LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN PRAKTIKUM
KONTROL
“pH KONTROL”
DISUSUN OLEH :
KELOMPOK : 5
NAMA :
1. REZA RIZHALDI / 20644028 2. TITIN RATRI UNTARI / 20644038
3. CRISENSIA EKARISTI PONTOH / 20644048
KELAS : IVB
PROGRAM STUDI : S1 TERAPAN TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI
Telah diperiksa dan disetujui pada tanggal…...2022 Mengesahkan dan menyetujui, Dosen Pembimbing
Sitti Sahraeni, S. T., M. Eng NIP.19741007 200112 2 003
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Tujuan Percobaan
- Memahami cara kerja PCT 42 pH control
- Memahami karakteristik pengendalian pH pada RATB dengan metode direct action dan reverse action
1.2 Tinjauan Pustaka
1.2.1 Pengertian Pengendalian Proses
Pengendalian proses pada dasarnya adalah usaha untuk mencapai tujuan proses agar Sesuai dengan apa yang diinginkan. Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian automatic yang diterapkan dibidang teknologi proses untuk menjaga kondisi proses agar sesuai yang diinginkan. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut sistem pengendalian atau sistem kontrol.
Gambar 1.1 grafik pengendalian proses
Tujuan pengendalian adalah mempertahankan nilai variabel proses agar sesuai dengan Kebutuhan operasi sesuai dengan yang diinginkan. Tujuan pengendalian berkaitan dengan kualitas pengendalian yang didasarkan atas bentuk
tanggapan variabel proses. Setelah terjadi perubahan nilai acuan (set point) diharapkan,
- Penyimpanan maksimum dari nilai acuan sekecil mungkin.
- Waktu yang diperlukan oleh variabel proses mencapai kondisi mantap sekecil mungkin atau dapat dinyatakan dengan istilah umum.
- Mimimun overshoot.
- Minimum offset.
- Minimum settling time dengan kata lain kualitas pengendalian yang diharapkan adalah tanggapan cepat.
- Hasilnya stabil dan tidak ada penyimpangan.
1.2.2 Variabel Dalam Proses Pengendalian A. Variabel Proses (Proccess Variable)
Variabel proses atau disebut juga variabel terkendali adalah besaran fisik atau kimia yang menjukkan keadaan proses. Variabel ini bersifat dinamik, artinya nilai variabel dapat berubah spontan atau sebab lain yang diketahui ataupun tidak. Variabel proses terdapat empat macam diantaranya suhu (T), tekanan (P), laju alir (F) dan tinggi permukaan cairan(L).
B. Variabel Termanipulasi (Manipulated Variable) Variabel termanipulasi atau variabel pengendali digunakan untuk melakukan koreksi atau Mengendalikan variabel proses agar nilai variabel proses tetap atau berubah mengikuti alur tertentu, yaitu nilai acuan yang diinginkan.
- Nilai acuan (Set point Value)
Nilai acuan adalah nilai yang diinginkan dan dijadikan acuan atau referensi variabel proses.
- Variabel Gangguan (Disturbance Variable) Variabel gangguan adalah variabel masukan yang mampu mempengaruhi nilai variabel
proses tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan.
1.2.3 Langkah Pengendalian
Selengkapnya, langkah pengendalian umpan balik adalah sebagai berikut:
A. Mengukur
Tahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau mengamati nilai variabel proses.
B. Membandingkan
Hasil pengukuran atau pengamatan variabel proses (nilai terukur) dibandingkan dengan nilai acuan (set point).
C. Mengevaluasi
Perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi untuk menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itu.
D. Mengoreksi
Tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses, agar perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin.
1.2.4 Model-Model Pengendalian A. Pengendalian Proportional
Pengendalian proportional menghasilkan sinyal kendali yang besarnya sebanding dengan sinyal galat (error). Sehingga terdapat hubungan tetap dan lancar antara variabel proses (PV) dan posisi elemen kendali akhir. Gain pengendali proportional adalah perubahan posisi katub dibagi dengan perubahan tekanan. Di kalangan praktisi industri besaran gain kurang populer.
Sebagai gantinya dipakai besaran Proportional Band (PB) yaitu perubahan galat / variabel proses yang dapat menghasilkan perubahan sinyal kendali sebesar 100%.
Besaran ini lebih mencerminkan kebutuhan pengendalian dibandingkan gain proportional. Lebar proportional band menentukan kestabilan sistem pengendalian. Semakin kecil nilai PB pengendali semakin peka (tanggapan semakin cepat). Offset yang terjadi semakin kecil tetapi sistem menjadi stabil tetapi pengendali tidak peka dan offset besar. Pada PB sama dengan nol maka perilaku pengendali proportional menjadi sama dengan pengendali on – off. Satu – satunya problem pengendalian proportional adalah selalu menghasilkan galat sisa (residual error atau offset) yang disebabkan perubahan beban, sebab dengan perubahan beban memerlukan nilai sinyal kendali (u) yang berbeda. Dengan demikian offset memang diperlukan untuk menjaga nilai sinyal kendali baru (u) yang berbeda dengan Uo, untuk menjaga keseimbangan massa dan atau energi yang baru. Sifat – sifat pengendalian proportional adalah keluaran sinyal kendali terjadi seketika tanpa ada pergeseran fase (c=0).
B. Pengendali Proportional Integral (PI)
Penambahan integral pada pengendali proportional dimaksudkan untuk menghilangkan offset.
Mekanismenya mirip dengan kerja operator yaitu dengan membuat nilai bias baru. Sehingga variabel proses sama dengan nilai acuan untuk mengulang aksi proportional. Penambahan aksi integral menambah kelambatan dan ketidakstabilan sistem. Pengaturan waktu integral (T) tergantung pada waktu mati sistem proses. Waktu integral tidak boleh kecil dibandingkan waktu mati. Jika waktu integral lebih kecil dari waktu mati, maka keluaran pengendali terlalu cepat berubah dibanding tanggapan sistem proses. Hal ini mengakibatkan overshoot dan osilasi berlebihan. Sifat – sifat pengendali proportional integral (PI) adalah :
1. Fase sinyal kendali tertinggal terhadap fase sinyal galat
2. Tidak terjadi offset
3. Tanggapan sistem lebih lambat dan cenderung kurang stabil
C. Pengendali Proportional Integral Derivative (PID)
Kelambatan akibat aksi integral dihilangkan dengan menambahkan aksi derivative pada pengendalian PI sehingga menghasilkan jenis pengendalian PID. Aksi derivatif bertujuan untuk mempercepat tanggapan sekaligus memperkecil overshoot variabel proses. Namun penambahan derivatif menyebabkan sistem menjadi peka terhadap noise. Selain itu penambahan aksi derivatif tidak sesuai untuk proses yang memiliki waktu mati dominan (lebih dari setengah konstanta waktu). Sifat – sifat pengendali proportional integral derivatif :
1. Tidak terjadi offset dan peka terhadap adanya noise
2. Tanggapan cepat dan amplitudo osilasi kecil (lebih stabil)
1.2.5 Direct action dan Reverse action
Unit pengendali merupakan "otak" sistem dalam pengendalian. Pengendali adalah piranti yang melakukan perhitungan atau evaluasi nilai error menurut algoritma kendali. 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.
Gambar 1.2 Skema Pengendalian
Penentuan aksi algoritma pengendali, memerlukan pengetahuan bagaimana kebutuhan proses yang dikendalikan dan aksi katup kendali (control valve). Kedua pengetahuan tersebut mutlak harus dimiliki. Ahli proses dapat bertanya kepada diri sendiri, misalnya, apa aksi pengendali yang tepat untuk pengendalian tinggi permukaan cairan jika dipakai katup air-to-close dengan aliran keluar sebagai variabel pengendali. Aksi pengendali biasanya dapat disetel dengan sakelar pada sisi panel pengendali pneumatik atau elektronik.
Blok algoritma kendali dapat berupa perangkat keras atau perangkat lunak. Sinyal kendali yang diperoleh selanjutnya diproses menjadi sinyal kendali standar (4 - 20 mA DC). Hubungan antara pengukuran dan sinyal kendali bergantung pada modus langsung (direct acting) atau berlawanan (reverse acting).
Tabel 1.1 Aksi Pengendali Aksi Variabel Proses
(PV)
Variabel Pengendali (MV) atau Sinyal
Kendali Direct
Acting Naik | Turun Naik | Turun Reverse
Acting Naik | Turun Turun | Naik
Pada sistem pengendali digital pada umumnya memisahkan kebutuhan aksi direct atau reverse dari posisi
kegagalan katup kendali (control valve). Sinyal kendali atau controller output signal pada sistem kendali digital berkisar dari 0 hingga 100%, yang merepresentasikan “persen bukaan”
katup kendali (control valve). Oleh sebab itu, aksi direct atau reverse merepresentasikan arah perubahan variabel proses dan katup (valve), tanpa memperhatikan apakah katup kendali jenis fail-open atau fail-closed.
BAB 2 METODOLOGI 2.1 Alat dan Bahan
- PCT-42 pH control - NaOH 0.05 M - HCl 0.05 M 2.2 Prosedur Kerja
2.2.1 Persiapan Alat
- Menghubungkan computer dan alat PCT-42 pH - control dengan sumber listrik.
- Menghidupkan computer dan alat PCT-42 pH control.
- Mengecek konektivitas atara modul PCT-42 dan computer dengan cara:
1. Mengklik tombol Start
2. Mengklik dua kali icon PCT (untuk analisa sensor pH)
3. Memilih section 1 Feedback control
4. Mengklik Load hingga muncul layar PCT-42 pH Probe Accescory-Section 1.
5. Pada gambar akan terdapat kotak stirrer dan angka 0 dibuah menjadi 1
6. Jika stirrer pada alat berputar maka connectivitas telah berhasil.
- Melakukan praktikum secara direct action dan reverse action.
2.2.2 Langkah kerja untuk Direct Action
- Memasukan selang pompa A pada larutan HCl 0.05 M dan selang pompa B pada larutan NaOH 0.05 M dan memastikan ujung selang tersebut tenggelam dalam larutan.
- Melakukan pengujian larutan dengan cara:
1. Menaikan angka pada pompa B dengan mengubahnya dari 0 menjadi 50%
2. Jika pada monitor pH menjadi naik maka larutan telah terpasang dengan benar - Kemudian mengklik sample pada toolbar
- Mengklik configuration, maka akan tumbul kolom sample configurasion
- Pada sample configurasi diisikan Sampling operation : Automatic Automatic sampling parameter Sample interval : 5 secs
Duration of sampling : Continous - Mengklik OK
- Pada chart yang terdapat pada monitor memilih PID, sehingga akan muncul menu PID Controlller - Mengisi kolom setting sebagai berikut:
Process variable : acidity Manipulation variable : pump A Control action : Direct action
- Mengisi kolom setting sebagai berikut:
Setting point : 7 pH Propotional Band : 30%
Integral time : 200, 300 secs Deritivative time : 1 secs
Mode of operation : automatic operation
- Kemudian mengklik apply, kemudian automatic.
- Kemudian mengklik go.
- Mengklik apply dan kemudian mengklik ok.
- Mengklik view table untuk melihat data dalam bentuk table atau view graph untuk melihat data dalam bentuk grafik.
- Menunggu hingga analisa stabil kemudian klik stop.
- Menyimpan data dengan mengklik save as, File name : Kelmpok 5_pH Kontrol Save as type : Excel 5.0 file (*xls) 2.2.3 Langkah kerja Reverse Action
- Memasukkan selang pompa A pada larutan NaOH dan selang pompa B pada larutan HCl, dan memastikan ujung selang tersebut tenggelam dalam larutan.
- Melakukan pengujian larutan dengan cara:
1. Menaikan angka pada pompa B dengan mengubahnya dari 0 menjadi 50%.
2. Jika pada monitor pH menjadi naik maka larutan telah terpasang dengan benar.
Kemudian mengklik sample pada toolbar
- Mengklik configuration, maka akan tumbul kolom sample configurasion
- Pada sample configurasi diisikan sebagai berikut:
Sampling operation : Automatic Automatic sampling parameter Sample interval : 5 secs
Duration of sampling : Continous - Mengklik OK
- Pada chart yang terdapat pada monitor memilih PID, sehingga akan muncul menu PID Controller - Mengisi kolom setting sebagai berikut:
Process variable : acidity Manipulation variable : pump B Control action : Reverse action - Mengisi kolom setting sebagai berikut:
Setting point : 7 pH Propotional Band : 30%
Integral time : 200, 300 secs Deritivative time : 1 secs Mode : automatic
- Kemudian mengklik apply dan kemudian mengklik ok
- Kemudian mengklik go
- Kemudian mengklik view table untuk melihat data dalam bentuk table atau view graph untuk melihat data dalam bentuk grafik.
- Menunggu hingga analisa stabil kemudian mengklik stop.
- Menyimpan data dengan mengklik save as, File name : Kelmpok 5_pH Kontrol Save as type : Excel 5.0 file (*xls)
BAB 3
HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Data Pengamatan
Tabel 3.1 Data Pengendalian Metode Direct Action (PB 30, TI 200, TD 1)
3.2 Pembahasan
Praktikum pH Control (PCT 42) ini bertujuan untuk memahami cara kerja PCT 42 pH Control dan memahami karakteristik pengendalian pH pada RATB dengan metode direct action dan reverse action.
Pada praktikum pH control dilakukan dengan dua metode yaitu metode direct action dan reverse action. Direct action adalah Langkah koreksi dengan cara menaikan variable manipulasi maka nilai proses variabelnya juga akan naik sedangkan Reverse action adalah langkah koreksi dengan cara menurukan nilai variable manipulasi maka niali proses variable akan naik. Pada pengendalian dengan kedua metode tersebut terdapat variable-variabel pengendalian proses yaitu variable proses(PV), variable manipulasi(MV) dan set point. Proses Variabelnya adalah tingkat keasaman (pH) dari larutan pada reaktor dengan manipulated variablenya adalah laju alir dari pompa A yaitu laju alir larutan HCl pada direct action dan laju alir larutan NaOH pada reverse action sehingga mencapai set point yang diinginkan yaitu dengan pH pada larutan adalah 7. Variasi yang digunakan pada metode direct action dan reverse action adalah integral time 200s dan 300s dengan Propotional Band 30% dan derivatif time 1s. Waktu proses dipraktikum ini yaitu 20 menit.
Metode pertama yang dilakukan pada praktikum ini adalah direct action,apabila nilai variable proses naik maka variable manipulasinya juga akan naik, maka laju pump A(larutan asam) harus dinaikkan nilainya agar set point tercapai. Pada integral time 200s dapat dilihat pada Tabel 1 mula-mula pH dari adalah larutan 11.5 setelah proses berjalan 20 menit pH larutan menjadi 7 dan sesuai dengan set point dengan over shoot sebesar 2,6 dan offset 0. Pada integral time 300s dapat dilihat pada Tabel 2 mula-mula pH dari larutan 11.5 setelah proses berjalan 20 menit pH larutan menjadi 6,9 dengan overshoot sebesar 1,8 dan offset 0,1.
Dilihat pada data pH tidak menyentuh setpoint dan stabil pada pH 6,9. Jika dibandingkan pada grafik 1 dan 2, variasi dengan integral time 200s memiliki waktu menuju kestabilan mendekati setpoint lebih lama yaitu di menit 08:55 sedangkan integral time 300s memiliki waktu menuju kesabilan mendekati setpoint lebih cepat yaitu di menit ke 05:31.
Setelah dilakukan proses dengan metode direct action, selanjutnya adalah metode reverse action, apabila nilai variable proses naik maka variable manipulasinya akan turun, maka laju pump A(larutan basa) harus dinaikkan nilainya agar set point tercapai. Pada variasi integral time 200s dapat dilihat di tabel 3 mula-mula pH dari larutan adalah 3,2 setelah proses berjalan 20 menit pH larutan menjadi 7 dengan overshoot sebesar 2,4 dan offset 0. Pada variasi integral 300s dapat dilihat pada Tabel 4 mula-mula pH dari larutan adalah 3,9 setelah proses berjalan 20 menit pH larutan menjadi 7 dengan overshoot sebesar 1,7 dan offset 0. Jika dibandingkan pada grafik 3 dan 4, variasi dengan integral time 200s memiliki waktu menuju kestabilan mendekati setpoint lebih lama yaitu di menit 08:51 sedangkan integral time 300s memiliki waktu menuju kesabilan mendekati setpoint lebih cepat yaitu di menit ke 07:11.
Dilihat dari perbandingan integral time yang divariasikan terhadap waktu yang diperlukan untuk mendekati setpoint untuk tiap-tiap control action, pada direct action maupun reverse action semakin besar integral time maka semakin cepat waktu yang diperlukan untuk mencapai setpoint, sehingga dapat disimpulkan integral time yang paling ideal pada praktikum ini yaitu direct action dengan integral time 300s dan reverse action dengan integral time 300s. Dan dari perbandingan data direct action dan reverse action dengan integral time 300s terdapat kekurangan dan kelebihan pada direct action integral time 300s memiliki offset sebesar 0,1 namun settling time lebih cepat sedangkan reverse action integral time 300s offsetnya 0 tetapi memiliki settling time lebih lama.
BAB 4
KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan
Dari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut:
- Variasi Integral Time yang optimal adalah mode pengendalian Direct Action dengan nilai PB 30%, Ti 300s, Td 1s dan Reverse Action dengan nilai PB 30%, Ti 300 seconds, dan Td 1s.
- Metode pengendalian Reverse Action memiliki respon dengan settling time yang lebih kecil dan overshoot yang minimun namun error yang dihasilkan sedikit lebih besar jika dibandingkan dengan Direct Action. Namun secara praktek, pada mode pengendalian Reverse Action tidak menghasilkan error yang cukup besar.
4.2 Saran
- Sebelum praktikum sebaiknya melakukan pemeriksaan kesiapan alat dan selang yang akan digunakan dalam praktikum.
- Pada saat proses berlangsung pastikan bahan yang digunakan yaitu NaOH dan HCl sekiranya masih cukup, karena apabila habis pada saat proses berlangsung maka akan mempengaruhi hasil yang akan dibaca pada alat PCT 42 pH kontrol.