Laporan Pp Ltk - II - 23

8/17/2019 Laporan Pp Ltk - II - 23

1/27

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Setiap kegiatan proses dalam sebuah sistem di industri senantiasa

membutuhkan peralatan–peralatan otomatis untuk mengendalikan parameter–

parameter prosesnya. Otomatisasi tidak saja diperlukan demi kelancaran operasi,

keamanan, ekonomi, maupun mutu produk, tetapi lebih mengutamakan padakepentingan penggunaan manusia (user) sebagai kontrol manual, kecepatan,

kualitas, serta kuantitas yang dihasilkan dibandingkan dengan menggunakan

kontrol manual, dalam hal ini manusia sebagai pengendali dan pelaku keputusan.

ampir semua proses industri dalam menjalankan proses produksinya

membutuhkan bantuan sistem pengendali.

!roses operasi dalam industri kimia bertujuan untuk mengoperasikan

rangkaian peralatan sehingga proses dapat berjalan sesuai dengan satuan operasi

yang berlaku. "ntuk mencapai hal tersebut maka diperlukan pengendalian. #da

banyak pengendalian yang harus dikendalikan di dalam suatu proses. $iantaranya

yang paling umum, adalah tekanan (pressure) didalam sebuah %essel atau pipa,

aliran (&lo') didalam pipa, suhu (temperature) di unit proses seperti heat

echanger, atau permukaan at cair (le%el) disebuah tangki. #da beberapa

parameter lain diluar keempat elemen diatas yang cukup penting juga dan juga

perlu dikendalikan karena kebutuhan spesi&ik proses, diantaranya * p, %elocity,

berat, dan lain sebagainya.

!eranan pengendalian proses pada dasarnya adalah mencapai tujuan proses

agar berjalan sesuai dengan apa yang diinginkan.

1.+ ujuan

a. -elakukan simulasi terhadap model proses tangki penampung air.

b. -engetahui respon dari pengendali proporsional, ! ( proportional

integral ), dan !$ ( proportional integral derivative).

BAB II

1


2/27

TINJAUAN PUSTAKA

+.1 ujuan !engendalianujuan umum yang harus di'ujudkan olem sistem pengendalian

dikelompokkan menjadi tiga, yaitu *

a. -enekan pengaruh gangguan dari lingkungan

b. -enjamin kestabilan proses

c. -engoptimalkan kinerja proses

+.1.1 -enekan !engaruh /angguan dari Lingkungan

-enekan pengaruh gangguan dari lingkungan terhadap proses merupakan

tujuan utama dari suatu pengendalian. /angguan0gangguan terhadap peralatan

industi seperti reactor, alat pemisah, penukar kalor, kompresor, dan lain

sebagainya, umumnya diluar jangakuan kemampuan operator (manusia) untuk

mencegah atau menghilangkannya. Sistem pengendalian diperlukan untuk

melakukan perubahan yang tepat pada proses, agar e&ek yang merugikan yang

dapat timbul dari adanya gangguan dapat diminimumkan.

+.1.+ -enjamin estabilan !roses

$engan adanya pengendalian pada suatu proses, kestabilan proses tersebut

dapat dijaga pada keadaan tertentu yang dikehendaki, misal pada temperatur

tertentu, ataupun pada %olume tertentu. $engan menggunakan sistem pengendali,

seorang operator (manusia) dapat menjaga keadaan suatu proses sehingga harga

yang dikehendaki tidak berubah tanpa harus terjun langsung pada proses tersebut.

+,1,2 -engoptimalkan inerja !roses

eamanan serta pemenuhan spesi&ikasi produksi adalah dua tujuan pokok

pengendalian sebuah pabrik kimia. $engan optimalnya suatu kinerja proses, maka

dapat memungkinkan sistem produksi yang lebih menguntungkan.

+.+ on&igurasi !engendalian

2


3/27

on&igurasi pengendalian adalah struktur in&ormasi yang digunakan untuk

menghubungkan hasil pengukuran ke %ariable yang dimanipulasi. Berikut adalah

rumusan tiga jenis kon&igurasi pengendalian *

+.+.1 on&igurasi !engendalian "mpan Balik ( Feed Back )

!ada kon&igurasi pengendalian umpan balik ini, proses diberi gangguan

terlebih dahulu sehingga %ariabel keluaran proses (output ) menjadi berubah dan

terbaca oleh alat ukur3sensor, yang mana selanjutnya mentransmisikan in&ormasi

tersebut (berubahnya nilai output ) pada sistem pengendali. Sistem pengendali

membaca hal ini sebagai error yang harus diperbaiki alias dimanipulasi, kemudian

sistem pengendali memanipulasi elemen pengendali akhir (dalam hal ini berupa

kerangan) untuk mengatur kembali %ariabel masukan ke dalam proses ( input )

sehingga nilai pada proses (dalam hal ini berupa %olume cairan) dapat dijaga pada

%olume tertentu.

+.+.+ on&igurasi !engendalian -aju ( Forward )

3


4/27

!ada kon&igurasi pengendalian maju ini, %ariabel gangguan yang akan

masuk kedalam proses diukur langsung (dibaca oleh alat ukur3sensor), kemudian

pengendali memanipulasi pengendali akhir yang mengatur %ariabel masukan ke

dalam proses (input ) sehingga nilai pada proses (dalam hal ini berupa %olume)

dapat dijaga pada %olume tertentu.

+.+.2 on&igurasi pengendalian n&erensial

!ada kon&igurasi pengendalian in&erensial ini, dilakukan pengukuran

sekunder (dimana %ariabel yang dikendalikan tidak diukur) untuk mengatur harga

%ariabel yang dimanipulasi (yakni nilai pada proses). on&igurasi pengendalian

in&erensial ini bertujuan untuk mempertahankan %ariabel keluaran (output ) yang

tidak terukur dengan menggunakan estimator. arga yang ditunjukkan oleh

estimator akan digunakan oleh sistem pengendali untuk memanipulasi elemen

4


5/27

pengendali akhir yang mana akan mengatur kembali %ariabel masukan ( input ) ke

dalam proses, sehingga nilai pada proses (dalam hal ini berupa %olume) dapat

dipertahankan pada %olume tertentu.

+.2 !erilaki $inamik Sistem Orde Satu

+.2.1 Sistem Orde Satu

Sistem orde satu adalah proses yang keluarannya mengikuti persamaan

di&&erensial orde satu.

a ₁dy

dt +a ₀ y=¿ b &(t)

...(14.1)

&(t) adalah masukan. 5ika a 6 4, persamaan (14.1) dapat ditulis*₀

a ₁

a ₀

dy

dt + y=

b

a ₀ &(t)

a ₁

a ₀=τ

p

b

a ₀= K

p

Sehingga persamaan (14.1) menjadi*

τ p

dy

dt 7 y 8 p &(t)

...(14.+)

τ p disebut konstanta 'aktu proses dan p disebut pembesaran keadaan tunak

(steady state gain atau static gain).

ondisi a'al proses jika persamaan dinyatakan dalam %ariabel penyimpangan

adalah*

y(4) 8 4 &(4) 8 4

!ersamaan (14.+) diubah menjadi &ungsi trans&er proses orde satu*

/(s) 8 y (s)

f ( s ) 8 Kp

τ p s+1 ...(14.2)

5


6/27

9ontoh dalam matematis*

Laju akumulasi 8 Laju alir masuk – Laju alir keluar

dM

dt = M

i0-₀

-assa merupakan hasil kali dari densitas dengan %olume, sehingga*

d [ ρ . V ]dt

= ρ . Fi− ρ. F ₀

idak ada perubahan densitas per satuan 'aktu, sehingga*

¿

ρ .dF

dt = ρ ¿ :i0: ;₀

d [ A . h]dt

= F i – :4

A .d h

dt +h .

dA

dt 8 F

i – :4

idak ada perubahan luas permukaan terhadap 'aktu, sehingga*

6


7/27

A .d h

dt = F

i – :4

• F ₀=

h

R

A∗d h(t )dt 8

F i0

h

R ...(tidak tunak)

A∗d h(s)dt 8

F is0

h s R ...(tunak)

A .d h(t )

dt 0 A .

d h(s)dt 8

F i 0

F is 0

h

R 7h s

R

#.

d h (t )dt ¿

0d h (s)

dt ¿ 8 F i 0 F is –(

h−h s R

¿

#.d h

dt =¿

:i(t) 0h(t ) R

• τ = A∗ R

#<

d h

dt

=¿:i(t) 0

h(t )

R

# s1 < h(s) 8 :i (s) < = – h (s)

7

rans&ormasi Laplace


8/27

:ungsi trans&er orde pertama 8 K p

(τ ∗s )+1 8 R

(τ ∗s )+1

>s < h(s) 7 h(s) 8 : i (s) < =

( >s 7 1) < h(s) 8 :i (s) < =

h(s) 8 R

(τs+1) < :i(s)

h(s) 8 Kp

(τs+1) < :i(s)

14.+ !roses0!roses yang $imodelkan sebagai Sistem Orde Satu

!roses orde satu dicirikan oleh*

1. kemampuan menyimpan material, energi atau momentum,

+. memiliki tahanan terhadap aliran massa, energi, momentum.

=espons dinamik tangki yang memiliki kemampuan menyimpan cairan

atau gas mengikuti model orde satu. ahanannya me'akili pompa, perpipaan,

kerangan, bendungan, baik dalam aliran masuk maupun keluar. !adatan, cairan

ataupun gas yang dapat menyimpan kalor (kapasitas kalor, cp), juga mengikuti

model orde satu. ahanannya terkait dengan perpindahan kalor melalui dinding,

gas maupun cairan. !roses0proses yang memiliki kemampuan menyimpan massa

atau energi dan dapat bertindak sebagai penyangga (bu&&er) antara aliran masuk

dengan aliran keluar.

!roses dalam pabrik kimia umumnya adalah sistem orde satu dengan

keterlambatan, yang memiliki kemampuan terutama menyimpan massa maupun

energi.

10.3 Respons Dinamik Pure Capasitive Process

:ungsi trans&er pure capasitive process diberikan pada persamaan*

8


9/27

Kp

s ...(14.?)

Bagaimana y(t) berubah terhadap 'aktu, jika &(t) mendapat gangguan unit step,

&(t) 8 1, untuk t @ 4

"ntuk gangguan &ungsi tangga satuan (unit step)*

&(s) 81

s

$ari persamaan (14.?)*

y(s) 8 Kp

s ²

n%ersi persamaan terakhir*

y(t) 8 p t

ampak bah'a keluaran membesar secara linier terhadap 'aktu, seperti yang

ditunjukkan pada /ambar 14.2 dan*

t A ∞ y(t) A ∞

=espons pada /ambar 14.2, menunjukkan karakteristik pure capasiti%e process,

yang diberi nama pure integrator karena bertindak sebagai integrator antara

keluaran dengan masukan.

/ambar 14.2 =espons pure capasitive process

9

y(t)

t


10/27

Sebuah pure capasiti%e process akan menyebabkan persoalan pengendalian

yang rumit, karena tidak memiliki kemampuan mengatur sendiri. Setiap

perubahan pada aliran masuk akan mengakibatkan tangki banjir atau kosong. Si&at

ini dikenal sebagai non0sel&0regulation (tidak memiliki kemampuan mengatur

sendiri).

!roses yang bersi&at sebagai pure integrator, yang paling umum dijumpai

di pabrik kimia adalah tangki berisi cairan, tangki gas, sistem penyimpanan bahan

baku atau produk dan sebagainya.

BAB III

METODOLOI

2.1 #lat dan Bahan

#lat percobaan *

• Serangkaian alat !engendalian !roses meliputi *

10


11/27

a. !roses

b. #lat ukur

c. !engubah sinyald. 5alur transmisi

e. !engendali

&. lemen pengendali akhir

• /elas ukur 1444 ml, C4 ml

Bahan percobaan *• #ir

2.+ 9ara erja

Operasi Steady State•

-engatur set point pada proses dalam harga tertentu denganmenggunakan pengendali.

• -embuka kerangan outlet proses pada bukaan tertentu.

• -enyalakan pompa yang memompa air dari tangki penampung ke

tangki proses dengan menggunakan pengendali.

