• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
kalibrasi controler
 

kalibrasi controler

on

  • 8,014 views

kontrol proses

kontrol proses

Statistics

Views

Total Views
8,014
Views on SlideShare
6,672
Embed Views
1,342

Actions

Likes
0
Downloads
554
Comments
4

2 Embeds 1,342

http://kontrolproses.wordpress.com 1341
https://twitter.com 1

Accessibility

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel

14 of 4 previous next Post a comment

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    kalibrasi controler kalibrasi controler Document Transcript

    • Kt rev 3 MODUL I-02 1 BAB I. PENDAHULUAN1.1. LATAR BELAKANG Pengontrolan dapat diartikan sebagai pengaturan atau pengendalian. Pengontrolan dalam proses produksi didefinisikan sebagai upaya pengaturan untuk mempertahankan nilai atau output yang diinginkan tetap terjaga dari pengaruh perubahan atau deviasi yang ditimbulkan oleh proses itu sendiri. Integrasi komponen kontrol dan measurement, berfungsi untuk mendapatkan system control yang tepat. Dalam melakukan tuning controller ada beberapa metode yang secara umum dapat dibagi dua, yaitu: open loop dan closed loop tuning. Pada cascade control, bagian sekunder di tuning terlebih dahulu diikuti bagian primer. Pengaturan yang presisi dari level, pressure, temperature, dan flow adalah unsur penting dalam aplikasi proses. Perubahan kecil pada control dan pengukuran, akan membawa dampak yang besar pada proses produksi.1.2. TUJUAN Penyusunan Modul ini bertujuan untuk : · Menjelaskan prinsip pengukuran variable proses · Menjelaskan prinsip control valve · Menjelaskan prinsip pengendalian dan teknik pengendalian yang aman terhadap kondisi proses. · Menjelaskan elemen di dalam suatu loop pengendalian.
    • 2 · Menjelaskan macam-macam mode serta aksi controller. · Menjelaskan variabel dan metode tuning controller1.3. MANFAAT Diklat teknis instrumentasi adalah bagian yang sangat penting dalam kegiatan suatu proses untuk meningkatakan kompetensi pekerja. Dengan peralatan instrumentasi ini dapat mengetahui kondisi varibel proses yang sedang berjalan, sehingga apabila terjadi gangguan terhadap proses tersebut operator akan dapat segera mengetahui dan mengambil tindakan perbaikan terhadap gangguan tersebut, sehingga proses akan berjalan dengan aman sesuai dengan yang diinginkan. Buku ini disusun dengan harapan bermanfaat bagi semua pihak yang berkepentingan dengan pengembangan bahan ajar.1.4. RUANG LINGKUP Buku ini akan dikhususkan pada pembahasan sistem instrumentasi untuk operator pengendali plan yang mencakup : · Drawing dan air instrument system · Sistem pengukuran variable proses · Control Valve · Sistem pengendalian proses. · Metode tuning
    • Kt rev 3 MODUL I-02 3 BAB II. DRAWING AND AIR INSTRUMENT SYSTEM2.1 Drawing Untuk mengendalikan plan diperlukan gambar yang berisi tentang alurproses, alat utama dan peralatan instrumen yang terpasang, sesuai standar INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA atau disingkat ISA.Yang membahas diantaranya mengenai Instrument Symbols and Identification.Simbol-simbol instrumentasi terdiri dari : 1. Line instrument symbols. 2. Instrument function symbols. a. Instrument Line Symbols Instrument line symbols adalah merupakan simbol yang dipergunakan untuk membedakan aliran sinyal instrument. Simbol aliran sinyal instrument dapat dilihat pada gambar di bawah ini. FUNCTION SYMBOLS
    • 4 b. INSTRUMENT FUNCTION SYMBOLS Simbol-simbol instrument dipergunakan untuk membedakan peralatan instrument berdasarkan fungsinya, Symbol yang dipakai untuk instrumentasi mengacu pada ANSI/ISA S.5 (Instrument loop diagram). Sebagian besar fasilitas lapangan minyak dan gas memiliki informasi dan dokumentasi dalam bentuk: — Process Flow Diagram, — Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) — Loop Diagram (Loop Sheets),Electrical Wiring Diagram — Ladder logic diagramBerikut ini contoh gambar Process Flow Diagram
    • Kt rev 3 MODUL I-02 5 Gambar 4.1. Process flow diagram (PFD) Contoh PFD yang diperlihatkan, sangat penting karena memberikan informasi tentang flowrate, temperature, dan pressure. Informasi ini sangat bermanfaat ketika operator memutuskan untuk melakukan perubahan setting, dan
    • 6pertimbangan lain mengenai process safety. PFD memberikan pemahamantentang kualitas produk dihasilkan oleh fasilitas tersebut.c. Piping and Instrumentation Diagram (P&ID)Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) adalah gambar skematik utamayang digunakan sebagai layout proses. Ini adalah drawing yang paling luaspenggunaannya dan menjadi basis dari drawing yang lain.P&ID akan menampilkan:— Semua equipment utama, piping, dan instrumentasi termasuk koneksi pneumatic, electric, hydraulic, dan logical.— Detail tentang instrumentasi, jenis valve, special equipment dan spesifikasinya.— Material konstruksi, ukuran pompa, juga ukuran head dan impeller ditampilkan pada kolom di bagian bawah.— Informasi tentang logical interlock dan catatan khusus (berupa baloon) jika ada bagian yang di revisi atau pekerjaan in progress.— Legend yang memberikan cara membaca symbol dalam P&IDData yang terdapat dalam P&ID sangat berguna bagi teknisi instrument untukmengetahui hubungan antara control system dan field equipment. Hubunganini dikenal sebagai process control. Sebagian besar industri minyak dan gassudah memakai simbol standard ISA (ISA S5.1 1984) dan beberapa simboljuga di ambil dari ANSI dan API standard.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 7
    • 8d. Loop Diagram (LOOP SHEET)Loop diagram menggambarkan diagram pensinyalan instrumentasi yangdimulai dari proses lapangan sampai di control panel.Loop diagram atau loop sheet adalah jenis dokumentasi yang paling seringdipakai oleh teknisi instrument. Setiap diagram secara skematik mewakilirangkaian lengkap hubungan pneumatic, electric, maupun logical. Informasitentang jenis sinyal, range, manufaktur, terminasi pada junction box,marshaling cabinet, control system (DCS atau PLC), tag number, dll.Untuk sinyal discrete, drawing ini juga memperlihatkan kondisi contact(open atau closed) termasuk wiring dan fuse. Dibutuhkan pengetahuantentang dasar listrik dan terminasi agar memudahkan dalam memahamidrawing ini.Berikut ini diberikan contoh loop diagram .
    • Kt rev 3 MODUL I-02 9
    • 10
    • Kt rev 3 MODUL I-02 11 .
    • 122.2 Sistem Udara Instrumen Sistem udara instrument adalah suatu sistem yang menghasilkan udara bertekanan dengan pemakaian dan aplikasinya dalam industri, biasanya terdiri dari beberapa hal, sebagai berikut: · Kompresor udara, Pengering dan penyaring udara · Pipa distribusi dengan pressure sefety valve · Stasiun penurun tekanan, Koneksi-koneksi instrumen lapanganGambar 1 dibawah ini. menunjukkan sistem pneumatik instrumen sederhana Gambar 1: Sistem dan Ekuipmen Udara Instrumen
    • Kt rev 3 MODUL I-02 13a. Kompresor Udara Kapasitas kompresor ditentukan oleh keperluan aliran udara plan. Pemakaian udara pada plan ditentukan oleh jumlah maksimum pemakaian udara (kira-kira 0,02 m3/menit) untuk setiap devais dan adanya kebocoran. Unit kompresor tersebut bisa berupa tipe reciprocating atau rotari, tunggal atau multistage, dan biasanya digerakkan oleh motor listrik, turbin gas atau mesin disel. Tipe kompresor akan didiskusikan pada bab akhir modul ini.b. Tangki Penampung Tangki penampung udara dirancang berdasar jumlah kapasitas penyimpanan pada sistem dan juga adanya tambahan untuk menghindari fluktuasi tekanan. Fungsi lainya juga sebagai penguat dan pemisah antara udara dan air yang terkondensasi dalam proses pembuatan udara bertekananc. Penyaring dan Pengering Udara Udara tekan yang baru saja keluar dari kompresor biasanya relatip basah, dan mengandung kotoran-kotoran dan minyak, karena udara tersebut harus bersih dan kering, maka perlu menghilangkan kandungan air dan kotoran- kotoran tersebut. Filter atau penyaring berfungsi untuk menghilangkan partikel-partikel kotoran dan kerak-kerak, dan juga untuk memperangkap air dan minyak. Dalam beberapa hal ada gabungan antara filter dan regulator yang dapat digunakan sebagai catu udara langsung pada transmiter atau valve tunggal.d. Pipa Distribusi dan Pressure Safety Valve ( PSV ) Pipa utama yang digunakan untuk mengirim udara instrumen keseluruh plan biasanya mempunyai diameter 50,8 mm (2 inch) skedul 40 dengan bahan dari carbon steel. Pipa cabang catu udara yang menghubungkan header isntrumen individu biasanya berdiameter 25,4 mm ( 1 inch) dengan bahan dari pipa galvanis, sedang PSV berfungsi untuk membuang tekanan lebih.
    • 14e. Tekanan Catu Udara Stasiun penurun tekanan dalam aplikasinya adalah sebuah pengatur tekanan dengan berbagai ukuran dan tipe. Stasiun penurun tekanan berfungsi menurunkan tekanan udara dari 700 kPa (102 psi) menjadi level yang dapat digunakan yaitu 140 kPa (20 psi). Untuk instrumen-instrumen biasanya menggunakan tekanan 20 100 kPa (3 15 psi), standar ISA S7.4 mengijinkan tekanan catu maksimum 140 kPa (20 psi). Tekanan catu ini harus cukup untuk mengirim volume udara yang cukup, karen bila terlalu tinggi akan menyebabkan rusaknya instrumentasif. Koneksi Instrumen Tubing catu udara dari pipa valve menuju ke regulator ukuran minimum harus 9,5 mm (3/8 inch) dengan bahan tubing berasal dari pvc jacketed cooper, plated carbon steel atau stainless steel untuk menghindari tekanan drop yang berarti, terutama untuk control valve. Untuk menghindari masalah vibrasi dapat menggunakan koneksi tubing flexible air hose dengan pertimbangan terjadinya preesure droop. Koneksi tubing hampir selalu bertipe fitting. Fitting dengan tipe flare lama jarang digunakan meskipun masih dipakai pada generator disel. Mur tubing harus tidak boleh longgar; pabrik seperti Swagelock menyediakan gauge untuk mengecek kekencangan mur tersebut.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 152.2.1 ISA-S7.3 ISA S7.3 membahas tentang Kwalitas Standar Udara Instrumen untuk menetapkan nilai atau batasan kwalitas udara diantaranya menetapkan : 1. Titik embun pada tekanan saluran pipa minimal pada 10 oC (18oC) dibawah temperatur ambien minimal pada tempat plan. Titik embun tidak melebihi tekanan saluran pipa sebesar 2 oC (35 oF). 2. Ukuran partikel maksimum pada aliran udara 3 mikrometer. 3. Total kandungan minyak maksimum tanpa terkondensasi harus se-nol (0) dan tidak boleh melebihi 1 ppm pada kondisi operasi normal. Z 4. zat zat Pengkotaminan :Udara bebas dari gas berbahaya dan gas kontaminan yang menyebabkan korosip, mudah terbakar atau beracun,2.2.2 ISA S7.4 Tujuan standar ini ditetapkan adalah dipergunakan untuk mengerakan atau sebagai catu instrumen pneumatic, a. Range tekanan operasi standar untuk sistem transmisi informasi. b. Tekanan catu udara standar (dengan nilai terbatas) untuk mengoperasikan kontroler, transmiter, Sistem transmisi informasi, tranduser arus menjadi tekanan dan devais-devais serupa. ® NILAI-NILAI KHUSUS Range sinyal transmisi tekanan pneumatik 1. Span (dipilih) 80 kPa (12 psi). Range tekanan 80 kPa dari span tekanan operasi antara 20 kPa (3 psi) sampai 100 kPa (15 psi). 2. Span 160 kPa (24 psi). Range tekanan operasi 160 kPa untuk span tekanan operasi antara 40 kPa (6 psi) sampai 200 kPa (30 psi). Tekanan Catu 1. Span 80 kPa (12 psi). Sebuah nilai dengan minimum 130 kPa (19 psi) dan maksimum 150 kPa (22 psi). 2. Span 1660 kPa (24 psi). Sebuah nilai dengan minimum 260 kPa (38 psi) dan maksimum 300 kPa (44 psi).
    • 16 BAB III SISTEM PENGUKURANTujuan dari system pegukuran ini adalah untuk mengetahui variable yang di ukuruntuk menghindari kesalahan dalam proses sehingga tidak terjadi kegagalan.Maka kita memerlukan alat membantu mencegah losses, serta alat untukmembantu mencegah rusaknya alat-alat produksi.3.1 PRESSURE MEASUREMENT Alat ukur tekanan adalah suatu alat ukur yang digunakan sebagai indikatorterjadinya perubahan tekanan pada peralatan proses, sedang dalam pengukurantekanan ada bermacam-macam antara lain : a. Tekanan Atmosphere Tekanan udara sebesar 76 cm Hg atau 14,7 psi b. Tekanan Absolute Adalah tekan yang diukur dari titik 0 cm Hg. c. Tekanan Gauge/ Gauge Pressure Tekanan pada pengukuran/alat ukur, yang dihitung dari atmosphere(14,7 psi) - tekanan yang lebih kecil dari atmosphere disebut tekanan vacuum - tekanan diatas atmosphere disebut Gauge Pressure.(20 PSIA = 5,3PSIG). d. Tekanan Differential Perbedaan tekanan diantara dua pengukuran DP = h1 - h 2 e. Tekanan Vacuum Diukur dengan pipa U yang berisi Hg untuk mengukur tekanan dibawah tekanan atmosphere
