UJIAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015

MODUL : Konfigurasi Suhu dan Level

PEMBIMBING : Umar Khayam

Oleh

Nama : Dila Adila

Kelas : 2A

Kelompok : 8 (delapan)

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

Ujian Praktikum: 13 Mei 2015

Penyerahan Laporan: 13 Mei 2015

BAB 1

DATA PENGAMATAN

1.1 Data Pengamatan Konfigurasi Pengendalian Suhu

Tabel 1 Alat yang terlibat

Simbol Fungsi Deskripsi Tipe Material Keterangan

FI-4

Untuk mengukur laju alir air

pendingin yang masuk ke

kondensor

Condenser

Cooling

Water

RotameterStainless

Steel

Local

Indication

F-5

Untuk mengatur laju alir air

pendingin secara otomatis

karena dihubungkan dengan

laju steam yang masuk ke

FFE

Condenser

Cooling

Water

Absorber

A 3 U exStainless

Steel

Switching of

Valve V3

TR-1

Untuk mengukur temperatur

air pendingin yang masuk ke

kondensor

Condenser

Water

Supply

7HC108-

10A11

Stainless

Steel-

TI-22

Untuk mengukur temperatur

distilat yang keluar dari

kondensor

Condenser

Outlet

Distillate

Temp

MercuryDURAN

Glases

Local

Indication

TIA-21

Untuk mengukukur

temperatur pada kondensor

dimana jika suhunya terlalu

tinggi maka alarm akan

menyala.

Condenser

Vent High

Alarm

MercuryDURAN

Glases

Local

Indication

TRC-3

Untuk mengukur suhu air

pendingin yang keluar dari

kondensor.

Condenser

Water

Outlet7HC108-

10A11

Stainless

Steel

Control of

Cooling

Water

V 1Untuk mengatur laju alir air

pendingin yang masuk ke

Condenser

Cooling

H77159-

A10GG 25

Pneumatic

Control

kondensor Water Valve

V 4 Mensuplai uap ke evaporator

Evaporator

Steam

Supply

- -Solenoid

Valve

W 1Tempat berlangsungnya

prosesCondenser

Shell and

Tube

DURAN

GlasesDN 200

Tabel 2 Unit-unit yang terlibat dalam proses

No Unit Nama Alat Spek

Masukkan Keluaran

Nama Variabel

Jenis Besaran

Nama Variabel

Jenis Besaran

1.Unit

ProsesKondensor - MV

Laju alir air masuk

PV Suhu

2.Unit

Pengukuran

Termometer (TR1)

PT100

PV SuhuSinyal

PengukuranSinyal

elektrik

3.Unit

Kendali

Inner temperature of reactor (TRC3)

-Sinyal

pengukuranSinyal

elektrikSinyal kendali

Sinyal elektrik

4.Unit

Pengubah Sinyal

TransduserSinyal kendali

Sinyal elektrik

Sinyal kendali

Sinyal pneumatik

5.Unit

Kendali Akhir

Control valve (V1)

-Sinyal kendali

Sinyal pneumatik

MVLaju alir air pendingin

Gambar 1. Rangkaian Plant Destilasi\

Gambar 2. Diagram Blok Pengendalian Suhu pada Plant Destilasi

rUnit

Kendali

Unit Proses

(Kondensor)

Sensor dan Transmitter Suhu

Unit Kendali e u m

c

y

Gangguan

+

-

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)

1.1.1 Contoh Aplikasi Pengendalian Suhu pada Plate Heat Exchanger

Nama Bagian Alat Gambar

Rangkaian Plant Plate Heat Exchanger

Pengendali Proses

Water bath sebagai Manipulated Variable

Plant Plate Heat Exchanger tampak

depan

Plant Plate Heat Exchanger tampak

belakang

Tempat terjadinya proses perpindahan

panas.

Katup Solenoid sebagai final control element

1.2 Data Pengamatan Konfigurasi Pengendalian Level

1.2.1 Skema Percobaan

Noise

FL

V1 EV1

V2

VM

Turb

Pump

P.C.

PR1

BAR

P/I

1.2.2 Tabulasi

No Unit NamaAlatSpesifikasi

/Kapasitas

Sinyal Masuk Sinyal Keluar

Variabel Jenis/Besaran Variabel Jenis/Besraan

1 Unit Proses Pipa Merk : Didacta MV Aliran Masuk PV Aliran Air

2 Unit Pengukuran TurbinmeterPengukuran 0-

100%PV Aliran Air Sinyal pengukuran Sinyal elektrik

3 Unit Kendali

CRF (Flow

Regulation

Control)

Merk : Didacta

ItalySinyal pengukuran Sinyal elektrik Sinyal Kendali Sinyal Elektrik

4Unit Pengubah

SinyalTransducer I/P

Spirano Italy

4-20 mA

20-100 kPa

Sinyal kendali Sinyal elektrik Sinyal kendaliSinyal

Pneumatik

5 Unit Kendali Akhir Control Valve

Pneumatic

control valve

Type : M 77159

Material :

6625,stainless

steel

Remarks : DN 15

KVs : 4.0

Diameter:28cm

Sinyal kendaliSinyal

PneumatikMV Aliran Masuk

1.2.3 Diagram Pengendalian Proses

- Diagram Blok Konfigurasi Pengendalian Aliran

- Diagram Instrumentasi Pengendalian Aliran

-

PV (Flow)Unit ProsesUnit kendali akhirUnit kendali

Unit pengukuran

Gangguan ( P, T, C) MV (Flow in)Control valve

(CRF, PC)Set point

+-

(Tranducer, Transmiiter)

Sinyal kendali (sinyal elektrik)

Sinyal pengukuran (sinyal elektrik) Flow nyata

Flow terukur

(PV)

Sinyal kendali+ Error

Sinyal pengukuran

Gangguan (level P, T)

MV

Flowlevel & turbin flowlevel

Unit kendali (controller)Unit kendali akhir

(control valve)

Unit proses

Set point

1.2.4 Hasil Praktikum

a. Unit proses adalah unit tempat berlangsungnya proses yang akan dikendalikan dalam

system pengendalian proses. Pada sistem di atas yang merupakan unit proses adalah

pipa. Aliran yang menuju ke dan keluar dari pipa inilah yang akan dikendalikan agar

besarnya sesuai dengan set point yang telah ditentukan. Variable yang dikendalikan

disebut variable proses.

b. Unit pengukuran berfungsi untuk mengukur variable proses, yang kemudian dikirim

ke unit kendali. Unit pengukuran dapat terdiri dari sensor atau/dan transmitter. Pada

system 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 pada bagian ini bukan merupakan unit dari suatu pengendalian proses,

tetapi hanya sebagai Local Indicator.

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

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

dibandingkan dengan nilai set point. Setelah membandingkannya, 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 tekanan unit kendali akhi

berupa control valve. Cara kerja control valve yaitu dengan dengan membuka atau

menutup katup sehingga laju alir akan naik atau turun.

BAB 2

PEMBAHASAN

Pengendalian proses adalah cara memperoleh keadaan proses agar sesuai dengan yang

diinginkan. Semua komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut system

pengendalian atau system control. Pada praktikum ini praktikan melakukan konfigurasi

pengendalian suhu pada alat distilasi dan pengendalian level pada instrument pengendalian

aliran. Praktikum ini memiliki tujuan untuk dapat 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 dalam pengendalian suhu serta pengendalian level.

Prinsip kerja dari konfigurasi pengendalian suhu pada plant destilasi adalah pengendalian

otomatik, dimana suhu air yang keluar dari kondensor dikendalikan dengan mengatur laju alir air

pendingin yang masuk ke dalam kondensor. Pada pengendalian otomatik, yang menjalankan

mekanisme pengendalian diperankan oleh instrumen berupa unit pengukuran suhu (berisi

sensor dan transmitter suhu), pengendali suhu (temperature controller) dan katup kendali

(control valve). Ketiga komponen ini bersama dengan sistem proses (penukar panas) membentuk

lingkar pengendalian umpan balik (feedback control loop) atau sistem lingkar tertutup (closed-

loop system).

Sedangkan pada pengendalian level yang berfungsi sebagai unit proses adalah tangki

berskala. Tangki ini berfungsi menampung air dan terdapat skala yang menunjukan ketinggian

atau level air. Level/ketinggian air menjadi variabel proses (PV) yaitu variabel yang

dikendalikan agar sesuai atau hampir sama dengan set point. Set point adalah nilai ketinggian

air/level yang di inginkan. Selain itu terdapat manipulated variabel (MV) yaitu, variabel yang

dipakai untuk mengendalikan variabel proses. Dalam pengendalian level, yang berfungsi sebagai

MV adalah laju alir air yang masuk dalam tangki berskala karena laju alir air yang berpengaruh

terhadap ketinggian/level tangki.

