LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSESPENGENDALIAN SUHUDosen Pembimbing : Syaripudin, ST., MT

Kelompok / Kelas: 7 / 2ANama: 1. Sifa Fuzi AllawiyahNIM.131411027 2. Siti NurjanahNIM.131411028 3. Suci SusilawatiNIM.131411029

Tanggal Praktikum: 5 Juni 2015Tanggal Pengumpulan Laporan: 16 Juni 2015

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNGTAHUN 2014-201514

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga kami dapat melaksanakan sebuah praktikum dan menyelesaikannya dengan baik hingga menjadi sebuah laporan praktikum. Laporan praktikum ini adalah sebuah laporan yang kami buat setelah kami melakukan praktikum Pengendalian Suhu. Laporan tersebut kami susun dengan sistematis dan sebaik mungkin berdasarkan pada hasil praktikum yang sebenarnya.Kami juga nengucapkan terima kasih kepada Dosen pembimbing praktikum ini yaitu Bapak Syaripudin, ST., MT yang telah memberi bimbingan dan arahan kepada kami. Tak lupa kami juga mengucapkan banyak terima kasih kepada teman-teman sekalian yang telah membantu saat praktikum berlangsung.Akhirnya , semoga laporan praktikum ini bermanfaat untuk penlitian lanjutan. Kami menyadari praktikum ini masih memliki banyak kekurangan. Oleh karena itu , kami akan menerima jika ada saran maupun kritik terhadap laporan praktikum yang telah kami susun ini .

Bandung, Juni 2015

Penyusun

DAFTAR ISI

Kata Pengantar........................................................................................................iiDaftar IsiiiiBAB I PENDAHULUAN..11. Latar Belakang............................11. Tujuan Percobaan................1BAB II LANDASAN TEORI21. Perangkat Unit Pengendali.21. Prinsip Pengendalian Suhu............41. Jenis Pengendali Feedback....5

BAB III METODELOGI PERCOBAAN...71. Alat dan Bahan.........................................71. Skema Kerja8

BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN..91. Hasil Pengamatan...91. Pembahasan...11BAB V KESIMPULAN.135.1 Kesimpulan13DAFTAR PUSTAKA.14

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPengendalian suhu bertolak belakang dengan pengendali aliran. Pengendali 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 memilki waktu mati cukup besar. Berbeda dengan pemanas proses yang didominasi oleh konstanta waktu. Kebanyakan sisitem proses pemanasan berupa sisitem mantap (self-regulation). Dengan demikian proses pemanasan dapat dimodelkan sebagai sitem orde satu. Namun demikian oleh adanya dinamika katup kendali, sistem perpipaan, instrumen ukur, dan lain-lain, menyebabkan adanya waktu mati semu. Di samping itu juga terdapat waktu mati sebenarnya, yang berupa kelambatan transport (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 ditandai 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 kelambatan yang disebabkan pengukuran suhu.1.2 TujuanPraktikum ini memberi kompetensi dasar pada mahasiswa yaitu kemampuan untuk dapat mengendalikan sistem pemanas. Adapun tujuan praktikum adalah mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respons suhu.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

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.Marlin menyebutkan bahwa pengendalian proses memberikan kontribusi yang penting dalam safety, perlindungan lingkungan (menekan polusi/emisi bahan berbahaya), perlindungan peralatan terutama dari over capacity/over heated, operasi pabrik yang lancar, menjamin kualitas produk, menjaga operasional pabrik pada keuntungan maksimumnya, dan berguna dalam monitoring dan diagnose proses (Marlin, 1995).Dalam industri kita mengenal setidaknya ada dua jenis sistem pengendali yang bekerja secara konvensional yaitu sistem pengendali umpan balik (Feedback Control) dan sistem pengendali umpan depan (Feedforward Control). Sistem pengendali umpan balik akan bekerja berdasarkan tingkat kesalahan yang terjadi pada produk yang dimonitor/dikontrol besarnya. Artinya jika variable yang dikontrol nilainya (di-set) mengalami perubahan (error) maka sistem pengendali ini akan bekerja memanipulasi input pasangannya (mengubah besarnya) sehingga nilai variabel yang dikontrol sebagai output akan sama dengan nilai yang diset (ditetapkan besarnya).

Dalam feedforward controller, sistem yang terjadi adalah sebaliknya dimana gangguan yang ada diukur lebih dulu, kemudian baru nilai inputnya diubah berdasarkan tingkat gangguan yang ada, sehingga harga output yang menjadi tujuan tidak mengalami perubahan atau pengaruh gangguan terhadap nilai output dapat dikurangi atau dihilangkan.2.1 Perangkat Unit PengendaliSistem pengendali memerlukan berbagai macam perangkat baik lunak maupun keras. Perangkat lunak berkaitan dengan model proses, korelasi input dan output, sistem manipulasi input, serta program-program lainnya berkaitan dengan engolahan data karakteristik proses. Sedangkan perangkat keras melibatkan peralatan fisik yang diperlukan, antara lain terdiri dari (Stephanopoulos, 1984):1. Proses: adalah suatu sistem yang diamati/dikontrol. Proses ini bisa terdiri dari proses kimia seperti reaksi kimia (jenis reaksi (hidrolisa, penyabunan, polimerisasi), fase reaksi (reaksi gas-gas, gas-padar, katalitis dan non katalitis)), maupun fisika (pemanasan, pengisian tangki, pemisahan, ekstraksi, destilasi, pengeringan).Dalam sistem pengendalian konvensional seperti feedback dan feedforward ini proses sebagai suatu sistem harus diidentifikasi dahulu karakteristik prosesnya melalui permodelan matematika dalam sistem dinamik tervalidasi, diuji karakteristikanya berdasarkan pengaruh input terukur terhadap output proses, serta hitung parameter proses yang penting dan digunakan untuk mendesain sistem pengendalinya seperti time delay, time constant, dan process gain.2. Alat ukur/sensor: Adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur input maupun output proses, seperti rotameter dan flow meter untuk mengukur laju alir, thermocouple untuk mengukur suhu, dan gas chromatography untuk mengukur komposisi. Alat ukur lainnya sepeti uji kelembaban udara dalam gas maupun padatan. Prinsipnya adalah apa yang terbaca dalam sensor ini harus dapat ditransmisikan, sehingga dapat dibaca oleh sistem pengolah data/pengendali. Karena sensor ini memberi sinyal maka keberhasilan suatu sistem pengendali juga tergantung pada reliabilitas alat ini.3. Transducers: supaya hasil pengukuran bisa dibaca oleh pengolah data, maka pengukuran ini harus diubah ke besaran fisik seperti tegangan listrik, tekanan udara. Transducer adalah alat yang digunakan untuk melakukan konversi ini.4. Transmission lines: Digunakan untuk mengirimkan sinyal dari alat ukur ke unit pengendali. Dulu model transmisi ini hanya menggunakan model penuematis (udara/cairan bertekanan), tapi dengan perkembangan model analog digital dan sistem komputer, sinyal yang dibawa sudah dalam bentuk aliran/sinyal listrik. Jika output sinyal listrik tidak mencukupi misalkan hanya beberapa milivolt untuk temperatur tertentu, maka digunakan amplifier, untuk menguatkan sinyalnya, sehingga dapat terdeteksi.5. Controller/Pengendali: Adalah element perangkat keras (hardware), yang memiliki intelegensi. Dia dapat menerima informasi dari alat ukur, dan menentukan tindakan yang harus dilakukan untuk mengendalikan/mempertahankan nilai output. Dulu unit ini hanya dapat melakukan aksi-aksi kontrol sederaha, namun sekarang dengan digital komputer maka kontrol yang rumit dapat dilakukan dengan perangkat ini.6. The final control elemen (elemen pengendali akhir). Alat ini akan menerima sinyal dari controller dan melakukan aksi sesuai dengan perintah. Sebagai contoh input cairan semakin besar, maka untuk mempertahankan tinggi cairan dalam tangki, valve pengeluaran harus dibuka lebih lebar. Maka unit pengendali ini akan membuka valve sehingga tinggi level cairan dapat sesuai dengan nilai set pointnya. Beberapa unit pengendali akhir adalah control valve, relay-switches untuk on-off controller, variabel-speed pump, dan variable-speed compressor.7. Recording elements; Adalah perangkat yang men-display proses yang terjadi. Biasanya variabel yang direcord adalah variabel penting yang dikontrol (output), serta variabel yang digunakan untuk pengendali (manipulated variable). Variabel seperti komposisi, suhu, tinggi cairan, laju alir dan lain sebagainya dapat di-display dalam layar monitor, dan datanya dapat disimpan.2.2 Prinsip Pengendalian SuhuPrinsip kerja dari konfigurasi pengendalian suhu adalah menggunakan pengendalian otomatik. 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). Mekanisme pengendalian lingkar tertutup dapat dijelaskan melalui gambar 1.4.

Gambar 1.4 Pengendalian umpan balik pada proses pemanasan cairan.

Sensor akan mengindera variabel proses (suhu keluar, T). Informasi suhu dari sensor selanjutnya diolah oleh transmitter dan dikirimkan ke pengendali dalam bentuk sinyal listrik atau pneumatik. Dalam pengendali, variabel proses terukur dibandingkan dengan setpoint (Tr). Perbedaan antara keduanya disebut error (e). Berdasar besar error, lamanya error, dan kecepatan error, pengendali suhu (temperature controller) melakukan perhitungan sesuai algoritma kendali untuk menghasilkan sinyal kendali (controller output,u) yang berupa sinyal listrik atau pneumatik yang dikirimkan ke elemen kendali akhir (final control element biasanya berupa katup kendali atau control valve). Elemen kendali akhir 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.

2.3 Jenis Pengendali FeedbackJenis-jenis pengendali feedback yang umum dipakai adalah:1. Proporsional: Controller ini akan memanipulasi input proporsional dengan besarnya error (galat) yaitu:MV(t)=KcE+MV(s)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: Controller ini akan memanipulasi input berkaitan dengan besarnya error (galat) mengikuti persamaan:MV(t)=KcE+ (Kc/TI) Integral (E.dt) dari t=0 sampai t + MV(s)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 50 menit.Makin besar harga TI maka, makin lambat response yang dihasilkan. Namun adanya TI ini akan menghilangkan harga off-set3. Proporsional Integral Derivative: Controller ini akan memanipulasi input berkaitan dengan besarnya error (galat) mengikuti persamaan:MV(t)=KcE+ (Kc/TI) Integral (E.dt) dari t=0 sampai t +KcTD (dE/dt) + MV(s)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.

BAB IIIMETODOLOGI PRAKTIKUM

3.1 ALAT DAN BAHANAlat yang digunakan adalah alat pengendali suhu dan level UCP.

0.

0. Tangki bagian bawah0. Tangki proses0. Dua buah tangki sentrifugal0. Dua flowmeter dengan manual control valve0. Tiga buah on/off solenoid valve0. Sebuah motor valver proporsional0. Alat pendukung

0. Komponen tambahan0. Sensor suhu0. Pengaduk0. Serpentine dengan pemanas elektrik0. Immersion level sensor0. Sensor pH

3.2 Cara Kerja3.2.1 Persiapan

Hubungkan alat pada sumber listrik

Nyalakan komputer

Nyalakan CRL (tombol power)

Aktifkan aplikasi pengendalian proses

3.2.2 Pengoperasian

Pilih Control 3

Pilih PID 2 (PID temperature)

Masukkan nilai Set Point temperatur

Masukan nilai Kc

AR1 ON

ON set Point dan ST

Amati perubahan yang terjaidi

Ulangi langkah tersebut untuk variasi Kc, integral time dan derivative timeBAB 4HASIL PRAKTIKUM DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengamatan

Grafik 4.1 hubungan antara waktu dan suhu pada Kc = 0.25 Ti = 0 dan Td = 0

Grafik 4.2 hubungan antara waktu dan suhu pada Kc = 0.5 Ti = 0 dan Td = 0

Grafik 4.3 hubungan antara waktu dan suhu pada Kc = 1 Ti = 0 dan Td = 0

Grafik 4.4 hubungan antara waktu dan suhu pada Kc = 0.5 Ti = 0.01 dan Td = 0

Grafik 4.5 hubungan antara waktu dan suhu pada Kc = 0.5 Ti = 0.01 dan Td = 0.01

4.2 Pengamatan parameter pengendali

Table 4.1 Data pengamatan parameter pengendali mencapai keadaan stabil terhadap waktuParameter PengendaliWaktu (detik)

Kc=0.1 , Ti =0, Td=0132

Kc=0.5, Ti=0, Td=0107

Kc=1, Ti=0, Td=0116

Kc=0.5, Ti=0.01, Td=0136

Kc=0.5, Ti=0.01, Td=0.01121

4.3 PembahasanPada praktikum kali ini praktikan melakukan praktikum pengendalian suhu. Adapun tujuan dari praktikum kali ini adalah mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respon suhu. Percobaan pengendalian suhu menggunakan system control proporsional (P), proporsional-integral (PI), dan proporsional-integral-derivatif (PID).Hal yang harus dilakukan dalam melakukan praktikum kali ini adalah mengatur nilai set point, praktikan mengatur nilai set point sebesar 34oC dengan suhu awal 29oC. Setelah set point diatur dan suhu awal sudah sesuai praktikan mulai masuk ke pengendalian integral, pada pengendalian integral ini praktikan melakukan 3 variasi nilai Kc yaitu pada 0.1, 0.5, dan 1. Hasil yang didapat adalah ketika Kc diatur pada nilai 0.1 proses mencapai set point dalam waktu 132 detik, ketika Kc diatur pada nilai 0.5 proses mencapai set point dalam waktu 107 detik, sedangkan ketika Kc diatur pada nilai 1 proses mencapai set point dalam waktu 116 detik. Berdasarkan hasil percobaan diatas didapat bahwa Kc yang diatur pada nilai 0.5 memiliki respon yang paling cepat, sehingga Kc untuk pengendalian proporsional intergral, dan pengendalian proporsional integral derivative diatur pada nilai 0.5. Selanjutnya praktikan melakukan percobaan pengendalian proporsional integral. Pada pengendalian proporsional integral Kc di atur pada nilai terbaik saat melakukan pengendalian proporsional yaitu sebesar 0.5 dan diberikan nilai integral sebesar 0.01. Setelah diberikan nilai integral responnya menjadi lebih lama, proses membutuhka waktu 136 detik untuk mencapai set point. Setelah itu dilakukan pengendalian proporsional integral derivative, pada pengendalian proporsional integral derivative ini Kc di atur sama yaitu pada nilai terbaik saat pengendalin proporsional yaitu sebesar 0.5, nilai integral di atur 0.01, dan ditambhakan nilai derivative yaitu sebesar 0.01. Setelah ditambahkan nilai derivative responnya menjadi lebih cepat dibandingkan dengan saat pengendalian proporsional integral, yaitu proses mencapai set point dalam waktu 121 detik.Berdasarkan hasil percobaan diatas dapat dilihat peran dan fungsi dari masing masing parameter pengendali dalam proses pengendalian suhu ini. Nilai proporsional gain (Kc) akan membuat proses bekerja cepat, tepat, dan stabil pada nilai yang sesuai tetap jika nilainya terlalu besar atau terlalu kecil maka akan menyebabkan proses berjalan lambat dan cenderung berosilasi. Nilai integral berfungsi untuk menghilangkan offset dan membuat proses menjadi lebih halus tetapi bekerja dengan lambat, sedangkan nilai derivative berfungsi untuk mempercepat respon, nilai derivative ini sangat berpengaruh pada proses pengendalian suhu karena proses pengendalian suhu responnya cenderung lambat. Namun nilai derivative ini sensitive dan peka terhadap noise.

BAB 5KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : Proses berjalan dengan baik pada saat parameter diatur dengan nilai sebagai berikut Kc=0.5 Ti=0 Td=0 Dari percobaan dapat diketahui bahwa fungsi dari proporsional gain (Kc) adalah jika Kc diatur dengan tepat maka akan menghasil proses yang cepat, tepat, dan stabil. Dari percobaan dapat diketahui bahwa fungsi dari integral time adalah untuk menghilangkan offset tetapi akan membuat proses bekerja lebih lambat untuk mencapai set point. Dari percobaan dapat diketahui bahwa fungsi dari derivative time yaitu dapat mempercepat respon dalam proses yang responnya berlangsung lambat seperti pengendalian suhu, namu derivative time ini sangat peka terhadap noise.

DAFTAR PUSTAKA

Heriyanto. 2010. Pengendalian Proses. Jurusan Teknik Kimia. Bandung:Politeknik Negeri Bandung.Uni, Murni. 2013. Laporan Praktikum Pengendalian Level. http://serbamurni.blogspot.com/2013/12/laoran-praktikum-pengendalian-level.html. 23 Maret 2015.Wade, H.L. 2004. Basic and Advance Regulatory Control: System Design and aplication Ed.2, ISA, NC.