LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES Pengendalian Tekanan Laporan ini disusun untuk memenuhi tugas Pengendalian Proses pada Semeter IV Jurusan Teknik Kimia
Dosen Pembimbing : Harita Nurwahyu Chamidy, LRSC, MT
Oleh :
Fiqhi Pridayanti Mukhlishah
111411010
Rahmi Pujiyati Putri
111411025
Ugi Muhammad Apriyanto
111411028
Kelompok 3 Kelas 2 A
Tanggal Praktikum:
23 April 2013
Tanggal Pengumpulan Laporan:
30 April 2013
PROGRAM STUDI D-3 TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
PENGENDALIAN TEKANAN I
TUJUAN Praktikum ini memberi kompetensi dasar pada mahasiswa yaitu kemampuan untuk dapat
mengendalikan sistem tekanan. Adapun tujuan praktikum adalah mempelajari pengaruh nilaimparameter pengendali pada respons tekanan.
II
DATA PENGAMATAN
Data 1: o Alat pengendalian tekanan
o Skema pengendalian tekanan
Data 2:
GRAFIK SP DAN PV TERHADAP WAKTU DARI PERCOBAAN PENGENDALIAN TEKANAN TANPA REDAMAN a) Pengendalian Proporsional (P)
Kurva SP dan PV thdp waktu dengan PB = 50 PV dan SP
7 6.5 6
PV
5.5
SP
5 590
600
610
620
630 waktu
640
650
660
Kurva PV & SP thdp waktu dg PB = 30 SP dan PV
7.3 6.8 6.3 PV
5.8
SP
5.3 4.8 750
770
790
810
830
850
870
890
910
930
waktu
Kurva PV dan SP thdp waktu dg PB = 10 7.3
SP dan PV
6.8 6.3 PV
5.8
SP 5.3 4.8 1320
1330
1340
1350
1360
1370 waktu
1380
1390
1400
1410
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 5 7.3
SP dan PV
6.8 6.3 PV
5.8
SP
5.3 4.8 1500
1510
1520
1530
1540
1550
1560
1570
1580
1590
waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 2 7.3
PV dan SP
6.8 6.3 PV
5.8
SP 5.3 4.8 1615
1620
1625
1630
1635
1640
1645 waktu
1650
1655
1660
1665
1670
b) Pengendalian Proporsional Integral (PI)
Kurva SP & PV thdp waktu dg PB = 50 dan Ti = 30 6.2
SP dan PV
6 5.8 5.6 5.4
PV
5.2
SP
5 4.8 480
490
500
510
520
530
540
waktu
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50 dan Ti=10 6.2 6 SP dan PV
5.8 5.6 5.4
PV
5.2
SP
5 4.8 610
620
630
640
650 waktu
660
670
680
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50 , Ti= 5 6.2
SP dan PV
6 5.8 5.6
5.4
PV
5.2
SP
5 4.8 770
780
790
800
810
820
830
840
waktu
SP dan PV
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50 dan Ti = 2 6 5.9 5.8 5.7 5.6 5.5 5.4 5.3 5.2 5.1 5
PV SP
910
920
930
940
950 waktu
960
970
980
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50 , Ti = 1 6
SP dan PV
5.8 5.6 PV
5.4
SP
5.2 5 1060
1065
1070
1075
1080
1085
1090
1095
1100
1105
1110
waktu
Kurva SP danPV thdp waktu dg PB = 50 dan Ti = 0,5 5.08 5.06 PV dan SP
5.04 5.02 5
PV
4.98
SP
4.96 4.94
4.92 1185
1186
1187
1188
1189 waktu
1190
1191
1192
1193
c) Pengendalian Proporsional Integral Derivatif (PID)
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50, Ti = 0,5 dan Td = 2 7.5
SP dan PV
7 6.5 PV
6
SP
5.5 5 950
970
990
1010
1030
1050
1070
1090
1110
waktu
SP dan PV
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50, Ti = 0,5 dan Td = 5 6.8 6.6 6.4 6.2 6 5.8 5.6 5.4 5.2 5 4.8 1280
PV SP
1290
1300
1310
1320
1330 waktu
1340
1350
1360
1370
1380
SP dan PV
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB = 50, Ti = 0,5 dan Td = 10 6.4 6.2 6 5.8 5.6 5.4 5.2 5 4.8 1530
PV SP
1540
1550
1560
1570
1580
1590
1600
1610
waktu
SP dan PV
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB =50, Ti=0,5 dan Td = 20 6.3 6.1 5.9 5.7 5.5 5.3 5.1 4.9 4.7 4.5 1748
PV SP
1758
1768
1778
1788 waktu
1798
1808
1818
SP dan PV
Kurva SP dan PV thdp waktu dg PB =50, Ti=0,5 dan Td = 30 6.3 6.1 5.9 5.7 5.5 5.3 5.1 4.9 4.7 4.5 1748
PV SP
1758
1768
1778
1788 waktu
1798
1808
1818
Data 3:
GRAFIK SP DAN PV TERHADAP WAKTU DARI PERCOBAAN PENGENDALIAN TEKANAN DENGAN REDAMAN A. Pengendalian Proporsional (P)
PB 50 6.5
SP dan PV
6 5.5 5
SP
4.5
PV
4 3.5 510
515
520
525
530
Waktu (s)
535
540
545
550
PB 30 6.5
SP dan PV
6 5.5 5
SP
4.5
PV
4 3.5 635
640
645
650
655
660
665
670
675
680
685
Waktu (s)
PB 10 6.5
SP dan PV
6 5.5
5
SP
4.5
PV
4
3.5 760
770
780
790
800 Waktu (s)
810
820
830
PB 5 6.5
SP dan PV
6 5.5 5
SP
4.5
PV
4 3.5 910
915
920
925
930
935
940
945
950
955
Waktu (s)
PB 2 SP dan PV
5.5 5 4.5
SP
4
PV
3.5 980
990
1000
1010
1020 Waktu
1030
1040
1050
B. Pengendali Proporsional Integral (PI)
I 30 6.5
SP dan PV
6 5.5
SP PV
5 4.5 310
320
330
340
350
360
370
Waktu (s)
I 10 6.5
SP dan PV
6 5.5
SP
5
PV
4.5 430
435
440
445
450 Waktu (s)
455
460
465
SP dan PV
I5 6.3 6.1 5.9 5.7 5.5 5.3 5.1 4.9 4.7 4.5
SP PV
530
535
540
545
550
555
560
565
570
Waktu
I2 6.5
SP dan PV
6 5.5
SP PV
5 4.5 645
650
655
660 Waktu (s)
665
670
675
SP dan PV
I1 6.3 6.1 5.9 5.7 5.5 5.3 5.1 4.9 4.7 4.5
SP PV
750
760
770
780
790
800
810
820
830
Waktu
I 0,5 5.1 SP dn PV
5.05 5 4.95
SP
4.9
PV
4.85 875
885
895
905
915 Waktu
925
935
945
C. Pengendali Proporsional Integral Derivatif (PID)
SP dan PV
Td 2 6.3 6.1 5.9 5.7 5.5 5.3 5.1 4.9 4.7 4.5
SP PV
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
Waktu (s)
SP dan PV
Td 5 6.3 6.1 5.9 5.7 5.5 5.3 5.1 4.9 4.7 4.5
SP PV
375
380
385
390
395
400 Waktu (s)
405
410
415
420
SP dan PV
Td 10 6.3 6.1 5.9 5.7 5.5 5.3 5.1 4.9 4.7 4.5
SP PV
525
530
535
540
545
550
555
560
565
570
Waktu (s)
SP dan PV
Td 20 6.3 6.1 5.9 5.7 5.5 5.3 5.1 4.9 4.7 4.5
SP PV
690
700
710
720
730 Waktu (s)
740
750
760
Td 30 5.1
SP dan PV
5 4.9 SP
4.8
PV
4.7 4.6 800
810
820
830
840 Waktu (s)
850
860
870
880
III
PEMBAHASAN
1. Pembahasan oleh Fiqhi Pridayanti Mukhlishah (111411010) Praktikum kali ini praktikan melakukan percobaan pengendalian tekanan dengan memvariasikan nilai parameter proporsional, integral, dan derivatif-nya. Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh nilai parameter pengendali pada respons tekanan. Percobaan yang dilakukan oleh praktikan adalah dengan pengendalian Proporsional (P), pengendalian Proporsional Integral (PI), dan pengendalian Proporsional Integral Derivative (PID).Terdapat 2 percobaan yang praktikan lakukan yaitu, tanpa tangki peredam dan dengan tangki peredam. Pada percobaan tanpa tangki peredam percobaan pertama yang dilakukan oleh praktikan adalah pengendalian Proporsional. Pengendalian ini hanya memvariasikan nilai proporsional band nya saja. Untuk mengubah-ubah nilai PB praktikan merubah nilai Kc nya. Hal ini dikarenakan PB =
⁄
. Sedangkan waktu integralnya di set sangat besar yaitu
100000 sekon. Hal ini bertujuan agar pengaruh waktu integral dianggap hampir tidak ada. Nilai PB yang divariasikan adalah sebesar 50, 30, 10, 5 dan 2. Dari nilai-nilai parameter tersebut praktikan dapat mengetahui kestabilan tekanan yang dihasilkan. Grafik yang dihasilkan pada percobaan pertama ini praktikan dapat melihat pengaruh nilai PB pada tekanan. Semakin kecil nilai PB maka osilasi akan semakin sering terjadi. Jika semakin besar nilai PB maka akan semakin stabil aliran yang terkendali. Tetapi pengendalian Proporsional ini tidak cukup akurat untuk menghasilkan Proses Variabel (PV) mendekati nilai Set Poin (SP). Dengan menggunakan pengendalian Proporsional ini nilai-nilai PB harus besar agar mencegah terjadinya osilasi. Tetapi, hal ini malah menyebabkan terjadinya penyimpangan yang sering disebut offset.
Agar mengurangi nilai offset yang ditimbulkan sebaiknya
menggunakan pengendalian Proporsional Integral (PI). Percobaan kedua praktikan melakukan pengendalian Proporsional Integral (PI). Percobaan ini memasukkan nilai PB yang terbaik yang dihasilkan pada percobaan pertama. Nilai PB yang di pilih adalah 50%. Percobaan kedua ini praktikan melakukan nilai variasi pada waktu integral (Ti) nya. Variasi waktu integralnya yaitu 30, 10, 5, 2, 1 dan 0,5 sekon. Grafik yang dihasilkan pada percobaan kedua ini cukup baik. Karena nilai PV hampir mendekati nilai SP. Tetapi dibandingkan waktu integral yang lain ternyata waktu integral 0,5 sekon adalah waktu yang paling baik dengan nilai PB 50%. Karena, respon PV untuk mendekati SP lebih cepat dan cenderung langsung stabil.
Pada percobaan yang ketiga ini praktikan melakukan pengendalian Proporsional Integral Derevative (PID). Percobaan ini praktikan memasukkan nilai PB 50%, nilai Ti 0,5 sekon dan variasi nilai waktu derevative (Td). Variasi waktu derevative adalah 2, 5, 10, 20 dan 30 sekon. Pengendalian PID ini menyebabkan respon yang lebih cepat. Derivative Action dapat menyebabkan respon cepat tetapi sangat peka terhadap noise (gangguan) karena derivative perubahan error persamaan yang ada di dalam PID adalah komponen simpul umpan balik yang umum dalam sistem kontrol. Pengkontrol PID bisa mengatur keluaran proses didasarkan pada penyebab dan laju perubahan deviasi, sehingga kontrol menjadi stabil dan lebih akurat. Pada percobaan yang menggunakan tangki peredam praktikan melakukan pengendalian yang sama seperti tangki tanpa peredam. Yang membedakan hanyalah ditambahkan tangki tekan. Berdasarkan pegendalian yang telah dilakukan oleh praktikan dapat disimpulkan bahwa pengendalian yang terbaik adalah pengendalian Proporsional Integral. Dari ketiga pengendalian tersebut sifat pengendalian yang dilakukan adalah Direct Acting. Hal ini dikarenakan jika nilai PV besar maka itu diakibatkan oleh tekanan yang keluar dari valve juga akan besar. Jika tekanan dalam tangki melebihi SP maka dari control valve akan memperkecil bukaannya. Dan percobaan dengan menggunakan tangki peredam ternyata lebih baik dibanding tanpa peredam. Hal ini dikarenakan jika menggunakan peredam osilasi yang dihasilkan berkurang.
2. Pembahasan oleh Rahmi Pujiyati Putri (111411025) Pada praktikum kali ini, praktikan melakukan percobaan pengendalian tekanan dengan mencoba – cobakan berbagai nilai pada parameter seperti proporsional, integral dan derivative. Untuk tahap pertama praktikan mencobakan pengendalian dengan hanya menggunakan parameter proporsional saja yang nilainya bervariasi yaitu, 50, 30, 10, 5dan 2. Dari data praktikum ( grafik ) bagian pertama ini praktikan dapat menyimpulkan bahwa semakin kecil nilai PB semakin sering osilasi terjadi, tapi semakin besar nilai proporsional band yang diberikan dalam pengendalian maka akan semakin stabil tekanan yang terkendali. Namun begitu pengendalian dengan parameter proporsional saja tidaklah cukup untuk menjadikan process variable ( tekanan ) mendekati set point yang diinginkan karena dapat dilihat dari grafik pada nilai PB yang praktikan anggap paling baik yaitu 50, tetap saja PV belum mendekati SP ( terjadi offset ). Proses-proses cenderung menggunakan pengendali
dengan proporsional band besar untuk mencegah terjadinya osilasi, tetapi akibatnya timbul penyimpangan. Penyetelan harga PB yang besar atau adanya perubahan pembebanan yang besar akan menimbulkan penyimpangan. Suatu sistem dengan hanya menggunakan pengendali proporsional selalu masih terdapat penyimpangan dari harga titik pengesetannya sebagai suatu harga yang diinginkan, apabila sistem diberikan pembebanan yang berubahubah. Perubahan pembebanan ini disebut sebagai gangguan terhadap sistem proses. Untuk mengatasi hal tersebut, mode integral sering digabungkan dengan pengendali proporsional sehingga penyimpangan dapat dieliminasi. Selanjutnya praktikan melakukan percobaan kedua dengan mencoba – coba memasukkan variasi nilai waktu integral ( Ti ) namun dengan tetap menggunakan nilai PB yang paling baik menurut praktikan pada percobaan 1 yaitu PB = 50. Praktikan memvariasikan nilai waktu integral yaitu 0,5 , 1, 2, 5, 10, dan 30. Praktikan menganggap nilai Ti yang paling baik untuk disandingkan dengan nilai PB 200 adalah Ti = 0,5 karena praktikan melihat dari grafik yang ditampilkan pressure controller di PC bahwa pada nilai intergral 0,5 tersebut respons PV untuk mendekati SP lebih cepat dan cenderung langsung stabil dibandingkan ketika nilai integral lain dimasukkan. Rangkaian
pengendali
tekanan
merupakan contoh sistem yang memerlukan nilai PB yang besar, sehingga untuk sistem yang demikian mode integral perlu ditambahkan pada pengendali. Apabila fungsi intergral ditambahkan, maka secara kontinyu integral akan bereaksi terhadap keluaran sepanjang terjadi penyimpangan dari titik pengesetan yang diinginkan, sehingga dihasilkan penyimpangan = 0. Terakhir, praktikan melakukan percobaan yang ke-3 yaitu dengan memasukkan nilai waktu derivatif. Nilai derivatif ini disandingkan dengan nilai PB = 50 dan Ti = 0,5 dari praktikum sebelumnya, sehingga parameter pengendalian menjadi PID. Derivative action menyebabkan respon cepat, tapi meskipun respon cepat sistem menjadi peka terhadap noise karena derivative perubahan error persamaan yang ada dalam PID, adalah komponen simpul umpan balik yang umum dalam sistem kontrol. P e n g k o n t r o l mengambil harga terukur dari suatu proses atau peralatan lainnya dan membandingkannya dengan harga setpoint acuan, beda/deviasi (error signal) nya kemudian digunakan menyetel beberapa masukan ke proses agar mengembalikan harga proses terukur ke harga setpoint yang diinginkan. Tidak seperti pengkontrol sederhana, pengkontrol PID bisa mengatur keluaran proses didasarkan pada penyebab dan laju perubahan deviasi, sehingga kontrol menjadi stabil
dan lebih akurat. Tapi tidak untuk sistem pengendalian untuk tekanan dibuktikan dengan grafik PV terhadap SP yang langsung berosilasi dan tidak kunjung stabil. Jadi dapat disimpulkan pengendalian tekanan ini lebih baik menggunakan parameter PI saja. Pada percobaan yang menggunakan tangki
peredam praktikan melakukan
pengendalian yang sama seperti tangki tanpa peredam. Yang membedakan hanyalah ditambahkan tangki tekan. Pengendalian tekanan dengan peredam ini, di dapat niali PB terbaik utnuk pengendalian adalah 50 dan TI adalah 0,5. Sedangkan pengaruh derivatif yang diberikan kepada sistem, tetap menghasilkan osilasi seperti pengendalian tanpa redaman hanya saja offset yang terjadi tidak terlalu jauh dari SP.
Adapun sifat pengendalian kali ini yaitu direct acting, karena jika nilai PV ( laju alir tekanan ) besar maka berarti itu disebabkan oleh volume udara yang keluar dari valve juga besar berarti tekanan akan kecil karena tekanan berbanding terbalik dengan volume. Jika aliran udara tekan menyebabkan tekanan dalam tangki melebihi SP maka dari itu control valve akan memperbesar bukaannya, karena itulah sifat dari pengendalian ini dapat disimpulkan sebagai pengendalian direct acting.
3. Pembahasan oleh Ugi Muhammad Apriyanto (111411028) Pada percobaan ini, dilakukan pengendalian tekanan (pressure) pada alat Pressure Control. Tujuan daripada praktikum ini adalah mempelajari pengaruh parameter pengendali pada respons aliran yang ditunjukkan oleh aplikasi Pressure Control yang dihubungkan dengan alat kemudian dihubungkan dengan notebook, sehingga ilustrasi grafik akan muncul pada display notebook yang sudah terinstal aplikasi Pressure Control. Untuk menentukan pengendalian tekanan yang tepat, dilakukan tiga pengendali dalam pengendalian aliran. Yaitu pengendali Proporsional (P), Proporsional-Integral (PI), dan Proporsional-Integral-Derivatif (PID) dengan parameter pengendali yang divariasikan berupa Proportional Band (PB), waktu integral, dan waktu derivatif. Ada dua percobaan yaitu mengamati pengaruh parameter pengendali tanpa menggunakan tangki peredam dan dengan menggunakan tangki peredam. Pada awal pengoperasian, dilakukan pengaturan terhadap valve V2 dan V1 sehingga menunjukkan tekanan 10 dan 18 psi, lalu menutup V3, V5, dan V6 dan mengatur bukaan V4
(tanpa menggunakan tangki peredam). Pada pengendalian proporsional, waktu derivatif 0, dan waktu integral 100000 (sehingga pengaruh integral dapat diminimalisasi). Dilakukan pengamatan terhadap nilai Proportional Band (PB) dengan variasi 2, 5, 10, 30, dan 50 [%]. Dari hasil pengamatan grafik, diperoleh grafik yang menurut praktikan lebih baik dari yang lain, yaitu pada nilai PB sebesar 50%. Dapat terlihat dari grafik-grafik yang diperoleh, pengaruh nilai PB terhadap kestabilan. Nilai PB yang kecil mengakibatkan ketidakstabilan yang cenderung besar sehingga osilasi pun semakin besar. Sedangkan nilai PB yang besar mengakibatkan PV stabil dengan respons yang lambat, namun kestabilan dapat dicapai, sehingga osilasi dapat diminimalisasi. Dengan PB yang besar seharusnya offset akan dapat diminimalkan. Namun PV belum bisa mendekati SP secara maksimal. Oleh karena itu, dibutuhkan unsur integral dalam pengendalian. Pada pengendalian Proporsional-Integral (PI), digunakan PB sebesar 50% yaitu nilai PB terbaik hasil pengendalian Proporsional. Dilakukan variasi waktu integral sebesar 0,5; 1; 2; 5; 10; dan 30. Dari hasil pengamatan grafik, didapatkan grafik terbaik pada waktu integral 0,5. Karena respons PV terhadap MV berlangsung sangat cepat dan offset
dapat
diminimalkan. Sehingga dari grafik yang didapatkan, pengaruh integral dapat diketahui, yaitu apabila waktu integral semakin besar maka responsnya akan semakin lambat dan ketidakstabilan semakin besar. Pada pengendalian Proporsional-Integral-Derivatif (PID), dilakukan input nilai waktu derivatif dengan variasi 2, 5, 10, 20, dan 30. Input nilai derivatif yang semakin besar menyebabkan respons yang sangat cepat namun akan sangat peka sekali terhadap keberadaan noise. Dari hasil pengamatan, PV tidak pernah stabil terhadap SP. Maka dari sekian variasi waktu derivatif, tidak dapat ditentukan mana yang terbaik. Oleh karena itu, dapat disimpulkan pada pengendalian aliran ini lebih baik menggunakan pengendali dengan parameter Proporsional-Integral (PI). Untuk percobaan menggunakan tangki peredam, dilakukan seperti tanpa peredam hanya saja valve V3 dibuka keluaran valve dan V4, V5, dan V6 ditutup. Dari sini bisa didapatkan fungsi peredaman. Fungsi redaman adalah untuk mengantisipasi adanya gangguan sehingga dapat mengurangi adanya osilasi. Sehingga dari hasil pengamatan grafik, pengendalian yang dapat dikatakan lebih baik adalah pangendalian dengan rendaman.
Adapun sifat pengendalian aliran ini yaitu direct acting, yaitu jika aliran udara tekan menyebabkan tekanan dalam tangki melebihi SP maka dari itu control valve akan memperbesar bukaannya.
IV
KESIMPULAN Adapun kesimpulan yang didapat dari hasil percobaan pengendalian tekanan ini
adalah: 1. Berdasarkan hasil grafik pada percobaan:
pengendali yang dapat dikatakan paling baik pada pengendalian tekanan ini adalah pengendali Proporsional-Integral (PI) atau PI-Controller.
Pengendalian dengan tangki peredam lebih baik daripada tanpa peredam, dapat dilihat dari osilasi yang minimum pada grafik.
Nilai PB terbaik adalah 50% dan nilai waktu integral (Ti) terbaik adalah 0.5.
2. Pengaruh keberadaan Proportional Band (PB) adalah semakin besar PB, respons akan semakin lambat, stabilitas semakin tinggi. 3. Pengaruh keberadaan integral time atau waktu integral (Ti) adalah semakin kecil waktu integral, maka respons akan semakin cepat tetapi kestabilan rendah. 4. Pengaruh keberadaan derivative time atau waktu derivative (Td) adalah semakin besar waktu derivatif, maka respons akan semakin cepat tetapi akan sangat peka terhadap noise.
DAFTAR PUSTAKA
Heriyanto. Pengendalian Proses. Jurusan Teknik Kimia, 2007. Bandung: Politeknik Negeri Bandung Wade, H. L. 2004. Basic and Adavanced Regulatory Control: System Design and Application. Ed. 2, ISA, NC
