Sistem Kontrol loop terbuka dan
BAB II
LANDASAN TEORI
II.1. Sistem Kontrol
Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian
terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga
berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range)
tertentu. Di dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan
berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas
yang baik serta dengan waktu yang telah ditentukan. Otomatisasi sangat
membantu
dalam
hal
kelancaran
operasional,
keamanan
(investasi,
lingkungan), ekonomi (biaya produksi), mutu produk, dll.
Ada banyak proses yang harus dilakukan untuk menghasilkan suatu
produk sesuai standar, sehingga terdapat parameter yang harus dikontrol atau
di kendalikan antara lain tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature),
ketinggian (level), kerapatan (intensity), dll. Gabungan kerja dari berbagai
alat-alat kontrol dalam proses produksi dinamakan sistem pengontrolan proses
(process control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem
pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses (process control
instrumentation). Dalam istilah ilmu kendali, kedua hal tersebut berhubungan
erat, namun keduanya sangat berbeda hakikatnya. Pembahasan disiplin ilmu
Process Control Instrumentation lebih kepada pemahaman tentang kerja alat
instrumentasi, sedangkan disiplin ilmu Process Control System mengenai
sistem kerja suatu proses produksi.
15
Universitas Sumatera Utara
II.2. Prinsip Pengontrolan Proses
Ada 3 parameter yang harus diperhatikan sebagai tinjauan pada suatu
sistem kontrol proses yaitu :
- cara kerja sistem kontrol
- keterbatasan pengetahuan operator dalam pengontrolan
proses
- peran instrumentasi dalam membantu
operator pada
pengontrolan proses
Empat langkah yang harus dikerjakan operator yaitu mengukur,
membandingkan, menghitung, mengkoreksi. Pada waktu operator mengamati
ketinggian level, yang dikerjakan sebenarnya adalah mengukur process
variable (besaran parameter proses yang dikendalikan).
Contohnya proses pengontrolan temperatur line fuel gas secara
manual, proses variabelnya adalah suhu. Lalu operator membandingkan
apakah hasil pengukuran tersebut sesuai dengan apa yang diinginkan. Besar
proses variabel yang diinginkan tadi disebut desired set point. Perbedaan
antara process variabel dan desired set point disebut error.
Dalam sistem kontrol suhu di atas dapat dirumuskan secara matematis:
Error = Set Point – Process Variabel
Process variabel bisa lebih besar atau bisa juga lebih kecil daripada
desired set point. Oleh karena itu error bisa diartikan negatif dan juga bisa
positif.
16
Universitas Sumatera Utara
II.3. Sistem Kontrol Otomatis
Suatu sistem kontrol otomatis dalam suatu proses kerja berfungsi
mengendalikan proses tanpa adanya campur tangan manusia (otomatis). Ada
dua sistem kontrol pada sistem kendali/kontrol otomatis yaitu :
A. Open Loop (Loop Terbuka)
Suatu sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap
aksi pengontrolan. Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaran
tidak di umpan-balikkan ke parameter pengendalian.
Input
Output
Controller
Plant
Gambar 2.1. Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Terbuka
B. Close Loop (Loop Tertutup)
Suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh
langsung terhadap aksi pengendalian yang dilakukan. Sinyal error yang
merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik (feedback), lalu
diumpankan pada komponen pengendalian (controller) untuk memperkecil
kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang
diinginkan.
Keuntungan sistem loop tertutup adalah adanya pemanfaatan nilai
umpan balik yang dapat membuat respon sistem kurang peka terhadap
gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem.
17
Universitas Sumatera Utara
Kerugiannya adalah tidak dapat mengambil aksi perbaikan terhadap suatu
gangguan sebelum gangguan tersebut mempengaruhi nilai prosesnya.
Output
Input +
Controller
Actuator
Plant
Feedback
Gambar 2.2. Diagram Blok Sistem Kontrol Tertutup
II.4. Aksi Kontroler
a. Kontroler On – Off (Two Position Controller)
Karakteristik kontroler on – off ini hanya bekerja pada 2 posisi, yaitu
on dan off. Kerja kontroler on – off banyak digunakan pada aksi pengontrolan
yang sederhana karena harganya murah. Karena sistem kerja yang digunakan
adalah on – off saja, hasil output dari sistem pengendalian ini akan
menyebabkan proses variabel tidak akan pernah konstan. Besar kecilnya
fluktuasi process variabel ditentukan oleh titik dimana kontroller dalam
keadaaan on dan off. Pengendalian dengan aksi kontrol ini juga menggunakan
feedback.
