2. Tujuan Pembelajaran
Saat aku menyelesaikan bab ini, ku ingin dapat melakukan
hal-hal berikut.
• Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang
diaplikasikan pada kontrol
• Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam
lup berumpan-balik (feedback loop)
• Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa
contoh proses kimia
2

3. Kerangka Kuliah
Kerangka kuliahnya adalah berikut ini:
• Kenapa Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang?
• Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian
- Apa kerja sebuah sistem berumpan-balik?
- Kenapa perlu pengendalian?
- Kenapa pengendalian mungkin?
- Di mana pengendalian dikerjakan?
- Bagaimana pengendalian didokumentasikan?
• Workshop
• Petunjuk Belajar Mandiri
3

4. Kenapa Ada Kuliah Pengendalian Proses?
• Saat saya menjalankan percobaan kinetika, bagaimana saya menjaga
suhu dan level pada harga yang diinginkan?
• Bagaimana saya membuat produk dengan kualitas tinggi secara konsisten
saat terjadi perubahan sifat bahan baku?
• Berapa waktu yang saya perlukan untuk menanggapi situasi berbahaya?
Setiap insinyur memerlukan pengetahuan dasar pengendalian.
Banyak peluang karir yang menarik ada
pada seorang spesialis teknik.
4

5. Bagaimana Sekarang dengan Kuliah Pengendalian?
• Kita mulai dengan analisis keadaan tunak (steady-state) karena itu lebih
mudah dan penting.
• Kita membangun kepakaran dalam ilmu dasar (fluida, perpindahan
kalor, termodinamik, dsb.) dan unit proses (distilasi, CSTR, dsb.). Kini
kita punya contoh-contoh yang memerlukan pengendalian!
• Kita perlu menguasai pengendalian sebelum mengintegrasikan
pengengetahuan kita dalam disain proses?
Jadi ini merupakan saat yang penting untuk mempelajari bagaimana “menyetir”
proses kimia. Dengan wawasan ini, kita akan dapat mendisain
pabrik yang dapat dikendalikan secara aman dan menghasilkan
produk yang berkualitas tinggi.
5

6. Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Mari kita lihat beberapa contoh pertama. Lalu, kita akan
mengembangkan sebuah konsep umum.
• Gambarkan metode anda
untuk mengendarai mobil
• Dapatkah anda
mengendarai modil tanpa
melihat kaca depan?
• Apa yang harus disediakan
oleh perancang mobil?
• Bisakah “disain yang baik”
menghilangkan kebutuhan
akan stir?
6

7. Apa Kerja Sistem Berumpan-balik
Mari kita lihat beberapa contoh pertama. Lalu, kita akan
mengembangkan sebuah konsep umum.
• Gambarkan bagaimana
bekerjanya pemanas di
rumah
• Gambarkan perilaku
dinamik dari T
• Apa yang harus disediakan
oleh perancang rumah?
• Bisakah “disain yang baik”
menghilangkan kebutuhan
akan perubahan
pemanasan?
7

8. Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Bagaimana siklus suhu?
Apa cukup baik untuk semua variabel pada proses kimia?
INGAT: jika “ya”, kuliah selesai!
8

9. Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Sistem pengendalian memunculkan tiga unsur dasar.
Harga yang diinginkan
CONTROLLER
FINAL
ELEMENT SENSOR
PROSES
Inputs Outputs
9

10. Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Apa “unsur akhir” yang khas untuk
proses-prose kimia?
Harga yang iinginkan (setpoint)
CONTROLLER
Apa maksud
FINAL arah panah itu?
ELEMENT SENSOR
PROSES
Inputs Outputs
Bagaimana kita memilih
lokasi sensor?
10

11. Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Harga yang iinginkan
CONTROLLER
FINAL
ELEMENT SENSOR
PROSES
Masukan Keluaran
KENDALI (kata kerja): Menjaga kondisi yang diinginkan dalan sebuah sistem
fisik dengan menyesuaikan variabel-variabel yang dipilih dalam sistem tersebut.
PENGENDALIAN BERUMPAN-BALIK (FEEDBACK CONTROL) mendayagunakan
keluaran dari sistem untuk mempengaruhi masukan dari sistem yang sama.
masukan = sebab keluaran = efek
11

12. Apa Kerja Sistem Berumpan-balik?
Perhatian: Kesalahpahaman yang umum dalam istilah!
Bahasa gaul Engineering & Science
Negative feedback: “Idiot lu! Negative feedback: Aksi untuk
mengurangi kesalahan dari yang
diinginkan.
Bagus!
Positive feedback: Itu ide yang Positive feedback: Aksi yang
bagus. Trims! menaikkan kesalahan dari yang
diinginkan.
12

13. Kenapa Pengendalian Perlu?
Satu kata: GANGGUAN! Beri contoh-contoh dalam CSTR
pada gambar berikut.
Kita ingin mencapai hal-hal berikut:
v1
1. Kesalamatan (safety)
2. Proteksi lingkungan
3. Proteksi peralatan
T 4. Operasi yang lancar
5. Kualitas produk
6. Profit
A
7. Memonitor dan mendiagnosis
CB
v2
Bab 2 13

14. Kenapa Pengendalian Perlu?
Satu kata: GANGGUAN!
xD
Beri contoh-contoh dalam
FR menara distilasi pada gambar
berikut.
FV
xB
14

15. Kenapa Pengendalian itu Mungkin?
Pengendalian adalah mungkin bisa dilakukan hanya jika insinyur
menyediakan peralatan yang dibutuhkan selama disain proses.
Bagian 1: Peralatan pengendalian
Komunikasi
Final v1
element
T
Sensors A
Computing and
CB interface for
person
v2
Final element 15

16. Kenapa Pengendalian itu Mungkin?
Pengendalian adalah mungkin bisa dilakukan hanya jika insinyur
menyediakan peralatan yang dibutuhkan selama disain proses.
Bagian 2: Peralatan pengendalian
v1
Bagaimana kita
menentukan T
volume reaktor?
A
CB
Bagaimana kita menentukan
v2
luas perpindahan panas?
16

17. Di mana Pengendalian Dilakukan?
Sensor, indikator lokal,
dan katup dalam proses
Tampilan variabel, kalkulasi, dan
perintah ke katup ada di pusat
kontrol
Menunjukkan panel pengendalian
tipe yang lebih lama
17

18. Di mana Pengendalian Dilakukan?
Sensor, indikator lokal,
Central control room dan katup dalam proses
Tampilan variabel, kalkulasi, dan
perintah ke katup ada di pusat
kontrol.
Menunjukkan panel kontrol modern
berbasis komputer
18

19. Bagaimana Disain Pengendalian
Didokumentasikan?
Gambar perpipaan dan instrumentasi (P&I drawings) menyediakan dokumentasi.
• Sistem terlalu kompleks untuk digambarkan dalam kata-kata.
• Kita harus menggunakan simbol-simbol standar.
FC
F = flow
TC
L = level
LC
A
P = pressure
T = temperature
A = Analyzer (mis. ρ atau pH)
…..
19

20. Jenis Sistem Pengendalian
 Sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control
system).
 sistem kontrol berumpan-balik (feedback control
system)
 sistem kontrol inferensial (inferential control system)
 sistem kontrol berumpan-maju (feedforward control)
 Sistem kontrol lup terbuka (open-loop control
system).
20

21. Pengendalian Berumpan-Balik
MANUAL
AUTOMATIK
Masukan Kontroler Proses Keluaran
Alat Ukur
21

22. Lup Terbuka
Masukan Kontroler Proses Keluaran
 Faktor penting: WAKTU
 Kelebihan:
 konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah
 lebih murah
 tidak ada persoalan kestabilan
 cocok untuk keluaran yang sukar diukur/tidak ekonomis (contoh:
untuk mengukur kualitas keluaran pemanggang roti)
 Kelemahan:
 gangguan dan perubahan kalibrasi
 untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu kalibrasi ulang dari
waktu ke waktu
22

23. Sinyal Transmisi
Ada tiga jenis sinyal yang digunakan pada industri proses saat ini, yaitu:
 Sinyal pneumatic atau tekanan udara, normalnya 3 – 15 psig. Jarang
menggunakan 6 – 30 psig atau 3.0 – 27 psig. Gambar sinyalnya pada
gambar P&ID (piping and instrument diagram) adalah
 Sinyal elektrik (elentric) atau elektronik, normalnya antara 4 dan 20
mA. Jarang menggunakan 10 – 50 mA atau 1 – 5 V atau 0 – 10 V.
Gambarnya:
 Sinyal digital atau diskret (nol dan satu).
Sering juga diperlukan untuk mengubah dari satu sinyal ke sinyal
lainnya. Ini dilakukan oleh transducer. Contohnya dari sinyal listrik ke
sinyal pneumatik. Ini menggunakan transduser arus (I) dan pneumatik
(P) atau I/P I
P
FY
10
23

24. 24

25. Istilah-istilah Penting
 Controlled variable (variabel yang dikontrol):
Variabel yang harus dijaga atau dikendalikan pada harga yang
diinginkan. Contoh: laju alir, komposisi, suhu, level, dan tekanan
 Setpoint:
Harga yang diinginkan dari controlled variable
 Manipulated variable (variabel yang diubah-ubah):
Variabel yang digunakan untuk menjaga contolled variable berada
pada setpoint-nya; biasanya berupa laju alir dari aliran tertentu yang
masuk atau meninggalkan suatu proses
 Uncontrolled variable:
Variabel di dalam proses yang tidak bisa dikontrol. Contohnya: suhu
dari sebuah tray dalam kolom distilasi
 Disturbance atau upset (gangguan):
Variabel yang dapat menyebabkan controlled variable berubah dari
harga setpoint-nya; biasanya berupa laju alir, suhu, atau komposisi
sebuah aliran yang masuk (tapi kadang meninggalkan) suatu proses.
25

26. Variabel Pengendalian pada Kolom
Distilasi
Feed flow rate F Distillate composition xD
Load
Disturbances
Feed composition z Bottom composition xB
Controlled
Level reflux drum MR variables
Reflux flow rate R Level base MB
Reboiler heat QR Pressure P
Manipulated Distillate flow rate D
variables
Tray 15 temperature
Bottom flow rate B
Tray 5 temperature Uncontrolled
Cooling water flow rate Fw variables
26

27. BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 1
Anda sedang menerapkan
pengendalian secara manual. Flow Control
a. Jelaskan prinsip sensor aliran
b. Jelaskan bagaimana final
element mempengaruhi
controlled variable.
c. Jelaskan aksi yang benar bila sensor
anda ingin menaikkan
controlled variable
pompa katup
27

28. BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 2
Anda sedang menerapkan Level Control
pengendalian secara manual.
a. Jelaskan prinsip sensor level
sensor
b. Jelaskan bagaimana final
element mempengaruhi
controlled variable.
c. Jelaskan aksi yang benar bila
anda ingin menaikkan
controlled variable
pompa katup
28

29. BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 3
Anda sedang menjual gas ke pelanggan berdasarkan pada aliran volumetrik
pada kondisi standar. Anda memutuskan untuk menggunakan orifice meter
untuk mengukur laju alirnya.
Anda telah mempelajari bahwa densitas aliran gas bisa berubah -10% dari
harga disainnya (diharapkan). Apa yang anda lakukan?
Orifice meter
Pabrik Pelanggan
kami
compressor valve
29

30. Pengantar Pengendalian Proses
Bagaimana yang sedang kami lakukan?
• Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang
diaplikasikan pada kontrol
• Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam
lup berumpan-balik (feedback loop)
• Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa
contoh proses kimia
Banyak perbaikan, tapi kita perlu beberapa studi lagi!
• Baca textbook
• Tinjau catatannya, khususnya tujuan pembelajaran dan workshop
• Uji coba nasihat-nasihat belajar mandiri
• Tentunya, kita seharusnya punya tugas (assignment)!
30

31. BAB 1: SUMBER PELAJARAN
• Home page
- Instrumentation Notes
- Interactive Learning Module (Bab 1)
- Tutorials (Bab 1/2)
• Textbook Appendix A on drawing symbols
- Lihat rujukan untuk detail atau simbol
31

32. BAB 1: SARAN UNTUK BELAJAR MANDIRI
1. Tulis aturan (algoritma) yang anda gunakan saat anda mengendarai modil
atau sepeda.
2. Rumuskan pertanyaan dengan jawaban dan tukar dengan anggota
kelompok studi anda.
3. Temukan gambar P&I di salah satu textbook, jelaskan strategi, dan
siapkan pertanyaan untuk dosen pada aspek yang anda tidak pahami.
4. Temukan contoh-contoh sistem pengendalian di rumahmu. (Petunjuk:
lihat pada pemanasan, AC, tangki toilet, dan peralatan dapur yang
otomatis.
32