Transmitter

1. 1
PERANCANGAN SISTEM KOREKSI LEVEL TRANSMITTER PADA SISTEM PENGENDALIAN
LEVEL SODA WATER DI NET GAS WASH COLUMN C-5-05, PT PERTAMINA (PERSERO) RU V
Riska Utami1)
Totok Soehartanto1)
1) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology
ITS Surabaya Indonesia 60111
Email: keykapurple@gmail.com
2) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology
ITS Surabaya Indonesia 60111
Abstrak
Di dalam net gas wash column C-5-05 dialirkan soda
water guna membersihkan gas H2, dimana gas H2 ini akan
dimanfaatkan untuk make up kompresor. Level hasil
siraman soda water dikontrol agar proses berjalan dengan
baik. Dalam hal ini, terdapat permasalahan pada
pembacaan level soda water, yaitu terjadi perbedaan
pembacaan antara level transmitter (berbasiskan tekanan)
yang nilai densitasnya dibuat tetap (konstan) dengan level
glass (level yang sebenarnya). Diduga level soda water di
column C-5-05 mengalami perubahan densitas sehingga
menyebabkan pembacaan tidak akurat. Oleh sebab itu,
maka dirancanglah sistem koreksi. Sistem koreksi
dirancang berdasarkan error yang dihasilkan dari sinyal
output level transmitter sebelum masuk ke controller.
Perancangan sistem koreksi dibuat dengan
membandingkan sinyal output level transmitter yang benar
dan yang salah ketika diberikan debit input wash water
yang berubah-ubah sehingga diperoleh suatu fungsi. Set
point yang digunakan pada plant untuk mengendalikan
level adalah 40 % (2,432 meter). Dengan menggunakan
sistem koreksi, maka sistem pengendalian level menjadi
lebih baik. Hal ini terbukti dari error yang dihasilkan pada
saat diberikan setpoint 2,432 menjadi 0,29 %, sedangkan
tanpa sistem koreksi adalah 7 %
Kata kunci : net gas wash column C-5-05, level soda
water, sistem koreksi, Matlab Simulink, DP Transmitter.
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Net Gas Wash Column C-5-05 merupakan salah satu
column yang terletak di Pertamina RU V, plant 5 Kilang
Balikpapan 2. Column ini berfungsi untuk menampung gas
H2 yang merupakan hasil dari berbagai proses produksi. Di
dalam column C-5-05, dialirkan soda water guna
membersihkan gas H2, dimana gas H2 ini akan
dimanfaatkan untuk make up kompresor di plant 3. Dalam
hal ini level liquid hasil siraman soda water dikontrol agar
proses berjalan dengan baik, sehingga pada column C-5-05
tersebut besaran fisis yang dikendalikan adalah ketinggian
liquid.
Pada column C-5-05 kondisi yang terjadi adalah tangki
dipasang sebuah alat ukur differensial pressure transmitter
yang bertujuan untuk mengetahui ketinggian level
berbasiskan tekanan (pressure) dan nilai densitas yang
dibuat tetap (konstan). Tetapi pada kenyataannya sering
terjadi gangguan sehingga di plant real terdapat
ketidakakuratan pembacaan level transmitter terhadap level
glass meskipun selalu dilakukan kalibrasi pada level
transmitternya. Sehingga orang lapangan selalu melihat
level glass untuk mendapatkan pengukuran yang akurat.
Padahal diketahui bahwasanya pembacaan level
transmitter yang akurat sangat diperlukan karena level
yang akan dikontrol pada column C-5-05 yang akan
dikirimkan ke DCS merupakan data hasil pengukuran dari
level transmitter.
Ketidakakuratan pembacaan level tersebut diduga
karena adanya perubahan volume wash water yang masuk
sedangkan injection soda konstan sehingga terjadi
perubahan komposisi soda water yang terakumulasi dan
mengakibatkan densitas pada soda water berubah-ubah.
Perubahan densitas soda water yang terakumulasi inilah
yang diduga mengakibatkan pembacaan tekanan
hidrostatisnya berubah. Differensial pressure transmitter
bekerja berdasarkan prinsip beda tekanan di antara tekanan
high dan tekanan low yang kemudian direpresentasikan
dengan persen sehingga didapatkan pembacaan level tanpa
memperhatikan pengaruh perubahan densitas. Adanya
perubahan densitas sehingga Phidrostatik berubah disebabkan
karena adanya perubahan volume wash water. Hal itu
dikarenakan debit input wash water pada column berubah-
ubah sesuai dengan yang diperintahkan kontroler sehingga
diperlukan perancangan sistem koreksi untuk mengukur
level soda water pada net gas wash column C-5-05 agar
akurat.
