Flow Control Baru.docx

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Tujuan Percobaan  Mengenali peralatan yang digunakan dalam flow control  Memahami prinsip kerja sistem flow control  Memahami respon dari pengendalian proportional, integral, dan derivative pada flow control

1.2

Dasar Teori 1.2.1 Definisi Pengendalian Proses Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian secara automatik yang diterapkan di bidang teknologi proses untuk menjaga kondisi proses agar sesuai dengan yang diinginkan. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut sistem pengendalian atau sistem kontrol. 1.2.2 Jenis Variabel Jenis variabel yang mendapatkan perhatian penting dalam bidang pengendalian proses adalah variabel proses (process variable, PV) atau disebut juga variabel terkendali (controlled variable). Variabel proses adalah besaran fisik atau kimia yang menunjukkan keadaan proses. Variabel ini bersifat dinamik artinya nilai variabel dapat berubah spontan atau oleh sebab lain baik yang diketahui maupun tidak. Diantara banyak macam variabel proses, terdapat empat macam variabel dasar, yaitu suhu (T), tekanan (P), laju alir (F) dan tinggi permukaan cairan (L). Dalam teknik pengendalian proses, titik berat permasalahan adalah menjaga agar nilai variabel proses tetap atau berubah mengikuti alur (trayektori) tertentu. Variabel yang digunakan untuk

melakukan koreksi atau mengendalikan variabel proses disebut variabel termanipulasi (manipulated variable, MV) atau variabel pengendali. Sedang nilai yang diinginkan dan dijadikan acuan atau referensi variabel proses disebut nilai acuan (setpoint value, SV). Selain ketiga jenis variabel tersebut masih terdapat variabel lain yaitu gangguan (disturbance) baik yang terukur (measured disturbance) maupun tidak terukur (unmeasured disturbance) dan variabel keluaran tak terkendali (uncontrolled output variable). Variabel gangguan adalah variabel masukan yang mampu mempengaruhi nilai variabel proses, tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan. Variabel keluaran tak terkendali adalah variabel keluaran yang tidak dikendalikan secara langsung. Gangguan terukur

Variabel tak terukur

Variabel terkendali

Sistem Proses

Variabel Termanipulasi

Variabel tak terkendali

Gambar 1.1 Jenis Variabel dalam Sistem Proses 1.2.3 Jenis Sistem Pengendalian 1.2.3.1 Sistem Pengendalian Simpal Terbuka dan Tertutup Berdasarkan atas ada atau tidak adanya umpan balik, sistem pengendalian dibedakan atas sistem pengendalian simpal terbuka (open loop control system) dan sistem pengendalian simpal tertutup (closed loop control system). Sistem pengendalian simpal terbuka bekerja tanpa membandingkan variabel proses yang dihasilkan dengan nilai acuan yang diinginkan. Sistem ini bekerja semata–mata bekerja atas dasar masukan yang telah dikalibrasi. Sebagai contoh sederhana adalah keran air yang terkalibrasi. Sistem pengendalian terbuka tidak dapat mengatasi perubahan beban atau gangguangn yang terjadi.

1.2.3.2 Sistem Pengaturan dan Pengendalian Berdasarkan nilai acuan, sistem pengendalian umpan balik dibedakan atas dua jenis yaitu sistem pengendalian dengan nilai acuan tetap (dibidang elektro sering disebut sistem pengaturan) dan sistem pengendalian dengan nilai acuan berubah (dibidang mekanik sering disebut sistem pengendalian, sistem servo atau tracking). Tujuan utama sistem pengaturan adalah mempertahankan agar nilai variabel proses tetap pada nilai yang diinginkan. Sedangkan pada

sistem

pengendalian,

tujuan

utamanya

adalah

mempertahankan agar nilai variabel proses mengikuti perubahan nilai acuan. Dibidang teknologi proses termasuk teknik kimia, meskipun hampir semuanya bekerja dengan titik acuan tetap tetapi lebih populer dengan istilah sistem pengendalian dan bukan sistem pengaturan. Hal ini disebabkan karena istilah pengendalian lebih mencerminkan kondisi dinamik. 1.2.3.3 Sistem Pengendalian Umpan Balik Prinsip mekanisme kerja sistem pengendalian umpan balik adalah mengukur variabel proses dan kemudian melakukan koreksi bila nilainya tidak sesuai dengan yang diinginkan. Ciri utama pengendalian umpan balik negatif. Artinya jika nilai variabel proses berubah terdapat umpan balik

yang

melakukan

tindakan

untuk

memperkecil

perubahan itu. 1.2.4 Langkah Pengendalian Proses Langkah – langkah pengendalian adalah sebagai berikut : 1.2.4.1 Mengukur Tahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau mengamati nilai variabel proses

1.2.4.2 Membandingkan Hasil pengukuran atau pengamatan variabel proses (nilai terukur) dibandingkan dengan nilai acuan (setpoint) 1.2.4.3 Mengevaluasi Perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi untuk menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itu 1.2.4.4 Mengoreksi Tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses agar perbedaan nilai terukur dan nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin 1.2.5 Instrumentasi Proses 1.2.5.1 Solenoid Valve

Gambar 1.2 Solenoid Valve Solenoid valve merupakan yang dikendalikan dengan arus listrik baik AC maupun DC melalui solenoida. Solenoid valve merupakan yang dikendalikan dengan elemen control yang paling sering digunakan dalam system fluida. Seperti pada sistem pneumatic, sistem hidrolik maupun pada sistem control mesin yang membutuhkan elemen control automoatis. Solenoid valve akan bekerja bila kumparan coil mendapatkan tegangan arus listrik yang sesuai dengan tegangan kerja (kebanyakan tegangan kerja pada DC adalah 12/24 VDC dan solenoid valve 100/200 VAC) dan sebuah pin akan tertarik karena gaya magnet yang dihasilkan dari kumparan selenoida tersebut. Setelah itu, saat pin tersebut

ditarik naik maka fluida akan mengalir dari ruang C menuju ke bagian D dengan cepat. Sehingga tekanan di ruang C turun dan tekanan fluida yang masuk mengangkat diafragma. Sehingga katup utama terbuka dan fluida mengalir langsung dari A ke F. Untuk melihat penggunaan solenoid valve pada sistem pneumatik. 1.2.5.2 Pompa Peristaltik

Gambar 1.3 Pompa Peristaltik Pompa peristaltik adalah jenis pompa perpindahan positif yang digunakan untuk memompa berbagai cairan. Tabung fleksibel yang dipasang melingkar di dalam casing pompa mengandung fluida. Sebuah baling-baling dengan sejumlah kawat penggulung, penyeka, atau lekukan melekat pada lingkar luar baling-baling tabung fleksibel. Ketika baling-baling bergerak, bagian bawah tabung akan tertekan dan terjepit sehingga menjadi tertutup, dan akhirnya akan memaksa cairan yang akan dipompa untuk bergerak malalui tabung. Peristaltic

pump

bekerja

dengan

tekanan

dan

perpindahan. Hal ini digunakan terutama untuk pompa cairan melalui tabung, yang membedakan dari pompa lain yaitu di mana bagian dari pompa lain benar-benar masuk ke dalam bersentuhan langsung dengan cairan. Alat ini merupakan salah satu alat yang paling umum digunakan untuk memompa cairan, terutama dalam bidang medis. Karena

mekanisme kerja peristaltic pump tidak pernah bersentuhan langsung dengan cairan, sehingga alat ini sangat bermanfaat terutama dalam situasi dimana cairan steril diperlukan. Peristaltic pump beroperasi dengan memungkinkan cairan manuju ke selang. Cairan ini kemudian mengalir ke dalam casing pompa melalui selang. Sekali di sana, baling-baling dengan sejumlah kompres pengait tabung memaksa cairan pada melalui pompa dan mengarahkannya ke tujuan akhir. Teknik ini dikenal sebagai peristaltik. Dengan demikian, alat ini disebut peristaltic pump. 1.2.5.3 Flow Meter

Gambar 1.4 Flow Meter Flow meter merupakan instrumen guna mengukur aliran dari suatu fluida, baik liquid (liquid flow meter), sludge (sludge flow meter), maupun gas (gas flow meter), baik bertemperatur rendah hingga bertemperatur tinggi. Prinsip kerja flow meter berdasarkan Hukum Faraday, pada induksi elektromagnetik untuk mengukur proses aliran. Tingkat tegangan sinyal sesuai dengan rata-rata kecepatan aliran yang di induksi pada elektroda, ketika cairan konduktif mengalir melalui medan magnet pada suatu kecepatan.

1.2.6 Diagram Blok Penggambaran suatu sistem atau komponen dari sistem dapat berbentuk blok (kotak) yang dilengkapi dengan garis sinyal masuk dan keluar. Sinyal dapat berupa arus listrik, tegangan (voltase), tekanan, aliran cairan, tekanan cairan, suhu, pH, kecepatan, posisi dan sebagainya. Sinyal yang perlu digambarkan hanyalah sinyal masuk dan sinyal keluar yang secara langsung berperan dalam sistem. Sedangkan sumber energi atau massa yang masuk biasanya tidak digambarkan. Diagram blok lengkap sistem pengendalian flow digambarkan sebagai berikut :

Gambar 1.5 Diagram Blok Lengkap Pengendalian Flow Keterangan gambar : r+

= Nilai Acuan atau Setpoint Value (SV)

e

= Sinyal Galat (error) dengan e = r–y

y

= Sinyal Pengukuran

u

= Sinyal Kendali

M+ = Variabel Termanipulasi W- = Variabel Gangguan

1.2.7 Macam-macam Pengendalian 1.2.7.1 Pengendalian Proportional Pengendalian proportional memiliki keluaran yang sebanding/ proportional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya).

Pengendali

proportional

mampu

untuk

memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. Ciri-ciri pengendalian proporsional : -

Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah rise time).

-

Jika nilai Kp dinaikkan, respon 1 tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan (mengurangi rise time).

1.2.7.2 Pengendalian Integral Pengendalian integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki keslahan keadaan mantap nol (error steady state = 0). Pengontrol integral dapat memperbaiki sekaligus menghasilkan respon stady state, namun pemilihan konstanta integral yang tiak dapat menyebabkan respon yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidak stabilan sistem. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya

perubahan

masukan.

Ciri-ciri

pengendalian

integral : -

Keluaran pengendali integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon.

-

Ketika

sinyal

kesalahan

nilainya

nol,

keluasan

pengendali akan bertahan pada nilai sebelumnya.

-

Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluasan akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai konstanta integral.

1.2.7.3 Pengendali Derivatif Keluaran pengendali derivatif memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan makan keluaran pengendali juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan naik, keluaran menghasilkan sinyal berbentuk implus. Pengendali

derivatif

dapat

digunakan

untuk

memperbaiki respon transien memprediksi error yang akan terjadi. Ciri-ciri pengendali derivatif : -

Pengendali tidak dapat menghasilkan keluaran, jika tidak ada perubahan pada masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan).

- Jika sinyal kesalahan berubah terhadap fungsi waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengendali tergantung pada nilai konstanta derivatif dan laju perubahan sinyal kesalahan.

BAB II METODOLOGI

2.1

Alat dan Bahan 2.1.1

Alat yang digunakan :  PCT-40

2.1.2

Bahan yang digunakan :  Air PDAM

2.2

Prosedur Percobaan 2.2.1

Mode Manual 1.

Menyalakan PCT-40 lalu menyalakan komputer

2.

Mengklik PCT-40 Process Control Apparatus di dekstop kemudian pilih “Section 9 : Flow Control”

3.

Mengklik ikon “Control” dan memilih mode operasi “Manual” kemudian set “Manual Output” dan mengklik “Apply”

4.

Menutup screen “PID Controler” kemudian memvariasikan laju alir pump A (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, dan 100 %)

2.2.2

Mode Automatic 1.

Menyalakan PCT-40 lalu menyalakan komputer

2.

Mengklik PCT-40 Process Control Apparatus di dekstop kemudian pilih “Section 9 : Flow Control”

3.

Mengklik

“Sample”,

memilih

“Sample

kemudian mengisi parameter : -

Sampling Operation

-

Automatic Sampling Parameter  Sample Interval

: Automatic

: 4 sec

 Mengklik “Countinous”

:

Configuration”

4.

Mengklik “Ok”

5.

Mengklik “View Graph”, mengklik “Format” kemudian memilih

“Graph

Data”

akan

terbuka

kolom

“Graph

Configuration” kemudian mengklik “showlines” kemudian mengklik “Ok” 6.

Mengklik ikon “PID” lalu setting : -

Proportional Band (P)

: 0%

-

Integral Time (I)

:0s

-

Derivative Time (D)

:0s

-

Set Point

: 239 mL/min

-

Pilih “Mode of Operation”

: Automatic

7.

Mengklik “Apply” kemudian mengklik “Ok”

8.

Memilih ikon “Go” pada toolbar untuk memulai percobaan

9.

Mengamati respon yang terjadi dengan membuka grafik dan table data dengan cara mengklik ikon “graphics”

10. Setelah 10 menit, memilih ikon “Stop” untuk menghentikan record data percobaan 11. Menyimpan semua data dalam bentuk Microsoft Excel (.xls) ke dalam folder “S1 4B” 12. Mengulangi langkah 5-11 dengan variasi : -

Set Proportional Band 5%, Integral Time 0 s, dan Derivative Time 0 s

-

Set Proportional Band 5%, Integral Time 5 s, dan Derivative Time 5 s

-

Set Proportional Band 5%, Integral Time 5 s, dan Derivative Time 10 s

-

Set Proportional Band 5%, Integral Time 10 s, dan Derivative Time 5 s

-

Set Proportional Band 5%, Integral Time 10 s, dan Derivative Time 10 s

-

Set Proportional Band 10%, Integral Time 0 s, dan Derivative Time 0 s

-

Set Proportional Band 10%, Integral Time 5 s, dan Derivative Time 5 s

-

Set Proportional Band 10%, Integral Time 5 s, dan Derivative Time 10 s

-

Set Proportional Band 10%, Integral Time 10 s, dan Derivative Time 5 s

-

Set Proportional Band 10%, Integral Time 10 s, dan Derivative Time 10 s

-

Set Proportional Band 20%, Integral Time 0 s, dan Derivative Time 0 s

-

Set Proportional Band 20%, Integral Time 5 s, dan Derivative Time 5 s

-

Set Proportional Band 20%, Integral Time 5 s, dan Derivative Time 10 s

-

Set Proportional Band 20%, Integral Time 10 s, dan Derivative Time 5 s

-

Set Proportional Band 20%, Integral Time 10 s, dan Derivative Time 10 s

13. Menutup

aplikasi

mematikan alat

PCT-40,

mematikan

komputer

dan

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1

Data Pengamatan Grafik terlampir di lampiran

3.2

Pembahasan Praktikum kali ini adalah tentang flow control dengan menggunakan alat Control Flow merk PTC-40. Adapun tujuan dari praktikum ini adalah mengenal peralatan yang digunakan dalam control flow, mengamati prinsip kerja sistem control flow, mengamati respon dari metode pengendalian proportional band, proportional integral, dan proportional integral derivative. Pengendalian proportional memiliki waktu respon yang cepat tetapi memiliki error yang besar. Pengendalian proportional integral memilki waktu respon yang lambat, tetapi memilki respon yang cepat dan error yang kecil. Sedangkan pengendalian proportional integral derivative memilki respon yang cepat dan error yang kecil, tetapi peka terhadap gangguan. Pada unit yang merupakan variable proses adalah laju alir pada sistem proses yaitu pipa. Sedangkan Variable termanipulasi pada proses ini adalah % pompa A

.

Gambar 3.1 Diagram instrumentasi Control Flow PCT 40 Prinsip kerja pada diagram diatas adalah laju alir yang masuk dihisap oleh pompa A, lalu terbaca oleh alat sesuai dengan setting yang telah dilakukan sebelumnya, kemudian hasil yang terbaca diolah oleh komputer menjadi tabel dan grafik.

Gambar 3.2 Grafik Laju Alir Pump Vs Flow Pada gambar 3.2 juga dapat kita lihat bahwa terdapat hubungan antara variable proses dan variable termanipulasi. Variable prosesnya (proses variable) yaitu laju alir aliran air (Flow) sedangkan variable termanipulasi (manipulated variable) yaitu laju alir pump (% Pompa A). Dari grafik dapat dilihat bahwa semakin tinggi % pompa A maka flow pun semakin tinggi pula. Hal ini dikarenakan semakin tinggi % pompa A maka semakin tinggi pula kemampuan tekanan pompa A untuk menekan aliran sehingga laju alirnya semakin besar. Pada praktikum ini yang diinginkan atau dicapai (set point) yaitu 239 𝑚𝑙⁄𝑚𝑖𝑛. Pengendalian dengan metode P (porportional) dilaksanakan dengan nilai 5, 10, dan 20 %. Pada mode pengendalian PI (proportional SP

integral) dilakukan dengan nilai integral time 0, 5, dan 10 s. Pada mode pengendalian PID (proportional integral derivative) dilakukan derivative time yaitu 5 dan 10 s. Pada praktikum ini nilai P (proportional), PI (proportional integral), dan PID (proportional integral derivative) di variasikan.

Grafik Elapsep Time Vs Flow Rate 300 290

Flow Rate (mL/min)

280 270 260 250 240 230 220 210 200 00:00

02:53

05:46

Elapsep Time

08:38

Variasi P : 10% I :5s D : 10 s

Gambar 3.3 Grafik PB = 10%, Integral = 5 s, Derivatif = 10 s Dari percobaan yang dilakukan, didapatkan grafik yang paling terbaik seperti gambar 3.3 yang menunjukkan bahwa pengendalian yang paling baik yaitu pada mode pengendalian P (porportional) dengan nilai 10, Pengendalian PI (proportional integral) dengan nilai 5, Pengendalian PID (proportional integral derivative) dengan nilai 10. Hal ini dikarenakan settling time lebih cepat dari variasi lain dan terjadi pada kondisi konstan pada nilai yang diinginkan (set point), yaitu pada waktu set point 239 𝑚𝑙⁄𝑚𝑖𝑛 . Hal ini terjadi karena menggunakan P (proportional)/PB yang mempercepat waktu untuk mencapai set point dan error terkecil disebabkan karena menggunakan PI (proportional integral) yang benar.

BAB IV KESIMPULAN

4.1

Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : -

Semakin besar Proportional Band (PB) maka semakin cepat stabil tetapi jauh dari set point

-

Semakin besar Proportional Integral (PI) maka respon semakin cepat dan mendekati nilai set point

-

Semakin besar nilai Proportional Integral Derivative (PID) maka semakin cepat terjadinya kondisi konstan/tetap

-

Pengendalian yang optimal terjadi pada nilai Proportional Band (PB) 10%, Proportional Integral (PI) 5 s, dan Proportional Integral Derivative (PID) 10 s

DAFTAR PUSTAKA

Novialesty. 2014. “Laporan Flow Control”.(https://www.pdfcoke.com/document/ 245528560/Laporan-Flow-Control-pak-ramli-yang-fix-docx).

Diakses

pada tanggal 21 Februari 2019, pukul 19:42

Dermanto

Trikueni.

2013.

“Pengertian

dan

Prinsip

Kerja

Selenoid

Valve”.(http://trikueni-desain-sistem.blogspot.com/2013/08/SolenoidValve.html). Diakses pada

tanggal 21 Februari 2019, pukul 19:44

Anonim. 2018. “Apa Itu Pompa Peristaltik”. (https://digital-meter-indonesia. com/apa-itu-pompa-peristaltik/). Diakses pada tanggal 21 Februari 2019, pukul 19:50

Wiratama Rudy. 2012. “Cara Menentukan Jenis Flow Meter”. (https://rudywinoto. com/flow-meters/artikel-flow-meter/cara-menentukan-jenis-flow-meter/). Diakses pada tanggal 21 Februari 2019, pukul 19:55

Ferdiansyah Fendi. 2017. “Teori Kontrol PID (Proportional-Integral-Derivate”. (https://www.academia.edu/9928544/Teori_Kontrol_PID_Proportional_In tegra

l_Derivative). Diakses pada tanggal 21 Februari 2019, pukul 19:58

LAMPIRAN