BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Laju alir adalah faktor penting dalam industri proses. Dalam industri kimia, hampir dapat dipastikan terdapat pengendalian laju alir. Oleh sebab itu, mempelajari dinamika dan pengendalian laju alir adalah hal yang sangat penting untuk diketahui. Karakteristik lingkar pengendalian laju alir dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain sebagai berikut:

Wujud aliran yaitu apakah berupa fasa cair, gas, cair dan uap, atau uap saja.

Cara pengukuran yaitu bagaimana laju alir di ukur.

Cara memenipulasi laju yaitu bagaimana aliran dimanipulasi melalui element kendali akhir.

Hubungan antara element kendali akhir dan perpipaan.

Jenis pengendali.

Terlepas dari hal-hal tersebut, secara ringkas lingkar pengendalian laju alir memiliki sifat:

Relatif cepat

Tak linier

Biasanya banyak.

1.2 Tujuan

Melakukan uji step pada sistem aliran.

Menentukan karakteristik sistem aliran, meliputi parameter steady-state gain (K), konstanta waktu (), dan waktu mati (),

Memperkirakan persamaan model matematik FOPDT (first-orde plus dead time) untuk system aliran.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dinamika Sistem

Dinamika Sistem (Bahasa Inggris: System dynamics) adalah suatu metode pemodelan yang diperkenalkan oleh Jay Forrester pada tahun 1950-an dan dikembangkan di Massachusetts Institute of Technology Amerika. Sesuai dengan namanya, penggunaan metode ini erat berhubungan dengan pertanyaan-pertanyaan tentang tendensi-tendensi dinamik sistem-sistem yang kompleks, yaitu pola-pola tingkah laku yang dibangkitkan oleh sistem itu dengan bertambahnya waktu. Asumsi utama dalam paradigma dinamika sistem adalah bahwa tendensi-tendensi dinamik yang persistent (terjadi terus menerus) pada setiap sistem yang kompleks bersumber dari struktur kausal yang membentuk sistem itu. Oleh karena itulah model-model dinamika sistem diklasifikasikan ke dalam model matematik kausal (theory-like).

2.2 Prinsip-prinsip Dinamika Sistem

Metodologi dinamika sistem pada dasarnya menggunakan hubungan-hubungan sebab-akibat (causal) dalam menyusun model suatu sistem yang kompleks, sebagai dasar dalam mengenali dan memahami tingkah laku dinamis sistem tersebut. Dengan perkataan lain, penggunaan metodologi dinamika sistem lebih ditekankan kepada tujuan-tujuan peningkatan pengertian kita tentang bagaimana tingkah laku sistem muncul dari strukturnya. Persoalan yang dapat dengan tepat dimodelkan menggunakan metodologi dinamika sistem adalah masalah yang:

mempunyai sifat dinamis (berubah terhadap waktu); dan

struktur fenomenanya mengandung paling sedikit satu struktur umpan- balik (feedback structure).

Menurut Sterman (1981) prinsip-prinsip untuk membuat model dinamik dengan ciri-ciri seperti yang diuraikan di atas adalah sebagai berikut:

keadaan yang diinginkan dan keadaan yang sebenarnya terjadi harus dibedakan di dalam model;

adanya struktur stok dan aliran dalam kehidupan nyata harus dapat direpresentasikan di dalam model;

aliran-aliran yang berbeda secara konseptual, di dalam model harus dibedakan;

hanya informasi yang benar-benar tersedia bagi aktor-aktor di dalam sistem yang harus digunakan dalam pemodelan keputusannya;

struktur kaidah pembuatan keputusan di dalam model haruslah sesuai (cocok) dengan praktik-praktik manajerial; dan

model haruslah robust dalam kondisi-kondisi ekstrem.

Mengenai robust-nya sebuah model, menurut Sterman sejumlah pengujian tertentu perlu dilakukan terhadap sehingga pada gilirannya akan meningkatkan keyakinan pengguna terhadap kemampuan model di dalam mengungkapkan sistem yang diwakilinya. Keyakinan ini menjadi dasar bagi kesahihan model. Bila kesahihan model telah dapat dicapai, simulasi selanjutnya dapat digunakan untuk merancang kebijakan-kebijakan yang efektif.