• -engukur ketinggian cairan di dalam tangki proses dengan

menggunakan alat ukur dalam selang 'aktu tertentu selama 'aktu

yang telah ditentukan.

Operasi dengan adanya /angguan• -engatur set point pada proses dalam harga tertentu dengan

menggunakan pengendali.

• -embuka kerangan outlet proses pada bukaan tertentu yang sama

!en"an pada saat operasi steady state.

• -enyalakan pompa yang memompa air dari tangki penampung ke

tangki proses dengan menggunakan pengendali.




• -embuka kerangan outlet sebanyak %ariasi bukaan kerangan pa!a

saa# ketinggian cairan pada tangki proses mencapai set point 3tidak berubah dalam kurun 'aktu tertentu.




11


12/27

BAB I$

HASIL PER%OBAAN DAN PEMBAHASAN

?.1 Operasi %ariasi 1 dengan gangguan ? – D L!-

0 20 40 60 80 100 120 140

Perubahan Ketinggian pada Laju Alir 4 - 7 (LPM)

t ( menit )

h ( cm )

/ambar ?.1 ur%a Operasi Eariasi 1 dengan /angguan ? – D L!-

?.+ Operasi %ariasi 1 dengan gangguan D – + L!-

12


13/27

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180


t ( menit )

h ( cm )

/ambar ?.+ ur%a Operasi Eariasi 1 dengan /angguan D 0+ L!-

?.2 Operasi %ariasi + dengan /angguan ? – D L!-

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1807

7.5

8


t ( menit )

h ( cm )

/ambar ?.2 ur%a operasi %arias + dengan gangguan ? – D L!-

?.? Operasi %ariasi + dengan gangguan D – + L!-

13


14/27

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

5

10


t ( menit )

h ( cm )

/ambar ?.? ur%a operasi %ariasi + dengan gangguan D – + L!-

14


15/27

?.C Operasi %ariasi 2 dengan gangguan ? – D L!-

0 20 40 60 80 100 120 1407

7.5

8

8.5


t ( menit )

h ( cm )

/ambar ?.C ur%a operasi %ariasi 2 dengan gangguan ? – D L!-

?.F Operasi %ariasi 2 dengan gangguan D – + L!-

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

2

4

6

8


t ( menit )

h ( cm )

/ambar ?.F ur%a operasi %ariasi 2 dengan gangguan D – + L!-

15


16/27

?.D Operasi %ariasi ? dengan gangguan ? – D L!-

0 50 100 150 200 2500

2

4

6

8

10


t ( menit )

h ( cm )

/ambar ?.D ur%a operasi %ariasi ? dengan gangguan ? – D L!-

?.G Operasi %ariasi ? dengan gangguan D – + L!-

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

2

4

6

8

10


t ( menit )

h ( cm )

/ambar ?.G ur%a operasi dengan gangguan D – + L!-

16


17/27

?. H !embahasan

!ada percobaan !engendalian !roses kali ini, dilakukan percobaan operasi

steady state dan operasi dengan adanya gangguan. !erbedaan keduanya adalah

dimana percobaan operasi steady state hanya dilakukan dengan bukaan kerangan

tertentu tanpa adanya perubahan, yang mana perubahan bukaan kerangan ini

merupakan gangguan dalam percobaan !engendalian !roses ini. Sensor pembaca

ketinggian cairan di dalam tangki proses mentransmisikan in&ormasi pada

pengendali untuk memanipulasi proses apabila ketinggian cairan di dalam tangki

proses telah jauh dari set point yang telah ditetapkan.$ilihat dari hasil percobaan, operasi dengan adanya gangguan yang paling

besar (bukaan kerangan paling besar) memiliki kur%a yang terlihat sulit mencapai

set point yang telah ditentukan, apabila dibandingkan dengan bukaan kerangan

lainnya yang lebih kecil. al ini disebabkan karena dengan adanya bukaan

kerangan outlet proses yang lebih besar yang tidak bisa di capai sesuai laju alir

masuknya, maka perubahan ketinggian cairan di dalam tangki proses pun akan

semakin berubah, dan dapat dikatakan bah'a sensor pembaca ketinggian beserta

pengendali bekerja lebih keras pada saat operasi dengan gangguan paling besar,

sehingga laju alir %olumetrik yang terukur tidak konstan terhadap 'aktu. $an

apabila dibandingkan dengan operasi steady state, operasi steady state lebih stabil

pada harga yang dekat dengan set point yang telah ditentukan, karena memang

bukaan kerangan outlet proses yang disesaikan oleh sensor, sehingga laju alir

%olumetrik inlet, yang masuk ke dalam proses menjadi konstan terhadap 'aktu.

endala yang terjadi selama percobaan !engendalian !roses berlangsung

adalah apabila serangkaian alat !engendalian !roses meliputi pengendali dansensor pembaca ketinggian cairan di dalam tangki proses, dijalankan dalam 'aktu

yang terlalu lama sehingga dapat menyebabkan error dalam bentuk pompa yang

tidak memompa kembali cairan di tangki penampung ke tangki proses, atau error

dalam bentuk sensor pembaca ketinggian cairan yang tidak membaca ketinggian

cairan sehingga cairan di dalam tangki proses mele'ati set point yang telah

ditentukan.

BAB $

17


18/27

KESIMPULAN

$alam percobaan kali ini, dapat disimpulkan bah'a *

Set point yang ditetapkan menentukan besarnya 'aktu yang diperlukan

untuk mencapai keadaan steady state.

Besarnya gangguan (dalam hal ini dalam bentuk bukaan kerangan outlet

proses) mempengaruhi besarnya laju alir %olumetrik yang masuk ke dalam

proses.

DA&TAR PUSTAKA

18


19/27

• 9oughano'r, = $onald. Process Systems Analysis and Control 2th edition.

Ie' Jork * -c /ra'0ill nternational dition +44G.

• Petunjuk Praktikum a!oratorium "eknik #imia. Bandung * B

• homas , -arlin. Process Contro. Ie' Jork* -c/ra'0ill ntenational

edition.

• Stephanopoulos, /eorge. Chemical Process Control. 1HG?. London*

!rentice0all nternational dition.

19


20/27

LAMPIRAN A

DATA PER%OBAAN

A.1 Da#a Ke#in""ian #e'(a!ap )ak#*

A.1.1 Da#a Ke#in""ian #e'(a!ap )ak#* pa!a $a'iasi 1

able #.1 etinggian terhadap Kaktu pada Eariasi 1 (dengan gangguan ?–D

L!- !824 824 $84 Set !oint8G44 8 +*14 8 G cm)

Not(menit)

h(cm)

1 6,5 8

2 13 8,3

3 19,5 8,3

4 26 8,2

5 32,5 8

6 39 8

7 45,5 8

8 52 8

9 58,5 7,9

10 65 7,9

11 71,5 7,9

12 78 7,7

13 84,5 7,8

14 91 7,9

15 97,5 7,9

16 104 7,9

17 110,5 7,8

18 117 7,8

19 123,5 7,9

20 130 7,8

20


21/27

able #.+ etinggian terhadap Kaktu pada Eariasi 1 (dengan gangguan D–+

L!- !824 824 $84 Set !oint8G44 8 +*CD 8 D,+ cm)

No

t

(menit)

h

(cm)

1 7,7 7

2 15,4 6

3 23,1 5,5

4 30,8 5

5 38,5 5,2

6 46,2 5,5

7 53,9 6,5

8 61,6 7,1

9 69,3 7,3

10 77 7,6

11 84,7 7,8

12 92,4 8,1

13 100,1 8

14 107,8 8

15 115,5 7,8

16 123,2 7,3

17 130,9 7

18 138,6 7,3

19 146,3 7,2

20 154 7,8

21


22/27

A.1.+ Da#a Ke#in""ian #e'(a!ap )ak#* pa!a $a'iasi +

able #.2 etinggian terhadap Kaktu pada Eariasi + (dengan gangguan ?–DL!- !824 824 $824 Set !oint8G44 8 +*?C 8 D,F cm)

No

t

(menit)

h

(cm)

