RANCANG BANGUN dan REKAYASA CONTROL

TEMPERATUR pada ALAT UJI SALT SPRAY

CHAMBER

Skripsi

Disusun oleh:

AGUS SUBANDI HARTO

003201305003

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

PRESIDENT UNIVERSITY

2017

ii

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini, mahasiswa Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Presiden.

Nama : Agus Subandi Harto

NIM : 003201305003

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan Judul:

Rancang Bangun dan Rekayasa Kontrol Temperatur pada Alat Uji Salt

Spray Chamber, adalah:

1. Dibuat dan diselesaikan sendiri dengan menggunakan standar literatur, hasil

kuliah, rancang bangun, penelitian, bimbingan dosen dan mencari jurnal

acuan yang tertera dalam referensi pada tugas akhir ini.

2. Bukan merupakan duplikasi karya tulis yang telah dipublikasikan atau pernah

dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di perguruan tinggi lain, kecuali

bagian-bagian tertentu digunakan sebagai referensi pendukung untuk

melengkapi sumber informasi.

3. Bukan merupakan karya tulis terjemahan dari kumpulan buku-buku atau

jurnal acuan yang tertera dalam referensi pada tulisan tugas akhir saya.

Jika terbukti saya tidak memenuhi apa yang telah dinyatakan seperti diatas,

maka tugas akhir saya ini akan dibatalkan.

Bekasi Mei 2017

Yang membuat pernyataan,

Agus Subandi Harto

iii

SKRIPSI

TEKNIK MESIN

RANCANG BANGUN dan REKAYASA CONTROL

TEMPERATUR pada ALAT UJI SALT SPRAY

CHAMBER

Disusun oleh : Agus Subandi Harto

NIM : 003201305003

Program studi : Teknik Mesin

Telah diperiksa dan disetujui untuk diajukan serta dipertahankan dalam

ujian komprehensif guna memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Fakultas Teknik President University

Disetujui oleh:

Dr Erwin Siahaan, M.Sc Dr. Eng.Ir.Rudi Suhradi Rachmat, M.Eng

Pembimbing 1 Pembimbing 2

iv

MOTTO

“JIKA KAU TIDAK TAHAN LELAHNYA BELAJAR,

MAKA KAU HARUS MENAHAN PERIHNYA

KEBODOHAN”

v

ABSTRAK

AGUS SUBANDI HARTO. Rancang Bangun dan Rekayasa Kontrol

Temperatur pada Alat Uji Salt Spray Chamber. Dibimbing oleh RUDI SUHRADI

RACHMAT dan ERWIN SIAHAAN.

Salt spray test merupakan salah satu pengujian laju korosi dengan

menggunakan larutan yang korosif dalam ruangan tertutup sehingga benda uji akan

mengalami korosi dalam waktu yang lebih singkat. Diperlukan sistem kendali untuk

mengontrol temperatur pada saturation tower dan salt spray chamber. PID dengan

methode tuning Ziegler-Nichols digunakan pada perancangan alat salt spray

chamber tersebut. Sistem ini dikendalikan oleh temperature control dengan

mengolah sinyal input yang dihasilkan oleh sensor termokopel. Temperatur yang

dikontrol pada saturation tower adalah 47 ℃ ±2 ℃ dan pada salt spray chamber

adalah 35 ℃ ±2 ℃, mengacu pada standar ASTM B117-09. Dari hasil pengujian

untuk saturation tower di dapat nilai Kp=2.0 , Ti=274 dan Td=56 dengan error

steady state 1.915% , temperatur yang terkontrol adalah 46.7 ℃ ~ 47.9 ℃ dan untuk

salt spray chamber di dapat nilai Kp=1.1, Ti=391 dan Td=82 dengan error steady

state 0.571%, temperatur yang terkontrol adalah 34.8 ℃ ~ 35.2 ℃. Hal ini

menunjukkan bahwa sistem kendali yang dirancang mampu mengendalikan

temperatur pada saturation tower dan pada salt spray chamber.

Kata kunci: salt spray test, PID, Ziegler-Nichols, temperatur.

vi

ABSTRAK

AGUS SUBANDI HARTO. Design and Build Temperature Control on Salt

Spray Chamber Test Tool. Guided by RUDI SUHRADI RACHMAT and ERWIN

SIAHAAN.

Salt spray test is one of the corrosion rate testing using corrosive solution in

closed room so that the test object will experience corrosion in a shorter time.

Control system is required to control the temperature of the saturation tower and

salt spray chamber. PID with Ziegler-Nichols tuning method is used on the design of

the salt spray chamber. This system is controlled by temperature control by

processing the input signal generated by the thermocouple sensor. The temperature

controlled at the saturation tower is 47 ℃ ± 2 ℃ and the salt spray chamber is 35 ℃

± 2 ℃. Refers to ASTM B117-09 standard. From the test results for the saturation

tower at the value of Kp = 2.0, Ti = 274 and Td = 56 with the steady state error

1.915%, the controlled temperature is 46.7 ℃ ~ 47.9 ℃ and for salt spray chamber

can be Kp = 1.1, Ti = 391 and Td = 82 with a steady state error of 0.571%, the

controlled temperature is 34.8 ℃ ~ 35.2 ℃. This shows that the control system

designed to control the temperature at the saturation tower and the salt spray

chamber.

Keywords: salt spray test, PID, Ziegler-Nichols, temperature.

vii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah

Subhanahu wa Taala yang telah melimpahkan nikmat dan karunia-NYA, sehingga

penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi dengan judul “Rancang Bangun dan

Rekayasa Kontrol Temperatur pada Alat Uji Salt Spray Chamber”, tepat pada

waktunya. Laporan ini dibuat sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik

mesin di fakultas teknik President University. Dalam menyelesaikan laporan ini

tidak terlepas dari dukungan banyak pihak, untuk itu penulis ingin menyampaikan

terimakasih kepada:

1. Bapak Dr. Eng. Ir. Rudi Suhradi Rachmat, M.Eng dan bp Dr. Erwin Siahaan,

selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, saran dan

masukan kepada penulis dalam menyelesaikan laporan ini.

2. Keluarga dan istri yang senantiasa menjadi tempat untuk berbagi dalam

setiap suka dan duka.

3. Teman-teman satu angkatan jurusan Teknik Mesin President University,

yang telah memberikan semangat, motivasi dan bantuan dalam

menyelesaikan setiap problem dalam perkuliahan, terutama dalam

menyelesaikan laporan skripsi ini.

4. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam melakukan kegiatan

penelitian sampai menyelesaikan laporan ini.

Akhir kata, saya berharap Allah Subhanahu wa Taala berkenan membalas

segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini membawa

manfaat bagi pengembangan ilmu.

Cikarang, Mei 2017

Penulis:

Agus Subandi Harto

viii

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN .................................................................. ii MOTTO .................................................................................................................... iv

ABSTRAK .................................................................................................................. v

ABSTRAK ................................................................................................................ vi KATA PENGANTAR ............................................................................................. vii DAFTAR ISI ........................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. x

DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xi DAFTAR NOTASI dan SIMBOL ............................................................................ xi BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

1.1. LATAR BELAKANG ................................................................................... 1

1.2. PERUMUSAN MASALAH .......................................................................... 2

1.3. PEMBATASAN MASALAH ........................................................................ 2

1.4. TUJUAN PERANCANGAN ......................................................................... 3

1.5. MANFAAT PENELITIAN ........................................................................... 3

1.6. SISTEMATIKA PENELITIAN .................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................................... 5

2.1. SALT SPRAY TEST ..................................................................................... 5

2.1.1. Pengertian Korosi ................................................................................ 5

2.1.2. Prinsip Korosi ..................................................................................... 5

2.1.3. Faktor Lingkungan yang Mempengaruhi Laju Korosi ....................... 7

2.1.4. Perhitungan Laju Korosi ..................................................................... 8

2.2. TERMOKOPEL ............................................................................................. 8

2.2.1. Pengertian Termokopel ....................................................................... 8

2.2.2. Prinsip Operasi Termokopel ............................................................... 9

2.2.3. Pengukuran Termokopel ................................................................... 10

2.2.4. Termokopel Type K .......................................................................... 12

2.3. ELECTRICAL HEATING ELEMENT ....................................................... 14

2.3.1. Pengertian Electrical Heating Element ............................................. 14

2.3.2. Tubular Heater .................................................................................. 14

2.4. PID CONTROL SYSTEM .......................................................................... 15

ix

2.4.1. Open Loop Control System ............................................................... 15

2.4.2. Closed Loop Control System ............................................................ 16

2.4.3. PID Controller .................................................................................. 16

2.4.4. Cara Setting (tuning) Manual Parameter PID Controller ................. 17

2.4.5. Metoda Ziegler-Nichols .................................................................... 18

BAB III PERANCANGAN ALAT........................................................................... 22

3.1. ALAT & BAHAN ....................................................................................... 22

3.2. SPESIFIKASI ALAT .................................................................................. 22

3.3. PERANCANGAN SISTEM ........................................................................ 22

3.4. FUNGSI ALAT ........................................................................................... 23

3.4.1. Termokopel ( Type K ) ..................................................................... 23

3.4.2. Temperature Control ( TK4S ) ......................................................... 23

3.4.3. Analog Solid State Relay ( SRPH1-A220 ) ...................................... 23

3.4.4. Heater ................................................................................................ 24

3.5. PRINSIP KERJA SISTEM .......................................................................... 24

3.6. SCHEMATIC RANGKAIAN PANEL ....................................................... 25

BAB IV PERAKITAN dan PENGUJIAN ALAT .................................................... 27

4.1. PEMILIHAN KOMPONEN ........................................................................ 27

4.1.1. Temperature Control......................................................................... 27

4.1.2. Analog Solid State Relay .................................................................. 28

4.1.3. Heater (Pemanas) .............................................................................. 29

4.1.4. Timer ................................................................................................. 29

4.1.5. MCB (Miniatur Circuit Breaker) ...................................................... 29

4.1.6. Selector Switch atau Saklar ............................................................... 30

4.2. DAFTAR MATERIAL ................................................................................ 30

4.3. PERAKITAN ALAT KONTROL TEMPERATUR ................................... 30

4.4. PENGUJIAN KONTROL TEMPERATUR ................................................ 31

BAB V KESIMPULAN dan SARAN ...................................................................... 35

5.1. KESIMPULAN ............................................................................................ 35

5.2. SARAN ........................................................................................................ 35

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 36

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar II- 1 Titik sambungan termokopel ........................................................... 9

Gambar II- 2 Efek Seebeck .................................................................................. 10

Gambar II- 3 Pengukuran Equivalent Termokopel .............................................. 11

Gambar II- 4 External Reference Junction .......................................................... 12

Gambar II- 5 Sistem Pengendali Loop Terbuka .................................................. 15

Gambar II- 6 Sistem Pengendali Loop Tertutup .................................................. 16

Gambar II- 7 Standard parallel PID Controller.................................................... 17

Gambar II- 8 Sistem diberi input Step[5] ............................................................ 18

Gambar II- 9 Kurva Respons berbentuk S[5] ...................................................... 19

Gambar II- 10 Sistem closed loop dengan alat kontrol proporsional[5] ................ 20

Gambar II- 11 Kurva Respon Sustain Oscillation[5] ............................................. 20

Gambar III- 1 Blok Diagram System .................................................................... 23

Gambar III- 2 Flowchart System Kontrol Pid (Air Saturation Tower & Salt Spray

Chamber ......................................................................................... 24

Gambar III- 3 Blok Diagram Rangkaian ............................................................... 25

Gambar III- 4 Electrical Drawing ......................................................................... 26

Gambar IV- 1 Temperature Control Autonics TK4S ............................................ 28

Gambar IV- 2 Analog Solid State Relay ............................................................... 28

Gambar IV- 3 Analog Timer AT8N ...................................................................... 29

Gambar IV- 4 Panel Kontrol Temperatur .............................................................. 31

Gambar IV- 5 Analisa Respon System pada Saturation Tower dengan Setpoint 47

℃36T ................................................................................................... 32

xi

Gambar IV- 6 Hasil Pengujian setelah System Steady State pada Saturation

Tower ............................................................................................. 33

Gambar IV- 7 Hasil Pengujian setelah System Steady State pada Salt Spray

Chamber ......................................................................................... 34

DAFTAR TABEL

Tabel II- 1 Spesifikasi Dasar dari Termokopel[9] .............................................. 13

Tabel II- 2 Parameter PID[11] ............................................................................ 18

Tabel II- 3 Parameter PID untuk ZN tipe 1[5] .................................................... 19

Tabel II- 4 Parameter PID untuk ZN tipe 2[5] ................................................... 21

Tabel III- 1 Alat & Bahan .................................................................................... 22

Tabel IV- 1 Bill of Material .................................................................................. 30

Tabel IV- 2 Hasil Tuning PID .............................................................................. 31

DAFTAR NOTASI dan SIMBOL

SIMBOL SATUAN

W : Berat (mg)

ρ : Densitas �gcm3� �

A : Luas Permukaan (in2)

T : Waktu (hour)

ΔeAB :

Tegangan e.m.f. yang terbaca (Volt)

α : Koefisien Seebeck / koefisien Thomson (𝜇V/℃)

ΔT : Gradient temperature (°C)

P : Koefisien Peltier untuk konduktor (W/A)

xii

φ : Aliran panas pada konduktor (W)

I : Arus (Ampere)

𝑢(𝑡) : Output dari kendali PID

Kp : Konstanta proporsional

Ki : Kp/Ti

Ti : Konstanta integral

Kd : Kp.Td

Td : Konstanta derivatif

e : Error

ESS : Error steady state

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Korosi mengakibatkan kerugian baik dari segi ekonomis maupun segi

struktural[1]. Terciptanya suatu peralatan yang dapat digunakan untuk mengetahui

laju korosi. Salah satu tipe pengujian laju korosi yang dilakukan di laboratorium

adalah salt water spray test dengan peralatan yang dikenal dengan salt spray

chamber.

Salt spray chamber terdiri dari beberapa komponen utama yaitu spray

chamber, atomizer, temperature controller, tangki larutan garam, a compressed air

feeder dan air saturation tower[2]. Dalam perancangan mesin salt spray chamber ini

salah satu parameter penting yang harus diperhatikan adalah temperatur. Temperatur

pada air saturation tower dijaga pada 46 °C~49 °C[2], sedangkan temperatur pada

spray chamber harus dijaga pada 35 °C ±2 °C[2]. Sistem kendali otomatis banyak

digunakan untuk mengontrol temperatur agar stabil dan tetap terjaga dengan baik.

Stabil artinya perubahan temperatur yang terjadi masih di dalam range setpoint yang

telah ditetapkan. Walaupun masih ada kemungkinan terjadi lonjakan pada keluaran

sistem yang menyebabkan temperatur menjadi lebih panas, sehingga diperlukan

penambahan aksi kontrol pada sistem.

