2 STUDI SISTEM PENGENDALIAN KADAR OKSIGEN DI DALAM AIR PADA THERMAL DEAERATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT MURINI SAM SAM-I SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains UMMI FAHRINA 070801003 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM MEDAN 2012
3 PERSETUJUAN Judul : STUDI PENGENDALIAN KADAR OKSIGEN DI DALAM AIR PADA DEAERATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT MURINI SAM SAM I Kategori Nama : SKRIPSI : UMMI FAHRINA Nomor Induk Mahasiswa : 070801003 Program Studi Departemen Fakultas : SARJANA (S1) FISIKA : FISIKA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUA ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, Mei 2012 Diketahui/Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP 195510301980031003 Pembimbing-I Pembimbing-II Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill NIP. 195503161982031002 Dr. Susilawati, S.Si., M.Si. NIP.197412072000122001
4 PERNYATAAN STUDI SISTEM PENGENDALIAN KADAR OKSIGEN DI DALAM AIR PADA THERMAL DEAERATOR DI PKS MURINI SAM SAM-I SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Mei 2012 UMMI FAHRINA 070801003
5 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan waktu yang ditetapkan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phil, dan Dra. Susilawati M.Sc, selaku dosen pembimbing I dan II dalam menyelesaikan skripsi ini yang telah memberikan panduan dan arahan kepada saya untuk penyempurnaan skripsi ini, selanjutnya ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada PT. MURINI SAM SAM-I yaitu Bapak Alimin sitohang selaku manager dan Bapak Andre selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini. Ucapan terima kasih juga diberikan kepada Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc, Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc, dan Dr. Marhaposan situmorang, selaku dosen pembanding yang telah banyak memberikan saran dan masukan dalam penyempurnaan skripsi ini dan juga kepada Ketua dan Sekretaris Jurusan Departemen Fisika Dr. Marhaposan Situmorang dan Dra. Justinon. MSi, Dekan FMIPA USU Dr. Sutarman,Msc serta semua Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. Tidak lupa pula penulis ucapkan terima kasih kepada teman-teman dan semua mahasiswa Fisika khususnya stambuk 2007, yaitu Oki Handinata, Moraida Hasanah, Angel Pratiwi, Rusdalena, Ichsan, Hilman, Julia Fadilla, Suci Ramadhani, Juli Harni, Eva Suraya, Eva rosdiyanti, Irhan Hanim, Rahma, Siska Futri Nst, Ismatul Husna, Juriah semangat, syifa, Prisca, Lokita, Jandri, Jhon Dalton, Ita, Maria Irma, serta Junior dan senior yang telah membantu saya( Bang Hendri Yogi, Andy syahreza dan Gilang Perkasa Rizki ) yang selalu memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
6 Akhirnya tidak pernah terlupakan tanda bakti kami kepada Ayahanda (Drs. Amir Faisal) dan Ibunda (Rosnizar) yang telah memberikan dukungan baik materil maupun moril selama mengikuti perkuliahan, dan kepada kakak-kakak(nisa Amalia dan Fitri Fadia) dan juga adik-adik tercinta (Hani Fahdina dan Habib Hammadi) yang selalu mendoakan dan mendukung saya, dan akhirnya kepada seluruh keluarga besar Embah di Duri yang mau menerima saya di rumahnya dan keluarga besar di Perawang (Yayuk, Bang Supri, Bang Bambang, Bang Manto, bang Dedi, kak Hapni dll) yang dengan setia dan sabar mengantarkan saya ke Duri. Dan juga kepada kedua orang tua Moraida hasanah dan Angel Pratiwi yang turut serta membantu saya dalam menyelesaikan skripsi ini dan mereka tidak dapat disebutkan satu persatu, penulis ucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini.
7 STUDI SISTEM PENGENDALIAN KADAR OKSIGEN DI DALAM AIR PADA THERMAL DEAERATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT MURINI SAM SAM-I ABSTRAK Penelitian tentang sistem pengendalian Thermal Deaerator dengan menentukan seberapa besar Temperatur dan Tekanan yang bisa dikontrol untuk menghilangkan kadar oksigen di dalam air. Penelitian dilakukan dipabrik kelapa sawit (PKS) Murini Sam Sam 1 Duri, Riau. Pada proses pengendalian ini digunakan metode PI dan Routh- Hurwitz. Hasil yang didapat dengan menggunakan metode PI yaitu nilai Kc = 0,4 dan PB= 250% lebih stabil dibandingkan yang lainny. Metode Routh-Hurwitz yaitu nilai Routhnya (S 4 = 0.04 ; 0.18; 0,000012); (S 3 = 0.4; 0.003; 0); (S 2 = 0.18; 0.000012; 0); (S 1 = 0.032; 0; 0); (S 0 = 0.000012; 0; 0) dan Hurwitznya (0.4; 0.072; 0.000213), karena bernilai positif maka dapat dikatakan stabil sama pada karakteristik yang ada pada Routh-Hurwitz.
8 STUDY OF OXYGEN CONTROL SYSTEM IN WATER AT THERMAL DEAERATOR AT PALM OIL FACTORY MURINI SAM SAM-I ABSTRACT Research about control system at thermal Deaerator with make how many temperature and Pressure can controlled to lose standart oxygen in water. The Research do in Palm oil factory Murini Sam Sam 1 Duri, Riau. At the Process control is used PI and Routh- Hurwitz method. The result can gotten by use PI method are value of Kc= 0.4 and PB= 250%, more stabil than others. For Routh-Hurwitz method are value of Routh (S 4 = 0.04 ; 0.18; 0,000012); (S 3 = 0.4; 0.003; 0); (S 2 = 0.18; 0.000012; 0); (S 1 = 0.032; 0; 0); (S 0 = 0.000012; 0; 0) and Hurwitz (0.4; 0.072; 0.000213), because positive value can be said stabil same at characteristic at Routh-Hurwitz.
9 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Halaman iii iv v vii ix x xi Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Permasalahan 1.2.1 Identifikasi Masalah 2 1.2.2 Batasan Masalah 3 1.3Tujuan Penelitian 3 1.4 Manfaat Penelitian 4 1.5 Tempat Penelitian 4 1.6 Sistematika Penulisan 4 Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Teori Dasar Sistem Pengendalian 6 2.1.1 Istilah dan Elemen dalam Sistem Pengendalian 7 2.1.2 Prinsip Prinsip Sistem Pengendalian 10 2.1.3 Pengelompokan Sistem Pengendalian 11 2.1.4 Mode Pengendalian pada Industri 14 2.2 Model Matematik Sistem Dinamik 15 2.3 Model Matematik Sistem Fisik 16 2.3.1 Transformasi Laplace 16 2.3.2 Fungsi Alih 17 2.3.3 Digram Blok 18 2.4 Analisis Kestabilan Sistem 20
10 2.4.1 Kriteria Kestabilan Routh 21 2.4.2 Kriteria Kestabilan Hurwitz 23 2.5 Hukum Termodinamika 26 2.6 Thermal Deaerator 28 2.6.1 Data Teknis Deaerator 31 2.62 Jenis-jenis Deaerator 32 Bab 3 Sistem Pengendalian Temperatur dan Tekanan pada Deaerator 37 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 37 3.1.1 Waktu Penelitian 37 3.1.2 Tempat penelitian 37 3.2 Proses Pengendalian Kadar Oksigen 38 3.2.1 Pemodelan dan Perancangan sistem Deaerator 38 3.2.2 Pengendali (Controller) 40 3.2.3 Transmitter 42 3.2.3.1 Tekanan Transmitter 42 3.2.3.2 Temperatur Transmitter 43 3.2.4 Control Valve 44 3.2.5 Penurunan Persamaan Gas Ideal Untuk Proses 45 3.3 Metode yang digunakan 46 3.3.1 PI 46 ` 3.3.2 Metode Routh-Hurwitz 46 3.3.3 Uji Kestabilan dengan Respon Frekuensi 47 3.4 Perancangan Program 47 3.5 Diagram Alir 47 Bab 4 Data dan Analisa Data 4.1 Data 49 4.1.1 Data Controller 49 4.1.2 Data Transmitter 50 4.1.3 Data Temperatur dan Tekanan Stork tank 50 4.1.4 Data Steam 50 4.1.5 Data Control valve 50 4.2 Fungsi Alih Sistem Pengendalian Temperatur
11 dan Tekanan Air pada Deaerator 51 4.3 Analisis Kestabilan Sistem Pengendalian Temperatur dan Tekanan pada Deaerator 57 4.3.1 Metode Kestabilan Routh 57 4.3.2 Metode Kestabilan Hurwitz 60 4.3.3 Uji Respon Kestabilan sistem pengendalian dengan metode frekuensi 62 Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 73 5.2 Saran 74 Daftar Pustaka 75 Lampiran 76
12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Data dari Controller 49 Tabel 4.2 Data dari Transmitter 49
13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pengendalian Level didalam Tangki oleh Manusia 10 Gambar 2.2 Sistem Pengendalian Loop Terbuka 12 Gambar 2.3 Sistem Pengendalian Loop Tertutup 13 Gambar 2.4 Sistem Pengendalian Bertingkat 13 Gambar 2.5 Diagram Blok 19 Gambar 2.6 Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Tertutup 19 Gambar 2.7 Sistem Pengendalian Loop Tertutup dengan Umpan Balik H(s) 20 Gambar 2.8 Contoh Grafik Kestabilan Sistem 25 Gambar 2.9 Deaerator dan bagian-bagiannya 31 Gambar 2.10 Deaerator Spray 32 Gambar 2.11 Deaerator vakum 33 Gambar 2.12 Deaerator tray 34 Gambar 2.13 Control Valve 35 Gambar 3.1 Diagram proses Deaerator Tempertur dan Pressure 38 Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Pengendalian Temperatur dan tekanan 39 Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Transmisi Pnumatik 42 Gambar 3.4 Blok Tekanan Transmitter dengan gain 43 Gambar 3.5 Blok Temperatur Transmitter dengan gain 44 Gambar 3.6 Blok Control valve dengan gain 44 Gambar 4.1 Diagram Blok Temperatur Controller 51 Gambar 4.2 Diagram Blok Pressure Controller 52 Gambar 4.3 Diagram Blok Gangguan 53 Gambar 4.4 Diagram Blok Proses 54 Gambar 4.5 Diagram Blok Control valve 55 Gambar 4.6 Diagram Blok Fungsi Alih Sistem Kendali 56 Gambar 4.7 Diagram Blok Fungsi Alih dengan nilai Parameternya 56 Gambar 4.8 Diagram Blok dengan Kc = 2 63 Gambar 4.9 Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan
14 Temperatur dengan nilai Kc = 2 64 Gambar 4.10 Diagram Blok dengan Kc = 1 65 Gambar 4.11 Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan Temperatur dengan nilai Kc = 1 66 Gambar 4.12 Diagram Blok dengan Kc = 0.66 67 Gambar 4.13 Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan temperatur dengan nilai Kc 0.66 68 Gambar 4.14 Diagram Blok dengan nilai Kc = 0.5 69 Gambar 4.15 Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan temperatur dengan nilai Kc = 0.5 70 Gambar 4.16 Diagram Blok dengan Kc = 0.4 71 Gambar 4.17 Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan temperatur dengan nilai Kc = 0.4 72