PENGONTROLAN TEMPERATUR DENGAN MENGGUNAKAN TERMOKOPEL PADA MULTIFUEL BOILER
(APLIKASI PT. INTI KIMIATAMA PERKASA)
O
L
E
H
SELAMAT SURYAMAN Nim.01 5203 046
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
LEMBAR PENGESAHAN
PENGONTROLAN TEMPERATUR DENGAN MENGGUNAKAN TERMOKOPEL PADA MULTIFUEL BOILER
(APLIKASI PT. INTI KIMIATAMA PERKASA) Oleh :
SELAMAT SURYAMAN NIM:01 5203 046
Disetujui Oleh : Pembimbing
Drs. HASDARI HELMI, MT. NIP:131 653 979
Diketahui Oleh :
ABSTRAK
Pada proses pembuatan obat bakar nyamuk, pengontrolan temperatur
sangatlah penting untuk mendapat mutu produksi sesuai dengan yang diinginkan.
Telah dilakukan pengamatan dan pengontrolan temperatur steam pada
superheater multifuel boiler. Pengamatan dan pengontrolan temperature steam
menggunakan termokopel agar temperature steam pada superheater selalu dalam
keadaan konstan, sesuai dengan nilai set point yang diberikan yaitu 300 0C.
Proses pendeteksian temperatur steam dilakukan dengan cara memasukkan
ujung sambungan panas (hot junction) kedalam proses steam pada superheater dan
ujung lainnya (cold junction) disambungkan ke transmitter. Pada transmitter
terjadi penguatan arus yang dikirim dari Distributed Control System (DCS) ke
transmitter. Transmitter ini akan mendeteksi besar temperatur steam yang sedang
terjadi, kemudian hasil pendeteksian ini akan dikirimkan ke controller oleh bagian
pengirim dari transmitter untuk proses selanjutnya. Apabila temperatur steam
melebihi nilai set point (300 0C) terlalu panas maka controller akan memberi
indikasi ke control valve agar membuka dan menutup condensate steam (uap) atau
menyiram dan menetralkan uap pada superheater. Temperatur steam yang
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada ALLAH SWT, karena berkat kuasa
dan kehendak-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan buku Karya Akhir ini
dengan baik.
Karya Akhir ini dibuat sebagai syarat kelulusan program Diploma-IV
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Oleh karena itu pada kesempatan
ini penulis menyusun Karya Akhir ini dengan judul “ Pengontrolan Temperatur
Dengan Menggunakan Termokopel Pada Multifuel Boiler. (Aplikasi PT. Inti
Kimiatama Perkasa).
Dalam melakukan penulisan Karya Akhir ini penulis banyak sekali
menemui kesulitan, namun berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak dan
kerja keras yang dilakukan akhirnya penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini.
Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M. Eng, selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT. selaku Ketua Program Diploma IV Program
Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Rahmat Fauzy, MT selaku Sekretaris Program Diploma IV
Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik
4. Bapak Ir. Rachman Hasibuan, selaku Koordinator Program Diploma IV
Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Drs. Hasdari Helmi. MT, selaku Dosen Pembimbing penulis dalam
menyusun Karya Akhir ini.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai Universitas Sumatera Utara Yang
tecinta kedua orang tuaku Seluruh keluarga dan kerabat yang telah
memberikan masukan dan saran pada penulis selama ini.
7. Teman-temanku Mahasiswa/i khususnya stambuk “2001” TIP D-IV
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyusun buku Karya Akhir ini penulis menyadari bahwa buku ini
belum sempurna dan jauh dari kesempurnaan, baik dari segi ilmu pengetahuan
dan tata bahasa. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran
demi lebih baiknya buku Karya Akhir ini.
Akhir kata, segala bantuan dan budi baik yang penulis dapatkan, penulis
menghaturkan terima kasih dan hanya kepada ALLAH SWT yang dapat
memberikan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyusun buku Karya Akhir
ini. Semoga buku Karya Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan bagi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Pemilihan Judul ... 1
I.2. Rumusan Masalah ... 2
I.3. Tujuan Penlisan Karya Akhir ... 3
I.4. Batasan Masalah ... 3
I.5. Metode Logi Penulisan ... 3
I.6. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN TEORITIS 2.1. Pengertian Sistem Kontrol ... 5
2.1.1. Sistem Pengontrolan Manual dan Otomatis ... 5
2.1.2. Rangkaian Terbuka dan Rangkaian Tertutup ... 6
2.1.3. Sistem Pengontrolan Secara Kontinu dan Diskontinu ... 7
2.2. Bagian – bagian Sistem Kontrol ... 7
2.5. Transduser dan Sensor ... 14
2.6. Sistem Kerja Instrumentasi ... 14
BAB III PENGGUNAAN TERMOKOPEL UNTUK MENGUKUR TEMPERATUR 3.1. Pengertian Termokopel ... 18
3.2. Konstruksi Termokopel ... 19
3.3. Cara Pemasangan Termokopel ... 20
3.4. Multifuel Boiler ... 22
3.5. Bagian–bagian yang terdapat pada Multifuel Boiler ... 22
3.6. Gambaran Operasional ... 26
3.7. Termokopel Sebagai Transduser Input ... 28
BAB IV PENGONTROLAN TEMPERATUR DENGAN MENGGUNAKAN TERMOKOPEL 4.1. Pengontrolan Temperatur Pada Multifuel Boiler ... 30
4.2. Pengoperasian Termokopel ... 34
4.3. Spesifikasi Termokopel ... 35
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 36
5.2. Saran ... 36
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram Blok Rangkaian Terbuka ... 6
Gambar 2.2. Diagram Blok Rangkaian Tertutup ... 6
Gambar 2.3. Transmitter Pneumatik Beda Tekanan ... 9
Gambar 2.4. Struktur Transmitter Elektronik ... 11
Gambar 2.5. Konstruksi Control Valve ... 13
Gambar 3.1. Prinsip Kerja Termokopel ... 18
Gambar 3.2. Konstruksi Termokopel ... 20
Gambar 3.3. Tipe Monting ... 20
Gambar 3.4. Instalasi dari Proteksi Pipa di Dalam Jalur Gas ... 21
Gambar 3.5. Blok Diagram Multifuel Boiler PT. IKP... 26
ABSTRAK
Pada proses pembuatan obat bakar nyamuk, pengontrolan temperatur
sangatlah penting untuk mendapat mutu produksi sesuai dengan yang diinginkan.
Telah dilakukan pengamatan dan pengontrolan temperatur steam pada
superheater multifuel boiler. Pengamatan dan pengontrolan temperature steam
menggunakan termokopel agar temperature steam pada superheater selalu dalam
keadaan konstan, sesuai dengan nilai set point yang diberikan yaitu 300 0C.
Proses pendeteksian temperatur steam dilakukan dengan cara memasukkan
ujung sambungan panas (hot junction) kedalam proses steam pada superheater dan
ujung lainnya (cold junction) disambungkan ke transmitter. Pada transmitter
terjadi penguatan arus yang dikirim dari Distributed Control System (DCS) ke
transmitter. Transmitter ini akan mendeteksi besar temperatur steam yang sedang
terjadi, kemudian hasil pendeteksian ini akan dikirimkan ke controller oleh bagian
pengirim dari transmitter untuk proses selanjutnya. Apabila temperatur steam
melebihi nilai set point (300 0C) terlalu panas maka controller akan memberi
indikasi ke control valve agar membuka dan menutup condensate steam (uap) atau
menyiram dan menetralkan uap pada superheater. Temperatur steam yang
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pemilihan Judul
Salah satu perusahaan industri di kota Medan yakni PT. Inti Kimiatama
Perkasa yang memproduksi obat bakar nyamuk. Pada pabrik tersebut dalam hal
mengontrol temperatur menggunakan termokopel untuk mengontrol suhu uap agar
tidak melebihi nilai setpoint pada superheater multifuel boiler.
Instrumen ini harus ada dan harus berfungsi dengan baik sesuai dengan
kebutuhan dimana instrumen tersebut ditempatkan. Instrumen tersebut berfungsi
sebagai pengontrol temperatur, apabila keluaran temperatur uap superheater melebihi
nilai setpoint yaitu 300 0C (terlalu panas) akan berpengaruh kepada ketahanan
peralatan yang ada pada superheater multifuel boiler. Untuk mengantisipasi hal itu
controller akan memberikan indikasi kepada control valve agar membuka dan
menutup condensate uap atau menyiram dan menetralkan temperatur uap pada
superheater.
Pengaturan temperatur air agar menjadi uap dilakukan dengan memakai panas
dari pembakaran bahan bakar didalam tungku perapian yakni dengan memindahkan
panas yang ada di tungku ke air yang berada di dalam tabung-tabung boiler melalui
tabung /pipa saluran udara yang terdapat di sekeliling pemanas.
derajat temperatur yang telah dihasilkan oleh pemanas-pemanas yang ada, sehingga
dapat dikontrol apakah temperatur ditambah atau dikurangi. Temperatur yang tinggi
apabila tidak dikontrol dapat mengakibatkan kerusakan pada tabung-tabung boiler.
Oleh karena itu penulis merasa tertarik untuk membahas tentang pengontrolan
temperatur dengan menggunakan termokopel pada multifuel boiler sebagai judul
Karya Akhir.
1.2. Rumusan Masalah
Termokopel merupakan salah satu detektor yang sangat berperan di dalam
pengontrolan temperatur. Adapun kegunaan dari peralatan ini adalah untuk menjaga
dan mempertahankan temperatur sesuai dengan nilai setpoint yang ditetapkan. Untuk
menjaga atau mempertahankan temperatur tetap stabil, maka besar setpoint yang
harus dipertahankan adalah 300 0C. Oleh karena itu termokopel harus mendeteksi
temperatur yang telah dihasilkan selama proses produksi berlangsung. Apabila
temperatur uap melebihi nilai setpoint maka controller akan memberikan indikasi ke
Control Valve agar membuka dan menutup condensate uap atau menyiram dan
1.3. Tujuan Penulisan Karya Akhir
Adapun tujuan penulisan karya akhir ini adalah :
1. Untuk mengembangkan ilmu yang diperoleh selama dibangku perkuliahan
dengan kegiatan di lapangan atau industri.
2. Mengetahui pengontrolan temperatur pada multifuel boiler.
3. Mengetahui perkembangan instrumen-instrumen yang semakin canggih.
1.4. Batasan Masalah
Pada penulisan Karya Akhir ini, penulis hanya membahas tentang prinsip
kerja dari alat termokopel type K dan kegunaannya di dalam pengontrolan temperatur
pada multifuel boiler.
1.5. Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang dipergunakan dalam penulisan Karya Akhir ini
adalah:
1. Studi literatur yang penulis peroleh dari buku-buku diktat, dan buku-buku teori
yang mendukung tentang instrumen yang penulis bahas.
2. Studi lapangan, berupa melihat langsung ke lapangan terhadap objek yang
dibahas sekaligus memperoleh penjelasan dari operator lapangan.
1.6. Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan Karya Akhir ini, maka
penulis membuat sistematika penulisan. Sistematika penulisan Karya Akhir ini
merupakan urutan bab demi bab termasuk sub-sub babnya. Adapun sistematika
penulisan tesebut adalah:
1. Bab I. Pendahuluan
Pada bab ini berisi tentang Latar Belakang Pemilihan Judul, Rumusan
Masalah, Tujuan Penulisan Karya Akhir, Batasan Masalah, Metodologi
Penulisan dan Sistematika Penulisan.
2. Bab II. Tinjauan Teoritis
Pada bab ini berisi tentang Pengertian Sistem Kontrol, Bagian – Bagian
Sistem Kontrol, Transmitter, Control Valve, Transduser dan sensor, dan
Sistem Kerja Instrumentasi..
3. Bab III. Penggunaan Termokopel Untuk Mengukur Temperatur
Pada bab ini berisi tentang Pengertian Termokopel, Konstruksi
Termokopel, Cara Pemasangan Termokopel, Multifuel Boiler,
Bagian-Bagian dan Operasi Multifuel Boiler, Gambaran Operasional,
Termokopel sebagai Transduser Input.
4. Bab IV. Pengontrolan Temperatur Dengan Menggunakan Termokopel
Pada bab ini berisi tentang Pengontrolan Temperatur Pada Multifuel
Boiler.
5. Bab V. Penutup
BAB II
TINJAUAN TEORITIS
2.1. Pengertian Sistem Kontrol
Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau
beberapa besaran (variable, parameter) sehingga berada pada suatu harga tertentu.
Secara umum sistem kontrol dapat dikelompokkan sebagai berikut :
1. Dengan operator (manual) dan Otomatik.
2. Rangkaian tertutup (closed-loop) dan rangkaian terbuka (open-loop).
3. Kontinu (analog) dan diskontinu (digital, diskrit).
4. Servo dan Regulator.
2.1.1 Sistem Pengontrolan Manual dan Otomatis
- Pengontrolan secara manual adalah Pengontrolan (pengawasan dan pengukuran)
dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator.
- Pengontrolan secara otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh
mesin-mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah
2.1.2. Rangkaian Terbuka dan Rangkaian Tertutup
- Sistem kontrol rangkaian terbuka (open-loop control system) merupakan sistem
kontrol dimana outputnya tidak dipengaruhi oleh inputnya. Pada gambar 2.1
memperlihatkan diagram blok rangkaian terbuka.
Gambar 2.1. Diagram Blok Rangkaian Terbuka
- Sistem kontrol rangkaian tertutup (closed-loop control system) merupakan sistem pengontrolan dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran
masukan sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga
yang diinginkan melalui alat pencatat (Indikator atau Recorder). Pada gambar 2.2
memperlihatkan diagram blok rangkaian tertutup.
2.1.3. Sistem Pengontrolan Secara Kontinu dan Diskontinu. - Sistem Pengontrolan secara kontinu (analog) dapat dibagi atas :
1. Kesebandingan (Proporsional), dimana keluaran sebanding dengan
penyimpangan (deviasi).
2. Integral (I), yaitu keluaran selalu berubah selama terjadi deviasi
(penyimpangan).
3. Diferensial (D).
4. Kombinasi P,I dan D akan diperoleh suatu sistem kontrol yang lebih baik
stabil sehingga sensitivitas atau kecepatan responsnya akan menjadi besar.
- Sistem pengontrol secara diskontinu (digital) dilakukan oleh
komponen-komponen diskrit, dapat dibagi atas :
1. Pengontrolan dengan dua posisi, bersifat osilasi.
2. Posisi ganda yang cenderung mengurangi osilasi.
3. Floating, posisi yang relatif tidak terbatas. Pemindahan energi dapat dilakukan
melalui salah satu daripada beberapa kemungkinan yang ada.
2.2. Bagian-bagian sistem kontrol
Bagian-bagian untuk alat-alat sistem kontrol dapat diklasifikasikan atas:
1. Indikator atau alat penunjuk yang biasanya terletak pada tempat dimana
pengukuran untuk proses tersebut dilakukan dan biasanya alat ini memberikan
2. Transmitter adalah alat yang mengatur harga dari suatu besaran seperti suhu,
tinggi permukaan dan mengirimkan sinyal yang diperolehnya keperalatan lain
misalnya recorder, indicator, alarm.
3. Recorder (biasanya terletak jauh dari tempat dimana besaran proses diukur),
bekerja untuk mencatat harga-harga yang diperoleh dari pengukuran secara
kontinu atau secara periodik. Biasanya hasil pencatatan recorder ini terlukis
dalam bentuk kurva diatas kertas.
4. Controller adalah alat yang membandingkan harga besaran yang diukur dengan
harga yang sebenarnya yang diinginkan bagi besaran itu dan memberikan sinyal
untuk pengkoreksian kesalahan, jika terjadi perbedaan antara harga yang diukur
dengan harga besaran yang sebenarnya.
2.3. Transmitter
Transmitter adalah salah satu elemen dari sistem pengendalian proses.
Transmitter dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu transmitter pneumatik dan
transmitter elektronik.
Transmitter Pneumatic
Transmitter pneumatic menggunakan udara bertekanan tinggi sebagai
medianya. Udara bertekanan dibangkitkan oleh kompresor. Udara ini diberikan
kepada transmitter sebagai suplai yang mempunyai tekanan berkisar 20 Psi. Untuk
Jenis transmitter pneumatic yang sering digunakan untuk pengukuran adalah
Diffrensial Pressure Transmitter (transmitter beda tekanan). Seperti yang terlihat pada
gambar 2.3.
Gambar 2.3. Transmitter Pneumatik beda tekanan
Pada suatu transmitter dilihat dari segi sarana penyambungannya ke media
yang akan diukur pada umumnya ada dua sisi, yaitu sisi tekanan tinggi (high) dan sisi
tekanan rendah (low), dimana kedua sisi tersebut dipasang pada daerah antara
diafragma kapsul. Sisi yang memiliki tekanan rendah akan mengalir pada sebelah
kanan dari diafragma kapsul. Pada sisi tekanan tinggi fluida mengalir lebih besar
dari diafragma tersebut kemudian disalurkan melalui batang lentur untuk
menggerakkan batang gaya, dimana batang tersebut bergerak berputar berlawanan
arah jarum jam. Dengan diafragma penyekat yang bertindak sebagai titik tumpu dan
sebagai hasilnya, rongga antara pemancar (nozzle) dan pembalik (flapper) menjadi
lebih kecil. Sehingga udara akan secara normal keluar dari rongga pemancar tersebut.
Celah pemancar tersebut harus dibatasi agar tekanan yang dihasilkan oleh pemancar
meningkat dan keluaran tersebut akan mendapatkan penguatan dari pneumatic
amplifier. Bagian dari keluaran digunakan sebagai pengembus umpan balik (feed
back bellow) yang diubah dalam bentuk penguatan yang digunakan oleh batang
batasan (range bar) dan menggunakan roda batasan (range whell) sebagai titik tumpu.
Dengan membuat perubahan kedudukan pada pembalik akan mengurangi tekanan
pemancar. Hasil akhirnya akan terjadi perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah
diafragma. Celah antara pembalik dan pemancar yang telah dikecilkan akan
meningkatkan pengeluarannya dan menstabilkannya, dengan cara ini kedua tekanan
akan seimbang.
Transmitter Elektronik
Sama halnya dengan transmitter pneumatik, transmitter elektronik juga terdiri
dari dua bagian pokok yaitu bagian perasa (detektor) dan bagian pengirim. Gambar
Gambar 2.4. Struktur Transmitter Elektronik.
Prinsip kerja dari transmitter elektronik adalah sebagai berikut:
- Batang pemuntir dari detektor (bagian perasa) disambungkan dengan pengimbang
utama dari bagian pengirim, sehingga pergerakan dari batang pemuntir
menghasilkan pergerakan pada pengimbang utama.
- Pergerakan dari pengimbang utama mengubah jarak antara kedua ferrite dari
detektor bagian pengirim.
- Berubahnya jarak antara kedua ferrite menghasilkan perubahan pada induktansi
dari pick up coil.
- Perubahan induktansi dari pick up coil menghasilkan perubahan pada output
osilator.
- Perubahan pada output osilator menghasilkan perubahan pada nilai arus listrik
pada nilai arus listrik yang keluar dari bagian pengirim. Dengan demikian akan
dihasilkan kedudukan dimana perubahan jarak antara kedua ferrite akan
sebanding dengan perubahan variabel proses yang dirasakan oleh detektor.
2.4. Control Valve
Control valve adalah jenis final control element yang paling umum dipakai
untuk sistem pengendalian proses. Control Valve berfungsi untuk mengatur aliran
fluida sehingga dapat ditentukan sesuai dengan yang dikehendaki oleh kontroller.
Sebagian besar katup kendali yang digunakan pada proses industri mempunyai
karakteristik:
a. Linear Characteristic
Katup akan memberikan harga pertambahan flow rate yang hampir mendekati
pada setiap pertambahan travel (berbanding lurus).
b. Equal percentage characteristic
Persentase dari bukaan katup (valve travel) akan memberikan jumlah aliran (flow
rate) yang sama persentasenya.
c. Quick opening characteristic
Memberikan perubahan maksimum pada aliran dengan bukaan katup yang kecil
dan tetap menjaga hubungan yang linear pada semua posisi pergerakan fluida.
Setiap tambahan bukaan katup memberikan perubahan yang tajam pada flow rate
Sebuah control valve terdiri atas dua bagian, yaitu actuator dan valve, seperti
yang terlihat pada gambar 2.5 berikut ini:
Gambar 2.5. Konstruksi Control Valve
Bagian actuator adalah bagian yang begerak untuk mengerjakan buka/ tutup
valve. Jenis yang banyak digunakan adalah pneumatic operated (diaphragm), electric
actuator, hidrolic actuator, dan manual/hand operated actuator. Spring and diaphragm
pneumatic actuator yang banyak digunakan oleh karena kemampuan dan bentuknya
yang sederhana.
Bagian valve adalah komponen mekanis yang menentukan besarnya flow
yang masuk ke proses. Dalam kesatuannya sebagai unit control valve, actuator dan
2.5. Transduser dan sensor
Transduser
Transduser adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang
lain. Transduser dapat dibagi menjadi dua kelas yaitu transduser input dan transduser
output. Transduser input mengubah energi non listrik, misalnya suara atau sinar
menjadi tenaga listrik. Transduser output listrik bekerja pada urutan yang sebaliknya.
Transduser tersebut mengubah energi listrik pada bentuk energi non listrik.
Sensor
Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi
untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan
untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan
dan arus listrik. Sensor biasanya dikategorikan melalui pengukur dan memegang
peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Sensor memberikan
ekivalen mata, pendengaran, hidung, lidah untuk menjadi otak mikroprosesor dari
sistem otomatisasi industri.
2.6. Sistem Kerja Instrumentasi
Pengukuran adalah perbandingan nilai antara besaran standart dengan besaran
yang akan kita ukur. Besaran standart itu adalah besaran yang diakui internasional,
sistem besaran ini dibuat General Conference of Weight and Measures atau yang
biasa kita kenal sebagai Sistem Internasional. Sebagai contoh sebuah transmitter
instrument harus dikalibrasi sesuai dengan besaran standart yang diakui oleh ISO.
Technologies). Batasan arti instrumen di industri adalah suatu alat mekanik atau
elektronik yang dipakai untuk merasakan adanya perubahan parameter dari sistem
proses dan mengontrol parameter dari sistem proses selanjutnya mengontrol
parameter sistem secara terintegrasi.
Ada beberapa istilah yang lazim digunakan dalam disiplin ilmu instrumentasi:
a. Accuracy
Adalah besarnya nilai output yang didapat dan dibandingkan dengan besaran
standart.
b. Range
Adalah nilai batas maksimum dan minimum pada suatu alat ukur
c. Zero
Adalah nilai terendah dari suatu pengukuran
d. Repeatibility
Adalah pengukuran nilai output terhadap nilai input yang berubah dari zero ke
range tertinggi dan sebaliknya.
e. Span
Adalah nilai tertinggi pengukuran dari transduser atau sensor
Contoh: Range dari transduser 0-100, maka zero adalah 0 dan span adalah 100.
f. Sensitivitas
Adalah besar nilai output akan bereaksi mengikuti nilai input
g. Process
Adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu. Sebagai contoh
ketel peleburan, input prosesnya berupa besar api burner yang merupakan besaran
yang dimanipulasi oleh besaran final control elemen atau control valve agar
measurement variable sama dengan nilai set point input proses ini juga disebut
manipulated variable.
h. Controlled Variable
Adalah besaran atau variabel yang dikendalikan. Besaran ini pada diagram kotak
disebut juga output proses atau proses variabel.
i. Manipulated Variabel
Adalah input dari suatu proses yang dapat dimanipulasi atau diubah nilainya agar
proses variabel atau controlled variable sama besarnya dengan set point.
j. Measurement variable
Adalah sinyal yang keluar dari transmitter. Besaran ini merupakan cerminan
besarnya sinyal sistem pengukuran.
k. SetPoint
Adalah besar nilai proses variabel yang dikehendaki. Sebuah controller akan
l. Error
Adalah selisih antara nilai set point dikurangi dengan measured variable. Error
bisa negatif bisa juga positif. Bila set point lebih besar dari measured variable
error akan menjadi positif. Sebaliknya bila set point lebih kecil dari measured
variable error akan menjadi negatif.
m. Controller
Adalah element yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian,
yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa
banyak koreksi yang perlu dilakukan dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai
dengan hasil perhitungan. Controller sepenuhnya menggantikan peran manusia
dalam mengendalikan suatu proses.
n. Final control element
Adalah bagian akhir instrumentasi pengendalian. Bagian ini berguna untuk
mengubah measurement variable dengan memanipulasi besarnya manipulated
BAB III
PENGGUNAAN TERMOKOPEL UNTUK MENGUKUR
TEMPERATUR
3.1. Pengertian Termokopel
Termokopel terdiri dari sepasang penghantar yang berbeda sambung las atau
dileburkan bersama pada satu sisi membentuk hot (sambungan pengukuran) yang ada
ujung-ujung bebasnya untuk hubungan dengan cold atau sambungan referensi.
Perbedaan suhu antara sambungan pengukuran dan sambungan referensi harus
muncul untuk alat ini sehingga berfungsi sebagai termokopel. Apabila alat ini sudah
bekerja maka tegangan dc yang diberikan atau disuplay harus kecil. Oleh karena
kasar dan lebarnya rentang suhu termokopel, termokopel digunakan pada industri
untuk memonitor dan mengontrol temperatur. Hal ini dapat diperlihatkan pada
gambar 3.1.
3.2. Konstruksi Termokopel
Sensor termokopel adalah sebuah susunan yang terdiri dari sebuah
termokopel, yang kabel-kabelnya di satukan, penyekat dan terminal head,
ditempatkan dalam sebuah protective tube yang disebut well atau sheat.
Pemasangan termokopel pada industri pada umumnya lurus, untuk
penggunaan pada tekanan atmosfer. Seperti di tunjukkan pada gambar 3.2, leadnya
disekat dengan tabung keramik atau beads (manik-manik). Proteksi yang memadai
dari pengaruh kimia dan pengaruh mekanik diberikan oleh tubular, metallic atau
keramik sheat, yang di pasang langsung pada terminal head yang terdiri dari sebuah
terminal blok dan skrup penghubung (connecting screws). Terminal head juga
dilengkapi dengan tight sealing (penyegel) yang memiliki karet, karena kabel
kompensasi atau kabel sambungan masuk ke head. Jika sheatnya keramik, biasanya
menggunakan sebuah head penyesuai tambahan (additional head adapter). Adapter ini
dipasang dengan sebuah flange kedinding furnace.
Standart untuk diameter kabel termokopel dapat berubah-ubah antara 0.2 mm
sampai 4 mm untuk base metal dan 0.1 sampai 0.5 mm untuk rare metal. Dalam
pemilihannya, perlu untuk menghitung kekuatan mekanik, toleransi suhu, resistansi
elektrik, thermal inertia kabel tersebut. Keramik penyekat kabel, menyekat konduktor
dari yang lain dan metal sheat. Alat ini dibuat sebagai penyekat beads atau sebagai
penyekat tabung dengan satu, dua, empat atau lebih banyak lubang. Kemampuan
Gambar 3.2. Konstruksi Termokopel
3.3. Cara Pemasangan Termokopel
Umumnya termokopel direkatkan (gambar 3.3a) atau dipatri (gambar 3.3b)
pada jalur pipa. Untuk puncak di dalam alat tekanan yang tinggi, pipa proteksi
diberikan lentikular (gambar 3.3c).
Pada saat pemasangan termokopel didalam jalur pipa dan tabung, kesalahan
dikarenakan disipasi panas harus dipertimbangkan. Khususnya untuk gas dan uap air
dengan kecepatan aliran dan tekanan yang rendah, kesalahan ini mungkin disebabkan
dari hasil–hasil yang tinggi karena panas ditransfer dari medium untuk pipa proteksi
adalah rendah. Dalam hal ini temperatur dari dinding pipa akan di bawa ke
temperatur yang medium dengan satu thermal isolasi yang cocok pada puncak untuk
menjaga kesalahan yang lebih rendah.
Pada temperatur uap dan gas yang tinggi, kesalahan mungkin dikarenakan
oleh perubahan radiasi diantara dinding pipa dan proteksi pipa jika pada dinding pipa
tidak di isolasi. Gas mengalir sepanjang perbatasan pipa proteksi yang didinginkan
oleh disipasi heat. Oleh karena itu, aliran gas pertama harus menjangkau bagian
temperatur pipa yang sensitif. Untuk memastikan hal ini, direkomendasikan untuk
menempelkan termometer berlawanan dengan arah, misalnya di dalam sebuah
pembelokan. Jika tidak memungkinkan, pada termokopel seharusnya di letakkan pada
sudut yang paling kecil atau tegak lurus aliran gas seperti yang diperlihatkan pada
Tempat penginstalasian dengan mudah dijangkau dan tidak subjektif dibatasi
getaran yang berat. Termokopel harus dijadikan puncak pada satu tempat dimana
temperatur yang diukur tidak memberikan pengukuran yang salah. Jagalah bahwa
soket skrup terbuat dari bahan material yang sama seperti benang-benang termokopel.
Kelangsungan puncak uap naik dan turun dari katub lubang lapisan, Belokan lapisan
dan lain-lain, bisa menyebabkan kesalahan pengukuran karena adanya gangguan
ketika tiupan menurun, pembersih atau testing tekanan saluran, sebuah steker penutup
dari termokopel harus diskrup didalam soket. Dengan tipe skrup dari termokopel,
penutup tembaga/paking asbes semua dilapisi dari grafit kering atau pasta
molykoteG. Kemudian skrupkan di dalam termokopel dengan kuat.
3.4. Multifuel Boiler
Pada PT. Inti Kimiatama Perkasa terdapat sebuah multifuel boiler yang
berfungsi untuk menghasilkan uap yang dipergunakan untuk proses pembangkitan
tenaga/daya di pabrik dengan menggunakan bahan bakar seperti: batubara, solar, kulit
kayu, dan tanah gemuk. Bahan bakar tersebut dipakai untuk proses pemanasan steam.
3.5. Bagian-bagian yang terdapat pada multifuel boiler a. Furnace
Furnace adalah suatu alat untuk mengubah energi kimia bahan bakar menjadi
energi panas dimana proses pembakaran terjadi. Didalam furnace ini terdapat
b. Drum boiler
Drum boiler adalah drum yang digunakan untuk mengatur sirkulasi air dengan
uap yang dihasilkan oleh pipa-pipa penguapan. Di dalam drum ini terdapat separator
yang berfungsi untuk memisahkan uap dengan air. Level air pada drum ditentukan
1/3 diameter drum. Penentuan level air tersebut karena pada dinding sebelah atas
drum boiler berbatasan dengan uap dan di dinding ini akan lebih banyak memuai di
bandingkan dengan dinding bagian bawahnya.
c. Wall Tubes (pipa–pipa dinding air)
Wall tubes adalah pipa-pipa yang ditempatkan pada dinding dapur yang
digunakan untuk mengubah energi panas menjadi energi potensial pada steam.
d. Super heater
Peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap jenuh menjadi uap kering yang
digunakan untuk pembangkit tenaga uap yang berasal dari drum dan akan mengalami
pemanasan lagi dan akan ditampung pada header superheater yang selanjutnya
dialirkan ke turbin.
e. Convection Evaporator
Alat ini dipasang pada bagian belakang sisi atas dan bawah economizer. Air
dari drum boiler selanjutnya dipanaskan di convection evaporator dengan
menggunakan flue gas dan disirkulasikan lagi kedalam drum boiler.
f. Economizer
g. Soot blower
Alat ini berfungsi sebagai pembersih debu dari sisa – sisa pembakaran yang
menempel pada permukaan luar pipa-pipa super heater,convection evaporator,
economizer, dengan menggunakan uap kering yang disemprotkan melalui pipa
panjang yang melalui nozzle diujungnya. Debu maupun kerak yang menempel dapat
mengurangi efisiensi perpindahan panas pada pipa-pipa boiler.
h. Air pre heater
Alat ini adalah jenis alat pemindah panas yang mentransfer panas dari flue gas
yang sedang mengalir ke udara sekunder yang akan membantu proses pembakaran
dan hal ini akan meningkatkan efisiensi boiler. Alat ini merupakan preheater type
tubular horizontal.
i. Steam air heater
Pada saat boiler akan di start dari kondisi dingin , udara sekunder dipanaskan
dalam heater atau alat pemanas uap dengan menggunakan MP (Medium Pressure)
uap pada tekanan 11 bar.
j. Start up burner
Ada 5 pasang start up burner yang dipasang pada bagian depan dan sisi
samping dari dinding boiler untuk memanaskan reactor. Bed fluidisasi di pakai pada
saat kadar air dari solid fuel tinggi atau pada saat ada gangguan pada supply oil fuel.
Operasi burner sepenuhnya otomatis mulai dari fungsi starting, operating dan fungsi
kontrolnya. Kontrol kapasitas burner dilakukan secara manual dengan menaikkan dan
menurunkan switch dari ruang kontrol ataupun menurunkan switch baik dari ruang
pembakaran sendiri dan dengan unit valve terpisah untuk mensuplai bahan bakar dan
medium pengapian untuk burner.
k. Load oil burner
Ada 6 set load oil burner yang dipasang pada bagian depan dinding boiler,
operasi burner ini adalah sepenuhnya otomatis mulai dari operasi starting dan fungsi
kontrol.
l. Boiler feed water pump
Ada dua pompa boiler feed water pump, yang satu dioperasikan dan yang lain
untuk cadangan. Boiler feed water pump yang satu dikendalikan oleh motor elektrik
dan yang satunya lagi di kendalikan oleh turbin uap. Kapasitas setiap pompa adalah
250 m3/jam. Pompa ini merk sulzer.
m. Daerator
Tujuan dari daerator adalah untuk memisahkan oksigen dan gas yang tidak
terkondensasi dan air sehingga korosi tidak berlangsung pada drum atau tabung
boiler. Ada banyak nozzle dan tray kecil didalam daerator yang mana
partikel-partikel air akan diautomasi secara tepat sehingga luas area transfer panas akan
meningkat. Air akan mengalir dari puncak daerator dan uap masuk pada bagian
bawah daerator untuk mendapatkan kontak maksimum terkondensasi dan panas laten
dari uap dimanfaatkan sepenuhnya untuk meningkatkan temperatur air. Setelah
mengkondensasi uap, air dan kondensat akan turun ke dalam tangki penyimpanan
n. Spray Water
Spray water (penyiram) merupakan air dingin yang berasal dari feed water tank
yang berfungsi untuk menyiram tabung superheater apabila temperatur superheater
melebihi nilai setpoint yang diberikan oleh DCS (Distributed Control System).
3.6. Gambaran Operasional
Keterangan:
BFW = Boiler Feed Water
WTP = Water Treatment Pump
TIC = Temperatur Indicating Control
DCS = Distributed Control System
Air dari Sungai dialirkan ke boiler Feed Water Pump untuk dipompa ke tangki
penyimpanan. Air tersebut terlebih dahulu dimineralkan di dalam tangki perawatan
air (Water Treatment). Sebelum diproses untuk keperluan pabrik. Selanjutnya air
tersebut disimpan di Boiler Feed Water Tank. Dari tangki ini air yang telah
dimineralkan dikirim ke daerator untuk selanjutnya dikirim ke economizer. Pada
economizer terjadi proses untuk meningkatkan temperature pengumpanan air dari 135
0
C ke 260 0C sebelum diumpan ke boiler steam drum untuk diolah menjadi uap guna
keperluan untuk menjalankan turbo generator. uap yang keluar dari boiler steam
drum, dengan temperature 208 0C, dikirim ke super heater untuk pemanasan steam
dari 208 0C ke 300 0C sebelum disuplai ke turbin. Pemanasan uap di superheater agar
tetap konstan dipakai sensor termokopel. Pemanasan pada tabung superheater harus
dikontrol agar temperatur pada tabung superheater tidak cepat naik. Temperatur yang
tinggi apabila tidak di kontrol akan mengakibatkan kerusakan pada tabung
superheater. Apabila temperatur pada tabung superheater terlalu tinggi (melebihi nilai
tabung. Uap yang diterima dari superheater kemudian diproses untuk menjadi tenaga
pada turbin generator yang dipakai untuk menjalankan pabrik.
3.7. Termokopel sebagai transduser input
Jenis termokopel yang digunakan sebagai pengukur temperatur steam pada
superheater adalah jenis termokopel type K (Chromel Alumel). Yang memiliki
sensitivitas 40 µV/ 0C. Termokopel jenis base metal ini terbuat dari bahan gabungan
antara Nikel-Chromium / Nikel-Alumunium ( 90% Ni, 10 % Cr- 95% Ni) sesuaikan
dengan standariasasi Iec 584 -1. Bahan chromel merupakan katub positif dengan
warna kuning dan alumel sebagai katup negatif dan diberi warna hitam sesuai dengan
aturan National and International Standart Thermocouple American.
Berikut merupakan data pengkalibrasian termokopel type K:
Data:
Adjust range 0-1200 0C Sensitivitas 40 µV/ C
Toleransi ± 0,75 %
Sinyal output 4-20 mA
Menurut fungsinya termokopel ini digunakan sebagai pengontrol dan sebagai
indikator/pengukur suhu yang tinggi (0-1200 0C). Dalam pengoperasiannya
termokopel ini tidak dapat bekerja melewati batas–batas range temperaturnya, yaitu
lebih kecil dari 0 0C dan lebih besar dari 1200 0C. Apabila dioperasikan melampaui
kita lihat dari segi atau nilai sensitivitasnya, maka termokopel ini termasuk jenis
sensor yang sensitif dalam pengukuran temperatur.
Dari hasil sensitivitasnya dapat kita peroleh bahwa dengan adanya kenaikan
temperatur 1 0C, akan menimbulkan perubahan tegangan sebesar 40 µV/ 0C. Jika
temperatur ruang dihubungkan ke hot junction sebesar 300 0C, maka tegangan yang
ditimbulkan pada cold junction sebesar:
Cold junction e.m.f = Sensitivitas x Temperatur set point
= 40 µV / 0C x 300 0C
= 1200 µV / 0C
= 12 mV/ 0C
Prinsip pengukuran temperatur uap pada superheater dengan menggunakan
termokopel adalah dengan memasang termokopel pada inlet di setiap tingkatan
superheater. Hasil atau nilai dari pendeteksian termokopel tersebut dikirim ke
BAB IV
PENGONTROLAN TEMPERATUR DENGAN MENGUNAKAN
TERMOKOPEL
4.1. Pengontrolan Temperatur Pada Multifuel Boiler
Sistem kontrol temperature uap pada superheater (pemanas lanjut)
menggunakan sistem controller PID pada setiap keluaran dan masukan uap dari
superheater diukur atau dideteksi oleh sensor termokopel. Dimana termokopel
sebagai sensor dengan memasukkan ujung-ujung persambungan, hot junction, ke
proses uap pada superheater dan ujung yang lain (cold junction) disambungkan ke
transmitter (pemancar).
Proses pengontrolan untuk menjaga agar temperatur tetap stabil, dapat ditunjukkan
pada gambar 4.1
Dalam pengaturan temperatur sensor suhu dalam aplikasi termokopel sangat
berperan dalam mendeteksi tingkatan pemanas uap atau superheater di dalam boiler.