CV %
open
close
t (dtk)
Gambar 2.3. Aksi Kendali On – Off
18
Universitas Sumatera Utara
b. Kontroler Aksi Proporsional
Aksi kontrol proporsional memiliki karakteristik dimana besar output
unit control P selalu sebanding dengan besarnya input. Bentuk transfer
function dari aksi pengendalian proporsional sbb :
Output = Gain * Input
PV %
PV%
proses
variabel
beban
offset
t (dtk)
t (dtk)
Gambar 2.4. Aksi Kendali Proporsional
Gain control proporsional dapat berupa bilangan bulat, bilangan
pecahan, positif atau juga negatif. Dengan syarat besarnya tetap, linier di
semua daerah kerja dan tidak bergantung pada fungsi waktu. Pengertian gain
disini dapat berbentuk bilangan pecahan bahkan negatif, sehingga nilai output
dapat lebih kecil dari input bahkan negatif. Oleh karena itu, istilah gain jarang
dipakai dan yang lazim dipakai adalah istilah proporsional band. Fungsi
transfer dari proporsional band (Pb)adalah sbb :
% Pb =
100%
G
c. Kontroler Aksi Integral
Berfungsi untuk menghilangkan offset sebagai hasil dari reset yang
dapat menghasilkan output walaupun tidak terdapat input, sehingga
dibutuhkan suatu pengendali yang dapat menghasilkan output lebih besar atau
lebih kecil pada saat error = 0.
19
Universitas Sumatera Utara
d. Kontroler Aksi Derivatif
Memiliki karakteristik cenderung untuk mendahului atau bisa disebut
anti pasif controlling. Oleh karena itu aksi kontrol ini sering diterapkan pada
sistem yang memiliki inersia tinggi yang bersifat lagging.
e. Kontroler Aksi Proporsional + Integral
Pada pengontrolan proporsional dapat menimbulkan offset pada
keluaran pengendali. Untuk proses-proses dimana offset tidak dapat ditolerir
maka perlu ditambahkan aksi pengontrolan integral. Aksi kontrol integral
dapat menghilangkan perbedaan pengukuran dan titik acuan yang dapat
mengakibatkan keluaran pengendali berubah sampai dengan perubahan
tersebut berharga nol.
f. Kontroler Aksi Proporsional + Integral + Derivatif
Sistem pengontrolan derivatif merupakan pengontrolan dengan proses
umpan
balik
yang
berlawanan
dengan
cara
pengendalian
integral.
Penambahan aksi derivatif pada pengendalian proporsional + integral
bertujuan untuk meningkatkan kestabilan pengontrolan dan mempercepat
tanggapan dari sistem, peningkatan kestabilan sistem kontrol diperoleh dari
penurunan overshoot.
Jika terjadi perubahan sinyal pengukuran maka keluaran pengontrol
dengan proporsional bellow tidak terhubung langsung tetapi katup yang akan
memperkecil aliran ke arah proporsional bellow.
20
Universitas Sumatera Utara
II.5. Penggunaan Instrument
Penggunaan alat instrument di PT. Arun NGL banyak digunakan untuk
mengendalikan liquid/cairan diantaranya :
•
Level (permukaan zat cair), volume zat cair dalam sebuah
tangki. Pengukuran dilakukan untuk dapat mengetahui volume
permukaan zat cair dalam zat cair. Bahan yang dapat diukur
oleh sensor level yaitu cairan (liquid), lumpur, curah hujan,
serta polusi.
•
•
Flow (aliran), aliran dalam sebuah pipa.
Elemen proses flow merupakan salah satu jenis pengendali
akhir yang paling umum dipakai untuk sistem pengendali
proses.
•
Pressure (tekanan), tekanan liquid dalam sebuah pipa atau
vessel. Prinsip kerjanya sama dengan proses flow karena samasama mengendalikan flow.
•
Temperatur (suhu), suhu pada unit-unit proses.
Pengukuran suhu biasanya terjadi pada suatu unit proses yang
memerlukan perubahan suhu, baik jenis steam maupun yang lainnya.
