BAB II LANDASAN TEORI II. 1. Teori Pengukuran II.1.1. Pengertian Pengukuran Pengukuran adalah proses menetapkan standar untuk setiap besaran yang tidak terdefinisi. Standar tersebut dapat berupa barang yang nyata, dengan syarat sifat barang tersebut tidak berubah ubah dalam waktu yang lama. Yang perlu diperhatikan dalam melakukan aktifitas pengukuran adalah : a. Standar yang dipakai harus memiliki ketelitian yang sesuai dengan standar yang dapat diterima oleh umum. b. Cara pengukuran dan alat yang digunakan harus sesuai persyaratan. Umumnya, dalam melakukan pengukuran dibutuhkan instrumen untuk menentukan besaran. Instrumen adalah sebuah alat untuk menentukan nilai dari suatu kuantitas atau variabel. Instrumen membantu meningkatkan keterampilan manusia dalam banyak hal yang memungkinkan seseorang untuk menentukan nilai besaran yang tidak diketahui. Tanpa bantuan tersebut manusia tidak dapat menentukannya. Dalam pengukuran, digunakan sejumlah istilah sebagai berikut : a. Ketelitian (Accuracy) Ketelitian adalah harga suatu pembacaan instrumen yang mendekati harga sebenarnya dari variabel yang diukur.
b. Ketepatan (Precision) Ketepatan adalah kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang sama dengan memberikan harga tertentu bagi sebuah variabel. c. Kesalahan (Error) Kesalahan adalah penyimpangan variabel yang diukur dari harga yang sebenarnya. d. Sensitivitas (Sensitivity) Sensitivitas adalah kepekaan suatu masukan agar dapat memberikan perubahan pada sistem. e. Resolusi (Resolution) Resolusi adalah perubahan nilai terkecil dalam nilai yang diukur dimana instrumen akan memberikan respon. Ada empat hal yang diukur dalam proses industri minyak goreng, antara lain : 1. Tekanan (Pressure) 2. Suhu (Temperature) 3. Aliran (Flow) 4. Tinggi Permukaan (Level) II.1.2. Karakteristik Pengukuran Alat pengukur (sistem instrumentasi) yang merupakan suatu sistem yang digunakan untuk menunjang kegiatan proses industri, pada dasarnya adalah berfungsi untuk menentukan (mengukur) dan mencatat suatu besaran variabel proses pada tahapan proses industri.
Dengan mengetahui karakteristik suatu sistem instrumentasi maka kita dapat memperkirakan dan memperhitungkan tingkat kebenaran pengukuran dari sistem instrumentasi yang dipergunakan. Karakteristik sistem instrumentasi yang akan menampilkan tingkat kebenaran pengukuran dapat disebabkan oleh beberapa faktor, misalnya karena perakitan yang kurang baik, jenis jenis dan kualitas komponen yang digunakan atau dapat pula kondisi pemakaian yang tidak sesuai dengan kondisi pengkalibrasian alat. Secara umum karakteristik sistem instrumentasi dapat digolongkan menjadi dua kelompok utama yaitu : 1. Karakteristik Statis Karakteristik statis adalah karakteristik suatu sistem instrumentasi yang perlu diperhatikan untuk penggunaan pada suatu kondisi pengukuran yang tidak bergantung pada waktu (kapan saja). Karakteristik karakteristik tersebut antara lain : a. Ketelitian Ketelitian dari suatu alat ukur (sistem instrumentasi) adalah penyimpangan dari harga yang diamati, dibandingkan dengan harga sebenarnya. Pada umumnya ketelitian ditentukan secara statis dan dinyatakan dalam satuan persentasi dari simpangan skala penuh. b. Reproduksibilitas Reproduksibilitas dari suatu alat ukur adalah derajat pendekatan dari suatu harga pada pengukuran yang berulang. Reproduksibilitas dari