Pengukuran temperatur uap pada superheater dilakukan oleh sensor
termokopel. Transduser termokopel sebagai pengukur atau pendeteksi uap keluaran
memberikan sinyal hasil pengukuran ke transmitter. Pada transmitter terjadi
penguatan arus yang dikirim dari DCS (Distributed Control System) ke transmitter,
sehingga tegangan input yamg diberikan DCS sebesar 24 VDC. Dan range keluaran
(output) adalah 4- 20 mA. Range inilah sebagai bacaan pada pengontrolan dari arus
yang dikeluarkan transmitter dan dikirim melalui dua kawat ke controller yang
terletak di rack room. Di rack room, PID akan membandingkan operasi temperatur
tahap pertama pada superheater dengan batas temperatur setpoint dari DCS.
Apabila keluaran temperature uap superheater ini melalui nilai setpoint
(terlalu panas) , maka controller akan memberikan indikasi kepada control valve agar
membuka dan menutup condensate uap atau menyiram dan menetralkan uap pada
tingkat pertama superheater. Bukaan control valve sesuai dengan hasil output dari
transduser termokopel yang besarnya akan dibandingkan oleh PID.
Perbandingan antara input dan output di lakukan oleh controller PID sesuai dengan
range. Hasil pengendalian superheater terdapat di ruang DCS. Sistem pengontrolan
Gambar 4.2. Sistem pengontrolan temperatur uap
Besarnya range temperatur yang diinginkan pada suatu proses, tergantung dari
keperluan suatu proses itu sendiri. Disini range temperatur yang diinginkan adalah
0-6000 C dan sinyal output adalah 4-20 mA.
Hal ini dapat dibuktikan
Range = 0-600 0C Zero = 0
Span = 600
I output = 4-20 mA 12 mA
I max = 20 mA; I min = 4 mA
Span = T max – T min
= 600 – 0
Maka: T pengukuran = {(I out- I min) / ( I max –I min )} x span
dan dapat dibuktikan secara lapangan (data analog), seperti berikut ini:
4.2. Pengoperasian Termokopel.
Alasan pertama service suatu alat ukur adalah untuk menjaga alat ukur
tersebut bekerja dengan cukup baik sehingga target dan mutu olah dapat dicapai
sesuai dengan yang diinginkan. Service mengandung semua aspek yang antara lain
adalah aspek reparasi (perbaikan), pemeliharaan dan kalibrasi.
Alat ukur yang dikalibrasi secara tidak benar, kadang-kadang dapat
menyebabkan masalah yang lebih besar dari pada alat ukur yang mempunyai
ketelitian tertentu. Oleh karena itu, pelaksanaan kalibrasi yang dilakukan secara
teratur merupakan salah satu bagian penting dalam service alat ukur.
Dua konduktor dari logam –logam yang berbeda atau campuran logam yang
dilekatkan secara bersama-sama dan menghasilkan GGL emf jika sebuah temperatur
yang berbeda terjadi diantara ujung-ujung sambungan ( measuring junction) dan
ujung terbuka (reference junction) disebut elemen termokopel. Dengan diketahuinya
temperatur yang konstan pada referensi, tegangan thermo electric yang dibangkitkan
merupakan suatu ukuran untuk temperatur pada titik pengukuran.
Elemen termokopel diperpanjang dari koneksi poit to poit dari temperatur
konstan yang secukupnya (reference junction) dengan memanjangkan kawat.
Pengaruh perubahan temperatur pada ujung referensi diseimbangkan dengan cara
mengkompensasikan jaringan. Ujung referensi dapat dipertahankan pada temperature
4.3. Spesifikasi Termokopel
Termokopel type K (Chromel – Alumel)
Data: Adjust Range 0-12000 C
Sensitivitas 40 µV / C
Toleransi ± 0,75 %
Sinyal Output 4-20 mA
Jenis Base – Metal
Bahan Nikel – chromium / nikel- alumunium ( 90% Ni, 10% Cr -95% Ni )
Bahan chromel merupakan katup positif dengan warna kuning
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dalam penulisan Karya Akhir ini kesimpulan yang dapat diambil oleh penulis
ada beberapa hal yaitu:
1. Temperatur standart dalam pembuatan adonan obat bakar nyamuk adalah 300 °C,
sesuai dengan nilai setpoint.
2. Apabila temperatur melebihi 300 °C, maka pembuatan adonan obat bakar nyamuk
tidak bisa dicetak karena encer .
3. Apabila temperatur di bawah 300 °C, adonan obat bakar nyamuk akan
menggumpal.
4. Termokopel yang dipakai sebagai sensor pengukuran pada superheater adalah
termokopel tipe K, karena mempunyai kelebihan dibanding termokopel tipe
lainnya.
5.2. Saran
Adapun saran yang dapat diberikan dalam penulisan Karya Akhir ini adalah
dengan melihat kondisi pemakaian termokopel yang di gunakan secara maksimal,
penulis menyarankan upaya pemeliharaan dan pengkalibrasiannya secara terjadwal,
DAFTAR PUSTAKA
Frans Guterus, 1997. Falsafah Dasar : “Sistem Pengendalian Proses”. PT. Elex
Media Koputindo. Jakarta.
Katsuhiko Ogata. Alih Bahasa Susanto, 1989. “Teknik Kontrol Automatik”
(Sistem Pengaturan). Jilid – 1 Erlangga. Jakarta.
Mansyur Ir, Msi. 2004. “Instrument dan Proses Control”, Edisi I, PTKI, Medan.
Materi Multifuel Boiler, Training and Development Center PT TPL Tbk,Mei
2002.
Michalski, K. Eckkersdorf and J. Mc Ghee, “Temperature Measurement”, John
Wiley and Sons Ltd. Chichester, England, 1991.
Pakpahan Sahat, Ir, 1994. “Teknik Kontrol Otomatik Teori Dan Penerapan”.
