KARAKTERISITK STATIK DAN DINAMIK

3.4 KARAKTERISITK STATIK DAN DINAMIK

Karakteristik atau perilaku sistem ditentukan oleh bagaimana hubungan antara variabel bebas (masukan) dan variabel terikat (keluaran). Dalam teknik pengendalian, karakteristik atau perilaku sistem dibedakan atas perilaku statik dan dinamik. Kata statik atau dinamik menunjukkan ada atau tidak adanya pengaruh waktu pada keadaan sistem.

Contoh 3.2 Perilaku Statik dan Dinamik

Dua buah bejana masing-masing berisi 1 liter dan 5 liter air. Keduanya dipanaskan dengan

suhu nyala api yang sama dari suhu 25 o C hingga mendidih (100 C). Grafik pemanasan kedua tangki ditunjukkan pada gambar 3.2. Dari gambar tersebut, setelah 12 menit

pemanasan, suhu air dalam kedua tangki sama besar yaitu 100 o C. Artinya karakterisitk statik keduanya sama. Tetapi untuk mencapai suhu 100 o C, tangki kecil hanya

membutuhkan waktu 5 menit, sedangkan tangki besar membutuhkan waktu 12 menit. Artinya karakterisitk dinamik keduanya berbeda. Dengan perkataan lain dinamika untuk

mencapai suhu 100 o

C adalah berbeda.

Gambar 3.9 Pemanasan air pada volume berbeda.

3.4.1 KARAKTERISTIK STATIK

Gain Proses . Karakteristik statik atau perilaku statik adalah perilaku sistem yang tidak dipengaruhi waktu. Secara numerik dinyatakan oleh steady-state gain atau static-gain (di kalangan praktisi disebut dengan process gain atau gain saja), yaitu perbandingan antara perubahan keluaran dan perubahan masukan setelah tercapai keadaan tunak (steady-statei). Dengan mengetahui karakteristik statik maka batas pengendalian dapat diketahui.

Karakterisitk statik menunjukkan hubungan satu-satu antara variabel bebas dan variabel terikat. Sebagai contoh, proses pemanasan cairan dalam tangki berikut.

Gambar 3.10. Proses pemanasan cairan dalam tangki.

Tujuan proses adalah memanaskan cairan dingin hingga menjadi cairan panas pada suhu tertentu. Sinyal kendali digunakan untuk memerintahkan temperature control valve (TV) membuka atau menutup aliran steam. Besar bukaan valve (atau aliran steam) sebagai variabel bebas. Steam memanaskan cairan dalam tangki hingga suhu tertentu. Suhu cairan panas sebagai variabel terikat, yaitu tergantung pada aliran steam. Meskipun demikian, selain oleh aliran steam, suhu cairan juga dipengaruhi laju alir cairan dingin (F), suhu cairan dingin (T o ), suhu steam (T s ), hambatan perpindahan panas, dan kehilangan panas ke lingkungan. Kelimanya dimasukkan dalam kelompok gangguan pemanasan. Jika gangguan tidak berubah, maka suhu cairan panas hanya dipengaruhi oleh aliran steam. Pada satu nilai aliran steam akan menghasilkan satu nilai suhu cairan panas. Oleh sebab itu terdapat hubungan satu-satu antara aliran steam (variabel bebas) dan suhu cairan panas (variabel terikat).

Hubungan satu-satu antara variabel bebas dan variabel terikat dapat digambarkan sebagai kurva karakterisitk statik. Pada kebanyakan proses, kurva karakteristik statik tidak linier. Pada gambar 3.11 disajikan kurva karakteristik statik proses pemanasan tersebut. Dari kurva dapat dilihat bahwa suhu cairan panas berkisar antara nilai suhu cairan dingin (T o ) dan suhu cairan panas maksimum (T max ). Pada bukaan valve (aliran steam) sebesar S, maka dihasilkan suhu cairan panas sebesar T.

Perlu mendapat perhatian, bahwa kurva karaterisitk seperti tersebut di atas, hanya berlaku pada nilai beban (gangguan) tertentu. Pada nilai beban yang lain kurva akan bergeser ke atas atau ke bawah (gambar 3.12).

Gambar 3.11. Kurva karakteristik statik pemanasan cairan. T s – suhu steam. T max – suhu cairan panas maksimum T o – suhu cairan dingin

Gambar 3.12. Kurva karakteristik statik pada perubahan beban.

Salah satu cara menentukan nilai steady-state gain yaitu dengan metode uji step- response atau kurva reaksi. Kedalam sistem diberikan perubahan variabel masukan dari satu nilai steady-state awal ke nilai steady-state akhir. Variabel keluaran sistem diamati hingga tercapai steady-state baru. Dari sini diperoleh nilai steady-state gain atau static- gain, K p .

Pada sistem proses, steady-state gain memiliki beberapa nilai kemungkinan tergantung pada pengambilan variabel masukan dan keluarannya.

antara sinyal pengukuran terhadap sinyal kendali (tanpa satuan) ∆ u

antara variabel proses terhadap sinyal kendali

K p = antara variabel proses terhadap variabel pengendali ∆ m

Berhubung ketidaklinieran sistem proses, steady-state gain dapat memiliki nilai berbeda jika titik operasi berbeda.

u CONTROL

SISTEM

c y TRANSMITTER

VALVE

PROSES

Gambar 3.14. Diagram blok sistem proses dan piranti yang terlibat. u - sinyal kendali m - variabel pengendali ( manipulated variable )

c - variabel proses terkendali ( controlled variable ) y - sinyal pengukuran

Direct Acting dan Reverse Acting . Satu hal penting lainnya adalah arah kemiringan perubahan variabel proses, yaitu langsung ( direct acting atau respon positif) atau berlawanan ( reverse acting atau respon negatif). Pada direct acting , kenaikan sinyal kendali menghasilkan kenaikan variabel proses. Dan sebaliknya, pada reverse acting kenaikan sinyal kendali menghasilkan penurunan variabel proses.

(a) Proses direct acting. (b) Proses reverse acting.

Gambar 3.15. Kurva karakteristik statik.

3.4.2 KARAKTERISTIK DINAMIK

Perilaku dinamik atau karakteristik dinamik adalah perilaku sistem yang dipengaruhi waktu. Karakteristik dinamik dinyatakan oleh dynamic gain. Dengan mengetahui karakteristik dinamik maka bagaimana cara mengendalikan sistem proses dapat diketahui. Salah satu cara mengetahui karakteristik dinamik suatu sistem adalah dengan uji respon frekuensi (frequency response). Masukan sistem berupa sinusoida. Keluaran sistem dibandingkan dengan masukan. Dari sini diperoleh dua besaran, yaitu perbandingan amplitudo (A r ) dan kelambatan atau beda fase ( φ ) antara masukan dan keluaran.

Gambar 3.16. Uji respon sinusoida.