suatu alat ukur dinyatakan dalam suatu unit untuk periode waktu tertentu. Misalnya dalam waktu sebulan, setahun dan seterusnya. c. Sensitivitas Sensitivitas dari sistem instrumentasi mempunyai pengertian : Adanya perubahan terkecil dari suatu variabel pengukuran dengan menggunakan alat ukur yang masih memberikan pengamatan (response). Kebalikannya adalah Dead Zone yaitu harga terbesar dari suatu perubahan harga yang diukur dengan menggunakan alat ukur yang tidak dapat memberikan pengamatan (response). 2. Karakteristik Dinamis Dalam banyak hal, karakteristik dinamis dari sistem instrumentasi menjadi pertimbangan pada pemakaiannya. Karakteristik dinamis antara lain adalah kecepatan tanggap dari sistem insrumen (alat ukur). Kecepatan tanggap adalah cepatnya alat ukur bereaksi terhadap setiap perubahan besaran yang diukur. II. 2. Temperatur Temperatur merupakan salah satu dari empat besaran dasar yang diakui oleh Sistem Pengukuran Internasional (The International Measuring System). Tidak seperti panjang, massa dan waktu yang merupakan besaran ekstensif, temperatur merupakan besaran intensif. Untuk kebanyakan tujuan, hukum ke nol termodinamika memberikan konsep temperatur yang berguna. Hukum tersebut mengatakan, bahwa Jika benda A dan B masing-masing dalam keadaan setimbang thermal (yaitu situasi
antara dua benda yang dalam keadaan kontak thermal menukarkan energi termal dalam jumlah yang sama. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan thermal tergantung sifat benda tersebut. Pada saat kesetimbangan thermal ke dua benda mempunyai temperatur yang sama) dengan benda ke tiga C, maka benda A dan B dalam keadaan setimbang thermal terhadap satu sama lain. Benda ketiga C ini nanti yang akan kita sebut thermometer. Dua benda A dan B yang dalam kesetimbangan thermal mempunyai tempertur yang sama. Lord Kelvin dalam tahun 1848 mengusulkan sekala temperatur termodinamika yang memberikan dasar teoritis yang tidak tergantung pada sifat bahan manapun dan didasarkan pada siklus Carnot. Suatu angka dipilih untuk menjelaskan temperatur dari titik tetap yang ditentukan. Pada saat ini titik tetap diambil sebagai titik-tripel (triple point) (yaitu keadaan dimana fase-fase padat, cair dan uap berada bersama dalam ekuilibrium), dan karena inilah keadaan air dapat diulang dan dapat diketahui. Angka ini adalah 273,16 0 K ( 0 K = derajat Kelvin) yang juga merupakan titik es. Skala lain adalah Celcius, Fahrenheit, dan Rankine yang berkaitan satu sama lain seperti berikut : Atau 0 9 F = 0 C + 32...(2.1) 5 0 C = 5 ( 0 F 32)...(2.2) 9 0 R = 0 F + 459,69...(2.3) Skala temperatur yang bersumber dari hukum kedua termodinamika tidak mudah menerapkannya dalam praktek. Oleh karena itu International Practical Temperature Scale 0f 1968 (IPTS-68) telah dipilih sebagai pendekatan yang
paling cocok dari skala temperatur termodinamika. Ketidaksesuaian antara kedua skala temperatur ini diperkirakan dalam derajat centigrade. Pada dasarnya, ada empat metode pengukuran temperatur : 1. Pemuaian panas 2. Termolistrik 3. Resistansi 4. Radiasi Metode yang dipilih akan tergantung pada faktor-faktor seperti ketelitian, persyaratan rekaman, persyaratan pengendalian, temperatur, lokasi, biaya dan kondisi luar yang penting. II.3. Jenis-Jenis Alat Ukur Temperatur Temperatur tidak diukur secara langsung, tetapi dengan cara tidak langsung, yaitu dengan mengamati pengaruh perubahan temperatur. Perubahan temperatur dapat menyebabkan berbagai macam perubahan, antara lain : a. Perubahan volume b. Perubahan tekanan c. Perubahan viskositas d. Perubahan tegangan listrik e. Perubahan tegangan listrik pada junction termokopel f. Perubahan resonansi kristal, dan lain-lain
II.3.1. Termometer Air Raksa Prinsip kerja berdasarkan perubahan temperatur menyebabkan perubahan volume, agar perubahan volume tersebut dapat tampak lebih jelas (lebih sensitif), maka digunakan system reservoir dan kapiler (lihat Gambar 2.1.) Gambar 2.1. Temometer Air Raksa Umumnya bila suatu aliran dipanaskan maka volumenya akan bertambah menurut hubungan : Vt = Vo + (1 + β Δt)...(2.4) Keterangan : Vt = Volume pada termometer t Vo = Volume mula Β = Koefisien muai volume dari cairan Δt = Perubahan temperatur II.3.2. Termometer Bimetal Dua buah logam dengan koefisien muai panjang berbeda diletakkan sejajar, karena satu logam mempunyai koefisien muai panjang yang lebih besar, maka kenaikan temperatur akan ditunjukkan oleh penyimpangan (defleksi) dari bimetal. Penurunan temperatur akan disertai dengan gerakan pada arah yang
