Perancangan Sistem Internal Model Control (IMC) tekananpada unit Seawater Desalination- Reverse Osmosis (RO)

Oleh, Dosen Pembimbing,

Yohanes Bondan S.P Fitri Adi Iskandarianto, ST,MT

NRP. 2408 100 507 NIPN. 197903252006041002

� IMC (Internal Model Control)� Pengertian

� Perbandingan sistem umpan balik antara PID dan IMC

�R0 ( Reverse Osmosis)

∗ Pengertian RO

∗ Fungsi Membran RO

�Seawater Desalination di PT. YTL Jawa Power

1. Latar Belakang

∗ Pengertian

Salah satu metode untuk merancang pengontrolumpan balik untuk membuat keluaran suatu proses yang stabil memberikan respon sesuai yang diinginkanterhadap perubahan setpoint, serta mengatasipengaruh gangguan yang langsung masuk padakeluaran proses.

Internal Model Control

Diagram Blok Sistem Internal Model Control

� IMC

• memberikan respon sesuai yang diinginkan terhadapperubahan setpoint

• mengatasi pengaruh gangguan yang langsungmasuk pada keluaran proses

Konfigurasi Alternative Dari IMC

∗ Pengertian

Proses memaksa pelarut dari daerah konsentrasi zat terlarut tinggi melalui membran semi permeabel kepada daerah konsentrasi terlarut rendah dengan menerapkan tekanan yang melebihi tekanan osmotik

Reverse osmosis (RO)

∗ Fungsi Membran RO

Untuk hanya mengijinkan air melewati lapisan padat ini sementara mencegah bagian dari zat terlarut (misalnya garam ion).

Pada PT.YTL Jawa Power proses seawater desalinationmenggunakan sistem membran reverse osmosis (RO),Pada PT.YTL Jawa Power membran RO sering pecah karena tekanan yang diberikan terkadang terlalu besar. Karena hal ini sering terjadi sehingga proses yang lain juga ikut terganggu serta membuat pihak pembangkit menjadi mengeluarkan biaya lebih untuk mengganti membran RO. Tekanan yang terlalu besar ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu pompa dan perfomansi kontrol. Pada pompa yang digunakan pada sistem RO di PT.YTL Jawa Power reliability (kehandalan) mulai menurun.

Seawater Desalination di PT. YTL JawaPower

Proses seawater desalination

∗ Membran RO sering pecah

∗ Bagaimana rancangan pengontrol IMC orde 1 danorde 2

∗ Bagaimana membandingkan antara sistem:

- IMC orde 1 dengan IMC orde 2

- IMC dengan sistem umpan balik biasa

terhadap gangguan yang masuk melalui suatuproses.

2. Permasalahan

∗ Model matematika plant yang digunakan yakni fungsialih orde satu dengan waktu tunda (FOPDT), denganharga R=1 ,dan C = 1

∗ Model adalah representasi sempurna dari proses yang sebenarnya (ideal).

∗ Proses dianggap stabil.

∗ Tidak membahas respon umpan balik terhadapgangguan step maupun impulse yang melalui suatuproses.

3. Batasan Masalah

∗ Merancang pengendali dengan cara memberikan mode controller yang lain agar tekanan pada RO presisi

∗ Merancang pengontrol IMC orde 1 dan orde 2

∗ Membandingakan sistem IMC orde1 dengan orde 2 terhadap gangguan yang masuk melalui suatu proses

4. Tujuan

5. MetodologiPenelitian

Model Matematis Membran Reverse Osmosis

diasumsikan

Sehingga diperoleh

Diubah menjadi bentuklaplace menjadi:

Pada pemasangan membran reverse osmosis terdapat dua penyususunan yaitu penyusunan seri dan penyusunan paralel. Untuk pemasangan paralel ditunjukkan oleh

dimana : n = jumlah tekananPTP = tekanan total paralel

Dari persamaan (3.2) dapat dijelaskan bahwa ketika membran terpasang paralel maka tekanan yang diberikan akan terpecah sehingga besarnya tekanan total yang diberikan berasal dari penambahan tekanan yang terpecah dari setiap membran. Sedangkan pemasangan seri ditunjukkan oleh

dimana : n = jumlah tekananPTS = tekanan total seri

Untuk pengukuran pressure yang masuk padamembran menggunakan differential pressuretransmitter dengan cara memanipulasi perbedaantekanan dari masukan katub high dan katub low. Katubhigh dipasang pada pipa sedangkan katub lowdibiarkan terbuka. Hal ini bertujuan untuk mengukurtekanan pada pipa dengan tekanan terkecil yaitutekanan udara luar. Pengukuran pressure pada ROpertama dan RO kedua sama-sama menggunakandifferential pressure transmitter.

Model Matematis Pressure Transmitter

Secara umum transer function dari level transmitterdapat diperoleh dengan menggunakan sistem orde I.

Gain transmiter diperoleh dari perbandingan output transmitter dan input transmitter.

dengan : GP = gain transmitter= time constant

transmitter

RO1>>>Input transmitter adalah pressure maksimal dari membran.Membran RO pertama memiliki tekanan maksimal sebesar 41 bar.Output transmitter yaitu besarnya arus listrik sebagai pengirimdata sebesar 4-20 mA sehingga diperoleh persamaan berikut

Transmisi pengiriman data dengan menggunakan sinyal listrik yang berupa arusmenuju controller memiliki jarak yang relatif jauh sehingga besarnya timeconstant adalah 0,75 detik. Sehingga diperoleh persamaan pressure transmitterRO pertama yaitu

RO2>>>Pada RO kedua memiliki tekanan maksimal sebesar 41 bar. Denganoutput transmitter yang berupa sinyal listrik sebesar 4-20 mA. Transmisidata dari transmitter menuju controller tidak jauh beda jarakpengirimannya dengan transmitter RO pertama. Sehingga diperolehbesarnya time constant transmitter RO kedua adalah 0,73 detik makadiperoleh persamaan pressure transmitter RO kedua adalah

Filter dimodelkan sebagai berikut dari teori sistem kontrol dasar :

Model Matematis Controller IMC RO

Gf (s) = �

����� �

Dalam aplikasi ini kita ingin mensimulasikan sistem dengan n = 2 untuk membuat GIMC (s) yang tepat.

Gf (s) = �

����� �

Gc didapat dari perkalian nilai total antara model matematisHigh Pressure Pump (GPRO) dengan model matematisMembran Reverse Osmosis (PRO) maka didapat persamaansebagai berikut :

Gc = GPRO x PRO

GIMC RO1 = �.��������.��� �

�.��������.��� ���.����

GIMC RO2 = �.�������.���� �

�.��������.��������.����

Diagram Blok Pengendalian IMC RO1

r

set point

t

Time

StepScope

0.4

0.75s+1

Pressure transmitter

0.0213

0.01792s +0.007056s2

Model Membran RO1

21.62

0.007056s

Membran RO1

0.01792s +0.07056s2

0.0213s +0.0426s+0.02132

IMC Controller

0.000986

2.54s+1

High Pressure Pump

Clock

r

set point

t

Time

StepScope

0.4

0.75s+1

Pressure transmitter

0.00457

0.018s +0.007056s2

Model membran RO2

5.76

0.007056s

Membran RO2

0.018s +0.07056s2

0.00457s +0.00914s+0.004572

IMC Controller

0.000793

2.67s+1

High Pressure Pump

Clock

Diagram Blok Pengendalian IMC RO2

Diagram Blok Tracking Set point IMC RO

Pengujian open loop dilakukan untuk mengetahui karakteristik prosesunit RO dengan melihat perubahan pressure pada membran ROterhadap laju aliran yang masuk tanpa adanya controller. Dari responyang diperoleh maka dapat diketahui bahwa proses unit ROmemerlukan controller atau tidak memerlukan controller.

Uji Sistem Open Loop

Uji Respon Sistem Tuning IMC Controller

Sesuai respon diatas maka bisa dianalisa bahwa respondengan menggunakan tuning IMC (Internal Model Control).Dari respon diatas tuning IMC (Internal Model Control) sangatmendekati nilai set point sebab metode control iniberdasarkan pada ketepatan satu model yang sudah ada darisuatu proses yang menjadi pedoman untuk mendesainsystem control yang stabil.

Respon Tunning IMC Controller RO Kedua

Uji Beban Sistem IMC Controller

Respon Tunning IMC Controller RO Pertama

Respon Tunning IMC Controller RO Kedua

Tracking Set Point

Tracking Set Point pada RO Pertama

Tracking Set Point pada RO Kedua

Gambar 4.11 Respon Tunning PID Controller RO Pertama

Gambar 4.12 Respon Tunning PID Controller RO Kedua

GambarGrafik hasil perbandingan antara controller IMC dan PID Reverse Osmosis pertama

Gambar Grafik hasil perbandingan antaracontroller IMC dan PID Reverse Osmosis Kedua

∗ Telah dirancang sebuah sistem Internal Model Control (IMC) padaUnit Seawater Desalination-Reverse Osmosis (RO) Di.PT YTL JawaPower, Paiton Jawa Timur

∗ Hasil untuk metode controller IMC yaitu pada RO1; maksimalovershoot sebesar 16.5%, settling time saat 19 detik, dan padaRO2; maksimal overshoot sebesar 0.84% , settling time saat 17 detik. Sedangkan hasil dari PID Controller dengan metodeZiegler-Nichols pada RO1; maksimal overshoot sebesar 74%, settling time saat 26 detik, dan pada RO2; maksimal overshoot mencapai 75%, dan settling time saat 27 detik. Dari nilai hasilperbandingan dari penelelitian diatas maka jelas terjadioptimalisasi pengendalian menggunakan metode IMC controller.

Kesimpulan

∗ Denny. “Perancangan Sistem Kontrol Pid Tekanan PadaUnit Seawater Desalination – Reverse Osmosis (RO) Di PT. YTL Jawa Power, Paiton Jawa Timur” Tugas Akhir JurusanTeknik Fisika FTI-ITS Surabaya 2011

∗ Arifai. “Evaluasi Reability Pada Absorber Untuk Preventive Maintenance di JOB Pertamina-Petrochina East Java” Tugas Akhir Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS Surabaya.2009

∗ Part of a set of lecture notes on Introduction to Robust Control by Ming T Tham (2002)

Tinjauan pustaka

terimakasih