Level Kontrol Makalah [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Seiring perkembangan teknologi yang semakin modern pada masa



sekarang, terutama pada bidang elektronika yang dapat mempermudah dalam pengoperasian suatu alat, sehingga manusia sangat dipermudahkan dengan adanya berbagai peralatan yang diciptakan dan dapat dioperasikan serta digunakan secara otomatis. Perkembangan teknologi tersebut menyebabkan banyak perubahan dalma pemakaian sistem peraltan diseluruh bidang kehidupan baik dunia industri, jasa, kesebatan dan sebagainya. Pekerjaan-pekerjaan yang dulu dikerjakan secara manual oleh tangan manusia, sekarang ini cenderung sudah dilakukan oleh sistem peraltan yang serba otomatis. Peralatan dengan prinsip kerja otomatis ini tidak lepas dari sistem kontrol sebagai pengendalinya. Teknik kontrol yang digunakan sangat beragam, sehingga mampu diterapka pada peraltan elektronik dengan tingkat keamanan dan keakuratan yang tinggi. Pada industri modern atau industri menengah yang sedang berkembang, banyak ditemukan sistem kontrol untuk mengendalikan berbagai macam peralatan yang dapat dioperasikan secara otomatis. Hanya dengan menekan tombol, alat sudah dapa bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Dengan demikian, pekerjaan akan lebih cepat da efisien. Hasil yang dicapai juga sesuai dengan keinginan. Salah satu peralatan industri yang dioperasikan secara otomatis adalah pencampur cat (mixing paint) pada industri otomotif, pengemasan oli minuman kaleng dan lain sebagainya. Yang paling sederhana adalah kotrol pada pengisian BBM di SPBU. Sekarang ini tidak lagi mengunakan kontrol manual untuk pengisian. Sebagian besar sudah mengunakan kontrol digital. Sistem



kontrol



pada



industri



sangat



berguna



untuk



memonitor



keberlangsungannya suatu peralatan di industri secara kontinyu supaya dapat menghasilkan suatu barang atau jasa yang lebih efektif. Menurut (Otaga, 1994) tidak jauh beda dengan sebuah industri pembangkit listrik tenaga uap yang membutuhkan boiler dalam proses menghasilkan uap, yang kemudian uap kering hasil dari pembakaran di dalam boiler dimanfaatkan untuk memutarkan turbin.



Untuk menghasilkan uap panas kerin g bertekanan di dalam boiler maka diperlukan suplai air yang cukup. Jika pada feed water tank level air terlalu tinggi dan water feed pump memompa dengan kecepatan konstan maka akan terjadi over flow pada feed water tank. Namun sebaliknya, jika level air pada feed water tank di bawah level batas minimum dan water feed pump bekerja konstan maka boiler akan berada pada kondisi tidak aman. 1.2



Rumusan Masalah



1.



Apa itu pengertian pengedalian proses ?



2.



Apakah yang dimaksud dengan kontrol level ?



3.



Apa saja prinsip control level ?



4.



Apa saja jenis-jenis kontrol level ?



5.



Apa kegunaan kontrol level ?



1.3



Tujuan Penulisan



1.



Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan pengedalian proses



2.



Untuk memahami apa itu apa itu kontrol level



3.



Memehami prinsip dari lontrol level



4.



Mengetahui jenis-jenis dari kontrol level



5.



Mengetahui kegunaan kontrol level



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1



Pengertian Pengendalian Proses Pengendalian



proses



merupakan



melibatkan mekanisme dan algoritme untuk



rekayasa



mengendalikan



yang



keluaran



dari



suatu proses dengan hasil yang diinginkan. Contohnya, temperatur reaktor kimia harus dikendalikan untuk menjaga keluaran produk. Pengendalian proses banyak sekali digunakan pada industri dan menjaga konsistensi produk produksi massal seperti proses pada pengilangan minyak, pembuatan kertas, bahan kimia, pembangkit



listrik,



dan



lainnya.



Pengendalian



proses



mengutamakan otomasi sehingga hanya diperlukan sedikit personel untuk mengoperasikan proses yang kompleks. Sebagai contoh adalah sistem pengaturan temperatur ruangan agar temperatur ruangan terjaga konstan setiap saat, misalnya pada 20 °C. Pada kasus ini, temperatur disebut sebagai variabel terkendali. Selain itu, karena temperatur diukur oleh suatu termometer dan digunakan untuk menentukan kerja pengendali (apakah ruangan perlu didinginkan atau tidak), temperatur juga merupakan variabel input. Temperatur yang diinginkan (20 °C) adalah setpoint. Keadaan dari pendingin (misalnya laju keluaran udara pendingin) dinamakan variabel termanipulasi karena merupakan variabel yang terkena aksi pengendalian. Alat pengendalian yang umum digunakan adalah Programmable Logic Controller (PLC). Alat ini digunakan untuk membaca input analog maupun digital, melakukan serangkaian program logika, dan menghasilkan serangkaian output analog maupun digital. Pada kasus sistem pengaturan temperatur, temperatur ruangan



menjadi



input



bagi



PLC.



Pernyataan-pernyataan



logis



akan



membandingkan setpoint dengan masukan nilai temperatur dan menentukan apakah perlu dilakukan penambahan atau pengurangan pendinginan untuk menjaga temperatur agar tetap konstan. Output dari PLC akan memperbesar atau memperkecil aliran keluaran udara pendingin bergantung pada kebutuhan. Untuk suatu sistem pengendalian yang kompleks, perlu digunakan sistem pengendalian



yang lebih kompleks daripada PLC. Contoh dari sistem ini adalah Distributed Control



System (DCS)



atau



sistem SCADA.



Dalam



praktiknya,



sistem



pengendalian proses dapat dikarakteristikkan dalam bentuk: 



Diskrit – Terdapat pada aplikasi manufaktur dan pengemasan. Pemasangan dengan bantuan robot, seperti yang umum digunakan pada produksi otomotif, dapat dikarakteristikkan sebagai pengendalian proses diskrit. Sebagian besar proses manufaktur diskrit melibatkan produksi bagian produk secara diskrit, seperti pembentukan logam.







Partaian – Beberapa aplikasi membutuhkan digabungkannya beberapa bahan baku spesifik dengan cara tertentu pada jangka waktu tertentu untuk menghasilkan produk samping atau produk akhir. Contohnya adalah pada produksi lem dan perekat, yang umumnya membutuhkan pencampuran bahan baku dalam suatu reaktor yang dipanaskan selama periode waktu tertentu. Contoh lain adalah pada produksi makanan dan obat. Proses partaian biasanya dilakukan untuk memproduksi produk dengan kapasitas rendah hingga sedang.







Kontinu – Seringkali proses produksi berlangsung secara terus menerus tanpa terhenti. Pengendalian temperatur air pada jaket pemanas secara terus menerus adalah contoh pengendalian proses secara kontinu. Contoh produksi yang berlangsung secara kontinu adalah produksi bahan bakar. Proses kontinu



pada proses produksi digunakan untuk memproduksi



produk dengan kapasitas besar. 2.2



Prinsip Pengendalian Proses Dalam mengendalikan suatu proses, operator harus melakukan 4 langkah



pengendalian yaitu mengukur, membandingkan, menghitung dan mengoreksi. Misalnya pada pengendalian level pada suatu tangki, operator harus mengamati ketinggian level, artinya operator sedang melakukan langkah mengukur process variable. Dalam hal ini yang berperan sebagai process variableadalah tinggi level pada tangki. Selanjutnya, operator akan melakukan langkah membandingkan, apakah hasil pengukuran tadi sesuai dengan apa yang dikehendakinya.



Besar process variableyang dikehendaki disebut set point (SP). Apabila terjadi selisih antara process variable dan set point, maka selisih tersebut disebuterror. Apabila set



point lebih



besar



daripada process



variable,



maka error memiliki harga positif dan sebaliknya. Kemudian setelah dilakukan langkah membandingkan, operator akan menghitung dan memperkirakan berapa bukaan valve yang seharusnya. Selanjutnya operator melakukan langkah mengoreksi dengan mengubah bukaan valve sesuai hasil perhitungan. Keempat langkah pengendalian tersebut apabila dilakukan oleh instrumentasi pengendalian proses disebut sistem pengendalian otomatis. Dalam hal ini, operator hanya akan menentukan set point saja. (Frans Gunterus, 1994)



Elemen – elemen Sistem Pengendalian Otomatis Dalam sistem pengendalian diperlukan diagram kotak yang akan digunakan untuk menentukan transfer function-nya. Di dalam diagram kotak ini terdapat elemen – elemen pokok sistem pengendalian antara lain :



1.



Proses (process) Merupakan tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu,



misalnya heat exchanger. 2.



Controlled Variable Merupakan besaran (variable) yang dikendalikan atau disebut process



variable, misalnya temperatur air panas yang keluar heat exchanger. 3.



Manipulated Variable Merupakan input dari suatu proses yang dapat diubah – ubah besarnya



supaya process variable sama denganset point. 4.



Sensing Element Merupakan bagian yang berperan untuk melakukan pengukuran sehingga



biasa disebut sensor. 5.



Transmitter Merupakan alat yang berfungsi membaca sinyal sensing element dan



mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller. 6.



Measurement Variable Merupakan sinyal yang keluar dari transmitter.



7.



Set Point Merupakan besar process variable yang dikehendaki.



8.



Error Selisih antara set point dan process variable.



9.



Controller Merupakan elemen yang mengerjakan tiga langkah sekaligus dalam sistem



pengendalian otomatis yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa error yang dihasilkan dan mengeluarkan sinyal koreksi. 10.



Load Besaran lain seperti manipulated variable yang dapat berubah – ubah



sehingga dapat mengubah controlled variable.



11.



Control Valve Merupakan final control element yang berfungsi mengubah measurement



variable dengan cara



memanipulasi



besarnya



bukaan valve berdasarkan



perintah controller. (Frans Gunterus, 1994). Langkah pertama dalam memahami pengendalian proses dapat dimulai dengan mempelajari contoh proses pemanasan dalam alat penukar panas seperti dilukiskan pada gambar dibawah. Tujuan proses adalah memanaskan aliran minyak hingga suhu tertentu. Minyak dingin masuk penukar panas dan dipanaskan oleh aliran air panas. Suhu minyak keluar menunjukkan hasil kerja proses pemanasan. Oleh sebab itu suhu minyak keluar disebut sebagai nilai proses (process value), variabel proses (process variable), atau variabel keluaran (output variable) sistem proses. Pada proses pemanasan, minyak dingin menjadi panas karena terjadi perpindahan panas dari aliran air panas ke minyak dingin. Proses ini dipengaruhi oleh: (1) laju aliran minyak masuk, (2) suhu minyak masuk, (3) laju alir air panas, (4) suhu air panas, dan (5) kehilangan panas ke lingkungan. Dengan kata lain, suhu minyak keluar dipengaruhi oleh ke lima besaran tersebut. Ke lima besaran itu sebagai variabel masukan sistem proses yaitu besaran yang mempengaruhi variabel keluaran (suhu minyak keluar).



Laju dan suhu aliran minyak masuk serta kehilangan panas bersifat membebani proses, sehingga disebut beban proses. Perubahan pada beban bersifat sebagai gangguan beban (load disturbance) atau variabel gangguan beban. Berbeda dengan ketiganya, perubahan suhu air panas bersifat sebagai gangguan murni (bukan beban proses) karena bertindak sebagai pemanas. Sedangkan laju alir air panas yang digunakan sebagai pengendali suhu disebut sebagai variabel pengendali atau termanipulasi (manipulated variable).



Pengendalian proses bertujuan menjaga suhu minyak keluar (variabel proses) pada nilai yang diinginkan (setpoint). Ini dilakukan karena adanya gangguan yang berupa perubahan suhu aliran air panas, laju aliran minyak masuk, suhu minyak masuk, dan/atau kehilangan panas. Suhu minyak keluar disebut juga sebagai variabel terkendali (controlled variable) karena nilainya dikendalikan. Mekanisme pengendalian dimulai dengan mengukur suhu minyak keluar. Hasil pengukuran dibandingkan dengan nilai yang diinginkan (setpoint). Berdasar perbedaan keduanya ditentukan tindakan apa yang akan dilakukan. Bila suhu minyak keluar lebih rendah dibanding suhu yang diinginkan, maka laju aliran air panas diperbesar. Dan sebaliknya, laju aliran air panas diperkecil. Mekanisme demikian disebut pengendalian umpan balik (feedback control). 2.3



Kegunaan Pengendalian Proses Secara sederhana pengendalian proses bisa kita artikan sebagai kegiatan



atau langkah-langkah yang di lakukan untuk mengendalikan proses kimia di sebuah



pabrik Kegiatan pengendalian proses menjadi sangat penting sekali dikarenakan definisi dari tujuan pabrik itu sendiri. "Untuk mengubah bahan baku tertentu (umpan masuk) menjadi produk yang diinginkan menggunakan sumber energi yang tersedia dengan cara yang paling ekonomis" Agar proses selalu stabil dibutuhkan instalasi alat-alat pengendalian. Alatalat pengendalian dipasang dengan tujuan: 1.



Menjaga keamanan dan keselamatan kerja Keamanan dalam operasi suatu pabrik kimia merupakan kebutuhan primer



untuk orang-orang yang bekerja di pabrik dan untuk kelangsungan perusahaan. Untuk menjaga terjaminnya keamanan, berbagai kondisi operasi pabrik seperti tekanan operasi, temperatur, konsentrasi bahan kimia, dan lain sebagainya harus dijaga tetap pada batas-batas tertentu yang diizinkan.



2.



Memenuhi spesifikasi produk yang diinginkan



Pabrik harus menghasilkan produk dengan jumlah tertentu (sesuai kapasitas desain) dan dengan kualitas tertentu sesuai spesifikasi. Untuk itu dibutuhkan suatu sistem pengendali untuk menjaga tingkat produksi dan kualitas produk yang diinginkan.



3.



Menjaga peralatan proses dapat berfungsi sesuai yang diinginkan dalam



desain Peralatan-peralatan yang digunakan dalam operasi proses produksi memiliki kendala-kendala operasional tertentu yang harus dipenuhi. Pada pompa harus dipertahankan NPSH, pada kolom distilasi harus dijaga agar tidak flooding, temperatur dan tekanan pada reaktor harus dijaga agar tetep beroperasi aman dan konversi menjadi produk optimal, isi tangki tidak boleh luber ataupun kering, serta masih banyak kendalakendala lain yang harus diperhatikan.



4.



Menjaga agar operasi pabrik tetap ekonomis. Operasi pabrik bertujuan menghasilkan produk dari bahan baku yang



memberi keuntungan yang maksimum, sehingga pabrik harus dijalankan pada



kondisi yang menyebabkan biaya operasi menjadi minimum dan laba yang diperoleh menjadi maksimum.



5.



Memenuhi persyaratan lingkungan, Operasi pabrik harus memenuhi berbagai peraturan lingkungan yang



memberikan syarat-syarat tertentu bagi berbagai buangan pabrik kimia.



Untuk memenuhi persyaratan diatas diperlukan pengawasan (monitoring) yang terus menerus terhadap operasi pabrik kimia dan intervensi dari luar (external intervention) untuk mencapai tujuan operasi. Hal ini dapat terlaksana melalui suatu rangkaian peralatan (alat ukur, kerangan, pengendali, dan komputer) dan intervensi manusia (plant managers, plants operators) yang secara bersama membentuk control system. Dalam pengoerasian pabrik diperlukan berbagai prasyarat dan kondisi operasi tertentu, sehingga diperlukan usaha-usaha pemantauan terhadap kondisi operasi pabrik dan pengendalian proses supaya kondisi operasinya stabil. 2.4



Jenis-Jenis Pengendalian Proses Sistem kendali dapat dikatakan seabagi hubungan antara komppnen yang



membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan siste yang diharapkan. Jadi harus ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut dengan kendali (palnt). Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh kendalian, artinya yang dikendalikan, sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan keluaran tidak harus sama. 2.4.1



lup terbuka (open loop) Pada sistem kendali dikenal sistem lup terbuka (open system) dan sistem



lup tertutup (closedloop system). Sistem kendali lup terbuka atau umpan maju (feedforward control) umumnya mempergunakan pengatur (controller) serta keadaan apakah plant benar-benar telah mencapai target seperti yang dikenhendaki masukan atau referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler.



2.4.2



lup tertutup (close loop) Pada sistem kendali yang lain, yakni sistem kendali lup tertutup (closed loop



system) memanfaatkan variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan. Sistem seperti ini juga sering dikenal dengan sitem kendali umpan balik. Aplikasi sistem umpan ablik bamyak dipergunakan untk sistem kemudi kapal laut dan pesawat terbang. Perangkat sehari-hari yang juga menerapkan sistem ini adalah penyetelan temperatur pada lemari es, oven, tungki dan pemanas air. Untuk memahami lebih lanjut mengenai sistem kendali tentunya diperlukan pemahaman yang cukup tentang hal-hal yang berhubungan dengan sistem kontrol. Sebagai contoh dua tipe pengendalian : a.



sistem pengedalian manual Sistem pengedalian manual dimana faktor manusia sangat dominan dalam



aksi pengedalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia sangat dominan dalam menjalankan perintah, sehingga hasil pengendalian akan mempengaruhi pelakunya.



Pada sistem kendali manual ini juga termasuk dalam katagori sistem kendali jerat tertutup. Tangan berfungsi untuk mengatur permukaan fluida dalam tangki. Permukaan fluida dalam tangki bertindak sebagai masukan, sedangkan penglihatan bertindak sebagai sensor. Operator berperan membandingkan tinggi sesungguhnya saat itu dengan tinggi permukaan fluida yang dikehendaki, dan kemudian bertindak untuk membuka atau menutup katup sebagai akuator guna mempertahankan keadaan permukaan yang diinginkan.



b.



Sistem pengedalian otomatis Sistem pengedalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi



pengedalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia digantikan oleh sistem kotroler yang telah diprogram secara fungsinya, sehingga bisa memerankan seperti yang dilakukan manusia. Di dunia industri modern banyak sekali sistem kendali yang memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak pada bidng yang prosesnya membahayakan keselamtan manusia.



BAB III TUGAS KHUSUS 3.1



Pengertian Control Level Tujuan utama dari Pengendalian adalah mengontrol proses/plant yang



terjadi di industri. Operasi yang berjalan di industri ini dapat bersifat diskret (onoff), misal valve terbuka/tertutup, motor hidup/mati, konveyor jalan/berhenti, dll, atau pengaturan/regulasi variabel keluaran secara kontinyu, inisial pengaturan untuk mempertahankan tinggi muka cairan dalam tank pada nilai tertentu. Contoh pengendalian oleh manusia:



Gambar 3.1 Pengendalian Level di dalam tangki oleh manusia Gambar 3.1 menunjukkan bagaimana seorang operator mengendalikan level (permukaan zat cair) di sebuah tangki. Air yang masuk kedalam tangki dipompa dari sebuah sumur, dan air yang keluar dari tangki dipakai untuk keperluan pabrik. Andaikata level ditangki dikehendaki selalu 50% dari ketinggian tangki, maka operator harus selalu menambah atau mengurangi bukaan valve apabila level tidak berada di 50%. Bila kurang dari 50 %, operator harus menambah flow dengan lebih membuka valve. Sebaliknya, bila level lebih tinggi dari 50%, operator harus mengurangi flow dengan lebih menutup valve. Pada pengendalian semacam ini, operator harus selalu waspada dan siap untuk lebih membuka atau menutup value agar level berada di 50%. Pengendalian seperti diatas disebut pengendalian oleh manusia (manual control). Sistem pengendalian manual masih dipakai pada beberapa aplikasi tertentu. Biasanya sistem ini dipakai pada proses-proses yang tidak banyak mengalami perubahan beban (load) atau pada proses yang tidak kritis. Load (beban)



didalam contoh pengendalian diatas adalah flow pemakaian air oleh pabrik. Kalau pemakain air oleh pabrik tidak sering beubah-ubah, operator tidak perlu terus menerus mengamati level dan menambah atau mengurangi bukaan valve. Tetapi kalau load selalu berubah-ubah, operator terpaksa harus mengamati level dan segera melakukan koreksi terhadap naik-turunnya level. Peran operator didalam sistem pengendalian manual digantikan oleh alat yang disebut controller. Tugas membuka dan menutup valve tidak lagi dikerjakan oleh operator, tetapi atas perintah controller. Untuk keperluan pengendalian otomatis, valve harus dilengkapi dengan alat yang disebut actuator, sehingga unit valve sekarang menjadi unit yang disebut control valve. Sistem



kontrol



pada



industri



sangat



berguna



untuk



memonitor



keberlangsungannya suatu peralatan di industri secara kontinyu supaya dapat menghasilkan suatu barang atau jasa yang lebih efektif. Menurut (Otaga, 1994) tidak jauh beda dengan sebuah industri pembangkit listrik tenaga uap yang membutuhkan boiler dalam proses menghasilkan uap, yang kemudian uap kering hasil dari pembakaran di dalam boiler dimanfaatkan untuk memutarkan turbin. Untuk menghasilkan uap panas kerin g bertekanan di dalam boiler maka diperlukan suplai air yang cukup. Jika pada feed water tank level air terlalu tinggi dan water feed pump memompa dengan kecepatan konstan maka akan terjadi over flow pada feed water tank. Namun sebaliknya, jika level air pada feed water tank di bawah level batas minimum dan water feed pump bekerja konstan maka boiler akan berada pada kondisi tidak aman. Untuk mengontrol level air pada feed water tank maka perlu digunakan sebuah alat kontrol untuk mengatur kerja pompa. Supaya pompa dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan, maka diperlukan sebuah sensor level air dan alat kontrol agar setiap penurunan air dapat dimonitor dan ditindaklanjuti melalui sistem kontrol tersebut. Setiap level air pasti ada batas minimum dan batas maksimum, pada saat level air pada kondisi minimum maka pompa akan segera bekerja untuk mengisi feed water tank dan pada saat level air mencapai pada kondisi maksimum maka pompa akan segera mati. Pompa tidak dapat bekerja dengan



sendirinya, maka dari itu diperlukannya sebuah sistem kontrol untuk memerintah pompa bekerja atau tidak. Sala h satu contoh alat kontrol adalah mikrokontroler yang digunakan sebagai alat kontrol level air di feed water tank (Hidayat, 2010). Water Level Controller (WLC) adalah sebuah alat yang bertujuan untuk mengendalikan atau mengatur ketinggian air dalam suatu bak air atau tanki secara otomatis. Secara singkat prinsip kerja WLC ini adalah mengatur kerja pompa air yang akan mengisi bak air/ tanki dengan ketinggian air sebagai acuannya. Ketika air dalam tanki akan habis, maka sensor yang mengindra level paling bawah air (ditentukan pada ketinggian sesuai keinginan) akan memberikan sinyal ke WLC, dan selanjutnya WLC memberikan perintah untuk menyalakan pompa.Sebaliknya ketika air dalam tanki yang diisikan oleh pompa tadi sudah mencapai level atas (sebelum meluber keluar tanki) maka sensor yang mengindra level paling atas air akan memberikan sinyal ke WLC, dan selanjutnya WLC memberikan perintah untuk mematikan pompa, begitu seterusnya.



Level sensor adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi ketinggian dari suatu aliran baik berupa bahan liquid, lumpur, powder maupun bijibijian. Fungsi level sensor pada dasarnya adalah memberikan informasi baik berupa data maupun sinyal karena adanya perubahan ketinggian matrial baik didalam tanki, silo ataupun tempat terbuka dikarena adanya aliran dari matrial tersebut. Pengukuran ketinggian atau level ini bisa dilakukan secara terus



menerus sesuai dengan perubahan ketinggian dari fluida maupun untuk mengukur ketinggian dari matrial pada titik tertentu baik itu pada level terendah, level menengah maupun level puncak dengan menggunakan level sensor (Antoni, 2008). Level sensor adalah suatu alat yang dapat mengukur volume cairan dalam suatu penampung secara akurat tidak berubah-ubah. Alat ukur yang akan dibuat ini merupakan alat ukur volume cairan yang serbaguna dalam arti dapat digunakan untuk beberapa penampung cairan yang berbeda-beda, alat ini berbentuk silinder, sehingga meningkatkan efektivitas suatu industri. Pada alat sensor level pengukur volume cairan seperti mikrokontroler memegang peranan penting, yakni sebagai rangkaian sentral yang mengatur kinerja sistem, bagian ini dirancang untuk mampu mengakomodasi dan menangani setiap kejadian yang mungkin terjadi. Baik dalam pengelolaan atau menajemen data, maupun penanganan terhadap kegagalan proses. Sistem mikrokontroler ATMega8535 d ibentuk dari beberapa piranti masukan-keluaran. Hubungan mikrokontroler ATMega8535 dengan piranti masukan-keluaran seperti sensor PING pada port PB.0, dan LCD pada port C (Martina,2007). Pada umumnya, level sensor mempunyai bermacam-macam jenis, dan semua jenis disesuaiakan dengan aplikasi dari matrial yang di deteksi dan dari wadah yang tertutup berupa tanki, wadah terbuka berupa silo ataupun yang selalu berubah-ubah ketinggianya seperti sungai ataupun danau dan laut. Bisa juga jenis level sensor didasarkan pada jenis bentuk matrial atau jenis matrial berupa liquid, powder, maupun sullury, jenis level sensor didasrkan pada besarnya temperature, Pressure, sifat kimia dan lainnya (Wisnu, 2009). 3.2



Prinsip Kerja Kontrol Level Dalam mengendalikan suatu proses, operator harus melakukan 4 langkah



pengendalian yaitu mengukur, membandingkan, menghitung dan mengoreksi. Misalnya pada pengendalian level pada suatu tangki, operator harus mengamati ketinggian level, artinya operator sedang melakukan langkah mengukur process variable. Dalam hal ini yang berperan sebagai process variable adalah tinggi level pada tangki. Selanjutnya, operator akan melakukan langkah membandingkan,



apakah hasil pengukuran tadi sesuai dengan apa yang dikehendakinya. Besar process variable yang dikehendaki disebut set point (SP). Apabila terjadi selisih antara process variable dan set point, maka selisih tersebut disebut error. Apabila set



point lebih



besar



daripada process



variable,



maka error memiliki harga positif dan sebaliknya. Kemudian setelah dilakukan langkah membandingkan, operator akan menghitung dan memperkirakan berapa bukaan valve yang seharusnya. Selanjutnya operator melakukan langkah mengoreksi dengan mengubah bukaan valve sesuai hasil perhitungan. Keempat langkah pengendalian tersebut apabila dilakukan oleh instrumentasi pengendalian proses disebut sistem pengendalian otomatis. Dalam hal ini, operator hanya akan menentukan set point saja. (Frans Gunterus, 1994) Elemen-elemen pada pengedalian level: 1. set point (ketinggian air yang diinginkan) 2. manipulated variabel (laju air yang masuk) 3. proses variabel (ketingian air yang terbaca tiap waktu) 4. disturbance (laju air keluar) 5. controller (PC/manual) 6. process (tangki penampung air) 7. control valve (pneumatic valve) 3.3



kegunaan kontrol level Suatu sistem pengendalian dikatakan stabil, apabila nilai process variable



berhasil mendekati set point, walaupun diperlukan waktu untuk itu. Sistem kontrol pada industri sangat berguna untuk memonitor keberlangsungannya suatu peralatan di industri secara kontinyu supaya dapat menghasilkan suatu barang atau jasa yang lebih efektif. Menurut (Otaga, 1994) tidak jauh beda dengan sebuah industri pembangkit listrik tenaga uap yang membutuhkan boiler dalam proses menghasilkan uap, yang kemudian uap kering hasil dari pembakaran di dalam boiler dimanfaatkan untuk memutarkan turbin. Untuk menghasilkan uap panas kering bertekanan di dalam boiler maka diperlukan suplai air yang cukup. Jika pada feed water tank level air terlalu tinggi dan water feed pump memompa dengan kecepatan konstan maka akan terjadi over flow pada feed water tank.



Namun sebaliknya, jika level air pada feed water tank di bawah level batas minimum dan water feed pump bekerja konstan maka boiler akan berada pada kondisi tidak aman. Untuk mengontrol level air pada feed water tank maka perlu digunakan sebuah alat kontrol untuk mengatur kerja pompa. Supaya pompa dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan, maka diperlukan sebuah sensor level air dan alat kontrol agar setiap penurunan air dapat dimonitor dan ditindaklanjuti melalui sistem kontrol tersebut. Setiap level air pasti ada batas minimum dan batas maksimum, pada saat level air pada kondisi minimum maka pompa akan segera bekerja untuk mengisi feed water tank dan pada saat level air mencapai pada kondisi maksimum maka pompa akan segera mati. Pompa tidak dapat bekerja dengan sendirinya, maka dari itu diperlukannya sebuah sistem kontrol untuk memerintah pompa bekerja atau tidak. Contoh lain adalah sistem pengaturan temperatur ruangan agar temperatur ruangan terjaga konstan setiap saat, misalnya pada 20 °C. Pada kasus ini, temperatur disebut sebagai variabel terkendali. Selain itu, karena temperatur diukur oleh suatu termometer dan digunakan untuk menentukan kerja pengendali (apakah ruangan perlu didinginkan atau tidak), temperatur juga merupakan variabel input. Temperatur yang diinginkan (20 °C) adalah setpoint. Keadaan dari pendingin (misalnya laju keluaran udara pendingin) dinamakan variabel termanipulasi karena merupakan variabel yang terkena aksi pengendalian. 3.5



Jenis-Jenis Kontrol Level Ada dua model kontrol level yang banyak digunakan. Yang pertama adalah



menggunakan ball-floater dan yang kedua menggunakan level switch.



Kontrol Level Model Ball-Floater



Model ball-floater berbentuk bola pelampung yang mengatur buka-tutup air sesuai dengan level air dalam toren. Sistem ini murni mekanis. Saat level air dalam toren turun mencapai level low dari ball-floater, maka alat ini secara mekanis akan membuka aliran air untuk pengisian. Bila level air sudah mencapai level high dari ball-floater, maka aliran air akan ditutup secara mekanis juga. Jadi sistem kerjanya adalah keran yang bisa buka-tutup secara otomatis. Kelemahan model ini adalah mudah bocor pada bagian keran tersebut, karena dia juga harus bisa menahan tekanan air dalam pipa yang keluar dari mesin pompa air. Model ball-floater tidak berhubungan langsung dengan mesin pompa air. Start-stop mesin pompa air terjadi karena faktor tekanan air dalam pipa yang sudah cukup tinggi disebabkan aliran air ditutup oleh keran ball-floater.



Tangki Air dengan Level Control Switch Hampir mirip dengan model ball-floater, hanya saja bola pelampungnya diganti dengan 2 buah “sinker” (pemberat) yang dipasang menggantung dalam satu tali.



Kemudian



sistem



pengaturannya



menggunakan



kontak relay yang



dihubungkan dengan mesin pompa air melalui kabel listrik. Saat level air di toren rendah maka mesin air akan start dan kemudian stop bila levelnya sudah tinggi, sesuai dengan setting posisi dari dua buah sinker tersebut. Sistem ini relatif lebih handal dalam menghindari kebocoran seperti pada model ball-floater, karena mesin pompa air bisa dimatikan secara langsung. Cara kerja Level Control Switch



Tangki Air dengan Level Control Switch Seperti gambar ini, sistem level switch mempunyai cara kerja yang cukup sederhana. Saat air mencapai setengah dari pemberat yang bawah (level low) maka dua pemberat (sinker) akan menggantung dimana total beratnya akan mampu menarik switch yang ada pada switch body di bagian atas. Switch yang tertarik pemberat akan membuat kontak relay menjadi close dan arus listrik akan mengalir melalui kabel ke mesin pompa air yang kemudian start dan mengisi air ke dalam toren hingga mencapai level high. Saat air mendekati level high, maka pemberat bagian bawah akan mengambang dan saat level air mencapai setengah dari pemberat bagian atas maka level switch akan kembali ke posisi awal (dengan bantuan pegas yang ada dalam switch body) sehingga kontak relay akan menjadi open dan arus listrik terputus sehingga mesin pompa air stop secara otomatis. Batas level high dan level low dalam toren ini dapat di-setting sesuai keinginan, dengan mengatur ketinggian dari dua pemberat ini. Cukup dengan mengatur panjang talinya dan kemudian dikencangkan kembali ikatannya. Jika setting level low-nya dinaikkan (pemberat bagian bawah posisnya lebih naik), maka volume air dalam toren akan masih tersisa banyak sesaat sebelum air diisikan kembali. Begitu pula jika setting level high-nya dinaikkan (dengan menaikkan lagi



posisi pemberat bagian atas), maka volume air akan bisa mendekati maksimum kapasitas yang bisa ditampung dalam toren sesaat setelah mesin air dimatikan. Ada



beberapa jenis



level



sensor pengukur



ketinggian



di



bidang instrumentasi, level sensor atau sensor ketinggian sangat penting dalam hubungannya dengan pengukuran ketinggian media (cair). Jenis level sensor antara lain: 1.



Sensor Ketinggian Konduktifitas / Kapasitivitas (Conductivity /



Capacitive – Level Sensors) Sensor Konduktivitas / Kapasitivitas (Conductivity / Capacitive-Level Sensors) adalah sejenis alat metode pengukur ketinggian dengan melihat nilai konduktivitas dan kapasitivas media yang di sensing. Jenis sensor pengukur ketinggian ini berfungsi sebagai pemantau nilai ketinggian terus menerus (point level-continues) dengan



cara



mengukur impedansi antara



dua elektroda yang



direndam dalam cairan atau antara satu elektroda dengan dinding tangki yang elektro konduktif (electroconductive). Elektro konduktif adalah material yang dapat mengantarkan arus listrik.



Sensor pengukur ketinggian dengan membaca nilai kapasitivitas antara 2 elektroda Keterangan sensor ketinggian kapasitif dengan (b) elektroda seperti gambar diatas : L = Tingkat ketinggian cairan / media. Z = nilai impedansi. 1 = tangki.



dua



(a)



atau



satu



2 = cairan / media. 4 = elektroda. 2.



Pengukur ketinggian dengan Sensor Jenis Apung (Float Type Sensor) Pada tipe sensor jenis apung (menggunakan floating / pengapung sebagai



sensor), menggunakan gaya apung



pada permukaan cairan. Pengapung



ini memiliki kopling magnetik dengan elemen transduksi (yaitu : koil, batang magnet (magnet reed), efek hall switch) yang terpasang pada dinding tangki.. Rangkaian transduksi ini dapat digerakkan oleh pengapung secara mekanis. Dalam beberapa desain, pengapung mekanis menghubungkan mekanisme sakelar melalui luang seal di dinding. Sistem switching dapat merespon dan menahan kekuatan yang didapat dari elemen pegas yang terhubung ke pengapung ke aktuator.



Pengukur ketinggian dengan menggunakan pengapung L = Ketinggian. 1 = Tangki. 2 = Cairan. 3 = Pengapung 4 = Magnet. 5 = Armatur magnet. 6 = Kontak. 7 = Bellow. 8 =Tuas..



3.



Pengukur Ketinggian dengan Pemindahan Panas (Heat Transfer Level



Sensor)



Pengukur ketinggian dengan metode transfer panas L = Ketinggian. R = Resistansi. 1 = Tangki. 2 = Cairan. 3 = Elemen pemanas resistive. Sensor ketinggian dengan pemindahan panas (Heat Transfer Level Sensor) adalah terbentuk dari pengaruh panas (biasanya self-heated), pada sensor termistor atau termokopel.



Tingkat



perubahan



nilai ketinggian



berubah saat pemindahan panas dari cairan diterima. Perubahan ini menyebabkan perubahan pada nilai resistensi elemen atau perubahan gaya gerak listrik. Transduser Ketinggian Sesuai Nilai Induktivitas (Inductive Level Transducer)



Pengukur ketinggian dengan metode pembacaan nilai induktifitas



Transduser



ketinggian



sesuai



nilai



induktiitas



(Inductive



Level



Transducer) adalah salah satu penerapan / aplikasi dalam pengukuran ketinggian pada media cair. Dalam salah satu desain, terdiri dari kumparan yang melilit di sekitar



tabung



berisi



cairan.



Nilai



induktansi



pada



koil



(Induktansi coil) akan berubah secara cepat karena peruahan / gerak cairan. Dalam desain lain, transduser dikontrol oleh transformator dengan keluaran kumparan primer pada satu bagian dari inti besi berkaki dua. Bagian lainnya tertutup oleh tabung berisi cairan dan membentuk satu putaran gulungan sekunder. Hambatan efektif kumparan ini berbanding terbalik dengan ketinggian kolom cairan di dalam tabung. Perubahan ketinggian dapat dibac oleh pengukur penggunaan daya pada kumparan primer. Pengukur Ketinggian dengan Photoelektrik (Photoelectric)



Sensor ketinggian Photoelektrik L = Ketinggian. 1 = Tangki 2 = Cairan 3 = Jalur Cahaya 4 = Photodetektor 5 = Kaca prisma Sensor ketinggian Photoelektrik (Photoelectric) beroperasi pada transmisi atau mode refleksi. Dalam modus pengiriman, sistem penginderaan / sensing, termasuk sumber cahay dan photodetektor (photodetector) yang peka terhadap cahaya. Ketika cairan diam maka jalur cahaya dari sumber sampai ke detektor. Dalam modus refleksi, sebuah prisma optik dipasang di dalam tangki mengubah



pantulan cahaya ketika direndam dalam cairan. Pemasangan transduser diatur sedemikian rupa sehingga sumber cahaya dan photodetektor dapat merasakan perubahan intensitas cahaya yang dipasang di dinding luar tangki. Sinar cahaya melewati dan tercermin dari permukaan prisma. Pengukur Ketinggian dengan Tekanan (Pressure Type level)



Pengukur ketinggian dengan metode tekanan L = Ketinggian. 1 = Tangki. 2 = Cairan. 3 = Transduser tekanan. Pengukur ketinggian dengan tekanan (Pressure Type level) merupakan jenis transduser jenis tekanan yang dipasang di bagian bawah tangki yang berisi cairan, transduser merespon tekanan yang didapat oleh berat kolom cairan dalam tangki. Tekanan ini secara langsung sebanding dengan ketinggian yang diukur dalam perhitungannya. Pengukur Ketinggian dengan Sensor Ultrasonik (Ultrasonic sensors).



Beberapa



teknik



pembacaan



yang



digunakan



dalam



sensor Ultrasonik adalah : a.



Pengukur ketinggian dengan Osilasi quartz (Oscillations of quartz) Osilasi



quartz



memakai



keramik



atau



elemen magnetostrictive pada frekuensi ultrasound yang memiliki amplitudo lebih besar dalam gas dari pada dalam cairan . Membasahi elemen menyebabkan penurunan amplitudo.



b.



Pengukur ketinggian dengan Point-level atau continuous-level sensing Point-level atau continuous-level sensing adalah dengan cara mengukur



pada selang waktu antara transmisi dan penerimaan pulsa USG yang dihasilkan oleh kristal keramik di bagian bawah tangki . Biasanya satu kristal yang bekerja, bergantian transmisi dan menerima pulsa yang melewati sepanjang ketinggian cair dan terpantul dari permukaan kembali ke dasar tangki. Beberapa konstruksi merupakan elemen terpisah untuk menghasilkan dan menerima pulse / denyut. c.



Pengukur ketinggian metode Point-level detection



Pengukur ketinggian dengan dua kristal piezoceramic L = Ketinggian 1 = Tangki. 2 = Cairan. 3 = Kristal piezoelectric. 4 = Pulse generator. 5 = Penerima pulse. Pengukur ketinggian ini juga dilakukan oleh dua kristal piezoceramic berorientasi terhadap satu sama lain di dalam tangki . Salah satu kristal memancarkan gelombang ultrasonik dan yang lain menerimanya. Transmisi diintensifkan ketika membasahi cairan kristal. Peningkatan tegangan keluaran dari penerima kristal menunjukkan bahwa ketinggian telah mencapai titik tertentu.



d.



Pengukur



ketinggian



menggunakan



Elemen



Getar (Vibrating



Element)



Pengukur ketinggian dengan tingkat vibrasi L = Ketinggian. 1 = Tangki. 2 = Cairan. 3 = Batang Vibrasi. 4 =Koil excitation. Dalam sensor elemen getar (Vibrating Element), osilasi dari bagian batang vibrasi (paddle) yang terendam ketika tenggelam dalam cair. Redaman osilasi menunjukkan bahwa cairan telah mencapai ketinggian yang diukur. Osilasi rangsang dan sensing diolah dengan cara elektronik e.



Pengukur ketinggian dari berat cairan (Weighing)



Pengukur ketinggian dengan dengan sel beban L = Ketinggian.



1 = Tangki. 2 = Cairan. 3 = Sel beban (load cell). Sistem pengukur ketinggian dengan membaca berat cairan (Weighing), untuk mengukur ketinggian sel beban yang ditempatkan di dasar bagian bawah tangki atau terhubung ke tangki dengan link mekanik. Jika berat tangki dan densitas cairan yang diketahui, maka nilai ketinggiannya mudah dihitung menggunakan data yang diperoleh dari sel.



MAKALAH PENGENDALIAN PROSES



ALAT CONTROL DAN SYSTEM CONTROL LEVEL Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Kelompok



Disusun Oleh : KELOMPOK 2 (A2) Beryl Simehate



(150140030)



Cut Nurwaida



(150140031)



Aklima



(1501400)



Zaky risyadi M



(1501400)



LABORATORIUM TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MALIKUSSALEH LHOKSEUMAWE 2018



DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i KATA PENGANTAR ........................................................................................ ii DAFTAR ISI ........................................................................................................ iii BAB I



PENDAHULUAN



1.1



Latar Belakang ................................................................................... 1



1.2



Rumusan Masalah ............................................................................. 2



1.2



Tujuan Penelitian ............................................................................... 2



BAB II



TINJAUAN PUSTAKA



2.1



Pengertian Pengendalian Proses ........................................................ 3



2.2



Prinsip Pengedalian Proses ............................................................. 7



2.3



Kegunaan Pengedalian Proses.......................................................... 9



2.4



Jenis-Jenis Pengedalian Proses ........................................................ 10



BAB III



TUGAS KHUSUS



3.1 Penegertian Kontrol Level ................................................................ 13 3.2 Prinsip Kontrol Level ........................................................................ 16 3.3 Kegunaan Kontrol Level ................................................................... 17 3.4 Jenis-Jenis Kontrol Level .................................................................. 18 DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................



DAFTAR PUSTAKA Antoni. 2008. Aplikasi Scada System Pada Miniator Waterlevel Control. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi. Universitas Kristen Petra Surabaya Setiawan, Iwan. 2008. Kontrol PID Untuk Proses Industri. Elex Media Komputindo, Jakarta Sumardi. 2009. Implementasi Sensor Level Untuk Alat Ukur Volum Cairan Serbaguna Di Lingkungan Industri. Jawa Tengah, Vol. 11, No. 2, Juni 2009 Sumber: http://telinks.wordpress.com Sumber: http://artikel-teknologi.com Sumber; http://febrianaljawawi.blogspot.com



KATA PENGANTAR Puji dan syukur penyusun panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya, tidak lupa juga penulis ucapkan terima kasih kepada dosen bimbingan mata kuliah pengendalian proses dan juga kerjasama team kelompok, sehingga penyusunan makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. makalah ini yang berjudul “Alat Control Dan System Control Level”. Penyusun mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah mendukung dan ikut membantu dalam penyusunan makalah ini. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi semua yang membutuhkannya.



Bukit Indah, Desember 2018



Penyusun