instrumentasi dan pengendalian proses

TATA TULIS LAPORAN

PENGENDALIAN LAJU ALIR

D

I

S

U

S

U

N

OLEH :

ARIF RAHMANUL HIJJAILYANI HARIYAZI

MUHAMMAD JIBRILT.INDIRWAN

PROGRAM STUDI MIGAS

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE

2013

BAB I

Pendahuluan

1.1 Judul Praktikum : Pengendalian Laju Alir

1.2 Tujuan Percobaan

1) Untuk melihat karakteristik dari masing-masing pengendali di (On-Off, P, PI, PID) yang terjadi pada system

2) Dapat memahami prinsip kerja suatu alat ukur laju alir

1.3 Alat dan Bahan

1.3.1 Alat yang digunakan :

1) Seperangkat alat pengendali CRF

2) Gelas ukur

3) Beaker gelas

4) Stopwatch

1.3.1 Bahan yang digunakan :

1) Air

2) Udara

1.4 Prosedur Kerja

1) Sambungkan arus listrik

2) Hidupkan dengan menekan tombol start

3) Kemudian hidupkan (tekan tombol pomp) pada posisi “ON”

4) Buka keran

5) Atur skala voltmeter berdasarkan skala yang ditentukan

6) Alirkan air sebanyak batasan yang digunakan dalam waktu tertentu

7) Catat jumlah air yang keluar dalam waktu yang telah ditentukan.

1.5 Rangkaian Pelalatan

Rangkaian alat pengendalian CRF

Keterangan :

1. Tanki Air2. Pompa Sentrifugal3. Katup Udara Sebanding4. Tranduser5. Udara Masuk Bertekanan6. Kompresor Udara Masuk Bertekanan7. Kompresor Udara8. Penggerak Elektronik9. Perlengkapan Elektrik10. Seperangkat Komputer11. Valve Manual12. Katup Selenoid untuk Mengatasi Gangguan13. Flowmeter14. Valve Manual15. Pengatur Flow16. Sensor Flow

BAB II

Tinjauan Pustaka

2.1 Pengertian Pengendalian Proses

Gambar 2.1 Sistem Pengendalian proses adalah pengaturan kondisi

operasi proses agar selalu berada dalam kondisi yang diinginkan atau

dikendalikan. Tujuannya adalah :

1) Mengatasi terjadinya gangguan

2) Menstabilkan proses

3) Optimalisasi kondisi operasi

Laju alir merupakan ketetapan untuk menghitung perpindahan fluida,

pengendalian laju alir fluida merupakan hal yang sangat penting dalam industry

kimia maupun perminyakan. Selain untuk kepentingan proses, pengendalian laju

alir pada aliran bahan baku dan prorduk akan berkaitan langsung dengan dana

yang harus dikeluarkan atau diterima oleh perusahaan.

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.

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.

2.2 Pengontrol CRF dan Unit Studi Peraturan/Regulasi

Unit yang memungkinkan untuk analisa suatu regulasi pengulangan

dimana solusi suatu laju alir adalah kuantitas pengendaliannya jika dibandingkan

dengan jumlah lain seperti tinggi cairan atau temperature laju alir bukanlah suatu

kuantitas regulasi fungsi linier. Dalam kaitan ini memiliki pengendalian parameter

yang sangat bagus. Siswa dapat meneliti efek dari regulasi parameter yang

berbeda pada efesiensi peraturan rantai dan stabilitas system dan juga

mendapatkan suatu pemahaman yang baik tentang komponen yang digunakan

pada pengamplikasian di industri, seperti system yang terdiri dari penggunaan

peralatan industri.

2.2.1 Jenis-Jenis variabel yang berperan dalam system pengendalian :

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

keadaan system proses yang dikendalikan tetap dikehendaki.

2) Manipulated Variabel (MV) adalah variable yang digunakan untuk melakukan

koreksi atau pengendalian PV.

3) Set Point (SP) adalah variable yang diinginkan (nilai acuan).

4) Gabungan (W) adalah variable masukkan yang mampu mempengaruhi nilai

PV tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan.

5) Variabel keluar tidak dikendalikan adalah variable yang menunjukkan

keadaan system proses tetapi tidak dikendalikan secara langsung.

2.2.2 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.

