Simulasi Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Pada Proses Evaporasi Dengan Sirkulasi Paksa

Transkripsi

1 1 Simulai Unjuk erja Sitem endali ada roe Evaporai engan Sirkulai aka Ade Elbani Juruan Teknik Elektro Fakulta Teknik, Univerita Tanjungpura ontianak adeelbani@yahoo.com Abtract roe evaporai ering ekali digunakan pada indutri-indutri yang berkala bear, terutama indutri proe. Evaporai adalah uatu proe kejadian fiika yang mana tidak terjadi perubahan kompoii pada truktur zat, dengan daar proe kondenai atau perubahan embun menjadi air. ada penelitian ini proe akan dilakukan dengan item imulai, dimana akan menggunakan imulink pada program Matlab guna merepreentai item proe evaporai yang nyata. Untuk mempercepat proe kondenainya, hal ini dilakukan dengan metode irkulai paka, yakni proe evaporai dilakukan dengan mengalirkan air pada kolom-kolom detilai yang teredia. Agar hail yang diharapkan lebih optimal, maka pada penelitian ini akan digunakan pengendali dengan jeni. ada pengendali ini terdapat tiga mode pengendali, yaitu proporional, integral dan derivatip (), dimana keemua ini merupakan pengendali yang kontinyu. engendali ini diraa cocok untuk diterapkan pada item ini, dimana pada proe evaporai berlangung lama. Adapun intrument yang dikendalikan pada item ini berupa maukan team, cooler water erta beberapa produk akhir, yang keemua ini menjadi uatu item kendali multi-input dan multi-output (MMO). ari hail yang diperoleh, ternyata dengan item kendali lup tertutup akan memperlihatkan unjuk kerja yang lebih baik dari pada lup terbuka, erta beberapa hail yang diperoleh proe evaporai telah memperlihatkan performani atau unjuk kerja yang baik dan tabil dengan menggunakan pengendali dengan mode roportional dan ntegral (). eyword endali, Evaporai, Metoda evaporai irkulai paka, ondenai. 1. endahuluan ada indutri kala bear, proe evaporai ering digunakan. Hal ini merupakan alah atu proe fiika guna menganalia uatu obyek. Sering ekali kejadian proe ini tmendapatkan hail yang idak optimal, jika dilakukan dengan begitu aja atau tanpa dikendalikan, dengan item kendali yang tepat maka produk hail dari proe akan bia dioptimalkan. Agar hail yang diharapkan lebih optimal, maka pada penelitian ini akan digunakan pengendali dengan jeni. ada pengendali ini terdapat tiga mode yaitu proporional, integral dan derivatip (), yang keemua ini adalah merupakan pengendali kontinyu. ada proe evaporai, akan berlangung lama untuk itu engendali ini diraa cocok untuk diterapkan pada item ini. ntrument yang dikendalikan pada item ini adalah maukan team, cooler water erta keluaran berupa produk akhir, yang keemua ini menjadikan item dua input dan beberapa output (MMO). ada penelitian ini akan dilakukan imulai dengan toolbox imulink pada program Matlab, guna keperluan analii item. erlakuan pada proe kendali ini adalah dengan evaporai paka, yakni mengalirkan air pada kolom-kolom detilai. Ada beberapa metoda analii, mialnya dengan detilai kolom, analia ecara langung, dan ebagainya. Namun proe evaporai ini merupakan uatu proe analii yang angat teliti. engan demikian ketelitian ini akan dimanfaatkan beberapa pabrik untuk keperluan yang tentunya mengharapkan uatu hail yang angat preii. enelitian ini akan melihat unjuk kerja item, khuunya item kendali di dalam uatu proe evaporai ecara paka. Hal ini dilakukan guna melihat performai ketabilan item. Untuk itu fungi atau perlunya item kendali diini merupakan indikai keberhailan dalam rangka melakukan proe evaporai.. Tujuan enelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : - Melakukan imulai proe kendali pada plant Evaporator dengan item irkulai paka. - Melihat repon item tanpa dan dengan kendali - Menganalii unjuk kerja item tanpa kendali dan dengan kendali 3. Sitem engendali engendali menghailkan konfigurai bertingkat (kakade) yakni dengan menyiipkannya pada lup yang udah ada ehingga merupakan bagian dari penguatan dalam rah maju (forward gain), eperti ditujukan pada gambar berikut : Controller Umpan lant Gambar 1. iagram Blok Sitem endali Jurnal ELHA Vol., No.3, November 1

2 3.1 Mode engendali roportional ntegral erivative ( Controller) Bentuk peramaan dari engendali adalah : u( e( + T 1 e( + dengan : = kontanta proportional T = waktu integral T = waktu diferenial T de( dalam bentuk tranformai laplace adalah : U ( + + bentuk funi alihnya adalah : U ( + + U ( + + = R( + + Gambar iagram Blok engendali ombinai dari maing-maing engendali,, dan diebut juga ebagai pengendali. ombinai ini mempunyai keunggulan yang dipunyai maing-maing engendali apabila dipergunakan endiri-endiri. engendali ini banyak digunakan mengontrol repon ebuah katup pengatur jeni pneumatic dan repon actuator hidraulik. Tipe berfungi untuk mempertinggi kecepatan repon, edang tipe mencegah terjadinya kealahan dalam keadaan dalam keadaan mantap. engendali (integral) biaanya dipergunakan bila alat kendali akan dipakai untuk mempertahankan variabel proe agar tetap pada nilai kerja nominalnya, dan juga dalam keadaan dimana perubahan-perubahan variabel hanya diebabkan oleh perubahan beban. Jika maukan ke ebuah engendali diubah ecara berarti (mialnya ewaktu perintah membuka katup agar mencapai poii aliran nominalnya), maka engendali biaanya ditiadakan atau diperkecil ampai variabel proe mencapai nilai nominalnya. Jika hal ini tidak dilakukan, maka perubahan maukan yang bear ke alat kendali tipe menyebabkan oilai yang akan menumpuk pada repon item kendali. Repon dari oilai ini akan berinteraki terhadap kedua engendali dan erta menghailkan repon yang berputar dengan ettling time yang angat panjang. 3. Mode engendali roportional alam engendali proportional, hubungan antara inyal keluaran pengendali u( dengan inyal kealahan e( adalah : U( u( e( alam bentuk tranformai laplace adalah : U( fungi alih item kendali proportional adalah : U ( ) E ( ) dengan : U( = Sinyal keluaran pengendali = Sinyal kealahan = enguatan proportional Gambar 3 iagram Blok engendali Tipe (roportional) ada daarnya engendali tipe (proportional) adalah uatu penguat (amplifier) dengan penguat yang dapat diubah-ubah. enambahan harga p akan menaikan penguatan item ehingga dapat digunakan untuk memperbear kecepatan repon dan mengurangi e (kealahan keadaan mantap). emakaian engendali jeni ini aja ering tidak memuakan karena penambahan elain akan membuat item lebih enitif, tetapi juga cenderung mengakibatkan ketidaktabilan. 3.3 Mode engendali ntegral ada engendali integral, nilai dari keluaran engendali u( diubah pada laju (rate) yang berbanding luru dengan inyal kealahan e(, yaitu : du( e( dengan demikian 1 u( e( R( U( alam bentuk tranformai laplace adalah : U ( U ( = dengan adalah kontanta integral. R( U( Gambar 4. iagram Blok engendali tipe (ntegral) engendali tipe dimakudkan untuk menghilangkan kealahan poii dalam keadaan mantap. engendali ini biaanya digunakan berama tipe +, namun dalam hal-hal dimana kecepan repon dan ketidak-tabilan bukan merupakan maalah, tipe + udah cukup. Walaupun demikian, penambahan tipe perlu mendapat perhatian karena efeknya mengurangi ketabilan. 3.4 Mode engendali erivative () ada engendali derivative atau diferenial nilai keluaran pengendali U( merupakan fungi diferenial dari inyal kealahan e(, yaitu : Jurnal ELHA Vol., No.3, November 1

3 3 U ( de( dalam tranformi laplace diperoleh : Forced Circulation Evaporator Cooling water F, T U ( fungi alihnya adalah : U ( yang mana merupakan kontanta diferenial. Steam F1, 1 T1 vapour F4 Separator condener L T1 condenate F5 R( U( Gambar 5. iagram Blok engendali Tipe (eferenial) condenate F3 engendali jeni ini digunakan untuk memperbaiki pretai repon tranien ebuah item kontrol. Mode ini elalu diertai oleh tipe ; edang tipe hanya digunakan bila diperlukan. engendali tipe angat bermanfaat ebab reponnya terhadap laju perubahan kealahan menghailkan koreki yang berarti ebelum kealahan terebut bertambah bear, jadi efeknya adalah menghailkan tindakan engendalian yang cepat. Hal ini angat penting bagi item kontrol yang perubahan bebannya terjadi ecara tiba-tiba, karena dapat menghailkan inyal engendali elama kealahan (error) berubah. arena tipe ini melawan perubahanperubahan yang terjadi pada keluaran yang dikontrol, efeknya adalah mentabilkan item lup tertutup dan ini dapat meredam oilai yang mungkin terjadi. Mode tipe tidak dapat dipakai ecara terendiri karena tidak memberikan jawaban (repon terhadap uatu kealahan dalam kondii mantap. 4. Simulai roe Sitem Evaporai ada proe imulai evaporator irkulai paka ini dilakukan dengan memanfaatkan program matlab, yaitu dengan toolbox imulink. ada proe ini plant dibagi menjadi dua bagian, yaitu Simulai proe lup terbuka, dan imulai proe lup tertutup. Simulai proe lup terbuka adalah imulai evaporai dengan irkulai paka tanpa menggunakan kendali, edangkan imulai proe lup tertutup adalah imulai evaporai irkulai paka dengan menggunakan kendali atau pengontrol. ada keempatan ini, imulai dilakukan pada plant nonlinier evaporator irkulai paka. Model plant non-linier dalam bentuk peramaan diferenial yang diaplikaikan pada toolbox Simulink program Matlab. 4.1 Simulai Lup Terbuka roe yang berlangung dalam item Evaporator Sirkulai aka diperlihatkan pada Gambar 6, yang merupakan proe dari item. roe pada Evaporator Sirkulai aka adalah nonlinier dan MMO ( Multi nput Multi Output ). Feed F1, X1, T1 roduct F, X,T Gambar 6. Evaporator Sirkulai aka Tanpa endali Variabel keluaran : 1. = Tekanan tabung evaporator. L = Level eparator 3. X ompoii produk Variabel maukan : 1. F = Laju aliran maa produk. F = Laju aliran maa air pendingin 3. 1 = Tekanan team Gangguan proe : 1. F 1 = Laju aliran maa feed. X 1 ompoii feed 3. T 1 = Temperatur feed 4. F 3 = Laju aliran maa irkulai 5. T = Temperatur maukan air pendingin 4. Simulai Lup Tertutup Sitem kerja plant Evaporator Sirkulai aka dengan kendali, ditunjukkan pada gambar-7. Variabel yang dikendali (Controlled Variable): 1. = Tekanan tabung evaporator. L = Level eparator 3. X ompoii produk Variabel yang dimanipulai (Manipulated Variable) : 1. F = Laju aliran maa produk. F = Laju aliran maa air pendingin 3. 1 = Tekanan team Gangguan proe : 1. F 1 = Laju aliran maa feed. X 1 ompoii feed 3. T 1 = Temperatur feed 4. F 3 = Laju aliran maa irkulai 5. T = Temperatur maukan air pendingin Jurnal ELHA Vol., No.3, November 1

4 4 Steam F1, 1 T1 XC condenate Feed F1, X1, T1 Forced Circulation Evaporator F3 vapour F4 L LT Separator condener T1 LC Cooling water F, T condenate F5 roduct F, X,T C 5.3 Sitem Lup Tertutup ari repon yang diperlihatkan pada Gambar-3 tampak bahwa kendali mampu mengantiipai perubahan et point L dengan baik. Sedangkan repon item terhadap perubahan input gangguan, yaitu penambahan kompoii maukan X1 ebear 5 % ditunjukkan oleh gambar 9. L(m), X(% ), (ka) enambahan 5% konentrai maukan X1 X L*1 Gambar 7. endalian Evaporator Sirkulai aka ada proe kendali ini, digunakan tiga buah kendali, yaitu : 1. LC- untuk mengontrol level eparator, L. XC- untuk mengontrol kompoii keluaran, X 3. C- untuk mengontrol tekanan tabung evaporator, arameter kendali pada imulai ini adalah parameter yang diberikan oleh Newel dan Lee, 1989, yaitu : 5. Hail an Analii 5.1 inerja Sitem endali p i (menit -1 ) LC XC C inerja item diamati dengan melihat repon item terhadap perubahan maukan dan gangguan. ada imulai ini item akan diamati repon item terhadap perubahan et point alah atu Controlled Variable yaitu L (level eparator) dan perubahan maukan gangguan X1 (kompoii maukan) dan F1(laju maa maukan). 5. Sitem Lup Terbuka Repon item terhadap penambahan et point L ebear 5 % ditunjukkan oleh gambar 8 berikut. L(m ), X(% ), (ka) e n a m b a h a n 5 % e t p o i n t L T ( m e n i t ) X L * 1 Gambar 8. Repon item terhadap perubahan et point L ebear 5 % t (m eni Gambar 9. Repon item terhadap penambahan kompoii maukan (X1) ebear 5 % Terlihat repon pada Gambar 9 tampak bahwa kendali mampu mengantiipai perubahan kompoii maukan X1 dengan baik. Repon item terhadap perubahan input gangguan, yaitu pengurangan laju maukan F1 ebear 5 % ditunjukkan oleh gambar 1. emudian repon pada gambar 1 tampak bahwa kendali mampu mengantiipai perubahan laju maukan F1 dengan baik. L(m), X(%), (ka) engurangan 5% laju maukan F t (m eni L*1 Gambar 1 Repon item terhadap pengurangan laju maukan F1 ebear 5 % ari keemua hail yang telah dilakukan ini terlihat pada item evaporai dengan irkulai paka yang dilakukan dengan kendali proe lup tertutup telah memperlihatkan performani atau unjkuk kerja kendalian yang lebih baik terbukti dengan diperlihatkannya pada repon hail unjuk kerja kendalian yang lebih handal dan tabil. 6. eimpulan ari keeluruahan rangkaian kegiatan penelitian ini, dapat diimpulkan ebagai berikut : - Sitem kendali yang digunakan adalah, namun yang digunakan cukup mode aja. - ada proe evaporai, plant evaporator irkulai paka kurang tabil tanpa adanya kendali. engan demikian lant Evaporator Sirkulai aka menjadi tabil etelah dilakukan kendalian atau adanya item kendali. X Jurnal ELHA Vol., No.3, November 1

5 5 Refereni [1] Balchen, Jen G., and Mumme, enneth., roce Control Structure and Application. New York: Van NotrandReinhold Company,1988. [] Juruan Teknik Fiika TB, Workhop ntelligent roce Control. alembang: [3] Luyben, William L., roce Modelling, Simulation and Control for Chemical Engineer, nd ed. McGraw-Hill, 199. [4] Ogata,., Modern Control Engineering, 3 rd ed. Upper Saddle River, NJ: rentice-hall, [5] Stephanopoulo, George, Chemical roce Control: An ntroduction to Theory and ractice. New Jerey: rentice-hall, Biography Ade Elbani, lahir di Sanggau pada tanggal Mei Menyeleaikan program Strata (S1) di Univerita Gadjah Mada (UGM), Fakulta MA, Juruan Fiika, rodi Elektronika dan ntrumentai (ELNS) pada tahun 199 dan program Strata (S) di ntitut Teknologi Bandung (TB), Magiter Teknik, rogram ntrumentai dan endali (N), Fakulta Teknologi ndutri, eleai pada tahun 3. Sejak tahun 1995 ampai ekarang mengajar di Fakulta Teknik Juruan Teknik Elektro Univerita Tanjungpura ontianak. enelitian yang diminati aat ini adalah : emodelan Sitem dan endali. Jurnal ELHA Vol., No.3, November 1

6 Jurnal ELHA Vol., No.3, November 1 6