laporan pengendalian suhu
DESCRIPTION
.....TRANSCRIPT
LABORATORIUM PENGENDALIAN PROSES
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015
MODUL : Pengendalian Suhu
PEMBIMBING : Saripudin, ST, MT
Oleh:
Kelompok : 8
Nama : Dila Adila (131411059)
Rima Agustin (131411061)
Ulfa Nurul Azizah (131411063)
Kelas : 2A
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
PPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2014
Praktikum: 20 Maret 2015
Penyerahan: 25 Maret 2015
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Pengendalian suhu bertolak belakang dengan pengendalian laju alir. Pengendalian suhu
biasanya relatif lambat dan bebas noise. Dalam kebanyakan pengendalian suhu, gain
proses berbanding terbalik dengan aliran proses.
Karakteristik dinamik proses berbeda-beda untuk pengendalian suhu penukar
panas, pemanas proses dan kolom distilasi. Penukar panas memiliki waktu mati cukup
besar. Berbeda dengan pemanas proses yang didominasi oleh konstanta waktu.
Kebanyakan sistem proses pemanasan berupa sistem mantap (self-regulating). Dengan
demikian proses pemanasan dapat dimodelkan sebagai sistem orde satu. Namun
demikian oleh adanya dinamika katup kendali, sistem perpipaan, instrumen ukur, dll,
menyebabkan adanya waktu mati semu. Disamping itu juga terdapat waktu mati
sebenarnya yang berupa kelambatan transpor (transportation lag) akibat waktu yang
dibutuhkan aliran energi dari proses ke sensor suhu. Oleh sebab itu, pemodelan dengan
FOPDT (first-order plus dead time) umumnya lebih baik.
Pengendalian suhu pada umumnya ditala dengan gain relatif tinggi atau
proportional band sempit dan waktu integral cukup panjang. Berhubung tidak ada
noise, pengendalian suhu dapat memakai derivatif. Penambahan derivatif akan
membantu mengantisipaso kelambatan yang disebabkan pengukuran suhu.
1.2 Landasan Teori
Sistem pengendalian proses merupakan faktor yang sangat menentukan dalam menjamin
tingkat keberhasilan proses. Dengan unit pengendali yang kuat maka proses dapat
dijalankan pada kondisi optimalnya dengan cara merejeksi/menolak segala macam
gangguan seperti fluktuasi laju aliran umpan, suhu, aliran pendingin, ataupun gangguan
lain yang tidak terprediksi.
Terdapat dua jenis sistem pengendali yaitu on-off yang sangat sederhana, dan
pengendali feedback (umpan balik). Sistem pengendali on-off bekerja pada rentang
kesalahan (galat) tertentu dengan besar galat total selama proses yang besar.
Sistem pengendali feedback seperti dalam gambar1 secara sistematis memiliki
tahapan aksi seperti berikut ini:
1. Sensor akan memonitor dan mengukur output yang dikontrol (contoh suhu, level,
komposisi, dan sebagainya).
2. Hasil pengukuran ini kemudian dibandingkan nilainya dengan nilai setpoint yang
diinginkan/ditetapkan dalam komparator. Dari komparasi ini menghasilkan
galat/error, dimana besarnya error ini akan dikirimkan ke unit pengendali akhir
(controller).
3. Controller akan mengubah besarnya input, sehingga nilai output akan
dipertahankan sesuai dengan setpoint-nya.
Jenis Pengendali Feedback
Jenis-jenis pengendali feedback yang umum dipakai adalah:
1. Proporsional (P): Controller ini akan memanipulasi input
proporsional dengan besarnya error (galat) yaitu:
Dimana MV(t) adalah nilai input variable yang dimanipulasi,Kc (Konstanta
Proporsional Controller), E adalah galat output,dan MV(s) adalah nilai input
variable pada kondisi steady-statenya(atau nilai MV pada saat output pada kondisi
set point-nya). Makin besar harga Kc, maka makin besar response yang
ditimbulkan.
2. Proporsional Integral (PI): Controller ini akan memanipulasi input
berkaitan dengan besarnya error (galat) mengikuti persamaan:
Dimana MV(t) adalah nilai input variable yang dimanipulasi, Kc (Konstanta
Proporsional Controller), E adalah galat output, MV(s) adalah nilai input variable
pada kondisi steady-statenya (atau nilai MV pada saat output pada kondisi set
point-nya), t adalah waktu proses,dan TI adalah constant of times integral dari
kontroler ini. TI ini biasanya bervariasi antara 0.1 sampai 50menit. Makin besar
hargaTI maka,makin lambat response yang dihasilkan. Namun adanya TI ini akan
menghilangkan harga off-set.
3. Proporsional Integral Derivative (PID): Controller ini akan
memanipulasi input berkaitan dengan besarnya error (galat) mengikuti persamaan:
Dimana MV(t) adalah nilai input variable yang dimanipulasi,Kc (Konstanta
Proporsional Controller), E adalah galat output, MV(s) adalah nilai input variable
pada kondisi steady-statenya (atau nilai MV pada saat output pada kondisi set
point-nya), t adalah waktu proses, dan TI adalah constant of times integral dari
kontroler ini. Sedangkan TD adalah waktu derivative. Fungsi dari waktu/time
derivative ini adalah untuk mempercepat response terhadap gangguan.
Dari semua tipe pengendali yang telah dibahas di atas terdapat beberapa hal
penting yang perlu dingat, diantaranya adalah :
1. PB yang kecil akan membuat pengendali menjadi sensitif dan
cenderung membawa loop berosilasi, sedangakan untuk PB besar akan meninggalkan
offset yang besar juga.
2. Ti yang kecil bermanfaat untuk menghilangkan offset, tetapi
dapat membawa sistem menjadi lebih sensitif dan lebih mudah berosilasi, sedangkan
Ti yang besar belum tentu efektif dan juga cenderung membuat respon menjadi
lambat.
3. Td yang besar akan menjadikan respon cenderung cepat,
sedangkan Td yang kurang memberikan nilai ekstra disaat-saat awal.
Dalam pengendalian suhu ini sebagai PV adalah suhu, MV adalah daya
listrik masuk, SP adalah suhu yang diinginkan, gangguan adalah suhu aliran air
yang dipanaskan dan kehilangan panas.
2. TUJUAN PERCOBAAN
Mampu melakukan pengendalian system pemanas
Mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respons suhu.
3. PERCOBAAN
3.1 Susunan Alat dan Bahan yang Digunakan
3.2 PROCEDUR PERCOBAAN
3.2.1 Parameter Awal
Set Point 350C
Mengaktifkan PID Controller dan menyimpan nilainya
3.2.2 Pengendali Proporsional
Menunggu respons suhu hingga mencapai steady state
Melakukan pengujian kualitas pengendalian dengan cara:
Variasi 1
Set Point 350C
Variasi 2
Set Point 350C
Variasi 3
Set Point 350C
Mengaktifkan PID controller dan menyimpan nilainya
Mengamati respons suhu
Mencatat waktu dan nilai PB terbaik. Saat respons, cepat, tepat dan stabil.
3.2.3 Pengendali Proporsional-Integral (PI)
Nilai PB terbaik :
Set Point 350C
Melakukan variasi terhadap nilai Ti
Pengujian kualitas pengendalian dengan cara:
Set Point 350C
Mengaktifkan PID controller
Mengamati respons suhu fluida proses keluar (PV) yang dihasilkan
Mencatat waktu dan nilai Ti saat menghasilkan repons yang cepat, tepat dan stabil.
3.2.4 Pengendalian Proporsional-Integral-Derivatif
Memakai nilai PB yang terbaik
Pengujian kualitas pengendalian dengan cara:
Set Point 350C
Mengaktifkan PID controller
Mengamati respons duhu fluida proses keluar (PV) yang dihasilkan
Mencatat waktu dan nilai Td terbaik. Saat respons cepat, tepat dan stabil.
4. KESIMPULAN
o Nilai Ti yang kecil berfungsi untuk menghilangkan offset, tetapi dapat membawa
system menjadi lebih sensitive dan lebih mudah berosilasi.
o Nilai Ti yang besar belum tentu efektif, justru cenderung membuat respons menjadi
lambat.
o Nilai Td yang besar akan menjadikan respons cenderung cepat.
o Nilai Td yang kecil akan memberikan nilai extra di saat-saat awal.
o Nilai Kc yang menunjukkan respons cepat, tepat dan stabil adalah saat Kc=5.
5. PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini dilakukan perubahan pengendalian suhu yang bertujuan untuk
mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respons suhu. Percobaan
pengendalian suhu menggunakan system control P, PI dan PID (proportional –integral–
derivatif) yang masing-masing memiliki kekurangan dan kelebihan. Dalam pengendalian
suhu ini sebagai varibel proses (PV) adalah suhu,manipulated variable (MV) adalah daya
listrik masuk,setpoint (SP) adalah suhu yang diinginkan ,serta gangguan adalah suhu
aliran air yang dipanaskan dan kehilangan panas.
Prinsip pengendaliannya yaitu sensor mengindra variable proses, kemudian
informasi variable proses diolah oleh transmitter dan dikirimkan ke pengendali
(komputer). Dalam pengendali, variable proses yang terukur dibandingkan dengan set
point. Perbedaan antara keduanya disebut error. Berdasarakan besar error, lamanya error,
dan kecepatan error. Pengendali melakukan perhitungan sesuai algoritma kendali untuk
menghasilkan sinyal kendali yang dikirimkan ke elemen pengendali akhir (berupa katup
kendali atau control valve). Perubahan pada sinyal kendali menyebabkan perubahan
manipulated variable atau (MV). Jika perubahan MV dalam arah dan nilai yang benar
maka PV terukur dapat dijaga pada nilai set point.
Pertama-tama dilakukan penentuan parameter awal yakni PB 20%; kc=5;
Ti=0,01; Td=0; tinggi level 150 mm; set point 350C, kemudian dilakukan pengujian
kualitas pengendalian dengan cara mengamati respon suhu fluida proses keluar (PV)
yang dihasilkan. Dalam percobaan dilakukan 3 variasi nilai kc yakni 5,10 dan 20. Setiap
pergantian nilai kc, suhu diturunkan atau didiamkan hingga menjadi 300C. Berdasarkan
hasil percobaan diperoleh waktu untuk mencapai kondisi steady state pada nilai kc 5, 10
dan 20 adalah 162 sekon; 207,8 sekon dan 252,2 sekon. Dari data tersebut dapat
disimpulkan bahwa kebutuhan waktu yang paling kecil untuk mencapai kondisi steady
state adalah kc=5. Hal tersebut sesuai dengan teori yaitu semakin kecil Pb maka semakin
kecil offset (selisih antara nilai set point dan variable proses setelah tercapai kondisi
steady state) yang dihasilkan.
Setelah mendapatkan kondisi paling baik pada nilai kc=5, dilakukan variasi Ti
dan Td untuk memperoleh waktu paling cepat untuk mencapai kondisi steady state. Nilai
Ti yang dihasilkan adalah 0,1 min dengan Td=0 sedangkan nilai Td yang divariasikan
adalah 0,1 min dengan Ti=0,01 min. Dalam melakukan variasi ini, nilai set pointnya
adalah 350C. Namun dalam percobaan ini,praktikan tidak memperoleh data waktu hingga
mencapai kondisi steady state. Hal ini dikarenakan suhu tidak naik karena kesalahan pada
alat pemansnya rusak dan tidak dapat menyala.
6. PUSTAKA
Petunjuk Praktikum Pengendalian Proses. “ Pengendalian Suhu”. Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Bandung.
Proses, 2012. “ Kontrol Level dan Suhu Air dengan Pid Controller”.
http://lab.tekim.undip.ac.id/proses/2012/09/21/kontrol-level-dan-suhu-air-dengan-pid-
controller/. Diunduh pada 23 maret 2015.
Thathit,2010. ”Modul Praktikum Pengendalian”.
https://thathit.wordpress.com/2010/01/31/modul-praktikum-pengendalian/ . Diunduh pada
23 maret 2015.
LAMPIRAN