PENGENDALIAN PROSES

1
Pengantar Pengendalian Proses
Ir. Abdul Wahid, MT.
Departemen Teknik Kimia FTUI
2
Tujuan Pembelajaran
Saat aku menyelesaikan bab ini, ku ingin dapat
melakukan hal-hal berikut.

• Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang
  diaplikasikan pada kontrol
• Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur
  dalam lup berumpan-balik (feedback loop)
• Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa
  contoh proses kimia

3
Kerangka Kuliah
Kerangka kuliahnya adalah berikut ini

• Kenapa Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang?
• Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian
• - Apa kerja sebuah sistem berumpan-balik?
• - Kenapa perlu pengendalian?
• - Kenapa pengendalian mungkin?
• - Di mana pengendalian dikerjakan?
• - Bagaimana pengendalian didokumentasikan?
• Workshop
• Petunjuk Belajar Mandiri

4
Kenapa Ada Kuliah Pengendalian Proses?

• Saat saya menjalankan percobaan kinetika,
  bagaimana saya menjaga suhu dan level pada harga
  yang diinginkan?
• Bagaimana saya membuat produk dengan kualitas
  tinggi secara konsisten saat terjadi perubahan
  sifat bahan baku?
• Berapa waktu yang saya perlukan untuk menanggapi
  situasi berbahaya?

Setiap insinyur memerlukan pengetahuan dasar
pengendalian. Banyak peluang karir yang menarik
ada pada seorang spesialis teknik.
5
Bagaimana Sekarang dengan Kuliah Pengendalian?

• Kita mulai dengan analisis keadaan tunak
  (steady-state) karena itu lebih mudah dan
  penting.
• Kita membangun kepakaran dalam ilmu dasar
  (fluida, perpindahan kalor, termodinamik, dsb.)
  dan unit proses (distilasi, CSTR, dsb.). Kini
  kita punya contoh-contoh yang memerlukan
  pengendalian!
• Kita perlu menguasai pengendalian sebelum
  mengintegrasikan pengengetahuan kita dalam disain
  proses?

Jadi ini merupakan saat yang penting untuk
mempelajari bagaimana menyetir proses kimia.
Dengan wawasan ini, kita akan dapat
mendisain pabrik yang dapat dikendalikan secara
aman dan menghasilkan produk yang berkualitas
tinggi.
6
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Mari kita lihat beberapa contoh pertama. Lalu,
kita akan mengembangkan sebuah konsep umum.

• Gambarkan metode anda untuk mengendarai mobil
• Dapatkah anda mengendarai modil tanpa melihat
  kaca depan?
• Apa yang harus disediakan oleh perancang mobil?
• Bisakah disain yang baik menghilangkan
  kebutuhan akan stir?

7
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik
Mari kita lihat beberapa contoh pertama. Lalu,
kita akan mengembangkan sebuah konsep umum.

• Gambarkan bagaimana bekerjanya pemanas di rumah
• Gambarkan perilaku dinamik dari T
• Apa yang harus disediakan oleh perancang rumah?
• Bisakah disain yang baik menghilangkan
  kebutuhan akan perubahan pemanasan?

8
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Bagaimana siklus suhu?
Apa cukup baik untuk semua variabel pada proses
kimia? INGAT jika ya, kuliah selesai!
9
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Sistem pengendalian memunculkan tiga unsur dasar.
Harga yang diinginkan
CONTROLLER
PROSES
FINAL ELEMENT
SENSOR
Inputs
Outputs
10
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Apa unsur akhir yang khas untuk proses-prose
kimia?
Apa maksud arah panah itu?
Bagaimana kita memilih lokasi sensor?
11
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
KENDALI (kata kerja) Menjaga kondisi yang
diinginkan dalan sebuah sistem fisik dengan
menyesuaikan variabel-variabel yang dipilih dalam
sistem tersebut.
PENGENDALIAN BERUMPAN-BALIK (FEEDBACK CONTROL)
mendayagunakan keluaran dari sistem untuk
mempengaruhi masukan dari sistem yang sama.
masukan sebab keluaran efek
12
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Perhatian Kesalahpahaman yang umum dalam istilah!
13
Kenapa Pengendalian Perlu?
Satu kata GANGGUAN! Beri contoh-contoh dalam
CSTR pada gambar berikut.
Kita ingin mencapai hal-hal berikut 1.
Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3.
Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5.
Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan
mendiagnosis
Ba b 2
14
Kenapa Pengendalian Perlu?
Satu kata GANGGUAN! Beri contoh-contoh dalam
menara distilasi pada gambar berikut.
15
Kenapa Pengendalian itu Mungkin?
Pengendalian adalah mungkin bisa dilakukan hanya
jika insinyur menyediakan peralatan yang
dibutuhkan selama disain proses. Bagian 1
Peralatan pengendalian
Komunikasi
Final element
Sensors
Computing and interface for person
Final element
16
Kenapa Pengendalian itu Mungkin?
Pengendalian adalah mungkin bisa dilakukan hanya
jika insinyur menyediakan peralatan yang
dibutuhkan selama disain proses. Bagian 2
Peralatan pengendalian
Bagaimana kita menentukan volume reaktor?
Bagaimana kita menentukan luas perpindahan panas?
17
Di mana Pengendalian Dilakukan?
Sensor, indikator lokal, dan katup dalam proses
Tampilan variabel, kalkulasi, dan perintah ke
katup ada di pusat kontrol
Menunjukkan panel pengendalian tipe yang lebih
lama
18
Di mana Pengendalian Dilakukan?
Sensor, indikator lokal, dan katup dalam proses
Tampilan variabel, kalkulasi, dan perintah ke
katup ada di pusat kontrol.
Menunjukkan panel kontrol modern berbasis komputer
19
Bagaimana Disain Pengendalian Didokumentasikan?

• Gambar perpipaan dan instrumentasi (PI drawings)
  menyediakan dokumentasi.
• Sistem terlalu kompleks untuk digambarkan dalam
  kata-kata.
• Kita harus menggunakan simbol-simbol standar.

F flow L level P pressure T temperature A
Analyzer (mis. ? atau pH) ..
20
Jenis Sistem Pengendalian

• Sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control
  system).
• sistem kontrol berumpan-balik (feedback control
  system)
• sistem kontrol inferensial (inferential control
  system)
• sistem kontrol berumpan-maju (feedforward
  control)
• Sistem kontrol lup terbuka (open-loop control
  system).

21
Pengendalian Berumpan-Balik
AUTOMATIK
MANUAL
22
Lup Terbuka

• Faktor penting WAKTU
• Kelebihan
• konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah
• lebih murah
• tidak ada persoalan kestabilan
• cocok untuk keluaran yang sukar diukur/tidak
  ekonomis (contoh untuk mengukur kualitas
  keluaran pemanggang roti)
• Kelemahan
• gangguan dan perubahan kalibrasi
• untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu
  kalibrasi ulang dari waktu ke waktu

23
Sinyal Transmisi

• Ada tiga jenis sinyal yang digunakan pada
  industri proses saat ini, yaitu
• Sinyal pneumatic atau tekanan udara, normalnya 3
  15 psig. Jarang menggunakan 6 30 psig atau
  3.0 27 psig. Gambar sinyalnya pada gambar PID
  (piping and instrument diagram) adalah
• Sinyal elektrik (elentric) atau elektronik,
  normalnya antara 4 dan 20 mA. Jarang menggunakan
  10 50 mA atau 1 5 V atau 0 10 V. Gambarnya
• Sinyal digital atau diskret (nol dan satu).
• Sering juga diperlukan untuk mengubah dari satu
  sinyal ke sinyal lainnya. Ini dilakukan oleh
  transducer. Contohnya dari sinyal listrik ke
  sinyal pneumatik. Ini menggunakan transduser arus
  (I) dan pneumatik (P) atau I/P

24
Istilah-istilah Penting

• Controlled variable (variabel yang dikontrol)
• Variabel yang harus dijaga atau dikendalikan
  pada harga yang diinginkan. Contoh laju alir,
  komposisi, suhu, level, dan tekanan
• Setpoint
• Harga yang diinginkan dari controlled variable
• Manipulated variable (variabel yang diubah-ubah)
• Variabel yang digunakan untuk menjaga contolled
  variable berada pada setpoint-nya biasanya
  berupa laju alir dari aliran tertentu yang masuk
  atau meninggalkan suatu proses
• Uncontrolled variable
• Variabel di dalam proses yang tidak bisa
  dikontrol. Contohnya suhu dari sebuah tray dalam
  kolom distilasi
• Disturbance atau upset (gangguan)
• Variabel yang dapat menyebabkan controlled
  variable berubah dari harga setpoint-nya
  biasanya berupa laju alir, suhu, atau komposisi
  sebuah aliran yang masuk (tapi kadang
  meninggalkan) suatu proses.

25
Variabel Pengendalian pada Kolom Distilasi
26
BAB 1 PENGANTAR - WORKSHOP 1
Anda sedang menerapkan pengendalian secara
manual. a. Jelaskan prinsip sensor aliran b.
Jelaskan bagaimana final element mempengaruhi
controlled variable. c. Jelaskan aksi yang benar
bila anda ingin menaikkan controlled variable
Flow Control
sensor
pompa
katup
27
BAB 1 PENGANTAR - WORKSHOP 2
Level Control
Anda sedang menerapkan pengendalian secara
manual. a. Jelaskan prinsip sensor level b.
Jelaskan bagaimana final element mempengaruhi
controlled variable. c. Jelaskan aksi yang benar
bila anda ingin menaikkan controlled variable
sensor
pompa
katup
28
BAB 1 PENGANTAR - WORKSHOP 3
Anda sedang menjual gas ke pelanggan berdasarkan
pada aliran volumetrik pada kondisi standar.
Anda memutuskan untuk menggunakan orifice meter
untuk mengukur laju alirnya. Anda telah
mempelajari bahwa densitas aliran gas bisa
berubah -10 dari harga disainnya (diharapkan).
Apa yang anda lakukan?
29
Pengantar Pengendalian Proses
Bagaimana yang sedang kami lakukan?

• Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang
  diaplikasikan pada kontrol
• Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur
  dalam lup berumpan-balik (feedback loop)
• Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa
  contoh proses kimia

• Banyak perbaikan, tapi kita perlu beberapa studi
  lagi!
• Baca textbook
• Tinjau catatannya, khususnya tujuan pembelajaran
  dan workshop
• Uji coba nasihat-nasihat belajar mandiri
• Tentunya, kita seharusnya punya tugas
  (assignment)!

30
BAB 1 SUMBER PELAJARAN

• Home page
• - Instrumentation Notes
• - Interactive Learning Module (Bab 1)
• - Tutorials (Bab 1/2)
• Textbook Appendix A on drawing symbols
• - Lihat rujukan untuk detail atau simbol

31
BAB 1 SARAN UNTUK BELAJAR MANDIRI
1. Tulis aturan (algoritma) yang anda gunakan
saat anda mengendarai modil atau
sepeda. 2. Rumuskan pertanyaan dengan jawaban dan
tukar dengan anggota kelompok studi
anda. 3. Temukan gambar PI di salah satu
textbook, jelaskan strategi, dan siapkan
pertanyaan untuk dosen pada aspek yang anda tidak
pahami. 4. Temukan contoh-contoh sistem
pengendalian di rumahmu. (Petunjuk lihat pada
pemanasan, AC, tangki toilet, dan peralatan dapur
yang otomatis.