Dari hasil pengamatan unit pengendali dari konfigurasi pengendalian suhu terdapat

beberapa buah termometer diantaranya TR-1, TI-22, TIA-21, dan TRC-3. Termometer TR-1

berfungsi untuk mengukur suhu di dalam pipa pengaliran air pendingin sebagai pendingin

kondensat. TI-22 dan TIA-21 untuk mengukur destilat yang keluar dari kondensor, sedangkan

TIA-21 Untuk mengukukur temperatur pada kondensor dimana jika suhunya terlalu tinggi maka

alarm akan menyala. Akan tetapi, termometer tersebut hanya berfungsi untuk membaca suhu

tanpa adanya sinyal keluaran dari thermometer tersebut yang masuk ke pengendali (hanya untuk

dilihat). Dengan demikian termometer tersebut tidak masuk ke dalam konfigurasi pengendalian

dan tidak termasuk ke dalam unit pengukuran.

Sedangkan unit pengendali dalam pengendalian level adalah CRL (Controller Regulation

Level). Dalam CRL sinyal pengukuran level (PV) dibandingkan dengan set point kemudian di

evaluasi apakah sesuai atau tidak sesuai dengan set point. Hasil evaluasi tersebut berupa sinyal

kendali dan dikirimkan kepada unit pengendali akhir. Sinyal kendali tersebut di ubah dari

besaran arus menjadi besaran tekanan oleh I/P transduser karena unit pengendali akhir hanya

bisa menerima informasi dalam bentuk besaran mekanik. Unit pengendali pada pengendalian

level adalah control valve. Control valve menerima sinyal kendali kemudian mengoreksi dengan

melakukan tindakan akhir sesuai keputusan dan perintah dari unit kendali. Control valve

digerakkan oleh udara bertekanan yang pada alat pengendalian level ini terdapat pada I/P

transduser. Aksi pengendali pada pengendalian level adalah direct acting, yaitu bila nilai laju

alir air (MV) dipercepat/diperbesar maka nilai ketinggian/level (PV) akan bertambah pula.

Apabila aksi pengendali direct acting berarti aksi plant atau control valve adalah reverse

acting karena aksi pengendali selalu kebalikan dengan aksi plant. Artinya reverse acting yaitu

bila level (PV) naik terlalu tinggi/melebihi set point maka control valve akan menutup begitu

sebaliknya bila level (PV) terlalu rendah/kurang dari set point maka control valve akan

membuka.

Unit pengukuran yang utama dari konfigurasi suhu adalah temperature transmitter 1 (TR-

1) yang berfungsi sebagai sensor berupa Thermocoupel PT 100 yang akan mengindera variabel

proses (suhu keluar, T). Karena pengendali hanya dapat membaca dan bekerja dengan sinyal

listrik sehingga informasi suhu dari sensor selanjutnya diolah oleh transmitter dan dikirimkan ke

pengendali suhu TRC-3 (temperature controller) dalam bentuk sinyal pneumatik. Dalam

pengendali, variabel proses terukur dibandingkan dengan setpoint (Tr). Perbedaan antara

keduanya disebut error (e). Berdasar besar error, lamanya error, dan kecepatan error,

selanjutnya pengendali suhu (temperature controller) melakukan perhitungan sesuai algoritma

kendali untuk menghasilkan sinyal kendali (controller output) yang berupa sinyal pneumatic dan

mengoreksi sinyal yang dikirimkan oleh unit pengukuran kemudian memutuskan tindakan yang

akan dilakukan oleh unit kendali akhir yang dikirimkan ke elemen kendali akhir (final control

element) berupa katup kendali atau V1 (control valve) yang bertugas menterjemahkan sinyal

kendali menjadi aksi melalui variabel termanipulasi. Perubahan pada sinyal kendali

menyebabkan perubahan bukaan katup kendali. Perubahan ini menyebabkan perubahan

manipulated variable (laju alir air panas, S). Jika perubahan manipulated variable dalam arah

dan nilai yang benar, maka variabel proses terukur dapat dijaga pada nilai setpoint. Dengan cara

demikian akan tercapai tujuan pengendalian.

Sedangkan unit pengukuran pada pengendalian level terdiri dari sensor dan transmitter.

Sensor akan mengukur ketinggian cairan dari perubahan tekanan yang menghasilkan sinyal

pengukuran. Sinyal tersebut dikirimkan/ditransmisi oleh transmitter ke unit pengendali. Sebelum

dikirimkan ke unit pengendali, sinyal pengukuran di ubah dari besaran tekanan ke besaran arus

oleh P/I transduser karena unti pengedali hanya bisa menerima informasi dalam bentuk besaran

elektrik. Nilai PV jarang sekali bisa sama dengan set point karena dalam pengendalian level

terdapat gangguan/ noise yang tidak terduga seperti kebocoran tangki, pengaruh laju alir air

keluar tangki, kerusakan alat dan lain-lain. Juga terdapat beban yang di miliki oleh alat

pengendalian level itu sendiri yang dapat mempengaruhi level

Pertanyaan:

1. Sensor apa saja yang terkait pengendalian level dan temperature secara literature?2. Final control elemen unuk pengendalian temperature dan pengendalian level apa saja?

Jawaban:

1. Sensor yang terkait pengendalian level Sensor ultrasonic mikro kontroler ATMega 8535

Mikrokontroler Mbed NXP LPC1768

Sistem monitoring dan pengendalian level cairan ini menggunakan mikrokontroler mbed NXP LPC1768 sebagai sistem akuisisi data dan perangkat lunak LabVIEW sebagai Human machine interface (HMI).

Continouos Level Reed Switch LVR200

Spesifikasi:

Watertight Removable Core

Stainless Steel

76.2 mm (3") MinimumRequired Above Tank Level

Liquid Level Transmitters Suitable for Levels to Six Feet LVR20/30

Spesifikasi:

Rugged 316SS Construction

4-20 mA or Resistance Output

Immune to Changes of Density and Dielectric

1 /4 " Resolution

Continuous Level Switch System with LCD Display LVR301

Spesifikasi:

LCD Display

Two Programmable SwitchPoints

Standard 4 to 20 mA Output

Drum Level Indicator LV-110

Spesifikasi:

Compatible With Most Liquids and

Chemicals

Models Rated to Maximum 750 PSI

Drum Level Indicators Require No Electricity

Process Level Controller with Multicolored Bar Graph LVCN-300

Spesifikasi:

NEMA-4 and Optional NEMA-4 Fiberglass Enclosure

Multi-Color Bar Graph Process for Zooming in on Critical Range

Large Numeric Display

4-20 mA Process Input

Easy Front Panel Programming

Float Level Transmitter LVR500

Spesifikasi:

High Pressure or Temperature Level Measurement Up to 2 m (6.5')

Rugged 316 Stainless Steel Float Guide and Process Mounting Plug

Polypropylene Junction Box Rated NEMA 4X (IP65) with Conduit Port and Terminal Strip

Great for High Pressure Applications Up to 200 psi (13.8 bar)

Use in Applications with Foam or Turbulence

Loop Powered Output Interfaces Directly with PLC/SCADA or Local Display

Sensor yang terkait pengendalian suhu

1. Mikrokontroler AT89S51

2. Termokopela. Termokopel bayonet

b. Termokopel 900

c. Termokopel model probe

d. Termokopel tipe J dan T dengan steker

e. Termokopel Pt100 dari Emas

f. Termokopel Pt100 dari platinum

2. Final Control Element pada system pengendalian suhu dan level

Control valve adalah jenis final control element yang paling sering digunakan, sehingga pada prakteknya final control element sering diartikan sebuah control valve, meskipun masih banyak jenis lainnya seperti motor, heating element, electrical contactor, dan sebagainya.Control valve terdiri dari dua bagian utama yaitu actuator dan valve (body valve). Actuator berfungsi sebagai penggerak buka atau tutup valve. Sedanglan valve berfungsi sebagai komponen mekanis yang menetukan besarnya flow yang masuk ke proses (output). Ada beberapa jenis control valve, diantaranya sebagai berikut :

1. Ball valve2. Butterfly valve3. Gate valve4. Globe valve5. Segmen valve

DAFTAR PUSTAKA

Irwan, Bambang Sutopo. Sistem Pengendalian Suhu Menggunakan AT89S51 dengan Tampilan di PC.

Recommended Practice for Analysis, Design, Installation, and Testing of Basic Surface Safety Systems for Offshore Production Plattforms. American Petroleum Institute. March 2001. [ed.] Seventh Edition. s.l. : API, March 2001.

Trisanto, Agus, Santosa, Yomas Andhika and S.P, R. Arum. Monitoring Pengendalian Level Cairan Jarak Jauh Berbasis WEB.

Zulhendri, Agus, Trisanto, Agus and Nasullah, Emir. 2012. Rancang Bangun Sistem Monitoring dan Pengendalian Level Cairan dengan LabView Berbasis Mikrokontroler Mbed NXP LPC1768. 1, Januari 2012, Vol. 1.