bab ii tinjauan pustaka
TRANSCRIPT
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Katup
Katup atau valve, adalah sebuah alat untuk mengatur aliran suatu fluida
dengan menutup, membuka atau menghambat sebagian dari jalannya aliran.
Contoh dalam kehidupan sehari-hari adalah pada kran. Berikut adalah jenis-jenis
katup/valve :
1) Gate Valve
Bentuk penyekatnya adalah piringan, yang digerakkan ke atas bawah
untuk membuka dan menutup. Biasa digunakan untuk posisi buka atau tutup
sempurna dan tidak disarankan untuk posisi sebagian terbuka.
2) Globe Valve
Globe valve adalah katup yang didesain untuk mengontrol aliran.
Disamping itu digunakan untuk menghentikan atau mengatur aliran fluida
tetapi biasanya digunakan untuk mengatur aliran. Bentuk Globe Valve terlihat
pada Gambar 2.1 di bawah ini.
Gambar 2.1 Globe valve
3) Butterfly Valve
Bentuk penyekatnya adalah piringan yang mempunyai sumbu putar di
tengahnya (terlihat pada Gambar 2.2). Bentuknya yang sederhana membuat
lebih ringan dibandingkan valve lainnya.
Gambar 2.2 Butterfly valve
4) Ball Valve
Bentuk penyekatnya berbentuk bola (Gambar 2.3) yang mempunyai
lubang menerobos ditengahnya. Ball valve digunakan secara utama untuk on-
off service. Ball valve ini kurang memuaskan digunakan untuk service
throttling. Ball valve ini cepat pengerjaannya,mudah perawatannya, tidak
perlu digosok dengan minyak.
Ball valve tidak dibatasi untuk bahan fluida tertentu. Mereka digunakan
untuk: uap, air, minyak, gas, udara, fluid a korosif, slurry (partikel kasar) dan
bahan bubuk kering. Ball valve diproduksi dalam range bahan yang banyak
yaitu : besi tuang, besi lunak, perunggu, aluminium, baja karbon ( karbon
steel) , stainless steel, kuningan,titanium, zirconium, tantalum, dan beberapa
campuran bahan tahan korosi dan plastik.
Gambar 2.3 Ball valve
5) Plug Valve
Seperti ball valve, tetapi bagian dalamnya bukan berbentuk bola,
melainkan silinder. Karena tidak ada ruangan kosong di dalam badan valve,
maka cocok untuk fluida yang berat atau mengandung unsur padat seperti
lumpur. Bentuk Plug Valve terlihat pad ggambar 2.4 berikut, bentuk
penyekatnya berupa silinder.
Gambar 2.4 Plug valve
6) Check Valve atau Non-Return Valve
Mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida hanya ke satu arah dan
mencegah aliran ke arah sebaliknya. Check valve didesain tersendiri untuk
mencegah pembalikan aliran sepanjang garis. lni operasinya otomatis dan
menjaga aliran dalam satu arah tapi mengikuti aliran dalam hal lainnya.
2.2 Teori Hidrolik
Sistem hidrolik merupakan suatu bentuk perubahan atau pemindahan daya
dengan menggunakan media penghantar berupa fluida cair untuk memperoleh
daya yang lebih besar dari daya awal yang dikeluarkan. Dimana fluida penghantar
ini dinaikan tekanannya oleh pompa pembangkit tekanan yang kemudian
diteruskan ke silinder kerja melalui pipa-pipa saluran dan katup-katup. Gerakan
translasi batang piston dari silinder kerja yang diakibatkan oleh perbedaan tekanan
fluida pada ruang silinder dimanfaatkan untuk gerak maju dan mundur.
Perbedaan tekanan pada sistem akan menyebabkan fluida mengalir,
perbedaan ini ditimbulkan oleh pemberian energi pada fluida. Energi tersebut berupa
energi potensial dan energi kinetic yang diberikan oleh pompa, yang dikopel oleh
sebuah penggerak utama seperti, motor bakar dan motor listrik. Aliran yang
dihasilkan ini akan dialirkan menuju actuator yang akan mengubah tekanan fluida
menjadi gaya yang akan melawan beban.
2.2.1 Komponen Sistem Hidrolik
Sistem diartikan sebagai rangkaian aktivitas yang lengkap ataupun
beberapa operasional yang membuat sebuah siklus kerja. Dalam kerja hidrolik,
sistem terdiri dari komponen hidraulik, yaitu :
A. Silinder Kerja
Silinder kerja merupakan komponen utama yang berfungsi untuk
merubah dan meneruskan daya tekanan fluida, dimana fluida akan
mendesak piston untuk melakukan gerak maju dan mundur. Komponen ini
berfungsi merubah energi fluida menjadi gerakan linier, hal ini dilakukan
dengan cara mengarahkan fluida yang memiliki energi tadi menuju ke silinder
hidrolik, sehingga akan timbul sebuah gaya yang akan memindahkan beban.
Gaya yang dihasilkan akan berbanding lurus dengan tekanan dan luasan
piston.Silinder hidrolik terdiri atas silinder, piston, batang piston, saluran dan
perapat, hal ini dapat terlihat jelas pada gambar 2.5 berikut ini:
Gambar 2.5 Silinder hidrolik
Piston memiliki luasan yang akan melawan tekanan fluida, luasan ini
terpasang pada ujung batang piston, sedangkan ujung batang yang lainnya
digunkan untuk melawan gaya dari beban. Lubang silinder, perapat dan
saluran berfungsi unutk menjaga fluida agar tetap berada dalam system.
Ada dua type silinder kerja yang digunakan dalam sistem hidrolik,
yaitu:
1. Silinder kerja single acting.
Silinder kerja jenis ini hanya memiliki satu ruang fluida kerja
didalamnya, yaitu ruang silinder di atas atau di bawah piston yang
terlihat pada gambar 2.6. Kondisi yang demikian mengakibatkan
silinder kerja hanya bisa melakukan satu gerakan. Sedangkan
untuk kembali ke posisi semula, ujung batang piston harus didesak
oleh tenaga mekanis.
Gambar 2.6 Silinder Kerja Single Acting
2. Silinder Kerja Double Acting.
Silinder kerja double acting adalah silinder kerja yang
memeiliki dua buah ruang fluida didalam ruang silinder, yaitu
ruang silinder diatas dan dibawah piston. Hanya saja, ruang fluida
diatas piston lebih kecil dibanding ruang fluida dibawah piston,
karena sebagian ruangnya tersita oleh batang piston. Konstruksi
tersebut, silinder kerja memungkinkan untuk dapat melakukan
gerakan bola-balik seperti terlihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Silinder Kerja Double Acting
B. Fluida Kerja.
Dalam sistem hidrolik fluida merupakan komponen utama yang
berfungsi sebagai media penghantar energi. Fungsi utama fluida hidrolik
adalah mentransfer daya yang diperoleh oleh pompa ke system, fluida dari
reservoir ini dialirkan oleh pompa ke katup dan dari katup ini pengaturan
dilakukan, fluida kan mengalir kedalam actuator untuk melakukan gaya dan
kerja yang terbebabani oleh system, selanjutnya fluida ini akan kembali ke
reservoir.
Fluida-fluida ini haruslah memiliki kondisi-kondisi yang dapat
mendukung system hidrolik, beberapa kondisi yang harus dimiliki oleh fluida
antara lain, Viskositas, Indeks viskositas, Foaming, kekuatan film,
demulsifitas, ketahanan terhadap oksidasi, pour point.
1) Viskositas
Faktor ini menentukan kekuatan aliran fluida pada suhu tertentu,
viskositas yang tinggi akan menyebabkan fluida sulit mengalir,
sedangkan viskositas yang rendah kan memudahkan fluida untuk
mengalir (encer) sehingga akan dapat mengalir pada tempat yang sempit.
Satuan yang dipakai untuk menentukan nilai viskositas adalah SSU
(Saybolt Second Universal) atau juga memakai standar SAE (Society
Automovite Engineering). Misalnya SAE 10 pada temperature 1000 F
mempunyai viskositas 160-170 SSU. Pemilihan minyak pelumas yang
memiliki tidak tepat akan menyebabkan kerugian pada system, viskositas
yang tinggi akan membuat kerja pompa semakin berat, kalau terlalu encer
akan mudah menyebabkan kebocoran.
2) Indeks viskositas
Indeks viskositas adalah kecepatan perubahan viskositas terhadap
perubahan temperature, atau adanya tekanan terus menerus dalam
system, minyak fluida yang baik adalah minyak fluida yang tetap dalam
keadaan cair pada temp operasi rendah, dan masih cukup kental pada
temp operasi tinggi.
3) Foaming
Foaming yaitu timbulnya gelembung pada minyak akibat masuknya
udara dalam minyak, karena adanya kebocoran pada pada bagian isap
system. Minyak hidraulik yang baik harus melarutkan sejumlah udara
yang tercampur didalamnya,
4) Kekuatan film
Maksudnya adalah kemampuan minyak untuk membentuk lapisan
film yang mampu untuk mendukung beban dan mencegah terjadinya
kontak langsung pada permukaan yang bergesakan sehingga mengurangi
keausan.
5) Demulsibilitas
Demulsibilitas kemampuan minyak untuk memisahkan diri dari air
yang tercampur didalamnya.
6) Ketahanan terhadap oksidasi
Dalam hal ini yang dimaksud adalah ketahanan minyak untuk tidak
teroksidasi pada temperature tinggi.
7) Pour point
Pour point adalah kemampuan untuk menunjutkkan sifat atau
kemampuan mengalir pada suhu rendah.
C. Pipa Saluran Minyak.
Pipa merupakan komponen penting dari sebuah sistem hidrolik yang
berfungsi meneruskan fluida kerja bertekanan tinggi dari pompa
pembangkit tekanan kesilinder kerja.
Mengingat fluida kerja yang dihasilkan dari pompa ke silinder kerja
bertekanan tinggi, maka pipa saluran minyak harus memiliki syarat :
1) Mampu menahan tekanan yang tinggi dari fluida.
2) Koefisien gesek dari dinding bagian dalam pipa harus sekecil
mungkin.
3) Dapat menyalurkan panas dengan baik.
4) Tahan terhadap perubahan tekanandan suhu.
5) Tahan terhadap perubahan cuaca
6) Berumur relatif panjang.
7) Tahan terhadap korosi.
