modul siskon mercubuana

TEKNIK PENGATURAN

MODUL KE-1

DOSEN PENGASUH

Ir. PIRNADI. T. M.Sc

UNIVERSITAS MERCU BUANAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

JURUSAN TEKNIK MESIN

PROGRAM KULIAH KELAS KARYAWAN

2008

[Tatap Muka, Sabtu / 20 Oktober 2008]

Pengantar, teknik pengaturan, memegang peranan penting dalam era teknologi

masa kini dan akan bertambah sempurna dan keterkaitannya hampir dalam

setiap kegiatan manusia di masa yang akan datang, dari dalam rumah tangga

sampai ke ruang antariksa. Pengaturan otomatik bukan saja memudahkan dan

meningkatkan prestasi kerja instalasi, tetapi membantu manusia atau

menggantikan sebagian dari tugas mereka.

Banyak buku, mengenai pengaturan otomatik telah diterbitkan, masing-masing

dengan cara pendekatan yang berbeda-beda. Namun, pada dasarnya masing-

masing ingin memberikan pengertian yang mudah ditangkap, terutama mengenai

prinsip dasar serta penerapannya untuk berbagai keperluan. Di samping itu

kebanyakan buku tersebut masih ditulis dalam bahasa asing dan harus di

datangkan dari luar negeri. Diharapkan modul kuliah atau handout “Teknik

Pengaturan” ini dapat diterbitkan, setelah disempurnakan, agar dapat

merangsang kegiatan mempelajari Teknik Pengaturan, yang merupakan bagian

ilmu pengetahuan dan teknologi ini yang semakin penting.

Teknik Pengaturan, merupakan salah satu bidang ilmu teknik yang

perkembangannya begitu pesat terutama dengan dikembangkannya penggunaan

komputer digital sebagai suatu sarana pengaturan. Memang, di perguruan tinggi

teknik, mata kuliah ini di kenal sebagai Kontrol Otomatik, Sistem Pengaturan,

Teknik Pengaturan, Sistem Kendali ataupun Sistem Servo. Istilah-istilah ini pada

dasarnya disesuaikan dengan bidang penerapannya yaitu apakah di industri,

mesin-mesin, rangkaian listrik, peralatan listrik, dalam penerbangan, pengintrolan

jarak jauh, ataupun pemakaian lainnya.

Pengertian pengaturan otomatik, berhubungan dengan cara-cara mengontrol

nilai parameter dari suatu sistem fisis atau kimia secara otomatis. Cara tersebut

dilakukan dengan menggunakan peralatan-peralatan mesin yang dirancang

bekerja secara otomatis, sehingga interfensi manusia akan sekecil mungkin.

Diharapkan peralatan tersebut dirancang cukup sederhana atau rumit sangat

tergantung pada jenis pemakaian dan tingkat kualitas pengaturan yang akan

diinginkan dan ketelitian serta ketepatan yang diharapkan.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Pirnadi. T. M.Sc.

TEKNIK PENGATURAN 2

1. PENGENALAN & PERKEMBANGANTEKNIK PENGATURAN

Masalah pokok, dalam suatu sistem pengaturan adalah stabilitas, dan ini akan

terjadi pada sistem pengaturan yang diakibatkan oleh pemakaian suatu sistem

umpan-balik dalam setiap pengaturan tersebut. Dengan demikian, tujuan utama

dalam sebuah sistem pengaturan otomatik adalah untuk mendapat kestabilan

melalui pemilihan komponen, elemen dan bentuk yang lebih sesuai.

Diperkenalkan suatu konsep pengaturan, yang disebut sistem pengaturan,

sistem kontrol, atau sistem kendali. Istilah yang lebih populer adalah

pengontroloan secara otomatik ataupun manual. Instrumentasi dan pengontrolan

merupakan bidang ilmu yang saling menunjang, terutama dalam syarat-syarat

khusus seperti disebutkan di atas, contoh sekering pemutus arus listrik,

penggunaan bimetal untuk “circuit-breaker”, dan lain-lain.

