Studi Pemodelan Bond Graph dan Perancangan Pengontrol Proportional + Integral untuk Level Boiler dan Temperatur Penukar Kalor pada Sistem Miniplant

dokumen-dokumen yang mirip
Tabel 1. Parameter yang digunakan pada proses Heat Exchanger [1]

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Penelitian sebelumnya berjudul Feedforward Feedback Kontrol Sebagai

pengendali Konvensional Time invariant P Proportional Kp

BAB III DINAMIKA PROSES

STUDI PERFORMANSI SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR, RELIABILITY DAN SAFETY PADA HEAT EXCHANGER PT. PETROWIDADA GRESIK

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN PEMBAKARAN PADA DUCTBURNER WASTE HEAT BOILER (WHB) BERBASIS LOGIC SOLVER

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN LEVEL DAN INTERLOCK STEAM DRUM DENGAN DUA ELEMEN KONTROL DI PT. INDONESIA POWER UBP SUB UNIT PERAK.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA HASIL SIMULASI

Syahrir Abdussamad, Simulasi Kendalian Flow Control Unit G.U.N.T Tipe 020 dengan Pengendali PID

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 1

oleh : Rahmat Aziz ( ) Reza Sofyan Arianto ( )

Desain Kendali pada Sistem Steam Drum Boiler dengan Memperhitungkan Control Valve

BAB II DASAR TEORI. kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi

Desain PI Controller menggunakan Ziegler Nichols Tuning pada Proses Nonlinier Multivariabel

PENERAPAN FUZZY LOGIC CONTROLLER UNTUK MEMPERTAHANKAN KESETABILAN SISTEM AKIBAT PERUBAHAN DEADTIME PADA SISTEM KONTROL PROSES DENGAN DEADTIME

PENGENDALIAN PROSES EVAPORASI PADA PABRIK UREA MENGGUNAKAN KENDALI JARINGAN SARAF TIRUAN

TUGAS AKHIR RESUME PID. Oleh: Nanda Perdana Putra MN / 2010 Teknik Elektro Industri Teknik Elektro. Fakultas Teknik. Universitas Negeri Padang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

SISTEM KENDALI POSISI MOTOR DC Oleh: Ahmad Riyad Firdaus Politeknik Batam

SISTEM BOILER DENGAN SIMULASI PEMODELAN PID

RESPON SISTEM DITINJAU DARI PARAMETER KONTROLER PID PADA KONTROL POSISI MOTOR DC

PENGENDALI TEMPERATUR FLUIDA PADA HEAT EXCHANGER DENGAN MENGGUNAKAN JARINGAN SARAF TIRUAN PREDIKTIF

Kontrol PID Pada Miniatur Plant Crane

Pengendali Temperatur Fluida Pada Heat Exchanger Dengan Menggunakan Algoritma Model Predictive Control (MPC)

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Respons Sistem dalam Domain Waktu. Dasar Sistem Kontrol, Kuliah 4

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA HASIL SIMULASI. III, aspek keseluruhan dimulai dari Bab I hingga Bab III, maka dapat ditarik

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SIMULASI

III.11 Metode Tuning BAB IV PELAKSANAAN PENELITIAN IV.1 Alat Penelitian IV.2 Bahan Penelitian IV.3 Tata Laksana Penelitian...

BAB II LANDASAN TEORI

UJI PERFORMANSI PADA SISTEM KONTROL LEVEL AIR DENGAN VARIASI BEBAN MENGGUNAKAN KONTROLER PID

SIMULATOR RESPON SISTEM UNTUK MENENTUKAN KONSTANTA KONTROLER PID PADA MEKANISME PENGENDALIAN TEKANAN

Simulasi Control System Design dengan Scilab dan Scicos

PERANCANGAN PID SEBAGAI PENGENDALI ph PADA CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR)

Ir.Muchammad Ilyas Hs DONY PRASETYA ( ) DOSEN PEMBIMBING :

PERANCANGAN SISTEM KENDALI BOILER MENGGUNAKAN ALGORITMA PID PADA PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) OMRON

4. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS. pengujian simulasi open loop juga digunakan untuk mengamati respon motor DC

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PENGENDALI POSISI MOTOR DC DENGAN PID MENGGUNAKAN METODE ROOT LOCUS

Rancang Bangun Sistem Pengendalian Level pada Knock Out Gas Drum Menggunakan Pengendali PID di Plant LNG

PENGENDALI TEMPERATUR FLUIDA PADA HEAT EXCHANGER DENGAN MENGGUNAKAN ALGORITMA MODEL PREDICTIVE CONTROL (MPC)

Perancangan Sistem Pengendalian Level Pada Steam drum dengan Menggunakan Kontroller PID di PT Indonesia Power Ubp Sub Unit Perak-Grati

Perancangan Sistem Kontrol On/Off Multivariabel Level dan Temperatur Berbasis Microcontroller

Perancangan dan Simulasi MRAC PID Control untuk Proses Pengendalian Temperatur pada Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)

Peningkatan Repeatability Sistem Metering dengan Pengendalian Aliran Menggunakan PID

Tujuan Pembelajaran. Saat kuselesaikan bab ini, kuingin dapat melakukan hal-hal berikut.

Materi 9: Fuzzy Controller

Perancangan Sistem Pengendalian Tekanan dan Laju Aliran Untuk Kebutuhan Refueling System Pada DPPU Juanda-Surabaya

DINAMIKA PROSES PENGUKURAN TEMPERATUR (Siti Diyar Kholisoh)

TUNING PARAMETER PID DENGAN METODE CIANCONE PADA PLANT HEAT EXCHANGER

Perancangan Mobile Application untuk Pemantauan Boiler dan Heat Exchanger Training System Berbasis Web dengan Framework Jquery Mobile

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Root Locus A. Landasan Teori Karakteristik tanggapan transient sistem loop tertutup dapat ditentukan dari lokasi pole-pole (loop tertutupnya).

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM. Gambar 3. 1 Diagram Blok Sistem Kecepatan Motor DC

Institut Teknologi Sepuluh Nopember PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN TEKANAN DAN FLOW UNTUK KEBUTUHAN REFUELING SYSTEM PADA DPPU JUANDA SURABAYA

BAB 5 KOMPONEN DASAR SISTEM KONTROL

RANCANG BANGUN SELF TUNING PID KONTROL PH DENGAN METODE PENCARIAN AKAR PERSAMAAN KARAKTERISTIK

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Perancangan SCADA pada Mini Plant Proses Pengendalian Level

BAB II LANDASAN TEORI. berefisiensi tinggi agar menghasilkan produk dengan kualitas baik dalam jumlah

Rancang Bangun Self Tuning PID Kontrol ph Dengan Metode Pencarian Akar Persamaan Karakteristik

Perancangan Sistem Kontrol Laju Aliran Bahan Bakar Serta Rasio Pembakaran Berdasarkan Nilai Steam Quality Pada Steam Generator

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

SIMULASI PROSES PENGENDALIAN ph LIMBAH CAIR LABORATORIUM DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UI MENGGUNAKAN KONTROLER PID LINEAR PADA MINI PLANT WA921

Rancang Bangun Sistem Kontrol Level dan Pressure Steam Generator pada Simulator Mixing Process di Workshop Instrumentasi

Laboratorium Perancangan dan Pengendalian Proses Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

BAB II KONSEP PERANCANGAN SISTEM KONTROL. menyusun sebuah sistem untuk menghasilkan respon yang diinginkan terhadap

PERANCANGAN SISTEM CONTROL LEVEL DAN PRESSURE PADA BOILER DI WORKSHOP INSTRUMENTASI BERBASIS DCS CENTUM CS3000 YOKOGAWA

PERANCANGAN PENGENDALI POSISI LINIER UNTUK MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN PID

LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI & PENGENDALIAN PROSES

BAB 2 DASAR TEORI. Universitas Indonesia. Pemodelan dan..., Yosi Aditya Sembada, FT UI

BAB 3 PERANCANGAN PENGENDALI SISTEM JACKETED STIRRED TANK HEATER

PEMODELAN SISTEM PENGENDALI PID DENGAN METODE CIANCONE BERBASIS MATLAB SIMULINK PADA SISTEM PRESSURE PROCESS RIG

Studi Perancangan Sistem Kontrol Kinematik Dan Dinamik Non Linier Watanabe Pada Wahana Nirawak Quadrotor

BAB II LANDASAN TEORI

Makalah Seminar Tugas Akhir

Perancangan Sistem Kontrol PID Untuk Pengendali Sumbu Azimuth Turret Pada Turret-gun Kaliber 20mm

Perancangan Sistem Kontrol Posisi Miniatur Plant Crane dengan Kontrol PID Menggunakan PLC

DESAIN KONTROL PID UNTUK MENGATUR KECEPATAN MOTOR DC PADA ELECTRICAL CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION (ECVT)

Komparasi Sistem Kontrol Satelit (ADCS) dengan Metode Kontrol PID dan Sliding-PID NUR IMROATUL UST ( )

Makalah Seminar Kerja Praktek ANALISA SISTEM FLOW CONTROL amdea DI CO 2 REMOVAL PLANT SUBANG

ANALISIS KINERJA PROSES CO2 REMOVAL PADA KOLOM STRIPPER DI PABRIK AMONIAK UNIT 1 PT. PETROKIMIA GRESIK

IDENTIFIKASI DAN DESAIN CONTROLLER PADA TRAINER FEEDBACK PRESSURE PROCESS RIG Satryo Budi Utomo, Universitas Jember

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Analisa Kestabilan Sistem dalam Penelitian ini di lakukan dengan dua Metode Yaitu:

MAKALAH. Sistem Kendali. Implementasi Sistim Navigasi Wall Following. Mengguakan Kontrol PID. Dengan Metode Tuning Pada Robot Beroda

SISTEM KENDALI DIGITAL

RANCANG BANGUN TEMPORARY AIR CONDITIONER BERBASIS PENYIMPANAN ENERGI TERMAL ES

BAB 2 LANDASAN TEORI

DESAIN SISTEM KENDALI TEMPERATUR UAP SUPERHEATER DENGAN METODE FUZZY SLIDING MODE CONTROL

DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI HALAMAN PERSEMBAHAN MOTTO ABSTRAK

BAB III METODE PENELITIAN

Analisa Unjuk Kerja Heat Recovery Steam Generator (HRSG) dengan Menggunakan Pendekatan Porous Media di PLTGU Jawa Timur

IX Strategi Kendali Proses

Swarm Optimization (Pso) untuk Tuning Pengendali Model Predictive Control (Mpc) pada Quadruple Tank

Perancangan sistem kontrol dengan root locus (lanjutan) Dasar Sistem Kontrol, Kuliah 12

Analisa safety, manajemen resiko dan pengendalian pada sistem pengendalian level LP

METODE OPTIMASI PADA SISTEM PENGENDALIAN PROSES TANGKI PEMANAS BERPENGADUK

Pertemuan-1: Pengenalan Dasar Sistem Kontrol

Transkripsi:

Studi Pemodelan Bond Graph dan Perancangan Pengontrol Proportional Integral untuk Level Boiler dan Temperatur Penukar Kalor pada Sistem Miniplant Abstrak Nur Havid Yulianto, Parsaulian I. Siregar, Edi Leksono Program Studi Teknik Fisika, Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesha 10 Bandung Tujuan penelitian ini adalah menurunkan model level Boiler dan temperatur keluaran penukar kalor pada sistem miniplant untuk memahami dinamika proses dan perancangan pengontrol proportional dan integral. Penurunan model dilakukan dengan metode Bond Graph. Titik operasi dipilih berdasarkan kondisi kesetimbangan proses. Miniplant Boiler tank dan penukar kalor memiliki dua proses utama yaitu level Boiler dan temperature produk penukar kalor. Proses level Boiler dimodelkan menjadi sistem orde satu. Didapatkan akar kuadrat rata rata kesalahan model level yaitu 5.7 mm pada titik operasi aliran masuk 4.3 m 3 /jam dan aliran keluar 4 m 3 /jam. Proses temperatur penukar kalor dimodelkan menjadi sistem orde dua. Didapatkan akar kuadrat rata-rata eror model temperatur sebesar 0.4 o C. Level Boiler merupakan proses non self-regulatory, pada kondisi aliran masuk sama dengan aliran keluar maka level akan tetap. Level Boiler harus dikontrol karena aliran keluar dari boiler digunakan sebagai manipulated variable bagi proses temperature penukar kalor. Temperatur penukar kalor merupakan proses self-regulatory dengan empat input. Variable yang ingin dikontrol adalah temperatur produk dengan manipulated variable adalah aliran keluar dari Boiler Tank. Pengontrolan level Boiler dan temperatur penukar kalor dilakukan dengan penambahan parameter proportional dan integral. Penentuan proportional band (Pb) dilakukan menggunakan kurva karakteristik statis untuk mendeskripsikan daerah operasi control valve sebelum mencapai saturasi dan metode pole placement agar letak pole mendekati sumbu riil. Penentuan Ti dilakukan dengan meletakkan satu pole berhimpit dengan zero sehingga pengaruh zero menjadi kecil. Pengontrolan level dilakukan di titik operasi 50%-60%. Pengontrolan temperatur penukar kalor dilakukan di titik operasi temperatur pemanas = 45 o C, temperatur air suplai batch tank = 23.4 o C dan aliran produk divariasikan di 1 m 3 /jam, 1.6 m 3 /jam, 2.12 m 3 /jam dan 3.3 m 3 /jam. Pengontrolan Pb = 10% dan Ti = 20 s pada level Boiler memberikan respon dengan rise time (2%) 9 s dan settling time (2%) 39 s dengan integral kesalahan absolut model = 107.1 dan plant = 132. Pengontrolan Pb = 25% dan Ti=40 s pada temperatur penukar kalor memberikan integral kesalahan absolut model = 62.3 dan plant = 77.4. Sedangkan pengontrolan Pb=20% dan Ti=40 s memberikan integral kesalahan absolut model = 43.6 dan plant = 66.5. Untuk penelitian selanjutnya direkomendasikan menambah parameter pengontrolan derivative untuk mengurangi overshoot dan perbaikan pemanas agar rentang operasi semakin lebar. Kata Kunci: Level Boiler Tank dan temperatur penukar kalor, Pemodelan Bond Graph, dan Pengontrol PI 1 Pendahuluan Program studi Teknik Fisika ITB memiliki mini plant Boiler Drum and Heat Exchanger Model BDT921 yang terletak di gedung labtek VI lantai. Terdapat dua proses utama di mini plant yaitu Boiler dan penukar kalor. Kedua proses ini saling berkaitan dan mempengaruhi. Peningkatan pemahaman kedua behavior proses dilakukan dengan studi pemodelan. Studi pemodelan keseluruhan miniplant sudah dilakukan pada penelitian sebelumnya [1]. Model Penukar kalor yang dibentuk pada penelitian sebelumnya masih memiliki banyak eror dan penulis melakukan pemodelan dengan pendekatan yang berbeda. Penelitian sebelumnya 53

terbatas pada penurunan model yang akan penulis lanjutkan dengan studi pengontrolan. Pengontrolan disediakan pada mini plant dengan menggunakan Single Loop Controller. Pengontrolan berfungsi agar proses variable sesuai dengan set point sehingga dihasilkan kualitas produk yang baik dan optimal serta agar menghindarkan proses variable dari kondisi kritis yang berbahaya. Selain dilakukan studi pemodelan dan pengontrolan juga dilakukan penentuan titik proses kesetimbangan mini plant Boiler dan penukar kalor ketika dilakukan pengontrolan. 2 Teori Dasar 2.1 Bond Graph Definisi Bond Graph adalah alat modelling yang menggunakan pola aliran energi dan daya sebagai variabel yang mampu menghasilkan interaksi fisis pada setiap sistem. Aliran energi pada Bond Graph dijelaskan melalui variable effort e(t) dan flow f(t). Laju aliran energi merupakan product dari effort dan flow [2]. =. Variabel effort dan flow ini dapat dianalogikan pada sistem mekanik, hidraulik, dan sistem termal. Sistem Penukar kalor merupakan sistem thermal. Pada sistem thermal digunakan Pseudo Bond Graph dikenalkan oleh Karnopp dimana produk variable effort dan flow tidak menghasilkan daya [2]. Pada sistem thermal, digunakan variabel temperatur T sebagai variabel effort dan laju entalphi h sebagai variabel flow. Sedangkan pada sistem hidrolik variabel tekanan P sebagai variabel effort dan variabel laju massa sebagai variabel flow. 2.2 Persamaan Keadaan Berikut adalah langkah pemodelan Bond Graph untuk mendapatkan persamaan keadaan [3]. Pertama yaitu strukturisasi masalah dengan penentuan input, state variable dan output. Kedua yaitu pembentukan persamaan dasar. Pembentukan word Bond Graph dengan menggambarkan subsistem yang saling terhubung dan berfungsi membantu dalam memulai pembangunan submodel, kausalitas dan membangun Bond Graph sistem secara lengkap. Ketiga membentuk persamaan keadaan dari persamaan tiap komponen dan junction. 2.3 Design pengontrol Desain pengontrol yang dirancang menggunakan metode PID pengontrol proportional, integral dan derivative. Tujuan utama dari pengontrolan adalah menghasilkan output tunak sesuai dengan nilai set point dengan settling time sekecil mungkin dan osilasi ¼ redaman. Berikut adalah persamaan MV(t) dari input E(t) : = [ ] (1) 2.4 Deksripsi Proses Boiler Tank & Penukar kalor Model BDT921 Fluida panas dipanaskan dengan pemanas di tangki Boiler. Karena terdapat pemanas pada Boiler tank maka level tangki harus dijaga pada level 50-60 %. Untuk keperluan pengontrolan terdapat level control valve 11 yang akan mengatur flow yang masuk tangki Boiler. Fluida panas ditukarkan kalor dengan fluida produk/dingin di penukar kalor. Terdapat pompa dan control valve untuk mengatur seberapa banyak fluida panas yang akan ditukarkan kalornya. Setelah melewati penukar kalor fluida panas dipanaskan lagi di 54

ON-OFF ON-OFF J.Oto.Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst) Vol 7 (1), 2015 ISSN: 2085-2517, e-issn: 2460-6340 tangki prapemanas (T12) baru kemudian dialirkan menuju tangki Boiler dengan menggunakan pompa 11. Fluida produk pada tangki 13 disedot dengan menggunakan dua pompa untuk dialirkan menuju penukar kalor untuk ditukarkan kalor dengan fluida panas dan kemudian dialirkan kembali menuju batch tank. Agar temperatur di batch tank homogen digunakan pompa 15. Proses utama di miniplant merupakan penukar kalor. Controlled variable adalah temperatur 14 yang merupakan temperatur keluaran air dingin penukar kalor. Input yang digunakan adalah flow dari fluida panas. Pemanasan fluida produk dengan cara mengatur seberapa banyak fluida panas yang dialirkan. Sementara itu fluida panas keluaran Boiler merupakan gangguan bagi proses level Boiler. Gangguan dari Boiler akan berubah-ubah bergantung pada set point temperatur keluaran dari penukar kalor. Gangguan ini akan mempengaruhi level dari Boiler sehingga level pada Boiler harus dikontrol. I P LCY 11 TIC 11 PP TIC 111 LCV11 TIT 14 TIT 11 LIC 11 LT 11 EP TCV11 HX-01 TIT 113 T11 P 11 TIC 12 TIT 12 T12 P 14 P 13 T13 P 12 P 15 Gambar 1 Diagram alir mini plant boiler dan penukar kalor 3 Pemodelan dan Pengontrolan Level Boiler Tank dan Temperatur Penukar Kalor 3.1 Penurunan Model Temperatur Penukar Kalor Asumsi yang digunakan antara lain dinding tidak menyimpan energi dan merupakan hambatan thermal, temperatur masukan panas dan dingin konstan, aliran masukan air dingin dan air panas dianggap konstan, temperatur di shell dan tube seragam dan Overall Heat Transfer a coefficient dianggap konstan = ρ ( ) ( ), = (2) = ρ ( ) ( ), = (3) 55

3.2 Penentuan Hambatan Thermal Dinding Rtot memiliki hubungan dengan overall heat transfer coefficient (W/m 2. o C) (U) dan luas transfer kalor pada penukar kalor (m 2 ) (A) [4] sebagai berikut: Langkah penentuan parameter UA: 1. Menentukan kalor yang ditransfer oleh air panas = (4) = ( ) (5) 2. Menentukan dengan pendekatan, use of a correction factor [4], =,,,, = ( ),, (6), Menentukan nilai dengan mencari nilai R dan P: = =, = = (7) F didapat dengan memplot R dan P pada chart 3. Menentukan nilai UA dengan mensubstitusi dan yang didapat pada persamaan berikut: (8) 3.3 Transformasi Laplace Persamaan Temperatur = (9) Dengan = =, =, =, =, =, = ( ), = ( ) 3.4 Pengontrolan Proportional dan Integral Temperatur Berikut adalah fungsi transfer closed loop temperatur penukar kalor: = ( ) (10) Menyamakan denum persamaan (10) dengan karakteristik orde tiga didapat hubungan = (11) Kp dicari untuk daming ratio 0.7 hingga 1 didapat nilai Kp dari 6.5 hingga 2.7 56

= (12) Nilai Ti dicari dari persamaan (12) dengan settling time 50 s dan damping ratio 0.7 didapat 12.6 s. Amplitude 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 Step Response Ti=15 Ti=20 Ti=25 Ti=30 Ti=35 Ti=40 Imaginary Axis (seconds -1 ) 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0-0.05-0.1 Pole-Zero Map Ti=15 Ti=20 Ti=25 Ti=30 Ti=35 Ti=40 0.2 0 0 20 40 60 80 100 120 Time (seconds) -0.15 Gambar 2 respon penambahan Ti pada model temperature -0.2-0.25-0.25-0.2-0.15-0.1-0.05 0 Real Axis (seconds -1 ) Adanya zero pada pole zero map Gambar 2 memberikan pengaruh overshoot. Pengaruh zero dapat dikurangi dengan menggeser satu pole agar terletak di sebelah kanan posisi zero. Penggeseran letak satu pole ini dilakukan dengan memperbesar Ti sehingga didapat Ti 40 s. 3.5 Penurunan Persamaan Level Boiler Tank = (13) 3.6 Transformasi Laplace Persamaan Level Boiler Tank h = (14) 3.7 Pengontrolan Proportional dan Integral Level Boiler Tank Berikut adalah fungsi transfer closed loop level boiler tank: = K KpKGcv KGcvTi KGcv (15) Menyamakan denum persamaan (15) dengan karakteristik orde dua didapat hubungan = (16) = (17) 57

Dengan settling time yang diinginkan 25 s dan damping ratio 1 didapat Kp=10.2 dan Ti=12.5 1.4 1.2 Step Response Ti=12.5 Ti=15 Ti=17.5 Ti=20 1 0.8 0.6 Pole-Zero Map Ti=12.5 Ti=15 Ti=17.5 Ti=20 Amplitude 1 0.8 0.6 0.4 Imaginary Axis (seconds -1 ) 0.4 0.2 0-0.2-0.4 Pole Zero -0.6 0.2-0.8 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Time (seconds) -1-0.35-0.3-0.25-0.2-0.15-0.1-0.05 0 Real Axis (seconds -1 ) Gambar 3 Respon penambahan Ti pada model level boiler tank Adanya zero pada pole zero map Gambar 3 memberikan pengaruh overshoot. Pengaruh zero dapat dikurangi dengan menggeser satu pole agar terletak di sebelah kanan posisi zero. Penggeseran letak satu pole ini dilakukan dengan memperbesar Ti sehingga didapat 20 s. 4 Analisis Data Simulasi dan Percobaan 4.1 Validasi Model Fungsi Transfer Temperatur Penukar Kalor 38 3 37 Model Data plant 2.8 2.6 FH FC 2.4 36 m 3 /jam 2.2 35 2 1.8 o C 34 1.6 0 500 1000 1500 2000 33 50 32 31 o C 45 40 35 30 TinH TinC 30 0 500 1000 1500 2000 20 0 500 1000 1500 2000 2500 Gambar 4 Validasi dan titik operasi model fungsi transfer temperatur Konstanta waktu 63.2% =58 dengan Time settling = 94-98 sekon dan Akar kuadrat ratarata eror 0.286 o C (engineering unit) 25 58

4.2 Pengaplikasian parameter PI yang telah dirancang pada model temperatur dan Single Loop Controller 34.5 50 34 o C 40 30 TinH TinC 33.5 Set Point Model Data Plant 20 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2.6 2.4 33 m 3 /jam 2.2 2 1.8 FH FC 32.5 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1.6 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Gambar 5.Validasi model dengan pengontrol proportional band 25% dan integral time 40s Integral absolut error model = 62.3 dan plant = 77.4 36 50 35.5 40 35 34.5 o C 30 TinH TinC 34 33.5 33 32.5 32 31.5 Set Point Model Data Plant m 3 /jam 20 0 50 100 150 200 250 3.5 3 2.5 2 FH FC 31 0 50 100 150 200 250 1.5 0 50 100 150 200 250 Gambar 6. Validasi model dengan pengontrol proportional band 15% dan integral time 40s Integral absolut error model 44.dan plant = 66.5 59

4.3 Validasi Model Level Boiler Akar kuadrat rata-rata eror = 5.7 mm Gambar 7. Validasi model level 4.4 Pengaplikasian parameter PI yang telah dirancang pada model level dan Single Loop Controller 65 Model Set Point Data Plant 60 % 55 50 45 0 50 100 150 200 250 300 Gambar 8. Validasi model closed loop level dengan Kp=10 dan Ti=20 60

6 5 Aliran masukan Aliran keluaran m 3 /jam 4 3 2 0 50 100 150 200 250 300 Gambar 9. Titik Operasi validasi model closed loop level Akar kuadrat rata-rata eror = 3.385 mm dengan rise time (2%) 9 s dan settling time (2%) 39 s. Integral Absolut Error model 107.1dan plant 132 5 Kesimpulan Proses level Boiler dimodelkan dengan metode Bond Graph sistem hidrolik menjadi sistem orde satu yang merupakan proses non self-regulatory. Didapatkan akar kuadrat rata-rata eror model level 5.7 mm pada titik operasi aliran masuk 4.3 m 3 /jam dan aliran keluar 4 m 3 /jam.pseudo Bond Graph sistem thermofluid mampu menjelaskan coupling energi antara sistem hidrolik dan thermal pada proses temperatur penukar kalor. Proses temperatur penukar kalor dimodelkan menjadi sistem orde dua yang merupakan proses self-regulatory. Didapat akar kuadrat rata-rata eror model persamaan keadaan temperatur 0.4 o C. Penentuan proportional band dengan analisis kurva karakteristik statik dapat mendeskripsikan daerah operasi control valve sebelum mencapai saturasi namun tanpa memperhatikan respon dinamik. Penentuan proportional band dilakukan pula dengan pole placement dengan meletakkan pole mendekati sumbu real agar tidak dihasilkan respon yang underdamped. Penentuan Ti dengan pole placement dilakukan dengan meletakkan letak pole agar berhimpit dengan letak zero, sehingga pengaruh zero menjadi kecil.pengontrolan temperatur dilakukan pada titik operasi kesetimbangan yaitu temperatur pemanas, temperatur air supply batch tank dan debit product yang tetap dengan memanipulasi debit keluaran boiler. = 45 o C pada kondisi kesetimbangan. = 23.4 o C. divariasikan di 1 m 3 /jam, 1.6 m 3 /jam, 2.12 m 3 /jam dan 3.3 m 3 /jam. Pengontrolan PI pada level Boiler dan temperatur penukar kalor memberikan Integral Absolute Error yang lebih kecil. Pengontrolan Pb = 25 % dan Ti=40 pada temperatur Heat Exchanger memberikan Integral Absolute Error model = 62.3 dengan IAE plant = 77.4. Pengontrolan Pb=20 % dan Ti=40 pada temperatur Heat Exchanger memberikan IAE model = 43.6 dengan IAE plant = 66.5 yang memberikan respon lebih underdamped namun masih memenuhi quarter decay ratio. Pengontrolan Pb=10% dan Ti 20 pada level Boiler mampu memberikan respon dengan rise time (2%) 9 s dan settling time (2%) 39 s dengan Integral Absolut Error model 107.1 dan plant 132. 61

6 Daftar Pustaka [1] Y. Sunjaya, "Studi Pemodelan dan Simulasi Boiler Drum & Penukar kalor dengan metodologi Bond Graph," Program Studi Teknik Fisika Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2013. [2] A. K. Samantaray and B. O. Bouamama, Model-Based Proses Supervision A Bond Graph Approach, Springer, 2008. [3] L. Ljung and T. Glad, Modeling Of Dynamic Sistem, New Jersey: Prentice Hall, 1994. [4] Y. A. Cengel, Heat and Transfer A Practical Approach Third Edition, SIngapore: McGraw- Hill, 2006. 62