2.2.3 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 control :

1. Mendefinisikan obyektif pengontrolan

2. Menyeleksi pengukuran

3. Menyeleksi variabel yang dimanipulasikan

4. Menyeleksi konfigurasi kontrol

5. Mendisain kontroler

2.3 Macam-Macam 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

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:

2.3.1 Pengendalian On-Off

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.

2.3.2 Pengendalian Proporsional (P)

Cara mudah untuk mengimplimentasikan continue adalah dengan

mempertunjukkan sinyal x(t) menjadi proporsional perpindahan e(t), sehingga :

x(t) = Kp . e(t)

2.3.3 Pengendalian Proporsional Integral (PI)

Pengendalian proporsional integral e(t) tadak pernah nol. jika kita tidak

pernah mengharapkan x(t) tidak sama dengan nol, pengendalian dapat dirancang

menjadi bentuk 10. Sinyal akan menjadi proporsional ko the dis crepancy dan

nilai differensial.

x(t) . Kp . e(t) + Ki . ln + Co, t, e, (x), Ti = 1/Kg

2.3.4 Pengendalian Proporsional Integral Differensial (PID)

Aksi control yang ketiga dapat ditambahkan untuk mempercepat control

respon yaitu derivative action. Meskiun respon cepat, namun system menjadi peka

terhadap noise/bissing/turbulent karena derivative perubahan error. Persamaana

yang ada di dalam PID, adalah komponen simpul umpan balik yang umum dalam

sistem kontrol industri. 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 . ln + [o, t, e, (v)] + Kd, d (ect)/dp

2.4 Macam-Macam Sistem Control

2.4.1 Sistem Control Manual (Open Load Control)

Proses pengaturan dilakukan secara manual oleh operator dengan

mengalami keluaran secara visual, kemuudian koreksi mengalami keluaran secara

visual, kemudian dilakukan koreksi variable. Variable controlnya untuk

mempertahankan hasil keluuarannya. Perubahan ini dilakukan secara manual oleh

operator setelah mengalami hasil keluaran, melalui alat ukur atau indicator.

2.4.2 Sistem Control Otomatis (Closs Feed Control)

Sistem dapat melakukan koreksi variable-variabel contohnya secara

otomatis dikarenakan adalah rangkaian tertutup sebagai umpan baik hasil keluaran

menuju ke masukkan setelah dikurangkan dengan SP nya.

2.4.3 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

2.4.4 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

2.3.5 Sistem Pengendalian Adaptive

Sistem pengendalian yang mempunyai kemampuan untuk beradaptasi

dengan perubahan lingkungan disekitarnya.

2.3.6 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

2.5 Konfigurasi Sistem Pengendali

Konfigurasi system pengendali dapat didefinisikan sebagai struktur

perubahan kendali masukkan (input). Ada 3 jenis system konfigurasi pengendali :

1) Pengendalian Umpan Maju

Logika kerjanya, alat pengendalian 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) Pengendalian Umpan Balik

Logika kerjanya, alat pengendalian baru melakukan tindakan setelah

gangguan memberikan akibat pada proses.

Gambar 2.6 Sistem pengendalian umpan balik

3) Pengendalian Differensial

Pengendalian dofferensial yaitu pengendalian yang menggunakan hasil

pengukuran silinder untuk mengukur perubahan kendalinya. misalnya untuk kasus

pengaturan level. Hasil pengukuran yang dikontrol adalah aliran masuk dan keluar

BAB III

Data Pengamatan dan Pengolahan Data

3.1 Data Pengamatan

3.1.1 Pengendalian On-Off

Tabel 3.1.1. Data Pengamatan Pengendalian On-Off dengan gangguan

Waktu

(menit)

Laju alir (L/h) Control Variabel

(%)

Actual Signal (%)

3 53.6 46.4 44.6

6 53.8 35.5 27.8

9 54.2 45.2 43.6

12 54.4 45.9 43.8

15 62.7 52.3 22.5

18 58.2 37.3 56

21 52.2 43.7 58

24 52.8 45 43.6

27 58.4 45.3 43.9

30 59.3 49.9 62.6

Keterangan :

Set Point : 50%

Hysterisis : 2 %

Open Time : 2 menit

Gain : 1

Proportional Band : 100%

P in : 2 bar


Tabel 3.1.2 Data Pengamatan Pengendalian Prorporsional (P) tanpa gangguan

Waktu

(menit)


(%)

Actual Signal (%)

3 47.6 30.7 64.7

6 47.7 39.7 64.7

9 47.9 39.6 64.8

12 48 40.5 63.9

15 48.3 39.6 64.8

18 47.8 39.9 64.5

21 47.5 39.6 64.8

24 47.6 39.7 64.7

27 47.4 39.5 64.9

30 47.6 38.8 65.5

Keterangan :

Set Point : 50%

Hysterisis : 2 %

Open Time : 2 menit

Gain : 1


P in : 2 bar


Tabel 3.1.3 Data Pengamatan PI tanpa gangguan

Waktu

(menit)


(%)

Actual Signal (%)

3 48.6 40.5 66.6

6 48.2 39.8 69.6

9 48.9 40.8 70.8

12 49.6 41.3 72.3

15 51.6 43.1 72.5

18 51.1 42.6 72.8

21 52 53.3 75.7

24 51.6 43 77.6

27 52.8 44 78.1

30 51.9 43.2 80.4

Keterangan :

Set Point : 50%

Hysterisis : 2 %

Open Time : 2 menit

Gain : 1


P in : 2 bar

3.1.4 Pengendalian Proporsional Integral Differential (PID)

Tabel 3.1.4 Data Pengamatan PID Tanpa Gangguan

Waktu

(menit)


(%)

Actual Signal (%)

3 32.6 27.1 49.7

6 32.6 27.1 50.8

9 33.5 27.9 53.2

12 35.6 29.6 54.8

15 37.1 30.9 57.8

18 40.1 33.4 58

21 41.5 34.6 60.8

24 43 36.1 62.2

27 45.5 37.5 63.7

30 46.3 38.6 65.3

Keterangan :

Set Point : 50%

Hysterisis : 2 %

Open Time : 2 menit

Gain : 1


P in : 2 bar

Tabel 3.1.4.2 Data Pengamatan PID dengan Gangguan

Waktu

(menit)


(%)

Actual Signal (%)

3 40.8 55.7 29.2

6 41.8 39.8 70.7

9 46.7 38.9 72.1

12 61 50.9 38.9

15 58.7 48.9 39.6

18 75.1 62.6 17.10

21 76.6 63.8 17

24 63.8 53.2 35

27 44.3 21.7 78.7

30 38.3 31.9 59.5

Keterangan :

Set Point : 50%

Hysterisis : 2 %

Open Time : 2 menit

Gain : 1


P in : 2 bar

3.2 Pengolahan Data

3.2.1 Pengendalian On-Off dengan gangguan

0 5 10 15 20 25 30 3540

45

50

55

60

65

70

Kurva Pengendali On-Off Dengan Gangguan (20%)

Laju Alir (L/h)Set Point (50%)

Waktu (menit)

Laju

Alir

(L/h

)

Grafik 3.2.1 Grafik Waktu VS Laju Alir pada Pengendalian On-Off


0 5 10 15 20 25 30 3540

45

50

55

60

65

70

Kurva Pengendali Proporsional Tanpa Gangguan


Waktu (Menit)

Laju

Alir

(L/h

)

Grafik 3.2.2 Grafik Waktu VS Laju Alir pada Pengendalian Proporsional


0 5 10 15 20 25 30 3540

45

50

55

60

65

70

Kurva Pengendali PI Tanpa Gangguan


Waktu (Menit)

Laju

Alir

(L/h

)

Grafik 3.2.3 Grafik Waktu VS Laju Alir pada PI

3.2.4 Pengendalian Proporsional Integral Differential (PID)

0 5 10 15 20 25 30 3530

35

40

45

50

55

60

Kurva Pengendali PID Tanpa Gangguan


Waktu (Menit)

Laju

Alir

(L/h

)

Grafik 3.2.4 Grafik Waktu VS Laju Alir pada PID

Tabel 3.1.4.2 Data Pengamatan PID dengan Gangguan

0 5 10 15 20 25 30 3530

40

50

60

70

80

Kurva Pengendali PID Dengan Gangguan (25%)


Waktu (Menit)

Laju

Alir

(L/h

)

