Final Control Dan Actuator OKAY

Instrumentasi dan Pengendalian Proses| Mei 2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Instrumentasi digambarkan sebagai "the art and science of measurement

and control". Atau dengan kata lain instrumentasi adalah seni dan ilmu

pengetahuan dalam penerapan alat ukur dan sistem pengendalian pada suatu

obyek untuk tujuan mengetahui harga numerik variable suatu besaran proses dan

juga untuk tujuan mengendalikan besaran proses supaya berada dalam batas

daerah tertentu atau pada nilai besaran yang diinginkan (set point). Operasi di

industri proses seperti kilang minyak (refinery) dan petrokimia (petrochemical)

sangat bergantung pada pengukuran dan pengendalian besaran proses. Beberapa

besaran proses yang harus diukur dan dikendalikan pada suatu industri proses,

misalnya aliran (flow) di dalam pipa, tekanan (pressure) didalam sebuah vessel,

suhu (temperature) di unit heat exchange, serta permukaan (level) zat cair di

sebuah tangki.nSelain besaran proses di atas, beberapa besaran proses lain yang

cukup penting dan kadang-kadang perlu diukur dan dikendalikan oleh karena

kebutuhan specific proses, diantaranya ; hydrogen ion concentration (pH),

moisture content, conductivity, density or specific gravity, combustible content of

flue gas, oxygen content of flue gas, chromatographic stream composition,

nitrogen oxides emissions, calorimetry (BTU content) dan sebagainya.

Suatu sistem pengendalian proses terdiri atas beberapa unit komponen

antara lain, sensor atau transducer yang berfungsi menghasilkan informasi tentang

besaran yang diukur, transmitter yang memproses informasi atau sinyal yang

dihasilkan oleh sensor atau transducer agar sinyal tersebut dapat ditransmisikan,

controller yang berfungsi membandingkan sinyal pengukuran dengan nilai

besaran yang diinginkan (set point) dan menghasilkan sinyal komando

berdasarkan strategi control tertentu serta actuator (final control) yang berfungsi

mengubah masukan proses sesuai dengan sinyal komando dari pengontrol.

Berdasarkan latar belakang tersebut, pada makalah ini penulis hanya akan

membahas tentang final control dan actuator.

Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013

1


1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang diatas, penulis dapat merumuskan masalah sebagai

berikut:

Apa yang dimaksud dengan final control dan actuator?

Apa fungsi dari final control dan actuator?

Apa saja jenis-jenis final control dan actuator?

Bagaimana cara kerja sebuah final control dan actuator?

1.3 Manfaat Penulisan

Adapun manfaat yang diharapkan dari penulisan makalah ini yaitu selain

memenuhi tugas dari dosen mata kuliah, juga bertujuan untuk memberi masukan

ilmu pengetahuan bagi semua khalayak pada umumnya dan khususnya bagi

penulis pribadi, sehingga kedepannya dapat lebih mengetahui segala hal mengenai

final control dan actuator.


2


BAB II

ISI

2.1 Final control

Didalam sistem pengendalian suatu proses industri, salah satu elemen

sistem kontrol yang sangat penting adalah final control element (control valve).

Elemen ini mengimplementasikan keputusan yang diambil oleh kontroler.

Misalnya, apabila kontroler “memutuskan” untuk menaikkan laju aliaran (flow

rate) suatu fluida, maka control valve akan membuka atau menutup untuk

mengimplementasikannya. Pentingnya menggunakan ukuran control valve yang

benar harus merupakan penekanan didalam desain suatu sistem kontrol agar

tujuan pengendalian suatu proses dapat terpenuhi. Ukuran control valve yang

terlalu kecil tidak akan bisa melaksanakan tugas, dan harus diganti dengan yang

lebih besar. Ukuran yang terlampau besar akan menyedot biaya awal lebih besar

serta biaya pemeliharaan yang cukup besar.

Dilihat dari segi operasinya valve yang over size akan memberikan fungsi

control yang tidak baik dan dapat menyebabkan ketidak stabilan system. Suatu

controller yang mahal, sensitive dan akurat akan menjadi tidak berarti jika control

valve tidak dapat mengoreksi aliran secara benar untuk menjaga titik control.

Fungsi dari elemen kontrol akhir adalah menterjemahkan sinyal-sinyal kontrol

energi rendah ketingkat tindakan yang sesuai dengan proses yang dikontrol.

Cara kerja kontrol akhir melibatkan sejumah langkah yang diperlukan

untuk mengkonversikan sinyal kontrol (yang dibangkitkan oleh alat kontrol

proses) menjadi aksi proporsional pada proses itu sendiri. Jadi,

untukmenggunakan sinyal kontrol 4 - 20 mA untuk menvariasikan suatu itngkat

aliran yang besar, dari katakanlah 10,0 m3/menit sampai 50,0 m3/menit sudah

tentu memerlukan beberapa operasi lanjutan. Operasi lanjutan tertentu bervariasi

berdasarkan desain kontrol proses akan tetapi generalisasi tertentu dapat dibuat

berdasarkan tahapan-tahapan dari sinyal kontrol sampai ke elemen kontrol akhir

itu sendiri.

Untuk suatu aplikasi kontrol proses tertentu, konversi alat kontrol proses

menjadi suatu fungsi kontrol dapat dijelaskan secara bertahap seperti ditunjukkanKelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013

3


pada Gambar 2.1. Disini, sinyal kontrol masukan boleh diambil dari berbagai

bentuk, termasuk arus listrik, sinyal digital, atau tekanan pneumatik.

Gambar 2.1 Elemen-elemen Operasi Kontrol Akhir

2.2 Konversi Sinyal

Tahap ini mengacu pada modifikasi yang harus dibuat pada sinyal kontrol

untuk melakukan interfis dengan tahap kontrol berikutnya, yakni aktuator

(penggerak). Jadi, jika suatu elemen kontrol katup akan dioperasikan denganaktuator

motor listrik. Maka sinyal kontrol DC 4/20 mA harus dimodivikasi untuk

mengoperasikan motor. Jika motor DC digunakan mungkin dilakukan konversi dari

arus ke tegangan dan amplifikasi. Peralatan-peralatan yang melakukan konversi

sinyal seperti ini disebut transduser, karena mengkonversikan sinyal-sinyal kontrol

dari bentuk yang satu ke bentuk lainnya seperti dari arus ketekanan, dari arus

ketegangan, dan seterusnya.

Tujuan utama dari konversi sinyal adalah mengkonversikan sinyal kontrol

energi rendah menjadi sinyal energi tinggi untuk mengendalikan penggerak. Sinyal-

sinyal keluaran alat kontrol biasanya ada dalam salah satu dari ketiga bentuk berikut

ini :

1. Sinyal arus listrik, biasanya 4 sampai 20 mA.

2. Sinyal tekanan pnemetik, biasanya 3 sampai 15 psi (0,2 – 1 Bar)


4

Sinyal Kontrol Konversi Sinyal Aktuator

Elemen kontrol akhir

Proses


3. Sinyal-sinyal digital, biasanya tegangan-tegangan level TTL dalam format

seri atau paralel.

2.3 Aktuator

Hasil konversi sinyal memberikan sinyal yang telah diperkuat dan/atau sinyal

yang telah diubah yang dirancang untuk beroperasi (menggerakkan) suatu mekanisme

guna mengubah variabel yang sedang dikontrol pada proses. Efek langsungnya

biasanya diimplementasikan oleh sesuatu di proses misalnya katup atau pemanas

yang harus dioperasikan oleh sejumlah perlengkapan. Aktuator adalah terjemahan

dari sinyal kontrol (terkonversi) menjadi tindakan pada elemen kontrol. Jadi, jika

sebuah katup akan dioperasikan, maka aktuator adalah sebuah peralatan yang

mengkonversikan sinyak kontrol menjadi tindakan fisik berupa bukaan atau tutupan

katup tersebut.

Jika sebuah katup (valve) dipakai untuk mengontrol aliran fluida, sejumlah

mekanisme harus membuka atau menutu katup secara fisik. Jika sebuah pemanas

(heater) dipakai untuk memanaskan sebuah system, sejumlah peralatan harus

mematikan (meng-OFF-kan) atau menyalakan (meng-ON-kan) pemanas atau

mengubah-ubah eksitasinya. Ini merupakan contoh-contoh akan kebutuhan sebuah

penggerak di loop kontrol proses. Aktuator bias mempunyai sejumlah bentuk yang

berbeda-beda guna memenuhi kebutuhan-kebutuhan khusus dari loop-loop kontrol

proses. Pada bagian ini akan dibahas beberapa tipe aktuator listrik, pneumatik dan

hidrolik.

2.3.1 Aktuator Listrik

Beberapa tipe aktuator elektrik adalah sebagai berikut:

a. Solenoid

b. Motor stepper

c. Motor DC

d. brushless DC-motors

e. Motor Induksi

f. Motor Sinkron

Pada makalah ini, penulis hanya akan membahas solenoid dan motor

stepper.


5


a. Solenoid

Suatu solenoid adalah suatu alat dasar yang mengkonversi suatu sinyal

listrik ke dalam gerakan mekanis, pada umumnya seperti garis. Seperti

ditunjukkan Gambar 2.2, solenoid terdiri dari suatu kumparan dan alat pengisap.

Pengisap tersebut adalah free-standing atau dimuati pegas. Kumparan mempunyai

beberapa rating tegangan atau arus dan tipenya bisa dc atau ac. Spesifikasi

solenoid meliputi rating listrik dan gaya pengisap menarik atau mendorong ketika

yang diberi tegangan tertentu. Beberapa solenoid terbatas hanya untuk tugas

sebentar-sebentar oleh karena batasan yang berkenaan dengan panas. Dalam hal

ini, duty cycle maksimum (persentase total waktu) akan ditetapkan. Solenoid

digunakan ketika suatu gaya mendadak yang besar harus dipakai untuk

melaksanakan beberapa pekerjaan.

Gambar 2.2. Solenoid

b. Motor Stepper

Motor Stepper adalah motor DC yang gerakannya bertahap (step per step) dan

memiliki akurasi yang tinggi tergantung pada spesifikasinya. Motor stepper

mengkonversikan pulsa elektrik yang diberikan padanya menjadi gerakan diskrit

rotor yang disebut step. Motor stepper terdiri dari staor electromagnet dan rotor

magnet permanen. Setiap motor stepper mampu berputar untuk setiap stepnya

dalam satuan sudut (0.75, 0.9, 1.8), makin kecil sudut per step-nya maka gerakan

per step-nya motor stepper tersebut makin presisi.

Motor stepper banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang biasanya

cukupmenggunakan torsi yang kecil, seperti untuk penggerak piringan disket atau

piringan CD. Dalam hal kecepatan, kecepatan motor stepper cukup cepat jika

dibandingkan dengan motor DC. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013

6


memiliki komutator. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan

pada statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan magnet permanent.

Dengan model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada

posisi tertentu dan/atau berputar ke arah yang diinginkan, searah jarum jam atau

sebaliknya. Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan

pemberian data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka

motor stepper akan semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor

stepper kecepatannya dapat diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan

menghasilkan putaran yang cukup cepat. Untuk mengatur gerakan motor per step-

nya dapat dilakukan dengan 2 cara berdasarkan simpangan sudut gerakannya yaitu

full step dan half step.

2.3.2 Aktuator Pneumatik

Aktuator digunakan untuk mennggerakkan control valve. Pengoperasian

aktuator melibatkan penempatan bagian yang dapat digerakkan (plug, ball or vane).

Adapun bagian-bagian aktuator dapat dilihat pada Gambar 2.3. Prinsip kerja aktuator

yaitu tekanan udara yang masuk melalui air inlet mendorong actuator yang ditahan

dua buah atau lebih per/pegas penahan, sehingga spindle penggerak valve terangkat.

Besarnya persentase valve opening sebanding dengan besarnya persentase air

pressure yang masuk.

Gambar 2.3. Pneumatic actuatorKelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013

7


Gambar 2.4. Control valve with actuator normaly closed type

2.3.3 Aktuator Hidrolik

Aktuator sistem hidrolik adalah komponen yang melakukan aksi atau

meneruskan daya dari pompa untuk melakukan kerja. Untuk beberapa kasus yang

membutuhkan gaya yang sangat besar, luas diafragma pneumatik yang dibutuhkan

untuk sinyal-sinyal control standar mungkin akan menjadi terlalu besar dilihat dari

pertimbangan praktis. Dalam kasus seperti ini, digunakan aktuator hidrolik. Prinsip

kerjanya diperlihatkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Penggerak hidrolik

.


8


2.3 Elemen Kontrol

Peralatan ini mempunyai pengaruh langsung pada variabel dinamis proses

dan dirancang sebagai bagian integral dari proses. Jadi, jika kita ingin mengontrol

aliran maka elemen kontrol yang berupa sebuah katup, harus ada langsung di

sistem aliran. Demikian juga, jika kita ingin mengontrol suhu, maka mekanisme

atau elemen kontrol yang punya pengaruh langsung terhadap suhu harus

dilibatkan di proses. Ini bisa berupa kombinasi pemanasan/pendingin yang

digerakkan secara listrik oleh relay atau katup pneumatik guna mengontrol fluks

dari reaktan. Berdasarkan cara kerjanya control element terbagi tiga, yaitu :

mekanikal, elektrik dan fluid valve.

2.3.1 Mecanical control elements

Elemen kontrol yang melakukan beberapa operasi mekanis dalam proses

dapat digambarkan dalam contoh berikut ini :

1. Solid material hopper valves

Perhatikan tangki pemasokan gandum pada gambar 2.6. Sistem kontrol

digunakan adalah untuk menjaga aliran gandum dari tangki penyimpanan untuk

menyediakan laju alir konstan pada konveyor tersebut. Aliran ini tergantung pada

ketinggian gandum didalam tangki, oleh karena itu katup hopper harus membuka

atau menutup untuk mengkompensasikan variasi. Pada kasus ini operasi aktuator

type-vane valve untuk mengontrol laju aliran gandum. Jadi sensor yang ada pada

konveyer akan mengukur laju aliran gandum tersebut. Kemudian data yang

terukur tersebut dikirm ke ccontroller untuk kemudian dibandingkan dengan

setpoint. Jadi selisih angka pada yang terukur dengan setpoint tersebut, akan

dikirim ke actuator dalam bentuk sinyal, sehingga aktuator akan menggerakkan

hopper valve tersebut, harus menutup atau membuka. Aktuator bisa menjadi

motor untuk menyesuaikan posisi poros, silinder hidrolik atau mekanisme lain.


9


Gambar 2.6 Mechanical control elements in the rorm of a hopper valve

2. Paper Thickness

Pada gambar 2.7 merupakan fitur penting dari sebuah sistem untuk

mengontrol ketebalan kertas yang akan ditampilkan. Kertas ini adalah suspensi

serat basah yang dilewatkan diantara roller. Dengan memvariasikan pemisahan

roller, ketebalan kertas diatur. Elemen kontrol mekanik yang ditampilkan adalah

roller bergerak. Aktuator bisa jadi adalah sebuah elektrikal, pneumatik, atau

hidrolik dan menyesuaikan pemisahan roller berdasarkan ukuran ketebalan.

2.3.2 Electrical Control Elements

Pada Gambar 2.7, diperlihatkan sebuah sistem kontrol yang dipakai untuk

mengontrol suhu pembakaran kue yang ditentukan oleh warna kue tersebut.

Sistem pengukuran optik menghasilkan sinyal 4 – 20 mA yang merupakan

reprerentasi analog dari warna kue (dengan demikian menunjukkan pembakaran

yang tepat).


10


Gambar 2.7. Sistem proses kontrol yang memperlihatkan cara kerja kontrol akhir

Alat kontrol membandingkan pengukuran dengan set point dan

mengeluarkan sinyal 4 – 20 mA yang meregulasi kecepatan motor pengumpan

sabuk ban berjalan guna mengatur waktu pembakaran di oven. Cara kerja kontrol

akhir digambarkan oleh konversi sinyal yang mentranformasikan sinyal 4 – 20

mA menjadi sinyal 50 – 100 V yang dibutuhkan oleh kontrol kecepatan motor.

Motor itu sendiri adalah penggerak, sedangkan rakitan sabuk ban berjalan adalah

elemen kntrol. Karena aplikasi teknik proses kontrol di industri bervariasi seperti

jenis industri itu sendiri, dalam hal ini tidak praktis jika kita ingin membahas

teknik kontrol akhir secra keseluruhan. Dengan memperlajari sejumlah contoh

saja, pembaca diharapkan siap untuk menganalisis dan memahami teknik-teknik

lainnya yang ada di industri.

2.3.3 Fluid Valves Control Elements

Pada gambar 2.7 merupakan elemen kontrol pengendali aliran fluida cair.

Pada kasus ini, aktuator yang digunakan adalah pneumatic actuator. Jika laju

aliran fluida terlalu besar atau terlalu kecil maka sensor akan mengirim sinyal ke

kontrolle untuk kemudian dibandingkan dengan set point. Kemudian selisih

dengan set point tersebutt akan dikirim dalam bentuk sinyal ke actuator, sinyal

yang dikirm dalam bentuk arus listrik yang kemudian dikonversi ke tekanan. Kelompok IV : Makalah Tentang Final Control dan Actuator”, 2013D3 Teknik Kimia Universitas Riau © 2013

11


Tekanan udara tersebut lah yang akan menggerakkan actuator harus membuka

atau menutup.

Gambar 2.8 Pneumatic actuator yang dihubungkan ke control valve


12


BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

1. Fungsi kontrol akhir dapat diimplementasikan oleh pengkondisian sinyal,

sebuah actuator, dan sebuah elemen control akhir.

2. Pengkondisian sinyal melibatkan perubahan sebuah sinyal control menjadi

bentuk sinyal dan daya yang diperlukan untuk memberikan energy kepada

aktuator.

3. Aktuator adalah tahap antara sinyal control yang dikonversikan dan elemen

kontrol akhir. Aktuator listrik yang umum adalah solenoid, motor stepper,

motor DC dan motor AC.

4. Aktuator pneumatic dan hidrolik sering dipakai pada kontrol proses karena

memungkinkan dihasilkannya gaya-gaya yang sangat besar dari system

tekanan yang sederhana.

5. Elemen kontrol akhir aktual bervariasi sebagaimana aplikasinya di industri.

3.2 Saran

Bagi pemakalah selanjutnya yang ingin menjadikan makalah ini sebagai

referensinya, disarankan untuk lebih menambah ilustrasi-ilustrasi, baik gambar,

tabel maupun grafik agar lebih mempermudah pembaca untuk memahami setiap

keterangan yang diberikan dalam pembahasan mengenai final control dan actuator

ini.


13

Final Control Dan Actuator OKAY

Documents

Transcript of Final Control Dan Actuator OKAY