LABORATORIUM PENGENDALIAN PROSES
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2017
MODUL : Konfigurasi Pengendalian Suhu PEMBIMBING : Shoerya Shoelarta, LRSC., M.T., DR.
Praktikum : 09 Maret 2017 Penyerahan (Laporan) : 15 Maret 2017
Oleh : Kelompok : XIII
Nama : 1. Fitri Gina Gunawan NIM. 151411008
2. Mega Suci Lestari NIM. 151411017 Kelas : 2A – D3 Teknik Kimia
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas kehendak-Nya laporan ini dapat terselesaikan sebagaimana mestinya dengan segala kekurangan dan kelebihannya. Penulisan laporan ini bertujuan untuk memenuhi tugas mata kuliah Laboratorium Pengendalian Proses dalam praktek yang dibimbing Oleh Shoerya Shoelarta, LRSC., M.T., DR..
Laporan ini berisi tentang pemaparan hasil praktikum yang dilakukan oleh penulis dengan judul praktikum “Konfigurasi Pengendalian Suhu”. Hambatan dan kesulitan yang dihadapi peneliti dalam menjalankan penelitian telah dilewati sebagai suatu tantangan yang seharusnya dijalani, di samping sebagai pemenuhan kewajiban yang memang semestinya dilaksanakan.
Terima kasih penulis panjatkan kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam pembuatan laporan ini. Untuk Shoerya Shoelarta, LRSC., M.T., DR.., selaku pembimbing dalam praktek Laboratorium Pengendalian Proses yang telah membantu kelancaran praktikum dan teman-teman yang telah membantu penyelesaian laporan ini. Berkat bimbingan dari berbagai pihak akhirnya praktikum ini dapat terselesaikan.
Penulis menyadari bahwa penelitian ini masih banyak memiliki kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang positif agar penelitian ini menjadi lebih baik dan berdaya guna di masa yang akan datang.
Bandung, 12 Maret 2017
Penulis
PENGENDALI UNIT KENDALI AKHIRSISTEM PROSES (PLANT) UNIT PENGUKURAN Gangguan MV PV Error Setpoint Sinyal Kendali Sinyal Pengukuran + -I. TUJUAN
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. LANDASAN TEORI
Gambar 1. Diagram blok umum pengendalian proses Keterangan:
MV – Manipulated Variable (variabel pengendali) PV – Process Variable (variabel proses)
Unit-unit/elemen pengendalian proses yang utama adalah sebagai berikut.
a) 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).
b) Unit Pengukuran (measurement unit). Unit pengukuran berfungsi mengubah informasi besaran fisik terukur (variabel proses) menjadi sinyal standar. Unit ini terdiri atas dua bagian besar yaitu sensor dan transmitter.
Sensor (elemen perasa atau pengindera) adalah piranti yang merespon rangsangan fisik. Sensor berhubungan langsung atau paling dekat berhubungan dengan variabel proses. Disebut dengan detecting element (elemen pendeteksi) atau elemen primer.
Transmitter yaitu piranti yang berfungsi mengubah energi atau informasi yang datang dari sensor menjadi sinyal standar. Dua macam sinyal standar yang sering dapat dipakai yaitu sinyal listrik dan pneumatik.
Tabel 1. Sinyal standar dalam pengendalian proses.
SINYAL NILAI MINIMUM NILAI MAKSIMUM SIMBOL Pneumatik (udara tekan) 3 psi(g) 20 kPa(g) 15 psi(g) 100 kPa(g) Listrik 4 mA 20 mA Umum 0% 100%
c) Unit Kendali (controlling unit). Unit pengendali merupakan "otak" sistem dalam pengendalian. Pengendali adalah piranti yang melakukan perhitungan atau evaluasi nilai error menurut algoritma kendali (membandingkan pengukuran dari hasil variabel proses dengan setpoint). Evaluasi yang dilakukan berupa operasi matematika seperti, penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, integrasi dan diferensiasi. Hasil evaluasi berupa sinyal kendali yang dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal kendali berupa sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran.
d) 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. Aksi kendali bergantung pada jenis katup yang dipakai pada saat praktikum. Biasanya untuk aksi kendali direct acting katup kendali memilik aksi fail-close sedangkan untuk aksi kendali reverse acting katup kendali memiliki aksi fail open.