Tahap pengembangan teknik pengaturan dengan memberikan gambaran yang

lebih jelas tentang fungsi dan pentingnya suatu sistem pengaturan, perhatikan

pada Gambar 1.1, yaitu sebuah bak mandi yang diinginkan mencampurkan air

dingin dengan air panas, sehingga temperatur campuran di dalam bak mencapai

suatu harga yang dikehendaki.

Aliran air panas maupun air dingin dapat diatur dengan mengalirkan cairan-

cairan tersebut melalui pipa yang masing-masing dilengkapi dengan keran

(valve), yang dapat diatur secara manual dan otomatis.

(Penjelasan pada saat tatap muka)

Gambar 1.1. Pengaturan temperatur campuran air panas dan dingin

Jika campuran di dalam bak tersebut hanya diperlukan untuk mandi, maka

cukup mencelupkan jari ke dalam bak dan merasakan sendiri panas campuran

tersebut. Kekurangan atau kelebihan panas dapat disesuaikan dengan mengatur

keran A dan keran B; sedang jika hendak mengetahui lebih pasti berbagai

temperatur campuran yang terjadi setiap saat celupkan sebuah atau lebih dari

alat pengukur temperatur ke dalam bak pencampur air tersebut (melakukan

pengukuran), seperti menggunakan thermometer, atau peralatan pengukur

temperatur yang lain.


TEKNIK PENGATURAN 3

Permasalahan lain, yang akan timbul sebagai perkembangan yang baru, yaitu:

- Jika campuran tersebut tidak hanya diperlukan untuk mandi tetapi juga untuk

pemakaian yang lebih khusus sehingga memerlukan temperatur yang

nilainya lebih tepat.

- Jika bak dan alat-2 pengatur aliran/kran berada pada lokasi yang berjauhan.

- Jika aliran cairan cukup besar hingga sukar diatur oleh keran-keran biasa.

- Jika yang dikendalikan bukan hanya temperatur tetapi juga besaran lain

seperti aliran ataupun tekanan aliran pada waktu yang bersamaan.

- Jika diinginkan temperatur campuran air yang konstan atau bervariasi pada

suatu rangkuman (range) untuk selang waktu tertentu.

- Jika temperatur-variabel yang dikendalikan tersebut jumlahnya lebih dari satu

dan harus dikontrol dalam waktu yang bersamaan.

Dalam kondisi-kondisi tersebut, dapat diberikan beberapa analisis, berikut :

1. Jelas bahwa pada pemakaian yang lebih khusus seperti untuk temperatur

tinggi, harus digunakan alat-alat ukur temperatur dari kapasitas yang lebih

tinggi, dari temperatur campuran yang diinginkan. Untuk ini dipakai

temperatur-instrumen pengukur temperatur, seperti: termokopel, termowell,

dan lain-lain yang dilengkapi dengan alat penunjuk (temperatur).

2. Jika lokasi tempat pencampuran (bak) berjauhan dengan keran-keran

pengatur aliran, maka walaupun tidak efisien masih dapat menggunakan

tenaga manusia yang bertugas sebagai operator untuk mengatur keran-

keran, tetapi akan timbul kesulitan, sebagai berikut :

- Selalu terjadi keterlambatan waktu antara pemberian perintah untuk

pengaturan aliran terhadap pelaksanaan keran, temperatur berikan harga

yang tidak tepat.

- Ketelitian dan kemampuan para operator tersebut untuk melakukan

pekerjaannya yang jumlahnya banyak, tidak lagi bisa tinggi.

- Masalah penempatan tenaga operator tersebut, terutama di tempat-

tempat yang sukar dicapai dan dilihat.

3. Dalam hal yang seperti inilah diperlukan konsep pengaturan secara otomatis,

sehingga pengendalian-pengendalian harga temperatur akan dilakukan

dengan lebih teliti dan cepat. Khususnya untuk industri-industri yang konsutif

dengan mutu dan produktivitas yang tinggi.


