Flow Control

 

LAPORAN PRAKTIKUM KONTROL PRAKTIKUM FLOW CONTROL

DISUSUN OLEH :   NAMA / NIM : 1. Syarifuddin Husain Husain 2. Fachri 3. Putriani 4. Dwi Asriyanti JENJANG : D3 KELAS : IV B KELOMPOK : 2 (Dua)

( 14 614 003 ) ( 14 614 013 ) ( 14 614 014 ) ( 14 614 019 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI D3 PETRO DAN OLEO KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA 2016/2017 1 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

BAB I  PENDAHULUAN

1.1 

Tujuan Percobaan   Memahami sistem pengendalian flow 

  Mengetahui pengaruh mode PID ( Proportional Integral Derivative) 

1.2 

Dasar Teori

1.2.1  Definisi Pengendalian Proses Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian secara 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. 1.2.2  Jenis Variabel Jenis variabel yang mendapatkan perhatian penting dalam bidang pengendalian  proses adalah variabel proses (process variable, PV) atau PV) atau disebut juga variabel terkendali (controlled variable). variable). Variabel proses adalah besaran fisik atau kimia yang menunjukkan keadaan proses. Variabel ini bersifat dinamik artinya nilai variabel dapat berubah spontan atau oleh sebab lain baik yang diketahui maupun tidak. Diantara banyak macam variabel  proses , terdapat empat macam variabel dasar, d asar, 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)  MV)  atau variabel pengendali. Sedang nilai yang diinginkan dan dijadikan acuan atau referensi variabel proses disebut nilai acuan ( setpoint value, SV).  SV).  Selain ketiga jenis variabel tersebut masih terdapat variabel lain yaitu

2 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

gangguan (disturbance) (disturbance) baik  baik yang terukur (measured disturbance) maupun disturbance) maupun tidak terukur (unmeasured disturbance)  disturbance)  dan variabel keluaran tak terkendali (uncontrolled output variable). Variabel 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

Variabel tak terukur

Sistem Proses 

Variabel tak terkendali

Variab Var iabel el Termani Termani ulasi ulasi

Gambar 1. Jenis variabel dalam sistem proses

Sebagai contoh proses destilasi fraksionasi dalam kolom piring memiliki jenis variabel sebagai berikut : -  Gangguan terukur

:

laju alir umpan

-  Gangguan tak terukur

:

komposisi umpan

-  Variabel termanipulasi

:

- laju refluks - laju kalor ke pendidih ulang - laju destilat - laju produk bawah - laju alir pendingin

-

Variabel terkendali

:

- komposisi destilat - komposisi produk bawah - tinggi permukaan akumulator refluks - tinggi permukaan kolom bawah - tekanan kolom

3 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

-

1.2.3

Variabel tak terkendali

:

suhu tiap piring sepanjang kolom.

Jenis Sistem Pengendalian

1.2.3.1 Sistem Pengendalian Simpal terbuka dan Tertutup Berdasarkan atas ada atau tidak adanya umpan balik, sistem pengendalian dibedakan atas sistem pengendalian simpal terbuka (open  –   loop control system) dan sistem pengendalian simpal tertutup (closed loop control system). Sistem pengendalian simpal terbuka bekerja tanpa membandingkan variabel  proses yang dihasilkan dengan nilai acuan yang diinginkan. Sistem ini bekerja semata  –   mata bekerja atas dasar masukan yang telah dikalibrasi. Sebagai contoh sederhana adalah keran air yang terkalibrasi. Dengan memandang keran sebagai suatu sistem, maka bukaan keran (sudut putaran keran) adalah sebagai masukan dan laju alir air sebagai keluaran sistem. Berdasarkan hukum dinamika fluida, laju air tergantung pada beda tekanan yang melintas keran. Misal pada posisi keran X1 dengan beda tekanan P2 mengalir air pada laju Q2 (gambar 2.2). Jika oleh sebab tertentu tiba  –  tiba   tiba beda tekanan berubah menjadi P1, maka posisi keran tetap X1 dan menghasilkan laju alir Q1. Dengan demikian sistem  pengendalian simpal terbuka tidak dapat mengatasi perubah perubahan an beban atau gangguan yang terjadi. Meskipun dari uraian di atas, sistem simpal terbuka merupakan sistem yang  buruk, karena tidak mampu mengatasi gangguan, tetapi memiliki keuntungan sebagai  berikut :

  Lebih murah dan sederhana dibandingkan sistem simpal tertutup



  Jika sistem mampu mencapai kestabilan sendiri, maka akan tetap stabil



Untuk mengatasi kekurangan sistem simpal terbuka , operator pabrik akan mengatur kembali besarnya gangguan agar diperoleh sasaran yang diinginkan. Tetapi dengan tinadakan operator ini berarti telah membuat sistem simpal tertutup.Berbeda dengan sistem simpal terbuka , pada sistem pengendalian simpal tertutup terdapat tindakan membandingkan nilai variabel proses dengan nilai acuan yang diinginkan.

4 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

Perbedaan ini digunakan untuk melakukan koreksi sedemikian rupa sehingga nilai variabel proses sama atau dekat dengan nilai acuan. Dengan demikian terdapat mekanisme umpan balik. Sehingga sistem pengendalian simpal tertutup lebih dikenal dengan sistem pengendalian umpan balik.

P1

Q 1

P2 Q 2

P3

Q 3

keran X1

Keran air X 

terkalibrasi

Q  

Gambar 2. Sistem Pengendalian Simpal Terbuka

Meskipun sistem simpal tertutup mampu mengatasi gangguan atau perubahan  beban tetapi memiliki kelemahan sebagai berikut :   Lebih mahal dan kompleks dibanding sistem simpal terbuka   Dapat membuat sistem tidak stabil, meskipun sebenarnya tanpa umpan balik sistem

dapat mencapai kestabilan sendiri.

1.2.3.2 Sistem Pengaturan dan Pengendalian Berdasarkan nilai acuan, sistem pengendalian umpan balik dibedakan atas dua  jenis yaitu sistem pengendalian dengan nilai acuan acu an tetap (dibidang elektro sering disebut sistem pengaturan) dan sistem pengendalian dengan nilai acuan berubah (dibidang mekanik sering disebut sistem pengendalian, sistem servo atau tracking). Tujuan utama

 5 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

sistem pengaturan adalah mempertahankan agar nilai variabel proses tetap pada nilai yang diinginkan. Sedangkan pada sistem pengendalian, tujuan utamanya adalah mempertahankan agar nilai variabel proses mengikuti perubahan nilai acuan. Di bidang teknologi proses termasuk teknik kimia, meskipun hampir semuanya  bekerja dengan titik acuan tetap tetapi lebih populer dengan istilah sistem pengendalian dan bukan sistem pengaturan. Hal ini disebabkan karena istilah pengendalian lebih mencerminkan kondisi dinamik.

1.2.3.3 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 negatif. Artinya jika nilai variabel  proses berubah terdapat umpan balik yang melakukan tindakan untuk memperkecil  perubahan itu. 1.2.4  Langkah Pengendalian Langkah –  langkah  langkah pengendalian adalah sebagai berikut : a.  Mengukur Tahap pertama dari langkah pengendalian adalah mengukur atau mengamati nilai variabel proses  b. Membandingkan Hasil pengukuran atau pengamatan variabel proses (nilai terukur) dibandingkan dengan nilai acuan (setpoint) c. Mengevaluasi Perbedaan antara nilai terukur dan nilai acuan dievaluasi untuk menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas perbedaan itu d. Mengoreksi Tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses agar perbedaan nilai terukur dan

6 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin. 1.2.5  Instrumentasi Proses Pelaksanaan keempat langkah pengendalian seperti yang telah dijelaskan pada point 1.2.4 memerlukan instrumentasi berikut : a.

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 di bidang pengendalian proses adalah berupa sinyal pneumatik (tekanan udara) dan sinyal listrik. Unit pengukuran terdiri atas dua  bagian besar yaitu : 1.  Sensor yaitu elemen perasa yang langsung bersentuhan dengan variabel proses 2.  Transmiter yaitu bagian yang berfungsi mengubah sinyal dari sensor (gerakan mekanik, perubahan hambatan, perunahan tegangan atau arus) menjadi sinyal standar. Dalam bidang pengendalian proses, istilah transmiter lebih populer dibandingkan dengan tranduser. Meskipun keduanya berfungsi serupa, tetapi transmiter mempunyai makna pengirim sinyal pengukuran ke unit pengendali yang biasanya terletak jauh dari tempat pengukuran, ini lebih sesuai dengan keadaan sebenarnya di pabrik.  b.

Unit Pengendali Bagian ini bertugas membandingkan, mengevaluasi, dan mengirimkan sinyal ke

unit kendali akhir. Evaluasi yang dilakukan berupa operasi matematika seperti  penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian , integrasi dan diferensiasi. Hasil evaluasi berupa sinyalkendali yang dikirim ke unit kendali akhir. Sinyal kendali berupa sinyal standar yang serupa dengan sinyal pengukuran. c.

Unit kendali akhir Bagian ini bertugas menerjemahkan sinyal kendali menjadi aksi atau tindakan

koreksi melalui pengaturan variabel termanipulasi. Unit ini terdiri atas dua bagian besar, yaitu aktuator dan elemen kendali akhir. Aktuator adalah penggerak elemen kendali

7 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

akhir. Bagian ini dapat berupa motor listrik, solenoida dan membran pneumatik. Sedangkan elemen kendali akhir biasanya berupa katup kendali (control valve) atau elemen pemanas. 1.2.6  Diagram Blok Penggambaran suatu sistem atau komponen dari sistem dapat berbentuk blok (kotak) yang dilengkapi dengan garis sinyal masuk dan keluar. Sinyal dapat berupa arus listrik, tegangan (voltase), tekanan, aliran cairan, tekanan cairan, suhu, pH, kecepatan,  posisi dan sebagainya. Sinyal Sin yal yang perlu digambarkan digamba rkan hanyalah han yalah sinyal masuk dan d an sinyal keluar yang secara langsung berperan dalam sistem. Sedangkan sumber energi atau massa yang masuk biasanya tidak digambarkan. Diagram blok lengkap sistem pengendalian flow digambarkan sebagai berikut :

-

W +

 

r

 

e y

GC

U

 

+

GV

M

GP

C

-

H Gambar 3. diagram blok lengkap pengendalian flow

Keterangan gambar : +

r   e 

= =

nilai acuan atau setpoint value (SV) sinyal galat (error) dengan e = r – y

y 

=

sinyal pengukuran

u

=

sinyal kendali

+

=

variabel termanipulasi

W 

-

=

variabel gangguan

C

=

variabel proses

M  

8 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

GC 

=

komputer

GV 

=

katub pengendali

GP 

=

sistem proses

H 

=

transmitter

Fungsi Alih

9 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

Diagram Instrumentasi Pengendalian Proses Control Flow

FIC

FT

GV

Gambar 4. Diagram Instrumentasi Pengendalian Proses Control Flow

Keterangan : FC

: Unit Pengendalian Flow (flow controller)

FT

: Unit Pengukuran (flow transmitter)

GV

: Unit Control Akhir (pompa A)

Flow dideteksi oleh sensor dan dikirim oleh bagian transmitternya (FT) ke unit  pengendali flow (FC). Didalam unit pengendali flow akan dibandingkan dengan acuan yang diharapkan. Jika tidak sesuai dengan acuan, maka unit pengendali akan memberi sinyal ke unit kendali akhir untuk melakukan aksi.

10 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

BAB II METODOLOGI

2.1

Alat dan Bahan 

  Alat yang digunakan adalah PCT-40    Bahan yang digunakan adalah air  



2.2

Prosedur Kerja

1.  Memastikan bahwa peralatan telah terhubung dengan benar, seperti kabel USB dan selang pembuangan di bawah tangki. 2.  Menyalakan Komputer dan alat. 3.  Mengklik dua kali ikon PTC-40. 4.  Pilih Section 9 : Flow Control  lalu  lalu klik load.

5.  Mengklik ikon View Graph lalu klik Format  dan  dan pilih Graph Data. Graph lalu klik Format  Data. 6.  Pindahkan Pindahkan Run  Run 1 Pump A Speed N1 dari N1  dari kotak kiri ke kanan dengan mengkil panah yang  berada diantara 2 kotak tersebut. 7.  Mengklik ikon View Diagram  Diagram  8.  Mengklik ikon PID ikon PID lalu  lalu setting:  

 Proportional Band  (P)  (P) : 2

 

Integral Time (I)

:0

 

Derivative Time (D)

:0

 

Set Point

 

Pilih “Mode of Operation” Automatic  Automatic 

 

Klik OK

: 175

9.  Menutup valve SOL 1 dengan 1 dengan mengklik ikon SOL 1. 1. 10.  Klik ikon GO GO.. 11.  Mengamati respon yang terjadi dengan membuka grafik dan table data dengan cara klik

11 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

ikon graphics ikon  graphics.. 12.  Mengulangi langkah 6 hingga 10 dengan memvariasi nilai  Proportional Band   dengan nilai 5, 8, 12, 25, dan 50 13.  Mengulangi langkah 6 hingga 10 dengan  Proportional Band   : 12 ; dan nilai  Integral Time dengan Time  dengan variasi 5, 10, 15, 20, 25 dan 30. 14.  Mengulangi langkah 6 hingga 10 dengan  Proportional Band   : 12 ; dan nilai  Integral Time : Time  : 10 ; dan nilai Derivative nilai Derivative Time dengan Time dengan variasi 5, 10, 15, 20, 25 dan 30. 15.  Menyimpan semua data dalam bentuk Microsoft bentuk Microsoft Excel (.xls)  (.xls) 

12 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil Pengamatan

Grafik-grafik hasil praktikum dapat dilihat pada lampiran.

3.2 Pembahasan

Praktikum kali ini adalah control flow merek flow merek PTC-40. Ada pun tujuan dari praktikum kali ini adalah mengenal peralatan yang digunakan dalam control flow, flow, mengetahui prinsip kerja dari sensor, mengamati prinsip kerja sistem control flow, flow, mengamati respon dari mode  pengendalian P, PI, dan PID. Pada unit ini yang merupakan variable proses adalah laju alir pada sistem proses yaitu pipa. Variabel termanipulasi pada proses ini adalah laju alir dari control valve. valve. Dalam  pengendalian ini terdapat variabel gangguan sehingga variabel proses tidak sesuai atau  bahkan jauh dari setpoint, yaitu laju alir dari pompa. Pada praktikum ini nilai yang diinginkan atau dicapai (Setpoint) yaitu 700. Pengendalian dengan mode P ( Proportional ) dilakukan dengan nilai 5%, 10%, 20%, 30%, 40% dan 80%. Pada Proportional Pada  Proportional Band   5%, tanggapannya merupakan osilasi kontinu sama halnya pada Proportional pada  Proportional Band   10%, tetapi nilai flownya berbeda yaitu pada PB 5% nilai flownya 500-700 sedangkan pada PB 10% nilai flownya 500-600. Pada  Proportional Band   20% terjadi tanggapan osilasi teredam. Sama halnya pada  Proportional Band   30%, 40% dan 80%  80%  tetapi yang berbeda yaitu yaitu nilai flownya dan tingkatan terjadinya osilasi osilasi teredam ( PB mencapai 20% menghasilkan tanggapan osilasi teredam hingga keadaan stabil pada waktu yang semakin singkat/cepat dan semakin jauh dari nilai setpointnya). Sehingga dapat

13 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

disimpulkan Semakin besar Proportional besar  Proportional Band  (PB)   (PB) semakin cepat stabil tapi semakin jauh dari setpoint dan offsetnya semakin besar. Pada mode pengendalian PI ( Proportional  Proportional Integral)  Integral)  dilakukan dengan nilai  Integral Time   0,1%, 1%, 0,3%, 0,7%, 1,2% dan 1,5% dengan nilai  Propotional Band   tetap yaitu Time 20%. Pada PB 20% terjadi osilasi teredam dan nilai nilai jjauh auh dari setpoint, tetapi ketika ditambah  Integral Time  Time  terjadi osilasi yang cenderung kontinu atau tidak stabil dan nilai semakin mendekati nilai setpointnya sehingga offsetnya kecil. Pada semua variasi yang dimasukkan pada Integral pada Integral Time, Time, semakin besar nilai TI ( Integral Time) Time) maka semakin besar  jumlah pick   jumlah  pick  sehingga  sehingga semakin besar TI maka respon cenderung semakin cepat. Pada mode pengendalian PID ( Proportional Integral Derivatif ) dilakukan dengan  Derivatif Time yaitu Time yaitu 0,1%, 1,5%, 1%, 2%, 3% dan 4% dengan PB 20% dan TI 1,2%. Pada Pengendalian mode PB 20%d an TI 1,2% terjadi tanggapan osilasi kontinu

dan dekat

dengan nilai setpointnya tetapi ketika ditambahan  Derivatif Time  Time  (TD) terjadi tanggapan osilasi teredam, sehingga semakin besar nilai TD maka semakin cepat terjadinya kondisi konstan/tetap (settling time semakin cepat) dan offset semakin kecil. Dari percobaan yang dilakukan, pengendalian yang paling optimal yaitu pada mode  pengendalian P ( Proportional   Proportional ) dengan nilai PB 5% TI 0% TD 0%. Hal ini dikarenakan, settling time sangat kecil dan terjadi pada kondisi konstan pada nilai yang diinginkan (Setpoint).

14 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

BAB IV PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :

  Semakin besar Proportional besar Proportional Band (PB) semakin cepat stabil tetapi semakin jauh dari



setpoint dan offsetnya semakin besar.

  Semakin besar TI maka respon cenderung semakin cepat dan semakin mendekati nilai



setpointnya.

  Semakin besar nilai TD maka semakin cepat cep at terjadinya kondisi konstan/tetap (settling



time semakin cepat) dan offset semakin kecil. 

  Pada mode pengendalian P ( Proportional ) dengan nilai PB 5% TI 0% TD 0% yang  paling optimal.

15 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

DAFTAR PUSTAKA

Thahrir, Ramli dkk. 2012. “Penuntun

Praktikum Laboratorium Instrumentasi Instrumentasi dan

Kontrol”.Samarinda : Polnes 

16 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

LAMPIRAN

Proportional Band_5

17 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

Proportional Band_5, 10_, _15, Dan 30

PB_5 PB_10 PB_15 PB_30 Setpoint Value (Sv)

18 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

Proportional Band_15, Dan Integral Time_1

19 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

Proportional Band_15, Dan Integral Time_1_3_5_10_15_20

PB_15_TI_1 PB_15_TI_3 PB_15_TI_5 PB_15_TI_10 PB_15_TI_15 PB_15_TI_20 Setpoint Value (Sv)

20 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

 

Proportional Band_15, Integral Time_10, Dan Integral Derivative_1

21 LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL  JURUSAN TEKNIK TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA