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

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

Tanggal Praktikum: 20 Maret 2015Tanggal Pengumpulan Laporan: 26 Maret 2015

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNGTAHUN 2014BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangSatu besaran penting pada proses yang melibatkan cairan adalah tinggi permukaan cairanatau level. Pengendalian level menjadi faktor sangat penting pada proses.(1) Aliran cairan ke alat berikutnya diharapkan pada laju konstan. Untuk menjaga nilai laju alir perlu ditambahkan sebuah tangki yang berfungsi sebagai stabilisator.(2) Banyak fungsi unit proses berjalan baik jika bekerja pada level tetap. Sebagai contoh adalah level cairan pada bagian bawah kolom distilasi, level cairan pada drum refluks, level cairan pada reaktor tangki, dan level cairan pada separator gascair.

1.2 TujuanPraktikum ini memberi kompetensi dasar pada mahasiswa yaitu kemampuan untuk dapat mengendalikan sistem level.Adapun tujuan praktikum adalah mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respons level.

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 Jenis PengendaliDalam materi ini disajikan 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.Misalkan suhu kita diset pada 100oC.Thermoregulatorakan bekerja berdasarkan ketelitian dan kecepatan dalam mengukur suhu proses (sebagai contoh +/- 5). Jika suhu awal proses 60oC, maka pemanas akan bekerja pada sistem proses, sehingga suhu tercapai 105oC. Pada kondisi 105oC pemanas akan mati (off), jika suhu proses turun mencapai 95oC, pemanas akan menyala lagi. Dan seterusnya sehingga suhu real proses (95-105oC). Sebagian alat-alat dalam laboratorium di Jurusan Teknik Kimia Undip bekerja dengan model on-off controller ini. Tentu saja besar galat total selama proses akan menjadi besar.

2.3Sistem Pengendali FeedbackSistem pengendali feedback seperti dalam gambar 1 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 set point 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 set point-nya.Tergantung dari jenis feedback, dan besarnya konstanta kontroller yang digunakan, hasil manipulasi ini ternyata memberikan performansi yang berbeda, terutama apabila diukur dari berapa lama nilai output dapat kembali ke kondisi set point, dan berapa nilai total error-nya selama ada gangguan. Bahkan jika kontrolnya terlalu lemah, bisa saja nilai set point tidak dapat dipertahankan, dan proses akan gagal dalam menolak pengaruh gangguan. Sehingga produk yang dihasilkan tidak dapat dipakai.

2.4Jenis 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

3.1Alat dan Bahan

Keterangan gambar 1 :

(1) Bak berisi air(2) Pompa(3) Control valve(4) I/P Transducer(5) Udara instrumen(6) Manometer(7) Regulator tekanan udara

(8) Pengendali luar(9) Panel kendali(10) Komputer(11) Tangki Penampung(12) Katup buang manual(13) Sensor dan transmiter level(14) Katup solenoida

3.2 Cara Kerja3.2.1 Persiapan

1. Menghubungkan semua kabel sensor peralatan dengan control software atau apabila telah terpasang, hubungkan alat pada sumber listrik

2. Nyalakan komputer 3. Nyalakan CRL dengan menekan tombol power berwarna merah4. Aktifkan aplikasi pengendalian proses

3.2.2 Pengoperasian

1. Pilih pilihan Control PID

2. Pilih setpoint, PID Controller dan Konstanta Proporsional (Kc) dengan variasi (1, 2, 5 ) dan nilai Derivatif 0,00 dan Integral 0,01 pada set point 100 mm. Nilai untuk Konstanta Derivatif sebaiknya bernilai kecil dan nilai Konstanta Integral bernilai besar sehingga akumulasi error menjadi kecil dan mencegah berfungsinya sistem on/off di aktuator.Nilai Proposional, Nilai Integral, Nilai Derivatif

3. Mengaktifkan PID Controller, nilai muncul kemudian simpan nilainya. Mahasiswa akan mengamati gerakan valve yang mulai beroperasi.

4. Hubungkan pompa 1

5. Buka valve solenoid AVS-2

6. Controller akan memanipulasi posisi dari AVP-1 (Valve Proporsional) untuk mengatur aliran level yang dikontrol dari penyimpanan air menuju setpoint.

7. Lakukan langkah tersebut dengan memvariasikan nilai integral 0,1 dengan nilai deriviative 0,00 dan nilai integral 0,01 dengan nilai deriviative 0,1 pada nilai Kc yang lebih stabil

BAB IVHASIL PRAKTIKUM DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil PraktikumKcSet Point (mm)Integral Time (Ti)(min)Deriviative Time (Td)(min)Time(sec)

11000,010,00143,6

2

1000,010,0055,20

1000,100,0084,39

1000,010,1083,40

51000,010,0060,50

4.2 PembahasanPengendalian Level merupakan salah satu Sistem Pengendalian Proses yang menjadi informasi input adalah ketinggian level. Pengendalian level menjadi faktor sangat penting pada proses, yaitu aliran cairan ke alat berikutnya diharapkan berlangsung pada laju dan level konstan agar banyak fungsi unit proses berjalan baik. Untuk menjaga nilai laju alir perlu ditambahkan sebuah tangki yang berfungsi sebagai stabilisator. Pada praktikum pengendalian level ini memiliki tujuan untuk memberi kompetensi dasar yaitu kemampuan untuk dapat mengendalikan sistem level dan mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali pada respons level. Pengendalian level yang digunakan pada praktikum kali ini merupakan pengendalian level sistem proporsional, integral, dan deriviative (Level Control Loops) dengan memvariasikan nilai ketiga sistem.Hal yang pertama dilakukan yaitu menghubungkan sistem aliran listrik yang terdapat pada alat pengendaali, selanjutnya menylakan komputer dan kemudian mengaktifkan aplikasi pengendalian level. Setelah persiapan telah dilakukan, selanjutnya adalah menyalakan perralatan CRL dengan menekan tombol daya berwarna merah. Setelah alat pengendali dapaat digunakan selanjutnya pada aplikasi pengendalian proses pilih pilihan control 3 atau control PID dan pilih setpoint, PID Controller dan Konstanta Proporsional (Kc) dan nilai Integral dan masukan nilai setpoint 100, Kc (1, 2, 5), integral time 0,01 min, dan deriviative time 0. Setelah dimasukan ketiga nilai sistem tersebut selnjutnya aktifkan pompa 1 (AB-1) dan buka valve solenoid (AVS-1) dimana controller akan memanipulasi posisi dari AVP-1 (Valve Proporsional) untuk mengatur aliran level yang dikontrol dari penyimpanan air menuju setpoint dan selanjutnya aktifkan PID . Setelah didapat data yang labih stabil sealnjutnya variasikan integral menjadi 0,1 dengan deriviative 0 dan variasi integral 0,01 dengan deriviative 0,1 sehingga didapatkan hasil:Pada hasil praktikum dapat dilihat dimana hasil yang didapatkan yang lebih baik adlah Kc pada 2 dimana respon sistem lebih cepat dari nilai Kc yang lain. Hal ini sesuai dengan teori bahwa jika nilai Kc dinaikkan, respon system menunjukkan semakin cepat mencapai set point. Tetapi jika nilai Kc terlalu besar mengakibatkan system tidak stabil. Hal ini sesuai dengan hasil praktikum yang didapatkan. Hasil yang didapat setelah memvariasikan nilai integral time dan deriviative time menunjukan dimana integral time dan deriviative time semakin besar, maka waktu yang dibutuhkan semakin lambat dimana nilai integral time dan deriviative time yang lebih stabil digunakan adalah pada sebelum divariasikan dimana menurut teori bahwa nilai untuk konstanta derivatif sebaiknya bernilai kecil dan nilai konstanta Integral bernilai besar sehingga akumulasi error menjadi kecil yang mengakibatkan waktu pengendalian lebih cepat dan mencegah berfungsinya sistem on/off di aktuator.

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

4.1 KesimpulanDari hasil praktikum dapat disimpulkan :1. Pengendalian Level merupakan salah satu Sistem Pengendalian Proses yang menjadi informasi input adalah ketinggian level.2. Apabila nilai Kc dinaikkan, respon system menunjukkan semakin cepat mencapai set point. Tetapi jika nilai Kc terlalu besar mengakibatkan system tidak stabil.3. Nilai untuk konstanta derivatif sebaiknya bernilai kecil dan nilai konstanta Integral bernilai besar sehingga akumulasi error menjadi kecil yang mengakibatkan waktu pengendalian lebih cepat dan mencegah berfungsinya sistem on/off di aktuator.

4.2 SaranUntuk mengoptimalkan hasil praktikum, disarankan untuk menambah variasi nilai Kc, integral time, dan deriviative time agar hasil yang diperoleh lebih objektif.

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.

LAMPIRAN

Gambar 1. Kc = 1 mm

Gambar 2. Kc = 2 mm

Gambar 3. Kc = 5 mm

Gambar 4. Kc = 2 mm dengan Variasi Ti = 0,1 min

Gambar 5. Kc = 2 mm dengan Variasi Td = 0,1 min