13

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Pneumatik

Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak,

keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Perkataan

pneumatik berasal bahasa Yunani “ pneuma “ yang berarti “napas” atau “udara”. Jadi

pneumatik berarti terisi udara atau digerakkan oleh udara mampat. Pneumatik

merupakan cabang teori aliran atau mekanika fluida dan tidak hanya meliputi

penelitian aliran-aliran udara melalui suatu sistem saluran, yang terdiri atas pipa-pipa,

selang-selang, gawai dan sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara mampat.

Pneumatik menggunakan hukum-hukum aeromekanika, yang menentukan

keadaan keseimbangan gas dan uap (khususnya udara atmosfir) dengan adanya gaya-

gaya luar (aerostatika) dan teori aliran (aerodinamika). Pneumatik dalam pelaksanaan

teknik udara mampat dalam industri merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses

mekanik dimana udara memindahkan suatu gaya atau gerakan. Jadi pneumatik

meliputi semua komponen mesin atau peralatan, dalam mana terjadi proses-proses

pneumatik. Dalam bidang kejuruan teknik pneumatik dalam pengertian yang lebih

sempit lagi adalah teknik udara mampat (udara bertekanan).

Udara yang digunakan dalam pneumatik sangat mudah didapat/diperoleh di

sekitar kita. Udara dapat diperoleh dimana saja kita berada, serta tersedia dalam

jumlah banyak. Selain itu udara yang terdapat di sekitar kita cenderung bersih dari

kotoran dan zat kimia yang merugikan. Udara juga dapat dibebani lebih tanpa

menimbulkan bahaya yang fatal. Karena tahan terhadap perubahan suhu,

maka penumatik banyak digunakan pula pada industri pengolahan logam dan

sejenisnya.

14

2.2 Pengertian Instrumentasi

Instrumen adalah sebuah device atau alat yang digunakan secara langsung

ataupun secara tidak langsung untuk mengukur atau mengontrol sebuah variabel.

Instrumentasi adalah susunan atas rangkaian-rangkaian instrumen yang mengukur,

menunjukkan, mencatat, mengendalikan, dan mengamankan suatu proses.

Instrumentasi dapat dikatakan sebagai teknologi yang digunakan untuk mewujudkan

automatisasi. . Setiap kegiatan proses dalam sebuah sistem di industri senantiasa

membutuhkan peralatan–peralatan otomatis untuk mengendalikan parameter–

parameter  prosesnya.

Otomatisasi tidak saja diperlukan demi kelancaran operasi, keamanan,

ekonomi, maupun mutu produk, tetapi lebih mengutamakan pada kepentingan

penggunaan manusia (user) sebagai kontrol manual, kecepatan, kualitas, serta

kuantitas yang dihasilkan dibandingkan dengan menggunakan kontrol manual, dalam

hal ini manusia sebagai pengendali dan pelaku keputusan.

Hampir semua proses industri dalam menjalankan proses produksinya

membutuhkan bantuan sistem pengendali, contohnya pengendalian di suatu proses

pengilangan minyak. Proses di suatu pengilangan minyak tidak mungkin dapat

dijalankan tanpa bantuan fungsi sistem pengendalian. Ada banyak pengendalian yang

harus dikendalikan di dalam suatu proses. Pada dasarnya, tujuan utama diciptakan

automatisasi adalah untuk menghasilkan produk yang bermutu tinggi, sehingga bila

produksi perlu dilakukan dalam jumlah besar, produk yang dihasilkan akan seragam

dan mengurangi ongkos produksi.

