Pengendalian Level

4.8.1 Pengendalian Level

Satu fungsi dasar yang sangat umum dan sering menjadi masalah dalam proses adalah tinggi permukaan cairan (level) dalam tangki. Meskipun terdapat beberapa alasan untuk mengendalikan tinggi permukaan, dalam kaitan dengan operasi dan dinamika proses beberapa hal berikut menjadi dasar pertimbangan.

(1) Sejumlah volume cairan perlu dijaga tetap yang berfungsi sebagai penyangga (buffer) atau penampung sementara untuk mencegah penghentian (shutdown) proses kontinyu akibat kegagalan di bagian hulu atau hilir proses. Dalam hal ini tidak diperlukan pengendalian yang teliti. Meskipun demikian hendaknya dicatat, bahwa menjaga tinggi permukaan cairan terlalu rendah akan memberikan cadangan cairan terlalu sedikit bagi proses bagian hilir. Sebaliknya jika permukaan terlalu tinggi akan memberikan cadangan cairan terlalu sedikit bagi proses bagian hulu.

(2) Banyak fungsi unit proses berjalan baik jika volume cairan tetap. Sebagai contoh adalah bagian bawah kolom distilasi, volume padatan dalam gilingan bola (ball mill), tinggi permukaan cairan dalam tangki pencampur, reaktor tumpak (batch), dan lain-lain. Proses-proses ini biasanya memerlukan tinggi permukaan cairan secara ketat, hanya boleh menyimpang beberapa persen dari setpoint. (3) Pengendalian tinggi cairan dapat dipakai untuk memperhalus fluktuasi aliran dalam sistem bertingkat, jika aliran keluar dari satu unit menjadi masukan unit berikutnya. Sebagai contoh adalah umpan ke kolom distilasi. Agar operasi berjalan baik, umpan tidak boleh berubah-ubah. Meskipun demikian, umpan biasanya merupakan produk dari kolom distilasi atau proses lain sebelumnya. Jika dilengkapi dengan pengendalian tinggi permukaan yang sangat peka, akan menghasilkan variasi laju alir terlalu besar bagi unit sesudahnya. Di sini dibutuhkan tangki stabilisator (surge (2) Banyak fungsi unit proses berjalan baik jika volume cairan tetap. Sebagai contoh adalah bagian bawah kolom distilasi, volume padatan dalam gilingan bola (ball mill), tinggi permukaan cairan dalam tangki pencampur, reaktor tumpak (batch), dan lain-lain. Proses-proses ini biasanya memerlukan tinggi permukaan cairan secara ketat, hanya boleh menyimpang beberapa persen dari setpoint. (3) Pengendalian tinggi cairan dapat dipakai untuk memperhalus fluktuasi aliran dalam sistem bertingkat, jika aliran keluar dari satu unit menjadi masukan unit berikutnya. Sebagai contoh adalah umpan ke kolom distilasi. Agar operasi berjalan baik, umpan tidak boleh berubah-ubah. Meskipun demikian, umpan biasanya merupakan produk dari kolom distilasi atau proses lain sebelumnya. Jika dilengkapi dengan pengendalian tinggi permukaan yang sangat peka, akan menghasilkan variasi laju alir terlalu besar bagi unit sesudahnya. Di sini dibutuhkan tangki stabilisator (surge

Gambar berikut disajikan beberapa struktur berbeda untuk mengendalian level cairan dalam tangki.

Gambar 4.21 Pengendalian level dengan mengatur laju alir keluar.

Gambar 4.22 Pengendalian level dengan mengatur laju alir masuk.

Pengendali level pada umumnya mengendalikan proses integrator. Ini disebabkan karena cairan yang terakumulasi adalah jumlah (integral) dari perbedaan antara aliran masuk dan keluar. Dalam kondisi nyata, tinggi permukaan biasanya bukan sebagai penentu laju alir masuk atau keluar.

Lingkar pengendalian level biasanya banyak noise yang diakibatkan oleh golakan permukaan cairan. Apalagi jika aliran masuk berada di atas permukaan cairan. Selain itu, noise juga dapat disebabkan oleh osilasi efek manometer-U antara cairan dalam tangki dan cairan dalam pipa sensor (gambar 4.23). Osilasi yang terjadi serupa dengan osilasi variabel Lingkar pengendalian level biasanya banyak noise yang diakibatkan oleh golakan permukaan cairan. Apalagi jika aliran masuk berada di atas permukaan cairan. Selain itu, noise juga dapat disebabkan oleh osilasi efek manometer-U antara cairan dalam tangki dan cairan dalam pipa sensor (gambar 4.23). Osilasi yang terjadi serupa dengan osilasi variabel

LT

Gambar 4.23 Efek manometer-U antara cairan dalam tangki dan pipa sensor.

Umumnya, pengendalian level tidak kritik. Lebih penting menjaga level rata-rata selama perioda waktu yang panjang dibanding pengendalian yang teliti dari waktu ke waktu. Disebabkan karena bersifat integrator, prosedur penalaan berbeda dengan prosedur untuk proses mantap seperti yang telah dibahas sebelumnya.

Berdasar pengendalian level gambar 4.21 dengan variabel pengendali aliran keluar dan gangguan aliran masuk, penalaan parameter pengendali dimulai dengan menentukan konstanta waktu dan gain katup kendali.

Penentuan konstanta waktu untuk sistem integrator berbeda dengan sistem mantap yang telah dibahas dalam bab sebelumnya. Penentuan konstanta waktu dimulai dari kodisi tunak di titik operasi normal dengan pengendali pada otomatik. Katup kendali sebaiknya dilengkapi positioner atau paling tidak bebas histeresis. Kemudian pengendali diubah ke manual dan dibuat sedikit perubahan pada sinyal kendali ( ∆ u) selama waktu tertentu ( ∆ t) sehingga terjadi perubahan laju alir keluar ( ∆ Q o ) dan perubahan level ( ∆ h). Setelah waktu tertentu sinyal kendali dikembalikan ke nilai semula. Nilai-nilai ∆ u, ∆ Q, dan ∆ h dinyatakan dalam persen terhadap skala penuh (atau span). Konstanta waktu dan gain katup kendali dihitung sebagai berikut.

∆ t (4.19)

Penalaan parameter pengendali dibuat atas dasar perubahan gangguan ( ∆ Q i ) dan perubahan

level maksimum yang diinginkan ( ∆ h max ).

Catatan: Penalaan pengendali level dengan aliran masuk sebagai variabel pengendali dan aliran keluar sebagai gangguan (gambar 4.22) dilakukan dengan cara seperti yang telah dibahas, tetapi dengan saling menukar besaran Q i dan Q o .

Tabel 4.5 Parameter penalaan untuk pengendalian level.

RASIO PARAMETER PENGENDALI REDAMAN

WAKTU INTEGRAL ( ττττ i ) KRITIK

(Decay Ratio) GAIN PROPORSIONAL (K c )

 ( 1 − R ) ∆ Q i  Keterangan tabel:

dengan θ p adalah waktu mati (menit) τ p