Grafik 3.2.4.2 Grafik Waktu VS Laju Alir pada PID

BAB IV

Pembahasan dan Kesimpulan

4.1 Pembahasan

Pada praktikum pengendalian laju alir ini, kami menggunakan alat yang

bernama Control Regulation Flow (CRF). Alat ini berfungsi untuk menganalisa

kondisi dan sifat-sifat proses laju alir secara luas yang terjadi dengan memperkecil

lingkup operasi dan menggunakan metode sampel atau model dari kejadian yang

sesungguhnya terjadi di pabrik atau kilang-kilang secara umum. Pengendalian laju

alir ini sendiri bertujuan untuk mengontrol kecepatan laju alir dengan atau tanpa

gangguan, baik secara automatic maupun manual, disini terjadi konfigurasi

feedback (umpan balik).

Ada 5 tahap percobaan pada praktikum kali ini, yaitu :

1) Pengendalian On-Off

2) Pengendalian Proporsional (P)

3) Pengendalian Proporsional Integral (PI)

4) Pengendalian Proporsional Integral Differensial (PID) tanpa gangguan

5) Pengendalian Proporsional Integral Differensial (PID) dengan gangguan

Pada masing-masing tahap percobaan, gangguan yang diberikan selalu

mengganggu proses pengendalian, hal ini dapat kita lihat pada masing-masing

grafik antara tanpa gangguan dengan grafik pengendalian dengan gangguan,

dimana dengan adanya gangguan garis lebih naik turun (menjauhi titik set point).

Pada data yang kami peroleh untuk pengendalian ON-OFF, dapat dilihat

hasilnya pada grafik. Dimana pada grafik ditunjukkan bahwa pengendalian ON-

OFF tidak stabil (naik turun), hal ini jelas terjadi karena pada dasarnya memang

pengendali ON-OFF memiliki kondisi minimum dibawah set point dan

maksimum di atas set pont.

Pada pengendalian Proporsional, data yang kami peroleh lebih baik

dibandingkan dengan pada pengendalian ON-OFF. Hal ini dapat dilihat pada garis

pada grafik pengendalian proporsional yang lebih kontstan dalam mendekati titik

set point

Pada pengendalian Proporsional Integral, data yang kami peroleh lebih

baik lagi dibandingkan pengendalian Proporsional, kemungkinan hal ini terjadi

karena menurut teori dan pengaturannya respon pada Proporsional Integral lebih

baik dibandingkan dengan pengendali Proporsional, lebih jelasnya dapat kita lihat

pada grafik Pengendalian Proporsional Integral yang lebih cepat dalam mendekati

titik set point.

Pengendalian yang terakhir kami gunakan adalah pengendalian

Proporsional Integral Differensial (PID), dimana seharusnya hasil yang kami

peroleh harus paling baik diantara seluruh pengendalian yang kami gunakan,

karena perancangan pengendali PID dilakukan atas dasar peningkatan perbaikan

bagi pengendali yang lain. Pada hasil yang kami peroleh Pengen dali PID, dalam

waktu 30menit yang kami gunakan belum sampai pada titik set point yang kami

atur, namun laju alirnya tetap menuju pada set point yang kami atur, kemungkinan

hal ini terjadi karena pada pengendalia PID kami lakukan paling terakhir,

sehingga kemungkinan masih ada pengaruh gangguan-gangguan pada proses

sebelumnya, sehingga pengendali lebih lama dalam mencapai set point, namun

grafiknya menuju titik Set Point yang diatur.

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 karena pengendalian terjadi setelah adanya gangguan yang terjadi

pada proses.

4.2 Kesimpulan

Setelah melakukan praktikum, dapat disimpulkan bahwa :

- Sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali umpan balik, dimana alat

pengendali melakukan tindakan setelah gangguan memberikan akibat pada

proses.

- Gangguan yang diberikan pada sistem pengendalian selalu memberikan hasil

pengendalian yang tidak baik, pada laju alir yang diperoleh atau ketidakstabilan

dalam mencapai set point.

- Pengendalian tanpa gangguan memperoleh hasil yang lebih stabil dalam

mencapai set point.

- Semakin cepat waktu yang diperlukan suatu pengendali dalam mencapai set

point, maka semakin baik kinerja dari pengendali.

Lampiran

instrumentasi dan pengendalian proses

Documents

Transcript of instrumentasi dan pengendalian proses