D. Katup (valve).
Katup hidrolik dalam sebuah sistem berfungsi untuk mengendalikan
tekanan, aliran dan mengarahkan arah aliran fluida. Katup ini dapat
dikendalikan oleh manusia, oleh gaya mekanik, tekanan dari fluida, maupun
secara elektrik. Penggunaan pengendali dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan
dari system. Menurut pemakaianya, katup dibagi menjadi tiga macam:
A. Katup pengatur tekanan.
Katup pengendali tekanan berfungsi untuk menjaga sistem dari
kelebihan tekanan, ia juga dapat berfungsi sebagai katup pengaman
dalam sistem, bila tekanan yang timbul melebihi tekanan dari system hal
ini akan berdampak pada rusaknya komponen lain yang tidak mampu
menahan beban tekanan yang berlebihan. Fluida yang bertekanan lebih
ini akan mengalir keluar sistem, dan biasanya ia akan kembali menuju ke
reservoir. Cara kerja katup ini berdasarkan kesetimbangan antara gaya
pegas dengan gaya tekan fluida. Dalam kerjanya, katup akan
membuka bila tekanan fluida dalam suatu ruang lebih besar dari
tekanan pegas katupnya, dan akan menutup kembali setelah tekanan
fluida turun lebih kecil dari tekanan pegas katup.
Gambar 2.8 Katup pengatur tekanan dan simbolnya
Katup ini bekerja apabila fluida yang masuk pada saluran (inlet)
memiliki tekanan yang dapat melawan pegas. Sehingga katup terbuka
maka aliran akan menuju ke reservoir, maka sistem akan terus menjaga
tekanannya pada tekanan tertentu saja.
B. Katup Pengatur Jumlah Aliran.
Katup pengatur jumlah aliran adalah sebuah katup yang berfungsi
untuk mengatur kapasitas aliran fluida dari pompa ke aktuator juga
untuk mengatur kecepatan aliran fluida dan kecepatan gerak piston
dalam silinder. Dari fungsi ini dapat diambil kesimpulan, bahwa
kecepatan gerak piston tergantung dari jumlah fluida yang masuk
kedalam ruang silinder dibawah piston tiap satuan waktunya.
Karena kemampuan katup ini membatasi aliran fluida maka ia juga
dapat berfungsi untuk membagi fluida menjadi beberapa aliran, sehingga
sebuah urutan dari pekerjaan diselesaikan oleh katup. Terlihat pada
gambar bahwa aliran fluida dapat diatur oleh pengaturan tekan, dan arah
aliran hanya satu aliran saja.
Gambar 2.9 Katup pengatur aliran dan symbol
C. Katup Pengatur Arah Aliran.
Katup pengatur arah arah aliran merupakan sebuah saklar untuk
memulai dan mengakhiri suatu gerakan dari silinder. Fungsi dari katup
ini untuk mengarahakan atau mensuplai fluida dari pompa kesilinder
dan mengalirkan kembali fluida tersebut dari silinder ke tangki
reservoir.
Dalam sebuah aplikasi yang bersifat bergerak katup pengendali ini
digerakkan oleh sebuah gaya yang diperoleh dari seorang operator,
sedangkan dalam dunia industri penggerak dan pengatur dari katup ini
dilakukan oleh solenoid, elektrik, dan gas. Penggunaan katup servo
biasanya dilakukan untuk mengatur kapasitas aliran fluida pada sistem
hidrolik moderen.
Gambar 2.10 Katup pengatur arah dan simbolnya
Gambar katup (Gambar 2.10) diatas memiliki 2 posisi dan 4 arah,
artinya 2 posisi menunjukkan bahwa katup tersebut memiliki 2 macam
posisi yang dapat diatur oleh pengatur, dan 4 arah artinya fluida masuk
dan keluar melalui 4 arah, pada contoh ini arah-arah tersebut adalah dari
pompa, menuju reservoir, saruran 1 dan saluran 2 kedua saluran ini
merupakan arah aliran.
E. Pompa
Permulaan pengendalian dan pengaturan sistem hidrolik terdiri satu
unsur pembangkit tekanan. Jadi, pada umumnya yang membangkitkan
tekanan tersebut adalah pompa. Pompa menerima tenaga mekanis dari luar
berupa putaran yang dihasilkan oleh motor penggerak. Dalam sebuah
sistem hidraulik sebuah keuntungan besar bila komponen memiki
kemampuan yang besar tapi berdimensi relatif kecil. Atas keuntungan
tersebut, maka hal praktis yang dipilih adalah pompa pindahanan positif
yang dipilih.
Secara teoritis pompa dibagi atas beberapa macam, secara garis besar
pembagian pompa dibagi berdasarkan masukan energi yang diberikan oleh
pompa tersebut, berikut ini pembagian pompa secara teoritis.
1) Pompa Pindahan Non Positif
Pada pompa ini, fluida akan mendapatkan gaya sentrifugal,
sehingga fluida akan mengalami kenaikan kecepatan, kecepatan yang
meningkat akan menurunkan tekanan dari fluida sehingga bila tekanan
danlam reservoir sebear 1 atm akan mengalirkan fluida menuju
pompa.
Pada pompa jenis ini pengklasifikasian dapat dilakukan
berdasarkan arah aliran fluida yang keluar, pompa aksial akan
menghasilkan arah fluida keluar sejajar dengan arah masuk, pompa
radial akan membentuk sudut 90antara aliran fluida masuk dengan
fluida keluarnya, sedangkan pompa campuran akan menghasilkan
sudut lebih dari 90antara aliran keluar dan aliran masuknya. Berikut
merupakan gambar dari pompa pindahan non-positif.
