Modul Ajar Pp 2018.docx

MODUL AJAR PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES Modul ajar ini dibiayai dari dana DIPA Nomor : 0622/023-04.2.01/15/2012 tanggal 9 Desember 2011 Politeknik Negeri Malang

Oleh : TIM PENGENDALIAN PROSES

POLITEKNIK NEGERI MALANG 2018

KATA PENGANTAR Modul ajar ini disusun dengan Dana DIPA Politeknik Negeri Malang Nomor: 0622/023.04.2.01/15/2012 tanggal 9 Desember 2011. Modul ajar ini digunakan sebagai acuan dalam pelaksanaan mata kuliah Praktikum Pengendalian Proses, yang diselenggarakan pada Semester 4. Modul ajar ini disusun untuk membantu mahasiswa dalam proses pembelajaran mata kuliah teresbut. Penyusunan modul ajar ini tidak terlepas dari peran banyak pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu demi satu. Secara khusus penghargaan dan ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada pihak-pihak berikut ini. 1. Drs. Awan Setiawan, MMT., MM., selaku Direktur Politeknik Negeri Malang, 2. Ir. Hardjono, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Malang, 3. Dr. Ir. Eko Naryono, MT, selaku Ketua Program Studi D3 Teknik Kimia Politeknik Negeri Malang 4. Pihak – pihak lain yang telah membantu penulisan modul ajar ini. Semoga tulisan ini dapat membawa manfaat yang besar bagi semua pihak yang membutuhkannya.

Malang, Februari 2018

Penulis

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

i

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ......................................................................................................... i DAFTAR ISI....................................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... iv DAFTAR TABEL.............................................................................................................. vi TATA TERTIB LABORATORIUM .................................................................................. 1 BAB I.

PENENTUAN VARIABEL DAN LOGIKA PROSES BERPENGENDALI .. 4

I.1

Capaian Pembelajaran ............................................................................... 4

I.2

Teori Percobaan ........................................................................................ 4

I.3

Peralatan percobaan................................................................................. 10

I.4

Prosedur Percobaan ................................................................................. 10

I.5

Hasil Percobaan ...................................................................................... 11

BAB II.

KORELASI ANTARA BESARAN-BESARAN PADA PENGENDALI...... 13

II.1

Capaian Pembelajaran ............................................................................. 13

II.2

Teori Percobaan ...................................................................................... 13

II.3

PERCOBAAN 1 : Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali Aras (Level) Cairan ......................................................................................... 17

II.4

PERCOBAAN 2 : Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali Tekanan.................................................................................................. 22

II.5

PERCOBAAN 3 : Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali pH . 25

II.6

PERCOBAAN 4 : Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali Temperatur ............................................................................................. 30

BAB III. PENENTUAN FUNGSI HANTAR SISTEM PENGENDALI ...................... 34 III. 1. Capaian Pembelajaran ............................................................................. 34 III. 2. Teori Percobaan ...................................................................................... 34 III. 3. PERCOBAAN 1 : Penentuan fungsi hantar (transfer function) Sistem Pengendali Aras (level) Cairan. ................................................................ 40 III. 4. PERCOBAAN 2 : Penentuan fungsi hantar (transfer function) Sistem Pengendali Tekanan ................................................................................ 43 III. 5. PERCOBAAN 3 : Penentuan fungsi hantar (transfer function) Sistem Pengendali pH......................................................................................... 46 III. 6. PERCOBAAN 4 : Penentuan fungsi hantar (transfer function) Sistem Pengendali Temperatur ............................................................................ 51 BAB IV. KARAKTERISTIK PENGENDALI .............................................................. 67 IV. 1. Capaian Pembelajaran ............................................................................. 67 IV. 2. Teori Percobaan ...................................................................................... 67 IV. 3. PERCOBAAN 1 : Karakteristik Pengendali Aras (Level) Cairan ................ 79

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

ii

IV. 4. PERCOBAAN 2 : KARAKTERISTIK PENGENDALI TEKANAN .......... 57 IV. 5. PERCOBAAN 3 : KARAKTERISTIK PENGENDALI pH........................ 73 IV. 6. PERCOBAAN 4 : KARAKTERISTIK PENGENDALI TEMPERATUR ... 76 DAFTAR PUSTAKA ........................................................Error! Bookmark not defined.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

iii

DAFTAR GAMBAR Gambar II. 1.

Blok diagram proses berpengendali sistem tertutup ............................. 13

Gambar II. 2.

Masukan dan keluaran dari blok final control element (FCE) .............. 14

Gambar II. 3.

Kurva linear yang ideal ......................................................................... 14

Gambar II. 4.

Linearitas............................................................................................... 14

Gambar II. 5.

Hysterisis................................................Error! Bookmark not defined.

Gambar II. 6.

Rangkaian alat control regulation level (CRL) ..................................... 18

Gambar II. 7.

Skema rangkaian alat pengendali tekanan (PCT – 14) ......................... 22

Gambar II. 8.

Panel pengendali tekanan (PCT – 10) ................................................... 23

Gambar II. 9.

Skema rangkaian alat pengendali pH .................................................... 26

Gambar II. 10.

Panel pengendali pH ............................................................................. 26

Gambar II. 11.

Skema rangkaian alat pengendali temperatur (PCT – 13)..................... 30

Gambar II. 12.

Panel pengendali temperatur (PCT – 10) .............................................. 31

Gambar III. 1.

Blok diagram Fungsi Transfer .............................................................. 35

Gambar III. 2.

Fungsi Step ........................................................................................... 35

Gambar III. 3.

Kurva waktu proses dengan dead time ................................................. 37

Gambar III. 4.

Kurva Reaksi First Order Plus Dead Time ........................................... 38

Gambar III. 5.

Model FOPDT metode 1 (Sumber: Smith;Armando, 2006)................. 38

Gambar III. 6.

Model FOPDT metoda 2 (Sumber: Smith;Armando, 2006)................. 39

Gambar III. 7.

Model FOPDT metode 3 (Sumber: Smith;Armando, 2006)................. 40

Gambar III. 8.

Rangkaian alat control regulation level (CRL) ..................................... 41

Gambar III. 9.

Panel pengendali pada supply and conditioning unit CRL ................... 42

Gambar III. 10. Skema rangkaian alat pengendali tekanan (PCT – 14) ......................... 44 Gambar III. 11. Panel pengendali tekanan (PCT – 10)................................................... 44 Gambar III. 12. Skema rangkaian alat pengendali pH.................................................... 47 Gambar III. 13. Panel pengendali pH ............................................................................. 47 Gambar III. 14. Skema rangkaian alat pengendali temperatur (PCT – 13) .................... 52 Gambar III. 15. Panel pengendali temperaur (PCT – 10) ............................................... 65

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

iv

Gambar IV. 1.

Offset untuk Servo Problems ................................................................ 68

Gambar IV. 2.

Offset untuk Regulator Problem ........................................................... 68

Gambar IV. 1.

Blok diagram controler proporsional .................................................... 70

Gambar IV. 2.

Respon sistem sebagai akibat perubahan disturbance (PI control) ....... 72

Gambar IV. 3.

Blok diagram controller diferensial ...................................................... 73

Gambar IV. 4.

Respon sistem pengendali dengan berbagai tipe pengendali ................ 74

Gambar IV. 5.

Respon Underdamped........................................................................... 76

Gambar IV. 6.

Karakteristik respon sistem underdamped – second order system ....... 78

Gambar IV. 7.

Respon dari sistem orde dua pada berbagai nilai damping factor () ... 78

Gambar IV. 8.

Rangkaian alat control regulation level (CRL) ..................................... 79

Gambar IV. 9.

Panel pengendali pada unit CRL .......................................................... 54

Gambar IV. 10. Rangkaian modul alat pengendali tekanan (PCT – 14) ........................ 58 Gambar IV. 11. Skema rangkaian alat pengendali tekanan (PCT – 14) ......................... 58 Gambar IV. 12. Panel pengendali tekanan (PCT – 10)................................................... 72 Gambar IV. 13. Skema rangkaian alat pengendali pH.................................................... 74 Gambar IV. 14. Panel pengendali pH ............................................................................. 74 Gambar IV. 15. Skema rangkaian alat pengendali temperatur (PCT – 13) .................... 77 Gambar IV. 16. Panel pengendali temperatur (PCT – 10).............................................. 78

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

v

DAFTAR TABEL Tabel II. 1. Hasil Pengamatan Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali Aras 20 Tabel II. 2. Hasil Pengamatan Linearitas dan Histerisis pada Pengendali Aras................. 21 Tabel II. 3. Hasil pengamatan korelasi besaran dalam pengendali tekanan ....................... 24 Tabel II. 4. Hasil pengamatan korelasi besaran dalam pengendali pH .............................. 29 Tabel II. 5. Hasil pengamatan korelasi %PO dengan laju alir air panas dalam pengendali suhu ................................................................................................................. 32

Tabel IV. 1. Data percobaan karakteristik pengendali P untuk sistem pengendali aras ...... 55 Tabel IV. 2. Data percobaan karakteristik pengendali PI untuk sistem pengendali aras ..... 56 Tabel IV. 3. Data percobaan karakteristik pengendali PD untuk sistem pengendali aras ... 56 Tabel IV. 4. Data percobaan karakteristik pengendali PID untuk sistem pengendali aras .. 56

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

vi

TATA TERTIB LABORATORIUM 1.

Kehadiran a. Praktikan harus sudah datang kurang-lebih 15 menit sebelum praktikum dimulai. b. Praktikan yang terlambat datang dikenakan sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku, dan sebelum mengikuti praktikum harus menghadap pembimbing. c. Praktikan tidak diperkenankan mengikuti praktikum jika keterlambatan lebih dari 30 menit, dan dianggap alpa. d. Praktikan harus mengikuti semua judul praktikum. Bagi yang tidak mengikuti satu judul atau lebih dengan alasan apapun harus melaksanakan praktikum susulan dengan mengikuti kelas lain atau bekerja sendiri di luar jadwal. e. Praktikan yang harus meninggalkan laboratorium karena sesuatu yang tidak dapat ditunda harus diketahui oleh Pembimbing

2.

Persiapan tertulis dan Pretest a. Praktikan harus membuat ringkasan pelaksanaan praktikum sesuai dengan urutan kerja dilengkapi dengan kolom cek dan kolom catatan pengamatan. b. Praktikan harus membuat daftar alat dan bahan kimia yang akan digunakan,

dilengkapi

dengan

keterangan

mengenai

aspek

K3

(penanganan dan penanggulangan). c. Praktikan harus mengerjakan pretest yang dibuat oleh pembimbing. 3.

Pakaian dan Peralatan K3 a. Praktikan harus mengenakan jas lab atau pakaian kerja yang sesuai dengan benar. d. Praktikan dilarang mengenakan sepatu yang terbuka, beralas licin, dan bertumit (hak) tinggi. e. Praktikan wanita harus mengikat rambut yang panjang. Jas lab dikenakan menutupi rambut / jilbab. f. Praktikan diwajibkan mengenakan alat-alat pelindung diri (APD) yang sesuai jika menangani bahan, alat dan pekerjaan berbahaya.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

1

4.

Setelah praktikum selesai a. Praktikan wajib membersihkan kembali meja dan lantai tempat melaksanakan praktikum dengan sepengetahuan teknisi laboratorium. b. Praktikan wajib mengembalikan alat-alat praktikum kepada teknisi dalam keadaan bersih dan tidak rusak atau cacat (keadaan alat seperti waktu dipinjam). c. Praktikan wajib membuat laporan sementara secara mandiri / berkelompok dengan format sesuai ketentuan pembimbing. d. Praktikan wajib membuat laporan resmi secara mandiri dengan format seperti yang ditetapkan oleh pembimbing / Kepala Laboratorium. Laporan Resmi dikumpulkan pada minggu berikutnya sebagai prasyarat untuk mengikuti praktikum selanjutnya.

5.

Kerusakan Alat a. Alat yang rusak dan pecah selama pelaksanaan praktikum harus segera dilaporkan kepada teknisi untuk dicatat dan mendapatkan ganti sementara waktu. b. Penggantian alat yang rusak / pecah menjadi tanggung jawab individu / kelompok praktikum. c. Penggantian alat yang rusak / pecah paling lambat harus diselesaikan sebelum pelaksanaan kuliah semester berikutnya. Praktikan yang merupakan mahasiswa semester terakhir harus melakukan pengembalian alat paling lambat sebelum pelaksanaan ujian tugas akhir. d. Penggantian alat harus menyertakan bukti pembelian asli. e. Penggantian alat yang bernilai sangat mahal dan di luar jangkauan kemampuan mahasiswa harus dibicarakan dengan Ketua Jurusan. f. Praktikan dalam melakukan penggantian alat dilarang bertransaksi dengan pembimbing maupun teknisi.

6.

Larangan bagi praktikan a. Membawa tas ke dalam laboratorium. b. Makan, minum, merokok di dalam dan ruangan sekitar laboratorium pada jam praktikum.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

2

c. Mengganggu praktikan lain, bergurau dan membuat kegaduhan di dalam laboratorium. d. Melakukan komunikasi menggunakan handphone. e. Membuat percobaan sendiri di luar judul yang dijadwalkan. f. Melakukan percobaan di luar laboratorium atau membawa alat keluar dari laboratorium tanpa seijin Kepala Laboratorium dan Ketua Jurusan g. Membuang sampah sembarangan serta membuang sampah padat maupun limbah / sisa praktikum ke dalam wastafel.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

3

BAB I.

PENENTUAN VARIABEL DAN LOGIKA PROSES BERPENGENDALI

I.1 Capaian Pembelajaran Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa dapat (1) menyebutkan variabelvariabel pada masing-masing pengendali;

(2) menjelaskan logika proses

pengendali serta menganalogikan dalam blok diagram proses; (3) menggambarkan P&ID masing-masing proses pengendali; dan (4) menentukan jenis proses pengendali (direct / reverse). I.2 Teori Percobaan

Aktivitas

Instrumentasi merupakan peralatan yang digunakan untuk 1. Sebutkan 7 (tujuh) alasan untuk menunjang sebuah sistem dalam menjalankan proses tertentu melakukan otomatisasi dalam untuk tujuan tertentu pula. Setiap kegiatan proses dalam sebuah proses produksi di sistem di industri senantiasa membutuhkan peralatan–peralatan industri! otomatis untuk mengendalikan parameter–parameter Jawab: a. ... prosesnya. Otomatisasi tidak saja diperlukan demi kelancaran b. ... operasi, keamanan, ekonomi, maupun mutu produk, tetapi lebih c. ... d. ... mengutamakan pada kepentingan penggunaan manusia (user) e. ... sebagai kontrol manual, kecepatan, kualitas, serta kuantitas f. ... g. ... yang dihasilkan dibandingkan dengan menggunakan kontrol

A

manual, dalam hal ini manusia sebagai pengendali dan pelaku keputusan. Hampir semua proses industri dalam menjalankan proses 2. Variabel yang umum ditemui produksinya membutuhkan bantuan sistem pengendali, dalam proses industri, antara contohnya pengendalian di suatu proses pengilangan minyak. lain: Proses di suatu pengilangan minyak tidak mungkin dapat a. ... dijalankan tanpa bantuan fungsi sistem pengendalian. Terdapat b. ... c. ... banyak variabel yang harus dikendalikan di dalam suatu proses, d. ... diantaranya yang paling umum adalah tekanan (pressure) di dalam sebuah vessel atau pipa, aliran (flow) di dalam pipa, suhu (temperature) di unit proses seperti heat exchanger, atau permukaan zat cair (level) di sebuah tangki. Beberapa

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

4

parameter lain di luar keempat elemen di atas terkadang juga cukup penting dan perlu dikendalikan karena kebutuhan spesifik proses, diantaranya: pH, Velocity, berat jenis, dan lain sebagainya. Gabungan serta kerja alat–alat pengendali yang bekerja secara 3. Sebuah sistem pengendali otomatis otomatis itulah yang dinamakan dengan sistem pengendalian terdiri dari: proses (proses control system), sedangkan semua peralatan a. ... b. ... yang membentuk sistem pengendali disebut instrumentasi c. ... pengendali proses (process control instrumentation). d. ... Pengendalian manual (dengan campur tangan operator) hanya digunakan pada beberapa aplikasi tertentu. Dalam sistem pengendalian proses, peran operator dalam sistem pengendali manual digantikan oleh sebuah alat yang 4. Buat sketsa sederhana yang disebut controller. Tugas pelaksana keputusan (aksi control menggambarkan hubungan dari valve) tidak lagi dilakukan oleh operator (manusia), tetapi atas komponen jawaban perintah controller yang operasinya dikendalikan oleh user. soal no.3. Untuk keperluan pengendalian otomatis, valve harus dilengkapi dengan alat yang disebut actuator, sehingga unit valve sekarang menjadi unit yang disebut control valve. Pengambilan keputusan dilakukan berdasarkan informasi yang diperoleh dari alat ukur (sensor). I. 2. 1. Sistem Pengendalian Otomatis Dalam mengendalikan suatu proses, operator harus melakukan 4 langkah pengendalian yaitu mengukur, membandingkan, menghitung dan mengoreksi. Misalnya pada pengendalian level pada suatu tangki, operator harus mengamati ketinggian level, artinya operator sedang melakukan langkah mengukur process variable (PV). Dalam hal ini yang berperan sebagai PV adalah

5. Definisi process

variable adalah ...