Tujuan kedua dari sistem instrumentasi adalah agar terwujud keselamatan kerja

dan keselamatan alat-alat industri. Pengoperasian alat-alat harus benar-benar aman

dan pada saat-saat keadaan darurat dapat dimatikan (dihentikan) atau dipasangkan

alarm dan suatu pendeteksi api,panas,dan asap sehingga tidak sampai terjadi

15

kecelakaan atau gangguan pada proses produksi. Instrumentasi memiliki beberapa

fungsi umum yaitu:

a. Alat ukur

untuk mengetahui/ memonitor jalannya suatu kondisi operasi melalui

pengukuran besaran dari variable proses yang sedang diukur. (Indikator &

Recorder). Pengukuran yang banyak dilakukan adalah berupa pengukuran

tekanan (pressure), suhu (themperature), aliran (flow), dan tinggi cairan

(level)

b. Alat kontrol

Untuk mengendalikan jalannya operasi agar variable proses yang diukur

dapat diatur atau dikendalikan sesuai harga yang diinginkan.

c. Alat pengaman

mencegah kerusakan pada peralatan, mencegah terjadinya bahaya

kecelakaan pada orang yang bekerja, dan mencegah kerusakan

lingkungan. Sistem pengaman ini mempunyai tahap – tahap, yaitu

memberikan peringatan berupa alarm dan melakukan shutdown terhadap

proses yang ada.

d. Alat analisa

Sebagai alat analisa peralatan instrumen berfungsi untuk menganalisis

kualitas kandungan dari suatu produk yang dikelola. Kemudian dapat juga

dipergunakan sebagai alat analisa untuk mencegah polusi dari hasil

buangan industri agar tidak membahayakan dan merusak lingkungan.

2.3 Fungsi Instrumentasi sebagai alat ukur

16

Instrumentasi sebagai alat pengukur sering kali merupakan bagian depan/ awal

dari bagian-bagian selanjutnya (bagian kendalinya), dan bisa berupa pengukur dari

semua jenis besaran fisis, kimia, mekanis, maupun besaran listrik. Beberapa contoh di

antaranya adalah pengukur: massa, waktu, panjang, luas, sudut, suhu, kelembaban,

tekanan, aliran, pH (keasaman), level, radiasi, suara, cahaya, kecepatan, torque, sifat

listrik (arus listrik, tegangan listrik, tahanan listrik), viskositas, density, dan lain-lain.

Fungsi alat ukur adalah merubah variable proses kedalam bentuk satuan yang

dapat dimengerti sehingga dapat di manfaatkan untuk keperluan dan pengukuran /

monitoring ataupun untuk analisa.

Secara garis besar sebuah alat ukur terdiri dari beberapa elemen dasar sebagai

berikut :

1. Tranducer Element : Berfungsi untuk merubah besaran fisis ke

gerakan mekanis, besaran listrik, dan lain-

lain.

2. Signal Conditioning Element : Berfungsi untuk memproses output dari

tranducer ke bentuk yang cocok. Operasi

elemen ini dapat berbentuk amplifier

seperti mechanical linkage (gear, lever,

link), penguat elektronik, filter, dan

converter.

3. Data Presentation Element : Berfungsi untuk menampilkan data,

informasi hasil pengukuran melalui alat-

alat recorder, indicator (digital atau

analog), atau melalui layar computer.

4. Calibration Element : Elemen tambahan yang diperlukan untuk

mengkalibrasi agar alat sesuai dengan

kondisi standar perlatan yang telah

ditentukan.

17

5. External Power Element : Elemen tambahan yang berfungsi sebagai

penyedia daya, agar alat dapat bekerja

2.3.1 Karakteristik dasar alat ukur

Fungsi alat ukur adalah untuk meraba atau mendeteksi parameter yang

terdapat dalam proses industri atau penelitian iImu pengetahuan seperti : tekanan

temperatur aliran, gerakan, tegangan, arus Iistrik, dan daya. Alat ukur harus mampu

mendeteksi tiap perubahan dengan teliti dan dapat membangkitkan sinyal peringatan

yang menunjukan perlunya dilakukan pengaturan secara manual atau mengaktifkan

peralatan otomatis. Untuk mendapatkan sifat unjuk kerja yang optimum maka perlu

diperhatikan sejumlah karakteristik dasar. Akan dijelaskan masing-masing

karakteristik yang sesuai untuk mengukuran.

2.3.2 Kalibrasi

Kalibrasi merupakan hal yang penting pada pengukuran industri dan

pengaturan/kontrol. Dapat didefinisikan sebagai pembandingan harga spesifik input

dan output instrumen terhadap standar referensi yang bersangkutan. Kalibrasi ini

memberikan garansi pada alat atau instrumen bahwa ia akan bekerja dengan ketelitian

yang dibutuhkan dan jangkauan yang dispesifikasikan dalam lingkungan yang

tertentu pula. Dengan alat yang telah dikalibrasi pembuat atau pemroses dapat

memproduksi barang dengan kualitas sesuai dengan spesifikasi.

Dengan proses kalibrasi maka kesalahan dan koreksi maka kesalahan dan

koreksi dapat ditentukan/dijelaskan, Kalibrasi harus dilakukan secara periodik untuk

18

menguji kebenaran unjuk kerja alat atau sistem, untuk itu diperlukan standar sebagai

pembanding kerja. Pembanding ini memerlukan opeator yang telah ahli/ terlatih, dan

perlu adanya referensi standar yang baik, dan standard) baku pula.

2.3.3 Tujuan Pengukuran

Mengukur adalah suatu aktivitas atau tindakan membandingkan suatu besaran

yang belum diketahui nilainya atau harganya terhadap besaran lain yang sudah

diketahui nilainya, misalnya dengan besaran yang standar. Pekerjaan membandingkan

tersebut tidak lain adalah pekerjaan pengukuran atau mengukur banyak sekali

dilakukan dalam bidang teknik atau industri.

Sedangkan alat ukurnya sendiri banyak sekali jenisnya, tergantung dari

banyak faktor, misalnya objek yang di ukur serta hasil yang diinginkan. Pengetahuan

yang harus dimiliki adalah bagaimana menentukan besaran yang di ukur, bagaimana

mengukurnya dan mengetahui dengan apa besaran tersebut harus di ukur. Ketiga hal

tersebut mutlak harus dimiliki oleh orang yang akan melakukan pengukuran.

Dalam pengukuran digunakan sejumlah istilah sebagai berikut :

a. Ketelitian(presisi)

Yaitu harga suatu pembacaan instrumen yang mendekati harga

sebenarnya dari veriabel yang di ukur yang menyatakan berapa dekat nilai

bacaan alat ukur tersebut ketika dilakukan pengukuran secara berulang – ulang

Ketelitian pengukuran atau pembacaan merupakan hal yang sifatnya relatip

pada pengukuran, ketelitian dipengaruhi kesalahan statis,. kesalahan dinamis,

drift/sifat berubah, reproduksibilitas dan non Ketelitian didefinsikan sebagai

kedekatan (closeness) pembacaan terhadap harga standar yang diterima atau

19

harga benar. Ketelitian yang absolut tidak punya arti dalam pengukuran

besaran fisika.

Dari hasil percobaan, ketelitian dipengaruhi oleh batas-batas kesalahan

intrinsik, batas variasi pada indikasi, ketidak stabilan listrik nol (electrical zero)

dan lingkungan. Harga kesalahan ini sama dengan derajat kesalahan pada hasil

akhir. Ketelitian ditentukan dengan mengkalibrasi pada kondisi kerja tertentu

dan dinyatakan diantara plus dan minus suatu prosentasi harga pada harga skala

yang ditentukan. Semua instrumen ditentukan dalam klasifikasi yang disebut

kelas atau tingkat (grade) yang tergantung dari ketelitian produk itu.

b. Kepekaan (sensitivitas)

Kepekaan adalah perbandingan keluaran terhadap perubahan besaran

yang diukur. Suatu alat yang peka akan memberikan tanggapan atau respon

yang besar jika besaran yang diukur mengalami perubahan sedikit.

c. Ketepatan (akurasi)

Ketepatan yaitu Kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran

yang sama dengan memberikan harga tertentu bagi sebuah variabel. harga atau

nilai seberapa dekat angka terbaca pada alat ukur dengan nilai sebenarnya

besaran yang diukur tersebut. Karakteristik lain pada instrumen adalah

ketepatan divais/alat. Ketepatan adalah merupakan kedekatan pengukuran

masing-masing yang didistribusikan terhadap harga rata-ratanya.

