LABORATORIUM INSTRUMENTASI PENGUKURAN
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015 / 2016MODUL : KONFIGURASI PENGENDALIAN SUHU & LEVEL
PEMBIMBING : SHOERYA SHOELARTA. MT. LRSC
Oleh : Kelompok : IV
Isty Fauziah (141411044) Mega Nuruljannah A. (141411045)
Moch. Egi Ramadhan (141411046) Moh. Ridwan Enan Sanusi. (141411047)
Kelas 2B Kelas : 2B - Teknik Kimia
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2016
Praktikum : 12 April 2016 Penyerahan Laporan : 19 April 2016
KONFIGURASI PENGENDALIAN
SUHU & LEVEL
I. TUJUAN
Setelah melakukan praktikum ini diharapkan mahasiswa mampu:
• melakukan identifikasi unit-unit/elemen-elemen pengendalian proses;
• menjelaskan jenis alat beserta fungsinya pada setiap unit/elemen pengendalian proses;
• melakukan identifikasi variabel-variabel/sinyal-sinyal pengendalian proses dan media transmisinya.
II. DASAR TEORI
Pengendalian proses merupakan bagian tak-terpisahkan dalam ilmu teknik kimia. Dalam industri kimia pengendalian proses diperlukan untuk menjaga agar proses berlangsung sesuai dengan setting yang dikehendaki. Pengendalian proses pada kenyataannnya adalah mengendalikan satu atau beberapa variabel agar terjaga pada nilai yang dikehendaki. Diagram blok umum pengendalian proses adalah sebagai berikut.
Pengendalian proses memerlukan unit-unit/elemen pengendalian berikut.
• Unit Proses (process). Unit tempat proses berlangsung proses yang akan dikendalikan. Variabel yang akan dikendalikan dalam unit ini disebut dengan variabel proses terkendali (process variable disingkat PV), variabel yang dikendalikan (controlled variable), atau variabel terukur (measured variable).
• Unit Pengukuran (measurement unit). Unit yang berfungsi untuk mengukur variable proses (PV). Hasil pengukuran unit ini kemudian dikirimkan ke unit kendali. Unit pengukuran terdiri atas sensor saja atau sensor dan transmitter.
• Unit Kendali (controlingl unit). Unit ini merupakan otak dari sistem pengendalian proses. Unit kendali menerima sinyal dari unit pengukuran dan membandingkan hasil pengukuran dari varibel proses (PV) untuk kemudian mengambil keputusan dan memberikan perintah kepada Unit kendali akhir untuk melakukan tindakan tertentu.
• Unit Kendali Akhir (Final Control Unit). Unit ini merupakan unit yang akan melakukan tindakan akhir sesuai dengan keputusan dan perintah dari unit kendali. Kebanyakan unit ini berupa katup kendali (control valve) dan tindakan yang dilakukan berupa memperbesar atau memperkecil bukaan valve.
• Unit Pengubah (transducer). Unit ini mengubah informasi dalam besaran mekanik menjadi elektrik atau sebaliknya. Pengubah yang umum adalah I/P (arus listrik ke tekanan udara) atau P/I (tekanan udara ke arus listrik).
III. PERCOBAAN
1. Alat dan Bahan
Modul ini dapat menggunakan semua peralatan yang ada pada laboratorium pengendalian proses dan pilot plant. Alat yang dipilih untuk digunakan dalam setiap praktikum ditentukan oleh pembimbing yang mungkin akan berbeda untuk masing-masing kelompok praktikum.
2. Prosedur Percobaan
Percobaan modul konfigurasi pengendalian yang berupa identifikasi unit dan varibel pengendalian proses dilaksanakan dengan prosedur sebagai berikut.
• Penentuan peralatan yang terdapat sistem pengendalian proses yang akan diidentifikasi. Alat ditentukan oleh pembimbing, minimal 2 peralatan.
• Identifikasi untuk semua unit/elemen serta verrabel/sinyal dalam peralatan tersebut.
• Penelusuran sinyal-sinyal yang menghubungkan antar unit/elemen.
• Mengukur dan mencatat semua spesifikasi alat dan semua data dalam peralatan.