2.3 Sistem Aliran (Flow System)

Karakteristik dinamik lingkar pengendalian laju alir didomunasi oleh dinamika element kendali akhir. Juga akibat gesekan steam dapat menimbulkan histeresis. Sebenarnya dinamika element kendali akhir dapat diperbaiki dengan menambahkan positioner karena akan mengurangi histeresis hingga dapat memperbaiki kinerja lingkar pengendalian. Pemakaian positioner sangat dianjurkan pada kebanyakan pengendalia, kecuali laju alir. Pada pengendalian laju alir, positioner dan pengendali laju saling berinteraksi yang justru akan menurunkan kinerja pengendalian. Namun demikian kebanyakan praktisi tidak setuju dengan anjuran ini. Akibatnya, positioner dipakai pada semua katup kendali tidak terkecuali pengendalian laju alir. Memang interaksi antara positioner dan pengendali dapat ditekan dengan cara mengurangi kepekaan pengendali.

Faktor linieritas pengendalian laju alir ditentukan oleh karakteristik katup kendali, tipe instrument ukur laju alir yang dipakai dan penyempitan dalam pipa. Faktor lain yang berkaitan dengan perancangan pengendalian laju alir adalah sensor laju alir dan sinyal pengukuran yang dikirim ke pengendali. Jika laju alir diukur dengan instrument beda tekanan melintas pelat orifice, maka signal pengukuran sebanding dengan akar laju alir. Jika signal dipakai sebagai variabel proses untuk pengendali, maka hubungan akar laju alir menambah ketidaklinieran lingkar pengendalian. Katup kendali jenis presentase sama (equal-percentage) akan menghasilkan perubahan besar pada gain proses sepanjang rentang bukaan katup. Pilihan yang lebih baik adalah dengan memakai katup jenis bukaan cepat (quick-opening) jika tidak ada perubahan tekanan jatuh melintas katup. Jenis linier dapat dipakai jika terjadi cukup penurunan tekanan melintas katup pada saat kenaikan laju alir.

2.4 Sistem SISOSistem dengan mesukan dan keluaran tunggal (Single Input Single Output, SISO) disajikan sebagai blok sederhana dalam gambar berikut,

Gambar Sistem SISO sederhanaBentuk respons keluaran y(t) akan berbeda untuk masukan u(t) berbeda. Untuk masukan berupa fungsi step,

Jika A=1, disebut fungsi step satuan (unit step function) dan keluaran y(t) disebut respons step satuan (unit step response). Ini secara matematika sudah mencukupi. Lebih penting mengetahui perubahan keluaran dari nilai sebelumnya dari pada nilai sesungguhnya. Oleh sebab itulah mengapa dibuat u(t) = 0 pada waktu t .(1) Model First-Order Plus Dead Time (FOPDT) Metode Garis Singgung

Metode grafil memakai grafik respons step gambar 2. Kelemahan metode ini adalah dalam hal ketelitian. Disamping itu jika respons terlalu lambat maka nilai steady-state sukar diperoleh.

Data yang diperoleh adalah konstanta waktu, steady-state gain, dan waktu mati. Konstanta waktu adalah nilai terkecik antara t1 dan t2. Bila t1 lebih kecil dari t2 maka konstanta waktu diambil t1, dan sebaliknya diambil t2.

Kasus pertama adalah paling umum ditemui dalam industri proses. Bila t1 lebih besar dari t2 berarti response sangat cepat, kemudian melambat. Ini terjadi jika terdapat susunan parallel beberapa waktu mati. Steady state gain diperoleh dari perbandingan antara besar perubahan tekanan dan perubahan bukaan control valve. Sedangkan waktu mati diperoleh dari perbedaan antara waktu sejak perubahan bukaan control valve dan perpotongan garis singgung dengan perpanjangan garis nilai awal tekanan.

(2) Model First-Order Plus Dead Time (FOPDT) Metode Smith

Mungkin model ini yang paling baik dikerjakan secara manual (Smith, 1985). Menurut Smith, diperlukan dua pengukuran nilai waktu dari data pengamatan normal, yaitu :

t1 ketika y = 28,3% dari rentang perubahan

t2 ketika y = 63,2% dari rentang perubahan

Dengan memperhatikan gambar 3, dapat diperoleh waktu t1 dan t2 yang dihitung sejak masukan mulai berubah. Dari data tersebut diperoleh,

= time constant = 1,5 (t2 t1)

= dead time = t2 -

Jika negative, maka

= time constant = t2 = dead time = 0

Persamaan model matematika system orde-1 self-regulating ditambah waktu mati adalah,

Dengan,

y(t) variable mproses (level);

x(t-) variabek pengendali (%)

konstanta waktu ; dan

waktu mati

BAB IIIMETODOLOGI

3.1 Alat dan bahan yang Dipergunakan

1. Seperangkat sistem pengendalian aliran

2. komputer3.2 Susunan Alat

Keterangan :

1. Bak berisi air

2. Pompa

3. control valve4. I / P transduser

5. Udara instrument

6. Manometer

7. Regulator Tekanan Udara

8. Pengendali Luar

9. Panel Kendali

10. Komputer

11. Rotameter

12. Katup buang manual

13. Sensor aliran jenis turbin

14. Katup Solenoida

3.3 Gambar Skema Peralatan

BAB IVDATA PENGAMATAN

I. Pengamatan dengan menggunakan metoda proporsional

PercobaanPBKciTdtMVPVSP

110011036.5231.250.003350

21001100000010.2239.76360.00960

320510000003.935050.020350

4502100000025.5264.02750.03850

5500.66710000009.4446.37750.01550

61500.66710000008.7750.23450.000650

72000.66710000009.1249.4550.00450

II. Pengamatan dengan menggunakan metoda proporsional integral (PI)PercobaanPBKciTdtMVPVSP

81500.6676008.7249.9750.005150

91500.66760015.5443.9660.028760

101500.6673007.6349.77950.106750

111500.6671008.0549.9250.0149450

121500.6675011.7447.90750.010950

131500.6672011.0545.12350.0009950

141500.667103.8450.2850.006750

151500.6670.508.8549.70350.01750

Pengolahan data

1. Metoda proporsional proporsional integral (PI)Rumus:

Mencari pi= 3,3pp= Mencari p dan Kp

p= t2- p

Kc= 0,9[p/(Kp x p] Kp= 0,9[p/(Kc x p]maka sesuai rumus diatas data dapat diketahui sebagai berikut:Percobaan t2ippKp

88.726018,182-9,462-0.702

915.546018,182-2,642-0.196

107.63309,091-1,461-0.217

118.05103,0305,020.370

1211.7451,51510,2259.107

1311.0520.60610.4423.255

143.8410.3033.53715.751

158.850.50.1528.69877.213

BAB VPEMBAHASAN

Nama: Asyfa Nurul HidayatNIM: 111411035

Praktikum Dinamika Sistem Aliran ini bertujuan untuk melakukan uji step pada system aliran dan mengamati dinamika system aliran pada alat CRF . Uji step bertujuan untuk mengetahui respon yang dihasilkan terhadap perubahan masukan variabel pengendali dan mengetahui seberapa cepat respon untuk mencapai steady state . Prinsip kerja dari CRF adalah tegangan menuju flow regulation control dilanjutkan ke transduser(pengubah sinyal elektrik menjadi pneumatic) lalu dimasukan ke control valve untuk membuka aliran yang digunakan.

