Pengantar 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. BagaimanaSekarangdenganKuliahPengendalian? • 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? Harga yang iinginkan CONTROLLER FINAL SENSOR ELEMENT PROSES Keluaran Masukan 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? Bahasa gaul Engineering & Science Negative feedback: Aksi untuk mengurangi kesalahan dari yang diinginkan. Negative feedback: “Idiot lu! Bagus! Positive feedback: Itu ide yang bagus. Trims! Positive feedback: Aksi yang menaikkan kesalahan dari yang diinginkan. Perhatian: Kesalahpahaman yang umum dalam istilah!

13. Kenapa Pengendalian Perlu? v1 T A CB v2 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? xD FR FV xB Satu kata: GANGGUAN! Beri contoh-contoh dalam menara distilasi pada gambar berikut.

15. Kenapa Pengendalian itu Mungkin? v1 T A CB v2 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 forperson Final element

16. Kenapa Pengendalian itu Mungkin? v1 T A CB v2 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. BagaimanaDisainPengendalianDidokumentasikan? FC TC LC A • Gambar perpipaan dan instrumentasi (P&I 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 Masukan Kontroler Proses Keluaran Alat Ukur AUTOMATIK MANUAL

22. Lup Terbuka Masukan Kontroler Proses Keluaran • 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 I P FY 10 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 P&ID (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. VariabelPengendalianpadaKolomDistilasi Feed flow rate F Distillate composition xD Load Disturbances Feed composition z Bottom composition xB Controlled variables Level reflux drum MR Reflux flow rate R Level base MB Reboiler heat QR Pressure P Manipulated variables Distillate flow rate D Tray 15 temperature Bottom flow rate B Tray 5 temperature Uncontrolled variables Cooling water flow rate Fw

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 Orifice meter Pabrik kami Pelanggan compressor valve 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 P&I 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.