Gambar 2.11 Pompa pindahan non-positif
Pada gambar 2.11 diatas terlihat bahwa, fluida masuk pada saluran
inlet selanjutnya fluida tadi menuju impeller, dari impeller inilah
fluida mengalami kenaikan kecepatan, selanjutnya fluida akan
menghanatam rumah pompa, karena rumah pompa memiliki bentuk
sedemikian rupa maka aliran fluida ini akan tertuntun keluar pompa
melalui saluran keluar dengan memiliki ketinggian tertentu.
2) Pompa pindahan positif
Pompa ini bekerja berdasarkan perubahan tekanan yang
ditimbulkan akibat perbuahan volume. Pompa roda gigi yang
merupakan salah satu pompa pindahan positif yang paling umum
digunakan, hal ini karena dimensi yang dimiliki oleh pompa ini
relative kecil dan pengoperasiannya yang sederhana. Pompa ini
bekerja dengan cara sejumlah fluida masuk pada sisi isap ke dalam
rongga-rongga roda gigi kemudian dipindahkan ke sisi tekan. Pada
daerah ini fluida dicengkaram dan didesak keluar pompa, besarnya
kapasitas fluida yang terpompa tergantung dari besarnya rongga-
rongga gigi pada pompa tersebut.
Gambar 2.12 Pompa Roda Gigi Luar dan Pompa Roda Gigi Dalam
F. Filter
Filter berfungsi untuk melakukan penyaringan fluida sehingga fluida
tetap dalam keadaan bershi, kotoran yang dihasilkan biasanya terjadi karena
adanya serpihan yang ditimbulkan akibat gesekan-gesekan pada sistem
maupun pada tiap-tiap komponen, penyaringan ini dilakukan dengan cara
memisahkan partikel atau sepihan dari minyak dengan sebuah media yang
memiliki ukuran lubang atau laluan lebih kecil dari serpihan yang terbentuk
sehingga bila dialirkan melewati saringan partikel tadi akan tinggal dan
terpisah dari minyak, sehingga minyak yang dialirkan akan terbebas dari
kotoran, maupun partikel-partiekel yang bersifat menggangu.
Mengingat kerja pompa lebih berat pada sisi masuknya maka untuk
memperoleh kerja maksimal dari pompa pemasangan filter sesudah pompa.
Dengan adanya filter, diharapkan efisiensi peralatan hidrolik dapat
ditinggikan dan umur pemakaian lebih lama.
G. Manometer.
Biasanya pengatur tekanan dipasang dan dilengkapi dengan sebuah
alat yang dapat menunjukan besar tekanan fluida yang keluar.
H. Motor
Motor berfungsi sebagai penggerak utama dari semua komponen
hidrolik dalam rangkaian ini. Kerja dari motor itu sendiri dengan bantuan
arus AC yang diubah menjadi gerak putar pada motor.
I. Coupling
Fungsi utama adanya kopling adalah sebagai media penghubung
meneruskan putaran yang dihasilkan oleh pompa penggerak untuk
diteruskan ke pompa. Akibat dari putaran ini menjadikan pompa bekerja.
J. Pump unit
Pump unit adalah kombinasi tangki minyak, pompa, motor,copling,
dan relief valve Pipa dan nepel saluran minyak fluida olie. Disamping itu
control valve dan peralatan pelengkap dipakai sesuai kebutuhan.
2.2.1 Cara Kerja Sistem Hidrolik
Cara kerja sistem hidrolik terlihat pada gambar 2.13 yaitu menggunakan
sebuah silinder penggerak ganda dengan gerak dua arah, yaitu gerak silinder arah
maju dan mundur.
Gambar 2.13 Skema Rangkaian Hidrolik
Keterangan komponen :
1. Silinder hidrolik
2. Hand valve spring return
3. Relief valve
4. Manometer
5. Flow control valve
6. Gear pump
7. Coupling
8. Motor
9. Filter
Secara spesifik, cara kerja rangkaian hidrolik adalah sebagai berikut: Saat
motor listrik dihidupkan (dialiri arus AC), motor akan berputar. Putaran motor
tersebut diteruskan ke coupling memutar poros pompa, menjadikan pompa
bekerja. Pompa akan menghisap dan menekan fluida dari tangki melalui filter.
Selanjutnya tekanan fluida di teruskan ke relief valve. Pada relief valve terdapat
saluran P1, T dan P2, dimana saluran P1 dari pompa , keluar melalui saluran P
kedua. Dari saluran P2 dihubungkan ke hand valve melewati sambungan ‘T’ yang
mana, saluran yang satu dihubungkan ke manometer untuk mengetahui besar
tekanan yang mengalir dalam sirkuit dan saluran yang satunya lagi dihubungkan
ke hand valve.
Untuk saluran T relief valve, dihubungkan ke tangki. Pada saat ini, fluida
akan berhenti karena hand valve belum bekerja. Aliran fluida dari relief valve
akan kembali ke tangki melalui saluran ‘T’ (by pass). Bila hand valve ditekan,
fluida dari saluran P relief valve diteruskan ke saluran P hand valve dan masuk
melewati flow control valve lewat saluran A. Bila flow control valve diatur
cekiknya maka fluida mendorong piston untuk bergerak maju. Bila hand valve
dilepas, tekanan fluida yang tadinya dari P ke A, menjadi P ke B. Adanya
perbedaan tekanan di depan dan belakang piston lebih besar didepan piston,
menyebabkan piston untuk bergerak mundur.
2.3 Teori Sistem Kontrol
Sistem (system) adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja
bersama-sama dan melakuka sasaran tertentu. Komponen ini dapat berdiri sendiri
maupun berupa komponen yang saling berkesinambuungan antara satu denagn
yang lain. Sedangkan kontrol adalah suatu kerja untuk mengatur, mengarahkan
memerintahkan fungsi kerja suatu mesin dan memetakan tingkah laku mesin
tersebut sesuai dengan yang dikehendaki.
Fungsi kerja mesin tersebut mencakup antara lain menjalankan (start),
mengatur (regulasi), dan menghentikan suatu proses kerja. Pada umumnya, sistem
kendali merupakan suatu kumpulan peralatan listrik atau elektronik, peralatan
mekanik, dan peralatan lain yang menjamin stabilitas dan transisi halus serta
ketepatan suatu proses kerja. Sistem kendali mempunyai tiga unsur yaitu input,
proses, dan output. Untuk susunan diagram bloknya terlihat pada gambar 2.14
berikut ini.
Gambar 2.14 Diagram Blok Sistem
Dimana input adalah komponen masukan yang dapat berupa data atau
informasi. Proses adalah operasi atau perkembangan alami yang berlangsung
secara kontinu yang ditandai oleh suatu deretan kecil yang berurutan dengan cara
yang relative tetap dan menuju ke suatu hasil atau keadaan tertentu. Output adalah
hasil dari perubahan yang dilakukan terhadap data atau informasi yang diberikan
pada input.
Jadi Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap
satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga
range tertentu. Istilah lain sistem kontrol atau teknik kendali adalah teknik
pengaturan, system pengendalian, atau sistem pengontrolan. Tujuan utama dari
suatu sistem pengendalian adalah untuk mendapatkan unjuk kerja yang optimal
pada suatu sistem yang dirancang.
Sistem pengendalian atau teknik pengaturan juga dapat didefinisikan suatu
usaha atau perlakuan terhadap suatu sistem dengan masukan tertentu guna
mendapatkan keluaran sesuai yang diinginkan . Dalam buku berjudul ”Modern
Control Systems”, bahwa sistem pengaturan merupakan hubungan timbal balik
antara komponen-komponen yang membentuk suatu konfigurasi sistem yang
memberikan suatu hasil yang dikehendaki berupa respon.
Contoh sistem pengaturan yang paling mendasar adalah kendali on -off
saklar listrik. Aktivitas menghidupkan dan mematikan saklar menyebabkan
adanya situasi saklar hidup atau mati. Masukan on atau off mengakibatkan
terjadinya proses pada suatu pengendalian saklar listrik sehingga sistem bekerja
sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yaitu listrik menyala atau mati. Keadaan
on-off (hidup atau mati) merupakan masukan, sedangkan mengalir dan tidak
mengalirnya listrik merupakan keluaran. Suatu keadaan dimana listrik sudah
dihidupkan namun tidak menyala, berarti ada yang salah pada sistem tersebut.
Proses yang dicontohkan itu mengilustrasikan sistem kendali yang terjadi secara
manual.
Menurut Distefano dkk (1992), ada tiga jenis sistem pengaturan dasar
yakni :
1. Pengendalian alamiah, contohnya pengendalian suhu tubuh manusia,
mekanisme buka-tutup pada jantung, sistem peredaran darah, sistem
syaraf, sistem kendali pankreas dan kadar gula dalam darah, sistem
pengaturan adrenalin, dan sistem kendali lainnya yang ada pada makhluk
hidup.
2. Pengendalian buatan, contohnya yaitu mekanisme on-off pada saklar
listrik, mekanisme buka-tutup pada keran air, sistem kontrol untuk
menghidupkan dan mematikan televisi/radio/tape, kendali pada mainan
anak -anak, pengaturan pada kendali suhu ruangan ber -AC, serta kendali
perangkat elektronik seperti pada kulkas, freezer dan mesin cuci.
3. Sistem kendali yang komponennya buatan dan alamiah, contohnya
adalah pengendalian ketika orang mengendarai sepeda, motor atau mobil.
Pengendara senantiasa mempergunakan matan ya sebagai komponen
alamiah untuk mengamati keadaan, disamping itu pengendara juga
mengatur kecepatan berkendara dengan mengatur putaran mesinnya yang
merupakan komponen buatan.
2.3.1 Sistem Kontrol Manual dan Otomatis
Menurut sifat dan operasinya sistem kontrol dibagi 2 yaitu :
1. Sistem Kontrol Manual
Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh
manusia yang bertindak sebagai operator, sedang pengontrolan secara
otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin atau
peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan
manusia. Pengontrolan secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan
sehari-hari seperti pada penyetelan suara radio, televisi, pengaturan cahaya
televisi, pengaturan aliran air melalui keran, pengaturan kecepatan kendaraan,
dan lainnya.
2. Sistem Kontrol Otomatis
Pengontrolan secara otomatis banyak ditemui dalam proses industri,
pengendalian pesawat, pembangkit tenaga listrik. Sebagai contoh adalah
pengaturan aliran, temperatur dan tekanan dengan menggunakan katup
pengatur, pengontrolan suhu ruangan oleh thermostat, pengontrolan daya
listrik oleh relay, circuit-breaker (pemutus atus).
