landasan teori 2.1 fluida - usu-irrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/22099/3/chapter...

LANDASAN TEORI

2.1 Fluida

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

geser. Gaya geser adalah komponen gaya yang menyinggung permukaan. Tegangan geser

pada suatu titik adalah nilai batas perbandingan gaya geser terhadap luas dengan

berkurangnya luas hingga menjadi titik tersebut. Suatu zat cair ditempatkan di antara dua

buah plat sejajar, dengan jarak antara yang kecil dan besar sedemikian luasnya sehingga

keadaan pada tepi-tepi plat dapat diabaikan. Plat bawah terpasang tetap dan suatu gaya F

ditetapkan pada plat atas, yang mengerahkan tegangan geser F/A pada zat apapun yang

terdapat di antara plat-plat. A ialah luas plat atas satuannya (m2). Bila gaya F

menyebabkan plat bergerak dengan suatu kecepatan (bukan nol) satuannya (N),

betapapun kecilnya F, maka kita dapat menyimpulkan bahwa zat di antara kedua plat

tersebut adalah fluida. Termasuk fluida adalah air, gas dan zat padat. Aliran (flow) fluida

ada tiga macam yaitu :

1. Kecepatan fluida mengalir (m/s),

2. Debit (banyaknya volume) fluida mengalir per satuan waktu (l/dtk),

3. Jumlah (volume) fluida yang mengalir untuk selang waktu tertentu (liter,

galon).

Jenis alat ukur aliran (flow) sebenarnya sangat banyak, pada dasarnya dapat

dibagi menjadi tiga bagian besar yaitu :

1. Head Flow Meter,

2. Area Flow Meter,

3. Positive Displacement Meter.

Universitas Sumatera Utara

Ketiga jenis alat ukur aliran aliran (flow) ini memiliki cara kerja yang berbeda

pula. Beberapa macam dari masing-masing jenis alat ukur aliran (flow) akan dibahas

pada bagian berikut.

2.1.1 Head Flow Meter

Dipakai untuk mengukur aliran fluida dalam suatu pipa dengan head flow meter,

maka dengan itu dipasang suatu penghalang dengan diameter lubang yang lebih kecil dari

diameter pipa, sehingga tekanan maupun kecepatannya berubah. Dengan mengukur

perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah penghalang dapat ditentukan besarnya

aliran fluida. Beberapa aliran (flow) meter di bawah ini merupakan pengukuran aliran

jenis Head Flow Meter, yaitu :

a. Tabung Venturi

b. Flow Nozzle

c. Plat Orifice

d. Tabung Pitot

Sebelum membahas keempat Flow Meter ini, akan dibahas lebih dahulu

hubungan antara perbedaan tekanan dan kecepatan aliran yang menjadi cara kerja dari

Head Flow Meter. Pada Gambar 2.1 terlihat suatu aliran fluida melalui pipa dengan luas

penampang di bagian masukan (input) lebih besar dari bagian keluaran (output).

Misalnya kecepatan, tekanan dan luas penampang di bagian input adalah V1, P1 dan A1

sedangkan di bagian output adalah V2, P2 dan A2.


Gambar 2.1 Aliran fluida melalui saluran mengecil

Di sini berlaku persamaan kontinuitas, di mana banyaknya fluida yang masuk

sama dengan banyaknya fluida yang keluar, dapat dilihat pada persamaan 2.1.

V1 x A1 = V2 x A2 ...........................................(2.1)

Dengan menganggap bahwa kecepatan fluida pada seluruh penampang sama,

maka berlaku persamaan Bernouli :

P1 + ½ ρ V12 = P2 + ½ ρ V2

2 ..................................(2.2)

Di mana :

P = Tekanan fluida (N/m2)

V = Kecepatan aliran (m/s)

ρ = Massa jenis fluida (m3/s2)

Jadi terlihat di sini bahwa dengan mengukur perbedaan tekanan (P1-P2) dapat

ditentukan besarnya laju aliran. Tetapi biasanya dalam praktek, persamaan di atas masih

harus dikoreksi dengan koefisien yang disebut koefisien discharge (discharge

coefficient). Koefisien discharge ini tidak konstan dan besarnya ditentukan dari kerugian-

kerugian gesekan akibat kekasaran bagian dalam pipa, bentuk geometri dari saluran dan

bilangan Reynold. Aliran turbulen mempunyai bilangan Reynold yang lebih tinggi dari

2000, sedangkan aliran laminar mempunyai bilangan Reynold yang lebih rendah (kurang

dari 2000). Agar dapat mengetahui bilangan Reynold untuk aliran dalam pipa diberikan

persamaan :


µ

ρ DvRd = ..............................................(2.3)

Di mana :

ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)

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

D = Diameter pipa (m/s2)

Rd = Bilangan Reynold

µ = Permeabilitas (H/m)

a. Tabung Venturi

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

sering dibuat lubang-lubang yang jalan keluarnya dijadikan satu dan dihubungkan dengan

pengukuran tekanan disebut cincin piezometer. Dengan demikian tekanan yang diukur

merupakan tekanan rata-rata sehingga pengukuran menjadi lebih teliti.

Gambar 2.2 Tabung Venturi

Kemiringan dibagian input kira-kira sebesar 30º sedangkan dari bagian output

lebih kecil, yaitu antara 3º sampai 15º. Perbandingan diameter antara leher dan pipa

terletak antara 0,25 mm sampai 0,50 mm. Hasil pengukuran aliran dengan menggunakan


Tabung Venturi ini merupakan pengukuran yang paling teliti bila dibandingkan dengan

Head Flow Meter yang lain, tetapi paling mahal harganya. Karena bagian leher ini dibuat

sebagai unit tersendiri agar mudah diganti.

b. Flow Nozzle

Flow Nozzle mempunyai bentuk yang lebih sederhana bila dibandingkan dengan

Tabung Venturi, seperti terlihat pada Gambar 2.3.

(a) (b)

Gambar 2.3 Flow Nozzle

Tap (lubang pengukur tekanan) pada Flow Nozzle ini diletakkan kira-kira pada

jarak satu kali diameter pipa (1 x D) di muka bagian input dan setengah diameter pipa (½

x D) di belakang bagian output seperti terlihat pada Gambar 2.3 (a) atau tepat di bagian

outputnya, serta tergantung pada pabrik pembuatannya seperti terlihat pada Gambar 2.3

(b).

Flow Nozzle ini mempunyai ketelitian yang lebih rendah bila dibandingkan

dengan Tabung Venturi, juga harganya lebih murah. Berbeda dengan Tabung Venturi


yang dalam pemasangannya menggunakan pipa saluran, maka pemasangan Flow Nozzle

dapat dilaksanakan tanpa mengganggu sambungan pipa.

c. Plat Orifice

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

tetapi keakuratannya kurang baik di antara pengukuran-pengukuran aliran jenis Head

Flow Meter. Plat Orifice merupakan plat berlubang dengan pinggiran yang tajam. Plat ini

terbuat dari bahan-bahan yang kuat.

Selain terbuat dari logam, ada juga orificenya yang terbuat dari plastik agar tidak

dipengaruhi oleh fluida yang mengalir, erosi atau korosi. Macam-macam tipe Plat Orifice

dapat dilihat pada Gambar 2.4.

(a) Concentric (b) Eccentric (c) Segmental

Gambar 2.4 Tipe-tipe Plat Orifice

Plat Orifice tipe eksentris dan segmental digunakan untuk mengukur aliran yang

mengandung bahan-bahan padat. Bila digunakan Plat Orifice tipe konsentris, timbul

endapan-endapan benda padat yang akan mengganggu pengukuran. Demikian juga

lubang kecil yang terletak pada bagian bawah, dibuat sedemikian rupa agar kesalahan

pengukuran dapat diperkecil, yaitu untuk mengalirkan fluida akibat kondensasi agar tidak

berkumpul pada Plat Orifice yang dapat mengganggu pengukuran aliran fluida. Untuk


aliran fluida udara yang terjebak dialirkan dengan memberi lubang kecil di bagian atas.

Pemasangan tap (lubang) pengukuran untuk Plat Orifice ada beberapa macam, yaitu :

a. Tap Vena Contracta

b. Tap Flange

c. Tap Pipa

Tap pertama dari Tap Vena Contracta diletakkan pada jarak 1 x D sebelum orifice

sedangkan tap kedua pada Vena Contracta. Vena adalah tempat di mana luas aliran

mencapai minimum, sehingga tekanannya paling kecil seperti terlihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Vena Contracta

Oleh karena letaknya tergantung kepada diameter pipa dan diameter orifice maka

pemasangan tap kedua ini akan berbeda untuk pipa dan orifice yang berbeda. Keuntungan

dari Tap Vena Contracta adalah bahwa pengukurannya lebih teliti, karena mendapat

tekanan diferensial yang lebih besar. Kerugiannya ialah bahwa tap harus dipasang pada

pipa dengan tepat pada tempat Vena Contracta.

Tap Flange diletakkan simetris di kiri dan kanan orifice kira-kira sejauh sati inci.

Keuntungan cara ini adalah tap-tapnya dapat dipasang menjadi satu bagian dengan


Flange pipa tanpa mengganggu. Pipa dan Plat Orifice dapat digantikan tanpa harus

mengubah letak tap. Kerugiannya adalah hasil pengukuran yang kurang teliti, karena

terdapat beda tekanan yang kecil. Pemasangan Tap Flange dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Tap Flange

Tap pertama dari Tap Pipa diletakkan sejauh 2½ x D sebelum orifice sedangkan

tap kedua sejauh 8 x D sesudah orifice, seperti terlihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Tap Pipa

Tekanan diferensial yang diukur kecil sekali karena hanya menyatakan rugi

tekanan oleh Plat Orifice. Agar pengukuran aliran dengan menggunakan Plat Orifice

dapat dilakukan dengan ketelitian yang tinggi maka di dekat tap-tap, tekanan tidak boleh

mengalami gangguan. Ganguan-gangguan ini dapat terjadi bila di dekat tap ini terdapat

fitting seperti sambungan pipa, belokan, katup, regulator, pompa dan lain-lain. Umumnya

daerah sejauh 5 m sebelum orifice sampai 20 m sesudah orifice harus bebas dari fitting-

fitting. Angka-angka ini bisa tergantung pada perbandingan diameter dan tipe fitting yang

berbeda dari kiri ke kanan orifice.


d. Tabung Pitot

Tabung Pitot berbeda dengan ketiga Head Flow Meter yang telah diterangkan

sebelumnya untuk mengukur debit atau laju aliran, maka Tabung Pitot ini merupakan

pengukuran untuk kecepatan fluida mengalir.

Prinsip kerjanya hampir sama dengan penghalang yang lain. Dapat dilihat pada

Gambar 2.8 Tabung Pitot denga Manometer di bawah ini.

Gambar 2.8 Tabung Pitot dengan Manometer

Tabung Pitot yang dipasang di dalam aliran fluida dengan mulut menghadap

arah aliran fluida. Untuk mengukur perbedaan tekanan (P2-P1) sehingga kecepatan fluida

langsung dapat diketahui. Keuntungan dari Tabung Pitot adalah pengukuran yang tidak

hanya dapat dilakukan dalam pipa-pipa tertutup tetapi juga dalam saluran terbuka.

Kerugiannya adalah tidak dapat dipakai untuk mengukur kecepatan fluida yang

mengandung benda-benda padat, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.9

Tabung Pitot yang mempunyai tap-tao sendiri di bawah ini.


Gambar 2.9 Tabung Pitot yang mempunyai tap-tap tersendiri

Tabung Pitot yang mempunyai tap-tap tersendiri, di mana kedua tapnya

merupakan bagian dari Tabung Pitot itu sendiri, sehingga tidak mengganggu (melubangi)

pipa saluran.

Dalam pengukuran menggunakan Head Flow Meter ada 5 faktor yang

mempengaruhi pengukuran fluida, antara lain adalah :

a. Kerapatan (densitas) dari cairan.

b. Temperatur.

c. Tekanan gas.

d. Kekentalan (viskositas).

e. Aliran yang tidak konstan.

f. Kesalahan pemasangan pipa.

g. Ketelitian pembuatan orifice.

h. Adanya gas yang terjebak pada cairan.

2.1.2 Area Flow Meter

Prinsip kerja Area Flow Meter merupakan kebalikan dari Head Flow Meter. Pada

Head Flow Meter, aliran melewati saluran yang mempunyai luas tertentu terdapat


perbedaan tekanan, sehingga dapat diketahui debit alirannya. Sebaliknya pada Area Flow

Meter mempunyai skala yang linier.

Rota Meter ini terdiri dari suatu kerucut yang terbuat dari gelas (kaca) atau bahan

lain seperti epoxy yang transparan dan berskala dengan suatu pelampung di dalamnya.

Pelampung ini terbuat dari bahan-bahan yang tahan karat terhadap fluida yang mengalir,

biasanya terbuat dari stainless steel. Oleh karena adanya aliran fluida maka pelampung

akan naik dalam keadaan setimbang dan akan diam pada posisi tertentu. Semakin besar

alirannya maka semakin tinggi posisinya. Rota Meter harus dipasang tegak lurus (tidak

boleh lebih miring dari 2º).

