PERANCANGAN SISTEM KONTROL ph BERBASIS SINTESA REAKSI INVARIAN DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY PADA STUDI KASUS TITRASI ASAM HCl DAN BASA NaOH

Transkripsi

1 PRESENTASI TUGAS AKHIR TF PERANCANGAN SISTEM KONTROL ph BERBASIS SINTESA REAKSI INVARIAN DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY PADA STUDI KASUS TITRASI ASAM HCl DAN BASA NaOH Penyusun Tugas Akhir : Syaifur Rizal (NRP : ) Dosen Pembimbing : Hendra Cordova, ST., MT. (NIP ) 1

2 .: Latar Belakang Pengendalian ph merupakan salah satu faktor penting dalam dunia industri kimia. Diperlukannya suatu sistem pengendali yang mampu untuk mengendalikan ph yang memiliki karakteristik yang unik. 2

3 .: Tujuan Mendisain pengendalian ph, pada studi kasus titrasi HCl dan NaOH yang dimodelkan dengan reaksi invariant, dengan menggunakan logika fuzzy. 3

4 .: Permasalahan Bagaimana memodelkan reaksi asam-basa HCl dan NaOH dengan menggunakan reaksi invariant pada plan tangki CSTR? Bagaimana merancang suatu pengendali fuzzy pada plan yang melibatkan reaksi asam-basa ph pada HCl dan NaOH? 4

5 .: Batasan Masalah Pemodelan matematika reaksi asam-basa HCl dan NaOH pada tangki CSTR didasarkan pada reaksi invariant (Gustafsson dan Waller, 1983; Waller dan Makilla, 1980). Data yang digunakan sebagai dasar pemodelan adalah data percobaan pada titrasi asam HCl dan NaOH. Variabel kontrol ph diperoleh dengan memanipulasi laju aliran input dengan asumsi bahwa laju aliran sebanding dengan nilai volume yang masuk persatuan waktu pada tangki CSTR. Level, temperatur, tekanan dan volume di dalam saturator diasumsikan telah dijaga konstan serta terjadi proses perfect mixing. 5

6 .: Batasan Masalah (2) Plant tempat titrasi asam-basa digunakan pemodelan tangki CSTR (Continuos Stirred Tank Reactor). Sistem kontrol yang digunakan adalah sistem kontrol logika fuzzy. Variabel proses yang dikendalikan adalah nilai ph. Analisa yang dilakukan merupakan analisa performansi sistem. Perancangan disimulasikan dengan menggunakan software Matlab 7. 6

7 .: Teori Asam-Basa Teori Asam-Basa Menurut Arrhenius. Asam dan basa terjadi akibat adanya peristiwa pengionan dalam air pada senyawa-senyawa tertentu yang mengandung ion H + atau OH -. Teori Asam-Basa Menurut Bronsted Lowry. Asam adalah zat yang dapat memberikan proton (donor H + ) sedangkan basa adalah suatu zat yang dapat menerima proton (akseptor H + ). 7

8 .: Titrasi Asam HCl - Basa NaOH Titrasi adalah suatu proses untuk mengetahui suatu properties dari suatu senyawa kimia dengan mencampurkannya dengan suatu senyawa kimia yang properties-nya diketahui. Atau properties dari kedua senyawa kimia ini diketahui dan akan dicari nilai properties hasil dari pencampuran. Untuk titrasi asam-basa dapat dilakukan dengan: Basa NaOH dititrasi dengan asam HCl. Asam HCl dititrasi dengan basa NaOH. 8

9 .: Asam HCl dititrasi dengan basa NaOH Molaritas kedua zat sama. Volume HCl konstan. Titrasi dilakukan dengan menambahkan volume NaOH. 9

10 .: Reaksi Invariant Reaksi invariant adalah reaksi yang mengompensasikan nilai kecepatan reaksi pada suatu reaksi kimia sehingga nilai kecepatan reaksi ini dapat diabaikan (k = 0). dengan: A = Senyawa yang direaksikan B = Produk k = Kecepatan reaksi 10

11 .: Reaksi Invariant(2) Persamaan umum Untuk reaksi pada Asam HCl dan NaOH w 1 = c H - c OH

12 .: Tangki CSTR (Continuous stirred tank reacktor) [Perubahahan molekul komponen-i] = [aliran masuk molekul komponen-i] [aliran keluar molekul komponen-i] + [kecepatan pembentukan komponen-i] 12

13 .: Tangki CSTR (Continuous stirred tank reacktor)(2) CSTR dengan dua input-an dan satu output-an: menjadi:

14 .: Kontrol Valve Jenis valve berdasarkan inisialisasi bukaan: Normally Close Normally Open Jenis valve berdasarkan karakteristik bukaan: Quick Openning Linier Equal Precentage 14

15 .: Kontrol Valve(1) Persamaan umum untuk valve adalah: Dengan : m(s) Ktot U(s) ζ = manipulated variable laju aliran keluar control valve = Gain total control valve = sinyal masukan control valve = Time constant dari Control Valve

16 .: Kontrol Valve(2) Jenis valve berdasarkan karakteristik bukaan menurut F.G. Shinskey dapat dimodelkan dengan: Y = L x + ( 1 L) x Keterangan: Y = persamaan karakteristik control valve x = masukan kontrol control valve L = 1, untuk linear; 0< L<1, untuk quick opening; dan 1< L untuk equal precentage

17 .: Logika Fuzzy Fuzzifikasi Basis Pengetahuan Inferensi Defuzzifikasi 17

18 .: Fuzzy(2) Input error -14 error < 0 maka ph plan > set point. error = 0 maka ph = set point. 0< error -14 maka ph plan < set point Input rate Nilai rate tinggi maka nilai ph pada plan terlalu sering berubah-ubah pada nilai sekitar nilai set point. Nilai rate rendah maka nilai ph pada plan sedikit mengalami perubahan pada nilai sekitar nilai set point.

19 Keanggotaan fuzzy untuk inputan error.: Fuzzy(3)

20 Keanggotaan fuzzy untuk inputan rate.: Fuzzy(4)

21 .: Fuzzy(5) Output Fuzzy dibagi menjadi 5 keanggotaan: close_fast open_fast no_change Representasi dari input error close_slow open_slow Representasi dari input rate

22 Keanggotaan untuk output fuzzy.: Fuzzy(6)

23 .: Fuzzy(7) Rule Base If (ph is okay) then (valve is no_change) If (ph is low) then (valve is open_fast) If (ph is high) then (valve is close_fast) If (ph is okay) and (rate is pos) then (valve is close_slow) If (ph is okay) and (rate is neg) then (valve is open_slow)

24 Respon pada Set Point 7 Delay time = - Rise time (0%-100%) = - Peak time = detik Max. overshoot = 0,4761 Settling time = 0,15 detik Ess = -

25 Respon pada Beberapa Set Point Set Po int PH Delay Time (dtk.) Rise Time (dtk.) Peak Time (dtk.) Max. Overshoot Settli ng time (dtk.) Ess. (%) 4,5 0,055 1,25 1,25 0, , ,04 3 3,5 0,0005 3,5 0, ,0212 0,0347 0,041 0,081 0,784 4, ,0103 0,4761 0,15-8 0, ,0209 0,0309 0,1535 0, ,274 0,201 0,2367 0,0332 4,5 0, , ,013 10,5 0, ,0114 Tugas Akhir TF

26 Memberikan sinyal ramp dengan disturbance Penambahan disturbance pada plan titrasi.

27 Memberikan sinyal ramp dengan disturbance (2) Dari atas ke bawah berturut-turut adalah nilai ph terhadap set point, disturbance, nilai flow feed dan flow control.

28 KESIMPULAN Telah berhasil dilakukan pemodelan, perancangan, dan simulasi sistem pengendalian ph dengan menggunakan kontrol fuzzy yang mampu mengatasi karakteristik ph yang nonlinear. Pada uji open-loop didapatkan perbandingan flow feed harus lebih kecil dibandingkan dengan flow control (dalam penelitian tugas akhir ini digunakan perbandingan 0,5 l/s : 1 l/s ). Untuk volume CSTR digunakan liter dan karakteristik valve adalah quick opening.

29 Terima Kasih

30 Uji Tracking Set Point Berturut-turut dari atas adalah nilai ph dan set point; nilai flow feed dan control; dan nilai arus yang masuk ke valve

31 Data Uji Coba Flow Control (Q c ) = 1 liter/detik Flow Feed (Q f ) = 0,5 liter/detik [HCl] = 1 M [NaOH] = 1 M

32 Gambar Simulasi Uji Close Loop