berlawanan. Umumnya bila suatu batang dipanaskan maka akan terjadi pertambahan panjang. L t = L o (1 + α Δt)...(2.5) Keterangan : L t α Δt L t = Panjang mula = Koefsien muai panjang = Perubahan temperatur = Panjang pada temperatur Suatu batang bimetal yang mula-mula lurus pada temperatur To, akan melengkung bila temperatur diubah menjadi T. Jari-jari lengkungan akan mengikuti rumus empiris ( lihat Gambar 2.2). r = t (3 (1 + m) 2 + (1 + m) (m 2 + 1/ mn))...(2.6) 6 (α A - α B ) (T T o ) (1 + m) 2 Keterangan : R t m n α A dan α B T To = = = = = = = Jari-jari lengkungan yang terjadi Tebal total pelat Perbandingan tebal pelat terhadap A Perbandingan modulus elastisitas bahan A terhadap B Masing-masing koefisien muai panjang bahan A dan B Temperatur pada waktu terjadi pelengkugan (temperatur yang diukur/ ditunjukkan) ( o C) Temperatur pada waktu kedua pelat diletakkan (pada waktu pelat tidak melengkung) ( 0 C) Untuk mendapatkan sensitivitas yang lebih besar, diusahakan agar metal B mempunyai α A yang sekecil mungkin dan metal A yang sebesar mungkin.
Contohnya : invar (campuran besi-nikel) dengan koefisien muai kecil, paduan kuningan atau nikel dengan koefisien muai besar. Bimetal ini selain pengukur pengukur temperatur, sering pula digunakan sebagai elemen control pada system pengontrol temperatur (pada kontroler jenis on-off). Gambar 2.2. Temometer Bimetal Konstruksi antara lain : - Spiral - Bentuk U - Washer - Helik - Helik Ganda - II.3.3. Termokopel Termokopel terdiri dari sambungan (junction) dari dua logam yang berbeda. Pada sambungan ini terdapat tegangan listrik yang nilainya dipengaruhi
oleh temperature junction. Perubahan temperatur akan memberikan harga tegangan yang berubah pula. Pada termokopel terdapat 3 efek yang saling berkaitan yaitu : 1. Efek Seebeck Bila dua logam yang berbeda dan dihubungkan seperti pada Gambar 2.3 maka akan timbul tegangan listrik antara kedua terminal yang besarnya tergantung pada temperatur pada junctionnya (temperatur pada titik hubung antara kedua logam tersebut). 2. Efek Peltier Bila pada junction tersebut mengalir arus listrik maka tegangan listrik yang terjadi tadi akan berubah naik atau turun tergantung dari arah arus listrik yang mengalir pada junction tersebut. 3. Efek Thomson Bila sepanjang logam tersebut terdapat gradient temperatur, maka besarnya tegangan juga akan berubah. Gambar 2.3. Termokopel II.3.4. Termometer Bejana Kapiler Pada sistem pengukuran temperatur yang menggunakan Termometer Bejana Kapiler ini, dapat terbagi menjadi tiga kelas :
Kelas I : Berisi cairan Kelas II Kelas III : Berisi uap : Berisi gas Termometer jenis ini umumnya terdiri dari 3 bagian, seperti yang dapat diperhatikan pada gambar 2.4 berikut: - Bejana sebagai elemen perasa - Pipa kapiler sebagai penghubung - Pengukur tekanan seperti tabung bourdon, bellow, atau diafragma sebagai indikator Gambar 2.4. Termometer Bejana Kapiler II.3.5. Termometer Tahanan/ Platinum Resistance Pt-100 Platinum Resistance Pt-100 atau dikenal dengan Detektor Temperatur Tahanan adalah salah satu bagian dari instrumen yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran suatu temperatur/suhu, yang menggunakan elemen sensitif dari kawat platina, tembaga, atau nikel murni yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam batas suhunya. Detektor Temperatur Tahanan listrik berdasarkan perubahan tahanan listrik suatu logam terhadap perubahan temperatur, umumnya bila suatu logam
dipanaskan maka tahanan listriknya akan naik sesuai dengan temperaturnya menurut hubungan : Rt = R ( 1 + At + Bt 2 ) 0 Dimana : R = tahanan pada suhu T R 0 = tahanan pada suhu To (Reference) a,b = konstanta yang ditentukan dengan eksperimen a = 3,908x10-3 dan b = 5,775x10-7 α = koefisien suhu dari bahan logam yang bersangkutan per 0 C II.3.5.1. Jenis-Jenis Logam PT-100 Platinum Resistance Pt-100 menggunakan karakteristik dari besaran tahanan listrik dari suatu jenis logam yang berubah berdasarkan perubahan temperatur. Dalam dunia industri atau penggunaannya di dalam suatu proses, biasanya Platinum Resistance Pt-100 digunakan pada: a. Mesin pendingin b. Proses pembuatan makanan c. Kompor dan alat pemanggang d. Produksi kain/ textile e. Produksi plastik f. Produksi bahan-bahan kimia g. Pembuatan bahan-bahan mikroelektronik h. Pengukuran suhu udara, gas, dan cairan-cairan
i. Pengukuran suhu tempat pembuangan gas Beberapa jenis logam yang digunakan pada Pt-100 adalah platinum, nickel dan copper (tembaga), yang masing-masing mempunyai karakteristik yang sesuai dengan kenaikan temperatur dan kenaikan besaran tahanan. Mengenai karakteristik resistensi temperatur dari bahan termoresistif pada kenaikan suhu, dapat dilihat pada Ggambar 2.1. 5.0 NICKEL TUNGSTEN RELATIVE RESISTANCE, (RT/ R0 0 C) 4.0 3.0 2.0 1.0 THERMISTOR COPPER PLATINUM 0 0 200 400 600 800 TEMPERATURE, 0 C Gambar 2.1. Karakteristik Resistansi Temperatur dari Bahan Termoresistif pada Kenaikan Suhu Banyak sekali pilihan dalam pertimbangan ketika memutuskan untuk memilih jenis elemen Pt-100 yang harus digunakan. a. Tingkatan besaran temperatur b. Batas toleransi, tingkat keakurasian, dan kemampuan untuk tidak mudah berubah-ubah c. Kecepatan tanggap d. Jarak dari tempat pengontrolan atau peralatan pengukuran
Pada tabel 2.1 dapat dilihat batas temperatur dari beberapa jenis-jenis logam yang digunakan untuk Pt-100. Tabel 2.1. Jenis Logam Pt-100 Jenis Platina Tembaga Nikel Batas Temperatur - 200 0 C sampai dengan +650 0 C -200 0 C sampai dengan +150 0 C - 70 0 C sampai dengan +150 0 C Keuntungan - Murah - Stabilitas tinggi - Batas kerja lebar - Linearitas tinggi - Ketelitian dalam batas temperatur sekeliling - Umur panjang - Sensitivitas tinggi - Koefisien temperatur tinggi Kekurangan - Waktu respons yang relatif lambat (5 S) - Tidak selinear tembaga - Batas temperatur terbatas (sampai 150 0 C) - Lebih linear dari pada tembaga - Batas temperatur terbatas A. Platinum Resistance Temperature Detector Dari semua jenis logam, biasanya Platinum Resistance Pt-100 yang sering digunakan pada industri adalah jenis Platinum Resistance. karena memiliki kemampuan pengukuran suhu yang sangat luas dan memiliki koefisien tahanan terhadap suhu yang besar. Platina memiliki karakteristik optimum dalam melayani berbagai rentang suhu. Meskipun platina itu adalah logam mulia yang paling sempurna dan tidak mudah teroksidasi, namun akan mudah mengalami kontaminasi pada suhu yang tinggi, diakibatkan oleh beberapa jenis gas seperti karbon monoksida, reduksi atmosfir lainnya dan oleh oksida logam. Platina tersedia secara komersial dalam bentuk murni, serta memberikan karakteristik yang tahan terhadap suhu. Platina dengan koefisien temperatur dari tahanan sama dengan 0,00385 Ω/Ω( 0 C) (untuk kisaran suhu 0 sampai 100 0 C) telah digunakan sebagai standar untuk termometer industri di Amerika Serikat dan