Gambar 2. a) Katup kendali pneumatik Fail Close dan b) Katup Kendali pneumatik Fail Open
e) Unit pengubah (transducer/konventer). Unit ini mengubah informasi dalam besaran mekanik menjadi elektrik atau sebaliknya. Unit ini hanya diperlukan dalam sistem pengendali pneumatik pada pengendali elektronik. Pengubah yang umum adalah I/P (arus listrik ke tekanan udara) atau P/I (tekanan udara ke arus listrik.
III. PROSEDUR PERCOBAAN
a) Penentuan peralatan yang terdapat dalam sistem pengendalian proses yang akan diidentifikasi.
b) Identifikasi unruk semua unit atau elemen serta variabel/ sinyal dan peralatan tesebut. c) Penelusuran sinyal-sinyal yang menghubungkan antar unit/ elemen.
d) Mengukur dan mencatat semua spesifikasi alat dan semua data dalam peralatan.
TC 3 TC 2 HE TC 4 VALVE MOTOR TC 1 Cold Water Hot Water T Stat F1 V1 T2 V3 V2 Pump
4.1 Data Skema Peralatan Diagram pengendalian Proses
Heat Exchanger
Thermocouple
Keterangan alat:
Heat Exchanger : berfungsi untuk menaikkan suhu
Control valve: berfungsi untuk melakukan tindakan akhir sesuai dengan keputusan dan perintah dari unit kendali
PCT-10E: merupakan otak dari sistem
pengendalian suhu yang diamati.
1. Unit Proses
MV (laju alir steam) PV (Suhu)
Unit kendali (Temperature Control Module)
Valve Motor
PV (suhu) Sinyal pengukuran (sinyal elektrik)
3. Unit Kendali
Sinyal pengukuran Sinyal kendali (Sinyal elektrik)
(sinyal elektrik) 4. Unit Pengubah Sinyal
Sinyal kendali (Sinyal elektrik) Sinyal pneumatik (Tekanan)
5. Unit Kendali Akhir
Sinyal pneumatik (Tekanan) MV (laju alir steam)
4.2 Tabulasi
Alat Pengendalian Suhu
No Unit Nama Alat Spesifikasi / Kapasitas
Sinyal Masuk Sinyal Keluar Variabel Jenis
sinyal Variabel
Jenis sinyal 1. Unit Proses Heat
Exchangger Laju alir Pneumatik Suhu Pneumatik
2. Unit Pengukuran - Sensor Termokopel Transmitter Type : PT-100 Suhu Suhu Pneumatik Pneumatik Arus Arus Listrik Listrik I/P Converter
(Set Point)
Suhu yang diinginkan di aliran 3
(Unit Pengendali) Temperature Control Module(Unit Kendali Akhir)
Valve Motor
(Unit Proses) Heat Exchanger (PV)
Suhu keluar aliran 3
(Unit Pengukuran)
Sensor dan Transmiter Suhu = Thermocouple Termokopel
(Gangguan)
Laju alir aliran 1, Suhu aliran 1 dan 2 Suhu aliran 1 dan 2
- Transmiter Temp.
3. Unit Kendali PCT - 13 Arus Listrik Arus Listrik
4. Unit Pengubah Sinyal (Transduser) I/P converter Tipe : Q 2 0,2 A/ 220-240 V / 50-60 Hz Serial Number 122 819 GRANT Instrument (Cambridge) Limited Barrington Cambridge CB2 SQZ England Sinyal Penguku ran
Listrik Tekanan Pneumatik
5. Unit Kendali Akhir Control valve 4322 010 76052 12 V, DC. 0587 MB 17 Made in Belgium
Arus Pneumatik Laju Alir Pneumatik
V. PEMBAHASAN
Pada praktikum konfigurasi pengendalian proses ini dilakukan pemahaman system (alat) yang mengendalikan suhu sesuai dengan variabel dan unit/elemen pengendalian di sistem proses, jenis-jenis alat serta fungsi dari masing-masing unit/elemen dan melakukan identifikasi variabel-variabel/ sinyal-sinyal pada pengendalian proses.
Identifikasi dilakukan dengan cara mempelajari alur jalannya sistem sesuai dengan diagram blok. Dalam pengendalian proses ada dua jenis pengendalian yaitu pengendalian umpan maju dan pengendalian umpan balik. Peralatan pengendalian suhu yang diamati merupakan contoh dari pengendalian umpan balik karena pengendaliannya memakai variabel keluaran sistem untuk mempengaruhi masukan dari sistem yang sama.