Dalam perancangan ini untuk mengontrol temperatur agar tetap stabil

mengunakan pengontrolan PID (Proportional Integral Derivatif). Kendali PID

merupakan gabungan dari ketiga macam metode kendali, yaitu pengendali

proporsional (Proportional Controller), pengendali integral (Integral Controller),

dan pengendali turunan (Derivative Controller)[4]. Pengaruh kontrol proporsional (K

p) pada sistem adalah meningkatkan keluaran sistem dan menurunkan sistem kontrol

penguat, penguat merupakan kuantitas yang disesuaikan untuk dapat memberikan

respon yang diinginkan. Kontrol integral (Ki) digunakan menghilangkan lonjakan,

2

kontrol derivatif (Kd) digunakan untuk mengurangi lonjakan. Kombinasi kontrol PID

digunakan untuk menaikkan tingkat koreksi saat lonjakan meningkat dan

memberikan respon yang cepat saat dibutuhkan[5]. Teknik kendali PID ini

menggunakan PID temperature controller sebagai pusat pengolah dan pengendali

data-data masukan dan keluaran.

Sesuai dengan uraian pada latar belakang yang telah dikemukakan di atas

maka judul penelitian yang penulis pilih adalah “Rancang Bangun dan Rekayasa

Kontrol Temperatur pada Alat Uji Salt Spray Chamber”

1.2. PERUMUSAN MASALAH

Masalah yang akan dibahas pada penelitian ini adalah:

- Merancang kontrol temperatur untuk alat uji salt spray chamber yang baik

dan sesuai standar ASTM B117-09.

- Menerapkan teknik pengendalian temperatur menggunakan metode PID

controller pada alat uji salt spray chamber.

- Menentukan parameter-parameter kendali PID secara efektif.

- Merancang aktuator pemanas yang efektif sebagai output pengendalian

temperature pada alat uji salt spray chamber.

1.3. PEMBATASAN MASALAH

Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas, maka penulis membatasi

pembahasan masalah sebagai berikut:

- Perancangan sistem kendali temperatur pada saturation tower dan salt spray

chamber sesuai standar ASTM B117-09.

- Kontrol yang digunakan adalah kontrol PID (Proportional Integral

Derivative).

- Temperatur pada saturation tower diatur pada range kestabilan 47 °C ±2 °C.

dan pada salt spray chamber diatur pada range kestabilan 35 °C ±2 °C.

- Sensor temperatur yang digunakan adalah termokopel tipe K.

3

- Proses pemanasan dilakukan oleh heater dengan kapasitas total daya 1000

Watt.

- Matematik model plan diabaikan.

1.4. TUJUAN PERANCANGAN

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:

- Menghasilkan perancangan kontrol temperatur untuk alat uji korosi salt spray

chamber yang baik dan sesuai standard ASTM B117-09.

- Dapat mengimplementasikan kendali PID ke dalam kontrol temperatur untuk

alat uji korosi salt spray chamber.

1.5. MANFAAT PENELITIAN

Penelitian ini diharapkan dapat:

- Terciptanya alat uji salt spray chamber dengan kontrol temperatur metode

PID controller.

- Mengetahui bagaimana laju korosi yang terjadi pada suatu material logam

dengan menggunakan alat tersebut.

- Dan untuk sistem pengendali temperatur pada alat uji salt spray chamber ini

diharapkan dapat berguna dan terus dikembangkan oleh pihak president

university pada khususnya untuk menunjang kemajuan ilmu dan teknologi.

1.6. SISTEMATIKA PENELITIAN

Sistematika penyusunan di tugas akhir ini sangat dibutuhkan sehngga dapat

mempermudah dalam pembahasan. Secara umum sistematika penulisan di tugas

akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN:

Bab ini berisi uraian mengenai: latar belakang, rumusan masalah, batasan

masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, sistematika penulisan.

4

BAB II LANDASAN TEORI:

Bab ini berisi uraian mengenai: latar belakang teori yang di jadikan

permasalahan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

BAB III PERANCANGAN ALAT:

Bab ini berisi uraian mengenai: tentang perancangan alat dari sistem

pengendalian temperatur pada alat uji salt spray chamber.

BAB IV PERAKITAN dan PENGUJIAN ALAT:

Bagian bab ini menjelaskan tentang perakitan dan pengujian alat yang

digunakan dalam tugas akhir ini dan menjelaskan hasil pengukuran dari mulai input

dan output yang dihasilkan dari alat yang dirancang.

BAB V KESIMPULAN dan SARAN:

Bab ini berisi uraian mengenai: kesimpulan dari tugas akhir ini dan

memberikan saran dari alat yang dibuat.

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. SALT SPRAY TEST

Salt spray test merupakan alat yang digunakan untuk menguji ketahanan

korosi suatu logam menggunakan semprot kabut garam pada temperatur tertentu

untuk mempercepat proses terjadinya korosi[1].

Metode pengujian dengan kondisi pada temperatur 35 °C ± 2 °C dimana pada

luasan 80 𝑐𝑚2 rata-rata pengumpulan kabut garam sekitar 1,5 ml/h ± 0,5 ml/h dan

konsentrasi air garam 50 g/l ± 5 g/l dengan kondisi pH diantara 6,5 sampai 7,2 .

Untuk ukuran spesimen pada metode pengetesan ini yaitu dengan tebal 0,8 mm ±

0.2 mm dan panjang dan lebar yaitu 50 mm x 80 mm[2].

2.1.1. Pengertian Korosi

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi dengan

lingkungan yang korosif. Atau dengan kata lain korosi merupakan serangan yang

merusak logam, karena logam bereaksi secara kimia dengan lingkungan sehingga

menyebabkan menurunnya sifat material. Korosi dapat berlangsung sangat cepat atau

lambat. Korosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang bersifat alamiah dan

berlangsung dengan sendirinya, sehingga korosi tidak dapat dicegah atau dihentikan

tetapi hanya dapat diperlambat lajunya sehingga memperlambat proses

perusakannya[1].

2.1.2. Prinsip Korosi

Proses korosi yang terjadi pada logam sebagian besar merupakan sebuah

proses reaksi elektrokimia, yang melibatkan transfer elektron dari satu jenis material

ke material yang lain. Berikut ini merupakan contoh dari reaksi tersebut[1]:

6

1. Reaksi anodik pada proses korosi

• Korosi logam: 𝑀 → 𝑀+𝑛 + 𝑛𝑒− (2.1)

• Oksidasi ion ferrous: 𝐹𝑒2+ → 𝐹𝑒3+ + 𝑒− (2.2)

• Evolusi Oksigen: 2𝐻2𝑂 → 𝑂2 + 4𝐻 + 4𝑒− (2.3)

2. Reaksi katodik pada proses korosi

• Evolusi hidrogen: 2𝐻+ + 2𝑒 → 𝐻2 (2.4)

• Reduksi oksigen (asam): 𝑂2 + 4𝐻+ + 4𝑒 → 2𝐻2𝑂 (2.5)

• Reduksi oksigen (netral/basa): 𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 4𝑒 → 4𝑂𝐻− (2.6)

• Reduksi ion logam: 𝑀+3 + 𝑒 → 𝑀+𝑛 + 𝑛𝑒− (2.7)

• Deposisi logam: 𝑀+ + 𝑒 → 𝑀 (2.8)

Sedangkan proses korosi yang terjadi pada baja (Fe) sebagai berikut:

a. Reaksi anodik pada baja adalah reaksi oksidasi atau penguraian baja

menjadi ion. Berdasarkan pada persamaan (2.1), reaksi anodik pada baja

dapat ditulis sebagai berikut:

𝐹𝑒 → 𝐹𝑒2 + 2𝑒 (2.9)

b. Reaksi katodik yang terjadi adalah:

𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 4𝑒 → 4𝑂𝐻2− (2.10)

c. Kemudian dari persamaan (2.9) dan persamaan (2.10) didapat:

2𝐹𝑒 + 2𝐻2𝑂 + 𝑂2 → 2𝐹𝑒2+ + 4𝑂𝐻− → 2𝐹𝑒(𝑂𝐻)2 ↓ (2.11)

d. Selanjutnya ferrous hydroxide (Fe(OH)2) yang terjadi akan bereaksi

(teroksidasi) secara alami oleh air dan udara membentuk ferric hydroxide

kemudian menjadi hydrated ferric oxide sebagai berikut:

2𝐹𝑒(𝑂𝐻)2 + 𝐻2𝑂 + 12𝑂2 → 2𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 (2.12)

2𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 → 𝐹𝑒2𝑂3𝐻2𝑂 (2.13)

7

2.1.3. Faktor Lingkungan yang Mempengaruhi Laju Korosi

Beberapa faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi proses korosi antara

lain, yaitu[1]:

1. Konsentrasi oksigen

Adanya oksigen di dalam udara mempengaruhi laju korosi.

Bertambah cepatnya laju korosi seiring dengan bertambahnya konsentrasi

oksigen yang ditambahkan.

2. Kecepatan Udara

Pengaruh kecepatan udara dalam laju korosi adalah seperti pengaruh

penambahan oksigen terhadap laju korosi. Ketika kecepatan meningkat maka

laju dari korosi juga meningkat.

3. Temperatur

Peningkatan temperatur dapat meningkatkan laju reaksi kimia.

Sehingga semakin tinggi temperatur maka semakin cepat laju korosi. Hal ini

disebabkan dengan meningkatnya temperatur maka energi kinetik partikel

akan meningkat pula, sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan efektif

pada reaksi kimia semakin besar. Dengan demikian laju korosi pada logam

semakin meningkat. Sebagai contoh adalah knalpot kendaraan bermotor yang

mudah korosi akibat temperatur tinggi.

4. Konsentrasi korosif

Kebanyakan material menunjukkan bahwa efek konsentrasi korosif

tidak terlalu berdampak pada laju korosi, kecuali timah. Pada konsentrasi

yang rendah timah membentuk lapisan pelindung, namun pada konsentrasi

yang tinggi lapisan pelindung tersebut larut sehingga laju korosi bertambah

seiring dengan pertambahan konsentrasi korosif.

8

5. Pengaruh Pasangan Galvanik

Sebagian besar pemanfaatan material, kontak antara material-material

yang berbeda adalah sesuatu yang sulit untuk dihindarkan. Di dalam proses

aliran fluida dan pemipaan, perbedaan material dan paduan sering terjadi

kontak antara material tersebut. Misal potongan seng dicelupkan ke dalam

larutan asam klorida dan disambungkan dengan logam mulia seperti

platinum. Karena platinum tidak dapat bereaksi dalam medium tersebut,

maka akan menyebabkan terjadinya evolusi hidrogen dipermukaan platinum

tersebut. Akibat dari pasangan galvanik hamper mirip dengan penambahan

oksidator pada larutan korosif.

2.1.4. Perhitungan Laju Korosi

Laju korosi dapat dihitung dengan metode kehilangan berat atau weight gain

loss (WGL) dan korosi tersebut harus terjadi secara merata pada sebuah material

logam. Pengujian ini sesuai dengan standar ASTM G 31-72. Laju korosi dinyatakan

dalam mpy (milli inch per year). Dengan menimbang massa logam yang telah

dibersihkan dari oksida dan massa tersebut dinyatakan sebagai massa awal kemudian

dilakukan pengujian dengan semprot kabut garam. Setelah itu dilakukan

penimbangan massa kembali dari suatu logam setelah dibersihkan logam tersebut

dari hasil korosi yang terbentuk dan massa tersebut dinyatakan sebagai massa akhir.

Persamaan laju korosi dapat dituliskan dengan persamaan berikut[1]:

𝑚𝑝𝑦 = 534𝑊/𝜌𝐴𝑇 (2.14)

2.2. TERMOKOPEL

2.2.1. Pengertian Termokopel

Termokopel adalah sensor temperatur yang banyak digunakan yang berfungsi

untuk mengubah perbedaan panas dalam benda yang diukur temperaturnya menjadi

perubahan potensial atau tegangan listrik . Dalam dunia industri penggunaan

termokopel dimanfaatkan untuk melakukan pengukuran temperatur. Hal ini

9

dikarenakan jangkauan pengukuran yang lebar, yaitu berkisar antara – 270 ℃ sampai

2000 ℃ dengan sensitifitas yang sangat tinggi. Termokopel dapat mengubah

perbedaan temperatur menjadi potensial atau tegangan listrik yang besar beda

potensial didapatkan adalah sekitar 1-70 𝜇V/℃, bergantung dari jenis

termokopelnya.

2.2.2. Prinsip Operasi Termokopel

a. Efek Seebeck

Pada tahun 1821, Thomas Johan Seebeck menyatakan bahwa suatu arus yang

sangat kecil akan mengalir melalui sebuah rangkaian konduktor yang memiliki

perbedaan temperatur. Hal ini disebut sebagai efek termoelektrik . Output tegangan

atau e.m.f. (Electromotive Force) akan muncul akibat adanya perbedaan temperatur

antara ujung-ujung dua material yang berbeda, seperti pada gambar berikut[7]:

Gambar II- 1 Titik sambungan termokopel

Pada titik (1) temperaturnya akan lebih panas dari pada temperatur titik (2).

Dengan menggunakan efek Seebeck ini, energi panas dapat dikonversi menjadi

energi listrik. Pada umumnya, tegangan yang terbentuk biasanya dalam orde

mikrovolt setiap perubahan derajat Celsius.Untuk perubahan temperature yang kecil,

tegangan Seebeck berubah linear terhadap temperatur[7]:

∆𝑒AB = 𝛼∆T (2.15)

10

Gambar II- 2 Efek Seebeck

b. Efek Peltier

Pada tahun 1834, seorang ilmuwan bernama Peltier menemukan sebuah efek

yang berlawanan dengan efek Seebeck, yang disebut dengan efek Peltier. Efek

Peltier menerangkan bahwa akan muncul perbedaan temperatur yang diakibatkan

adanya tegangan. Hal ini akan muncul saat arus dilewatkan melalui dua logam atau

semikonduktor yang berbeda (tipe-N dan tipe-P) yang dihubungkan di kedua

ujungnya pada sebuah junction (Peltier junctions). Arus menyebabkan terjadinya

perpindahan panas dari satu junction ke junction lainnya. Salah satu junction akan

dingin sedangkan junction yang lain akan naik temperaturnya. Biasanya efek ini

sering digunakan untuk termoelektric cooling. Aliran panas pada konduktor

adalah[7]:

φ = PI (2.16)

c. Efek Thomson

Menyebutkan bahwa kandungan panas pada suatu konduktor akan berubah

searah dengan gradien temperatur pada saat dialiri arus. Aliran panas sebanding

dengan arus I dan gradien temperatur ΔT, dirumuskan[7]:

𝜑= σ . I . ΔT

(2.17)

2.2.3. Pengukuran Termokopel

Ada beberapa sifat dasar dari sebuah termokopel, antara lain adalah:

11

a. Jenis material yang digunakan pada termokopel berpengaruh terhadap nilai

e.m.f. dari termokopel.

b. e.m.f. tidak akan mengalami perubahan apabila kedua junction berada pada

suhu yang sama.

Dari sifat-sifat dasar di atas, pengukuran termokopel salah satunya

dipengaruhi oleh jenis material penyusunnya. Sehingga pada saat pengukuran e.m.f.

dengan menggunakan multimeter atau disambungkan dengan kabel, tidak secara

langsung multimeter atau kabel tersebut dapat disambungkan pada ujung-ujung

termokopel. Hal ini dikarenakan, multimeter tersebut dapat menjadi sebuah junction

(sambungan) baru yang bisa menimbulkan e.m.f. baru. E.m.f. ini nantinya akan

terukur juga, sehingga dapat terjadi kesalahan pengukuran nilai temperatur yang

sebenarnya[8].

Gambar II- 3 Pengukuran Equivalent Termokopel

Misalnya pada gambar di atas, pada saat melakukan pengukuran pada J1,

maka akan timbul junction baru, yaitu J2 dan J3. Dengan begitu nilai pada tegangan

yang keluar akan dipengaruhi oleh J2 dan J3 tersebut. Maka untuk menyelesaikan

permasalahan J2 dan J3 dapat dengan mengeliminasi sambungan J2 dan J3. Karena

pada J3 materialnya sudah sama yaitu Cu, maka dapat dianggap tidak ada pengaruh

atau J3 dianggap tidak ada. Sedangkan pada J2 karena materialnya masih berbeda,

12

yaitu Cu dan C, maka untuk mengetahui suhu pada J1 terlebih dahulu harus

mengetahui suhu pada J2[8].

Gambar II- 4 External Reference Junction

maka salah satu caranya yaitu dengan menaruh sambungan J2 dengan suhu 0

℃ dan menetapkan J2 sebagai reference junction, seperti pada gambar II-4. Karena

nilai pada J2 = 0 ℃, maka e.m.f. pada J2 = 0 V, sehingga nilai yang terukur pada

multimeter atau kabel adalah murni dari nilai dari J1[8].

Sehingga nilai e.m.f. nya menjadi :

𝑒.𝑚.𝑓. = 𝛼 (𝑇𝐽1 − 𝑇𝐽2)

= 𝛼 (𝑇𝐽1 − 0)

𝑒.𝑚.𝑓. = 𝛼𝑇𝐽1

(2.18)

(2.19)

2.2.4. Termokopel Type K

Secara komersial jenis termokopel ditetapkan oleh ISA (Instrument Society of

America). Jenis E, J, K dan T adalah base-metal thermocouples dan dapat digunakan

untuk mengukur temperatur hingga 1000°C (1832 °F). Jenis S, R dan B adalah noble-

13

metal thermocouples dan dapat digunakan untuk mengukur temperatur hingga

2000 °C (3632 °F).

Termokopel tipe-K, terdiri dari dua buah konduktor yang berbeda komposisi,

yaitu Kromel-Alumel. Termokopel ini merupakan termokopel yang biasa digunakan

dalam berbagai kegiatan industri. Selain harganya yang murah, termokopel ini juga

mempunyai jangkauan yang cukup tinggi. Termokopel tipe-K memiliki batas

temperatur antara -270 ℃ sampai +1350 ℃, dengan sensitivitas mendekati 40.6

𝜇V/℃.

Tabel II- 1 Spesifikasi Dasar dari Termokopel[9]

14

2.3. ELECTRICAL HEATING ELEMENT

2.3.1. Pengertian Electrical Heating Element

Electrical Heating Element (elemen pemanas listrik) banyak digunakan di

dalam rumah tangga ataupun peralatan dan mesin industri. Bentuk dan tipe dari

Electrical Heating Element ini banyak jenisnya disesuaikan dengan fungsi dan media

yang akan di panaskan.

Panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas listrik ini bersumber dari

kawat bertahanan listrik tinggi (Resistance Wire) yang dialiri arus listrik pada

kedua ujungnya dan dilapisi oleh isolator listrik sehingga aman jika digunakan.

2.3.2. Tubular Heater

Tubular Heater ini paling banyak bentuknya, namun bisa di golongkan

menurut pemakaiannya yaitu :

- Tubular heater standar, Berbentuk lurus, U form, W form multyform

ataupun over the side heater digunakan untuk memanaskan udara atau

cairan.

- Tubular Heater dengan water proof terminals. Dipasaran heater jenis ini

disebut juga deffrost heater, merupakan bentuk lanjut dari tubular heater

hanya pada kedua terminalnya disambung kabel dan ditutup dengan resin

khusus dimaksudkan agar tidak kemasukan cairan.

Heater jenis ini banyak digunakan pada mesin-mesin pendingin dan pintu-

pintu ruang pendingin agar tidak membeku sehingga mudah di buka.

- Immersion heater adalah pemanas yang digunakan untuk memanaskan

cairan, baik air ataupun bahan kimia. terdiri dari 1 atau lebih tubular heater

berbentuk u form yang dipasang pada flans ataupun nipple screw. ada

beberapa jenis flans yaitu flans bulat dan persegi empat.

15

2.4. PID CONTROL SYSTEM

Sistem pengendali merupakan suatu sistem yang berfungsi untuk

mengendalikan suatu sistem yang lain. Sistem pengendali digunakan agar kinerja

suatu sistem kendali menjadi lebih baik atau lebih mendekati sempurna. Secara

umum sistem pengendalian terbagi menjadi dua jenis yaitu Open Loop Control

System dan Closed Loop Control System.

Pada sistem pengendali dikenal beberapa istilah, antara lain SP, error, CV

atau MV, PV, dan Plant, yaitu[6]:

• SP (Setpoint) adalah harga atau nilai dari keadaan yang ingin dicapai pada

proses.

• Error adalah selisih antara Setpoint dan Process Variable.

• CV (Control Variable) atau MV (Manipulated Variable) adalah harga atau

nilai yang diatur agar proses menjadi stabil. Control Variable merupakan

output dari controller dan sebagai input dari actuator (contoh : SSR).

• PV (Process Variable) adalah sinyal hasil pemantauan terhadap proses atau

plant. Process Variable umumnya adalah hasil pembacaan dari suatu sensor

(contoh: thermocouple).

• Plant adalah objek yang akan dikendalikan (contoh: Salt Spray Chamber).

2.4.1. Open Loop Control System

Sistem kendali loop terbuka (open-loop control system) adalah sistem

kendali yang sinyal keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksi

pengendaliannya[5]. Dalam hal ini sinyal keluaran tidak diukur atau diumpanbalikan

untuk dibandingkan dengan sinyal masukannya.

Gambar II- 5 Sistem Pengendali Loop Terbuka[6]

16

2.4.2. Closed Loop Control System

Closed Loop Control System atau sistem pengendali loop tertutup, yaitu

sistem pengendalian dimana objek yang dikontrol di-feedback ke input

pengendali[5]. Input yang diberikan ke pengendali merupakan selisih antara besaran

(PV) dan besaran (SP). Nilai selisih ini sering disebut dengan error. Tujuan dari

pengendali ini adalah membuat nilai Process Variable (PV) sama dengan nilai

Setpoint (SP), atau nilai error = 0. Sinyal error akan diolah oleh pengendali agar

nilai (PV) sama dengan nilai (SP). Kinerja dari suatu pengendali ditentukan oleh

semakin cepatnya respon pengendali untuk mengubah CV terhadap perubahan sinyal

error, dan semakin memperkecil error yang terjadi.

Gambar II- 6 Sistem Pengendali Loop Tertutup[6]

2.4.3. PID Controller

PID Controller terdiri dari tiga macam pengendali yaitu pengendali

Proportional (P), pengendali Integral (I) dan pengendali Differensial (D). Masing-

masing pengendali ini saling dikombinasikan sehingga didapatkan bentuk atau

struktur dari PID, yaitu struktur paralel, seri, dan seri-pararel.

Adapun persamaan sistem kendali PID adalah[6]:

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖 �𝑒(𝑡)𝑑𝑡𝑡

0

+ 𝐾𝑑𝑑𝑒𝑑𝑡

(2.20)

17

Blok diagram sistem kendali PID ditunjukan pada gambar II-7[6]:

Gambar II- 7 Standard parallel PID Controller

Untuk merancang suatu PID Controller, biasanya dipergunakan metode trial

& error. Sehingga perancang harus mencoba kombinasi pengatur beserta

konstantanya untuk mendapatkan hasil terbaik yang paling sederhana.

2.4.4. Cara Setting (tuning) Manual Parameter PID Controller

Setting (tuning) parameter kontroller PID selalu didasari atas tinjauan

terhadap karakteristik yang diatur (Plant). Dengan demikian betapapun rumitnya

suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui terlebih dahulu sebelum

mentuning parameter PID itu dilakukan. Karena penyusunan model matematik plant

tidak mudah, maka dikembangkan suatu metode eksperimental[5]. Metode ini

didasarkan pada reaksi plant yang dikenai suatu perubahan. Dengan menggunakan

metode itu model matematik perilaku plant tidak diperlukan lagi, karena dengan

menggunakan data yang berupa kurva keluaran, proses tuning kontroler PID telah

dapat dilakukan. Proses tuning bertujuan untuk mendapatkan kinerja sistem sesuai

spesifikasi perancangan.

18

Kontroler PID dapat di-tuning dalam beberapa cara, antara lain Ziegler-

Nichols tuning, loop tuning, metode analitis, optimisasi, pole placement, auto tuning,

dan hand tuning .

Cara men-tuning parameter-parameter PID bisa dilakukan dengan melihat

tabel parameter PID. Dengan menganalisa respon yang dihasilkan, nilai-nilai Kp, Ki,

dan Kd bisa diubah-ubah sesuai dengan tabel. Tabel parameter PID ditunjukan pada

tabel II-2.

Tabel II- 2 Parameter PID[11]

2.4.5. Metoda Ziegler-Nichols

Metoda ziegler-Nichols memilki 2 tipe, yaitu tipe 1 (open loop) dan tipe 2

(closed loop).

a. Ziegler-Nichols tipe 1 (open loop)

Dalam metoda ini, digunakan sistem open loop. Sistem diberi input step

sehingga respon open loop terbentuk.

Gambar II- 8 Sistem diberi input Step[5]

Kalau plant minimal tidak mengandung unsur integrator ataupun pole-pole

kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S. Gambar II.3 menunjukkan kurva

19

berbentuk S tersebut. Kelemahan metoda ini terletak pada ketidakmampuannya

untuk plant integrator maupun plant yang memiliki pole kompleks.

Gambar II- 9 Kurva Respons berbentuk S[5]

Kurva berbentuk-s mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L

dan waktu tunda T. Setelah parameter L dan T didapatkan, nilai-nilai Kp, Ti, dan Td

bisa dicari dengan menggunakan rumus-rumus parameter PID untuk metoda ZN tipe

1. Tabel II-3 menunjukan tabel parameter PID untuk ZN tipe 1.

Tabel II- 3 Parameter PID untuk ZN tipe 1[5]

Tipe Kontroler Kp Ti Td

P T/L ~ 0

PI 0,9 T/L L/0.3 0

PID 1,2 T/L 2L 0,5L

b. Ziegler-Nichols tipe 2 (Closed loop)

Dalam metoda ZN tipe 2, digunakan sistem closed loop. Namun yang

digunakan hanya Kp saja. Parameter parameter integrator disetel tak berhingga dan

parameter diferensial disetel nol (Ti = ~ ;Td = 0). Parameter proporsional (Kp)

kemudian dinaikkan bertahap. Mulai dari nol sampai mencapai harga yang

20

mengakibatkan reaksi sistem berosilasi. Reaksi sistem harus berosilasi dengan

magnitud tetap (Sustain oscillation).

Gambar II- 10 Sistem closed loop dengan alat kontrol proporsional[5]

Nilai penguatan proportional pada saat sistem mencapai kondisi sustain

oscillation disebut critical gain Kcr. Periode dari sustained oscillation disebut

critical period Pcr [6].

Gambar II- 11 Kurva Respon Sustain Oscillation[5]

Setelah parameter Pcr dan Kcr didapatkan, nilai-nilai Kp, Ti, dan Td bisa

dihitung dengan menggunakan rumus-rumus parameter PID untuk ZN tipe 2. Tabel

II-4 menunjukan tabel parameter PID untuk ZN tipe 2.

21

Tabel II- 4 Parameter PID untuk ZN tipe 2[5]

22

BAB III

PERANCANGAN ALAT

3.1. ALAT & BAHAN

Alat dan bahan yang digunakan pada tugas akhir ini yaitu yaitu berupa

hardware dan software. Table III-1 merupakan alat dan bahan yang digunakan.

Tabel III- 1 Alat & Bahan

Hardware Software

Digital Temperature Controller TK4S DAQ Master Software

Analog Solid State Relay SRPH1-A220 SCM-US Driver

Termokopel type K

Heater

Analog Timer AT8N

MCB 6A

Kabel Serial Converter SCM-US

3.2. SPESIFIKASI ALAT

Alat pengendali temperatur pada Salt Spray Chamber ini, dirancang untuk

bisa bekerja secara kontinyu untuk mengendalikan temperatur pada Saturation

Tower pada 47 °C (Akurasi ± 2 °C) dan pada ruang chamber pada 35 °C (Akurasi ±

2 °C).

3.3. PERANCANGAN SISTEM

Perancangan sistem meliputi pembacaan besaran fisika berupa temperatur

dari plant (Saturation Tower & Spray Chamber) dengan menggunakan termokopel,

23

termokopel akan mengubah besaran fisika suhu menjadi besaran elektrik berupa

tegangan (Voltase) yang akan diterima oleh temperature control. Temperature

control akan mengendalikan arus yang keluar (4~20 mA), selanjutnya arus akan

dirubah oleh Analog Solid State Relay sampai dengan 20 A sehingga bisa digunakan

untuk memanaskan plant hingga temperatur yang diharapkan tercapai. Semua proses

yang melalui temperature control dapat diamati melalui PC menggunakan

komunikasi serial. Diagram dari sistem kendali temperatur yang dirancang dapat

digambarkan seperti pada Gambar III-1

Input + - TK4S Heater Plant

Termokopel

OutputSRPH1-A220

Gambar III- 1 Blok Diagram System

3.4. FUNGSI ALAT

3.4.1. Termokopel ( Type K )

Termokopel sebagai saluran masukan yang berfungsi sebagai penangkap

besaran temperatur yang akan diteruskan ke temperature control. Besaran fisik

lingkungan yang telah diukur oleh termokopel akan langsung diubah menjadi sinyal

elektrik sebelum dikirim ke temperature control.

3.4.2. Temperature Control ( TK4S )

Komponen ini berfungsi untuk menerima sinyal data yang dikirimkan oleh

sensor. Setelah sinyal diterima maka temperature control akan mengolah data. Data

yang telah diolah akan diubah menjadi arus listrik (4~20 mA) yang akan diteruskan

ke analog solid state relay.

3.4.3. Analog Solid State Relay ( SRPH1-A220 )

Komponen ini berfungsi mengatur arus yang akan digunakan untuk heater

sesuai sinyal input yang diterima dari temperature control. Hal ini menyebabkan

24

panas heater akan berkurang jika sudah diatas setpoint dan akan bertambah jika

berada di bawah setpoint.

3.4.4. Heater

Heater berfungsi sebagai actuator untuk meningkatkan temperatur dalam

plant apabila temperatur lebih rendah dari batas bawah setpoint.

3.5. PRINSIP KERJA SISTEM

Flowchart di bawah ini menjelaskan sistem kendali temperatur pada

saturation tower dan pada salt spray chamber.

START

Input Kp;Ti;TD

Fungsi PID

Output Arus I

Heater

Termokopel

Temperatur seusai

END

YA

TIDAK

Gambar III- 2 Flowchart Sistem Kontrol Pid (Air Saturation Tower & Salt Spray Chamber)

Penjelasan dari flowchart di atas adalah sistem dimulai dengan memasukkan

parameter PID berupa Kp;Ti dan TD yang bisa diketahui melalui proses tuning saat

trial awal sistem. Kemudian sesuai fungsi PID temperature control mengolah

25

tegangan input dari sensor termokopel untuk dirubah menjadi arus listrik DC dengan

besaran 4~20 mA. Yang kemudian akan dirubah oleh analog solid state relay

menjadi arus AC sehingga bisa untuk memanaskan heater. Apabila temperatur pada

plant tidak sesuai dengan setpoint pada temperature control maka arus yang masuk

pada heater akan selalu berubah sesuai fungsi PID yang ada di temperature control.

Siklus akan berulang terus-menerus sampai dengan temperatur pada plant stabil.

3.6. SCHEMATIC RANGKAIAN PANEL

Dari flowchart sistem kendali di atas selanjutnya dituangkan ke dalam

rangkaian kelistrikan, yang terlebih dahulu dibuat menjadi blok-blok diagram sesuai

gambar III-3.

Saklar 1

MCB 1MCB 2

Kompresor Saklar 2 Saklar 3

Temperature Control 1

Analog SSR 1

Heater 1

Termokopel 1 Temperature Control 1

Analog SSR 2

Heater 2

Termokopel 2

Timer

SATURATION TOWER

SALT CHAMBER

Power Supply 220 VAC

Gambar III- 3 Blok Diagram Rangkaian

Keterangan dari blok diagram rangkaian di atas adalah:

Power supply untuk rangkaian adalah 220 VAC .

26

Timer akan mengatur waktu bekerjanya sistem .

Ada dua MCB sebagai saklar utama dan 2 selector switch.

Tegangan yang diterima oleh heater diatur oleh temperature control.

Penjabaran dari blok diagram di atas diuraikan lebih jelasnya dengan

electrical drawing sesuai gambar III-4.

AC

123456

789

101112

131415161718

TK4S

SRPH1-A220

TIMER

81

72

4 5

3 6

123456

789

101112

131415161718

TK4S

SRPH1-A220

HEATER

TC

MCB

TC

HEATER

Gambar III- 4 Electrical Drawing

27

BAB IV

PERAKITAN dan PENGUJIAN ALAT

4.1. PEMILIHAN KOMPONEN

Pemilihan komponen untuk sistem kendali temperatur berdasarkan

pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut : fungsi komponen, kebutuhan daya,

harga, ketersediaan barang, service after market, dan lain sebagainya. Berikut

komponen utama untuk sistem kendali temperatur.

4.1.1. Temperature Control

Temperature control yang dipilih adalah Autonics TK4S-14CN, dengan

pertimbangan sudah menggunakan control PID, ada dua display yaitu SV (set value)

dan PV (process value) sehingga memudahkan pembacaan, harga masih terjangkau

dan ada technical support yang siap jika terjadi kendala terhadap komponen ketika

dipakai.

Pembacaan TK4S-14CN yaitu :

o TK : Temperature control

o 4 : Digit angka (4 digit)

o N : Dimensi DIN W48xH24 mm

o 1 : Output kontrol hanya 1

o 4 : Power supply 100~240 VAC 50/60 Hz

o C : Current Output, berupa Arus (I)

o N : Standart type

28

Gambar IV- 1 Temperature Control Autonics TK4S

4.1.2. Analog Solid State Relay

Relay yang dipakai adalah SRPH1-A220 merupakan komponen yang

berfungsi mengatur arus yang akan digunakan untuk pemanasan plant. Jika sinyal

arus yang diterima lemah, komponen ini juga akan mengeluarkan arus yang rendah

juga, sehingga panas yang dikeluarkan oleh heater akan berkurang. Tidak seperti

relay biasa yang hanya berfungsi On Off, SRPH1-A220 ini mampu mengontrol arus

dengan fungsi PID.

Gambar IV- 2 Analog Solid State Relay

29

4.1.3. Heater (Pemanas)

Untuk sistem ini heater yang dipilih dengan daya 500 W untuk saturation

tower dan 500 W untuk salt spray chamber.dengan tegangan 220 VAC 1

phasa.Dengan media air, jenis heaternya adalah Tubular Heater U type.

4.1.4. Timer

Pemilihan timer berdasarkan kebutuhan pengujian alat salt spray chamber.

Timer yang dipilih adalah AT8N (analog timer) dengan maksimal kemampuan 100

jam.

Gambar IV- 3 Analog Timer AT8N

4.1.5. MCB (Miniatur Circuit Breaker)

MCB yang dipilih adalah 6 A, dengan pertimbangan, konsumsi daya :

Heater 2 pcs : 1000 W

Dimana P = VxI

1000 W=220 VxI

I=1000 W : 220 V

I=4,54 A

Dengan pertimbangan di atas maka MCB yang digunakan adalah MCB 6 A

30

4.1.6. Selector Switch atau Saklar

Pemilihan saklar berdasarkan fungsinya yaitu memutus dan menyambung

sistem. Maka dipilih 3 saklar yaitu :

- Saklar untuk sistem saturasion tower.

- Saklar untuk sistem salt spray chamber.

- Saklar untuk timer.

Saklar-saklar di atas dilengkapi dengan lampu indikator,yang berfungsi

memudahnya kita untuk mengechek berjalannya sistem .

4.2. DAFTAR MATERIAL

Merupakan daftar material yang dibutuhkan berikut spesifikasi dan quantity.

Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada tabel IV-1 di bawah ini.

Tabel IV- 1 Bill of Material

4.3. PERAKITAN ALAT KONTROL TEMPERATUR

Setelah semua komponen tersedia selanjutnya dilakukan perakitan

berdasarkan hasil perancangan yang telah dibuat sebelumnya. Komponen utama

yang dirangkai adalah temperature control, analog solid state relay, timer, saklar,

dan MCB. Panel kontrol temperatur bisa dilihat pada gambar IV-4.

No Model Deskripsi

1 TK4S-14CN Temperature Control 2 Pcs2 KCA Termokopel K type 2 Pcs3 U Type Tubular Heater SS304 2 Pcs4 AT8N Analog Timer 1 Pcs5 MCB 6A 2 Pcs6 Rell MCB 1 Pcs7 Saklar 4 Pcs8 Kabel NYAF 1.5 5 mtr9 Terminal Blok 1 Pcs

10 Skun 25 Pcs

QTY

31

Gambar IV- 4 Panel Kontrol Temperatur

4.4. PENGUJIAN KONTROL TEMPERATUR

Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan temperatur yang sesuai dengan

setpoint dengan menggunakan kontroller PID. Parameter komponen P,I, dan D

ditentukan dengan metode zieger-nichols tipe 2 dan selanjutnya menggunakan

metode hand tuning untuk memperbaiki kinerja sistem. Hasil tuning PID bisa dilihat

pada tabel IV-2.

Tabel IV- 2 Hasil Tuning PID

Fungsi Saturation Tower Salt Spray Chamber

Kp 2 1.1 Ti 274 391 Td 56 82

Respon sistem pada saturation tower beserta analisisnya bisa dilihat pada Gambar IV-2.

32

Gambar IV- 5 Analisa Respon Sistem pada Saturation Tower dengan

Setpoint 47 ℃

Gambar IV-5 adalah grafik respon kendali temperatur dengan referensi 47

℃ dengan kondisi awal 33.1 ℃, berikut adalah analisa dari respon sistem tersebut.

Dari gambar IV-5 terlihat bahwa respon sistem mempunyai karakteristik

sebagai berikut:

1) Waktu respon (Dead Time) atau waktu yang dibutuhkan oleh sistem untuk

memulai memberikan respon/tanggapan adalah 16 detik.

2) Waktu naik/Rise Time (Tr) atau waktu yang diperlukan tanggapan sistem

untuk naik dari 0 % sampai 100 % dari harga akhirnya (47 ℃) adalah 1458

detik.

33

3) Waktu tunda/Delay Time (Td) atau waktu yang sistem untuk mencapai

setengah dari nilai referensi yang telah ditetapkan (47 ℃) adalah 858 detik.

4) Waktu puncak /Peak Time (Tp) atau waktu yang diperlukan tanggapan

sistem untuk mencapai puncak lewatan yang pertama kali adalah 2058

detik.

5) Lewatan maksimum/maximum overshoot (Mp) atau harga puncak

maksimum dari kurva tanggapan sistem adalah 48.4 ℃ (+1.4 ℃).

6) Waktu penetapan/settling time (Ts) atau waktu yang diperlukan tanggapan

sistem untuk mencapai dan menetap dalam daerah disekitar harga akhir

(5% dari setpoint) adalah 3798 detik.

Hasil respon dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols dan hand tuning

masih terdapat overshoot, tetapi masih di dalam batas toleransi. Ini bisa diperbaiki

dengan metode hand tuning lagi untuk menentukan parameter Kp, Ti, dan Td.

Langkah awal proses tuning ini dilakukan dengan mengatur nilai Kp sehingga

didapatkan respon sistem mendekati setpoint.

Gambar IV- 6 Hasil Pengujian setelah System Steady State pada Saturation Tower

34

Hasil pengujian didapatkan temperatur yang terkontrol berkisar 46.7 ℃ ~

47.9 ℃ dan error steady state sesuai dengan respon pada sistem sebesar:

%ESS =(𝑇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦 − 𝑇𝑠𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡)

𝑇𝑠𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡× 100%

%ESS =(47.9 − 47)

47× 100%

%ESS = 1.915%

Gambar IV- 7 Hasil Pengujian setelah System Steady State pada Salt Spray Chamber

Hasil pengujian didapatkan temperatur yang terkontrol berkisar 34.8 ℃ ~

35.2 ℃ dan error steady state sesuai dengan respon pada sistem sebesar:

%ESS =(𝑇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑑𝑦 − 𝑇𝑠𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡)

𝑇𝑠𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡× 100%

%ESS =(35.2 − 35)

35× 100%

%ESS = 0.571%

35

BAB V

KESIMPULAN dan SARAN

5.1. KESIMPULAN

Hasil perancangan, pengujian dan pengamatan yang telah dilakukan pada

penelitian sistem pengendalian temperatur pada alat uji salt spray chamber, bisa

diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Berdasarkan data respon sistem yang diperoleh dari pengujian ,maka

parameter kontroler PID dapat ditentukan untuk saturation tower di dapat

nilai Kp=2.0 , Ti=274, Td=56 dengan error steady state 1.915%, temperatur

yang terkontrol adalah 46.7 ℃ ~ 47.9 ℃ dan untuk salt spray chamber di

dapat nilai Kp=1.1, Ti=391 dan Td=82 dengan error steady state 0.571%,

temperature yang terkontrol adalah 34.8 ℃ ~ 35.2 ℃.

2. Waktu penetapan/settling time (Ts) (5% dari set point) adalah 3798 detik dan

masih terjadi overshoot 2.98 % .

3. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa metode kontrol PID di atas

menghasilkan respon sesuai dengan yang diharapkan dan mampu

diaplikasikan pada sistem pengendalian temperatur dengan akurasi ± 1 ℃.

5.2. SARAN

Saran untuk pengembangan lebih lanjut:

1. Untuk menghilangkan atau mengurangi overshoot, perlu dilakukan hand

tuning ulang.

2. Perlu dilakukan penelitian lanjut untuk mempercepat setling time dan

menguji kemampuan sistem terhadap gangguan.

36

DAFTAR PUSTAKA

[1] Mars G. Fontana (1987), Corrosion Engineering, Third Edition, McGraw-Hill Book Company,ISBN 0-07-100360-6. 1 –277, 300 -444.

[2] ASTM Organization, Test Methode for salt spray test - Standard ASTM B117-09, Annual Book of ASTM Standard. United States, 2003.

[3] ISO 9227:2006, Corrosion test in artificial atmospheres-Salt spray tests Standard.

[4] Astrom, Karl Johan, and Murray, Richard M., Feedback Systems An Introduction for Scientists and Engineers, California, 2007.

[5] Ogata,Katsuhito (2010), Modern Control Engineering fifth edition, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ.

[6] Brian,L.A., and Brian,E.A. (1997), Programmable Controllers Theory and Implementation Second Edition, Industrial Text Company, Atlanta ,Georgia.

[7] Syahrial Nurul Huda, (2011), Rancang Bangun Sistem Pengendali Temperatur Furnace Dengan Menggunakan Sensor Termokopel Tipe-K Berbasis Mikrokontroler Atmega 16 . Penelitian Jurusan Teknik Elektro. Jakarta: Universitas Indonesia.

[8] Agilent Technologies (2000),”Practical Temperature Measurements”, Application Note 290.

[9] PERTAMINA, “Dasar Instrumentasi dan Proses Kontrol”, DASAR INST & PROSES KONTROL _BPST XVII, 2007.

[10] Zabib Bashori, Sumardi, and Iwan Setiawan: Pengendalian Temperature Pada Plant Sederhana Electric Furnace Berbasis Sensor Thermocouple Dengan Metode Kontrol Pid; Transient, Vol.2, No. 1, Maret 2013, ISSN: 2302-9927, 3.

[11] Affan Bachri: Pembelajaran Sistem Kontrol Dengan Aplikasi Matlab; Jurnal Teknika, Volume 2 No.2 Tahun 2010, ISSN : 2085 – 0859.

[12] Achmad Basuni. (30 Juli 2015). Pengenalan Metode Ziegler-Nichols pada Perancangan Kontroler pada PID.

[13]. Autonics User Manual.