di seluruh Eropa Barat sejak Perang Dunia II. Platina telah semakin mendapatkan perhatian di Amerika Serikat semenjak tidak adanya koefisien standar yang sudah terdefenisi dan diterima secara umum. Platina memiliki titik lebur yang tinggi dan tidak mudah menguap pada suhu dibawah 1.200 0 C. Selain itu, platina juga memiliki kekuatan tarik mencapai 18.000 psi dan resistivitas 60 Ω/(cir mil) (ft) pada 0 0 C (9,83µΩ-cm). Platina adalah bahan yang umumnya sering digunakan dalam pembuatan termometer standar laboratorium untuk pekerjaan kalibrasi. Dalam kenyataannya, termometer resistan platina (biasanya dengan dasar tahanan sama dengan 25,5 Ω pada 0 0 C) adalah merupakan standar yang didefinisikan untuk standar kisaran suhu pada titik oksigen (-182,96 0 C) hingga pada titik antimoni (630,74 0 C) sebagaimana didefinisikan oleh International Practical Temperature Scale tahun 1968 (IPTS 68). B. Nickel Platinum Resistance Pt-100 Untuk pengukuran temperatur pada industri dalam jarak -70 0 C sampai dengan 150 0 C, Platinum Resistance Pt-100 dengan menggunakan jenis elemen logam nikel telah memiliki kegunaan yang luas dan efisien. Nikel memiliki kekuatan tarik 120.000 psi dan resistivitas 38,36 Ω/(cir mil)(ft) pada 0 0 C (6,38 µω-cm). Suhu maksimum dari termometer ini adalah terkait dengan jenis material yang digunakan sebagai pelindung kabel nikel, yang diantaranya lapisan tipis porselein, sutera atau kapas. Pemanfaatan kawat isolasi fiberglass untuk konstruksi elemen secara efektif mendorong batasan suhu maksimum hingga
300 0 C. Diatas suhu 300 0 C nikel akan mengalami perubahan bentuk yang membuat kurva resistensi suhu tidak beraturan. Koefisien suhu dari nikel murni mendekati 0,0066 Ω/ (Ω)( 0 C), sedangkan platinum kurang dari 0,0033 Ω/ (Ω)( 0 C). Sehingga penggunaan nikel yang menggantikan platina dalam termometer resistansi seringkali memberikan sensitivitas yang tinggi. C. Copper Platinum Resistance Pt-100 Tembaga elektrolit dengan kemurnian tertinggi telah tersedia secara komersial, dan memiliki koefisien suhu dengan konsistensi tinggi untuk nilai resistansi sama dengan atau mendekati 0,0042 Ω/ (Ω) ( 0 C), yang lebih tinggi dari platinum. Elemen resistansi tembaga ini dibuat untuk memanfaatkan koefisien suhu maksimal dan juga dapat dipertukarkan dengan merujuk pada hubungan suhu resistensi. Kisaran suhu Resistance Temperature Detector tembaga adalah berkisar antara -200 hingga +150 0 C, dan memiliki kecenderungan oksidasi pada suhu tinggi. Tembaga memiliki kekuatan tarik 300.000 psi. Resistivitas tembaga adalah 9,38 Ω pada 0 0 C dengan nilai yang lebih rendah dari platina atau nikel. II.4. Sistem Kontrol Sistem kontrol telah memegang peranan peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Sistem kontrol telah menjadi bagian yang penting dan terpadu dari proses proses dalam pabrik dan
industri modern. Misalnya, kontrol otomatis dalam kontrol numerik dari mesin alat-alat bantu di industri manufaktur. Selain itu sistem kontrol juga merupakan bagian yang penting dalam operasi industri seperti pengontrolan tekanan, suhu, kelembaban, viskositas, dan arus dalam proses industri. II.4.1. Pengertian Sistem Kontrol Sistem kontrol adalah suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen atau elemen pendukung yang digunakan untuk mengukur nilai dari variabel sistem yang dikontrol dan menerapkan variabel tersebut ke dalam sistem untuk mengoreksi atau membatasi penyimpangan nilai yang diukur dari nilai yang dikehendaki. Dalam istilah lain disebut juga teknik pengaturan, sistem pengendalian atau pengontrolan. Ditinjau dari segi peralatan, sistem kontrol terdiri dari susunan beberapa komponen fisis yang digunakan untuk mengarahkan aliran energi ke suatu mesin atau proses agar dapat menghasilkan nilai yang diinginkan. Tujuan utama dari suatu sistem pengontrolan adalah untuk mendapatkan optimasi, yang diperoleh berdasarkan fungsi dari sistem kontrol itu sendiri, yaitu : pengukuran (measurement), pembanding (comparison), pencatatan dan perhitungan (computation), serta perbaikan (correction). Secara umum sistem kontrol dapat dikelompokkan sebagai berikut : a. Dengan operator (manual) b. Secara otomatik.
