PENGENDALIAN TEKANAN DAN LAJU ALIR UDARA

PENGENDALIAN TEKANAN DAN LAJU ALIR UDARA
DENGAN ALAT AIR PRESSURE/ AIR FLOW CONTROL UNIT
RCP- 300

I.

TUJUAN PERCOBAAN
Setelah melakukan percobaan ini, Mahasiswa diharapkan dapat :
-

Mengetahui

pengukuran

tekanan

dan

laju

alir

udara

dengan

menggunakan alat Air Flow Control Unit RCP- 300
-

Mengoperasikan alat Air Flow Control Unit RCP- 300 dengan baik dan
benar

II.

ALAT YANG DIGUNAKAN:
-

Seperangkat alat alat Air Pressure/ Air Flow Control Unit Rcp- 300

-

Seperangkat personal komputer

III. DASAR TEORI
Tekanan
Tekanan merupakan pengukuran gaya yang bekerja pada permukaan
bidang. Tekanan didefinisikan sebagai gaya persatuan luas dan dapat diukur
dalam unit seperti psi (Pound Per Inch Persegi), inci air, milimeter merkuri,
pascal (pa atau N/m2) atau bar. Sampai pengenalan unit SI, yang “bar”
cukup umum. Bar setara dengan 100.000 N/m 2, yang, merupakan satuan SI
untuk pengukuran. Untuk menyederhanakan unit N/m2 diadopsi dengan
nama pascal, disingkat tekanan pa cukup sering diukur dalam kilo pascal
(Kpa), yang adalah 1000 pascal dan setara dengan 0,145 psi. Satuan
pengukuran yang baik dalam pound per square inch (Psi) di british unit atau
pascal (pa) dalam metrik.

Pengendalian Tekanan
Tekanan adalah variabel proses yang sering kita jumpai untuk
dimonitor dan dikendalikan didalam industri minyak dan gas. Pengendalian
tekanan dari suatu fluida proses pada beberapa tempat menjadi fokus utama
dan dengan berbagai tujuan tertentu.

Dalam suatu loop pengendalian, juga loop pengendalian tekanan,
selalu terdiri dari 3 elemen dasar:
- Elemen Pengukuran, besar variabel proses diukur dan ditransmisikan
ke elemen kontrol.
- Elemen pengontrol, perbedaan antara variabel proses yang terukur
(proses variabel/ PV) dan variabel proses yang diinginkan (Set point/
SP) dikalkulasi berdasarkan algoritma tertentu (umumnya control
PID). Hasilnya akan diteruskan berupa perintah aksi terhadap elemen
pengendali akhir.
- Elemen pengendali akhir, perintah aksi dari elemen pengontrol dan
akan dilakukan oleh elemen pengendali akhir. Control valve adalah
elemen pengendali akhir yang paling banyak digunakan.
Untuk kasus tekanan tinggi dan laju alir yang tinggi, biasanya
implementasi dari pengontol terdiri dari :
1. Elemen pengukuran, yaitu Pressure Transmitter (PT)
2. Elemen pengontrol, yaitu Pressure Controller (PC)
3. Elemen pengendali akhir, yaitu Pressure Control Valve (PCV atau
PV)
Untuk kasus tekanan rendah dan laju alir rendah implementasi
pengontrolnya terintegrasi dalam satu perangkat yang biasa disebut pressure

regulator.
Dalam melakukan konversi material, sistem proses perlu memiliki
kondisi operasi tertentu. Peran pengendalian proses dasarnya adalah dasar

usaha untuk mencapai tujuan proses agar berjalan sesuai yang diinginkan.
Pengendalian proses adalah bagian dari pengendalian automatik yang
diterapkan dibidang teknologi untuk menjaga kondisi operasi agar sesuai
yang diinginkan.
Air Flow Control Unit RCP-300
Alat Air Pressure atau Air Flow Control Unit RCP-300 DIDATEC
merupakan aksesoris atau aplikasi pengendalian tekanan yang digunakan
untuk melakukan simulasi pengendalian aliran udara proses pada sebuah
pipa. Alat simulasi ini digunakan bersama dengan alat konsol listrik.
Tekanan tetap yang harus dipertahankan pada system proses dilakukan
dengan menggerakkan kontrol pneumatic keposisi terbuka dan tertutup
sesuai perintah dari controller dan secara terus menerus memberikan
perubahan agar system proses berjalan dengan set point yang telah
ditetapkan. Gerakan memberikan perintah controller ini dapat dilakukan
secara

otomatis

dengan

menggunakan

mode

pengendalian

seperti

Proporsional, Integral, dan Derivatif. Ketiga mode ini dipergunakan jarang
secara tunggal kecuali proporsional.
Aliran udara yang digunakan pada alat ini dibagi menjadi dua, yaitu :
a. Aliran udara proses
Aliran udara yang melewati katup (terukur oleh gauge) dan melewati
katup contro pneumatic, pelat orifice dan terukur sebagai tekanan
udara prose oleh gauge.
b. Aliran udara instrument

Aliran udara yang berfungsi sebagai udara penggerak katup control
pneumatic.
Pada percobaan biasanya dilakukan pemeriksaan linearitas dan
histerisis konverter untuk memastikan apakah konverter tersebut masih
memiliki hasil keluaran yang linier terhadap input yang dimasukkan dan

melihat seberapa jauh perbedaan hasil keluaran ketika diberikan input
bertahap. Alat ini juga sama seperti alat PC-13 yang juga merupakan alat
ukur simulasi variabel dinamis yang pada suatu sistem proses, didalam hal
ini dalah tekanan pada proses. Tekanan pada pipa proses diukur kemudian
dibandingkan dengan set point yang telah ditetapkan kemudian diumpankan
(diinputkan) ke controller atau computer yang dioperasikan dengan mode
pengendalian sesuai pengukuran pada alat.
PID (Proportional-Integral-Derivative) Controller
Intrumentasi dan control industri tentu tidak lepas dari sistem
instrumentasi sebagai pengontrol yang digunakan dalam keperluan pabrik.
Sistem kontrol pada pabrik tidak lagi manual seperti dahulu, tetapi saat
sekarang ini telah dibantu dengan perangkat kontroler sehingga dalam
proses produksinya suatu pabrik bisa lebih efisien dan efektif. Kontroler
juga berfungsi untuk memastikan bahwa setiap proses produksi terjadi

dengan baik.
PID

(Proportional–Integral–Derivative

controller)

merupakan

kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan
karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID
adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri.
Pengontrol PID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan
besar error yang diperoleh. Control valve akan menjadi aktuator yang
mengatur aliran fluida dalam proses industri yang terjadi Level air yang
diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari Set Point
dengan level air aktual.

PID

Blok

Diagram

dapat

dilihat

pada

gambar

dibawah

Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :

Keterangan :
mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable
Kp = konstanta Proporsional
Ti = konstanta Integral

Td = konstanta Detivatif
e(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)
Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :

:

dengan :

Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas
minimum dan maksimum yang akan membatasi nilai Manipulated Variable
yang dihasilkan.
Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional,
Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun
sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu
plant.
Kontrol Proporsional
Kontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) • e
maka u = Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku
sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja
kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat

kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi
dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki
respon transien khususnya rise time dan settling time. Pengontrol
proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan
besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan
harga aktualnya).
Ciri-ciri pengontrol proporsional :

1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan
koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem
yang lambat (menambah rise time).
2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat
mencapai keadaan mantapnya (mengurangi rise time).
3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang
berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon
sistem akan berosilasi.
4. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error,
tetapi tidak menghilangkannya.
Kontrol Integratif
Pengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang

memiliki kesalahan keadaan mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika
sebuah pengontrol tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional
tidak mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan
mantapnya nol.
Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai
u(t)=[integral e(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari
persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u=Kd.[delta e/delta t]
Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat
besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati
nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki
sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang
tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat
menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru
dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde system
Keluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus
menerus dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak

mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti
sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran pengontrol integral
merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error.
Ciri-ciri pengontrol integral :
1. Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu,
sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon.
2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan
pada nilai sebelumnya.
3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan
kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal
kesalahan dan nilai Ki.
4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya
offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan
peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol.
Kontrol Derivatif
Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu
operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan
mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya
tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami
perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan
menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk
impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp),
keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudenya sangat
dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan factor konstanta Kd.
Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan
sebagai G(s)=s.Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol
D ini dalam konteks “kecepatan” atau rate dari error. Dengan sifat ini ia
dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi

error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada
perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal
ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri
Ciri-ciri pengontrol derivatif :
1. Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan
pada masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan)
2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang
dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal
kesalahan.
3. Pengontrol diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului,
sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan
sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol
diferensial dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi
yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem.
4. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan
mengurangi overshoot.
Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial
umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak
memperkecil kesalahan pada keadaan tunaknya. Kerja pengontrol
diferensial hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode
peralihan. Oleh sebab itu pengontrol diferensial tidak pernah digunakan
tanpa ada kontroler lainnya.
Efek dari setiap pengontrol Proporsional, Integral dan Derivatif pada
sistem lup tertutup disimpulkan pada table berikut ini :

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I
dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara
paralel menjadi pengontrol proporsional plus integral plus diferensial
(pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing
secara keseluruhan bertujuan :
1. mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-nya
2. menghilangkan offset
3. menghasilkan perubahan awal yang besar dan mengurangi overshoot.
Kita coba ambil contoh dari pengukuran temperatur, setelah terjadinya
pengukuran dan pengukuran kesalahan maka kontroler akan memustuskan
seberapa banyak posisi tap akan bergeser atau berubah. Ketika kontroler
membiarkan valve dalam keadaan terbuka, dan bisa saja kontroler membuka
sebagian dari valve jika hanya dibutuhkan air yang hangat, akan tetapi jika
yang dibutuhkan adalah air panas, maka valve akan terbuka secara penuh.
Ini adalah contoh dari proportional control. Dan jika ternyata dalam
prosesnya air panas yang diharapkan ada datangnya kurang cepat maka
controler bisa mempercepat proses pengiriman air panas dengan membuka
valve lebih besar atau menguatkan pompa, inilah yang disebut dengan
intergral kontrol.
Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar
dari ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan
mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua
dari ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol disbanding yang
lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh
pada respon sistem secara keseluruhan.

Adapun beberapa grafik dapat menunjukkan bagaimana respon dari
sistem

terhadap

perubahan

Kp,

Ki

dan

Kd

sebagai

berikut

:

PID Controler adalah controler yang penting yang sering digunakan dalam
industri. Sistem pengendalian menjadi bagian yang tidak bisa terpisahkan
dalam proses kehidupan ini khususnya dalam bidang rekayasa industri,
karena dengan bantuan sistem pengendalian maka hasil yang diinginkan
dapat terwujud. Sistem pengendalian dibutuhkan untuk memperbaiki
tanggapan sistem dinamik agar didapat sinyal keluaran seperti yang
diinginkan. Sistem kendali yang baik mempunyai tanggapan yang baik
terhadap sinyal masukan yang beragam.
IV.

PROSEDUR PERCOBAAN
a. Pengendalian tekanan melalaui peredam (silencer)
- Membuka supply valve yaitu OV1
- Memastikan disana tidak terjadi kebocoran
- Mengatur tekanan pasokan I/P pada valve OV3 menggunakan 1,8
bar
- Mengatur tekanan pasokan bench 1,9 bar menggunakan valve OV2
- Menutup valve inlet dan outlet pada tangki dan OV5, OV8 (posisi
tegak lurus ke pipa)

- Membuka outlet valve pada diafaghma OV6
- Membuka kedua peredam OV9 dan OV10
- Mennutup valve OV11
- Mengontrol laju alir loop menggunakan dual sink synoptic (18)
- Mengubah SWITCH yang terletak dibagian kotak listrik dalam
posisi vertikal
- Mengeset aliran udara menggunakan katup OV9 dan OV10 untuk
mendapatkan √ ∆ P = 4 mbar
b. Pengendalian tekanan melalui tangki
- Membuka supply valve yaitu OV1
- Memastikan disana tidak terjadi kebocoran
- Mengatur tekanan pasokan I/P pada valve OV3 menggunakan 1,8
bar
- Mengatur tekanan pasokan bench 1,9 bar menggunakan valve OV2
- Menutup valve inlet dan outlet pada tangki dan OV5, OV8 (posisi
searah pipa)
- Menutup valve OV6,OV10.OV11
- Membuka valve OV9
- Mengubah SWITCH yang terletak dibagian kotak listrik dalam
posisi vertikal
- Mengeset tekanan dalam tangki dengan valve OV9 menjadi P = 1
bar
c. Prosedur instrument dengan program komputer (iTools)
- Menghidupkan komputer dan alat instrument
- Setelah komputer hidup, mengklik kanan pada start, kemudian
memilih control panel, memilih iTools (run aplikasi)
- Kemudian akan muncul tampilan layar baru dengan memilih menu
seperti port kemudian memilih COM 3, mengklik OK
- Memilih menu iTools pada layar dekstop

- Kemudian akan masuk ketampilan awal iTools
- Pada iTools mengklik SCAN pada bagian atas, kemudian akan
tampil layar pilihan SCAN, lalu memilih SCAN FROM DEVICE
ADORTSS, mengklik OK
- Selanjutnya menunggu scanning sampai tersinkronisasi, ongga
muncul tampilan pengukuran pada sudut kiri layar.
- Untuk menampilkan grafik pengukuran, mengklik OPC SCOPE.
Dan akan muncul layar kemudian mengklik COM 3, input,
Pulnvalve. Pada Pulnvalve memilih chart dan mengklik show chart
control panel kemudian muncul layar tampilan kecil dan memilih
COM 3 secara otomatis grafik akan muncul, kemudian mengamati
perubahan pada pengukuran grafik.

DAFTAR PUSTAKA
Tim Penyusun Laboratorium Teknik Kimia. Panduan Praktikum Pengendalian Proses.
2016. Palembang: POLSRI
www. Scribd.com/pengendalian-proses/Pengendalian-tekanan.com, (diunduh pada 8
Januari 2017)

LAPORAN PRAKTIKUM PENGENDALIAN PROSES

DISUSUN OLEH :
Kelompok 1/ 5 KA

INSTRUKTUR

Ade Dwi Oktaviani

061430400288

Camelia

061430400289

Carissa Deanti

061430400290

Elvera Marliani

061430400292

Fadilla Syafitri

061430400293

Fatimatuzzuhro

061430400294

Noval Hariyanto

061430400302

: Anerasari Meidinariasty, B.Eng., M.Si.

JURUSAN TEKNIK KIMIA DIII
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
2017