pengendalian tekanan pc14-1 lap. tetap
TRANSCRIPT
PENGENDALIAN TEKANAN (PC14-1)
KALIBRASI KONVERTER DAN RESPON KATUP KONTROL
I. TUJUAN PERCOBAAN
1. Mengkalibrasi dan memeriksa linieritas I/P converter
2. Menentukan histerisis dari katup control pneumatik
3. Memeriksa respon system dengan dan tanpa tangki udara dengan
menggunakan katupcontrol pneumatic secara manual.
II. PERALATAN
- PC10 + trimtool
- PC14
- Lampu Indicator 24 VAC
- Kabel penghubung 4 pasang
III. DASAR TEORI
Peralatan PC14 adalah aksesori atau aplikasi pengendalian tekanan
yangdigunakan untuk melakukan simulasi pengendalian aliran udara proses pada
sebuah pipa. Alat simulasi ini digunakan bersama dengan alat konsol listrik,
PC10. PC14 menjaditempat proses dan pengukuran, sedangkan PC10 sebagai
controller, tempat dilakukannya evaluasi, baru kemudian hasil evaluasi
dikembalikan ke PC14 dan digunakan sebagai input variabel manipulasi oleh
elemen control akhir (katup control pneumatic). Aliran udara proses dikendalikan
agar sesuai dengan set point yang telah ditetapkan denganmengukur tekanan pada
pipa proses tersebut menggunakan sebuah pressure transducer, hasil pengukuran
kemudian dimasukkan ke signal conditioning pada peralatan PC10 yangMakan
mengubah sinyal tekanan tersebut menjadi sinyal instrument yang sesuai (arus
listrik,mA atau tegangan, volt). Output dari signal conditioning kemudian dapat
menjadi input bagi voltmeter (pembacaan hasil pengukuran dalam satuan
tegangan listrik, volt) atau menjadi input bagi process controller di alat PC 10.
Input ke PC10 akan dievaluasi oleh controller terhadap set point, dan output atau
keluaran dari process di PC10 akan menjadi input bagi kotak koneksi yang
terletak pada bagian sebelah kiri dari I/P converter. Pada converter ini, arus litrik
hasil evaluasi controller dikonversikan menjadi tekanan dalam satuan psi yang
sebanding, kemudian oleh converter digunakan untuk menggerakkan katup
control pneumatic dalam rentang 0% - 100% agar tekanan yangmelalui pipa
proses sesuai dengan besar set point yang telah ditetapkan.
Unit pengendalian tekanan (PCT14) terdiri dari sebuah pipa dimana pada
pipa tersebut terpasang sebuah katup kontrok pneumatic, sebuah pengukur aliran
orifice meter dan katup pembuang tekanan langsung ke atmosfir atau melalui
sebuah tangki udara untuk memvariasikan kelambatan proses (PROCESS LAG).
Tranduser untuk pengukuran tekanan secara langsung atau pengukuran
beda tekan digunakan untuk mengukur tekanan ataupun tekanan antara dua titik
laju alir udara. Output dari tranduser tersebut diumpankan ke SIGNAL
CCONDITIONING yang kemudian memberikan output Ke PROCESS
CONTROLLER pada PC10.
Udara tekan untuk instrument (gauge, converter dan katup control
pneumatic) dan proses masuk melalui pipa, Udara untuk instrument (untuk sinyal)
diatur oleh regulator tekanan (V1) sehingga tekanan untuk sinyal dapat dibaca
pada gauge tekanan (P1). Udara untuk proses diatur oleh regulator tekanan (V2)
dan tekanannya dapat dibaca melalui gauge (P3).
Instrumen pneumatic terdiri dari perubah arus listrik/tekanan (I/P
converter) dan katup control (V4). I/P converter menerima sinyal 4-20 mA dari
PC10, kemudian mengubahnya (konversi sinyal listrik tersebut menjadi sinyak 3-
15 psi untuk menggerakkan katup control. Katup control terdiri dari akuator
bentuk diafragma yang menggerakkan katup tipe batang (STEM PLUG).
