BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan

- Memahami cara kerja PCT 42 pH Control

- Mengetahui pengendalian proses direct dan reverse

1.2 Dasar Teori

1.2.1 Jenis Variabel

Jenis variabel yang mendapatkan perhatian penting dalam bidang pengendalian

proses adalah variabel proses (process variable, PV) atau disebut juga variabel

terkendali (controlled variable). Variabel proses adalah besaran fisik atau kimia yang

menunjukkan keadaan proses. Variabel ini bersifat dinamik artinya nilai variabel dapat

berubah spontan atau oleh sebab lain baik yang diketahui maupun tidak. Diantara

banyak macam variabel proses , terdapat empat macam variabel dasar, yaitu : suhu (T),

tekanan (P), laju alir (F) dan tinggi permukaan cairan (L).

Dalam teknik pengendalian proses , titik berat permasalahan adalah menjaga agar

nilai variabel proses tetap atau berubah mengikuti alur (trayektori) tertentu. Variabel

yang digunakan untuk melakukan koreksi atau mengendalikan variabel proses disebut

variabel termanipulasi (manipulated variable, MV) atau variabel pengendali. Sedang

nilai yang diinginkan dan dijadikan acuan atau referensi variabel proses disebut nilai

acuan (setpoint value, SV). Selain ketiga jenis variabel tersebut masih terdapat variabel

lain yaitu gangguan (disturbance) baik yang terukur (measured disturbance) maupun

tidak terukur (unmeasured disturbance) dan variabel keluaran tak terkendali

(uncontrolled output variable). Variabel gangguan adalah variabel masukan yang

mampu mempengaruhi nilai variabel proses, tetapi tidak digunakan untuk

mengendalikan. Variabel keluaran tak terkendali adalah variabel keluaran yang tidak

dikendalikan secara langsung.

Variabel termanipulasi

Gangguan terukur

Variabel tak terukur

Variabel terkendali

SistemProses

Variabel tak terkendali

Gambar 1.1 Jenis Variabel dalam Sistem Proses

Sebagai contoh proses destilasi fraksionasi dalam kolom piring memiliki jenis

variabel sebagai berikut :

- Gangguan terukur : laju alir umpan

- Gangguan tak terukur : komposisi umpan

- Variabel termanipulasi : - laju refluks

- laju kalor ke pendidih ulang

- laju destilat

- laju produk bawah

- laju alir pendingin

- Variabel terkendali : - komposisi destilat

- komposisi produk bawah

- tinggi permukaan akumulator refluks

- tinggi permukaan kolom bawah

- tekanan kolom

- Variabel tak terkendali : suhu tiap piring sepanjang kolom

1.2.2 Jenis Sistem Pengendalian

1.2.2.1 Sistem Pengendalian Simpal Terbuka dan Tertutup

Berdasarkan atas ada atau tidak adanya umpan balik, sistem pengendalian

dibedakan atas sistem pengendalian simpal terbuka (open–loop control system) dan

sistem pengendalian simpal tertutup (closed loop control system).

Sistem pengendalian simpal terbuka bekerja tanpa membandingkan variabel

proses yang dihasilkan dengan nilai acuan yang diinginkan. Sistem ini bekerja semata–

mata bekerja atas dasar masukan yang telah dikalibrasi. Sebagai contoh sederhana

adalah keran air yang terkalibrasi. Dengan memandang keran sebagai suatu sistem, maka

bukaan keran (sudut putaran keran) adalah sebagai masukan dan laju alir air sebagai

keluaran sistem. Berdasarkan hukum dinamika fluida, laju air tergantung pada beda

tekanan yang melintas keran. Misal pada posisi keran X1 dengan beda tekanan P2

mengalir air pada laju Q2 (gambar 2.2). Jika oleh sebab tertentu tiba – tiba beda tekanan

berubah menjadi P1, maka posisi keran tetap X1 dan menghasilkan laju alir Q1. Dengan

demikian sistem pengendalian simpal terbuka tidak dapat mengatasi perubahan beban

atau gangguan yang terjadi.

Mesipun dari uraian di atas, sistem simpal terbuka merupakan sistem yang buruk,

karena tidak mampu mengatasi gangguan, tetapi memiliki keuntungan sebagai berikut :

Lebih murah dan sederhana dibandingkan sistem simpal tertutup

Jika sistem mampu mencapai kestabilan sendiri, maka akan tetap stabil

Untuk mengatasi kekurangan sistem simpal terbuka , operator pabrik akan

mengatur kembali besarnya gangguan agar diperoleh sasaran yang diinginkan. Tetapi

dengan tindakan operator ini berarti telah membuat sistem simpal tertutup. Berbeda

dengan sistem simpal terbuka , pada sistem pengendalian simpal tertutup terdapat

tindakan membandingkan nilai variabel proses dengan nilai acuan yang diinginkan.

Perbedaan ini digunakan untuk melakukan koreksi sedemikian rupa sehingga nilai

variabel proses sama atau dekat dengan nilai acuan. Dengan demikian terdapat

mekanisme umpan balik. Sehingga sistem pengendalian simpal tertutup lebih dikenal

dengan sistem pengendalian umpan balik.

Meskipun sistem simpal tertutup mampu mengatasi gangguan atau perubahan

beban tetapi memiliki kelemahan sebagai berikut :

Lebih mahal dan kompleks dibanding sistem simpal terbuka

Dapat membuat sistem tidak stabil, meskipun sebenarnya tanpa umpan balik sistem

dapat mencapai kestabilan sendiri.

1.2.2.2 Sistem Pengaturan dan Pengendalian

Berdasarkan nilai acuan, sistem pengendalian umpan balik dibedakan atas dua

jenis yaitu sistem pengendalian dengan nilai acuan tetap (dibidang elektro sering disebut

sistem pengaturan) dan sistem pengendalian dengan nilai acuan berubah (dibidang

mekanik sering disebut sistem pengendalian, sistem servo atau tracking). Tujuan utama

sistem pengaturan adalah mempertahankan agar nilai variabel proses tetap pada nilai

yang diinginkan. Sedangkan pada sistem pengendalian, tujuan utamanya adalah

mempertahankan agar nilai variabel proses mengikuti perubahan nilai acuan.

1.2.3 Sistem Pengendalian Umpan Balik

Prinsip mekanisme kerja sistem pengendalian umpan balik adalah mengukur

variabel proses dan kemudian melakukan koreksi bila nilainya tidak sesuai dengan yang

diinginkan. Ciri utama pengendalian umpan balik negatif. Artinya jika nilai variabel

proses berubah terdapat umpan balik yang melakukan tindakan untuk memperkecil

perubahan itu.

1.2.3.1 Langkah Pengendalian

Langkah – langkah pengendalian adalah sebagai berikut :

a. Mengukur

Tahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau mengamati nilai

variabel proses

b. Membandingkan

Hasil pengukuran atau pengamatan variabel proses (nilai terukur) dibandingkan

dengan nilai acuan (setpoint)

c. Mengevaluasi

Perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi untuk menentukan langkah

atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itu

d. Mengoreksi

Tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses agar perbedaan nilai terukur

dan nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin.

1.2.3.2 Instrumentasi Pengukuran

Pelaksanaan keempat langkah pengendalian memerlukan instrumentasi berikut :

a. Unit Pengukuran

Bagian ini bertugas mengubah nilai variabel proses yang berupa besaran fisik

atau kimia seperti laju alir, tekanan, suhu, pH, konsentrasi dan sebagainya menjadi

sinyal standar. Bentuk sinyal standar yang populer di bidang pengendalian proses adalah

berupa sinyal pneumatik (tekanan udara) dan sinyal listrik. Unit pengukuran terdiri atas

dua bagian besar yaitu sensor dan transmiter.

1. Sensor yaitu elemen perasa yang langsung bersentuhan dengan variabel proses

2. Transmiter yaitu bagian yang berfungsi mengubah sinyal dari sensor (gerakan

mekanik, perubahan hambatan, perunahan tegangan atau arus) menjadi sinyal

standar.

Dalam bidang pengendalian proses, istilah transmiter lebih populer dibandingkan

dengan tranduser. Meskipun keduanya berfungsi serupa, tetapi transmiter mempunyai

makna pengirim sinyal pengukuran ke unit pengendali yang biasanya terletak jauh dari

tempat pengukuran, ini lebih sesuai dengan keadaan sebenarnya di pabrik.

b. Unit Pengendali

Bagian ini bertugas membandingkan, mengevaluasi, dan mengirimkan sinyal ke

unit kendali akhir. Evaluasi yang dilakukan berupa operasi matematika seperti

penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian , integrasi dan diferensiasi. Hasil

evaluasi berupa sinyalkendali yang dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal kendali berupa

sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran.

c. Unit kendali akhir

Bagian ini bertugas menerjemahkan sinyal kendali menjadi aksi atau tindakan

koreksi melalui pengaturan variabel termanipulasi. Unit ini terdiri atas dua bagian besar,

yaitu aktuator dan elemen kendali akhir. Aktuator adalah penggerak elemen kendali

akhir. Bagian ini dapat berupa motor listrik, solenoida dan membran pneumatik.

Ce U M+

W-

y-

r+

H

GC GV GP

Sedangkan elemen kendali akhir biasanya berupa katup kendali (control valve) atau

elemen pemanas.

1.2.4 Diagram Blok

Penggambaran suatu sistem atau komponen dari sistem dapat berbentuk blok

(kotak) yang dilengkapi dengan garis sinyal masuk dan keluar. Sinyal dapat berupa arus

listrik, tegangan (voltase), tekanan, aliran cairan, tekanan cairan, suhu, pH, kecepatan,

posisi dan sebagainya. Sinyal yang perlu digambarkan hanyalah sinyal masuk dan sinyal

keluar yang secara langsung berperan dalam sistem. Sedangkan sumber energi atau

massa yang masuk biasanya tidak digambarkan.

Diagram blok lengkap sistem pengendalian proses pemanasan digambarkan

sebagai berikut :

Gambar 1.2 Proses Pemanasan Air

Keterangan gambar :

r+ = nilai acuan atau setpoint value (SV)

e = sinyal galat (error) dengan e = r –y

y = sinyal pengukuran

u = sinyal kendali

M+ = variabel termanipulasi

W- = variabel gangguan

C = variabel proses

GC = unit pengendali

GV = katub pengendali

GP = sistem proses

H = transmiter