Sistem Pengendali Aliran (Flow)
Pengendalian flow Pengendalian flow mempunyai mempunyai sifat khusus karena cepatnya proses. Elemen proses flow proses flow,, baik flow flow gas maupun flow flow zat cair, bereaksi cepat terhadap perubahan bukaan control valve. valve. Dinamika proses pengendalian flow flow adalah proses orde satu dengan time constant-nya constant-nya relatif kecil, yaitu berkisar antara 0.5 sekon sampai 1 sekon. Padahal, time constant elemenn-elemen lain seperti transmitter , transmisi sinyal pengukuran pneumatic pengukuran pneumatic,, transmisi controller ke control valve, valve, dan time constant dari control valve itu sendiri jauh lebih besar dari time constant elemen elemen proses. Jadi, dalam bentuk loop periode loop periode response sistem pengendalian flow pengendalian flow lebih lebih ditentukan oleh elemen-elemen instrumentasi dari pada elemen prosesnya dengan periode berkisar antara 1 sampai 10 sekon sehingga setting sehingga setting time-nya time -nya sekitar 1 menit. Karena time constant elemen elemen proses sangat kecil, time constant transmisi pneumatic pneumatic bisa jadi lebih menonjol dari time constant elemen proses. Itulah sebabnya kalau loop loop menggunakan instrumentasi pneumatik, sistem transmisi sinyal perlu dibuat sependek mungkin. Walaupun akhirnya prioritas ada pada kebutuhan operasi, kita perlu tahu konsekuensi panjangnya transmisi pneumatic, khususnya pada elemen proses flow proses flow.. Berdasarkan sifat sinyalnya, sistem pengukuran flow pengukuran flow dapat dikelompokkan menjadi dua bagian besar yaitu sinyal linear dan tidak linear. Pada dasarnya semua metode yang menggunakan asas differential head akan akan menghasilkan sinyal yang tidak linear. Untuk metode ini, di tengah-tengah pipa dipasang sebuah constriction element . Beda tekanan di antara constriction element itulah itulah yang dibaca sebagai cerminan laju flow laju flow yang yang lewat ( flow flow rate). rate ). Pada pengendalian flow pengendalian flow minyak minyak mentah (Crude Oil) yang berasal dari Heat dari Heat Exchanger (H.E) masuk ke STAB Drum yang mana memiliki fungsi untuk menstabilkan tekanan dan aliran/ flow flow dari minyak mentah yang berasal dari H.E. Kemudian minyak mentah tersebut dialirkan menuju empat buah furnace furnace dimana sebelum masuk ke dalam furnace furnace aliran dari minyak mentah ini diukur laju flow flow yang lewat( flow flow rate) rate) dengan menggunakan metode pengukuran yang menggunakan asas differential head seperti seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Pada flange pipa yang menuju furnace menuju furnace yang yang akan diukur flow diukur flow rate-nya rate-nya dipasang sebuah sensing sebuah sensing element (SE) (SE) yaitu berupa sebuah contriction element . Contriction element yang yang dipakai di lapangan menggunakan orifice plate, plate, yaitu sebuah plat yang berbentuk lingkaran dimana di bagian tengahnya terdapat lubang dengan ukuran dan posisi tertentu.(lihat gambar)
gambar
High pressure didapatkan dari tekanan aliran yang berasal dari sumber aliran, sedangkan Low preassure diperoleh dari aliran setelah melewati orifice. Prinsip kerjanya berdasarkan Hukum Bernoulli yaitu apabila Orifice Plate dipasang pada pipa beraliran fluida maka aliran yang melewati lubang akan dipersempit oleh Orifice Plate sehingga dihasilkan perbedaan tekanan (∆P, dibaca delta Pi) pada fluida sebelum dan sesudah melewati Orifice Plate. Dengan mengetahui data tentang Orifice Plate, maka besarnya kecepatan aliran dapat dihitung. Aliran berbanding lurus dengan ∆P, sedangkan besaran lainnya sama harganya untuk orifice dan fluida tertentu. Prinsip pengendalian aliran minyak pada furnace adalah prinsip perbedaan tekanan, perbedaan tekanan yang diperoleh dari pemasangan orifice menciptakan high pressure dan low pressure yang mana akan menstimulasi Differential Pressure Transmitter yang juga terhubung ke controller untuk beroperasi dan mengirimkan sinyal ke Flow Control Valve untuk mengatur bukaannya. Ciri lain dari pengendalian flow adalah sifat sinyal pengukuran flow yang selalu mengandung riak, gelombang atau noise. Karena alasan ini, kebanyakan flow transmitter dilengkapi dengan damping . Semua riak, gelombang, dan noise dapat diredam dengan fasilitas damping yang ada di transmitter maupun controler . Namun, damping bukan berarti tanpa resiko, pemakaian dumping dapat memperlambat sistem pengukuran. Bahkan dumping yang terlalu besar dapat menipu hasil pengukuran. Salah satu resiko adanya riak dan gelombang pada pengukuran flow, unsur PB( Propotional Band ) tidak boleh dibuat terlalu kecil agar gain tidak menjadi terlalu besar dan semakin kecil PB maka sistem akan semakin sensitive dan cenderung tidak stabil. Pengaruh Bias dan PB pada Daerah Kerja Pengendali
Dalam praktek, akan semakin jelas bahwa segala hasil perhitungan matematis tidak sebanding dengan kebutuhan lapangan. Semua hasil perhitungan matematis pada akhirnya tidak dapat memberikan banyak manfaat. Selain karena banyaknya pendekatan yang mesti dilakukan, petugas lapangan juga tidak membutuhkan perhitungan response seakurat perhitungan
matematis. Kerja kendali proporsional sebenarnya sangat sederhana, sesederhana kerja batang pengungkit yng diterapkan pada [gambar.1.4] Gambar 1.4
Kalau x diandaikan sebagai gerak input, dan y diandaikan sebagai gerak output, besar gerak y tergantung pada besar gerak x kali perbandingan A dan B. Perbandingan A dan B. Perbandingan A dan B sama dengan gain yang juga dinyatakan dalam 100% dibagi PB. Hal yang sama terjadi pada kerja sistem pengendalian
proporsional. Andaikata sebuah sistem pengendalian
proporsional dengan PB 40%, berarti gain 2,5 dan bias disetel 50%, maka kerja pengendali dapat digambarkan seperti [gambar 6.12] Gambar 6.12
Pada gambar ditunjukkan waktu set point dan measurement variable sama dengan 50%, output controller juga 50% karena bias juga 50%. Kerja control valve pada skala kanan dimulai dari sinyal 0% sampai 100%. Sinyal itu sama dengan 3-15 psi untuk pengendalian pneumatic dan sama dengan 4-20mA untuk pengendali elektronik. Selain karena sinyal 0-100%, kerja control valve memang terbatas karena unsur mekanis. Walaupun akhirnya sinyal pengendalian bisa berada di bawah 3psi (atau 4mA) dan di atas 15 psi (atau 20mA), control valve karena keterbatasan mekanismenya tidak dapat lebih terbuka dari 1000% dan tidak dapat tertutup lebih dari 0%. Secara teoritis kalau PB 40% ( gain 2,5) error sebesar 20% harus menghasilkan manipulated variable sebesar 50%. Kalu error sebesar 30%, seharusnya menghasilkan manipulated variable sebesar 75%. Dari gambar 6.12, jelas bahwa walaupun error besarnya sampai 30%, manipulated variable tidak akan pernah menjadi 125% (bias 50% ditambah proportional action 75%). Karena control valve tidak dapat lebih terbuka lagi. Dengan demikian, koreksi untuk error 20% sama saja dengan koreksi untuk error 30%. Kenyataan ini sangat
penting pada aktivitas kerja sistem pengendalian. Karena PB dibuat 40%, aktivitas kerja sistem pengendalian benar-benar hanya 40%, yaitu pada measurement variable 30% sampai 70%. Sistem pengendalian tidak mampu mengoralsi measurement variable di bawah 30% dan di atas 70%. Itu berarti bahwa kerja mata rantai pegendalian seolah-olah terputus di langkah mengkoreksi pada saat measurement variable ada di luar daerah proportional band . Istilah proportional band kini tidak sekedar berarti 100% dibagi gain, tetapi mencakup pengertian yang lebih luas, yaitu daerah dimana kerja pengendali proporsional masih tetap efektif (pada gambar 6.12 ditunjukkan sebagai daerah kerja measurement variable dari titik 30% sampai titik 70%) Perubahan daerah kerja ternyata tidak hanya tergantung pada PB, tetapi juga tergantung pada bias, bila diambil contoh PB sama dengan 40% seperti contoh di atas, tetapi bias sekarang dibuat 75%. Daerah sekarang berubah seperti yang ditunjukkan pada [gambar 6.13]
Gambar 6.13
Pada saat set point dan measurement variable kedua-duanya di 50%, output kini menjadi sebesar 75% (sebesar biasnya). Dengan keterangan yang sama dapat dimengerti bahwa daerah kerja measurement variable sekarang tidak lagi 30%-70%, tetapi 40%-80%. Ini berarti bahwa perubahan bias juga menyebabkan tergesernya seluruh daerah kerja pengendali proporsional. Gambar 6.14
Gambar di atas menunjukkan bahwa daerah kerja measurement variable sekarang begeser menjadi 50%-90%. Itu berarti sistem tidak mampu lagi mengendalikan measurement variable dari 0%-50% dan dari 90%-100%. Kerja pengendali proporsional hanya benar-benar efektif di daerah proportional band saja. Mata rantai sistem pengendalian seolah-olah tidak bekerja atau bekerja dengan tidak sempurna setelah measurement variable berada di luar daerah proportional band. Tentu saja daerah kerja proportional band tersebut juga sangat ditentukan oleh rangeability dari control valve. Rangeability yang sempit praktis juga akan mempersempit
proportional band. Kenyataan bergesernya daerah proportional band juga akan bermanfaat dalam memahami sistem pengendalian proses batch.