tinggi level pada tangki. langkah 6. Definisi set point adalah ... membandingkan, apakah hasil pengukuran tadi sesuai dengan 7. Definisi error adalah ... apa yang dikehendakinya. Besar PV yang dikehendaki disebut Selanjutnya,

operator

akan

melakukan

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

5

set point (SP). Apabila terjadi selisih antara PV dan SP, maka selisih tersebut disebut error. ERROR = SET POINT- PROCESS VARIABLE Apabila SP lebih besar daripada PV, maka error memiliki 8. Dalam sistem pengendalian harga positif dan sebaliknya. Kemudian setelah dilakukan otomatis, keempat langkah langkah membandingkan, operator akan menghitung dan pengendalian memperkirakan berapa bukaan valve yang seharusnya. dilakukan oleh controller. Beri Selanjutnya operator melakukan langkah mengoreksi dengan penjelasan mengubah bukaan valve sesuai hasil perhitungan. pernyataan tersebut benar atau salah! Keempat langkah pengendalian tersebut apabila dilakukan oleh (Hubungkan dengan instrumentasi pengendalian proses disebut sistem pengendalian pertanyaan no.3) otomatis. Dalam hal ini, operator hanya akan menentukan SP saja. (Frans Gunterus, 1994) Ada tiga jenis sistem pengendali otomatis: 9. Jelaskan perbedaan

1. Open Loop Suatu sistem kontrol yang keluaranya tidak berpengaruh

sisten open loop dan closed loop.

terhadap aksi pengontrolan. Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaranya tidak diumpan–balikkan ke parameter pengendali. 2. Close Loop Suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendali yang dilakukan. Sinyal kesalahan yang merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik, Lalu diumpankan pada komponen pengendali untuk memperkecil kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang diinginkan. Keuntungannya adalah adanya pemanfaatan nilai umpan balik yang dapat membuat respon sistem kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem. Kerugiannya adalah tidak dapat mengambil aksi perbaikan terhadap suatu gangguan sebelum gangguan tersebut mempengaruhi nilai prosesnya.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

6

3. Cascade Loop Sistem kendali dengan beberapa loop yaitu loop primer dan loop sekunder. Loop yang terdapat pada bagian luar disebut Loop primer, sedangkan loop sekunder adalah loop yang terdapat pada bagian dalam rangkaian pengendali. Misalnya,

10. Berdasar uraian di

samping, gambarkan sketsa sederhana dari sistem pengendali tipe cascade loop.

sebuah pengendali level suatu proses dengan kondisi level yang terjadi tidak sesuai dengan set point yang ditentukan maka output dari pengendali akan dideteksi oleh elemen kontrol (Level Transmitter) lalu dirim ke kontroller level sebagai umpan balik dari kondisi yang terjadi. Keluaran dari kontroler level ini akan dimanfaatkan sebagai set point untuk menentukan laju aliran proses yang keluar dari kolom variabel. Keuntungannya, sistem ini dapat mempercepat respon dari kerja sistem secara keseluruhan bila terjadi suatu kesalahan yang bisa mengakibatkan sistem pengendalian proses semakin stabil. Hal ini dapat terjadi karena adanya pengiriman informasi tentang kondisi yang terjadi lebih awal melalui variabel aliran proses sehingga jika terjadi gangguan pada aliran proses akan segera diperbaiki sebelum mengganggu pada bagian kontrol ketinggian. I. 2. 2. Elemen – elemen Sistem Pengendalian Otomatis Dalam sistem pengendalian diperlukan diagram kotak yang akan digunakan untuk menentukan transfer function-nya. Di dalam diagram kotak ini terdapat elemen – elemen pokok sistem pengendalian antara lain : 

Proses (process) Merupakan tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu, misalnya heat exchanger.



Controlled Variable Merupakan besaran yang dikendalikan atau disebut juga process variable- PV, misalnya temperatur air panas

11. Berdasar uraian di

samping, a. Sebutkan elemen sistem pengendali otomatis yang termasuk dalam kategori variabel proses b. Sebutkan elemen sistem pengendali otomatis yang termasuk dalam kategori komponen pengendali

yang keluar heat exchanger.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

7



c. Susun semua elemen tersebut Merupakan input dari suatu proses yang dapat diubah – dalam suatu diagram! ubah besarnya supaya PV sama dengan SP. Bandingkan hasil  Sensing Element gambar anda dengan Gambar I.1 Merupakan bagian yang berperan untuk melakukan Manipulated Variable (MV)

pengukuran sehingga biasa disebut sensor. 

Transmitter Merupakan alat yang berfungsi membaca sinyal sensing element dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller.



Measurement Variable Merupakan sinyal yang keluar dari transmitter.



Set Point - SP Merupakan besar process variable yang dikehendaki.



Error Selisih antara SP danPV.



Controller Merupakan elemen yang mengerjakan tiga langkah sekaligus dalam sistem pengendalian otomatis yaitu membandingkan

set

point

dengan

measurement

variable, menghitung berapa error yang dihasilkan dan mengeluarkan sinyal koreksi. 

Load Besaran lain, selain manipulated variable, yang dapat berubah – ubah sehingga dapat mengubah controlled variable atau PV.



Control Valve Merupakan final control element yang berfungsi mengubah

measurement

variable

dengan

cara

memanipulasi besarnya bukaan valve berdasarkan perintah controller. (Frans Gunterus, 1997).

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

8

Gambar I. 1. Blok diagram proses berpengendali sistem tertutup (Frans Gunterus, 1997). I. 2. 3. Konfigurasi Pengendalian Jenis konfigurasi sistem pengendalian proses yang banyak dikenal meliputi: 12. Beri contoh sistem

A. Feedback Control Configuration Konfigurasi ini mengukur secara langsung variabel yang dikendalikan untuk mengatur harga variabel yang dimanipulasi. Tujuan pengendalian ini adalah mempertahankan variabel yang dikendalikan pada level yang diinginkan (set point). Sebagian besar

instrumentasi

pada

proses

produksi

di

industri

menggunakan konfigurasi pengendalian feedback. Sebagai contoh pembuatan formaldehid dan hidrogen peroksida

pengendali di industri yang menggunakan konfigurasi feedback! Beri penjelasan terkait dengan PV, SP, MV serta elemen lain dalam sistem pengendali tersebut!

berbahan baku metanol dengan reaksi enzimatik. Pengendalian temperatur, pengendalian ketinggian, pengendalian perbedaan tekanan,

dan

pengendalian

tekanan,

sebagian

besar

menggunakan konfigurasi feedback. disturbance

Set point

+

Pengendali

Final control elemen

Proses

Process variable

-

measurement

Gambar I. 2. Diagram Input-Output Pengendalian Feedback

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

9

13. Beri contoh sistem

B. Feedforward Control Configuration Proses control yang memanfaatkan pengukuran langsung pada disturbance untuk mengatur harga variabel yang akan dimanipulasi. Tujuan pengendalian adalah menghilangkan disturbance sebelum proses berlangsung dan mempertahankan output variable yang dikontrol pada nilai yang diharapkan. Karakteristik dari Feedfoward Control adalah tidak dapat mengatasi semua disturbance, apalagi kalau terlalu banyak

pengendali di industri yang menggunakan konfigurasi feedforward! Beri penjelasan terkait dengan PV, SP, MV serta elemen lain dalam sistem pengendali tersebut!

maka sulit mengendalikan. Pengendali

Set point

Final control elemen Proses disturbance

Gambar I. 3. Diagram Input-Output Pengendalian Feedforward

I.3 Peralatan percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. CRL (Control Regulation Level) 2. CRpH (Control Regulation pH) 3. Pengendali Tekanan 4. Pengendali Suhu (PCT – 13)

I.4 Prosedur Percobaan Prosedur percobaan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut: 1.

Amati masing-masing pengendali dan cara kerjanya

2.

Gambarkan P&ID proses, jelaskan logika proses pengendalian serta tuliskan variabel dari masing-masing pengendali

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

10

I.5 Hasil Percobaan Hasil percobaan untuk masing – masing pengendali disajikan dalam bentuk seperti tabel berikut. Tabel I. 1. Hasil percobaan pengendali _________________________ (____________________controller) Gambar P&ID

Penjelasan Proses

Variabel Pengendali

Analogi proses dalam blok diagram

Direct/Reverse Proses

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

12

BAB II.

KORELASI ANTARA BESARAN-BESARAN PADA PENGENDALI

II.1

Capaian Pembelajaran

Setelah melaksanakan percobaan ini, mahasiswa dapat (1) Mencari korelasi antara input dan output pada sistem pengendali dan (2) Mendapatkan karakteristik masing-masing elemen pada sistem pengendali [yang memungkinkan].

II.2 Teori Percobaan

Aktivitas

Gambar II.1 menunjukkan blok diagram proses berpengendali 1. Tentukan variabel input dan output sistem tertutup. Dari gambar tersebut dapat diperkirakan dari masing-masing komponen pengaruh perubahan set point (SP) ataupun disturbance pengendali yang terhadap respon dari proses (process variable – PV). terdapat pada Gambar II.1! Masing - masing komponen dari blok diagram mempunyai masukan dan keluaran dengan satuan yang bisa saja berbeda. Sebagai contoh

pada

blok diagram final control element

(FCE) yang menjadi masukan adalah % PO sedangkan keluarannya adalah manipulated variable - MV, seperti terlihat pada gambar II.2. Korelasi antara masukan dan keluaran dari masing – masing komponen pengendali perlu dicari untuk mengetahui hubungan antara keduanya, apakah memiliki korelasi positif (penambahan variabel input akan diikuti dengan penambahan variabel output) ataukah sebaliknya.

Disturbance

SP

Controller

Final Control Element (FCE)

MV

Process

CV

Sensor

Gambar II. 1.

Blok diagram proses berpengendali sistem tertutup

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

13

% PO Gambar II. 2.

MV

FCE

Masukan dan keluaran dari blok final control element (FCE)

II.2.1 Linearitas Idealnya, semua sistem pengukuran maupun elemen-elemen yang ada di sistem pengendalian menghasilkan output yang selalu sebanding dengan input. Tidak peduli di daerah mana sistem beroperasi. Kalau input besarnya 10%, output juga harus 10%. Kalau input besarnya 20%, maka output juga harus 20%.

2. Tentukan variabel

input dan output dari masing-masing elemen sisten pengendali yang terdapat pada Gambar II.1!

Demikian seterusnya, sampai input mencapai skala 100% dan output juga mencapai skala 100%. Secara grafis, bila hubungan input-output itu digambarkan pada sumbu X-Y akan diperoleh kurva seperti dalam Gambar II.3. Suatu elemen dikatakan linear apabila kurva input vs output membentuk garis lurus seperti yang ada pada Gambar II.3. Sayangnya, bentuk linear yang ideal seperti pada gambar itu nyaris tidak pernah dapat ditemukan. Biasanya, bentuk kurva tidak lurus, mungkin sedikit melengkung atau berkelok-kelok. Tetapi, ketidaklurusan ini masih ada di dalam batas-batas yang bias dianggap linear. Penyimpangan dari garis linear ideal itulah yang disebut linearitas atau linearity.

Gambar II. 3. Kurva linear yang ideal (Sumber: Frans Gunterus, 1997)

Gambar II. 4. Linearitas (Sumber: Frans Gunterus, 1997)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

14

Sebuah elemen dikatakan mempunyai linearitas 1% apabila 3. Berdasarkan uraian di samping, beri kurva hubungan input vs output sedikit berkelok-kelok, namun penjelasan singkat apakah Gambar II.5 selisih lengkungan ke atas dan ke bawahnya masih ada dalam (a) dan (b) batas-batas + 1%, seperti terlihat dalam Gambar II.4. termasuk linear atau tidak! Dengan demikian penentuan linear atau tidaknya suatu elemen adalah berdasarkan lurus atau tidaknya bentuk kurva hubungan input-output tadi. Kalau garis kurvanya tidak lurus, unit elemennya dikatakan tidak linear. Sedangkan kalau garis kurvanya lurus, unit elemennya dikatakan linear. Dalam aplikasinya ditemuai banyak bentuk kurva tidak linear (non-linear), ada yang berbentuk lengkungan parabola, ada yang berbentuk lengkungan garis asimtot, ada pula yang berbentuk garis berkelok-kelok. Dengan demikian, apabila garis kurvanya tidak lurus, elemennya dikategorikan tidak linear. Syarat suatu elemen dikatakan linear menjadi diperlunak, mengingat dalam prakteknya sulit menemukan kurva linear yang ideal. Titik awal linear tidak perlu lagi dimulai dari 0% dan berakhir di 100%, namun bisa saja dimulai di 10% dan diakhiri di 80%. Jadi, sebuah control valve yang linear di daerah 40% sampai 75%, kalau garis hubungan antara sinyal input dengan flow yang melalui control valve digambarkan, kurva itu hanya lurus di daerah 40% sampai 75%.

(a) (b) Gambar II. 5. Contoh kurva linearitas control valve (https://www.globalspec.com/pfdetail/valves/flow)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

15

II.2.2 HYSTERISIS Gejala hysteresis pada sebuah instrument atau sistem pengukuran dapat dilihat pada waktu ia beroperasi secara dua arah. Gejala ini lebih mudah diterangkan melalui gambar. Gambar II.6 (a) menunjukkan dua kurva yang hampir berhimpitan. Kurva yang satu ditandai dengan panah ke atas

4. Berdasarkan uraian

di samping, beri penjelasan untuk Gambar II. 6 (b)! Kurva mana yang lebih baik dalam aplikasi sistem pengendali?

dan yang lain ditandai dengan panah ke bawah. Hubungan input-output, tergantung dari arah mana perubahan terjadi. Pada waktu input berubah dari 0% menuju 100%, hubungan input-output akan mengikuti kurva dengan tanda anak panah ke atas. Sebaliknya, pada waktu input berubah dari 100% menuju 0%, hubungan input-output mengikuti kurva dengan tanda anak panah ke atas. Gejala hysterisis terjadi pada banyak elemen sistem pengendalian yang mengandung unsur mekanis, khususnya control valve. Marilah kita ikuti apa yang terjadi pada waktu sinyal input ke control valve naik dari 0% menuju ke 100% dan pada waktu sinyal input ke control turun dari 100% menuju ke 0%. Pada waktu sinyal naik, posisi bukaan control valve tertinggal di 24% walaupun input sudah 25%. Pada waktu input naik sampai 50%, posisi bukaan control valve tertinggal di 48% walaupun input sudah 50%. Demikian seterusnya, posisi control valve benar-benar sama dengan input setelah sinyal mencapai 100%. Hal sebaliknya terjadi pada waktu input berubah dari 100% menuju ke 0%. Pada waktu input turun dari 100% ke 75%, posisi bukaan control valve tertinggal di 76% walaupun input sudah 75%. Dan pada waktu input turun dari 75% ke 50%, posisi bukaan control valve tertinggal di 52% walaupun input 50%. Demikian seterusnya, posisi bukaan control valve baru benar-benar sama dengan input setelah input menjadi 0%, atau control valve tertutup rapat.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

16

(a)

(b)

Gambar II. 6. Kurva hysterysis (a) Sumber: Frans Gunterus, 1997; (b) Sumber: Mohamed_Edardar%2Fpublication

Gejala hysterisis sebenarnya juga salah satu dari jenis error (kesalahan baca). Hanya saja error disini tidak konstan besarnya, dan tergantung ke arah mana input berubah. Namun, gejala hysterisis seperti halnya linearitas, tidak dapat diungkapkan dalam bentuk transfer function. Kalau gejala ini harus diungkapkan perlu banyak transfer function untuk satu elemen. Mengapa demikian, karena gain elemen tidak linear sangat tergantung pada daerah dimana elemen beroperasi.

II.3

PERCOBAAN 1 : Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali Aras (Level) Cairan

II.3. 1. Peralatan Percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1.

Seperangkat CRL (Control Regulation Level)

2.

PC (Personal Computer)

3.

Kompresor

4.

Printer

II.3. 2. Gambar Alat Gambar II. 6. menunjukkan rangkaian alat control regulation level (CRL). Prosedur kerja yang diuraikan di bawah mengacu pada gambar tersebut.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

17

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 (optional, code 916940) 9. Supply and conditioning unit 10. Personal computer 11. Reservoir 12. Drainage valve 13. P/I tranducer 14. Drainage electric valve Gambar II. 7.

Rangkaian alat

control regulation level (CRL)

II.3. 3. Prosedur Percobaan A. Persiapan a. Periksa kelengkapan alat pengendali level (CRL) dan komputer (lihat gambar 6), pastikan semua kelengkapan sudah terhubung dengan benar. b. Periksa air yang terdapat di tangki penampung, tambahkan air jika tangki penampung kosong. c. Tekan tombol “Main Switch” (lihat gambar 6, no.9) pada CRL. d. Hidupkan personal computer (PC), buka aplikasi pengendali aras. e. Klik tab “File”, pilih “New”. Pilih menu pengendali “PID”, klik “OK”. Pada menu pengisian parameter, biarkan semua isian yang tertera dan klik “OK”. B. Pengoperasian a. Atur bukaan pompa (%PO) – 0% dari PC. b. Arahkan tombol PC control di CRL (lihat gambar 6, no.9) pada tulisan “PC”. c. Lakukan perubahan %PO dengan interval kenaikan 10% hingga %PO mencapai 100%.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

18

d. Setiap kenaikan 10 %, catat ketinggian air pada tangki penampung (lihat gambar 6, no.11) serta waktu yang dibutuhkan, serta tekanan pada barometer (lihat gambar 6, no.6). C. Mengamati Linearitas dan Hysterisis a. Atur / setting alat pada kondisi manual (lihat gambar.6, no.9. tombol kanan bawah b. Tutup Valve air keluar tangki (V2) c. Atur Bukaan Valve Air Masuk (dari Komputer) pada posisi 10 % d. Atur tombol “Control Switch“ pada posisi “Manual” e. Nyalakan stopwatch dan alirkan selama selang waktu tertentu, misalkan 5 menit f. Catat ketinggian air yang terbaca g. Ulangi langkah di atas untuk berbagai harga Bukaan Valve (Pr) sampai posisi 100 (%) h. Ulangi langkah 8 – 12 untuk nilai bukaan valve dari 100 % ke 0 % D. Mematikan a. Pindahkan tombol PC control di CRL (lihat gambar 6, no.9) pada tulisan “0”, tunggu hingga air pada tangki penampung habis. b. Tutup aplikasi pengendali aras. c. Matikan PC d. Matikan alat pengendali aras dengan menekan tombol “Main Switch” (lihat gambar 6, no.9)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

19

II.3. 4.

Hasil Percobaan

No. 1.

Tabel II. 1. Hasil Pengamatan Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali Aras % PO % PO Waktu, Initial Level Waktu, Laju alir Tekanan Initial Level Laju alir Tekanan t 3 Actuating air (cm) t (menit) (cm /menit) (Psi) Actuating air (cm) (cm3/menit) (Psi) (menit) Signal Signal 0 100

2.

10

90

3.

20

80

4.

30

70

5.

40

60

6.

50

50

7.

60

40

8.

70

30

9.

80

20

10.

90

10

11.

100

0

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

20

Tabel II. 2. No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Hasil Pengamatan Linearitas dan Histerisis pada Pengendali Aras % PO % PO Initial Initial Level air (cm) Level air (cm) Actuating Actuating Signal Signal 10 100 20 90 30 80 40 70 50 60 60 50 70 40 80 30 90 20 100 10

II.3. 5. Pembahasan 1. Buat grafik yang menunjukkan korelasi / hubungan dari masing – masing

besaran yang ada! 2. Beri penjelasan tentang linearitas dan hysterisis berdasarkan grafik / kurva

yang ada!

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

21

II.4

PERCOBAAN 2 : Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali Tekanan

II.4. 1. Peralatan Percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. PCT – 14 (modul proses pengendalian tekanan) 2. PCT – 10 (electrical console) 3. Kompresor 4. Recorder

II.4. 2. Gambar Alat Gambar II. 7. menunjukkan skema rangkaian alat pengendali tekanan. Prosedur kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut, sedang Gambar II. 8. menunjukkan panel pengendali pada PCT – 10.

Gambar II. 8.

Skema rangkaian alat pengendali tekanan (PCT – 14)

Keterangan gambar : V1, V2 = Pressure regulator valve

V7 = Relief valve

V3, V4, V5, V6 = Selector valve

P1, P2, P3, P4 = Pressure gauge Indicator

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

22

2 1

Gambar II. 9.

Panel pengendali tekanan (PCT – 10)

II.4. 3. Prosedur Percobaan A. Persiapan a. Buka main valve udara tekan dan pastikan tidak terjadi kebocoran di sistem pengendalian tekanan b. Hidupkan alat pengendali tekanan (PCT-14 + PCT – 10) dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar II. 8., no. 1) c. Tutup V3, V5, V6. d. Buka V1, V2, V4, atur P1 = 22 psig dengan mengubah V1 dan atur P3 = 8 psig pada dengan mengubah V2. B. Pengoperasian a. Atur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT – 10 (lihat Gambar II. 8., no. 2) b. Atur bukaan valve (%PO) – 0%. c. Lakukan perubahan %PO dengan interval kenaikan 10% hingga %PO mencapai 100%. d. Setiap kenaikan 10%, catat %PV pada panel pengendali (lihat Gambar II. 8. no 2), besar tekanan yang terbaca pada P4, dan laju alir udara keluar dari sistem pengendalian tekanan. e. Ulangi langkah a – d, dengan perubahan %PO dari 100% menuju ke 0% untuk mengetahui histerisis dan linearitas pengendali tekanan. f. Buatlah grafik hubungan antara %PO dan %PV, %PO dan nilai P4 (tekanan), serta %PO dan laju alir udara keluar.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

23

C. Mengamati Linearitas dan Hysterisis a. Atur controller pada operasi manual b. Atur bukaan valve (PO) dari 0 % c. Lakukan perubahan PO dengan interval kenaikan 10 % hingga PO mencapai 100 % d. Catat perubahan pada kecepatan gas, tekanan, dan % PV e. Ulangi langkah 2 – 4 untuk nilai bukaan valve (PO) dari 100 % ke 0 % D. Mematikan a. Matikan alat pengendali tekanan dengan menekan tombol “main switch”. b. Tutup main valve udara tekan.

II.4. 4. Hasil Percobaan Tabel II. 3.

No.

%PO Initital actuating signal

Hasil pengamatan korelasi besaran dalam pengendali tekanan

%PV

P4 (psi)

Laju alir udara keluar ( )

P2 (psi)

%PO Initital actuating signal

1.

0

100

2.

10

90

3.

20

80

4.

30

70

5.

40

60

6.

50

50

7.

60

40

8.

70

30

9.

80

20

10.

90

10

11.

100

0

%PV

P4 (psi)

Laju alir udara keluar ( )

P2 (psi)

II.4. 5. Pembahasan 1. Buat grafik yang menunjukkan korelasi / hubungan dari masing – masing

besaran yang ada!

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

24

2. Beri penjelasan tentang linearitas dan hysterisis berdasarkan grafik / kurva

yang ada!

II.5

PERCOBAAN 3 : Korelasi antara Besaran – Besaran pada

Pengendali pH II.5. 1. Peralatan Percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. Seperangkat alat pengendali pH 2. Personal computer (PC) 3. Gelas ukur 25 ml 1 buah 4. Stopwatch

II.5. 2. Gambar Alat Gambar II. 9. menunjukkan skema rangkaian alat pengendali pH. Langkah kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut, sedang Gambar II. 10. menunjukkan panel pengendali pada pengendali pH.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

25

Gambar II. 10.

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

Gambar II. 11.

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Collection Tank Signal Transmiter pH Feed tank drain valve Collection tank drain valve Sample taking tank 0,15 l Flow meters Personal Computer Electric apparatus Printers Main switch

Panel pengendali pH

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

26

II.5. 3. Prosedur Percobaan II.5.3.1.

Percobaan 1 : Korelasi antara skala kecepatan pompa (pump

speed) dan keluaran (output) pompa peristaltik pada pengendali pH A. Persiapan a. Isi botol penampung NaOH dengan air kran hingga volume 2 liter b. Hidupkan alat pengendali pH (CRpH) dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar II. 10. no. 19) c. Hidupkan personal computer (PC), pilih program CRpH, klik tab “File”, pilih “New”, pilih menu pengendali PID, klik OK pada tampilan pengisian parameter. B. Pengoperasian a. Atur persen bukaan pompa (%PO) – 0%. b. Arahkan tombol “Pump ON/OFF setter” (lihat Gambar II. 10. no.24) pada posisi “ON”. c. Arahkan tombol “PC commutator” (lihat Gambar II. 10. no.27) pada tulisan “PC” bersamaan dengan menampung air yang keluar dari pompa sampai volume 10 ml. d. Catat waktu yang diperlukan e. Pindahkan tombol “PC commutator” (lihat Gambar II. 10. no.27) pada tulisan “Minireg” f. Atur persen bukaan pompa menjadi 10%, ulangi langkah b – e. g. Ulangi pengaturan persen bukaan pompa sampai 100% dengan interval 10%. h. Hitung laju alir keluaran pompa peristaltik dan buat kurvanya. C. Mematikan a. Arahkan tombol “Pump ON/OFF setter” (lihat Gambar II. 10. no.24) pada posisi “OFF”. b. Tutup program CRpH dan matikan PC c. Matikan alat pengendali pH dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar II. 10. no.19)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

27

II.5.3.2.

Percobaan 2: Korelasi antara skala kecepatan pompa (pump

speed) dan keluaran (output) pompa peristaltik pada pengendali pH A. Persiapan a. Isi botol penampung NaOH dengan air kran hingga volume 2 liter b. Hidupkan alat pengendali pH (CRpH) dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar II. 10. no. 19) c. Hidupkan personal computer (PC), pilih program CRpH, klik tab “File”, pilih “New”, pilih menu pengendali PID, klik OK pada tampilan pengisian parameter. B. Pengoperasian a. Atur laju alir keluaran pompa peristaltik dengan memutar tombol “Pump Speed” (lihat Gambar II. 10. no.29) pada posisi 0. b. Arahkan tombol “Pump ON/OFF setter” (lihat Gambar II. 10 no.24) pada posisi “ON”. c. Tampung air yang keluar dari pompa sampai volume 10 ml, dan catat waktu yang diperlukan d. Ulangi langkah a – c hingga skala “Pump Speed” menunjukkan skala 10 e. Hitung laju alir keluaran pompa peristaltik dan buat kurvanya. C. Mematikan a. Arahkan tombol “Pump ON/OFF setter” (lihat Gambar II. 10. no.24) pada posisi “OFF”. b. Tutup program CRpH dan matikan PC c. Matikan alat pengendali pH dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar II. 10. no.19)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

28

II.5. 4. Hasil Percobaan Tabel II. 4.

No.

Hasil pengamatan korelasi besaran dalam pengendali pH

%PO peristaltic pump

Volume air kran yang ditampung (ml)

Waktu, t (menit)

Laju alir keluaran pompa peristaltik (ml/min)

%PO peristaltic pump

Volume air kran yang ditampung (ml)

Waktu, t (menit)

Laju alir keluaran pompa peristaltik (ml/min)

1

2

3

4 = 2/3

1

2

3

4 = 2/3

1.

0

0

2.

10

10

3.

20

20

4.

30

30

5.

40

40

6.

50

50

7.

60

60

8.

70

70

9.

80

80

10.

90

90

11.

100

100

II.5. 5. Pembahasan 1.

Buat grafik yang menunjukkan korelasi / hubungan dari masing – masing besaran yang ada!

2.

Beri penjelasan tentang linearitas dan hysterisis berdasarkan grafik / kurva yang ada!

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

29

II.6 PERCOBAAN 4 : Korelasi antara Besaran – Besaran pada Pengendali Temperatur II. 6. 1.

Peralatan Percobaan

Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. PCT – 13 (modul proses pengendalian temperatur) 2. PCT – 10 (electrical console) 3. Thermostat 4. Recorder

II. 6. 2.

Gambar Alat

Gambar II. 11. menunjukkan skema rangkaian alat pengendali tekanan. Langkah kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut, sedang Gambar II. 12. menunjukkan panel pengendali pada PCT – 10.

Gambar II. 12.

Skema rangkaian alat pengendali temperatur (PCT – 13)

Keterangan gambar : V1, V2 = Flow regulator valve F1, F2 = Flow indicator

V3 = Drain valve TC1 , TC2, TC3, TC4 = Thermocouple

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

30

2 1

Gambar II. 13.

Panel pengendali temperatur (PCT – 10)

II. 6. 3. Prosedur Percobaan A. Persiapan a. Nyalakan thermostat dan pastikan air yang berada di dalam tangki thermostat dalam jumlah yang mencukupi. b. Periksa semua sambungan peralatan yang ada, khususnya sambungan dari pengendali (PCT – 10) ke motor positioner & dari motor positioner ke socket pada panel depan PCT-13 (terhubung dengan kabel khsusus berwarna hitam). c. Nyalakan alat pengendali temperatur, PCT – 10 dan recorder. d. Atur kecepatan kertas recorder pada kecepatan 30 cm/jam. e. Buka valve V1 sehingga laju alir air dingin masuk (terbaca di F1) sebesar 150 cm3/jam, jaga agar konstan selama proses. f. Buka valve V2 maksimum. B. Pengoperasian a. Atur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT – 10 (lihat Gambar II. 12, no. 2) b. Atur bukaan valve (%PO) – 0%.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

31

c. Lakukan perubahan %PO dengan interval kenaikan 10% hingga %PO mencapai 100%. d. Setiap kenaikan 10%, catat laju alir panas masuk alat penukar panas (heat exchanger) – terbaca di F2, pada sistem pengendali temperatur e. Ulangi langkah a – d, dengan perubahan %PO dari 100% menuju ke 0% untuk mengetahui histerisis dan linearitas pengendali tekanan. f. Buatlah grafik hubungan antara %PO laju alir air panas. C. Mematikan a. Matikan alat pengendali temperatur dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar II. 12. no 2). b. Tutup V1 dan V2, dan matikan thermostat

II. 6. 4. Data Pengamatan Tabel II. 5.

Hasil pengamatan korelasi %PO dengan laju alir air panas dalam pengendali suhu

1.

%PO Initial actuating signal 0

2.

10

90

3.

20

80

4.

30

70

5.

40

60

6.

50

50

7.

60

40

8.

70

30

9.

80

20

10.

90

10

11.

100

0

No.

Laju alir air panas (cm3/jam)

%PO Initial actuating signal 100

Laju alir air panas (cm3/jam)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

32

II. 6. 5. Pembahasan 1. Buat grafik yang menunjukkan korelasi / hubungan dari masing – masing besaran yang ada! 2. Beri penjelasan tentang linearitas dan hysterisis berdasarkan grafik / kurva yang ada!

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

33

BAB III.

PENENTUAN FUNGSI HANTAR SISTEM PENGENDALI

III. 1. Capaian Pembelajaran Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa dapat menentukan Transfer Function (Fungsi Hantar) masing - masing proses pengendali dengan metoda kurva reaksi.

III. 2. Teori Percobaan

Aktivitas

Dalam sistem pengendalian terdapat process variable (PV) 1. Berdasarkan pemahaman anda yang cepat berubah dengan berubahnya manipulated variable tuliskan kembali pengertian transfer (MV) dan ada pula yang lambat berubah. Sifat-sifat proses ini function (fungsi disebut dinamika proses. Secara kuantitatif, dinamika proses hantar)! 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.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

34

input

output

Gambar III. 1. Blok diagram Fungsi Transfer

Gambar III. 2. Fungsi Step (Sumber: Coughanowr, 1991)

Bentuk persamaan diferensial ini dikelompokkan berdasarkan 2. Cari dan tuliskan masing-masing satu banyaknya pangkat pesamaan diferensial yang ada dalam contoh persamaan yang transfer function. Semakin banyak pangkat pada persamaan menggambarkan diferensial, semakin lambat dinamika proses. Sebuah elemen proses orde satu, proses orde dua, proses kemudian dinamai proses orde satu (first-order serta proses orde process) karena persamaan diferensialnya berpangkat satu. banyak! Dinamai proses orde dua (second-order process) karena persamaan diferensialnya berpangkat dua. Dinamai proses orde banyak

(higher-order

process)

karena

persamaan

diferensialnya berpangkat banyak. Fungsi transfer masing-masing elemen pengendalian proses dapat dicari pada saat kondisi manual. Fungsi transfer yang diperoleh dapat menunjukkan karakteristik proses, berupa respon orde satu, orde satu plus dead time, orde dua atau proses inverse dengan memberikan masukan berupa fungsi step. III. 2. 1. Respon Input Sistem Orde Satu (Fungsi Step) Cara penentuan model dinamis proses yang paling mudah adalah menentukan parameter waktu perlambatan (dead time), waktu konstan (time konstan), koefisien peredaman dan sebagainya. Parameter tersebut ditentukan secara eksperimen dengan cara memberikan gangguan fungsi step, dimana profil variabel berubah X(t) sebagai fungsi waktu digambarkan pada

3. Model dinamis

proses digambarkan dengan parameter a. ... b. ... c. ... d. ...

Gambar III.2.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

35

Grafik X(t) dapat digunakan untuk menentukan fungsi transfer 4. Dengan bahasa anda, tuliskan G(s) yang akan memberikan respon fungsi step. G(s) sebanding definisi fungsi step! dengan polinomial s, dengan gain pada kondisi steady state Kp dan waktu perlambatan D, seperti dinyatakan dalam persamaan [III.1] dan [III.2]. 𝐺(𝑠) = 𝐾𝑝 = 𝐾𝑝

𝑍(𝑠) ∙𝑒 −𝐷𝑠

[III.1]

𝑃(𝑠) (𝜏𝑧1 𝑠+1)(𝜏𝑧2 𝑠+1)…(𝜏𝑧𝑀 𝑠+1)∙𝑒 −𝐷𝑠 (𝜏𝑝1 𝑠+1)(𝜏𝑝2 𝑠+1)…(𝜏𝑝𝑁 𝑠+1)

[III.2]

Gain pada kondisi steady state, Kp lebih mudah ditentukan berdasarkan perbandingan besarnya masukan fungsi step ΔQ. Waktu perlambatan dapat juga ditentukan dari grafik output versus

waktu.

Sedangkan

koefisien

peredaman

sistem

ditentukan dari derajat overshoot atau kecepatan peluruhan dari beberapa osilasi. Bentuk dan kecepatan perubahan X(t) dapat digunakan untuk memperkirakan waktu konstan dari G(s). III. 2. 2. Metode Penentuan Gain (Kp), Time Konstan (τ) dan Dead Time (θ) 

Penentuan Nilai Gain (Kp)

Gain suatu proses didefinisikan sebagai bilangan yang 5. Berdasarkan gambar III.3, menyatakan perbandingan antara perubahan output (process tentukan nilai gain proses (Kp) variable) yang terjadi atas suatu perubahan input (manipulated variable), seperti dinyatakan dalam persamaan [III.3]. 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

[III.3]

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

36



Dead Time

Dead time adalah tenggang waktu yang dibutuhkan proses 6. Berdasarkan gambar III.3, untuk mengeluarkan perubahan output setelah terjadi tentukan nilai dead perubahan input. Selama tenggang waktu itu, output tidak time (D). 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 time (τD atau dalam gambar III.3 disimbolkan p).

Gambar III. 3. Kurva waktu proses dengan dead time (Sumber: http://controlguru.com/dead-time-is-the-how-much-delay-variable/)

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 :

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

37

a. Metode 1 Metode ini menggunakan garis yang bersinggungan dengan 7. Berdasarkan uraian di samping, kurva reaksi proses pada titik laju perubahan maksimum tentukan nilai time (ditunjukkan dengan garis singgung yang paling tegak). Seperti constant (p atau ) dan t0 (atau D atau terlihat pada gambar III.4, untuk model order satu dengan dead p) dari gambar time atau First Order Plus Dead Time (FOPDT) ini, perubahan III.3. 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 III.5. Besaran yang disimbolkan dengan t0 pada gambar III.4 dan III.5 dapat didefinisikan sebagai dead time (D atau p)

Gambar III. 4. Kurva Reaksi First Order Plus Dead Time (Sumber: Smith & Corripio, 2006)

Gambar III. 5. Model FOPDT metode 1 (Sumber: Smith & Corripio, 2006)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

38

b. Metode 2 Metode ini serupa dengan metode sebelumnya, tetapi tidak 8. Berdasarkan uraian di samping, perlu menunggu respon hingga konstan, hanya sampai pada tentukan nilai time penentuan titik belok (gambar III.6). Nilai time constant (τp) constant (p atau ) dan t0 (atau D atau diperoleh dari hubungan seperti persamaan [III.4] p) dari gambar 𝐾𝑝 𝑅 III.3. = [III.4] 𝜏𝑝

𝜃𝑝 ∙∆𝑢

Sedang nilai t0 (atau D atau p) ditentukan sama seperti metode 1, yaitu waktu ketika respon mulai mengalami perubahan, seperti terlihat pada gambar III.6.

Gambar III. 6. Model FOPDT metoda 2 (Heriyanto, 2010)

c.

Metode 3

Metode 3 ini merupakan metode yang paling presisi daripada 9. Berdasarkan uraian di samping, dua metode sebelumnya. Dalam metode 3 ini nilai t0 (atau D tentukan nilai time constant (p atau ) atau p) dan τp ditentukan berdasarkan dua titik pada daerah dan t0 (atau D atau yang mengalami perubahan kecepatan secara signifikan dalam p) dari gambar III.3. 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

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

39

berdasarkan persamaan III.5. 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 + 3 = 𝑡1

[III.6]

𝑡0 + 𝜏 = 𝑡2

[III.7]

Atau dapat dituliskan 3

𝜏 = 2 (𝑡2 − 𝑡1 )

[III.8]

𝑡0 = 𝑡2 − 𝜏

[III.9]

Gambar III. 7. Model FOPDT metode 3 (Sumber: Smith;Armando, 2006)

III. 3. PERCOBAAN 1 : Penentuan fungsi hantar (transfer function) Sistem Pengendali Aras (level) Cairan. III. 3. 1.

Peralatan Percobaan

Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 

Seperangkat CRL (Control Regulation Level)



PC (Personal Computer)



Kompresor



Printer



Stopwatch

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

40

III. 3. 2.

Gambar Alat

Gambar III. 8 menunjukkan rangkaian alat control regulation level (CRL), sedangkan Gambar III. 9 menunjukkan panel pengendali pada supply and conditioning unit CRL. Langkah kerja yang diuraikan di bawah mengacu pada gambar tersebut.

Gambar III. 8. 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

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

41

4

1

3

2

5

Gambar III. 9. Panel pengendali pada supply and conditioning unit CRL Keterangan gambar: 1. Main switch 2. Tombol pengatur kondisi pengendali – PC control (manual / otomatis) 3. Tombol pengatur kecepatan pompa air masuk 4. Display persen ketinggian air dalam tangki penampung 5. Tombol pengatur gangguan (disturbance) III. 3. 3.

Prosedur Percobaan

A. Persiapan a.

Periksa kelengkapan alat pengendali level (CRL) dan komputer (lihat gambar 3), pastikan semua kelengkapan sudah terhubung dengan benar.

b.

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

c.

Tekan tombol “Main Switch” (lihat gambar III. 9., no.1) pada CRL.

d.

Hidupkan personal computer (PC), buka aplikasi pengendali aras.

e.

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

B. Pengoperasian a.

Atur alat pada kondisi manual (lihat gambar III. 9, no.2).

b.

Buka valve air keluar tangki, 50% bukaan (lihat gambar 8, no,12).

c.

Atur tombol pengatur gangguan (lihat gambar III. 9, no.5) pada posisi “0”.

d.

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

e.

Tunggu sampai steady.

f.

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

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

42

g.

Setelah

selesai

simpan

hasil

percobaan

pada

sub

direktori

c:\crl\[kelas_tgl_nama kelompok_FT1] C. Mematikan c.

Pindahkan tombol PC control di CRL (lihat gambar III. 9, no.2) pada tulisan “0”, tunggu hingga air pada tangki penampung habis.

d.

Tutup aplikasi pengendali aras.

e.

Matikan PC

f.

Matikan alat pengendali aras dengan menekan tombol “Main Switch” (lihat gambar III. 9, no.1)

III. 3. 4. 1.

Perhitungan

Hitung parameter – parameter (process gain – Kp, time constant –  dan dead time – ) fungsi hantar proses pengendali aras (level) berdasarkan data pengamatan yang ada!

III. 4. PERCOBAAN 2

: Penentuan fungsi hantar (transfer function) Sistem Pengendali Tekanan

III. 4. 1. Peralatan Percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. PCT – 14 (modul proses pengendalian tekanan) 2. PCT – 10 (electrical console) 3. Kompresor 4. Recorder III. 4. 2. Gambar Alat Gambar III. 10 menunjukkan skema rangkaian alat pengendali tekanan. Prosedur kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut, sedang Gambar III. 11 menunjukkan panel pengendali pada PCT – 10.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

43

Gambar III. 10.

Skema rangkaian alat pengendali tekanan (PCT – 14)

Keterangan gambar : V1, V2

= Pressure regulator valve

V3, V4, V5, V6 = Selector valve

V7

=

Relief valve

P1 , P2, P3, P4 = Pressuregauge Indicator

2 1

Gambar III. 11.

Panel pengendali tekanan (PCT – 10)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

44

III. 4. 3. Prosedur Percobaan A. Persiapan a.

Buka main valve udara tekan dan pastikan tidak terjadi kebocoran di sistem pengendalian tekanan

b.

Hidupkan alat pengendali tekanan (PCT-14 + PCT – 10) dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar III. 10, no. 1)

c.

Tutup V3, V5, V6.

d.

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

e.

Hidupkan recorder dan atur kecepatan kertas recorder sebesar 3 cm/min.

B. Pengoperasian a.

Atur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT – 10 (lihat Gambar III. 10, no. 2)

b.

Atur bukaan valve (%PO) hingga nilai process variable (PV) konstan

c.

Jalankan recorder dengan kecepatan yang telah diatur pada tahap persiapan.

d.

Setelah stabil, berikan perubahan pada %PO sebesar 20 – 30%.

e.

Amati respon yang yang terjadi sampai proses kembali steady.

C. Mematikan a. Matikan alat pengendali tekanan dengan menekan tombol “main switch”. b. Tutup main valve udara tekan.

III. 4. 4. Perhitungan 1.

Hitung parameter – parameter (process gain – Kp, time constant –  dan dead time – ) fungsi hantar proses pengendali aras (level) berdasarkan data pengamatan yang ada!

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

45

III. 5. PERCOBAAN 3

: Penentuan fungsi hantar (transfer function) Sistem Pengendali pH

III. 5. 1.

Peralatan Percobaan

Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. Seperangkat alat pengendali pH 2. Personal computer (PC) 3. Stopwatch

III. 5. 2.

Gambar Alat

Gambar III. 12 menunjukkan skema rangkaian alat pengendali pH. Langkah kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut, sedang Gambar III. 13 menunjukkan panel pengendali pada pengendali pH.

III. 5. 3.

Prosedur Percobaan

III.5.3.1.

Percobaan 1: Fungsi Hantar Pompa Peristaltik Pengendali pH

A. Persiapan a. Hidupkan alat pengendali pH (CRpH) dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar III. 13 no. 19). b. Hidupkan personal computer (PC), pilih program CRpH, klik tab “File”, pilih “New”, pilih menu pengendali PID, klik OK pada tampilan pengisian parameter. B. Pengoperasian a. Cuci sensor pH dengan cara mencelupkannya ke dalam aquades, kemudian keringkan sensor pH. b. Celupkan sensor pH pada larutan buffer pH 4. c. Klik tab “start” bersamaan dengan mengarahkan tombol “PC commutator” (lihat Gambar III. 13 no.27) pada tulisan “PC”, lihat grafik yang muncul pada layar PC sampai menunjukkan keadaan yang steady. d. Pindahkan sensor pH ke dalam buffer pH 9, lihat perubahan yang terjadi pada grafik dan tunggu hingga keadaan steady. e. Setelah selesai simpan hasil percobaan

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

46

Gambar III. 12. 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

Gambar III. 13.

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

Panel pengendali pH

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

47

C. Pengoperasian a. Cuci sensor pH dengan cara mencelupkannya ke dalam aquades, kemudian keringkan sensor pH. b. Celupkan sensor pH pada larutan buffer pH 4. c. Klik tab “start” bersamaan dengan mengarahkan tombol “PC commutator” (lihat Gambar III. 13no.27) pada tulisan “PC”. d. Lihat grafik yang muncul pada layar PC sampai menunjukkan keadaan yang steady. e. Pindahkan sensor pH ke dalam buffer pH 9. f. Lihat perubahan yang terjadi pada grafik dan tunggu hingga keadaan steady. g. Setelah selesai simpan hasil percobaan D. Mematikan a. Arahkan tombol “Pump ON/OFF setter” (lihat Gambar III. 13 no.24) pada posisi “OFF”. b. Tutup program CRpH dan matikan PC c. Matikan alat pengendali pH dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar III. 13, no.19)

III.5.3.2.

Percobaan 2: Fungsi Hantar Proses Pengendali pH

A. Persiapan a. Buat larutan NaOH 0,1 N sebanyak 2 L, masukkan ke dalam tangki penampung basa (lihat Gambar III. 12 no.2) b. Buat larutan HCl 0,01 N sebanyak 10 L, masukkan ke dalam bak penampung (lihat Gambar III. 12 no.4) c. Hidupkan alat pengendali pH (CRpH) dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar III. 13 no. 19). d. Hidupkan personal computer (PC), pilih program CRpH, klik tab “File”, pilih “New”, pilih menu pengendali PID, klik OK pada tampilan pengisian parameter.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

49

B. Pengoperasian a. Arahkan selektor ke arah “PC” dan “stirrer ON/OFF switch” (lihat Gambar III. 13 no.26) ke arah “ON”. b. Pindah selektor ke arah “Impulse Commutator”(I – lihat Gambar III. 13 no. 31). c. Atur laju alir asam menjadi 4 ml/jam (lihat Gambar III. 12 no. 15). d. Tunggu sampai pH menunjukkan angka yang steady pada alat pengendali pH e. Atur persen bukaan pompa (%PO) hingga nilai process variable (PV) = SP f. Atur bukaan pompa akhir dengan memutar tombol “manual pump speed setter” (lihat Gambar III. 13 no.29). g. Klik tombol “Start” pada PC bersamaan dengan mengarahkan tombol “auto/ manual regulation”(lihat Gambar III. 13 no. 28) ke arah “manual”. h. Lihat grafik yang muncul pada layar PC beserta perubahan yang terjadi sampai menunjukkan keadaan yang steady. C. Mematikan a. Arahkan tombol “auto/ manual regulation”(lihat Gambar III. 13 no. 28) ke arah “auto” a. Matikan “stirrer ON/OFF switch” (lihat Gambar III. 13 no.26). b. Tutup program CRpH dan matikan PC c. Matikan alat pengendali pH dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar III. 13 no.19)

III. 5. 4. 1.

Perhitungan

Hitung parameter – parameter (process gain – Kp, time constant –  dan dead time – ) fungsi hantar proses pengendali aras (level) berdasarkan data pengamatan yang ada!

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

50

III. 6. PERCOBAAN 4

: Penentuan fungsi hantar (transfer function) Sistem Pengendali Temperatur

III. 6. 1. Peralatan Percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. PCT – 13 (modul proses pengendalian temperatur) 2. PCT – 10 (electrical console) 3. Thermostat 4. Recorder

III. 6. 2. Gambar Alat Gambar 14 menunjukkan skema rangkaian alat pengendali tekanan. Langkah kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut, sedang Gambar 15 menunjukkan panel pengendali pada PCT – 10.

III. 6. 3. Prosedur Percobaan A. Persiapan a. Nyalakan thermostat dan pastikan air yang berada di dalam tangki thermostat dalam jumlah yang mencukupi. b. Periksa semua sambungan peralatan yang ada, khususnya sambungan dari pengendali (PCT – 10) ke motor positioner & dari motor positioner ke socket pada panel depan PCT-13 (terhubung dengan kabel khsusus berwarna hitam). c. Nyalakan alat pengendali temperatur, PCT – 10 dan recorder. d. Atur kecepatan kertas recorder pada kecepatan 30 cm/jam.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

51

Gambar III. 14.

Skema rangkaian alat pengendali temperatur (PCT – 13)

Keterangan gambar : V1, V2 = Flow regulator valve F1, F2 = Flow indicator V3 = Drain valve TC1 , TC2, TC3, TC4 Thermocouple

=

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

52

2 1

Gambar III. 15.

Panel pengendali temperaur (PCT – 10)

e. Buka valve V1 sehingga laju alir air dingin masuk (terbaca di F1) sebesar 150 cm3/jam, jaga agar konstan selama proses. f. Buka valve V2 maksimum. B. Pengoperasian a. Atur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT – 10 (lihat Gambar III. 15, no. 2) b. Atur bukaan valve (%PO) pada nilai tertentu (missal 10%) hingga nilai process variable (PV) konstan/tetap. c. Jalankan recorder dengan kecepatan yang telah diatur pada tahap persiapan. d. Setelah stabil, berikan perubahan pada %PO sebesar 10 – 20%. e. Amati respon yang yang terjadi sampai proses kembali steady. C. Mematikan a.

Matikan alat pengendali temperatur dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar III. 15 no 2).

b.

Tutup V1 dan V2, dan matikan thermostat

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

65

III. 6. 4. Perhitungan 1.

Hitung parameter – parameter (process gain – Kp, time constant –  dan dead time – ) fungsi hantar proses pengendali temperatur berdasarkan data pengamatan yang ada!

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

66

BAB IV.

KARAKTERISTIK PENGENDALI

IV. 1. Capaian Pembelajaran Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa dapat (1) mengoperasikan dan mensimulasikan pengendali, (2) mengamati karateristik pengendali Proportional (P), Proportional Integral (PI), dan proportional integral derivative (PID) lup tertutup sistem pengendali dan (3) menganalisa respon untuk perubahan set point (SP) – servo system dan perubahan disturbance – regulator system.

IV. 2. Teori Percobaan

Aktivitas

Closed-loop control system adalah suatu kondisi di mana 1. Berdasarkan uraian di samping, controller/pengendali dihubungkan ke proses, kemudian gambarkan sketsa closed loop control controller bertugas membandingkan Set Point (SP) dengan system tersebut! Procces Variable (PV) serta menentukan tindakan perbaikan. Closed-loop control system biasa disebut Feedback Control System dikarenakan pengukuran nilai PV dikembalikan (feedback) ke sebuah alat yang disebut “comparator”. Di dalam comparator PV dibandingkan dengan nilai SP. Jika ada perbedaan antara measured variable dengan SP maka akan dihasilkan Error (E). Error dapat juga disebut sebagai Offset, sehingga hubungan antara ketiga variabel tersebut dapat dinyatakan sebagai: 𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 = 𝑆𝑃 − 𝑃𝑉

[IV.1]

Nilai error ini disampaikan ke controller, kemudian controller akan memberikan perintah pada Final Control Element untuk membuka, menutup, menambah, atau mengurangi bukaan valve agar mengembalikan nilai PV ke nilai SP. Keuntungan dari Feedback Control System adalah dapat menghilangkan semua disturbance, sedangkan kerugiannya adalah jika ada disturbance maka sulit untuk mengembalikan seperti semula dan kurang baik dalam merespon dead time.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

67

Ada dua jenis perubahan yang terjadi pada Closed-Loop 2. Jelaskan perbedaan servo problem dan Control System, yaitu: regulator problem! (cari referensi dari  SERVO PROBLEM  di mana Set Point berubah, sumber lain sebagai bahan pengayaan) sedangkan Disturbance tetap (D = 0), seperti sketsa dalam Gambar IV.1. 

REGULATOR PROBLEM  Set Point tetap (SP = 0), sedangkan Disturbance berubah, seperti sketsa dalam Gambar IV.2.

Gambar IV. 1. Offset untuk Servo Problems (Sumber: Coughanowr, Donald R.1991)

Gambar IV. 2. Offset untuk Regulator Problem (Sumber: Coughanowr, Donald R.1991)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

68

Secara garis besar pengendali diibedakan menjadi dua macam, yaitu: (1) Discontinue Controller contoh : On-Off Controller, dan (2) Continue Controller, yang terdiri dari : Proportional Controller (P), Proportional-Integral (PI), ProportionalIntegral-Derivatif (PID), dan Proportional-Derivatif (PD). IV.2.1. On- Off Controller Cara kerja pengendali yang paling sederhana adalah mode onoff controller atau sering disebut mode dua posisi. Jenis

3. Beri contoh sistem

pengendali jenis onoff controller!

pengendali on-off merupakan contoh dari mode pengendali tidak menerus (diskontinyu). Mode ini paling sederhana, murah dan seringkali bisa dipakai untuk mengendalikan proses-proses yang penyimpangannya dapat ditoleransi. Karakteristik on-off controller bisa dituliskan sebagai berikut : P = 100%  valve buka penuh (ON), untuk E < 0 P = 0%  valve tutup penuh (OFF), untuk E > 0 di mana,

P = output dan E = error

Dari pernyataan matematis di atas dapat disimpulkan bahwa jenis pengendali on-off hanya dapat mengeluarkan keluaran 0 dan 100 %. Pemakaian jenis pengendali on-off jarang dijumpai pada industri karena pengendalian dengan menggunakan jenis pengendali ini menghasilkan penyimpangan-penyimpangan yang cukup besar. Pada industri kimia peubah yang dikendalikan, pada umumnya tidak boleh memiliki error yang terlalu besar. Pada jenis pengendali on-off untuk memberikan batas rentang maksimum dan minimum saat pengendali bekerja dibatasi daerah netral.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

69

IV.2.2.

Proportional Controller (P)

Proportional Controller (P) memiliki keluaran (output) yang sebanding dengan besarnya sinyal kesalahan (error). Bila dituliskan dalam bentuk model matematis adalah : 𝑃 = 𝐾𝑐 ∙ 𝐸 + 𝑃𝑠

[IV.1]

di mana : P Ps Kc E

= output pengendali = output pengendali pada E = 0 = gain pengendali = error

Gambar IV.1. berikut menunjukkan blok diagram yang menggambarkan hubungan antara besaran Set Point, besaran aktual

(Process

Variabel)

dengan

besaran

keluaran

proportional controller. Sinyal kesalahan (error) merupakan selisih antara besaran Set Point (SP) dengan besaran aktualnya atau PV. Selisih ini akan mempengaruhi controller untuk mengeluarkan sinyal positif (mempercepat pencapaian harga SP) atau sinyal negatif (memperlambat tercapainya harga SP). Pada Proportional Controller terdapat dua parameter yaitu 4. Proportional band adalah … Proportional Band dan Konstanta Proporsional (Kp). a. persen error yang menghasilkan Proportional Band adalah rentang maksimum sebagai input perubahan pengendali yang dapat menyebabkan pengendali memberikan keluaran 100% b. persentase output pada rentang maksimumnya dan sering kali disebut gain keluaran oleh pengendali. Harga PB berkisar antara 0 - 500. Sedangkan perubahan error 100% konstanta proporsional (Kp) menunjukkan nilai faktor c. persentase gain penguatan terhadap sinyal kesalahan (error). Persamaan [IV.2] proporsional d. persentase offset menunjukkan hubungan antara PB dengan Kp. 1

𝑃𝐵 = 𝐾 × 100% 𝑝

[IV.2]

Gambar IV. 1. Blok diagram proportional controler

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

70

Fungsi transfer untuk Proportional Controller adalah: 𝑃(𝑠) 𝐸(𝑠)

= 𝐾𝑝

Proportional

[IV.3] Controller

memiliki

ciri-ciri

yang

harus

diperhatikan ketika kontroler tersebut diterapkan pada suatu sistem :  Jika nilai Kp kecil, Proportional Controller hanya mampu 5. Gambarkan perbedaan respon melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan proses ketika menggunakan Kp menghasilkan respon sistem yang lambat. kecil dan Kp lebih  Jika nilai Kp dinaikkan, respon sistem menunjukkan besar serta beri penjelasan! (cari semakin cepat mencapai keadaan stabil. Namun jika nilai referensi dari Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, sumber lain sebagai bahan pengayaan) maka akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau respon sistem akan berosilasi. IV.2.3.

Proportional-Integral (PI)

Proportional Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki error pada keadaan stabil nol. Proportional Integral memiliki karakteristik seperti sebuah integral. Aksi integral menyebabkan keluaran pengendali (P) berubah terus selama ada error. Besar

keluaran

pengendali

proportional-integral

(PI)

sebanding dengan besar galat (error) dan integral galat (error).

6. Fungsi aksi integral

adalah … a. mempercepat respon b. menghilangkan offset c. mengurangi osilasi d. membuat sistem lebih stabil

Kalau sinyal kesalahan (error) tidak mengalami perubahan, keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. (e) sampai error hilang. Persamaan

yang

menggambarkan

Proportional

Integral

controller adalah 𝐾

𝑃 = 𝐾𝑐 ∙ 𝐸 + ( 𝜏𝑐) ∫ 𝐸 𝑑𝑡 + 𝑃𝑠 𝑖

di mana: Kc τi Ps

[IV.4]

= gain controller = integral time = keluaran pada E = 0

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

71

Kekurangan pengendali tipe ini adalah overshoot tinggi, banyak osilasi, dan respon untuk stabil lebih lambat karena 7. Berdasar gambar IV.2, tuliskan error tidak bisa dihilangkan dengan cepat. pengaruh gain controller (Kc) dan Fungsi transfer untuk Proportional-Integral controller integral time (i) ditunjukkan dalam persamaan [IV.5], sedang Gambar IV.2 dalam pengendali menunjukkan respon sistem karena ada perubahan disturbance. PI! 𝑃(𝑠) 𝐸(𝑠)

1

= 𝐾𝑐 [1 + 𝜏 𝑠]

[IV.5]

𝑖

Gambar IV. 2. Respon sistem sebagai akibat perubahan disturbance (PI controller) (Sumber: Coughanowr, Donald R.1991)

IV.2.4.

Proportional-Derivative (PD)

Karakteristik dari Proportional Derivative controller dengan penambahan derivative time menyebabkan respon lebih cepat stabil dari Proportional controller. Semakin besar nilai τD, respon akan semakin cepat untuk stabil. Namun tetap ada offset walau kecil. Modus ini hampir tidak pernah dipakai di industri, disebabkan 8. Fungsi aksi derivatif adalah kepekaan terhadap noise dan tidak sesuai untuk proses yang a. menghilangkan offset memiliki dead timed ominan. Pengendali PD banyak b. menghilangkan menimbulkan masalah dalam pengendalian. Meskipun error c. memperkecil demikian, sebenarnya pengendali PD sesuai untuk proses overshoot multikapasitas, proses batch, dan proses lain yang memiliki d. menghilangkan bias tanggapan lambat.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

72

Pada proses yang memiliki time constant jauh lebih besar dibanding dead time, penambahan aksi derivatif dapat memperbaiki kualitas pengendalian. Proses dengan dead time dominan, penambahan aksi derivatif dapat menyebabkan ketidakstabilan, sebab adanya keterlambatan (lag) respons pengukuran. Persamaan [IV.6] menunjukkan model untuk Proportional Derivative controller. 𝑃 = 𝐾𝑐 ∙ 𝐸 + 𝐾𝑐 ∙ 𝜏𝐷 (𝑑𝐸/𝑑𝑡) + 𝑃𝑠

[IV.6]

Di mana: Kc

= gain

τD

= derivative time

Ps = keluaran pada E = 0 Gambar

IV.3

menunjukkan

blok

diagram

yang

menggambarkan hubungan antara sinyal kesalahan (error) dengan keluaran controller. Fungsi

transfer

untuk

Proportional-Integral

controller

dinyatakan dalam persamaan [IV.7]. 𝑃(𝑠) 𝐸(𝑠)

= 𝐾𝑐 [1 + 𝜏𝐷 𝑠]

[IV.7]

Gambar IV. 3. Blok diagram controller diferensial

IV.2.5.

Proportional-Integral-Derivative (PID)

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing kontroler P, I, dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi controller plus integral plus diferensial (PID controller). Elemen-elemen controller P,I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan untuk (1) mempercepat reaksi sebuah

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

73

sistem, (2) menghilangkan offset dan menghasilkan (3) perubahan awal yang besar. Penyetelan konstanta Kp, τi dan τD akan mengakibatkan 9. Menurut pendapat saudara, respon penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari manakah (dari gambar IV.4) yang ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol memberikan respon dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan terbaik? Beri penjelasan! memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan. Model dari controller ini menggabungkan kombinasi dari ketiga model sebelumnya, seperti tersaji dalam persamaan [IV.8] dengan fungsi transfer sama dengan persamaan [IV.9]. 𝐾

𝑃 = 𝐾𝑐 ∙ 𝐸 + 𝐾𝑐 ∙ 𝜏𝐷 (𝑑𝐸/𝑑𝑡) + ( 𝜏𝑐) ∫ 𝐸 𝑑𝑡 + 𝑃𝑠 [IV.8] 𝑖

𝑃(𝑠) 𝐸(𝑠)

1

= 𝐾𝑐 [1 + 𝜏𝐷 𝑠 + 𝜏 𝑠] 𝑖

[IV.9]

Gambar IV. 4. Respon sistem pengendali dengan berbagai tipe pengendali (Sumber: Coughanowr, Donald R.1991) Proses-proses yang memiliki karakteristik cepat tidak perlu memakai derivatif untuk lebih mempercepat respon, sehingga pengendali laju alir dan tekanan gas kebanyakan tidak memakai derivatif. Sebaliknya proses dengan respon lambat

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

74

dan bebas noise, seperti pada pengendalian suhu dan komposisi, perlu memakai derivatif. Demikian juga pada proses tak stabil, seperti reaktor eksotermik, pengendalian suhunya

lebih

baik

jika

ditambahkan

derivatif

untuk

menstabilkan sistem. Tetapi, penambahan aksi derivatif tidak sesuai untuk proses yang memiliki dead time dominan (lebih dari setengah time constant). IV.2.6.

Karakteristik Respon

Respon sistem atau tanggapan sistem adalah perubahan perilaku output terhadap perubahan sinyal input. Respon sistem berupa kurva ini akan menjadi dasar untuk menganalisa karakteristik system, selain menggunakan persamaan/model matematika. Bentuk kurva respon sistem dapat dilihat setelah mendapatkan sinyal input. Sinyal input yang diberikan untuk mengetahui karakteristi system disebut sinyal test. Ada 3 tipe input sinyal test yang digunakan untuk menganalisa system dari bentuk kurva response, yaitu: 

Impulse signal, sinyal kejut sesaat



Step signal, sinyal input tetap DC secara mendadak



Ramp signal, sinyal yang berubah mendadak (sin, cos).

10. Gambarkan

masing-masing tipe input sinyal tersebut di samping!,

Respon sistem atau tanggapan sistem terbagi dalam dua domain/kawasan: 

Domain waktu (time response)



Domain frekuensi (frequency response)

Respon sistem dalam domain waktu terdiri dari dua macam, yaitu respon transient dan respon steady state. Respon transient didefinisikan sebagai respon ketika input sebuah sistem berubah secara tiba-tiba, di mana keluaran atau output membutuhkan waktu untuk merespon perubahan itu. Sedang respon steady state adalah respon ketika tidak terjadi perubahan input.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

75

11. Gambarkan

Bentuk sinyal respon transient ada 3:  Underdamped response, output melesat naik untuk mencapai input kemudian turun dari nilai yang kemudian berhenti pada kisaran nilai input. Respon ini memiliki efek

masing-masing tipe sinyal respon transient tersebut di samping!,

osilasi  Critically damped response, output tidak melewati nilai input tapi butuh waktu lama untuk mencapai target akhirnya.  Overdamped response, respon yang dapat mencapai nilai input dengan cepat dan tidak melewati batas input. Respon underdamped sering terjadi pada sistem pengendalian, sehingga beberapa parameter digunakan untuk menggambarkan respon

uderdamped,

dimana

batasan-batasan

tersebut

tergantung pada damping factor (ζ) dan time constant (τ). 12. Berdasarkan uraian

Parameter-parameter tersebut adalah : a. Overshoot Overshoot adalah hasil pengukuran besarnya respon pada harga akhir pada perubahan fungsi step dan ditunjukkan sebagai perbandingan antara A dan B pada Gambar IV.5.

di samping, tentukan nilai overshoot dari masing-masing respon yang terdapat dalam gambar IV.8!

Apabila dinyatakan dalam persamaan maka nilai overshoot : 𝑂𝑣𝑒𝑟𝑠ℎ𝑜𝑜𝑡 = 𝑒𝑥𝑝 (

−𝜋

√1−2

)

[IV.10]

Gambar IV. 5. Respon Underdamped (Sumber: Coughanowr, Donald R.1991)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

76

Semakin besar ζ maka overshoot semakin rendah sehingga semakin lambat dalam mencapai waktu responnya. Hal ini dapat dilihat dari gambar IV.6. b.

13. Berdasarkan uraian

Decay ratio

Decay ratio adalah pebandingan antara dua puncak gelombang diatas harga akhir selama satu periode dan ditunjukkan sebagai perbandingan antara C dan A dalam gambar IV.5. 𝐷𝑒𝑐𝑎𝑦 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 = 𝑒𝑥𝑝 [ c.

−2𝜋 √1−2

] = 𝑜𝑣𝑒𝑟𝑠ℎ𝑜𝑜𝑡 2

[IV.11]

di samping, tentukan nilai decay ratio, rise time, response time serta period of oscillation dari masing-masing respon yang terdapat dalam gambar IV.8!

Rise Time (waktu naik)

Rise time adalah waktu yang dibutuhkan untuk pertama kali mencapai harga akhir dan ditunjukkan sebagai tr pada gambar IV.5. Semakin besar ζ maka rise time (tr) semakin besar yang ditunjukkan pada gambar IV.7 berikut ini. d.

Response Time

Respon time adalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai respon pada rentang ±5% dari harga akhir. e.

Period of Oscillation (periode osilasi)

Period of oscillation adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk membentuk satu lembah dan satu puncak. Hubungan antara period of oscillation dengan ζ dinyatakan dalam persamaan [IV.12]. 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 𝑓𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑦, 𝜔 = Di mana𝜔 = 2𝜋𝑓 1

𝜏

[IV.12] [IV.13]

2 1 √1−

𝑓 = 𝜏 = 2𝜋

√1−2

𝜏

[IV.14]

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

77

Gambar IV. 6. Karakteristik respon sistem underdamped – second order system (Sumber: Coughanowr, Donald R.1991)

Gambar IV. 7. Respon dari sistem orde dua pada berbagai nilai damping factor () (Sumber: Coughanowr, Donald R.1991)

Waktu (detik) Gambar IV. 8. Respon transient dari sebuah sistem pengendali (Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/PID)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

78

IV. 3. PERCOBAAN 1 : Karakteristik Pengendali Aras (Level) Cairan IV. 3. 1. Peralatan Percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1.

Seperangkat CRL (Control Regulation Level)

2.

PC (Personal Computer)

3.

Kompresor

4.

Printer

5.

Stopwatch

IV. 3. 2. Gambar Alat Gambar IV. 10. menunjukkan rangkaian alat control regulation level (CRL), sedangkan Gambar IV. 11. menunjukkan panel pengendali pada supply and conditioning unit CRL. Langkah kerja yang diuraikan di bawah mengacu pada gambar tersebut.

Gambar IV. 9. 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

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

79

4

1

3

Gambar IV. 10.

2

5

Panel pengendali pada 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)

IV. 3. 3. Prosedur Percobaan A. Persiapan a.

Periksa kelengkapan alat pengendali level (CRL) dan komputer (lihat gambar 3), pastikan semua kelengkapan sudah terhubung dengan benar.

b.

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

c.

Tekan tombol “Main Switch” (lihat gambar IV. 9, no.1) pada CRL.

d.

Hidupkan personal computer (PC), buka aplikasi pengendali aras.

B. Pengoperasian a.

Atur alat pada kondisi pengaturan dari PC (lihat gambar IV. 9, no.2, arahkan ke “PC”).

b.

Klik tab “File”, pilih “New”. Pilih menu pengendali “PID”, klik “OK”.

c.

Pada menu pengisian parameter, atur set point (SP) = 40 – 50, Proportional Band (PB) = 20 – 50%, Integrative Constant (I) = 0 menit, Derivative Constant (D) = 0 menit, klik “OK”

d.

Lakukan start up process dengan cara mengatur persen bukaan valve pengatur laju alir air masuk hingga tercapai kondisi steady dan SP tercapai.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

54

e.

Klik OK dan START, tunggu hingga proses berjalan stabil pada kondisi otomatis.

f.

Berikan perubahan berupa SP menjadi 60% - 80%, dengan cara: klik tab “Parameter”, Atur set point pada 60% - 80%, tekan “OK”.

g.

