LAPORAN PRAKTIKUM

LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL

LEVEL PNEUMATIC VALVE CONTROL

DISUSUN OLEH :

Nama : Rifki Fadhilah

NIM : 13 614 050

Kelompok : VI (Enam)

Kelas : IV-A

POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

TAHUN AJARAN 2014 / 2015

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan

Untuk mengetahui cara kerja PCT 40 Level Control

Mempelajari karakter kerja direct action

Mempelajari karakter kerja differential level switch sensor

Mempelajari karakter proportional pressure sensor pada control level dengan

mode on/off

Mempelajari karakter proportional pressure sensor pada control level dengan

mode PID

Mempelajari karakter kerja PSV untuk control level pada mode control manual

1.2 Dasar Teori

1.2.1 Sistem Pengendalian

Pengendalian Proses adalah bagian dari pengendalian automatik yang diterapkan

di bidang teknologi proses untuk menjaga kondisi proses agar sesuai dengan yang

diinginkan. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut

sistem pengendalian atau sistem kontrol. Tujuan pengendalian proses bertujuan untuk

mempertahankan nilai proses agar sesuai dengan kebutuhan operasi.

Tujuan pengendalian adalah mempertahankan nilai variabel proses agar sesuai

dengan kebutuhan operasi sesuai dengan yang diinginkan. Tujuan pengendalian erat

berkaitan dengan kualitas pengendalian yang didasarkan atas bentuk tanggapan

variabel proses. Setelah terjadi perubahan nilai acuan (set point) atau beban

diharapkan,

Penyimpangan maksimum dari nilai acuan sekecil mungkin

Waktu yang diperlukan oleh variabel proses mencapai kondisi mantap

sekecil mungkin

Perbedaan nilai acuan dan variabel proses setelah tunak sekecil

mungkin

Atau dapat dinyatakan dengan istilah umum, yaitu

2

Minimum overshoot

Minimum offset

Minimum settling time

Dengan kata lain kualitas pengendalian yang diharapkan adalah,

Tanggapan cepat

Hasilnya stabil dan tidak ada penyimpangan

Settling time

settpoint

Variabel proses offset

Overshoot (maksimum error)

Gambar 1 Grafik pengendalian proses

1.2.2 Jenis Variabel

Jenis variabel yang mendapatkan perhatian penting dalam bidang

pengendalian proses adalah variabel proses (process variable, PV) atau yang disebut

juga variabel terkendali (controlled variable). Variabel proses adalah besaran fisika

atau kimia yang menunjukkan keadaan proses. Variabel ini bersifat dinamik, artinya

nilai variabel dapat berubah spontan oleh sebab lain baik yang diketahui ataupun

tidak. Di antara banyak macam variabel proses terdapat empat variabel dasar, yaitu:

suhu (T), tekanan (P), laju alir (F), dan tinggi permukaan cairan (L).

Dalam teknik pengendalian proses, titik berat permasalahan adalah menjaga

agar nilai variabel proses tetap atau berubah mengikuti alur (trayektori) tertentu.

Variabel yang digunakan untuk melakukan koreksi atau mengendalikan variabel

proses disebut variabel termanipulasi (manipulated variable, MV) atau variabel

3

pengendali. Sedangkan nilai yang diinginkan dan dijadikan acuan atau referensi

variabel proses disebut nilai acuan (settpoint value, SV).

Selain ketiga jenis variabel tersebut masih terdapat variabel lain yaitu

gangguan (disturbance) baik yang terukur (measured disturbance) maupun tidak

terukur (unmeasured disturbance) dan variabel keluaran tak terkendali (uncontrolled

output variable). Variabel gangguan adalah variabel masukan yang mampu

mempengaruhi nilai variabel proses tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan.

Variabel keluaran tak terkendali adalah variabel keluaran yang tidak dikendalikan

secara langsung.

Gangguan terukur Variabel terkendali

Gangguan tak terukur

Variabel termanipulasi Variabel tak terkendali

Gambar 1. Jenis variabel dalam sistem proses

1.2.3 Sistem Pengendalian Umpan Balik

Prinsip mekanisme kerja sistem pengendalian umpan balik adalah mengukur

variabel proses dan kemudian melakukan koreksi bila nilainya tidak sesuai dengan yang

diinginkan. Ciri utama pengendalian umpan balik adalah adanya umpan balik negatif,

artinya jika nilai variabel proses berubah, terdapat umpan balik yang melakukan tindakan

untuk memperkecil perubahan itu.

Mekanisme Pengendalian Umpan Balik

Mekanisme pengendalian yang mengakibatkan variabel termanipulasi (MV)

naik karena variabel proses (PV) turun, atau sebaliknya disebut aksi naik-turun

4

SISTEMPROSES

(increase-decrease) atau disebut juga aksi berlawanan (reverse action).

Kebalikan dari mekanisme tersebut adalah aksi naik-naik (increase-increase)

atau disebut juga aksi langsung (direct action), artinya jika variabel proses

(PV) naik maka variabel termanipulasi (MV) juga akan naik.

1.2.4 Langkah Pengendalian

Langkah pengendalian umpan balik adalah sebagai berikut:

1. Mengukur, tahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau

mengamati nilai variabel proses

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

terukur) dibandingkan dengan nilai acuan (setpoint)

3. Mengevaluasi, perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi untuk

menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itu.

4. Mengoreksi, tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses agar

perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin

1.2.5 Instumentasi proses

Pelaksanaan langkah pengendalian pada penjelasan diatas memerlukan

instrumentasi sebagai berikut:

1. Unit Pengukuran

Bagian ini bertugas mengubah nilai variabel proses yang berupa besaran fisik

atau kimia seperti laju alir, tekanan, suhu, pH, konsentrasi, dan sebagainya

menjadi sinyal standar. Bentuk sinyal standar yang populer dibidang

pengendalian proses adalah berupa sinyal penuematik (tekanan udara) dan

sinyal listrik. Unit pengukuran terdiri dari atas dua bagian yaitu sensor dan

transmiter.

Sensor yaitu elemen perasa yang lansung bersentuhan dengan variabel

proses.

Transmiter yaitu bagian yang berfungsi mengubah sinyal dari sensor

(gerakan mekanik, perubahan hambatan, perubahnan tegangan atau arus)

menjadi sinyal standar.

5

2. Unit Pengendali

Bagian ini bertugas membandingkan, mengevaluasi, dan mengirimkan sinyal

ke unit kendali akhir. Evaluasi yang dilakukan berupa operasi matematika.

Hasil evaluasi berupa sinyal kendali yang dikirim keunit kendali akhir. Sinyal

kendali berupa sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran.

Controller (pengendali) yaitu menerima nilai error dari hasil pembanding,

kemudian menginterprestasikan nilai yang tepat lalu memerintahkan

elemen kontrol pengendali akhir agar bisa sesuai dengan nilai yang

diinginkan. Respon dari konroller memiliki tiga kriteria koreksi, yaitu:

1. Proportional : sinyal keluaran sebanding dengan penyimpangan

(deviasi). Pengendali ini cepat stabil dan memiliki offset kecil.

2. Integral: keluaran selalu berubah selama terjadi deviasi dan kecepatan

perubahan keluaran tersebut sebanding dengan penyimpangan.

Pengendali ini lambat stabil karena sering terjadi gangguan, tetapi

memiliki offset kecil.

3. Derivatif: mempercepat respon pengendali tetapi sangat peka terhadap

noise (gangguan akibat bising, turbulensi). Pengendali ini cepat stabil

dan memiliki offset kecil

4. Kombinasi: pengontrol tipe integral dan derivatif jarang digunakan

secara tersendiri, tetapi digabungkan dengan sistem proportional untuk

menghilangkan keragu-raguan jika jenis proportional memerlukan

karakteristik yang stabil. Dengan penggabungan ini akan diperoleh suatu

sistem kontrol yang lebih stabil sehingga sensitivitas responnya akan

menjadi lebih besar.

3. Unit Kendali Akhir

Bagian ini bertugas menerjemahkan sinyal kendali menjadi aksi atau koreksi

melalui pengaturan variabel termanipulasi. Unit ini terdiri atas dua bagian

besar, yaitu aktuator dan elemen kendali akhir. Aktuator adalah penggerak

6

elemen kendali akhir. Bagian ini dapat berupa motor listrik, selenoida, atau

membran peneumatik. Sedangkan elemen kendali akhir biasanya berupa katup

kendali akhir (control valve) atau elemen pemanas.

1.2.6 Tanggapan Transien Sistem Tertutup

Jika ke dalam sistem pengendalian terjadi perubahan nilai acuan, idealnya

nilai variabel proses tepat mengikuti nilai acuan baru. Tetapi kondisi demikian

biasanyatidak terjadi. Nilai variabel proses akan mengalami beberapa kemungkinan

perubahan, yaitu:

Tanpa osilasi (everdamped)

Osilasi teredam (underdamped)

Osilasi kontinyu (sastrained oscilation)

Tidak stabil (amplitudo membesar)

Keempat tanggapan diatas dibuat dengan memberi masukan berupa step

function (fungsi langkah) yaitu dengan perubahan mendadak dari satu nilai

masukan konstan ke nilai masukan konstan yang lain. Besarnya perubahan tersebut

biasanya paling besar 10%.

Tanggapan tanpa osilasi bersifat lambat namun stabil. Sedangkan tanggapan

osilasi teredam mengalami sedikit gelombang di awal perubahan, dan selanjutnya

amplitudo mengecil dan akhirnya hilang. Tanggapan ini cukup cepat meskipun

terjadi sedikit ketidakstabilan. Pada tanggapan dengan osilasi kontinyu, variabel

proses secara terus menerus bergelombang dengan amplitudo dan frekuensi yang

tetap, terakhir, tanggapan tak stabil memiliki amplitudo besar, kondisi demikian

sangat berbahaya karena dapat merusak sistem keseluruhan.

Tanggapan teredam (ζ >1) Tanggapan osilasi teredam (0<ζ<1)

7

Osilasi kontinyu (ζ=0) Tak stabil (ζ<0)

y y

Gambar 2. Tanggapan sistem pengendalian simpal tertutup pada perubahan nilai

acuan

Dari keempat kemungkinan tadi, yang paling dihindari bahkan sama sekali

tidak boleh terjadi adalah tanggapan tidak stabil dengan amplitudo membesar.

Sedangkan tanggapan osilasi kontinyu dalam beberapa hal masih bisa diterima,

meskipun cukup berbahaya.

1.2.7 Pneumatik Valve

Udara merupakan sumber daya alam dan sangat mudah didapatkan sehingga

pada realisasi dan aplikasi teknik sekarang ini udara banyak digunakan sebagai

penggerak untuk mengontrol peralatan dan komponen-komponennya yang kita

kenal sekarang ini dengan PNEUMATIK.

Pneumatik berasal dari kata Yunani: pneuma = udara. Jadi pneumatik

adalah ilmu yang berkaitan dengan gerakan maupun kondisi yang berkaitan dengan

udara.Perangkat pneumatik bekerja dengan memanfaatkan udara yang

dimampatkan (compressed air). Dalam hal ini udara yang dimampatkan akan

didistribusikan kepada sistem yang ada sehingga kapasitas sistem terpenuhi. Untuk

memenuhi kebutuhan udara yang dimampatkan kita memerlukan Compressor

(pembangkit udara bertekanan). Debit yang diukur adalah m3/menit. Tekanan udara

yang dibutuhkan pada alat pengontrol pneumatik seperti silinder, katup serta

peralatan lainnya adalah 6 bar, supaya efektif dan efisien dalam penggunaannya

(range alat 3–10 bar). Dan untuk memelihara keawetan peralatan haruslah diperoleh

8

udara kering, yaitu agar tidak terjadi korosi pada pipa saluran udara, pelumasan

yang ada tidak terbawa uap air, tidak terjadi kontaminasi bila udara mampat

langsung kontak dengan produk yang sensitif seperti cat dan makanan.

Pneumatik dewasa ini memegang peranan penting dalam pengembangan

dan teknologi otomatisasi, di samping hidraulik dan elektronik/elektrik. Sebelum

1950, pneumatik banyak dipakai sebagai media kerja dalam bentuk energi

tersimpan. Tapi setelah 1950 dipakai dan dikembangkan sebagai elemen kerja.

Katup (valve)

1. Katup pengarah (Directional Control Valve), terdiri dari 2 jenis katup:

a) Katup poppet, yang bekerja dengan cara melepas dan menempelkan bola/piringan

terhadap dudukannya yang terpasang ‘seal’ yang bersifat elastis namun kuat.

Gaya untuk menggerakkan katup poppet relatif besar karena harus melawan gaya

pegas pada saat posisi kerja.

b) Katup geser (slide valve), yang bekerja dengan menggeser silinder atau piringan.

2. Katup searah (Non return valve), yang jenisnya antara lain:

a) Check valves: hanya mempunyai 1 inlet dan 1 outlet, dapat menutup aliran pada

satu arah aliran. Pada arah lainnya katup ini dengan bebas dapat mengalirkan

aliran udara dengan tekanan rendah.

b) Two pressure valve: mempunyai 2 inlet dan 1 outlet. Udara mampat mengalir

melalui katup ini bila sinyal udara terdapat pada kedua sambungan inlet. (= Logic

AND function)

c) Shuttle valve: (= Logic OR function) Udara mampat dapat mengalir dari salah

satu atau kedua saluran inlet menuju outlet.

d) Quick exhaust valve: berfungsi sebagai penambah kecepatan silinder. Dengan ini

memungkinkan waktu yang diperlukan untuk langkah kerja silinder terutama

untuk single act cylinder lebih singkat lagi.

3. Katup pengatur aliran (Flow control valve), berfungsi mengatur aliran udara

secara volumetrik.

a) Bi-directional flow control valve, mengatur udara ke dua arah.

9

b) One way flow control valve, mengalirkan udara ke satu arah untuk mengatur

kecepatan aktuator.

4. Katup pengatur tekanan (pressure valve), fungsinya mengatur besarnya tekanan

udara yang diperlukan.

a) Pressure regulating valve, berfungsi mengatur tekanan udara konstan yang

dibutuhkan. Tekanan input harus lebih besar dibandingkan dengan output.

b) Pressure limiting valve, biasanya dipakai sebagai katup pengamanan: untuk

menjaga tekanan maksimum yang diinginkan tidak akan terlewati. Bila tekanan

maksimum pada inlet sudah tercapai maka outlet akan membuka dan tekanan

udara yang berlebihan akan dikeluarkan ke udara bebas.

c) Katup berangkai (sequence valve), fungsinya juga untuk membatasi tekanan.

Biasanya dipakai pada kontrol pneumatik bila tekanan udara yang spesifik

dibutuhkan untuk menjalankan operasi/sistem.

5. Combinational valve

Beberapa katup yang fungsinya berbeda dapat digabungkan menjadi satu badan dan

disebut katup kombinasi. Jenisnya antara lain:

a) Time delay valve

b) Air control valve

c) 5/4 way valve: yang terdiri dari empat katup 2/2

d) Air operated 8 ways valve: terdiri dari 2 katup 4/2

e) Impulse generator: multi vibrator cycles

f) Vacuum generator with ejector

g) Steppler modules: untuk sequential control teste.

h) Command memory module: untuk start-up dengan signal input conditions.

Actuator dan Output

Actuator adalah bagian terakhir dari output suatu sistem kontrol pneumatik.

Output biasanya digunakan untuk mengidentifikasi suatu sistem kontrol ataupun

aktuator. Pada pneumatik, jenis aktuator ada bermacam-macam, diantaranya:

a) Aktuator gerakan linier:

- Single acting cylinder (silinder aksi tunggal)

10

- Double acting cylinder (silinder aksi ganda)

b) Aktuator gerakan berputar:

- Motor yang digerakkan oleh udara. Motor pneumatik adalah suatu

peralatan pneumatik yang menghasilkan gerakan putar yang sudut

putarnya tidak terbatas bila terhadap peralatan ini dialiri udara yang

dimampatkan. Ada 4 jenis motor pneumatik, yaitu piston motors, sliding

vane motors, gear motors, turbin.

- Aktuator yang berputar/gerakan putar.

11

BAB III

PENGOLAHAN DATA

3.1 Data Pengamatan

Variasi PB : 1% , 2%, 3% 5%

Variasi TI : 0,5 s ; 0,7s ; 1 s

12

Variasi TD : 5 s ; 10 s ; 15

3.2 Pembahasan

Pada percobaan kali ini menggunakan alat armfield PCT 40 control level. Pada

percobaan kali ini lebih pada pengamatan tanggapan alat dengan berbagai macam

atau jenis – jenis nilai P (proporsional), I (Integral), D (Derivative).

Pada dasarnya, prinsip percobaan kontrol level kali ini adalah berusaha mengatur

laju alir masuk dan laju alir keluar agar level pada bak operasi tetap pada level atau

keadaan yang diinginkan. Dalam praktikum kontrol, diharapkan agar sistem

pengendalian tersebut memiliki respon yang cepat, offset yang terjadi kecil, sehingga

errornya pun sekecil mungkin.

Pada percobaan ini yang bertindak sebagai control valve yaitu Hot Pump

Speed/Pneumatic dan proses variable yaitu level. Dari penggunaan sistem

pengendalian Proportional menghasilkan pengaruh jika Semakin besar Proportional

Band (PB) semakin cepat stabil tapi semakin jauh dari setpoint dan offset semakin

besar. Kemudian terhadap Integral time semakin besar nilai TI (Integral Time) maka

semakin besar jumlah pick sehingga semakin besar TI maka respon cenderung

semakin cepat serta terhadapa Derivative time yaitu semakin besar nilai TD maka

13

semakin cepat terjadinya kondisi konstan/tetap (settling time semakin cepat) dan

offset semakin kecil. Hal ini menyebabkan terjadi tanggapan osilasi teredam.

Dengan dilakukannya awal percobaan pengendalian terhadap Proportional Band

yang divariasikan (1%, 2%, 3%, 5%). Dari percobaan pertama variasi proportional

Band memberikan hasil tanggapan yang berbeda-beda. Pada nilai PB 1% hasilnya

yaitu tanggapan osilasi teredam yang jauh dari set point dan titak memberikan aksi

menuju set point, pada 2 % tidak stabil yang tidak memberi tanggapan, pada 3%

tanggapan teredam yang stabil dan pada 5% osilasi teredam. Mode pengendalian

yang baik ada pada PB 3%.

Integral Time yang divariasikan ( 0,5s, 0,7s, 1s) dan Proportional Band dibuat

konstan yaitu 3%. Dari ke tiga variasi didapatkan grafik bersosilasi kontinyu tetapi

yang paling stabil diantaranya yaitu Integral time 0,7s. Mode itu yang baik untuk

pengendalian selanjutnya.

Percobaan selanjutnya variasi terhadap nilai Derivatif time yaitu sebesar (5s,

10s, 15s). Dari percobaan pertama, PB 3%, TI 0,7s, TD 5s memberikan hasil

tanggapan osilasi kontinyu yang stabil, settling time yang cepa dan hampir

mendekati set point dengan offset 2. Kemudian pada percobaan kedua, PB 3%, TI

0,7s, TD 10s, memberikan hasil yang sama dengan percobaan kedua tetapi waktu

tanggapnya lebih lambat. Selanjutnya pada percobaan ketiga, PB 3%, TI 0,7s, TD

15s, memberikan tanggapan osilasi kontinyu diawal tetapi saat menit berikutnya

terjadi gangguan yang menyebabkan grafik tak stabil variabel prosesnya menjauhi

set point dan offsetnya besar.

Dari percobaan pengendalian ini yang paling akurat adalah percobaan dengan

mode pengendalian PB 3%, TI 0,7s, TD 5s. Hal ini dikarenakan pengendalian

tersebut menghasilkan pengendalian yang memiliki offset yang kecil dan terjadi pada

osilasi kontinyu yang stabil dan sehingga nilainya mendekati set point.

14

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :

Nilai pengendalian Proportional Band 3%, Integral Time 0,7s dan Derivative

Time 5s merupakan mode yang paling optimum dibandingkan mode lainnya,

karena memiliki offset kecil dan osilasi kontinyu yang stabil sehingga nilainya

mendekati set point.

15

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2012. “Pneumatik dan Elektro Pneumatik”. http://www.reocities.com/al_dodi/kerja/kp4a.pdf. 24 April 2015. 10.33.

Eko Naryono, dkk. 1995. “Pengendalian Proses Kimia”. Bandung: Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik.

Tim Penyusun Laboratorium Kontrol. 2015. “Penuntun Praktikum Laboratorium Kontrol”. Samarinda : Polnes.

16