PENGENDALIAN TEKANAN

I.

TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan nilai rise time 2. Menentukan nilai error 3. Menentukan nilai overshoot 4. Menentukan nilai time constant II. DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHANA DATA Laju alir kebocoran 0.5 1.5 2.5 3 4.5 5.5 Posisi katup pneumatik 20 % 20 % 20 % 20 % 20 % 20 % Tekanan P4 (psig) 8 7.5 7 6.3 5.0 4 Tegangan (volt) 1.002 0.9 0.829 0.771 0.590 0.438

Posisi katup V5 Tutup 1 2 3 4 Buka penuh

a.

Data kalibrasi I/P converter

Kalibrasi I/P Converter Pr (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 V (Volt) 1.00 1.00 1.002 0.992 0.957 0.809 0.500 0.133 0.070 0.042 0.035 P2 (psi) 1.7 1.8 1.8 3.5 6.3 9.5 12.5 14.6 14.8 14.9 14.9 P4 (psi) 8 8 8 8 8 8 6.5 6 6 6 1 Pr (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Kalibrasi I/P Converter V (Volt) 0.025 0.024 0.021 0.02 0.02 0.02 0.9 0.935 0.996 0.997 0.999 P2 (psi) 15 15 15 15 12.9 9.9 6.9 3.8 1.8 1.8 1.7 P4 (psi) 0 0 0 0 0 0 7.5 7.8 8 8 8

Set point tekanan P4 (psi) Pr 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 P naik 8 8 8 8 8 8 6.5 6 6 6 1 P turun 8 8 8 7.8 7.5 0 0 0 0 0 0 Set Point 8 8 8 7.9 7.75 4 3.25 3 3 3 0.5

Tegangan (volt) Pr 0 10 20 30 40

V naik 1.00 1.00 1.002 0.992 0.957

V turun 0.999 0.997 0.996 0.935 0.9

Set Point 0.9995 0.9985 0.9990 0.9635 0.9285

50 60 70 80 90 100

0.809 0.500 0.133 0.070 0.042 0.035

0.02 0.02 0.02 0.021 0.024 0.025

0.4145 0.2600 0.0765 0.0455 0.0330 0.0300

b. Data tegangan terhadap waktu t (detik) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 90% 0.021 0.029 0.027 0.025 0.024 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 80% 0.022 0.046 0.039 0.035 0.032 0.03 0.028 0.027 0.026 0.025 0.024 0.024 0.023 0.023 0.023 0.022 0.022 0.022 0.022 0.022 0.022 70% 0.021 0.023 0.022 0.022 0.022 0.022 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 0.021 Tegangan (volt) 60% 50% 40% 0.021 0.022 0.021 0.021 0.138 0.339 0.021 0.198 0.599 0.021 0.243 0.695 0.021 0.285 0.780 0.021 0.350 0.844 0.021 0.363 0.881 0.021 0.399 0.900 0.021 0.422 0.913 0.021 0.446 0.921 0.021 0.465 0.927 0.021 0.482 0.931 0.021 0.497 0.933 0.021 0.508 0.934 0.021 0.520 0.936 0.021 0.529 0.937 0.021 0.538 0.937 0.021 0.551 0.937 0.021 0.557 0.938 0.021 0.561 0.938 0.021 0.561 0.937

30% 0.20 0.470 0.756 0.870 0.930 0.950 0.965 0.964 0.974 0.976 0.977 0.978 0.978 0.978 0.978 0.978 0.977 0.977 0.977 0.977 0.977

20% 0.20 0.698 0.886 0.896 0.962 0.980 0.988 0.991 0.993 0.995 0.995 0.996 0.996 0.996 0.994 0.994 0.994 0.994 0.994 0.994 0.994

10% 0.3 0.756 0.893 0.964 0.983 0.990 0.993 0.994 0.995 0.996 0.997 0.997 0.997 0.996 0.996 0.995 0.995 0.995 0.994 0.994 0.994

Grafik tegangan (Volt) vs Waktu (detik) Pr = 90% Set point = 0.0330

Dari grafik di atas: Rise time = 25 detik Offset (residual error) = 0.023 0.0330 = -0.01 Overshoot (maximum error) = (0/0.002) x 100% = 0% Time constant = 0

Pr = 80% Set point = 0.0455

Dari grafik di atas: Rise time = 75 detik Offset (residual error) = 0.022 0.0455 = -0.0235 Overshoot (maximum error) = (0.024/0) x 100% = Time constant = 1.5 x (2-0) = 3 detik

Pr = 70% Set point = 0.0765

Dari grafik di atas: Rise time = 30 detik Offset (residual error) = 0.021 0.0765 = -0.0555

Overshoot (maximum error) = (0/0.021) x 100% = 0 Time constant = 0

Pr = 60% Set point = 0.2600

Dari grafik di atas: Rise time = 0 Offset (residual error) = 0.021 0.26 = -0.239 Overshoot (maximum error) = (0/0) x 100% = Time constant = 0

Pr = 50%

Set point = 0.4145

Dari grafik di atas: Rise time = 95 detik Offset (residual error) = 0.561 0.4145 = 0.1465 Overshoot (maximum error) = (0/0.539) x 100% = 0 Time constant = 1.5 x (25-7) = 27 detik

Pr = 40% Set point = 0.9285

Dari grafik di atas: Rise time = 50 detik

Offset (residual error) = 0.937 0.9285 = 0.0085 Overshoot (maximum error) = (0/0.916) x 100% = 0 Time constant = 1.5 x (10-3) = 10.5 detik

Pr = 30% Set point = 0.9635

Dari grafik di atas: Rise time = 40 detik Offset (residual error) = 0.977 0.9635 = 0.0135 Overshoot (maximum error) = (0/0.777) x 100% = 0 Time constant = 1.5 x (8 - 2) = 9 detik

Pr = 20% Set point = 0.9990

Dari grafik di atas: Rise time = 30 detik Offset (residual error) = 0.994 0.999 = -0.005 Overshoot (maximum error) = (0/0.794) x 100% = 0 Time constant = 1.5 x (5-1) = 6 detik

Pr = 10% Set point = 0.9985

Dari grafik di atas:

Rise time = 25 detik Offset (residual error) = 0.994 0.9985 = -0.0045 Overshoot (maximum error) = (0/0.694) x 100% = 0 Time constant = 1.5 x (4-0) = 6 detik

c. Data tekanan terhadap waktuTekanan P4 (psi) 50% 40% 0,5 0,4 1,2 3 1,5 4,5 2 5,5 2,2 6,2 2,5 6,5 2,9 7 3,2 7 3,5 7,3 3,9 7,5 4 7,5 4 7,6 4,1 7,6 4,2 7,6 4,3 7,6 4,5 7,6 4,6 7,6 4,8 7,6 4,9 7,6 4,9 7,6 4,9 7,6

t(detik) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

90% 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

80% 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

70% 0 0 0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

60% 0,1 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

30% 0,6 4 6 7 7,3 7,5 7,8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

20% 0,2 4,6 6,8 7,5 7,8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

10% 0,2 5,5 6,5 7,5 7,8 7,8 7,8 7,9 7,9 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

Grafik Tekanan P4 (psi) vs waktu (detik) Pr = 90% Set point = 3

Dari grafik di atas: Rise time = 0 Offset (residual error) = -2.9 Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 0

Pr = 80% Set point = 3

Dari grafik di atas: Rise time = 0 Offset (residual error) = -2.9 Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 0

Pr = 70% Set point = 3

Dari grafik di atas: Rise time = 15 detik Offset (residual error) = -2.9

Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 0

Pr = 60% Set point = 3.25

Dari grafik di atas: Rise time = 15 detik Offset (residual error) = -2.95 Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 0

Pr = 50% Set point = 4

Dari grafik di atas: Rise time = 45 detik Offset (residual error) = 0.9 Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 39 detik

Pr = 40% Set point = 7.75

Dari grafik di atas: Rise time = 45 detik Offset (residual error) = -0.15

Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 10.5 detik

Pr = 30% Set point = 7.9

Dari grafik di atas: Rise time = 35 detik Offset (residual error) = 0.1 Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 7.5 detik

Pr = 20%

Set point = 8

Dari grafik di atas: Rise time = 25 detik Offset (residual error) = 0 Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 4.5 detik

Pr = 10% Set point = 8

Dari grafik di atas: Rise time = 20 detik

Offset (residual error) = 0 Overshoot (maximum error) = 0 Time constant = 6 detik

III. PEMBAHASAN Mohammad Ilham Fauzi (091411084) Pengendalian tekanan dilakukan dengan mengendalikan variable proses yaitu laju alir udara tekan yang masuk melalui pipa dengan mengatur katup pengendali pneumatik, agar laju alir udara tekan diharapkan mendekati dengan nilai setpoint. Dimana apabila laju alir udara tekan menjauhi setpoint atau udara tekan terlalu besar maka secara otomatis katup pengendali akan memperkecil laju alir udara tekan atau sebaliknya sesuai perintah dari unit kendali. Gangguan pada dasarnya merupakan suatu variable yang dapat memengaruhi nilai variable proses, sehingga dalam pengendalian tekanan gangguan dapat berupa kebocoran pada pipa juga pengaruh suhu lingkungan yang dapat memengaruhi kondisi udara yang mengalir di dalam pipa. Dalam pengendalian tekanan, untuk mengetahui pengaruh gangguan sebagai kobocoran pada pipa dilakukan percobaan dengan mengatur bukaan keran V5 secara bertahap hingga terbuka penuh, dari hasil percobaan dapat diambil kesimpulan bahwa tekanan di variable proses akan semakin kecil jika gangguan semakin besar. Dari

grafik hubungan antara tekanan terhadap tegangan berbanding lurus. Namun yang menjadi permasalahan pada saat tekanan di variable proses menurun, posisi katup pneumatic tetap pada skala 20%, seharusnya apabila tekanannya menurun katup pneumatic akan membesar bukaan katupnya. Pada penentuan set point dilakukan percobaan kalibrasi I/P converter dengan rentang nilai Pr 0-100%. Harga set point didapat dari parameter tegangan dan tegangan secara naik dan turun yang dirata-ratakan hasilnya. Nilai set point ini dimasukan dalam kurva hubungan antara tegangan atau tegangan terhadap waktu. Sehingga dapat ditentukan hasil terbaik yang mendekati set point dari masing-masing nilai Pr(%) pada waktu tertentu. Untuk melihat pengaruh pengubahan harga proporsional band (PB), dilakukan dengan mengamati perubahan tegangan dan tekanan P4 setiap 5 detik sekali untuk setiap perubahan Pr dari 0-100%. Dari hasil percobaan baik pada hubungan tekanan P4 maupun tegangan terhadap waktu, apabila harga Pr semakin besar maka respon pada pengendalian akan sangat lambat dan offset semakin besar sehingga jauh dari set point. Namun semakin kecil nilai Pr maka respons semakin cepat dan offset semakin kecil dan cenderung mendekati nilai set point. Muarif Abbas (091411085) Prinsip dari pengendalian tekanan (pressure control) adalah mengendalikan besarnya tekanan yang akan digunakan dalam suatu proses. Pengendalian tekanan ini dilakukan dengan cara memanipulasi besarnya laju alir udara yang masuk ke dalam pipa (manipulated variabel), apabila terjadi penyimpangan dari besarnya tekanan proses dalam hal ini adalah tekanan di dalam pipa (process variable) terhadap set point yang diinginkan. Apabila nilai dari laju alir yang masuk berada diatas set point, maka laju alir masuk ke pipa akan diperkecil begitupun sebaliknya. Percobaan pengendalian tekanan pada prinsipnya adalah mempertahankan kondisi tekanan sesuai dengan set point yang diinginkan dan mengetahui pengaruh gangguan (kebocoran pada V5) terhadap variabel proses. Tekanan yang dikendalikan adalah tekanan yang berada pada pipa yang dianggap sebagai unit proses. Pada percobaan ini digunakan pengendalian proporsional dengan PB 10 %-90%.

Percobaan pertama yang dilakukan adalah untuk mengetahui pengaruh beban terhadap variable proses. Gangguan yang diberikan adalah dengan membuka valve V5 secara bertahap sampai posisi terbuka penuh. Dari data yang dihasilkan, dapat diketahui bahwa semakin besar gangguan yang diberikan maka tekanan pada unit proses akan semakin kecil. Dari grafik tekanan vs tegangan dapat diketahui bahwa tekanan yang diperoleh akan berbanding lurus dengan nilai tegangan yang dihasilkan. Sedangkan bukaan control valve yang dihasilkan tetap, seharusnya bukaan valve yang dihasilkan akan membesar dengan membesarnya gangguan karena tekanan pada variabel proses yang dihasilkan mengecil. Gangguan yang mungkin terjadi pada pengendalian tekanan adalah kebocoran pada pipa. Suhu lingkungan, karena pada pengendalian tekanan senyawa yang digunakan adalah gas sehingga peka terhadap perubahan suhu. Dan kondisi udara tekan yang masuk ke dalam unit proses. Percobaan selanjutnya adalah melakukan kalibrasi terhadap I/P converter, yaitu dengan mengamati nilai yang dihasilkan pada P2, P4, dan voltmeter pada nilai PB 0-100% dan 100-0%. Nilai P2 yang dihasilkan akan membesar dengan membesarnya nilai PB, sedangkan nilai pada P4 dan voltmeter mengecil dengan bertambahnya nilai PB. Jadi, nilai pada P2 berbanding terbalik dengan nilai pada P4. Hal tersebut dikarenakan jika tekanan pada unit proses menurun, maka bukaan valve akan membesar untuk menambah tekanan pada unit proses. Untuk membuka valve dibutuhkan udara tekan, dan tekanannya akan membesar dengan membesarnya bukaan valve. Percobaan yang terakhir adalah untuk mengetahui pengaruh nilai PB terhadap pengendalian. Percobaan yang dilakukan adalah dengan mengamati nilai pada P4 dan voltmeter pada nilai PB yang berbeda (10%-90%) selama 100 detik yang diamati selama 5 detik. Dari data yang dihasilkan dapat diketahui bahwa dengan nilai PB yang besar, respon dari pengendalian akan lambat dan nilai offset yang dihasilkan akan besar. Sedangkan dengan nilai PB yang kecil, respon dari pengendalian lebih cepat dan offset yang dihasilkan kecil. Pada prinsipnya pengendali proporsional menghasilkan sinyal kendali yang besarnya sebanding dengan sinyal error, sehingga terdapat hubungan tetap dan linier antara variabel proses (PV) dan posisi elemen kendali akhir. Dan pada pengendali proporsional, nilai error (offset) tidak akan bisa dihilangkan.

Muhamad Radinal Sarip (091411086) Praktikum pengendalian tekanan ini bertujuan untuk mempertahankan kondisi tekanan atau mengendalikan suatu tekanan yang masuk ke dalam suatu sistem dengan menggunakan pengendali berupa pengendali proporsional, Dalam praktikum ini seharusnya dilakukan kalibrasi alat pengendalian tekanan. Kalibrasi biasanya dilakukan untuk sensor tekanan / sirkuit pengatur. Hal ini dimaksudkan apabila dilakukan zero maka pada udara yang ada didalam sistem perpipaan sama dengan tekanan atmosfir. Sehingga tekanan minimum didalam sistem 0 psi. Maka sebaiknya sebelum alat tersebut digunakan haruslah dikalibrasi terlebih dahulu supaya dihasilkan hasil pengendalian sesuai dengan yang dikehendaki. Kemudian dilakukan kalibrasi terhadap I/P converter yang berguna juga untuk menentukan set point dari parameter tegangan dan tekanan di P4. Pr yang dipakai dari rentang 0-100% dalam kalibrasi ini. Dari rentang Pr tersebut set point yang didapat bervariasi baik pada parameter tekanan maupun tegangan keduanya menunjukan kecenderungan penurunan dengan kenaikan Pr, namun ada juga set point yang tetap. Offset yang dihasilkan dari percobaan dapat disimpulkan dengan proporsional yang dapat diartikan bahwa persen perubahan sinyal kendali sebanding dengan persen perubahan sinyal pengukuran, dan dalam pengendali proporsional terdapat offset yang berarti pengendali mempertahankan nilai PV pada satu harga yang berbeda dengan set point. Offset ini muncul dalam usaha pengendali mempertahankan hukum kekekalan massa dan energi. Pada praktikum terdapatnya kendala yang mana kendala tersebut sangat mengganggu jalannya proses yaitu tidak stabilnya / naik-turunnya udara tekan. Dari hasil percobaan time konstan dan rise time yang di dapat, diketahui bahwa dengan menigkatnya Pr, time konstan meningkat juga serta dengan meningkatnya Pr offsetnya juga bertambah. Dengan bertambahnya Pr, tegangan bertambah yang menandakan bukaan control valve juga membesar yang akan mempengaruhi terhadap offset yang dihasilkan dari gangguan pada V5. Pengendali integraldapat ditambahkan untuk menghilangkan offset tetapi memperlambat respon dan cenderung mudah mengalami osilasi. Pada pengendali ini waktu integral tidak boleh lebih kecil dari waktu mati proses sebab valve akan mencapai batas sebelum pengukuran (PV) dapat dibawa kembali ke set point.

Overshoot yang di dapat dari percobaan dapat menjelaskan bahwa pengendali derivative mempunyai respon yang cepat dan memperkecil overshoot tetapi peka terhadap gangguan bising (noise). Pengendali ini akan tidak stabil jika dalam proses mempunyai waktu mati yang dominan. Agar pengendali ini bekerja dengan baik maka konstanta waktu harus jauh lebih besar dibanding waktu mati. Semua itu tidak lepas dari faktor gangguan yang terjadi saat praktikum seperti Kondisi udara tekan yang masuk dan kondisi lingkungan serta gangguan yang disengaja yaitu bukaan V5.

IV. KESIMPULAN Sifat sifat pengendali proporsional : Keluaran pengendali sebanding dengan besar error . Tanggapan sinyal kendali terjadi seketika tanpa ada pergeseran fase . Pada perubahan beban, selalu menghasilkan offset .

Gangguan dalam system perpipaan ini ataralain V5, kondisi udara tekan yang masuk, dan kondisi lingkungan. Semakin besar Pr, nilai rise time semakin besar yang berarti responnya semakin lambat. Semakin besar nilai Pr, offset yang didapat juga semakin besar.

V.

DAFTAR PUSTAKA Chamidy, Harita N. 2011. Modul Praktikum Pengendalian Proses. Pengendalian Tekanan dalam Pipa Proses dengan Pengendali Proporsional. Bandung : Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.

LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES PENGENDALIAN TEKANANDosen Pembimbing : Harita N Chamidy, LRSC

Disusun Oleh: 1. 2. 3. Mohammad Ilham Fauzi Muarif Abbas Muhamad Radinal Sarip (091411084) (091411085) (091411086)

Kelompok 7 Kelas : 2-C

Tanggal Praktikum: 30 Mei 2011

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2011