Indikator pada batang katup menunjukkan posisi sebenarnya dari katup. Gauge
tekanan (P2) menunjukkan sinyal pneumatic dari I/P converter yang digunakakan
oleh katup control. Input 4-20 mA untuk I/P converter dihubungkan dengan soket
banana ke kontak penghubung dibagian kiri dari converter.
Udara mengalir melalui pipa proses melewati katup pneumatic dan
piringan orifice sebelum dibuang ke udara melalui diffuser. Seranngkaian katup
pemilih (V3,V4,V5) memungkinkan tangki udara dihubungkan pipa secara seri
maupun pararel dengan pipa proses untuk mengubah respon system atau
memvariasikan PROCESS LAG. Pada tangki udara terdapat katup pembebasan
tekanan (pressure relief valve) V7. Perubahan langkah (step changes) ke proses
juga dapat dilakukan dengan membanjiri udara melalui outlet difusi tambahan
melalui pembukaan dan penutupan V6
Rancangan alat PC14 ini memungkinkan pembelajaran (study) dari
komponen operasi dan alat control penghubung melalui pengukuran converter
tekanan.
SIGNAL CONDITIONING
Pada alat PC14 terdapat 2 buah modul signal conditioning, yaitu modul
signal conditioning tekanan dan beda tekan. Modul signal conditioning tekanan
berhubungangan dengan tranduser tekanan untuk pengukuran tekanan statis pada
pipa proses. Tranduser tekanan terdapat pada kotak yang menggunakan hubungan
elektrik pada bagian muka. tranduser tekanan dihungkan ke pipa proses oleh pipa
kapiler kaku dimana juga terpasang gauge tekanan (P4).
Tranduser tekanan digunakan bersamaan dengan modul signal
conditioning beda tekanan yang mengukur perbedaan tekanan antara piringan
orifice (pengukuran laju alir). Trandusernya terletak pada kotak yang
menggunakan hubungan elektrik pada bagian muka. Dua pipa kapiler kaku
menghubungkan piringan orifice dengan tranduser. Sinyal dari tranduser tekanan
masuk melalui kabel penghubung biru ke soket banan pada signal conditioning
tekanan di PC10 dan diubah menjadi sinyal 0-1 volt atau sinyal 4-20 mA untuk
pengendalian ataupun memonitoring PC10 terhadap voltase listrik.
Konverter pada alat PC14 ini mempunyai fungsi yang sama dengan signal
conditioning pada PC10, yaitu mengubah suatu input menjadi output yang dapat
digunakan untuk sinyal pengendalian. Pada signal conditioning, output berupa
tekanan pada pipa proses setelah diukur menggunakan jembatan wheatstone
diberikan ke signal conditioning yang mengubah besar harga tekanan terukur tadi
menjadi output dalam bentuk :
Arus listrik (mA) : dapat digunakan sebagai input bagi amperemeter (display)
atau sebagai iput bagi process controller.
0 psi – 8 psi ≈ 4 mA – 20 mA
Tegangan listrik (volt) : dapat digunakan sebagai input untuk pembacaan
tegangan di voltmeter.
0 psi – 8 psi ≈ 0 volt – 1,000 volt
Sebagai input bagi process controller, maka akan dihasilkan beberapa output
process controller sebagai berikut :
Display pembacaan hasil terukur di layar variable proses (diatas nilai
set point)
Output bagi converter di PC14
Output arus listrik pada soket lampu 24 VAC
Output arus listrik pada soket lampu 240 VAC
Output penggerak recorder.
Pada perccobaan ini, output dijadikan input bagi converter yang kemudian
mengubah sinyal 4 mA – 20 mA menjadi sinyal tekanan instrument 3 psig – 15
psig yang akan digunakan untuk menggerakkan katup control pneumatic.
4 mA – 20 mA ≈ 3 psig – 15 psig ≈ 0 % - 100 % bukaan katup
Pada percobaan ini, dilakukan pemeriksaan linieritas dan histerisis converter
untuk memastikan apakah converter tersebut masih memiliki hasil keluaran yang
linier terhadap input yang dimasukkan dan melihay berapa jauh perbedaan hasil
keluaran ketika diberikan input bertahap.