Hasil identifikasi, pengukuran dan pencatatan dari semua unit/elemen dan sinyal dari percobaan ini dilaporkan dalam bentuk tiga data sebagai berikut.
DATA-1: Data Skema Peralatan
1) Pengendalian Suhu
Tabel 1. Unit dalam Sistem Pengendalian Suhu No Unit Nama Alat Fungsi Alat Masukan Keluaran Nama Variabel Besaran dan satuan Nama Variabel Besaran dan satuan 1 Unit Proses Plate Heat Exchanger (PHE) Berfungsi untuk pertukaran panas Manipulated Variable (MV) Laju alir Pemanas atau Steam Process Variable (PV) Suhu dan laju alir 2 Unit Pengukuran Thermocoupl e Mengukur suhu Process Variable (PV) Suhu Reaktor Sinyal Pengukuran Sinyal Elektrik 3 Unit Kendali Cascade Control of Heating Reactor Berfungsi untuk mengendalika n suhu Sinyal Pengukuran Sinyal Elektrik Sinyal Kendali Sinyal Elektrik 4 Unit Pengubah (Transduser atau Converter) Transduser (Ada Pada Unit Kendali) Mengubah sinyal dari alat
ke computer atau sebaliknya Sinyal Kendali Sinyal Elektrik Sinyal Kendali Sinyal Pneumatik 5 Unit Kendali Akhir
Control Valve Mengatur laju alir Sinyal Kendali Sinyal Pneumatik MV (Manipulate d Variable) Aliran Steam Masuk & Aliran Air Keluar
Tabel 2. Unit dalam Sistem Pengendalian Level
No Unit Nama Alat Fungsi Alat Masukan Keluaran Nama Variabel Besaran dan satuan Nama Variabel Besaran dan satuan
1 Unit Proses Tangki Berfungsi sebagai penampung fluida MV Aliran Keluar PV Level 2 Unit Pengukuran Skala pada Tangki (Level sensor) Berfungsi sebagai parameter pengukuran level PV Level Sinyal
pengukuran Sinyal elektrik
3 Unit Kendali CRL (Level Regulation Control) Sebagai pengendali proses Sinyal pengukuran Sinyal elektrik Sinyal
Kendali Sinyal Elektrik
4 Unit Pengubah (Transduser atau Converter) Transducer I/P Sebagai pengubah sinyal dari alat ke computer atau sebaliknya Sinyal kendali Sinyal elektrik Sinyal pengukuran Sinyal Pneumatik Transducer P/I Sinyal pengukuran Sinyal Pneumatik Sinyal
Kendali Sinyal elektrik
5 Unit Kendali Akhir Control Valve Sebagai pengatur laju alir Sinyal kendali Sinyal
Pneumatik MV Aliran Keluar
DATA-3: Diagram Pengendalian Proses
2) Diagram Instrumentasi Pengendalian Suhu
3) Diagram Blok Konfigurasi Pengendalian Level
Aliran Masuk
Penjelasan Diagram Blok :
Sinyal pertama kali berasal dari level transmitter yang mengukur level di dalam tangki melalui tekanan hidrostatisnya menuju ke Level Regulation Control (unit kendali). Setelah dibandingkan dan dievaluasi, CRL akan mengirim sinyal elektrik ke control valve (unit kendali akhir) yang akan merubah besarnya bukaan valve dan mengatur laju alir air masuk ke dalam tangki. Oleh karena sinyal yang diterima control valve adalah sinyal elektrik, maka diperlukan I/P converter sebagai alat penerjemah yang akan mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal pneumatik.
Diagram Instrumentasi Pengendalian Level
Level ref Level Control Sinyal Control Valve Tangki
Regulation Kendali (MV) (PV) + Level Terukur (Sinyal Pengukuran) Sensor Level
Unit Kendali Akhir (Control Valve) Unit Kendali
(Level Control Regulation )
Level (PV) Unit Proses
IV. PEMBAHASAN
1. Konfigurasi Pengendalian Suhu
Kendali Sinyal Aliran Keluar (MV) Unit Pengukuran (Level Transmitter)
Pada praktikum kali ini praktikan melakukan percobaan konfigurasi pengendalian suhu. Tujuan dari praktikum ini adalah mengidentifikasi unit-unit/elemen-elemen pengendalian proses, menjelaskan jenis alat beserta fungsinya pada setiap unit/elemen pengendalian proses, serta melakukan identifikasi variabelvariabel/ sinyal-sinyal pengendalian proses dan media transmisinya.
Konfigurasi merupakan suatu susunan dari alat-alat tertentu sedangkan konfigurasi pengendalian merupakan suatu struktur informasi yang digunakan untuk sebagai susunan alat-alat yang sistematis untuk membentuk sistem fungsi pengendalian yang menghubungkan variabel pengukuran terhadap variabel yang akan dimanipulasi agar proses berlangsung sesuai dengan setting yang dikehendaki.
Alat yang diidentifikasi dari praktikum ini adalah TRC (temperature Recorder Controller ). Alat pengendalian suhu bekerja berdasarkan prinsip pemuaian, ketika suhu naik maka cairan pada pipa kapiler didalam termometer akan naik. Dalam pengendalian suhu, variable yang dimanipulasi adalah laju alir pendingin agar nilai suhu air keluaran sebagai variable proses yang berasal dari water batch sebagai unit proses dapat sesuai dengan set point yang diinginkan. Prinsip kerja dari konfigurasi pengendalian suhu adalah pengendalian otomatik, dimana suhu air yang keluar dari water batch dikendalikan dengan mengatur laju alir air pendingin yang masuk. Pada pengendalian otomatik, yang menjalankan mekanisme pengendalian diperankan oleh instrumen berupa unit pengukuran suhu (berisi sensor dan transmitter suhu), pengendali suhu (temperature controller) dan katup kendali (control valve). Ketiga komponen ini bersama dengan sistem proses (penukar panas) membentuk lingkar pengendalian umpan balik (feedback control loop) atau sistem lingkar tertutup (closedloop system). Proses kerja dari pengendalian suhu ini diawali dengan mengatur set point yang diinginkan.
Jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran panas menjadi tegangan dan arus listrik. Resistance Temperature Detector (RTD) memiliki prinsip dasar pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Elemen yang umum digunakan pada tahanan resistansi adalah kawat nikel, tembaga, dan platina murni yang dipasang dalam sebuah tabung guna untuk memproteksi terhadap kerusakan mekanis. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas.
Hasil dari pengukuran akan dikirimkan unit pengukur yaitu transmitter. Dari transmitter sinyal ini diteruskan ke Temperatur controller (TRC) sebagai unit kendali yang akan membandingkan suhu air keluaran (variable proses) dan suhu yang diinginkan (set
point). Setelah itu dilakukan sinyal dikirimkan dari Temperatur controller ke control valve ( unit kendali akhir) untuk melakukan tindakan akhir sesuai dengan keputusan dan perintah dari unit kendali dengan cara memperbesar atau meperkecil bukaan valve. Valve yang digunakan dalam alat ini adalah pneumatic valve.
Dalam pengendalian level, yang termasuk unit proses yaitu sebuah tangki, variabel proses pada unit ini adalah tekanan hidrostatik yang disebabkan oleh tinggi cairan yang ada didalam tangki. Unit pengukuran yaitu sensor dan transmitter yang mengubah sinyal pneumatik menjadi sinyal listrik yang kemudian hasil pengukurannya akan dikirimkan ke unit kendali yaitu LICA dan LIA. Unit kendali ini akan membandingkan hasil pengukuran dari variabel proses dengan setpoint yang telah ditetapkan, unit kendali ini akan mengambil keputusan dan memberi perintah kepada unit kendali akhir melalui transduser yang akan mengubah sinyal listrik dari unit kendali menjadi sinyal pneumatik yang akan diterima oleh unit kendali akhir. Unit kendali akhir berupa control valve yang melakukan tindakan akhir (buka/tutup valve) sesuai dengan perintah yang diberikan oleh unit kendali, jika level cairan kurang dari nilai yang diinginkan maka valve akan terbuka, begitupun sebaliknya.
