LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES

SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2015

MODUL : KONFIGURASI PENGENDALIAN LEVEL DAN SUHU

PEMBIMBING : Ir.Umar Khayam

Oleh :

Irma Nurfitriani 131411013

2 A- D3 Teknik Kimia

Kelompok 3

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

PEMBUATAN : 20 Mei 2015

PENYERAHAN : Mei 2015

KONFIGURASI PENGENDALIAN SUHU DAN LEVEL

I. TUJUAN

1. Melakukan identifikasi unit-unit/elemen-elemen pengendalian proses.

2. Menjelaskan jenis alat beserta fungsinya pada setiap unit/elemen pengendalian proses.

3. Melakukan identifikasi variable-variabel/sinyal-sinyal pengendalian proses dan media

transmisinya.

II. DASAR TEORI

Sistem proses adalah rangkaian oprasi yamg melakukan konversi material secara

fisika-kimia sehingga material yang dihasilkan memiliki “keadaan” yang lebih bermanfaat.

Keadaan itu dapat berupa besaran fisik atau kimia, seperti suhu (T), tekanan (P), laju alir

(F), tinggi permukaan cairan (L), komposisi, pH dan lain sebaginya. Peranan pengendali

proses pada dasarnya adalah usaha untuk mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai

dengan yang diinginkan.

Jenis-jenis variabel yang berperan dalam sistem pengendalian adalah:

1. Process Variable (PV) adalah besaran fisik atau kimia yang menunjukan keadaan sistem

proses yang dikendalikan agar nilainya tetap atau berubah mengikuti alur tertentu

(variabel terkendali).

2. Manipulited Variable (MV) adalah variabel yang digunakan untuk melakukan koreksi

atau mengendalikan PV (variabel pengendali).

3. Set Point (SP) adalah nilai variabel proses yang diinginkan (nilai acuan).

4. Gangguan (W) adalah variabel masukan yang dapat mempengaruhi nilai PV tetapi tidak

digunakan untuk mengendalikan.

5. Variabel keluaran tak terkendali adalah variabel yang menunjukan keadaan sistem proses

tetap tidak dikendalikan secara langsung.

Pengendali proses adalah bagian dari pengendali automatik yang diterapkan dibidang

teknologi proses untuk menjaga kondisi proses agar sesuai dengan yang diinginkan.

Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut sistem pengendalian

atau sistem kontrol. Langkah-langkah penendalian proses adalh sebagai berikut :

1. Mengukur, artinya mengamati nilai variabel terukur.

2. Membandingkan, artinya hasil pengukuran atau pengamatan variabel proses (nilai

terukur) dibandingkan dengan noilai acuan (set point).

3. Mengevaluasi, artinya perbedaan antara nilai terukur dengan nilai acuan dievaluasi untuk

menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas kesalahan itu.

Mengoreksi, artinya tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses, agar perbedaan

dengan variabel terukur dan nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Data Pengamatan

3.1.1 Konfigurasi Pengendalian Suhu skala Laboratorium

Gambar 1. Rangkaian Plant Plate Heat Exchanger skala Laboratorium

No Unit Nama Alat Spesifikasi

Masukkan Keluaran

Nama

Variabel

Jenis

Besaran

Nama

Variabel

Jenis

Besaran

1. Unit Proses Plate Heat

Exchanger MV

Suhu Laju

Alir Air

Masuk

PV

Suhu Laju

Alir Air

Keluar

2. Unit

Pengukuran

Sensor

Termocouple

(RCA)

PT-13RH

dan Pt

French to

NFE-18001

Temp

Range 0 to

1600 0C

PV Suhu Sinyal

Pengukuran

Sinyal

Elektrik

3. Unit

Kendali

Modul PCT

10 Set Point

Suhu aliran

masuk yang

diinginkan

Sinyal

Kendali

Sinyal

Elektrik

Sinyal

pengukur

an

Arus

4.

Unit

Pengubah

(Transducer

)

I/P converter Sinyal

Kendali

Sinyal

elektrik

Sinyal

pneumatic Tekanan

5.

