]BAB I

PENDAHULUAN1.1 Tujuan Percobaan

Memahami sistem pengendalian flow Mengetahui pengaruh mode PID (Proportional Integral Derivative)1.2 Dasar Teori

1.2.1 Definisi Pengendalian Proses

Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian secara automatik yang diterapkan di bidang teknologi proses untuk menjaga kondisi proses agar sesuai dengan yang diinginkan. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut sistem pengendalian atau sistem kontrol.1.2.2 Jenis Variabel

Jenis variabel yang mendapatkan perhatian penting dalam bidang pengendalian proses adalah variabel proses (process variable, PV) atau disebut juga variabel terkendali (controlled variable). Variabel proses adalah besaran fisik atau kimia yang menunjukkan keadaan proses. Variabel ini bersifat dinamik artinya nilai variabel dapat berubah spontan atau oleh sebab lain baik yang diketahui maupun tidak. Diantara banyak macam variabel proses , terdapat empat macam variabel dasar, yaitu : suhu (T), tekanan (P), laju alir (F) dan tinggi permukaan cairan (L).

Dalam teknik pengendalian proses , titik berat permasalahan adalah menjaga agar nilai variabel proses tetap atau berubah mengikuti alur (trayektori) tertentu. Variabel yang digunakan untuk melakukan koreksi atau mengendalikan variabel proses disebut variabel termanipulasi (manipulated variable, MV) atau variabel pengendali. Sedang nilai yang diinginkan dan dijadikan acuan atau referensi variabel proses disebut nilai acuan (setpoint value, SV). Selain ketiga jenis variabel tersebut masih terdapat variabel lain yaitu gangguan (disturbance) baik yang terukur (measured disturbance) maupun tidak terukur (unmeasured disturbance) dan variabel keluaran tak terkendali (uncontrolled output variable). Variabel gangguan adalah variabel masukan yang mampu mempengaruhi nilai variabel proses, tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan. Variabel keluaran tak terkendali adalah variabel keluaran yang tidak dikendalikan secara langsung.

Gambar 1. Jenis variabel dalam sistem prosesSebagai contoh proses destilasi fraksionasi dalam kolom piring memiliki jenis variabel sebagai berikut :

Gangguan terukur:laju alir umpan

Gangguan tak terukur:komposisi umpan

Variabel termanipulasi:- laju refluks

- laju kalor ke pendidih ulang

- laju destilat

- laju produk bawah

- laju alir pendingin

-Variabel terkendali:- komposisi destilat

- komposisi produk bawah

- tinggi permukaan akumulator refluks

- tinggi permukaan kolom bawah

- tekanan kolom

-Variabel tak terkendali:suhu tiap piring sepanjang kolom.1.2.3Jenis Sistem Pengendalian

1.2.3.1Sistem Pengendalian Simpal terbuka dan TertutupBerdasarkan atas ada atau tidak adanya umpan balik, sistem pengendalian dibedakan atas sistem pengendalian simpal terbuka (open loop control system) dan sistem pengendalian simpal tertutup (closed loop control system).

Sistem pengendalian simpal terbuka bekerja tanpa membandingkan variabel proses yang dihasilkan dengan nilai acuan yang diinginkan. Sistem ini bekerja semata mata bekerja atas dasar masukan yang telah dikalibrasi. Sebagai contoh sederhana adalah keran air yang terkalibrasi. Dengan memandang keran sebagai suatu sistem, maka bukaan keran (sudut putaran keran) adalah sebagai masukan dan laju alir air sebagai keluaran sistem. Berdasarkan hukum dinamika fluida, laju air tergantung pada beda tekanan yang melintas keran. Misal pada posisi keran X1 dengan beda tekanan P2 mengalir air pada laju Q2 (gambar 2.2). Jika oleh sebab tertentu tiba tiba beda tekanan berubah menjadi P1, maka posisi keran tetap X1 dan menghasilkan laju alir Q1. Dengan demikian sistem pengendalian simpal terbuka tidak dapat mengatasi perubahan beban atau gangguan yang terjadi.

Meskipun dari uraian di atas, sistem simpal terbuka merupakan sistem yang buruk, karena tidak mampu mengatasi gangguan, tetapi memiliki keuntungan sebagai berikut :

Lebih murah dan sederhana dibandingkan sistem simpal tertutup

Jika sistem mampu mencapai kestabilan sendiri, maka akan tetap stabil

Untuk mengatasi kekurangan sistem simpal terbuka , operator pabrik akan mengatur kembali besarnya gangguan agar diperoleh sasaran yang diinginkan. Tetapi dengan tinadakan operator ini berarti telah membuat sistem simpal tertutup.Berbeda dengan sistem simpal terbuka , pada sistem pengendalian simpal tertutup terdapat tindakan membandingkan nilai variabel proses dengan nilai acuan yang diinginkan. Perbedaan ini digunakan untuk melakukan koreksi sedemikian rupa sehingga nilai variabel proses sama atau dekat dengan nilai acuan. Dengan demikian terdapat mekanisme umpan balik. Sehingga sistem pengendalian simpal tertutup lebih dikenal dengan sistem pengendalian umpan balik.

Gambar 2. Sistem Pengendalian Simpal TerbukaMeskipun sistem simpal tertutup mampu mengatasi gangguan atau perubahan beban tetapi memiliki kelemahan sebagai berikut :

Lebih mahal dan kompleks dibanding sistem simpal terbuka

Dapat membuat sistem tidak stabil, meskipun sebenarnya tanpa umpan balik sistem dapat mencapai kestabilan sendiri.

1.2.3.2Sistem Pengaturan dan PengendalianBerdasarkan nilai acuan, sistem pengendalian umpan balik dibedakan atas dua jenis yaitu sistem pengendalian dengan nilai acuan tetap (dibidang elektro sering disebut sistem pengaturan) dan sistem pengendalian dengan nilai acuan berubah (dibidang mekanik sering disebut sistem pengendalian, sistem servo atau tracking). Tujuan utama sistem pengaturan adalah mempertahankan agar nilai variabel proses tetap pada nilai yang diinginkan. Sedangkan pada sistem pengendalian, tujuan utamanya adalah mempertahankan agar nilai variabel proses mengikuti perubahan nilai acuan.

Di bidang teknologi proses termasuk teknik kimia, meskipun hampir semuanya bekerja dengan titik acuan tetap tetapi lebih populer dengan istilah sistem pengendalian dan bukan sistem pengaturan. Hal ini disebabkan karena istilah pengendalian lebih mencerminkan kondisi dinamik.1.2.3.3Sistem Pengendalian Umpan balikPrinsip mekanisme kerja sistem pengendalian umpan balik adalah mengukur variabel proses dan kemudian melakukan koreksi bila nilainya tidak sesuai dengan yang diinginkan. Ciri utama pengendalian umpan balik negatif. Artinya jika nilai variabel proses berubah terdapat umpan balik yang melakukan tindakan untuk memperkecil perubahan itu.1.2.4 Langkah Pengendalian

Langkah langkah pengendalian adalah sebagai berikut :

a. Mengukur

Tahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau mengamati nilai variabel proses

b.Membandingkan

Hasil pengukuran atau pengamatan variabel proses (nilai terukur) dibandingkan dengan nilai acuan (setpoint)

c.Mengevaluasi

Perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi untuk menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itud.Mengoreksi

Tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses agar perbedaan nilai terukur dan nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin.1.2.5 Instrumentasi ProsesPelaksanaan keempat langkah pengendalian seperti yang telah dijelaskan pada point 1.2.4 memerlukan instrumentasi berikut :a.Unit Pengukuran

Bagian ini bertugas mengubah nilai variabel proses yang berupa besaran fisik atau kimia seperti laju alir, tekanan, suhu, pH, konsentrasi dan sebagainya menjadi sinyal standar. Bentuk sinyal standar yang populer di bidang pengendalian proses adalah berupa sinyal pneumatik (tekanan udara) dan sinyal listrik. Unit pengukuran terdiri atas dua bagian besar yaitu :

1. Sensor yaitu elemen perasa yang langsung bersentuhan dengan variabel proses

2. Transmiter yaitu bagian yang berfungsi mengubah sinyal dari sensor (gerakan mekanik, perubahan hambatan, perunahan tegangan atau arus) menjadi sinyal standar.

Dalam bidang pengendalian proses, istilah transmiter lebih populer dibandingkan dengan tranduser. Meskipun keduanya berfungsi serupa, tetapi transmiter mempunyai makna pengirim sinyal pengukuran ke unit pengendali yang biasanya terletak jauh dari tempat pengukuran, ini lebih sesuai dengan keadaan sebenarnya di pabrik.

b.Unit Pengendali

Bagian ini bertugas membandingkan, mengevaluasi, dan mengirimkan sinyal ke unit kendali akhir. Evaluasi yang dilakukan berupa operasi matematika seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian , integrasi dan diferensiasi. Hasil evaluasi berupa sinyalkendali yang dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal kendali berupa sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran.c.Unit kendali akhir

Bagian ini bertugas menerjemahkan sinyal kendali menjadi aksi atau tindakan koreksi melalui pengaturan variabel termanipulasi. Unit ini terdiri atas dua bagian besar, yaitu aktuator dan elemen kendali akhir. Aktuator adalah penggerak elemen kendali akhir. Bagian ini dapat berupa motor listrik, solenoida dan membran pneumatik. Sedangkan elemen kendali akhir biasanya berupa katup kendali (control valve) atau elemen pemanas.1.2.6 Diagram Blok

Penggambaran suatu sistem atau komponen dari sistem dapat berbentuk blok (kotak) yang dilengkapi dengan garis sinyal masuk dan keluar. Sinyal dapat berupa arus listrik, tegangan (voltase), tekanan, aliran cairan, tekanan cairan, suhu, pH, kecepatan, posisi dan sebagainya. Sinyal yang perlu digambarkan hanyalah sinyal masuk dan sinyal keluar yang secara langsung berperan dalam sistem. Sedangkan sumber energi atau massa yang masuk biasanya tidak digambarkan.Diagram blok lengkap sistem pengendalian flow digambarkan sebagai berikut :

Gambar 3. diagram blok lengkap pengendalian flow

Keterangan gambar :

r+

=nilai acuan atau setpoint value (SV)

e

=sinyal galat (error) dengan e = r y

y

=sinyal pengukuran

u

=sinyal kendali

M+

=variabel termanipulasi

W-

=variabel gangguan

C

=variabel proses

GC

=komputer

GV

=katub pengendali

GP

=sistem proses

H

=transmitterFungsi Alih

Diagram Instrumentasi Pengendalian Proses Control Flow

Gambar 4. Diagram Instrumentasi Pengendalian Proses Control Flow

Keterangan :

FC: Unit Pengendalian Flow (flow controller)

FT: Unit Pengukuran (flow transmitter)

GV: Unit Control Akhir (pompa A)

Flow dideteksi oleh sensor dan dikirim oleh bagian transmitternya (FT) ke unit pengendali flow (FC). Didalam unit pengendali flow akan dibandingkan dengan acuan yang diharapkan. Jika tidak sesuai dengan acuan, maka unit pengendali akan memberi sinyal ke unit kendali akhir untuk melakukan aksi.BAB II

METODOLOGI2.1Alat dan Bahan Alat yang digunakan adalah PCT-40 Bahan yang digunakan adalah air2.2Prosedur Kerja

1. Memastikan bahwa peralatan telah terhubung dengan benar, seperti kabel USB dan selang pembuangan di bawah tangki.

2. Menyalakan Komputer dan alat.

3. Mengklik dua kali ikon PTC-40.

4. Pilih Section 9 : Flow Control lalu klik load.

5. Mengklik ikon View Graph lalu klik Format dan pilih Graph Data.6. Pindahkan Run 1 Pump A Speed N1 dari kotak kiri ke kanan dengan mengkil panah yang berada diantara 2 kotak tersebut.7. Mengklik ikon View Diagram8. Mengklik ikon PID lalu setting:

Proportional Band (P): 2

Integral Time (I): 0

Derivative Time (D): 0

Set Point: 175 Pilih Mode of Operation Automatic Klik OK

9. Menutup valve SOL 1 dengan mengklik ikon SOL 1.

10. Klik ikon GO.

11. Mengamati respon yang terjadi dengan membuka grafik dan table data dengan cara klik ikon graphics.

12. Mengulangi langkah 6 hingga 10 dengan memvariasi nilai Proportional Band dengan nilai 5, 8, 12, 25, dan 50

13. Mengulangi langkah 6 hingga 10 dengan Proportional Band : 12 ; dan nilai Integral Time dengan variasi 5, 10, 15, 20, 25 dan 30.

14. Mengulangi langkah 6 hingga 10 dengan Proportional Band : 12 ; dan nilai Integral Time : 10 ; dan nilai Derivative Time dengan variasi 5, 10, 15, 20, 25 dan 30.15. Menyimpan semua data dalam bentuk Microsoft Excel (.xls)BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil Pengamatan

Grafik-grafik hasil praktikum dapat dilihat pada lampiran.

3.2 Pembahasan

Praktikum kali ini adalah control flow merek PTC-40. Ada pun tujuan dari praktikum kali ini adalah mengenal peralatan yang digunakan dalam control flow, mengetahui prinsip kerja dari sensor, mengamati prinsip kerja sistem control flow, mengamati respon dari mode pengendalian P, PI, dan PID.Pada unit ini yang merupakan variable proses adalah laju alir pada sistem proses yaitu pipa. Variabel termanipulasi pada proses ini adalah laju alir dari control valve. Dalam pengendalian ini terdapat variabel gangguan sehingga variabel proses tidak sesuai atau bahkan jauh dari setpoint, yaitu laju alir dari pompa.Pada praktikum ini nilai yang diinginkan atau dicapai (Setpoint) yaitu 700. Pengendalian dengan mode P (Proportional) dilakukan dengan nilai 5%, 10%, 20%, 30%, 40% dan 80%. Pada Proportional Band 5%, tanggapannya merupakan osilasi kontinu sama halnya pada Proportional Band 10%, tetapi nilai flownya berbeda yaitu pada PB 5% nilai flownya 500-700 sedangkan pada PB 10% nilai flownya 500-600. Pada Proportional Band 20% terjadi tanggapan osilasi teredam. Sama halnya pada Proportional Band 30%, 40% dan 80% tetapi yang berbeda yaitu nilai flownya dan tingkatan terjadinya osilasi teredam ( PB mencapai 20% menghasilkan tanggapan osilasi teredam hingga keadaan stabil pada waktu yang semakin singkat/cepat dan semakin jauh dari nilai setpointnya). Sehingga dapat disimpulkan Semakin besar Proportional Band (PB) semakin cepat stabil tapi semakin jauh dari setpoint dan offsetnya semakin besar.Pada mode pengendalian PI (Proportional Integral) dilakukan dengan nilai Integral Time 0,1%, 1%, 0,3%, 0,7%, 1,2% dan 1,5% dengan nilai Propotional Band tetap yaitu 20%. Pada PB 20% terjadi osilasi teredam dan nilai jauh dari setpoint, tetapi ketika ditambah Integral Time terjadi osilasi yang cenderung kontinu atau tidak stabil dan nilai semakin mendekati nilai setpointnya sehingga offsetnya kecil. Pada semua variasi yang dimasukkan pada Integral Time, semakin besar nilai TI (Integral Time) maka semakin besar jumlah pick sehingga semakin besar TI maka respon cenderung semakin cepat. Pada mode pengendalian PID (Proportional Integral Derivatif) dilakukan dengan Derivatif Time yaitu 0,1%, 1,5%, 1%, 2%, 3% dan 4% dengan PB 20% dan TI 1,2%. Pada Pengendalian mode PB 20%d an TI 1,2% terjadi tanggapan osilasi kontinu dan dekat dengan nilai setpointnya tetapi ketika ditambahan Derivatif Time (TD) terjadi tanggapan osilasi teredam, sehingga semakin besar nilai TD maka semakin cepat terjadinya kondisi konstan/tetap (settling time semakin cepat) dan offset semakin kecil. Dari percobaan yang dilakukan, pengendalian yang paling optimal yaitu pada mode pengendalian P (Proportional) dengan nilai PB 5% TI 0% TD 0%. Hal ini dikarenakan, settling time sangat kecil dan terjadi pada kondisi konstan pada nilai yang diinginkan (Setpoint).BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :

Semakin besar Proportional Band (PB) semakin cepat stabil tetapi semakin jauh dari setpoint dan offsetnya semakin besar.

Semakin besar TI maka respon cenderung semakin cepat dan semakin mendekati nilai setpointnya.

Semakin besar nilai TD maka semakin cepat terjadinya kondisi konstan/tetap (settling time semakin cepat) dan offset semakin kecil.

Pada mode pengendalian P (Proportional) dengan nilai PB 5% TI 0% TD 0% yang paling optimal.

DAFTAR PUSTAKA

Thahrir, Ramli dkk. 2012. Penuntun Praktikum Laboratorium Instrumentasi dan Kontrol.Samarinda : Polnes

LAMPIRAN

Gangguan terukur

Variabel terkendali

Sistem Proses

Variabel tak terukur

Variabel Termanipulasi

Variabel tak terkendali

Q2

Q1

Q3

X1

P1

P2

P3

keran

X

Q

Keran air terkalibrasi

C

e

U

M+

W-

y-

r+

H

GC

GV

GP

FT

FIC

GV

LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROLJURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA