Laporan Pengendalian Suhu

LABORATORIUM PENGENDALIAN PROSES SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015/2016

MODUL

: Pengendalian Suhu

PEMBIMBING

: Ir. Heriyanto, M.T.

Tanggal Praktikum

: 18 Mei 2016

Tanggal Penyerahan : 26 Mei 2016 (Laporan)

Oleh : Kelompok

:

V (Lima)

Nama

:

1. Muhammad Naufal. S

(141411019)

2. Nadya Rimadanti

(141411020)

2. Novita Deni

(141411021)

3. Oktavia Reni N.M

(141411022)

Kelas

:

2A

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2016 BAB I

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang Industri kimia merupakan susunan atau rangkaian berbagai unit pengolahan yang terintegrasi satu sama lain secara sistematik dan rasional. Tujuan pengoperasian industry kimia secara keseluruhan adalah mengubah (mengkonversi) bahan baku menjadi produk yang lebih bernilai guna. Agar proses di industry selalu stabil dibutuhkan instalasi alat-alat

a b c d e

pengendalian. Alat-alat pengendalian dipasang dengan tujuan: Menjaga keamanan dan keselamatan kerja Memenuhi spesifikasi produk yang diinginkan Menjaga peralatan proses dapat berfungsi sesuai yang diinginkan dalam desain Menjaga agar operasi pabrik tetap ekonomis Memenuhi persyaratan lingkungan Untuk memenuhi persyaratan diatas diperlukan pengawasan (monitoring) yang terus menerus terhadap operasi pabrik kimia dan intervensi dari luar (external intervention) untuk mencapai tujuan operasi. Hal ini dapat terlaksana melalui suatu rangkaian peralatan (alat ukur, kerangan, pengendali, dan komputer) dan intervensi manusia (plant managers, plants operators) yang secara bersama membentuk control system. Dalam pengoperasian pabrik diperlukan berbagai prasyarat dan kondisi operasi tertentu, sehingga diperlukan usaha-usaha pemantauan terhadap kondisi operasi pabrik dan pengendalian proses supaya kondisi operasinya stabil.

2

Tujuan Praktikum Adapun tujuan dari praktikum pengendalian suhu adalah mempelajari pengaruh nilai a b c

parameter pengendali system proses yaitu : Proporsional gain (Kc) atau Proportional band (PB) Waktu integral (τi) Waktu derivative (τd)

BAB II DASAR TEORI Pengendalian umpan balik adalah pengendalian yang memakai variabel keluaran sistem (PV) untuk mempengaruhi masukan (MV) dari sistem yang sama. Prinsip pengendalian tersebut di atas berlaku umum untuk semua pengendalian proses umpan balik. Di sini terdapat empat fungsi dasar, yaitu: mengukur (measurement), membandingkan (comparision), menghitung (computation, decision, atau evaluation) dan mengoreksi (correction atau action).

u = Kc e +

Kc τi

ʃedt + Kc

τd

de dt

+ uo

2.1 Prinsip Pengendalian Sensor mengindera variabel proses (suhu, tekanan, level, aliran). Informasi nilai variabel proses (PV) dari sensor selanjutnya diolah oleh transmitter dan dikirimkan ke pengendali (dalam bentuk sinyal listrik 4-20 mA atau pneumatik 0,2-1bar). Dalam pengendali, nilai variabel proses terukur dibandingkan dengan nilai setpoint (SP). Perbedaan antara keduanya disebut error. Berdasar besar error, lamanya error, dan kecepatan error,pengendali melakukan perhitungan sesuai algoritma kendali untuk menghasilkan sinyal kendali (controller output yang berupa sinyal listrik atau pneumatik). Sinyal kendali dikirimkan ke elemen kendali akhir (final control element biasanya berupa katup kendali atau control valve). Perubahan pada sinyal kendali menyebabkan perubahan bukaan katup kendali. Perubahan ini menyebabkan perubahan manipulated variable. Jika perubahan manipulated variable dalam arah dan nilai yang benar, maka variabel proses terukur dapat dijaga pada nilai setpoint. 2.2 Pengendalian Suhu Dalam praktikum ini sebagai sensor suhu adalah jenis termokopel. Tegangan yang dibangkitkan sensor berbanding lurus dengan suhu. Sinyal dari sensor dikirim ke pengendali (komputer). Aksi pengendali berjenis berkebalikan (reverse acting). Artinya jika suhu naik ada tindakan untuk mengurangi pemanasan. Keluaran pengendali adalah berupa PWM (pulse width modulation). Artinya persentase sinyal kendali sebanding dengan lebar pulsa. Pada sinyal minimum (0%) maka tidak ada pulsa (0%). Pada sinyal kendali 100% maka lebar pulsa 100% (daya penuh). Unit kendali akhir adalah berupa elemen pemanas listrik. Besar pemanasan diatur berdasar lebar pulsa. Dalam pengendalian suhu ini sebagai variabel proses terkendali adalah suhu,manipulated variable adalah daya listrik, setpoint adalah suhu proses

yang diinginkan, dan gangguan adalah suhu aliran air yang dipanaskan serta kehilangan panas.

Gambar 1. Diagram instrumen aliran suhu

Gambar 2. Diagram blok aliran suhu

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 1

Skema Alat

Gambar 3. Susunan peralatan

Gambar 4. Diagram blok pengendalian suhu

2

Skema Kerja Persiapan peralatan dan melakukan konfigurasi alat

Melakukan pengaturan suhu awal pada suhu 30°C

Melakukan pengujian dengan Kc yang berbeda untuk mendapatkan respons cepat, tepat, stabil

Memilih Kc yang paling sesuai

Melakukan percobaan ulang dengan Kc yang telah dipilih dengan Ti yang berbeda Memilih Ti yang paling sesuai dengan respons yang diinginkan (cepat, tepat, stabil) Melakukan percobaan ulang dengan Kc dan Ti yang telah terpilih dengan Td yang berbeda Memilih Td yang paling sesuai dengan respon yang diinginkan

Membuat kesimpulan dari hasil percobaan

Gambar 5. Prosedur percobaan

BAB IV ANALISA DATA dan PEMBAHASAN

4.1 Data Pengamatan 4.1.1 Parameter Awal

4.1.2 Proporsional ( T = 35°C ; PB = 100)

4.1.3 Proporsional ( T = 30°C ; PB = 50)

4.1.4 Proporsional ( T = 35°C ; PB = 50)

4.1.5 Proporsional Integral ( T = 30°C ; PB = 42 ; Ti = 6 menit)

4.1.6 Proporsional Integral ( T = 30°C ; PB = 42 ; Ti = 12 menit)

4.1.7 Proporsional Integral ( T = 35°C ; PB = 42 ; Ti = 12 menit)

4.1.8 Proporsional Integral Derivatif( T = 30°C ; PB = 42 ; Ti = 6; Td = 0,1 menit)

4.1.9 Proporsional Integral Derivatif( T = 30°C ; PB = 42 ; Ti = 6; Td = 0,2 menit)

4.2 Pembahasan 4.2.1 Muhammad Naufal Syarief (141411019) Pada pengendalian Suhu tujuan ideal adalah mempertahankan nilai variable proses (agar sama dengan nilai yang diinginkan (setpoint). Tetapi tujuan tersebut sukar dipenuhi karena keterbatasan operasi dan kemampuan sistem pengendalian. Oleh sebab itu tujuan praktis atau tujuan nyata pengendalian proses adalah mempertahankan nilai variable proses(PV) di sekitar nilai yang diinginkan dalam batas-batas toleransi. Pada praktikum kali ini, praktikan melakukan pengendalian suhu. Dalam pengendalian suhu sebagai PV adalah suhu dalam tangki, MV adalah daya listrik pemanas, SP adalah suhu proses yang diinginkan, gangguan adalah suhu aliran air. Sensor suhu suhu adalah jenis thermocouple. Tegangan yang dibangkinkan sensor berbanding lurus dengan suhu. Sinyal dari sensor dikirim ke pengendali (computer). Aksi pengendali berjenis berkebalikan (reverse acting). Artinya jika suhu naik ada tindakan untuk mengurangi pemanasan. Pada praktikum ini, dilakukan percobaan penentuan parameter awal pada suhu 30°C dan pB 100%. Dari parameter awal dengan proposional pada PID diketahui bahwa PV yang dihasilkan hanya mendekati nilai yang diinginkan pada SP 25 °C seperti terlihat pada data pengamatan 4.1.1 Kemudian dilakukan variasi suhu dan nilai PB. Pada suhu 35°C dan PB 100%, settling time yang dibutuhkan PV dapat mencapai SP yaitu 1456 s. pada suhu yang sama dengan PB 50 %, settling time yang dibutuhkan yaitu 601 s. pada pengendali proposional ini dengan PB 50 % atau 2x KC menghasilkan respon cepat,tepat dan stabil. Pada pengendali Proporsional Integral (PI) dengan suhu 30°C dan waktu integral 6 menit, settling time yang dibutuhkan PV dapat mencapai atau mendekati SP yaitu 392 s. pada suhu 30°C dan waktu integral 12 menit, settling time PV mencapai atau mendekati SP yaitu 28 s. Kemudian pada suhu 35°C dan waktu integral 12 menit, settling time yang dibutuhkan PV mencapai atau mendekati SP yaitu 284 s. Untuk pengendali PI pada PID pada suhu 30°C dan waktu integral 12 menit menghasilkan respon cepat,tepat dan stabil. Pengendali proposional integral derivative (PID), dilakukan variasi pada waktu derivative 0.1 dan 0.2 menit pada suhu 30°C. settling time yang diperlukan PV mencapai SP pada waktu derivative 0.1 adalah 64 s dan settling time pada waktu derivative 0.2 adalah 532 s. dapat disimpilkan pada waktu derivative 0.1 menghasilkan respon yang cepat, stabil, dan tepat.

4.2.2 . Nadya Rimadanti (141411020) Pada praktikum ini dilakukan praktikum pengendalian suhu pada suatu system tangki. Pengendalian ini bertujuan untuk mengendalikan suhu sesuai dengan setpoint yang diinginkan serta mencari variasi pengendalian proportional, integral dan derivative (PID) yang cepat, tepat dan stabil sehingga dapat menghilangkan nilai error dengan cepat. Pada praktikum ini pertama dilakukan pengamatan terhadap pengaruh nilai Kc. Pada tiga nilai Kc yang digunakan yaitu 1, 2, dan 2,4. Nilai Kc yang paling baik (optimum) berdasarkan percobaan yang dilakukan adalah 2. Karena terlihat pada grafik terdapat perbedaan waktu untuk mencapai setpoint yang ditentukan. Pada Kc=2, respon lebih cepat, yaitu PV lebih cepat mencapai setpoint walaupun waktu stabil pada setpoint tidak lama. Kemudian nilai Ti yang digunakan pada percoaan yaitu 6 dan 12, kedua nilai tersebut menghasilkan respon yang memiliki kecepatan berbeda yaitu 28 dan 392 detik menuju setpoint sehingga terdapat pengaruh yang signifikan pada perbedaan nilai Ti tersebut pada propostional integral. Sedangkan pada proportional integral derivatif menggunakan Ti yang sama besar yaitu 6. Ti (waktu Integral) merupakan nilai yang dibutuhkan suatu pengendalian untuk menghilangkan error. Semakin kecil nilai Ti maka waktu untuk menghilangkan error makin cepat tetapi tidak begitu stabil. Kemudian setelah didapat nilai waktu integral yang terbaik yang menghasilkan pengendalian yang cepat dan tepat kemudian dilakukan penambahan variabel waktu derivative. Waktu derivative ini memiliki fungsi mempercepat respon dari pengendalian sehingga pengendalian akan berlangsung dengan cepat. Nilai waktu derivative ini jika telah mencapai setpoint yang baik adalah 0. Karena waktu derivative ini hanya mempercepat respon pada saat pengendalian menuju setpoint atau untuk menghilangkan error. Dengan menambah nilai derivatif, waktu untuk mencapi setpoint menjadi lebih cepat. a. Pengendali Proporsional Setpoint dicapai yaitu pada 35°C. Dari grafik perilaku pengendalian proporsional, pada Run 1 waktu untuk mencapai setpoint yaitu 1456 detik. PV stabil ditunjukkan dari detik 1456 sampai 1464 sehingga waktu stabil saat mencapai setpoint bertahan selama 8 detik. Pada Run 2 waktu untuk mencapai setpoint yaitu 601 detik. PV stabil ditunjukkan dari detik 601 sampai 615 sehingga waktu stabil saat mencapai set point bertahan selama 14 detik. Dan pada Run 3 waktu untuk mencapai setpoint yaitu 279 detik. PV stabil ditunjukkan dari detik 279 sampai 287,7 sehingga waktu stabil saat mencapai setpoint bertahan selama 8,7 detik. b. Pengendali Proportional Integral

Perilaku dari pengendali PI dapat dilihat pada Gambar.., dibandingkan dengan pengendali proporsional, pengendali ini menanggapi secara lebih baik karena adanya pengendali I, sinyal naik terus sampai harga setpoint dilewati. Pada Run 1, waktu untuk mencapai setpoint yaitu 392 detik. PV stabil ditunjukkan dari detik 392 sampai 406 sehingga waktu stabil saat mencapai setpoint bertahan selama 14 detik. Pada Run 2, waktu untuk mencapai setpoint yaitu 28 detik. PV stabil ditunjukkan dari detik 28 sampai 42 sehingga waktu stabil saat mencapai setpoint bertahan selama 14 detik. Pada Run 3, waktu untuk mencapai setpoint yaitu 284 detik. PV stabil ditunjukkan dari detik 284 sampai 298 sehingga waktu stabil saat mencapai setpoint bertahan selama 14 detik. c. Pengendali PID Perilaku dari pengendali PID dapat dilihat pada gambar …, dibandingkan dengan pengendali PI, pengendali ini menanggapi secara lebih cepat karena adanya pengendali D, sinyal naik terus sampai harga setpoint dilewati, karena adanya faktor I maka sinyal ini diperlambat sehingga tidak melewati setpoint terlampau tinggi dibanding pengendali Pl. Pada Run 1 waktu untuk mencapai setpoint yaitu 64 detik. PV stabil ditunjukkan dari detik 64 sampai 76,8 sehingga waktu stabil saat mencapai setpoint bertahan selama 12,8 detik.Pada Run ke 2 berdasarkan grafik yang diperoleh tidak dapat mencapai setpoint karena waktu derivatif dikalikan dua kali dari run 1 sehingga waktu untuk mencapai setpoint sangat lama. Pada sebuah pengendalian nilai nilai pengendali PID ini sangat mempengaruhi berapa lamanya suatu pengendali untuk membuat nilai proses variable untuk mencapai setpoint yang diinginkan. Pengendalian yang dipilih merupakan pengendalian yang cepat, tepat, dan stabil. Sehingga menghasilkan suatu proses yang aman dan optimum yang akan berpengaruh pada kualitas produk yang diinginkan.

4.2.3 Novita Deni (141411021) Pada praktikum kali ini dilakukan pengendalian suhu yang bertujuan untuk mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali yaitu proportional gain (Kc) atau proportional band (PB), waktu integral (Ti), dan waktu derivatif (Td) pada pengendalian suhu proses. Percobaan pertama dilakukan penentuan parameter awal pada suhu 30°C dan PB 100%. Dari parameter awal dengan proporsional saja dapat dilihat pada data pengamatan 4.1.1 bahwa pv yang dihasilkan tidak bisa mencapai set point, namun mendekati set point. Set point yang seharusnya yaitu 30°C, namun pada penentuan parameter awal ini set point yang bisa dicapai yaitu 25°C. Pada pengendalian proporsional, dilakukan variasi suhu dan nilai PB. Pada suhu 35°C dan PB 100% , waktu yang dibutuhkan agar pv dapat mencapai set point yaitu 1456 s. Pada suhu 30°C dan PB 50% , waktu yang dibutuhkan agar pv dapat mencapai set point yaitu 601 s. Pada suhu 30°C dan PB 50% , waktu yang dibutuhkan agar pv dapat mencapai set point yaitu 279 s. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada pengendalian proporsional dengan suhu 30°C dan PB 50% menghasilkan respons yang cepat, tepat dan stabil. Pada pengendalian proporsional integral, dilakukan variasi suhu dan waktu integral. Pada suhu 30°C dan waktu integral 6 menit, waktu yang dibutuhkan agar pv dapat mencapai set point yaitu 392 s. Pada suhu 30°C dan waktu integral 12 menit, waktu yang dibutuhkan agar pv dapat mencapai set point yaitu 28 s. Pada suhu 35°C dan waktu integral 12 menit, waktu yang dibutuhkan agar pv dapat mencapai set point yaitu 284 s. Suhu yang digunakan sangat berpengaruh terhadap pengendalian yang dilakukan. Dari data pengamatan dapat disimpulkan bahwa pada pengendalian proporsional integral dengan suhu 30°C dan waktu integral 12 menit menghasilkan respons yang cepat, tepat dan stabil. Pada pengendalian proporsional integral derivatif (PID), dilakukan variasi waktu derivatif yaitu 0,1 dan 0,2 menit dengan suhu yang digunakan yaitu 30°C. Dapat dilihat pada data pengamatan 4.1.9 waktu yang diperlukan agar pv dapat mencapai set point lebih lama dibandingkan dengan data pengamatan 4.1.8.

Hal tersebut

dikarenakan waktu derivatif yang digunakan berbeda, yaitu pada data pengamatan 4.1.9 waktu derivatif yang digunakan dan waktu agar pv mendekati set point berturut-

turut yaitu 0,2 menit dan 532 sekon sedangkan pada data pengamatan 4.1.8 waktu derivatif yang digunakan dan waktu agar pv mendekati set point berturut-turut yaitu 0,1menit dan 64 sekon. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin kecil waktu derivatif yang digunakan, maka akan menghasilkan respons yang cepat, tepat dan stabil.