Unit

Kendali

Akhir

Control valve

Diameter :

4,8 cm

Tinggi :

11,2 cm

Sinyal

Kendali

Sinyal

Elektrik MV

Suhu Laju

Alir Air

Masuk

Gangguan

Unit Unit Proses (PHE)

- e Unit Kendali u KendaliAkhir m

c

R

+

Sensor dan

Transmitter Suhu

y

Gambar 2. Diagram Blok Pengendalian Suhu pada Plant Plate

Heat Exchanger

Gangguan

m u e r

y

Unit Proses UnitKendali Akhir

UnitKendali -

+

Unit Pengukuran

Keterangan :

c = variabel proses (PV) terkendali y = variabel proses (PV) terukur

r = setpoint (SP) e = error (y-r)

u = sinyal kendali (controller output) m = manipulated variable (MV)

Tabel 2 Gambar Alat Proses Pengendalian Suhu pada plant plate heat exchanger.

NO GAMBAR ALAT KETERANGAN

1

Rangkaian proses pengendalian

suhu pada plant plate heat

exchanger skala Laboratorium

2

Unit proses (Plate Heat Exchanger)

yang harus dilakukan proses

pengendalian suhu

3

Sensor yang terdapat pada proses

pengendalian suhu plant plate heat

exchanger. Sensor yang digunakan

berupa sensor termokopel tipe R.

4.

Unit kendali (controller) suhu pada

plant plate heat Exchanger.

5.

Unit kendali akhir (final control

element) berupa aktuator.

6.

Water bath sebagai

Manipulated Variable

3.1.2 Konfigurasi Pengendalian Suhu Skala Pilot Plant

DATA TABULASI ELEMEN-ELEMEN PENGENDALIAN SUHU

Gambar 3 Rangkaian destilasi Pilot Plant

ANALISIS PENGAMATAN

Temperatur pengendali yang diamati : TRC3

TRC 3 merupakan pengendali suhu pada system pendingin.

a. V1 (Condenser Cooling Water)

Untuk mengatur laju alir air pendingin yang masuk ke kondensor

b. F14 (Condensor Cooling Water)

Untuk mengukur laju alir air pendingin yang masuk ke kondensor

c. F5 (Condensor Cooling Water flow observer)

Untuk mengatur laju alir air pendingin secara otomatis karena dihubungkan dengan

laju steam yang masuk ke FFE.

d. TR 1 (Condensor water Supply Temperature)

Untuk mengukur temperatur air pendingin yang masuk ke kondensor

e. TI 22 (Condensor Outlet Distilate Tempature)

Untuk mengukur temperatur distilat yang keluar dari kondensor

f. TIA 21 (Condensor Vent High Alarm)

Untuk mengukukur temperatur pada kondensor dimana jika suhunya terlalu tinggi

maka alarm akan menyala.

g. TRC 3 (Condensor Water Outlet)

Untuk mengukur suhu air pendingin yang keluar dari kondensor.

Alat-alat yang terlibat pada sektor 5 :

Symbol Description Type Material Remarks

W 1 Condenser Shell and Tube DURAN

Glases DN 200

V 1 Condenser

Cooling Water H77159-A10 GG 25

Pneumatic

Control Valve

V 4 Evaporator

Steam Supply - -

Solenoid

Valve

FI-4 Condenser

Cooling Water Rotameter Stainless Steel

Local

Indication

F-5

Condenser

Cooling Water

Absorber

A 3 U ex Stainless Steel Switching of

Valve V3

TR-1 Condenser Water

Supply

7HC108-

10A11 Stainless Steel -

TI-22

Condenser

Outlet Distillate

Temp

Mercury DURAN

Glases

Local

Indication

TIA-21 Condenser Vent

High Alarm Mercury

DURAN

Glases

Local

Indication

TRC-3 Condenser Water

Outlet

7HC108-

10A11 Stainless Steel

Control of

Cooling Water

Tabel 3. Alat-alat pada sektor 5

Pengendalian Secara Keseluruhan

No Unit Nama Alat Spesifikasi/Kap

asitas

Sinyal Masuk Sinyal Keluar

Variabel Jenis

besaran Variabel

Jenis

besaran

1. Unit

Proses Kondensor -

Manipulated

Variable

(MV)

Laju alir

air

pendingin

masuk

Process

Variable

(PV)

Suhu

2.

Unit

Penguk

uran

TR1

PT 100

Process

Variable

(PV)

Suhu

Sinyal

Pengukuran

Sinyal

Elektrik

3. Unit

Kendali TRC3 -

Sinyal

Pengukuran

Elektrik

Sinyal

Kendali

Sinyal

Elektrik

4.

Unit

Pengub

ah

Sinyal

Transduser

(didalam

unit

kendali)

- Sinyal

Kendali

Elektrik

Sinyal

Kendali

Sinyal

Pneumatik

5.

Unit

Kendali

Akhir

Control

Valve V1

- Sinyal

Kendali

Sinyal

Pneumatik

MV

(Manipulate

d Variable)

Laju alir

air

pendingin

Diagram Pengendalian Proses

3.1.3 Konfigurasi Pengendalian Level Skala Laboratorium

Data Pengamatan Konfigurasi Pengendalian Level

Tabulasi

No Unit Nama Alat Spesifikasi

Masukan Keluaran

Nama Variabel

Jenis/

Besaran

Nama

Variabel

Jenis/

Besaran

1 Unit Proses Tangki

Diameter

tangki =

15.45 cm

Tinggi tangki

= 70cm

MV

(Manipulated

Variabel)

Laju alir

umpan

PV (Process

Variabel)

Ketinggian

cairan /

level

2 Unit

Pengukuran

Level

sensor -

PV

(Process

Variabel)

Ketinggian

cairan /

level

Sinyal

pengukuran

Tekanan

hidrostatik

3 Unit P/I PTX 510 Sinyal Tekanan Sinyal Sinyal

Pengubah Transmitter S/N 711701

4-20 Ma

9-30 V DC

pengukuran hidrostatik pengukuran elektrik

4 Unit

Kendali

C.R.L

(Level

Regulation

Controller)

Italia Didacta

cod 916922

Sinyal

Pengukuran

Sinyal

Elektrik

Sinyal

Kendali

Sinyal

elektrik

5 Unit

Pengubah

I/P

Transducer

20-100 KPa

4-20 mA

Sinyal kendali Sinyal

Elektrik

Sinyal

Kendali

Sinyal

pneumatik

6

Unit

Kendali

Akhir

Control

Valve

Pneumatic

control valve

Type : M

77159

Material :

6625,stainless

steel

Remarks : DN

15

KVs : 4.0

Diameter:28cm

Sinyal Kendali Sinyal

Pneumatik

MV

(Manipulated

Variabel)

Laju alir

umpan

Diagram Blok Konfigurasi Pengendalian Level

Diagram Instrumentasi Pengendalian Level

Hasil Praktikum

a. Pada sistem di atas yang merupakan unit proses adalah pipa. Aliran yang menuju dan

keluar dari pipa yang akan dikendalikan agar besarnya sesuai dengan set point yang telah

ditentukan.

b. Pada sistem di atas yang merupakan unit pengukuran adalah turbinmeter. Sinyal yang

masuk pada unit pengukuran adalah aliran air (pneumatic), yang kemudian diubah

menjadi sinyal elektrik.

c. Manometer sebagai Local Indicator

d. Unit kendali merupakan unit yang menerima dan mengolah sinyal yang dikirim oleh unit

pengukuran. Pada unit ini nilai yang didapat dari hasil pengukuran akan dibandingkan

dengan nilai set point. Setelah membandingkan, unit pengendali akan memberikan

perintah pada unit kendali akhir untuk melakukan eksekusi

e. Unit kendali akhir merupakan unit yang akan melakukan tindakan akhir sesuai dengan

perintah dari unit kendali. Pada pengendalian aliran unit kendali akhir adalah control

valve. Cara kerja control valve adalah dengan membuka atau menutuo katup sehingga

laju alir akan naik atau turun.

3.2 Pembahasan

Pada praktikum kali ini adalah konfigurasi pengendalian suhu dan level yang

bertujuan untuk melakukan identifikasi unit-unit/elemen-elemen pengendalian proses,

menjelaskan jenis alat beserta fungsinya pada setiap unit/elemen pengendalian proses dan

melakukan identifikasi variable-variabel/sinyal-sinyal pengendalian proses dan media

transmisinya. Konfigurasi merupaka susunan dari alat-alat tertentu sedangkan konfigurasi

pengendalian merupakan suatu struktur informasi yang digunakan sebagai susunan alat-alat

yang sistematis untuk membentuk sistem fungsi pengendalian yang menghubungkan variable

pengukuran terhadap variable yang akan dimanipulasi.

Pengendalian sangat penting dilakukan agar proses yang terjadi di suatu industri

dapat mencapai tiga aspek yaitu keselamatan (safety) selama proses berlangsung, prosesnya

stabil yaitu tidak fluktuatif, serta agar diperoleh keuntungan ekonomi yang tinggi. Pada

pengendalian suhu dan level terdapat jenis-jenis variabel yang berperan dalam sistem

pengendalian yaitu proses variabel (PV), manipulated variabel (MV), set point (SP),

gangguan (W) dan variabel keluaran. Sementara unit yang terdapat pada sistem pengendalian

meliputi unit proses, unit pengukuran, unit kendali, unit pengubah, dan unit kendali akhir.

Pada konfigurasi pengendalian suhu dan level ini dilakukan pada skala laboratorium

dan skala pilot plant. Untuk skala pilot plant dilakukan pengmatan pada plant destilasi

khususnya pada sektor 5 yaitu pada kondensor. Pada kondensor tersebut terjadi proses

perubahan fasa dari uap menjadi cair sehingga suhu dalam kondensor dikontrol supaya

perubahan fasa tersebut tercapai. Sektor 5 merupakan sektor pendingin dimana sektor

tersebut terdiri dari beberapa instrument penting diantaranya Condenser (W1).Condenser

tersebut merupakan tempat terjadinya perubahan uap distilat menjadi cairan karena adanya

penyerapan panas oleh air pendingin yang masuk.

Kolom pendingin diisi dengan air pendingin dengan cara membuka inlet V1

(Condenser Cooling Water) dan outlet kolom pendingin yang dapat kita atur secara otomatis

pada bagian kontrol panel dengan memasukan nilai suhu outlet (TI 22) yang diinginkan atau

mengatur besarnya bukaan pada bagian inlet (F 14) secara manual. Kolom pendingin harus

terisi terlebih dahulu sebelum dilakukan proses pemanasan diaktifkan agar tidak terjadi over-

heating pada unit distilasi yang akan menyebabkan kegagalan operasi distilasi ataupun

kerusakan alat.

Dalam proses, suhu reaktor akan diukur oleh temperatur sensor dan transmitter yang

akan mengukur besarnya suhu dalam bentuk sinyal listrik. Hasil pengukuran tersebut kan

dikirimkan menuju temperature control. Pada unit pengendali ini, hasil pengukuran suhu

yang dilakukan oleh unit pengukuran kemudian akan dibandingkan oleh unit temperature

control ini yaitu antara suhu reaktor nyata (variabel proses) dengan nilai suhu yang

diinginkan (set point). Setelah kedua nilai tersebut dibandingkan, dilakukan evaluasi terhadap

suhu yang diinginkan. Dari hasil evaluasi tersebut, unit pengendali ini akan mengirimkan

sinyal kendali berupa sinyal elektrik menuju unit kendali akhir „control valve’. Namun, katup

kendali ini tidak mampu membaca sinyal elektrik ini, sehingga sinyal kendali yang

dikirimkan oleh unit pengendali akan diubah menjadi sinyal peneumatik oleh transduser I/P.

Sinyal pneumatik dengan nilai tertentu, mampu menggerakkan digfragma dari control valve,

sehingga unit kendali akhir ini dapat melakukan tugasnya sebagai unit pengoreksi.

Bukaan katup pada kontrol katup merupakan tindakan pengoreksian yang dilakukan

oleh sistem pengendalian agar nilai PV mendekati nilai set point-nya. Sehingga sistem

pengendaliannya akan berlangsung terus menerus. Unit kendali akhir yang merupakan unit

yang akan melakukan tindakan akhir lalu bertindak sesuai dengan keputusan dan perintah

dari unit kendali. Tindakan yang dilakukan control valve berupa memperbesar atau

memperkecil bukaan katup, yaitu untuk memperbesar atau memperkecil aliran steam masuk..

Noise atau gangguan yang diberikan pada sistem akan mengganggu dalam

pengukuran aliran oleh sensor. Noise ini akan menyebabkan osilasi jika menggunakan sistem

PID, maka nilai derivatifnya harus dihilangkan agar sistem dapat stabil.

Dalam pengendalian level, yang termasuk unit proses adalah sebuah tangki, variable

proses pada unit ini adalah tekanan hidrostatik yang disebabkan oleh tinggi cairan yang ada di

dalam tangki. Unit pengukuran yaitu sensor dan transmitter yang mengubah sinyal pneumatic

menjadi sinyal listrik yang kemudia hasil pengukurannya akna dikirimkan ke unit kendali

yaitu LICA dan LIA. Unit kendali akan membandingkan hasil pengukuran dari variable

proses dengan setpoint yang telah diterapkan, unit kendali ini akan mengambil keputusan dan

memberi perintah kepada unit kendali akhir melalui transducer yang akan mengubah sinyal

listrik dari unit kendali menjadi sinyal pneumatic yang akan diterima oleh unit kendali akhir.

Unit kendali akhir berupa control valve yang melakukan tindakan akhir (buka/ tutup valve)

sesuai dengan perintah yang diberikan oleh unit kendali. Jika level cairan kurang dari nilai

yang diinginkan maka valve akan terbuka, begitupun sebaliknya.

IV. KESIMPULAN

1. Unit-unit atau elemen-elemen pengendalian proses :

a. Unit proses : Kondensor, Plate Heat Exchanger dan tangki

b. Unit pengukuran : Temperature Transmitter

c. Unit kendali : Process Controller , cascade control of heating reactor

d. Unit pengubah : I/P Converter

e. Unit kendali Akhir : Control Valve

2. Dalam konfigurasi pengendalian suhu dan level, yang menjadi variable proses (PV)

adalah suhu reaktor dan yang menjadi manipulated variable (MV) adalah laju alir

steam.

3. Jenis sinyal transmisi standar yaitu sinyal elektrik berupa sinyal pengukur dan sinyal

pneumatik berupa sinyal pengendali.

4. Sinyal yang terlibat dalam konfigurasi pengendalian suhu adalah sinyal pengukuran

yang berasal dari sensor suhu dan sinyal kendali yang berasal dari unit pengendali

5. Konsep dasar dari pengendalian proses adalah :

a. Mengukur

b. Membandingkan

c. Mengevaluasi

d. Mengoreksi

6. Unit-unit/elemen-elemen yang terdapat di dalam suatu pengendalian proses

diantaranya : unit proses, unit pengukuran, unit pengubah, unit kendali, dan unit

kendali akhir.

7. Unit proses pada sistem pengendalian tekanan yaitu tangki.

8. Unit pengukuran adalah level sensor.

9. Unit pengubah adalah P/I Transmitter dan I/Ptransducer

10. Unit kendali adalah level regulation controlled.

11. Unit kendali akhir adalah control valve.

DAFTAR PUSTAKA

Bajek, W.R. Kuchar, and A. Remec, How Boiling Point Monitors Can Increase Profits, in

Kane, L. (Ed), Handbook of Advanced Process Control System and

Instrumentation, Gulf Publishing, Houston, 1987.

Black, J.W., Computer Model of Analyzer Payouts, in Kane, L. (Ed), Handbook of Advanced

Process Control System and Instrumentation, Gulf Publishing, Houston, 1987.

Harriott, Peter, Process Control, McGraw-Hill, New York, 1964.

ISA, Standards and Practices for Instrumentation and Control; 11th

Edition, The Instrument

Society of America, Research Triangle Park, 1992.

Kane, L. (Ed), Handbook of Advanced Process Control System and Instrumentation, Gulf

Publishing, Houston, 1987.

Liptak, B., Instrument Engineers Handbook; Process Control (3rd

Ed.), CRC Press, Boca

Raton, 1999.