LAPORAN PRAKTIKUM

PENGENDALIAN LAJU ALIR

DISUSUN OLEH

Dosen Pembimbing:

Ir.HARUNSYAH M.Eng, Sc

NIP. 19650330 199303 1 001

JURUSAN TEKNIK KIMIA

PRODI PENGOLAHAN MIGAS

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE TAHUN AJARAN 2010-2011

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Tujuan Percobaan

a) Dapat mengetahui konsep-konsep dasar pengendalian proses.

b) Dapat mengetahui dan memahami unit-unit pengendalian flow.

c) Dapat mengendalikan laju alir suatu cairan.

d) Dapat mengetahui dan memahami konfigurasi suatu pengendalian.

B. Bahan dan Alat

a) Seperangkat alat pengendali laju alir (Control Regulation Flow).

b) Air (Aquades).

c) Udara.

C. Prosedur Percobaan

a) Buka katup tekanan hingga Pin sesuai dengan tugas dan isi air ke dalam

tangki hingga penuh.

b) Hidupkan PC dan alat Control Regulation Flow (CRF).

c) Set point pada valve 100% atau bukaan penuh.

d) Catat tekanan masuk, tekanan keluar, Record, Control Variabel dan Fm

serta waktu.

e) Set variabel sesuai tugas dan Klik “Start” pada PC.

f) Catat perubahan nilai variabel yang terbaca pada PC dan pada alat CRF

per menit sampai kesetabilan tercapai (terlihat dari grafik pada PC).

g) Klik ”Stop” dan akumulasikan data yang didapat.

h) Ulangi percobaan tersebut sesuai tugas.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengendalian

Sistem proses adalah rangkaian operasi yang dilakukan konversi material

secara fisika dan kimia, sehingga material yang dihasilkan memiliki keadaan yang

lebih bermanfaat. Peranan pengendalian proses pada dasarnya adalah suatu usaha

untuk mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai dengan apa yang diinginkan.

Sistem pengendalian atau teknik pengaturan juga dapat didefinisikan suatu

usaha atau perlakuan terhadap suatu sistem dengan masukan tertentu guna

mendapatkan keluaran sesuai yang diinginkan . Dalam buku berjudul ”Modern

Control Systems”, bahwa sistem pengaturan merupakan hubungan timbal balik

antara komponen-komponen yang membentuk suatu konfigurasi sistem yang

memberikan suatu hasil yang dikehendaki berupa respon (Dorf, 1983).

Gambar 2.1 Sistem

Pengendalian

Dalam melakukan studi proses penting untuk diketahui bahwa proses yang

berlangsung di Industri Kimia sesungguhnya (real world) berjalan secara dinamik,

yakni variabel- variabel yang menentukan terjadinya proses itu berubah-ubah

terhadap waktu. Agar proses itu berjalan sesuai dengan target-target yang

ditentukan, maka proses itu harus dikontrol secara automatis.

3

Target-target proses yang tersebut antara lain adalah:

1. Terjaminnya keselamatan (safety) baik bagi buruh maupun peralatan yang ada.

2. Terjaganya kualitas produk, misalnya komposisi produk, warna, dll. Pada

keadaan yang kontinyu dan dengan biaya minimum.

3. Proses berlangsung sesuai dengan batasan lingkungan, maksudnya limbah

yang dihasilkan oleh proses tersebut tidak melebihi ambang batas lingkungan.

4. Proses berlangsung sesuai dengan batasan-batasan operasinya. Berbagai jenis

peralatan yang digunakan dalam sebuah pabrik kimia memiliki batasan

(constraint) yang inherent untuk operasi peralatan tersebut. Batasan-batasan

itu seharusnya terpenuhi di seluruh operasi sebuah pabrik.

5. Ekonomis, operasi sebuah pabrik harus sesuai dengan kondisi pasar, yakni

ketersediaan bahan baku dan permintaan produk akhirnya. Oleh karena itu,

harus seekonomis mungkin dalam konsumsi bahan baku, energi, modal, dan

tenaga kerja. Hal ini membutuhkan pengontrolan kondisi operasi pada tingkat

yang optimum, sehingga terjadi biaya operasi yang minimum, keuntungan

yang maksimum, dan sebagainya.

Jenis – Jenis Variabel Proses dalam sistem pengendalian:

1. Proses Variable (PV) adalah besaran fisika atau kimia yang menunjukkan

keadaan sistem proses yang dikendalikan tetap atau terkendali.

2. Manipulated Variable (MV) adalah varible yang digunakan untuk melakukan

koreksi atau pengendalian PV (Proses Variable). Masukan dari suatu proses

yang dapat diubah-ubah atau dimanipulasi agar process variable besarnya

sesuai dengan set point (sinyal yang diumpankan pada suatu sistem kendali

yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan keluaran sistem kontrol).

3. Set Point (SP) adalah nilai variabel yang diinginkan (nilai acuan) dari suatu

proses. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel terkendali

terhadap set point.

4. Gabungan (W) adalah variabel masukan yang mampu mempengaruhi nilai PV

(Proses Variable) tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan suatu proses.

4

5. Variabel keluaran tidak dikendalikan adalah variabel yang menunjukkan

keadaan sistem proses tetapi tidak dikendalikan secara langsung.

2.2 Klasifikasi Kebutuhan Sistem Pengendalian

Ada 3 klasifikasi kebutuhan sistem pengendalian secara umum:

1. Menekan pengaruh gangguan (disteurbance/upset) eksternal.

2. Memastikan kestabilan suatu proses kimia.

3. Optimisasi performansi suatu proses kimia.

2.3 Aspek-aspek Desain Sistem Kontrol

Variabel (laju alir, suhu, tekanan, konsentrasi, dll) dalam proses dibagi

menjadi 2 kelompok:

1. Variabel masukan (input):

a) manipulated (adjustable) variable

b) disturbance:

2. Variabel keluaran (output):

a) dapat dikur (measured): suhu produk, laju alir produk, dll.

b) tak dapat diukur (unmeasured): suhu di tray

Adapun elemen-elemen disain sistem kontrol:

1. Mendefinisikan obyektif pengontrolan

2. Menyeleksi pengukuran

3. Menyeleksi variabel yang dimanipulasikan

4. Menyeleksi konfigurasi kontrol

5. Mendisain kontroler

2.4 Tipe-tipe Pengendalian

Sistem Pengendalian (Control System) adalah rangkaian operasi yang

dilakukan konversi material secara fisika dan kimia sehingga material yang

dihasilkan memiliki keadaan yang lebih bermanfaat. Peranan pengendalian proses

5

pada dasarnya adalah suatu usaha untuk mencapai tujuan proses agar berjalan

sesuai dengan apa yang diinginkan.

Seluruh komponen yang terlihat dalam pengendalian proses disebut sistem

pengendalian atau control system. Tipe-tipe pengendalian antara lain:

1. Pengendalian On-Off

Pengendalian On-Off merupakan cara sederhana untuk mengimplementasikan

kontrol otomatis menggunakkan dua posisi akutator seperti kontroler dengan

open position atau berdasarkan terminoloi biasa On-Off position.

Sistem pengendalian dua posisi ialah sistem pengendalian yang mempunyai

element koreksi (error detector) memiliki dua tempat kedudukan, maksudnya

element kendali akhir mempunyai kedudukan pada kondisi ON dan OFF

(buka atau tutup).

Pada pengendalian ini, sinyal keluaran dari kendali akan tetap pada harga

maksimum atau minimum.

2. Pengendalian Proporsional

Pengendalian proporsional merupakan cara termudah untuk

mengimplementasikan pengontrol kontinyu yaitu dengan memperhitungkan

sinyal x (t) menjadi proporsional perbedaan (et) sehingga:

X (t) = Kp. e(t)

Dimana :

Kp : koefisien

Sebagai ganti dari Kp adalah proporsional band, menjelaskan dengan

hubungan Kp, biasanya dari:

PB = 100%

Kp

6

3. Pengendalian Proporsional Integral

Tentu saja pengendali proporsional e (t) tidak pernah bernilai nol jika kita

mengharapkan x (t) tidak sama dengan nol. Pengendalian dapat dirancang

menjadi bentuk LP, sinyal akan menjadi proporsional (to the discrepancy) dan

nilai differensial.

X(t) = Kp. e(t) + K.I.Int (o,t,e(s)); T1 = 1

KI

Pengaruh penambahan integral adalah :

a. Memperlambat respon

b. Cenderung stabil

4. Pengendalian Proporsional Integral Diferensial (PID)

Aksi kontrol yang ketiga dapat ditambahkan untuk mempercepat respon, yaitu

derivative action. Meskipun respon cepat tetapi sistem menjadi peka terhadap

noise/bising/turbulen, karena derivative perubahan error persamaan yang ada

dalam PID. adalah komponen simpul umpan balik yang umum dalam sistem kontrol

industri. Pengkontrol mengambil harga terukur dari suatu proses atau peralatan

lainnya dan membandingkannya dengan harga setpoint acuan; beda/deviasi (error

signal)nya kemudian digunakan menyetel beberapa masukan ke proses agar

mengembalikan harga proses terukur ke harga setpoint yang diinginkan. Tidak seperti

pengkontrol sederhana, pengkontrol PID bisa mengatur keluaran proses didasarkan

pada penyebab dan laju perubahan deviasi, sehingga kontrol menjadi stabil dan lebih

akurat.

x (t) = Kp. e (t) + KI Int (0, t, e (v) + Kd. d(e(t))

Koefisien Kd seperti istilah koefisien integral juga diketahui sebagai waktu

derivative atau waktu kenaikan (advance)

Td = Kd

7

2.5 Jenis-jenis Pengendalian berdasarkan Metode Umum

1. Sistem Pengendalian Manual

Sistem pengendalian dimana faktor manusia sangat dominan dalam

aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia

sangat dominan dalam menjalankan perintah, sehingga hasil

pengendalian akan dipengaruhi pelakunya. Pada sistem kendali manual

ini juga termasuk dalam kategori sistem kendali jerat tertutup.

2. Sistem Pengendalian Otomatis

Sistem pengendalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi

pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia

digantikan oleh sistem kontroler yang telah diprogram secara otomatis

sesuai fungsinya, sehingga bisa memerankan seperti yang dilakukan

manusia. Di dunia industri modern banyak sekali sistem ken dali yang

memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak

pada bidang yang proses nya membahayakan keselamatan jiwa

manusia.

3. Sistem Pengendalian Digital

Dalam sistem pengendalian otomatis terdapat komponen -komponen

utama seperti elemen proses, elemen pengukuran (sensing element dan

transmitter), elemen controller (control unit), dan final control element

(control value ).

Gambar 2.2 Pengendalian Digital

8

4. Sistem Pengendalian Kontinyu

Sistem pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat

respon sistem selalu ada. Pada gambar 2.7. Sinyal e(t) yang masuk ke

kontroler dan sinyal m(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal

kontinyu.

Gambar 2.3 Pengendalian Kontinyu

5. Sistem pengendalian Adaptive

Sistem pengendalian yang mempunyai kemampuan untuk beradaptasi

dengan perubahan lingkungan disekitarnya.

6. Sistem Pengendalian Diskrit ( digital)

Sistem pengendalian yang berjalan secara diskrit, proses pengendalian

tidak berjalan setiap saat, hanya pada waktu -waktu tertentu saja (pada

saat terjadi pencuplikan pada waktu cupliknya). Pada gambar 2.2

sinyal e*(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m*(t) yang keluar dari

kontroler adalah sinyal digital. Sampler pada gambar 2.2 dipergunakan

untuk mengubah dari sinyal kontinyu e(t) menjadi sinyal digital e*(t).

Rangkaian holding device dipakai untuk mengubah sinyal digital ke

sinyal kontinyu.

Gambar 2.4 Pengendalian Disktrit

9

2.6 Konfigurasi Sistem Pengendali

1. Pengendali umpan maju

Logika kerjanya alat pengendali melakukan tindakan sebelum

gangguan memberikan akibat pada proses. Umumnya mempergunakan

pengatur (controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang

berguna untuk memperoleh respon sistem yang baik. Sistem kendali

ini keluarannya tidak diperhitungkan ulang oleh kontroler. Suatu

keadaan apakah plant benar-benar telah mencapai target seperti yang

dikehendaki masukan atau referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja

kontroler.

Gambar 2.5 Sistem pengendalian umpan maju

2. Pengendali umpan balik

Logika kerjanya alat pengendali melakukan tindakan setelah gangguan

memberikan akibat pada proses. sistem kendali ini memanfaatkan

variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap

respon yang diinginkan.

Gambar 2.6 Sistem pengendalian umpan balik

3. Pengendali Interensial

Yaitu jenis pengendali yang menggunakan hasil pengukuran sekunder

untuk mengatur peubah pengendalinya, misalnya untuk kasus

pengaturan level. Hasil pengukuran yang dikontrol adalah aliran

masuk dan keluar.

10

2.7 Penganalisisan sistem pengendalian

Dalam mengendalikan variabel proses adalah dengan analisis dan

perancangan. Beberapa faktor yang harus dikuasai untuk me lakukan analisis

sistem pengendalian atau teknik pengaturan adalah:

1. Penguasaan dasar-dasar matematika

Dasar analisis dan perancangan sistem pengendalian yang sering dijumpai

yaitu persamaan diferensial, Transpormasi Laplace, Transpormasi Z, Fourier,

matrik, dan sebagainya.

2. Penguasaan pemodelan matematika sistem fisik

Sebuah sistem fisik akan sulit di analisis apabila model matematika sistem

tidak diketahui.

3. Respon sistem pengendalian

Untuk memudahkan analisis biasanya dipergun akan respon transien dan

frekuensi. Contoh respon diilustrasikan pada gambar 2.7

Gambar 2.7 Respon pengendalian

4. Kestabilan sistem pengendalian

Dasar analisis kestabilan biasanya dipergunakan kriteria Routh -Hurwitz,

pecahan kontinyu, letak akar dan Nyiquist.

11

2.8 Sistem Orde Pertama

Sistem orde pertama adalah sistem yang keluarannya dapat dimodelkan

atau didekati dengan suatu persamaan matematis berupa persamaan differensial

orde pertama. Bentuk umum sistem orde pertama untuk sistem linier atau

linierisasi orde pertama adalah:

a1 dydt

+a0 y = b f(t)

dengan :

a1, a0 dan b = konstanta

f(t) = fungsi masukan

jika a0 ≠ 0, persamaan dapat ditulis:

a1

a0

+ dydt

+ y= ba0

f (t)

Selanjutnya didefinisikan:

a1

a0

=ρ dan da0

=kp

12

GAMBAR PERALATAN

- Seperangkat alat pengendalian CRF

13

-Rangkaian alat pengrndalian CRF

Keterangan :

1. Tanki air2. Pompa sentrifugal3. Katup udara sebanding4. Tranduser5. Udara masuk bertekanan6. Kompresor udara masuk bertekanan7. Kompresor udara8. Penggerak elektronok9. Perlengkjapan elektrik10. Seperangkat komputer11. Valve manual12. Katup selenoid untuk mengatasi gangguan13. Flowmeter14. Valve maual15. Pengatur flow16. Sensor flow

14

BAB III

DATA PENGAMATAN

A. DATA PENGAMATAN

Tabel 3.1 Pengendalian On-Off tanpa Noise

waktu (menit) laju alir (l/hr) control variabel % actual signal %

2 25,4 21,2 504 25,5 21,2 506 25,5 21,3 508 25,5 21,3 50

10 25,4 21,1 5012 25,5 21,2 5014 25,4 21,2 5016 25,5 21,2 5018 25,3 21,3 5020 25,4 21,1 5022 25,3 21,2 5024 25,3 21,1 5026 25,3 21,1 5028 25,3 21,1 5030 25,3 21,1 50

Keterangan

Set Point : 50%

Hysterisis : 1 %

Open Time : 2 min

Gain : 0.5

P in : 2 bar

15

Tabel 3.2 Pengendalian Proporsional dengan Noise 50%

waktu (menit) laju alir (l/hr) control variabel % actual signal %

2 71,8 59,8 67,54 70,1 58,4 68,36 88,9 74 74,18 89,1 74,3 75,1

10 89,4 74,5 75,512 92,7 77,3 77,714 91,1 76,6 73,416 89,9 74,6 75,118 90,2 75,2 74,820 90,3 75,2 74,722 90,9 75,7 74,324 90,9 75,7 74,326 90,1 74,7 75,528 89,3 74,4 75,630 89,3 74,4 75,6

Keterangan

Set Point : 50%

Proporsiona band : 100 %

Initial aktual signal: 100%

P in : 2 bar

16

Tabel 3.3 Pengendalian PI dengan Noise 50%

waktu (menit) laju alir (l/hr) control variabel % actual signal %

2 69,5 57,9 624 65,9 54,7 60,96 61,7 51,4 61,98 61,4 51,6 60,2

10 60,3 50,3 60,112 60,5 50,4 60,814 60,3 51,1 59,716 60,7 50,6 60,118 60,2 48,9 60,720 60,3 49,1 60,222 59,6 49,7 61,424 58 48,3 62,926 59,7 47,7 61,928 59,1 49,2 62,530 58,7 48,9 63,2

Keterangan

Set Point : 50%

Proporsiona band : 100 %

Initial aktual signal: 100%

Integral :2 menit

P in : 2 bar

17

Tabel 3.4 Pengendalian PID dengan Noise 50%

waktu (menit) laju alir (l/hr) control variabel % actual signal %2 26,8 22,4 79,24 46,3 38,5 58,56 34,9 29,1 728 24 20 79,1

10 39,6 33 57,812 63,9 53,3 41,214 59,9 49,9 35,516 50,5 42,1 38,918 48,1 40,1 72,220 25,8 21,5 79,822 44,4 37 41,724 60,9 50,7 40,926 75,3 62,7 1728 106,3 88,6 8,130 36,5 30,4 58,4

Keterangan

Proporsional Band : 100%

Derivative : 2 min

Integratif Constant : 2 min

Pin : 2 Bar

Noise : 50%

18

- PENGOLAHAN DATA

Grafik waktu vs laju alir yang terukur pada pengendalian ON-OFF tanpa

noise :

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 3025.2

25.25

25.3

25.35

25.4

25.45

25.5

25.55

Pengendalian ON-OFF

laju alir

- Grafik waktu vs laju alir yang terukur pada pengendalian proporsional

dengan noise 50%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 3068

73

78

83

88

93

98

Pengendalian proporsional

laju alir

- Grafik waktu vs laju alir yang terukur pada pengendalian proporsional

integral dengan noise 50%

19

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 3052

54

56

58

60

62

64

66

68

70

72

Pengendalian proporsional integral

laju alir

- Grafik waktu vs laju alir yang terukur pada pengendalian proporsional

integral deverative dengan noise 50%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300

20

40

60

80

100

120

pengendalian proporsional integral deverative

laju alir

- Grafik waktu vs laju alir yang terukur pada pengendalian proporsional

integral derivative dengan noise 50%

20

BAB IV

PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN

A. Pembahasan

B. Pada praktikum pengendalian laju alir kali ini menggunakan alat pengendali laju alir control regulation flow (CRF). Pengendalian laju alir ini lebih ditujukan terhadap pengendaliankecepatan laju alir fluida tersebut setelah diberikan set point dan gangguan maupun tanpa gangguan.

C. Pada praktikum ini dilakukan dengan 4 kali percobaan sesuai dengan tipe-tipe pengendalian, yaitu; pengendalian ON-OFF, pengendalian Proportional (PC), pengendalian l Proportional integral (PIC), dan pengendalian Proportional integral differential (PID). Masing- masing di setting pada 50 % dan diberikan gangguan sebesar 50 % (kecuali ON-OFF) .

D. Pada grafik pengendalian ON-OFF tanpa diberikan gangguan didapatkan bahwa sistem pada menit-menit awal cenderung tidak stabil, tapi pada menit –menit terakhir titik kesetabilan didapatkan. Hal ini menunjukkan bahwa tanpa adanya gangguan di dalam suatu proses maka proses akan stabil walaupun membutuhkan sedikit waktu.

E. Lalu pada grafik pengendalian proporsional dengan set point dan gangguan sebesar 50 %, menunjukkan pada menit – menit awal sistem sangat tidak stabil, hal ini disebabkan gangguan yang diberikan, akan tetapi dalam waktu yang relatif singkat sistem telah menuju stabil. Hal ini sesuai dengan teori dimana pada pengendalian ini diterapkan sistem umpan balik.

F. Kemudian pada grafik pengendalian proporsional integral dengan set point dan gangguan sama dengan praktek sebelumnya menunjukan bahwa sistem tidak stabil saat menit – menit awal lalu cendrung stabil pada menit – menit selanjutnya .ini dikarenakan pengendali jenis ini cenderung stabil. Hal ini juga sesuai dengan teori dimana pada pengendalian ini diterapkan sistem umpan balik.

G. Pada grafik Proportional integral differential dengan set point dan gangguan sama dengan praktek sebelumnya menunjukan bahwa sistem tidak stabil, hal ini disebabkan karena pengendalian jenis ini sangat peka terhadap gangguan tetapi memiliki respon yang cepat.

21

A. Kesimpulan

Setelah melakukan rangkaian praktikum, maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali umpan balik, dimana

alat pengendali melakukan tindakan setelah gangguan/noise memberikan

akibat pada proses sehingga proses harus terkontrol memperbaiki kondisi

ini melalui Final Control seperti pengaturan bukaan valve.

2. Untuk sistem kendali On-Off tanpa noise denganset point 50% didapatkan

grafik waktu vs laju alir relatif lebih stabil yang disebabkan karena sistem

pengendali ini tidak diberikan gangguan.

3. Untuk sistem kendali Proporsional dengan noise 50% didapatkan grafik

waktu vs laju alir relatif lebih menanjak mulus mendekati set point.

Meskipun sebelumnya dari start hingga menit ke-4 terjadi lompatan

pengendalaian hingga akhirnya tertangani karena penggunaan konfigurasi

feedback.

4. Untuk sistem kendali Proporsional integral dengan noise 50% dan set

point 50% .cenderung tidak stabil pada menit pertama hal ini disebabkan

oleh gangguan/noise yang diberikan, sehingga pengontrolan harus optimal

hingga akhirnya pada menit selanjutnya laju alir mulai menuju set point

walau masih berada di atas set point

5. Untuk sistem kendali Proporsional integral dengan noise 50% dan set

point 50% .cenderung sangat tidak stabil karena sistem pengendali ini8

sangat peka terhadap gangguan dan sangat cepat memberi respon.

6. Semua gangguan merupakan faktor utama yang harus dikendalikan

sehingga dapat diperoleh kualitas produk yang sesuai (set point) dalam hal

ini dapat dikendalikan dengan dua jenis konfigurasi pengendalian yaitu

feedback dan feed forward. Dalam praktikum ini konfigurasi yang terjadi

adalah feedback. Hal ini terlihat jelas karene pengendalian terjadi setelah

adanya gangguan yang terjadi pada proses.

22

DAFTAR PUSTAKA

Effendy, Sistem Pengendalian. http://staff.ums.ac.id/effendy, diunduh 11 April

2010.

Effendy, Istilah Pengendalian. http://staff.ums.ac.id/effendy, diunduh 11 April

2010.

Wahid. Filosofi Dasar Sistem Kontrol. http://www.chemeng.ui.ac.id/, diunduh 11

April 2010.

23