TEKNIK PENGATURAN 4

4. Untuk pemakaian-pemakaian yang lebih khusus dimana tidak diinginkan

adanya pemasukan/kehilangan panas dari luas sistem, maka sistem bak ini

dapat diganti dengan membuat sistem tersebut tertutup, yaitu dengan

menggunakan penutup yang disebut isolasi panas. Pemanasan terhadap

sistem dapat dilakukan dengan melengkaipnya dengan saluran-saluran

masuk dan keluar, serta lubang-lubang penempatan termokopel untuk

temperatur, perhatikan pada Gambar 1.2.


Gambar 1.2. Sistem penukar panas dlm control pengaturan

5. Suatu sistem yang serupa yaitu dengan mengisolasi aliran panas terhadap

aliran dingin tidak menimbulkan percampuran aturan cairan panas dan dingin

tersebut disebut penukar panas (“heat excanger”). Hal ini dapat dicapai

dengan membuat pipa berbentuk spiral sebagai pipa aliran untuk cairan

panas, dan pipa spiral ini dimasukkan ke dalam bak yang berisi cairan yang

akan di panaskan (cairan dingin), yang dapat dilihat pada Gambar 1.3.


Gambar 1.3 Sistem penukar panas

Contoh-contoh aplikasi penggunaan teknik pengaturan sehari-hari baik di Industri

maupun di rumah tangga, sebagai berikut:

Contoh 1. Teknik mengatur ketinggian permukaan air dalam bak, lihat Gambar 1.4.


Gambar 1.4 Teknik pengaturan permukaan air Contoh 2. Teknik pengaturan pada percampuran air panas dengan air dingin, lihat

Gambar 1.5


TEKNIK PENGATURAN 5

1. Saluran masuk untuk cairan/dingin2. Saluran masuk untuk cairan/dingin3. Saluran keluar cairan panas4. Cairan dingin5. Alat ukur temperatur


Gambar 1.5. Teknik pencampuran air panas & dingin

Contoh 3. Teknik pengaturan swa kerja dapat dilihat pada Gambar 1.6.


Gambar 1.6 Kontroler swa kerja

Contoh 4. Teknik kontrol proporsional, lihat Gambar 1.7.


Gambar 1.7 Teknik kontrol proportional

Contoh 5. Teknik kontrol pneumatik sistem, dengan mengatur luas penampang aliran fluida, lihat Gambar 1.8.


Gambar 1.8 Teknik kontrol pneumatik (Fluid flow)

Permasalahan yang timbul pada pencampuran air panas dengan air dingin pada

suatu bak, masalah-masalahnya antara lain:


TEKNIK PENGATURAN 6

a. Jika campuran tersebut tidak hanya diperlukan untuk mandi tetapi juga untuk

pemakaian yang lebih khusus sehingga memerlukan temperature yang

nilainya lebih tepat.

b. Jika bak dan alat-alat pengatur aliran (dalam hal ini adalah keran-keran)

berada pada lokasi yang berjauhan.

c. Jika aliran cairan cukup besar sehingga sukar dikendalikan oleh keran-keran

biasa.

d. Jika yang dikendalikan bukan hanya temperatur tetapi juga besaran lain

sperti aliran ataupun tekanan aliran pada waktu yang bersamaan.

e. Jika diinginkan temperatur campuran yang konstan atau bervariasi pada

suatu rangkuman (range) untuk selang waktu tertentu.

f. Jika variable-variabel yang akan dikendalikan tersebut jumlahnya lebih dari

satu dan harus dikontrol dalam waktu yang bersamaan.

Dalam kondisi-kondisi tersebut dapat diberikan beberapa analisis, sbb :

1. Jelas bahwa pada permukaan yang lebih khusus seperti untuk temperatur

tinggi, harus digunakan alat-alat ukur temperatur dari kapasitas yang lebih

tinggi sesuai dengan besarnya daerah ukur (rangkuman) temperatur

campuran tersebut. Untuk ini dipakai instrument-instrumen pengukur

temperatur seperti: termokopel, termo-well, resistance bulb, dan lain-lain

yang masing-masing dilengkapi dengan alat penunjuk (indicator).

2. Jika lokasi tempat pencampuran (bak) berjauhan dengan kerang-kerang

pengatur aliran, maka walapun tidak efisien kita masih dapat menggunakan

tenaga manusia yang bertugas sebagai operator untuk mengatur aliran

melalui keran. Namun dalam hal ini terdapat beberapa kesulitan lain yakni :

a. Selalu terjadi keterlambatan waktu antara pemberian untuk mengatur

aliran terhadap pelaksanaan pengaturan keran. Akibatnya penunjukan

pada indicator temperatur selalu memberikan harga yang tidak tepat.

b. Ketelitian dan kemampuan para operator tersebut untuk melakukan

pekerjaannya yang jumlahnya banyak, tidak bisa tinggi.

c. Masalah penempatan tenaga operator (pngatur keran) tersebut,

terutama di tempat-tempat yang sukar dicapai dan dilihat.

Dengan timbulnya masalah-masalah penting seperti yang disebutkan di atas

maka dengan sendirinya proses aliran ini akan menjadi sukar dikendalikan walau

dengan bantuan operator. Masalah yang paling pokok adalah ketepatan (presisi)


TEKNIK PENGATURAN 7

untuk kondisi-kondisi tertentu seperti harga variable yang tetap atau hanya diijinkan

pada toleransi yang cukup kecil, demikian jga untuk operasi-operasi yang simultan.

Dalam hal-hal yang seperti inilah kita memerlukan konsep pengontrolan secara

otomatis, sehingga pengendalian-pengendalian harga variable akan dilakukan

dengan lebih teliti dan cepat. Hal ini sangat penting pada industri-industri yang

konsumtif dengan mutu dan produktivitas yang tinggi.

Untuk pemakaian-pemakaian yang lebih khusus dimana tidak diinginkan adanya

pemasukan/kehilangan panas dari dan keluar sistem, maka sistem bak ini dapat

digantidengan membuat sistem tersebut tertutup yakni dengan menggunakan

penutup (selubung, jaket), yang disebut isolasi panas. Pemanasan terhadap sistem

dapat dilakukan dengan menlengkapinya dengan saluran-saluran masuk dan keluar,

serta lobang-lobang penempatan termokopel untuk pengukuran temperatur yang

terjadi, lihat Gambar 1.9



Suatu sistem yang serupa yakni dengan mengisolasi aliran panas terhadap aliran

dingin sehingga tidak menimbulkan pencampuran antara cairan panas dengan cairan

dingin tersbut, yang biasa disebut penukar panas (heat exchanger). Hal ini dapat

dicapai dengan membuat pipa berbentuk spiral sebagai pipa aliran untuk cairan

panas, an pipa spiral ini dimasukkan ked alam bak yang berisi cairan yang akan

dipanaskan (cairan dingin). Hal ini dapat dilihat paa Gambar 1.10, sebagao berikut:



Manfaat yang akan diperoleh dari pengontrolan di atas, antara lain:

1. Dalam proses industri sering dibutuhkan besaran-2 yang memerlukan kondisi atau

persyaratan yang khusus, seperti

Kestabilan sistem (stabilitas system)

Ketelitian (accuracy) yang tinggi, selisih pembacaan masukan yang diketahui

atau kesesuaian antara hasil pengukuran terhadap harga sebenarnya.


TEKNIK PENGATURAN 8

Kepekaan (sensitivity), kemampuan untuk merasakan adanya peruabahan.

Kepekaan (precission), harga yang identik dengan berkali-kali penukuran.

Kecermatan (resolution), beda terkecil dari penunjukkan yang dapat dibaca.

Harga yang konstan untuk selang waktu tertentu.

Harga yang bervariasi dalam waktu tertentu (random).

Mempunyai berbandingan yang tetap antara dua variabel / besaran.

Suatu besaaran sebagai fungsi daripada besaran lainnya.

Dll..

