PERANCANGAN SISTEM KONTROL RASIO UDARA DAN BAHAN …repository.ub.ac.id/2177/1/Muhammad Malik...

PERANCANGAN SISTEM KONTROL RASIO UDARA DAN BAHAN BAKAR PADA PEMBAKARAN BOILER WANSON DI PPSDM MIGAS

CEPU DENGAN PENGENDALI PID

SKRIPSI

TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK KONTROL

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MUHAMMAD MALIK ABDULLAH

NIM. 135060307111023

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

LEMBAR PENGESAHAN

PERANCANGAN SISTEM KONTROL RASIO UDARA DAN BAHAN BAKAR PADA PEMBAKARAN BOILER WANSON DI PPSDM MIGAS

CEPU DENGAN PENGENDALI PID

SKRIPSI

TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK KONTROL

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MUHAMMAD MALIK ABDULLAH NIM. 135060307111023

Skripsi ini telah direvisi dan disetujui oleh dosen pembimbing Pada tanggal 25 Juli 2017

Dosen Pembimbing I

Ir. Dipl. -Ing M. Rusli

NIP. 19630104 198701 1 001

Dosen Pembimbing II

Goegoes Dwi Nusantoro, ST., MT.

NIP. 19711013 200604 1 001

Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Elektro

M. Aziz Muslim, S.T., M.T., Ph.D. NIP. 19741203 200012 1 001

JUDUL SKRIPSI:

PERANCANGAN SISTEM KONTROL RASIO UDARA DAN BAHAN BAKAR PADA

PEMBAKARAN BOILER WANSON DI PPSDM MIGAS CEPU DENGAN

PENGENDALI PID

Nama Mahasiswa : MUHAMMAD MALIK ABDULLAH

NIM : 135060307111023

Program Studi : TEKNIK ELEKTRO

Konsentrasi : TEKNIK KONTROL

Komisi Pembimbing :

Ketua : Ir. Dipl. -Ing M. Rusli ..............................

Anggota : Goegoes Dwi Nusantoro, ST., MT. ..............................

Tim Dosen Penguji :

Dosen Penguji 1 : Dr. Ir. Erni Yudaningtyas, MT ..............................

Dosen Penguji 2 : M. Aziz Muslim, ST., MT., Ph.D ..............................

Dosen Penguji 3 : Ir. Purwanto, MT ..............................

Tanggal Ujian : 20 Juli 2017

SK Penguji : No.849/UN.10.F07/SK/2017

PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa sepanjang pengetahuan saya dan

berdasarkan hasil penelusuran berbagai karya ilmiah, gagasan dan masalah ilmiah yang

diteliti dan diulas di dalam Naskah Skripsi ini adalah asli dari pemikiran saya. Tidak terdapat

karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik di

suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau

diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan

disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.

Apabila ternyata di dalam naskah Skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur

jiplakan, saya bersedia Skripsi dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-

undangan yang berlaku (UU No. 20 Tahun 2003, pasal 25 ayat 2 dan pasal 70).

Malang, 25 Juli 2017

Mahasiswa, MUHAMMAD MALIK ABDULLAH NIM. 135060307111023

i

RINGKASAN

Muhammad Malik Abdullah, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Univers itas Brawijaya, Juli 2017, Perancangan Sistem Kontrol Rasio Udara Dan Bahan Bakar Pada Pembakaran Boiler Wanson Di Ppsdm Migas Cepu Dengan Pengendali PID, Dosen Pembimbing: Mochammad Rusli dan Goegoes Dwi Nusantoro.

Proses pembakaran pada boiler memiliki peran yang penting untuk menjaga temperatur uap (steam) pada nilai tertentu. Pada proses pembakaran membutuhkan sejumlah bahan bakar dan udara dengan komposisi atau rasio tertentu agar terjadi pembakaran yang optimal. Optimal tidaknya proses pembakaran dapat diketahui dari prosentase udara berlebih (%excess air). Di PPSDM Migas Cepu, proses pengoprasian boiler pada pengendalian temperatur uap dan pengendalian flow bahan bakar masih dilakukan secara manual. Oleh karena itu diperlukan sistem kontrol yang dapat menjaga temperatur uap pada nilai tertentu serta sistem kontrol rasio yang digunakan untuk menjaga komposisi dari jumlah bahan bakar dan udara agar diperoleh pembakaran yang optimal dengan kontroler PID. Dengan metode Ziegler-Nichols, diperoleh parameter PID pada pengendali temperatur dengan nilai Kp = 3,104, Ti = 2,826, dan Td = 0,7065, pada pengendali flow bahan bakar dengan nilai Kp = 3,773, Ti = 3.43, dan Td = 0,8575, dan pada pengendali flow udara dengan nilai Kp = 3,42, Ti = 2,854, dan Td = 0,7135. Dari hasil simulasi dengan setpoint 160oC, diperoleh respon temperatur dengan settling time 54 sekon dan error steady state 0,062%, respon flow bahan bakar dengan setlling time 52 sekon dan error steady state 0,085%, respon flow udara dengan settling time 53 sekon dan error steady state 0,11%, dan rasio flow udara dan flow bahan bakar 16,24. Kata kunci: Boiler, Sistem Kontrol Rasio, PID

iii

SUMMARY

Muhammad Malik Abdullah, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, University of Brawijaya, July 2017, Design of Air and Fuel Ratio Control System at Burning Boiler Wanson In PPSDM Migas Cepu With PID Controller, Academic Supervisor: Mochammad Rusli and Goegoes Dwi Nusantoro.

The combustion process in the boiler has an important role to maintain steam temperature at a certain value. In the combustion process requires a certain amount of fuel and air with a certain composition or ratio for optimal combustion. Optimal or not the combustion process can be known from the percentage of excess air. In PPSDM Migas Cepu, the boiler operating process at steam temperature control and fuel flow control is st ill done manually. Therefore, a control system that can maintain steam temperature at a certain value as well as a ratio control system used to maintain the composition of the fuel and air quantities to obtain optimal combustion with PID controller. By using Ziegler-Nichols method, PID parameter is obtained at temperature controller with value Kp = 3,104, Ti = 2,826, and Td = 0,7065, at fuel flow control with value Kp = 3,773, Ti = 3.43, and Td = 0,8575 , And on the air flow controller with the value Kp = 3.42, Ti = 2.854, and Td = 0.7135. From the simulation result with setpoint 160oC, temperature response obtained with 54 seconds settling time and steady state error 0,062%, response of fuel flow with setlling time 52 second and error of steady state 0,085%, airflow response with 53 second time and steady error State 0.11% and the ratio of airflow and fuel flow 16.24.

Keywords: Boiler, Ratio Control, PID

v

PENGANTAR

Segala puji syukur bagi Allah SWT berkat segala limpahan rahmat-Nya, penulisan

laporan Skrip

Pembakaran Boiler Wanson dapat

diselesaikan dengan baik. Tak lepas shalawat serta salam tercurahkan kepada junjugan kita

Nabi Muhammad SAW yang telah menjadi suri tauladan bagi yang mengharapkan rahmat

dan hidayah-Nya.

Tak lupa penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak yang membantu

terselesaikannya laporan skripsi ini.

1. Allah SWT yang telah memberikan kelancaran, kemudahan, ilham dan hidayahnya.

2. Abdul Malik dan Nur Aini selaku orang tua penulis yang segenap hati mendukung dan

mendoakan terselesainya skripsi ini secara moril dan materil.

3. Keluarga tercinta yang segenap hati mendukung dan mendoakan terselesainya skripsi

ini.

4. M. Aziz Muslim, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas

Brawijaya.

5. Hadi Suyono, S.T., M.T., Ph.D. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas

Brawijaya.

6. Ali Mustofa, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Jurusan Teknik Elektro

Universitas Brawijaya.

7. Ir. Purwanto, M.T. selaku Ketua Kelompok Dosen Keahlian Elektronika Jurusan

Teknik Elektro Universitas Brawijaya.

8. Ir. Dipl. -Ing M. Rusli dan Goegoes Dwi Nusantoro, ST., MT. selaku Dosen

Pembimbing I dan Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan sehingga

skripsi ini dapat terelesaikan.

9. Teman-teman Spectrum 2013 yang selalu memberikan dorongan semangat kepada

penulis.

10. Teman-teman Kontrol 2013 yang selalu memberikan dorongan semangat kepada

penulis.

11. Semua pihak yang telah memberikan bantuan serta dukungan baik secara langsung

maupun tidak langsung atas penyusunan skripsi ini.

vi

Dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyadari bahwa skripsi ini belumlah sempurna,

karena keterbatasan ilmu dan kendala kendala lain yang terjadi selama pengerjaan skripsi

ini. Oleh karena itu, penulis berharap kritik dan saran untuk penyempurnaan tulisan di masa

yang akan datang. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat dan dapat digunakan untuk

pengembangan lebih lanjut.

Malang, Juli 2016

Penulis

vii

DAFTAR ISI

RINGKASAN ........................................................................................................................ i

SUMMARY ......................................................................................................................... iii

PENGANTAR ...................................................................................................................... v

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ........................................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ..................................................................................................... 2

1.4 Tujuan ..................................................................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................... 3

2.1 Boiler....................................................................................................................... 3

2.2 Kontroler ................................................................................................................. 5

2.2.1 Kontroler Proporsional (P) .............................................................................. 6

2.2.2 Kontroler Integral (I) ....................................................................................... 6

2.2.3 Kontroler Proporsional Integral (PI)................................................................ 7

2.2.4 Kontroler Proporsional Integral Diferensial (PID) .......................................... 7

2.3 Sistem Kontrol Rasio .............................................................................................. 8

2.4 Proses Pembakaran ................................................................................................. 9

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................................. 11

3.1 Perancangan Diagram Sistem ............................................................................... 11

3.2 Spesifikasi Desain ................................................................................................. 12

3.3 Pemodelan Matematis Sistem ............................................................................... 12

3.3.1 Fungsi Alih dan Blok Diagram Boiler ........................................................... 13

3.3.2 Fungsi Alih Katub Pengendali (Control Valve)............................................. 14

3.3.3 Fungsi Alih Transduser (Temperature Arus).............................................. 16

3.3.4 Fungsi Alih Flow Transmitter ....................................................................... 16

3.3.5 AFR (Air Fuel Ratio) ..................................................................................... 17

3.3.6 Model Matematis Sistem Secara Keseluruhan .............................................. 17

3.3.7 Parameter Kontroler PID ............................................................................... 18

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS SIMULASI SISTEM ................................... 21

viii

4.1 Respon Sistem Dengan Setpoint 140 oC................................................................21

4.2 Respon Sistem Dengan Setpoint 160 oC................................................................22

4.3 Respon Sistem Dengan Gangguan Pada Setpoint 140oC ......................................24

4.4 Respon Sistem Dengan Gangguan Pada Setpoint 160oC ......................................26

BAB V PENUTUP .............................................................................................................29 5.1 Kesimpulan ............................................................................................................29

5.2 Saran ......................................................................................................................30

DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................................31

........................................................................................................................33

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram sederhana boiler................................................................................. 3 Gambar 2.2 Diagram blok kontroler proposional (P) .......................................................... 6 Gambar 2.3 Diagram blok kontroler integral (I) .................................................................. 7 Gambar 2.4 Diagram blok kontroler proporsional integral (PI) .......................................... 7 Gambar 2.5 Diagram blok kontroler proporsional integral diferensial (PID)...................... 8 Gambar 3.1 Diagram proses sistem kontrol rasio pada pembakaran boiler ...................... 11 Gambar 3.2 Diagram blok sistem kontrol rasio pada pembakaran boiler.......................... 12 Gambar 3.3 Diagram blok boiler ....................................................................................... 14 Gambar 3.4 Diagram blok control valve bahan bakar ....................................................... 16 Gambar 3.5 Diagram blok control valve udara .................................................................. 16 Gambar 3.6 Diagram blok Transduser ............................................................................... 16 Gambar 3.7 Diagram blok flow transmitter ....................................................................... 17 Gambar 3.8 Diagram blok sistem keseluruhan .................................................................. 17 Gambar 3.9 Respon flow bahan bakar dengan masukan unit step ..................................... 18 Gambar 3.10 Respon flow udara dengan masukan unit step.............................................. 19 Gambar 3.11 Respon temperatur dengan masukan unit step ............................................. 19 Gambar 4.1 Respon temperatur dengan setpoint 140 oC ................................................... 21 Gambar 4.2 Respon flow bahan bakar ............................................................................... 21 Gambar 4.3 Respon flow udara.......................................................................................... 22 Gambar 4.4 Rasio udara dan bahan bakar pada setpoint 140 oC ....................................... 22 Gambar 4.5 Respon temperatur dengan setpoint 160 oC ................................................... 23 Gambar 4.6 Respon flow bahan bakar ............................................................................... 23 Gambar 4.7 Respon flow udara.......................................................................................... 24 Gambar 4.8 Rasio udara dan bahan bakar pada setpoint 160 oC ....................................... 24 Gambar 4.9 Respon temperatur setpoint 140 oC dengan gangguan ................................... 25 Gambar 4.10 Respon flow bahan bakar ............................................................................. 25 Gambar 4.11 Respon flow udara........................................................................................ 26 Gambar 4.12 Rasio udara dan bahan bakar pada setpoint 140 oC dengan gangguan ........ 26 Gambar 4.13 Respon temperatur setpoint 160 oC dengan gangguan ................................. 27 Gambar 4.14 Respon flow bahan bakar ............................................................................. 27 Gambar 4.15 Respon flow udara........................................................................................ 28 Gambar 4.16 Rasio udara dan bahan bakar pada setpoint 160 oC dengan gangguan ........ 28 Gambar 5.1 Blok diagram sistem kontrol rasio udara dan bahan bakar ............................ 29

