LAPORAN PRAKTIKUM

INSTRUMENTASI & PENGENDALIAN PROSES

PENGENDALIAN LEVEL CAIRAN

OLEH :Sulistiyono103242004

JURUSAN TEKNIK KIMIAPROGRAM STUDI MIGAS

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE2012

LEMBAR TUGAS

Judul Praktikum : Pengendalian level cairan

Laboratorium : Komputasi dan Pengendalian Proses

Jurusan / Prodi : T. Kimia / Migas

Nama : Sulistiyono

Kelas / Semester : 2 M / IV ( Empat )

NIM : 103242004

Anggota Kelompok VI :

Cut Icha Yuna Kumala

Mustafa Kamal

Iqbal Hidayat

Sulistiyono

Uraian Tugas1. Gunakan pengendali on-off untuk upper level 85% dan lower level 75%,

gambarkan zona netral.2. Tentukan karakteristik pengisian dan pengosongan tangki cairan,

pengambilan data (f,Vs,t) baik pengosongan tangki maupun pengisian tangki serta gambarkan grafik masing masing.

3. Bandingkan hasil percobaan dengan perhitungan neraca massa total secara teoritis.

Buketrata, 4 April 2012

Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing

Ir. Syafruddin. MSi Ir. Harunsyah. M.Eng,Sc

NIP : 19650819 199802 1 001 NIP : 19650330 199305 1 001

LEMBAR PENGESAHAN

Judul Praktikum : Pengendalian level cairan

Mata Kuliah : Praktek Instrumentasi dan Pengendalian Proses

Nama : Sulistiyono

NIM : 103242004

Kelas / Semester : 2 M / IV ( Empat )

Nama Dosen Pembimbing : Ir. Syafruddin. MSi

NIP : 19650819 199802 1 001

Ka Laboratorium : Ir. Harunsyah, M.Eng.Sc

NIP : 19650330 199305 1 001

Tanggal Pengesahan :

Buketrata, 11 April 2012 Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing

Ir. Syafruddin. MSi Ir. Harunsyah. M.Eng,Sc

NIP : 19650819 199802 1 001 NIP : 19650330 199305 1 001

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan percobaan.

Dapat mengetahui konsep-konsep dasar pengendalian level.

Dapat mengetahui dan memahami unit-unit pengendalian level.

Dapat mengendalikan suatu level ketinggian cairan.

Dapat mengetahui dan memahami konfigurasi suatu pengendalian .

1.2. Alat yang digunakan

Seperangkat alat pengendalian level (CRL/control regulation level).

Stopwatch.

1.3. Bahan yang digunakan

Air (aquadest).

Udara.

1.4. Prosedur kerja

1.4.1. Prosedur pengendali on-off Cek power supplay ke CRL dan PC kabelnya dalam keadaan tidak

tersambung.

Cek semua modul pada CRL berada di dalam rangkaiannya.

Buka katub tekanan udara dan atur tekanan sebesar 2 bar

Atur pengendali on-off dengan upper level 85% dan lower level 75%

Hubungkan kabel power pada controller CRL unit ke panel listrik,

kemudian hidupkan main switch pada panel controller CRL unit.

Hidupkan stopwatch dan catat waktunya, lakukan sebanyak 10 kali

pengulangan

Hitung waktu rata-ratanya

Gambarkan zona netralnya

1.4.2. Prosedur pengisian air dalam tangki

Masukkan air dalam tangki

Hidupkan stopwatch dan catat waktunya tiap kenaikan 5% level air dalam

tangki.

Hitung waktu rata-ratanya

Hitung waktu akumulasinya

Plot kurva antara waktu akumulasi dan level tangki

1.4.3. Prosedur pengosongan air dalam tangki

Buka kran pengosongan tangki.

Hidupkan stopwatch dan catat waktunya tiap penurunan 5% level air dalam

tangki.

Hitung waktu rata-ratanya.

Hitung waktu akumulasinya.

Plot kurva antara waktu akumulasi dan level tangki.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian

Kata “Sistem Pengendalian Proses” adalah terjemahan dari kata proses control

system. Ketiga suku kata tersebut, yaitu proses, pengendalian dan sistem, biasa dipakai

secara umum, namun gabungan ketiga suku kata ini mempunyai kata yang sifatnya

spesifik teknik. Hampir semua proses dalam industri membutuhkan peralatan –

peralatan otomatis untuk mengendalian paramater – parameter prosesnya. Otomatisasi

tidak saja diperlukan demi kelancaran operasi, keamanan, ekonomi maupun mutu

produk, tetapi lebih merupakan kebutuhan pokok. Tidak mungkin menjalankan suatu

proses industri tanpa system pengendalian. Ada banyak parameter yang harus

dikendalikan didalam suatu proses. Diantaranya, yang paling umum adalah tekanan

(pressure) didalam sebuah vessel atau pipa, suhu (temperature) di unit proses seperti

heat exchanger atau permukaan zat cair atau level dalam sebuah tangki. Ada beberapa

parameter lain diluar keempat parameter diatas yang cukup penting dan juga perlu

dikendalikan karena dibutukan spesifik proses, diantaranya ; pH di industri petrokimia,

warna produk disuatu fasilitas pencairan gas (NGL), dsb. Gabungan serta kerja alat – alat

pengendalian otomatis itulah yang dinamai system pengendalian proses (process control

system).

2.2. Pengendalian level

Unit ini memungkinkan untuk menganalisis perilaku loop control, dimana

kuantitas yang dikontrol adalah tingkat (level) air dalam tangki. Perilaku kuantitas

dikontrol dapat diikuti secara visual sehingga mahasiswa dapat memahami konsep-

konsep dasar kontrol dan teknik pengontrolan secara intuitif.

Mahasiswa dapat memeriksa efek dari parameter kontrol yang berbeda

terhadap kinerja rantai kontrol dan stabilitas sistem, selanjutnya, mereka dapat menjadi

lebih akrab dengan komponen yang umumnya dipakai dalam aplikasi industri moderen,

karena sistem yang seluruhnya terbuat dari komponen kualitas industri .

Unit ini memiliki dua versi, di mana elemen kontrol terdiri dari katup pneumatik

(CRL) atau katup listrik bermotor (CRL / E).

1. Komposisi

Unit CRL terdiri dari:

Proses rig dengan katup pneumatik dan peralatan listrik

Kontrol dan monitoring software CRS

Opsional minireg regulator elektronik

Opsional MRRP pneumatik mengendalikan dan merekam modul

Opsional listrik-kompresor dengan peredam

Unit CRL/E terdiri dari:

Proses rig dengan katup listrik dan peralatan listrik

Kontrol dan monitoring software CRS

Opsional MiniReg regulator elektronik

Komponen opsional dijelaskan dalam lembaran data terpisah

2. Deskripsi

Tujuan dari proses ini adalah untuk mengontrol tingkat (level) air di dalam tangki

dengan adanya gangguan aliran output. Tingkat (level) air yang diperoleh dengan suatu

tranduser tekanan, diubah menjadi sinyal listrik dan dialirkan ke peralatan listrik.

Tingkat (level) air dikendalikan dengan menyesuaikan jumlah air dimasukkan ke

dalam tangki dengan pompa sentrifugal. Di unit CRL hal ini dilakukan dengan cara katup

pneumatik dan di unit CRL/E melalui katup listrik bermotor. Kontrol loop tertutup dapat

dilakukan dengan cara yang berbeda:

Via perangkat lunak, dengan menggunakan program perangkat lunak CRS pada

computer (PC) :

Melalui sistem probe tahan dimasukkan ke dalam tangki

Melalui regulator elektronik opsional, MiniReg

Melalui regulator pneumatik opsional, MRRP (tidak pada tersedia di CRL/E)

Salah satu tindakan kontrol adalah dari tipe PID (Proporsional Integral Derivatif)

atau On-Off, dan dicapai dengan membandingkan sinyal yang sesuai ke tingkat yang

sebenarnya dengan sinyal titik setel dipilih oleh pengguna.

Sebagai fungsi kontrol logika, regulator menghasilkan sinyal penggerak yang

bekerja pada katup atau dan memodifikasi kuantitas air masuk tangki. Selain itu,

komputer (PC) dapat mengontrol gangguan aliran air yang meninggalkan tangki dengan

menghasilkan sinyal yang bekerja pada katup solenoid.

Peralatan listrik termasuk kontrol untuk komponen listrik utama unit, sebuah

AD/DA konversi papan untuk antarmuka dengan komputer (PC) melalui jalur serial

RS232, indikator digital untuk menampilkan tingkat air.

Perangkat lunak kontrol dan pemantauan, dijalankan melalui MS-Windows,

memungkinkan untuk melakukan pengontrolan PID ataupun ON-OFF melalui perangkat

lunak. Parameter Kontrol dapat diatur secara independen dan secara real time dan

sehingga dapat karakteristik dari set point dan sinyal gangguan.

Perangkat lunak ini memungkinkan untuk mengamati proses secara real time

dengan menampilkan pada layar diagram jumlah dikendalikan, sinyal pelaksanaan, sinyal

set point dan sinyal gangguan sebagai fungsi waktu. Diagram ini dapat dicetak setiap

saat, sedangkan sampel sinyal dan parameter kontrol dapat disimpan dalam sebuah file,

dalam format ASCll, atau dicetak.

Hal ini juga memungkinkan untuk menggunakan perangkat lunak hanya untuk

mengamati proses, menggunakan regulator eksternal (misalnya MiniReg opsional).

Dalam hal ini, adalah mungkin untuk mengirimkan set point ke regulator melalui

perangkat lunak.

2.3. Pengendalian level oleh manusia

Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana seorang operator mengendalikan

level (permukaan zat cair) di sebuah tangki. Air yang masuk ke dalam tangki dipompa

dari sebuah sumur, dan air yang keluar dari tangki dipakai untuk keperluan pabrik.

Andaikata level di tangki dikehendaki selalu 50% dari ketinggian tangki, maka operator

harus selalu menambah atau mengurangi bukaan valve apabila level tidak berada di

50%. Bila level kurang dari 50%, operator harus menambah flow dengan lebih membuka

valve. Sebaliknya, bila level lebih tinggi dari 50%, operator harus mengurangi dengan

lebih menutup valve. Pada pengendalian semacam ini, operator harus selalu waspada

dan siap untuk membuka dan menutup valve agar level tetap berada pada 50%.

Gambar 1. Pengendalian level oleh manusia

Pengendalian seperti diatas disebut pengendalian oleh manusia (manual

control). Sistem pengendalian manual masih tetap dipakai pada beberapa aplikasi

tertentu. Biasanya proses ini dipakai pada proses-proses yang tidak banyak mengalami

perubahan beban (load)

atau pada proses yang tidak krisis. Load (beban) di dalam contoh pengendalian di atas

adalah flow pemakaian air pada pabrik. Kalau pemakaian air oleh pabrik tidak sering

berubah-ubah, operator tidak perlu terus-menerus mengamati level dan menambah

atau mengurangi bukaan valve. Tetapi kalau load selalu berubah-ubah, operator

terpaksa harus

mengamati level dan segera melakukan koreksi terhadap naik turunnya level.

Keteledoran operasi akan menyebabkan air tumpah, atau sebaliknya tangki menjadi

kosong. Dari keadaan di atas, dapat dengan mudah dimengerti bahwa dasar utama

pemilihan pengendalian manual adalah karena keperluan proses memang

memungkinkan untuk pengendalian manual. Dari segi ekonomi, instrumentasi

pengendalian manual tentu lebih murah dari instrumentasi pengendalian otomatis,

karena instrumentasi yang dibutuhkan memang lebih sederhana, namun bukan berarti

demi menghemat investasi maka system pengendalian bisa dibuat manual.

Pengendalian manual hanya dapat dipakai kalau operasi proses memang memungkinkan

hal itu. Ada beberapa kebutuhan operasi prosses bahwa pengendalian manual tidak

memungkinkan. Contoh paling sederhana dapat kembali diambil dari gambar 2. kalau

pemakaian air oleh pabrik berubah-ubah secara terus-menerus, keteledoran operator

kemungkinan besar menyebabkan tumpahnya air dan kosongnya tangki. Operator,

sebagai manusia biasa sangat mudah dipengaruhi oleh menurunnya konsentrasi kerja,

rasa jemu dan keadaan lainnya. Kalau pengendalian operasi proses yang jauh lebih kritis

dari contoh diatas mengandalkan manusia sebagai sarana pengendalian, akan

bagaimana jadinya. Untuk itu, sistem harus dibuat otomatis. Peran operator dalam

sistem pengendalian manual digantikan oleh sebuah alat yang disebut controller. Tugas

membuka dan menutupnya valve tidak lagi dikerjakan oleh operator, tetapi atas

perintah controller. Untuk keperluan pengendalian otomatis, valve harus dilengkapi

dengan alat yang disebut actuator sehingga unit valve sekarang menjadi suatu unit yang

disebut control valve. Semua peralatan pengendalian inilah yang disebut sebagai

instrumentasi pengendalian proses.

2.4. Prinsip prinsip pengendalian proses

Sistem pengendalian pada gambar 1, operator harus mengamati ketinggian

level, kemudian mengevaluasi apakah level yang ada sudah sesuai dengan yang

dikehendakinya. Kalau level tak sama dengan yang dikehendakinya, operator harus

memperkirakan seberapa banyak valve harus lebih ditutupi atau dibuka. Selanjutnya

operator harus benar-benar mengubah bukaan valve sesuai dengan yang diperkirakan

tadi.

Dalam mengendalikan proses operator mengerjakan empat langkah berikut,

yaitu

1. mengukur

2. membandingkan

3. menghitung

4. mengoreksi .

Pada waktu operator mengamati ketinggian level, yang ia kerjakan sebenarnya

adalah langkah mengukur proses variabel. Proses variabel pertama kali diperkenalkan

disini sebagai besaran parameter proses yang dikendalikan. Pada contoh proses pada

gambar 2 , proses variabelnya adalah level. Kemudian operator membandingkan apakah

hasil pengukuran tadi sesuai dengan apa yang dikehendakinya. Besar proses variabel

yang di kehendaki tadi disebut set point . penyimpangan antara set point dengan

peubah yang dikendalikan disebut error

Error + set point = proses variable

Proses variabel bisa lebih besar atau lebih kecil daripada set point. Oleh karena

itu, menentukan ke arah mana dan seberapa besar koreksi bukaan valve perlu

dilakukan. Bila negatif (berarti proses variabel lebih besar dari set point atau level

diperbesar 50%)operator

harus mengurangi flow dengan lebih menutup valve. Sebaliknya bila error positif (berarti

proses variabel lebih kecil dari set point atau level dibawah 50%). Operator harus

menambah flow dengan lebih membuka valve.

Seorang operator yang berpengalaman tak akan sembarangan membuka atau

menutup valve. Ia juga akan memperkirakan seberapa banyak valve perlu lebih dibuka

atau lebih ditutup. Pada tahapan ini operator sebenarnya berada pada langkah

menghitung. Langkah berikutnya yang perlu dilakukan untuk operator adalah mengubah

bukaan valve sesuai hasil perbandingan dan perhitungan tadi. Langkah terakhir inilah

yang disebut langkah mengoreksi.

Keempat langkah yang dilakukan oleh operator tadi, yaitu ; mengukur,

membandingkan, menghitung , dan mengoreksi ; seluruhnya dapat dilakukan oleh

instrumentasi. Manusia kemudian sama sekali tidak menentukan keempat langkah tadi.

Operator hanya menentukan besarnya set point, dan semuanya akan dikerjakan secara

otomatis oleh instrumentasi. Sistem pengendalian semacam inilah yang disebut system

pengendalian otomatis ( automatic control system ). Keempat tahapan pengendaliannya

sepenuhnya dilakukan oleh instrumen. Mata rantai pengendaliannya kemudian disebut

mata rantai tertutup, dan sistemnya juga disebut system pengendalian tertutup atau

closed loop system.

2.5. Diagram kotak

Diagram kotak diciptakan para ilmuwan sebagai alat bantu untuk

mempermudah dalam mempelajari ilmu sistem pengendalian.

Ada dua macam diagram kotak yang biasa dipakai dalam ilmu sistem

pengendalian, yaitu diagram kotak simbolis dan diagram kotak matematis. Di kedua

diagram kotak itu, masingmasing elemen yang ada di dalam sistem diwakili oleh sebuah

kotak. Pada diagram kotak simbolis, sebuah kotak dibubuhi nama atau simbol-simbol.

Pada diagram kotak matematis, setiap kotak dibubuhi fungsi matematis yang

merupakan hubungan input dan output elemen. Lihatlah bentuk kedua diagram input

dan output tersebut pada gambar 2 dan gambar 3. Bila valve dan tangki (proses) pada

gambar 1 digambarkan dalam diagram kotak ; akan diperoleh bentuk diagram sebagai

berikut:

Gambar 2. Diagram kotak proses untuk contoh pada gambar 2

Setiap kotakpada gambar 2 mempunyai sebuah input dan outputyang

digambarkan dalam bentuk anak panah. Kotak valve mempunyai input bukaan valve (0-

100%) dan mempunyai output aliran air masuk ke tangki (juga 0-100%).

Kotak berikutnya adalah kotak yang mewakili tangki (proses). Pada contoh

dalam gambar 1 kotak ini mewakili tangki dalam bentuk input berupa flow air yang

masuk ketangki, output berupa level. Perhatikan pada gambar 2 itu, output kotak

pertama merupakan input kotak kedua. Jadi output kotak pertama (flow air masuk ke

tangki) juga merupakan input kotak kedua (tangki). Kotak yang lain adalah yang mewakili

beban (load). Kotak ini menumjukkan bahwa load juga mempengaruhi besarnya proses.

Pada contoh ini load adalah banyaknya pemakaian air oleh pabrik. Bila permukaan air

bertambah, permukaan tangki akan menurun. Dan bila permukaan air menurun maka

permukaan air dalam tangki akan naik.

Selain kedua kotak yang telah diterangkan tadi, ada elemen lain dengan tanda

lingkaran kecil, yang diberi tanda positif (+) dan negatif (-). Elemen ini disebut summing

junction. Elemen ini mewakili fungsi penjumlahan atau pengurangan besan sinyal. Dalam

contoh ini tanda positif menyatakan penjumlahan dan level akan bertambah jika aliran

air yang masuk kedalam tangki bertambah dan level akan turun jika permukaan air

(load) bertanbah. Tanda pada summing junction bisa keduanya positif, negatif, dan bisa

juga positif negatif seperti pada gambar 2. Diagram kotak seperti pada gambar 2 inilah

yang disebut diagram kotak simbolis. Bila diagram kotak ini digambarkan secara

matematis, masing masing kotak akan berisi fungsi matetatis yang menyatakan

hubungan input dan output. Fungsi matematis tersebut disebut fungsi transfer. Bentuk

matematis sebuah fungsi transfer bisa sederhana misalnya bilangan bulat atau pecahan,

bisa juga berbentuk persamaan differensial yang kompleks.

Perhatikan sistim tinggi cairan dalam berikut dibawah ini. Sistem ini disebut

Single Prosses Capacity karena hanya memiliki satu unit proses yaitu sistem tinggi cairan

dalan tangki. Sistem pengendalian ini juga disebut linier open loap system, karena

mempunyai satu unit proses yang dikendalikan secara manual.

Gambar 3. Sistem tinggi cairan dalam tangki

Bagaimana bentuk fungsi transfer untuk sistem pengendalian diatas? Dan

bagaimana pula blok diagam sistem sistem pengendalian diatas ? Untuk menjawab

kedua pertanyaan diatas, adalah sangat penting dibuat dan ditentukan input, output,

proses serta hubungan matematisnya. Untuk itu harus dibuat keseimbangan massa

cairan pada tangki proses. Pada bab ini kedua pertanyaan diatas akan dijawab dengan

menggunakan transformasi laplace seperti berikut ini:

Neraca untuk tangki diatas adalah:

Asumsikan harga dimensi adalah konstan. Maka persamaan 1) diatas dapat dituliskan

sbb:

Dalam keadaan steady state, persamaan 2) diatas dapat dituliskan sbb:

Tanda s pada persamaan 3) diatas menyatakan kecepatan aliran flida yang masuk dam

keluar pada keadaan stedy state.Deviasi keadaan unstedy state dan keadaaan stedy

stste dapat didefinisikan sebagai:

Dimana:

Maka persamaan 4) dapat dituliskan sebagai:

Karena aliran fluida bersifat laminer, Q0 mempunyai hubungan linear terhadap H, maka:

Dengan menggabungkan persamaan 5) dan 6) dihasilkan persamaan 7) dibawah ini:

Dimana τ = A.R = tetapan waktu (time konstan atau lag time)

A = luas penampang tangki

Dengan transformasi laplace, persamaan 7) dapat digunakan untuk menentukan bentuk

fungsi transfer dan blok diagram sistem pengendalian di atas.

Persamaan 7) berubah menjadi :

Transformasi laplace persamaan 6) menghasilkan :

Dengan menggabungkan persamaan 8) dan 10) dapat persamaan 11) sbb :

Tanda s pada persamaan 11) di atas menyatakan persamaan masih dalam bentuk

transformasi laplace dan dapat dirobah ke dalam bentuk fungsi dengan invers

tansformasi laplace.

Pada persamaan 11) input proses dalam bentuk transformasi laplace adalah Q(s) dan

output proses adalah Q0 (s). Dalam ilmu sistem mengendalikan proses, fungsi transfer

dinyatakan sbb :

Maka fungsi transfer sistem pengendalian di atas adalah :

Dan blok diagram sistem penngendalian di atas dapat dituliskan sbb :

Perlu ditegaskan bahwa fungsi transfer pada persamaan 13) di atas adalah

bentuk fungsi transfer yang umum dan khas bagi single capacity proses, yang dikontrol

secara secara manual dan akan berubah tergantung dari input proses yang masuk.

2.6. Jenis peubah pengendali

1. Masukan

Masukan pengendali berasal dari peubah yang dikendalikan dan set point (harga

peubah yang dikehendaki). Set point ditentukan oleh operator dengan cara

memasukkan harga yang diinginkan ke pengendali. Peubah yang dikendalikan

berasal dari proses, misalnya temperatur, tekanan, kecepatan aliran, dan

sebagainya. Besaran ini dideteksi oleh sensor, kemudian diubah transduser menjadi

besaran arus.

Selisih antara set point dan peubah yang dikendalikan dinamakan galat yang

selanjutnya menjadi masukan pengendali. Masukan ini, biasanya, dikonversikan

menjadi arus 4-20 mA.

2. Keluaran

Apabila alat pengendali menerima masukan berupa galat (E), pengendali akan

memberikan respon yang disebut keluaran yang selanjutnya akan mengaktifkan

elemen pengendali akhir. Keluaran pengendali selain dinyatakan sebagi besaran arus

4-20 mA juga dapat dinyatakan dalam persen keluaran. Arus 4 mA ekivalen dengan

keluaran 0%, sedangkan 20 mA ekivalen dengan 100%.

3. Galat

Galat adalah penyimpangan peubah yang dikendalikan dan set point. Pada

sistem pengendali galat dinyatakan dalam satuan arus atau persen. Untuk dapat

lebih memahami pengertian masing-masing peubah di atas berikut ini diberi

beberapa contoh.

2.7. Jenis atau mode pengendali

Secara garis besar pengendali dibagi menjadi 2 bagian, yaitu :

1. Pengendali tidak menerus

2. Pengendali menerus

Berikut ini dijelaskan masing-masing jenis alat pengendali, serta logika cara kerjanya.

1. Alat pengendali (on-off) atau tidak menerus

Cara kerja pengendali yang paling dasar adalah mode on-off atau yang sering

disebut mode dua posisi. Jenis pengendali on-off ini merupakan contoh dari mode

pengendali tidak menerus (diskontinyu). Mode ini paling sederhana, murah dan

seringkali bisa dipakai untuk mengendalikan proses-proses yang penyimpangannya

dapat ditoleransi. Sebagai cotoh adalah pengendali temperatur ruangan dengan

memakai AC. Secara matematis pengendali on-off bisa dituliskan.

P = 100% untuk E < 0

0% untuk E > 0

Dengan, P = keluaran dan E= galat

Dari pernyataan matematis di atas dapat disimpulkan bahwa jenis pengendali

on-off hanya dapat mengeluarkan keluaran 0 dan 100%. Pemakaian jenis pengendali on-

off jarang dijumpai pada industri karena pengendalian dengan menggunakan jenis

pengendali ini menghasilkan penyimpangan-penyimpangan yang cukup besar. Pada

industri kimia peubah yang dikendalikan, pada umumnya, tidak boleh memiliki galat

yang terlalu besar.

Pada jenis pengendali on-off untuk memberikan batas rentang maksimum dan

minimum saat pengendali bekerja dibatasi daerah netral.

Keluaran

Daerah Netral

(-) E = 0 (+) Kesalahan

Gambar 4. Daerah netral on-off kendali

Pengertian daerah netral dapat dijelaskan sebagai berikut:

Misalkan pengendali off pada posisi E = 0 (Gambar 4.5). apabila pengedali off, peubah

yang dikendalikan turun ke bawah harga yang diinginkan galat bergerak dari E = 0

menuju daerah E yang bertanda (-). Pada saat tepat mencapai titik yang bertanda (-)

pengendali akan on menyebabkan yang dikendalikan mulai naik. Galat berubah dari titik

yang bertanda (-) menuju titik yang bertanda (+). Tepat pada saat E mencapai titik (+)

alat pengendali off, demikian seterusnya. Daerah rentang bekerjanya alat mulai titik E(-)

sampai E(+) disebut Daerah Netral atau Daerah Diferensial. Makin sempit daerah netral

semakin cepat pengendali bekerja dari posisi on ke posisi off, demikian juga sebaliknya.

2. Mode pengendali menerus

Pengendali on-off baru bekerja apabila galatnya telah melewati rentang daerah

netral yang ditentukan. Pengendali jenis ini hanya bekerja pada dua posisi dengan

keluaran 0% dan 100%. Pada pengendali menerus keluarannya terus menerus. Setiap

menerima masukkan galat, pengendali memberikan keluaran yang bergeser pada

rentang 0% sampai 100% sebanding dengan galatnya.

Mode pengendali menerus ada 4 macam, yaitu

1. Mode proposional (P);

2. Mode proposional integral (PI);

3. Mode proposional derivatif (PD);

4. Mode proposional integral derivatif (PID).

1. Mode proposional

Keluaran pengendali proposional sebanding dengan galatnya. Bila dituliskan

dalam bentuk matematis adalah :

P = KcE + Po

Dengan,

P = keluaran

Po = keluaran pengendali pada E = 0

Kc = gain pengendali

E = error (galat)

Seringkali istilah gain pengendali dinyatakan dalam bentuk proposional band

(Band Width) yang diberikan notasi Pb.

Hubungan Pb dan Kc adalah :

Harga Pb berkisar = 0 – 500

Pengertian proposional band adalah rentang galat maksimum sebagai masukan

pengendali yang dapat menyebabkan pengendali memberikan keluaran pada

rentang maksimumnya. Pengertian ini akan lebih mudah difahami dengan contoh

4.6 dibawah ini.

Contoh

Suatu pengendali proposional digunakan untuk mengendalikan temperatur pada

rentang maksimum 60 sampai 100 F. pengendali diprogram, sehingga keluarannya

ekivalen dengan 3 psig (kran terbuka penuh) sampai 15 psig (kran penutup penuh),

pada saat temperatur yang dikendalikan berubah berubah dari 71 – 75 F.

Pertanyaan

Berapa besarnya gain dan proposional bandnya?

Penyelesaian :

Pb = = 10%

Gain =

Bila proposional band diubah menjadi 75%, berapakah gain dan rentang

temperatur yang dikendalikan pada saat keran terbuka dan tertutup penuh.

Penyelesaian

∆T = (Proposional band). (Rentang maksimum)

= 0,75 x 40

= 30 F

Gain =

= 0,4 psig/oF

Pengertian gain = 0,4psig/F pada contoh soal 4.6 adalah apabila terjadi galat

sebesar

1F, keluaran pengendali adalah 0,4 psig.

Proposional band dapat juga dinyatakan dalam satuan %, seperti terlihat pada

gambar di bawah ini :

100% Pb = 50% Pb = 100%

Persen Keluaran

p

0 (-) E=O (+) Kesalahan

Gambar 5. Daerah proposional

Bila kita amati gambar 4.4 pada daerah Pb = 100% (garis putus-putus), berarti

setiap 1% error (galat) akan memberikan keluaran pengendali.

Bila Pb = 100% kc = 1, harga gain atau kc sendiri ditunjukkan dari tangen arah garis

proposional.

2. Mode proposional –integral (PI)

Mode pengendali ini mempunyai hubungan matematis sebagai berikut :

P = Kc.E + E dt + P0

Kc = gain

τi = waktu integral (Integral Action)

Po = keluaran pada E = 0

Pada mode PI ditambahkan persamaan :

E dt

Hal ini berarti keluaran pengendali proposional dengan integral galatnya. Untuk

melihat respon pengendali jenis PI dapat dilihat pada gambar 4.5. misalnya alat

pengendali PI diberi masukan berupa fungsi step (unit step) E = 1 akan diperoleh

persamaan :

P(t) = Kc + t + Po

Apabila digambarkan akan memperoleh sebagai berikut

Kc

P i

Kc

Po

≈ I

E

0 t

Gambar 6. Respon PI dengan masukkan satuan step

Tidak seperti halnya pada mode proposional, pada mode PI, selama pengendali masih

mendeteksi adanya galat, pengendali masih memberikan keluaran mengikuti bentuk

integral sampai galatnya = 0

Fungsi alih PI adalah :

3. Mode proposional derivative (PD)

Mode PD ini bila dinyatakan dalam bentuk matematis sebagai berikut :

P = Kc.E + Kc + τ d + Po

Kc = gain

τd = waktu derivative, menit

Po = keluaran pengendali, pada E = 0

Pada mode PD keluaran pengendali proposional dengan derivatif galatnya yang terlihat

dari persamaan :

Kc + .τd. dE/dt.

Respon pengendali PD apabila memperoleh masukan galat fungsi Ramp E(t) = At dapat

dilihat pada gambar 4.6

P AKcτd

Po

E

0 t

Gambar 7. Respon P-D dengan masukan fungsi ramp

Bila kita amati gambar 4.6 respon tiba-tiba berubah sebesar A Kc.τD sebagai

akibat dari derivatif kemudian berubah secara linier dengan kecepatan AKc.

Fungsi alih PD :

= Kc (1 + τD s)

4. Mode proposional integral-derivatif (PID)

Mode ini merupakan mode gabungan ketiga jenis pengendali P, I dan D. Persamaan

matematisnya adalah :

P = Kc.E + Kc τ D + E dt + P0

Harga Kc, τD dan τi dapat diubah-ubah dengan knop pada pengendali.

Fungsi Alih PID adalah sebagai berikut :

= Kc ( 1 + τDs +

Tujuan penambahan mode integral dan derivatif

Setelah mempelajari bermacam-macam jenis pengendali dan karakteristiknya,

sekarang kita coba menganalisa tujuan penambahan mode integral arah derivatif.

Gambar 4.7 dapat digunakan melihat perbedaan respon dari keempat macam mode

pengendali.

Variable yangdikendalikan

1. Tanpa pengendali 2. proposional 3. proposional integral4. P-I-D

1 2

3 4

Gambar 8. Respon empat jenis mode alat penggerak

Apabila dibayangkan pada proses sesungguhnya misalkan pada proses

pengendalian temperatur cairan dalam tangki adalah sebagai berikut. Pada awalnya

proses dalam keadaan mantap sesaat apabila ada gangguan misalkan kenaikan

temperatur umpan, temperatur dalam tangki naik. Jika proses tersebut tidak

dikendalikan, temperatur dalam tangki akan mencapai kondisi mantap yang baru seperti

pada kurva 1. dengan penambahan pengendali diharapkan peubah proses yang

dikendalikan dapat kembali ke harga semula (set point). Pemakaian mode proposional

tidak dapat menghasilkan galat = 0, karena karekteristik utama proposional adalah

masih adanya offset atau galat sisa yang merupakan selisih harga mantap yang baru dan

harga mula-mula terlihat pada gambar 4.7 kurva 2.

Penambahan mode integral dapat menghilangkan offset, sehingga peubah yang

dikendalikan dapat kembali ke harga semula, seperti terlihat pada kurva 3. Kelemahan

penambahan mode integral adalah osilasi prosesnya makin banyak. Untuk mengatasi

kelemahan kedua mode P dan PI dapat ditambahkan mode derivatif karena dapat

mempercepat respon dan menekan terjadinya osilasi (kurva 4).

Pemilihan ketiga jenis alat ini tergantung proses yang dikendalikan. Jika

keberadaan galat (error) masih diperbolehkan lebih baik tak digunakan mode

proposional karena mode paling sederhana dan murah. Tetapi bila offset tidak

diperbolehkan, mode PI yang dipilih. Demikian juga, halnya jika diinginkan respon yang

mempunyai sedikit osilasi, maka perlu ditambah mode derivatif.

BAB III

DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

Data pengamatan pengosongan air dalam tangki

Tabel 3.1 Pengosongan Tangki

No.% T

% I Waktu (det)Waktu

Akumulasi1 2 3Rata-rata

1 2 3Rata-rata

1. 100 109.5 109.5 109.5 109.5 0 0 0 0 02. 90 109.5 109.5 109.5 109.5 10.94 10.21 10.49 10.54 10.543. 80 106 105.1 105.3 105.4 12.55 12.47 12.16 12.39 22.034. 70 96 95 95.3 95.4 12.88 12.76 12.86 12,82 35.755. 60 86 85.3 85.1 85.4 14,04 13.48 13.20 13.57 49.326. 50 75 75.1 75.2 75.1 15.74 15.19 15.35 15.42 64.747. 40 65.6 64.9 64.4 64.7 17.04 16.65 17.13 16.94 81.688. 30 55.1 54.9 54 54.5 19.67 18.95 18.55 19.05 100.739. 20 44 44.8 44.9 44.5 23.05 22.15 21.80 22.33 123.0610. 10 35.0 35 34.9 34.9 30.04 27.16 29.96 29.05 152.11

Gambar 3.1 Grafik Pengosongan Tangki

Data pengamatan pengisian air dalam tangki

Tabel 3.2 Pengisian tangki

No.% T

% I Waktu (det)Waktu

Akumulasi1 2 3Rata-rata

1 2 3Rata-rata

1. 10 34.8 34.5 34.5 34.6 0 0 0 0 02. 20 44.1 44.0 44.6 44.3 15.42 16.45 15.39 15.75 15.173. 30 54.9 54.7 54.5 54.7 15.42 14.00 14.51 14.57 30.324. 40 64.9 64.9 64.4 64.6 14.44 14.63 15.10 14.72 45.045. 50 74.9 74.6 74.6 74.6 15.11 15.14 15.04 15.09 60.136. 60 84.9 84.5 84.5 84.6 15.05 15.05 14.75 14.95 75.087. 70 94.8 94.6 94.6 94.7 15.01 14.80 14.56 14.79 89.878. 80 104.7 104.3 104.3 104.5 14.27 14.68 15.32 14.82 104.699. 90 109.5 109.5 109.5 109.5 15.79 15.77 15.10 15.55 120.2410. 100 109.5 109.5 109.5 109.5 13.82 14.23 14.14 14.06 134.3

gambar 3.2 Grafik Pengisian Tangki

3.1. Pengolahan Data1. Menghitung berat jenis air

2. Menghitung volume silinderDik : Diameter silinder = 14 cmTinggi silinder = 42,5 cmDit : V silinderJawab : = 3,14 . (7 cm)2 . 42,5 cm 6539,05 cm3

3. Menghitung dan /dt

/dt

4. Menghitung waktu untuk pengisian dan pengosongan tangki a. Pengisian tangki

Data hasil praktikum adalah 57,82 detik b. Pengosongan tangki

Data hasil praktikum adalah 72,78 detik

BAB IV

PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN

4.1 Pembahasan

Pada praktikum ini, kami melakukan percobaan pengendalian level dengan

menggunakan CRL (Control Regulation Level), dimana air dalam tangki akan di control

levelnya, air di masukkan ke dalam tangki dengan menggunakan pompa sentrifugal yang

di atur oleh pneumatic valve yang selanjutnya di kirim ke kolom, apabila terjadi

kelebihan level atau kekurangan level maka operator lah yang harus mengontrolnya, hal

ini di sebabkan karena praktikum kali ini dilakukan secara manual.

Percobaan dilakukan sebanyak 6 kali dengan metode manual dengan ketetapan

lower 10% dan upper 100%. Pada saat air mencapai 100% maka kran harus ditutup

secara manual oleh operator dan begitu juga pada saat air turun 10% karena praktikum

ini secara manual.

Waktu yang diperoleh dari upper 100% turun ke lower 10% pada praktikum ini

adalah 152,11 detik, sedangkan waktu yang diperlukan dari lower 10% naik ke upper

100% diperoleh 134,3 detik. Dapat dilihat bahwa waktu yang di butuhkan untuk mengisi

dari 10% ke 100% lebih sedikit ketimbang waktu yang diperlukan untuk pengosongan.

Perbedaan ini dapat di asumsikan bahwa banyaknya waktu untuk pengosongan karena

laju alir pengisian lebih besar daripada laju alir pengosongan. Hal ini didapatkan karena

praktikum kali ini adalah secara manual bukan metode on-off.

Setelah dilakukan perhitungan neraca massa total secara teoritis dan hasilnya juga

di dapat.

4.2. Kesimpulan

Pengisian air dalam tangki dari level 10% ke 100% diperoleh waktu sebanyak

134,3 detik.

Pengosongan air dalam tangki dari level 100% ke 10% diperoleh waktu

sebanyak 152,11 detik

Pengosongan air dalam tangki lebih lama daripada waktu yang di perlukan

untuk pengisian air dalam tangki

Perbedaan ini di sebabkan laju alir untuk pengisian lebih besar daripada laju

alir pengosongan

Pengaruh ini di dapat karena praktikum yang telah dilakukan secara

manual,maka operator lah yang harus mengendalikan level tersebut,dan hasil

nya pun kurang efisien

DAFTAR PUSTAKA

http://majarimagazine.com/2008/02/pengendalian proses 1/ . Diakses pada tanggal

28 Maret 2012

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1347/1/kimia-yusuf3.pdf . Diakses

pada tanggal 28 Maret 2012

http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/1347 . Diakses pada tanggal 28 Maret

2012

htpp://www.didacta.it.Automation and Prosess Control. Diakses pada tanggal 01

April 2012