Laporan Penentuan Fungsi Hantar.docx

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES Penentuan Fungsi Hantar Sistem Pengendali

Disusun oleh : 1. Faishal Najmuddin Nabih Kelompok: Kelompok 1

NIM. 1741420062

DOSEN PEMBIMBING Khalimatus Sa’diyah, S.T., M.T.

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG 2019

1. Tujuan Percobaan  Mahasiswa dapat menentukan Transfer Function (Fungsi Hantar) masing - masing proses pengendali dengan metoda kurva reaksi. 2. Dasar Teori Dalam sistem pengendalian terdapat process variable (PV) yang cepat berubah dengan berubahnya manipulated variable (MV) dan ada pula yang lambat berubah. Sifat-sifat proses ini disebut dinamika proses. Secara kuantitatif, dinamika proses dinyatakan dalam bentuk Fungsi Transfer (Transfer Function). Secara umum, Transfer Function suatu elemen proses ditandai dengan huruf G dan digambar dalam bentuk diagram kotak seperti pada gambar III.1. Di mana: G = fungsi transfer proses G = Output/Input Transfer function (G) mempunyai dua unsur gain, yaitu steady state gain yang sifatnya statik dan dynamic gain yang sifatnya dinamik. Steady state gain adalah besarnya gain dari elemen yang tidak memiliki unsur kelambatan sama sekali (lag), sedangkan dynamic gain adalah gain sebuah elemen yang besarnya tergantung pada frekuensi sinusoida input atau gain pada saat ada osilasi-osilasi kecil. Unsur dynamic gain muncul karena elemen proses mengandung unsur kelambatan (lag). Oleh karena itu, bentuk transfer function elemen proses hampir pasti berbentuk matematik fungsi waktu, yang ada dalam wujud persamaan diferensial.

Bentuk persamaan diferensial ini dikelompokkan berdasarkan banyaknya pangkat pesamaan diferensial yang ada dalam transfer function. Semakin banyak pangkat pada persamaan diferensial, semakin lambat dinamika proses. Sebuah elemen proses kemudian dinamai proses orde satu (first-order process) karena persamaan diferensialnya berpangkat satu. Dinamai proses orde dua (second-order process) karena persamaan diferensialnya berpangkat dua. Dinamai proses orde banyak (higher-order process) karena persamaan diferensialnya berpangkat banyak.

2.1 Metode Penentuan Gain (Kp), Time Konstan (τ) dan Dead Time (θ) 

Penentuan nilai Gain (Kp) Gain suatu proses didefinisikan sebagai bilangan yang menyatakan perbandingan antara perubahan output (process variable) yang terjadi atas suatu perubahan input (manipulated variable), Gain bisa dikatakan sebagai faktor pengali dari inputan, misalnya Kp=2 berarti inputan akan terbaca pada responnya sebesar dua kali dari besaran Kp. Pada dasarnya gain selalu dimaksudkan steady state gain karena unsur inilah yang menjadi kunci stabil atau tidaknya sistem. 𝐾𝑝 =



∆ 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 ∆ 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡

Dead Time Dead time adalah tenggang waktu yang dibutuhkan proses untuk mengeluarkan perubahan output setelah terjadi perubahan input. Selama tenggang waktu itu, output tidak bereaksi sama sekali seolah-olah mati. Dead time jelas merupakan unsur waktu, sehingga besarnya juga dinyatakan dalam satuan waktu, detik atau menit. Perubahan output besarnya akan selalu sama dengan Gp kali perubahan input, tetapi terlambat selama tenggang waktu dead tim.

Terdapat tiga metode dalam menentukan gain (Kp), dead time (τD) atau t0 dan time constant (τp) di mana ketiganya menghasilkan nilai yang berbeda pula. Ketiga metode tersebut adalah sebagai berikut : 1. Metode 1 Metode ini menggunakan garis yang bersinggungan dengan kurva reaksi proses pada titik laju perubahan maksimum (ditunjukkan dengan garis singgung yang paling tegak). Seperti terlihat pada gambar (A), untuk model order satu dengan dead time atau First Order Plus Dead Time (FOPDT) ini, perubahan respon terjadi pada saat t = t0. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa garis perubahan kecepatan maksimum memotong titik t = t0 pada awal garis dan pada akhir garis memotong kurva pada t = t0 + τ. Apabila kurva reaksi digambarkan kembali dengan nilai t0 dan τ tersebut maka akan menghasilkan kurva garis putus-putus (dashed line) pada Gambar (B). Besaran yang disimbolkan dengan t0 pada gambar (A) dan (B) dapat didefinisikan sebagai dead time (D atau p)

Gambar (A) Kurva Reaksi First Order Plus Dead Time (Sumber: Smith & Corripio, 2006)

Gambar (B) Model FOPDT metode 1 (Sumber: Smith & Corripio, 2006) 2. Metode 2 Metode ini serupa dengan metode sebelumnya, tetapi tidak perlu menunggu respon hingga konstan, hanya sampai pada penentuan titik belok Gambar (C). Nilai time constant (τp) diperoleh dari hubungan seperti persamaan [III.4] 𝐾𝑝 𝜏𝑝

=

𝑅 𝜃𝑝 ∙∆𝑢

[III.4]

Sedang nilai t0 (atau D atau p) ditentukan sama seperti metode 1, yaitu waktu ketika respon mulai mengalami perubahan, seperti terlihat pada gambar (C).

3. Metode 3 Metode 3 ini merupakan metode yang paling presisi daripada dua metode sebelumnya. Dalam metode 3 ini nilai t0 (atau D atau p) dan τp ditentukan berdasarkan dua titik pada daerah yang mengalami perubahan kecepatan secara signifikan dalam respon. Kedua titik tersebut adalah t1 ditunjukkan oleh (t0 + τ/3) dan t2 ditunjukkan oleh (t0 + τ). Untuk titik kedua (t2) sama dengan metode 2 sedangkan titik pertama (t1) ditentukan berdasarkan persamaan. Kedua titik tersebut dapat dilihat pada gambar III.7. 𝐶(𝑡0 +𝜏) = 𝐾 ∙ ∆𝑚 ∙ (1 − 𝑒 −1⁄3 ) = 0,283 ∙ ∆𝐶𝑠 [III.5] Nilai t0 dan τ dapat diperoleh melalui persamaan sederhana sebagai berikut: 𝜏 𝑡0 + = 𝑡1 3 𝑡0 + 𝜏 = 𝑡2 Atau dapat dituliskan 3 𝜏 = (𝑡2 − 𝑡1 ) 2 𝑡0 = 𝑡2 − 𝜏

Percobaan 1 Pengendali Tekanan 3.1.1

3.1.2

Alat dan Bahan - PCT – 14 (modul proses pengendalian tekanan) -

PCT – 10 (electrical console)

-

Kompresor

-

Recorder

Gambar Alat

Keteranagn Gambar: V1, V2

= Pressure regulator valve

V3, V4, V5, V6 = Selector valve V7

=

Relief valve

P1 , P2 , P3, P4 =

Pressuregauge Indicator

3.1.3 Skema Kerja Persiapan Buka main valve udara tekan dan pastikan tidak ada kebocoran

Hidupkan alat pengendali tekanan dengan menekan tombol "main switch"

Tutup V3, V2, V6

Buka V1, V2, V4, atur P1 = 22 psigdengan mengubah V1 dan atur P3 = 8 psig pada mengubah V2.

Tutup V3, V2, V6

Pengoperasian

Atur pengendali pada operasi manual, dengan mengatur di PCT-10

Atur bukaan valve (%PO) hingga PV konstan

Jalankan recorder dengan kecepatan yang telah diatur

Setelah stabil, berikan perubahan pada %PO sebesar 20%-30%

Amati respon yang terjadi sampai proses kembali steady

Mematikan

Matikan alat pengendali tekanan dengan menekan tombol "main switch"

Tutup main valve udara tekan

3.1.4

Data Pengamatan No. 1.

2.

3.

4.

Nilai %PO1 %PO2 %PV1 %PV2 %PO1 %PO2 %PV1 %PV2 %PO1 %PO2 %PV1 %PV2 %PO1 %PO2 %PV1 %PV2

Dengan Tangki 20 40 89,3 69,5 40 60 69,2 44,4 60 80 43,7 15,7 80 100 15,5 0,04

Tanpa Tangki 20 40 86,7 65,2 40 60 64,9 39,8 60 80 39,7 13,8 80 100 13,5 0,04

3.1.5 -

Analisis Data Dengan tangki 20%-40%

𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

τ Metode 1

2,2 𝑐𝑚

𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛

= 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,183 menit

τ Metode 2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 22 = 13,904 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

1,2 𝑐𝑚

τ = 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,1 menit τ Metode 3 T1 = 0,283 x ∆𝐶𝑠 = 0,283 x 22 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0,2 𝑐𝑚

= 6,226  0,0167 menit (𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,0167 menit) T2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 22 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

1,2 𝑐𝑚

= 13,904  0,1 menit (𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,1 menit) τ=

3 2

x (0,1-0,0167)

= 0,12495 menit ∆ 𝑃𝑉

Kp = ∆ 𝑃𝑂 𝑃𝑉2−𝑃𝑉1

= 𝑃𝑂2−𝑃𝑂1 =

69,5−89,3 40−20

= -0,99 Metode 1 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −0,99

= 0,183 𝑠+1 Metode 2 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −0,99

= 0,1 𝑠+1 Metode 3 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −0,99

= 0,12495 𝑠+1

-

Dengan tangki 40-60

∆PV

Kp = ∆PO

PV2 − PV1

=PO2 − PO1 44,4−69,2

=

60 − 40

−24,8

=

20

=-1,24 Metode 1 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

𝜏 = 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 1,5 𝑐𝑚

= 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,125 menit 𝐾𝑝

G(s)= τs +1 −1,24

= 0,125𝑠 + 1 Metode 2 Ct = 0,632 x ∆Cs = 0,632 x 27 = 17,064 𝜏 =

𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 1,4 𝑐𝑚

= 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,1166 menit 𝐾𝑝

G(s)= τs +1 −1,24

=0,1166𝑠 + 1

Metode 3 Ct2= 0,632 x ∆Cs = 0,632 x 27 = 17,064 Ct1= 0,283 x ∆Cs = 0,283 x 27 = 7,641 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

t2 = 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 1,4 𝑐𝑚

= 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,1166 Menit 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

t1 = 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 0,3 𝑐𝑚

= 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,025 Menit 3

𝜏 = 2 𝑥 (𝑡2 − 𝑡1) 3

= 2 ((0,1166) − (0,025)) = 0,1374 Menit 𝐾𝑝

G(s)= τs +1 −1,24

= 0,1374𝑠 + 1

-

Dengan tangki 60-80

𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

τ Metode 1

1,5 𝑐𝑚

𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛

= 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,125 menit

τ Metode 2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 30 = 18,96 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

1,2 𝑐𝑚

τ = 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,1 menit τ Metode 3 T1 = 0,283 x ∆𝐶𝑠 = 0,283 x 30 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0,5 𝑐𝑚

= 18,96  0,04167 menit (𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,04167 menit) T2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 30 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

1,2 𝑐𝑚

= 8,49  0,1 menit (𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,1 menit) τ=

3 2

x (0,1-0,04167)

= 0,087495 menit ∆ 𝑃𝑉

Kp = ∆ 𝑃𝑂 𝑃𝑉2−𝑃𝑉1

= 𝑃𝑂2−𝑃𝑂1

=

15,7−43,7 80−60

= -1,4 Metode 1 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −1,4

= 0,125 𝑠+1 Metode 2 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −1,4

= 0,1 𝑠+1 Metode 3 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −1,4

= 0,08749 𝑠+1

-

Dengan tangki 80-100%

∆ 𝑃𝑉

Kp = ∆ 𝑃𝑂 𝑃𝑉2−𝑃𝑉1

= 𝑃𝑂2−𝑃𝑂1 = 

0,04−15,5 100−80

= -0,773 𝛕 𝐌𝐞𝐭𝐨𝐝𝐞 𝟏 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1

0,6 𝑐𝑚

= 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,05 menit

−0,773

= 0,05 𝑠+1 

τ Metode 2 C(t) = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 16 = 10,112 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0,4 𝑐𝑚

τ = 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,0334 menit 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −0,773

= 0,0334 𝑠+1 

τ Metode 3 t1 = 0,283 x ∆𝐶𝑠 = 0,283 x 16 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0,2 𝑐𝑚

= 4,528  0,0167 menit (𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,0167 menit) t2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 16 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0,4 𝑐𝑚

= 10,112  0,0334 menit (𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 12 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 =0,0334 menit) τ=

3 2

x (0,0334-0,0167)

= 0,025 menit 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −0,773

= 0,025 𝑠+1

-

Tanpa Tangki 20-40%

𝛥𝑃𝑉 65,2 − 86,7 −21,5 = = = −1,075 𝛥𝑃𝑂 40 − 20 20

𝐾𝑝 =

Metode 1 𝜏=

𝑗𝑎𝑟𝑎𝑘 0,5 𝑐𝑚 = = 0,0083 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 60 𝑐𝑚/𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

𝐺(𝑠) =

𝐾𝑝 −1,075 = 𝜏𝑠 + 1 0,0083 𝑠 + 1

Metode 2 C(t) = 0,632 x ΔCs = 0,632 x 23 = 14,536 𝜏=

0,3 𝑐𝑚 = 0,005 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 60 𝑐𝑚/𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

𝐺(𝑠) =

𝐾𝑝 −1,075 = 𝜏𝑠 + 1 0,005 𝑠 + 1

Metode 3 t2 =0,632 x ΔCs = 0,632 x 23 = 14,536 0,3 𝑐𝑚

t2 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 0,005 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 t1 = 0,283 x ΔCs = 0,283 x 23 = 6,509 t1 =

0,1 𝑐𝑚 𝑐𝑚 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

60

= 1,67𝑥10−3 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

τ = 3/2 (t2 – t1)

= 3/2 (0,005-1,67x10-3) = 4,995 x 10-3 menit 𝐺(𝑠) =

-

𝐾𝑝 −1,075 = 𝜏𝑠 + 1 4,995 𝑥 10−3 𝑠 + 1

Tanpa Tangki 40-60%

Metode 1 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0.5 𝑐𝑚

τ = 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0.00833 menit ∆ 𝑃𝑉

Kp = ∆ 𝑃𝑂 𝑃𝑉2−𝑃𝑉1

= 𝑃𝑂2−𝑃𝑂1 =

39,8−64,5 60−40

= -1,255

Metode 2 Ct= 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 27 = 17.064 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0.25 𝑐𝑚

τ= τ = 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0.00416 menit

Metode 3 Ct1 = 0,283 x ∆𝐶𝑠 = 0,283 x 27 = 7.641 Ct2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 27 = 17.064 0.1

T1 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0.001667 0.25

T2 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0.004167 τ=

3 2

x (0.004167-0.001667)

= 0.00375 Detik Metode 1 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −1,255

= 0.0083 𝑠+1 Metode 2 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −1,255

= 0.004167 𝑠+1 Metode 3 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −1,255

= 0.00375 𝑠+1

-

Tanpa Tangki 60-80%

Metode 1 jarak

τ = kecepatan 0,4 𝑐𝑚

= 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,0067 menit ∆𝑃𝑉

Kp= ∆ 𝑃𝑂 = =

13,8−39,7 80−60 −25,9 20

= -1,295 G(s)

𝐾𝑝

= 𝜏𝑠+1 −1,295

= 0,0067+1 Metode 2 C(t)

= 0,632 x ∆Cs = 0,632 x 28 = 17,696

τ

0,3 𝑐𝑚

= 60𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,005 menit

G(s)

𝐾𝑝

= 𝜏𝑠+1 −1,295

= 0,005𝑠+1 Metode 3

t2 = 0,632 x ∆Cs = 0,632 x 28 = 17,696 t1 = 0,283 x ∆Cs = 0,283 x 28 = 7,924 0.3 𝑐𝑚

t2 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,005 menit 0.2 𝑐𝑚

t1 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,003 menit 3

τ = 2(t2-t1) 3

= 2 (0,005 - 0,003) = 0,003 𝐾𝑝

G(s)

= 𝜏𝑠+1 −1,295

= 0,003𝑠+1

-

Tanpa tangki 80-100%

𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0.2 𝑐𝑚

τ = 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 3.333 x 10-3 menit ∆ 𝑃𝑉

Kp = ∆ 𝑃𝑂 𝑃𝑉2−𝑃𝑉1

= 𝑃𝑂2−𝑃𝑂1 =

0,04−13,5 100−80

= -0,673

Metode 2 Ct= 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 14 = 8,848 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘

0.18 𝑐𝑚

τ= τ = 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0,003 menit

Metode 3 Ct1 = 0,283 x ∆𝐶𝑠 = 0,283 x 14 = 3,962

0,12 cm

Ct2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 14 = 8,848

0,18 cm

0.12

T1 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0.002 menit 0.18

T2 = 60 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 0.003 menit

τ=

3 2

x (0.003-0.002)

= 0.0015 Detik Metode 1 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −0,673

= 3,333 𝑠+1 Metode 2 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −0,673

= 0,003 𝑠+1 Metode 3

𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 −0,673

= 0.0015 𝑠+1 3.1.6

Pembahasan Pada percobaan pengendali tekanan, bertujuan untuk menentukan Transfer Function (Fungsi Hantar) dengan metode kurva. Pada percobaan ini diinginkan beberapa variabel yang digunakan dalam proses yaitu kondisi tangki %PO dan kecepatan kertas semua variabel tersebut dapat memberikan data yang lebih jelas. Data yang diambil untuk fungsi transfer ini dilakukan dengan inputan berupa fungsi step dan menghasilkan respon berupa kurva reaksi proses. Respon input yang diberikan secara tiba-tiba seperti terlihat pada data percobaan yang dihasilkan. Pada proses dengan tangki menggunakan kecepatan 12cm/min dan tanpa tangki menggunakan kecepatan 60cm/min. Terdapat 8 data setelah proses praktikum yaitu perlakuan tanpa tanki dan tanpa tangki. Setelah dihitung dengan metode 1,2, dan 3 didapat kan hasil sesuai dengan analisis data. o Dengan Tangki Bukaan valve 20-40 = Kp yaitu -0,99 −0,99

Metode 1 : τ = 0,183 menit ; G(s) = 0,183 𝑠+1 −0,99

Metode 2 : τ = 0,1 menit ; G(s) = 0,1 𝑠+1 −0,99

Metode 3 : τ = 0,1249 menit ; G(s) = 0,12495 𝑠+1 Gain (Kp) merupakan faktor pengali dari inputan, pada percobaan bisa dikatakan inputan akan terbaca pada responnya sebesar −0,99 kali dari besaran Kp. Bukaan valve 40-60 = Kp yaitu -1,24 −1,24

Metode 1 : τ = 0,125 menit ; G(s) = 0,125𝑠 + 1 −1,24

Metode 2 : τ = 0,1166 menit ; G(s) = 0,1166𝑠 + 1 −1,24

Metode 3 : τ = 0,1374 menit ; G(s) = 0,1374𝑠 + 1

Gain (Kp) merupakan faktor pengali dari inputan, pada percobaan bisa dikatakan inputan akan terbaca pada responnya sebesar −1,24 kali dari besaran Kp. Bukaan valve 60-80 = Kp yaitu -1,4 −1,4

Metode 1 : τ = 0,125 menit ; G(s) = 0,125 𝑠+1 −1,4

Metode 2 : τ = 0,1 menit ; G(s) = 0,1 𝑠+1 −1,4

Metode 3 : τ = 0,087 menit ; G(s) = 0,08749 𝑠+1 Gain (Kp) merupakan faktor pengali dari inputan, pada percobaan bisa dikatakan inputan akan terbaca pada responnya sebesar −1,4 kali dari besaran Kp. Bukaan valve 80-100 = Kp yaitu -0,773 −0,773

Metode 1 : τ = 0,05 menit ; G(s) = 0,05 𝑠+1 −0,773

Metode 2 : τ = 0,0334 menit ; G(s) = 0,0334 𝑠+1 −0,773

Metode 3 : τ = 0,025 menit ; G(s) = 0,025 𝑠+1 Gain (Kp) merupakan faktor pengali dari inputan, pada percobaan bisa dikatakan inputan akan terbaca pada responnya sebesar −0,773 kali dari besaran Kp. Perbandingan nilai τ menunjukkan bahwa penentuan time constant pada metode 3 lebih baik daripada metode 1 dan 2. Memungkinkan %error yang terbentuk juga akan semakin kecil.

o Tanpa Tangki Bukaan valve 20-40 = Kp yaitu -1,075 −1,075

Metode 1 : τ = 0,0083 menit ; G(s) = 0,0083 𝑠+1 −1,075

Metode 2 : τ = 0,005 menit ; G(s) = 0,005 𝑠+1 −1,075

Metode 3 : τ = 4,995 x 10-3 menit ; G(s) = 4,995 𝑥 10−3 𝑠+1 Gain (Kp) merupakan faktor pengali dari inputan, pada percobaan bisa dikatakan inputan akan terbaca pada responnya sebesar −1,075 kali dari besaran Kp.

Bukaan valve 40-60 = Kp yaitu -1,255 −1,255

Metode 1 : τ = 0,00833 menit ; G(s) = 0.0083 𝑠+1 −1,255

Metode 2 : τ = 0,00416 menit ; G(s) = 0.004167 𝑠+1 −1,255

Metode 3 : τ = 0,00375 menit ; G(s) = 0.00375 𝑠+1 Gain (Kp) merupakan faktor pengali dari inputan, pada percobaan bisa dikatakan inputan akan terbaca pada responnya sebesar −1,255 kali dari besaran Kp. Bukaan valve 60-80 = Kp yaitu -1,295 −1,295

Metode 1 : τ = 0,0067 menit ; G(s) = 0,0067+1 −1,295

Metode 2 : τ = 0,005 menit ; G(s) = 0,005𝑠+1 −1,295

Metode 3 : τ = 0,003 menit ; G(s) = 0,003𝑠+1 Gain (Kp) merupakan faktor pengali dari inputan, pada percobaan bisa dikatakan inputan akan terbaca pada responnya sebesar −1,295 kali dari besaran Kp. Bukaan valve 80-100 = Kp yaitu -0,673 −0,673

Metode 1 : τ = 3,333 x 10-3 menit ; G(s) = 3,333 𝑠+1 −0,673

Metode 2 : τ = 0,003 menit ; G(s) = 0,003 𝑠+1 −0,673

Metode 3 : τ = 0,0015 menit : G(s) = 0.0015 𝑠+1 Gain (Kp) merupakan faktor pengali dari inputan, pada percobaan bisa dikatakan inputan akan terbaca pada responnya sebesar −0,673 kali dari besaran Kp. Perbandingan nilai τ menunjukkan bahwa penentuan time constant pada metode 3 lebih baik daripada metode 1 dan 2. Memungkinkan %error yang terbentuk juga akan semakin kecil. 3.1.7

Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut:  Nilai Kp dengan tangki:

%PO 20%-40% = −0,99 %PO 40%-60% = −1,24 %PO 60%-80% = −1,4 %PO 80%-100% = −0,773  Nilai Kp tanpa tangki: %PO 20%-40% = −1,075 %PO 40%-60% = −1,255 %PO 60%-80% = −1,295 %PO 80%-100% = −0,673  Dari berbagai metode nilai 𝜏 dengan tangki lebih besar daripada tanpa tangki.  Nilai Kp dengan tangki maupun tanpa tangki bernilai hampir sama, hanya selisih sedikit saja.  Nilai yang didapatkan dengan tangki maupun tanpa tangki pada metode 3 lebih kecil dibandingkan dengan metode 1 dan 2. Hal ini menunjukkan metode 3 merupakan metode penentuan time constant yang lebih baik dibanding 2 metode lain.

Percobaan 2 Pengendali pH 3.2.1

3.2.2

Alat dan Bahan -

Seperangkat alat pengendali pH

-

Personal computer (PC)

-

Stopwatch

Gambar Alat

Skema rangkaian alat pengendali pH

Keterangan gambar: 1. Mixing tank 0,4 lt 2. Containers with 2 l correction 3. Solution 4. Solution feed tank 10 lt 5. Peristaltic Pump 6. Agitator 7. Stirrer 8A / 8B . Solenoid valve 9A / 9B . Regulation Tank 10. Collection Tank 11. Signal Transmiter pH 12. Feed tank drain valve

13. Collection tank drain valve 14. Sample taking tank 0,15 l 15. Flow meters 16. Personal Computer 17. Electric apparatus 18. Printers 19. Main switch

3.2.3 Skema Kerja  Fungsi Hantar Pompa Peristaltik Pengendali pH Persiapan

Hidupkan alat pengendali pH dengan menekan tombol "main switch"

Hidupkan PC, pilih program CRpH, klik "file", pilih "new", pilih pengendali PID, klik OK

Pengoperasian Cuci sensor pH dengan cara mencelupkannya ke dalam aquades, kemudian keringkan

Celupkan sensor pH pada larutan buffer pH 4

Klik "start" bersamaan dengan mengarahkan tombol "PC commulator"

Lihat grafik yang muncul pada layar PC samapi kondisi steady

Pindahkan sensor pH ke dalam buffer pH 9

Lihat perubahan yang terjadi pada grafik hingga steady

Setelah selesai simpan hasil percobaan

Mematikan

Arahkan tombol "Pump ON/OFF setter" pada posisi OFF

Tutup program CRpH dan matikan PC

Matikan alat pengendali pH dengan menekan tombol "main switch"

 Fungsi Hantar Proses Pengendali pH Persiapan Buat larutan NaOH 0,1 N sebanyak 2 liter, masukkan ke tangki basa

Buat larutan HCL 0,01 N masukkan ke tangki penampung asam

Hidupkan alat pengendali CRpH dengan menekan "main switch"

Hidupkan PC, pilih program CRpH, klik "file", pilih "New", pilih pengendali PID, klik OK

Pengoperasian Arahkan selektor ke arah PC dan stirrer ON/OFF switch ke arah ON

Pindah selektor ke arah "impulse Commutator"

Atur laju alir asam menjadi 4 ml/jam

Tunggu sampai pH menunjukkan angka yang steady pada pengendali pH

Atur persen bukaan pompa (%PO) hingga nilai PV

Atur bukaan pompa akhir dengan memutar tombol "manual pump speed setter"

Klik tombol "Start" pada PC bersamaan dengan mengarahkan tombol "auto/manual regulation"

Lihat grafik yang muncul pada PC serta perubahan yang terjadi sampai steady

Mematikan

Arahkan tombol “auto/ manual regulation” ke arah auto

Matikan “stirrer ON/OFF switch”

Tutup program CRpH dan matikan PC

Matikan alat pengendali pH dengan menekan tombol “main switch”

3.2.4 Data Pengamatan No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

t 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Signal Out 27,8 27,9 27,9 28 28,3 28,4 28,7 29,1 29,3 30 30,2 31,3 32,2 35,8 38,8 40,5 42,2 43,7

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305

45,5 47,4 49,7 52,7 55,6 58,2 60,3 61,8 63,9 65,2 66,6 67,6 68,6 70,1 70,7 71,6 71,6 72,4 73 73,3 73,5 73,6 73,8 73,8 74,2 74,3 74,5 74,5 74,4 74,6 74,7 74,8 74,8 74,7 75,6 75,8 75,7 75,9 75,8 75,8 75,8 75,7 75,8

62 63 64 65 66

310 315 320 325 330

75,9 76 75,8 75,9 75,9

3.2.5 Analisis Data Faktor Koreksi(keakuratan)

3 𝑚𝑚 6,5 𝑚𝑚

x 2 Detik = 0,92 Detik

T0(Dead Time)= 12+0,92 = 12,92 Detik τ Metode 1 =30+0,92 =30,92 Detik τ Metode 2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 8,3 = 5,24 τ = 24 Detik τ Metode 3 Faktor Koreksi(keakuratan)

1 𝑚𝑚 6,5 𝑚𝑚

T1 = 0,283 x ∆𝐶𝑠 = 0,283 x 8,3 = 2,34  16+0,307 = 16,307 Detik T2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 8,3 = 5,24  24 Detik τ=

3 2

x (24-16,307)

= 11,539 Detik T0 = T2 – Ʈ = 24 – 11,539 = 12,461 Detik ∆ 𝑃𝑉

Kp = ∆ 𝑃𝑂 𝑃𝑉2−𝑃𝑉1

= 𝑃𝑂2−𝑃𝑂1 =

73,6−28 30−0

= 1,52 Metode 1 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1

x 2 Detik = 0,307 Detik

1,52

= 30,92 𝑠+1 Metode 2 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 1,52

= 24 𝑠+1 Metode 3 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 1,52

= 11,539 𝑠+1 3.2.6

Pembahasan Pada percobaan pengendali pH, bertujuan untuk menentukan Transfer Function (Fungsi Hantar) dengan metode kurva. Pada percobaan ini dilakukan dua percobaan yaitu dengan menggunakan buffer pH 4, yang kedua dengan menggunakan asam + basa. Proses penambahan data untuk fungsi transfer ini dilakukan dengan inputan berupa fungsi step dan menghasilkan respon berupa kurva reaksi proses respon input yang diberikan secara tiba-tiba dengan inputan. Pada percobaan fungsi hantar pengendali pH dilakukan penggunakan bukaan %PO berupa tekanan yang terbaca pada pengendali ketika dilakukan input melalui pump speed. %PO yang digunakan yaitu 0%-30%. Metode yang digunakan untuk menentukan time konstan (τ) ada 3 metode dengan hasil yang berbeda. Dari hasil analisis data maka diperoleh 1,52

1,52

nilai fungsi transfer pada metode 1 30,92 𝑠+1 ; metode 2 24 𝑠+1 ; dan metode 1,52

3 11,539 𝑠+1 . Nilai gain (Kp) pada pengendali level bernilai positif dengan nilai 1,52. Ini menunjukkan kenaikan %PV berbanding lurus dengan kenaikan %PO. Pengendali level ini termasuk alat proses orde suhu tanpa deadtime yang dapat dibuktikan dengan mendapatkan nilai teta. Untuk nilai time konstan (τ) pada masing-masing metode diantaranya metode 1 dengan τ sebesar 30,92 ; metode 2 dengan τ sebesar 24 ; dan metode 3 dengan τ sebesar 11,539. Nilai τ ini digunakan untuk mendapatkan %PV pada tiap-tiap metode. Dari hasil Analisa di peroleh grafik sebagai berikut:

Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa pada penentuan fungsi hantar pengendali level untuk semua metode hanya menyinggung sebagian dari %PV eksperimen. Menurut literatur menunjukkan bahwa dari ketiga metode yang paling baik digunakan adalah metode 3 dikarenakan metode 3 memiliki ketelitian yang paling mendekati fungsi transfer yang sebenarnya. 3.2.7

Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut: o

Nilai Kp yaitu -1,52

o

τ Metode 1 sebesar 30,92 detik, jadi persamaan Fungsi Hantar dapat diperoleh dengan memamsukkan ke Rumus G(s) dan didapatkan G(S)= 1,53/(30,92 s+1)

o

τ Metode 2 sebesar 24 detik, jadi persamaan Fungsi Hantar dapat diperoleh dengan memamsukkan ke Rumus G(s) dan didapatkan G(S)= 2,9/(377,14 s+1)

o

τ Metode 3 sebesar 11,539 detik, jadi persamaan Fungsi Hantar dapat diperoleh dengan memamsukkan ke Rumus G(s) dan didapatkan G(S)= 1,53/(11,539 s+1)

o

Menurut literatur menunjukkan bahwa dari ketiga metode yang paling baik digunakan adalah metode 3.

Percobaan 3 Pengendali Aras/Level 3.3.1 Alat dan Bahan - Seperangkat CRL (Control Regulation Level)

3.3.2

-

PC (Personal Computer)

-

Kompresor

-

Printer

-

Stopwatch

Gambar Alat

Rangkaian alat control regulation level (CRL) Keterangan gambar: 1. Water Drainage Tank 2. Centrifugal pump 3. Proportional Pneumatic Valve 4. I/P Tranducer 5. Compressed air feed 6. Low Pressure gauge 7. Pressure regulator (manual) 8. Electronic mini regulator 9. Supply and conditioning unit 10. Personal computer 11. Reservoir 12. Drainage valve 13. P/I tranducer

14. Drainage electric valve 4

1

3

2

5

Panel pengendali pada supply and conditioning unit CRL Keterangan gambar: 1. 2. 3. 4. 5.

Main switch Tombol pengatur kondisi pengendali – PC control (manual / otomatis) Tombol pengatur kecepatan pompa air masuk Display persen ketinggian air dalam tangki penampung Tombol pengatur gangguan (disturbance)

3.3.3

Skema Kerja Persiapan Periksa kelengkapan alat pengendali level (CRL) dan komputer

Periksa air yang terdapat di tangki penampung, tambahkan air jika tangki penampung kosong.

Tekan tombol “Main Switch” pada CRL

Hidupkan personal computer (PC), buka aplikasi pengendali aras

Klik tab “File”, pilih “New”. Pilih menu “PID”, klik “OK”. Pada menu pengisian parameter, biarkan semua isian yang tertera dan klik “OK”.

Pengoperasian Atur alat pada kondisi manual

Buka valve air keluar tangki, 40% bukaan

Atur tombol pengatur gangguan pada posisi “0”

Atur bukaan valve air masuk (dari PC) pada posisi 30% - 40%.

Tunggu sampai steady

Beri perubahan bukaan valve air masuk sebesar 10 – 20%, tunggu sampai steady

Setelah selesai simpan hasil percobaan pada sub direktori

Mematikan

Pindahkan tombol PC control di CRL pada tulisan “0”, tunggu hingga air pada tangki penampung habis.

Tutup aplikasi pengendali aras

Matikan PC

Matikan alat pengendali aras dengan menekan tombol “Main Switch”

3.3.4

Data Pengamatan waktu (s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

arus 49 51,3 53,1 54,9 56,5 58,1 59,60 61 62,4 63,6 64,9 66

360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 780 810 840 870 900 930 960 990 1020 3.3.5

67 68,1 69,1 70 71 71,8 72,5 73,3 74 74,7 75,3 75,9 76,1 76,2 76,3 76,3 76,3 76,3 76,3 76,3 76,3 76,3 76,3

Perhitungan Faktor Koreksi(keakuratan)

5 𝑚𝑚 7 𝑚𝑚

x 40 Detik = 28,57 Detik

τ Metode 1 =440+28,57 =468,57 Detik τ Metode 2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 4,4 = 2,7808 Faktor Koreksi(keakuratan)

3 𝑚𝑚 7 𝑚𝑚

x 40 Detik = 17,14 Detik

τ = 360 + 17,14 = 377,14 Detik τ Metode 3 Faktor Koreksi(keakuratan) T1 = 0,283 x ∆𝐶𝑠 = 0,283 x 4,4

2 𝑚𝑚 7 𝑚𝑚

x 40 Detik = 11,42 Detik

= 1,2  120 + 11,42 = 131,42 Detik Faktor Koreksi(keakuratan)

3 𝑚𝑚 7 𝑚𝑚

x 40 Detik = 17,14 Detik

T2 = 0,632 x ∆𝐶𝑠 = 0,632 x 4,4 = 2,8  360 + 17,14 = 377,14 Detik τ=

3 2

x (377,14 – 131,42)

= 368,58 Detik Kp =

∆ 𝑃𝑉 ∆ 𝑃𝑂 𝑃𝑉2−𝑃𝑉1

= 𝑃𝑂2−𝑃𝑂1 78−49

= 56−46 = 2,9 Metode 1 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 2,9

= 468,57 𝑠+1 Metode 2 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 2,9

= 377,14 𝑠+1 Metode 3 𝐾𝑝

G(s) = Ʈs+1 2,9

= 368,58 𝑠+1 3.3.6

Pembahasan Pada percobaan fungsi hantar pengendali aras dilakukan penggunakan bukaan %PO berupa tekanan yang terbaca pada pengendali ketika dilakukan input melalui pump speed. %PO yang digunakan yaitu 46%-56%. Metode yang digunakan untuk menentukan time konstan (τ) ada 3 metode dengan hasil yang berbeda. Dari hasil analisis data maka diperoleh nilai fungsi transfer pada metode 1

2,9 468,57 𝑠+1

; metode 2

2,9 377,14 𝑠+1

; dan

2,9

metode 3 368,58 𝑠+1 . Nilai gain (Kp) pada pengendali level bernilai positif dengan nilai 2,9. Ini menunjukkan kenaikan %PV berbanding lurus dengan kenaikan %PO. Pengendali level ini termasuk alat proses orde suhu tanpa deadtime yang dapat dibuktikan dengan mendapatkan nilai teta. Untuk nilai time

konstan (τ) pada masing-masing metode diantaranya metode 1 dengan τ sebesar 468,57, metode 2 dengan τ sebesar 377,14, dan metode 3 dengan τ sebesar 368,58. Nilai τ ini digunakan untuk mendapatkan %PV pada tiaptiap metode. Dari hasil Analisa di peroleh grafik sebagai berikut:

Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa pada penentuan fungsi hantar pengendali level untuk semua metode hanya menyinggung sebagian dari %PV eksperimen. Pada pengendali level ini diasumsikan ketinggian telah steady state. Jadi sebelum waktu 0, disana tidak terdapat perubahan ketinggian dengan waktu. Pada waktu 0, level akan diubah bukaan valve untuk beberapa perubahan ketinggian (output). Menurut referensi menunjukkan bahwa dari ketiga metode yang paling baik digunakan adalah metode 3 dikarenakan metode 3 memiliki ketelitian yang paling mendekati fungsi transfer yang sebenarnya.

3.3.7

Kesimpulan Berdasarkan percobaan telah dilakukan maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut : o Nilai Kp yang diperoleh sebesar 2,9

o Fungsi Transfer pada pengendali level dengan %PO 46-56% didapat persamaan yaitu: G1(s) = G2(s) = G3(s) =

𝐾𝑝 𝑇𝑠+1 𝐾𝑝 𝑇𝑠+1 𝐾𝑝 𝑇𝑠+1

2,9

= 468,57 𝑠+1 2,9

= 377,14 𝑠+1 2,9

= 368,58 𝑠+1

o Menurut referensi menunjukkan bahwa dari ketiga metode yang paling baik digunakan adalah metode 3



Daftar Pustaka D.R Coughanowr, 1991. Process System Analysis and Control, 2nd ed.New York : Mc Graw HillGunterus, Frans. Falsafah Dasar : Sistem Pengendali Proses, Jakarta, 1994



Heriyanto. Pengendalian Proses. Politeknik Negri Bandung. Bandung 2010.



Stephanopoulus, G. (1984).Chemical Process Control: An Introduction to Theoryand Practice. PTR Pretince Hall.



Tim Pengendalian Proses. 2017. Modul Ajar Praktikum Pengendalian Proses. Malang : Politeknik Negeri Malang

Malang, 18 Maret 2019 Dosen Pembimbing,

Khalimatus Sa’diyah, ST., MT.