    • Kt rev 3 MODUL I-02 173.1.1 Aplikasi Pressure Measurement Didalam pengukuran tekanan ini, dapat dibagi menjadi: a. Local Measurement : Alat ukur tekanan berada ditempat yang diukur. b. Telemetering Measurement : Pengukuran jarak jauh Dalam pengukurannya dibedakan menjadi: - Dengan saluran physic : Physical Transmission Line - Dengan saluran non physic: Non Physical Transmission Line: PIPE TRANSMITTE ELECTRIC TRANSMITTE PNEUMATIC Physical Transmision Line A. C D TX TX A Non Physical Transmission Line A: Tranducer, B: Transmitter, C: Receiver, D: Indicator
    • 18Sistem pengukuran yang biasa digunakan :1. Langsung : bila tekanan kecil 6 kg/cm2 0 10 Gas bertekanan :6 kg/cm22. Tidak langsung : bila tekanan besar Sistem pengukuran langsung tak dapat dipakai karena: - menimbulkan kebocoran-kebocoran - adanya pressure drop - tidak ekonomis Untuk menghindari hal tersebut dipakai transmitter merubah tekan besar menjadi signal standart 3-15 psi.3.1.2 Memilih dan memasang Pressure Gauge.Dalam memilih ini harus diperhatikan, sifat media dan karakter prosesDari sifat-sifat ini kita juga harus memperhatikan pemasangannya.Misalnya medium yang akan diukur, vibrasi, temperature, fluktuasi, korosip,maka dibutuhkan tambahan asesories : - Needle Valve, capilari, resistance, flixible pipe, etc Needle Capilair Resistance Flixible
    • Kt rev 3 MODUL I-02 193.1.3 Range Ukur dan Span a. Range ukur adalah batasan harga terendah dan harga tertinggi suatu alat ukur, yang terkait dengan akurasi pembacaan. b. Span adalah daerah kerja alat ukur dengan melihat perbedaan nilai maksimum di kurangi nilai minimum. Dalam proses pembacaan ini dibutuhkan sensing element sebagai media peubah, macamnya : - Bourdon Tube - Bellows Element - Dapraghma Element - Capsule3.2 LEVEL MEASUREMENT Alat ukur ketinggian adalah suatu alat ukur yang digunakan sebagai indicator terjadinya perubahan ketinggian pada peralatan proses. Tujuan utama pengukuran liquid level adalah digunakan untuk : 1. Mengatur kondisi process 2. Mengetahui isi /volume 3. Mengetahui kecepatan aliran (flow) 4. Mengetahui kedalaman cairan
    • 20 3.2.1 Mengatur Kondisi Process GAS LT LIC Inlet LCV cair Level harus dijaga pada batas-batas tertentu agar produk yang dihasilkanmemenuhi persyaratan mutu (terjadi pemisahan fraksi yang memenuhipersyaratan mutu). Makin tinggi level yang diatur, makin lama cairan tersebutberada dalam coloum., maksudnya makin banyak fraksi ringan yang teruapkan. 3.2.2 Mengetahui Isi/VolumePerubahan ketinggian cairan dalam tangki akan ditunjukkan oleh sebuah indicator,dimana penunjukan pada sebuah skala yang telah dikonfirmasikan dalam satuanvolume.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 21 3.2.3 Mengetahui Jumlah Aliran A BA = Level awal dan B = Level akhirKecepatan aliran dapat dihitung dari perubahan tinggi cairan dalam satuan waktu. Xm3 Flow = T menitX = volume cairan yang dipindahkanT = waktu yang diperlukan untuk memindahkan - Macam methode pengukuran level Beberapa cara untuk mengetahui ketinggian (level) cairan, tergantung dari tempat dan keadaan antara lain : 1. Gelas penduga (level gauge glass), Constant displacement (floater) 2. Variable Displacement, Differential Pressure 3. Static Pressure Methode, Ultra Sonic a. Gelas Penduga (level gauge glass) Prinsip pengukuran langsung terhadap bejana berhubungan, dengan gelas penduga ada 2 macam untuk tekanan rendah dan tekanan tinggi Sight Glass Direct Reading Apa yang ditunjukkan oleh cairan dalam gelas merupakan levelnya.
    • 22b. Constant DisplacementPrinsip : Naik turunnya cairan selalu diikuti dengan naik turunnya pelampung.Biasanya metode ini dilengkapi dengan skala yang terkalibrasi dalam satuanvolume. Scale Weight Float Liquidc. Variable Displacement Prinsip Hukum Archimides : bila suatu benda berada dalam zat cair akan berkurang beratnya sebesar berat zat cair yang dipindahkan. 4,25 lbs 2,54 lbs 0,83 lbs DISPLACE 14 7 WATER Displacer : Æ = 3 ; L = 14 ; W = 4,25 lbs
    • Kt rev 3 MODUL I-02 23 d. Differential pressure Pengukuran level dengan cara ini banyak ditemukan pada industri perminyakan yaitu dengan cara memandingkan tekanan media yang diukkur dengan media lainnya. P1 = Atm P1 P1 H H P2 P2 P2 Differential Pressure Meter (D Meter) P2 = H + P1 H = P2 - P1 DP = P2 - P1 DP = H = P1 Prinsip kerja : Berdasarkan kesetimbangan gaya, input signal pada high dan low pressure yang berasal dari titik pengambilan bawah dan atas column sehingga, signal pengukuran yang berupa beda tekanan akan memberikan gaya yang sebanding dengan ketinggian cairan, dan gaya tersebut akan diteruskan oleh force bar yang dihubungkan melalui flexture connector dengan rangerod. Besar kecilnya gaya menyebabkan flaper bergerak mendekati atau menjauhi nozzle. Variasi gerakan flaper terhadap nozzle memberikan besarnya output yg dihasilkan oleh pneumatic relay sebesar 3 15 psi. Sebagian output dikembalikan ke feedback belows untuk kompensasi gerakan signal input.
    • 24 - Penggunaan D/P Cell transmitter Penggunanaan D/P cell transmitter untuk pengukuran level cairan : 1. Elevation 2. Supression A. Pemasangan D/P Cell Tanpa Sealing Liquid 1. Elevation Max Max X X Min Min B. Y C. Y Open Tank Close Tank B. Pemasangan D/P Cell Tanpa Sealing Liquid 1. ElevationMax Max X X SealingMin Min Sealing D. Y Liquid E. Y Liquid Open Tank Close Tank
    • Kt rev 3 MODUL I-02 253.3 FLOW MEASUREMENT Dalam melakukan pengukuran ada beberapa Methode Pengukuran aliran dan jenis peralatan diggunakan antara lain: 1. Magnetic flow meter, Turbine flow meter 2. D/P flow meter, Variable area flow meter 3. Positive Displacement flow meter 3.3.1 Magnetic Flow Meter Biasanya digunakan untuk mengukur flow, dimana untuk alat ukur yang lain banyak mengalami kesulitan, seperti aliran yang mempunyai viscositas tinggi, aliran asam yang korosive, slury . Kebaikan dari magnetic flow meter : - Mempunyai sensitifity & accuracy yang besar, kesalahannya : + 1 % Dapat digunakan mengukur flow rendah maupun pada flow tinggi - Dapat digunakan untuk mengukur aliran yang bolak-balik - Outputnya linier Tubenya terbuat dari metal yang non magnetik, stainless steel, disebelah dalam dilapisi neopreme supaya tidak short dengan tegangan Electrodanya adalah stainless steel 361 dengan isolasi teflon. Untuk zat-zat yang sangat korosif, electrodanya dibuat dari platinum. E V E Magnet Coil Turbulent or Laminer Velocity Flow Profile
    • 26 Prinsip kerjanya :Menurut hukum Faraday untuk induksi magnetic : Tegangan supply (E) yang disalurkan ke coil, akan membuat medan magnetik (H). Didalam tubenya akan mengalir suatu jenis aliran (fluida) yang bergerak pada medan magnet dengan kecepatan V, sedang diameter tube : d Menurut hukum Faraday : Tegangan (E) yang diinduksikan pada electroda seolah-olah datang dari cfonductor sepanjang d yang bergerak dengan kecepatan V pada medan magnet H . Maka tegangan induksinya E =C.H.d.V C : constanta H, d : constant Maka : E ~ V Jadi dengan mengukur E atau tegangan, maka kita bisa mengukur V atau kapasitas aliran yang mengalir pada tube tadi.3.3.2 Turbine Flow Meter Ada 2 macam turbine flow meter : - Mechanical turbine flow meter dan Electronic turbine flow meter a. Mechanical Turbine Flow Meter Mechanical 003456789 Turbin Turbin/sudu-sudu meter, akan berputar karena adanya aliran , selanjutnya gerakan ini diteruskan ke mechanical counter untuk
    • Kt rev 3 MODUL I-02 27 pembacaan jumlah fluida yang mengalir. Kecepatan perputaran turbin linier terhadap kecepatan aliran, kalau turbin berikut system transmisinya bebas dari gesekan. Maka meter akan bekerja dengan baik kalau kecepatan aliran diatas nilai kecepatan kritis. Meter ini mempunyai ketelitian dengan kesalahan + 2 %. Faktor penting yang mempengaruhi kalibrasi meter ini adalah BD dan viscositas juga temperatur Keuntungan penggunaan alat ini : - Rugi tekanan (pressure drop) kecil - Dapat mengukur aliran fluida yang mengandung bahan solid. - Hampir tidak mempunyai daerah batas pengukur. b. Electric Turbine Flow Meter Setiap kali sudu-sudu melewati pick up coil, maka akan diinduksikan pulsa-pulsa pada pick up coil tersebut. Pulsa-pulsa ini akan proportional dengan kecepatan aliran. Kemudian dimasukkan ke frequency to voltage converter untuk mendapatkan tegangan yang proportional dengan kecepatan aliran. Seterusnya tegangan tersebut dikonversikan ke digital output masuk ke digital display. Frequency Frequency to Voltage Proportional to Voltage To Digital Velocity converter Output DIGITAL DISPLAY Jenis turbine flow meter ini, tidak boleh digunakan untuk fluida yang mengandung partikel yang bisa magnetisasi. FM ini mempunyai accuracy tinggi dan dapat digunakan untuk segala macam fluida.
    • 28 3.3.3 Differential Pressure Flow Meter (Head Flow Meter) Methode pengukuran berdasarkan hukum Bernoulli (untuk aliran laminair). Up Stream Down Stream V1 Flow V2 Z1 P1 Z2 h P2 Mercury Persamaan Bernoulli, untuk aliran seperti diatas. P - V12 P V2 Z1 + 1 + = Z2 + 2 + 2 Y 2g Y 2g Dimana : Z : tinggi dari permukaan datar V : stream velocity P : static pressure g : acceleration Y : specivic grafity fluidaPerlengkapan Head Flow meter Untuk mendapatkan d/p antara stream & down stream kita harus memasang suatu risttriction, sedang ristriction yang umum dipakai adalah : - Orifice plate - Venturi tube - Flow nozzle & venturi nozzle
    • Kt rev 3 MODUL I-02 29 a. Orifice Plate Untuk orifice plate kita kenal 3 macam : 1. Consentris, Excentris, segmentalFungsi lubang kecil pada orifice untuk membuang gas/udara pada permukaanliquid. Concentric Excentric Segmental - Concentris orifice Digunakan untuk mengukur flow yang tidak mengandung solid, baik gas maupun liquid. - Excentris dan Segmental Digunakan untuk emngukur flow dari fluida yang mengandung zat padat. Cara penempatan orifice type ini, bagian bawah lubang orifice mempunyai jarak terdekat terhadap permukaan dalam dari pipa serta diperlukan cara-cara kalibrasi yang khusus mengingat bahwa coefisien aliran standarf hanya digunakan untuk orifice yang consentris. Orifice biasanya dibuat dari baja tahan karat, tahan abrasi/erosi, seperti ( stainless steel atau Monel ) yang disesuaikan dengan fluida yang mengalir.Cara pemasangan Taps untuk orifice - Plange taps - Vena contractor taps - Pipe taps
    • 30- Flange TapsDiletakkan pada jarak 1 didepan dan dibelakang plat orifice. Cara ini palingbanyak dipakai, untuk ukuran pipa lebih besar dari 2 . Sedang untuk ukuranpipa dibawah 2 gunakanlah cara vena contracta taps. Up Stream Down Stream- Vena Contracta TapsLubang tekanan tinggi diletakkan pada jarak sebesar diameter dalam pipadidepan plat orifice, sedang lubang tekanan rendah diletakkan titik venacontracta. D d d1=D d2Vena contracta adalah sebuah titik pada aliran yang mempunyai tekananterkecil sebagai akibat adanya penghalang. Letak titik ini tergantung kepadaRasio Beta.- Pipe Taps Untuk mengukur beda tekanan yang permanen dimana jarak lubang tekanan tinggi 2 ½ D didepan dan lubang tekanan rendah 8 D di belakang plat orifice. Keuntungan cara ini adalah dapat digunakan laju aliran yang lebih rendah dari pada kemampuan cara flane taps dan vena taps.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 31 D 2,5D 8D b. Venturi Tube Venturi tube bagian throatnya dibuat satu unit tersendiri agar mudah diganti sedangkan tabung venturi dibuat dari beton tuang yang halus, dengan sudut kerucut inputnya 20o & sudut kerucut outputnya 7o. Pressure taps-nya tidak diambil dari satu lubang tapi dari beberapa lubang sekitar permukaa pipa yang hubungan keluarnya menjadi satu berupa cincin Perbandingan diameter pipa dan diameter throat bervariasi antara 0,25 0,5 Keuntungan : 1. Ketelitian tinggi dibanding dengan menggunakan Restriction lain. 2. Pressure drop kecil 3. Tahan terhadap abrasi dan kemungkinan menampung endapan kecil. 4. Dapat digunakan untuk mengukur aliran yang besar (>5.000.000 gpm) Pemasangan venturi tube jangan sampai terganggu oleh fitting-fitting yang dapat menyebabkan aliran turbulent. c. Flow Nozzle/Venturi Nozzle Venturi nozzle digunakan untuk hampir semua liquid, terutama bisa digunakan untuk fluida yang mengandung solid dan pressure dropnya kecil, sedangkan flow nozzle cocok untuk gas, vapour & steam.
