ian level cairan

8/6/2019 ian Level Cairan

http://slidepdf.com/reader/full/ian-level-cairan 1/37

LAPORAN PRAKTIKUM

INSTRUMENTASI & PENGENDALIAN PROSES

PENGENDALIAN LEVEL CAIRAN

OLEH :

ANDIKA RAMADANU

090307005

JURUSAN TEKNIK KIMIA

PROGRAM STUDI MIGAS

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE

2011

LEMBAR TUGAS



Judul Praktikum : Pengendalian level cairanLaboratorium : Komputasi dan

Pengendalian Proses

Jurusan / Prodi : T. Kimia / Migas

Nama : Andika Ramadanu

Kelas / Semester : 2 MIGAS / IV ( Empat )

NIM : 090307005Anggota Kelompok II :

• Andika Ramadanu

• Febriliadi

• Ihwan Rahmadi

• Muhammad Joni

Uraian Tugas

1. Gunakan pengendali on-off untuk upper level 85% danlower level 75%, gambarkan zona netral.

2. Tentukan karakteristik pengisian dan pengosongan tangki

cairan, pengambilan data (f,Vs,t) baik pengosongan tangki

maupun pengisian tangki serta gambarkan grafik masing

masing.

3. Bandingkan hasil percobaan dengan perhitungan neraca

massa total secara teoritis.

Buketrata, 1 Juni

2011

Ka. Laboratorium Dosen Pembimbing

Ir. Syafruddin. MSi Ir. Syafruddin.

MSi



NIP : 19650819 199802 1 001 NIP :

19650819 199802 1 001

LEMBAR PENGESAHAN

Judul Praktikum : Pengendalian level cairan

Mata Kuliah : Praktek Instrumentasi dan Pengendalian

Proses

Nama : Andika Ramadanu

NIM : 090307005

Kelas / Semester : 2 MIGAS / IV ( Empat )

Nama Dosen Pembimbing : Ir. Syafruddin. MSi

NIP : 19650819 199802 1 001

Ka Laboratorium : Ir. Syafruddin. MSi

NIP : 19650819 199802 1 001

Tanggal Pengesahan :

Buketrata, 1 Juni2011

Ka. Laboratorium, DosenPembimbing,



Ir. Syafruddin. MSi Ir. Syafruddin.

MSi

NIP : 19650819 199802 1 001 NIP :

19650819 199802 1 001

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan percobaan.

➢ Dapat mengetahui konsep-konsep dasar pengendalian level.

➢ Dapat mengetahui dan memahami unit-unit pengendalian

level.

➢ Dapat mengendalikan suatu level ketinggian cairan.

➢ Dapat mengetahui dan memahami konfigurasi suatu

pengendalian .

1.1. Alat yang digunakan

➢ Seperangkat alat pengendalian level (CRL/control regulation

level).

➢ Stopwatch.

➢ Piknometer

1.1. Bahan yang digunakan

➢ Air (aquadest).

➢ Udara.

1.1. Prosedur kerja

1.4.1. Prosedur pengendali on-off ➢ Cek power supplay ke CRL dan PC kabelnya dalam

keadaan tidak tersambung.

➢ Cek semua modul pada CRL berada di dalam

rangkaiannya.



➢ Buka katub tekanan udara dan atur tekanan sebesar 2 bar

➢ Atur pengendali on-off dengan upper level 85% dan lower

level 75%

➢ Hubungkan kabel power pada controller CRL unit ke panel

listrik, kemudian hidupkan main switch pada panel

controller CRL unit.

➢ Hidupkan stopwatch dan catat waktunya, lakukan

sebanyak 10 kali pengulangan

➢ Hitung waktu rata-ratanya

➢Gambarkan zona netralnya

1.4.2.Prosedur pengisian air dalam tangki

➢ Masukkan air dalam tangki

➢ Hidupkan stopwatch dan catat waktunya tiap kenaikan 5%

level air dalam tangki.

➢ Hitung waktu rata-ratanya

➢ Hitung waktu akumulasinya

➢ Plot kurva antara waktu akumulasi dan level tangki

1.4.2.Prosedur pengosongan air dalam tangki

➢ Buka kran pengosongan tangki.

➢ Hidupkan stopwatch dan catat waktunya tiap penurunan 5%

level air dalam tangki.

➢ Hitung waktu rata-ratanya.

➢ Hitung waktu akumulasinya.

➢ Plot kurva antara waktu akumulasi dan level tangki.

1.5 Gambar Peralatan



Gambar 1.1 Seperangkat Alat Pengendalian Level Cairan

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian

Kata “Sistem Pengendalian Proses” adalah terjemahan dari kata

proses control system. Ketiga suku kata tersebut, yaitu proses,

pengendalian dan sistem, biasa dipakai secara umum, namun

gabungan ketiga suku kata ini mempunyai kata yang sifatnya spesifikteknik. Hampir semua proses dalam industri membutuhkan peralatan –

peralatan otomatis untuk mengendalian paramater – parameter

prosesnya. Otomatisasi tidak saja diperlukan demi kelancaran operasi,

keamanan, ekonomi maupun mutu produk, tetapi lebih merupakan

kebutuhan pokok. Tidak mungkin menjalankan suatu proses industri

tanpa system pengendalian. Ada banyak parameter yang harus

dikendalikan didalam suatu proses. Diantaranya, yang paling umum

adalah tekanan (pressure) didalam sebuah vessel atau pipa, suhu

(temperature) di unit proses seperti heat exchanger atau permukaan

zat cair atau level dalam sebuah tangki. Ada beberapa parameter lain

diluar keempat parameter diatas yang cukup penting dan juga perlu

dikendalikan karena dibutukan spesifik proses, diantaranya ; pH di

industri petrokimia, warna produk disuatu fasilitas pencairan gas

(NGL), dsb. Gabungan serta kerja alat – alat pengendalian otomatis

itulah yang dinamai system pengendalian proses (process control

system).



2.2. Pengendalian level

Unit ini memungkinkan untuk menganalisis perilaku loop control,

dimana kuantitas yang dikontrol adalah tingkat (level) air dalam

tangki. Perilaku kuantitas dikontrol dapat diikuti secara visual sehingga

mahasiswa dapat memahami konsep-konsep dasar kontrol dan teknik

pengontrolan secara intuitif.

Mahasiswa dapat memeriksa efek dari parameter kontrol yang

berbeda terhadap kinerja rantai kontrol dan stabilitas sistem,

selanjutnya mereka dapat menjadi lebih akrab dengan komponen

yang umumnya dipakai dalam aplikasi industri moderen, karena sistem

yang seluruhnya terbuat dari komponen kualitas industri .

Unit ini memiliki dua versi, di mana elemen kontrol terdiri dari

katup pneumatik (CRL) atau katup listrik bermotor (CRL / E).

1. Komposisi

Unit CRL terdiri dari:

• Proses rig dengan katup pneumatik dan peralatan listrik

• Kontrol dan monitoring software CRS

• Opsional minireg regulator elektronik

• Opsional MRRP pneumatik mengendalikan dan merekam

modul

• Opsional listrik-kompresor dengan peredam

Unit CRL/E terdiri dari:

• Proses rig dengan katup listrik dan peralatan listrik

• Kontrol dan monitoring software CRS

• Opsional MiniReg regulator elektronik

Komponen opsional dijelaskan dalam lembaran data terpisah

1. Deskripsi

Tujuan dari proses ini adalah untuk mengontrol tingkat (level) air

di dalam tangki dengan adanya gangguan aliran output. Tingkat (level)



air yang diperoleh dengan suatu tranduser tekanan, diubah menjadi

sinyal listrik dan dialirkan ke peralatan listrik.

Tingkat (level) air dikendalikan dengan menyesuaikan jumlah air

dimasukkan ke dalam tangki dengan pompa sentrifugal. Di unit CRL hal

ini dilakukan dengan cara katup pneumatik dan di unit CRL/E melalui

katup listrik bermotor. Kontrol loop tertutup dapat dilakukan dengan

cara yang berbeda:

Via perangkat lunak, dengan menggunakan program perangkat

lunak CRS pada computer (PC) :

•

Melalui sistem probe tahan dimasukkan ke dalam tangki• Melalui regulator elektronik opsional, MiniReg

• Melalui regulator pneumatik opsional, MRRP (tidak pada

tersedia di CRL/E)

Salah satu tindakan kontrol adalah dari tipe PID (Proporsional

Integral Derivatif) atau On-Off, dan dicapai dengan membandingkan

sinyal yang sesuai ke tingkat yang sebenarnya dengan sinyal titik setel

dipilih oleh pengguna.

Sebagai fungsi kontrol logika, regulator menghasilkan sinyal

penggerak yang bekerja pada katup atau dan memodifikasi kuantitas

air masuk tangki. Selain itu, komputer (PC) dapat mengontrol

gangguan aliran air yang meninggalkan tangki dengan menghasilkan

sinyal yang bekerja pada katup solenoid.

Peralatan listrik termasuk kontrol untuk komponen listrik utama

unit, sebuah AD/DA konversi papan untuk antarmuka dengan komputer

(PC) melalui jalur serial RS232, indikator digital untuk menampilkan

tingkat air.

Perangkat lunak kontrol dan pemantauan, dijalankan melalui

MS-Windows, memungkinkan untuk melakukan pengontrolan PID

ataupun ON-OFF melalui perangkat lunak. Parameter Kontrol dapat

diatur secara independen dan secara real time dan sehingga dapat

karakteristik dari set point dan sinyal gangguan.



Perangkat lunak ini memungkinkan untuk mengamati proses

secara real time dengan menampilkan pada layar diagram jumlah

dikendalikan, sinyal pelaksanaan, sinyal set point dan sinyal gangguan

sebagai fungsi waktu. Diagram ini dapat dicetak setiap saat,

sedangkan sampel sinyal dan parameter kontrol dapat disimpan dalam

sebuah file, dalam format ASCll, atau dicetak.

Hal ini juga memungkinkan untuk menggunakan perangkat

lunak hanya untuk mengamati proses, menggunakan regulator

eksternal (misalnya MiniReg opsional). Dalam hal ini, adalah mungkin

untuk mengirimkan set point ke regulator melalui perangkat lunak.

2.3. Pengendalian level oleh manusia

Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana seorang operator

mengendalikan level (permukaan zat cair) di sebuah tangki. Air yang

masuk ke dalam tangki dipompa dari sebuah sumur, dan air yang

keluar dari tangki dipakai untuk keperluan pabrik. Andaikata level di

tangki dikehendaki selalu 50% dari ketinggian tangki, maka operator

harus selalu menambah atau mengurangi bukaan valve apabila level

tidak berada di 50%. Bila level kurang dari 50%, operator harus

menambah flow dengan lebih membuka valve.

Sebaliknya, bila level lebih tinggi dari 50%, operator harus

mengurangi dengan lebih menutup valve. Pada pengendalian

semacam ini, operator harus selalu waspada dan siap untuk membuka

dan menutup valve agar level tetap berada pada 50%.



Gambar 1. Pengendalian level oleh manusia

Pengendalian seperti diatas disebut pengendalian oleh manusia

(manual control). Sistem pengendalian manual masih tetap dipakai

pada beberapa aplikasi tertentu. Biasanya proses ini dipakai pada

proses-proses yang tidak banyak mengalami perubahan beban (load)

atau pada proses yang tidak krisis. Load (beban) di dalam contoh

pengendalian di atas adalah flow pemakaian air pada pabrik. Kalau

pemakaian air oleh pabrik tidak sering berubah-ubah, operator tidak

perlu terus-menerus mengamati level dan menambah atau

mengurangi bukaan valve. Tetapi kalau load selalu berubah-ubah,

operator terpaksa harus mengamati level dan segera melakukan

koreksi terhadap naik turunnya level. Keteledoran operasi akan

menyebabkan air tumpah, atau sebaliknya tangki menjadi kosong.

Dari keadaan di atas, dapat dengan mudah dimengerti bahwa

dasar utama pemilihan pengendalian manual adalah karena keperluan

proses memang memungkinkan untuk pengendalian manual. Dari segi

ekonomi, instrumentasi pengendalian manual tentu lebih murah dari

instrumentasi pengendalian otomatis, karena instrumentasi yang

dibutuhkan memang lebih sederhana, namun bukan berarti demi

menghemat investasi maka system pengendalian bisa dibuat manual.



Pengendalian manual hanya dapat dipakai kalau operasi proses

memang memungkinkan hal itu. Ada beberapa kebutuhan operasi

prosses bahwa pengendalian manual tidak memungkinkan. Contoh

paling sederhana dapat kembali diambil dari gambar 2. kalau

pemakaian air oleh pabrik berubah-ubah secara terus-menerus,

keteledoran operator kemungkinan besar menyebabkan tumpahnya air

dan kosongnya tangki. Operator, sebagai manusia biasa sangat mudah

dipengaruhi oleh menurunnya konsentrasi kerja, rasa jemu dan

keadaan lainnya. Kalau pengendalian operasi proses yang jauh lebih

kritis dari contoh diatas mengandalkan manusia sebagai saranapengendalian, akan bagaimana jadinya. Untuk itu, sistem harus dibuat

otomatis. Peran operator dalam sistem pengendalian manual

digantikan oleh sebuah alat yang disebut controller.

Tugas membuka dan menutupnya valve tidak lagi dikerjakan

oleh operator, tetapi atas perintah controller. Untuk keperluan

pengendalian otomatis, valve harus dilengkapi dengan alat yang

disebut actuator sehingga unit valve sekarang menjadi suatu unit yang

disebut control valve. Semua peralatan pengendalian inilah yang

disebut sebagai instrumentasi pengendalian proses.

2.4. Prinsip prinsip pengendalian proses

Sistem pengendalian pada gambar 1, operator harus mengamati

ketinggian level, kemudian mengevaluasi apakah level yang ada sudah

sesuai dengan yang dikehendakinya. Kalau level tak sama dengan

yang dikehendakinya, operator harus memperkirakan seberapa banyak

valve harus lebih ditutupi atau dibuka. Selanjutnya operator harus

benar-benar mengubah bukaan valve sesuai dengan yang diperkirakan

tadi.

Dalam mengendalikan proses operator mengerjakan empat

langkah berikut, yaitu

1. mengukur

2. membandingkan

3. menghitung



4. mengoreksi .

Pada waktu operator mengamati ketinggian level, yang ia

kerjakan sebenarnya adalah langkah mengukur proses variabel. Proses

variabel pertama kali diperkenalkan disini sebagai besaran parameter

proses yang dikendalikan. Pada contoh proses pada gambar 2 , proses

variabelnya adalah level. Kemudian operator membandingkan apakah

hasil pengukuran tadi sesuai dengan apa yang dikehendakinya. Besar

proses variabel yang di kehendaki tadi disebut set point .

penyimpangan antara set point dengan peubah yang dikendalikan

disebut error

Error + set point = proses variable

Proses variabel bisa lebih besar atau lebih kecil daripada set

point. Oleh karena itu, menentukan ke arah mana dan seberapa besar

koreksi bukaan valve perlu dilakukan. Bila negatif (berarti proses

variabel lebih besar dari set point atau level diperbesar 50%)operator

harus mengurangi flow dengan lebih menutup valve. Sebaliknya bila

error positif (berarti proses variabel lebih kecil dari set point atau level

dibawah 50%). Operator harus menambah flow dengan lebih membuka

valve.

Seorang operator yang berpengalaman tak akan sembarangan

membuka atau menutup valve. Ia juga akan memperkirakan seberapa

banyak valve perlu lebih dibuka atau lebih ditutup. Pada tahapan ini

operator sebenarnya berada pada langkah menghitung. Langkah

berikutnya yang perlu dilakukan untuk operator adalah mengubah

bukaan valve sesuai hasil perbandingan dan perhitungan tadi. Langkah

terakhir inilah yang disebut langkah mengoreksi.

Keempat langkah yang dilakukan oleh operator tadi, yaitu ;

mengukur, membandingkan, menghitung , dan mengoreksi ;

seluruhnya dapat dilakukan oleh instrumentasi. Manusia kemudian

sama sekali tidak menentukan keempat langkah tadi. Operator hanya

menentukan besarnya set point, dan semuanya akan dikerjakan secara



otomatis oleh instrumentasi. Sistem pengendalian semacam inilah

yang disebut system pengendalian otomatis ( automatic control

system ). Keempat tahapan pengendaliannya sepenuhnya dilakukan

oleh instrumen. Mata rantai pengendaliannya kemudian disebut mata

rantai tertutup, dan sistemnya juga disebut system pengendalian

tertutup atau closed loop system.

2.5. Diagram kotak

Diagram kotak diciptakan para ilmuwan sebagai alat bantu

untuk mempermudah dalam mempelajari ilmu sistem pengendalian.

Ada dua macam diagram kotak yang biasa dipakai dalam ilmu

sistem pengendalian, yaitu diagram kotak simbolis dan diagram kotak

matematis. Di kedua diagram kotak itu, masingmasing elemen yang

ada di dalam sistem diwakili oleh sebuah kotak. Pada diagram kotak

simbolis, sebuah kotak dibubuhi nama atau simbol-simbol. Pada

diagram kotak matematis, setiap kotak dibubuhi fungsi matematis

yang merupakan hubungan input dan output elemen. Lihatlah bentuk

kedua diagram input dan output tersebut pada gambar 2 dan gambar

3. Bila valve dan tangki (proses) pada gambar 1 digambarkan dalam

diagram kotak ; akan diperoleh bentuk diagram sebagai berikut:

Gambar 2. Diagram kotak proses untuk contoh pada gambar 2

Setiap kotak pada gambar 2 mempunyai sebuah input dan

outputyang digambarkan dalam bentuk anak panah. Kotak valve

mempunyai input bukaan valve (0-100%) dan mempunyai output aliran

air masuk ke tangki (juga 0-100%).



Kotak berikutnya adalah kotak yang mewakili tangki (proses).

Pada contoh dalam gambar 1 kotak ini mewakili tangki dalam bentuk

input berupa flow air yang masuk ketangki, output berupa level.

Perhatikan pada gambar 2 itu, output kotak pertama merupakan input

kotak kedua. Jadi output kotak pertama (flow air masuk ke tangki) juga

merupakan input kotak kedua (tangki). Kotak yang lain adalah yang

mewakili beban (load). Kotak ini menumjukkan bahwa load juga

mempengaruhi besarnya proses. Pada contoh ini load adalah

banyaknya pemakaian air oleh pabrik. Bila permukaan air bertambah,

permukaan tangki akan menurun. Dan bila permukaan air menurunmaka permukaan air dalam tangki akan naik.

Selain kedua kotak yang telah diterangkan tadi, ada elemen lain

dengan tanda lingkaran kecil, yang diberi tanda positif (+) dan negatif

(-). Elemen ini disebut summing junction. Elemen ini mewakili fungsi

penjumlahan atau pengurangan besan sinyal. Dalam contoh ini tanda

positif menyatakan penjumlahan dan level akan bertambah jika aliran

air yang masuk kedalam tangki bertambah dan level akan turun jika

permukaan air (load) bertambah. Tanda pada summing junction bisa

keduanya positif, negatif, dan bisa juga positif negatif seperti pada

gambar 2. Diagram kotak seperti pada gambar 2 inilah yang disebut

diagram kotak simbolis. Bila diagram kotak ini digambarkan secara

matematis, masing masing kotak akan berisi fungsi matetatis yang

menyatakan hubungan input dan output. Fungsi matematis tersebut

disebut fungsi transfer. Bentuk matematis sebuah fungsi transfer bisa

sederhana misalnya bilangan bulat atau pecahan, bisa juga berbentuk

persamaan differensial yang kompleks.

Perhatikan sistim tinggi cairan dalam berikut dibawah ini. Sistem

ini disebut Single Prosses Capacity karena hanya memiliki satu unit

proses yaitu sistem tinggi cairan dalan tangki. Sistem pengendalian ini

juga disebut linier open loap system, karena mempunyai satu unit

proses yang dikendalikan secara manual.



Gambar 3. Sistem tinggi cairan dalam tangkiBagaimana bentuk fungsi transfer untuk sistem pengendalian

diatas? Dan bagaimana pula blok diagam sistem sistem pengendalian

diatas ? Untuk menjawab kedua pertanyaan diatas, adalah sangat

penting dibuat dan ditentukan input, output, proses serta hubungan

matematisnya. Untuk itu harus dibuat keseimbangan massa cairan

pada tangki proses. Pada bab ini kedua pertanyaan diatas akan

dijawab dengan menggunakan transformasi laplace seperti berikut ini:

Neraca untuk tangki diatas adalah:

ρq-ρq0=ρAdhdt...…..1)

Asumsikan harga dimensi adalah konstan. Maka persamaan 1)

diatas dapat dituliskan sbb:

Dalam keadaan steady state, persamaan 2) diatas dapat

dituliskan sbb:

Tanda s pada persamaan 3) diatas menyatakan kecepatan aliran

flida yang masuk dam keluar pada keadaan stedy state.Deviasi

keadaan unstedy state dan keadaaan stedy stste dapat didefinisikan

sebagai:



Dengan transformasi laplace, persamaan 7) dapat digunakan

untuk menentukan bentuk fungsi transfer dan blok diagram sistem

pengendalian di atas.

Persamaan 7) berubah menjadi :

Transformasi laplace persamaan 6) menghasilkan :

Dengan menggabungkan persamaan 8) dan 10) dapat

persamaan 11) sbb :

Tanda s pada persamaan 11) di atas menyatakan persamaan

masih dalam bentuk transformasi laplace dan dapat dirobah ke dalam

bentuk fungsi dengan invers tansformasi laplace.

Pada persamaan 11) input proses dalam bentuk transformasi

laplace adalah Q(s) dan output proses adalah Q0 (s). Dalam ilmu

sistem mengendalikan proses, fungsi transfer dinyatakan sbb :



Maka fungsi transfer sistem pengendalian di atas adalah :

Dan blok diagram sistem penngendalian di atas dapat dituliskan

sbb :

Perlu ditegaskan bahwa fungsi transfer pada persamaan 13) di

atas adalah bentuk fungsi transfer yang umum dan khas bagi single

capacity proses, yang dikontrol secara secara manual dan akan

berubah tergantung dari input proses yang masuk.

2.6. Jenis peubah pengendali

1. Masukan

Masukan pengendali berasal dari peubah yang dikendalikan dan

set point (harga peubah yang dikehendaki). Set point ditentukan

oleh operator dengan cara memasukkan harga yang diinginkan ke

pengendali. Peubah yang dikendalikan berasal dari proses,

misalnya temperatur, tekanan, kecepatan aliran, dan sebagainya.

Besaran ini dideteksi oleh sensor, kemudian diubah transduser

menjadi besaran arus.



Selisih antara set point dan peubah yang dikendalikan

dinamakan galat yang selanjutnya menjadi masukan pengendali.

Masukan ini, biasanya, dikonversikan menjadi arus 4-20 mA.

2. Keluaran

Apabila alat pengendali menerima masukan berupa galat (E),

pengendali akan memberikan respon yang disebut keluaran yang

selanjutnya akan mengaktifkan elemen pengendali akhir. Keluaran

pengendali selain dinyatakan sebagi besaran arus 4-20 mA juga

dapat dinyatakan dalam persen keluaran. Arus 4 mA ekivalendengan keluaran 0%, sedangkan 20 mA ekivalen dengan 100%.

3. Galat

Galat adalah penyimpangan peubah yang dikendalikan dan set

point . Pada sistem pengendali galat dinyatakan dalam satuan arus

atau persen. Untuk dapat lebih memahami pengertian masing-

masing peubah di atas berikut ini diberi beberapa contoh.

2.7. Jenis atau mode pengendali

Secara garis besar pengendali dibagi menjadi 2 bagian, yaitu :

1. Pengendali tidak menerus

2. Pengendali menerus

Berikut ini dijelaskan masing-masing jenis alat pengendali, serta

logika cara kerjanya.

1. Alat pengendali (on-off) atau tidak menerus

Cara kerja pengendali yang paling dasar adalah mode on-off

atau yang sering disebut mode dua posisi. Jenis pengendali on-off ini

merupakan contoh dari mode pengendali tidak menerus (diskontinyu).

Mode ini paling sederhana, murah dan seringkali bisa dipakai untuk

mengendalikan proses-proses yang penyimpangannya dapat



ditoleransi. Sebagai cotoh adalah pengendali temperatur ruangan

dengan memakai AC. Secara matematis pengendali on-off bisa

dituliskan.

P = 100% untuk E < 0

0% untuk E > 0

Dengan, P = keluaran dan E= galat

Dari pernyataan matematis di atas dapat disimpulkan bahwa

jenis pengendali on-off hanya dapat mengeluarkan keluaran 0 dan

100%. Pemakaian jenis pengendali on-off jarang dijumpai pada industrikarena pengendalian dengan menggunakan jenis pengendali ini

menghasilkan penyimpangan-penyimpangan yang cukup besar. Pada

industri kimia peubah yang dikendalikan, pada umumnya, tidak boleh

memiliki galat yang terlalu besar.

Pada jenis pengendali on-off untuk memberikan batas rentang

maksimum dan minimum saat pengendali bekerja dibatasi daerah

netral.

Keluaran

Daerah

Netral

(-) E = 0 (+)

Kesalahan

Gambar 4. Daerah netral on-off kendali

Pengertian daerah netral dapat dijelaskan sebagai berikut:

Misalkan pengendali off pada posisi E = 0 (Gambar 4.5). apabila

pengedali off , peubah yang dikendalikan turun ke bawah harga yang

diinginkan galat bergerak dari E = 0 menuju daerah E yang bertanda



(-). Pada saat tepat mencapai titik yang bertanda (-) pengendali akan

on menyebabkan yang dikendalikan mulai naik. Galat berubah dari titik

yang bertanda (-) menuju titik yang bertanda (+). Tepat pada saat E

mencapai titik (+) alat pengendali off , demikian seterusnya. Daerah

rentang bekerjanya alat mulai titik E(-) sampai E(+) disebut Daerah

Netral atau Daerah Diferensial. Makin sempit daerah netral semakin

cepat pengendali bekerja dari posisi on ke posisi off, demikian juga

sebaliknya.

2. Mode pengendali menerusPengendali on-off baru bekerja apabila galatnya telah melewati

rentang daerah netral yang ditentukan. Pengendali jenis ini hanya

bekerja pada dua posisi dengan keluaran 0% dan 100%. Pada

pengendali menerus keluarannya terus menerus. Setiap menerima

masukkan galat, pengendali memberikan keluaran yang bergeser pada

rentang 0% sampai 100% sebanding dengan galatnya.

Mode pengendali menerus ada 4 macam, yaitu

1. Mode proposional (P);

2. Mode proposional integral (PI);

3. Mode proposional derivatif (PD);

4. Mode proposional integral derivatif (PID).

1. Mode proposional

Keluaran pengendali proposional sebanding dengan galatnya.

Bila dituliskan dalam bentuk matematis adalah :

P=Kc E+P0

Dengan,

P = keluaran

Po = keluaran pengendali pada E = 0

Kc = gain pengendali

E = error (galat)



Seringkali istilah gain pengendali dinyatakan dalam bentuk

proposional band (Band Width) yang diberikan notasi Pb.

Hubungan Pb dan Kc adalah :

Kc

100 Pb =

Harga Pb berkisar = 0 – 500

Pengertian proposional band adalah rentang galat maksimum

sebagai masukan pengendali yang dapat menyebabkan pengendali

memberikan keluaran pada rentang maksimumnya. Pengertian ini

akan lebih mudah difahami dengan contoh 4.6 dibawah ini.

Contoh

Suatu pengendali proposional digunakan untuk mengendalikan

temperatur pada rentang maksimum 60 sampai 100 F. pengendali

diprogram, sehingga keluarannya ekivalen dengan 3 psig (kran

terbuka penuh) sampai 15 psig (kran penutup penuh), pada saat

temperatur yang dikendalikan berubah berubah dari 71 – 75 F.

Pertanyaan

Berapa besarnya gain dan proposional bandnya?

Penyelesaian :Pb =

100%F60-F100

F71-F750o

oo

×

= 10%

Gain =

F psi/3F)7175(

psig3- psig15

ΔE

ΔP o

o=

−

=



Bila proposional band diubah menjadi 75%, berapakah gain dan

rentang temperatur yang dikendalikan pada saat keran terbuka dan

tertutup penuh.

Penyelesaian

∆T = (Proposional band). (Rentang maksimum)

= 0,75 x 40

= 30 F

Gain =

F30

psig12o

= 0,4 psig/oF

Pengertian gain = 0,4psig/F pada contoh soal 4.6 adalah apabila

terjadi galat sebesar 1F, keluaran pengendali adalah 0,4 psig.

Proposional band dapat juga dinyatakan dalam satuan %, seperti

terlihat pada gambar di bawah ini :

100% Pb = 50%

Pb = 100%

Persen

Keluaran

p

0 (-) E=O (+) Kesalahan

Gambar 5. Daerah proposional



Bila kita amati gambar 4.4 pada daerah Pb = 100% (garis putus-

putus), berarti setiap 1% error (galat) akan memberikan keluaran

pengendali.

Bila Pb = 100% kc = 1, harga gain atau kc sendiri ditunjukkan dari

tangen arah garis proposional.

2. Mode proposional –integral (PI)

Mode pengendali ini mempunyai hubungan matematis sebagai

berikut :

P=Kc E+ Kcτi 0tE dt+P0

Kc = gain

τi = waktu integral (Integral Action)

Po = keluaran pada E = 0

Pada mode PI ditambahkan persamaan :

τi

Kc

∫ t

0

E dt

Hal ini berarti keluaran pengendali proposional dengan integral

galatnya. Untuk melihat respon pengendali jenis PI dapat dilihat pada

gambar 4.5. misalnya alat pengendali PI diberi masukan berupa fungsi

step (unit step) E = 1 akan diperoleh persamaan :

P(t) = Kc +

τi

Kc

t + Po

Apabila digambarkan akan memperoleh sebagai berikut

KcP

τi

Kc



Po

≈I

E

0 t

Gambar 6. Respon PI dengan masukkan satuan step Tidak seperti halnya pada mode proposional, pada mode PI,

selama pengendali masih mendeteksi adanya galat, pengendali masihmemberikan keluaran mengikuti bentuk integral sampai galatnya = 0

Fungsi alih PI adalah :

)sτi

1 (1Kc

E(s)

P(s)+=

3. Mode proposional derivative (PD)

Mode PD ini bila dinyatakan dalam bentuk matematis sebagai

berikut :

P=Kc E+ Kc τd dEdt+ P0

Kc = gain

τd = waktu derivative, menit

Po = keluaran pengendali, pada E = 0

Pada mode PD keluaran pengendali proposional dengan derivatif

galatnya yang terlihat dari persamaan :

Kc + τd. dE/dt

Respon pengendali PD apabila memperoleh masukan galat

fungsi Ramp E(t) = At dapat dilihat pada gambar 4.6

P AKcτd

Po



E

0 t

Gambar 7. Respon P-D dengan masukan fungsi ramp

Bila kita amati gambar 4.6 respon tiba-tiba berubah sebesar A

Kc.τD sebagai akibat dari derivatif kemudian berubah secara linier

dengan kecepatan AKc.

Fungsi alih PD :

E(s)

P(s)

= Kc (1 + τD s)

4. Mode proposional integral-derivatif (PID)Mode ini merupakan mode gabungan ketiga jenis pengendali P, I dan

D. Persamaan matematisnya adalah :

P=Kc E+ Kcτi 0tE dt+ Kc τd dEdt+ P0

Harga Kc, τD dan τi dapat diubah-ubah dengan knop pada

pengendali.

Fungsi Alih PID adalah sebagai berikut :

E(s)

P(s)

= Kc ( 1 + τDs +

)sτ

1

i

Tujuan penambahan mode integral dan derivatif

Setelah mempelajari bermacam-macam jenis pengendali dan

karakteristiknya, sekarang kita coba menganalisa tujuan penambahan



mode integral arah derivatif. Gambar 4.7 dapat digunakan melihat

perbedaan respon dari keempat macam mode pengendali.

Y (t)

Uncontrolled respons

P

PI

PID

(t)

Gambar 8. Respon empat jenis mode alat penggerak

Apabila dibayangkan pada proses sesungguhnya misalkan pada

proses pengendalian temperatur cairan dalam tangki adalah sebagai

berikut. Pada awalnya proses dalam keadaan mantap sesaat apabila

ada gangguan misalkan kenaikan temperatur umpan, temperatur

dalam tangki naik. Jika proses tersebut tidak dikendalikan, temperatur

dalam tangki akan mencapai kondisi mantap yang baru seperti pada



kurva 1. dengan penambahan pengendali diharapkan peubah proses

yang dikendalikan dapat kembali ke harga semula (set point ).

Pemakaian mode proposional tidak dapat menghasilkan galat = 0,

karena karekteristik utama proposional adalah masih adanya offset

atau galat sisa yang merupakan selisih harga mantap yang baru dan

harga mula-mula terlihat pada gambar 4.7 kurva 2.

Penambahan mode integral dapat menghilangkan offset,

sehingga peubah yang dikendalikan dapat kembali ke harga semula,

seperti terlihat pada kurva 3. Kelemahan penambahan mode integral

adalah osilasi prosesnya makin banyak. Untuk mengatasi kelemahankedua mode P dan PI dapat ditambahkan mode derivatif karena dapat

mempercepat respon dan menekan terjadinya osilasi (kurva 4).

Pemilihan ketiga jenis alat ini tergantung proses yang

dikendalikan. Jika keberadaan galat (error) masih diperbolehkan lebih

baik tak digunakan mode proposional karena mode paling sederhana

dan murah. Tetapi bila offset tidak diperbolehkan, mode PI yang dipilih.

Demikian juga, halnya jika diinginkan respon yang mempunyai sedikit

osilasi, maka perlu ditambah mode derivatif.



BAB IIIDATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

3.1 Data Pengamatan

Tabel 3.1 Pengendalian ON-OFF

NO PERCOBAANWAKTU (Detik)

ON ( 75 s.d 85) %

OFF ( 85 s.d75 ) %

1 1 7.84 7.33

2 2 7.44 7.11

3 3 7.5 7.09

4 4 7.99 6.87

5 5 7.52 6.78

6 6 7.99 6.8

7 7 7.79 7.818 8 7.6 7.47

9 9 7.67 7.16

10 10 7.39 7.26

RATA-RATA 7.673 7.168



Gambar 3.1 Grafik ON-OFF

Tabel 3.2 Data pengamatan pada pengosongan tangki



Tabel 3.3 Data pengamatan pada pengisian tangki

NO hWaktu (detik) Waktu rata-

rata

Waktu

akumulasi1 2 3 4 51 100 0 0 0 0 0 0 0

2 95 3.43 1.56 3.54 3.15 3.17 2.97 2.97

3 90 3.36 3.26 2.92 3.03 3.35 3.184 6.154

4 85 3.40 3.24 3.25 3.31 3.43 3.33 9.484

5 80 3.28 3.60 3.61 3.60 3.55 3.528 13.012

6 75 3.35 3.50 3.23 3.19 3.31 3.316 16.328

7 70 3.40 3.35 3.53 3.53 3.50 3.46 19.788

8 65 3.55 3.60 3.62 3.51 3.34 3.524 23.312

9 60 3.66 3.60 3.70 3.94 3.93 3.766 27.078

10 55 3.79 3.78 3.93 3.76 4.04 3.86 30.938

11 50 3.89 3.73 3.70 3.77 3.84 3.786 34.724

12 45 4.00 3.98 3.61 4.02 4.18 3.958 38.682

13 40 4.15 4.14 4.22 4.24 4.30 4.21 42.892

14 35 4.09 3.37 4.49 4.30 3.92 4.034 46.926

15 30 4.28 3.36 4.21 4.19 4.48 4.104 51.03

16 25 4.48 6.26 4.64 4.43 4.54 4.87 55.9

17 20 4.48 4.67 4.47 4.78 4.40 4.56 60.46

18 15 4.67 5.10 4.42 4.45 4.81 4.69 65.15

19 10 4.89 4.83 5.17 5.21 5.43 5.106 70.256

20 5 5.53 5.19 5.18 5.27 5.46 5.326 75.582

21 0 6.28 5.63 6.70 6.25 6.10 6.192 81.774



3.2 Pengolahan Data

NO hWaktu (detik) Waktu rata-

rata

Waktu

akumulasi1 2 3 4 5

1 0 0 0 0 0 0 0 0

2 5 3.25 2.68 2.18 2.22 2.52 2.57 2.57

3 10 2.45 2.86 2.7 2.83 2.34 2.636 5.206

4 15 2.55 3.18 3.2 3.05 2.78 2.952 8.158

5 20 3.4 3.3 2.93 3.11 2.38 3.024 11.182

6 25 2.6 2.65 3.42 2.88 3.06 2.922 14.104

7 30 4.8 3.3 2.89 3.6 4.03 3.724 17.828

8 35 3.8 3.84 3.24 3.43 4.13 3.688 21.516

9 40 2.78 3.48 4.11 3.87 2.83 3.414 24.93

10 45 3.48 2.67 3.25 3.85 3.16 3.282 28.212

11 50 3.45 3.2 4.11 2.95 4.03 3.548 31.76

12 55 3.57 3.9 4.48 3.43 3.43 3.762 35.522

13 60 3.98 4.1 3.78 3.83 3.49 3.836 39.358

14 65 2.95 3.6 4.1 3.77 3.16 3.516 42.874

15 70 4.61 3.72 3.9 4.22 3.66 4.022 46.896

16 75 4.5 4.37 3.88 4.34 4.37 4.292 51.188

17 80 4.86 3.88 4.26 4.12 3.78 4.18 55.368

18 85 3.79 2.98 3.92 3.86 3.66 3.642 59.01

19 90 2.96 3.86 4.37 2.92 2.33 3.288 62.298

20 95 3.54 4.02 4.23 4.03 4.31 4.026 66.324

21 100 3.76 3.78 3.77 3.86 4.07 3.848 70.172



Gambar 3.1 Grafik Pengosongan Tangki

Gambar 3.2 Grafik Pengisian Tangki

Perhitungan

1. Menghitung berat jenis air

ρ= berat pikno isi - berat pikno kosongV piknometer



=451,27 gr-358,02 gr100 ml=0,93 gr⁄ml

2. Menghitung volume silinder

Dik : Diameter silinder = 14 cm

Tinggi silinder = 42,5 cm

Dit : V silinder

Jawab : V = π.r2 . t

= 3,14 cm . (7 cm)2 . 42,5 cm

6539,05 cm3

3. Menghitung fi dan fo

fi : Vt= 6539,05 cm3 70,172 dt=93,186 cm3 /dt

fo : Vt= 6539,05 cm3 81,774 dt=79,965 cm3 /dt

4. Menghitung waktu untuk pengisian dan pengosongan tangki

a. Pengisian tangki

d (ρV)dt = ρi.fi

ρdVdt=ρFi

dVdt=Fi

V=Ah

d Ahdt=Fi

A dhdt=Fi

dhdt=FiA

h=0h=hdh=FiAtt=0dth=FiAt

t=hFiA

t=42,5 cm93,186 cm3/detik153,86 cm2=70,172 detik

Data hasil praktikum adalah 70,172 detik

b. Pengosongan tangki

d (ρV)dt= -Fo.ρ



ρdVdt=-Foρ

dVdt=-F0

V=Ah

d Ahdt=-F0

A dhdt=-Fo

dhdt=-FoA

hh=hodh=-F0Att=0dt

h0-h=-F0At

t=h0-h-F0A

t=0-42,5 cm-79,965 cm3/detik153,86 cm2=81,774 detik

Data hasil praktikum adalah 81,774 detik

BAB IV

PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN

4.1 Pembahasan

Pada praktikum ini, kami melakukan percobaan pengendalian level

dengan menggunakan CRL (Control Regulation Level), dimana air

dalam tangki akan di control levelnya, air di masukkan ke dalam tangki

dengan menggunakan pompa sentrifugal yang di atur jumlah

kuantitasnya oleh pneumatic valve yang selanjutnya di kirim ke kolom,

apabila terjadi kelebihan level maka solenoid valve akan terbuka

karena mendapat perintah dari electrical equipment dan menutup

monorized electrical valve.

Percobaan yang kami lakukan yaitu sebanyak 10 kali dengan

menggunakan metode on-off dengan lower level 75% dan upper level

85%, yaitu pada saat level air mencapai 85% pengendali akan

menutup valve pneumatic sehingga jumlah cairan yang masuk ke

tangki terhenti dan ketika level air turun pada level 75% pengendali

akan membuka valve pneumatic sehingga akan menambahkan jumlah

cairan yang masuk ke dalam tangki. Dari hasil praktikum kami



dapatkan waktu dari level 75% sampai mencapai level 85% adalah

7,673 detik, sedangkan waktu dari level 85% sampai turun pada level

75% adalah 7,168 detik. Dari data dapat dilihat bahwa waktu yang

diperlukan untuk menaikkan level air lebih banyak dibandingkan pada

saat penurunan level air dalam tangki, hal ini disebabkan karena gaya

berat air lebih besar pada pengosongan dibandingkan laju alir dari

pompa pada saat pengisian tangki.

Proses pengisian air dalam tangki dari level 0% sampai 100% kami

dapatkan waktu 70,172 detik, sedangkan pada pengosongan air dalam

tangki kami dapatkan waktu 81,774 detik. Berdasarkan percobaan jelas terlihat bahwa proses pengosongan air dalam tangki memerlukan

waktu yang lebih lama dibandingkan pengisian air dalam tangki. Hal ini

disebabkan karena pengaruh dari laju alir air dari pompa pada saat

pengisian air dalam tangki lebih besar dibandingkan laju alir air oleh

gaya berat air pada saat pengosongan air dalam tangki.

Berdasarkan percobaan yang kami lakukan, pada saat pengisian air

dalam tangki sampai level 100%, kami dapatkan waktu 70,172 detik

dan pada percobaan pengosongan air dalam tangki dari level 100%

sampai 0% kami dapatkan waktu 81,774 detik. Setelah kami lakukan

perhitungan neraca massa total secara teoritis, kami dapatkan hasil

perhitungannya sama dengan hasil percobaan yang kami lakukan.

1.2.Kesimpulan

✔ Pengisian air dalam tangki kami dapatkan waktu 70,172 detik,

sedangkan pengosongan air dalam tangki kami dapatkan

81,774 detik.

✔ Pengosongan air dalam tangki memerlukan waktu yang lebih

lama dibandingkan dengan pengisian air dalam tangki itu

disebabkan karena pengaruh dari laju alir air.



✔ Pada metode on-off dengan upper level 85% dan lower level

75% kami dapatkan waktu untuk menaikkan level air dalam

tangki dari level 75% sampai level 85% adalah 7,673 detik,

sedangkan waktu yang kami dapatkan pada saat penurunan

level air dalam tangki dari level 85% sampai level 75% adalah

7,168 detik.

DAFTAR PUSTAKA

http://majarimagazine.com/2008/02/pengendalian proses 1/. Diakses

pada tanggal 02 Maret 2011

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1347/1/kimia-

yusuf3.pdf . Diakses pada tanggal 02 Maret 2011

http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/1347. Diakses pada tanggal

02 Maret 2011

htpp // www. didacta. it. Automation and Prosess Control. Diakses pada tanggal

06 April 2011

http://majarimagazine.com/2008/02/pengendalian%20proses%201/


http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1347/1/kimia-yusuf3.pdf



http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/1347



http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/1347


ian level cairan

Documents