LABORATORIUM PENGENDALIAN PROSESSEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015

MODUL: Pengendalian Level dan SuhuPEMBIMBING: Shoerya Shoelarta, MT.

Praktikum : 18 Maret 2015Penyerahan (Laporan) : 26 Maret 2015

Oleh :Kelompok: 7Nama: 1. Annisa Novita N NIM. 131424005 2. Nadhira Rifarni NIM.131424016Kelas : 2A - TKPB

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIHJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015

BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar BelakangSatu besaran penting pada proses yang melibatkan cairan adalah tinggi permuaan cairan atau level. Pengendalian level menjadi factor sangat penting pada proses.1) Aliran cairan kea lat berikutnya diharapkan pada laju alir konstan. Untu menjaga nilai laju alir perlu ditambahkan sebuah tangki yang berfungsi sebagai stabilisator.2) Banyk unit fungsi berjalan baik jika bekerja padalevel tetap. Sebagai contoh adalah level cairan pada bagian bawah kolom distilasi, level cairan pada drum refluks, level cairan pada reactor tangki, dan level cairan pada separator gas-cair.

1.2. TujuanPraktikum ini memberi kompetensi dasar pada mahasiswa yaitu kemampuan unuk dapat mengendalikan system level. Adapun tujuan praktikum adalah mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respons level.

1.3. Landasan TeoriA. Prinsip PengendalianProses 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 daoat 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).Unit pengukuran ini terdiri atas:a) 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.b) 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 Pressure 3-15 psi3. 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).Pengendalian level bisaanya digunakan untuk mengendalikan aliran air pada ketinggian tertentu dengan tekanan tertentu pada suatu tabung atau pipa.Sensor mengindera variable proses (suhu, tekanan, level, aliran). Informasi variable proses (PV) dari sensor selanjutnya diolah oleh transmitter dan dikirimkan ke pengendali dalam bentuk sinyal lstrik (4-20 mA) atau pneumatic (0,2-1 bar atau 3-15 psi). dalam pengendali, variable proses terukur dibndingkan dengan setpoint (SP). perbedaan diantara keduanya disebut error. Berdasarkan besar error, kecepatan error dan lamanya error, pengendali (controller) melakukan perhitungan sesuai alogaritma kendali untuk menghasilkan sinyal kendali (controller output) yang berupa sinyal listrik atau pneumatic yang dikirimkan ke elemen kendali akhir (final controller elements biasanya berupa katup kendali atau control valve). Perubahan pada sinyal kendali menyebabkan perubahan bukaan katup kendali. Perubahan ini menyebabkan perubahan manipulated variable. Manipulated variable dalam arah dan niai yang benar, maka variable proses terukur dapat dijaga pada nilai setpoint.Pengendali umpan balik adalah pengendalian yang memakai variable keluaran system (PV) untuk mempengaruhi nilai masukkan (MV) dari system yang sama. Prinsip pengendalian tersebut berlaku umum untuk semua pengendalian proses umpan balik. Disini terdapat empa fungsi dasar yaitu : mengukur (measurement), membandingkan (comparison), menghitung (computation, decision, dan evaluation) dan mengkoreksi (correction atau action)

B. Pengendalian LevelDalam pengendalian level ini sebagai PV adalah level air, MV adalah aliran air masuk, SP adalah level yang diinginkan, agngguan adalah aliran air keluar. Sebaai sensor level adalah jenis tekanan hdrostatik. Tekanan hidrostatik menunjukkan tinggi level cairan oleh transmitter, ketinggian cairan dikorelasikan dengan sinyal arus (4-20 mA). Sinyal dari transmitter dikirim ke computer (pengendali). Aksi pengendali berjenis berkebalikan (reverse acting). Artinya jika level naik maka aliran air yang masuk berkurang.Sinyal kendali dari pengendali (computer) berupa sinyal tegagan 1-5 V, yang selanjutnya diubah menjadi sinyal pneumatic 0,2-1 bar (3-15 psi). control valve (unti kendali akhir) adalah jenis pneumatic yang mendapat sinyal pneumatic tersebut.

BAB IIPERCOBAAN2.1. Alat dan Bahan1. Seperangkat sistem pengendalian level2. Komputer3. Air

Susunan alat percobaan adalah sebagai berikut :

Keterangan :1. Water drainage tank2. Centrifugal pump3. Control valve4. I / P transduser5. Udara instrument6. Manometer7. Pressure regulator (manual)8. Pengendali luar9. Panel Kendali10. Personal computer11. Tangki Penampung12. Katup Buang manual13. Sensor dan Transmitter level14. Katup SolenoidaX.Actuating signalY.Controlled quantity signal

2.2. PROSEDUR PERCOBAAN

Persiapan

Pengoprasian Perangkat Keras

Pengoprasian Perangkat Lunak

Pengendalian Manual

Pengendalian Automatik

Pengaruh Parameter Pengendali

Penyelesaian Percobaaan

2.2.1. Persiapan1) Pastikan penampung air telah terisi paling sedikit tiga perempat penuh2) Sistem peralatan aliran telah terhubung secara benar dengan komputer3) Pastikan komputer bekerja normal2.2.2. Pengoprasian perangkat keras1) 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 daya3) Ubah saklar pemilih ke posisi PC. Pompa akan hidup dan mengalirkan air ke dalam tangki2.2.3. Pengoprasian perangkat lunak1) Nyalakan komputer/laptop dan jalankan program level control2) Pastikan posisi tombol AUTO/MANUAL pada posisi MANUAL3) Pastikan posisi tombol REVERSE/DIRECT pada posisi REVERSE4) Tekan tombol RUN (berupa panah) sehingga pengendalian mulai berjalan.2.2.4. Pengendalian manualPersiapan1) Tutup kedua katup keluaran2) Atur manipulated variable yang mempresentasikan bukaan katup kendali dengan menggeser horizontal scroll ke kanan hingga 100%3) Setelah level mencapai 50% buka katup buang (13) kira-kira setengah bukaPengendalian4) Atur manipulated variable yang mempresentasikan bukaan katup kendali dengan menggeser horizontal scroll ke kiri atau ke kanan hingga level tetap pada 50%.2.2.5. Pengendalian Automatik1) Geser vertical scroll SP (set point) ke posisi 50% atau dengan cara mengetikan nilai 50 kemudian tekan ENTER2) Pastikan parameter pengendali dengan nilai PB=100, waktu integral=1, dan waktu derivatif=03) Ubah posisi setpoint (SP) ke 60% dengan mengetikan angka 60 dan diikuti menekan osilasi nilai level (PV).4) Amati nilai level (PV), apakah bisa mengikuti SP. Perhatikan juga adakah osilasi nilai level (PV)5) Ubah setpoint (SP) kembali ke 50% dan tunggu sampai PV stabil dan konstan6) Ubah gain PB ke 50,30,10,5, dan 2. Setiap perubahan lakukan langkah 3-5. Amati nilai level (PV).7) Pilih nilai proporsional band (PB) yang menghasilkan pengendalian cepat, tepat dan stabil.2.2.6. Pengaruh parameter pengendali Pengendali Proporsional (P)1) Pastikan nilai PB=100% dan waktu derivatif, Td=02) Ubah waktu integral (Ti) ke nilai yang sangat besar misal (100000) dengan demikian maka pengaruh integral hampir tidak ada.3) Ubah setpoint (SP) ke 60% dengan mengetikan angka 60 dan diikuti menekan ENTER4) Amati nilai level (PV), apakah bisa mengikuti SP. Perhatikan juga adakah osilasi nilai level (PV)5) Ubah setpoint (SP) kembali ke 50% dan tunggu sampai nilai PV stabil dan konstan6) Ubah gain PB ke 50,30,10,5 dan 2. Setiap perubahan lakukan langkah 3-5. Amati nilai level (PV)7) Pilih nilai proportional band (PB) yang menghasilkan pengendaluan cepat, tepat dan stabil. Pengendali Proporsional-Integral (PI)1) Gunakan nilai PB terbaik dari pengendalian proporsional diatas2) Pastikan SP = 50% dan tunggu hingga nila PV konstan3) Ubah waktu integral bernilai 60 detik (1 menit) dan tunggu hingga nila PV konstan4) Ubah setpoint (SP) ke 60%5) Amati nilai level (PV),apakah bisa mengikuti SP. Perhatikan nuga adakah osilasi nilai PV6) Ubah setpoint (SP) kembali ke 50% dan tunggu sampai nilai PV stabil dan konstan7) Ubah waktu integral ke nilai 30,10,5,2 dan 0,5. Setiap perubahan lakukan langkah 4-6. Amati nila PV.8) Pilih nilai waktu integral yang menghasilkan pengendalian cepat, tepat dan stabil. Pengendali Proporsional-Integral-Derivatif (PID)1) Gunakan nilai PB dan T1 terbaik dari pengendalian PI sebelumnya2) Pastikan SP=50% dan tunggu hingga nilai PV konstan3) Ubah waktu derivatif menjadi 1 detik4) Ubah setpoint (SP) ke 60%5) Amati nilai level (PV), apakah bisa mengikuti SP. Perhatikan juga adakah osilasi nilai PV6) Ubah setpoint (SP) kembali ke 50% dan tunggu sampai nilai PV stabil dan konstan7) Ubah waktu integral ke nilai 2, 5, 10, 20, dan 30. Setiap perubahan lakukan langkah 4-6. Amati nila PV.8) Pilih nilai waktu integral yang menghasilkan pengendalian cepat, tepat dan stabil.

2.2.7. Penyelesaian percobaan1) Jika sudah selesai, tekan tombol OPERASI STOP2) Matikan CRL dengan menekan tombol daya ke posisi OFF3) Buka katup buang tangki sehingga kosong4) Bersihkan tempat kerja sehingga tidak ada sampah, kertas atau barang berserakan di sekitar peralatan.

3. KESELAMATAN KERJAPotensi bahaya yang perlu diwaspadai Hati-hati dengan listrik bolak-balik 220 V dari PLN Pada saat bekerja, disekitar meja tidak terdapar pemasangan listrik yang berbahaya Sselidiki dengan test-pen atau peralatan lain, apakah semua peralatan telah ditanahkan dengan baik. Hal ini untuk menghindari sengatan listrik akibat efek kapasitif atau induktif Berhati-hatilah dengan perhiasan logam seperti cincin, jam tangan, mistar logam, dan lain-lain alat yang mampu membuat hubungan singkat. Usahakan agar tidak seorangpun dapat tersandung oleh kawat-kawat atau tidak sengaja merobohkan peralatan Bila menghubungkan peralatan, maka hubungkan dengan jaringan listrik dilakukan paling akhir Jika terjadi sengatan listrik dan korban terbelit kawat, jangan panik, cepat putuskan sambungan listrik, baru menolong korban.

BAB IIIHASIL DAN PEMBAHASAN3.1. Data Hasil Pengamatan3.1.1. Tabel 1 . Pengendalian ProporsionalSPP (Kc)PV min (mm)PV max (mm)

1401138143

1402138142

1404139142

1406139141

1408139141

3.1.2. Tabel 2. Pengendalian proporsional-IntegralSPP (Kc)ITi (min)PV min (mm)PV max (mm)

14081137141

14082139141

14084139141

14086139141

14088139141

140810139141

3.1.3. Tabel 3. Pengendalian Proporsional-Integral-DerivatifSPP (Kc)ITi (min)DTd (min)PV min (mm)PV max (mm)

140821139141

140824139140

140828139141

1408212139141

3.2. Pembahasan Pada praktikum kali ini praktikan melakukan percobaan pengendalian level yang bertujuan untuk mengetahui nilai optimum masing-masing parameter pengendalian sehingga pengendalian berjalan lancar yaitu mendapatkan respon yang cepat, tepat, dan stabil atau dengan kata lain bahwa PV (Process Variable) sama/mendekati SP (Set Point). Jenis pengendali yang digunakan adalah PID atau pengendali kontinyu, dilakukan variasi terhadap PB (Proportional Band), IT (Integral Time), dan DT (Derivative Time). Prinsip kerja dari proses ini adalah mengendalikan laju alir air masuk agar level cairan sesuai dengan setpoint yang diinginkan dengan mengatur bukaan valve. Laju alir masuk sebagai manipulated variable (MV) dan level cairan sebagai process variable (PV). Pada praktikum kali ini tidak diberikan gangguan (noise). Karena tujuan utama praktikum ini yaitu untuk mengetahui pengaruh parameter PID terhadap respon pengendalian. Jika menggunakan gangguan (noise) maka akan sulit untuk membedakan respon pengendalian yang dipengaruhi oleh parameter PID atau oleh gangguan. Pengendalian yang pertama yaitu pengendalian proporsional dilakukan dengan mengubah pengendali proporsional untuk mendapatkan nilai yang optimum. Variasi PB yang digunakan yaitu 1, 2, 4, 6 dan 8 sedangkan variabel lain dibuat sama. Pada variasi PB 8, nilai IT=0,01 menit dan DT=0, selisih antara nilai varaibel proses (PV) dengan set point (SP) paling kecil dibandingkan yang lainnya, sehingga nilai PB 8 digunakan untuk percobaan berikutnya. Pengendalian kedua yaitu pengendalian integral, dilakukan dengan cara memvariasikan nilai IT (Intergral Time). Pengendalian Integral ini untuk menghilangkan offset tetapi akan membuat respon menjadi lambat dan sistem cenderung akan mudah tidak stabil. Optimasi pengendalian ini dilakukan dengan memvariasi nilai IT pada 1 menit, 4 menit, 6 menit, 8 menit dan 10 menit dengan parameter lain dibuat sama, dan parameter PB menggunakan nilai optimum yang diambil dari pengendalian pertama yaitu PB 8 .Pada variasi IT 2 menit, PB 8, dan DT=0 error yang dihasilkan lebih kecil.Pengendalian ketiga yaitu Pengendalian derivatif yang dilakukan dengan cara memvariasikan nilai DT (Derivative Time) dan parameter lainnya tetap dengan menggunakan hasil optimasi pada pengendalian pertama dan kedua yaitu pada PB 8 dan IT 2 menit. Pengendalian Derivatif ini dilakukan untuk mempercepat respon dan memperkecil overshoot. Optimasi pengendalian ini dilakukan pada variasi DT 1 menit, 4 menit, 8 menit dan 12 menit. Pada DT 4 menit nilai PV mendekati nilai SP . Oleh karena itu dipilih DT 4 menit. Berdasarkan ketiga pengendalian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa pengendalian yang dipilih untuk mendapatkan hasil yang optimum yaitu pengendalian jenis PID (Proportional Integral Derivative). Karena dengan pengendalian tersebut hasil yang diperoleh sesuai dengan keinginan yaitu menghasilkan respon yang cepat untuk mancapai set point, stabil (tidak terjadi osilasi), serta offset yang dihasilkan kecil. Pada saat praktikum grafik atau kurva proses tidak terbaca sehingga tidak dapat diamati fluktuatif dan kestabilan proses. Berdasarkan percobaan dari ketiga pengendalian tersebut, nilai optimum dengan set point 140 dicapai dengan parameter dengan hasil terbaik pada PB 8, IT 2 menit dan DT 4 menit.

BAB IVSIMPULAN DAN SARAN