Kontrol otomatik merupakan salah satu bidang ilmu teknik yang

perkembangnnya penggunaan computer digital sebagai sarana pengontrol. Berbagai

nama diberikan seperti : control otomatik, sistem pengaturan, teknik pengaturan,

sistem kendali, system servo, dll. Hal ini disesuaikan dengan bidang penerapannya,

seperti: pada proses produkai, mesin-2, peralatan listrik, bidang elektronik,

penerbangan, pengontrolan jauh dan pemakaian yang lain.

Pengertian control otomatik berhubungan dengan cara-2 mengontrol nilai suatu

parameter dari suatu sistem fisis atau kimia secara otomatis dengan mesin-2 yang

bekerja secara otomatis. Masalah pokok dalam sistem control adalah stabilitas

dalam hal ini akan terjadi pada setiap sistem control yang diakibatkan oleh

pemakian, maka tujuan utama adalah bagaimana mendapatkan kestabilan sistem

melalui pemilihan komponen-2, elemen-2, dan bentuk-2 yang lebih sesuai.

Materi utama yang akan dibahas, sebagai berikut:

Jenis-2 komponen utama sistem control, antara lain:

1 Sensor/ 2 Error detector 3 Aktuator4 Amplifier5 Singnal konditioning6 Acquisisi data

Pengertian sensor/transduser dan beberapa contoh, yang banyak digunakan

dalam proses control, meliputi:

Kontrol temperatur Kontrol gaya Kontrol tekanan Kontrol aliran (flow meter) Kontrol ketinggian permukaan (level) Kontrol pergerakan ( displacement) Kontrol getaran (dynamic) Dll

Beberapa contoh sensor / transduser :


TEKNIK PENGATURAN 9

1. Potensiometer berfungsi mengubah posisi mekanis menjadi signal elektris

(tahanan – kontak geser). [Gambar diberikan pada tatap muka]

2. Revolver, dalam bidang navigasi (2 kumparan yang berputar)

[Gambar diberikan pada tatap muka]

3. Ttransduser pengukur posisi linier, contoh LVDT (Linier Variabel Differential

Ttransformer) [Gambar diberikan pada tatap muka]

4. Accelerometer untuk menghasilkan sinyal yang sebanding dengan

percepatan linier sepanjang sumbu-2 sensitifnya (Hk. Newton II).


5. Berbagai strain gage untuk mengukur kondisi gaya (beban) dalam alat-2

mesin, pipa, struktur dll, berupa resitif (tahanan gage) yang ditempelkan pada

permukaan yang akan diuji (missal tegangan gesernya)


6. Termometer resitif, untuk mengukur temperatur dengan rangkaian resistor.


7. Termokopel, paling banyak dipakai untuk mengukur temeratur akibat

perubaha temperature menjadi dinyal listrik.


Dilakukan pemilihan ketua kelas, secara terbuka dan demokratis, dan

dilanjutkan dengan pembahasan SAP untuk semester berjalan dengan berbagai

keterangan, sebagai berikut

___________________________________________________________________

SATUAN ACARA PERKULIAHAN TAHUN AKADEMIK 2008-2009

Mata kuliah/sks/smt : Teknik Pengaturan/3/VI

Dosen : Ir. PIRNADI, M.Sc

Tujuan umum mata kuliah : Agar mahasiswa mengerti tentang dasar-dasar dan

cara pengaturan.

Tujuan khusus mata kuliah : Agar mahasiswa mampu mengetahui dan memahami

permasalahan teknik pengaturan secara menyeluruh

sesuai dengan perkembangan teknologi pengaturan

dewasa ini.

Silabus singkat : Konsep dasar dari sistem pengaturan, sistem edaran

terbuka dan tertutup. Pemodelan matematis,


TEKNIK PENGATURAN 10

Transformasi Lapalace, Diagram balok, Grafik dan

signal, Fungsi alih, Model perubah keadaan,

Linierisasi, Tanggapan transien dan karakteristik

sistem, Stabilitas, Respon frequensi, Teknik disain

dan kompensasi

Kuliah ke :

