MODUL IV

SISTEM KONTROL SUHU

Nama : Mulyanto

NIM : 10210070

E-mail : mulya_kelana@yahoo.com

Shift : X

Asisten : Ahmad Sidik (10209059)

Derina Adriani (10209043)

Tanggal Praktikum : 15 Maret 2012

Tangggal pengumpulan : 18 Maret 2012

Abstrak

System control suhu merupakan system yang berfungsi untuk menjaga control suhu pada alat instrumenstasi. Pada praktikum kali ini bertujuan untuk mengontrol suhu dalam plant sesuai dengan nilai suhu yang ditentukan. Praktikum kali ini juga bertujuan untuk memahami karakteristik dari LM35, menentukan hubungan tegangan keluran dengan perubahan suhu serta karakteristik system control on-off. Pengaruh dari histerisis pada alat serta menentukan rasio dari proses variabel dengan set point.

Kata Kunci : tapis aktif , frekuensi potong, LPF, HPF

1. Tujuan a. Menentukan karakteristik dari

LM35 b. Menentukan perbandingan dari

setpoint dengan set point yang di dapat pada percobaan

2. Teori Dasar

System control suhu merupakan system yang berfungsi mengontrol suhu dalam plant sesuai dengan nilai yang ditentukan. Sensor suhu akan mencatat nilai perubahan suhu setelah melewati nilai pengkondisian atau prosese variabel pada saat waktu tertentu. Perbandingan antara prose variabel dengan set point disebut nilia error. Nilai eror inilah yang akan menentukan menyala atau tidaknya kipas. Nilai error ini juga dipengaruhi oleh sisten control yang digunakan.

Ada banyak jenis system control suhu, masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan. System control yang banyak dikenal diantaranya system control on-off,

system proportional(P), system integral, system proportional integral dll. Pada praktikum kali ini hanya akan digunakan system konrtol on-off.

System control on-off merupakan system yang hanya mempunyai dua keadaan, on dan off.

Gambar 1. Element dasar control suhu udara

System suhu yang akan dikontrol dapat dimodelkan secara matematis. Panas yang masuk berasal dari kumparan pemanas dan panas yang dihasilkan oleh kipas. Secara matematis pertukaran kalor pada system dapat ditulis sebagai berikut.

Heat stored= het in – heat out

….(1)

…………(2)

Dimana;

Cp= panas jenis udara

P = rapat jenis udara

P= daya

V= volum dari alat pemanas

Q= laju aliran udara

Pada system control on-off digunakan bebereapa blok rangkain. Rangkain control on-off sendiri mempunyai kekurangan apabila terlalu sering terjadi mekanisme on-off system dapat rusak. Untuk itu dibuat differential gap. System control ini sering diguanakan pada skala besar karena harganya juga lebih murah.

Berikut adalah diagram blok system control on-off.

Gambar 2. Diagram blok rangkaian control on-off dengan histeresis

Gambar 3. Karakteristik pengontrol on-off

Gambar 4. Rangkaian lengkap pengontrol on-off

Dari gambar 2 dan 3 mengasilkan factor β yang menghasilkan tegangan referensi

= …………(3)

Serta deadband atau hysteresis dapat ditentkan dengan

±∆E=±βVsat………...(4)

Komponen blok rangkaian control on-off

Blok sensor : penerima sinyal sebagai besaran fisis sebelum diolah dalam bentuk besaran listrik

Blok penguat invert : sinyal yang masuk bernilai kecil sehingga tegangannya dapat dikuatkan dengan fasa terbalik

Blok invert : agar sinyal yang didapat setelah melewati blok ini sama dengan sinyal masukan

Blok pengurang : sinyal input masuk kaki positif pada rangkaian pengurang sehingga mengalami pengurangan 5-teganagan input.

Blok histeresis dan saklar: membandingkan nilai eror dengan set point sehingga jika suhu pada plant diatas set point yang ditentukan maka akan mengaktifkan kipas.

3. Data a. Karakteristik LM35

Tawal= 38 0C

Table 1. perubahan suhu dan tegangan terhadap waktu saat T dinaikan

Detik ke

Temperature (C)

Tegangan (V)

10 38.7 0.421 20 39 0.425 30 39.6 0.429 40 40 0.434 50 40.6 0.439 60 41 0.443 70 41.5 0.448 80 42 0.453 90 42.2 0.456

100 42.9 0.46 110 43 0.464 120 43.7 0.468 130 44 0.47 140 44.2 0.474 150 44.9 0.479 160 45 0.48 170 45.6 0.484 180 46 0.486 190 46.1 0.49 200 46.5 0.492 210 47 0.496 220 47 0.5 230 47.5 0.502 240 47.9 0.505 250 48 0.507 260 48.4 0.51 270 49 0.512 280 49.1 0.514 290 49.4 0.517 300 49.7 0.52 310 50 0.522 320 50.1 0.524 330 50.6 0.527 340 51 0.53 350 51 0.531 360 51.2 0.533 370 51 0.535 380 52 0.539 390 52 0.54 400 52.5 0.542

410 52.9 0.544 420 53 0.547 430 53.1 0.55 440 53.5 0.551 450 53.8 0.553 460 54 0.554 470 54 0.557 480 54.2 0.561 490 54.7 0.562 500 54.9 0.563 510 55 0.565 520 55.1 0.567 530 55.5 0.568 540 55.6 0.57 550 55.9 0.572 560 56 0.574 570 56.1 0.574 580 56.2 0.576 590 56.3 0.579 600 56.7 0.58 610 56.8 0.581 620 56.9 0.582 630 57 0.583 640 57.1 0.584 650 57.2 0.586 660 57.5 0.589 670 57.8 0.59 680 57.9 0.593 690 58 0.594 700 58.1 0.595 710 58.2 0.596 720 58.5 0.598 730 58.8 0.6 740 58.9 0.602 750 59 0.603 760 59 0.603 770 59.1 0.604 780 59.3 0.606 790 59.5 0.608 800 59.7 0.609 810 59.8 0.61 820 59.9 0.611 830 59.95 0.612 840 60 0.613 850 60 0.614 860 60.1 0.614 870 60.2 0.615 880 60.2 0.617

890 60.5 0.618 900 60.6 0.618

Table 2. perubahan suhu dan tegangan terhadap waktu saat T diturunkan

Detik ke

Temperature (C)

Tegangan (V)

10 57 0.588 20 56 0.479 30 54.8 0.562 40 53.5 0.445 50 53 0.437 60 52 0.425 70 51 0.425 80 50.1 0.42 90 49.7 0.417

100 49 0.409 110 48.2 0.404 120 47.8 0.399 130 47 0.394 140 46.5 0.392 150 46 0.394 160 45.6 0.392 170 45.2 0.392 180 45 0.39 190 44.8 0.391 200 44.2 0.39 210 44 0.388 220 43.8 0.385 230 43.3 0.384 240 43 0.381 250 42.5 0.382 260 42 0.38 270 42 0.379 280 41.9 0.378 290 41.5 0.376 300 41.4 0.377 310 41 0.376 320 41 0.375 330 40.8 0.374 340 40.5 0.375 350 40.3 0.373 360 40 0.37 370 39.9 0.367 380 39.5 0.367 390 39.4 0.37 400 39.3 0.368 410 39.2 0.368

420 39 0.364 430 39 0.367 440 38.9 0.365 450 38.9 0.366 460 38.8 0.364 470 38.5 0.362 480 38.3 0.359 490 38.1 0.361 500 38 0.361

b. Open loop Heater = ON Fan = ON

Table 3. perubahan suhu dan tegangan terhadap waktu dengan kipas menyala saat T dinaikan

Detik ke Temperature (C)

Tegangan (mV)

10 35 345.5 20 35.2 355.6 30 35.6 367 40 36 378 50 36.5 388 60 37 397 70 37.5 405 80 38 411 90 38.5 416

100 39 420 110 39.3 425 120 39.8 429 130 40 433 140 40.2 436 150 40.8 439 160 41 440 170 41.1 442 180 41.5 443 190 41.8 444 200 42 446 210 42 447 220 42 449 230 42.2 449 240 42.5 450 250 42.7 450 260 43 451 270 43 451 280 43 451 290 43 452 300 43 453

310 43 454 320 43.2 455 330 43.3 456 340 43.5 456 350 43.5 456 360 43.6 457 370 43.8 457 380 43.8 455 390 43.9 455 400 44 455 410 44 454 420 44 454 430 44 454 440 44 454 450 44 454 460 44 454 470 44 456 480 44 456 490 44 455 500 44 454 510 44 454 520 44 454 530 44 454 540 44 456 550 44 455 560 44 455 570 44 454 580 44 454 590 44 455 600 44 455 610 44 455

Table 4. perubahan suhu dan tegangan terhadap waktu saat kipas menyala saat T diturunkan

Detik ke Temperature (C)

Tegangan (mV)