4.2.4 Oktavia Reni N.M (141411022) Pada praktikum ini dilakukan pengendalian suhu pada suatu system tangki agar suhu air didalam tangki sesuai dengan set point yang telah ditetapkan. Tujuan dari praktikum ini adalah mempelajari pengaruh nilai parameter pengendali yaitu proportional gain (Kc) atau proportional band (PB), waktu integral (Ti) dan waktu derivatif (Td) pada pengendalian suhu proses. Dalam berbagai nilai parameter pengendali tersebut, diharapkan didapat

suatu variasi pengendalian proportional,

integral dan derivative (PID) yang cepat, tepat dan stabil sehingga dapat menghilangkan nilai error dengan cepat pada system pengendalian suhu. Dalam praktikum ini variable proses (PV) adalah suhu, manipulated variable (MV) adalah daya listrik, dan gangguannya merupakan suhu aliran air yag dipanaskan serta kehilangan panas. Aksi pengendali berjenis kebalikan (reverse acting), berarti aksi yang ditimbulkan pengendali adalah jika suhu naik maka ada tindakan untuk mengurangi pemanasan. Sensor yang digunakan pada pengendalian suhu adalah jenis termokopel, dan keluaran system pengendali berupa PMW (pulse width modulation). PMW berarti presentase sinyal kendali daya listrik (MV) sebanding dengan lebar pulsa yang berakibatkan besar pemanasan juga diatur oleh lebar pulsa yang dihasilkan. 1. Parameter Pengendali Proportional (P) Pada pengendali proportional dilakukan pengamatan pada pengaruh nilai parameter pengendali proportional gain (Kc) atau proportional band (PB). Pada praktikum ini nilai Kc yang digunakan hanya 1 dan 2 saja dengan SP pada 30 0C dan 350C. Dari hasil praktikum didapat nilai PB yang terbaik adalah 42 (Kc = 2.3) karena nilai PV tepat pada SP (350C) dan waktu respon yang dibutuhkan agar PV sama dengan SP dan stabil, lebih cepat dibandingkan dengan nilai PB yang lain. 2. Parameter Pengendali Proportional – Integral (PI) Pada pengendalian proportional – integral dilakukan pengamatan pada pengaruh nilai parameter pengendali waktu integral (Ti). Nilai parameter PB yang digunakan adalah 42 dari hasil praktikum sebelumnya, sedangkan nilai Ti digunakan 6 dan 12. Dari hasil praktikum didapatkan nilai Ti yang terbaik adalah 12 karena memiliki respon yang jauh lebih cepat dibandingkan dengan nilai Ti setengahnya.

3. Parameter Pengendali Proportional – Integral – Derivatif (PID) Pada pengendalian proportional – integral - Derivatif dilakukan pengamatan pada pengaruh nilai parameter pengendali waktu derivatif (Td). Nilai parameter PB dan Ti secara berturut – turut yang digunakan adalah 42 dan 12 dari hasil praktikum sebelumnya, sedangkan nilai Td digunakan 0.1 dan 0.2. Dari hasil praktikum didapatkan nilai Td yang terbaik adalah 0.1 karena nilai PV sama dengan SP, dan grafik pengendalian cenderung lebih stabil dan tidak banyak error jika dibandingkan dengan pengendalian yang menggunakan nilai Td 0.2.

BAB V KESIMPULAN

5.1 Simpulan Dari tinjauan yang telah kami lakukan dari praktikum pengendalian suhu ini, dapat disimpulkan bahwa : 1. Sistem pengendalian suhu ini memiliki aksi pengendali reverse acting dan sensor suhu (termokopel) akan mengukur suhu pada proses kemudian akan dikirimkan ke unit pengendali. Hasil evaluasi unit pengendali merupakan PMW yang akan mempengaruhi pemanasan pada air. 2. Jenis pengendali yang terbaik adalah pengendali proportional – integral- derivatif (PID) dengan nilai: PB = 42 Ti = 12 Td = 0.1 3. Nilai pengendali PID yang didapat merupakan nilai yang menghasilkan pengendalian yang cepat, tepat dan stabil untuk mencapai set point

DAFTAR PUSTAKA Andremoda, Trias. 2011. Pengendalian Suhu. https://www.academia.edu/3007781/PENGENDALIAN_SUHU. [29 Maret 2016]. Heriyanto (2010). Pengendalian Proses. Jurusan Teknik Kimia, POLBAN, Bandung. Heriyanto & Harita Nurwahyu Chamidy.2001.Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung: DUE-Like POLBAN. Irwan. 2010. Sistem Pengendalian Suhu. http://te.ugm.ac.id/~bsutopo/irwan.pdf. [29 Maret 2016].