BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Katup

Katup atau valve, adalah sebuah alat untuk mengatur aliran suatu fluida

dengan menutup, membuka atau menghambat sebagian dari jalannya aliran.

Contoh dalam kehidupan sehari-hari adalah pada kran. Berikut adalah jenis-jenis

katup/valve :

1) Gate Valve

Bentuk penyekatnya adalah piringan, yang digerakkan ke atas bawah

untuk membuka dan menutup. Biasa digunakan untuk posisi buka atau tutup

sempurna dan tidak disarankan untuk posisi sebagian terbuka.

2) Globe Valve

Globe valve adalah katup yang didesain untuk mengontrol aliran.

Disamping itu digunakan untuk menghentikan atau mengatur aliran fluida

tetapi biasanya digunakan untuk mengatur aliran. Bentuk Globe Valve terlihat

pada Gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1 Globe valve

3) Butterfly Valve

Bentuk penyekatnya adalah piringan yang mempunyai sumbu putar di

tengahnya (terlihat pada Gambar 2.2). Bentuknya yang sederhana membuat

lebih ringan dibandingkan valve lainnya.

Gambar 2.2 Butterfly valve

4) Ball Valve

Bentuk penyekatnya berbentuk bola (Gambar 2.3) yang mempunyai

lubang menerobos ditengahnya. Ball valve digunakan secara utama untuk on-

off service. Ball valve ini kurang memuaskan digunakan untuk service

throttling. Ball valve ini cepat pengerjaannya,mudah perawatannya, tidak

perlu digosok dengan minyak.

Ball valve tidak dibatasi untuk bahan fluida tertentu. Mereka digunakan

untuk: uap, air, minyak, gas, udara, fluid a korosif, slurry (partikel kasar) dan

bahan bubuk kering. Ball valve diproduksi dalam range bahan yang banyak

yaitu : besi tuang, besi lunak, perunggu, aluminium, baja karbon ( karbon

steel) , stainless steel, kuningan,titanium, zirconium, tantalum, dan beberapa

campuran bahan tahan korosi dan plastik.

Gambar 2.3 Ball valve

5) Plug Valve

Seperti ball valve, tetapi bagian dalamnya bukan berbentuk bola,

melainkan silinder. Karena tidak ada ruangan kosong di dalam badan valve,

maka cocok untuk fluida yang berat atau mengandung unsur padat seperti

lumpur. Bentuk Plug Valve terlihat pad ggambar 2.4 berikut, bentuk

penyekatnya berupa silinder.

Gambar 2.4 Plug valve

6) Check Valve atau Non-Return Valve

Mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida hanya ke satu arah dan

mencegah aliran ke arah sebaliknya. Check valve didesain tersendiri untuk

mencegah pembalikan aliran sepanjang garis. lni operasinya otomatis dan

menjaga aliran dalam satu arah tapi mengikuti aliran dalam hal lainnya.

2.2 Teori Hidrolik

Sistem hidrolik merupakan suatu bentuk perubahan atau pemindahan daya

dengan menggunakan media penghantar berupa fluida cair untuk memperoleh

daya yang lebih besar dari daya awal yang dikeluarkan. Dimana fluida penghantar

ini dinaikan tekanannya oleh pompa pembangkit tekanan yang kemudian

diteruskan ke silinder kerja melalui pipa-pipa saluran dan katup-katup. Gerakan

translasi batang piston dari silinder kerja yang diakibatkan oleh perbedaan tekanan

fluida pada ruang silinder dimanfaatkan untuk gerak maju dan mundur.

Perbedaan tekanan pada sistem akan menyebabkan fluida mengalir,

perbedaan ini ditimbulkan oleh pemberian energi pada fluida. Energi tersebut berupa

energi potensial dan energi kinetic yang diberikan oleh pompa, yang dikopel oleh

sebuah penggerak utama seperti, motor bakar dan motor listrik. Aliran yang

dihasilkan ini akan dialirkan menuju actuator yang akan mengubah tekanan fluida

menjadi gaya yang akan melawan beban.

2.2.1 Komponen Sistem Hidrolik

Sistem diartikan sebagai rangkaian aktivitas yang lengkap ataupun

beberapa operasional yang membuat sebuah siklus kerja. Dalam kerja hidrolik,

sistem terdiri dari komponen hidraulik, yaitu :

A. Silinder Kerja

Silinder kerja merupakan komponen utama yang berfungsi untuk

merubah dan meneruskan daya tekanan fluida, dimana fluida akan

mendesak piston untuk melakukan gerak maju dan mundur. Komponen ini

berfungsi merubah energi fluida menjadi gerakan linier, hal ini dilakukan

dengan cara mengarahkan fluida yang memiliki energi tadi menuju ke silinder

hidrolik, sehingga akan timbul sebuah gaya yang akan memindahkan beban.

Gaya yang dihasilkan akan berbanding lurus dengan tekanan dan luasan

piston.Silinder hidrolik terdiri atas silinder, piston, batang piston, saluran dan

perapat, hal ini dapat terlihat jelas pada gambar 2.5 berikut ini:

Gambar 2.5 Silinder hidrolik

Piston memiliki luasan yang akan melawan tekanan fluida, luasan ini

terpasang pada ujung batang piston, sedangkan ujung batang yang lainnya

digunkan untuk melawan gaya dari beban. Lubang silinder, perapat dan

saluran berfungsi unutk menjaga fluida agar tetap berada dalam system.

Ada dua type silinder kerja yang digunakan dalam sistem hidrolik,

yaitu:

1. Silinder kerja single acting.

Silinder kerja jenis ini hanya memiliki satu ruang fluida kerja

didalamnya, yaitu ruang silinder di atas atau di bawah piston yang

terlihat pada gambar 2.6. Kondisi yang demikian mengakibatkan

silinder kerja hanya bisa melakukan satu gerakan. Sedangkan

untuk kembali ke posisi semula, ujung batang piston harus didesak

oleh tenaga mekanis.

Gambar 2.6 Silinder Kerja Single Acting

2. Silinder Kerja Double Acting.

Silinder kerja double acting adalah silinder kerja yang

memeiliki dua buah ruang fluida didalam ruang silinder, yaitu

ruang silinder diatas dan dibawah piston. Hanya saja, ruang fluida

diatas piston lebih kecil dibanding ruang fluida dibawah piston,

karena sebagian ruangnya tersita oleh batang piston. Konstruksi

tersebut, silinder kerja memungkinkan untuk dapat melakukan

gerakan bola-balik seperti terlihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Silinder Kerja Double Acting

B. Fluida Kerja.

Dalam sistem hidrolik fluida merupakan komponen utama yang

berfungsi sebagai media penghantar energi. Fungsi utama fluida hidrolik

adalah mentransfer daya yang diperoleh oleh pompa ke system, fluida dari

reservoir ini dialirkan oleh pompa ke katup dan dari katup ini pengaturan

dilakukan, fluida kan mengalir kedalam actuator untuk melakukan gaya dan

kerja yang terbebabani oleh system, selanjutnya fluida ini akan kembali ke

reservoir.

Fluida-fluida ini haruslah memiliki kondisi-kondisi yang dapat

mendukung system hidrolik, beberapa kondisi yang harus dimiliki oleh fluida

antara lain, Viskositas, Indeks viskositas, Foaming, kekuatan film,

demulsifitas, ketahanan terhadap oksidasi, pour point.

1) Viskositas

Faktor ini menentukan kekuatan aliran fluida pada suhu tertentu,

viskositas yang tinggi akan menyebabkan fluida sulit mengalir,

sedangkan viskositas yang rendah kan memudahkan fluida untuk

mengalir (encer) sehingga akan dapat mengalir pada tempat yang sempit.

Satuan yang dipakai untuk menentukan nilai viskositas adalah SSU

(Saybolt Second Universal) atau juga memakai standar SAE (Society

Automovite Engineering). Misalnya SAE 10 pada temperature 1000 F

mempunyai viskositas 160-170 SSU. Pemilihan minyak pelumas yang

memiliki tidak tepat akan menyebabkan kerugian pada system, viskositas

yang tinggi akan membuat kerja pompa semakin berat, kalau terlalu encer

akan mudah menyebabkan kebocoran.

2) Indeks viskositas

Indeks viskositas adalah kecepatan perubahan viskositas terhadap

perubahan temperature, atau adanya tekanan terus menerus dalam

system, minyak fluida yang baik adalah minyak fluida yang tetap dalam

keadaan cair pada temp operasi rendah, dan masih cukup kental pada

temp operasi tinggi.

3) Foaming

Foaming yaitu timbulnya gelembung pada minyak akibat masuknya

udara dalam minyak, karena adanya kebocoran pada pada bagian isap

system. Minyak hidraulik yang baik harus melarutkan sejumlah udara

yang tercampur didalamnya,

4) Kekuatan film

Maksudnya adalah kemampuan minyak untuk membentuk lapisan

film yang mampu untuk mendukung beban dan mencegah terjadinya

kontak langsung pada permukaan yang bergesakan sehingga mengurangi

keausan.

5) Demulsibilitas

Demulsibilitas kemampuan minyak untuk memisahkan diri dari air

yang tercampur didalamnya.

6) Ketahanan terhadap oksidasi

Dalam hal ini yang dimaksud adalah ketahanan minyak untuk tidak

teroksidasi pada temperature tinggi.

7) Pour point

Pour point adalah kemampuan untuk menunjutkkan sifat atau

kemampuan mengalir pada suhu rendah.

C. Pipa Saluran Minyak.

Pipa merupakan komponen penting dari sebuah sistem hidrolik yang

berfungsi meneruskan fluida kerja bertekanan tinggi dari pompa

pembangkit tekanan kesilinder kerja.

Mengingat fluida kerja yang dihasilkan dari pompa ke silinder kerja

bertekanan tinggi, maka pipa saluran minyak harus memiliki syarat :

1) Mampu menahan tekanan yang tinggi dari fluida.

2) Koefisien gesek dari dinding bagian dalam pipa harus sekecil

mungkin.

3) Dapat menyalurkan panas dengan baik.

4) Tahan terhadap perubahan tekanandan suhu.

5) Tahan terhadap perubahan cuaca

6) Berumur relatif panjang.

7) Tahan terhadap korosi.

D. Katup (valve).

Katup hidrolik dalam sebuah sistem berfungsi untuk mengendalikan

tekanan, aliran dan mengarahkan arah aliran fluida. Katup ini dapat

dikendalikan oleh manusia, oleh gaya mekanik, tekanan dari fluida, maupun

secara elektrik. Penggunaan pengendali dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan

dari system. Menurut pemakaianya, katup dibagi menjadi tiga macam:

A. Katup pengatur tekanan.

Katup pengendali tekanan berfungsi untuk menjaga sistem dari

kelebihan tekanan, ia juga dapat berfungsi sebagai katup pengaman

dalam sistem, bila tekanan yang timbul melebihi tekanan dari system hal

ini akan berdampak pada rusaknya komponen lain yang tidak mampu

menahan beban tekanan yang berlebihan. Fluida yang bertekanan lebih

ini akan mengalir keluar sistem, dan biasanya ia akan kembali menuju ke

reservoir. Cara kerja katup ini berdasarkan kesetimbangan antara gaya

pegas dengan gaya tekan fluida. Dalam kerjanya, katup akan

membuka bila tekanan fluida dalam suatu ruang lebih besar dari

tekanan pegas katupnya, dan akan menutup kembali setelah tekanan

fluida turun lebih kecil dari tekanan pegas katup.

Gambar 2.8 Katup pengatur tekanan dan simbolnya

Katup ini bekerja apabila fluida yang masuk pada saluran (inlet)

memiliki tekanan yang dapat melawan pegas. Sehingga katup terbuka

maka aliran akan menuju ke reservoir, maka sistem akan terus menjaga

tekanannya pada tekanan tertentu saja.

B. Katup Pengatur Jumlah Aliran.

Katup pengatur jumlah aliran adalah sebuah katup yang berfungsi

untuk mengatur kapasitas aliran fluida dari pompa ke aktuator juga

untuk mengatur kecepatan aliran fluida dan kecepatan gerak piston

dalam silinder. Dari fungsi ini dapat diambil kesimpulan, bahwa

kecepatan gerak piston tergantung dari jumlah fluida yang masuk

kedalam ruang silinder dibawah piston tiap satuan waktunya.

Karena kemampuan katup ini membatasi aliran fluida maka ia juga

dapat berfungsi untuk membagi fluida menjadi beberapa aliran, sehingga

sebuah urutan dari pekerjaan diselesaikan oleh katup. Terlihat pada

gambar bahwa aliran fluida dapat diatur oleh pengaturan tekan, dan arah

aliran hanya satu aliran saja.

Gambar 2.9 Katup pengatur aliran dan symbol

C. Katup Pengatur Arah Aliran.

Katup pengatur arah arah aliran merupakan sebuah saklar untuk

memulai dan mengakhiri suatu gerakan dari silinder. Fungsi dari katup

ini untuk mengarahakan atau mensuplai fluida dari pompa kesilinder

dan mengalirkan kembali fluida tersebut dari silinder ke tangki

reservoir.

Dalam sebuah aplikasi yang bersifat bergerak katup pengendali ini

digerakkan oleh sebuah gaya yang diperoleh dari seorang operator,

sedangkan dalam dunia industri penggerak dan pengatur dari katup ini

dilakukan oleh solenoid, elektrik, dan gas. Penggunaan katup servo

biasanya dilakukan untuk mengatur kapasitas aliran fluida pada sistem

hidrolik moderen.

Gambar 2.10 Katup pengatur arah dan simbolnya

Gambar katup (Gambar 2.10) diatas memiliki 2 posisi dan 4 arah,

artinya 2 posisi menunjukkan bahwa katup tersebut memiliki 2 macam

posisi yang dapat diatur oleh pengatur, dan 4 arah artinya fluida masuk

dan keluar melalui 4 arah, pada contoh ini arah-arah tersebut adalah dari

pompa, menuju reservoir, saruran 1 dan saluran 2 kedua saluran ini

merupakan arah aliran.

E. Pompa

Permulaan pengendalian dan pengaturan sistem hidrolik terdiri satu

unsur pembangkit tekanan. Jadi, pada umumnya yang membangkitkan

tekanan tersebut adalah pompa. Pompa menerima tenaga mekanis dari luar

berupa putaran yang dihasilkan oleh motor penggerak. Dalam sebuah

sistem hidraulik sebuah keuntungan besar bila komponen memiki

kemampuan yang besar tapi berdimensi relatif kecil. Atas keuntungan

tersebut, maka hal praktis yang dipilih adalah pompa pindahanan positif

yang dipilih.

Secara teoritis pompa dibagi atas beberapa macam, secara garis besar

pembagian pompa dibagi berdasarkan masukan energi yang diberikan oleh

pompa tersebut, berikut ini pembagian pompa secara teoritis.

1) Pompa Pindahan Non Positif

Pada pompa ini, fluida akan mendapatkan gaya sentrifugal,

sehingga fluida akan mengalami kenaikan kecepatan, kecepatan yang

meningkat akan menurunkan tekanan dari fluida sehingga bila tekanan

danlam reservoir sebear 1 atm akan mengalirkan fluida menuju

pompa.

Pada pompa jenis ini pengklasifikasian dapat dilakukan

berdasarkan arah aliran fluida yang keluar, pompa aksial akan

menghasilkan arah fluida keluar sejajar dengan arah masuk, pompa

radial akan membentuk sudut 90antara aliran fluida masuk dengan

fluida keluarnya, sedangkan pompa campuran akan menghasilkan

sudut lebih dari 90antara aliran keluar dan aliran masuknya. Berikut

merupakan gambar dari pompa pindahan non-positif.

Gambar 2.11 Pompa pindahan non-positif

Pada gambar 2.11 diatas terlihat bahwa, fluida masuk pada saluran

inlet selanjutnya fluida tadi menuju impeller, dari impeller inilah

fluida mengalami kenaikan kecepatan, selanjutnya fluida akan

menghanatam rumah pompa, karena rumah pompa memiliki bentuk

sedemikian rupa maka aliran fluida ini akan tertuntun keluar pompa

melalui saluran keluar dengan memiliki ketinggian tertentu.

2) Pompa pindahan positif

Pompa ini bekerja berdasarkan perubahan tekanan yang

ditimbulkan akibat perbuahan volume. Pompa roda gigi yang

merupakan salah satu pompa pindahan positif yang paling umum

digunakan, hal ini karena dimensi yang dimiliki oleh pompa ini

relative kecil dan pengoperasiannya yang sederhana. Pompa ini

bekerja dengan cara sejumlah fluida masuk pada sisi isap ke dalam

rongga-rongga roda gigi kemudian dipindahkan ke sisi tekan. Pada

daerah ini fluida dicengkaram dan didesak keluar pompa, besarnya

kapasitas fluida yang terpompa tergantung dari besarnya rongga-

rongga gigi pada pompa tersebut.

Gambar 2.12 Pompa Roda Gigi Luar dan Pompa Roda Gigi Dalam

F. Filter

Filter berfungsi untuk melakukan penyaringan fluida sehingga fluida

tetap dalam keadaan bershi, kotoran yang dihasilkan biasanya terjadi karena

adanya serpihan yang ditimbulkan akibat gesekan-gesekan pada sistem

maupun pada tiap-tiap komponen, penyaringan ini dilakukan dengan cara

memisahkan partikel atau sepihan dari minyak dengan sebuah media yang

memiliki ukuran lubang atau laluan lebih kecil dari serpihan yang terbentuk

sehingga bila dialirkan melewati saringan partikel tadi akan tinggal dan

terpisah dari minyak, sehingga minyak yang dialirkan akan terbebas dari

kotoran, maupun partikel-partiekel yang bersifat menggangu.

Mengingat kerja pompa lebih berat pada sisi masuknya maka untuk

memperoleh kerja maksimal dari pompa pemasangan filter sesudah pompa.

Dengan adanya filter, diharapkan efisiensi peralatan hidrolik dapat

ditinggikan dan umur pemakaian lebih lama.

G. Manometer.

Biasanya pengatur tekanan dipasang dan dilengkapi dengan sebuah

alat yang dapat menunjukan besar tekanan fluida yang keluar.

H. Motor

Motor berfungsi sebagai penggerak utama dari semua komponen

hidrolik dalam rangkaian ini. Kerja dari motor itu sendiri dengan bantuan

arus AC yang diubah menjadi gerak putar pada motor.

I. Coupling

Fungsi utama adanya kopling adalah sebagai media penghubung

meneruskan putaran yang dihasilkan oleh pompa penggerak untuk

diteruskan ke pompa. Akibat dari putaran ini menjadikan pompa bekerja.

J. Pump unit

Pump unit adalah kombinasi tangki minyak, pompa, motor,copling,

dan relief valve Pipa dan nepel saluran minyak fluida olie. Disamping itu

control valve dan peralatan pelengkap dipakai sesuai kebutuhan.

2.2.1 Cara Kerja Sistem Hidrolik

Cara kerja sistem hidrolik terlihat pada gambar 2.13 yaitu menggunakan

sebuah silinder penggerak ganda dengan gerak dua arah, yaitu gerak silinder arah

maju dan mundur.

Gambar 2.13 Skema Rangkaian Hidrolik

Keterangan komponen :

1. Silinder hidrolik

2. Hand valve spring return

3. Relief valve

4. Manometer

5. Flow control valve

6. Gear pump

7. Coupling

8. Motor

9. Filter

Secara spesifik, cara kerja rangkaian hidrolik adalah sebagai berikut: Saat

motor listrik dihidupkan (dialiri arus AC), motor akan berputar. Putaran motor

tersebut diteruskan ke coupling memutar poros pompa, menjadikan pompa

bekerja. Pompa akan menghisap dan menekan fluida dari tangki melalui filter.

Selanjutnya tekanan fluida di teruskan ke relief valve. Pada relief valve terdapat

saluran P1, T dan P2, dimana saluran P1 dari pompa , keluar melalui saluran P

kedua. Dari saluran P2 dihubungkan ke hand valve melewati sambungan ‘T’ yang

mana, saluran yang satu dihubungkan ke manometer untuk mengetahui besar

tekanan yang mengalir dalam sirkuit dan saluran yang satunya lagi dihubungkan

ke hand valve.

Untuk saluran T relief valve, dihubungkan ke tangki. Pada saat ini, fluida

akan berhenti karena hand valve belum bekerja. Aliran fluida dari relief valve

akan kembali ke tangki melalui saluran ‘T’ (by pass). Bila hand valve ditekan,

fluida dari saluran P relief valve diteruskan ke saluran P hand valve dan masuk

melewati flow control valve lewat saluran A. Bila flow control valve diatur

cekiknya maka fluida mendorong piston untuk bergerak maju. Bila hand valve

dilepas, tekanan fluida yang tadinya dari P ke A, menjadi P ke B. Adanya

perbedaan tekanan di depan dan belakang piston lebih besar didepan piston,

menyebabkan piston untuk bergerak mundur.

2.3 Teori Sistem Kontrol

Sistem (system) adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja

bersama-sama dan melakuka sasaran tertentu. Komponen ini dapat berdiri sendiri

maupun berupa komponen yang saling berkesinambuungan antara satu denagn

yang lain. Sedangkan kontrol adalah suatu kerja untuk mengatur, mengarahkan

memerintahkan fungsi kerja suatu mesin dan memetakan tingkah laku mesin

tersebut sesuai dengan yang dikehendaki.

Fungsi kerja mesin tersebut mencakup antara lain menjalankan (start),

mengatur (regulasi), dan menghentikan suatu proses kerja. Pada umumnya, sistem

kendali merupakan suatu kumpulan peralatan listrik atau elektronik, peralatan

mekanik, dan peralatan lain yang menjamin stabilitas dan transisi halus serta

ketepatan suatu proses kerja. Sistem kendali mempunyai tiga unsur yaitu input,

proses, dan output. Untuk susunan diagram bloknya terlihat pada gambar 2.14

berikut ini.

Gambar 2.14 Diagram Blok Sistem

Dimana input adalah komponen masukan yang dapat berupa data atau

informasi. Proses adalah operasi atau perkembangan alami yang berlangsung

secara kontinu yang ditandai oleh suatu deretan kecil yang berurutan dengan cara

yang relative tetap dan menuju ke suatu hasil atau keadaan tertentu. Output adalah

hasil dari perubahan yang dilakukan terhadap data atau informasi yang diberikan

pada input.

Jadi Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap

satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga

range tertentu. Istilah lain sistem kontrol atau teknik kendali adalah teknik

pengaturan, system pengendalian, atau sistem pengontrolan. Tujuan utama dari

suatu sistem pengendalian adalah untuk mendapatkan unjuk kerja yang optimal

pada suatu sistem yang dirancang.

Sistem pengendalian atau teknik pengaturan juga dapat didefinisikan suatu

usaha atau perlakuan terhadap suatu sistem dengan masukan tertentu guna

mendapatkan keluaran sesuai yang diinginkan . Dalam buku berjudul ”Modern

Control Systems”, bahwa sistem pengaturan merupakan hubungan timbal balik

antara komponen-komponen yang membentuk suatu konfigurasi sistem yang

memberikan suatu hasil yang dikehendaki berupa respon.

Contoh sistem pengaturan yang paling mendasar adalah kendali on -off

saklar listrik. Aktivitas menghidupkan dan mematikan saklar menyebabkan

adanya situasi saklar hidup atau mati. Masukan on atau off mengakibatkan

terjadinya proses pada suatu pengendalian saklar listrik sehingga sistem bekerja

sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yaitu listrik menyala atau mati. Keadaan

on-off (hidup atau mati) merupakan masukan, sedangkan mengalir dan tidak

mengalirnya listrik merupakan keluaran. Suatu keadaan dimana listrik sudah

dihidupkan namun tidak menyala, berarti ada yang salah pada sistem tersebut.

Proses yang dicontohkan itu mengilustrasikan sistem kendali yang terjadi secara

manual.

Menurut Distefano dkk (1992), ada tiga jenis sistem pengaturan dasar

yakni :

1. Pengendalian alamiah, contohnya pengendalian suhu tubuh manusia,

mekanisme buka-tutup pada jantung, sistem peredaran darah, sistem

syaraf, sistem kendali pankreas dan kadar gula dalam darah, sistem

pengaturan adrenalin, dan sistem kendali lainnya yang ada pada makhluk

hidup.

2. Pengendalian buatan, contohnya yaitu mekanisme on-off pada saklar

listrik, mekanisme buka-tutup pada keran air, sistem kontrol untuk

menghidupkan dan mematikan televisi/radio/tape, kendali pada mainan

anak -anak, pengaturan pada kendali suhu ruangan ber -AC, serta kendali

perangkat elektronik seperti pada kulkas, freezer dan mesin cuci.

3. Sistem kendali yang komponennya buatan dan alamiah, contohnya

adalah pengendalian ketika orang mengendarai sepeda, motor atau mobil.

Pengendara senantiasa mempergunakan matan ya sebagai komponen

alamiah untuk mengamati keadaan, disamping itu pengendara juga

mengatur kecepatan berkendara dengan mengatur putaran mesinnya yang

merupakan komponen buatan.

2.3.1 Sistem Kontrol Manual dan Otomatis

Menurut sifat dan operasinya sistem kontrol dibagi 2 yaitu :

1. Sistem Kontrol Manual

Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh

manusia yang bertindak sebagai operator, sedang pengontrolan secara

otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin atau

peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan

manusia. Pengontrolan secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan

sehari-hari seperti pada penyetelan suara radio, televisi, pengaturan cahaya

televisi, pengaturan aliran air melalui keran, pengaturan kecepatan kendaraan,

dan lainnya.

2. Sistem Kontrol Otomatis

Pengontrolan secara otomatis banyak ditemui dalam proses industri,

pengendalian pesawat, pembangkit tenaga listrik. Sebagai contoh adalah

pengaturan aliran, temperatur dan tekanan dengan menggunakan katup

pengatur, pengontrolan suhu ruangan oleh thermostat, pengontrolan daya

listrik oleh relay, circuit-breaker (pemutus atus).

2.3.2 Jenis Sistem Kontrol

Jenis sistem kontrol ada dua macam yaitu :

1. Sistem kontrol tertutup (closed-loop control system).

Pada sistem kontrol tertutup, sinyal kesalahan yang bekerja yaitu

perbedaan sinyal masukan dan sinyal umpan balik (yang mungkin sinyal

keluarannya sendiri atau fungsi dari sinyal keluaran dan turunannya),

disajikan ke kontroler sedemikian rupa untuk mengurangi kesalahan dan

membawa keluaran system ke nilai yang dikehendaki.

Sistem kontrol tertutup mempunyai banyak keunggulan dibanding

sistem kontrol terbuka, yaitu mempunyai tingkat ketepatan yang lebih

tinggi, dan tidak peka terhadap gangguan, dan perubahan pada lingkungan.

(a)

(b)

Gambar 2.15 (a) dan (b) Diagram Blok Sistem Kontrol Tertutup

Dimana pada” masukan” (gambar 2.15 (a) merupakan harga yang

diinginkan dan keluaran yaitu berupa harga yang sebenarnya (respon).

Pada gambar 2.15 (b) hubungan antara fungsi masukan, fungsi alih sistem,

fungsi umpan balik dan fungsi keluaran :

B(s) = H(s) C(s), mempunyai nilai negative dan harus dikurangkan dari

tegangan masukan sehingga menghasilkan masukan pada penguat itu

sebesar E(s) = R(s) – B(s)

C(s) = G(s) E(s)

E(s) = R(s) – B(s)

= R(s) – H(s) C(s)

Dengan eliminasi E(s) dari persamaan tersebut memberikan

C(s) = G(s) [R(s) – H(s) C(s)]

Atau

C(s)R(s)

=G(s)

1+G ( s ) H (s)

Fungsi alih yang menghubungkan C(s) dengan R(s) disebut fungsi alih

loop tetutup. Fungsi alih ini menghubungkan dinamika system loop terutup

dengan elemen umpan – maju dan umpan – balik. Jadi persmaan nilai C(s)

yaitu

C ( s )= G (s )1+G ( s) H (s )

R(s)

Jadi jelas bahwa keluaran dari system loop tertutup tergantung pada

fungsi alih loop tertutup dan masukan aslinya.

2. Sistem kontrol terbuka (open-loop control system).

Sistem control terbuka yaitu suatu sistem yang keluarannya tidak

mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Dengan kata lain, sistem

kontrol loop terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai

perbandingan umpan balik dengan masukan. Untuk menggambarkan

proses system control ini dibuat diagram blok seperti gambar 2.10 dibawah

ini.

Gambar 2.16 Diagram Blok Sistem Kontrol Loop Terbuka

Dalam sistem control terbuka, faktor yang dibutuhkan yaitu waktu.

Kelebihan dalam sistem kontrol ini yaitu konstruksinya sederhana,

perawatannya mudah lebih murah, dan tidak ada persoalan kestabilan

2.3.1 Kontroler Hidrolika

Servomotor hidrolika yang ditunjukkan dalam Gambar 2.11 pada dasarnya

adalah aktuator dan penguat daya hidrolika yang dikontrol katup pilot. Katup pilot

adalah katup berimbang dalam arti bahwa semua gaya tekanan yang bekerja

terhadapnya berimbang. Keluaran daya yang besar dapat dikontrol oleh katup

pilot, yang diposisikan dengan daya yang kecil

Pada kontroler hidrolika, kita menganggap bahwa fluida hidrolika tidak

dapat dimampatkan dan gaya inersia dari torak daya dan beban dapat diabaikan

bila dibandingkan dengan gaya hidrolika pada torak daya kita juga menganggap

bahwa katup pilot adalah katup “zero-lapped”, dan laju arus oli sebanding dengan

perpindahan katup pilot.

Gambar 2.17 Servomotor Hodrolika

Operasi servomotor hidrolika ini adalah sebagai berikut. Jika masukan x

menggerakkan katup pilot kekanan, maka pangkalan I terbuka dan tekanan tinggi

oli akan memasuki sisi sebelah kanan dan torak daya. Karena pangkalan II

dihubungkan dengan pangkalan pembuangan, maka oli disebelah kiri dari torak

dayadikembalikan ke pembuangan. Oli mengalir ke silinder daya pada tekanan

tinggi oli mengalir keluar dari silinder daya ke dalam pembuangan pada tekanan

rendah. Hasil dari perpedaan tekanan tersebut pada kedua sisi dari torak daya akan

menyebabkannya bergerak ke kiri.

2.4 Transformasi Laplace

Transformasi Laplace adalah suatu teknik untuk menyederhanakan

permasalahan dalam suatu sistem yang mengandung masukan dan keluaran,

dengan melakukan transformasi dari suatu domain pengamatan ke domain

pengamatan yang lain. Transformasi laplace juga merupakan suatu metode

operasional yang dapat digunakan secara mudah untuk menyelesaikan persamaan

diferensial linier.

Suatu kelebihan metode transformasi Laplace adalah bahwa metode ini

memungkinkan penggunaan teknik grafis untuk meramal kinerja sistem tanpa

menyelesaikan persamaan diferensial sistem. Kelebihan lain metode transformasi

Laplace adalah diperolehnya secara serentak baik komponen transien maupun

komponen keadaan tunak jawaban persamaan waktu menyelesaikan persamaan

diferensial.

