Laporan Praktikum Pengendalian Aliran(1)

(1)

PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2016/2017

MODUL : Pengendalian Aliran

PEMBIMBING : Ayu Ratna Permatasari, S.T., M.T.

Oleh : Kelompok : 10

Nama : Nurlailatush Sholihah 151424021

Nurul Aulia Muthmainnah 151424022 Kelas : 2A- Teknik Kimia Produksi Bersih

PROGRAM STUDI D4-TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017

Praktikum : Selasa, 14 Maret 2017

(2)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

1.2 Tujuan

Praktikum ini memberi kompetensi dasar pada mahasiswa yaitu kemampuan untuk dapat mengendalikan system aliran., dan mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respons aliran.

(3)

BAB II DASAR TEORI 2.1 Prinsip Pengendalian

Proses operasi dalam industri kimia bertujuan untuk mengoperasikan rangkaian peralatan sehingga proses dapat berjalan sesuai dengan satuan operasi yang berlaku. Untuk mencapai hal tersebut maka diperlukan pengendalian. Hal yang perlu diperhatikan dalam proses operasi teknik kimia seperti suhu (T), tekanan (P), laju alir (F) tinggi permukaan cairan (L), komposisi, pH, dan lain sebagainya. Peranan pengendalian proses pada dasarnya adalah mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai dengan apa yang diinginkan.

Ketinggian suatu cairan merupakan salah satu hal yang harus dikendalikan dalam suatu industry kimia. Apabila ketinggian cairan tidak dikendalikan maka proses dalam industry akan terganggu. Jika ketinggian cairan melebihi ketinggian yang diinginkan maka akan terjadi overflow atau cairan akan meluap sehingga mengganggu atau dapat merusak alat-alat lain dan jika ketinggian cairan kurang dari ketinggian yang diinginkan maka proses tidak akan bekerja. Oleh karena itu ketinggian suatu cairan harus dikendalikan dalam suatu industry.

Untuk pelaksanan langkah-langkah pengendalian proses tersebut diperlukan instrumentasi sebagai berikut:

1. Unit proses. 2. Unit pengukuran.

Bagian ini bertugas mengubah nilai variable proses yang berupa besaran fisik atau kimia menjadi sinyal standar (sinyal pneumatic dan sinyal listrik).

Adapun pada unit pengukuran terdiri atas:

 Sensor: elemen perasa (sensing element) yang langsung “merasakan” variable proses. Sensor merupakan bagian paling ujung dari sistem/unit pengukuran dalam sistem pengendalian. Contoh dari elemen perasa yang banyak dipakai adalah thermocouple, orificemeter, venturimeter, sensor elektromagnetik, dll.

 Transmitter atau tranducer: bagian yang menghitung variable proses dan mengubah sinyal dari sensor menjadi sinyal standar atau menghasilkan sinyal proporsional, seperti: DC voltage 0-5 volt, DC current 4-20 mA dan Pressure 3-15 psi

(4)

3. Unit pengendali atau controller atau regulator yang bertugas membandingkan, mengevaluasi dan mengirimkan sinyal ke unit kendali akhir. Hasil evalusi berupa sinyal kendali yang dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal kendali berupa sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran. Pada controller bisaanya dilengkapi dengan control unit yang berfungsi untuk menentukan besarnya koreksi yang diperlukan. Unit ini mengubah error menjadi manipulated variable berupa sinyal. Sinyal ini kemudian dikirim ke unit pengendali akhir (final control element).

4. Unit kendali akhir yang bertugas menerjemahkan sinyal kendali menjadi aksi atau tindakan koreksi melalui pengaturan variable termanipulasi. Unit kendali akhir ini terdiri atas:

a) Actuator atau servo motor: elemen power atau penggerak elemen kendali akhir. Elemen ini menerima sinyal yang dihasilkan oleh controller dan mengubahnya ke dalam action proporsional ke sinyal penerima.

b) Elemen kendali akhir atau final control element: bagian akhir dari sistem pengendalian yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan cara memanipulasi besarnya manipulated variable yang diperintahkan oleh controller. Contoh paling umum dari elemen kendali akhir adalah control valve (katup kendali).bisaanya digunakan untuk mengendalikan aliran air pada ketinggian tertentu dengan tekanan tertentu pada suatu tabung atau pipa.