IV. PROSEDUR KERJA
PENGATURAN AWAL :
Katup manual berikut diatur agar :
- V2, V3, V4, V5 dan V6 dalam keadaan tertutup
- V1 dalam keadaan terbuka memberikan pembacaan 22 psig pada
gauge P1.
Katup controller di PC10 :
- Process controller tidak perlu dikalibrasi (percobaab menggunakan
mode manual), PASTIKAN harga ProP diatur pada harga 20 %.
1. KALIBRASI I/P KONVERTER
Hubungkan antara I/P converter dengan katup control seharusnya sebagai
berikut :
- Arus 4 mA ke converter = 3 psig dari converter (gauge P2) = katup
control terbuka
- Arus 20 mA ke converter = 15 psig dari converter (gauge P2) = katup
control tertutup
1. Meghubungkan 4 soket pada pressure tranducer di PC14 ke 4 soket signal
conditioning di PC10 sesuai dengan warna soket.
2. Menghubungkan output dari signal conditioning (mA) ke soket input pada
process controller di PC10, hubungkan output process controller di PC10
ke soket kontak koneksi I/P converter di alat PC14.
3. Membuka katup aliran udara dari compressor dan alirkan udara tekan
instrument sehingga pada gauge P1 terbaca 22 psig dengan mengatur
katup V1.
4. Mengatur process controller di PC10 pada posisi manual dengan menekan
tombol bergambar tangan hingga lampu tanda manual menyala.
5. Membuka tutup plastic pada bagian atas converter.
6. Mengatur output dari process controller PC10 ke 0 % (sebanding dengan 4
mA).
7. Seharusnya katup control mulai tertutup, pada P2 terbaca 3 psig. (Atur
soket ZERO pada converter apabila perlu)
8. Mengatur output dari process controller PC10 ke 100 % (sebanding
dengan 20 mA).
9. Seharusnya katup control tertutup, pada P2 terbaca 15 psig. (Atur soket
RANGE pada converter apabila perlu)
10. Memasang kembali ttup plastic pada converter
11. Memeriksa operasi katup control, saat output process controller di set 0 %,
atur katup V2 hingga terbaca 8 psig pada gauge P4 (buka katup V4)
12. Mengubah output process controller ke 100 %, perhatikan tekanan di
process turun ke nol, dan posisi katup kontrol menutup, pembacaan di
gauge P4 = 0 psig.
13. Mengubah output process controller ke 40 % dan 70 % , amati pembacaan
pada P4.
2. LINIERITAS KONVERTER
1. Menutup katup V2, atau output controller PC10 pada 0 % (mA).
Perhatikan bahwa gauge P2 di I/P converter menunjukkan 3 psig.
2. Menaikkan output controller secara bertahap dengan langkah 10 % dari 0
% ke 100 %, catat tekanan pada P2, ulangi dengan menurunkan output dari
100 % ke 0 %.
3. Mentabelkan data dan membuat kurva yang akan menjelaskan linieritas
dari converter.
3. KARAKTERISTIK KATUP KONTROL SECARA MANUAL
(HISTERISIS)
Katup manual diatur pada keadaan berikut :
- V3, V5 dan V6 dalam keadaan tertutup
- V1, V2 dan V4 dalam keadaan terbuka
- V1 = 22 psig pada gauge P1.
- V2 = 8 psig pada gauge P4, katup control pneumatic terbuka
1. Mengkalibrasi process controller sesuia dengan prosedur kalibrasi PC10
2. Menghubungkan 4 soket pada pressure tranducer di PC14 ke 4 soket
signal conditioning di PC10 sesuai dengan warna soket.
3. Menghubungkan output dari signal conditioning (mA) ke soket input pada
process controller di PC10, hubungkan output process controller di PC10
ke soket kontak koneksi I/P converter di alat PC14.
4. Membuka katup aliran udara dari signal compressor dan alirkan udara
tekan instrument sehingga pada gauge P1 terbaca 22 psig dengan mengatur
katup V1.
5. Mengatur process controller di PC10 pada posisi manual dengan menekan
tombol bergambar tangan hingga lampu tanda manual menyala.
6. Mengatur output dari process controller PC10 ke 0 % (sebanding dengan 4
mA ), amati bahwa tekanan maksimum terbaca pada bagian display
process controller adalah 100 %, sebanding 0 psig di P4, apabila tidak
sesuai atur katup V2.
7. Mengatup output dari process controller PC10 ke 100 % (sebanding
dengan 20 mA ), amati bahwa tekanan maksimum terbaca pada bagian
display process controller adalah 0 %, sebanding 0 psig di P4.
8. Mengembalikan harga output process controller ke 0 %, dan catat harga di
layar variabel proses, naikkan output tersebut secara bertahahap dengan
rentang 10 % ke 100 %, catat harga perubahan di layar variabel proses.
9. Mengulangi langkah 8 dengan menurunkan output bertahap ke 0 %.
10. Mentabelkan data antara output process controller terhadap variabel proses
dan gambarkan kurva histerisis, tentukan histerisis dari kurva tersebut.
Histerisis adalah rentang terbesar dari kurva yang dibuat dengan
mengalurkan data perubahan ke maksimum dan minimum.
4. RESPON SISTEM DENGAN DAN TANPA TANGKI UDARA
1. Mengatur katup dan besar tekanan seperti percobaan sebelumnya, dan
process controller pada keadaan manual, tombol manual hidup.
2. Pengamatan dilakukan dengan memperhatikan bacaan pada gauge P4 dan
di layar variabel proses.
TANPA TANGKI UDARA :
3. Mengatur output process controller di PC10 pada harga 50 %, catat harga
variabel process yang akan menunjukkan tekanan di pipa process stabil.
4. Mengubah output ke 60 %, amati dan catat perubahan.
5. Mengubah kembali ke 50 %, amati bahwa harga variabel proses kembali
ke harga semula.
6. Mengatur agar harga variabel proses menunjukkan 50 %, amati dan catat
output dari controller.
7. Membuka katup V6 untuk memberikan tambahan laju udara keluar, amati
respon dari proses.
8. Mengatur output controller (catat) agar harga pada layar variabel proses
kembali ke 50 %.
9. Menutup katup V6, amati bahwa keadaan kembali ke semula.
DENGAN TANGKI UDARA :
10. Membuka katup V3 dan V5 dan tutup katup V4 sehingga udara masuk ke
tangki udara sebelum keluar dari proses.
11. Mengamati bahwa perubahan terjadi lebih lambat disbanding tanpa tangki
udara.
V. DATA PENGAMATAN
1. Kalibrasi I/P Konverter
Output (%) Katup Pneumatik (%) P4 (psig)
0
40
70
100
100
60
30
0
4,5
8,2
11,2
15
2. Linieritas Konverter
Power Output (%) P2 (psig)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
90
4,5
5
6
7
8
9
10
11,2
12,5
13,5
14,9
14,2
80
70
60
50
40
30
20
10
0
13,9
11,5
11,2
10,3
8,5
7,5
6,5
5
4
3. Karakteristik Katup Kontrol Secara Manual (Histerisis)
Power Output Katup Pneumatik (%) P4 (psig)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
90
80
70
60
50
40
30
25
15
10
8
8
7,5
7,5
7
6,2
5,5
4,5
3
2
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
10
12
20
30
40
49
55
65
73
80
90
1
1,5
2,5
3,8
5
6
6,5
7
7,5
8
8
4. Respon Sistem Dengan dan Tanpa Tangki Udara
TANPA TANGKI UDARA
Power Output Katup Pneumatik (%) P4 (psig) V6
50
60
50
50
60
49
40
49
49
40
6
5,5
6
5,2
4,9
Tertutup
Terbuka
50 49 5,2
DENGAN TANGKI UDARA
Power Output Katup Pneumatik (%) P4 (psig)
50
60
50
49
40
50
6
5,5
6
VI. PERHITUNGAN
P2 pada output 0 % = 4,5 psig
P2 pada output 70 % = 11,2 psig
P2 pada output 40 % = 4,5 psig + ( 40 %−0 %70 %−0 % ) ( 11,2 psig – 4,5 psig )
= 4,5 psig + (0,57 ) ( 6,7 psig )
= 8,3 psig
% Kesalahan = |8,3 psig−8,2 psig8,3 psig | x 100 %
= 1,2 %
P2 pada output 40 % = 8,2 psig
P2 pada output 100 % = 15 psig
P2 pada output 70 % = 8,2 psig + ( 6 0 %−4 0 %10 0 %−4 0 % ) ( 15 psig – 8,2 psig )
= 8,2 psig + (0,33 ) ( 6,8 psig )
= 10,46 psig
% Kesalahan = |10,46 psig−11 ,2 psig10,46 psig | x 100 %
= 7 %
VII. ANALISA DA TA
Pada percobaan pengendalian proses PC14 dapat dianalisa bahwa,
percobaan ini beguna untuk mengendalikan tekanan pada proses. PC10
dikalibrasi terlebih dahulu seperti biasa dan melakukan pengaturan awal sesuai
dengan prosedur dan menghubungkan kabel berdasarkan rangkaiannya sesuai
prosedur, dengan V1 dalam keadaan terbuka lalu memberikan pembacaan 22
psig pada P1. Aliran pada valve V1 dibuka berguna untuk membuka katup
pneumatic. Setelah valve V1 ditutup dan valve V2 dibuka untuk melakukan
kalibrasinya, saat bukaan katup pneumatic 40 % tekanan P2 8,2 psig dengan
rumus interpolasi nilai P2 nya 8,3 psig dengan % kesalahan 1,2 %, dan saat
bukaan katup pneumatic 70 % tekanannya 11,2 psig dan secara teori adalah
10,46 dengan % kesalahan 7 %.
Lalu mengukur tekanan P2 untuk linieritas converter, pada saat output PC
mengalami kenaikan, P2 nya juga mengalami kenaikan, dan pada saat output
PC mengalami penurunan, tekanan P2 juga mengalami penurunan.
Setelah itu, saat percobaan karakteristik katup control secara manual
(histerisis), data yang diperhatikan adalah data output PC, katup pneumatic
dan P4. Semakin besar % output PC maka nilai % katup pneumatic dan nilai
P4 semakin kecil, karena % katup pneumatic itu berpengaruh pada nilai P4.
Dari grafik nilai histerisis yang dihasilkan, histerisis atas 1 karena berada pada
50% - 495 dan histerisis bawahnya 4 karena berada diantara katup pneumatic
49% - 45%.
Pada percobaan respon system dengan dan tanpa tangki, dapat dilihat pada
data, saat V6 tertutup dan tanpa tangki nilai P4 yang didapat sama dengan
ketika katup V3 dan V5 terbuka, V4 dan V6 tertutup dengan menggunakan
tangki. Hasil pada V6 terbuka tanpa tangki P4 nya lebih kecil, hal ini
disebabkan pada saat V6 terbuka otomatis, banyaknya udara yang keluar
menyebabkan tekanan P4 nya lebih kecil daripada saat V6 tertutup.
VIII. KESIMPULAN
Setelah melakukan percobaan ini, dapat disimpulkan bahwa :
- Saat kalibrasi, ketelitian diperlukan, karena kalibrasi sangat penting
sebelum melakukan percobaan agar didapat hasil yang presisi.
- Pada percobaan linieritas converter, semakin besar % output PC maka
semakin besar pula tekanan P2.
- Pada percobaan karakteristik katup control manual, semakin besar
output PC maka semakin kecil % katup pneumatic dan nilai P4.
- Hysterisis yang didapat dari grafik adalah pada titik 49, dengan
hysteresis atas 50-49 % dan hysteresis bawahnya 49-45%.
- Pada rpercobaan respon sitem, tekanan P4 pada V6 tertutup lebih besar
daripada V6 terbuka, saat V6 tertutup hanya satu aliran yang keluar,
tapi saat V6 dibuka ada 2 aliran keluar sehingga ada penurunan
tekanan.
IX. DAFTAR PUSTAKA
Jobsheet Penuntun Praktikum Pengendalian Proses, POLSRI,
Palembang:2013