Dalam matematika jenis transformasi ini merupakan suatu konsep yang

penting sebagai bagian dari analisa fungsional, yang dapat membantu dalam

melakukan analisa sistem invarian-waktu linier, seperti rangkaian elektronik,

osilator harmonik, devais optik dan sistem-sistem mekanik. Dengan mengetahui

deksripsi matematika atau fungsional sederhana dari masukan atau keluaran suatu

sistem, transformasi Laplace dapat memberikan deskripsi funsional alternatif yang

kadang dapat menyederhanakan proses analisa kelakukan dari sistem atau

membuat suatu sistem baru yang berdasarkan suatu kumpulan spesifikasi.

Dalam sistem fisik sebenarnya transformasi Laplace sering dianggap

sebagai suatu transformasi dari cara pandang domain-waktu, di mana masukan

dan keluaran dimengerti sebagai fungsi dari waktu, ke cara pandang domain-

frekuensi, di mana masukan dan keluaran yang sama dipandang sebagai fungsi

dari frekuensi angular kompleks, atau radian per satuan waktu. Transformasi ini

tidak hanya menyediakan cara mendasar lain untuk mengerti kelakukan suatu

sistem, tetapi juga secara drastis mengurangi kerumitan perhitungan matematika

yang dibutuhkan dalam menganalisa suatu sistem.

2.4.1 Konsep Variabel Kompleks

Suatu variabel kompleks mempunyai dua komponen, yaitu komponen

nyata dan komponen imajiner. Jika komponen nyata dan/atau komponen imajiner

adalah variabel, bilangan kompleks itu dinamakan variabel kompleks.pada

transformasi Laplace kita menggunakan notasi s sebagai variabel kompleks, yaitu;

s=σ+ jω

dimana 𝜎 adalah komponen nyata dan ω adalah komponen imajiner.

2.4.2 Fungsi Kompleks

Fungsi kompleks F(s) merupakan fungsi dari fungsi variabel kompleks s,

jika untuk setiap nilai s terdapat satu atau lebih nilai F(s) Karena s mempunyai

bagian nyata dan khayal, fungsi F(s) juga dinyatakan dengan bagian nyata dan

khayal, yaitu;

F ( s )=Fx+ jF y

Dimana F x dan F y adalah besaran nyata. Besaran nyata F(s) adalah √ FX2 +FY

2 ,

akar dari F x+F ydan sudut θ dari F(s) adalah tan-1 (F ¿¿ x /F y )¿. Sudut tersebut

diukur berlawanan jarum jam dari sumbu nyata positif. Konjugasi kompleks dari

F(s) adalah F(s)=F x+ jF y.

Fungsi kompleks yang biasa ditemui pada analisis sistem kontrol linear

adalah fungsi nilai tunggal s dan ditentukan secara jelas untuk nilai s yang

diberikan. Fungsi kompleks G(s) dikatakan analitik dalam suatu daerah bila G(s)

dan semua turunannya ada pada daerah tersebut.

2.4.3 Transformasi Laplace

Definisi Transformasi Laplace :

L [ f ( t ) ]=F ( s)=∫0

∞

e−st dt [ f ( t ) ]=∫0

∞

f ( t ) e−st dt

Dimana ;

f(t) = fungsi waktu t sedemikian rupa sehingga f(t) = 0 untuk t < 0

s = variabel kompleks

L = simbol operasional yang menunjukkan bahwa besaran yang

didahuluinya ditransformasi dengan integral Laplace

F(s)= transformasi Laplace dari f(t)

Transformasi Laplace suatu fungsi f(t) ada jika f(t) secara sepotong-

sepotong kontinyu pada setiap selang-terhingga (finite interval) dalam daerah t >

0 dan jika fungsi tersebut mempunyai orde eksponensial dengan membesarnya t

menuju tak terhingga. Dengan kata lain, integral Laplace harus konvergen. Suatu

fungsi f(t) mempunyai orde eksponensial jika ada suatu konstanta nyata positif, 𝜎 sedemikian rupa sehingga fungsi

e−σt|f (t)|

mendekati nol jika t mendekati tak terhingga.

2.5 Teori Matlab

Matlab adalah sebuah bahasa dengan (high-performance) kinerja tinggi

untuk komputasi masalah teknik. Matlab mengintegrasikan komputasi, visualisasi,

dan pemrograman dalam suatu model yang sangat mudah untuk pakai dimana

masalah-masalah dan penyelesaiannya diekspresikan dalam notasi matematika

yang familiar. Penggunaan Matlab meliputi bidang–bidang:

a) Matematika dan Komputasi

b) Pembentukan Algoritma

c) Akusisi Data

d) Pemodelan, simulasi, dan pembuatan prototype

e) Analisa data, explorasi, dan visualisasi

f) Grafik Keilmuan dan bidang Rekayasa

Matlab merupakan suatu sistem interaktif yang memiliki elemen data

dalam suatu array sehingga tidak lagi kita dipusingkan dengan masalah dimensi.

Hal ini memungkinkan kita untuk memecahkan banyak masalah teknis yang

terkait dengan komputasi, kususnya yang berhubungan dengan matrix dan

formulasi vektor, yang mana masalah tersebut merupakan momok apabila kita

harus menyelesaikannya dengan menggunakan bahasa level rendah seperti

Pascall, C dan Basic.

Nama MATLAB merupakan singkatan dari matrix laboratory. MATLAB

pada awalnya ditulis untuk memudahkan akses perangkat lunak matrik yang telah

dibentuk oleh LINPACK dan EISPACK. Saat ini perangkat MATLAB telah

menggabung dengan LAPACK dan BLAS library, yang merupakan satu kesatuan

dari sebuah seni tersendiri dalam perangkat lunak untuk komputasi matrix.

Sebagai sebuah sistem, MATLAB tersusun dari bagian utama:

1) Development Environment

Development Environment merupakan sekumpulan perangkat dan

fasilitas untuk menggunakan fungsi-fungsi dan file-file MATLAB.

Beberapa perangkat ini merupakan sebuah graphical user interfaces

(GUI). Termasuk didalamnya adalah MATLAB desktop dan

Command Window, command history, sebuah editor dan debugger,

dan browsers untuk melihat help, workspace, files, dan search path.

2) MATLAB Mathematical Function Library

MATLAB Mathematical Function Library merupakan sekumpulan

algoritma komputasi mulai dari fungsi-fungsi dasar seperti: sum, sin,

cos, dan complex arithmetic, sampai dengan fungsi-fungsi yang lebih

kompek seperti matrix inverse, matrix eigenvalues, Bessel functions,

dan fast Fourier transforms.

3) MATLAB Language

MATLAB Language merupakan suatu high-level matrix/array

language dengan control flow statements, functions, data structures,

input/output, dan fitur-fitur object-oriented programming.

4) Graphics

MATLAB memiliki fasilitas untuk menampilkan vector dan matrices

sebagai suatu grafik. Didalamnya melibatkan high-level functions

(fungsi-fungsi level tinggi) untuk visualisasi data dua dimensi dan

data tiga dimensi, image processing, animation, dan presentation

graphics. Ini juga melibatkan fungsi level rendah yang

memungkinkan untuk memunculkan grafik mulai dari bentuk yang

sederhana sampai dengan tingkatan graphical user interfaces.

5) MATLAB Application Program Interface (API).

Application Program Interface (API) merupakan suatu library yang

memungkinkan program yang telah anda tulis dalam bahasa C dan

Fortran mampu berinteraksi dengan MATLAB.

2.4.1 Window-window pada MATLAB

Ada beberapa macam window yang tersedia dalam MATLAB, yang dapat

dijelaskan sebagai berikut:

a. MATLAB Command window/editor

MATLAB Command window/editor merupakan window yang dibuka

pertama kali setiap kali MATLAB dijalankan Command windows

juga digunakan untuk memanggil tool Matlab seperti editor, debugger

atau fungsi. Ciri dari window ini adalah adanya prompt (>>) yang

menyatakan matlab siap menerima perintah. Perintah dapat berupa

fungsi-fungsi pengaturan file (seperti perintah DOS/UNIX) maupun

fungsifungsi bawaan/toolbox MATLAB sendiri.

b. MATLAB Editor/Debugger (Editor M-File/Pencarian Kesalahan)

Window ini merupakan tool yang disediakan oleh Matlab 5 keatas.

Berfungsi sebagai editor script Matlab (M-file). Walaupun sebenarnya

script ini untuk pemrograman Matlab dapat saja menggunakan editor

yang lain seperi notepad, wordpad bahkan word.

c. Figure Windows

Window ini adalah hasil visualisasi dari script Matlab. Namun Matlab

memberi kemudahan bagi programmer untuk mengedit window ini

sekaligus memberikan program khusus untuk itu. Sehingga window

ini selain berfungsi sebagai visualisasi output dapat juga sekaligus

menjadi media input yang interaktif.

d. MATLAB help window

MATLAB menyediakan sistem help yang dapat diakses dengan

perintah help. Misalnya, untuk memperoleh informasi mengenai

fungsi elfun yaitu fungsi untuk trigonometri, eksponensial, complex

dan lain-lain.

Selain help untuk informasi di atas dapat juga dilihat informasi

lainnya misalnya perintah yang sangat berguna untuk mempelajari

pemrograman MATLAB adalah intro, yang membahas konsep-konsep

dasar tentang bahasa MATLAB. Selain itu, juga terdapat banyak

program demonstrasi yang mengilustrasikan berbagai kapabilitas

MATLAB, yang dapat dimulai dengan perintah demo. Atau untuk

lebih lengkapnya dapat dilihat di tampilan MATLAB dengan cara

memilih menu Window kemudian pilih help window, dan untuk

mengetahui informasi yang ada maka dapat dilakukan dengan

mengclickan dua kali info yang ada di MATLAB Help Window atau

dengan mengetikkan informasi yang ingin didapatkan pada sudut

sebelah kiri MATLAB Help Window.

2.4.2 Simulink

Simulink merupakan bagian dari Matlab yang dapat mensimulasikan

sistem kendali tanpa menuliskan program, hanya saja menggambarkan dalam

bentuk rangkaian yang bagian – bagiannya berisi keterwakilan dari gambar blok

sistem kendali yang akan dirancang. Dalam merancang sebuah sistem kendali,

sabaiknya kita mensimulasikannya terlebih dahulu agar dapat diketahui apakah

sistem yang sudah dibuat sesuai dengan yang dikehendaki atau diharapkan.