Pada pengendalian level yang berada di laboratorium, unit pengendali dalam pengendalian level adalah CRL (Controller Regulation Level). Dalam CRL sinyal pengukuran level (PV) dibandingkan dengan set point kemudian di evaluasi apakah sesuai atau tidak sesuai dengan set point. Hasil evaluasi tersebut berupa sinyal kendali dan dikirimkan kepada unit pengendali akhir. Sinyal kendali tersebut di ubah dari besaran arus menjadi besaran tekanan oleh I/P transduser karena unit pengendali akhir hanya bisa menerima informasi dalam bentuk besaran mekanik. Unit pengendali pada pengendalian level adalah control valve. Control valve menerima sinyal kendali kemudian mengoreksi dengan melakukan tindakan akhir sesuai keputusan dan perintah dari unit kendali. Control valve digerakkan oleh udara bertekanan yang pada alat pengendalian level ini terdapat pada I/P transduser. Aksi pengendali pada pengendalian level adalah “direct acting”, yaitu bila nilai laju alir air (MV) dipercepat/diperbesar maka nilai ketinggian/level (PV) akan bertambah pula. Apabila aksi pengendali “direct acting” berarti aksi plant atau control valve adalah “reverse acting” karena aksi pengendali selalu kebalikan dengan aksi plant. Artinya “reverse acting” yaitu bila level (PV) naik terlalu tinggi/melebihi set point maka control valve akan menutup begitu sebaliknya bila level (PV) terlalu rendah/kurang dari set point maka control valve akan membuka.
Pada praktikum Konfigurasi Pengendalian Level ini bertujuan untuk mengetahui dan memahami unit-unit, sinyal-sinyal yang terlibat dalam sistem pengendalian level, serta mengetahui secara umum konfigurasi pengendalian level dari proses yang akan dikendalikan. Unit-unit yang terlibat dalam sistem pengendalian level terdiri atas unit proses, unit pengukuran, unit kendali, unit pengubah sinyal, dan unit kendali akhir.
Unit proses pada sistem pengendalian level yaitu tanki. Di dalam tanki terdapat indikator level yang di tulis seperti pengggaris. Indikator ini berfungsi untuk mengukur level cairan di dalam tangki sebagai aliran masuk. Tetapi, indikator bukan sebagai unit pengukuran, hanya berfungsi untuk membaca level tanpa adanya sinyal keluaran.
Unit pengukuran merupakan unit yang berfungsi untuk mengukur variabel proses (PV), dalam hal ini variabel prosesnya adalah level sehingga alat yang digunakan untuk mengukur level adalah Level Transmitter. Air dapat mengalir di dalam tanki karena adanya perbedaan tekanan. Level transmitter mengukur level cairan dalam tangki secara tidak langsung karena yang sebenarnya terukur adalah tekanan hidrostatis cairan dalam tanki yang akan sebanding dengan perubahan level cairan tersebut di dalam tanki.
Unit kendali pada pengendalian level adalah Level Regulation Control. LRC akan menerima sinyal dari level transmitter dan bertugas membandingkan hasil pengukuran dari PV dengan set point untuk kemudian memberikan perintah ke unit kendali akhir. Oleh karena, pengendali hanya dapat bekerja dengan sinyal elektrik maka diperlukan Transducer P/I untuk mengubah sinyal pengukuran level menjadi sinyal elektrik. Transducer ini akan mengubah tekanan hisrostatis yang menunjukan level menjadi sinyal listrik.
Unit kendali akhir ini adalah control valve yang berfungsi untuk melakukan tindakan koreksi yang diperintahkan oleh unit kendali. Tindakan yang dilakukan yaitu memperbesar atau memperkecil bukaan valve.
Pada konfigurasi pengendalian level, sinyal pertama kali berasal dari transduser yang mengukur level di dalam tangki melalui tekanan hidrostatisnya. Dari transducer, sinyal dikirim menuju ke LRC (pengendali) untuk dibandingkan dengan set point dan untuk dievaluasi. Setelah itu pengendali akan mengirimkan sinyal elektrik ke control valve yang akan merubah besarnya bukaan valve dan mengatur aliran masuk air ke dalam tangki. Sebelumnya, sinyal listrik ini diubah terlebih dahulu oleh Transduser I/P (I/P Converter) menjadi sinyal pneumatik. Transduser ini dapat menerjemahkan sinyal listrik tersebut menjadi udara tekan yang dapat menggerakan control valve pneumatik sesuai dengan perintah dari pengendali.
V. KESIMPULAN
1. Konfigurasi Pengendalian Suhu
Konfigurasi pengendalian merupakan suatu struktur informasi yang digunakan untuk sebagai susunan alat-alat yang sistematis untuk membentuk sistem fungsi pengendalian yang menghubungkan variabel pengukuran terhadap variabel yang akan dimanipulasi agar proses berlangsung sesuai dengan setting yang dikehendaki.
Variabel-variabel pada pengendalian level : Process Variable = Level air
Manipulated Variable = Aliran air masuk
Set Point = Level yang diinginkan
Gangguan = Aliran air keluar
Varibel-variabel pada pengendalian suhu : Process Variable = Suhu cairan keluar Manipulated Variable = Laju alir pendingin
Set Point = Suhu yang diinginkan
Gangguan = Suhu cairan panas
2. Konfigurasi Pengendalian Level Variabel Process (PV) : Level
Manipulated Variable (MV) : Bukaan valve.
Berdasarkan alat, dapat diidentifikasi sebagai berikut :
Unit Process : Tangki
Unit Pengukuran : Level Transmitter
Unit Kendali : CRL (Level Regulation Control)
Unit Pengubah Sinyal : Transducer dan Transmitter
Unit Kendali Akhir : Control Valve
Sinyal yang terlibat dalam konfigurasi pengendalian tekanan ini adalah sinyal pengukuran dan sinyal kendali.
VI. KESELAMATAN KERJA DAN POTENSI BAHAYA Potensi bahaya yang perlu diwaspadai.
• Hati-hati dengan listrik bolak-balik 220 V dari PLN
• Pada saat bekerja, di sekitar meja tidak terdapat pemasangan listrik yang berbahaya.
• Selidiki dengan test-pen atau peralatan lain, apakah semua peralatan telah ditanahkan dengan baik. Hal ini untuk menghindari sengatan listrik akibat efek kapasitif.
• Berhati-hatilah dengan perhiasan logam, seperti cincin, jam tangan, mistar logam, dan lain-lain alat yang mampu membuat hubung singkat.
• Usahakan agar tidak seorangpun dapat tersandung oleh kawat-kawat atau tidak sengaja merobohkan peralatan.
• Bila menghubungkan peralatan, maka hubungan dengan jaringan listrik dilakukan paling akhir.
• Jika terjadi sengatan listrik dan korban terbelit kawat, jangan panik! Cepat putuskan sambungan listrik, baru menolong korban.
DAFTAR PUSTAKA
- Budiastuti, Herawati. Jobsheet Praktikum Pengendalian Proses: Konfigurasi
Pengendalian. Bandung: Polban
- Bajek, W., P. Kuchar, and A. Remee, How Boiling Point Monitors Can Increase Profits, in Kane, L. (Ed.), Handbook of Advance Process Control System and Instrumentation, Gulf Publishing, Houston, 1987.
- Black, J.W., Computer Model of Analyzer Payouts, in Kane, L. (Ed.), Handbook of Advance Process Control Systems and Instrumentation, Gulf Publishing, Houston, 1987.
- Harriot, Peter, Process Control, McGraw-Hill, New York, 1964.
- ISA, Standards and Practices for Instrumentation and Control; 11th edition, The Instrumentation Society of Americ, Research Triangle Park, 1992.
- Kane, L. (Ed.), Handbook of Advanced Program Control Systems and Instrumentation, Gulf Publishing, Houston, 1987.
- Liptak, B., Instrumentation Engineers Handbook; Process Control (3rd Ed.), CRC Press, Boca Raton, 1999.
- Marlin, Thomas, Process Control, Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance (2nd Ed.), McGraw-Hill, New York, 2000.
- Matiey, J. (Ed.), Practical Instrumentation and Control II, McGraw-Hill, New York, 1986.
