LAPORAN PRAKTIKUM

INSTRUMENTASI & PENGENDALIAN PROSES

PENGENDALIAN LEVEL CAIRAN

OLEH :Edy Saputra090307011

JURUSAN TEKNIK KIMIAPROGRAM STUDI MIGAS

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE2011

LEMBAR TUGAS

Judul Praktikum : Pengendalian level cairan

Laboratorium : Komputasi dan Pengendalian Proses

Jurusan / Prodi : T. Kimia / Migas

Nama : Edy Saputra

Kelas / Semester : 2 M / III ( Tiga)

NIM : 090307011

Anggota Kelompok IV :

Muhammad Iqbal

Edy Saputra

Maksalmina

Syamsul Bahri

Uraian Tugas

1. Atur parameter pengendaliSet point 40%Proporsional Band 150Integral constan 30 menitDerrivative constan 30 menit

2. Noise Offset 30%

Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing

Ir. Syafruddin. MSi Ir. Syafruddin. MSi

NIP : 19650819 199802 1 001 NIP : 19650819 199802 1 001

LEMBAR PENGESAHAN

Judul Praktikum : Pengendalian level cairan

Mata Kuliah : Praktek Instrumentasi dan Pengendalian Proses

Nama : Edy Saputra

NIM : 090307011

Kelas / Semester : 2 M / IV ( Empat )

Nama Dosen Pembimbing : Ir. Syafruddin. MSi

NIP : 19650819 199802 1 001

Ka Laboratorium : Ir. Syafruddin. MSi

NIP : 19650819 199802 1 001

Tanggal Pengesahan :

Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing

Ir. Syafruddin. MSi Ir. Syafruddin. MSi

NIP : 19650819 199802 1 001 NIP : 19650819 199802 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 Pengendalian level cairan

2.1.1 Umum

Unit ini memungkinkanuntuk menganalisis perilaku loop control dimana

kuantitas yang dikontrol adalah level air di dalam tangki. Perilaku kuantitas dikontrol

dapat diikuti secara visual sehingga masiswa dapat memahami konsep-konsep dasar

pengendalian dan peraturan teknik secara intuitif.

Mahasiswa dapat memeriksa dari efek dari parameter control ytnag

berbedaterhadap kinerja rantai control dan stabilitas sistem.

2.1.2 komposisi dari unit CRL terdiri dari:

Proses riq dengan katup pneumatic dan peralatan listrik ( kode 916422 )

Kontrol dan monitoring software CRS ( kode 917020 )

Opsional mini req regulator elektronik (kode 916940)

Opsional MRRP pneumatic mengendalikan dan merekam modul (kode

971704)

Opsional listrik kompressordengan peredam ( kode 971227 )

The CRL/unit E terdiri dari:

Proses riq dengan katup listrik dan peralatan listrik (kode 916929)

Kontrol monitoring software CRS (kode 917020)

Opsional listrik compressor mini req regulator elektronik (kode 916940)

2.1.3 DESKRIPSI

Proses rig dan peralatan listrik

Tujuan dan proses ini adalah untuk mengontrol level air didalam tangki dihadapan

gangguan output.

Level air yang diperoleh dengan suatu tranduser tekanan, diubah menjadi sinyal

listrik (y) dan disediakan untuk peralatan listrik page 2 level air dikendalikan dengan

menyesuaikan jumlah air dimasukkan ke dalam tangki dengan pompa sentrifugal.

Dalam CRL unit ini dilakukan dengan cara katup pneumatic dan dalam UNIT E/CRL

unit ini dilakukan melalui katup listrik bermotor kontrol loop tertutup dapat dikatakan

dengan cara yang berbeda,

Melalui perangkat lunak, dengan menggunakan program perangkat lunak CRS

dan pada berjalan pada personal computer.

Melalui sistem proge tahan dimasukkan kedalam tangki.

Melalui regulator elektronik opsional mini reg

Melalui regulator elektronik opsional mini req

Melalui regulator pneumatic opsional, MRPP

Tindakan kontrol adalah,sal;ah satu dari tipe PID (PROPORSIONAL

INTEGRAL DEVIRATIF)/ on-off dan dicapaidengan membandingkan sinyal, sesuai

dengan level aktual dengan sinyal set point yang dipilih oleh operator / pengguna.

Sebagai fungsi kontrol logika, regulator menghasilkan sinyal penggerak (x) yang

bekerja pada katup atau dan mengubah kuantitas air yang masuk kedalam tangki.

Selain itu, personal komputer dapat mengontrol gangguan aliran air yang

meninggalkan tangki dengan menghasilkan sinyal (n) yang bekerja pada katup

solenoid.

Peralatan listrik termasuk kontrol untuk komponen listrik utama unit AD/DA

konversi papar untuk antarmuka dengan personal komputer melalui jalur radial RS

232, indicator digital untuk menampilkan level air. CRS/L pengendalian dan software

monitoring perangkat lunak kontrol dan monitoriong berjalan di lingkungan

MS.WINDOWS, memungkinkan untuk melakukan baik PID atau on-off kontrol jenis

digital melalui perangkat lunak.

Parmeter kontrol dapat diatur secar independent dan secara real time dan

sehinggadapat karakteristik dari set point dan sinyal gangguan. Perangkat lunak ini

memungkinkan untuk mengamati proses secara real time dengan menampilkan pada

layar diagram dikendalikan kuantitas, sinyal pelaksanaan, sinyal set point setiap saat.

Sedangkan sampel sinyal dan parameterkontrol dapat disimpan dalam file, daloam

format Ascll atau dicetak. Hal ini juga memungkinkan untuk menggunakan perangkat

lunak hanya untuk mengamatiproses menggunakan regulator eksternal (misalnya

mini req opsional). Dalam kasus ini, adalah untuk mungkin mengirimkan set point

untuk regulator melalui perangkat.

2.1.4 PERCOBAAN

Studi proses dan komponen tinggi

Penentuan karakteristik proses loop terbuka

Penentuan karakteristik proses loop tertutup dengan PID dan efek dari tiga

kegiatan pengendali (proporsional,integral,derivative)

Studi stabilitas sistem dalam kondisi yang berbeda dan kalibras9i tekanan

kontrol yang berbeda

Penentuan karakteristik loop tertutup dengan on-off kontrol dan efek dari

parameter regulator

Demonstrasi penggunaan suatu regulator tipe elektronik dengan remote set-

point

Demontrasi penggunaan regulator dan perekam jenis pneumatic (dengan

regulator MRRP opsional, tidak tersedia pada CRL/E )

2.1.5 Diperlukan PC konfigurasi

Perangkat keras

IBM PC atau kompatibel min 486 dengan harddisk, kartu gratis VGA atau

lebih tinggi, mouse,Ram 8 GB, satu serial RS232 port yang tersedia.

Printer

Perangkat lunak

MS-Windows 3.1 MS-Windows 95

2.1.6 LAYANAN YANG DIPERLUKAN

Power supply listrik ac 220/240 V – 50/60 Hz

Pasokan pneumatic 2-5 Bar (tidak diperlukan dengan CRL / E )

2.1.7 berat dan Dimensi

Dimensi : 770 x 450x 110 mm

Berat : 50 kg.

2.2 PENGERTIAN SISTEM KONTROL

Sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang meliputi pengontrol variable-

variabel seperti temperatur, tekanan, aliran level, dan kecepatan.

1) Sistem kontrol secara manual (open loop control)

Proses pengaturan dilakukan secara manual oleh operator dengan mengamati

keluaran secar visual, kemudian dilakukan koreksi variable-variabel kontrol yang

mempertahankan hasil keluarannya. Perubahan ini dilakukan secara manual oleh

operator setelah mengamati hasil keluarannya melalui alat ukur atau indikator.

Keluaran

Sistem pengendali loop terbuka

2) Sistem kontrol secara otomatis (close loop control).

Sistem dapat melakukan koreksi variable x, kontrolnya secara otomatis

dikarenakan ada rangkaian tertutup sebagai umpan balik dan hasi keluaran menuju ke

masukan setelah dikurangkan dengan spnya.

masukan keluaran

sistem penngendali loop tertutup

Pengatur controlled

Proses/plant

Perbandingan pengatur

pengukuran

Proses/plant

2.3 Sistem pengendali.

2.3.1 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 Daerah netral pengendali on-off

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) Alat 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 beberapa macam, yaitu

1. Mode proposional (P);

2. Mode proposional integral (PI);

3. Mode proposional derivatif (PD);

4. Mode proposional integral derivatif (PID).

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 :

Pb =100Kc

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.

Mode Proporsional Integral ( PI )

Tentu saja pengendali proporsional e (t) tidak pernah bernilai nol jika kita

mengharapkan x (t) tidak sama dengan nol. Pengendalian dapat dirancang menjadi

bentuk LP, sinyal akan menjadi proporsional (to the discrepancy) dan nilai

differensial.

X(t) = Kp. e(t) + K.I.Int (o,t,e(s)); T1 = 1

KI

Pengaruh penambahan integral adalah :

a. Memperlambat respon

b. Cenderung stabil

Mode Proporsional Integral Diferensial (PID)

Aksi kontrol yang ketiga dapat ditambahkan untuk mempercepat respon, yaitu

derivative action. Meskipun respon cepat tetapi sistem menjadi peka terhadap

noise/bising/turbulen, karena derivative perubahan error persamaan yang ada dalam

PID.

x (t) = Kp. e (t) + KI Int (0, t, e (v) + Kd. d(e(t))

Koefisien Kd seperti istilah koefisien integral juga diketahui sebagai waktu

derivative atau waktu kenaikan (advance)

Td = Kd

2.4 Sistem Orde Pertama

Sistem orde pertama adalah sistem yang keluarannya dapat dimodelkan atau

didekati dengan suatu persamaan matematis berupa persamaan differensial orde

pertama. Bentuk umum sistem orde pertama untuk sistem linier atau linierisasi orde

pertama adalah:

a1 dydt

+a0 y = b f(t)

dengan :

a1, a0 dan b = konstanta

f(t) = fungsi masukan

jika a0 ≠ 0, persamaan dapat ditulis:

a1

a0

+ dydt

+ y= ba0

f (t)

Selanjutnya didefinisikan:

a1

a0

=ρ dan da0

=kp

Alih bentuk Laplace

Alih bentuk laplace merupakan metode yang sesuai untuk menyelesaikan persamaan

differensial. Metode alih bentuk laplace juga memudahkan penyusunan model

masukan-masukan yang sangat berguna menganalisa dan memahami mekanisme

kerja sistem pengendalian proses.

Definisi Alih Bentuk Laplace

Alih bentuk laplace suatu fungsi f(t) menjadi f(s) mengikuti persamaan:

f(s) = ∫0

∞

f ( t ) e−st dt

dengan

f(s) = L {f(t)}

2.5 Konfigurasi Sistem Pengendali

1. Pengendali umpan maju

Logika kerjanya alat pengendali melakukan tindakan sebelum gangguan

memberikan akibat pada proses. Umumnya mempergunakan pengatur

(controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk

memperoleh respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya

tidak diperhitungkan ulang oleh kontroler. Suatu keadaan apakah plant

benar-benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan atau

referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler.

Gambar 2.1 Sistem pengendalian umpan maju

2. Pengendali umpan balik

Logika kerjanya alat pengendali melakukan tindakan setelah gangguan

memberikan akibat pada proses. sistem kendali ini memanfaatkan variabel

yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang

diinginkan.

Gambar 2.1 Sistem pengendalian umpan balik

3. Pengendali Interensial

Yaitu jenis pengendali yang menggunakan hasil pengukuran sekunder

untuk mengatur peubah pengendalinya, misalnya untuk kasus pengaturan

level. Hasil pengukuran yang dikontrol adalah aliran masuk dan keluar.

2.6 Sensor

Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena lingkungan yang

diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana

seperti sensor on/off menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus paralel,

sistem bus serial serta si stem mata kamera.

Liquid level sensor

Liquid level sensor atau sensor level cairan digunakan untuk mengukur tinggi cairan

dalam wadah / kontainer. Sensor ini diklasifikasikan menjadi dua :

1. Sensor level diskrit

Sensor ini digunakan untuk mengetahui saat dimana cairan mencapai level

tertentu. Tipe paling sederhana adalah dengan menggunakan float (pelampung)

dan limit switch, contoh lainnya adalah menggunakan photosensor dan resistance

probe.

Gambar 2.3 Jenis-jenis sensor level disktrit

2. Sensor level kontinu

Sensor ini menghasilkan sinyal yang proporsional terhadap level cairan.

Contohnya adalah dengan menggunakan :

a) Float and pot

b) Sensing preasure head

c) Weighing tank

d) Electrodes measure R or C

e) Ultrasonic ranging

Gambar 2.3 Jenis-jenis sensor level kontinu

GAMBAR PERALATAN

Gambar 2.4 seperangkat alat crl

Gambar 2.5 Seperangkat PC pengendalian crl

BAB III

DATA PENGAMATAN

Tabel 3.1 Tabel data pengamatan percobaan 1 CRL noise (30%)

Waktu (Menit) Control variable Actual signal

02468101214161820

93.269.888.372.875.177.967.782

61.682.964.4

00.80

0.80.100

0.41.10.21.4

Set point = 40 %Proporsional band = 150 %Integral constan = 0.3 menitDerrivative constan = 0.3 menit

0 5 10 15 20 2560

65

70

75

80

85

90

95

100

Waktu (Menit)

Cont

rol

Varia

ble

Gambar 3.1 Grafik pengendalian CRL percobaan 1

Tabel 3.2 Tabel data pengamatan percobaan 2 CRL dengan noise (30%)

Waktu (Menit) Control variable Actual signal

02468101214161820

10010093.480.488.265.883.962.877

67.267.4

00

1.80.30.40.30.25.80.61.80.3

Set point = 50 %Proporsional band = 150 %Integral constan = 1 menitDerrivative constan = 1 menit

0 5 10 15 20 256065707580859095

100105110

Waktu (Menit)

Cont

rol

Varia

ble

Gambar 3.2 Grafik pengendalian CRL percobaan 2

BAB IV

PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN

4.1 Pembahasan

Pada praktikum pengendalian level ini kami menggunakan alat CRL (control

regulation level), dimana air yang berada di dalam tangki akan di control levelnya, apabila

terjadi kelebihan level air maka sensor akan mengirim signal ke transmiter selanjutnya ke

transduser yang berfungsi untuk mengubah sinyal elektrik ke signal pneumatic dan

dilanjutkan kedalam proses control. Kami melakukannya dengan 2 percobaan dengan

prosedur kerja yang telah ada.

Pada percobaan yang telah dilakukan, dari grafik yang didapatkan terlihat kenaikan

dan penurunan yang terjadi, hal ini dikarenakan pengendali mendapatkan noise ataupun

gangguan, sehingga alat pengendali ini terus menstabilkan proses kearah set poin. Terlihat

jelas pada grafik bahwa pengendalian yang naik turun ini terus menstabilkan proses menuju

kepada keadaan yang diinginkan (set point).

Semakin lama proses berjalan maka akan semakin stabil prosesnya, yaitu menuju set

point. Namun pada percobaan ini didapatkan set point yang terpaut jauh dari proses, hal ini

mungkin terjadi dikarenakan kesalahan pahaman kami dalam pemasukan data ke program

pengendalian atau mugkin dikarenakan alat yang sudah mengalami gangguan sehingga data

yang didapatkan tidak sesuai dengan keinginan. Tujuan pengendalian ini mengendalikan

keadaan proses yang diberikan gangguan atau noise menuju kestabilan proses.

4.2. Kesimpulan

Setelah melakukan praktikum ini saya dapat mengambil beberapa kesimpulan:

- Suatu sistem pengendalian akan sulit stabil jika gangguan yg terjadi dalam

suatu proses besar.

- Suatu ganguan sangat berpengaruh pada sistem pengendalian.

- Alat yang dilakukan pada percobaan ini adalah CRL ( control Regulation level )

DAFTAR PUSTAKA

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

tanggal 02 Mei 2011

http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/1347 . Diakses pada tanggal 02

Mei 2011

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

tanggal 02 Mei 2011

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

pada tanggal 02 Mei 2011

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

02 Mei 2011