1 8,25 7,8

2 16,5 7,8

3 25 7,7

4 33,5 7,9

5 42 7,8

6 50,5 7,6

7 59 7,5

8 67,5 7,5

9 76 7,6

10 84,5 7,5

11 93 7,5

12 101,5 7,5

13 110 7,5

14 118,5 7,5

15 127 7,3

16 135,5 7,517 144 7,5

18 152,5 7,5

19 161 7,5

20 169,5 7,5

22


23/27

able #.? etinggian terhadap Kaktu pada Eariasi + (dengan gangguan D0+

L!- !824 824 $824 Set !oint8G44 8 +*22 8 D,+ cm)

No

t

(menit)

h

(cm)

1 7,65 7

2 15,3 5,9

3 22,95 5,3

4 30,6 4,9

5 38,25 5,1

6 45,9 5,6

7 53,55 6

8 51,2 6,29 68,85 6,6

10 76,5 7

11 84,15 7,2

12 91,8 7,6

13 99,45 7,8

14 107,1 7,6

15 114,75 7,2

16 122,4 7

17 130,05 6,9

18 137,7 6,919 145,35 7

20 153 7

23


24/27

A.1.3 Da#a Ke#in""ian #e'(a!ap )ak#* pa!a $a'iasi 3

able #.C etinggian terhadap Kaktu pada Eariasi 2 (dengan gangguan ?–DL!- !824 8+4 $824 Set !oint8G44 8 +*4D 8 D,G cm)

No

t

(menit)

h

(cm)

1 6,35 8

2 12,7 8

3 19,05 8

4 25,4 7,8

5 31,75 7,8

6 38,1 7,8

7 44,45 7,8

8 50,8 7,8

9 57,15 7,8

10 63,5 7,8

11 69,85 7,8

12 76,2 7,8

13 82,55 7,8

14 88,9 7,8

15 92,25 7,8

16 101,6 7,8

17

114,2

5 7,8

18 120,6 7,8

19

126,9

5 7,8

20 133,3 7,8

24


25/27

able #.F etinggian terhadap Kaktu pada Eariasi 2 (dengan gangguan D0+

L!- !824 8+4 $824 Set !oint8G44 8 +*?2 8 D,F cm)

No

t

(menit)

h

(cm)

1 8,19 7,3

2 16,2 7,3

3 24,45 4,8

4 32,6 4,5

5 40,75 4,8

6 48,9 5

7 57,05 5,5

8 65,2 5,49 73,35 6,3

10 81,5 6,8

11 89,65 7

12 97,8 7,2

13 105,95 7,5

14 114,1 7,6

15 122,5 7,4

16 130,4 7

17 138,55 6,8

18 146,7 6,519 154,85 6,7

20 163 6,9

25


26/27

A.1., Da#a Ke#in""ian #e'(a!ap )ak#* pa!a $a'iasi ,

able #.D etinggian terhadap Kaktu pada Eariasi ? (dengan gangguan ?0DL!- !8+4 8+4 $824 Set !oint8G44 8 2*1? 8 D,G cm)

No

t

(menit)

h

(cm)

1 9,7 7,2

2 19,4 7,5

3 29,1 7,6

4 38,8 7,8

5 48,5 7,9

6 58,2 7,9

7 67,9 7,9

8 77,6 7,8

9 87,3 7,6

10 97 7,5

11 106,7 6,5

12 116,4 6

13 126,1 6,2

14 136,5 7

15 146,2 7,8

16 155,9 7,817 165,6 7,8

18 175,3 7

19 185 6,8

20 194 6,7

26


27/27

able #.G etinggian terhadap Kaktu pada Eariasi ? (dengan gangguan D0+

L!- !8+4 8+4 $824 Set !oint8G44 8 2*? 8 D,G cm)

No

t

(menit)

h

(cm)

1 9,2 6,5

2 18,4 5,5

3 27,6 4,8

4 36,8 5

5 46 5,4

6 55,2 5,6

7 64,4 5,8

8 73,6 6,29 82,8 6,8

10 92 7

11 101,2 7,4

12 110,4 7,8

13 119,6 7,9

14 128,8 7,8

15 138 7,2

16 147,2 7

17 156,4 6,8

18 165,6 6,919 174,8 7,1

20 184 7,3

Laporan Pp Ltk - II - 23

Documents

Transcript of Laporan Pp Ltk - II - 23