Pada konfigurasi pengendalian suhu sama dengan konfigurasi pengendalian proses yang lainnya, yaitu Process Variabel (PV) yang berupa suhu diukur oleh Termokopel. Termokopel mengirim besarnya tekanan yang terukur ini ke unit kendali yang berupa controller untuk dibandingkan nilainya dengan set point. Terlebih dahulu sinyal pengukuran ini diubah oleh transducer P/I menjadi sinyal elektrik. Setelah itu, unit kendali (controller) menerima sinyal elektrik ini kemudian membandingkan nilai PV dengan set point. Selisih dari PV dan setpoint ini merupakan error yang akan dijadikan sebagai evaluasi untuk unit kendali akhir (conrol valve pneumatik) untuk melakukan koreksi terhadap % bukaan valve. Sinyal keluaran dari controller ini berupa sinyal kendali yang akan diubah oleh transducer I/P untuk diubah menjadi sinyal pneumatik. Sinyal pneumatik yang masuk kedalam control valve pneumatik akan dijadikan koreksi terhadap % bukaan valve sehingga akan dihasilkan manipulated variabel (MV) yang berupa laju alir air panas masuk sehingga process variable sesuia dengan set point yang diinginkan.
Pada pengendalian suhu memerlukan unit-unit atau elemen-elemen pengendalian, diantaranya :
a. Unit proses merupakan tempat proses berlangsung yang akan dikendalikan. Variabel yang akan dikendalikan dalam unit ini (PV) adalah temperatur. Unit proses ini berupa Heat Exchanger. Sinyal yang masuk dalam unit ini merupakan manipulated variabel yang berupa laju alir yang dikeluarkan dari unit kendali akhir. Sinyal keluaran dari unit proses ini merupakan proses variabel yang berupa suhu.
b. Unit pengukuran, untuk mengukur variabel proses (PV), PV yang merupakan sinyal keluaran dari unit proses diukur besarnya dengan menggunakan termokopel. Sinyal terukur ini diubah terlebih dahulu menjadi sinyal kendali oleh transducer P/I yang selanjutnya besaran temperatur ini dikirimkan ke unit kendali (controller) untuk dibandingkan nilainya dengan nilai setpoint.
c. Unit pengubah , 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). Pada praktikum ini, Transducer P/I mengubah sinyal keluaran yang berupa tekanan (PV) menjadi sinyal kendali yang berupa sinyal elektrik agar dapat dibaca oleh controller. Adapun I/P transducer berfungsi untuk mengubah sinyal keluaran dari controller yang berupa sinyal elektrik menjadi sinyal kendali yang berupa sinyal pneumatik yang merupakan masukan untuk unit kendali akhir.
d. Unit kendali berfungsi menerima sinyal dari unit pengukuran dan membandingkan hasil pengukuran dari variabel proses (PV) untuk kemudian mengambil keputusan dan memberikan perintah kepada unit kendali akhir untuk melakukan tindakan tertentu. Unit ini berupa controller yang berfungsi untuk mengendalikan sinyal terukur yang telah diubah terlebih dahulu menjadi sinyal kendali (masukan) oleh transducer P/I. Besarnya PV yang terukur dibandingkan dengan set point. Selisih antara PV dengan set point ini menghasilkan error. Besarnya error ini digunakan untuk mengevaluasi besar kecilnya bukaan valve sehingga nantinya unit kendali akhir (control valve pneumatik) akan melakukan koreksi terhadap % bukaan valve. Sinyal keluaran dari controller ini berupa sinyal kendali (sinyal elektrik). Sinyal elektrik ini diubah terlebih dahulu menjadi sinyal pengukuran yang berupa sinyal pneumatik oleh I/P transducer agar dapat dibaca oleh control valve pneumatik.
e. Unit kendali akhir, unit ini berupa control valve pneumatik yang berfungsi menerima perintah atau keputusan dari controller utuk mengoreksi % bukaan valve. Sinyal masukan berasal dari controller berupa sinyal kendali (sinyal pneumatik) dan menghasilkan sinyal keluaran manipulated variabel (MV) yang berupa laju alir tekanan yang akan masuk ke unit proses. Unit ini merupakan unit paling akhir dari sistem pengendalian proses.