2.3.2 Jenis Sistem Kontrol
Jenis sistem kontrol ada dua macam yaitu :
1. Sistem kontrol tertutup (closed-loop control system).
Pada sistem kontrol tertutup, sinyal kesalahan yang bekerja yaitu
perbedaan sinyal masukan dan sinyal umpan balik (yang mungkin sinyal
keluarannya sendiri atau fungsi dari sinyal keluaran dan turunannya),
disajikan ke kontroler sedemikian rupa untuk mengurangi kesalahan dan
membawa keluaran system ke nilai yang dikehendaki.
Sistem kontrol tertutup mempunyai banyak keunggulan dibanding
sistem kontrol terbuka, yaitu mempunyai tingkat ketepatan yang lebih
tinggi, dan tidak peka terhadap gangguan, dan perubahan pada lingkungan.
(a)
(b)
Gambar 2.15 (a) dan (b) Diagram Blok Sistem Kontrol Tertutup
Dimana pada” masukan” (gambar 2.15 (a) merupakan harga yang
diinginkan dan keluaran yaitu berupa harga yang sebenarnya (respon).
Pada gambar 2.15 (b) hubungan antara fungsi masukan, fungsi alih sistem,
fungsi umpan balik dan fungsi keluaran :
B(s) = H(s) C(s), mempunyai nilai negative dan harus dikurangkan dari
tegangan masukan sehingga menghasilkan masukan pada penguat itu
sebesar E(s) = R(s) – B(s)
C(s) = G(s) E(s)
E(s) = R(s) – B(s)
= R(s) – H(s) C(s)
Dengan eliminasi E(s) dari persamaan tersebut memberikan
C(s) = G(s) [R(s) – H(s) C(s)]
Atau
C(s)R(s)
=G(s)
1+G ( s ) H (s)
Fungsi alih yang menghubungkan C(s) dengan R(s) disebut fungsi alih
loop tetutup. Fungsi alih ini menghubungkan dinamika system loop terutup
dengan elemen umpan – maju dan umpan – balik. Jadi persmaan nilai C(s)
yaitu
C ( s )= G (s )1+G ( s) H (s )
R(s)
Jadi jelas bahwa keluaran dari system loop tertutup tergantung pada
fungsi alih loop tertutup dan masukan aslinya.
2. Sistem kontrol terbuka (open-loop control system).
Sistem control terbuka yaitu suatu sistem yang keluarannya tidak
mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Dengan kata lain, sistem
kontrol loop terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai
perbandingan umpan balik dengan masukan. Untuk menggambarkan
proses system control ini dibuat diagram blok seperti gambar 2.10 dibawah
ini.
Gambar 2.16 Diagram Blok Sistem Kontrol Loop Terbuka
Dalam sistem control terbuka, faktor yang dibutuhkan yaitu waktu.
Kelebihan dalam sistem kontrol ini yaitu konstruksinya sederhana,
perawatannya mudah lebih murah, dan tidak ada persoalan kestabilan
2.3.1 Kontroler Hidrolika
Servomotor hidrolika yang ditunjukkan dalam Gambar 2.11 pada dasarnya
adalah aktuator dan penguat daya hidrolika yang dikontrol katup pilot. Katup pilot
adalah katup berimbang dalam arti bahwa semua gaya tekanan yang bekerja
terhadapnya berimbang. Keluaran daya yang besar dapat dikontrol oleh katup
pilot, yang diposisikan dengan daya yang kecil
Pada kontroler hidrolika, kita menganggap bahwa fluida hidrolika tidak
dapat dimampatkan dan gaya inersia dari torak daya dan beban dapat diabaikan
bila dibandingkan dengan gaya hidrolika pada torak daya kita juga menganggap
bahwa katup pilot adalah katup “zero-lapped”, dan laju arus oli sebanding dengan
perpindahan katup pilot.
Gambar 2.17 Servomotor Hodrolika
Operasi servomotor hidrolika ini adalah sebagai berikut. Jika masukan x
menggerakkan katup pilot kekanan, maka pangkalan I terbuka dan tekanan tinggi
oli akan memasuki sisi sebelah kanan dan torak daya. Karena pangkalan II
dihubungkan dengan pangkalan pembuangan, maka oli disebelah kiri dari torak
dayadikembalikan ke pembuangan. Oli mengalir ke silinder daya pada tekanan
tinggi oli mengalir keluar dari silinder daya ke dalam pembuangan pada tekanan
rendah. Hasil dari perpedaan tekanan tersebut pada kedua sisi dari torak daya akan
menyebabkannya bergerak ke kiri.
2.4 Transformasi Laplace
Transformasi Laplace adalah suatu teknik untuk menyederhanakan
permasalahan dalam suatu sistem yang mengandung masukan dan keluaran,
dengan melakukan transformasi dari suatu domain pengamatan ke domain
pengamatan yang lain. Transformasi laplace juga merupakan suatu metode
operasional yang dapat digunakan secara mudah untuk menyelesaikan persamaan
diferensial linier.
Suatu kelebihan metode transformasi Laplace adalah bahwa metode ini
memungkinkan penggunaan teknik grafis untuk meramal kinerja sistem tanpa
menyelesaikan persamaan diferensial sistem. Kelebihan lain metode transformasi
Laplace adalah diperolehnya secara serentak baik komponen transien maupun
komponen keadaan tunak jawaban persamaan waktu menyelesaikan persamaan
diferensial.