Misalnya perpindahan panas yang terjadi pada sistem pengukuran suhu
yaitu pada proses endotermis (suatu perolehan energi panas dari suatu
media panas), seperti yang terjadi pada heat exchanger.
21
Universitas Sumatera Utara
Dan juga pengendalian temperatur pada line fuel gas ketika sedang
beroperasi merupakan suatu hal yang sangat penting guna terciptanya
keintegrasian proses di PT. Arun NGL.
II.6. Temperatur
Alat yang digunakan untuk mengukur
dan menunjukkan “besaran”
temperatur disebut sebagai Alat Ukur Temperatur.
Skala Temperatur
Skala temperatur adalah besar dari satu unit ukuran yaitu satu energi
termal rata-rata per molekul dinyatakan oleh satu unit dari skala tersebut.
Skala temperatur absolut yaitu skala yang menetapkan temperatur nol
suatu material yang tidak mempunyai energi termal (tidak ada getaran molekuler).
Skala yang biasa digunakan dalam suatu temperatur yaitu:
•
•
•
•
0
Skala Farenheit (0F)
0
Skala Celcius (0C)
Skala Kelvin
(0K)
Skala Rankine (0R)
C +32
F – 32
0
C + 273.15
0
F + 459.7
Dibawah ini merupakan gambar dari skala temperatur relatif dengan
pergeseran sumbu nol :
Gambar 2.5. Skala Temperatur Relatif
22
Universitas Sumatera Utara
II.6.1.Tujuan Pengukuran Temperatur
Tujuan pengukuran temperatur pada proses adalah untuk :
1. Mencegah kerusakan pada equipment.
2. Mendapat mutu produksi/kondisi operasi yang diinginkan.
3. Pengontrolan jalannya proses.
II.6.2. Metode Pengukuran Temperatur
Metoda pengukuran temperatur ada dua yaitu :
1. Metode Pemuaian.
Panas yang diukur menghasilkan pemuaian. Pemuaian dirubah kedalam
bentuk gerak – gerak mekanik kemudian dikalibrasi kedalam skala angka-angka
yang menunjukkan nilai panas (temperatur) yang diukur. Seperti pada gambar 2.6
berikut:
Panas
Memuai, Gerak
Mekanik
Kalibrasi Skala
Angka
Gambar 2.6. Metode Pemuaian
2. Metode Elektris
Panas diukur menghasilkan gaya gerak listrik (Emf). Gaya Gerak Lisrik
kemudian dikalibrasi kedalam skala angka-angka yang menunjukan nilai panas
(temperatur) yang diukur, seperti pada gambar 2.7
23
Universitas Sumatera Utara
Panas
Arus Listrik
Kalibrasi Skala
Angka
Gambar 2.7. Metoda Elektris
II.6.3. Jenis-Jenis Alat Ukur Temperatur
Secara sederhana, alat ukur temperatur dapat dibagi kedalam dua
kelompok besaran yaitu :
•
•
Alat Ukur Temperatur dengan Metoda Pemuaian.
Alat Ukur Temperatur dengan metoda Elektris.
Alat Ukur Temperatur dengan metoda Pemuaian terdiri dari :
1. Termometer Tabung gelas
2. Termometer Bi-metal
3. Filled Thermal Thermometer
Alat Ukur Temperatur dengan Metoda Elektris terdiri dari :
1. Thermocouple
2. Resistansi Thermometer.
II.6.4. Termometer Tahanan/ Resistance Temperatur Detector (RTD)
Resistance Temperature Detector (RTD) 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
24
Universitas Sumatera Utara
nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam batas
suhunya.
Tabel 2.1. Range Sensor Temperatur
Sensor
Temperatur (0C)
Temperatur (0F)
Tipe K termokopel
-200 sampai 1250
-328 sampai 2282
Tipe J termokopel
0 sampai 750
32 sampai 1382
Tipe T termokopel
-200 sampai 350
-328 sampai 662
Tipe E termokopel
-200 sampai 900
-328 sampai 1652
Pt100 RTD(α = 0,00385)
-200 sampai 850
-328 sampai 1562
Termistor
-40 sampai 200
-40 sampai 392
IC sensor
-40 sampai 125
-40 sampai 257
Infrared termistor
-18 sampai 1370
0 sampai 2500
II.6.5. Jenis Logam RTD
Beberapa jenis logam yang digunakan pada RTD adalah platinum, nickel dan
copper (tembaga), yang masing-masing mempunyai karakteristik yang sesuai
dengan kenaikan temperatur dan kenaikan besaran tahanan.
A. Platinum Resistance Temperature Detector
Dari semua jenis logam, biasanya Resistance Temperature Detector yang
sering digunakan pada industri adalah jenis Platinum Resistance Temperature
Detector, 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
25
Universitas Sumatera Utara
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
0
0
tahanan sama dengan 0,00385 Ω/ C (untuk kisaran suhu 0 sampai 100 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
0
suhu dibawah 1.200 C. Selain itu, platina juga memiliki kekuatan tarik mencapai
0
18.000 psi dan resistivitas 60 Ω/(cir mil) (ft) pada 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
0
pada 0 C) adalah merupakan standar yang didefinisikan untuk standar kisaran
0
0
suhu pada titik oksigen (-182,96 C) hingga pada titik antimoni (630,74 C)
sebagaimana didefinisikan oleh International Practical Temperature Scale tahun
1968 (IPTS 68).
B. Nickel Resistance Temperature Detector
0
Untuk pengukuran temperatur pada industri dalam jarak -70 C sampai
0
dengan 150 C, Resistance Temperature Detector dengan menggunakan jenis
elemen logam nikel telah memiliki kegunaan yang luas dan efisien. Nikel
26
Universitas Sumatera Utara
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 20
porselein, sutera atau kapas. Pemanfaatan kawat isolasi fiberglass untuk
konstruksi elemen secara efektif mendorong batasan suhu maksimum hingga
0
0
300 C. Diatas suhu 300 C nikel akan mengalami perubahan bentuk yang
membuat kurva resistensi suhu tidak beraturan.
0
Koefisien suhu dari nikel murni mendekati 0,0066 Ω/ C, sedangkan
0
platinum kurang dari 0,0033 Ω/ C. Sehingga penggunaan nikel yang
menggantikan platina dalam termometer resistansi seringkali memberikan
sensitivitas yang tinggi.
C. Copper Resistance Temperature Detector
Tembaga elektrolit dengan kemurnian tertinggi telah tersedia secara
komersial, dan memiliki koefisien suhu dengan konsistensi tinggi untuk nilai
0
resistansi sama dengan atau mendekati 0,0042 Ω/ ( 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
0
berkisar antara -200 hingga +150 C, dan memiliki kecenderungan oksidasi
pada suhu tinggi. Tembaga memiliki kekuatan tarik 300.000 psi. Resistivitas
27
Universitas Sumatera Utara
0
tembaga adalah 9,38 Ω pada 0 C dengan nilai yang lebih rendah dari platina
atau nikel.
Tabel 2.2. Elemen- elemen RTD
Jenis
Rangkuman
temperatur
Platina
-3000F(-198,60C)
sampai +15000F
(801,30C)
-3250F(-212,50C)
sampai +2500F
(106,8)
Tembaga
+320F(-14,20C)
sampai
1500F(51,30C)
Nikel
Ketelitian
Keuntungan
Kekurangan
±10F
(-31,40C)
- Murah
- Stabilitas tinggi
- Rangkuman
kerja lebar
- Waktu respon
yang
relatif
lambat (15 S)
- tidak selinier
tembaga
- Rangkuman
temperatur
terbatas (sampai
2500F)
- linieritas tinggi
- Ketelitian
dalam
rangkuman
temperatur
sekeliling
- Umur panjang
- Sensitivitas
tinggi
- Koefisien
temperatur
tinggi
± 0,50F
(-31,70C)
± 0,50F
(-31,70C)
- Lebih linier dari
pada tembaga
- Rangkuman
(temperatur
terbatas
sampai
1500F)
Tabel 2.3. Nilai Resistansi dalam ohm untuk termometer tahanan Ni dan Pt
Tempera
tur (0C)
-220
-60
0
100
150
180
500
550
850
Ni-100
-
69,
5Ώ
100
Ώ
161,7
Ώ
198,7
Ώ
223,1
Ώ
-
-
-
Pt-100
10,41
Ώ
-
100
Ώ
138,5
Ώ
157,3
Ώ
168,5
Ώ
280,9
Ώ
297,4
Ώ
390,4
Ώ
28
Universitas Sumatera Utara
LANDASAN TEORI
II.1. Sistem Kontrol
Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian
terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga
berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range)
tertentu. Di dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan
berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas
yang baik serta dengan waktu yang telah ditentukan. Otomatisasi sangat
membantu
dalam
hal
kelancaran
operasional,
keamanan
(investasi,
lingkungan), ekonomi (biaya produksi), mutu produk, dll.
