PENGENDALIAN TEMPERATUR PC13 PENGENDALIAN PENGENDALIAN ON/OFF
I. Tujuan
1.
Mendemonstrasikan pengendalian On/Off dengan saklar pemilih
2.
Mendemonstrasikan pengendalian On/Off otomatis
3.
Menentukan periodaosilasi dan kelambatan proses
4.
Menentukan temperature overshoot dan undershoot
II. Alat dan Bahan yang Digunakan a. Alat yang digunakan :
PC10 + Trimtool
PC13 + Pompa sirkulasi air dingin
Lampu 24 VAC
Kabel penghubung
Kabel termokopel
Thermometer air raksa
b. Bahan yang digunakan :
Aquadest : secukupnya
Es batu : 4 buah
III. Dasar teori
Alat Pengendali Temperatur (PC13) ini adalah alat simulasi pengendalian temperature dari suatu proses pertukaran panas tipe plat, tipe plat, plate heat exchanger (HE). (HE). Fluida panas yang berasal dari sebuah tangki yang dipanaskan menggunakan pemanas koil listrik akan menurunkan kalor terhadap aliran fluida pada pipa aliran dingin. Pada alat PC13 ini aliran fluida dingin dengan temperature terukur di TC3 akan menjadi fluida yang lebih panas dari sebelumnnya (TC4) yang kemudian dimasukkan kembali ke pompa aliran air pendingin. Aliran TC4 ini nantinya akan kembali ke proses melalui katup V1 dan menjadi TC3 kembali, oleh karena itu pada pompa sirkulasi penjagaan temperature agar fluida TC4 turun lagi menjadi TC3 haruslah diperhatikan dengan menambah batu es seperlunya.
Fluida dalam tangki pemanas diukur sebagai TC1 yang kemudian akan bertukar panas dengan fluida dingin TC3. Tangki ini merupakan tangki yang terbuat dari logam, dengan katup inlet untuk mengisi terletak pada bagian atas tangki. Fluida dalam tangki adalah air aquadest bersih. Tangki mempunyai 2 aliran keluar yaitu :
Aliran menuju penukar panas (HE) yang dapat diukur dengan termokopel di soket TC1.
Aliran drain (untuk mengeluarkan air dari tangki/ pengukuran), V3.
Hasil pertukaran panas ini menghasilidak dikendalikankan output berupa aliran fluida yang temperaturnya lebih rendah dari TC1 yang terukaur sebagai TC2 yang kemudian disirkulasi ulang ke tangki pemanas. Pada awalnya, Proses pertukaran panas dikendalikan dengan sebuah katup motor yang akan memperbesar atau memperkecil aliran fluida panas yang berasal dari tangki pemanas sebagai elemen control akhir. Namun karena aus, katup motor telah dilepas sehingga aliran panas masuk dan keluar tidak dikendalikan lagi oleh katup motor. Aliran air panas diatur secara manual menggunakan katup manual V2, dan besar aliran dapat dilihat pada rotameter F2. Aliran fluida dingin juga diatur dengan katup manual V1, dan besar aliran dapat dilihat pada rotameter F1.
Alat PC13 berfungsi sebagai tempat proses pemanasan dan tempat termokopel untuk pengukuran temperature proses. Alat ini dirangkaikan untuk bekerja bersama dengan alat konsol listrik PC10. Pengukuran dapat dilakukan pada empat soket termokopel TC1,TC2, TC3 dan TC4 yang kemudian dihubungkan ke soket sinal conditioning di alat PC10 yang akan mengubah panas dari pengukuran menjadi arus listrik (mA) atau tegangan listrik (Volt) yang outputnya kemudian dapat dipergunakan sebagai nilai pembacaan pada amperemeter atau voltmeter atau sebagai input pengendali arus pada process c ontroller.
Sebagai nilai pembacaan, maka temperature 0 oC – 100 100 oC akan sebanding dengan 0 volt – 1,000 1,000 volt, yang berarti saat temperature terukur adalah 35 maka pembacaan di voltmeter adalah 0,350 volt. Pada amperemeter, temperature 0 oC – 100 100 oC akan sebanding dengan 4 mA – 20 mA, yang berarti saat 50 oC maka akan terbaca 12 mA. Output (mA) yang sama ketika dihubungkan ke bagian input pada process controller di PC10 akan memberikan pembacaan 50 %, karena temperature 0 oC – 100 100 oC ≈ 4 mA – mA – 20 20 mA ≈ 0 % - 100 %.
PC13 digabungkan dengan PC 10 akan mempunyai fungsi pengendalian yang sama dengan pengendalian PC10, sehingga prinsip-prinsip pengendalian PC10 semua dapat diterapkan pada alat simulasi temperature PC13.
Teori Tambahan
Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama- sama dan melakukan suatu sasaran tertentu, sedangkan pengendalian diartikan sebagai mengekang dan menguasai. Jadi sistem pengendali proses adalah sistem pengendalian suatu parameter dari berbagai macam proses.
Sistem pengendalian proses terbagi menjadi dua yaitu sistem pengendalian manual dan sistem pengendalian otomatis. 1.
Sistem Pengendalian Manual adalah sistem pengendalian dengan subyek adalah
makhluk hidup, contoh oleh manusia. Biasanya sistem ini dipakai pada beberapa proses proses yang tidak banyak mengalami perubahan beban ( load ) atau pada proses yang tidak kritis. 2. Sistem Pengendalian Otomatis adalah sistem pengendalian dimana subyek digantikan oleh suatu alat yang disebut controller . Dimana tugas untuk membuka dan menutup valve tidak lagi dikerjakan oleh operator, tetapi atas perintah controller . (Gunterus, 1994)
Gambar. Sistem pengendalian otomatis
Gambar. Sistem pengendalian manual
Dari gambar diatas terlihat bahwa contoh sistem pengendalian manual salah satunya adalah proses merebus botol dengan panci panas yang dikasih air. Proses merebus botol ini biasanya dilakukan oleh ibu-ibu untuk mensterilkan botol. Biasanya proses perebusan
dimulai dengan memanaskan air sampa mendidih, kemusian botol-botol dimasukkan ke panci sampai sekitar 5- 10 menit, setelah selesai maka kita harus mematikan kompor gas secara manual. Sedangkan gambar 2 menunjukkan contoh sistem pengendalian otomatis pada proses sterilisasi botol. Gambar 2 menunjukkan proses sterilisasi botol dilakukan dengan alat sterilizer, dimana kita tinggal memasukkan botol ke alat kemudian kita putar atau tekan sistem kontrol temperatur pada alat tersebut dan jika proses sterilisasi sudah selesai maka alat akan otomatis mati sendiri, sehingga tidak perlu ditunggu dan dimatikan secara manual. Nah dua kasus tersebut merupakan salah satu contoh dari perbedaan sistem pengendalian manual dan sistem pengendalian otomatis. Dimana perbedaannya terdapat pada adanya suatu alat kontrol yang menggantikan kerja subjek manusia. Jika pada kasus ini maka alat kontrol pada alat sterilisasi adalah alat kontrol temperatur. Pada materi kali ini kita akan membahas mengenai PCT 13 (Process Controller Temperatur) dengan pengendalian on/off secara otomatis. Yang mana pada PC 10 kita telah membahas mengenai pengendalian on/off. PCT 13 adalah aksesori pengendali temperatur buata ARMFIELD Tech.Ltd yan dirancang untuk bekerja sama dengan PCT 10. Pada PCT-13 harga pengukuran adalah juga hara pengendalian / kontrol point (Cp). Sedangkan yang berfungsi sebagai pengendali / controller disini adalah PCT-10 yang menerima input dari pengukuran dan mengevaluasi terhadapset point kemudian menentukan tindakan yang harus dilakukan oleh elemen kontrol akhir. Elemen kontrol akhir pada PCT-13 adalah katu kontrol motor (motorised valve) dan saklar ON/OFF pada pompa di tangki.
Inti proses pada PCT-13 adalah Alat Penukar Panas (Heat Exchanger) mini yang menukar panas antara fluida proses dan fluida pemanas. Bagian-bagian utama dari PCT-13 adalah : 1.
Penukar Panas ( Heat Exchanger)
2.
Tangki Fluida pemanas ( Heating Fluid Reservoir )
3.
Pompa sirkuasi air panas
4.
Flowmeter
5.
Katup Kontrol aliran manual
6.
Katup motor
7.
Termokopel
Mode pengendalian berdasarkan gerakan dibagi menjadi 2 yaitu, MODE PENGENDALIAN TIDAK KONTINYU dan MODE PENGENDALIAN KONTINYU. Mode pengendali tidak kontinyu juga diklarifikasikan dalam dua kelas yaitu manual dan otomatis
Mode pengendali tidak kontinyu secara manual yang berperan disini adalah manusia (MAN) yang akan melakukan evaluasi dan menentukan tindakan yang harus dilakukan apabila hara dari pengukuran (control point) tidak sama denga harga yang telah ditetapkan (set point) sedangkan pada pengendali tidak kontinyu otomatis, harga kontrol point tersebut diberikan keada kontroler yang kemudian mengevaluasi dan menentukan tindakan yang perlu dilakukan agar arga control point tersebut mendekati atau sama dengan harga set point.
Pengendali tidak kontinyu melakua evaluasi berdasarkan error dari kontrol point terhadadap set point. Perbedaan harga kontrol point terhadap set point tersebut atau error kemudian dikeluarkan sebagai output daro kontroller ke element kontrol akhit daam bentuk % output. Disini sikenal persen error skala penuh, yaitu persentase error terhadap skala penuh range pengendalian.
% error = (cp – Sp ) / ( range pengendalian ) x 100 % Contoh apabila diketahui set point adaah 50 % dan kontrol point adalah 45 % untuk range pengendalian daro 0 %- 100 %, maka error adalah :
% error = (45 % - 50 % ) / (100 % - 0 %) x 100 % =5%
Pada pengendali tidak kontinyu % P ( % output) hanya berupa dua harga, 0 % dan 100 % dengan ketentuan sebagai berikut :
%P adalah 0% pada saat % EP > 0 %P adalah 100% pada saat % EP < 0
Dengan ketentuan diatas maka apabila Cp< Sp maka output akan menjadi 100%. Daam pemanasan maka pemanas (heater) akan hidup. Apabia Cp>Sp maka output akan menjadi 0%.
Bentuk diagram pengendalianakan berupa kotak-kotak bersusun, menyatakan daerah hidup dan daerah matinya airan listrik pemanas.
Dalam suatu pengendalian proses dikenal berbagai jenis cara salah satunya adalah proses pengendalian on-off. Pada proses pengendalian jenis ini hanya akan terdapat 2 jenis outputan yaitu bersifat low dan high. Proses penendalian ini apabila digunakan untuk mengendalikan buka tutup control valve maka bukaan control valve hanya akan bisa 0% atau 100%..Syarat utama untuk memakainya adalah bukan untuk menghemat biaya pembelian unit controller melainkan karena proses memang tidak dapat mentolelir fluktuasi process variable pada batas-batas kerja pengendali on-off. Seperti tecerminkan dari namanya , pengendalian on /off hanya bekerja pada dua posisi, yaitu posisi “on” dan posisi “off”. Kalau final kontrol element berupa control valve , kerja valve hanya terbuka penuh atau tertutup penuh. Pada system pengendalian on-off control valve tidak akan pernah bekerja didaerah antara 0 sampai 100%. Karena kerjanya yang on-off , hasil pengendalian pengendali on-off akan menyebabkan proses variable yang bergelombang, tidak pernah konstan. Perubahan proses variable akan seirama dengan perubahan posisi final control element. Besar kecinya fluktuasi proses variable ditentukan oleh titik dimana controller “on” dan titik dimana “off”. Karena karakteristik kerjanya yang hanya on dan offf, controller jenis on-off juga sering disebut sebagai two posision controller ,gap controller atau snap controller . Kata snap secara harfiah berarti menampar . Sebuah controller on-off kemidian juga lazim disebut snap controller. Ungkapan kata snap action kelak akan juga dipakai untuk kerja controller jenis lain yang karena besarnya gain menjadi bekerja secara on-off. Kerja pengendalian on-off , seringkali didapatkan dengan memanfaatka deab band suatu prosses switch. Contoh pengendalaian on-off yang paling mudah ditemui pengendalian suhu pada seterika listrik atau pompa air listrik otomatis. Kedua alat ini bekerja secara on-off dengan memanfaatkan adjustable dead band yang ada pada temperatur switch dan pressure switch. Kerja penendalian on-off banyak dipakai di system pengendalian yang sederhana karena harganya yang relatif murah. Namun , tidak semua proses dapat dikendalikan secara on-off karena banyak operasi proses yang tidak dapat mentolerir fluktuasi proses variable.
Jadi, syarat utama untuk memakai pengendali on-off bukan untuk menghemat biaya unit controller melainkan karena proses memang tidak dapat mentolerir fluktuasi proses variable pada batas-batas kerja pengendalian on-off. Aksi pengendalian dari controller ini hanya mempunyai dua kedudukan, maksimum atau minimum, tergantung dari variable terkontrolnya, apakah lebih besar atau lebih kecil dari set poin. Persamaanya adalah : m = N1 jika e < 0 m = N2 Jika e > 0 dimana : m = manipulated variable N1 = harga maksimum dari m (ON) N2 = harga minimum dari m (OFF)
Pada gambar terlihat, jika error sering naik turun dengan cepat, maka variabel termanipulasi (m) akan sering sekali berubah dari maksimum ke minimum atau sebaliknya, hal ini dalam prakteknya tidak disesuai, untuk itu pada pengendalian diberi gap. Instrumentasi merupakan device atau peralatan yang digunakan untuk menunjang sebuah sistem dalam menjalankan proses tertentu untuk tujuan tertentu pula. Setiap kegiatan proses dalam sebuah system 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 pada kepentingan 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. Hampir semua proses industri dalam menjalankan proses produksinya membutuhkan bantuan sistem pengendali, contohnya pengendalian di suatu proses pengilangan minyak. Proses di suatu pengilangan minyak tidak mungkin dapat dijalankan tanpa bantuan fungsi sistem pengendalian. Ada banyak pengendalian yang harus dikendalikan di dalam suatu proses. Diantaranya yang paling umum, adalah tekanan ( pressure) didalam sebuah vessel atau pipa, aliran ( flow) didalam pipa, suhu (temperature) di unit proses seperti heat exchanger , atau permukaan zat cair (level) disebuah tangki. Ada beberapa parameter lain diluar keempat elemen diatas yang cukup penting juga dan juga perlu dikendalikan karena kebutuhan spesifik proses, diantaranya : pH, Velocity, berat, lain sebagainya. Gabungan serta kerja alat – alat pengendali otomatis itulah yang dinamai dengan sistem pengendalian proses ( proses control system). Sedangkan semua peralatan yang
membentuk sistem pengendali disebut Instrumentasi pengendali proses ( process control instrumentation). Dan sekarang tidak lagi memakai pe-ngendalian manual kontrol tetapi masih tetap dipakai pada beberapa aplikasi tertentu. Sistem dibuat otomatis peran operator didalam sistem pengen-dalian manual digantikan oleh sebuah alat yang disebut controller . Tugas pelaksana keputusan (aksi control valve) tidak lagi dilakukan oleh operator (manusia), tetapi atas perintah controller yang operasinya dikendalikan oleh user. Untuk keperluan pengendalian otomatis, valve harus dilengkapi dengan alat yang disebut actuator , sehingga unit valve sekarang menjadi unit yang disebut control valve. Semua peralatan pengendalian inilah (controller dan control valve) yang disebut sebagai instrumentasi pengendali proses. Pengendalian pada umumnya menghendaki proses berjalan dengan stabil. Proses yang stabil merupakan sebuah proses dimana besarnya setpoint sama dengan besarnya meassurment variabel, sehingga error sama dengan nol. Error yang sama dengan nol ini dapat mengakibatkan tidak adanya manipulated variabel untuk membuka atau menutup valve yang menjadikan sebuah proses yang berjalan secara kontinyu tanpa gangguan. Namun pada kenyatannya perubahan load, kinerja mekanik instrument, perubahan setpoint dan faktor – faktor lain yang dapat mengakibatkan suatu proses tidak stabil. Hal ini lazim terjadi pada
suatu sistem pengendalian, sehingga perlu sebuah controller untuk mengendalikan suatu proses agar dapat kembali ke posisi stabil.
Gambar Diagram blok aliran proses Didalam pengendalian otomatis sesuatu yang perlu diketahui definisi dari istilah – istilahnya yaitu :
Proses (Process) adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu .
Input proses dapat bermacam – macam, yang pasti ia merupakan besaran yang di manipulasi oleh final control element atau control valve agar measurement variable sama dengan set point .
Controlled variable adalah besaran atau variabel yang dikendalikan. Besaran ini adalah diagram kotak disebut juga output proses atau proses variable.
Manipulated vari able adalah input dari suatu proses yang dapat dimanipulasi atau diubah – ubah besarnya agar process variable atau controlled variable besarnya sama dengan set point .
Distrubance adalah besaran lain, selain manipulated variable, yang dapat menyebabkan berubahnya controlled variable. Besaran ini lazim disebut load .
Sensing element adalah bagian suatu ujung suatu sistem penguluran (measuring system). Contoh sensing element yang banyak dipakai misalnya thermocouple atau oriface plate. Pada bagian ini juga bisa disebut sensor atau primary element .
Transmitter adalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element, dan mengubah menjadi sinyal yang dapat dimengerti ole h controller .
Measurement vari able atau measured variable adalah sinyal yang keluar dari transmitter . Besaran ini merupakan cerminan besaranya sinyal sistem pengukuran.
Set point adalah besar process variable yang dikehendaki. Sebuah controller akan selalu berusaha menyamakan controlled variable dengan set point .
Error adalah selisih antara set point dikurangi measured variable. Error bisa negatif dan juga bisa positif. Bila set point lebih besar dari measured variable maka error akan menjadi positif. Sebaliknya jika set point lebih kecil dari measured variable maka error menjadi negatif.
Controller adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian, yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi yang sesuai dengan hasil perhitungan. Controller sepenuhnya mengantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses.
Control unit adalah bagian dari controller yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan. Input control unit adalah error , dan output nya adalah sinyal yang keluar dari controller . Control unit memiliki transfer function yang tergantung pada jenis controller . Output control unit adalah hasil penyesuaian matematik transfer function dengan memasukkan nilai error sebagai input.
F inal control element adalah bagian akhir dari instrumentasi sistem pengendalian. Bagian ini berfungsi untuk mengubah
measurument variable
dengan cara
memanipulasi besarnya manipulated variable, berdasarkan perintah controller . Control valve adalah suatu jenis final control element yang paling umum dipakai untuk sistem pengendalian proses, sehingga final control element cenderung diartikan control valve, sebuah control valve bekerja tidak hanya menutup secara penuh atau membuka secara penuh, tetapi pengendalian secara continuous yaitu control valve harus mengendalikan secara kontinu manipulated variable (mengatur besar bukaanvalve) agar proses variable selalu sama dengan set point. Sebuah control valve terdiri dari tiga dua bagian dasar yaitu actuator. Bonnet dan valve body. Actuator adalah bagian yang mengerjakan gerak buka tutup valve yang terdiri dari diapragma, upper diapragma case, pegas, yoke, stem, dll. Bonnet terdiri dari stud bolt/nut, valve stem,dll. Sedangkan valve yang berhubungan langsung/menentukan besarnya flow yang berhubungan dengan fluida yang masuk ke proses, yaitu terdiri dari plug, seat, valve body, gasket , dll.
Suatu aktuator bisa bekerja apabila ada suplay tekanan dan sinyal control peneumatik ataupun elektrik, besarnya suplay tekanan pneumatik tergantung dari system, model, dan ukuran control valve itu sendiri (biasanya 20 psig), sedangkan sinyal urnumnya control 3-15 Psig untuk pneumetik dan 4 – 20 mA untuk elektrik, bila sebuah control valve suplay dan sinyal controlnya pneumatik maka sinyal elekrik harus 4-20 mA harus dirubah ke 3-15 psig sinyal pneumetik oleh suatu konverter I/P. Actuator control valve dilengkapi .pula dengan positioner yang fungsinya digunakan untuk menanggulangi hysterisis pada aksi control valve, positioner terdiri dari empat bagian yaitu :
Resricted Orifice yang berfungsi menghambat tekanan sumber (suplay).
Bellow dan spring berfungsi sebagai penterjemah tekanan pneumetik ke besaran gerak.
Nozzel dan Baffle berfungsi untuk membocorkan sebagian tekanan suplay yang bekerja pada diapragma.
Elongated Slot berfungsi sebagai engsel untuk menjaga agar baffle naik turun seirama dengan gerak stem
Rellay
Manfaat yang lain dari positioner adalah untuk mempercepat reaksi control valve sehingga lag time dapat diperkecil, valve positioner dapat diartikan juga sebagai controller karena didalamnya terdapat proses umpan balik (Proporsional Control) dari aksi actuator ke positioner. Untuk sebuah actuator pada urnumnya dikalibrasi untuk bergerak saat sinyal pneumetik lebih besar dari 3 psi dan kondisi gerak penuh pada saat sinyal 15 Psig, artinya 3-15 Psig setara dengan 0-100% pergerakan stem valve (strok) .Suatu kombinasi actuator dan valve dibuat untuk menghasilkan control valve fail to close dan control valve fail to open. Kedua kondisi ini diciptakan demi kepentingan proses. Kontruksinya control valve fail open juga disebut air to close, sedangkan fail close disebut juga air to open. Spesifikasi katup penting sekali untuk menyesuaikan karakteristik katup pengatur dengan karakteristik proses. Dengan menggunakan penyesuaian itu seti-daknya akan mengurangi kesulitan – kesulitan yang dihadapi, yaitu dengan meng-gunakan karakteristik aliran pada katup. Karakteristik aliran yang dgunakan adalah :
Linear
Karakteristik ini menyatakan perubahan besarnya aliran yang proporsional dengan bukaan katup. Sepuluh persen bukaan katup berarti sepuluh persen aliran. Kontrol valve jenis ini banyak digunakan untuk pengendalian level per-mukaan dengan gain yang tetap. Persamaan matematis dari jenis ini adalah :
f(x)= x
Equal Percentage
Kontrol valve jenis ini menyatakan perubahan bukaan katup akan mengakibatkan perubahan aliran semakin lambat untuk harga a yang semakin besar, dengan model matematisnya : f(x) = a x-1 Quick Opening
Karakteristik ini menyatakan perubahan maksimum yang terjadi pada bukaan yang relatip kecil. Katup dengan karakteristik aliran seperti ini banyak digunakan untuk pengaturan onoff. Untuk perubahan tekanan (Dp) yang melewati katup diasumsikan tetap. Akan tetapi perubahan tekanan proses sering merubah karakteristik itu sendiri, sehingga dalam membuat asumsi harus dengan tingkat perubahan karakteristik yang tergantung pada penurunan tekanan proses. Untuk kasus normal diasumsikan bahwa penu-runan tekanan proses sama dengan penurunan tekanan katup dan perubahan yang dihasilkan kecil dan karakteristik dengan pengaruh perubahan tekanan dapat dia-tur. Kebanyakan control valve dioperasikan pada beban yang berubah – ubah dan dalam tekanan yang bervariasi serta respon valve yang cepat. Efektifitas respon dipengaruhi oleh karakteristik valve. Equal percentage dapat dipakai untuk keperluan proses yang cepat dan dinamika sistem belum diketahui dengan baik. Quick opening dapat dipakai untuk kontrol on-off .
IV. Prosedur kerja A.
Pengendalian On/Off dengan Saklar Pemilih
1. Menghubungkan alat PC10 dan pompa sirkulasi air pendingin ke soket PLN, hubungkan kabel pompa dari alat PC13 ke soket di bagian sisi kiri alat PC10. Pastikan kabel heater dari alat PC13 TIDAK terpasang. 2. Memeriksa isi pompa air pendingin, isi air dan batu es kemudian ukur temperature hingga didapat temperature 10
0
C. Hidupkan pompa. Amati sirkulasi air pendingin
menuju kealat PC13 dan kembali ke pompa. 3. Memeriksa tangki air proses di alat PC13, pastikan terisi air mnimal 2/3 dari volume maksimal tangki (5L). 4. Kalibrasi alat PC10 dengan baik dan benar untuk voltmeter dan process controller. 5. Menghubungkan kabel penghubung termokopel dari titik ukur TC1 di alat PC13 ke soket signal conditioning temperature di alat PC10. 6. Menghubungkan output dari signal conditioning ke bagian input di process controller. Amati harga pada layar variable proses adalah nilai terukur temperature dalam tangki (TC1). 7. Membuka katup manual V1, atur agar aliran dari pompa air pendingin (F1) adalah 200 cm3/menit. 8. Membuka katup manual V2, atur agar aliran dari tangki proses (F2) adalah 200 cm3/menit. 9. Memasang lampu indicator pada bagian soket 24 VAC di saklar pemilih (switched output) pada alat PC10. Pindahkan saklar (switch) ke posisi N/O, amati lampu hidup (arus listrik mengalir). 10. Mengatur set point pada process controller pada temperature 36 0C. Catat temperature awal tangki di layar variable proses. 11. Mengatur agar harga ProP = 0 %, Int = 0 menit dan dEr = 0 % pada baguan konfigurasi di process controller alat PC 10 (Karakteristik Pengendalian On/Off). Tekan ENTER setiap memasukkan data. Biarkan harga variable lain seperti apa adanya. 12. Menghubungkan kabel heater dari alat PC13 ke bagian soket 24 VAC di alat PC10. Persiapkan stopwatch. Stopwatch dimulai bersamaan dengan saklar N/O dipindah posisi ke N/C, amati lampu 24 VAC mati (arus listrik tidak mengalir). Lakukan pengambilan data setiap 0,5 menit.
13. Saat temperature mencapai temperature set point, pindahkan posisis saklar ke posisi N/O. Amati lampu 24 VAC akan mati, namun temperature akan tetap naik. Temperatur akan tetap naik hingga ke temperature maksimum, overshoot. 14. Mengamati dan catat temperature hingga turun kembali ke set point, temperature minimum (undershoot) lalu naik lagi ke set point.
B.
Pengendalian On/Off Otomatis
1. Menghubungkan alat PC10 dan pompa sirkulasi air pendingin ke soket PLN, hubungkan kabel pompa dari alat PC13 ke soket di bagian sisi kiri alat PC10. Pastikan kabel heater dari alat PC13 TIDAK terpasang. 2. Memeriksa isi pompa air pendingin, isi air dan batu es kemudian ukur temperature hingga didapat temperature 10
o
C. Hidupkan pompa. Amati sirkulasi air pendingin
menuju kea lat PC13 dan kembali ke pompa. 3. Memeriksa tangki air proses di alat PC13, pastikan terisi air mnimal 2/3 dari volume maksimal tangki (5L). 4. Kalibrasi alat PC10 dengan baik dan benar untuk voltmeter dan process controller. 5. Menghubungkan kabel penghubung termokopel dari titik ukur TC1 di alat PC13 ke soket signal conditioning temperature di alat PC10. 6. Menghubungkan output dari signal conditioning ke bagian input di process controller. Amati harga pada layar variable proses adalah nilai terukur temperature dalam tangki (TC1). 7. Membuka katup manual V1, atur agar aliran dari pompa air pendingin (F1) adalah 200 cm3/menit. 8. Membuka katup manual V2, atur agar aliran dari tangki proses (F2) adalah 200 cm3/menit. 9. Melakukan pengaturan pada process controller, tekan tombol C untuk konfigurasi hingga terdapat kedip pada tampilan di layar variable process, kemudian tekan tombol F. 10. Mengubah HANYA harga ProP = 0 %, Int = 0 menit, dEr = 0 % dan histerisis = 2 %. Biarkan harga setting lainnya sesuai setting kalibrasi sebelumnnya. Setting ProP, Int dan dEr = 0 menunjukkan pengendalian tidak kontinyu (On/Off). 11. Memasukkan nilai harga set point 45 oC. Sebaiknya nilai temperature dalam tangki (TC1) lebih rendah dari nilai set point, minimal 5 oC lebih rendah. 12. Mempersiapkan stopwatch, catat nilai variable pengukuran (nilai TC1) di layar variable proses.
13. Memulai stopwatch bersamaan dengan menghubungkan kabel heater dari PC13 ke soket 24 VAC di process controller alat PC10. Tekan tombol F 1x pada process controller dan catat harga power output tersebut. Catat temperature dan power output setiap menit. Amati lampu indicator 24 VAC tetap hidup hingga mencapai batas atas dari set point (+2 % dari 45 % ). 14. Setelah mencapai overshoot, temperature akan turun ke set point, amati lampu tetap mati dan power output tetap 0 % hingga ke batas bawah dari set point (-2 % dari 45 %). Saat temperature <33o 0C, pemanas akan hidup lagi, lampu 24 VAC akan hidup, namun temperature tetap turun menccapai undershoot. Tetap lakukan pencatatan waktu, temperature dan power output. 15. Mencatat power output dan temperature per satuan waktu hingga temperature mencapai set point kembali. 16. Mematika alat, lepaskan kabel-kabel penghubung dan rapihkan area praktikum.
V. Data Pengamatan
No
Temperatur (oC)
Waktu (second)
Power Output (%)
Keterangan Lampu
1.
33
507
100
On
2.
35
627
100
On
3.
37
757
100
On
4.
38,2
845
0
Off
5.
37
1090
0
Off
6.
35
1374
0
Off
7.
33
1811
0
Off
8.
32,9
1814
100
On
9.
35
2047
100
On
VI. Perhitungan 1. Laju Pemanasan
Laju Pemanasan =
₃₇ – ₃₃ ₃₇ − ₃₃
=
37 ˚−33˚ 757 −507
= 0,016 oC/s
= 0,96 oC/menit
2. Laju Pendinginan
Laju Pendinginan =
₃₇ – ₃₃ ₃₇ − ₃₃
=
37 ˚−33˚ 1090 −1811
= -5,5478 x 10 -3 oC/s = -0,3328 oC/menit
Grafik Pengendalian On/Off Secara Otomatis
Waktu Vs Temperatur 39
37
35 ) C o ( r 33 u t a r e p31 m e T
temperature
29
27
25 0
500
1000
1500
Waktu (s)
2000
2500
VII. Analisa Percobaan
Dari pratikum yang telah dilakukan dapat dianalisis bahwa pengendalian dilakukan terhadap temperatuer di dalam tangki fluida dengan mode non kontinyu (on/off) yakni secara manual dan otomatis . pada percobaan ini variabel yang akan dijaga dan diukur adalah TC 1. Namun, sebenarnya dilakukan pengukuran terhadap air panas masuk,air panas keluar, air dingin masuk dan air dingin keluar. Namun, dikarenakan alat tidak adapat bekerja optimal lagi, maka dilakukan pengukuran TC 1 saja.
Pada awalnya air dipanaskan oleh heater didalam tangkikemudian dialirkan menuju heat exchanger dengan bantuan pompa dan melewati flowmeter terlebih dahulu agar didapatkan nilai laju alir yang terukurdan agar mendekati flow yang konstan , yakni 200 cm3/menit. Namun, pada percobaan kedua saat flownya turun nilai yang terbaca tidak stabil sehingga nilai flow menjadi maksimum kemudian kondenser yamg digunakan untuk menstabikan suhu , suhu di jaga pada kondisi 10 – 15 oC hal ini dilakukan agar yterjadi pertukaran panas antara fluida panas dan dingin.
Pada percobaan ini kita mengatur dan mengendalikan proses dengan cara menegndalikan saklar N/C dan melihat acuan pada lampu indikator . pada awal ditekan N/O lampu indikator akan mati sampai dengan mencapai set pointnya yaitu 30% dan dicatat temperatur serta waktunyaunutk mencapai kenaikan itu setelah itu menaikkan ke posisi N/C dimana ini adalah pemutusan posisi relai ke heater namun, nilai temperature tetap naik dikarenakan adanya control lag atau overshoot yang kemudian akan menurun kembali pada nilai set point awal.
Untuk pengendalian secara otomatis, sistem ini dikendalikan oleh proses, dimana batasnya ditentukan oleh batas bawah dan batas atas sehingga tidak diperlukan lagi pengendalian dengan menurunkan atau menaikkan N/O dan N/C karena terjadi secara otomatis, tidak seperti pengendalian on/off.
Dari grafik yang didapatkan dapat dianalisa bahwa laju pemanasan > laju pendinginan secara otomatis hal ini mungkin disebabkan oleh kondenser yang tidak bisa menjaga proses pendinginan antar 10 pendinginan.
o
C - 15 oC sehingga nilai pemanasan lebih besar daripada nilai
VIII. Kesimpulan
Dari pratikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
Pengendalian terhadap temperatur dengan
PCT 10 dan PCT 13 dengan
metode tidak kontinyu
Pada pengendalian otomatis tidak menggunakan metode kontinyu PID, tetapi batas bawah dan batas atas dari set point
Laju Pemanasan > Laju Pendinginan karena laju pemanasan lebih besar dari laju pendinginan.
Didapatkan Data 0
Laju Pemanasan adalah 0,96
C/menit
Laju Pendinginan adalah - 0,3328
0
C/menit
Pada PC13 ini alat pengukur temperature yang digunakan adalah Termokopel, dimana ada empat termokopel yang digunakan, -
TC1 berfungsi sebagai pengukur suhu panas di dal am tangki pemanas,
-
TC2 berfungsi mengukur suhu yang melewati Heat Exchanger dimana hasil pertukaran panas ini menghasilkan output yang berupa suhu yang lebih rendah dari TC1.
-
TC3 berfungsi sebagai pengukur suhu pada fluida dingin yang disalurkan ke Heat Exchanger.
-
TC4 berfungsi mengukur temperature setelah aliran fluida dingin dari TC3 melewati Heat Exchanger, dimana pertukaran panas ini menghasilkan output yang berupa suhu yang lebih panas dari TC3.
Berdasarkan data yang kami dapatkan,yaitu pada percobaan Pengendalian On/Off Otomatis Proses pemanasan, waktunya lebih cepat daripada proses pendinginannya.
IX. Daftar Pustaka
Jobsheet. Penuntun Praktikum Pengendalian Proses. 2017. “ Pengendalian Temperatur (PC13) Pengendalian On/Off ”. Palembang : Politeknik Negeri Sriwijaya http://leoyuda.blogspot.co.id/2013/05/pengendalian-temperatur-pc13.html diakses pada tanggal 3 November 2017 http://www.scribd.com diakses pada tanggal 3 November 2017
Gambar Alat
Seperangkat Alat PC 10 dan PC 13
Lampu Indikator
TrimTool
Kabel Penghubung