LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES
Pengendalian Tekanan
Laporan ini disusun untuk memenuhi tugas Pengendalian Proses pada Semeter IV Jurusan Teknik Kimia
Dosen Pembimbing : Harita Nurwahyu Chamidy, LRSC, MT
Oleh :
Fiqhi Pridayanti Mukhlishah 111411010 Rahmi Pujiyati Putri 111411025 Ugi Muhammad Apriyanto 111411028
Kelompok 3
Kelas 2 A
Tanggal Praktikum: 23 April 2013
Tanggal Pengumpulan Laporan: 30 April 2013
PROGRAM STUDI D-3 TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PENGENDALIAN TEKANAN I TUJUAN
Praktikum ini memberi kompetensi dasar pada mahasiswa yaitu kemampuan untuk dapat mengendalikan sistem tekanan. Adapun tujuan praktikum adalah mempelajari pengaruh nilaimparameter pengendali pada respons tekanan.
II DATA PENGAMATAN Data 1:
o Alat pengendalian tekanan
Data 2:
GRAFIK SP DAN PV TERHADAP WAKTU DARI PERCOBAAN PENGENDALIAN
TEKANAN TANPA REDAMAN
a) Pengendalian Proporsional (P) 5 5.5 6 6.5 7 590 600 610 620 630 640 650 660 PV d an SP waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dengan PB = 50
PV SP
4.8 5.3 5.8 6.3 6.8 7.3 750 770 790 810 830 850 870 890 910 930 SP d an PV waktu
Kurva PV & SP thdp waktu dg PB = 30
PV SP 4.8 5.3 5.8 6.3 6.8 7.3 1320 1330 1340 1350 1360 1370 1380 1390 1400 1410 SP d an PV waktu
Kurva PV dan SP thdp waktu dg PB = 10
PV SP
4.8 5.3 5.8 6.3 6.8 7.3 1500 1510 1520 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 5
PV SP 4.8 5.3 5.8 6.3 6.8 7.3 1615 1620 1625 1630 1635 1640 1645 1650 1655 1660 1665 1670 PV d an SP waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 2
PV SP
b) Pengendalian Proporsional Integral (PI) 4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 480 490 500 510 520 530 540 SP d an PV waktu
Kurva SP & PV thdp waktu dg PB = 50 dan Ti = 30
PV SP 4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 610 620 630 640 650 660 670 680 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50 dan Ti=10
PV SP
4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 770 780 790 800 810 820 830 840 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50 , Ti= 5
PV SP 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 910 920 930 940 950 960 970 980 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50 dan Ti = 2
PV SP
5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 1060 1065 1070 1075 1080 1085 1090 1095 1100 1105 1110 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50 , Ti = 1
PV SP 4.92 4.94 4.96 4.98 5 5.02 5.04 5.06 5.08 1185 1186 1187 1188 1189 1190 1191 1192 1193 PV d an SP waktu
Kurva SP danPV thdp waktu dg PB = 50 dan Ti = 0,5
PV SP
c) Pengendalian Proporsional Integral Derivatif (PID) 5 5.5 6 6.5 7 7.5 950 970 990 1010 1030 1050 1070 1090 1110 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50, Ti = 0,5 dan Td = 2
PV SP 4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8 1280 1290 1300 1310 1320 1330 1340 1350 1360 1370 1380 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50, Ti = 0,5 dan Td = 5
PV SP
4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 1600 1610 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50, Ti = 0,5 dan Td = 10
PV SP 4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 1748 1758 1768 1778 1788 1798 1808 1818 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB =50, Ti=0,5 dan Td = 20
PV SP
4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 1748 1758 1768 1778 1788 1798 1808 1818 SP d an PV waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB =50, Ti=0,5 dan Td = 30
PV SP
Data 3:
GRAFIK SP DAN PV TERHADAP WAKTU DARI PERCOBAAN PENGENDALIAN
TEKANAN DENGAN REDAMAN
A. Pengendalian Proporsional (P) 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 510 515 520 525 530 535 540 545 550 SP d an PV Waktu (s)
PB 50
SP PV3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 635 640 645 650 655 660 665 670 675 680 685 SP d an PV Waktu (s)
PB 30
SP PV 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 760 770 780 790 800 810 820 830 SP d an PV Waktu (s)PB 10
SP PV3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 910 915 920 925 930 935 940 945 950 955 SP d an PV Waktu (s)
PB 5
SP PV 3.5 4 4.5 5 5.5 980 990 1000 1010 1020 1030 1040 1050 SP d an PV WaktuPB 2
SP PVB. Pengendali Proporsional Integral (PI) 4.5 5 5.5 6 6.5 310 320 330 340 350 360 370 SP d an PV Waktu (s)
I 30
SP PV 4.5 5 5.5 6 6.5 430 435 440 445 450 455 460 465 SP d an PV Waktu (s)I 10
SP PV4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 530 535 540 545 550 555 560 565 570 SP d an PV Waktu
I 5
SP PV 4.5 5 5.5 6 6.5 645 650 655 660 665 670 675 SP d an PV Waktu (s)I 2
SP PV4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 750 760 770 780 790 800 810 820 830 SP d an PV Waktu
I 1
SP PV 4.85 4.9 4.95 5 5.05 5.1 875 885 895 905 915 925 935 945 SP d n PV WaktuI 0,5
SP PVC. Pengendali Proporsional Integral Derivatif (PID) 4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 SP d an PV Waktu (s)
Td 2
SP PV 4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 375 380 385 390 395 400 405 410 415 420 SP d an PV Waktu (s)Td 5
SP PV4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 525 530 535 540 545 550 555 560 565 570 SP d an PV Waktu (s)
Td 10
SP PV 4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 690 700 710 720 730 740 750 760 SP d an PV Waktu (s)Td 20
SP PV4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 800 810 820 830 840 850 860 870 880 SP d an PV Waktu (s)
Td 30
SP PVIII PEMBAHASAN
1. Pembahasan oleh Fiqhi Pridayanti Mukhlishah (111411010)
Praktikum kali ini praktikan melakukan percobaan pengendalian tekanan dengan memvariasikan nilai parameter proporsional, integral, dan derivatif-nya. Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh nilai parameter pengendali pada respons tekanan. Percobaan yang dilakukan oleh praktikan adalah dengan pengendalian Proporsional (P), pengendalian Proporsional Integral (PI), dan pengendalian Proporsional Integral Derivative (PID).Terdapat 2 percobaan yang praktikan lakukan yaitu, tanpa tangki peredam dan dengan tangki peredam.
Pada percobaan tanpa tangki peredam percobaan pertama yang dilakukan oleh praktikan adalah pengendalian Proporsional. Pengendalian ini hanya memvariasikan nilai proporsional band nya saja. Untuk mengubah-ubah nilai PB praktikan merubah nilai Kc nya. Hal ini dikarenakan PB = ⁄ . Sedangkan waktu integralnya di set sangat besar yaitu 100000 sekon. Hal ini bertujuan agar pengaruh waktu integral dianggap hampir tidak ada. Nilai PB yang divariasikan adalah sebesar 50, 30, 10, 5 dan 2. Dari nilai-nilai parameter tersebut praktikan dapat mengetahui kestabilan tekanan yang dihasilkan. Grafik yang dihasilkan pada percobaan pertama ini praktikan dapat melihat pengaruh nilai PB pada tekanan. Semakin kecil nilai PB maka osilasi akan semakin sering terjadi. Jika semakin besar nilai PB maka akan semakin stabil aliran yang terkendali. Tetapi pengendalian Proporsional ini tidak cukup akurat untuk menghasilkan Proses Variabel (PV) mendekati nilai Set Poin (SP). Dengan menggunakan pengendalian Proporsional ini nilai-nilai PB harus besar agar mencegah terjadinya osilasi. Tetapi, hal ini malah menyebabkan terjadinya penyimpangan yang sering disebut offset. Agar mengurangi nilai offset yang ditimbulkan sebaiknya menggunakan pengendalian Proporsional Integral (PI).
Percobaan kedua praktikan melakukan pengendalian Proporsional Integral (PI). Percobaan ini memasukkan nilai PB yang terbaik yang dihasilkan pada percobaan pertama. Nilai PB yang di pilih adalah 50%. Percobaan kedua ini praktikan melakukan nilai variasi pada waktu integral (Ti) nya. Variasi waktu integralnya yaitu 30, 10, 5, 2, 1 dan 0,5 sekon. Grafik yang dihasilkan pada percobaan kedua ini cukup baik. Karena nilai PV hampir mendekati nilai SP. Tetapi dibandingkan waktu integral yang lain ternyata waktu integral 0,5 sekon adalah waktu yang paling baik dengan nilai PB 50%. Karena, respon PV untuk mendekati SP lebih cepat dan cenderung langsung stabil.
Pada percobaan yang ketiga ini praktikan melakukan pengendalian Proporsional Integral Derevative (PID). Percobaan ini praktikan memasukkan nilai PB 50%, nilai Ti 0,5 sekon dan variasi nilai waktu derevative (Td). Variasi waktu derevative adalah 2, 5, 10, 20 dan 30 sekon. Pengendalian PID ini menyebabkan respon yang lebih cepat. Derivative Action dapat menyebabkan respon cepat tetapi sangat peka terhadap noise (gangguan) karena derivative perubahan error persamaan yang ada di dalam PID adalah komponen simpul umpan balik yang umum dalam sistem kontrol. Pengkontrol PID bisa mengatur keluaran proses didasarkan pada penyebab dan laju perubahan deviasi, sehingga kontrol menjadi stabil dan lebih akurat.
Pada percobaan yang menggunakan tangki peredam praktikan melakukan pengendalian yang sama seperti tangki tanpa peredam. Yang membedakan hanyalah ditambahkan tangki tekan.
Berdasarkan pegendalian yang telah dilakukan oleh praktikan dapat disimpulkan bahwa pengendalian yang terbaik adalah pengendalian Proporsional Integral. Dari ketiga pengendalian tersebut sifat pengendalian yang dilakukan adalah Direct Acting. Hal ini dikarenakan jika nilai PV besar maka itu diakibatkan oleh tekanan yang keluar dari valve juga akan besar. Jika tekanan dalam tangki melebihi SP maka dari control valve akan memperkecil bukaannya. Dan percobaan dengan menggunakan tangki peredam ternyata lebih baik dibanding tanpa peredam. Hal ini dikarenakan jika menggunakan peredam osilasi yang dihasilkan berkurang.
2. Pembahasan oleh Rahmi Pujiyati Putri (111411025)
Pada praktikum kali ini, praktikan melakukan percobaan pengendalian tekanan dengan mencoba – cobakan berbagai nilai pada parameter seperti proporsional, integral dan derivative. Untuk tahap pertama praktikan mencobakan pengendalian dengan hanya menggunakan parameter proporsional saja yang nilainya bervariasi yaitu, 50, 30, 10, 5dan 2. Dari data praktikum ( grafik ) bagian pertama ini praktikan dapat menyimpulkan bahwa semakin kecil nilai PB semakin sering osilasi terjadi, tapi semakin besar nilai proporsional band yang diberikan dalam pengendalian maka akan semakin stabil tekanan yang terkendali. Namun begitu pengendalian dengan parameter proporsional saja tidaklah cukup untuk menjadikan process variable ( tekanan ) mendekati set point yang diinginkan karena dapat dilihat dari grafik pada nilai PB yang praktikan anggap paling baik yaitu 50, tetap saja PV belum mendekati SP ( terjadi offset ). Proses-proses cenderung menggunakan pengendali
dengan proporsional band besar untuk mencegah terjadinya osilasi, tetapi akibatnya timbul penyimpangan. Penyetelan harga PB yang besar atau adanya perubahan pembebanan yang besar akan menimbulkan penyimpangan. Suatu sistem dengan hanya menggunakan pengendali proporsional selalu masih terdapat penyimpangan dari harga titik pengesetannya sebagai suatu harga yang diinginkan, apabila sistem diberikan pembebanan yang berubah-ubah. Perubahan pembebanan ini disebut sebagai gangguan terhadap sistem proses. Untuk mengatasi hal tersebut, mode integral sering digabungkan dengan pengendali proporsional sehingga penyimpangan dapat dieliminasi.
Selanjutnya praktikan melakukan percobaan kedua dengan mencoba – coba memasukkan variasi nilai waktu integral ( Ti ) namun dengan tetap menggunakan nilai PB yang paling baik menurut praktikan pada percobaan 1 yaitu PB = 50. Praktikan memvariasikan nilai waktu integral yaitu 0,5 , 1, 2, 5, 10, dan 30. Praktikan menganggap nilai Ti yang paling baik untuk disandingkan dengan nilai PB 200 adalah Ti = 0,5 karena praktikan melihat dari grafik yang ditampilkan pressure controller di PC bahwa pada nilai intergral 0,5 tersebut respons PV untuk mendekati SP lebih cepat dan cenderung langsung stabil dibandingkan ketika nilai integral lain dimasukkan. Rangkaian pengendali tekanan merupakan contoh sistem yang memerlukan nilai PB yang besar, sehingga untuk sistem yang demikian mode integral perlu ditambahkan pada pengendali. Apabila fungsi intergral ditambahkan, maka secara kontinyu integral akan bereaksi terhadap keluaran sepanjang terjadi penyimpangan dari titik pengesetan yang diinginkan, sehingga dihasilkan penyimpangan = 0.
Terakhir, praktikan melakukan percobaan yang ke-3 yaitu dengan memasukkan nilai waktu derivatif. Nilai derivatif ini disandingkan dengan nilai PB = 50 dan Ti = 0,5 dari praktikum sebelumnya, sehingga parameter pengendalian menjadi PID. Derivative action menyebabkan respon cepat, tapi meskipun respon cepat sistem menjadi peka terhadap noise karena derivative perubahan error persamaan yang ada dalam PID, adalah komponen simpul umpan balik yang umum dalam sistem kontrol. P e n g k o n t r o l mengambil harga terukur dari suatu proses atau peralatan lainnya dan membandingkannya dengan harga setpoint acuan, beda/deviasi (error signal) nya kemudian digunakan menyetel beberapa masukan ke proses agar mengembalikan harga proses terukur ke harga setpoint yang diinginkan. Tidak seperti pengkontrol sederhana, pengkontrol PID bisa mengatur keluaran proses didasarkan pada penyebab dan laju perubahan deviasi, sehingga kontrol menjadi stabil
dan lebih akurat. Tapi tidak untuk sistem pengendalian untuk tekanan dibuktikan dengan grafik PV terhadap SP yang langsung berosilasi dan tidak kunjung stabil. Jadi dapat disimpulkan pengendalian tekanan ini lebih baik menggunakan parameter PI saja.
Pada percobaan yang menggunakan tangki peredam praktikan melakukan pengendalian yang sama seperti tangki tanpa peredam. Yang membedakan hanyalah ditambahkan tangki tekan. Pengendalian tekanan dengan peredam ini, di dapat niali PB terbaik utnuk pengendalian adalah 50 dan TI adalah 0,5. Sedangkan pengaruh derivatif yang diberikan kepada sistem, tetap menghasilkan osilasi seperti pengendalian tanpa redaman hanya saja offset yang terjadi tidak terlalu jauh dari SP.
Adapun sifat pengendalian kali ini yaitu direct acting, karena jika nilai PV ( laju alir tekanan ) besar maka berarti itu disebabkan oleh volume udara yang keluar dari valve juga besar berarti tekanan akan kecil karena tekanan berbanding terbalik dengan volume. Jika aliran udara tekan menyebabkan tekanan dalam tangki melebihi SP maka dari itu control valve akan memperbesar bukaannya, karena itulah sifat dari pengendalian ini dapat disimpulkan sebagai pengendalian direct acting.
3. Pembahasan oleh Ugi Muhammad Apriyanto (111411028)
Pada percobaan ini, dilakukan pengendalian tekanan (pressure) pada alat Pressure Control. Tujuan daripada praktikum ini adalah mempelajari pengaruh parameter pengendali pada respons aliran yang ditunjukkan oleh aplikasi Pressure Control yang dihubungkan dengan alat kemudian dihubungkan dengan notebook, sehingga ilustrasi grafik akan muncul pada display notebook yang sudah terinstal aplikasi Pressure Control.
Untuk menentukan pengendalian tekanan yang tepat, dilakukan tiga pengendali dalam pengendalian aliran. Yaitu pengendali Proporsional (P), Proporsional-Integral (PI), dan Proporsional-Integral-Derivatif (PID) dengan parameter pengendali yang divariasikan berupa Proportional Band (PB), waktu integral, dan waktu derivatif. Ada dua percobaan yaitu mengamati pengaruh parameter pengendali tanpa menggunakan tangki peredam dan dengan menggunakan tangki peredam.
Pada awal pengoperasian, dilakukan pengaturan terhadap valve V2 dan V1 sehingga menunjukkan tekanan 10 dan 18 psi, lalu menutup V3, V5, dan V6 dan mengatur bukaan V4
(tanpa menggunakan tangki peredam). Pada pengendalian proporsional, waktu derivatif 0, dan waktu integral 100000 (sehingga pengaruh integral dapat diminimalisasi). Dilakukan pengamatan terhadap nilai Proportional Band (PB) dengan variasi 2, 5, 10, 30, dan 50 [%]. Dari hasil pengamatan grafik, diperoleh grafik yang menurut praktikan lebih baik dari yang lain, yaitu pada nilai PB sebesar 50%. Dapat terlihat dari grafik-grafik yang diperoleh, pengaruh nilai PB terhadap kestabilan. Nilai PB yang kecil mengakibatkan ketidakstabilan yang cenderung besar sehingga osilasi pun semakin besar. Sedangkan nilai PB yang besar mengakibatkan PV stabil dengan respons yang lambat, namun kestabilan dapat dicapai, sehingga osilasi dapat diminimalisasi. Dengan PB yang besar seharusnya offset akan dapat diminimalkan. Namun PV belum bisa mendekati SP secara maksimal. Oleh karena itu, dibutuhkan unsur integral dalam pengendalian.
Pada pengendalian Proporsional-Integral (PI), digunakan PB sebesar 50% yaitu nilai PB terbaik hasil pengendalian Proporsional. Dilakukan variasi waktu integral sebesar 0,5; 1; 2; 5; 10; dan 30. Dari hasil pengamatan grafik, didapatkan grafik terbaik pada waktu integral 0,5. Karena respons PV terhadap MV berlangsung sangat cepat dan offset dapat diminimalkan. Sehingga dari grafik yang didapatkan, pengaruh integral dapat diketahui, yaitu apabila waktu integral semakin besar maka responsnya akan semakin lambat dan ketidakstabilan semakin besar.
Pada pengendalian Proporsional-Integral-Derivatif (PID), dilakukan input nilai waktu derivatif dengan variasi 2, 5, 10, 20, dan 30. Input nilai derivatif yang semakin besar menyebabkan respons yang sangat cepat namun akan sangat peka sekali terhadap keberadaan noise. Dari hasil pengamatan, PV tidak pernah stabil terhadap SP. Maka dari sekian variasi waktu derivatif, tidak dapat ditentukan mana yang terbaik. Oleh karena itu, dapat disimpulkan pada pengendalian aliran ini lebih baik menggunakan pengendali dengan parameter Proporsional-Integral (PI).
Untuk percobaan menggunakan tangki peredam, dilakukan seperti tanpa peredam hanya saja valve V3 dibuka keluaran valve dan V4, V5, dan V6 ditutup. Dari sini bisa didapatkan fungsi peredaman. Fungsi redaman adalah untuk mengantisipasi adanya gangguan sehingga dapat mengurangi adanya osilasi. Sehingga dari hasil pengamatan grafik, pengendalian yang dapat dikatakan lebih baik adalah pangendalian dengan rendaman.
Adapun sifat pengendalian aliran ini yaitu direct acting, yaitu jika aliran udara tekan menyebabkan tekanan dalam tangki melebihi SP maka dari itu control valve akan memperbesar bukaannya.
IV KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang didapat dari hasil percobaan pengendalian tekanan ini adalah:
1. Berdasarkan hasil grafik pada percobaan:
pengendali yang dapat dikatakan paling baik pada pengendalian tekanan ini adalah pengendali Proporsional-Integral (PI) atau PI-Controller.
Pengendalian dengan tangki peredam lebih baik daripada tanpa peredam, dapat dilihat dari osilasi yang minimum pada grafik.
Nilai PB terbaik adalah 50% dan nilai waktu integral (Ti) terbaik adalah 0.5.
2. Pengaruh keberadaan Proportional Band (PB) adalah semakin besar PB, respons akan semakin lambat, stabilitas semakin tinggi.
3. Pengaruh keberadaan integral time atau waktu integral (Ti) adalah semakin kecil waktu integral, maka respons akan semakin cepat tetapi kestabilan rendah.
4. Pengaruh keberadaan derivative time atau waktu derivative (Td) adalah semakin besar waktu derivatif, maka respons akan semakin cepat tetapi akan sangat peka terhadap noise.
DAFTAR PUSTAKA
Heriyanto. Pengendalian Proses. Jurusan Teknik Kimia, 2007. Bandung: Politeknik Negeri Bandung
Wade, H. L. 2004. Basic and Adavanced Regulatory Control: System Design and Application. Ed. 2, ISA, NC