Ada banyak proses yang harus dilakukan untuk menghasilkan suatu
produk sesuai standar, sehingga terdapat parameter yang harus dikontrol atau
di kendalikan antara lain tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature),
ketinggian (level), kerapatan (intensity), dll. Gabungan kerja dari berbagai
alat-alat kontrol dalam proses produksi dinamakan sistem pengontrolan proses
(process control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem
pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses (process control
instrumentation). Dalam istilah ilmu kendali, kedua hal tersebut berhubungan
erat, namun keduanya sangat berbeda hakikatnya. Pembahasan disiplin ilmu
Process Control Instrumentation lebih kepada pemahaman tentang kerja alat
instrumentasi, sedangkan disiplin ilmu Process Control System mengenai
sistem kerja suatu proses produksi.
15
Universitas Sumatera Utara
II.2. Prinsip Pengontrolan Proses
Ada 3 parameter yang harus diperhatikan sebagai tinjauan pada suatu
sistem kontrol proses yaitu :
- cara kerja sistem kontrol
- keterbatasan pengetahuan operator dalam pengontrolan
proses
- peran instrumentasi dalam membantu
operator pada
pengontrolan proses
Empat langkah yang harus dikerjakan operator yaitu mengukur,
membandingkan, menghitung, mengkoreksi. Pada waktu operator mengamati
ketinggian level, yang dikerjakan sebenarnya adalah mengukur process
variable (besaran parameter proses yang dikendalikan).
Contohnya proses pengontrolan temperatur line fuel gas secara
manual, proses variabelnya adalah suhu. Lalu operator membandingkan
apakah hasil pengukuran tersebut sesuai dengan apa yang diinginkan. Besar
proses variabel yang diinginkan tadi disebut desired set point. Perbedaan
antara process variabel dan desired set point disebut error.
Dalam sistem kontrol suhu di atas dapat dirumuskan secara matematis:
Error = Set Point – Process Variabel
Process variabel bisa lebih besar atau bisa juga lebih kecil daripada
desired set point. Oleh karena itu error bisa diartikan negatif dan juga bisa
positif.
16
Universitas Sumatera Utara
II.3. Sistem Kontrol Otomatis
Suatu sistem kontrol otomatis dalam suatu proses kerja berfungsi
mengendalikan proses tanpa adanya campur tangan manusia (otomatis). Ada
dua sistem kontrol pada sistem kendali/kontrol otomatis yaitu :
A. Open Loop (Loop Terbuka)
Suatu sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap
aksi pengontrolan. Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaran
tidak di umpan-balikkan ke parameter pengendalian.
Input
Output
Controller
Plant
Gambar 2.1. Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Terbuka
B. Close Loop (Loop Tertutup)
Suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh
langsung terhadap aksi pengendalian yang dilakukan. Sinyal error yang
merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik (feedback), lalu
diumpankan pada komponen pengendalian (controller) untuk memperkecil
kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang
diinginkan.
Keuntungan sistem loop tertutup adalah adanya pemanfaatan nilai
umpan balik yang dapat membuat respon sistem kurang peka terhadap
gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem.
17
Universitas Sumatera Utara
Kerugiannya adalah tidak dapat mengambil aksi perbaikan terhadap suatu
gangguan sebelum gangguan tersebut mempengaruhi nilai prosesnya.
Output
Input +
Controller
Actuator
Plant
Feedback
Gambar 2.2. Diagram Blok Sistem Kontrol Tertutup
II.4. Aksi Kontroler
a. Kontroler On – Off (Two Position Controller)
Karakteristik kontroler on – off ini hanya bekerja pada 2 posisi, yaitu
on dan off. Kerja kontroler on – off banyak digunakan pada aksi pengontrolan
yang sederhana karena harganya murah. Karena sistem kerja yang digunakan
adalah on – off saja, hasil output dari sistem pengendalian ini akan
menyebabkan proses variabel tidak akan pernah konstan. Besar kecilnya
fluktuasi process variabel ditentukan oleh titik dimana kontroller dalam
keadaaan on dan off. Pengendalian dengan aksi kontrol ini juga menggunakan
feedback.
CV %
open
close
t (dtk)
Gambar 2.3. Aksi Kendali On – Off
18
Universitas Sumatera Utara
b. Kontroler Aksi Proporsional
Aksi kontrol proporsional memiliki karakteristik dimana besar output
unit control P selalu sebanding dengan besarnya input. Bentuk transfer
function dari aksi pengendalian proporsional sbb :
Output = Gain * Input
PV %
PV%
proses
variabel
beban
offset
t (dtk)
t (dtk)
Gambar 2.4. Aksi Kendali Proporsional
Gain control proporsional dapat berupa bilangan bulat, bilangan
pecahan, positif atau juga negatif. Dengan syarat besarnya tetap, linier di
semua daerah kerja dan tidak bergantung pada fungsi waktu. Pengertian gain
disini dapat berbentuk bilangan pecahan bahkan negatif, sehingga nilai output
dapat lebih kecil dari input bahkan negatif. Oleh karena itu, istilah gain jarang
dipakai dan yang lazim dipakai adalah istilah proporsional band. Fungsi
transfer dari proporsional band (Pb)adalah sbb :
% Pb =
100%
G
c. Kontroler Aksi Integral
Berfungsi untuk menghilangkan offset sebagai hasil dari reset yang
dapat menghasilkan output walaupun tidak terdapat input, sehingga
dibutuhkan suatu pengendali yang dapat menghasilkan output lebih besar atau
lebih kecil pada saat error = 0.
19
Universitas Sumatera Utara
d. Kontroler Aksi Derivatif
Memiliki karakteristik cenderung untuk mendahului atau bisa disebut
anti pasif controlling. Oleh karena itu aksi kontrol ini sering diterapkan pada
sistem yang memiliki inersia tinggi yang bersifat lagging.
e. Kontroler Aksi Proporsional + Integral
Pada pengontrolan proporsional dapat menimbulkan offset pada
keluaran pengendali. Untuk proses-proses dimana offset tidak dapat ditolerir
maka perlu ditambahkan aksi pengontrolan integral. Aksi kontrol integral
dapat menghilangkan perbedaan pengukuran dan titik acuan yang dapat
mengakibatkan keluaran pengendali berubah sampai dengan perubahan
tersebut berharga nol.
f. Kontroler Aksi Proporsional + Integral + Derivatif
Sistem pengontrolan derivatif merupakan pengontrolan dengan proses
umpan
balik
yang
berlawanan
dengan
cara
pengendalian
integral.
Penambahan aksi derivatif pada pengendalian proporsional + integral
bertujuan untuk meningkatkan kestabilan pengontrolan dan mempercepat
tanggapan dari sistem, peningkatan kestabilan sistem kontrol diperoleh dari
penurunan overshoot.
Jika terjadi perubahan sinyal pengukuran maka keluaran pengontrol
dengan proporsional bellow tidak terhubung langsung tetapi katup yang akan
memperkecil aliran ke arah proporsional bellow.
20
Universitas Sumatera Utara
II.5. Penggunaan Instrument
Penggunaan alat instrument di PT. Arun NGL banyak digunakan untuk
mengendalikan liquid/cairan diantaranya :
•
Level (permukaan zat cair), volume zat cair dalam sebuah
tangki. Pengukuran dilakukan untuk dapat mengetahui volume
permukaan zat cair dalam zat cair. Bahan yang dapat diukur
oleh sensor level yaitu cairan (liquid), lumpur, curah hujan,
serta polusi.
•
•
Flow (aliran), aliran dalam sebuah pipa.
Elemen proses flow merupakan salah satu jenis pengendali
akhir yang paling umum dipakai untuk sistem pengendali
proses.
•
Pressure (tekanan), tekanan liquid dalam sebuah pipa atau
vessel. Prinsip kerjanya sama dengan proses flow karena samasama mengendalikan flow.
•
Temperatur (suhu), suhu pada unit-unit proses.
Pengukuran suhu biasanya terjadi pada suatu unit proses yang
memerlukan perubahan suhu, baik jenis steam maupun yang lainnya.
Misalnya perpindahan panas yang terjadi pada sistem pengukuran suhu
yaitu pada proses endotermis (suatu perolehan energi panas dari suatu
media panas), seperti yang terjadi pada heat exchanger.
21
Universitas Sumatera Utara
Dan juga pengendalian temperatur pada line fuel gas ketika sedang
beroperasi merupakan suatu hal yang sangat penting guna terciptanya
keintegrasian proses di PT. Arun NGL.
II.6. Temperatur
Alat yang digunakan untuk mengukur
dan menunjukkan “besaran”
temperatur disebut sebagai Alat Ukur Temperatur.
Skala Temperatur
Skala temperatur adalah besar dari satu unit ukuran yaitu satu energi
termal rata-rata per molekul dinyatakan oleh satu unit dari skala tersebut.
Skala temperatur absolut yaitu skala yang menetapkan temperatur nol
suatu material yang tidak mempunyai energi termal (tidak ada getaran molekuler).
Skala yang biasa digunakan dalam suatu temperatur yaitu:
•
•
•
•
0
Skala Farenheit (0F)
0
Skala Celcius (0C)
Skala Kelvin
(0K)
Skala Rankine (0R)
C +32
F – 32
0
C + 273.15
0
F + 459.7
Dibawah ini merupakan gambar dari skala temperatur relatif dengan
pergeseran sumbu nol :
Gambar 2.5. Skala Temperatur Relatif
22
Universitas Sumatera Utara
II.6.1.Tujuan Pengukuran Temperatur
Tujuan pengukuran temperatur pada proses adalah untuk :
1. Mencegah kerusakan pada equipment.
2. Mendapat mutu produksi/kondisi operasi yang diinginkan.
3. Pengontrolan jalannya proses.
II.6.2. Metode Pengukuran Temperatur
Metoda pengukuran temperatur ada dua yaitu :
1. Metode Pemuaian.
Panas yang diukur menghasilkan pemuaian. Pemuaian dirubah kedalam
bentuk gerak – gerak mekanik kemudian dikalibrasi kedalam skala angka-angka
yang menunjukkan nilai panas (temperatur) yang diukur. Seperti pada gambar 2.6
berikut:
Panas
Memuai, Gerak
Mekanik
Kalibrasi Skala
Angka
Gambar 2.6. Metode Pemuaian
2. Metode Elektris
Panas diukur menghasilkan gaya gerak listrik (Emf). Gaya Gerak Lisrik
kemudian dikalibrasi kedalam skala angka-angka yang menunjukan nilai panas
(temperatur) yang diukur, seperti pada gambar 2.7
23
Universitas Sumatera Utara
Panas
Arus Listrik
Kalibrasi Skala
Angka
Gambar 2.7. Metoda Elektris
II.6.3. Jenis-Jenis Alat Ukur Temperatur
Secara sederhana, alat ukur temperatur dapat dibagi kedalam dua
kelompok besaran yaitu :
•
•
Alat Ukur Temperatur dengan Metoda Pemuaian.
Alat Ukur Temperatur dengan metoda Elektris.
Alat Ukur Temperatur dengan metoda Pemuaian terdiri dari :
1. Termometer Tabung gelas
2. Termometer Bi-metal
3. Filled Thermal Thermometer
Alat Ukur Temperatur dengan Metoda Elektris terdiri dari :
1. Thermocouple
2. Resistansi Thermometer.
II.6.4. Termometer Tahanan/ Resistance Temperatur Detector (RTD)
Resistance Temperature Detector (RTD) 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
24
Universitas Sumatera Utara
nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam batas
suhunya.
Tabel 2.1. Range Sensor Temperatur
Sensor
Temperatur (0C)
Temperatur (0F)
Tipe K termokopel
-200 sampai 1250
-328 sampai 2282
Tipe J termokopel
0 sampai 750
32 sampai 1382
Tipe T termokopel
-200 sampai 350
-328 sampai 662
Tipe E termokopel
-200 sampai 900
-328 sampai 1652
Pt100 RTD(α = 0,00385)
-200 sampai 850
-328 sampai 1562
Termistor
-40 sampai 200
-40 sampai 392
IC sensor
-40 sampai 125
-40 sampai 257
Infrared termistor
-18 sampai 1370
0 sampai 2500
II.6.5. Jenis Logam RTD
Beberapa jenis logam yang digunakan pada RTD adalah platinum, nickel dan
copper (tembaga), yang masing-masing mempunyai karakteristik yang sesuai
dengan kenaikan temperatur dan kenaikan besaran tahanan.
