ANALISIS SISTEM PENGENDALIAN PROSES Oleh: Loekman Satibi Irfan Purnawan Alvika Meta Sari Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2013 Hak Cipta 2013 pada penulis, Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. Ruko Jambusari No. 7A Yogyakarta 55283 Telp. : 0274-889836; 0274-889398 Fax. : 0274-889057 E-mail : info@grahailmu.co.id Satibi, Loekman; Purnawan, Irfan; Sari, Alvika Meta ANALISIS SISTEM PENGENDALIAN PROSES/Loekman Satibi; Irfan Purnawan; Alvika Meta Sari - Edisi Pertama Yogyakarta; Graha Ilmu, 2013 x + 230, 1 Jil. : 26 cm. ISBN: 978-979-756-932-7 1. Teknik Industri I. Judul
KATA PENGANTAR Pada tahun 1964, penulis utama untuk pertama kali mengikuti mata kuliah Pengendalian Proses di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada. Walaupun tergolong tidak terlalu lama penulis lulus mata kuliah ini, namun setelah lulus sebagai insinyur Teknik Kimia tahun 1968, penulis belum tahu persis mau dibawa kemana dengan mata kuliah Pengendalian Proses ini. Setelah lulus, tidak lama kemudian penulis bekerja di bagian produksi suatu Pabrik Kimia yang menggunakan berbagai macam pengendalian proses antara lain Pengendalian Laju Alir (FRC), Pengendalian Temperatur (TRC), Pengendalian Tekanan (PRC), Pengendalian Paras (LC) dan Pengendalian ph (ph RC) untuk waktu cukup lama barulah penulis tahu barang sedikit tentang Pengendalian Proses. Pada masa itu, sistem pengendalian proses merupakan sistem analog dan bersifat single input - single output (SISO). Dengan penemuan komputer yang mempunyai kemampuan repitasi tinggi maka metode numerik mengalami kemajuan sangat pesat dan mengubah sistem SISO menjadi Multi Input Multi Output (MIMO). Walaupun prinsip dasar pengendalian proses tetap sama. Terdorong oleh keinginan untuk ikut berkontribusi dalam bidang pendidikan dengan senantiasa menghimpun kritik dari berbagai pihak, maka kami memberanikan diri menulis buku berjudul Analisis Sistem Pengendalian Proses. Buku ini dimaksudkan untuk memberikan prinsip dasar pengendalian proses dan analisis matematis sistem pengendalian. Berbeda dengan cabang ilmu lain yang sebagian besar membahas sistem dalam keadaan tunak (steady state) maka pengendalian proses mempelajari perilaku sistem-sistem tak tunak (unsteady state). Sistem dinamis adalah keadaan dimana terdapat variabel yang berubah dengan waktu. Secara matematis sistem dinamis disajikan oleh persamaan diferensial. Oleh karena itu tugas utama seseorang yang ingin mempelajari pengendalian proses adalah penyelesaian persamaan diferensial.
vi Analisis Sistem Pengendalian Proses Penyelesaian persamaan diferensial menggunakan cara konvensional kadang-kadang sangat melelahkan dan membosankan. Oleh karena itu transformasi Laplace memberikan sarana untuk memecahkan persamaan diferensial dengan operasi aljabar biasa yaitu penambahan, pengurangan, pengalian dan pembagian. Pada penerbitan berikutnya, kami berusaha untuk menambah 3 bab lagi, masing-masing mengenai Sistem-sistem Fisik Orde Pertama, Mekanisme Pengendalian dan Respon Frekuensi. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada Lisa Nazifah, ST, MSc, Ranov Zairani, ST dan Emmidia Djunaedi, ST atas kontribusinya dalam penyelesaian pengetikan manuskrip ini. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Saudara Ir. Nasib Pardi dari PT. YOKOGAWA ENGINEERING INDONESIA atas bantuan gambar sistem pengendalian laju alir (FRC) pada halaman sampul buku ini. Rosul bersabda Berbahagialah orang yang senantiasa asyik mencari kesalahan dan kekurangan diri sendiri. Memperhatikan hadist itu maka penulis lebih mengharapkan kritik yang mengarah ke pencarian kesalahan dan kekurangan buku ini daripada apresiasi. Harapan penulis adalah semoga buku ini bisa bermanfaat dan penulis akan berusaha memperbaiki kekurangan-kekurangan yang ada. Jakarta, Mei 2008 Loekman Satibi, Irfan Purnawan, Alvika Meta Sari vi
Daftar Simbol vii vii
Daftar Simbol 1
DAFTAR ISI KAT PENGANTAR v DAFTAR ISI vii BAB 1 PENGENDALIAN PROSES 1 1.1 Pendahuluan 1 1.2 Definisi 2 1.3 Mekanisme Pengendalian Umpan Balik Manual 5 1.4 Diagram Blok Sistem Pengendalian 6 1.5 Ilustrasi Matematis Respon Transien 7 1.6 Rangkuman 9 1.7 Soal 10 1.8 Penyelesaian 10 BAB II TRANSFORMASI LAPLACE 11 2.1 Pendahuluan 11 2.2 Definisi Tranformasi Laplace 11 2.3 Transformasi Fungsi-Fungsi Sederhana 12 2.4 Penyelesaian Persamaan Diferensial 17 Bab III Teknik Inversi Peruraian Parsial 19 3.1 Pendahuluan 19 3.2 Peruraian Parsial 19 3.3 Keadaan Kualitatif Hasil Penyelesaian 30 3.4 Rangkuman 32 3.5 Soal-Soal 32 3.6 Penyelesaian 33