Pokok bahasan Sub-pokok bahasanMetode pengajaran/alat/ bahan ajar

Bahan Pustaka

1. Pendahuluan, pengantar &pengembangansistem pengaturan

a. Pengertian dasar sistem pengaturanb. Perkembangan teknologi

pengaturanc. Berbagai contoh aplikasi

sistem pengaturan & latihan

- Kuliah tatap muka: OHP; Projektor; Infocus; White board

- 1,2,3,4,5- Modul ke-1

2. Konsep-2 dasar sistem pengaturan

- Tipe-2 sistem pengaturan - Ciri-2 sistem: Manual,

otomatis, terbuka, tertutup, syarat umum, contoh

- S.d. a - 1,2,5- Modul ke-2

3. Sistem-2 edaran terbuka dan tertutup

- Macam-2 teknik pengaturan ystem terbuka dan tertutup.

- Contoh aplikasi dan berbagai soal latihan

- S.d. a -1,2,3,5- Modul ke-3

4. Pemodelan matematis ystem pengaturan

- Macam-2 pemodelan mate matis ystem fisis

- Aplikasinya untuk berbagai ystem edaran

- S.d. a - 1,2,3,5- Modul ke-4

5. Permasalahan transformasi Lapalce

- Dasar transformasi Laplace- Penggunaan bentuk-2 umum,

dari able Laplace- Berbagai contoh aplikasinya

- S.d. a - 1,2,4,5- Modul ke-5

6.dan7.

Permasalahan diagram balok dan Fungsi Alih (Transfer function)

- Macam-2 diagram balok & sinyal; Sistem percabangan, penjumlahan, penyederhanaan multi balok diagram,

- Fungsi alih, contoh-2 aplikasi

- S.d. a - 1,2,3,5- Modul ke-6

dan ke-7

UTS (Ujian Tengah Semester)

- Materi kuliah ke-1 s/d ke-7 - S.d.a 1,2,3,4,5

8. Permasalahan sistem pengaturan linier

- Macam-2 sistem pengaturan linier

- Contoh-2 aplikasi dan soal latihan

- S.d. a 1,2,3,5

9. Permasalahan linierisasi sistem non linier

- Macam-2 sisitem non linier- Teknik linierisasi dan

berbagai contoh soal latihan dan (aplikasi)

- S.d. a 1,2,5

10. Karakteristik respon steadi dan transient

- Macam-2 input sistem pengaturan

- Tanggapan sistem transien dan steadi (mantap)

- Contoh-2 perhitungan dan

- S.d. a 1,2,3,5



aplikasi11. Permasalahan

stabilitas sistem pengaturan (metode Routh)

- Macam-2 stabilitas sistem - Aplikasi metode Routh- Contoh-2 perhitungan

- S.d. a 1,2,5

12. Permasalahan stabilitas sistem pengaturan (metode Hourwitz)

- Metode stabilitas Hourwitz - Aplikasi metode Hourwitz- Contoh-2 perhitungan

- S.d. a 1,2,3,5

13. Permasalahan stabilitas sistem pengaturan (metode TK akar-2)

- Metode TK akar-2 persamaan karakteristik- Berbagai aturan yang berlaku- Contoh-2 aplikasi dan soal

- S.d. a 1,2,3,5

14. Permasalahan teknik mendesain / analisis sistem pengaturan

- Teknik mendesain sistem pengaturan

- Teknik analisis sistem pengaturan

- Contoh-2 sederhana dan aplikasinya

- S.d. a 1,2,5

15 UAS (Ujian akhir semester)

- Materi kuliah ke-8 s/d ke-14, makalah (tugas perecanaan)

- S.d.a 1,2,3,4,5

Daftar Rujukan :

1. Katsuhito OGATA, Teknik Kontrol Automatik, Erlangga, 1991

2. Pakpahan.S, Kontrol Otomatik, Erlangga, 1994

3. Richard C. Dorf, Modern Control Systems, Addision-Wesley, 1980

4. John Van de Vegte, Feedback Control Systems, 1986

5. Pirnadi, Modul-Modul atau Hand Out, Teknik Pengaturan, 2008

UNIVERSITAS MERCU BUANA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI JURUSAN TEKNIK MESIN



modul siskon mercubuana

Documents