A. Platinum Resistance Temperature Detector
Dari semua jenis logam, biasanya Resistance Temperature Detector yang
sering digunakan pada industri adalah jenis Platinum Resistance Temperature
Detector, 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
25
Universitas Sumatera Utara
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
0
0
tahanan sama dengan 0,00385 Ω/ C (untuk kisaran suhu 0 sampai 100 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
0
suhu dibawah 1.200 C. Selain itu, platina juga memiliki kekuatan tarik mencapai
0
18.000 psi dan resistivitas 60 Ω/(cir mil) (ft) pada 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
0
pada 0 C) adalah merupakan standar yang didefinisikan untuk standar kisaran
0
0
suhu pada titik oksigen (-182,96 C) hingga pada titik antimoni (630,74 C)
sebagaimana didefinisikan oleh International Practical Temperature Scale tahun
1968 (IPTS 68).
B. Nickel Resistance Temperature Detector
0
Untuk pengukuran temperatur pada industri dalam jarak -70 C sampai
0
dengan 150 C, Resistance Temperature Detector dengan menggunakan jenis
elemen logam nikel telah memiliki kegunaan yang luas dan efisien. Nikel
26
Universitas Sumatera Utara
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 20
porselein, sutera atau kapas. Pemanfaatan kawat isolasi fiberglass untuk
konstruksi elemen secara efektif mendorong batasan suhu maksimum hingga
0
0
300 C. Diatas suhu 300 C nikel akan mengalami perubahan bentuk yang
membuat kurva resistensi suhu tidak beraturan.
0
Koefisien suhu dari nikel murni mendekati 0,0066 Ω/ C, sedangkan
0
platinum kurang dari 0,0033 Ω/ C. Sehingga penggunaan nikel yang
menggantikan platina dalam termometer resistansi seringkali memberikan
sensitivitas yang tinggi.
C. Copper Resistance Temperature Detector
Tembaga elektrolit dengan kemurnian tertinggi telah tersedia secara
komersial, dan memiliki koefisien suhu dengan konsistensi tinggi untuk nilai
0
resistansi sama dengan atau mendekati 0,0042 Ω/ ( 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
0
berkisar antara -200 hingga +150 C, dan memiliki kecenderungan oksidasi
pada suhu tinggi. Tembaga memiliki kekuatan tarik 300.000 psi. Resistivitas
27
Universitas Sumatera Utara
0
tembaga adalah 9,38 Ω pada 0 C dengan nilai yang lebih rendah dari platina
atau nikel.
Tabel 2.2. Elemen- elemen RTD
Jenis
Rangkuman
temperatur
Platina
-3000F(-198,60C)
sampai +15000F
(801,30C)
-3250F(-212,50C)
sampai +2500F
(106,8)
Tembaga
+320F(-14,20C)
sampai
1500F(51,30C)
Nikel
Ketelitian
Keuntungan
Kekurangan
±10F
(-31,40C)
- Murah
- Stabilitas tinggi
- Rangkuman
kerja lebar
- Waktu respon
yang
relatif
lambat (15 S)
- tidak selinier
tembaga
- Rangkuman
temperatur
terbatas (sampai
2500F)
- linieritas tinggi
- Ketelitian
dalam
rangkuman
temperatur
sekeliling
- Umur panjang
- Sensitivitas
tinggi
- Koefisien
temperatur
tinggi
± 0,50F
(-31,70C)
± 0,50F
(-31,70C)
- Lebih linier dari
pada tembaga
- Rangkuman
(temperatur
terbatas
sampai
1500F)
Tabel 2.3. Nilai Resistansi dalam ohm untuk termometer tahanan Ni dan Pt
Tempera
tur (0C)
-220
-60
0
100
150
180
500
550
850
Ni-100
-
69,
5Ώ
100
Ώ
161,7
Ώ
198,7
Ώ
223,1
Ώ
-
-
-
Pt-100
10,41
Ώ
-
100
Ώ
138,5
Ώ
157,3
Ώ
168,5
Ώ
280,9
Ώ
297,4
Ώ
390,4
Ώ
28
Universitas Sumatera Utara