Di dalam sistem kontrol secara otomatik maka akan terdapat sistem kontrol jaringan tertutup (closed-loop) dan jaringan terbuka (open-loop). Sistem kontrol dapat dilakukan secara kontinu (analog) dan diskontinu (digital). Sistem kontrol juga dapat dilakukan berdasarkan sumber penggerak, diantaranya elektris, pneumatis (udara, angin), hidraulis (cairan) dan mekanis. Pengontrolan secara elektris dan pneumatis atau kombinasinya lebih banyak ditemukan dalam industri maupun aplikasi teknis lainnya. Hal ini disebabkan beberapa kelebihan yang diberikannya yaitu pemakaian daya yang lebih kecil, kemampuan untuk pengontrolan jarak jauh, lebih mudah diperoleh, dan responsnya lebih cepat. Di samping itu dimensi peralatan dapat dibuat lebih kecil. II.4.1.1. Sistem Kontrol Manual dan Otomatis Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator. Sedangkan pengontrolan secara otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin/ peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya di bawah pengawasan manusia. Sistem kontrol otomatis adalah sistem kontrol umpan balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki dapat konstan atau berubah secara perlahan dengan berjalannya waktu dan tugas utamanya adalah menjaga keluaran sebenarnya berada pada nilai yang dikehendaki dengan adanya gangguan. Pengontrolan secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan seharihari seperti penyetelan suara radio, televisi, pengaturan cahaya layar televisi,
pengaturan aliran air melalui keran, pengaturan kecepatan kendaraan, dan lainlain. Sedangkan pengontrolan secara otomatis banyak ditemui dalam proses industri, beberapa diantaranya adalah pengaturan otomatis tegangan pada plant daya listrik di tengah tengah adanya variasi beban daya listrik dan kontrol otomatis tekanan, kekentalan, dan suhu dari proses kimiawi. II.4.1.2. Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka dan Rangkaian Tertutup Sistem kontrol rangkaian terbuka (open-loop control system) merupakan sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap besaran masukan, sehingga variabel yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Dengan kata lain, sistem kontrol rangkaian terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan. Suatu contoh sederhana adalah mesin cuci. Perendaman, pencucian, dan pembilasan dalam mesin cuci dilakukan atas basis waktu. Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran yaitu tingkat kebersihan kain. Setiap gangguan yang terjadi akan menimbulkan pengaruh yang tidak diinginkan pada outputnya, seperti terlihat pada Gambar 2.5 dibawah ini. INPUT PENGONTROL SISTEM OUTPUT Gambar 2.5. Blok Diagram Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka Sistem kontrol rangkaian tertutup (closed-loop control system) merupakan sistem pengendalian dengan besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran
masukan sehingga besaran yang dikendalikan dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat (indikator atau rekorder). INPUT + PROSES UMPAN BALIK Gambar 2.6. Blok Diagram Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup Perbedaan yang terjadi antara besaran yang dikendalikan dan penunjukkan pada alat pencatat digunakan sebagai koreksi, seperti terlihat pada gambar 2.6 di atas. Aplikasi sistem kontrol rangkaian terbuka dan tertutup juga ditemui pada proses-proses lain. Salah satu contoh dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut: Jika seseorang mengendarai mobil, maka kecepatan beserta percepatan kendaraan tersebut dapat ditentukan dan dikontrol oleh pengendara dengan cara mengamati kondisi lalu lintas dan mengendalikan setir, rem, dan alat-alat pengontrol lainnya. Jika pengendara ingin menjaga kecepatan dalam suatu harga yang konstan (sebagai keluaran) maka pengendara dapat mengaturnya melalui pedal percepatan (gas) dan harga ini secara tetap dapat diperoleh dengan mengamati penunjukan speedometer (alat penunjuk kecepatan). Dengan mengamati besarnya keluaran tersebut, berarti setiap saat diberikan suatu informasi/efek terhadap masukan (dalam hal ini adalah
pengendara dan pedal gas), sehingga jika terjadi penyimpangan terhadap kecepatan, pengendara dapat mengendalikannya kembali ke harga yang seharusnya. Contoh di atas adalah sistem kontrol dengan jaringan tertutup (closedloop), dan akan berubah menjadi sistem terbuka jika keadaan tersebut tidak dilengkapi dengan speedometer. Tanpa adanya alat penunjuk kecepatan ini, maka pengendara tidak dapat mengetahui berapa kecepatan sebenarnya dari kendaraan tersebut setiap saat, yang berarti juga bahwa dia tidak dapat mengendalikan (membuat) kecepatan pada suatu harga yang diinginkan. II.4.1.3. Kontinu (Analog) dan Diskontinu (Digital) Pengontrolan secara kontinu dapat dibagi: a. Kesebandingan (proporsional), P-(Control), yaitu keluaran sebanding dengan penyimpangan (deviasi). Contohnya adalah pengontrolan uap melalui katup, transmitter tekanan, dan lain-lain. b. Integral (I), yaitu keluaran selalu berubah selama terjadi deviasi (penyimpangan), dan kecepatan perubahan keluaran tersebut sebanding dengan penyimpangan. Misalnya level cairan di dalam tangki, sistem tekanan gas. Karena keluaran yang selalu berubah ini, tipe ini disebut juga Proportional Speed Floating Control. c. Differensial (D). d. Kombinasi P, I dan D.
Pengontrolan tipe integral dan differensial jarang dipakai secara tersendiri, tetapi digabungkan dengan jenis proporsional untuk menghilangkan keragu-raguan jika jenis proporsional ini memerlukan karakteristik yang stabil. Dengan penggabungan ini akan diperoleh suatu sistem kontrol yang lebih stabil sehingga sensitivitas atau kecepatan responsnya akan menjadi lebih besar. Sedangkan pengontrolan secara digital dilakukan oleh komponenkomponen diskrit dan dapat dibagi atas : a. Pengontrolan dengan dua posisi (bang-bang control), misalnya: rile, thermostat, level, sakelar ON-OFF, dan lain-lain. b. Posisi ganda, misalnya sakelar pemilih (selector switch). c. Floating: Pada posisi relatif tidak terbatas. Dalam jenis ini, pemindahan energi dapat dilakukan melaui salah satu daripada beberapa kemungkinan yang ada. II.4.2. Karakteristik Sistem Kontrol Otomatik Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, suatu sistem kontrol adalah otomatik (Automatic Control System) jika sistem tersebut merupakan jaringan tertutup (Closed-Loop), dan cara pengontrolan variabel dilakukan oleh peralatanperalatan otomatik berupa peralatan elektris, pneumatis, mekanis maupun kombinasinya. Berdasarkan pada hal tersebut, beberapa karakteristik penting dari sistem kontrol otomatik adalah sebagai berikut:
a. Sistem kontrol otomatik merupakan sistem dinamis (berubah terhadap waktu) yang dapat berbentuk linear maupun non linear. Secara matematis kondisi ini dinyatakan oleh persamaan-persamaan yang berubah terhadap waktu, misalnya persamaan differensial linear maupun tidak linear. b. Bersifat menerima informasi, memprosesnya, mengolahnya, dan kemudian mengembangkannya. c. Komponen/unit yang membentuk sistem kontrol ini akan saling mempengaruhi (berinteraksi). d. Bersifat mengembalikan sinyal kebagian masukan (feedback) dan ini digunakan untuk memperbaiki sifat sistem. e. Karena adanya pengembalian sinyal ini (sistem umpan balik) maka pada sistem kontrol otomatik selalu terjadi masalah stabilitas. II.4.3. Pemakaian Sistem Kontrol Otomatik Pemakaian sistem kontrol otomatik banyak ditemui dikehidupan seharihari, baik dalam pemakaian langsung maupun tidak langsung. Pemakaian dari sistem kontrol ini dapat dikelompokkan sebagai berikut: a. Pengontrolan proses: temperatur, aliran, tekanan, tinggi permukaan cairan, viskositas, dan lain-lain. Misalnya pada industri kimia, makanan, tekstil, pengilangan, dan lain-lain. b. Pembangkit tenaga listrik. c. Pengontrolan numerik (Numeric Control, N/C): Pengontrolan operasi yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam proses yang berulang-ulang..