Sinyal-sinyal yang terdapat dalam pengendalian Suhu ini berupa sinyal pengukuran dan sinyal kendali. Sinyal pengukuran ini berupa sinyal elektrik, sedangkan sinyal kendali berupa sinyal pneumatik. Sinyal pengukuran ini berasal dari unit pengukuran yang diubah oleh transducer P/I menjadi sinyal elektrik. Selanjutnya dari controller sinyal elektrik ini diubah oleh I/P transducer menjadi sinyal pneumatik untuk dikrimkan ke unit kendali akhir (control valve pneumatik).
VI. SIMPULAN
Secara singkat mekanisme dalam pengendalan proses terdiri dari mengukur, membandingkan variabel yang terukur dengan setpoint, mengevaluasi besar perbedaan (error), lalu mengoreksi dengan cara mengatur MV agar proses berlangsung sesuai dengan yang diharapkan.
Sistem pengendalian proses memiliki empat unit utama yaitu unit proses, unit pengukuran, unit kendali, dan unit kendali akhir. Terdapat satu unit lainnya yaitu tranduser yang berfungsi sebagai pengubah sinyal agar suatu proses dapat dikendalikan. Namun tidak semua sistem pengendalian proses memiliki transduser pada alat pengendaliannya.
Pada praktikum konfigurasi pengendalian proses ini dilakukan pemahaman sistem (alat) yang mengendalikan suhu sesuai dengan variabel dan unit/elemen pengendalian di sistem proses, jenis-jenis alat serta fungsi dari masing-masing unit/elemen dan melakukan identifikasi variabel-variabel/ sinyal-sinyal pada pengendalian proses. Dari hasil pengamatan didapatkan data sebagai berikut :
Pengendalian suhu
Nama unit Alat Fungsi
Proses Heat exchanger
pengukura n
1.sensor 2.transmitter
1. mengukur suhu cairan dengan prinsip pemuaian
2. suhu dari sensor selanjutnya diolah oleh transmitter dan dikirimkan ke pengendali, variabel proses yang terukur dibandingkan dengan set point
Kendali Alat kendali Oleh pengendali variabel proses yang terukur dibandingkan dengan set point sehingga diketahui nilai error.
TC
(Temperatur controller)
Pengendali suhu melakukan perhitungan sesuai algoritma kendali untuk menghasilkan sinyal kendali (controller output) yang berupa sinyal listrik atau pneumatic
Kendali akhir
Katup Katup ini akan membuka dan menutup oleh perintah sinyal kendali , air panas yang mengalir diset dengan laju alir tertentu Pengubah
sinyal
Mengubah sinyal listrik menjadi pneumatik agar pada unit kendali akhir terjadi tindakan pengendalian proses
DAFTAR PUSTAKA
ISA, Standards and Practices for Instrumentation and Control; 11th Edition, The Instrument Society of America, Research Triangel Park, 1992
Kane, L. (Ed.), Handbook of Advanced Process Control System and Instrumentation,Gulf Publishing, Houston, 1987
Liptak, B.,Instrument Engineers Handbook; Process Control (3rd Ed.), CRC press, Boca Raton, 1999.
Marlin, Thomas, Process Control, Designing Processes and Control System for Dynamic Performance (2nd Ed), McGraw-Hill, New York, 2000
Matley, J. (Ed.), Practical Instrumentation and Control II, McGraw-Hill, New York, 1986
Staff of Chemical Engineering, Pratical Instrumentation and Control, McGraw-Hill, New York, 1980
LAMPIRAN KONFIGURASI PENGENDALIAN SUHU
Pengendalian suhu
Nama unit Alat Fungsi
Proses Heat exchanger
Sebagai tempat berlangsungnya proses pemanasan.
Pengukuran
1.sensor 2.transmitter
1. mengukur suhu cairan dengan prinsip pemuaian
2. suhu dari sensor selanjutnya diolah oleh transmitter dan dikirimkan ke pengendali, variabel proses yang terukur dibandingkan dengan set point
Kendali
Alat kendali
Oleh pengendali variabel proses yang terukur dibandingkan dengan set point sehingga diketahui nilai error.
TC (Temperatur controller)
Pengendali suhu melakukan perhitungan sesuai algoritma kendali untuk menghasilkan sinyal kendali (controller output) yang berupa sinyal listrik atau pneumatik
Kendali akhir katup
Katup ini akan membuka dan menutup oleh perintah sinyal kendali , air panas yang mengalir diset dengan laju alir tertentu
Pengubah sinyal
Mengubah sinyal listrik menjadi pneumatik agar pada unit kendali akhir terjadi tindakan pengendalian proses