Dalam matematika jenis transformasi ini merupakan suatu konsep yang
penting sebagai bagian dari analisa fungsional, yang dapat membantu dalam
melakukan analisa sistem invarian-waktu linier, seperti rangkaian elektronik,
osilator harmonik, devais optik dan sistem-sistem mekanik. Dengan mengetahui
deksripsi matematika atau fungsional sederhana dari masukan atau keluaran suatu
sistem, transformasi Laplace dapat memberikan deskripsi funsional alternatif yang
kadang dapat menyederhanakan proses analisa kelakukan dari sistem atau
membuat suatu sistem baru yang berdasarkan suatu kumpulan spesifikasi.
Dalam sistem fisik sebenarnya transformasi Laplace sering dianggap
sebagai suatu transformasi dari cara pandang domain-waktu, di mana masukan
dan keluaran dimengerti sebagai fungsi dari waktu, ke cara pandang domain-
frekuensi, di mana masukan dan keluaran yang sama dipandang sebagai fungsi
dari frekuensi angular kompleks, atau radian per satuan waktu. Transformasi ini
tidak hanya menyediakan cara mendasar lain untuk mengerti kelakukan suatu
sistem, tetapi juga secara drastis mengurangi kerumitan perhitungan matematika
yang dibutuhkan dalam menganalisa suatu sistem.
2.4.1 Konsep Variabel Kompleks
Suatu variabel kompleks mempunyai dua komponen, yaitu komponen
nyata dan komponen imajiner. Jika komponen nyata dan/atau komponen imajiner
adalah variabel, bilangan kompleks itu dinamakan variabel kompleks.pada
transformasi Laplace kita menggunakan notasi s sebagai variabel kompleks, yaitu;
s=σ+ jω
dimana 𝜎 adalah komponen nyata dan ω adalah komponen imajiner.
2.4.2 Fungsi Kompleks
Fungsi kompleks F(s) merupakan fungsi dari fungsi variabel kompleks s,
jika untuk setiap nilai s terdapat satu atau lebih nilai F(s) Karena s mempunyai
bagian nyata dan khayal, fungsi F(s) juga dinyatakan dengan bagian nyata dan
khayal, yaitu;
F ( s )=Fx+ jF y
Dimana F x dan F y adalah besaran nyata. Besaran nyata F(s) adalah √ FX2 +FY
2 ,
akar dari F x+F ydan sudut θ dari F(s) adalah tan-1 (F ¿¿ x /F y )¿. Sudut tersebut
diukur berlawanan jarum jam dari sumbu nyata positif. Konjugasi kompleks dari
F(s) adalah F(s)=F x+ jF y.
Fungsi kompleks yang biasa ditemui pada analisis sistem kontrol linear
adalah fungsi nilai tunggal s dan ditentukan secara jelas untuk nilai s yang
diberikan. Fungsi kompleks G(s) dikatakan analitik dalam suatu daerah bila G(s)
dan semua turunannya ada pada daerah tersebut.
2.4.3 Transformasi Laplace
Definisi Transformasi Laplace :
L [ f ( t ) ]=F ( s)=∫0
∞
e−st dt [ f ( t ) ]=∫0
∞
f ( t ) e−st dt
Dimana ;
f(t) = fungsi waktu t sedemikian rupa sehingga f(t) = 0 untuk t < 0
s = variabel kompleks
L = simbol operasional yang menunjukkan bahwa besaran yang
didahuluinya ditransformasi dengan integral Laplace
F(s)= transformasi Laplace dari f(t)
Transformasi Laplace suatu fungsi f(t) ada jika f(t) secara sepotong-
sepotong kontinyu pada setiap selang-terhingga (finite interval) dalam daerah t >
0 dan jika fungsi tersebut mempunyai orde eksponensial dengan membesarnya t
menuju tak terhingga. Dengan kata lain, integral Laplace harus konvergen. Suatu
fungsi f(t) mempunyai orde eksponensial jika ada suatu konstanta nyata positif, 𝜎 sedemikian rupa sehingga fungsi
e−σt|f (t)|
mendekati nol jika t mendekati tak terhingga.
2.5 Teori Matlab
Matlab adalah sebuah bahasa dengan (high-performance) kinerja tinggi
untuk komputasi masalah teknik. Matlab mengintegrasikan komputasi, visualisasi,
dan pemrograman dalam suatu model yang sangat mudah untuk pakai dimana
masalah-masalah dan penyelesaiannya diekspresikan dalam notasi matematika
yang familiar. Penggunaan Matlab meliputi bidang–bidang:
a) Matematika dan Komputasi
b) Pembentukan Algoritma
c) Akusisi Data
d) Pemodelan, simulasi, dan pembuatan prototype
e) Analisa data, explorasi, dan visualisasi
f) Grafik Keilmuan dan bidang Rekayasa
Matlab merupakan suatu sistem interaktif yang memiliki elemen data
dalam suatu array sehingga tidak lagi kita dipusingkan dengan masalah dimensi.
Hal ini memungkinkan kita untuk memecahkan banyak masalah teknis yang
terkait dengan komputasi, kususnya yang berhubungan dengan matrix dan
formulasi vektor, yang mana masalah tersebut merupakan momok apabila kita
harus menyelesaikannya dengan menggunakan bahasa level rendah seperti
Pascall, C dan Basic.
Nama MATLAB merupakan singkatan dari matrix laboratory. MATLAB
pada awalnya ditulis untuk memudahkan akses perangkat lunak matrik yang telah
dibentuk oleh LINPACK dan EISPACK. Saat ini perangkat MATLAB telah
menggabung dengan LAPACK dan BLAS library, yang merupakan satu kesatuan
dari sebuah seni tersendiri dalam perangkat lunak untuk komputasi matrix.
Sebagai sebuah sistem, MATLAB tersusun dari bagian utama:
1) Development Environment
Development Environment merupakan sekumpulan perangkat dan
fasilitas untuk menggunakan fungsi-fungsi dan file-file MATLAB.
Beberapa perangkat ini merupakan sebuah graphical user interfaces
(GUI). Termasuk didalamnya adalah MATLAB desktop dan
Command Window, command history, sebuah editor dan debugger,
dan browsers untuk melihat help, workspace, files, dan search path.
2) MATLAB Mathematical Function Library
MATLAB Mathematical Function Library merupakan sekumpulan
algoritma komputasi mulai dari fungsi-fungsi dasar seperti: sum, sin,
cos, dan complex arithmetic, sampai dengan fungsi-fungsi yang lebih
kompek seperti matrix inverse, matrix eigenvalues, Bessel functions,
dan fast Fourier transforms.
3) MATLAB Language
MATLAB Language merupakan suatu high-level matrix/array
language dengan control flow statements, functions, data structures,
input/output, dan fitur-fitur object-oriented programming.
4) Graphics
MATLAB memiliki fasilitas untuk menampilkan vector dan matrices
sebagai suatu grafik. Didalamnya melibatkan high-level functions
(fungsi-fungsi level tinggi) untuk visualisasi data dua dimensi dan
data tiga dimensi, image processing, animation, dan presentation
graphics. Ini juga melibatkan fungsi level rendah yang
memungkinkan untuk memunculkan grafik mulai dari bentuk yang
sederhana sampai dengan tingkatan graphical user interfaces.
5) MATLAB Application Program Interface (API).
Application Program Interface (API) merupakan suatu library yang
memungkinkan program yang telah anda tulis dalam bahasa C dan
Fortran mampu berinteraksi dengan MATLAB.
2.4.1 Window-window pada MATLAB
Ada beberapa macam window yang tersedia dalam MATLAB, yang dapat
dijelaskan sebagai berikut:
a. MATLAB Command window/editor
MATLAB Command window/editor merupakan window yang dibuka
pertama kali setiap kali MATLAB dijalankan Command windows
juga digunakan untuk memanggil tool Matlab seperti editor, debugger
atau fungsi. Ciri dari window ini adalah adanya prompt (>>) yang
menyatakan matlab siap menerima perintah. Perintah dapat berupa
fungsi-fungsi pengaturan file (seperti perintah DOS/UNIX) maupun
fungsifungsi bawaan/toolbox MATLAB sendiri.
b. MATLAB Editor/Debugger (Editor M-File/Pencarian Kesalahan)
Window ini merupakan tool yang disediakan oleh Matlab 5 keatas.
Berfungsi sebagai editor script Matlab (M-file). Walaupun sebenarnya
script ini untuk pemrograman Matlab dapat saja menggunakan editor
yang lain seperi notepad, wordpad bahkan word.
c. Figure Windows
Window ini adalah hasil visualisasi dari script Matlab. Namun Matlab
memberi kemudahan bagi programmer untuk mengedit window ini
sekaligus memberikan program khusus untuk itu. Sehingga window
ini selain berfungsi sebagai visualisasi output dapat juga sekaligus
menjadi media input yang interaktif.
d. MATLAB help window
MATLAB menyediakan sistem help yang dapat diakses dengan
perintah help. Misalnya, untuk memperoleh informasi mengenai
fungsi elfun yaitu fungsi untuk trigonometri, eksponensial, complex
dan lain-lain.
Selain help untuk informasi di atas dapat juga dilihat informasi
lainnya misalnya perintah yang sangat berguna untuk mempelajari
pemrograman MATLAB adalah intro, yang membahas konsep-konsep
dasar tentang bahasa MATLAB. Selain itu, juga terdapat banyak
program demonstrasi yang mengilustrasikan berbagai kapabilitas
MATLAB, yang dapat dimulai dengan perintah demo. Atau untuk
lebih lengkapnya dapat dilihat di tampilan MATLAB dengan cara
memilih menu Window kemudian pilih help window, dan untuk
mengetahui informasi yang ada maka dapat dilakukan dengan
mengclickan dua kali info yang ada di MATLAB Help Window atau
dengan mengetikkan informasi yang ingin didapatkan pada sudut
sebelah kiri MATLAB Help Window.
2.4.2 Simulink
Simulink merupakan bagian dari Matlab yang dapat mensimulasikan
sistem kendali tanpa menuliskan program, hanya saja menggambarkan dalam
bentuk rangkaian yang bagian – bagiannya berisi keterwakilan dari gambar blok
sistem kendali yang akan dirancang. Dalam merancang sebuah sistem kendali,
sabaiknya kita mensimulasikannya terlebih dahulu agar dapat diketahui apakah
sistem yang sudah dibuat sesuai dengan yang dikehendaki atau diharapkan.