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Prosentase Excess Air Pada Variasi Bahan Bakar ................................................ 9 Tabel 3.1 Persamaan Penentuan Parameter PID Metode Ziegler-Nicols............................ 18

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Boiler merupakan salah satu peralatan penting yang digunakan di industri sebagai

pemanas air untuk memproduksi steam (uap) yang dapat digunakan untuk proses/kebutuhan

selanjutnya. Di PPSDM Migas Cepu uap yang dihasilkan boiler digunakan sebagai

penggerak turbin yang akan menghasilkan energi listrik, proses pengolahan crude oil, dan

membersihkan pipa dari minyak yang masih tersisa dan menempel di dinding pipa

(Sugiharto, 2016).

Proses pembakaran di boiler membutuhkan udara berlebih (excess air) pada jumlah

tertentu untuk menjamin agar bahan bakar dapat habis terbakar. Semakin banyak excess

udara maka banyak energi yang terbuang sehingga tidak ekonomis, sebaliknya sedikit excess

udara akan menyebabkan sebagian bahan bakar tidak terbakar yang bisa membahayakan.

Oleh karena itu menjaga excess udara pada nilai tertentu sangat diperlukan dengan

menggunakan air/fuel ratio control (kontrol rasio antara udara/bahan bakar). Sistem tersebut

memiliki peranan yang sangat penting dalam meningkatkan efisiensi dari boiler serta

berfungsi menjaga komposisi udara dan bahan bakar yang tepat sehingga tarjadi proses

pembakaran sempurna (Taplin, 1991).

Proses pembakaran dan proses pengendalian temperatur uap pada boiler wanson di

PPSDM Migas Cepu masih dilakukan secara manual oleh operator dengan memutar valve

secara perlahan untuk pengaturan flow bahan bakar, memutar switch pada blower untuk

pengaturan flow udara, dan memperhatikan asap yang keluar dari cerobong (flue gas) yang

mengindikasikan sempurna atau tidaknya proses pembakaran. Jika asap yang keluar

berwarna hitam, bahan bakar yang dialirkan pada proses pembakaran terlalu banyak atau

udara yang dialirkan pada proses pembakaran terlalu sedikit. Jika asap yang keluar berwarna

putih, udara yang dialirkan pada proses pembakaran terlalu banyak atau bahan bakar yang

dialirkan pada proses pembakaran terlalu sedikit. Hal ini mengindikasikan bahwa proses

pengendalian temperatur uap dan flow udara dan bahan bakar yang sesuai dengan nilai rasio

di PPSDM Migas Cepu masih belum optimal (Babcock Wanson, 1974).

Pada skripsi ini akan membahas tentang perancangan sistem kontrol rasio udara dan

bahan bakar pada pembakaran di boiler di PPSDM Migas Cepu serta pengendalian

temperatur. Pengendali yang digunakan yaitu PID yang mana masing-masing keseluruhan

bertujuan untuk mempercepat respon sebuah sistem, menghilangkan error steady state, dan

2

menghasilkan perubahan awal yang besar (Ogata, 2011). Pada skripsi ini, diharapkan sistem

dapat memiliki respon yang memiliki spesifikasi desain yang diinginkan.

1.2 Rumusan Masalah

Mengacu pada permasalahan yang telah diuraikan pada latar belakang, maka rumusan

masalah dapat ditekankan pada poin berikut:

1. Bagaimana merancang sistem kontrol rasio udara dan bahan bakar pada pembakaran

di boiller wanson di PPSDM Migas Cepu dengan pengendali PID?

2. Bagaimana respon sistem dengan diterapkannya sistem kontrol rasio udara dan bahan

bakar pada boiler wanson di PPSDM Migas Cepu dengan pengendali PID pada

simulasi?

1.3 Batasan Masalah

Mengacu pada permasalahan pada skripsi ini, maka akan dibatasi pada:

1. Dititikberatkan pada pengendalian temperatur uap serta flow bahan bakar dan udara

agar sesuai rasionya pada pembakaran boiler wanson untuk menjaga udara berlebih

(excess air) pada nilai tertentu di PPSDM Migas Cepu.

2. Tidak membahas reaksi kimia pada proses pembakaran.

3. Model matematis plant bersifat linear dan time invariant (parameter sistem dianggap

konstan terhadap waktu).

4. Pemodelan metematis plant boiler mengacu pada data-data literatur yang membahas

obyek penulisan skripsi ini.

5. Menggunakan pengendali PID untuk menjaga temperatur uap pada nilai tertentu

serta menjaga rasio udara dan bahan bakar.

6. Sistem disimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak MATLAB R2015a.

1.4 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam skripsi ini adalah diperolehnya pembakaran yang

efisien dengan mengoptimalkan penggunaan bahan bakar serta udara yang sesuai dengan

rasio pada pembakaran di boiler dengan menerapkan sistem kontrol rasio udara dan bahan

bakar.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Boiler

Boiler adalah suatu unit pesawat yang bisa dipakai untuk merubah air sampai menjadi

uap yang bertekanan tertentu di dalam dapur (furnace). Energi panas dari bahan bakar

diberikan kepada air melalui bagian pendidih sehingga terbentuk uap. Untuk menghasi lkan

uap bertekanan pada boiler diperlukan panas yang berasal dari proses pembakaran bahan

bakar yang terjadi di ruang bakar. Uap yang dihasilkan boiler dipergunakan untuk

menggerakkan turbin penggerak generator listrik, turbin penggerak penggilingan, dan

penggerak cane cutter (Santoso M.H, Handi., Nazaruddin,Yul Y., Muchtadi, Farida

I,Martin., 2007).

Secara umum boiler dapat digambarkan seperti Gambar 2.1.

Proses boiler secara sederhana dapat digambarkan seperti proses memasak air, dimana

dalam pemasakan air dibutuhkan sumber energi panas. Pemanasan diperoleh dari pemanasan

bahan bakar padat, cair, gas, ataupun dari tenaga listrik dan tenaga-tenaga lainnya.

Proses pada boier dilaksanakan dengan 3 tahap ssebagai berikut:

1. Proses pemanasan sehingga air menjadi uap basah (wet steam).

2. Proses pemanasan sehingga uap basah menjadi uap jenuh (saturated steam).

3. Proses pemanasan sehingga uap jenuh menjadi uap panas lanjut (superheated steam).

Gambar 2.1 Diagram sederhana boiler Sumber: Santoso M.H, Handi., Nazaruddin,Yul Y., Muchtadi, Farida I,Martin., 2007.

4

Fungsi boiler sebagai penghasil uap ini di PPSDM Migas Cepu digunakan untuk

(Sugiharto, 2016):

1. Proses pengolahan minyak.

2. Pemanasan minyak berat.

3. Penggerak turbin uap, kompresor dan pompa torak.

4. Proses pengeringan kayu yang masih mengandung kadar air.

5. Proses pengeringan tambahan sebagai pengganti matahari.

6. Membersihkan pipa dari minyak yang masih tersisa dalam pipa.

Peralatan-peralatan yang terdapat pada boiler terdiri dari:

1. Drum

Drum berfungsi sebagai penampung air umpan yang merupakan bahan baku serta

tempat steam terbentuk. Selain itu, juga sebagai bagian utama dari boiler.

2. Lorong api

Lorong api berbentuk gelombang untuk memperluas pemanasan sehingga

mempercepat pembentukan steam dan agar tidak mudah retak jika terjadi pemuaian

dan pengerutan.

3. Pipa api (tube)

Pipa api (tube) berfungsi ebagai tempat halauan api atau gas panas dari ruang bakar.

4. Superheater tube

Superheater tube berbentuk melingkar dan mendapatkan panas dari gas-gas panas

yang akan menuju cerobong asap yaitu diantara fase kedua dan ketiga (di dalam

boiler ada 3 fase pemanasan: lorong api, pipa api (tube) bawah, dan pipa api (tube)

atas).

5. Burner

Burner merupakan alat pengabut bahan bakar dimana bahan bakar dibentuk menjadi

partikel-partikel kecil dan bercampur dengan udara sehingga mudah terbakar

(flammable).

6. Blower fan

Blower fan berfungsi menyediakan udara untuk proses pembakaran di ruang bakar.

7. Cerobong asap

Cerobong asap berfungsi untuk mengeluarkan gas sisa pembakaran yang telah keluar

dari pipa api (tube) fase ketiga.

8. Water level indicator

5

Water level indicator berfungsi untuk mengetahui permukaan air dalam boiler agar

level air dapat dikontrol.

9. Safety valve

Safety valve merupakan alat yang digunakan untuk mencegah terjadinya ledakan

yang disebabkan adanya tekanan uap pada boiler yang berlebihan.

10. Manometer

Manometer berfungsi untuk mengetahui tekanan uap yang dihasilkan boiler sehingga

tidak terjadi over pressure. Konstruksi manometer terdiri dari pipa kecil yang

berbentuk lingkaran dengan penampang bulat yang ujungnya tertutup, dan ujung

satunya terbuka dihubungkan dengan ruang uap melalui saluran manometer.

11. Peluit bahaya

Peluit bahaya berfungsi untuk memberi tanda atau peringatan kepada operator boiler

pada saat permukaan air boiler turun sampai pada batas minimum serta pada saat

nilai tekanan uap yang dihasilkan boiler di bawah nilai minimum ataupun

maksimum.

2.2 Kontroler

Kontroler adalah suatu sistem dinamis yang sengaja ditambahkan untuk mendapatkan

karakteristik sistem keseluruhan yang diinginkan (Ogata, 2011). Fungsi kontroler pada

umumnya adalah sebagai berikut:

1. Membandingkan nilai input dan output sistem secara keseluruhan (plant).

2. Menentukan penyimpangan (error).

3. Menghasilkan sinyal kontrol (mengurangi penyimpangan (error) menjadi nilai nol/

nilai yang kecil).

Adapun tujuan kontrol secara khusus adalah sebagai berikut:

1) Meminimumkan error steady state.

2) Meminimumkan settling time.

3) Mencapai spesifikasi transien yang lain, misalnya meminimumkan maximum

overshoot.

Cara bagaimana kontroler menghasilkan sinyal kontrol disebut dengan aksi kontrol.

Aksi kontrol dasar yang sering digunakan dalam kontroler adalah

1. Kontroler proporsional (P)

2. Kontroler integral (I)

3. Kontroler proporsional integral (PI)

4. Kontroler proporsional integral diferensial (PID)

6

2.2.1 Kontroler Proporsional (P)

Kontroler proporsional adalah sebuah kontroler yang memiliki karakteristik

mempercepat output. Hubungan antara output kontroler u(t) dan sinyal error e(t)

ditunjukkan dalam persamaan berikut:

u(t)=Kp e(t)

atau, dalam fungsi alih

dimana Kp adalah penguatan.

Diagram blok kontroler proporsional (P) ditunjukkan dalam Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Diagram blok kontroler proposional (P)

Sumber: Ogata, 2011.

Apapun wujud mekanisme yang sebenarnya dan apapun bentuk daya penggeraknya,

kontroler proporsional pada dasarnya merupakan penguat dengan penguatan yang dapat

diatur (Ogata, 2011).

2.2.2 Kontroler Integral (I)

Kontroler integral (I) memiliki kemampuan untuk mengurangi offset yang diakibatkan

oleh kontroler proporsional. Output kontroler u(t) diubah dengan laju yang sebanding

dengan error e(t). Persamaan kontroler integral (I) ditunjukkan dalam persamaan berikut

(Ogata, 2011)

s

e

e

i

t

0i

i

KE(s)U(s)

dt (t)Ku(t)

(t) Kdt

du(t)

yang merupakan fungsi alih kontroler integral (I), dengan Ki adalah konstanta integral yang

dapat diubah nilainya. Jika e(t) bernilai nol, maka nilai m(t) tetap konstan. Aksi kontrol

integral biasa disebut dengan kontrol reset. Gambar 2.3 menunjukkan diagram blok kontroler

integral (I).

U(s) E(s)

-

+

7

Gambar 2.3 Diagram blok kontroler integral (I)


2.2.3 Kontroler Proporsional Integral (PI)

Kontroler proporsional integral (PI) memiliki kemampuan untuk mempercepat output

dan mengurangi offset. Persamaan kontroler proporsional integral (PI) adalah t

0i

pp dt e(t)

TK

e(t) Ku(t)

Adapun fungsi alihnya adalah

s Ts) T (1 K

s T11 K

E(s)U(s)

i

ip

ip

dengan Kp penguatan proporsional dan Ti disebut waktu integral, yang keduanya dapat

ditentukan. Waktu integral mengatur aksi kontrol internal sedangkan perubahan nilai Kp

berakibat pada pada bagian aksi kontrol proporsional maupun integral. Gambar 2.4

menunjukkan diagram blok kontroler proporsional integral (PI).

2.2.4 Kontroler Proporsional Integral Diferensial (PID)

Gabungan aksi kontrol proporsional, integral, dan differensial mempunyai keunggulan

dibandingkan dengan masing-masing dari tiga aksi kontrol tersebut. Masing masing

kontroler P, I, maupun D berfungsi untuk mempercepat output sistem, menghilangkan offset,

dan mendapatkan energi ekstra ketika terjadi perubahan beban (mempercepat settling time).

Aksi kontroler proporsional integral diferensial (PID) didefinisikan dengan persamaan

U(s) E(s)

-

+

U(s) E(s)

-

+

Gambar 2.4 Diagram blok kontroler proporsional integral (PI) Sumber: Ogata, 2011.

8

dtde(t)TKdt e(t)

TK

e(t)Ku(t) dp

t

0i

pp

Sedangkan fungsi alihnya adalah

s T)s T Ts T(1

K

s) TsT

1(1 KE(s)U(s)

i

2dii

p

di

p

dimana Kp adalah penguatan proporsional, Ti adalah waktu integral dan Td adalah waktu

diferensial. Gambar 2.12 menunjukkan diagram blok kontroler proporsional integra l

diferensial (PID).

Gambar 2.5 Diagram blok kontroler proporsional integral diferensial (PID)


Kombinasi ini mempunyai keuntungan dibandingkan masing-masing kontroler,

biasanya dengan kontroler ini didapatkan overshoot yang rendah, cepat mencapai steady

state (keadaan mantap) dan error steady state (kesalahan keadaan mantap) yang kecil

bahkan nol. Pada perancangan sistem kontrol, seringkali kita harus melakukan trial and

error. Contohnya pada desain PID, kita harus melakukan trial and error kepada 3 variabel

yang berbeda (P, I, dan D).

2.3 Sistem Kontrol Rasio

Sistem kontrol rasio digunakan untuk menjaga hubungan antara dua variabel untuk

mengontrol variabel ketiga. Sistem kontrol rasio sebenarnya adalah bentuk paling dasar

pengendalian feedforward. Beban sistem disebut aliran liar (wild variable) yang tidak

mungkin terkendali, dikontrol secara independen atau dikendalikan oleh kontroler lain yang

merespon variabel tekanan, level, temperature, dan aliran (flow) (Holland, 2004). Contoh

kontrol rasio yang sering digunakan dalam kontrol industri adalah

1. Burner air/fuel ratio yaitu mengatur perbandingan aliran udara dan bahan bakar pada

burner

2. Mixing and blending two liquids yaitu mencampur dua cairan sesuai dengan

perbandingannya

U(s) E(s)

-

+ U(s)

9

Fuel Type of Furnace or Burners Excess Air (%)Completely water-cooled furnace for slag-tap or dry-ash removal 15-20

Partially water-cooled furnace for dry-ash removal 15-40Spreader stoker 30-60

Water-cooler vibrating-grate stokers 30-60Chain-grate and traveling-gate stokers 15-50

underfeed stoker 20-50Oil burners, register type 15-20

Multi-fuel burners and flat-flame 20-30Natural gas High pressure burner 05-Jul

Wood Dutch over (10-23% through grates) and hofft type 20-25Bagasse All furnaces 25-35

Black lipuor Recovery furnaces for draft and soda-pulping processes 30-40

Pulverised coal

Coal

Fuel oil

Tabel 2.1 Prosentase Excess Air Pada Variasi Bahan Bakar Sumber: Thomas, 2010.

2.4 Proses Pembakaran

Dalam sistem pembakaran, perbandingan antara jumlah udara dan bahan bakar pada

memerankan peranan yang penting dalam kualitas pembakaran. Jumlah udara yang terlalu

sedikit, akan menyebabkan terlalu sedikit oksigen yang digunakan untuk mengubah bahan

bakar hidrokarbon menjadi Karbon Dioksida (CO2), air (H2O), dan Sulfur Dioksida (SO2).

Selain itu jumlah udara yang terlalu banyak (excess air melebihi nilai yang ditetapkan pada

seperti Tabel 2.1) juga akan menyebabkan pembakaran tidak sempurna. Hal ini disebabkan

karena kelebihan oksigen dan nitrogen akan menyebabkan terserapnya energi dalam

pembakaran terbawa sisa gas buang yang akan dibuang melewati flue gas, sehingga sebagian

energi yang dihasilkan akan terbuang (Sugiharto, 2016).

Kondisi pembakaran yang sempurna dapat ditinjau dari prosentase excess air pada gas

sisa pembakarn. Pada tabel 2.1 menunjukan data pembakaran dan prosentase excess air

untuk variasi bahan bakar yang dibutuhkan pada pembakaran.

Excess air adalah prosentase jumlah udara berlebih yang dibutuhkan untuk pembakaran

dibandingkan udara pada kondisi ideal (udara teoritis) (Thomas, 2010).

EA = x100 %.........................................................................................................(2-1)

Wa = jumlah udara aktual (kg)

Wt = jumlah udara teoritis (kg)

Semakin besar nilai excess air (tidak melebihi nilai kisaran yang ditetapkan), maka hal ini

merupakan indikasi pembakaran yang sempurna. Sebaliknya, jika nilai excess air rendah

maka hal ini mengindikasikan proses pembakaran yang kurang sempurna. Dan untuk

mengatasinya suplai udara untuk proses pembakaran perlu ditambah debitnya

11

Gambar 3.1 Diagram proses sistem kontrol rasio pada pembakaran boiler Sumber: Perancangan

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode penelitian pada dasarnya merupakan cara ilmiah untuk mendapatkan informas i

dengan tujuan dan manfaat tertentu. Dalam menyelesaikan rumusan masalah dan

merealisasikan tujuan penelitian yang terdapat di bab pendahuluan maka diperlukan

langkah-langkah untuk menyelesaikan masalah tersebut. Metode penelitian pada skripsi ini

meliputi:

1. Perancangan diagram sistem

2. Spesifikasi desain

3. Pemodelan sistem

3.1 Perancangan Diagram Sistem

Perancangan diagram sistem menjelaskan sistem yang direncanakan secara garis besar

dan diharapkan sistem dapat menunjukkan hasil yang lebih baik. Perancangan diagram

proses sistem dan diagram blok sistem dapat dilihat pada Gambar 3. 1 dan Gambar 3. 2.

12

Gambar 3.2 Diagram blok sistem kontrol rasio pada pembakaran boiler Sumber: Perancangan.

Keterangan :

FIC : Flow Indicator Controller FT : Flow Transmitter

CVF : Control Valve Fuel CVA : Control Valve Air

TIC : Temperature Indicator Controller TT : Temperature Transducer

Tset : Temperature Setpoint T : Temperature Output

3.2 Spesifikasi Desain

Spesifikasi desain yang diinginkan pada perancangan dan simulasi sistem yaitu:

1. Error steady state < 2%, karena sistem yang baik memiliki respon dengan batas

nilai akhir 2% dari setpoint.

2. Maximum overshoot = 0%, karena jika terdapat overshoot pada pengendalian

temperatur bisa membahayakan sistem secara keseluruhan

3. Settling time < 60 detik, karena settling time diharapkan lebih cepat daripada

sebelum diberi kontroler yaitu < 180 detik (Siswanto & Hadi, 2013).

3.3 Pemodelan Matematis Sistem

Pemodelan (modelling) merupakan deskripsi dari prediksi kelakuan system atau

komponen. Model matematis sistem diperlukan untuk simulasi yang bertujuan untuk

mendapatkan respon dinamik sistem.

Jika model matematis sistem telah diketahui, maka grafik tanggapan sistem dapat

diketahui pula dengan jalan melakukan simulasi terhadap model sistem tersebut. Kemudian

langkah berikutnya adalah proses validasi. Pada proses ini data hasil simulasi tersebut

dibandingkan dengan data yang berasal dari proses yang sebenarnya. Jika model tersebut

telah cocok (valid), proses dapat dilanjutkan ke arah desain dan prototype.

13

Dalam proses penurunan model matematis sistem, terdapat tiga macam cara pendekatan

yang dapat dipergunakan. Yang pertama adalah menyajikan model matematis sistem dengan

menggunakan persamaan diferensial. Yang kedua adalah dengan menggunakan pendekatan

fungsi alih (transfer function). Yang ketiga adalah pendekatan ruang keadaan (state space).

Dalam masalah kendali PID, akan lebih menguntungkan jika menggunakan pendekatan

fungsi alih.

3.3.1 Fungsi Alih dan Blok Diagram Boiler

Proses pengendalian temperatur dalam boiler dapat dinyatakan dalam persamaan

hukum kesetimbangan energi, dimana laju energi panas yang masuk dikurangi laju energi

panas yang keluar sama dengan laju energi yang terakumulasi. (Coughanowr & LeBlanc,

1991:106)

Qin - Qout = Qac........................................................................................................................... .................................(3-1)

mb CbTb + muCuTu maCa(T Ta) = MaCa .........................................................(3-2)

mb (t)CbTb + mu(t)CuTu maCa(T(t) Ta(t)) = MaCa

mb (t)CbTb + mu(t)CuTu + maCaTa(t) = MaCa + maCaT(t)

dengan : Qin = energi panas masuk (kcal/s)

Qout = energi panas keluar (kcal/s)

Qac = energi panas terakumulasi (kcal/s)

mb = laju bahan bakar (kg/s)

Cb = kalor jenis bahan bakar (kcal/kgoC)

Tb = temperatur bahan bakar (oC)

mu = laju udara (kg/s)

Cu = kalor jenis udara (kcal/kgoC)

Tu = temperatur udara (oC)

ma = laju air masuk (kg/s)

Ca = kalor jenis air (kcal/kgoC)

Ta = temperatur air masuk (oC)

Ma = massa air terakumulasi (kg/s)

T = temperatur yang diinginkan (oC)

Berdasarkan data teknis yang diperoleh di PPSDM Migas Cepu, nilai-nilai dari

konstanta pada persamaan (3-2) adalah

Cb = 0,51 kcal/kgoC Tb = 70 oC

Cu = 0,24 kcal/kgoC Tu = 30 oC

14

Gambar 3.3 Diagram blok boiler

ma = 5 kg/s Ca = 1,008 kcal/kgoC

Ta = 55 oC Ma = 12000 kg/jam

Dengan memasukkan nilai konstanta pada persamaan (3-2), maka diperoleh persamaan

35,7mb (t) + 7,2mu(t) + 5,04Ta(t) = 3,36 + 5,04T(t)

7,083mb (t) + 1,428mu(t) + Ta(t) = 0,67 + T(t).............................................(3-3)

Jika persamaan (3-3) ditransformasi Laplace dengan kondisi awal semua keadaan sama

dengan nol, maka diperoleh parsamaan

7,083mb (s) + 1,428mu(s) + Ta(s) = 0,67sT(s) + T(s)...........................................(3-4)

Sehingga diperoleh fungsi alih boiler sebagai berikut

T(s) = .................................(3-5)

3.3.2 Fungsi Alih Katub Pengendali (Control Valve)

Karakteristik katub pengendali adalah hubungan antara laju aliran (flow) dan prosentasi

terbukanya katub, dimana bukaan katub bervariasi antara 0 100 % setara dengan tekanan

3 15 psi. Hubungan antara sinyal penggerak dengan laju aliran adalah sebagai berikut

(Coughanowr & LeBlanc, 1991:190):

= ..........................................................................................................(3-6)

dengan : F(s) = laju aliran (kg/s)

U(s) = sinyal kendali elektrik (mA)

G = gain total dari valve

Tcv = konstanta waktu valve

Kontstanta waktu valve dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:

............................................................................................(3-7)

dengan : Tv = stroke time (s)

Rv = 0,3 (aktuator piston) atau 0,03 (aktuator diafragma)

= fraksi perubahan posisi valve

15

=

=

= 1

Karena sinyal kendali berupa sinyal elektrik, sedangkan katup kendali hanya menerima

sinyal pneumatik, sehingga untuk menjalankan valve tersebut sinyal keluaran kontroler

harus melalui I/P transduser yang mengubah besaran arus 4 20 mA menjadi besaran

tekanan 3 15 psi. Maka gain I/P transduser adalah sebagai berikut:

KT = = = 0,75 psi/mA

Penguatan valve untuk karakteristik linear adalah :

= = 0,65 kg/s psi-1

Sehingga gain total valve

G = KT.Kv = 0,75 x 0,65 = 0,4875 kg/s mA-1

Dan konstanta waktu valve adalah :

= 3,8(1 + 0,03) = 3,194

Maka fungsi alih valve adalah

= = kg/s mA-1............................................................................................................(3-8)

Terdapatnya jarak antara control valve dan ruang pembakaran akan menyebabkan

munculnya waktu tunda (delay time), yaitu waktu yang dibutuhkan bahan bakar dan udara

untuk mengalir dari keluaran control valve sampai ruang pembakaran. Waktu tunda (delay

time) dapat diperoleh dengan persamaan berikut (Coughanowr & LeBlanc, 1991:154):

=

dengan : = waktu tunda (s)

A = luas pipa (m2)

L = panjang pipa (m)

q = debit (m3/s)

Berdasarkan data teknis yang diperoleh di PPSDM Migas Cepu, diperoleh nilai-ni la i

sebagai berikut:

Abahan bakar = 28,26 x 10-4 m2 Audara = 3,14 m2

Lbahan bakar = 5 m Ludara = 1 m

qbahan bakar = 10 x 10-3 m3/s qudara = 105 m3/s

Maka nilai waktu tunda (delay time) pada flow bahan bakar dan udara adalah sebagai berikut:

16

Gambar 3.5 Diagram blok control valve udara

Gambar 3.6 Diagram blok Transduser

bahan bakar = = 1,413 s

udara = = 0,029 s

3.3.3 Fungsi Alih Transduser (Temperature Arus)

Transduser adalah suatu elemen yang langsung mengadakan kontak dengan variabel

yang diukur dan mampu menerima sinyal dalam bentuk suatu besaran dan mengubahnya

menjadi besaran lain (Coughanowr & LeBlanc, 1991:211). Gain penguatan transduser

didefinisikan sebagai

................................................................................................................(3-9)

Dari data teknis yang diperoleh bahwa adalah bahwan 0 350 oC memberi

kesetaraan arus listrik 4 20 mA. Sehingga penguatan Transduser adalah

0,0457 mA/oC

3.3.4 Fungsi Alih Flow Transmitter

Gain penguatan sensor-transmitter didefinisikan sebagai . Dari data

teknis yang diperoleh bahwa adalah bahwan 0 1,52 kg/s memberi kesetaraan

arus listrik 4 20 mA (Coughanowr & LeBlanc, 1991:210). Sehingga penguatan flow

transmitter adalah

mA.kg-1.s

Gambar 3.4 Diagram blok control valve bahan bakar

17

Gambar 3.7 Diagram blok flow transmitter

Gambar 3.8 Diagram blok sistem keseluruhan

3.3.5 AFR (Air Fuel Ratio)

AFR (Air Fuel Ratio) adalah perbandingan komposisi udara dan komposisi bahan bakar

dengan satuan massa pada suatu pembakaran. Berdasarkan data teknis yang diperoleh

bahawa nilai AFR ideal bahan bakar residu adalah 14,13 : 1, yang mana 1 kg bahan bakar

membutuhkan udara 14,13 untuk proses pembakaran.

Untuk memastikan pembakaran terjadi secara sempurna maka dibutuhkan udara

berlebih (excess air). Excess air yang dibutuhkan untuk pembakaran yang menggunakan fuel

oil yaitu 15-20 %.

Maka jumlah udara yang dibutuhkan pada pembakaran 1 kg bahan bakar dengan excess

air 15 % dengan menggunakan persamaan (2-1) diperoleh:

EA = x100 %

15 % = x 100 %

Wa = 16,24 kg

Artinya nilai AFR dengan excess air 15 % adalah 16,24 : 1.

3.3.6 Model Matematis Sistem Secara Keseluruhan

Dari pemodelan pada masing-masing perangkat pada subbab sebelumnya dapat disusun

ke dalam blok diagram sistem secara keseluruhan

18

Gambar 3.9 Respon flow bahan bakar dengan masukan unit step

3.3.7 Parameter Kontroler PID

Penentuan parameter kontroler PID pada sistem pengendali flow bahan bakar,

pengendali flow udara dan pengendali temperatur menggunakan metode Ziegler-Nicholes.

Dengan memberikan masukan unit step pada sistem pengendali flow bahan bakar

diperoleh grafik kurva-S sebagai berikut:

Dari Gambar 3.9 diperoleh nilai L = 1,413 dan nilai T = 3,656. Untuk menentukan

parameter PID menggunakan persamaan pada tabel berikut: Tabel 3.1 Persamaan Penentuan Parameter PID Metode Ziegler-Nicols

Sumber: Ogata, 2011:570 Tipe Kontroler Kp Ti Td

P T/L ~ 0

PI 0.9 T/L L/0.3 0

PID 1.2 T/L 2L 0.5 L

Dari Tabel 3.1, diperoleh parameter PID untuk pengendalian flow bahan bakar dengan

nilai Kp = 3,104, Ti = 2,826, dan Td = 0,7065.

Dengan memberikan masukan unit step pada sistem pengendali flow udara diperoleh

grafik kurva-S sebagai berikut:

19

Gambar 3.10 Respon flow udara dengan masukan unit step

Gambar 3.11 Respon temperatur dengan masukan unit step

Dari Gambar 3.10 diperoleh nilai L = 1,715 dan nilai T = 5,393. Dengan menggunakan

persamaan yang terdapat pada Tabel 3.1, diperoleh parameter PID dengan Kp = 3,773, Ti =

3.43, dan Td = 0,8575.

Dengan memberikan masukan unit step pada sistem pengendali temperatur diperoleh

grafik kurva-S sebagai berikut:

Dari Gambar 3.11 diperoleh nilai L = 1,427 dan nilai T = 4,068. Dengan menggunakan

persamaan yang terdapat pada Tabel 3.1, diperoleh parameter PID dengan Kp = 3,42, Ti =

2,854, dan Td = 0,7135.

21

Gambar 4.1 Respon temperatur dengan setpoint 140 oC

Gambar 4.2 Respon flow bahan bakar

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS SIMULASI SISTEM

Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian dan analisis dari hasil simulasi sistem

dari diagram blok sistem secara keseluruhan. Simulasi dilakukan dengan program Matlab

R2015a. Simulasi ini dilakukan untuk mengamati respon sistem yang terjadi.

4.1 Respon Sistem Dengan Setpoint 140 oC

Simulasi dilakukan dengan Setpoint 140 oC dengan parameter PID sesuai dengan nila i

pada pembahasan sebelumnya.

Gambar 4.1 merupakan respon sistem pengendalian temperatur dengan settling time 52

sekon dan error steady state 0,059%.

22

Gambar 4.3 Respon flow udara

Gambar 4.4 Rasio udara dan bahan bakar pada setpoint 140 oC

Gambar 4.2 merupakan respon sistem pengendalian flow bahan bakar dengan settling

time 48 sekon dan error steady state 0,181%.

Gambar 4.3 merupakan respon sistem pengendalian flow udara dengan settling time 49


Gambar 4.4 merupakan grafik rasio flow udara dan flow bahan bakar pada setpoint

140oC dengan nilai rasio 16,24.

4.2 Respon Sistem Dengan Setpoint 160 oC

Simulasi dilakukan dengan Setpoint 160 oC dengan parameter PID sesuai dengan nila i

pada pembahasan sebelumnya.

23

Gambar 4.5 Respon temperatur dengan setpoint 160 oC






24


Gambar 4.8 Rasio udara dan bahan bakar pada setpoint 160 oC




160oC dengan nilai rasio 16,24.

4.3 Respon Sistem Dengan Gangguan Pada Setpoint 140oC

Simulasi dilakukan dengan memberikan gangguan berupa penurunan suplai baha n

bakar dan udara yang menyebabkan turunnya flow bahan bakar sebesar 2 kg/s dan turunnya

flow udara sebesar 10 kg/s dengan setpoint temperatur140 oC.

25

Gambar 4.9 Respon temperatur setpoint 140 oC dengan gangguan






26


Gambar 4.12 Rasio udara dan bahan bakar pada setpoint 140 oC dengan gangguan




140oC dan gangguan dengan nilai rasio 16,24.

4.4 Respon Sistem Dengan Gangguan Pada Setpoint 160oC

Simulasi dilakukan dengan memberikan gangguan berupa penurunan suplai bahan

bakar dan udara yang menyebabkan turunnya flow bahan bakar sebesar 2 kg/s dan turunnya

flow udara sebesar 10 kg/s dengan setpoint temperatur160 oC.

27

Gambar 4.13 Respon temperatur setpoint 160 oC dengan gangguan


Gambar 4.13 merupakan respon sistem pengendalian temperatur dengan settling time

58 sekon dan error steady state 0,031%.



28


Gambar 4.16 Rasio udara dan bahan bakar pada setpoint 160 oC dengan gangguan


seko dan error steady state 0,069%.


160oC dan gangguan dengan nilai rasio 16,24.

29

Gambar 5.1 Blok diagram sistem kontrol rasio udara dan bahan bakar

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Perancangan sistem kontrol rasio udara dan bahan bakar pada pembakaran boiler wanson dapat disusun seperti pada blok diagram berikut:

Hasil simulasi pada sistem kontrol rasio dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Dengan setpoint 140 oC, diperoleh respon sistem temperature dengan settling time

52 sekon dan error steady state 0,059%, respon flow bahan bakar dengan settling

time 48 sekon dan error steady state 0,181%, respon sistem flow udara dengan

settling time 49 sekon dan error steady state 0,28%.

2. Dengan setpoint 140 oC dan gangguan penurunan suplai bahan bakar dan udara,

diperoleh respon sistem temperature dengan settling time 56 sekon dan error steady

state 0,31%, respon flow bahan bakar dengan settling time 51 sekon dan error steady

state 0,16%, respon sistem flow udara dengan settling time 52 sekon dan error steady

state 0,11%.

3. Dengan setpoint 160 oC, diperoleh respon sistem temperature dengan settling time

54 sekon dan error steady state 0,062%, respon flow bahan bakar dengan settling

time 52 sekon dan error steady state 0,085%, respon sistem flow udara dengan

settling time 53 sekon dan error steady state 0,11%.

4. Dengan setpoint 160 oC dan gangguan penurunan suplai bahan bakar dan udara,

diperoleh respon sistem temperature dengan settling time 58 sekon dan error steady

state 0,031%, respon flow bahan bakar dengan settling time 55 sekon dan error steady

30

state 0,11%, respon sistem flow udara dengan settling time 56 sekon dan error steady

state 0,069%.

5.2 Saran

1. Perlu dipelajari metode optimasi seperti Linear Quadratic Regulator (LQR) atau Linear

Quadratic Gaussian (LQG) ataupun metode optimasi lainnya untuk didapatkan respon

yang lebih baik.

2. Diterapkannya sistem pengendali adaptif yang dapat menentukan parameter PID secara

otomatis.

31

DAFTAR PUSTAKA

Babcock Wanson. 1974. Steambloc: Instruction Manual. France.

Dodik Suprayogi & Rifdya Hellen Vesadana. (2016). Pengendalian Temperatur dan

Tekanan Secara Cascade Menggunakan PLC Allen Bradley Control Logic 5000

pada Boiler di Pusdiklat Migas Cepu. Tidak dipublikasikan. Malang: Laporan

Praktek Kerja Lapangan Teknik Elektronika Politeknik Negeri Malang.

Coughanowr, DR & LeBlanc, SE. (2009). Process Systems Analysis and Control. New York:

The McGraw-Hill Companies, Inc.

Holland, Arthur. 2004. Ratio Control. Ontario: Holland Technical Skills.

Ogata, Katshuhiko. 2011. Modern Control Engineering. 5th Edition. New Jersey: Pearson

Education.

Santoso M.H, Handi., Nazaruddin,Yul Y., Muchtadi, Farida I,Martin. 2007. Boiler

Performance Optimization Using Fuzzy Logic Controller. Teknik Fisika Institut

Teknologi Bandung (ITB).

Siswanto, Eko & Hadi, Safwanul. (2013). Analisa Efisiensi Boiler Wanson Secara Langsung

dan Tidak Langsung pada Unit Kilang Pusat Pendidikan dan Pelatihan Minyak dan

Gas Bumi (Pusdiklat Migas) Cepu. Tidak dipublikasikan. Semarang: Laporan Kerja

Praktek Teknik Mesin Universitas Diponegoro.

Sugiharto, Agus. 2016. Tinjauan Teknis Pengoperasian Dan Pemeliharaan Boiler. Forum

Teknologi. Vol: 06 No: 02.

Taplin, Harry. 1991. Combustion Efficiency Tables. Georgia: The Fairmont Press, Inc.

Thomas, Varkie C. 2010. Boiler. http://energy-models.com/boilers. (diakses 6 Maret 2017).

PERANCANGAN SISTEM KONTROL RASIO UDARA DAN BAHAN …repository.ub.ac.id/2177/1/Muhammad Malik...

Documents

Transcript of PERANCANGAN SISTEM KONTROL RASIO UDARA DAN BAHAN …repository.ub.ac.id/2177/1/Muhammad Malik...