Maksudnya merupakan ukuran kesamaan terhadap angka yang diukur

sendiri dengan alat yang sama, jadi tidak dibandingkan dengan harga

standar/baku. Ketepatan ini, berlainan dengan ketelitian, dan ketepatan yang

tinggi tidak menjamin ketelitian yang tinggi (ketelitian dibandingkan dengan

harga baku).

20

d. Resolusi (daya pisah)

Yaitu Perubahan nilai terkecil dalam nilai yang diukur, dimana

instrumen akan member respon. Resolusi adalah kemampuan sistem pengukur

termasuk pengamatnya, untuk membedakan harga-harga yang hampir sama.

Dapat didefinisikan sebagai perbedaan antara dua besaran input yang

menghasilkan perubahan terkecil informasi output, perubahan input dilakukan

secara searah. Bila input diubah perlahan-Iahan dari sembarang harga yang

bukan nol, maka pada output terlihat tidak berubah sampai harga perubahan

input tertentu dilampaui.

Perubahan ini disebut resolusi. Maka resolusi dapat didefinisikan

sebagai perubahan input yang dapat memberikan perubahan output terkecil

yang dapat diukur. Kedua hal tersebut dapat dinyatakan dalam satuan absolut

atau juga dengan prosentase terhadap skala penuh (F.S). Instrumen yang

mempunyai histerisis besar belum tentu mempunyai solusi rendah.

e. Sensitivitas (Sensitivity)

Yaitu Perbandingan antara sinyal keluaran terhadap perubahan masukan

atau variabel yang di ukur. Suatu alat yang peka akan memberikan tanggapan

atau respon yang besar jika besaran yang diukur mengalami perubahan sedikit.

f. Kesalahan (Error)

Yaitu Penyimpangan variabel yang di ukur dari harga yang sebenarnya.

Kesalahan adalah simpangan terhadap nilai sebenarnya besaran yang diukur.

Terdapat hubungan antara yang diukur (measurand) dengan output teoritis atau

ideal dari sebuah transduser. Pada transduser ideal outputnya memberikan harga

21

yang benar, Pada kenyataannya tidak demikian, dalam batas jangkauan tertentu

dari sebuah transduser terdapat hubungan antara output transduser dengan

kurva teoritis.

Hubugan ini dapat dinyatakan dengan persamaan matematika, grafik

atau harga tabel. Harga output ideal tidak memperhatikan keadaan lingkungan

(ambient environ-mental) seperti kondisi instrumen sebenarnya. Pada

kenyataannya output transduser memiliki sifat non ideal, maka terdapat deviasi

yang diukur dengan harga yang benar, perbedaan dari harga yang dibaca dengan

harga yang benar disebut kesalahan (error). Biasanya kesalahan dinyatakan

dalam persen terhadap output skala penuh (full scale output/FS).

Perbandingan kesalahan ini terhadap skala penuh output adalah merupakan

ketelitian alat. Kesalahan tersebut di atas terdiri dari kumpulan kesalahan

individual. Pada pengukuran sesungguhnya kesalahan transduser telah diketahui

secara pasti. Dengan mengetahui kesalahan individual yang akan dijelaskan

lebih lanjut dapat digunakan untuk koreksi dari data akhir maka akan

menaikkan ketelitian pengukuran. Kesalahan Sistimatik atau Instrumental

Kesalahan yang disebabkan karena karakteristik bahan yang digunakan untuk

pembuatan alat pengukur atau sistem disebut kesalahan instrumental atau

sistimatik.

2.4       Fungsi Instrumentasi Pada Industri

Fungsi instrumentasi pada industri sangatlah penting, bisa dikatakan bahwa

instrumentasi adalah bagian integral dari industri karena tidak ada suatu industri tanpa

menggunakan instrumentasi.Suatu industri yang makin kompleks maka instrumentasi

22

yang diperlukan juga makin kompleks.Hal ini berkaitan dengan jalannya proses

produksi pada industri tersebut dimana ketepatan dan keakuratan hasil menjadi hal

yang utama.

Sebagai contoh dalam pengolahan material, ada banyak variabel-variabel yang

mempengaruhi proses tersebut. Untuk suatu proses nilai (harga) dari variabel-variabel

ini sudah ditentukan pada saat designnya,jadi jika pada saat proses variabel-variabel

ini berubah harganya maka jalannya proses tidak seperti yang direncanakan sehingga

hasilnyapun tidak seperti yang direncanakan (kualitasnya).Pada dasarnya

instrumentasi mengendalikan proses pengolahan industri yaitu mengendalikan

variabel-variabel proses agar selalu berada dalam nilai-nilai yang telah ditetapkan

sebelumnya.

Sistem yang tak kalah pentingnya yaitu sistem instrumentasi yang disebut safe

guarding system yaitu suatu sistem instrumentasi yang berfungsi mendeteksi variabel-

variabel proses yang berhubungan dengan peralatan proses, apabila variabel-variabel

tersebut tidak terkendali dan membahayakan peralatan proses maka sistem akan

menghentikan poses dari pada terjadi kerusakan pada peralatan proses. Sistem safe

guarding sangat penting dalam industri untuk menjaga terhadap bahaya-bahaya

kebakaran atau kerusakan peralatan lain seperti motor-motor listrik, mesin turbin dan

peralatan proses yang lain.

2.5 Pengertian Tekanan

Tekanan adalah gaya tiap satuan luas yang dihasilkan oleh gas, cairan, atau

benda padat. Tekanan dapat diukur sebagai tekanan absolut, tekanan diferensial atau

tekanan terukur. Tekanan absolut adalah tekanan total yang dihasilkan oleh medium,

sedangkan tekanan diferensial adalah beda antara dua tekanan. Tekanan terukur

adalah suatu tipe khusus dari tekanan diferensial yang dinyatakan sebagai berikut :

Pg = Pa-Ps

23

Dimana Pg = tekanan terukur

Pa = tekanan absolut

Ps = tekanan atmosfer

Suatu ruang hampa di lain pihak didefinisikan sebagai ruangan gas yang

tekanannya kurang dari tekanan atmosfer. Tekanan dalam ruang hampa ini merupakan

sejenis tekanan diferensial :

V = Pa – Pa

Satuan dasar dari tekanan dalam cgs adalah dyne/cm2. Satu bar setara dengan

10 pangkat 6 dyne per sentimeter kuadrat dan untuk memudahkan satu milibar

didefinisikan sebagai 1000 dyne per sentimeter kuadrat. Satu torr atau torr setara

dengan 1/760 atmosfer atau satu illimeter kolom air raksa. Harap diperhatikan, bahwa

tekanan yang dihasilkan oleh kolom air raksa, 76 cm tinggi mempunyai kerapatan

13,5951 gm/cm2 dan sehubungn dengan percepatan yng disebabkan oleh gravitasi

980,665 cm/det2, didefinisikan sebagai satu atmosfer ( 1013,250 mb ).

2.5.1 Pengertian Pengukuran Tekanan

Tekanan (pressure) adalah gaya yang bekerja persatuan luas, dengan

demikian satuan tekanan identik dengan satuan tegangan (stress). Dalam konsep

ini tekanan didefnisikan sebagai gaya yang diberikan oleh fuida pada tempat yang

mewadahinya. Tekanan mutlak (absolute pressure) adalah nilai mutlak tekanan yang

bekerja pada wadah tersebut. Tekanan relatif atau tekanan pengukuran (gage

pressure) adalah selisih antara tekanan mutlak dan tekanan atmosfir. Tekanan vakum

atau hampa (vacuum) menunjukkan seberapa lebih tekanan atmosfr dari tekanan

mutlak ( Holman, 1985). Grafk dibawah ini menunjukkan perbedaan diantara ketiga

tekanan diatas.

24

Gambar 2.1 Berbagai Macam Tekanan