    • 323.4 TEMPERATURE MEASUREMENT 3.4.1 Filled Bulb Thermometer Jenis Moving element : - Spiral, Helical, Bourden Tube Type C Prinsipnya : - Berdasarkan pemuaian volume untuk bulb yang berisi liquid. - Bedasarkan pengembangan tekanan, untuk yang berisi vapour. Pressure Pointer Gas/Liquid Spring BULB ScaleUntuk menghilangkan pengaruh temparature terhadap hasil pengukuran makadigunakan compensator yang terdiri dari dua macam : 1. Full Compensation Disini ada dua buah spiral yang sama tetapi mempunyai gerakan yang berlawanan, dan bulb compensator terletak diluar. 2. Case Compensation menggunakan bimetal yang dihubungkan ke bourdon tube, yang dipasang pada take of arm, sehingga defleksi dari bagian bimetal akan melawan efek akibat ekspansi liquid pada spiral.Klasifikasi dari Filled Bulb system thermometerSistem ini pada dasarnya dapat dipisahkan dalam dua tipe yaitu respon terhadap : 1. Perubahan Volume v Liquid filled (bukan mercury) disebut class I v Mercury filled 2. Perubahan Tekanan Vapour filled, atau liquid yang mudah menjadi vapour (volatile) termasuk dalam class II.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 33Pembagian dari class diatas ini berdasarkan pada SAMA (Scientific ApparatusMakers Assosiation). 3.4.2 Thermocouple Themocouple ditemukan Seeback 1821, dimana arus listrik akan mengalir pada clouse circuit yang terdiri dari 2 macam kawat dimana kedua ujungnya dilas menjadi satu, bila temperature naik timbl GGL. Protecting A Tube EMFT1 T2 B Terminal (Hot Junction) Insulator (Cold Junction)Circuit ini terdiri dari 2 kawat : - Kawat A sebagai + - Kawat B sebagai - Bila T1 < T2, maka akan mengalir arus dalam circuit tersebut. Ujung T1 kita namakan Cold junction atau Reference Junction. Dengan mengukur I dan EMF yang dibangkitkan dalam circuit tersebut., dapat diketahui DT = (T2 T1). Jenis-jenis thermocouple yang dipakai untuk pengukuran menggunakan standard ISA (Instrument Standard Assosiation of America)Circuit Thermocouple Circuit thermocouple memerlukan kawat penghubung antara thermocouple dengan indikatornya. Kawat penghubung (extention wire) harus mempunyai sifat-sifat yang cocok dengan thermocouplenya.
    • 34Extention wire dapat dilihat pada daftar dibawah ini : Thermocouple Extention Wire Positive Negative Positive Negative Pi : Rh Pt Copper Copper Nikel Alloy - Alumel Chromel Alumel - Chromel - Constanta - Copper - Copper Nikel - Iron Alloy Iron Constanta Iron Constanta Copper Constanta Copper ConstantaDalam pemasangannya thermocouple ini dimasukkan dalam thermo tube yangdisebut thermowell.Jenis-Jenis Thermowell Temperature Max Thermowell o o C F High Silicon Iron 425 600 Carbon steel 550 1000 18% cr, 8% Ni/Stainless Steel 950 1800 Ni Chram 1100 2000 Inconel 1260 2300 Silicon Carbid 1650 3000 Mullite 1550 2800
    • Kt rev 3 MODUL I-02 35 Teknik mengukur EMF dari Thermocouple ada dua cara : 1. Dengan multi voltmeter (moving coil meter) 000095 1 1. Multimeter 2. Heater 2 2. Dengan rangkaian potentiometer G Recorder D + - S 2 ES 1 + EX
    • 363.4.3 Resistance type Thermocouple Dasarnya : untuk beberapa metal tertentu, perubahan tertentu akan bisa mengubah besarnya nilai resistance. Dengan mengukur perubahan resistance tadi, kita bisa menghitung temperature perubahannya. Perubahan nilai resistance karena perubahan temperature tersebut, besarnya tergantung dari temperature coefficience of material. Koefisien ini adalah perubahan nilai resistance dalam Ohm per derajat, untuk kebanyakan metal, koefisien ini positive. Hubungan antara perubahan resistance dan temperature dapat ditulis : Rt = Ro (1 + a Dt) Ro = R pada to Rt = R pada t a = koefisien temperature of metal Konstruksinya : Diameter kawat dipilih sedemikian, sehingga response terhadap panasnya terbaik. Sedang panjang kawat disesuaikan dengan tahanan yang sesuai dengan rangkaian/alat pengukurannya, misalnya Bridge Wheatstone. Diameter dan panjang kawat menentukan range pengukuran. Nilai resistance coil terletak antara 2,5 W sampai dengan beberapa ratus W. Sebagai contoh untuk Pt core, R = 25,5 W + 0,1 pada oC. - Untuk copper : 10 W pada 0 oC - Untuk Nikel : 99,5 W + 0,3 W pada 0 oC
    • Kt rev 3 MODUL I-02 37Pada pembuatan resistance ini, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan : Harus mempunyai stability yang tinggi yaitu tidak boleh berubah strukturnya dan mempunyai response yang cepat terhadap perubahan suhu. Self heating error : supaya tidak mempengaruhi pengukuran. Self heating error adalah dissipasi tenaga I2R yang menyebabkan panas dan panas ini mempengaruhi pengukuran, harus mempunyai high resistivity yang besar, sehingga tidak banyak menggunakan coil (coilnya lebih pendek). Harus mempunyai temperature koefisien of material/resistanfce yang baik, sehingga lebih sensitive dan harus tidak boleh berubah karakteristik listriknya tersebut. harus kuat artinya bahwa dengan diameter kecil, tidak mudah putus. Hubungan yang linear antara resistance dan temperature. Metal-metal yang mempunyai sifat yang cocok adalah : Pt Temp. Koef. 0,00392 W/oC Resistivity 60 W/circular mile ft Temp. range - 285 o -> 900 oC Minimal diameter 0,002 Tensile strength 18.000 psi Nikel Temp. Koef. 0,0063 W/oC Resistivity 38,3 W/circular mile ft Temp. range - 100 o -> 300 oC Minimal diameter 0,002 Tensile strength 120.000 psi Copper Temp. Koef. 0,004 W/oC Resistivity + 120 W/circular mile ft Temp. range - 200 o -> 120 oC Minimal diameter 0,002 Tensile strength 200.000 psi
    • 38Rangkaian pengukuran :Bisa dipakai AC atau DC Wheatstone Bridge B S G r ADalam keadaan balance berlaku :Ia . A = Ib . Bia . r = ib . sr = (A/B) . s Z2 I1 Zr G I2 Z3 Z1Pada keadaan balance berlaku :Zr Z1 =Z2 Z3 R R1 Ri3 R1xi 2 = = i2 i3 C3 C2 wc 2 wc 3
    • Kt rev 3 MODUL I-02 39 R1xi 2 xC 3 R= karena balance I3 = I2 i3xC 2 R1C 3 æ 1 ö R= = R1C 3ç ÷ C2 è C2 ø Thermistor Thermistor adalah dioda semiconductor yang mempunyai temperature koefisien of resistivity yang tinggi, yaitu bahwa perubahan nilai R nya perderajat temperatur adalah tinggi. R = Ro eb (To Too) Ro = Resistance pada Too R = resistance pada To b = konstanta yang tergantung dari konstruksi & jenis thermistor Cara pengukuran perubahan nilai resistance dapat dilakukan dengan Jembatan Wheatstone. Bimetal Thermometer Bimetal terbuat dari dua macam logam yang disatukan. Prinsip kerja alat ini adalah berdasarkan perbedaan muai panjang dari dua buah logam yang berlainan jenis jika ada perubahan panas padanya. Karena koefisien muai panjang yang berbeda ini, maka apabila bimetal tersebut kena panas akibatnya akan melengkung ke arah logam yang koefisien panjangnya lebih kecil
    • 40 BAB. IV BASIC THEORY CONTROL VALVE4.1 Filosofi Control ValveDalam suatu sistem pengendalian secara otomatis, control valve merupakan finalelement yang mewujudkan signal output dari controller menjadi suatu gerakanvalve membuka atau menutup aliran, sehingga dapat mengembalikan prosesvariabel ke harga yang telah ditentukanUntuk mendapatkan control valve yang sesuai dengan kebutuhan prosesdiperlukan ketelitian dan dasar pemilihan control valve antara lain : - Aksi, Rating, Characteristic, Rangeability, Capacity4.1.1. Aksi Control Valve Control valve mempunyai aksi direct atau aksi reverse, untuk menentukan aksi control valve, maka kita harus memahami beberapa istilah dasar. Input : Istilah input pada valve kita definisikan, bahwa input sebagai sinyal yang menyebabkan valve merubah posisi stroke. Hal ini biasanya berupa sinyal pneumatik 3 15 psi atau 20 100 kPa.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 41 Output : Output valve adalah fluida mengalir melalui valve. Gas, uap dan cairan adalah fluida. Aksi Direct : Aksi direct dapat ditentukan dengan melihat hubungan antara input dan outputnya. Jika kenaikan input menyebabkan kenaikan output maka dikatakan bahwa valve tersebut mempunyai aksi direct. Aksi Reverse : kenaikan input menyebabkan menurunnya output makaIstilah berikut mempunyai hubungan dengan control valve aksi direct: · ATO adalah naiknya sinyal akan menyebabkan valve membuka. · Fail Closed Jika sinyal yang menuju valve hilang maka valve menutup. Pada gambar dibawah ini, control valve aksi direct dengan menggunakan simbol standar ISA. Anak panah berada di stem valve untuk menunjukkan bila terjadi posisi gagal .Istilah-istilah berikut berhubungan dengan valve yang mempunyai aksi reverse. · ATC adalah naiknya sinyal akan menyebabkan valve menutup. · Fail Open : jika sinyal hilang terjadi kegagalan, maka posisi valve akan membuka. Hal ini berarti bahwa adanya sinyal udara akan menutup valve dan oleh karena itu valve mempunyai aksi reverse.2. Rating Rating valve yang dimaksud disini adalah kemampuan valve untuk memberikan aksi yang tepat pada range dan presure tertentu. Contoh : Temperatur operasi : 700 C. Tekanan operasi : 22 kg/cm2 ternyata diperlukan control valve dengan carbon steel body yang mempunyai rating 150.
    • 423. Characteristic Karakteristik valve berhubungan antara bukaan valve dengan besar kecilnya aliran. Hubungan ini dinyatakan dengan grafik berdasarkan range penuh dari valve ( 0 persen sampai 100 persen). Tiga karakteristik valve yang utama adalah: karakteristik aliran linier, karakteristik aliran equal presentage, karakteristik aliran quick opening. Aliran yang melalui valve adalah sebanding dengan luasan dari bukaan dan akar kuadrat dari pressure drop yang terjadi pada valve. Kedua faktor berubah- ubah maka luasan berubah-ubah karena persen travel (posisi) dari valve, sedangkan pressure drop adalah berhubungan dengan kondisi diluar valve dan tata ruang proses yang sudah tetap seperti tata letak serta instalasi perpipaan. Dalam praktek, valve mempunyai dua karakteristik yaitu : yang menjadi sifatnya (inherent) dan yang terpasang (installled ). Karakteristik inherent diamati dari pressure drop konstan pada valve.. Karakteristik terpasang adalah salah satu didapat dari actual service dimana pressure drop berubah-ubah karena aliran dan perubahan-perubahan yang lain dari sistem.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 43 Pemilihan dari karakteristik valve yang benar adalah sangat penting, ketika akan merencanakan lup pengontrolan, dengan kata lain sistem mungkin tidak stabil dan sulit dikontrol secara efektip.4. Range ability Range ability adalah perbandingan antara maximum dan minimum flow yang bisa dikontrol. Jadi range ability menentukan daerah dimana valve bekerja dengan baik sesuai dengan yang diharapkan.5. Capacity Kapasitas atau kecepatan mengalirkan dari control valve harus bersesuaian dengan kondisi proses yang akan dikontrol. Besaran yang menentukan kemampuan dari valve adalah angka Cv (koefisien ukuran valve). Semua pabrik pembuat control valve menerbitkan angka Cv dari masing-masing valve mereka. Terlalu sulit untuk mencari definisi dari Cv, karena itu kadang- kadang dikatakan bahwa valve mempunyai Cv = 1 bila air murni mengalir sebesar satu US gallon/mm melalui valve yang buka penuh dengan pressure drop pada valve dijaga tetap1 psig pada kondisi temperatur standar (60oF) dan tekanan (14,69 psia). Metode penentuan ukuran valve dengan pendekatan nilai Cv telah diterima. Tiga rumus dasar untuk perhitungan Cv adalah: a) Untuk cairan Cv = Q G / DP b) Untuk gas Cv = Q / 1360 T f G / D P P2 c) Untuk steam dan vapours Cv = W / 63.3 V / D P
    • 44Pada rumus ini:Q or W = Kecepatan aliran: cairan (gpm), gas (scfh), vapours (lb/hr) G = specific gravity Tf = temperature aliran dalam derajat Rankine (°F + 460) DP = pressure drop dalam psi (P1 P2) P1 = tekanan upstream pada inlet valve dalam psi absolute P2 = tekanan downstream pada discharge valve dalam psi absolute V = downstream specific volume dalam cubic feet per poundHarus dicatat bahwa batasan yang terpenting adalah ditentukan oleh nilai DPyang digunakan untuk penentuan ukuran vapour dan gas. Itu tidak pernahdapat melebihi setengah dari tekanan inlet absolut (P1) sekalipun valve akanmenyerap sampai 100% dari tekanan inlet. Jika presure drop lebih besar dari½ P1, gunakan ½ P1 untuk kedua DP dan tekanan downstream (P2). Ingatpenggunaan pengaturan tekanan downstream ini (1/2P1) dalam menentukanvolume spesifik (V) downstream adalah pada kondisi tersebut.Pressure Drop yang terjadi pada ValveKecepatan aliran, spesific grafity, temperatur, dan volume spesifikdownstream yang diinginkan adalah berupa kuantitas sehingga sangat mudahditentukan, tetapi menentukan pressure drop melalui plug valve adalah tidakada. Tetapi yang penting dalam kenyataannya bahwa control valve tidakmendefinisikan pressure drop yang melaluinya. Namun control valve tersebutakan menyerap apapun tekanan lebih yang ada disebelah kiri dari sistem.Persoalan ini dapat digambarkan secara grafik dengan metode hydraulicgradient (slope).Aliran MaksimumPada kecepatan aliran maksimum, diplot tekanan statik fluida versus lokasiphisik sistem. Kemudian plot tekanan yang dikirimkan dan yang tersisa darikiri ke kanan, dan berhenti pada control valve. Perbedaan antara titik-titik
    • Kt rev 3 MODUL I-02 45 terakhir ini adalah pressure drop dari control valve yang harus dipertahankan pada aliran maksimum. Aliran Minimum Analisis yang serupa dapat dibuat untuk aliran minimum. Dari curva pompa, tekanan outlet adalah lebih tinggi pada aliran yang rendah. Karena kecepatan fluida terrendah, pressure loss pada pipa dan fitting akan lebih rendah dibanding pada aliran maksimum. Kenaikan tekanan yang tinggi terjadi pada inlet dari control valve, dan kemudian terjadi penurunan tekanan pada outlet dari control valve. Sebagai akibatnya, pressure drop yang harus dipertahankan pada control valve lebih besar pada kecepatan aliran rendah disbanding pada kecepatan aliran yang tinggi. Untuk meyakinkan bahwa ukuran valve dihitung dengan tepat, maka penentuan ukuran control valve selalu dibuat pada pressure drop dengan kecepatan aliran maksimum dan kecepatan aliran minimum. Adalah koefisien flow yang besarnya sama dengan flow rate water (gpm) pada temperatur 60oF melalui valve yang terbuka penuh, dengan tekanan drop pada valve 1 psi.
    • 46Contoh :Asumsi bahwa control valve akan mengatur aliran air dari tangki, seperti padagambar dibawah.Hitung ukuran valve yang harus digunakan.Ketinggian air yang akan dikontrol didalam tangki pada level 25 feet denganmengatur aliran keluar. Aliran masuk yang diukur bervariasi antara 0 sampai120 galon per menit (gpm).Penyelesaian:Aliran keluar maksimum dari tangki harus sama dengan aliran masuk, yaitu120gpm. Karena 1 feett air menghasilkan tekanan 0,433 psi, maka 25 feetwater akan menghasilkan perbedaan tekanan sebesar 0,433 psi x 25 = 10,8 psi.Rumus dasar perhitungan Cv untuk cairan adalah Cv = Q G / DP
    • Kt rev 3 MODUL I-02 47 dimana: Q = kecepatan aliran, U.S. gpm DP = Perbedaan tekanan pada valve dalam psi G = specific gravity dari water (1.0) Oleh karena itu Cv = 120 1.0 / 10.8 = 120 ´ 0.3043 = 36.5 Kita dapat menentukan ukuran dan jenis valve yang diperlukan untuk Cv = 36,5. Ikuti sumbu horisontal dari kiri ke kanan pada Cv = 36,5. Gambarkan garis kearah atas dari titik ini sampai berpotongan dengan garis diagonal paling atas.Ukuran garis diagonal menyatakan ukuran paling kecil dari valve yang dibutuhkan. Dalam kasus ini valve 2 inci kira-kira 90% akan menyediakan aliran yang diinginkan
    • 486. Positioner Untuk meyakinkan bahwa posisi plug control valve selalu proporsional dengan output pressure controller, menghilangkan / mengurangi gesekan packing box dan rugi histerisis.Pengertian Fail SafeSuatu pertimbangan penting ketika memilih control valve untuk aplikasi khususdalam posisi gagal tetapi aman. Tergantung proses yang dikontrol, kita memilihvalve untuk aplikasi sedemikan sehingga ketika terjadi kehilangan sinyal, makavalve gagal tetapi dalam posisi aman.Aktuator diaphragma pneumatik mempunyai posisi full open atau full close. Halini adalah bagian dimana valve ditentukan oleh apakah aksi valvenya air to openatau air to close seperti dijelaskan sebelumnya. Spring internal yang mempunyaigaya yang melawan aktuator adalah yang bertanggung jawab terhadap setingvalvenya apakah posisi membuka atau posisi menutup.Ketika memilih valve yang terpenting ialah memahami karakteristik yangdikontrol, dan memilih valve yang sesuai yang dibutuhkan proses tersebut.Sebagai contoh, kita akan menggunakan valve untuk mengontrol temperature airyang meninggalkan heat exchanger seperti terlihat pada Gambar dibawah dibawahProses seperti pada Gambar diatas, dipilih valve fail closed. Jika sinyalnya yangmenuju valve hilang, maka valve harus menutup dan air yang dipanaskan tetapdingin. Dalam proses ini jika menggunakan valve gagal membuka maka airmungkin mendidih dan menghasilkan tekanan yang berlebihan pada heat
    • Kt rev 3 MODUL I-02 49exchanger dan mungkin akan menyebabkan kerusakan pada heat exchangertersebut. Tetapi bila menggunakan valve dengan aksi fail closed seperti terlihatpada gambar akan menghilangkan kemungkinan-kemungkinan terbentuknyatekanan tinggi.4.2 BAGIAN-BAGIAN PERALATAN DAN FUNGSIControl valve terdiri dari tiga (3) bagian utama, yaitu aktuator, asembli body valvedan asembli bonnet. Gambar dibawah menunjukkan hubungan ketiga bagiantersebut, yang membentuk control valve lengkap.1. Actuator Control Valve Actuator control valve terdiri dari komponen-komponen berikut : - Koneksi Tekanan Beban (Loading Pressure Connection) : Koneksi udara bertekanan (pneumatik) dimana sinyal kontrol dikirimkan ke valve. - Wadah Diaphragma (Diaphragm Casing) : Merupakan rumah atau wadah (ada yang dibagian atas / bawah) tempat berakumulasinya udara bertekanan (pneumatik) dan menyangga dua sisi diaphragma. - Diaphragma
    • 50 Diaphragma adalah elemen fleksibel dibuat dari material seperti karet atau bahan polimer sintetis, yang digunakan untuk mentransmit tenaga pada pelat diaphragma dan juga merupakan penyekat udara yang kuat.- Pelat Diaphragma : Sebuah pelat diaphragma yang digunakan untuk mentransfer sinyal kontrol ke stem aktuator.- Pegas Aktuator (Actuator Spring) : Pegas atau spring digunakan untuk melawan gaya pelat diaphragma dan akan mengembailkannya ke kondisi semula.- Stem Aktuator (actuator stem) : Batang atau poros yang menghubungkan pelat diaphragma ke plug valve.- Spring Seat : Sebuah alat yang digunakan sebagai dudukan / memegang pegas atau spring.- Spring Adjuster : Koneksi yang digunakan untuk menyetel regangan pegas aktuator.- Stem Connection : Klamp yang digunakan untuk memegang stem aktuator dan stem plug valve.- Yoke : Struktur yang menyangga asembli aktuator dari asembli bonnet.- Travel Indicator : Sebuah plat tipis yang digunakan untuk menunjukkan posisi valve.- Skala Indikator : Skala ukur untuk menunjukkan posisi valve apakah valve dalam posisi (O open atau C close ).- Asembli Body Valve : Asembli body valve terdiri dari : - Valve Body, Asembli Bonnet dan Trim Valve.Asembli Bonnet: Asembli bonnet ditempatkan dibagian atas bodi valve danmempunyai seal untuk stem valve dengan maksud untuk mencegah kebocoranfluida disepanjang stem. Biasanya menggunakan 3 gasket untuk seal bonnetpada bodi valve. Bonnet mengikat aktuator.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 512. Actuator Piston Aktuator piston beroperasi dengan suplai lebih tinggi (tipikal 60 150 psi) dibanding tipe diaphragma. Aktuator piston juga memberikan stem travel lebih besar dibanding tipe diaphragma.Tekanan beban dapat dimasukkan pada bagian atas atau bawah untuk menggerakkan piston keatas atau kebawah. Ketika pada bagian atas dibebani dengan tekanan udara maka bagian bawah harus di dikosongkan agar piston dapat bergerak dan sebaliknya bila bagian bawah dibebani maka bagian atas harus dikosongkan. Gambar 3 adalah diagram konstruksi dari aktuator piston.
    • 52 Posisi Fail Aktuator piston standar berbeban doubel mempunyai sebagai fail save position . Sebagai fail save position mempunyai arti bahwa bila ada kejadian sinyal mengalami kegagalan maka valve tidak menutup penuh atau membuka penuh tetapi tetap berada pada posisi terakhir. Agar memberikan posisi fail save, maka sebuah spring harus ditambahkan untuk menggerakkan aktuator piston pada posisi buka penuh atau tutup penuh.3. Aktuator Elektrik Aktuator listrik pada dasarnya adalah motor listrik (biasanya tiga phase) dihubungkan dengan stem valve melalui gear set. Kombinasi dari motor, gear set, limit switch dan valve disebut valve yang dioperasikan dengan motor atau motor operated valve atau MOV . Hidrolik dan Elektro-hidrolik Aktuator hidrolik atau elektro-hidrolik dapat dipertimbangkan untuk mengisolasi area dan aplikasi-aplikasi dimana redamannya besar. Ball valve atau butterfly valve memerlukan aktuator dengan torsi yang ekstra tingi, dan cepat. Ini benar-benar khusus terutama jika sifat permintaan proses memerlukan sebuah valve dengan kinerja atau performans yang tinggi. Control Valve Type Motor Operating Valve (MOV)
    • Kt rev 3 MODUL I-02 534.3. BASIC OPERATION a. Cara Kerja Diaphragma Actuator Cara kerja control valve dengan penggerak pneumatik adalah sebagai berikut: Sebuah sinyal pneumatik dimasukkan pada bagian atas atau bawah diaphragma (tergantung aksi control valve ). Sinyal tersebut menekan diaphragma dan pelat diaphragma (dihubungkan dengan stem valve) menggerakkan plug naik atau turun. Karakteristik valve dapat dimodifikasi dengan menggunakan gabungan perancangan plug dan cage. b. Cara Kerja Piston Actuator Aktuator piston biasanya banyak digunakan pada aplikasi kontrol on-off atau emergency shutdown (ESD) yang digerakkan oleh selenoid. Kelebihan tipe aktuator ini adalah, dapat menyediakan torsi maksimum dalam dua arah. Juga jika diperlukan dapat digerakkan dengan tenaga hidrolik. Sinyal beban adalah tekanan udara suplai instrumen penuh dan oleh karena itu kadang-kadang diperlukan regulator. Aktuator tipe piston kadang-kadang digunakan untuk kontrol proporsional, atau aplikasi dimana bukaan valve harus berubah-ubah antara tutup penuh dan buka penuh. Dalam kasus seperti ini sinyal input dari kontroler dimasukkan ke valve positioner dan positioner mengatur posisi piston. c. Cara Kerja Motor Operating Valve (MOV) Berkenaan dengan aktuator electro-hidrolik yang ditunjukkan dalam Gambar diatas, bila sinyal input listrik bertambah, maka medan maknit disekitar kumparan bertambah sehingga menggerakkan coil untuk mendekat kegaya motor dan menggerakkan flapper untuk mendekati nozzle A dan menjauhi nozzle B. Tekanan yang tidak seimbang pada bellow memutar flapper untuk mendekati nozzle D dan menjauh dari nozzle C. Aksi ini menaikkan tekanan ke bagian atas silinder dan silinder menekan piston dan batang piston
    • 54 bergerak kearah bawah. Nozzle C mengijinkan fluida pada bagian bawah piston dibuang kembali kecasing. Lengan umpan balik dan pegas memberikan gerakan umpan balik piston sehingga membentuk lup tertutup agar terjadi keseimbangan gaya pada piston. Aktuator hidrolik murni bekerja dengan cara yang sama kecuali pompa (tidak memerlukan listrik) ditempatkan sedikit jauh dari actuator. Pada beberapa instalasi khusus hidrolik yang lebih besar menghasilkan tekanan sampai 2000 psi akan digunakan pada beberapa aktuator hidrolik. Pendorong hidrolik yang kedua harus selalu disediakan untuk backup.4.4 PERAWATAN DAN KALIBRASI Perawatan Actuator Control Valve Tipe aktuator diaphragma pneumatik adalah aktuator pilihan yang digunakan hampir 90 % dari semua aplikasi control valve. Sebelum memulai beberapa pekerjaan perawatan pada aktuator , kita harus mengisolasi jalur agar aman. Lepaskan saluran sinyal udara dari aktuator dan keluarkan aktuator dari valve. Mengeluarkannya dapat dikerjakan dengan melonggarkan mur yang mengikat yoke aktuator pada valve dan melepaskan plug valve dari penghubung stem valve dengan mengendorkan sekrup pengatur pegas. Buka case diaphragma, periksa diaphragma dan seal apakah ada yang pecah, berlubang atau robek. Spring aktuator harus diperiksa untuk keregangan yang sebenarnya untuk memastikan bahwa tidak mengalami tekanan berlebihan. Ganti setiap bagian yang rusak dan pasang kembali aktuator seperti sebelum dilepas. Pastikan stem penghubung telah terpasang dengan benar pada pelat diaphragma dan juga pastikan baut pada sekeliling case diaphragma telah kencang Pastikan bahwa diaphragma dan seal penghubung telah berada pada posisi yang benar dan tidak boleh meleset keluar dari tempatnya selama memasang kembali. Langkah terakhir sebelum memasang kembali aktuator pada valve adalah mengatur regangan pegas. Periksa name plate pada aktuator untuk range operasi diaphragma yang tepat, biasanya 3 15 psi atau 20 100
    • Kt rev 3 MODUL I-02 55 kPa. Regangan pegas harus disetel supaya aktuator bekerja pada range penuh sesuai dengan sinyal input yang dimasukkan yaitu range penuh. Pastikan bahwa regangan pegas di set supaya bila diberi tekanan 3 psi ada sedikit gerakan untuk mulai menggerakkan stem penghubung, kemudian pastikan stem aktuator berhenti bergerak ketika sinyal input mencapai 15 psi. Pegas mungkin memerlukan sedikit regangan untuk memberikan respons yang benar pada sinyal input. Jika aktuator telah diperiksa dan diset dengan benar maka itu dapat dipasang ke valve dan diletakkan kembali pada aplikasinya.4.4.1 KALIBRASI CONTROL VALVE Untuk melakukan kegiatan kalibrasi, terlebih dahulu mengenal petunjuk awal tentang control valve yang tertera pada name plate. Name plate Control Valve Gambar dibawah adalah name plate yang tertempel pada control valve? Name plate tersebut tertempel pada yoke aktuator atau ada pula pada chase diaphragma. Nameplate mempunyai informasi khusus tentang valve dan actuator. Informasi penting yang tercetak pada nameplate dapat dilihat sebagai berikut:
    • 56Nomor Seri : Nomor seri berhubungan dengan nomor seri gabungan darivalve dan aktuator.Tipe : Berhubungan dengan apakah aksi valve tersebut air to open (direct)atau air to close (reverse).Tekanan diaphragma 3 sampai 15 PSI : Informasi ini berhubungan denganrange tekanan operasi diaphragma teristal. Range tekanan ini berbeda denganrange bench set.Bench Set : Karena tekanan operasi proses memakai gaya pada plug valvemaka hal ini perlu bench set valve yang berbeda dengan range operasi 3 15psi. Ketika valve diinstal maka stroke yang sebenarnya adalah 3 sampai 15 psisinyal input.Ukuran Bodi: Ukuran bodi berhubungan dengan ukuran valvenya itu sendiri.Rating : Berhubungan dengan tekanan statis maksimum dari valve. Valvetidak bisa dioperasikan dalam proses yang mempunyai nilai yang lebih tinggidari nilai rating ini.Travel : Berhubungan dengan stroke valve atau jarak plug yang akan bergerakdari tutup penuh atau buka penuh.Material Bodi: Material bodi berhubungan dengan tipe logam bahan bodivalve.Karakteristik Flow : Karakteristik flow berhubungan dengan tipe plug yangada didalam valve. Karakteristik plug biasanya linier, equal percentage danquick openeing.Material Plug : Material plug biasanya berbeda dengan material bodi valve.Informasi diatas adalah informasi penting tentang control valve. Informasi inipenting untuk menentukan apakah valvenya sesuai dengan aplikasi atau tidak.Informasi secara lengkap tentang valve dapat ditemukan pada lembaranspesifikasi ISA yang telah dilengkapi pada setiap control valve dalam lupproses.Lembaran-lembaran tersebut berisi spesifikasi operasi untuk valve dan pentinguntuk pemeliharaan yang benar dan prosedur reparasi.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 57 Halaman-halaman berikut adalah contoh lembaran-lembaran spesifikasi. Mereview lembaran spesifikasi agar menjadi lebih mengenal dengan informasi yang dikandung pada lembaran tersebut tentang control valve.
    • 58
    • Kt rev 3 MODUL I-02 594.4.2 Langkah Melakukan Kalibrasi Control Valve meliputi : 1. Menyiapkan alat standar · Alat standar untuk kalibrasi disiapkan sesuai dengan spesifikasi. · Metode kalibrasi disiapkan sesuai dengan SOP. · Permasalahan yang timbul dalam penyiapan peralatan dilaporkan kepada pihak terkait. 2. Menyiapkan control valve yang akan dikalibrasi · Control valve yang akan dikalibrasi disiapkan · Pengecekan control valve yang akan dikalibrasi secara visual dilakukan · Pencatatan dilakukan terhadap identitas peralatan yang akan dikalibrasi. · Permasalahan yang timbul dalam penyiapan peralatan dilaporkan kepada pihak terkait 3. Melakukan langkah kalibrasi. · Control valve yang akan dikalibrasi dipasang/ dihubungkan dengan alat standar · Langkah langkah dalam kegiatan kalibrasi dilakukan sesuai prosedur. · Pencatatan dilakukan terhadap hasil kalibrasi. 4. Melakukan evaluasi hasil kalibrasi · Analisis dilakukan untuk mengetahui penyimpangan. · Evaluasi dilakukan dari hasil antara pembacaan alat yang dikalibrasi dengan alat standar. · Hasil kalibrasi untuk proses perbaikan lebih lanjut dilaporkan kepada pihak yang lebih berwenang. 5. Mendokumentasikan kegiatan. · Kejadian dari setiap kegiatan yang perlu tindak lanjut dicatat dengan menggunakan format yang berlaku. · Tindakan penyelesaian dari setiap kegiatan dicatat dengan menggunakan format yang berlaku.
    • 60Peraturan yang harus dipatuhi dalam melaksanakan kegiatan kalibrasicontrol valve, supaya tidak terjadi kecelakaan kerja meliputi : 1. Undang undang tentang K3LL 2. Kebijakan / tata tertib perusahaan 3. SOP· Pelaksanaan kalibrasi a. Membuat Rangkaian Kalibrasi Control Valve seperti gambar dibawah ini PI 4-20mA Signal Regulator I/P PIAir Supply Signal Air Supply b. Bila ada Transducer I to P harus dikalibrasi tersendiri. Teknis mengkalibrasi dengan memberi power supply, lalu memberi signal input dan membandingkan dengan output-nya, bila terjadi selisih dilakukan adjusment atau mengembalikan ke-setandart-nya. c. Periksa Control Valve dan name plate sesuai Specifikasi Control Valve d. Kalibrasi Control Valve menggunakan data-data pabrik dan metode yang direkomendasikan e. Periksa posisi travel indikator dengan skala indikator pada control valve
    • Kt rev 3 MODUL I-02 61 f. Dengan memberi input signal pneumatic bervariasi dengan mengatur regulator, mulai nilai 0%, 25%, 50%, 75%, 100% untuk dua kondisi naik dan turun atau menggunakan sinyal electric ke transducer ( I/P ). Bila terjadi penyimpangan lakukan adjusment sesuai spesifikasi pada data sheet. (Lihat Adjustment Control Valve di atas) g. Pastikan travel indikator sesuai langkah di atas h. Lakukan flushing dan tes hidrostatic pada pipa dimana control valve tersebut akan dipasang sebelum Control Valve diinstall. i. Selesai Test Hydrostatic, Control Valve dikeringkan dan kedua ujung flange di tutup, agar tdk terkena kotoran. j. Hasil harus sesuai spesifikasi plant dan manual dari vendor bila ada perbedaan ikuti manual vendor k. Jika ada penyimpangan atau eror dicatat dengan format berlaku dan dilaporkan ke pihak terkait.4.4.3 ADJUSTMENT CONTROL VALVE a. Set-up Aktuator Bench Set Bench set dari suatu valve berhubungan dengan range input khusus aktuator dimana valve akan mulai bergerak pada gerakan stem penuh pada bukaan penuh menjadi tutup penuh (jika valvenya fail open) atau di mana valve mulai bergerak pada gerakan tutup penuh menjadi buka penuh (jika valvenya fail closed). Bench set aktuator dilakukan pada kondisi khusus, terutama untuk · Tidak adanya gaya dari proses kepada valve · Tidak adanya gaya dari packing kepada valve Range bench set berbeda dengan range 3 15 psi. Range bench set ditentukan oleh perhitungan aksi tekanan operasi proses pada plug valve. Pada tekanan proses yang tinggi mungkin menyebabkan suatu gaya pda valve fail closed menjadi membuka, dan dalam hal ini range bench set mungkin mulai dari 4 12 psi. Sinyal 4 12 psi adalah stroke sebenarnya pada valve dari menutup
    • 62penuh menjadi membuka penuh. Ketika valve diinstal pada proses dan tekananproses yang beraksi pada plug kemudian sinyal yang sebenarnya adalah 315 psi yang diperlukan untuk menggerakkan valve.Ketika mengkalibrasi valve periksalah range input aktuator. Jika valvemempunyai nilai bench set, berarti valve harus mulai stroke atau bergerakpada nilai tekanan minimum pada nilai bench set tersebut. Jika valve tidakmempunyai nilai bench set, maka nilai minimum tekanan tersebut untuk mulaibergerak adalah 3 psi atau 20 kPa. Periksa lembaran spesifikasi atau tag valveuntuk tekanan ini.Diagram poin-poin penyetelan (adjustment) terlihat pada Gambar dibawah.Menyetel regangan spring aktuator melalui spring adjuster seperti ditunjukkanpada gambar. Suplai aktuator dengan ekanan 3 psi (diasumsikan bahwa rangebench set sama seperti range operasi valve). Aktuator harus mulai bergerakdengan tekanan 3 psi atau sedikit diatas 3 psi. Jika aktuator bergerak sangatcepat kemudian kencangi spring, jika bergerak tidak cukup cepat makakendorkan spring. Ulangi prosedur diatas sampai tekanan sinyal minimummenghasilkan efek seperti yang diinginkan. Gunakan nilai sinyal range teratasyaitu 15 psi atau 100 kPa, dan periksa untuk melihat bahwa valve tepatberhenti pada titik ini. Jika spring sebenarnya telah dipasang pada valve, makasinyal 15 psi yang digunakan pada valve tersebut, maka valve harus bergerakpenuh pada range tersebut.
    • Kt rev 3 MODUL I-02 63 Seting Travel Ketika sinyal input minimum (3 psi) pada valve digunakan pada aktuator valve maka plug harus terletak pada seatnya sedemikian rupa sehingga tidak adak aliran yang melewati valve tersebut. Ketika sinyal dinaikkan plug mulai membuka. Adjustment stem perlu diperlakukan seperti ini. Stem dapat dinaikkan atau diturunkan dengan mengendorkan mur pada konektor stem dan memutar stem searah dengan arah jarum jam untuk mengangkat plug tau memutar berlawanan arah jarum jam untuk menurunkan plug. Gunakan range sinyal input penuh pada valve atau 15 psi. Ukur jarak gerakan (travel) untuk melihat batas jarak gerakan (travel) plug yang diinginkan. Setelah stroke valve disetel dengan cara yang benar kemudian kencangi murnya sedemikian rupa sehingga stem valve tidak akan bekerja diluar travelnya. Tindak Lanjut Hasil Kalibrasi · Hasil kalibrasi untuk proses perbaikan lebih lanjut dilaporkan kepada pihak yang lebih berwenang. · Mendokumentasikan kegiatan · Kejadian dari setiap kegiatan yang perlu tindak lanjut dicatat dengan menggunakan format yang berlaku. · Tindakan penyelesaian dari setiap kegiatan dicatat dengan menggunakan format yang berlaku.
    • 644.4.4 TROUBLE SHOOTINGAda beberapa kemungkinan yang menyebabkan control valve tidak berfungsi dan bagaimana cara mengatasi permasalahan tersebut.Usaha untuk mengatasi trouble kita menggunakan table failure mode effect analysis ( FMEA ) sebagai berikut :N0 Nama Komponen Fungsi Penyebab kegagalan Dampak SolusiI Actuator Input supply/ Sebagai Bocor, tersumbat, Cv tidak berfungsi - Periksa & lakukan perbaikan konektor input penghubung dng baik - Bersihkan masuknya signal Top cover / casing Sebagai ruang Kemasukan air Cv tidak berfungsi - lakukan venting pada AIS diaphragm kompresi dng baik - Perbaiki system AIS Diapragma Sebagai tranducer bocor Cv tidak berfungsi - Ganti baru dng baik - Membuat lapisan penahan kebocoran Spring melemah Etc dng baikII Bonnet Packing bonnet Scale / kotor pada
    • Kt rev 3 MODUL I-02 65 area packing bonnet Stem connector kendor Stem plug EtcIII Bodi plug & seat Buka tutup aliran Scale / kotor pada Terjadi kebocoran Bodi valve dibongkar dan plug atau seat dibersihkan Etc
    • 66 BAB V SISTEM PENGENDALIAN5.1. PRINSIP-PRINSIP PENGENDALIAN PROSES. Pada pengendalian manual operasi yang dilakukan oleh operator adalah, pertama operator mengamati penunjukkan temperatur, kemudian mengevaluasi apakah temperatur yang ada sudah sesuai dengan yang dikehendaki. Apabila tidak sama dengan yang dikehendaki, maka operator harus dapat memperkirakan seberapa banya valve tersebut harus ditambah atau dikurangi bukaannya. Kemudian operator harus benar-benar mengubah bukaan valve sesuai dengan yang diperkirakan tadi. Dari uraian di atas dapat diambil suatu kesimpulan bahwa dalan mengendalikan proses seorang operator mengerjakan empat langkah kegiatan, yaitu : Mengukur à Membandingkan à Menghitung à Mengoreksi Pada waktu operator mengamati suhu sebenarnya yang dia kerjakan adalah mengukur variabel proses (Process Variable = PV), kemudian membandingkan variabel proses dengan variabel proses yang diinginkan (Set value = SV). Perbedaan antara variabel proses dengan set value disebut sebagai error, oleh karena itu error dapat dituliskan sebagai : Error = Set Value (SV) Variable Process (PV) atau = Variable Process (PV) Set Value (SV) Berdasarkan besarnya error, operator kan menentukan arah perubahan dari bukaan valve (menambah atau mengurangi) dan seberapa besar koreksi yang diperlukan pada valve. Pada proses ini sebenarnya operator menghitung untuk menentukan pengaturan valve. Setelah proses penghitungan operator mengoreksi dengan
    • 67 mengatur bukaan valve. Hal ini juga berlaku pada suatu pengendalian otomatis, hanya saja pada pengendalian otomatis semua pengaturan dilakukan oleh alat-alat instrumentasi. Jadi pada pengaturan otomatis manusia hanya melakukan pengaturan terhasap set value (SV) dan untuk yang lainnya dilakukan oleh instrumentasi tersebut.5.2. METODEL PENGENDALIAN PROSES Metodel pengendalian proses dibagi dua macam, yaitu : - Pengendalian oleh manusia (manual control) - Pengendalian otomatis (automatic control) a. Pengendalian oleh manusia (manual control) Pada pengendalian secara manual memanfaatkan ketelitian dari operator untuk mengendalikan suatu besaran proses. Jika harga proses tidak sesuai dengan yang dikehendaki oleh operator, maka operator tersebut akan melakukan adjustemet sebagai koreksi terhadap besaran proses tersebut sampai proses berjalan stabil dan hal ini dilakukan berulang-ulang selama kondisi proses tidak sesuai dengan yang dikehendali oleh operator. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.1.berikut ini. Gambar 2.1. Manual Control
    • 68 Pada gambar di atas terlihat bahwa seorang operator sedang mengamati variabel temperatur pada sebuah dapur (furnace), apabila hasil penunjukan pada temperatur indikator (temperature gauge) lebih besar dari temperatur yang dikehendaki oleh operator, maka operator tersebut akan menambah jumlah aliran dengan menambah bukaan valve, begitu juga sebaliknya apabila hasil pembacaan pada temperatur gauge lebih kecil dari temperatur yang dikehendaki maka operator akan mengurangi jumlah aliran dengan jalan mengecilkan bukaan valve. Dilihat dari segi ekonomis, pengendalian secara manual tentu lebih murah dibandingkan dengan pengendalian secara otomatis karena instrumen yang dibutuhkan lebih sederhana.b. Pengendalian otomatis (automatic control) Pada prinsipnya pengendalian otomatis sama dengan pengendalian manual. Pada pengendalian otomatis, peranan dari operator digantikan oleh suatu alat yang disebut pengendali (controller). Jadi yang bertugas menambah dan mengurangi bukaan valve tidak lagi dikerjakan oleh operator tetapi atas perintah controller, operator hanya bertugas memberikan harga ke controller (set value / set point = SV / SP). Oleh karena itu pengendalian otomatis pada valve harus dilengkapi dengan actuator sehingga unit valve tersebut disebut dengan control valve. Sehingga apabila terjadi ketidak sesuai harga yang diberikan operator terhadap controller (SV), maka atas perintah controller akan membuka atau menutup sesuai dengan kondisi operasi yang sedang berjalan (process variable = PV). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.2. berikut.
    • 69 Gambar 2.2. Pengendalian otomatis5.3 DIAGRAM KOTAK (BLOCK DIAGRAM) Diagram kotak adalah merupakan alat bantu untuk mempermudah di dalam mempelajari suatu sistem pengendaian. Ada dua macam diagram kotak yang biasa dipakai, yaitu diagram kotak simbolis dan diagram kotak matematis. Pada diagram kotak tersebut, masing-masing elemen yang terdapat pada sistem pengendalian diwakili oleh sebuah kotak. Pada diagram kotak simbolis, setiap kotak dibubuhi nama atau symbol-simbol. Pada diagram kotak matematis, setiap kotak dibubuhi fungsi matematik yang merupakan hubungan input dan outpun elemen. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat diagram kotak berikut ini. Pemakaian panas (di pabrik) LOAD Posisi bukaan Aliran bahan (Opening) bakar masuk VALVE FURNACE - (PROSES) Temperatur + Gambar 2.3. Diagram kotak proses di furnace
    • 705.4. TERMINOLOGI : Variabel proses atau variabel yang dikontrol adalah variabel dimana nilainya harus dipertahankan pada nilai yang presisi. Sebagai contoh, mungkin kita dapat memanipulasi aliran cairan kedalam tangki untuk mengatur level yang ada didalam tangki. Level yang ada didalam tangki adalah variabel yang kita kontrol (variabel kontrol) atau variabel proses. Variabel proses adalah variabel dimana nilai yang kita ukur dengan transmiter dan mengirimkannya ke kontroler agar dipantau dan pertahankannya. Ada empat variabel proses yang umum yaitu : temperatur, tekanan, flow dan level. Ada satu proses dimana variabel yang dikontrol sama dengan variabel yang dimanipulasi yaitu proses flow.5.4.1 Variabel Suplai Variabel suplai pada proses ialah veriabel dimana nilainya dikendalikan oleh final control element. Didalam semua hal tersebut variabel suplai adalah faktor dominan dalam menentukan nilai variabel yang dikontrol atau variabel proses, meskipun tidak hanya variabel itu saja. Variabel ini sering disebut manipulated variable. Hal ini berarti bahwa adalah variabel dimana nilainya diatur oleh final control element.5.4.2 Beban Proses Beban proses adalah variabel, yang cenderung merusak nilai proses. Sebagai contoh, kita asumsikan bahwa kita mempunyai proses level dimana kita memanipulasikan aliran kedalam tangki. Cairan yang mengalir keluar dari tangki mempunyai kecepatan tertentu. Air yang mengalir keluar dari tangki adalah beban proses.
    • 71 Suatu perubahan pada cairan yang mengalir keluar adalah mengganggu proses. Lup pengontrolan diimplementasikan untuk menghilangkan pengaruh gangguan pada proses tersebut. Proses thermal dioperasikan dengan menyuplai uap ke heat exchanger. Aliran uap adalah manipulated variable. Temperatur produk aliran yang keluar dari heat exchanger adalah variabel yang dikontrol (variabel control) atau variabel proses. Beban pada proses adalah sejumlah panas yang hilang ke udara luar dari heat exchanger, atau nilai panas (enthalphy) dari uap, atau temperatur produk yang dipanaskan didalam heat exchanger. Suatu perubahan nilai beban adalah gangguan terhadap lup. Gambar 2.4. Heat Exchanger Sederhana5.4.3 Set Point Set Point adalah istilah nilai yang kita inginkan pada variabel yang dikontrol untuk dipertahankan. Sebagai contoh proses level pada Gambar 2.5. Pada gambar menunjukkan tinggi tangki terbuka 10 ft. Span pengukuran 8 ft (1 ft off dari bagian bawah tangki dan 1 ft off dari bagian atas tangki).
    • 72Set point pada kontroler dapat dalam satuan engineering ft ataupersen dari span. Set point adalah 4 ft akan mempertahankan level5 ft cairan yang ada didalam tangki. Set point 50% juga akanmempertahankan 5 ft cairan didalam tangki. Gambar 2.5. Proses Level SederhanaAdalah penting bahwa tidak semua kontroler dapat mendisplaikandan menggunakan set point dalam skala satuan engineering.Kontroler elektronik analog dan pneumatik menggunakan set pointdalam skala persen. Hanya beberapa kontroler digital yangmenggunakan set point dalam satuan engineering.Operator harus tahu span variabel yang dikontrol jika ia perlu tahunilai engineering nyata dari set point dan juga proses variabel.Dalam suatu hal, nilai set point atau nilai yang diinginkan prosespada lup kontrol dirancang untuk dipertahankan.
    • 735.4.4 Transmiter Transmtter adalah merupakan instrument yang merubah besaran yang dihasilkan oleh sensing element (sensor) menjadi suatu sinyal standar agar dapat dimengerti oleh instrument lainnya (controller, recorder).5.4.5 Controller Controller adalah instrument yang fungsinya membandingkan process variable yang sedang berjalan terhadap set variable dan hasilnya digunakan sebagai dasar perhitungan control output yang bersarnya berdasarkan aksi dan mode pengontrolnya, sinyal control output digunakan sebagai dasar koreksi atas deviasi yang diterimanya. Aksi controller adalah : · Direct action, artinya adalah apabila terdvapat kenaikan input (PV) melebihi set variable (SV), maka output controller (mv) akan naik. · Reverse action, artinya adalah apabila terdvapat kenaikan input (PV) melebihi set variable (SV), maka output controller (mv) akan turun. Sedangkan mode kontroler adalah : · Proportional (P) Control · Proportional + Integral (PI) Control · Proportional + Integral + Derivative (PID) Control Sinyal control output (mv) digunakan sebagai penggerak final control element (Control Valve).5.4.6 Final Control Element Final control element adalah element akhir dari suatu system pengendalian yang fungsinya mengkoreksi perbedaan antara process
    • 74 variable (PV) terhadap set variable (SV) berupa gerakan naik-turun (buka-tutup) valve sesuai sinyal yang diterimanya dari kontroler. Ditinjau dari gerakan valve-nya, aksi control valve terdiri dari : · Air To Open (ATO), yaitu apabila control valve menerima sinyal dari controller sebesar 3 15 psi gerakannya akan mengakibatkan bertambahnya aliran yang melewatinya. · Air To Closed (ATC), yaitu apabila control valve menerima sinyal dari controller sebesar 3 15 psi gerakannya akan mengakibatkan berkurangnya aliran yang melewatinya.5.4.7 Proses Adalah merupakan variabel yang dikendalikan dalam suatu system pengendalian. Ada empat variabel proses yang biasa dikendalikan di dalam suatu system pengendalian diantaranya adalah berupa tekanan (Pressure), temperature (Temperature), laju aliran (Flow) dan tinggi permukaan fluida (Level).5.5 ELEMEN-ELEMEN SISTEM PENGENDALIAN Dalam suatu sistem kontrol sekurang kurangnya terdapat 5 macam elemen utama yang membentuk system kontrol yaitu : 1. Sensing element (Sensor), adalah elemen yang pertama kali merasakan adanya variable proses dan kemudian merubahnya ke dalam bentuk gerakan mekanik atau sinyal electric yang sesuai dengan besarnya varibel yang dideteksinya. 2. Proses, adalah sebutan variabel proses yang dikontrol/ dikendalikan. 3. Transmitter, berfungsi untuk merubah nilai variabel proses yang dirasakan oleh sensor menjadi bentuk signal standard dan ditransmisikan ke dalam instrument lainnya (controller, recorder) yang besarnya tergantung dari jenis transmitter-nya
    • 75 yaitu 4-20 mA atau 1-5 Vdc (untuk transmitter elektrik) atau 3-15 psi (untuk transmitter pneumatic)4. Elemen Pengatur (Controller), adalah elemen pengatur memanfaatkan signal error yang dihasilkan untuk kemudian digunakan sebagai dasar untuk memberikan memberikan perintah perbaikan yang akan dilakukan oleh elemen pengontrol akhir (final control element).5. Elemen Kontrol Akhir (Final Control Element), dapat berupa control valve, motor, pompa yang menerima dan melaksanakan signal instruksi yang diberikan oleh controller untuk mempertahankan nilai variabel proses pada nilai setpoint-nya.Kelima macam elemen tersebut dapat dihubungkan satu sama lainbaik secara hubungan terbuka (open loop) maupun tertutup (closedloop). Istilah open loop dan closed loop akan mempermudah kitadalam memahami sistem kontrol manual dan otomatis. Gambar 2.9. Elemen pengendalian level
    • 76Pada gambar di atas tampak bahwa di dalam pengendalian levelterdiri dari elemen-elemen pengendalian, yaitu :FT : adalah merupakan singkatan dari Flow Transmitter, yang di dalamnya terdapat sensor (diaphragma) yang mendeteksi perbedaan tekanan (differential pressure) antara high level dengan low level dan hasilnya berupa keluaran sinyal standar yang sesuai dengan beda tekanan yang dirasakannya.LIC : adalah merupakan singkatan dari Level Indicator Control.LV : adalah merupakan singkatan dari Level Valve yang berupa final control element (control valve) dengan aksi reverse. Gambar 2.10. Elemen-elemen sistem pengendalian aliranUntuk melihat letak masing-masing elemen pengendalian digunakandiagram kotak, pada gambar 2.11. ditampilkan diagram kotak sistempengendalian secara otomatis. Di dalam diagram kotak sistem
    • 77 pengendalian otomatis terdapat elemen proses, elemen pengukuran (sensing elemen dan transmitter), elemen controller (control unit) dan final contol elemen (control valve).5.6 CONTROL LOOP Apabila dilihat dari bentuk Control loop dibagi dalam dua kategori, yaitu: open dan closed loop. Perbedaan utama antara kedua contol loop adalah adanya proses koreksi (feedback) pada tipe closed loop, sedangkan pada open loop tidak terdapat proses koreksi tersebut, sehingga tidak ada mekanisme yang menghubungkan produk yang terjadi dengan input yang dikehendaki. 5.6.1 PENGENDALIAN LOOP TERBUKA (OPEN LOOP CONTROL SYSTEM) Sistem pengendalian loop terbuka (open loop control system), atau sering juga disebut sebagai sistem pengendalian umpan balik maju (feed forward control) adalah sistem pengendalian yang keluarannya tidak akan dapat mempengaruhi aksi dari pengendaliannya. Jadi pada sistem pengendalian loop terbuka keluarannya tidak diukur atau diumpan balikkan untuk dibandingkan dengan masukannya dan sistem tersebut biasanya bekerja pada manual control. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.11. berikut ini. Gambar 2.11. Sistem pengendalian loop terbuka
    • 785.6.2 PENGENDALIAN LOOP TERTUTUP Sistem pengendalian loop tertutup atau sering juga disebut sebagai sistem pengendalian umpan balik (feed back control) adalah merupakan sistem pengendalian yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengendaliannya. Pada sistem pengendalian loop tertutup ini terdapat signal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara signal masukan dan signal umpan balik (yang berupa signal keluaran dari proses yang dikendalikan) yang diumpan balikkan ke arah masukan untuk memperkecil kesalahan dan membuat harga keluaran akan mendekati dengan harga yang diinginkan. Atau dengan kata lain, pada aksi umpan balik digunakan untuk memperkecil kesalahan sistem dan sistem tersebut biasanya bekerja pada automatic control. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut ini. Gambar 3.2. Sistem pengendalian loop tertutup Metoda pengendalian tertutup (close loop control) antara lain adalah: 1. Feed back control system 2. Feed forward control system 3. Cascade control system
    • 79Feed Back Control System Feedback control termasuk kategori single loop control. Feedback loop mengirimkan hasil pengukuran ke controller untuk dibandingkan dengan nilai setpoint. Jika proses variabel tidak sama dengan setpoint, controller akan bereaksi untuk menyamakannya. Feedback control paling banyak dipakai di industri. Keuntungan utamanya adalah dapat mengontrol semua proses secara langsung. Kekurangannya adalah error harus terjadi sebelum dapat dikoreksi. Berikut adalah aplikasi feedback control: 1. Pressure control loop Pressure control loop bereaksi berdasarkan kecepatan. Loop dapat merespon perubahan dari beban (load) atau mengontrol aksi secara cepat atau lambat. Kecepatan pengontrolan ini ditentukan oleh volume dari proses fluid. Contohnya pada sebuah sistem penyimpanan gas yang besar (gas storage facilities) pergerakan controller cenderung lebih lambat dibandingkan dengan sistem yang bervolume kecil. Gambar 3.3. Pressure control loop
    • 802. Flow control loop Secara umum flow control loop dikenal sebagai fast loop yang merespon perubahan dengan segera. Oleh karena itu flow control equipment harus mempunyai sampling dan response time yang cepat. Gambar 3.4. Flow control loop Flow control cenderung sensitif sehingga menimbulkan fluktuasi atau noise pada sinyal control. Untuk mengkompensasi noise, sebagian besar flow transmitter memiliki pengaturan damping yang berfungsi untuk mem-filter noise. Karena temperatur dari proses fluida mempengaruhi density, pengukuran temperatur juga disertakan dalam pengukuran flow, dan kompensasi temperatur ini di masukkan dalam kalkulasi flow.3. Level control loop Perubahan kecepatan aliran liquida pada level control loop umumnya disebabkan oleh ukuran dan bentuk proses vessel (tangki). Contohnya: tangki yang besar akan membutuhkan waktu yang lebih lama untuk diisi dibandingkan tangki kecil.
    • 81 Faktor lain adalah flow rate input dan outflow. Tank overflow kadangkala menjadi masalah yang harus dihindari sehingga digunakan redundant control system. Gambar 3.5. Level control loop4. Temperature control loop Karena membutuhkan waktu untuk mengubah temperatur fluida proses, temperature loop umumnya lambat. Control strategi feedforward sering dipakai untuk menaikkan kecepatan respon temperature control loop. Final control element pada temperature control loop biasanya fuel valve menuju sebuah burner atau steam valve untuk aplikasi heat exchanger. Adakalanya fluida yang lebih dingin (air dingin) dicampurkan ke proses (mix) untuk mengontrol temperatur.
    • 82 Gambar 3.6. Temperature control loopFeed-forward (FF) controlFeed forward (FF) control adalah metode umum untuk kompensasidisturbance terukur. FF controller mengukur disturbance sebelummempengaruhi proses, dan melakukan manipulasi untukmenghilangkan-nya. Untuk itu dibutuhkan magnitude dan timingyang tepat ketika aksi koreksi terjadi. Proses akan memburuk jikamanipulated variable yang dikoreksi terlalu cepat atau sebaliknya.Pada aplikasi yang sama dapat dilihat pada gambar 3.7.Ada 3 elemen pada diagram control heat exchanger ini yaitu:· Temperatur controller, yaitu sebagai feedback controller· Flow controller, yaitu sebagai FF controller,· Summer yang menjumlahkan output dari kedua controllerFF controller biasanya digabungkan dengan feedback controller. Inibertujuan untuk mendapatkan nilai magnitude dan laju perubahanyang konsisten.
    • 83 Process Fluid FT 100 TT Steam 101 FIC 100 + TIC 101 Gambar 3.7. Feedback + FF controllerCascade controlCascade control pada prinsipnya adalah 2 buah control loop yangdisusun secara serial. Output controller yang pertama(primary/master) diumpankan pada setpoint controller kedua(secondary/slave).Secara umum cascade control dipakai apabila variabel kontrolprimer bereaksi lambat terhadap perubahan disturbance.Keuntungan pemakaian control ini adalah:Ø Mengkondisikan agar secondary controller bereaksi lebih cepat mengatasi disturbanceØ Mengkondisikan agar secondary controller dapat mengatasi kondisi non linear pada valveØ Memungkinkan agar operator dapat melakukan intervensi langsung pada secondary controller (misalkan pada saat start- up)
    • 84 Gambar 3.9. Diagram cascade control Gambar 3.9 memberikan contoh dari cascade control pada aplikasi sebuah heat exchanger. Perubahan pada laju alir steam akan mengubah laju perpindahan panas (heat transfer) pada exchanger. Pada aplikasi ini terdapat 3 komponen penting yang mempengaruhi loop: Ø fast process, yaitu steam flow Ø slow process, yaitu heat transfer Ø disturbance, yaitu steam pressureHeat transfer adalah slow process. Karena itu dibutuhkan teknikdan skill tersendiri untuk melakukan tuning temperaturecontroller. Dengan menggunakan cascade controller, outlettemperature akan lebih stabil dan disturbance dapat dihilangkan.
    • 85Syarat yang harus dipenuhi untuk menjalankan cascade controladalah: secondary loop harus beroperasi minimal 5 kali lebih cepatdari pada primary loop.Catatan:Prosedur tuning untuk cascade control adalah melakukan tuningpada secondary loop terlebih dahulu diikuti dengan primary loop.Ini disebabkan tuning pada secondary loop sangat besarpengaruhnya pada primary loop. Tapi tuning pada primary loophampir tidak berpengaruh pada secondary loop.
    • 866.1 CONTROLLER Controller adalah salah satu peralatan instrumentasi yang berfungsimembandingkan nilai pengukuran terhadap nilai yang dikehendaki (setpoint), dan sesuai dengan modenya menghasilkan signal kendali sebagaikeluaran yang sebanding dengan selisih nilai pengukuran set pointtersebut.Didalam melakukan pengendalian proses, controller dilengkapi denganpanel-panel, diantaranya adalah : 1 Aksi kontrol (Control action), 2 Mode kontrol (Control mode),6.1.1 AKSI KONTROL (CONTROL ACTION) Control action adalah merupakan aksi dari kontrol yang dapat diubah-ubah dari direct menjadi reverse atau sebaliknya dan ditentukan sesuai dengan kebutuhannya. a. Pada controller dengan aksi Direct, adalah merupakan aksi controller apabila terjadi kenaikan sinyal pengukuran (PV), maka menyebabkan kenaikan sinyal output sedangkan apabila terjadi kenaikan set point (SV) maka output akan turun dengan menghasilkan kesalahan (error) sebesar PV SV. b. Pada controller dengan aksi Reverse, adalah merupakan aksi controller apabila terjadi kenaikan sinyal pengukuran (PV), maka menyebabkan penurunan sinyal output sedangkan apabila terjadi kenaikan set point (SV) maka output akan naik dengan menghasilkan kesalahan (error) sebesar SV PV.
    • 876.1.2. MODE KONTROL (CONTROL MODE) Controller dapat diatur untuk berfungsi secara sempurna pada berbagai macam aplikasi. Pengaturan mode controller ini melibatkan tiga fungsi kontrol matematis yang bekerja sekaligus, yaitu: Proportional-Integral-Derivative (PID). PID dapat diartikan sebagai serangkaian aturan-aturan untuk memberikan kestabilan pada sistem control closed loop. Penggunaan PID bertujuan untuk membuat nilai terukur (PV) agar sama dengan nilai setpoint dapat dicapai. Fungsi PID adalah sbb: a. Proportional control (gain): menentukan selisih antara setpoint dan process variable (error), lalu memberikan perubahan yang proporsional kepada control untuk menghilangkan error tersebut. Proportional control digunakan untuk menjaga proses sesuai dengan setpoint tanpa fluktuasi yang berarti menggunakan proportional control b. Integral control (reset): menentukan apakah terjadi offset dari setpoint dan PV terhadap waktu, kemudian melakukan koreksi untuk menghilangkan offset tersebut. Integral control digunakan untuk menghilangkan offset menggunakan reset control. c. Derivative Control (rate): memonitor laju perubahan PV dan melakukan aksi koreksi jika terdeteksi laju perubahan yang tidak normal. Dertive digunakan untuk mempercepat respon controller pada disturbance yang besar menggunakan derivative control Dasar pemakaian mode kontrol disesuaikan dengan sifat proses yang akan dikendalikan apakah prosesnya bersifat cepat atau lambat. Tidak semua proses membutuhkan full PID control. Jika offset yang kecil dapat ditolerir pada sebuah proses, maka proportional control saja (P only)sudah cukup. PI control digunakan jika offset tidak
    • 88 dapat ditolerir. PID control dipakai jika pada proses terjadi offset, noise dan deadtime yang menjadi masalah. PID mempunyai nilai parameter yang harus dimasukkan nilainya oleh pemakai dan nilainya berbeda untuk setiap jenis control. Proses menentukan nilai-nilai parameter ini dikenal dengan istilah PID tuning yang akan dibahas pada Bab 5.6.1.3. Proportional control Kebanyakan sistem kontrol sudah bekerja bagus hanya dengan menggunakan proportional control (P only). Gambar 4.1 memperlihatkan hubungan antara posisi valve dengan error sebagai ciri dari proportional control. Posisi valve berubah pada proporsi yang persis dengan besarnya error. Respon valve terjadi hampir seketika, dan valve kembali ke nilai awal jika error kembali ke zero. Dalam hal ini diasumsikan output controller selalu menuju ke sebuah control valve. Hubungan antara penyimpangan setpoint (error) dengan posisi valve (controller output) untuk aksi proportional diekspresikan oleh persamaan berikut: mv = Kc.e + b .. (1) Dimana: mv = Controller Output Kc = Controller gain yang besarnya adalah 100/PB e = Error (besarnya tergantung aksi controller) b = bias Persamaan di atas disebut algoritma kontrol. Gain (Kc) disebut juga controller sensitivity. · Proportional Band (PB) Proportional band adalah besarnya perubahan PV (dalam persen) terhadap full travel dari final control element. Sebagai contoh, pada sebuah level controller: Jika diinginkan perubahan level dengan range 7 inchi dari sebuah control valve yang bergerak dari posisi open menjadi close memakai displacer 14 inchi, maka
    • 89 dikatakan level controller tersebut mempunyai PB 50%. Contoh yang sama jika dinginkan perubahan level 28 inchi menggunakan displacer yang sama, maka level controller tersebut mempunyai PB 200%. PB dapat dituliskan dalam rumusan : 100 % 100 % PB = atau Kc = (2) Kc PB Dimana PB = Proportional Band (%) adalah merupakan persentasi kenaikan input untuk mendapatkan output 100%. Kc = Gain (faktor penguatan), didefinisikan sebagai perbandingan kuat sinyal output terhadap input Gain kontrol hanya merespon pada perubahan erro, tetapi tidak mengembalikan PV ke setpoint Apabila PB yang kecil (narrow bands) mempunyai respon yang lebih sensitif dibandingkan PB besar (wide bands) seperti pada gambar berikut: PB=50%, Kc=2 2.0ControllerOutput, O PB=100%, Kc=1 1.0 PB=200%, Kc=0.5 0.5 0 1 Controller Error, E 0 Time Gambar 4.1. Efek dari proportional band
    • 90 PB=200% Kc=0.5 100 % PB=100% Kc=1 Measurement PB=50% Kc=2 Setpoint 0% Gambar 4.2. Grafik dari control range· Bias Bias adalah jumlah output dari proportional controller ketika error dalam kondisi zero. Dari persamaan (1), terlihat bahwa ketika error = zero, controller output juga = zero. Pada saat ini kondisi valve akan menuju fail-safe position-nya (fully close - NC atau fully open - NO) dan tidak ada aksi throttling. Akibatnya proses akan langsung terganggu sekejap setelah di koreksi. Aksi throttling akan berubah menjadi on/off. Dengan menambahkan bias, aksi throttling akan muncul, dan posisi valve akan tetap pada kondisi yang terakhir karena controller tetap mengeluarkan output. Ini membuat persamaan (1) menjadi: mv = Kc.E + b .. (3) Dimana: b = Bias (persen dari full output) Umumnya manufaktur akan memberikan nilai preset bias sebesar 50%. Ini artinya pada saat zero error, controller masih memberikan 50% output dari skala penuh, berapapun nilai seting PB-nya. Pemakai dapat melakukan adjustment output bias secara manual antara 50% sampai 100%.
    • 91· Offset Kita sudah mengetahui bahwa error adalah selisih antara setpoint dengan PV. Pada proportional controller, perubahan setpoint atau load akan menimbulkan permanent error yang disebut offset. Offset tidak mungkin dihilangkan oleh proportional controller karena proportional output hanya merespon terhadap perubahan error, bukan error permanen. Besarnya offset dapat dituliskan dalam rumusan: DE = PB(DO)/100 . . (4) Dimana: DE = Offset (perubahan error) DO = Perubahan posisi valve PB = Proportional Band Timbulnya offset dapat diilustrasikan seperti berikut: Sebuah tangki dikontrol oleh proportional only level controller. Selama output tangki konstan, level akan tetap berada pada nilai setpoint. Ketika operator membuka outlet valve lebih besar, level akan turun. Error akan bertambah sehingga controller akan menaikkan output-nya proporsional dengan besarnya error. Control valve akan membuka lebih besar hingga akhirnya tercapai keseimbangan antara liquida masuk dan keluar. Pada titik ini level kembali stabil, namun tidak lagi berada pada setpoint-nya. CO Inlet SP Offset valve PV www.pas.co Outle t m Gambar 4.3. Offset pada level controller
    • 92 Selisih antara setpoint dengan level yang baru inilah yang disebut offset, dan dapat dieliminasi jika operator melakukan reset dengan menambahkan bias. Cara lain adalah menambahkan mode integral pada controller. Offset dapat diminimalkan dengan menaikkan sensitifitas controller (mengecilkan PB), namun controller yang terlalu sensitif akan berakibat unstable. Proportional only controller adalah pilihan paling tepat pada aplikasi dimana offset dapat ditolerir. Proportional control summary Keuntungan: Ø Sederhana dan murah Ø Tuning mudah dilakukan Ø Memberikan respon yang cepat dan relatif stabil Kerugian: Ø Timbulnya offset (permanent error) Setting: Pada PB kecil berarti: Ø Gain besar Ø Offset minimum Ø Kemungkinan timbul cycling Pada PB besar berarti: Ø Gain kecil Ø Offset besar Ø Loop lebih stabil Tuning Procedure: Turunkan gain ½-nya jika terjadi cycling6.1.4. Proportional + integral control Aksi integral (reset) didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk merubah controller output sebanyak perubahan yang disebabkan oleh aksi proportional. Aksi integral umumnya
    • 93digunakan bersama dengan aksi proportional (hampir tidak adacontroller yang mempunyai mode integral only).Dengan tambahan mode integral, output controller akanmerespon terhadap besar dan lamanya error. Selama deviasi darisetpoint masih terjadi, controller akan terus memberikan sinyaloutput untuk mengurangi deviasi (error) tersebut. Laju perubahanoutput controller sebanding dengan arah (magnitude) errorseperti diilustrasikan pada gbr. berikut: + I action X% P action X% Controller Output TR Gambar 4.4. Aksi PI controlProportional + Integral control (PI control) adalah aksi controlyang paling direkomendasikan pada hampir semua aplikasi dilapangan. Penggabungan aksi proportional dan integral inimemberikan respon dan stabilitas control yang tinggi tanpa offset.Integral berfungsi sebagai automatic bias adjustment untukmenghilangkan offset.Output dari PI controller diekspresikan sbb:
    • 94 é 1 ù mv = Kc êe + ò edt ú + b (5) ë Ti ûDimana: Ti = Integral time (reset time) CO SP PV Gambar 4.5. PI controller mengeliminasi offsetProportional + Integral control summaryKeuntungan:Ø Menghilangkan error permanenKerugian:Ø Timbulnya reset wind-upØ Kemungkinan overshootSetting:Fast reset (repeats/min kecil) :Ø Gain tinggiØ Proses kembali menuju setpoint dengan cepatØ Kemungkinan cyclingSlow reset (repeats/min besar): Ø Gain kecil Ø Proses kembali ke setpoint dengan lambat Ø Loop lebih stabilTuning Procedure:Ø Turunkan reset 1/3-nya jika terjadi cycling
    • 956.1.5. Proportional+integral+derivative control Aksi derivative (disebut juga rate) membuat output controller sebanding dengan laju perubahan error. Ini berarti jika proses dalam kondisi stabil, meskipun ada error, output controller tetap akan zero. Derivative umumnya dikombinasikan dengan aksi proportional atau proportional+integral. Aksi derivative menambahkan elemen antisipasi (lead action) pada controller. Fungsinya menaikkan kecepatan respon controller dan kompensasi lag yang ditimbulkan oleh aksi integral. Berikut adalah ekspresi output dari PD controller: é d ù mv = Kc êe + Td e ú + b .. (6) ë dt û Dimana: Td = Derivative time Untuk PID controller, persamaan diatas akan menjadi: é 1 d ù mv = Kc êe + ò e dt +Td e ú . . (7) ë Ti dt û CO SP PV Gambar 4.5. PID controller performance Proportional+Integral+Derivative control summary Keuntungan: Ø Perubahan output lebih cepat (responsif) Kerugian:
    • 96 Ø Ikut memperkuat sinyal noise Ø Pada fast proses (pressure dan flow) akan terjadi cycling Setting: Large rate (minutes kecil): Ø Gain tinggi Ø Perubahan output besar Ø Kemungkinan cycling Slow rate (minutes besar): Ø Gain kecil Ø Perubahan output kecil Ø Loop lebih stabil6.1.6. GAIN LOOP (KL) Yang dimaksud dengan gain loop adalah perkalian antara gain yang terlihat di dalam sistem pengendalian proses (controller gain, plant gain, transmitter gain dan Control valve gain). Gain loop dapat diatur melalui gain controller dengan cara mengatur proportional band (PB). Secara matematis gain loop dapat dirumuskan sebagai berikut : Kl = Kc x Kp x Kt x Kv Dimana : Kl = gain loop Kc = gain controller Kp = gain plant Kt = gain transmitter Kv = gain valve Hubungan input dan output yang menghasilkan gain pada tiap komponen adalah : S V S V Kl = x x x S V V S
    • 976.2. LEVEL CONTROLLER FISHER TYPE 2500 Level controller adalah alat untuk mengontrol ketinggian fluida cair yang berada di dalam tangki. Secara otomatis tinggi rendahnya minyak dapat diatur dengan memutar dial rise level kekanan atau kekiri. Level control ini dilengkapi displacer yang terpasang dalam chamber (external mounted sensor). floating. Standart untuk semua displacer adalah panjangnya 14 . Gambar 4.6. Level controller Gambar 4.7. Instalasi Level controller Prinsip Kerja
    • 98Level controller dilengkapi dengan displacer yang bekerja berdasarkanhukum Archimides. Prinsip Archimides pada dasarnya berat benda yangdicelupkan pada zat cair akan berkurang beratnya sebesar berat zatcair yang dipindahkan. a b Gambar 4.8. (a) Hukum Archimedes dan (b) Displacer Persamaan kesetimbangan gaya untuk silinder yang tercelup pada zat cair seperti gambar 4.8.a, dapat ditulis sebagai berikut : =r (pd)2 h Fy 2 g - mg .................................... (1) 4 Dimana : Fy = gaya resultante vertikal r = massa jenis cairan (pd)2 = luas penampang silinder 4 g = konstanta gravitasi h = panjang displacer yang tercelup ke dalam cairan m = massa silinder bila Fy = 0, h2 dapat ditentukan : rA h2g mg = 0 (2)
    • 99 dari sini, ketinggian pencelupan silinder h2 ialah : mg h1 r c Ag h2 = = atau rAg rAg h2 rc = .......................................... (3) h1 r Perubahan ketinggian cairan menyebabkan berat displacer berkurang kemudian diubah menjadi gerakan puntir melalui torque tube. Displacer Torque Tube Controller Gambar 4.9. Blok diagram Displacer, Torque Tube dan Controller6.3. PRESSURE CONTROLLER FISHER TYPE 4150 Type ini adalah series pneumatic pressure controller yang menggunakan bellows atau bourdon tube sebagai sensing element untuk tekanan gas atau liquid. Controller dengan output standart (3-15 psi) dapat digunakan untuk menggerakkan final control element. Gambar 4.10. Pneumatic Pressure Controller Fisher Type 4150
    • 1006.3 TUNING CONTROLLERController di-tune adalah upaya untuk mencocokkan karakteristik controlequipment dengan proses untuk mencapai tujuan sebagai berikut:1. Sistem merespon error dengan segera2. Sistem memperoleh kestabilan (PV tidak berosilasi disekitar SP)6.3.1 KOMPONEN-KOMPONEN TUNING CONTROLLER 1. Proportional Mode Proportional mode tidak terlepas dari gain controller, karena kekurangan dari proportional dapat diminimalkan oleh pengaturan Proportional Band untuk kestabilan proses Gain controller dirumuskan : Kc = 100/PB 2. Integral mode Aksi integral sangat tergantung dari lamanya error , setting integral dinyatakan dalam repeats per minutes, yaitu berapa kali aksi proportional yang diulang selama 1 menit. Penambahan reset berarti menambah satu lagi komponen gain pada controller. Semakin cepat aksi reset, semakin besar gain. Reset windup Reset windup adalah situasi dimana output controller bergerak ke salah satu posisi extreme (minimum atau maksimum) karena adanya selisih yang besar antara setpoint dengan proses. Controller dapat dilengkapi dengan anti reset windup, yang berfungsi agar output dapat mengejar setpoint dengan cepat dan meminimilkan overshoot.
    • 101 3. Derivative mode Pada beberapa proses yang besar dan lambat, respon controller terhadap perubahan yang kecil tidak begitu baik. Untuk memperbaiki respon ini diperlukan derivative mode.6.4 METODE TUNING6.4.1. Quarter Decay Method Metode ini dipakai pada closed loop tuning yang berarti mode controller harus tetap pada posisi auto ketika tuning dilakukan. Metoda quarter decay menentukan batas akhir sensitifitas tuning sebuah controller. Seringkali tuning yang dihasilkan terlalu ketat (terlalu sensitif) pada proses-proses yang membutuhkan pergerakan valve cepat. Untuk mencegah terjadinya ketidakstabilan valve, konstanta tuning harus diset pada nilai 1½ kali dari nilai yang didapat dari metode quarter decay. Lalu dilanjutkan dengan tuning. Secara umum urutan tuning adalah sbb: 1. Posisikan controller pada automatic mode. PB harus berada pada nilai terbesar (gain terkecil). Integral time berada pada nilai tertinggi (minutes per repeat). Derivative time juga pada nilai tertinggi. 2. Lakukan perubahan kecil pada setpoint dan rekam hasilnya hingga proses kembali normal 3. Kembalikan setpoint ke nilai aslinya. Rekam hasil seperti sebelumnya. 4. Turunkan PB (naikkan gain) sedikit dan ulangi langkah 1 3 sehingga rekaman output menyerupai gambar 5.5, yaitu hingga amplitudo kurva B kurang lebih 1/4 kali kurva sebelumnya.
    • 1026.4.2. Ultimate sensitivity method Ultimate sensitivity method juga dipakai pada closed loop test. Posisi controller pada automatic mode. Proses tuning dilakukan sbb: 1. Set controller pada proportional only, atur integral time dan/atau derivative time pada nilai minimumnya. 2. Kurangi PB (naikkan gain) secara perlahan (step kecil) sambil mengujinya dengan mengubah-ubah setpoint hingga controller mulai berosilasi secara kontinyu seperti gambar berikut: Gain terlalu kecil, proses stabil Gain terlalu besar, proses unstable Pu Gain sesuai, proses osilasi kontinyu Gambar 5.8. Ultimate sensitivity method Sampai pada titik ini, setting PB ini disebut dengan ultimate proportional band disingkat PBu. Perioda osilasi ini disebut
    • 103 ultimate periode dengan satuan menit dan disingkat Pu. Nilai PBu dan Pu ini dipakai untuk menghitung konstanta tuning seperti yang diperlihatkan pada tabel 3.1. Tabel ini memperlihatkan dua set konstanta tuning untuk proportional+integral+ derivative. Tabel 5.1 Ultimate sensitivity method tuning constant Proportional Reset Time Derivative Time Band (%) (minutes) (minutes)Proportional Only 2 PBU Max MinProportional+Integral 2,2 PBu 0,83 Pu MinProportional+Integral+Derivative 1,7 PBu 0,5 Pu 0,125 PuNotes: PBu =Ultimate Proportional Band, (%) Pu = Ultimate periode, minutes
    • 104 BAB. VI PENUTUPA. Kesimpulan Materi dasar instrumentasi ini merupakan bagian yang terintegrasi dari proses diklat teknis instrumentasi juga diklat yang lain . Isi materi ini membahas tentang alat ukur, control valve dan proses control serta analisa penyebab kegagalan. Berdasarkan penjabaran dan manfaatnya, tiap pokok bahasan dan sub pokok bahasan mempunyai karakteristik tersendiri, dimana harapan kami peserta diklat mau mendalami materi modul ini. Sistem penyampaian tidak hanya mengacu pada isi modul yang tertulis tapi juga memasukan unsur realistis peralatan yang terpasang dilapangan dan faktor lain penyebab kegagalan.B. Tindak Lanjut 1. Setelah menyelesaikan diklat ini, peserta sebaiknya meningkatkan pengetahuan yg lebih spesifik dengan mengikuti training lanjutan sesuai dengan tingkat dan rumpun materi yg tepat. 2. Gunakan pembahasan dan latihan menyelesaikan evaluasi serta merangkum isi dalam modul ini untuk peningkatan kemampuan dalam makaryo. 3. Lakukan analisa terhadap peralatan instrumentasi di tempat kerja sebelum melakukan tindakan yang bisa menyebabkan kecelkaan akibat kesalahan pengoperasian
    • 105 DAFTAR PUSTAKA1. Benyamin C. Kuo automatic Control Systems Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 19912. Charles L. Philips, Royce D. Harbor Feedbac Control Systems Printice Hall, Third Edition 19963. Curtis D.Jhonson, Process Control Instrumentation Technology Prentice Hall, Sixth Edition19974. David B. Brown System Analysis & Design For Safety Prentice-Hall, Inc 19765. Frans Gunterus, Dasar Falsafah Sistem Pengendalian Proses, PT. Elex Media Komputindo, Jakarta, 1994.6. Instrument for Process Measurement & Control Edisi ketiga oleh : Norman A. Anderson.7. Instruction Manual type 4660 High - Low Pressure Pilot Dikeluarkan oleh : Fisher Control8. Instruction Manual 2900 - 244 V Liquid Level Controllers. Dikeluarkan oleh : Fisher Control.9. Rhodes, T.J. and Carroll, G.C., Industrial Instruments for Measurement and Control, Second Edition, McGraw-Hill Book Company.10. Wightman, E.J, Instrumentation in Process Control, CRC Presss, Cleveland, Ohio.