Tunggu beberapa saat sampai SP yang baru tercapai dan kondisi stabil.

h.

Simpan file .

i.

Lakukan kembali start up process dengan pengaturan parameter yang terakhir, tunggu hingga proses berjalan stabil pada kondisi otomatis.

j.

Berikan gangguan (disturbance) dengan cara: klik “noise”, isikan persen perubahan yang diberikan. Pastikan tombol pengatur gangguan (lihat Gambar IV. 9 no.5) pada posisi “PC”.

k.

Tunggu beberapa saat sampai kondisi stabil.

l.

Simpan file.

m. Ulangi langkah b sampai dengan l dengan mengatur parameter PB = 60% - 100%, n.

Amati dan analisis perubahan SP maupun disturbance yang dilakukan.

o.

Ulangi langkah a – n dengan parameter yang berbeda sesuai petunjuk dosen pengampu (perubahan parameter dilakukan pada poin ‘c’).

C. Mematikan a.

Pindahkan tombol PC control di CRL (lihat gambar IV. 9, no.2) pada tulisan “0”, tunggu hingga air pada tangki penampung habis.

a.

Tutup aplikasi pengendali aras.

b.

Matikan PC

c.

Matikan alat pengendali aras dengan menekan tombol “Main Switch” (lihat gambar IV. 9, no.1)

IV. 3. 4. Data Pengamatan IV. 3. 4. 1. Percobaan 1 Tabel IV. 1.

Data percobaan karakteristik pengendali P untuk sistem pengendali aras

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

55

No.

Perubahan SP/disturbance Perubahan SP

Perubahan Disturbance

Parameter Pengendali 1

PB =

2

PB =

IV. 3. 4. 2. Percobaan 2 Tabel IV. 2.

Data percobaan karakteristik pengendali PI untuk sistem pengendali aras

No.

Perubahan SP/disturbance

Perubahan SP

Perubahan Disturbance

Parameter Pengendali 1

PB =

I =

2

PB =

I =

3

PB =

I =

4

PB =

I =

IV. 3. 4. 3. Percobaan 3 Tabel IV. 3.

Data percobaan karakteristik pengendali PD untuk sistem pengendali aras

No.

Perubahan SP/disturbance

Perubahan SP

Perubahan Disturbance

Parameter Pengendali 1

PB =

D =

2

PB =

D =

3

PB =

D =

4

PB =

D =

IV. 3. 4. 4. Percobaan 4 Tabel IV. 4.

Data percobaan karakteristik pengendali PID untuk sistem pengendali aras Perubahan SP/disturbance

No.

Perubahan SP Parameter Pengendali

Perubahan Disturbance

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

56

1

PB = A

I = B

D = C

2

PB = A

I = B1

D = C

3

PB = A

I = B

D = C1

PB = A I = B1 D = CI Catatan : A, B dan C disesuaikan dengan nilai parameter yang dipilih pada 4

waktu praktikum

IV. 3. 5. Pembahasan 1. Gambarkan kurva respon dari masing – masing hasil percobaan disertai

dengan identitas masing – masing! 2. Analisa masing – masing kurva respon yang ada dan sajikan dalam satu

tabel! 3. Beri penjelasan dan bahas hasil yang diperoleh!

IV. 4. PERCOBAAN 2 : KARAKTERISTIK PENGENDALI TEKANAN Peralatan Percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. PCT – 14 (modul proses pengendalian tekanan) 2. PCT – 10 (electrical console) 3. Kompresor 4. Recorder Gambar Alat Gambar IV. 10 menunjukkan modul rangkaian alat pengendali tekanan, sedang Gambar IV. 11 menunjukkan skema / P &ID alat pengendali tekanan. Langkah kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut. Gambar IV.12 menunjukkan panel pengendali pada PCT – 10.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

57

Rangkaian modul alat pengendali tekanan (PCT – 14)

Gambar IV. 11. Keterangan gambar : 1.

masukan untuk udara proses dan udara

7.

differential pressure transducer box

tekan penggerak pneumatic valve

8.

pressure transducer box

box penghubung arus untuk I/P

9.

controller

10. diffused outlet ke udara terbuka

3.

I/P converter

11. tangki udara

4.

Pneumatic valve

12. kerangka penahan PCT-14

5.

electrical connection untuk square root

13. orifice meter

extractor

14.

2.

6.

diffused outlet ke tangki

stem plug valve

square root extractor

15. stem indicator

Skema rangkaian alat pengendali tekanan (PCT – 14)

Gambar IV. 12. Keterangan gambar : V 1, V 2

=

Pressure regulator valve

V3, V4, V5, V6 = Selector valve

V7

=

Relief valve

P1 , P2, P3, P4

=Pressuregauge Indicator

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

58

2 1

Gambar IV. 13.

Panel pengendali tekanan (PCT – 10)

Prosedur Percobaan Tujuan: Mengamati karateristik pengendali Proportional (P), Proportional Integral (PI), Proportional Derivative (PD) dan Proportional Integral Derivative (PID) dari lup tertutup sistem pengendali tekanan dan menganalisa respon untuk perubahan set point (SP) – servo system dan perubahan disturbance – regulator system. A. Persiapan a.

Buka main valve udara tekan dan pastikan tidak terjadi kebocoran di sistem pengendalian tekanan

b.

Hidupkan alat pengendali tekanan (PCT-14 + PCT – 10) dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar IV. 12, no. 1)

c.

Tutup V3, V5, V6.

d.

Buka V1, V2, V4, atur P1 = 22 psig dengan mengubah V1 dan atur P4 = 8 psig dengan mengubah V2.

e.

Hidupkan recorder dan atur kecepatan kertas recorder sebesar 3 cm/min.

B. Pengoperasian a.

Atur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT – 10 (lihat Gambar IV. 11, no. 2)

b.

Masukkan nilai – nilai parameter pengendali, yaitu: Proportional Band (PB) = 20 – 50%, Integrative Constant (I) = 0 menit, Derivative Constant (D) = 0 menit, sedangkan set point (SP) atur pada posisi 30 – 40%. Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

72

c.

Lakukan start up process dengan cara mengatur persen bukaan valve pengatur laju alir udara masuk (%PO) hingga tercapai kondisi steady dan SP tercapai.

d.

Jalankan recorder dengan kecepatan yang sudah ditentukan.

e.

Ubah operasi pengendali pada operasi otomatis.

f.

Berikan perubahan SP menjadi 50% - 60%, tunggu beberapa saat sampai SP yang baru tercapai dan kondisi stabil.

g.

Setelah stabil, berikan perubahan pada proses berupa perubahan disturbance dengan membuka V6

h.

Ulangi langkah a – g dengan mengubah harga PB, I maupun D sesuai arahan dosen pengampu.

i.

Amati dan analisis dengan perubahan perubahan yang terjadi

C. Mematikan a.

Matikan alat pengendali tekanan dengan menekan tombol “main switch”.

b.

Tutup main valve udara tekan.

Data Pengamatan Data pengamatan dan pembahasan dilakukan sama seperti percobaan pada pengendali level

IV. 5. PERCOBAAN 3 : KARAKTERISTIK PENGENDALI pH IV. 5. 1. Peralatan Percobaan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari seperangkat alat pengendali pH beserta Personal computer (PC) IV. 5. 2. Gambar Alat Gambar IV. 13 menunjukkan skema rangkaian alat pengendali pH. Langkah kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut, sedang Gambar IV. 14 menunjukkan panel pengendali pada pengendali pH.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

73

Gambar IV. 14.

Skema rangkaian alat pengendali pH

Keterangan gambar : 1. Mixing tank 0,4 lt

11. Signal Transmiter pH

2. Containers with 2 l correction

12. Feed tank drain valve

3. Solution

13. Collection tank drain valve

4. Solution feed tank 10 lt

14. Sample taking tank 0,15 l

5. Peristaltic Pump

15. Flow meters

6. Agitator

16. Personal Computer

7. Stirrer

17. Electric apparatus

8A / 8B. Solenoid valve

18. Printer

9A / 9B. Regulation Tank

19. Main switch

.10. Collection Tank

Gambar IV. 15.

Panel pengendali pH

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

74

IV. 5. 3. Prosedur Percobaan Tujuan: Mengamati karateristik pengendali Proportional (P), Proportional Integral (PI), Proportional Derivative (PD) dan Proportional Integral Derivative (PID) dari lup tertutup sistem pengendali pH dan menganalisa respon untuk perubahan set point (SP) – servo system. A.

Persiapan a.

Buat larutan NaOH 0,1 N sebanyak 2 L, masukkan ke dalam tangki penampung basa (lihat Gambar IV. 13 no.2)

b.

Buat larutan HCl 0,01 N sebanyak 10 L, masukkan ke dalam bak penampung (lihat Gambar IV. 13 no.4)

c.

Hidupkan alat pengendali pH (CRpH) dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar IV. 14 no. 19).

d.

Hidupkan personal computer (PC), pilih program CRpH, klik tab “File”, pilih “New”, pilih menu pengendali PID, klik OK pada tampilan pengisian parameter.

B.

Pengoperasian a.

Masukkan parameter pengendali yaitu: Proportional Band (PB) = 20 – 50%, Integrative Constant (I) = 0 menit, Derivative Constant (D) = 0 menit, sedangkan set point (SP) atur pada posisi 30 – 40% pada tampilan pengisian parameter, klik OK.

b.

Arahkan selektor ke arah “PC” dan “stirrer ON/OFF switch” (lihat Gambar IV. 13 no.26) ke arah “ON”.

c.

Pindah selektor ke arah “Impulse Commutator”(I – lihat Gambar IV. 14 no. 31).

d.

Atur laju alir asam menjadi 4 L/jam

e.

Arahkan

tombol “auto/ manual regulation” (lihat Gambar IV. 14

no.28) ke arah “auto”. f.

Arahkan tombol “reverse/forward”, “A/B solenoid pump” (lihat Gambar IV. 14 no.20) ke arah “reverse”.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

75

g.

Tunggu sampai pH menunjukkan angka yang steady pada alat pengendali pH.

h.

Arahkan tombol “pump ON/OFF setter“ (lihat Gambar IV. 14 no. 24) ke arah “ON”.

i.

Atur persen bukaan pompa (%PO) hingga process variable PV = SP, klik OK.

j.

Klik “start” kemudian lihat grafik yang muncul di layar PC beserta perubahan yang terjadi sampai menunjukkan kondisi steady kembali.

k.

Lakukan perubahan SP dengan cara tekan/klik tombol “parameter” dan ubah SP menjadi 40 – 50%, klik OK.

l.

Tunggu hingga steady, setelah seady simpan hasil percobaan.

m. Ulangi langkah di atas dengan nilai Proportional Band, Integrative Constant (I), dan Derivative Constant (D)yang berbeda. C. Mematikan a.

Arahkan tombol “auto/ manual regulation”(lihat Gambar IV. 14 no. 28) ke arah “auto”

b.

Matikan “stirrer ON/OFF switch” (lihat Gambar IV. 14 no.26).

c.

Tutup program CRpH dan matikan PC

d.

Matikan alat pengendali pH dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar IV. 14 no.19)

IV. 5. 4. Data Pengamatan Data pengamatan dan pembahasan dilakukan sama seperti percobaan pada pengendali level

IV. 6.

PERCOBAAN 4

: KARAKTERISTIK PENGENDALI TEMPERATUR

IV. 6. 1.

Peralatan Percobaan

Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini terdiri dari : 1. PCT – 13 (modul proses pengendalian temperatur) 2. PCT – 10 (electrical console) 3. Thermostat

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

76

4. Recorder

IV. 6. 2.

Gambar Alat

Gambar IV. 15 menunjukkan skema rangkaian alat pengendali tekanan. Langkah kerja yang diuraikan berikut mengacu pada gambar tersebut, sedang Gambar IV. 16 menunjukkan panel pengendali pada PCT – 10.

Gambar IV. 16.

Skema rangkaian alat pengendali temperatur (PCT – 13)

Keterangan gambar : V1, V2

= Flow regulator valve

V3

= Drain valve

F1, F2

= Flow indicator

TC1 , TC2, TC3, TC4

= Thermocouple

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

77

2 1

Gambar IV. 17.

IV. 6. 3.

Panel pengendali temperatur (PCT – 10)

Prosedur Percobaan

Tujuan: Mengamati karateristik pengendali Proportional (P), Proportional Integral (PI), Proportional Derivative (PD) dan Proportional Integral Derivative (PID) dari lup tertutup sistem pengendali temperatur dan menganalisa respon untuk perubahan set point (SP) – servo system dan perubahan disturbance – regulator system. A.

Persiapan a.

Nyalakan thermostat dan pastikan air yang berada di dalam tangki thermostat dalam jumlah yang mencukupi.

b.

Periksa semua sambungan peralatan yang ada, khususnya sambungan dari pengendali (PCT – 10) ke motor positioner & dari motor positioner ke socket pada panel depan PCT-13 (terhubung dengan kabel khsusus berwarna hitam).

c.

Nyalakan alat pengendali temperatur, PCT – 10 dan recorder.

d.

Atur kecepatan kertas recorder pada kecepatan 30 cm/jam.

e.

Buka valve V1 sehingga laju alir air dingin masuk (terbaca di F1) sebesar 150 cm3/jam, jaga agar konstan selama proses.

f. B.

Buka valve V2 maksimum.

Pengoperasian a.

Atur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT – 10 (lihat Gambar IV. 6 no. 2)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

78

b.

Masukkan nilai – nilai parameter pengendali, yaitu: Proportional Band (PB) = 5 – 10%, Integrative Constant (I) = 0 menit, Derivative Constant (D) = 0 detik, sedangkan set point (SP) atur pada posisi 20 – 250.

c.

Lakukan start up process dengan cara mengatur persen bukaan valve pengatur laju alir udara masuk (%PO) hingga tercapai kondisi steady dan SP tercapai.

d.

Jalankan recorder dengan kecepatan yang sudah ditentukan.

e.

Ubah operasi pengendali pada operasi otomatis.

f.

Berikan perubahan SP menjadi 24 – 290, tunggu beberapa saat sampai SP yang baru tercapai dan kondisi stabil.

g.

Setelah stabil, berikan perubahan pada proses berupa perubahan disturbance dengan mengubah V1 (naik / turun)

h.

Ulangi langkah a – g dengan mengubah harga nilai Proportional Band, Integrative Constant (I), dan Derivative Constant (D)yang berbeda.

i.

Amati dan catat harga offset untuk masing – masing perubahan yang terjadi

C.

Mematikan a.

Matikan alat pengendali temperatur dengan menekan tombol “main switch” (lihat Gambar IV. 18 no 2).

b. IV. 6. 4.

Tutup V1 dan V2, dan matikan thermostat Data Pengamatan

Data pengamatan dan pembahasan dilakukan sama seperti percobaan pada pengendali level

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

79

BAB V.

TUNING

V. 1. Capaian Pembelajaran Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa dapat (1) menunjukkan hubungan antara komposisi larutan, komposisi uap dengan suhu pada kondisi kesetimbangan uap – cair sistem biner, (2) mempraktekkan percobaan distilasi sederhana, dan (3) menghitung komposisi larutan berdasarkan indeks bias.

V. 2. Teori Percobaan Tuning adalah proses untuk menentukan parameter pengontrol untuk menghasilkan output yang diinginkan. Tuning dapat mengoptimalisasikan sistem proses dan meminimalisasi error antara variabel proses dan set point. Pada uraian berikut akan disajikan beberapa metoda tuning untuk pengendali dengan respon cepat, antara lain (1) Metode Ziegler Nichols (2) Metoda Kurva Reaksi, (3) Metoda Auto Tune, (4) Metoda Auto Relay Tuning (5) Metoda Good Gain, (6) Metoda Skogasted’s , (7) Metoda SIMC, dan (8) Metode IMC. 1. Metoda Ziegler Nichols Bila suatu sistem proses (GP dan GD) dihubungkan dengan sistem pengendali, maka akan terjadi sistem pengendali umpan balik (feedback), dan dapat digambarkan dalam bentuk blok diagram proses, yaitu

GL(s)

GD(s) H2(s)

Hsp(s) GC(s)

(Gc) (GP)

GV(s)

Hm(s) GM(s)

Gambar V. 1. Blok Diagram Sistem Kendali Otomatis.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

80

Gambar V .1. Menunjukkan hubungan antara H2(s) sebagai input dengan perubahan Hsp(s)/Set point dan perubahan GL(s)/Gangguan sebagai input, mempunyai fungsi alih:

G V (s) G C (s) G P (s) H m (s)  H SP (s) 1  G V (s) G C (s) G M (s) G P (s) Dalam melakukan penyetelan parameter kendali dengan metode Ziegler Nichols dengan pendekatan eksperimental dengan tahap-tahap sebagai berikut: 

Data analisis keluaran (respon) menggunakan mode kendali proporsional saja dengan harga PB sebesar 100% (Kc = 1), pada posisi manual.



Alat kendali diubah menjadi posisi otomatis, kemudian diberi gangguan beban atau perubahan acuan.



Jika keluaran berjalan lambat, maka diulang langkah 1 dan 2 dengan menambah harga Kc dua kali lipat, sampai keluaran membentuk osilasi (pada harga Kc,u atau kritis).



Menghitung harga Pc atau periode akhir dan didapatkan parameter kendali optimal.

Pc min

Gambar V. 2. Penentuan Harga Periode Akhir (Pc)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

81

Tabel V. 1. Harga Konstanta Parameter Kendali Metode Ziegler Nichols

Mode Kendali

PB

IAT (I)

DAT (D)

P

2 PBc

-

-

P+I

2,2 PBc

0,83 Pc

-

P+I+D

1,7 PBc

0,5 Pc

0,13 Pc

2. Metode Kurva Reaksi Penyetelan dengan metode Kurva reaksi tujuannya untuk mendapatkan harga parameter pengendali yang optimal. Metode ini dikembangkan oleh Cohen dan Coon dengan memutus rangkaian (gambar V. 3) anatara Gc dan Gv atau dibuat menjadi Untai terbuka (Opened Loop). Dengan memasukkan variabel c(s) posisi stem yang mengakibatkan perubahan fungsi step manipulated variabel (A/s) sebagai input, maka akan dihasilkan respon (output) H2(s) tiap fungsi waktu.

GL c(s) = A/s

(GD) H2(s)

Hsp(s) (GC)

(Gc) (Gp)

(GV)

Hm(s) (GM)

Gambar V. 3. Opened Loop Metode Kurva Reaksi.

Hubungan antara Hm(s) dan c(s), seperti gambar V. 3, mempunyai fungsi alih sebagai berikut:

H m (s)  G V (s) G M (s) G P (s) c (s)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

82

Asumsi : GM=(s) = 1, maka H2(s) = Hm(s) Persamaan diatas dapat disederhanakan (perkiraan) menjadi  tds

H m (s) K P  c (s) ( s  1)

Persamaan diatas terdapat 3 parameter, yaitu KP (Static Gain), td (dead time) dan  (time constant). Hasil perkiraan yang diperoleh adalah sebagai berikut:

KP 

output (steady state) B  input (steady state) A

 = B/S

S = Slope (kemiringan)

td = waktu mati sampai output terespon Penjelasan diatas untuk kurva reaksi dapat dipresentasikan pada gambar V. 4, yaitu

a. Proses Kurva reaksi

a. Proses Kurva Reaksi

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

83

b. Sistem Dead time (orde satu) Gambar V. 4. Proses Kurva reaksi dengan Sistem Dead Time

Hasil yang diperoleh untuk analisis nilai parameter pengendali ditunjukkan pada tabel V. 2.

Tabel V. 2.Harga parameter pengendali optimum Pengendali

I

Kc

P.

1  td  1   K td  3 

P+I

1  td   0,9   K td  12 

td

30  3 td/ 9  20 td/

P+I+D

1   4 td     K td  3 4 

td

32  6 td/ 13  8 td/

D

td

4 11  2 td/

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

84

3. Metode Auto Tune Pada proses-proses lambat, kontroller mampu menganalisis suatu sistem proses yang telah dihubungkan, dengan menghitung secara otomatis parameter pengendali. Auto Tune bisa juga disebut self optimissing dimana konfigurasi pada PCT-10 dihubungkan dengan proses akan memberikan kenaikan/penurunan respon dengan ditandai lampu kedip. Setelah kira-kira 15 detik tampilan (lampu) kedip mati, maka parameter pengendali secara otomatis akan diperoleh.

4. Metode Auto Relay Tuning Metoda relay auto tuning merupakan modifikasi metoda tuning OnlineZiegler Nichols. Percobaan dilakukan menggunakan pengendali feedback, namun untuk sementara digantikan untuk pengendali on-off (relay). Sesudah pengendali on-off terhubung, variabel proses akan menampilkan respon sustained oscilation seperti karakteristik pengendali on-off. Penggunaan relay auto tuning dalam sistem pengendali lup tertutup, termasuk penggunaan nilai dead band, terlihat di gambar V. 5. Dead band digunakan untuk menghindari terbentuknya frekuensi terhubung yang disebabkan oleh noise (gangguan). (Seborg.dkk,2004)

Gambar V. 5. Auto tuning dengan pengendali relay (Sumber : Seborg. Dkk, 2004)

Gambar V. 6. Respon sistem pengendali dengan metoda relay auto tuning (Sumber : Seborg. Dkk, 2004)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

85

Kcu dan Pu diperoleh dari gambar 2, Pu merupakan periode osilasi pada proses keluaran, sedangkan untuk ultimate gain (Kcu) diperoleh dari persamaan Kcu =

(2.4-1)

d adalah amplitude relay yang diatur oleh penggunaan dan a adalah amplitude yang terukur pada respon yang berosilasi. Dalam metoda Relay Auto Tuning bisa diterapkan dengan sistem servo ataupun regulator,menurut Seborg.Dkk. Harga parameter pengendali PID dapat diperoleh berdasarkan rumus dalam Tabel V. 3 (Seborg. Dkk, 2004)

Tabel V. 3.Persamaan Tuning Metoda Relay Auto Tuning (Sumber : Seborg. Dkk, 2004) Jenis Pengendali

Kc

τi

τd

P

0,5 Kcu

-

-

PI

0,45 Kcu

Pu/2

-

PID

0,6 Kcu

Pu/2

Pu/8

Metoda Relay Auto Tuning memiliki beberapa keuntungan disbanding metoda Online Online- Ziegler Nichols / continous cycling, yaitu : 1.

Percobaan cukup dilakukan satu kali, walaupun metoda ini termasuk metoda trial and eror

2.

Amplitude pada respon proses (a) dapat terbatasi oleh amplitude relay (d)

3.

Proses tidak harus dilakukan sampai batas stabilitas (kritis)

4.

Percobaan berlangsung secara otomatis Metoda Relay Auto Tuning juga memiliki kekurangan yaitu tidak sesuai

untuk proses lambat tidak sesuai untuk subjek dengan proses dua atau empat siklus pada osilasi yang diinginkan. (Seborg. Dkk, 2004)

5. Metoda Good Gain Metoda Good Gain merupakan salah satu metoda tuning secara percobaan. Metoda ini dapat diterapkan pada semua proses walaupun karakteristik proses yang dikendalikan tidak diketahui. Jika karakteristik atau model proses diketahui

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

86

maka metoda Good Gain dapat digunakan pada simulasi proses, tanpa harus dilakukan secara eksperimen/percobaan.( Finn dan Haugen, 1990) Stabilitas yang dibutuhkan dalam metoda Good Gain dikenal dengan istilah acceptable stability. Acceptable stability adalah kondisi kestabilan yang cukup baik dengan waktu respon yang tidak terlalu lambat. Gambar V. 7 menunjukkan kondisi acceptable stability (kurva b) dianding kondisi stabil yang lain. Kestabilan yang dicapai pada kondisi acceptable stability tidak terlalu stabil, tetapi waktu respon yang dibutuhkan lebih cepat dari pada kondisi yang sangat stabil (kurva a). (Finn dan Haugen,1990)

Gambar V. 7. Kurva respon dengan tiga gain pengendali yang berbeda. (Sumber : Finn dan Haugen,1990) Kondisi acceptable stability juga dapat didefinisikan sebagai kondisi dimana respon menghasilkan undershoot, yang mengikuti overshoot pertama, yang cukup kecil seperti terlihat pada gambar V. 7 (Finn dan Haugen, 1990). Kondisi aceceptable stability bisa diterapkan pada system dengan input berupa servo ataupun reguator. (Finn dan Haugen, 1990). Metoda Good Gain dapat dilakukan secara eksperimen, percobaan real maupun simulasi sistem pengendali, dengan diagram blok seperti terlihat pada gambar V. 7.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

87

Prosedur tuning dengan metoda Good Gain dapat diuraikan sebagai berikut : (1)

Proses diawali dengan start up untuk membawa respon pada nilai yang diinginkan (SP=PV) dengan mengatur pengendali pada kondisi manual.

(2)

Model pengendali yang digunakan adalah pengendali P dengan Kc=0 (τi= ~dan τd=0). Nilai Kc dinaikkan perlahan hingga respon sistem pengendali close loop membentuk kondisi acceptable stability ketika sistem pengendali diberi perubahan step pada set point atau disturbance, seperti terlihat pada gambar V. 8. Trial Kc =1. Nilai Kc yang menghasilkan respon dengan acceptable stability disebut KpGG.

Gambar V. 8. Kurva respon saat acceptable stability (3)

Nilai integral time diperoleh dari persamaan berikut Τi=1,5 Tou

(1)

Tou adalah waktu antara terbentuknya overshoot dan undershoot seperti ditunjukkan pada gambar V.8. Nilai Kc disarankan untuk dikurangi menjadi 80% dari nilai Kp GG. Hal ini terjadi karena respon pengendali PI seringkali berkurang kestabilannya jika dbandingkan dengan respon pengendali P. Kc=0,8 KpGG.

(2)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

88

(4)

Nilai derivative time diperoleh dari ¼ kali nilai integral time. Hubungan ini seperti dalam tuning metoda Online- Ziegler Nichols. τd= τi/4

(5)

(3)

Memeriksa stability sistem pengendali dengan menerapkan perubahan set point. Jika stabilitasnya rendah disarankan untuk menurunkan nilai gain pengendali atau dengan meningkatkan nilai integral

6. Metoda Skogestad’s Metode Skogestad’s adalah metoda tuning yang berdasarkan pada model proses. Tuning metoda Skogestad’s membutuhkan model matematika dari proses (fungsi transfer proses). Model matematika ini dapat diperoleh dari penurunan persamaan secara metematis atau dari perhitungan parameter respon proses meliputi (gain, tme constant dan dead time) yang diperoleh secara eksperimen. Model matematika, yang digunakan sebagai dasar tuning metoda skogasted’s dirangkai dalam suatu lup tertutup seperti terlihat pada gambar. Komponen utama dalam diagram tersebut adalah Hc(s) dan Hpsf(s). Hpsf(s) merupakan kombinasi dari fungsi transfer proses, sensor, dan sinyal hasil pengukuran, sehingga Hpsf(s) menggambarkan dinamika dari sistem pengendali. Komponen berikutnya adalah Hc(s) yang menggambarkan fungsi transfer dari komponen pengendali (controller). (Finn dan Haugen,1990)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

89

Gambar V. 9. Diagram sistem pengendali lup tertutup dalam tuning metoda Skogestad’s Hpsf(s) digunakan sebagai dasar perhitungan parameter tuning dengan metoda Skogasted’s, seperti tersaji dalam tabel. Secara umum, Skogsted’s mendefinisikan nilai konstanta ‘’k1’’ dalam tabel V. 4 adalah 4. Nilai ini memberikan respon yang cukup baik untuk sistem dengan perubahan set point (servo system), sedangkan untuk sistem nilai konstanta k1=1,44. Nilai ini diharapkan dapat mempercepat kompensasi terhadap perubahan disturbance. Selain nilai k1, Skogasted’s juga menyarankan nilai Tc sama dengan nilai dead time (Ѳ) dari Hpsf (s), kecuali ada pertimbangan lain.(Finn dan Haugen,1990)

Tabel V. 4.Persamaan Parameter metoda Skogestad’s

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

90

Persamaan dalam tabel juga dapat digunakan untuk sistem pengendali yang tidak memiliki dead time (Ѳ). Jika proses memiliki dead time maka nilai Tc = Ѳ, jika Ѳ = 0 maka untuk proses yang tidak memiliki nilai Ѳ (dead time) maka Ѳ = 0. Jadi pemilihan nilai Tc untuk proses yang tidak memiliki nilai dead time maka Tc dapat diperoleh dari Tc > 0. (Finn dan Haugen,1990)

7.

Internal Model Control (IMC) Internal Model control (IMC) adalah metoda yang didasarkan pada asumsi

model proses dan fungsi transfer lup tertutup yang diinginkan. Metoda IMC adalah metoda yang didasarkan pada blok diagram sederhana yang ditunjukkan dalam Gambar V. 10 model proses (Ğ) dan keluaran pengendali (P) digunakan untuk model dari respon, (Ŷ), selisih dari actual respon Y dan model Ŷ respon, (Y-Ŷ)

digunakan

sebagai

sinyal

masukan

ke

pengendali

IMC,

Gc*.

(Seborg.dkk,2004) Dari gambar V. 10. Menyatakan bahwa menurut Seborg, pada metoda tuning IMC ini bisa dalam input sistem dengan perubahan set point ataupun dengan perubahan disturbance.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

91

Gambar V. 10. Internal Model Control IMC berdasarkan blok diagram Gambar V. 10 dinyatakan dalam persamaan 5. (Seborg.dkk,2004). Perbedaan respon (Y-Ŷ) terjadi karena adanya error (Ğ ≠ G) dan gangguan yang tidak diketahui dalam model ini. Gambar V. 10 akan memberikan respon yang sama apabila Gc dan Gc* memenuhi persamaan 4, sehingga fungsi transfer pengendali pada IMC (Gc*) sama dengan fungsi transfer pengendali feedback (Gc). Persamaan close loop untuk IMC blok diagram Gambar V. 10 dinyatakan dalam persamaan 5. (Seborg.dkk,2004)

(4)

(5) Berikut persamaan yang menunjukkan bahwa output Y pada Gambar V. 10 (a) sama dengan output Y pada Gambar V. 10 (b). Persamaan 5 menunjukkan persamaan output Y Gambar V. 10 (b), untuk kasus khusus dari model yang sempurna Ğ = G, ( 5) dikurangi menjadi

(6) Untuk model proses yang sempurna (Ğ = G) akan menghasilkan persamaan close loop (persamaan 7)

(7) Tuning dengan metoda Internal Model Control (IMC) dilakukan dalam dua tahap yaitu : Tahap 1. Model proses difaktorkan sebagai

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

92

(8) Ğ+ mengandung dead time dan right half plane zero. Ğ+dibutuhkan untuk persamaan steady state gain pada salah satu orde untuk memastikan dua faktor dalam persamaan (8) yang khas. Tahap 2. Pengendali dispesifikasikan sebagai

(9) f adalah low pass filter dengan gain steady state pada salah satu bentuk (Rivera etal,1986)

(10)

(11) Pemilihan τc Penentuan nilai τc adalah kunci dalam metoda IMC. Kenaikan nilai τc akan menghasilkan pengendali yang konservatif karena akan mengurangi nilai Kc saat τI naik. Beberapa petunjuk pemilihan τc antara lain : 1. τc/ Ѳ dan τc > 0,1 τp

(Rivera.dkk,1986)

2. τp > τc > Ѳ

(Chien dan Fruehauf,1990)

3. τc = Ѳ

(Skogestad,2003)

Jika model proses memiliki time constant yang dominans maka nilai τc dapat dipilih dengan τc = τdom / 3. (Seborg.dkk,2004). Tabel 3 berikut menampilkan beberapa model proses untuk metoda tuning IMC. Tabel V. 5.Penentuan pengendali PID berdasarkan IMC untuk Gc Cas

Model

Kc.K

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

93

e A

-

B

C

D

E

-

F

2τc +τ

G

Τ

-

H

I

J

2τ –τ3

K

L

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

94

M

2τc +Ѳ

N

2τc + Ѳ

-

8. Metoda SIMC SIMC merupakan modifikasi dari metode tuning Ineternal Model Control (IMC). Menurut Skogestad pada metode SIMC disarankan untuk menurunkan τi (time integral) dengan cara memperbesar nilai time constant τ. Dalam pengendalian proses, proses orde satu dengan time delay fungsi transfernya sebagai berikut : (12)

Dimana k adalah gain, τ adalah time constant, Ѳ adalah time delay. Sebagian proses di industri kimia menggunakan pengendali PI untuk mendapatkan respon yang diharapkan. Nilai fungsi transfer PI sebagai berikut :

(13)

Persamaan metoda tuning SIMC:

(14)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

95

(15) Dimana (τc) merupakan close loop time constant. Pada metoda tuning IMC selalu menggunakan τi=τ, tetapi metoda SIMC memberikan kontribusi peningkatan nilai integral untuk proses integral close loop (dengan τ besar) untuk mencegah kinerja yang buruk (slow settling). Percobaan lup tertutup dengan respon step seperti ditunjukan pada gambar V. 11 dimana proses pengendali di pertahankan penuh, meliputi perubahan variabel keluaran.

Gambar V. 11. Pengendali proporsional dengan perubahan set point secara close loop.

Prosedur tuning dengan metoda SIMC dapat diuraikan sebagai berikut : 1. Ubah pengendali ke model P 2. Buat perubahan set point dengan memberikan overshoot antara (10%) dan (60%). 30% merupakan nilai yang bagus. Dari percobaan buat grafik dengan Kco (controller gain). Untuk mendapatkan overshoot yang cukup besar gain perlu ditingkatkan 3. Jika overshoot kecil (kurang dari 0.1/10%) tidak dianggap, karena sulit dalam praktek untuk memperoleh data dan peak time yang akurat dari pecobaan jika overshoot terlalu kecil. Jadi overshoot yang besar (lebih dari 0,6/60

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

96

%) memberikan settling time yang besar dan membutuhkan perubahan nilai input yang lebih besar. Untuk alasan ini sebaiknya digunakan overshoot sekitar (0.3/30%) untuk percobaan close loop dengan perubahan set point. 4. Dari percobaan close loop dengan perubahan set point, memperoleh nilai berikut (lihat gambar V. 11): Fractionl overshoot, Waktu saat diberikan perubahan set point hingga titik puncak (overshoot),tp Perubahan keluaran stady state,

Dimana, ∆ys: perubahan set point ∆yp : perubahan saat keluaran mencapai titik puncak (pada saat tp) ∆y∞: perubahan output stady state setelah mencapai titik puncak Untuk menemukan ∆y∞ kita perlu menunggu respon hingga settling, yang mungkin memakan waktu jika overshootnya terlalu besar (khususnya 0,6 atau lebih). Jika tidak menginginkan respon hingga mencapai steady state, dapat digunakan pendekatan Δy~ = 0.45 (Δyp + Δyu). Berdasarkan rumusan tuning dengan metoda overshoot setpoint didapatkan nilai parameter sebagai berikut : Kc =Kco A/F

(16)

A= [1.152(overshoot)2 -1.607 (overshoot)+1.0]

(17)

Dengan F adalah parameter faktor tuning F=1, dan Kco merupakan konstanta gain hasil percobaan.

Integral time τI= min [ 0.86A

tp, 2.44tpF]

(18)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

97

Dimana untuk proses yang memiliki time delay besar persamaan waktu integralnya sebagai berikut :

(19) Sedangkan untuk proses dengan time delay yang kecil persamaan waktu integralnya :

(20)

V. 3. PERCOBAAN 1: TUNING PENGENDALI TEKANAN V. 3. 1. Peralatan Percobaan 1. PCT-14 (modul proses pengendalian tekanan) 2. PCT-10 (electrical console) 3. Kompresor 4. Recorder V. 3. 2. Gambar Alat

Gambar V. 12. Gambar Alat Pengendali Tekanan PCT-14

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

98

Tabel V. 6.Keterangan Gambar Pengendali Tekanan PCT-14 Nomor

Keterangan

1

Inlet untuk udara proses dan udara tekan penggerak pneumatic valve

2

Box penghubung arus untuk I/P controller

3

I/P converter

4

Pneumatic valve

5

Electrical connection untuk square root extractor

6

Square root extractor

7

Differential pressure tranduser box

8

Pressure tranduser box

9

Difused outlet ke tangki

10

Difused outlet ke atmosfer

11

Tangki udara

12

Kerangka penahan PCT-14

13

Orifice meter

14

Stem plug valve

15

Stem indicator

V1, V2 V3, V4, V5, V6 V7 P1, P2, P3, P4

Pressure regulator Selector valve Relief valve Pressure gauge indikator

V. 3. 3. Prosedur Percobaan V. 3. 3.1. Metode Tuning Skogestad’s 

Persiapan alat 1.

Menutup V6, V4

2.

Membuka V2, V3, V5 mengatur P1=22 psig dengan mengubah V1 dan mengatur P4= + 8,5-9.5 psig (atau display PV menunjukkan 100%) dengan mengubah V2.

3.

Menghidupkan recorder dan mengatur kecepatan kertas recorder.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

99

4.

Mengatur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT-10.

5.

Memasukkan set point (SP) = 40%

6.

Mengatur bukaan valve (%PO) hingga nilai variabel proses (PV) = SP (error = 0 atau tidak ada offset).

7. 

Setelah SP = PV pengendali diatur secara otomatis.

Penerapan Metoda Tuning Skogestad’s 1.

Mendapatkan fungsi transfer proses seperti prosedur 3.3.2 (dengan metoda kurva reaksi)

2.

Mencocokkan model fungsi transfer yang didapat dengan persamaan Skogestad’s pada tabel V.4.1.

3.

Menerapkan model persamaan Skogestad’s dengan memasukkan nilai Kc dan τi hingga didapatkan respon mencapai stabil, dengan inputan berupa sistem servo dan regulator.

4.

Melakukan analisa respon (menentukan nilai offset, overshoot, decay ratio, rise time, response time dll)

V. 3. 3.2. Metode Tuning Good Gain 

Persiapan alat 1.

Membuka main valve udara tekan dan pastikan tidak terjadi kebocoran di sistem pengendali tekanan.

2.

Menghidupkan alat pengendali tekanan (PCT-14 + PCT-10) dengan menekan tombol “main switch”.

3.

Menutup V6, V4

4.

Membuka V2, V3, V5 mengatur P1=22 psig dengan mengubah V1 dan mengatur P3= 8,5 psig dengan mengubah V2.

5.

Menghidupkan recorder dan mengatur kecepatan kertas recorder.

6.

Mengatur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT-10

7.

Memasukkan set point (SP) = 40%

8.

Mengatur bukaan valve (%PO) hingga nilai variabel proses (PV) = SP (error = 0 atau tidak ada offset).

9.

Setelah SP = PV pengendali diatur secara otomatis

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

100



Penerapan metoda tuning Good Gain 1.

Memasukkan nilai Pb dilakukan dengan τi = 0, τd = 0 sampai respon yang terbentuk seperti gambar 2.4-3,dengan inputan berupa sistem servo dan regulator.

2.

Respon yang terbentuk diamati hingga stabil.

3.

Menentukan nilai Tou (time between overshoot and undershoot) dan KpGG ( gain pada metoda Good Gain)

dari respon yang didapatkan

untuk diterapkan ke dalam persamaan parameter Good Gain. 4.

Mendapatkan nilai parameter Good Gain berupa Kc, τi dan τd.

5.

Menerapkan nilai parameter Good Gain ke dalam pengendali tekanan untuk mendapatkan respon grafik.

6.

Melakukan analisa hasil respon berupa respon transient dan integral criteria V. 3. 3.3. Metode Tuning SIMC



Persiapan alat 1. Membuka main valve udara tekan dan pastikan tidak terjadi kebocoran di sistem pengendali tekanan. 2. Menghidupkan

alat pengendali tekanan (PCT-14 + PCT-10)

dengan menekan tombol “main switch”. 3. Menutup V6, V4 4. Membuka V2, V3, V5, mengatur P1=22 psig dengan mengubah V1 dan mengatur P3= 8,5 psig dengan mengubah V2. 5. Menghidupkan recorder dan mengatur kecepatan kertas recorder 6. Mengatur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT-10 7. Memasukkan set point (SP) = 40 % 8. Mengatur bukaan valve (%PO) hingga nilai process variabel (PV) = SP (error = 0 atau tidak ada offset). 9. Setelah SP = PV pengendali diatur secara otomatis 

Penerapan MetodaTuning SIMC

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

101

1. Memasukkan nilai Pb (proportional band) dilakukan dengan τi = 0, τd = 0 hingga mendapatkan respon yang memiliki overshoot antara 10% - 60% dengan inputan berupa perubahan setpoint. 2. Setelah

respon

yang

memiliki

overshootantara

10%

-

60%didapatkan, kemudian dilakukan penghitungan parameter berdasarkan metoda SIMC. 3. Penerapan nilai parameter yang didapatkan ke dalam pengendali tekanan, sehingga didapatkan grafik respon. 4. Melakukan analisa respon berdasarkan respon transient danintegral criteria. 5. Mengulang langkah 4 – 9 untuk persiapan alat dan langkah 1-4 untuk penerapan metoda tuningSIMC dengan mengubah P3=13,5 psig. V. 3. 3.4. Metode Tuning IMC 1. Mendapatkan fungsi transfer proses seperti prosedur 3.3.2 2. Mencocokkan model fungsi transfer yang didapat dengan persamaan IMC pada tabel 2.4-2 

Persiapan alat 1. Menutup V6, V4 2. Membuka V2, V3, V5 mengatur P1=22 psig dengan mengubah V1 dan mengatur P3= 8,5 psig dengan mengubah V2. 3. Menghidupkan recorder dan mengatur kecepatan kertas recorder. 4. Mengatur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT-10. 5. Memasukkan set point (SP) = 40% 6. Mengatur bukaan valve (%PO) hingga nilai variabel proses (PV) = SP (error = 0 atau tidak ada offset). 7. Setelah SP = PV pengendali diatur secara otomatis. 8. Menerapkan model persamaan IMC dengan memasukkan nilai Kc dan τi hingga didapatkan respon yang stabil. 9. Melakukan analisa respon berdasarkan respon transient danintegral criteria.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

102

10. Mengulang langkah 4 – 9 untuk persiapan alat dan langkah 1-4 untuk penerapan metoda tuning IMC dengan mengubah P3=13,5 psig.

V. 3. 3.5. Metode Tuning Relay Auto Tuning 

Persiapan alat 1. Membuka main valve udara tekan dan pastikan tidak terjadi kebocoran di sistem pengendali tekanan. 2. Menghidupkan

alat pengendali tekanan (PCT-14 + PCT-10)

dengan menekan tombol “main switch”. 3. Menutup V6, V4 4. Membuka V1, V2, V3, V5 mengatur P1=22 psig dengan mengubah V1 dan mengatur P3= 8,5 psig dengan mengubah V2. 5. Menghidupkan recorder dan mengatur kecepatan kertas recorder. 6. Mengatur pengendali pada operasi manual, dengan cara mengatur panel pengendali di PCT-10 7. Memasukkan set point (SP) = 40 % 8. Mengatur bukaan valve (%PO) hingga nilai variabel proses (PV) = SP (error = 0 atau tidak ada offset). 9. Setelah SP = PV pengendali diatur secara otomatis. 

Penerapan metoda tuning Relay Auto Tuning 1. Memasukkan nilai Proportional band (Pb) dan Hysterisis hinggaa diperoleh respon seperti gambar 2.4-7. 2. Menentukan nilai Kcu (gain ultimate) dan Pu (periode ultimate) dari grafik respon yang didapatkan. 3. Menentukan nilai parameter berupa Kc,τi dan τd berdasarkan persamaan Relay auto tuning. 4. Penerapan nilai parameter yang didapatkan ke dalam pengendali tekanan dengan perubahan input berupa servo dan regulator. 5. Melakukan analisa respon transient dan integral criteria dari grafik yang didapatkan.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

103

6. Mengulang langkah 4 – 9 untuk persiapan alat dan langkah 1-5 untuk penerapan metoda tuning Relay Auto Tuning dengan mengubah P3=13,5 psig

V. 4. PERCOBAAN 2: TUNING PENGENDALI TEMPERATUR V. 4. 1.

Peralatan Percobaan

PCT – 13 (modul proses pengendalian temperatur) PCT – 10 (electrical console) Thermostat Recorder V. 4. 2.

Gambar Alat

Gambar V. 13. Skema rangkaian alat pengendali temperatur (PCT – 13)

V. 4. 3.

Prosedur Percobaan

1. Rangkai pengendali suhu dengan sistem 2 tangki

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

104

2. Set Pengendali dengan posisi manusl. 3. Buka Valve 25% tunggu sampai tercapai kondisi steady state. 4. Beri perubahan step (buka valve) menjadi 80%, bersamaan catat

perubahan level tiap fungsi waktu (dgn recorder). 5. Tentukan harga parameter pengendali dan aplikasikan pada sistem

pengendali otomatis.

V. 5. PERCOBAAN 3: TUNING PENGENDALI ARAS (LEVEL) V. 5. 1. Peralatan Percobaan 1. Seperangkat CRL (Control Regulation Level) 2. PC (Personal Computer) 3. Kompresor 4. Printer

V. 5. 2. Gambar Alat

16 15

Gambar V. 14. Skema rangkaian alat pengendali pH Keterangan Gambar: 1. 2. 3. 4. 5.

Water Drainage Tank Centrifugal pump Proportional Pneumatic Valve I/P Tranducer Compressed air feed

9. Supply and conditioning unit 10. Personal computer 11. Valve ouput manual 12. Drainage valve 13. P/I tranducer

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

105

6. Low Pressure gauge 7. Pressure regulator (manual) 8. Electronic mini regulator (optional, code 916940)

14. Drainage electric valve 15. Reservoir 16. Valve input

V. 5. 3. Prosedur Percobaan V. 5. 3.1. Metode Online- Ziegler Nichols A. Persiapan a. Persiapan dilakukan seperti prosedur kerja sebelumnya b. Tekanan pada barometer diatur sebesar 15 psi c. Kran keluaran air (no.11) dan kran flowrate air masuk (no.16) dibuka penuh B. Pengoperasian a. Pengendali PID dipilih b. Dilakukan start up dengan cara mengatur bukaan hingga kondisi tercapai kondisi stabil (PV = SP) c. Tombol PC Control (CRL) diarahkan pada tulisan “PC” d. Dilakukan trial PB dengan τi= 0, τd= 0 sampai sistem berosilasi kontinyu dan kritis e. Respon yang terjadi diamati hingga respon stabil f. Setelah selesai file disimpan pada sub direktori c:\crl\......... C. Mematikan a. Cara mematikan seperti prosedur kerja sebelumnya V. 5. 3.2. Metoda Relay Auto Tuning A. Persiapan a. Persiapan dilakukan seperti prosedur kerja sebelumnya b. Tekanan pada barometer diatur sebesar 15 psi c. Kran keluaran air (no.11) dan kran flowrate air masuk (no.16) dibuka penuh B. Pengoperasian a. Pengendali on-off dipilih b. Tombol PC Control (CRL) diarahkan pada tulisan “PC” c. Dilakukan trialhysterisis dan gain dengan open time= 2 sampai diperoleh responsepertigambarberikut

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

106

% Po / % PV

time (detik)

% PV

d. Respon yang terjadi diamati hingga stabil e. Setelah selesai file disimpan pada sub direktori c:\crl\......... C. Mematikan a. Cara mematikan seperti prosedur kerja sebelumnya V. 5. 3.3. Metode Internal Model Control (IMC) A. Persiapan a. Persiapan dilakukan seperti prosedur kerja sebelumnya b. Tekanan pada barometer diatur sebesar 15 psi c. Kran keluaran air (no.11) dan kran flowrate air masuk (no.16) dibuka penuh B. Pengoperasian a. Jenis pengendali PID dipilih b. Tombol PC Control (CRL) diarahkan pada tulisan “PC” c. Start up dilakukan dengan cara mengatur bukaan hingga kondisi tercapai kondisi stabil (PV = SP) d. Klik START bersamaan dengan mengarahkan tombol PC control (CRL) pada tulisan “manual” e. Amati respon yang terjadi hingga stabil f. Setelah selesai simpan file pada sub direktori c:\crl\......... C. Mematikan a. Cara mematikan seperti prosedur kerja sebelumnya V. 5. 3.4. Metode Skogestad A. Persiapan a. Persiapan dilakukan seperti prosedur kerja sebelumnya b. Tekanan pada barometer diatur sebesar 15 psi c. Kran keluaran air (no.11) dan kran flowrate air masuk (no.16) dibuka penuh B. Pengoperasian a. Jenis pengendali PID dipilih b. Tombol PC Control (CRL) diarahkan pada tulisan “PC” c. Start up dilakukan dengan cara mengatur bukaan hingga kondisi tercapai kondisi stabil (PV = SP)

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

107

d. Klik START bersamaan dengan mengarahkan tombol PC control (CRL) pada tulisan “manual” e. Amati respon yang terjadi hingga stabil f.

Setelah selesai simpan file pada sub direktori c:\crl\.........

C. Mematikan a. Cara mematikan seperti prosedur kerja sebelumnya V. 5. 3.5. Metode Good Gain A. Persiapan a. Persiapan dilakukan seperti prosedur kerja sebelumnya b. Tekanan pada barometer diatur sebesar 15 psi c. Kran keluaran air (no.11) dan kran flowrate air masuk (no.16) dibuka penuh B. Pengoperasian a. Pengendali PID dipilih b. Dilakukan start up dengan cara mengatur bukaan hingga kondisi tercapai kondisi stabil (PV = SP) c. Tombol PC Control (CRL) diarahkan pada tulisan “PC” d. Dilakukan trial PB dengan τi= 0, τd= 0 sampai respon terbentuk seperti gambar di bawah ini :

e. Respon yang terjadi diamati hingga respon stabil f. Setelah selesai file disimpan pada sub direktori c:\crl\......... C. Mematikan a. Cara mematikan seperti prosedur kerja sebelumnya

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

108

DAFTAR PUSTAKA Anonim. Model Based Controlled Design. (http:// www.cc.ntut.edu.tw/jejeng/Model-based%20Tuning.pdf), diakses 20 Mei 2012 Chien, I-L.; Fruehauf, P. S. Consider IMC Tuning to Improve Controller Performance,(http//www.chemengr.ucsb.edu, diakses 20 Mei 2012). Finn and Haugen. Tuning of PID Controller Chapter 10. (http://www.techteach.no diakses 20 Mei 2012). Gunterus, Frans. Falsafah Dasar : Sistem Pengendalian Proses, Jakarta,1994 Rivera, D.E.,Morari,M.,Skogestad,S., Internal Model Control 4 PID controlled design, Ind. Chem.Res.,1986. Seborg, E. Dale,dkk. Process Dynamic and Control, second edition, John Wiley & Sons, Hoboken, 2004. Shamsuzzoha, Mohammad. On-Line PI Controller Tuning Using Closed-Loop Setpoint Response. (http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/...pi... /shamsuzzoha_132_Dycops.pdf), diakses 22 Juni 2012. Smith, A. Charlos; Corripio, Armando B. Principle and Practice of Automatic Process Control, John Willey & Sons Inc, New York, 2006. Stephanopoulus, George. Chemical Process Control, Prentice Hall International, Singapore, 1984. Wicaksono, Handy. Analisa Performansi dan Robustness dalam Sistem Pengendalian Proses, Universitas Kristen Petra, 2004. Coughanowr, Donald R. Process Systems Analysis and Control, 2th edition, McGraw-Hill, Singapore, 1991.

Jurusan Teknik Kimia – POLITEKNIK NEGERI MALANG

109