PENGENDALIAN ALIRAN FLUIDA (CRF)I. Tujuan Percobaan Menjelaskan pengendalian proporsional dan terminologi yang digunakan. Melakukan simulasi dengan unit CRF dan mencetak grafik pengendalian.

II. Alat dan Bahan yang Digunakan Satu set peralatan CRFBahan AirIII. Dasar teoriSistim pengendalian secara kontinyu dapat dilakukan dengan menggunakan tiga aksi pengendalian : proporsional, integral dan derivatif.Sinyal regulasi yang dihitung berdasarkan errornya yang didapat dar selisih antara set point/dengan control point (harga pengukuran, adalah keluaran yang merupakan jumlah dari ketiga yang digunakan. Sinyal regulasi tersebut akan : proporsional terhadap error, proporsional terhadap integral overtime dan proporsional terhadap derifatif (laju)).Aksi ProporsionalAksi ini proporsional (sebanding) dengan error antara set point dan control point dan mempunyai ciri, yaitu harga konstanta proporsional (proporsional gain).Ketika sinyal kontrol mencapai 100% maka katup proporsional akan terbuka penuh error mencapai saturasi (jenuh) dan perubahan error tidak akan memberikan harga baru terhadap sinyal regulasi krena sistim menjadi jenuh.Prporsionak band adalah interval error yang diizinkan dimana sinyal kontrol masih dapat memberikan harga regulasi pada renge 0% - 100%.X = e . 100 /PB atau X = e . KpSemakin besar PB dengan harga error yang sama, maka semakin kecil harga x dan karenanya mengecilkan harga proporsional gain dari controller, misalnya, proporsional controler digunakan untuk mendapatkan aliran sebanding dengan 50% harga maksimum. Pada awalnya, tanpa adanya aliran sinyal kontrol x akan mengakibatkan error awalnya dan menutupnya katup sebagian. Katup kemudian mengecilkan aliran air dan mencapai equilibrium.Disini jelas bahwa kondisi tidak dapat dicapai apabila error = nol, karena sinyal kontrol x juga akan nol dan katup akan menutup sehingga tak ada air mengalir. Keadaan ini dicapai oleh adanya error yang konstan dan residu (sisa) yang disebut offset.CONTOH GERAKAN AKSI PROPORSIONALDimulai dengan PB = 80%, equlibrium dicapai dengan aliran 22% (offset = 28%). Pada kondisi ini, sinyal regulasi akan :X = ( 50-22) . 100/80 = 35%Hal ini berarti, katup proporsional berada pada posisi 35% dari bukaan maksimumnya yang membikan aliran 22%. Jika karena suatu alasan aliran diperbesar, error yang akan berburang dan sinyal kontrol juga berkurang. Sebaliknya, penguapan laju aliran akan memperbesar error dan katup akan terbuka lebar.Titik Equilibrium P merupakan perpotongan antar kurva yang menyatakan hubungan antara laju alir dan sinyal kontrol. PB = 80% ( X = 60% dan laju alir 50% ), PB = 100% ( X =50% dan laju alir = 50%). Apabila proporsional band diubah dari 80% menjadi 100% maka titik equlibrium P dicapai pada harga lebih rendah dari PB lebih dari PB sebelumnya, yaitu dengan regulasi 32% dan laju alir 18% dengan error residu 32%. Error bertambah.Sebaliknya, apabila PB lebih kecil dari 80% maka offset juga berkurang. Namun, walau hubungan antara sinyal regulasi dan laju alir nampaknya benar-benar berbanding lurus, prinsip diatas ternyata tidak sepenuhnya berlaku, malainkan berdasarkan ketentuan berikut : Aksi proporsional tidak mampu mengurangi error dan mencapai set point. Error residu atau offset bertambah dengan bertambahnya PB.

PengendalianSistem 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).

Sistem PengendalianDalam 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.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.5. Variabel keluaran tidak dikendalikan adalah variabel yang menunjukkan keadaan sistem proses tetapi tidak dikendalikan secara langsung.Klasifikasi Kebutuhan Sistem PengendalianAda 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.Aspek-aspek Desain Sistem KontrolVariabel (laju alir, suhu, tekanan, konsentrasi, dll) dalam proses dibagi menjadi 2 kelompok:1. Variabel masukan (input):a. manipulated (adjustable) variableb. 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 pengontrolan2. Menyeleksi pengukuran3. Menyeleksi variabel yang dimanipulasikan4. Menyeleksi konfigurasi kontrol5. Mendisain kontrolerTipe-tipe PengendalianSistem 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 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-OffPengendalian 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 ProporsionalPengendalian 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 : koefisienSebagai ganti dari Kp adalah proporsional band, menjelaskan dengan hubungan Kp, biasanya dari:PB = Pengendalian Proporsional IntegralTentu 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 = Pengaruh penambahan integral adalah :a. Memperlambat responb. Cenderung stabil

3. 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 = KdJenis-jenis Pengendalian berdasarkan Metode Umum1. Sistem Pengendalian ManualSistem 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 OtomatisSistem 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 DigitalDalam 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 ).

Pengendalian Digital

4. Sistem Pengendalian KontinyuSistem pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat respon sistem selalu ada. Sinyal e(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal kontinyu.

Pengendalian Kontinyu

5. Sistem pengendalian AdaptiveSistem 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.

Pengendalian DisktritKonfigurasi Sistem Pengendali1. Pengendali umpan majuLogika 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.

Sistem pengendalian umpan maju

2. Pengendali umpan balikLogika 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.

Sistem pengendalian umpan balik

3. Pengendali InterensialYaitu 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.Penganalisisan sistem pengendalianDalam 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 matematikaDasar analisis dan perancangan sistem pengendalian yang sering dijumpai yaitu persamaan diferensial, Transpormasi Laplace, Transpormasi Z, Fourier, matrik, dan sebagainya.2. Penguasaan pemodelan matematika sistem fisikSebuah sistem fisik akan sulit di analisis apabila model matematika sistem tidak diketahui.3. Respon sistem pengendalianUntuk memudahkan analisis biasanya dipergun akan respon transien dan frekuensi. Contoh respon diilustrasikan pada gambar 2.7

Respon pengendalian

4. Kestabilan sistem pengendalianDasar analisis kestabilan biasanya dipergunakan kriteria Routh -Hurwitz, pecahan kontinyu, letak akar dan Nyiquist.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 0 y = b f(t)dengan :a1, a0 dan b= konstantaf(t)= fungsi masukan

jika a0 0, persamaan dapat ditulis: