Konfigurasi Pengendalian Suhu Dan Level

LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2015

MODUL

: KONFIGURASI PENGENDALIAN LEVEL DAN SUHU PEMBIMBING

PEMBUATAN

: Ir.Umar Khayam

: 20 Mei 2015

PENYERAHAN : Mei 2015

Oleh : Irma Nurfitriani

131411013

2 A- D3 Teknik Kimia Kelompok 3

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2015

KONFIGURASI PENGENDALIAN SUHU DAN LEVEL

I.

TUJUAN

1. Melakukan identifikasi unit-unit/elemen-elemen pengendalian proses. 2. Menjelaskan jenis alat beserta fungsinya pada setiap unit/elemen pengendalian proses. 3. Melakukan identifikasi variable-variabel/sinyal-sinyal pengendalian proses dan media transmisinya.

II.

DASAR TEORI Sistem proses adalah rangkaian oprasi yamg melakukan konversi material secara

fisika-kimia sehingga material yang dihasilkan memiliki “keadaan” yang lebih bermanfaat. Keadaan itu dapat berupa besaran fisik atau kimia, seperti suhu (T), tekanan (P), laju alir (F), tinggi permukaan cairan (L), komposisi, pH dan lain sebaginya. Peranan pengendali proses pada dasarnya adalah usaha untuk mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai dengan yang diinginkan. Jenis-jenis variabel yang berperan dalam sistem pengendalian adalah: 1. Process Variable (PV) adalah besaran fisik atau kimia yang menunjukan keadaan sistem proses yang dikendalikan agar nilainya tetap atau berubah mengikuti alur tertentu (variabel terkendali). 2. Manipulited Variable (MV) adalah variabel yang digunakan untuk melakukan koreksi atau mengendalikan PV (variabel pengendali). 3. Set Point (SP) adalah nilai variabel proses yang diinginkan (nilai acuan). 4. Gangguan (W) adalah variabel masukan yang dapat mempengaruhi nilai PV tetapi tidak digunakan untuk mengendalikan. 5. Variabel keluaran tak terkendali adalah variabel yang menunjukan keadaan sistem proses tetap tidak dikendalikan secara langsung. Pengendali proses adalah bagian dari pengendali automatik yang diterapkan dibidang teknologi proses untuk menjaga kondisi proses agar sesuai dengan yang diinginkan. Seluruh komponen yang terlibat dalam pengendalian proses disebut sistem pengendalian atau sistem kontrol. Langkah-langkah penendalian proses adalh sebagai berikut : 1. Mengukur, artinya mengamati nilai variabel terukur.

2. Membandingkan, artinya hasil pengukuran atau pengamatan variabel proses (nilai terukur) dibandingkan dengan noilai acuan (set point). 3. Mengevaluasi, artinya perbedaan antara nilai terukur dengan nilai acuan dievaluasi untuk menentukan langkah atau cara melakukan koreksi atas kesalahan itu. Mengoreksi, artinya tahap ini bertugas melakukan koreksi variabel proses, agar perbedaan dengan variabel terukur dan nilai acuan tidak ada atau sekecil mungkin

III.

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Data Pengamatan 3.1.1 Konfigurasi Pengendalian Suhu skala Laboratorium

Gambar 1. Rangkaian Plant Plate Heat Exchanger skala Laboratorium Masukkan No

1.

Unit

Unit Proses

Nama Alat

Spesifikasi

Keluaran

Nama

Jenis

Nama

Jenis

Variabel

Besaran

Variabel

Besaran

Suhu Laju

Plate Heat

MV

Exchanger

Alir Air

Suhu Laju PV

Masuk

Alir Air Keluar

PT-13RH dan Pt

2.

Unit Pengukuran

Sensor

French to

Termocouple

NFE-18001

(RCA)

Temp

PV

Suhu

Sinyal

Sinyal

Pengukuran

Elektrik

Sinyal

Sinyal

Kendali

Elektrik

Range 0 to 1600 0C

3.

Unit

Modul PCT

Kendali

10

Suhu aliran Set Point

masuk yang diinginkan

Sinyal pengukur

Arus

an Unit 4.

Pengubah

I/P converter

(Transducer

Sinyal

Sinyal

Sinyal

Kendali

elektrik

pneumatic

Sinyal

Sinyal

Kendali

Elektrik

Tekanan

) Diameter :

Unit 5.

Kendali

Control valve

Akhir

4,8 cm Tinggi :

Suhu Laju MV

Alir Air Masuk

11,2 cm Gangguan Gangguan

r

-

e

+

e

UnitKendali

Unit Kendali

u

UnitKendali Akhir

Unit

m

Unit Proses

u

KendaliAkhir

m

Unit Proses (PHE)

R

c

+ Unit Pengukuran y

Sensor dan Transmitter Suhu

y

Gambar 2. Diagram Blok Pengendalian Suhu pada Plant Plate Heat Exchanger

Keterangan : c = variabel proses (PV) terkendali y = variabel proses (PV) terukur r = setpoint (SP) e = error (y-r) u = sinyal kendali (controller output) m = manipulated variable (MV)

Tabel 2 Gambar Alat Proses Pengendalian Suhu pada plant plate heat exchanger. NO GAMBAR ALAT

KETERANGAN

1

Rangkaian proses pengendalian suhu pada plant plate heat exchanger skala Laboratorium

2

Unit proses (Plate Heat Exchanger) yang harus dilakukan proses pengendalian suhu

3

Sensor yang terdapat pada proses pengendalian suhu plant plate heat exchanger. Sensor yang digunakan berupa sensor termokopel tipe R.

4.

Unit kendali (controller) suhu pada plant plate heat Exchanger.

5.

Unit kendali akhir (final control element) berupa aktuator.

6.

Water bath sebagai

Manipulated Variable

3.1.2 Konfigurasi Pengendalian Suhu Skala Pilot Plant

DATA TABULASI ELEMEN-ELEMEN PENGENDALIAN SUHU

Gambar 3 Rangkaian destilasi Pilot Plant



ANALISIS PENGAMATAN Temperatur pengendali yang diamati : TRC3 TRC 3 merupakan pengendali suhu pada system pendingin.

a. V1 (Condenser Cooling Water) Untuk mengatur laju alir air pendingin yang masuk ke kondensor b. F14 (Condensor Cooling Water) Untuk mengukur laju alir air pendingin yang masuk ke kondensor c. F5 (Condensor Cooling Water flow observer) Untuk mengatur laju alir air pendingin secara otomatis karena dihubungkan dengan laju steam yang masuk ke FFE. d. TR 1 (Condensor water Supply Temperature) Untuk mengukur temperatur air pendingin yang masuk ke kondensor e. TI 22 (Condensor Outlet Distilate Tempature) Untuk mengukur temperatur distilat yang keluar dari kondensor f. TIA 21 (Condensor Vent High Alarm) Untuk mengukukur temperatur pada kondensor dimana jika suhunya terlalu tinggi maka alarm akan menyala. g. TRC 3 (Condensor Water Outlet) Untuk mengukur suhu air pendingin yang keluar dari kondensor.



Alat-alat yang terlibat pada sektor 5 : Symbol

Description

Type

W1

Condenser

Shell and Tube

V1

V4

FI-4

Condenser Cooling Water Evaporator Steam Supply Condenser Cooling Water

Material

Remarks

DURAN

DN 200

Glases

Pneumatic

H77159-A10

GG 25

-

-

Rotameter

Stainless Steel

A 3 U ex

Stainless Steel

Control Valve Solenoid Valve

Condenser F-5

Cooling Water

Local Indication Switching of Valve V3

Absorber TR-1

Condenser Water

7HC108-

Supply

10A11

Stainless Steel

-

DURAN

Local

Glases

Indication

DURAN

Local

Glases

Indication

Condenser TI-22

Outlet Distillate

Mercury

Temp TIA-21

TRC-3

Condenser Vent High Alarm

Mercury

Condenser Water

7HC108-

Outlet

10A11

Stainless Steel

Control of Cooling Water

Tabel 3. Alat-alat pada sektor 5 

No

1.

Unit

Unit Proses

Pengendalian Secara Keseluruhan

Nama Alat

Spesifikasi/Kap asitas

Sinyal Masuk Variabel

Manipulated Kondensor

-

Variable (MV)

Jenis besaran Laju alir air pendingin masuk

Sinyal Keluar Variabel

Jenis besaran

Process Variable (PV)

Suhu

Unit 2.

Penguk

Process TR1

uran

3.

4.

5.

Unit Kendali

TRC3

Unit

Transduser

Pengub

(didalam

ah

unit

Sinyal

kendali)

Unit

Control

Kendali

Valve V1

PT 100

-

-

-

Akhir 

Diagram Pengendalian Proses

Variable

Suhu

(PV)

Sinyal

Elektrik

Pengukuran

Sinyal

Elektrik

Kendali

Sinyal Kendali

Sinyal

Sinyal

Sinyal

Pengukuran

Elektrik

Sinyal

Sinyal

Kendali

Elektrik

Sinyal

Sinyal

Kendali

Pneumatik

MV

Laju alir

Pneumatik (Manipulate d Variable)

air pendingin

3.1.3 Konfigurasi Pengendalian Level Skala Laboratorium

Data Pengamatan Konfigurasi Pengendalian Level

Tabulasi

Masukan No

Unit

Nama Alat

Spesifikasi

Keluaran Jenis/

Nama

Jenis/

Besaran

Variabel

Besaran

Laju alir

PV (Process

umpan

Variabel)

Nama Variabel

 Diameter 1

Unit Proses

Tangki

tangki =

MV

15.45 cm

(Manipulated

 Tinggi tangki

Variabel)

Ketinggian cairan / level

= 70cm

2

3

Unit

Level

Pengukuran sensor

Unit

P/I

-

PTX 510

PV

Ketinggian

(Process

cairan /

Variabel)

level

Sinyal

Tekanan

Sinyal

Tekanan

pengukuran

hidrostatik

Sinyal

Sinyal

Pengubah

Transmitter S/N 711701

pengukuran

hidrostatik

pengukuran

elektrik

4-20 Ma 9-30 V DC

C.R.L 4

Unit

(Level

Italia Didacta

Sinyal

Sinyal

Sinyal

Sinyal

Kendali

Regulation

cod 916922

Pengukuran

Elektrik

Kendali

elektrik

Sinyal

Sinyal

Sinyal

Elektrik

Kendali

pneumatik

Controller)

5

Unit

I/P

Pengubah

Transducer

20-100 KPa Sinyal kendali 4-20 mA Pneumatic control valve Type : M 77159

Unit 6

Kendali Akhir

Control Valve

Material : 6625,stainless steel Remarks : DN 15 KVs : 4.0 Diameter:28cm

Sinyal Kendali

Sinyal Pneumatik

MV (Manipulated Variabel)

Laju alir umpan

Diagram Blok Konfigurasi Pengendalian Level

Diagram Instrumentasi Pengendalian Level

Hasil Praktikum a. Pada sistem di atas yang merupakan unit proses adalah pipa. Aliran yang menuju dan keluar dari pipa yang akan dikendalikan agar besarnya sesuai dengan set point yang telah ditentukan.

b. Pada sistem di atas yang merupakan unit pengukuran adalah turbinmeter. Sinyal yang masuk pada unit pengukuran adalah aliran air (pneumatic), yang kemudian diubah menjadi sinyal elektrik. c. Manometer sebagai Local Indicator d. Unit kendali merupakan unit yang menerima dan mengolah sinyal yang dikirim oleh unit pengukuran. Pada unit ini nilai yang didapat dari hasil pengukuran akan dibandingkan dengan nilai set point. Setelah membandingkan, unit pengendali akan memberikan perintah pada unit kendali akhir untuk melakukan eksekusi e. Unit kendali akhir merupakan unit yang akan melakukan tindakan akhir sesuai dengan perintah dari unit kendali. Pada pengendalian aliran unit kendali akhir adalah control valve. Cara kerja control valve adalah dengan membuka atau menutuo katup sehingga laju alir akan naik atau turun.

3.2 Pembahasan Pada praktikum kali ini adalah konfigurasi pengendalian suhu dan level yang bertujuan untuk melakukan identifikasi unit-unit/elemen-elemen pengendalian proses, menjelaskan jenis alat beserta fungsinya pada setiap unit/elemen pengendalian proses dan melakukan identifikasi variable-variabel/sinyal-sinyal pengendalian proses dan media transmisinya. Konfigurasi merupaka susunan dari alat-alat tertentu sedangkan konfigurasi pengendalian merupakan suatu struktur informasi yang digunakan sebagai susunan alat-alat yang sistematis untuk membentuk sistem fungsi pengendalian yang menghubungkan variable pengukuran terhadap variable yang akan dimanipulasi. Pengendalian sangat penting dilakukan agar proses yang terjadi di suatu industri dapat mencapai tiga aspek yaitu keselamatan (safety) selama proses berlangsung, prosesnya stabil yaitu tidak fluktuatif, serta agar diperoleh keuntungan ekonomi yang tinggi. Pada pengendalian suhu dan level terdapat jenis-jenis variabel yang berperan dalam sistem pengendalian yaitu proses variabel (PV), manipulated variabel (MV), set point (SP), gangguan (W) dan variabel keluaran. Sementara unit yang terdapat pada sistem pengendalian meliputi unit proses, unit pengukuran, unit kendali, unit pengubah, dan unit kendali akhir. Pada konfigurasi pengendalian suhu dan level ini dilakukan pada skala laboratorium dan skala pilot plant. Untuk skala pilot plant dilakukan pengmatan pada plant destilasi khususnya pada sektor 5 yaitu pada kondensor. Pada kondensor tersebut terjadi proses

perubahan fasa dari uap menjadi cair sehingga suhu dalam kondensor dikontrol supaya perubahan fasa tersebut tercapai. Sektor 5 merupakan sektor pendingin dimana sektor tersebut terdiri dari beberapa instrument penting diantaranya Condenser (W1).Condenser tersebut merupakan tempat terjadinya perubahan uap distilat menjadi cairan karena adanya penyerapan panas oleh air pendingin yang masuk. Kolom pendingin diisi dengan air pendingin dengan cara membuka inlet V1 (Condenser Cooling Water) dan outlet kolom pendingin yang dapat kita atur secara otomatis pada bagian kontrol panel dengan memasukan nilai suhu outlet (TI 22) yang diinginkan atau mengatur besarnya bukaan pada bagian inlet (F 14) secara manual. Kolom pendingin harus terisi terlebih dahulu sebelum dilakukan proses pemanasan diaktifkan agar tidak terjadi overheating pada unit distilasi yang akan menyebabkan kegagalan operasi distilasi ataupun kerusakan alat. Dalam proses, suhu reaktor akan diukur oleh temperatur sensor dan transmitter yang akan mengukur besarnya suhu dalam bentuk sinyal listrik. Hasil pengukuran tersebut kan dikirimkan menuju temperature control. Pada unit pengendali ini, hasil pengukuran suhu yang dilakukan oleh unit pengukuran kemudian akan dibandingkan oleh unit temperature control ini yaitu antara suhu reaktor nyata (variabel proses) dengan nilai suhu yang diinginkan (set point). Setelah kedua nilai tersebut dibandingkan, dilakukan evaluasi terhadap suhu yang diinginkan. Dari hasil evaluasi tersebut, unit pengendali ini akan mengirimkan sinyal kendali berupa sinyal elektrik menuju unit kendali akhir „control valve’. Namun, katup kendali ini tidak mampu membaca sinyal elektrik ini, sehingga sinyal kendali yang dikirimkan oleh unit pengendali akan diubah menjadi sinyal peneumatik oleh transduser I/P. Sinyal pneumatik dengan nilai tertentu, mampu menggerakkan digfragma dari control valve, sehingga unit kendali akhir ini dapat melakukan tugasnya sebagai unit pengoreksi. Bukaan katup pada kontrol katup merupakan tindakan pengoreksian yang dilakukan oleh sistem pengendalian agar nilai PV mendekati nilai set point-nya. Sehingga sistem pengendaliannya akan berlangsung terus menerus. Unit kendali akhir yang merupakan unit yang akan melakukan tindakan akhir lalu bertindak sesuai dengan keputusan dan perintah dari unit kendali. Tindakan yang dilakukan control valve berupa memperbesar atau memperkecil bukaan katup, yaitu untuk memperbesar atau memperkecil aliran steam masuk.. Noise atau gangguan yang diberikan pada sistem

akan mengganggu dalam

pengukuran aliran oleh sensor. Noise ini akan menyebabkan osilasi jika menggunakan sistem PID, maka nilai derivatifnya harus dihilangkan agar sistem dapat stabil.

Dalam pengendalian level, yang termasuk unit proses adalah sebuah tangki, variable proses pada unit ini adalah tekanan hidrostatik yang disebabkan oleh tinggi cairan yang ada di dalam tangki. Unit pengukuran yaitu sensor dan transmitter yang mengubah sinyal pneumatic menjadi sinyal listrik yang kemudia hasil pengukurannya akna dikirimkan ke unit kendali yaitu LICA dan LIA. Unit kendali akan membandingkan hasil pengukuran dari variable proses dengan setpoint yang telah diterapkan, unit kendali ini akan mengambil keputusan dan memberi perintah kepada unit kendali akhir melalui transducer yang akan mengubah sinyal listrik dari unit kendali menjadi sinyal pneumatic yang akan diterima oleh unit kendali akhir. Unit kendali akhir berupa control valve yang melakukan tindakan akhir (buka/ tutup valve) sesuai dengan perintah yang diberikan oleh unit kendali. Jika level cairan kurang dari nilai yang diinginkan maka valve akan terbuka, begitupun sebaliknya.

IV.

KESIMPULAN

1. Unit-unit atau elemen-elemen pengendalian proses : a.

Unit proses : Kondensor, Plate Heat Exchanger dan tangki

b.

Unit pengukuran : Temperature Transmitter

c.

Unit kendali : Process Controller , cascade control of heating reactor

d.

Unit pengubah : I/P Converter

e.

Unit kendali Akhir : Control Valve

2. Dalam konfigurasi pengendalian suhu dan level, yang menjadi variable proses (PV) adalah suhu reaktor dan yang menjadi manipulated variable (MV) adalah laju alir steam. 3. Jenis sinyal transmisi standar yaitu sinyal elektrik berupa sinyal pengukur dan sinyal pneumatik berupa sinyal pengendali.

4. Sinyal yang terlibat dalam konfigurasi pengendalian suhu adalah sinyal pengukuran yang berasal dari sensor suhu dan sinyal kendali yang berasal dari unit pengendali 5. Konsep dasar dari pengendalian proses adalah : a. Mengukur b. Membandingkan c. Mengevaluasi d. Mengoreksi

6. Unit-unit/elemen-elemen yang terdapat di dalam suatu pengendalian proses diantaranya : unit proses, unit pengukuran, unit pengubah, unit kendali, dan unit kendali akhir.

7. Unit proses pada sistem pengendalian tekanan yaitu tangki. 8. Unit pengukuran adalah level sensor. 9. Unit pengubah adalah P/I Transmitter dan I/Ptransducer 10. Unit kendali adalah level regulation controlled. 11. Unit kendali akhir adalah control valve.

DAFTAR PUSTAKA

Bajek, W.R. Kuchar, and A. Remec, How Boiling Point Monitors Can Increase Profits, in Kane, L. (Ed), Handbook of Advanced Process Control System and Instrumentation, Gulf Publishing, Houston, 1987. Black, J.W., Computer Model of Analyzer Payouts, in Kane, L. (Ed), Handbook of Advanced Process Control System and Instrumentation, Gulf Publishing, Houston, 1987. Harriott, Peter, Process Control, McGraw-Hill, New York, 1964. ISA, Standards and Practices for Instrumentation and Control; 11 th Edition, The Instrument Society of America, Research Triangle Park, 1992. Kane, L. (Ed), Handbook of Advanced Process Control System and Instrumentation, Gulf Publishing, Houston, 1987. Liptak, B., Instrument Engineers Handbook; Process Control (3rd Ed.), CRC Press, Boca Raton, 1999.