PENGENDALIAN TEKANAN DAN LAJU ALIR UDARA DENGAN ALAT AIR PRESSURE/ AIR FLOW CONTROL UNIT
RCP- 300
I.
TUJUAN PERCOBAANSetelah melakukan percobaan ini, Mahasiswa diharapkan dapat :
- Mengetahui pengukuran tekanan dan laju alir udara dengan menggunakan alat Air Flow Control Unit RCP- 300
- Mengoperasikan alat Air Flow Control Unit RCP- 300 dengan baik dan benar
II. ALAT YANG DIGUNAKAN:
- Seperangkat alat alat Air Pressure/ Air Flow Control Unit Rcp- 300 - Seperangkat personal komputer
III. DASAR TEORI Tekanan
Pengendalian Tekanan
Tekanan adalah variabel proses yang sering kita jumpai untuk dimonitor dan dikendalikan didalam industri minyak dan gas. Pengendalian tekanan dari suatu fluida proses pada beberapa tempat menjadi fokus utama dan dengan berbagai tujuan tertentu.
Dalam suatu loop pengendalian, juga loop pengendalian tekanan, selalu terdiri dari 3 elemen dasar:
- Elemen Pengukuran, besar variabel proses diukur dan ditransmisikan ke elemen kontrol.
- Elemen pengontrol, perbedaan antara variabel proses yang terukur (proses variabel/ PV) dan variabel proses yang diinginkan (Set point/ SP) dikalkulasi berdasarkan algoritma tertentu (umumnya control PID). Hasilnya akan diteruskan berupa perintah aksi terhadap elemen pengendali akhir.
- Elemen pengendali akhir, perintah aksi dari elemen pengontrol dan akan dilakukan oleh elemen pengendali akhir. Control valve adalah elemen pengendali akhir yang paling banyak digunakan.
Untuk kasus tekanan tinggi dan laju alir yang tinggi, biasanya implementasi dari pengontol terdiri dari :
1. Elemen pengukuran, yaitu Pressure Transmitter (PT) 2. Elemen pengontrol, yaitu Pressure Controller (PC)
3. Elemen pengendali akhir, yaitu Pressure Control Valve (PCV atau PV)
Untuk kasus tekanan rendah dan laju alir rendah implementasi pengontrolnya terintegrasi dalam satu perangkat yang biasa disebut pressure regulator.
usaha untuk mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai yang diinginkan. Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian automatik yang diterapkan dibidang teknologi untuk menjaga kondisi operasi agar sesuai yang diinginkan.
Air Flow Control Unit RCP-300
Alat Air Pressure atau Air Flow Control Unit RCP-300 DIDATEC merupakan aksesoris atau aplikasi pengendalian tekanan yang digunakan untuk melakukan simulasi pengendalian aliran udara proses pada sebuah pipa. Alat simulasi ini digunakan bersama dengan alat konsol listrik.
Tekanan tetap yang harus dipertahankan pada system proses dilakukan dengan menggerakkan kontrol pneumatic keposisi terbuka dan tertutup sesuai perintah dari controller dan secara terus menerus memberikan perubahan agar system proses berjalan dengan set point yang telah ditetapkan. Gerakan memberikan perintah controller ini dapat dilakukan secara otomatis dengan menggunakan mode pengendalian seperti Proporsional, Integral, dan Derivatif. Ketiga mode ini dipergunakan jarang secara tunggal kecuali proporsional.
Aliran udara yang digunakan pada alat ini dibagi menjadi dua, yaitu : a. Aliran udara proses
Aliran udara yang melewati katup (terukur oleh gauge) dan melewati katup contro pneumatic, pelat orifice dan terukur sebagai tekanan udara prose oleh gauge.
b. Aliran udara instrument
Aliran udara yang berfungsi sebagai udara penggerak katup control pneumatic.
melihat seberapa jauh perbedaan hasil keluaran ketika diberikan input bertahap. Alat ini juga sama seperti alat PC-13 yang juga merupakan alat ukur simulasi variabel dinamis yang pada suatu sistem proses, didalam hal ini dalah tekanan pada proses. Tekanan pada pipa proses diukur kemudian dibandingkan dengan set point yang telah ditetapkan kemudian diumpankan (diinputkan) ke controller atau computer yang dioperasikan dengan mode pengendalian sesuai pengukuran pada alat.
PID (Proportional-Integral-Derivative) Controller
Intrumentasi dan control industri tentu tidak lepas dari sistem instrumentasi sebagai pengontrol yang digunakan dalam keperluan pabrik. Sistem kontrol pada pabrik tidak lagi manual seperti dahulu, tetapi saat sekarang ini telah dibantu dengan perangkat kontroler sehingga dalam proses produksinya suatu pabrik bisa lebih efisien dan efektif. Kontroler juga berfungsi untuk memastikan bahwa setiap proses produksi terjadi dengan baik.
PID Blok Diagram dapat dilihat pada gambar dibawah :
Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :
Keterangan :
mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable
Kp = konstanta Proporsional
Ti = konstanta Integral
Td = konstanta Detivatif
e(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)
dengan :
Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas minimum dan maksimum yang akan membatasi nilai Manipulated Variable yang dihasilkan.
Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional, Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant.
Kontrol Proporsional
Kontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) • e maka u = Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. Pengontrol proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya).
1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah rise time).
2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapnya (mengurangi rise time).
3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi.
4. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error, tetapi tidak menghilangkannya.
Kontrol Integratif
Pengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika sebuah pengontrol tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional tidak mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapnya nol.
Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)=[integral e(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u=Kd.[delta e/delta t] Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde system
mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error.
Ciri-ciri pengontrol integral :
1. Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon.
2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan pada nilai sebelumnya.
3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki.
4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol.
Kontrol Derivatif
Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan factor konstanta Kd.
error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri
Ciri-ciri pengontrol derivatif :
1. Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan)
2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal kesalahan.
3. Pengontrol diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol diferensial dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem. 4. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan
mengurangi overshoot.
Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan tunaknya. Kerja pengontrol diferensial hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol diferensial tidak pernah digunakan tanpa ada kontroler lainnya.
Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol proporsional plus integral plus diferensial (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan :
1. mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-nya 2. menghilangkan offset
3. menghasilkan perubahan awal yang besar dan mengurangi overshoot.
Kita coba ambil contoh dari pengukuran temperatur, setelah terjadinya pengukuran dan pengukuran kesalahan maka kontroler akan memustuskan seberapa banyak posisi tap akan bergeser atau berubah. Ketika kontroler membiarkan valve dalam keadaan terbuka, dan bisa saja kontroler membuka sebagian dari valve jika hanya dibutuhkan air yang hangat, akan tetapi jika yang dibutuhkan adalah air panas, maka valve akan terbuka secara penuh. Ini adalah contoh dari proportional control. Dan jika ternyata dalam prosesnya air panas yang diharapkan ada datangnya kurang cepat maka controler bisa mempercepat proses pengiriman air panas dengan membuka valve lebih besar atau menguatkan pompa, inilah yang disebut dengan intergral kontrol.
Adapun beberapa grafik dapat menunjukkan bagaimana respon dari sistem terhadap perubahan Kp, Ki dan Kd sebagai berikut :
PID Controler adalah controler yang penting yang sering digunakan dalam industri. Sistem pengendalian menjadi bagian yang tidak bisa terpisahkan dalam proses kehidupan ini khususnya dalam bidang rekayasa industri, karena dengan bantuan sistem pengendalian maka hasil yang diinginkan dapat terwujud. Sistem pengendalian dibutuhkan untuk memperbaiki tanggapan sistem dinamik agar didapat sinyal keluaran seperti yang diinginkan. Sistem kendali yang baik mempunyai tanggapan yang baik terhadap sinyal masukan yang beragam.
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
a. Pengendalian tekanan melalaui peredam (silencer) - Membuka supply valve yaitu OV1
- Memastikan disana tidak terjadi kebocoran
- Mengatur tekanan pasokan I/P pada valve OV3 menggunakan 1,8 bar
- Mengatur tekanan pasokan bench 1,9 bar menggunakan valve OV2 - Menutup valve inlet dan outlet pada tangki dan OV5, OV8 (posisi
- Membuka outlet valve pada diafaghma OV6 - Membuka kedua peredam OV9 dan OV10 - Mennutup valve OV11
- Mengontrol laju alir loop menggunakan dual sink synoptic (18) - Mengubah SWITCH yang terletak dibagian kotak listrik dalam
posisi vertikal
- Mengeset aliran udara menggunakan katup OV9 dan OV10 untuk mendapatkan √∆ P = 4 mbar
b. Pengendalian tekanan melalui tangki - Membuka supply valve yaitu OV1
- Memastikan disana tidak terjadi kebocoran
- Mengatur tekanan pasokan I/P pada valve OV3 menggunakan 1,8 bar
- Mengatur tekanan pasokan bench 1,9 bar menggunakan valve OV2 - Menutup valve inlet dan outlet pada tangki dan OV5, OV8 (posisi
searah pipa)
- Menutup valve OV6,OV10.OV11 - Membuka valve OV9
- Mengubah SWITCH yang terletak dibagian kotak listrik dalam posisi vertikal
- Mengeset tekanan dalam tangki dengan valve OV9 menjadi P = 1 bar
c. Prosedur instrument dengan program komputer (iTools) - Menghidupkan komputer dan alat instrument
- Setelah komputer hidup, mengklik kanan pada start, kemudian memilih control panel, memilih iTools (run aplikasi)
- Kemudian akan muncul tampilan layar baru dengan memilih menu seperti port kemudian memilih COM 3, mengklik OK
- Kemudian akan masuk ketampilan awal iTools
- Pada iTools mengklik SCAN pada bagian atas, kemudian akan tampil layar pilihan SCAN, lalu memilih SCAN FROM DEVICE ADORTSS, mengklik OK
- Selanjutnya menunggu scanning sampai tersinkronisasi, ongga muncul tampilan pengukuran pada sudut kiri layar.
DAFTAR PUSTAKA
Tim Penyusun Laboratorium Teknik Kimia. Panduan Praktikum Pengendalian Proses. 2016. Palembang: POLSRI
LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES
DISUSUN OLEH :
Kelompok 1/ 5 KA
Ade Dwi Oktaviani 061430400288
Camelia 061430400289
Carissa Deanti 061430400290
Elvera Marliani 061430400292
Fadilla Syafitri 061430400293
Fatimatuzzuhro 061430400294
Noval Hariyanto 061430400302
JURUSAN TEKNIK KIMIA DIII
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