Berat pelampung diimbangi oleh gaya ke atas oleh fluida dan gaya akibat

perbedaan tekanan. Jadi dalam keadaan setimbang pelampung menjadi :

W = ΔP . Ap + ρgf . vp

p

pgf

AvW

P.ρ−

=∆ ........................................(2.4)

Di mana :

W = Berat pelampung (kg)

vP = Kecepatan pelampung (m/s)

ρgf = Berat jenis fluida (kg/m3)

ΔP = Beda tekanan (N/m3)

Di sini terlihat bahwa beda tekanan ΔP tidak tergantung dari posisi pelampung.

Jadi pada posisi manapun beda tekanan akan konstan. Oleh karena luas penampang

kerucut berubah terhadap posisi penampang, maka luas penampang dimana fluida

mengalir di sekeliling pelampung juga tergantung pada posisi penampang. Penampang


aliran kontinuitas Bernouli, sehingga pelampung akan mengatur dirinya sendiri pada

posisi dimana kedua persamaan tadi dipenuhi.

Di mana :

AK = Luas penampang kerucut (m/s2)

Bila 1)( 2

<<−

K

PK

AAA , maka bentuk persamaan di atas menjadi :

Q = K (AK – AP) ...........................................(2.5)

Jadi laju aliran Q hanya merupakan fungsi dari luas kerucut. Bila sudut

kemiringan kerucut kecil, maka ini sebanding dengan posisi pelampung. Dengan

demikian debit yang akan diukur sebanding dengan posisi pelampung. Oleh karena berat

jenis fluida mempengaruhi persamaan diatas, maka setiap Rota Meter dikalibrasikan

untuk fluida tertentu. Rota Meter ini tidak sekuat Head Flow Meter karena terbuat dari

bahan transparan, tetapi akhir-akhir ini sudah berhasil dibuat Rota Meter dari logam dan

plastik yang lebih kuat.

2.1.3 Positive Displacement Meter

Positive Displacement Meter merupakan meter jumlah, yaitu mengukur

banyaknya fluida yang telah mengalir melalui suatu saluran tertutup. Ada beberapa

macam alat pengukuran aliran jenis Positive Displacement Meter, antara lain adalah :

a. Meter Torak Bolak-Balik

Torak bergerak bolak-balik dan setiap kali menggerakkan sebuah katup geser.

Letak katup geser adalah sedemikian rupa sehingga pada saat torak bergerak ke kiri,

fluida di ruang kiri terdesak keluar, sedangkan ruang kanan terisi oleh fluida masuk.

Kemudian pada saat torak bergerak ke kanan terjadi hal yang sebaliknya, yaitu fluida di


ruang kanan terdorong ke luar dan ruang kiri kembali terisi. Fluida mengalir setiap kali

torak melakukan gerak bolak-balik sehingga dengan menghitung jumlah gerak bolak-

balik torak ini dapat diketahui jumlah volume yang telah mengalir melaluinya. Biasanya

torak ini dihubungkan dengan penghitung mekanis.

b. Meter Bilah Berputar

Prinsip kerja meter bilah berputar sama dengan Meter Torak Bolak-Balik, hanya

di sini terjadi gerakan putar. Silinder dalam letaknya eksentris terhadap silinder luar dan

terpasang bilah-bilah yang dapat bergerak pada celah-celah pada poros silinder dalam.

Bilah-bilah ini berfungsi sebagai pemisah cairan. Pada saat silinder dalam berputar,

sebagian fluida terdorong keluar melalui salah satu sector dan cairan mengalir masuk

pada sector yang lain. Sumbu silinder dalam dihubungkan dengan penghitung mekanis

sehingga jumlah volume fluida yang telah melalui silinder dapat diketahui. Perlu

diketahui bahwa berputarnya silinder dalam disebabkan adanya beda tekanan yang

bekerja pada pengukuran aliran ini.

c. Meter Baling-Baling

Meter Baling-Baling terdiri dari suatu ruangan yang di dalamnya dipasang dua

buah baling-baling yang menyebabkan fluida bergantian masuk dan keluar dari ruang-

ruang yang terpisah oleh kedua baling-baling tersebut. Pengukuran aliran jenis ini

umumnya dipakai untuk aliran gas.

d. Meter Piringan Berayun

Prinsip kerja dari Meter Piringan Berayun adalah dengan mengisi suatu ruangan

dengan volume tertentu kemudian piringan berayun, sehingga fluida akan dialirkan

keluar. Berayunnya piringan ini disebabkan adanya aliran fluida yang melaluinya. Batang


dari bola yang berada di tengah-tengah piringan dihubungkan ke penghitung mekanis

untuk mengetahui jumlah volume total fluida yang telah melalui piringan.

e. Meter Roda Gigi Oval

Bentuk dan cara kerja meter gigi oval sama dengan Meter Baling-Baling, yang

membedakannya adalah di mana pada Meter Baling-Baling dipasang dua buah baling-

baling, sedangkan pada Meter Roda Gigi Oval dibuat dua buah roda gigi oval.