10 60 648 20 60 642 30 59.9 628 40 59.5 613 50 58.9 600 60 58.1 589 70 57.8 580 80 57 575 90 56.5 565

100 56 558 110 55.5 553 120 55 549

130 54.5 545 140 54 541 150 53.8 537 160 53.3 533 170 53 549 180 52.9 545 190 52.2 541 200 52 537 210 51.9 533 220 51.3 531 230 51 528 240 51 526 250 50.9 523 260 50.7 519 270 50.4 516 280 50.1 514 290 50 512 300 50 511 310 50 511 320 49.7 509 330 49.4 508 340 49.1 506 350 49 505 360 49 505 370 49 502 380 48.9 501 390 48.8 499 400 48.5 498 410 48.2 498 420 48 497 430 48 496 440 47.9 495 450 47.8 495 460 47.8 492 470 47.6 491 480 47.2 491 490 47.1 490 500 47 488 510 47 488 520 47 486 530 47 486 540 47 485 550 46.9 484 560 46.8 483 570 46.8 483 580 46.7 481 590 46.6 480 600 46.4 480

610 46.3 479

c. Control on-off

Tawal =400C Set point = 500C T saat ON=54.50C

Table 5. perubahan suhu terhadap waktu dari control on -off

Detik ke- Temperatur (◦c)

tegangan (mV)

10 40.5 500 20 41 500 30 41.5 500 40 42 500 50 42.5 500 60 43 500 70 43.5 600 80 44 500 90 44.5 500

100 45 500 110 45.5 500 120 46 500 130 46.5 600 140 47 600 150 47.5 600 160 48 500 170 48 500 180 48.5 500 190 49 500 200 49.5 500 210 50 500 220 50.5 500 230 51 500 240 51 500 250 51.5 500 260 52 588 270 52 592 280 52.5 597 290 53 600 300 53 603 310 53 604 320 54 608 330 54 610 340 54.5 612 350 55 623 360 55 614 370 55 600

380 55 576 390 54.5 571 400 54.5 555 410 54 550 420 54 546 430 53.5 538 440 53 539 450 53 533 460 52.5 531 470 52 531 480 52 521 490 52 521 500 51.5 525 510 51.5 522 520 51.5 523 530 51 521 540 51 521 550 51 519 560 50.5 517 570 50.5 516 580 50.5 515 590 50.5 513 600 50.5 509 610 50 506 620 50 512 630 50 512 640 50 504 650 50 509 660 50 510 670 50 508 680 50 507 690 49.5 503 700 49.5 502 710 49.5 501 720 49 504 730 49 503 740 49 503 750 49 504 760 49 503 770 49 510 780 49 511 790 49 514 800 49 521 810 49 521 820 49 516 830 49 500 840 49 488 850 49 484

860 49 454 870 49 433 880 49 422 890 48 407 900 47 404 910 47 398 920 46 392 930 45 386 940 44.5 381 950 44 377 960 43.5 373 970 43 370 980 42 367 990 42 364

1000 41 360 1010 40.5 357 1020 40 354 1030 39.5 353 1040 39 351 1050 39 347.6 1060 38.5 346 1070 38 344

4. Pengolahan Data

a. Karakteristik LM35

Gambar 5. Kurva karakteristik LM35 saat

t dinaikan Gradien = 8mV/0C

y = 0.007x + 0.069 gradient= 7mV/C Gambar 6. Kurva karakteristik LM35 saat

t diturunkan

b. Open loop

Gambar 7. Kurva karakteristik LM35 pada open

loop saat suhu dinaikan

Gambar 8. Kurva karakteristik LM35 pada open

loop saat suhu diturunkan

Gambar 9. Kurva perbandingan suhu saat T

dinaikan dan diturunkan dengan perubahan waktu

y = 0.008x + 0.080R² = 0.999

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

20 40 60 80

Tegangan (V)

temperatur (C)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 20 40 60

tegangan (V)

temperatur (0C)

y = 9.467x + 42.79R² = 0.918

0

100

200

300

400

500

40 50

tegangan (mV)

temperatur (V)

y = 9.959x + 15.78R² = 0.956

0

200

400

600

800

40 50 60 70

Tegangan(mV)

Temperatur (C)

010203040506070

0 200 400 600 800

Temperatur (C)

waktu (sekon)

c. System control on-off

Gambar 10. Kurva perubahan suhu terhadap

waktu system control on-off

Gambar 11. Kurva perubahan tegangan terhadap waktu system control on-off

5. Analisis

Karakterisrik LM35 yang didapat dari percobaan berbeda dengan teori. Pada teori kemiringan dari kurva tegangan terhadap perubahan suhu adalah 10mV/C, namun pada percobaan hasil yang didapat adalah 8mV/C. Hal ini terjadi karena perbedaan sensitivitas dari thermometer dengan LM35. Sensitivitas dari thermometer lebih kecil dari LM35. Hal ini dapat terlihat dari kurva perubahan tenperatur terhadap tegangan pada percobaan. Saat heater dinyalakan terjadi kenaikan suhu sedikit demi sedikit pada thermometer. Saat itu juga terjadi perubahan tegangan pada LM35. Perubahan suhu pada thermometer dan perubahan tegangan pada LM35 berbeda sehingga hal ini yang menyebabkan kemiringan kurva berbeda. Selain itu juga pada thermometer yang digunakan skala terkecilnya adalah 10C sedangkan peubahan suhunya sangatlah kecil. Hal ini menyebabkan susahnya mengamati dengan kepresisisan yang tinggi.

Hal-hal yang dapat mempengaruhi percobaaan adalah perpindahan kalor. Kalor yang mengalir pada heater bisa saja berubah –ubah karena adanya udara disekeliling heater. Selain itu juga adanya pengaruh kit praktikum yang digunakan. Resistor yang digunakan nilainya berbeda dengan nilai yang dimasukan dalam perhitungan teori pada bagian penguatan invert maupun pada bagian yang lainnya.

Secara teori bentuk kurva pada percobaan open loop dengan heater dan kipas menyala haruslah stabil. Tidak terjadi perubahan suhu maupun tegangan. Saat suhu awal tinggi ataupun rendah titik stabilya haruslah sama. Saat suhu awal tinggi titik stabil yang didapat adalah 470C sedangkan pada saat suhu awalnya rendah titik stabilnya adalah 440C. Hasil percobaan berbeda dengan teori. Factor penyebabnya adalah perbedaan keadaan awal. Pada percobaan pada plant dengan suhu awal tinggi, nilai tidak stabil karena logam pada plant mempunyai suhu tinggi dan udara disekitarnya pun mempunyai suhu yang tinggi juga. Saat kipas dinyalakan suhu logam tidak langsung turun.. Sedangkan saat plant suhu awalnya rendah suhu pada logam rendah pula sehingga saat heater dinyalakan suhu udara lah yang lebih cepat panas karena perbedaan kalor jenis antara logam dan udara. Hal ini yang meyebabkan dibutuhkannya waktu (15 menit) untuk mencapai titik stabilnya. Perbedaan ini juga disebabkan saat thermometer mengukur suhu pada plant, suhu yang diukur adalah suhu logamnya. Logam mempunyai suhu tinggi pada plant dan menurun perlahan setelah plant dinyalakan. Begitu juga saat suhu logam rendah.

Daya pemanas dan daya pendingin dapat ditentukan dengan pesamaan P=V/R , daya yang dihasilkan berbanding lurus dengan tegangan yang dihasilkan. Saat suhu awal rendah didapat tegangan stabilnya 455 mV sedangkan pada saat suhu awalnya tinggi didapat tegangan stabilnya 486 mV. Terjadi perbedaan yang signifikan. Alasan yang terjadi seperti diatas, adanya pengaruh kalor yang mengalir pada logam.

Pada percobaan control On-off diperoleh kurva sinusoidal yang hanya mempunyai dua nilai low and high . saat suhu berada diatas set point (high) maka kipas akan menyala

0

20

40

60

0 500 1000 1500

Temperatur(C)

Waktu (s)

0

200

400

600

800

0 500 1000 1500

Tegangan(mV)

waktu(s)

sedangkan saat suhu pada plant rendah maka kipas akan mati kembali. Namun, pada percobaan kali ini tidak didapat nilai saat kipas mati kembali. Hal ini terjadi karena butuh waktu yang cukup lama untuk mendinginkan plant yang sudah panas. Selain itu juga karena sering terjadinya mekanisme on-off maka dapat merusak pada alat yang digunakan.

6. Kesimpulan a. Karakteristik dari LM 35 mempunyai

hubungan tegangan dengan suhu didapat mempunyai kemiringan 8mV/C

b. Set point secara teori adalah 50 sedangkan pada percobaan didapat 54.5

7. Referensi

a. Malvino, Albert. 2007. Electronic principle 7th Editor. Singapore:McGraw Hill Companies Inc.

b. Floyd Thomas L.2001. Fundamental

of analog sircuits 2nd edition.USA: Prentice Hall