Praktikan melakukan praktikum pengendalian aliran dengan menggunakan 2 macam metoda yaitu proporsional dan proporsional integral (PI). Pada proporsional praktikan mengubah nilai PB karena PB (proportional band) mempunyai hubungan dengan konstanta gain (Kc) yaitu pada persamaan: PB= 100/Kc. Dari data praktikum pengendalian aliran berdasarkan metoda proporsional diperoleh hasil:PercobaanPBKciTMVPVSP

11001136.5231.250.003350

2100110000010.2239.76360.00960

32051000003.935050.020350

450210000025.5264.02750.03850

5500.6671000009.4446.37750.01550

61500.6671000008.7750.23450.000650

72000.6671000009.1249.4550.00450

Menurut data diatas hubungan yang ditunjukkan oleh Kc dengan PB yaitu dapat mempengaruhi hasil terhadap respon. Apabila nilai Kc semakin besar maka waktu respon lebih cepat tetapi cenderung menghasilkan offset yang besar dan ketidakstabilan nilai proses variable.Sedangkan pada metode proporsional integral yang bertujuan untuk menghilangkan offset.praktikan menetapkan suatu nilai PB yang besarnya pada 150 karena dari data proporsional diatas nilai keluaran pada proses variable hampir mendekati dengan set point. Dilakukan pengubahan waktu integral yang bervariatif yang bertujuan untuk mengetahui pada waktu integral mana yang menghasilkan respo lebih cepat. Berdasarkan metoda proporsional integral praktikan memperoleh data sebagai berikut:

Percobaan t2ippKp

88.726018,182-9,462-0.702

915.546018,182-2,642-0.196

107.63309,091-1,461-0.217

118.05103,0305,020.370

1211.7451,51510,2259.107

1311.0520.60610.4423.255

143.8410.3033.53715.751

158.850.50.1528.69877.213

Data diatas menunjukan bahwa pada proses PI ini tidak berjalan stabil, hal ini bisa dikarenakan faktor saat mengendalikan tidak sesuai dengan SOP. Tetapi data tersebut menunjukan bahwa semakin kecil waktu integral maka semakin cepat respon yang dihasilkan serta semakin kecil waktu integral proses berjalan semakin tidak stabil.Nama: Ginanjar Surya R

NIM: 111411044

Nama: Nadita Yuliandini

NIM: 111411050

Nama: Yayan Maulana

NIM: 111411058

BAB VI

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil praktikum, praktikan dapat menyimpulkan bahwa: Prinsip kerja dari CRF adalah tegangan menuju flow regulation control dilanjutkan ke transduser(pengubah sinyal elektrik menjadi pneumatic) lalu dimasukan ke control valve untuk membuka aliran yang digunakan.Pada metode proporsional adalah:

Semakin besar nilai Kc maka respon yang dihasilkan semakin cepat

Semakin besar nilai Kc maka proses berjalan semakin tidak stabil

Semakin kecil nilai Pb harga offset semakin menurun

Pada metoda proporsional integral data pengamatan yang didapatkan adalah:

Percobaan t2ippKp

88.726018,182-9,462-0.702

915.546018,182-2,642-0.196

107.63309,091-1,461-0.217

118.05103,0305,020.370

1211.7451,51510,2259.107

1311.0520.60610.4423.255

143.8410.3033.53715.751

158.850.50.1528.69877.213

Metoda PI dapat menghilangkan atau memperkecil offset

Apabila waktu integral semakin kecil maka respon yang dihasilkan seakin cepat, tetapi cenderung menjadi tidak stabil.

Pada praktikum pengendalian aliran ini metode yang lebih baik digunakan yaitu adalah metode proporsional integral karena berdasarkan data praktikum yang dihasilkan menunjukkan bahwa dengan metode PI offset dapat dikurangi sehingga proses menjadi lebih stabil dibandingkan dengan metoda proporsional.DAFTAR PUSTAKA

Heriyanto. Jobsheet Praktikum Pengendalian Proses: Dinamika Sistem Aliran. Bandung: Polban, Teknik KimiaArm field, Engineering Teaching and Research Equipment, Pressure Control Accessory PCT-14, London, 1987.

Heriyanto & Harita Nurwahyu Chamidy.2001.Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: DUE-Like POLBAN.

Wade, H. L. (2004). Basic and Advanced Regulatory Control: System Design and Application. Ed. 2, ISA, NC.

SISTEM PROSES

C.R.F

10

10

9

8

6

5

7

V

F

P

I

4

11

3

13

2

12

14

1

PAGE