2.1.4 Pengukur-Pengukur Aliran Yang Lain

Selain yang telah dibahas sebelumnya, masih banyak lagi pengukur-pengukur

aliran yang lain. Beberapa diantaranya adalah :

a. Meter Kecepatan Turbin

Prinsip kerja dari Meter Kecepatan Turbin, di mana turbin akan berputar bila

cairan mengenai dan mendorong baling-baling dari turbin. Suatu kumparan penerima

(pick up coil) yang dipasang pada pipa akan merasakan putaran turbin sehingga

kumparan akan menghasilkan pulsa listrik apabila suatu baling-baling melaluinya.

Frekuensi pulsa yang dihasilkan akan sebanding dengan laju aliran volume dari cairan.

Sifat Meter Kecepatan Turbin adalah :

1. Ketelitian tinggi (0,5 %),

2. Sesuai untuk cairan dengan kekentalan rendah,

3. Sinyal keluaran berupa pulsa listrik.

b. Meter Aliran Magnetik

Meter Aliran Magnetik bekerja berdasarkan hukum Faraday tentang induksi

tegangan. Meter Aliran Magnetik tampak pada Gambar 2.10.


Gambar 2.10 Meter Aliran Magnetik

Pada suatu aliran muatan listrik yang melintasi medan magnet akan menimbulkan

tegangan yang besarnya :

E = B l v x 10 -8 ..........................................(2.6)

Di mana :

E = Tegangan induksi (Volt)

l = Panjang konduktor (m)

v = Kecepatan dari konduktor (m/s)

B = Fluks density (Wb/m2)

Fluks density dihasilkan dari :

B = µ0 x H

di mana :

µ0 = 4 π x 10-7

H = ρπ x2

1

maka diperoleh :

B = µ0 x H


= ( 4 π x 10-7 ) x ( ρπ x2

1 )

= ( 4 x 3,14 x 10-7 ) x ( 114,32

1xx

)

= ( 12,56 x 10-7 ) x ( 28,61 )

= 2 x 10-7 Wb/m2…………………………...……………………..(2.7)

dengan catatan :

π = 3,14

ρair = 1 gram/cm3

Cairan yang melewati pipa akan memotong fluksi magnet. Adanya aliran fluida

yang bergerak relatif terhadap medan magnet akan menyebabkan tegangan induksi yang

arahnya tegak lurus terhadap kecepatan konduktor v (m/s) dan fluks densitas B

(Wb/m2).

Tegangan yang timbul dideteksi oleh elektroda yang diletakkan di luar pipa dan

besarnya sebanding dengan kecepatan aliran fluida. Syarat-syarat pengukuran yaitu :

1. Fluida harus dapat mengantarkan arus listrik dan pipa baja tak berkarat non-

magnetik digunakan sebagai tabung pengukuran.

2. Elektroda ditempatkan pada permukaan sebelah dalam dari pipa dan

berhubungan langsung dengan fluida.

3. Tegangan output kecil dan magnet digunakan untuk memperkuat dan

mengeliminasi polarisasi.


c. Meter Aliran Massa

Pengukuran aliran massa dapat dilakukan secara :

1. Langsung,

2. Tidak Langsung (Inferensial).

Pengukuran Tidak Langsung dilakukan dengan mengukur baik laju aliran dan

densitas (rapat massa). Dengan mengalikan kedua hasil pengukuran ini sehingga pada

komputer (recorder atau controller), laju aliran massa dapat ditentukan. Dalam hal ini

recorder atau controller berfungsi sebagai display, untuk menampilkan hasil pengukuran.

2.2 Istilah-Istilah Sistem Pengendalian

Di dunia sistem pengaturan kita kenal dengan adanya jerat terbuka ( open loop

control system) dan jerat tertutup (closed loop feedback control system). Sistem kendali

jerat terbuka atau umpan maju (feedforward control) umumnya mempergunakan pengatur

(controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh

respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak diperhitungkan ulang oleh

kontroler. Suatu keadaan apakah plant benar-benar telah mencapai target seperti yang

dikehendaki masukan atau referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler.

Pada sistem kendali yang lain, yakni sistem kendali jerat tertutup memanfaatkan

variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang

diinginkan. Sistem seperi ini juga sering dikenal dengan sistem kendali umpan balik.

Aplikasi sistem umpan balik banyak dipergunakan untuk sist em kemudi kapal laut dan


pesawat terbang. Perangkat sehari -hari yang juga menerapkan sistem ini adalah

penyetelan temperatur pada lemari es, oven, tungku, dan pemanas air.

Masukan keluaran

Gambar 2.11 Sistem pengendalian loop tertutup

Dengan sistem kendali Gambar 2.11 kita bisa ilustrasikan apabila keluaran aktual

telah sama dengan referensi atau masukan maka input kontroler akan bernilai nol. Nilai

ini artinya kontroler tidak lagi memberikan sinyal aktuasi kepada plant, karena target

akhir perintah gerak telah diperoleh. Sistem kendali loop terbuka dan tertutup tersebut

merupakan bentuk sederhana yang nantinya akan mendasari semua sistem pengaturan

yang lebih kompleks dan rumit. Hubungan antara masukan ( input) dengan keluaran

(output) menggambarkan korelasi antara sebab dan akibat proses yang berkaitan.

Masukan juga sering diartikan tanggapan keluaran yang diharapkan.

Untuk mendalami lebih lanjut mengenai sistem kendali tentunya diperlukan

pemahaman yang cukup tentang h al-hal yang berhubungan dengan sistem kontrol. Oleh

karena itu selanjutnya akan dikaji beberapa istilah -istilah yang dipergunakannya.

2.2.1 Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

Dalam mempelajari atau mengaplikasikan sistem kendali diperlukan beberapa

pengertian tentang istilah-istilah pada pengaturan. Beberapa istilah yang sering digunakan

pada pembahasan masalah sistem pengendalian dan perlu dimengerti yaitu :

Perbandingan Pengatur Proses/plant

Pengukuran


1. Masukan

Masukan atau input adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem

kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan. Masukan juga

sering disebut respon keluaran yang diharapkan.

2. Keluaran

Keluaran atau output adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu

sistem kendali.

3. Plant

Seperangkat peralatan atau objek fisik dimana variabel prosesnya akan

dikendalikan, msalnya pabrik, reaktor nuklir, mobil, sepeda motor, pesawat terbang,

pesawat tempur, kapal laut, kapal selam, mesin cuci, mesin pendingin (sistem AC,

kulkas, freezer), penukar kalor ( heat exchanger), bejana tekan (pressure vessel), robot

dan sebagainya.

4. Proses

Berlangsungnya operasi pengendalian suatu variabel proses, misalnya proses

kimiawi, fisika, biologi, ekonomi, dan sebagainya.

5. Sistem

Kombinasi atau kumpulan dari berbagai komponen yang bekerja secara bersama-

sama untuk mencapai tujuan tertentu.

6. Diagram blok

Bentuk kotak persegi panjang yang digunakan untuk mempresentasikan model

matematika dari sistem fisik.

7. Fungsi Alih (Transfer Function)


Perbandingan antara keluaran(output) terhadap masukan(input) suatu system

pengendalian. Suatu misal fungsi alih sistem pengendalian loop terbuka dapat dicari

dengan membandingkan antara output terhadap input.

8. Sistem Pengendalian Umpan Maju

Sistem kendali ini disebut juga sistem pengendalian loop terbuka . Pada sistem ini

keluaran tidak ikut andil dalam aksi pengendalian.

9. Sistem Pengendalian Umpan Balik

Istilah ini sering disebut juga sistem pengendalian loop tertutup. Pengendalian

jenis ini adalah suatu sistem pengaturan dimana sistem keluaran pengendalian ikut andil

dalam aksi kendali. Untuk sistem pengendalian umpan balik dapat dilihat pada Gambar

2.12 Sistem Pengendalian Loop Tertutup di bawah ini.

Input Output

Gambar 2.12 Sistem Pengendalian Loop Tertutup

10. Sistem Pengendalian Manual

Sistem pengendalian dimana faktor manusia sangat dominan dalam aksi

pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia sangat dominan dalam

menjalankan perintah, sehingga hasil pengendalian akan dipengaruhi pelakunya. Pada

sistem kendali manual ini juga termasuk dalam kategori sistem kendali jerat tertutup.

Tangan berfungsi untuk mengatur permukaan fluida dalam tangki. Permukaan fluida

dalam tangki bertindak sebagai masukan, sedangkan penglihatan bertindak sebagai

Kontroler Proses/plant

Elemen feedback


sensor. Operator berperan membandingkan tinggi sesungguhnya saat itu dengan tinggi

permukaan fluida yang dikehendaki, dan kemudian bertindak untuk membuka atau

menutup katup sebagai aktuator guna mempertahankan keadaan permukaan yang

diinginkan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.13 Sistem Pengendalian Level Cairan

Secara Manual di bawah ini.

Gambar 2.13 Sistem Pengendalian Level Cairan Secara Manual

11. Sistem Pengendalian Otomatis

Sistem pengendalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi

pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia digantikan oleh sistem

kontroler yang telah diprogram secara otomatis sesuai fungsinya, sehingga bisa

memerankan seperti yang dilakukan manusia. Di dunia industri modern banyak sekali

sistem ken dali yang memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang

bergerak pada bidang yang proses nya membahayakan keselamatan jiwa manusia. Hal ini

dapat dilihat pada Gambar 2.14 Sistem Pengendalian Level Cairan Secara Otomatis di

bawah ini.


Gambar 2.14 Sistem Pengendalian Level Cairan Secara Otomatis

12. Variabel terkendali (Controlled variable)

Besaran atau variabel yang dikendalikan, biasanya besaran ini dalam diagram

kotak disebut process variable (PV).

13. Manipulated variable

Masukan dari suatu proses yang dapat diubah -ubah atau dimanipulasi agar

process variable besarnya sesuai dengan set point (sinyal yang diumpankan pada suatu

sistem kendali yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan keluaran sistem

kontrol). Laju aliran diatur dengan mengendalikan bukaan katup.

14. Servomekanisme

Sistem pengendalian dimana keluarannya berupa besaran-besaran mekanik,

seperti percepatan, kecepatan, posisi, torsi, putaran dan sebagainya. Besaran besaran

inilah yang sebaiknya dimenger ti dan dipahami bagi engineer, sehingga mengetahui

bagaimana sistem kendali akan diaplikasikan.

15. Sistem Pengendalian Digital


Dalam sistem pengendalian otomatis terdapat komponen -komponen utama

seperti elemen proses, elemen pengukuran (sensing element dan transmitter), elemen

controller (control unit), dan final control element (control value ). Hal ini dapat di lihat

pada Gambar 2.15 Sistem Pengendalian Digital di bawah ini.

Gambar 2.15 Sistem Pengendalian Digital

16. Gangguan (disturbance)

Suatu sinyal yang mempunyai k ecenderungan untuk memberikan efek yang

melawan terhadap keluaran sistem pengendalian(variabel terkendali). Besaran ini juga

lazim disebut load.

17. Sensing element

Bagian paling ujung suatu sistem pengukuran ( measuring system) atau sering

disebut sensor. Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena lingkungan yang

diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana

seperti sensor on/off menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus paralel, sistem

bus serial serta si stem mata kamera. Contoh sensor lainnya yaitu thermocouple untuk

pengukur temperatur, accelerometer untuk pengukur getaran, dan pressure gauge untuk

pengukur tekanan.


18. Transmitter

Alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element dan mengubahnya

supaya dimengerti oleh controller.

19. Aktuator

Piranti elektromekanik yang berfungsi untuk menghasilkan daya gerakan.

Perangkat bisa dibuat dari system motor listrik (motor DC servo, motor DC stepper,

ultrasonic motor, linier moto, torque motor , solenoid), sistem pneumatik dan hidrolik.

Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator atau torsi gerakan maka bisa dipasang

sistem gear box atau sprochet chain.

20. Transduser

Piranti yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi bentuk

lainnya atau unit pengalih sinyal. Suatu contoh mengubah sinyal gerakan mekanis

menjadi energi listrik yang terjadi pada peristiwa pengukuran getaran. Terkadang antara

transmiter dan tranduser dirancukan, keduanya memang mempunyai fungsi serupa.

Transduser lebih bersifat umum, namun transmiter pemakaiannya pada sistem

pengukuran.

21.Measurement Variable

Sinyal yang keluar dari transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran.

22. Setting point

Besar variabel proses yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha

menyamakan variabel terkendali terhadap set point.


23. Error

Selisih antara set point dikurangi variabel terkendali. Nilainya bisa positif atau

negatif, bergantung nilai set point dan variabel terkendali. Makin kecil error terhitung,

maka makin kecil pula sinyal kendali kontroler terhadap plant hingga akhirnya mencapai

kondisi tenang ( steady state)

24. Alat Pengendali (Controller)

Alat pengendali sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan

suatu proses. Controller merupakan elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap

pengaturan, yaitu

a. membandingkan set point dengan measurement variable

b. menghitung berapa banyak koreksi yang harus dilakukan, dan

c. mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungannya ,

25. Control Unit

Bagian unit kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan.

26. Final Controller Element

Bagian yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan

memanipulasi besarnya manipulated variable atas dasar perintah kontroler.

27. Sistem Pengendalian Kontinyu

Sistem pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat respon

sistem selalu ada. Pada Gambar 2.16. Sinyal e(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m(t)

yang keluar dari kontroler adalah sinyal kontinyu.


Gambar 2.16 Sistem Pengendalian Kontinyu

28. Sistem pengendalian Adaptive

Sistem pengendalian yang mempunyai kemampuan untuk beradaptasi dengan

perubahan lingkungan disekitarnya.

29. Sistem Pengendalian Diskrit ( digital)

Sistem pengendalian yang berjalan secara diskrit, proses p engendalian tidak

berjalan setiap saat, hanya pada waktu -waktu tertentu saja (pada saat terjadi pencuplikan

pada waktu cupliknya). Rangkaian holding device dipakai untuk mengubah sinyal digital

ke sinyal kontinyu. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.17 Sistem Pengendalian Digital

di bawah ini.

Gambar 2.17 Sistem Pengendalian Digital


30. Rangsangan

Setiap isyarat masukan yang dimasukkan dari luar yang mempengaruhi keluaran

terkendali.

31. Sistem Regulasi Otomatis

Sistem pengendalian dimana output sistem dijaga agar sesuai dengan nilai input

referensi yang telah ditentukan terlebih dahulu, atau paling tidak mempunyai selang yang

kecil dengan input referensinya.

2.2.2 Sistem pengendalian loop tertutup

Umumnya sistem pengendalian loop tertutup terdiri dari bagian -bagian seperti

terlihat pada Gambar 2.18 Sistem Pengendalian Loop Tertutup di bawah ini.

Gambar 2.18 Sistem Pengendalian Loop Tertutup

1. Input referensi, r(t)

Disebut juga set point, adalah sinyal yang diumpankan pada suatu sistem

pengendalian yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan output sistem

pengendalian tersebut. Sinyal -sinyal yang banyak digunakan sebagai input referensi

adalah:

a. Sinyal impulse


b. Sinyal step

c. Sinyal ramp

d. Sinyal parabolik

e. Sinyal sinusoida

2. Sinyal feedback, b(t)

Sinyal yang dihasilkan dari elemen feedback.

3. Summing point (error detector)

Bagian yang berfungsi untuk menjumlahkan semua sinyal yang masuk padanya.

Pada gambar 2.18, sinyal yang masuk adalah input referensi (bertanda positif) dan sinyal

feedback (bertanda negatif).

4. Sinyal error, e(t)

Sinyal yang dihasilkan dari perbedaan antara input referensi dan sinyal feedback.

Jadi e(t)= r(t)- b(t)

5. Elemen pengatur

Bagian dari sistem pengendalian yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal

pengendalian untuk mengendalikan proses/plant. Kontroler sebenarnya terdiri dari bagian

summing point dan elemen kontrol, tetapi kadang -kadang elemen kontrol ini dalam

diagram blok sistem pengendalian ditulis sebagai kontroler, misalnya pada gambar 2.16.

6. Sinyal pengendalian, m(t)

Disebut juga sinyal termanipulasi (manipulated signal) adalah sinyal yang

dihasilkan dari kontroler.

7. Sinyal output, c(t)

Sinyal keluaran dari plant atau proses yang dikendalikan oleh kontroler.


8. Elemen feedback

Bagian yang berfungsi untuk mengubah sinyal output menjadi sinyal feedback.

Sinyal feedback ini mempunyai bes aran yang sama dengan sinyal input referensi. Bagian

ini biasanya terdiri dari transducer atau sensor yang berfungsi untuk mengubah satu

bentuk sinyal ke bentuk yang lainnya. Bagian ini bisa ada atau tidak pada suatu sistem

pengendalian diperlukan elemen f eedback jika sinyal output mempunyai besaran yang

tidak sama dengan sinyal input referensi dan tidak diperlukan elemen feedback jika

besaran sinyal output sudah sama dengan besaran sinyal input referensi.


landasan teori 2.1 fluida - usu-irrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/22099/3/chapter...

Documents