2.2 Pengendalian Laju Alir

Dalam praktikum ini sebagai sensor laju alir adalah jenis turbin. Putaran turbin berbanding lurus dengan laju alir.Sinyal listrik sensor turbin berupa gelombang balok.Oleh converter, gelombang balok diubah menjadi sinyal tegangan 1-5 (0-100%).Sinyal ini dikirim ke pengendali (computer). Aksi pengendali berjenis berkebalikan (reverse acting). Artinya jika laju ali bertambah besar, sinyal kendali berkurang dan katup kendali lebih menutup untuk mengurangi laju alir.

Sinyal kendali dari pengendali (computer) berupa sinyal tegangan 1-5 V, yang selanjutnya diubah menjadi sinyal arus 4-20 mA, oleh converter sinyal arus diubah menjadi sinyal pneumatic 0,2-1 bar (3-15 psi). control valve (unit kendali akhir) adalah jenis pneumatic yang mendapat sinyal pneumatic tersebut.

(5)

Dalam pengendalian aliran ini sebagai PV adalah laju alir, MV adalah aliran masuk, SP adalah laju alir yang diinginkan, gangguan adalah laju lalir yang keluar system.Pengendalian laju alir memiliki sifat cepat dan banyak noise khususnya untuk aliran turbulen.

Karakteristik dinamik lingkar pengendalian laju alir didominasi oleh dinamika elemen kendali akhir.Juga akibat gesekan stem dapat menimbulkan hysteresis. Factor linileritas pengendalian laju alir ditentukan oleh karakteristik katup kendali, tipe instrument ukur laju alir yang dipakai dan penyempitan dalam pipa.

(6)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat dan Bahan yang digunakan untuk percobaan pengendalian Level adalah sebagai berikut :

1. Seperangkat sistem pengendalian Aliran 2. Komputer

(7)

Keterangan :

1. Water drainage tank 2. Centrifugal pump 3. Control valve 4. I / P transduser 5. Udara instrument 6. Manometer

7. Pressure regulator (manual) 8. Pengendali luar

9. Panel Kendali 10. Personal computer 11. Tangki Penampung 12. Katup Buang manual

13. Sensor dan Transmitter level 14. Katup Solenoida

X. Actuating signal

Y. Controlled quantity signal

3.2 Percobaan 3.2.1 Persiapan

1) Pastikan penampung air telah terisi paling sedikit tiga perempat penuh 2) Sistem peralatan aliran telah terhubung secara benar dengan komputer 3) Pastikan komputer bekerja normal

3.3.3 Pengoprasian perangkat keras

1) Pastikan udara instrumen telah mengalir pada tekanan masuk 140 kPa (1,4 bar) atau maksimum 200 kPa (2 bar). Jika perlu atur regulator tekanan udara instrumen agar memenuhi tekanan tersebut.

2) Nyalakan peralatan CRL dengan menekan tombol daya

3) Ubah saklar pemilih ke posisi PC. Pompa akan hidup dan mengalirkan air ke dalam tangki

3.3.4 Pengoprasian perangkat lunak

1) Nyalakan komputer/laptop dan jalankan program level control 2) Pastikan posisi tombol AUTO/MANUAL pada posisi MANUAL 3) Pastikan posisi tombol REVERSE/DIRECT pada posisi REVERSE 4) Tekan tombol RUN (berupa panah) sehingga pengendalian mulai berjalan.

(8)

5) Atur manipulated variable yang mempresentasikan bukaan katup kendali dengan menggeser horizontal scroll ke kanan hingga 100%

6) Atur katup buang sehingga aliran yang ditunjukan rotameter (11) dan tampilan layar computer sebesar 100 L/jam. Bila nilainya tidak sama, gunkan tampilan di layar computer.

3.3.5 Pengendalian Automatik

1) Geser vertical scroll SP (set point) ke posisi 50 L/h atau dengan cara mengetikan nilai 50 kemudian tekan ENTER

2) Pastikan parameter pengendali dengan nilai PB=100, waktu integral=1, dan waktu derivatif=0

3) Ubah posisi setpoint AUTO/MANUAL ke posisi AUTO

4) Amati aliran air (warna hijau) terhadap nilai setpoint (warna merah). Aliran akan bergerak kea rah setpoint sehingga konstan disitu.

3.3.5 Pengaruh Parameter Pengendali Tanpa Tangki Peredam Pengendali Proporsional (P)

1) Pastikan SP=50 L/h

2) Pastikan nilai PB=100% dan waktu derivative, Td=0

3) Ubah waktu integral (Ti) ke nilai yang sangat besar (missal 100000) dengan demikian maka pengaruh integral hamper tidak ada.

4) Ubah setpoint (SP) ke 60 L/h dengan mengetikkan angka 60 dan diikuti menekan ENTER

5) Amati nilai aliran (PV), apakah bias mengikuti SP. Perhatikan juga adakah osilasi nilai aliran (PV).

6) Ubah setpoint (SP) kembali ke 50 L/h, dan tunggu sampai nilai PV stabil dan konstan. 7) Ubah gain PB ke 20,50,150, dan 200. Setiap perubahan lakukan langkah (3)-(5).

Amati nilai aliran (PV).

8) Pilih nilai proporsional band (PB) yang menghasilkan pengendalian cepat, tepat, dan stabil.

Pengendali Proporsional-Integral (PI)

1) Gunakan nilai PB terbaik dari pengendalian proporsional di atas 2) Pastikan SP = 50 L/h dan tunggu hingga nilai PV konstan.

3) Ubah waktu integral bernilai 60 detik (1 menit) dan tunggu hingga nilai PV konstan 4) Ubah setpoint (SP) ke 60 L/h

(9)

5) Amati nilai aliran (PV), apakah bias mengikuti SP. Perhatikan juga adakah osilasi nilai PV

6) Ubah setpoint (SP) kembali ke 50%, dan tunggu sampai nilai PV stabil dan konstan. 7) Ubah waktu integral ke nilai 30,10,5,2,1 dan 0,5. Setiap perubahan lakukan langkah

(4)-(6). Amati nilai PV

8) Pilih nilai waktu integral yang menghasilkan pengendalian cepat, tepat dan stabil.

Pengendali Proporsional-Integral-Derivatif (PID) 1) Gunakan nilai PB dan Ti terbaik dari pengendalian PI sebelumnya 2) Pastikan SP =50 L/h dan tunggu hingga nilaiPV konstan

3) Ubah waktu derivative menjadi 1 detik 4) Ubah setpoint (SP) ke 60 L/h

5) Amati nilai aliran (PV), apakah bias mengikuti SP. Perhatikan juga adakah osilasi nilai PV

6) Ubah setpoint (SP) kembali ke 50 L/h dan tunggu sammpai nilai PV stabil dan konstan

7) Ubah waktu derivative ke nilai 2,5,10,20 dan 30. Setiap perubahan lakukan langkah (4)-(6). Amati nilai PV

8) Pilih nilai waktu derivative yang memnghasilkan pengendalian cepat , tepat dan stabil.

3.3.6 Penyelesaian Percobaan

1) Jika sudah seeai, tekan tombol OPERASI STOP

2) Maka akan muncul tampilan untumengisi nama file data, isikan dengan ekstensi XLS (misalnya “kelompok-2.xis’) kemudan telkan OK

3) Matikan CRLF dengan menekan tombol daya ke posiis OFF 4) Buka katup buang tangki sehingga kosng

5) Bersihkan tempat kerja sehingga tidak ada sampah, kertas atau barang lain berserakan di sekitar peralatan.

(10)

BAB IV

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Pengamatan PENGENDALIAN PROPORSIONAL (P) PB 100% Kc/Pb 100% Ti 1000000 Td -No Karakteristik Nilai 1 Overshoot -2 Settling time -3 Decay Ratio -PB 200%

(11)

Kc/Pb 200% Ti 1000000 Td -No Karakteristik Nilai 1 Overshoot -2 Settling time -3 Decay Ratio -PB 400%

(12)

Kc/Pb 400% Ti 1000000 Td -No Karakteristik Nilai 1 Overshoot -2 Settling time - 3 Decay Ratio -

(13)

Kc/Pb 100% Ti 0,2 menit Td -No Karakteristik Nilai 1 Overshoot 40/60x100%=66,6% 2 Settling time - 3 Decay Ratio 1

(14)

Kc/Pb 200% Ti 0,2 menit Td -No Karakteristik Nilai 1 Overshoot -2 Settling time - 3 Decay Ratio -

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

PENGENDALIAN PROPORSIONAL-INTEGRAL-DERIVATIF (PID) Kc/Pb 100% Ti 0,4 Td 0,2 No Karakteristik Nilai 1 Overshoot 81,2-60/60 x 100% = 35,33% 2 Settling time - 3 Decay Ratio 65/80 = 0,8125 4.4 Pembahasan

4.4.1 Pembahasan oleh Nurlailatush Sholihah (151424021) 4.4.2 Pembahasan oleh Nurul Aulia Muthmainnah (151424022)

(23)

Pengendalian adalah suatu tindakan agar variabel yang dikendalikan outputnya sesuai dengan apa yang kita inginkan. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk menentukan jenis pengendali yang tepat untuk pengendalian aliran. Adapun bagian-bagian dari pengendali aliran yaitu sebagai berikut.

Jenis Pengendalian Reverse Acting

Parameter Pengendali Pengendali proposional (P), pengendali proposional integral

(PI) dan pengendali proposional integral derivative (PID).

PV Laju alir

Unit Proses Perpipaan

Sensor Turbin

Sistem pengukuran Transmitter

Unit kendali akhir Control Valve

Unit kendali CRF dan Display PC

Pada prinsipnya pengendali aliran yaitu mengatur laju aliran yang masuk (PV) agar sesuai dengan set point (SP). Dari percobaan tersebut akan diperoleh nilai propotional band (PB), waktu integral (Ti), dan waktu derivtif (Td) terbaik untuk melakukan pengendalian aliran.

 Proporsional (P)

Parameter proporsional adalah pengendalian yang menghasilkan sinyal kendali yang besarnya sebanding dengan error, sehingga terdapat hubungan tetap dan linier antara variabel proses dan sinyal kendali.

Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa saat dilakukan percobaan dengan PB 100, 200, dan 400 tidak diperoleh nilai overshoot, settling time, dan decay ratio. Hal ini dikarenakan keterlambatan mengganti set point, sehingga nilainya tidak diperoleh.

Pada percobaan proposional ini, tidak bisa ditentukan nilai proposional band terbaik untuk melakukan pengendalian. Namun jika berdasarkan teoritis, PB terbaik yaitu parameter terkecil.

 Proporsional-Integral (PI)

Parameter proporsional integral adalah waktu integral atau waktu reset yang memiliki satuan detik atau menit setiap pengolahan data. Pada pengendali PI, suku bias ditiadakan sebab suku integral mampu memberikan nilai bias yang tepat.

No Karakteritik Dinamik Nilai

100 200 400

1. Overshoot - -

-2. Settling time - -

-3. Decay Ratio - -

-No Karakteritik Dinamik Nilai

0,2 0,4 0,8

1. Overshoot 66,6% 58,3% 58,3%

2. Settling time - -

(24)

Berdasarkan tabel diatas, dapat diketahui bahwa saat dilakukan percobaan dengan Ti 0,2, 0,4, dan 0,8 menit, didapatkan data overshoot dan decay ratio. Adapun nilai settling time tidak didapat karena keadaan steady state yang terlalu singkat, sehingga nilai overshoot terlalu besar dan waktu respon masuk tidak terdeteksi.

 Proporsional-Integral-Derivatif (PID)

Parameter proporsional-integral-derivatif adalah besarnya sinyal kendali yang dihasilkan sebanding denmgan besar error, integral error, dan derivasi error. Suku derivatif bereaksi terhadap kecepatan perubahan error.

Dari tabel disamping, dapat diketahui bahwa dalam percobaan PID didapatkan nilai overshoot sebesar 35,33% dan decay ratio 0,8125. Pada percobaan ini tidak dapat ditentukan parameter derivatif terbaik untuk melakukan pengendalian aliran. Namun pada percobaan ini terjadi osilasi, karena nilai Kp yang terlalu besar.

Dari hasil percobaan didapatkan bahwa semakin banyak parameter pengendalian yang digunakan, maka pengendalian proses semakin mudah dan mencapai stabil.

No Karakteristik Dinamik Nilai 1 Overshoot 35,33% 2 Settling time -3 Decay Ratio 0,8125

(25)

BAB V

(26)

DAFTAR PUSTAKA

Heriyanto (2010).Pengendalian Proses. Jurusan Teknik Kimia, Bandung: POLBAN Wade, H.L.(2004).Basic and Adavanced Regulatory Control: System Design and