida masuk. Kemudian pada saat torak bergerak ke kanan terjadi hal yang sebaliknya, yaitu fluida di


ruang kanan terdorong ke luar dan ruang kiri kembali terisi. Fluida mengalir setiap kali torak melakukan gerak bolak-balik sehingga dengan menghitung jumlah gerak bolakbalik torak ini dapat diketahui jumlah volume yang telah mengalir melaluinya. Biasanya torak ini dihubungkan dengan penghitung mekanis. b. Meter Bilah Berputar Prinsip kerja meter bilah berputar sama dengan Meter Torak Bolak-Balik, hanya di sini terjadi gerakan putar. Silinder dalam letaknya eksentris terhadap silinder luar dan terpasang bilah-bilah yang dapat bergerak pada celah-celah pada poros silinder dalam. Bilah-bilah ini berfungsi sebagai pemisah cairan. Pada saat silinder dalam berputar, sebagian fluida terdorong keluar melalui salah satu sector dan cairan mengalir masuk pada sector yang lain. Sumbu silinder dalam dihubungkan dengan penghitung mekanis sehingga jumlah volume fluida yang telah melalui silinder dapat diketahui. Perlu diketahui bahwa berputarnya silinder dalam disebabkan adanya beda tekanan yang bekerja pada pengukuran aliran ini. c. Meter Baling-Baling Meter Baling-Baling terdiri dari suatu ruangan yang di dalamnya dipasang dua buah baling-baling yang menyebabkan fluida bergantian masuk dan keluar dari ruangruang yang terpisah oleh kedua baling-baling tersebut. Pengukuran aliran jenis ini umumnya dipakai untuk aliran gas. d. Meter Piringan Berayun Prinsip kerja dari Meter Piringan Berayun adalah dengan mengisi suatu ruangan dengan volume tertentu kemudian piringan berayun, sehingga fluida akan dialirkan keluar. Berayunnya piringan ini disebabkan adanya aliran fluida yang melaluinya. Batang


dari bola yang berada di tengah-tengah piringan dihubungkan ke penghitung mekanis untuk mengetahui jumlah volume total fluida yang telah melalui piringan. e. Meter Roda Gigi Oval Bentuk dan cara kerja meter gigi oval sama dengan Meter Baling-Baling, yang membedakannya adalah di mana pada Meter Baling-Baling dipasang dua buah balingbaling, sedangkan pada Meter Roda Gigi Oval dibuat dua buah roda gigi oval. 2.1.4 Pengukur-Pengukur Aliran Yang Lain Selain yang telah dibahas sebelumnya, masih banyak lagi pengukur-pengukur aliran yang lain. Beberapa diantaranya adalah : a. Meter Kecepatan Turbin Prinsip kerja dari Meter Kecepatan Turbin, di mana turbin akan berputar bila cairan mengenai dan mendorong baling-baling dari turbin. Suatu kumparan penerima (pick up coil) yang dipasang pada pipa akan merasakan putaran turbin sehingga kumparan akan menghasilkan pulsa listrik apabila suatu baling-baling melaluinya. Frekuensi pulsa yang dihasilkan akan sebanding dengan laju aliran volume dari cairan. Sifat Meter Kecepatan Turbin adalah : 1. Ketelitian tinggi (0,5 %), 2. Sesuai untuk cairan dengan kekentalan rendah, 3. Sinyal keluaran berupa pulsa listrik. b. Meter Aliran Magnetik Meter Aliran Magnetik bekerja berdasarkan hukum Faraday tentang induksi tegangan. Meter Aliran Magnetik tampak pada Gambar 2.10.


Gambar 2.10 Meter Aliran Magnetik Pada suatu aliran muatan listrik yang melintasi medan magnet akan menimbulkan tegangan yang besarnya : E = B l v x 10 -8 ..........................................(2.6) Di mana : E = Tegangan induksi (Volt) l = Panjang konduktor (m) v = Kecepatan dari konduktor (m/s) B = Fluks density (Wb/m2) Fluks density dihasilkan dari : B = µ0 x H di mana : µ0 = 4 π x 10-7 H=

1 2π x ρ

maka diperoleh : B = µ0 x H


= ( 4 π x 10-7 ) x (

1 ) 2π x ρ

= ( 4 x 3,14 x 10-7 ) x (

= ( 12,56 x 10-7 ) x (

1 ) 2 x 3,14 x 1

1 ) 6,28

= 2 x 10-7 Wb/m2…………………………...……………………..(2.7) dengan catatan : π = 3,14 ρair = 1 gram/cm3

Cairan yang melewati pipa akan memotong fluksi magnet. Adanya aliran fluida yang bergerak relatif terhadap medan magnet akan menyebabkan tegangan induksi yang arahnya tegak lurus terhadap kecepatan konduktor

v (m/s) dan fluks densitas B

(Wb/m2). Tegangan yang timbul dideteksi oleh elektroda yang diletakkan di luar pipa dan besarnya sebanding dengan kecepatan aliran fluida. Syarat-syarat pengukuran yaitu : 1. Fluida harus dapat mengantarkan arus listrik dan pipa baja tak berkarat nonmagnetik digunakan sebagai tabung pengukuran. 2. Elektroda ditempatkan pada permukaan sebelah dalam dari pipa dan berhubungan langsung dengan fluida. 3. Tegangan output kecil dan magnet digunakan untuk memperkuat dan mengeliminasi polarisasi.


c. Meter Aliran Massa Pengukuran aliran massa dapat dilakukan secara : 1. Langsung, 2. Tidak Langsung (Inferensial). Pengukuran Tidak Langsung dilakukan dengan mengukur baik laju aliran dan densitas (rapat massa). Dengan mengalikan kedua hasil pengukuran ini sehingga pada komputer (recorder atau controller), laju aliran massa dapat ditentukan. Dalam hal ini recorder atau controller berfungsi sebagai display, untuk menampilkan hasil pengukuran. 2.2 Istilah-Istilah Sistem Pengendalian Di dunia sistem pengaturan kita kenal dengan adanya jerat terbuka ( open loop control system) dan jerat tertutup (closed loop feedback control system). Sistem kendali jerat terbuka atau umpan maju (feedforward control) umumnya mempergunakan pengatur (controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak diperhitungkan ulang oleh kontroler. Suatu keadaan apakah plant benar-benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan atau referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler. Pada sistem kendali yang lain, yakni sistem kendali jerat tertutup memanfaatkan variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan. Sistem seperi ini juga sering dikenal dengan sistem kendali umpan balik. Aplikasi sistem umpan balik banyak dipergunakan untuk sist em kemudi kapal laut dan


pesawat terbang. Perangkat sehari -hari yang juga menerapkan sistem ini adalah penyetelan temperatur pada lemari es, oven, tungku, dan pemanas air. Masukan

keluaran Perbandingan

Pengatur

Proses/plant

Pengukuran

Gambar 2.11 Sistem pengendalian loop tertutup

Dengan sistem kendali Gambar 2.11 kita bisa ilustrasikan apabila keluaran aktual telah sama dengan referensi atau masukan maka input kontroler akan bernilai nol. Nilai ini artinya kontroler tidak lagi memberikan sinyal aktuasi kepada plant, karena target akhir perintah gerak telah diperoleh. Sistem kendali loop terbuka dan tertutup tersebut merupakan bentuk sederhana yang nantinya akan mendasari semua sistem pengaturan yang lebih kompleks dan rumit. Hubungan antara masukan ( input) dengan keluaran (output) menggambarkan korelasi antara sebab dan akibat proses yang berkaitan. Masukan juga sering diartikan tanggapan keluaran yang diharapkan. Untuk mendalami lebih lanjut mengenai sistem kendali tentunya diperlukan pemahaman yang cukup tentang h al-hal yang berhubungan dengan sistem kontrol. Oleh karena itu selanjutnya akan dikaji beberapa istilah -istilah yang dipergunakannya. 2.2.1 Istilah-istilah dalam sistem pengendalian Dalam mempelajari atau mengaplikasikan sistem kendali diperlukan beberapa pengertian tentang istilah-istilah pada pengaturan. Beberapa istilah yang sering digunakan pada pembahasan masalah sistem pengendalian dan perlu dimengerti yaitu :


1. Masukan Masukan atau input adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan. Masukan juga sering disebut respon keluaran yang diharapkan. 2. Keluaran Keluaran atau output adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kendali. 3. Plant Seperangkat peralatan atau objek fisik dimana variabel prosesnya akan dikendalikan, msalnya pabrik, reaktor nuklir, mobil, sepeda motor, pesawat terbang, pesawat tempur, kapal laut, kapal selam, mesin cuci, mesin pendingin (sistem AC, kulkas, freezer), penukar kalor ( heat exchanger), bejana tekan (pressure vessel), robot dan sebagainya. 4. Proses Berlangsungnya operasi pengendalian suatu variabel proses, misalnya proses kimiawi, fisika, biologi, ekonomi, dan sebagainya. 5. Sistem Kombinasi atau kumpulan dari berbagai komponen yang bekerja secara bersamasama untuk mencapai tujuan tertentu. 6. Diagram blok Bentuk kotak persegi panjang yang digunakan untuk mempresentasikan model matematika dari sistem fisik. 7. Fungsi Alih (Transfer Function)


Perbandingan antara keluaran(output) terhadap masukan(input) suatu system pengendalian. Suatu misal fungsi alih sistem pengendalian loop terbuka dapat dicari dengan membandingkan antara output terhadap input. 8. Sistem Pengendalian Umpan Maju Sistem kendali ini disebut juga sistem pengendalian loop terbuka . Pada sistem ini keluaran tidak ikut andil dalam aksi pengendalian. 9. Sistem Pengendalian Umpan Balik Istilah ini sering disebut juga sistem pengendalian loop tertutup. Pengendalian jenis ini adalah suatu sistem pengaturan dimana sistem keluaran pengendalian ikut andil dalam aksi kendali. Untuk sistem pengendalian umpan balik dapat dilihat pada Gambar 2.12 Sistem Pengendalian Loop Tertutup di bawah ini. Input

Output Kontroler

Proses/plant

Elemen feedback

Gambar 2.12 Sistem Pengendalian Loop Tertutup 10. Sistem Pengendalian Manual Sistem pengendalian dimana faktor manusia sangat dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia sangat dominan dalam menjalankan perintah, sehingga hasil pengendalian akan dipengaruhi pelakunya. Pada sistem kendali manual ini juga termasuk dalam kategori sistem kendali jerat tertutup. Tangan berfungsi untuk mengatur permukaan fluida dalam tangki. Permukaan fluida dalam tangki bertindak sebagai masukan, sedangkan penglihatan bertindak sebagai


sensor. Operator berperan membandingkan tinggi sesungguhnya saat itu dengan tinggi permukaan fluida yang dikehendaki, dan kemudian bertindak untuk membuka atau menutup katup sebagai aktuator guna mempertahankan keadaan permukaan yang diinginkan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.13 Sistem Pengendalian Level Cairan Secara Manual di bawah ini.

Gambar 2.13 Sistem Pengendalian Level Cairan Secara Manual

11. Sistem Pengendalian Otomatis Sistem pengendalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia digantikan oleh sistem kontroler yang telah diprogram secara otomatis sesuai fungsinya, sehingga bisa memerankan seperti yang dilakukan manusia. Di dunia industri modern banyak sekali sistem ken dali yang memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak pada bidang yang proses nya membahayakan keselamatan jiwa manusia. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.14 Sistem Pengendalian Level Cairan Secara Otomatis di bawah ini.


Gambar 2.14 Sistem Pengendalian Level Cairan Secara Otomatis

12. Variabel terkendali (Controlled variable) Besaran atau variabel yang dikendalikan, biasanya besaran ini dalam diagram kotak disebut process variable (PV). 13. Manipulated variable Masukan dari suatu proses yang dapat diubah -ubah atau dimanipulasi agar process variable besarnya sesuai dengan set point (sinyal yang diumpankan pada suatu sistem kendali yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan keluaran sistem kontrol). Laju aliran diatur dengan mengendalikan bukaan katup. 14. Servomekanisme Sistem pengendalian dimana keluarannya berupa besaran-besaran mekanik, seperti percepatan, kecepatan, posisi, torsi, putaran dan sebagainya. Besaran besaran inilah yang sebaiknya dimenger ti dan dipahami bagi engineer, sehingga mengetahui bagaimana sistem kendali akan diaplikasikan. 15. Sistem Pengendalian Digital


Dalam sistem pengendalian otomatis terdapat komponen -komponen utama seperti elemen proses, elemen pengukuran (sensing element dan transmitter), elemen controller (control unit), dan final control element (control value ). Hal ini dapat di lihat pada Gambar 2.15 Sistem Pengendalian Digital di bawah ini.

Gambar 2.15 Sistem Pengendalian Digital

16. Gangguan (disturbance) Suatu sinyal yang mempunyai k ecenderungan untuk memberikan efek yang melawan terhadap keluaran sistem pengendalian(variabel terkendali). Besaran ini juga lazim disebut load. 17. Sensing element Bagian paling ujung suatu sistem pengukuran ( measuring system) atau sering disebut sensor. Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana seperti sensor on/off menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus paralel, sistem bus serial serta si stem mata kamera. Contoh sensor lainnya yaitu thermocouple untuk pengukur temperatur, accelerometer untuk pengukur getaran, dan pressure gauge untuk pengukur tekanan.


18. Transmitter Alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element dan mengubahnya supaya dimengerti oleh controller. 19. Aktuator Piranti elektromekanik yang berfungsi untuk menghasilkan daya gerakan. Perangkat bisa dibuat dari system motor listrik (motor DC servo, motor DC stepper, ultrasonic motor, linier moto, torque motor , solenoid), sistem pneumatik dan hidrolik. Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator atau torsi gerakan maka bisa dipasang sistem gear box atau sprochet chain. 20. Transduser Piranti yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi bentuk lainnya atau unit pengalih sinyal. Suatu contoh mengubah sinyal gerakan mekanis menjadi energi listrik yang terjadi pada peristiwa pengukuran getaran. Terkadang antara transmiter dan tranduser dirancukan, keduanya memang mempunyai fungsi serupa. Transduser lebih bersifat umum, namun transmiter pemakaiannya pada sistem pengukuran. 21.Measurement Variable Sinyal yang keluar dari transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran. 22. Setting point Besar variabel proses yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel terkendali terhadap set point.


23. Error Selisih antara set point dikurangi variabel terkendali. Nilainya bisa positif atau negatif, bergantung nilai set point dan variabel terkendali. Makin kecil error terhitung, maka makin kecil pula sinyal kendali kontroler terhadap plant hingga akhirnya mencapai kondisi tenang ( steady state) 24. Alat Pengendali (Controller) Alat pengendali sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan suatu proses. Controller merupakan elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap pengaturan, yaitu a. membandingkan set point dengan measurement variable b. menghitung berapa banyak koreksi yang harus dilakukan, dan c. mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungannya , 25. Control Unit Bagian unit kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan. 26. Final Controller Element Bagian yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan memanipulasi besarnya manipulated variable atas dasar perintah kontroler. 27. Sistem Pengendalian Kontinyu Sistem pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat respon sistem selalu ada. Pada Gambar 2.16. Sinyal e(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal kontinyu.


Gambar 2.16 Sistem Pengendalian Kontinyu

28. Sistem pengendalian Adaptive Sistem pengendalian yang mempunyai kemampuan untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungan disekitarnya. 29. Sistem Pengendalian Diskrit ( digital) Sistem pengendalian yang berjalan secara diskrit, proses p engendalian tidak berjalan setiap saat, hanya pada waktu -waktu tertentu saja (pada saat terjadi pencuplikan pada waktu cupliknya). Rangkaian holding device dipakai untuk mengubah sinyal digital ke sinyal kontinyu. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.17 Sistem Pengendalian Digital di bawah ini.

Gambar 2.17 Sistem Pengendalian Digital


30. Rangsangan Setiap isyarat masukan yang dimasukkan dari luar yang mempengaruhi keluaran terkendali. 31. Sistem Regulasi Otomatis Sistem pengendalian dimana output sistem dijaga agar sesuai dengan nilai input referensi yang telah ditentukan terlebih dahulu, atau paling tidak mempunyai selang yang kecil dengan input referensinya. 2.2.2 Sistem pengendalian loop tertutup Umumnya sistem pengendalian loop tertutup terdiri dari bagian -bagian seperti terlihat pada Gambar 2.18 Sistem Pengendalian Loop Tertutup di bawah ini.

Gambar 2.18 Sistem Pengendalian Loop Tertutup

1. Input referensi, r(t) Disebut juga set point, adalah sinyal yang diumpankan pada suatu sistem pengendalian yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan output sistem pengendalian tersebut. Sinyal -sinyal yang banyak digunakan sebagai input referensi adalah: a. Sinyal impulse


b. Sinyal step c. Sinyal ramp d. Sinyal parabolik e. Sinyal sinusoida 2. Sinyal feedback, b(t) Sinyal yang dihasilkan dari elemen feedback. 3. Summing point (error detector) Bagian yang berfungsi untuk menjumlahkan semua sinyal yang masuk padanya. Pada gambar 2.18, sinyal yang masuk adalah input referensi (bertanda positif) dan sinyal feedback (bertanda negatif). 4. Sinyal error, e(t) Sinyal yang dihasilkan dari perbedaan antara input referensi dan sinyal feedback. Jadi e(t)= r(t)- b(t) 5. Elemen pengatur Bagian dari sistem pengendalian yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal pengendalian untuk mengendalikan proses/plant. Kontroler sebenarnya terdiri dari bagian summing point dan elemen kontrol, tetapi kadang -kadang elemen kontrol ini dalam diagram blok sistem pengendalian ditulis sebagai kontroler, misalnya pada gambar 2.16. 6. Sinyal pengendalian, m(t) Disebut juga sinyal termanipulasi (manipulated signal) adalah sinyal yang dihasilkan dari kontroler. 7. Sinyal output, c(t) Sinyal keluaran dari plant atau proses yang dikendalikan oleh kontroler.


8. Elemen feedback Bagian yang berfungsi untuk mengubah sinyal output menjadi sinyal feedback. Sinyal feedback ini mempunyai bes aran yang sama dengan sinyal input referensi. Bagian ini biasanya terdiri dari transducer atau sensor yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk sinyal ke bentuk yang lainnya. Bagian ini bisa ada atau tidak pada suatu sistem pengendalian diperlukan elemen f eedback jika sinyal output mempunyai besaran yang tidak sama dengan sinyal input referensi dan tidak diperlukan elemen feedback jika besaran sinyal output sudah sama dengan besaran sinyal input referensi.


LANDASAN TEORI. Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus-menerus bila terkena tegangan

Recommend Documents