PENGENDALIAN PROSESSEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015/2016

MODUL : Pengendalian Level

PEMBIMBING : Ir. Heriyanto

Oleh :

Kelompok : VI

Nama : Prima Dia Utami (141411052)

Rahmad Catur Bayu (141411053)

Rd. Riana Gumelar P (141411054)

Kelas : 2B – Teknik Kimia

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG2016

Praktikum : 22 Maret 2016Penyerahan Laporan : 29 Maret 2016

PENGENDALIAN LEVEL

I. TUJUAN

1. Menentukan kurva karakteristik static pada beban berbeda.

2. Melakukan identifikasi system untuk menentukan parameter model proses.

3. Mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respon level.

II. LANDASAN TEORI

II.1 Karakteristik Statik

Karakteristik system proses adalah perilaku system yang tidak bergantung waktu.

Dengan kata lain menunjukan hubungan steady-state antara variable proses dan sinyal

kendali. Karakteristik static lebih baik digambarkan dalam bentuk kurva hubungan

antara variable proses dan sinyal kendali. Dari situ dapat dilihat pada sinyal kendali

berapa untuk menghasilkan nilai variable proses tertentu. Dengan karakteristik static

dapat diperoleh informasi:

Linieritas system.

Jenis aksi system proses (direct atau reverse acting)

Steady state gain (Kc)

Pengaruh beban pada kebutuhan besar manipulated variable

Batas pengendalian yang dapat dilakukan (controllability)

II.2 Identifikasi Sistem Proses

Identifikasi system proses dilakukan untuk mengetahui parameter model proses.

Metode sederhana dapat dilakukan dengan uji kurva reaksi. Uji dilakukan dengan

mengubah nilai sinyal kendali pada kerja/operasi ke nilai baru, misal dari 60% ke

70%. Dari uji kurva reaksi dapat diperoleh model FOPDT (first order plus dead time)

yang memiliki tiga parameter:

Steady state gain (Kp), yang menentukan sensitivitas respon

Time constant (τp), yang menentukan kecepatan respon.

Dead time (θp), yang menentukan besar tundaan respon.

II.3 Pengendalian Level

Dalam pengendalian level ini sebagai PV adalah level air, MV adalah level air

masuk, SP adalah level yang diinginkan, gangguan adalah level air keluar. Sebagai

sensor level adalah jenis sensor tekanan hidrostatik. Tekanan hidrostatik menunjukkan

tinggi level cairan. Oleh transmitter, ketinggian cairan dikorelasikn dengan sinyal arus

4-20 mA. Sinyal dari transmitter dikirim ke pengendali (computer). Aksi pengendali

berjenis berkebalikan (reverse acting). Artinya jika level naik maka level air yang

masuk berkurang.

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.

II.4 Pengaruh Parameter Pengendali

Parameter pengendali PID adalah: gain (Kc) atau Proportional Band (PB), waktu

integral (τi), dan waktu derivative (τd). Pengaruh masing masing adalah:

Gain proportional: semakin besar nilainya, respon semakin cepat tetapi

system cenderung tidak stabil. Pada pengendali proportional saja (P-

control) dengan memperbesar Kc maka offset lebih kecil.

Waktu integral: integral menghilangkan offset, menambah tundaan

(pergeseran fase), dan membuat system cenderung tak stabil (overshoot dan

decay ratio semakin besar). Semakin kecil waktu integral, respon semakin

cepat tetapi semakin tak stabil.

Waktu derivative: derivative tidak menghilangkan offset, mempercepat

respons, membuat system lebih stabil (overshoot dan decay ratio semakin

kecil ) tetapi system menjadi peka terhadap gangguan cepat (noise).

Semakin besar waktu derivative respons semakin cepat.

III. PERALATAN

Diagram instrument dari pengendalian level sebagai berikut.

Gambar 1. Diagram instrument pengendalian level

Gambar 2. Susunan Peralatan

Keterangan Gambar:

1. Bak berisi air 8. Pengendali luar

2. Pompa 9. Panel kendali

3. Control valve 10. Komputer

4. I/P transmitter 11. Tangki penampung

5. Udara instrument 12. Katung buang manual

6. Manometer 13. Sensor dan transmitter level

7. Regulator tekanan udara 14. Katup solenoida

IV. PERCOBAAN4.1 Kurva karakteristik statik

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110%0

2

4

6

8

10

12

14

16

SInyal Kendali (MV)

Tekn

an (P

si)

Gambar 3. Kurva antara Tekanan dengan Sinyal Kendali

4.2 Menentukan konstanta waktu proses (τp), steady state gain (Kp), dan waktu mati (θp).

0 100 200 300 400 500 600 7000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100PV SP

Waktu (s)

Leve

l (%

)

Gambar 4. Grafik Variable Proses dan Set Point

0 100 200 300 400 500 600 7000

20

40

60

80

100

120

Waktu (s)

Laju

Alir

(%)

Gambar 5. Grafik Manipulated Variable

Kp, dapat ditentukan dengan :

Kp=∆ y∆ u

Kp= 55,08−49,5465,04−55 ,28

=0 ,567

∆ y

∆ u

t (6,32)t (start )

τp, dapat ditentukan dengan:

Pertama, tentukan dulu tstart, pada proses ini tstart pada waktu : 496 s Tentukan titik y pada saat y63,2, dengan cara:

y (63,2 )=49,73+∆ y (0,632 )

y (63,2 )=49,73+3,5=53,23

Setelah menemukan titik y63,2, plot titik tersebut terhadap waktu, dan didapat t63,2. Tentukan τp dengan:

τ ( p )=t (63,2 )−t (start )

τ ( p )=536−496=40 s

θp, dapat ditentukan dengan:

Tentukan tUstep dengan melihat waktu ketika merubah sinyal kendali. tUstep bernilai: 486 s Lihat proses ketika menghasilkan data terukur dengan jelas, disebut dengan tstart, yang

bernilai : 505 s Tentukan θp dengan:

θ ( p )=t (start )−t (Ustep )

θ ( p )=505−486=19 s

4.3 Pengendali Proportional (P)

Kondisi 1 :

PB = 200%

τi = 100000 s

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Kondisi 2 :

PB = 100 %

τi = 100000 s

0 20 40 60 80 100 1200

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 1200

5

10

15

20

25

30

Kondisi 3 :

PB = 400%

τi = 100000 s

0 20 40 60 80 100 1200

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 1200

1

2

3

4

5

6

7

8

4.4 Pengendali Proportional – Integral

Kondisi 1 :

PB = 200%

τi = 0,5 s

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

5

10

15

20

25

Kondisi 2 :

PB = 100%

τi = 0,5 s

0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 1400

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Kondisi 3 :

PB = 200 %

τi = 1 s

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Kondisi 4 :

PB = 100%

τi = 1 s

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

5

10

15

20

25

30

35

40

4.5 Pengendali Proporsional – Integral – Derivative

Kondisi 1 :

PB = 200 %

τi = 0,5 s

τd = 0,5 s

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

10

20

30

40

50

60

Kondisi 2 :

PB = 200 %

τi = 1 s

τd = 0,5 s

0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 1400

5

10

15

20

25

30

35

40

Kondisi 3 :

PB = 200 %

τi = 2 s

τd = 0,5 s

0 20 40 60 80 100 1200

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 1200

10

20

30

40

50

60

Kondisi 4 :

PB = 100 %

τi = 0,5 s

τd = 1 s

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

20

40

60

80

100

120

Kondisi 5 :

PB = 100 %

τi = 1 s

τd = 1 s

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

20

40

60

80

100

120

Kondisi 6 :

PB = 100 %

τi = 2 s

τd = 1 s

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

20

40

60

80

100

120

Kondisi 7 :

PB = 50 %

τi = 0,5 s

τd = 2 s

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

20

40

60

80

100

120

Kondisi 8 :

PB = 50 %

τi = 1 s

τd = 2 s

0 50 100 150 200 2500

10

20

30

40

50

60

70

80

90PV SP

0 50 100 150 200 2500

20

40

60

80

100

120

Kondisi 9 :

PB = 50 %

τi = 2 s

τd = 2 s

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

10

20

30

40

50

60

70

80PV SP

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

20

40

60

80

100

120

V. PEMBAHASAN

5.1 Prima Dia Utami (141411052)

5.2 Rahmad Catur Bayu Ragil (141411053)

5.4 Rd. Riana Gumelar Pratama (141411054)

Pada praktikum pengendalian level ini, instrument menggunakan sensor dengan jenis sensor tekanan hidrostatik dimana tekanan hidrostatik ini akan menunjukan tinggi level cairan. Aksi pengendali yang berfungsi pada proses ini adalah reverse acting, dimana jika level naik maka level air yang masuk pun akan berkurang.

Pada percobaan pertama, yakni membuat kurva karakteristik static antara tekanan dengan sinyal kendali. Dari kurva static, dilihat bahwa semakin tinggi sinyal kendali yang diberikan, maka tekanan pun semakin tinggi, dan ketika sinyal kendali pada saat maksimum, menunjukan bahwa tekanan maksimum pada proses tersebut adalah sebesar 15 psi. Papa proses, terlihat bahwa system merupakan linier.

Pada percobaan kedua, dilakukan identifikasi pada system proses, dengan cara ketika system berada pada keadaan steady state sinyal kendali diubah dengan menambahkan 10% dari nilai sinyal kendali sebelumnya. Dan dari reaksi tersebut, dapat terlihat sensitivitas, kecepatan serta besar tundaan respon. Setelah diidentifikasi, nilai Kp pada proses sebesar 0,567 dimana nilai tersebut bernilai positif yang menujukan bahwa proses berjalan dengan aksi berupa reverse actin, nilai Kp sendiri menunjukan respon perubahan ketika controller diubah (sensitivitas). Identifikasi selanjutnya yakni nilai dari τp, nilai waktu konstan pada proses sebesar 40 s, dimana hal tersebut menunjukan seberapa cepat sebuah variable proses yang terukur ketika controller diubah secara tiba tiba. Identifikasi selanjutnya yaitu θp, nilai dari waktu mati proses sebesar 19 s, hal tersebut menunjukan waktu yang berjalan atau dilewati (tunda) dari ketika controller diubah hingga ketika proses variable terukur dengan jelas.

Pada percobaan selanjutnya yakni dilakukan percobaan dengan pengendali P, pengendali P merupakan pengendali paling sederhana dalam pengendalian proses. Pengendali P berfungsi agar pengukuran atau hasil sama dengan set point, akan tetapi pada pengendali ini, timbul masalah yaitu offset. Offset timbul jika setpoint dan proses variable tidak berada pada posisi yang sama. Sehingga pada percobaan yang dilakukan, masih ada offset yang dihasilkan, akan tetapi dengan menambahkan Kc (100%/PB) maka offset akan berkurang namun osilasi akan bertambah sehingga proses tidak stabil.

Pada pengendali PI, fungsi dari Integral yakni dapat menghilangkan offset yang terjadi pada proses. Karena ketika error muncul, nilai integral akan bertambah atau berkurang sehingga sinyal keluaran akan berubah. Sehingga pengendali PI ini merupakan tipe pengendali yang digunakan secara luas. Akan tetapi, kekurangan dari pengendali ini yakni karena ada dua parameter yang diatur, sehingga untuk

menentukan proses yang terbaik pun cukup sukar. Pada proses, dapat dilihat bahwa semakin kecil waktu integral, maka respon yang ditimbulkan semakin cepat, akan tetapi menyebabkan proses tidak stabil.

Pada pengendali PID, fungsi dari derivative yakni mempercepat respon dalam berubah secara instant. Akan tetapi, dengan adanya fungsi pengendali ini, maka proses akan lebih peka terhadap gangguan, sehingga semakin besar nilai derivative, maka proses akan tidak stabil. Keuntungan dari pengendali ini yakni dapa mengurangi osilasi karena proses berubah dengan cepat.

VI. KESIMPULAN

Pengendalian proses dapat dilakukan dengan kendali P, PI, PID. Hal tersebut memengaruhi respon proses, sehingga keadaan proses berbeda tergantung dari kendali tersebut. Pada pengendalian proses, ada beberapa parameter yang dapat kita ketahui dari uji kurva, diantaranya Steady – state gain (Kp), Time Constant (τp) dan dead time (θp) sehingga dari parameter tersebut, kita dapat mengidentifikasi proses.

VII. DAFTAR PUSTAKA

Heriyanto. “Modul Praktikum Pengendalian Level”. Bandung : Politeknik Negeri Bandung

Cooper. J. Douglas. 2005. Practial Process Control using LOOP-PRO Software. Tolland: Control Station, Inc.