Untuk itu dilakukan sebuah penelitian agar dapat
menyelesaikan masalah dalam pembacaan data level soda
water di column C-5-05 dengan cara membuat program
koreksi untuk pembacaan level berdasarkan perubahan
volume wash water yang masuk di dalam column. Dalam
tugas akhir yang berjudul Perancangan Sistem Koreksi
Untuk Mengukur Level Soda Water Pada Net Gas Wash
Column C-5-05 di PT Pertamina (Persero) RU V akan
dikaji mengenai permasalahan tersebut.
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas adalah bagaimana
merancang sistem koreksi untuk memperbaiki hasil
pengukuran level soda water pada net gas wash column
C-5-05 di PT Pertamina (Persero) RU V
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini, ada beberapa batasan yang akan
membatasi permasalahan yang telah ditetapkan, adapun
batasan tersebut antara lain:
1. Pengendalian level pada net gas wash column C-5-05
adalah untuk mengendalikan level soda water,
dimana ketika terjadi perubahan komposisi soda
water yang masuk akibat perubahan debit input wash

2. 2
water maka akan terjadi perubahan densitas sehingga
berpengaruh pada pembacaan DP transmitter
2. Sensor level yang digunakan adalah Differensial
Pressure Transmitter yang menggunakan prinsip beda
tekanan
3. Debit gas H2input dan debit gas H2output adalah konstan
4. Perubahan tekanan yang terbaca pada tangki
merupakan tekanan hidrostatis, sehingga meski ρgas
fungsi waktu, akan saling menghilangkan berdasarkan
fungsi DP transmitter
1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah akan
dirancang sebuah sistem koreksi untuk memperbaiki
hasil pengukuran level soda water pada net gas wash
column C-5-05 di PT Pertamina (Persero) RU V
Manfaat yang diharapkan dari penelitian tugas
akhir ini adalah dapat membantu memberikan solusi
masalah ketidakakuratan pengukuran level pada net
gash wash column C-5-05 di PT Pertamina (Persero)
RU V dengan merancang sebuah sistem koreksi di
plant tersebut.
II. DASAR TEORI
2.1 Net Gas Wash Column C-5-05
PT. Pertamina (Persero) RU V merupakan salah unit
pengolahan minyak dan gas bumi yang terdapat di
Indonesia. Crude oil diolah hingga menghasilkan berbagai
produk yang dapat digunakan oleh konsumen, seperti avtur,
premium, kerosene, dan lain-lain.Gas hidrogen merupakan
hasil samping dari berbagai proses pengolahan yang akan
dimanfaatkan untuk make up kompresor. Sebelum
dimanfaatkan, gas hidrogen tersebut dilewatkan terlebih
dahulu di dalam net gash wash column. Net gas wash
column merupakan kolom yang berfungsi untuk mengubah
sifat keasaman gas dengan cara menyemprotkan fluida cair
yang dapat membuat sifat gas berubah seperti yang
dinginkan.
Dalam hal ini, net gas yang berasal dari recontact
drum C-5-04, masuk ke dalam net gas wash column C-5-
05. Net gas wash column C-5-05 didesain untuk
menghilangkan jumlah kandungan dari asam hydrochrolic
yang terkandung pada net gas (gas hidrogen/gas H2). Net
gas yang berupa gas H2 yang masih mengandung asam
klorid masuk ke column C-5-05 dan dinjeksi dengan soda
water. Soda water inilah yang berfungsi agar kandungan
asam pada net gas hilang. Setelah tidak ada kandungan
asam klorida, maka net gas tersebut dapat di trasnsfer untuk
make up kompresor pada Hydrocracker dan Naphta
Hydrotreater.
2.2 Hidrogen dan Soda
2.2.1 Hidrogen
Hidrogen (bahasa Latin: hydrogenium, dari bahasa
Yunani: hydro: air, genes: membentuk) adalah unsur kimia
dimana pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan
nomor atom 1. Hidrogen adalah unsur teringan di
dunia.Hidrogen juga merupakan unsur paling melimpah
dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur
alam semesta. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen
dalam keadaan plasma.
2.2.2 Soda.
Soda merupakan sodium bi-karbonat murni yang
memiliki rumus kimia yaitu NaHCO3. Soda adalah garam
kimia yang punya beragam fungsi. Soda bersifat basa
lemah sehingga berguna untuk menetralisasi asam dan
memecah protein. Soda bersifat basa lemah sehingga
berguna untuk menetralisasi asam dan memecah protein..
2.3 Plant Net Gas Wash Column Berdasarkan
Hukum Kesetimbangan Massa
2.3.2 Kesetimbangan Massa
Hukum kekekalan massa atau dikenal juga sebagai
hukum Lomonosov-Lavoisier adalah suatu hukum yang
menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan
meskipun terjadi berbagai macam proses di dalam sistem
tersebut. Kesetimbangan laju massa untuk mengontrol
volume dapat ditunjukkan pada gambar di bawah ini
Gambar 2.1 Kontrol Volume dengan 1 input 1 output [2]
Gambar di atas menunjukkan sebuah volume yang
dikontrol melalui laju massa input dan laju massa output.
Apabila diterapkan untuk kontrol volume, prinsip
konservasi massa dapat dituliskan sebagai berikut:
(2.1)
Massa yang terkandung didalam suatu sistem dapat
ditunjukkan dengan , sehingga prinsip konservasi
massa dapat dituliskan sebagai berikut:
(2.2)
Dimana
jumlah perubahan laju massa dalam sebagai
kontrol volume dalam suatu sistem
Laju massa input
Laju massa output
Secara umum, pada saat sistem terdiri dari beberapa
laju input dan beberapa laju output yang akan dapat
mempengaruhi kontrol volume dalam suatu sistem, dapat
ditulis sebagai berikut:
(2.3)
Seperti yang telah disebutkan pada teori di atas
bahwa pendekatan model matematis menggunakan
persamaan ketimbangan massa, dimana massa yang
terakumulasi merupakan selisih laju massa input dengan
laju massa output. dengan mengetahui massa yang
terakumulasi didalam sistem maka mekanisme perubahan
massa per satuan waktu dapat dihitung[1].
(2.4)
[ ] [ ] [ ]outinakumulasi flowrateflowrateflowrate −=

3. 3
Berikut merupakan pemodelan plant net gas wash
column berdasarkan hukum kesetimbangan massa :
••
−= oi mm
dt
dm (2.5)
ogasoSWigasisodaiwater
gasgasswsw
mmmmm
dt
VVd
−−++=
+ •••)( ρρ (2.6)
Dimana:
dt
dm
= akumulasi massa dalam kolom
•
im = Mass flow input
•
om = Mass flow output
•
iwaterm = mass flow water input (kg/jam)
•
isodam = mass flow soda input (kg/jam)
•
igasm = mass flow gas input (kg/jam)
•
oSWm = mass flow sodawater output (kg/jam)
•
ogasm = mass flow gas output (kg/jam)
SWρ = density soda water (kg/m3
)
gasρ = density gas (kg/m3
)
SWV = volume soda water dalam kolom (m3
)
gasV = volume gas dalam kolom (m3
)
2.3 Massa Jenis (Density)
Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan
volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda,
maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa
jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi
dengan total volumenya. Karena adanya variasi volume
yang masuk, maka dapat menyebabkan komposisi yang ada
dalam fluida berubah sehingga menyebabkan density fluida
berubah
Berikut persamaan yang menunujukkan hubungan
massa dengan volume:
(2.8)
(2.9)
Berdasarkan persamaan di atas menunjukkan bahwa
perubahan volume akan mempengaruhi perubahan
komposisi fluida yang akan berdampak pada perubahan
density (ρ) zat tersebut dan berujung kepada perubahan
tekanan (P). Berdasarkan persamaan
(2.10)
Dimana:
P = Tekanan
V = Volume
T = Temperature
R = tetapan gas
Dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa ρ ≈ 1/T
dan ρ ≈ P
2.4 Level Transmitter
Level transmitter berfungsi untuk mendeteksi tingkat
zat yang mengalir, termasuk cairan, slurries, granular
material, dan bubuk[3]
. Jenis level transmitter yang
digunakan di PT Pertamina (Persero) RU V adalah
differential pressure transmitter, seperti pada gambar di
bawah
Gambar 2.2 Differential Pressure Transmitter[3]
2.4.1 Diferensial Pressure Transmitter
Differential pressure transmitter, bekerja
berdasarkan 2 prinsip beda tekanan. Transmitter yang
banyak digunakan untuk mengukur ketinggian suatu fluida
didalam tangki adalah differential pressure transmitter
(DP transmitter). Prinsip kerja DP -Transmitter
berdasarkan keseimbangan gaya dua masukan yang
berbeda tekanan atau yang biasanya disebut Hidrostatic
Head.. Prinsip pembacaan perbedaan tekanan di dalam
tangki tergantung pada nilai high pressure (HP) dan low
pressure (LP) pada tapping point yang telah ditentukan,
sehingga dapat disimpulkan bahwa DP transmitter
mengukur tekanan hydrostatic dari fluida yang ada di
dalam tangki dan hydrostatic head dinyatakan dalam
tekanan dengan persamaan:
Dimana:
P = tekanan hydrostatic Head (mmH2O)
ρ = fluid density (kg/m3
)
g = konstanta gravitasi
h = level fluida (m)
Sehingga untuk tangki tertutup:
(2.11)
(2.7)

4. 4
)
1
1(
)(
)(
sT
K
sE
sU
i
p +=Gambar 2.3 Pengukuran Level dengan Differential
Pressure Transmitter [4]
Berikut adalah gambaran umum singkat mengenai
pemasangan differential pressure transmitter [4]
:
• High Pressure dihubungkan pada tangki bagian
bawah yang berfungsi sebagai tekanan terukur.
• Low Pressure dihubungkan pada tangki bagian
atas sebagai tekanan referensi.
• Pada tekanan referensi berisi tekanan berupa gas
atau uap, bukan menggunkan cairan/fluida yang
ada dalam tangki.
• kaki referensi harus dipertahankan kering sehingga
tidak ada tekanan yang disebabkan oleh fluida cair
(2.12)
(2.13)
Berikut merupakan differential pressure transmitter
yang digunakan pada net gash wash column C-5-05.
Beserta spesifikasinya:
Gambar 2.4 Differential Pressure Transmitter
Berikut adalah spesifikasi dari Differential Pressure
Transmitter yang di dapat dari data lapangan
Spesifikasi :
Ins tag no :05-LT-123
Type : D/P Transmitter FKCT35V5
Manufactur : Fuji
Range : 0-10000 mmH2O
Power Supply : 45 volt DC max
Output : 4-20 mA
Mwp : 160 Kgcm2
Actual Range : - 500 mmH2O (0%) hingga -4000
mmH2O (100%)
Differential Pressure (DP) transmitter berkerja
berdasarkan selisih perbedaan tekanan antara sisi high dan
low. Karena tekanan yang menjadi parameter utama dari
transmitter, tentu saja density yang bervariasi akan
mempengaruhi pembacaan transmitter yang berkerja
berdasarkan perbedaan tekanan.
2.5. Sistem Pengendalian Level Kendali PI
Level merupakan hal yang sangat cepat mengalami
perubahan, sehingga dalam proses apapun level menjadi hal
yang penting untuk dikendalikan[2]
. Kendali PI merupakan
sebuah aplikasi dari rangkaian kendali yang menggunakan dua
buah komponen sekaligus yaitu kendali proporsional dan kendali
integral[1]
. Kendali jenis ini digunakan untuk mendapatkan respon
transien dan respon steady state. Di bawah ini adalah persamaan
umum dari PID kendali :
(2.14)
atau fungsi transfer dari proporsional-integral-derivatif
kendali adalah :
(2.15)
2.6 Faktor Koreksi
Faktor koreksi adalah faktor penyesuian dari
kondisi ideal ke kondisi sebenarnya untuk suatu variable
tertentu (MKJI, 1996). Dalam sistem pengendalian level
soda water pada net gas wash column C-5-05 terdapat
ketidaksesuaian antara pembacaan pada level glass dan
level transmitter sehingga diperlukan faktor koreksi untuk
memperbaiki kesalahan pembacaan tersebut. Perbaikan
kesalahn pembacaan level melalui sistem koreksi yang
dibuat, sangatlah penting, karena pembacaan level
transmitter harus tepat agar manipulasi variabel yang
bekerja atas perintah controller juga sesuai dengan
keadaan real plant.
III. PEMODELAN DAN PERANCANGAN SISTEM
3.1 Alur Penelitian
Berikut merupakan tahapan - tahapan yang dilakukan
pada penelitian ini dapat dijabarkan melalui flowchart
berikut.
∫+=
t
i
p
p dtte
T
K
teKtu
0
)()()(

5. 5
Mulai
Tinjauan Lapangan Penyebab Terjadinya Ketidakakuratan
Pembacaan Level
Studi Literatur Sistem Pengukuran Level di Kolom C-5-05
1.Karakteristik dari Kolom C-5-05
2. Alat ukur D/P Transmitter
3. Perubahan Densitas Terhadap Perubahan Komposisi Dalam Hal
Ini Volume yang Masuk
Pengambilan Data Spesifikasi Kolom,D/P Transmitter dan Alat-Alat
Instrument Lain Yang Berkaitan dengan Proses Tersebut
Perancangan dan Simulasi Sistem Plant Net Gash Wash Column C-
5-505 dengan ρ (densitas) sebagai Fungsi Komposisi yang Masuk
Berdasarkan Volume Water yang Masuk
1
Simulasi Perkomponen Sistem Pengendalian Level Pada Net Gas
Wash Column C-5-05
Perancangan Sistem Pengkoreksian Pengukuran dengan Differential
Pressure Transmitter
Pemrograman Simulasi Pengukuran Level Air Soda dengan
Mempergunakan Faktor Koreksi
Analisa Hasil Simulasi
Penyusunan Laporan
Selesai
Ya
Simulasi Hasil Perancangan Berjalan Sesuai
1
Tuning PI Kontroller Dengan Metode Osilasi
Gambar 3.1 Alur Penelitian
Tahap pertama yang dikerjakan adalah tinjauan
lapangan dengan melakukan pemantauan DP transmitter
yang terpasang pada net gas wash column C-5-05 selaku
alat ukur level pada kolom C-5-05 dan data-data lain yang
berkaitan dengan proses pada kolom C-5-05, seperti data
pompa dan data kolom. Setelah itu dilanjutkan dengan
pembuatan model matematis densitas terhadap perubahan
komposisi soda water akibat dari perubahan volume wash
water yang masuk untuk mendapatkan nilai densitas
sebenarnya yang digunakan untuk menghitung nilai level
yang lebih akurat pada kolom C-5-05. Untuk mendapatkan
level yang akurat maka dilakukan pemodelan plant
menggunakan hukum kesetimbangan massa sesuai dengan
akumulasi soda water dan gas H2 yang terdapat didalam
kolom. Untuk mengetahui nilai densitas sesungguhnya dari
pemodelan tersebut, maka dilakukan sebuah simulasi
dengan menggunakan bantuan software MatLab. Setelah
didapatkan nilai level yang sebenarnya, dilakukan
pengujian perbandingan antara data level serta data output
berupa arus setelah melewati LT123 dan sebelum melewati
LT 123 untuk mengetahui nilai dari setiap keadaan
sehingga dapat dibuat sebuah faktor koreksi pembacaan
yang akurat dan diharapkan hasil pembacaan pada
differensial level transmitter dapat sesuai dengan keadaan
yang sebenarnya. Selanjutnya adalah dilakukan analisa
terhadap hasil simulasi yang telah dibuat.

6. 6
3.2 Sistem Pengendalian Level Pada Net Gas Wash
Column C-5-05
Net Gas Wash Column C-5-05 merupakan salah satu
column yang digunakan untuk melewatkan gas H2. Di
dalam Net Gas Wash Column, gas H2 disiram dengan soda
water guna untuk menetralisir sifat asam gas H2 sehingga
gas H2 dapat dimanfaatkan untuk make up kompresor di
plant 3. Di dalam net gas wash column, level soda water
dikendalikan guna memperoleh hasil gas H2 yang
maksimal.
Gambar 3.2 Net Gas Wash Column C-5-05
Level soda water di dalam net gas wash column
dikontrol sebesar 40% dari taping point bawah hingga
taping point atas. Pada net gas wash column terdapat 3
inputan yaitu gas H2, injection soda, dan wash water serta
terdapat 2 outputan yaitu, gas H2 yang telah dinetralisasi
dan soda water.
3.2.1SistemPengendalian Level Yang Ada Saat Ini
ColumnC-5-05
Soda
Water
GasH2
Q3
G-8 G-9
G-5
V-7
I-4
LT
123
I-5
LIC
123
CausticInjectionSoda WashWater
Q6
Plow
Phigh
V-5
V-4
I-6
LG
123
22960 m3
/jam
H2Netgas
33000 m3
/jam
H2fromC04
Q4
Q7
Q8
Q2
R2
R1
Q1
ρ2 , H2
ρ(t), H1
ρa
ρs
Gambar 3.3 P&ID Sistem Pengendalian Level
Berdasarkan P&ID di atas, diagram blok dari sistem
pengendalian level dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem Pengendalian Level
Berdasarkan diagram blok di atas, dapat diketahui
bahwa flow rate masukan dapat dikatakan sebagai load.
Dalam mengendalikan prosesnya, sistem pengendalian
yang ada telah dilengkapi dengan controller.
3.2.2 Sistem Pengendalian Level Dengan Penambahan
Faktor Koreksi
Column C-5-05
Soda
Water
Gas H2
Q3
G-8 G-9
G-5
V-7
I-4
LT
123
I-5
LIC
123
Caustic Injection Soda Wash Water
Q6
Plow
Phigh
V-5
V-4
I-6
LG
123
22960 m3
/jam
H2 Netgas
33000 m3
/jam
H2 from C04
Q4
Q7
Q8
Q2
R2
R1
Q1
ρ2 , H2
ρ(t), H1
ρa
ρs
Gambar 3.5 Desain Sistem Pengendalian Level yang
dilengkapi Faktor Koreksi
Gambar diatas merupakan sistem pengendaliam level
pada net gas wash column C-5-05 yang akan dilengkap
dengan sistem koreksi. Masukan dalam sistem yang berupa
debit input wash water yang bervariasi berperan sebagai
load, karena variasi masukan tersebut mengakibatkan
perubahan density yang sangat mempengaruhi akumulasi
level setiap detiknya.
Plow =ρ.g.hρ = mtotal /voltotal
Aktuator
(Pompa G-09A)
Controller
Level Pada Net
Gash Wash Column
Level Transmitter
Load (density)
e+
-
PVu MV
Q7inp wash
water
+
-
SP
Aktuator
(Pompa G-09A)
Controller
Level Pada Net
Gash Wash Column
Level Transmitter
Load (density)
e+
-
PVu MV
Q7inp wash
water
+
-
SP

7. 7
3.3 Model Matematis Komponen
Pada sub-bab berikut akan dijabarkan model
matematis perkomponen sesuai dengan diagram blok
sistem pengendalian level pada net gas wash column seperti
pada gambar 3.5 di atas.
3.3.1 Pemodelan Net Gas Wash Column C-5-05
Seperti apa yang telah dijelaskan di Bab sebelumnya
mengenai pemodelan plant net gas wash column C-5-05
maka didapatkan model sebagai berikut :
Pemodelan Net Gas Wash Column C-5-05
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
Penyelesaian:
Subtitusi persamaan 2 dan 3 ke persamaan 1
] (3.9)
Subtitusi persamaan 4 ke persamaan 8
(3.10)
(3.11)
(3.12)
Dimana :
Debit input gas H2 = 33000 m3
/jam
Debit output gas H2 = 22900 m3
.jam
Debit output soda water = 0,45 m3
/jam
Debit soda water yang direcycle
Debit caustic injection soda = 0,042 m3
/jam
Debit caustic injection soda + soda water
yang di recycle
Debit wash water (dikendalikan sebagai
manipulasi)
Densitas soda water intank (fungsi waktu)
Densitas gas H2 rata-rata = 0,00880 kg/m3
Densitas wash water = 1000 kg/m3
Densitas caustic injection soda = 1089,5
kg/m3
Tinggi soda water in column (dikendalikan
dengan set point 40 % dari taping point atas
(2,432m)
Tinggi gas H2 in column
dari data = 5,40444444
dari data = 0,00028606
Melalui model matematis plant pada persamaan 3.13,
maka dilakukan wiring dengan menggunakan simulink
yaitu sebagai berikut :
Gambar 3.6 Wiring Net Gas Wash Column C-5-05
Dalam hal ini Q7 yang merupakan debit input wash water
yang masuk ke dalam kolom bervariasi sehingga
menyebabkan density soda water di dalam kolom berubah-
ubah. Sehingga pada subsytem wiring pemodelan plant di
atas, terdapat fungsi density sesuai dengan komposisi
masukan sebagai berikut:

8. 8
(3.14)
(3.15)
(3.61)
(3.17)
Dimana:
Volume water awal dalam column
Volume soda awal dalam column
Volume injection soda input (konstan)
Volume wash water input (dikendalikan
melalui debit wash water input)
3.3.2 Level Transmitter (05-LT- 123)
Adapun span variable terukur merupakan hasil
perhitungan spesifikasi dari range transmitter sehingga
pemodelan matematis pada level transmitter adalah
sehingga pemodelan matematis pada level transmitter LT
123 yaitu sebagai berikut :
( ) 6,1
10
420
=
−
=
m
mA
Kt
(3.22)
sekonsekont .0112.16,1
100
3,62
=×=τ (3.18)
Sehingga, pemodelan matematis dari LT-123 adalah :
(3.19)
Dalam hal ini LT 123 menggunakan prinsip beda tekanan
sesuai dengan prinsip kerja DP transmitter yaitu :
(3.20)
-Plow (3.21)
(3.22)
Dalam hal ini, ρ yang terbaca pada DP transmitter konstan
sedangkan yang terdapat pada plant berubah-ubah.
Sehingga pemodelan matematis level transmitter pada
khususnya LT-123 adalah sebagai berikut:
(3.23)
= (3.24)
Sehingga, wiring dari DP transmitter LT 123 adalah
sebagai berikut:
Gambar 3.7 Wiring LT -123
3.4 Perancangan Faktor Koreksi Level Soda Water
System faktor koreksi ini dikembangkan dalam
bentuk program berdasar model matematik yang berada
dalam controller sehingga dalam kerjanya nilai density
soda water yang terbaca pada akan menjadi perhitungan
untuk mendapatkan nilai akumulasi level yang dan akan
menjadi pertimbangan bagi controller dalam menentukan
debit input pompa -09A yang mengalirkan wash water.
Alur berpikir dari perhitungan faktor koreksi level adalh
sebagai berikut.
Mulai
Baca Data D/P
Transmitter
Faktor perubahan
Komposisi soda
water
Perhitungan Volume
water yang masuk
Perhitungan Perubahan Densitas
soda water yang Diakibatkan
Perubahan Volume water
Perhitungan
Phidrostatis Selesai
Perhitungan Beda
Tekanan
Bandingan perhitungan beda
tekanan dengan yang
densitasnya konstan
Level akurat
Koreksi Sinyal
output D/P
transmitter
Gambar 3.8 Alur Berfikir Perhitungan Faktor Koreksi
Level
Gambar di atas merupakan alur berfikir dalam
perhitungan faktor koreksi level soda water. Pertama, level
yang ada pada column akan dibaca oleh DP transmitter
berdasarkan perbedaan tekanan, kemudian manipulated
variabel yaitu pompa bekerja berdaarkan perintah
kontroller berdasarkan informasi dari DP transmitter.
Dalam hal ini, maka terjadilah perubahan volume wash
water akibat input wash water yang bervariasi.
3.5 Perancangan Sistem Open Loop Pada Net Gas
Wash Column C-5-05
Setelah memodelkan perkomponen, maka akan di
dapatkan wiring open loop pada sistem pengendalian
net gas wash column C-5-05 seperti pada gambar di
bawah ini.
1
6,1
+
=
sL
L
ox
oy

9. 9
Gambar 3.9 Wiring Sistem Open Loop Net Gas Wash
Column C-5-05
Gambar di atas merupakan rangkaian sistem open
loop pada plant net gas wash column C-5-05. Inputan yang
diberikan berasal dari pompa sebagai debit wash water
input. Dalam hal ini pompa inputan pompa berupa tegangan
sehingga diuji dengan inptan step sebesar 190, dimana
tegangan tersebut mereprentasikan debit pompa sebesar 50
% sesuai dengan spect pompa yang ada. Dalam uji ini
terlihat nilai level kurang lebih sebesar 3 m yang
menunjukkan bahwa input yang diberikan sesuai dengan
output yang diberikan (dalam kondisi real di lapangan).
Selain itu dilakukan juga pengujian dengan level
transmitter LT123 dengan dengan plant net gas wash
column C-5-0, Seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 3.10 Wiring Sistem Open Loop Net Gas Wash
Column C-5-05 Dengan Pengujian LT
Dari gambar di atas dilakukan pengujian dengan
mengubah-ubah debit input wash water. Terlihat
bahwasnya dengan mengubah-ubah debit, maka terjadi
perubahan level dan setiap perubahan level yang masuk dan
keluar dari level transmitter, tidak sesuai, sehingga dalam
hal ini diperlukan perancangan sistem koreksi untuk
outputan level transmitter sebelum masuk ke controller.
3.6 Perancangan Sistem Koreksi.
Faktor koreksi dibangun berdasarkan data hasil
simulasi error dari sinyal output level transmitter berupa
arus terhadap debit masukan dari wash water.
Dari data di dapatkan persamaan:
(3.25)
Sehingga untuk memasukkan error ke dalam
persamaan transmitter:
(3.26)
(3.27)
Dimana:
y= sinyal output transmitter setelah dikoreksi
x= debit input wash water
Gambar 3.11 Wiring Koreksi
Perancangan sistem koreksi dibuat berdasarkan
kesalahan pembacaan pada level transmitternya. Ketika
debit wash water diubah-ubah, maka level pun ikut
berubah. Pembacaan level sebelum dan sesudah keluar dari
level transmitter tidak sesuai begitu juga dengan outputan
level tranmitter yaitu arus.
3.7 Perancangan Sistem Open Loop Setelah Diberikan
Faktor Koreksi
Berikut adalah wiring sistem open loop setelah
diberikan sistem koreksi.
Gambar 3.12 Wiring Sistem Open Loop Net Gas Wash
Column C-5-05 Dengan Pengujian LT dengan Sistem
Koreksi
Setelah ditambahkan sistem koreksi, pembacaan level
oleh level transmitter dapat menjadi lebih akurat.
3.8 Perancangan Sistem Close Loop Pada Net Gas
Wash Column C-5-05 dengan Sistem Koreksi.
Berikut adalah wiring sistem close loop setelah
diberikan faktor koreksi.

10. 10
Gambar 3.13 Wiring Sistem Close Loop Net Gas Wash
Column C-5-05 Dengan Sistem Koreksi
Gambar diatas merupakan wiring sistem
pengendalian level pada net gas wash column C-5-05
setelah ditambahkan factor koreksi
IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Model Dinamik Komponen Penyusun
System Pengendalian level Soda Water
Sebelum dilakukan pengujian secara menyeluruh,
maka dilakukan pengujian untuk masing-masing komponen
penyusun system pengendalian level pada pada net gas
wash column C-5-05.
4.1.1 Net Gas Wash Column C-5-05
Pada simulasi uji step net gas wash column C-5-05,
sinyal masukan direpresentasikan sebagai laju wash water
input yang keluar dari pompa G-09A. Pemberian sinyal uji
step dimaksudkan untuk mengetahui tingkat kelogisan dari
model matematis net gas wash column C-5-05, sehingga
nantinya dapat diketahui apakah model matematis yang
telah dibuat sudah merepresentasikan model yang
sebenarnya atau tidak.
Gambar 4.1Simulasi uji step pada Net Gas Wash Column
C-5-05
Berikut adalah grafik respon uji step level pada net
gas wash column C-5-05
0 10 20 30 40 50 60
0
1
2
3
4
5
6
Waktu(jam)
LevelSodaWater(m)
Respon Sistem Level Soda Water
Gambar 4.2 Grafik respon uji step level pada Net Gas
Wash Column C-5-05
Garfik respon di atas diuji step dengan debit
maksimum pompa yaitu sebesar 0,85 m3
/jam. Dapat
terlihat bahwa, apabila pompa mengalirkan debit
maksimum, maka ketinggian level yang dapat tercapai
adalah sekitar 5,861 m.
Berdasarkan hasil simulasi sinyal uji step, dapat
diamati pada
grafik bahwa untuk debit wash water minimum yaitu
sebesar 0 m3
/jam, level soda water yang dihasilkan pada
net gas wash column C-5-05 adalah sekitar 0,6 m. Hal ini
dikarenakn sebelum gas H2 masuk pada kolom (system
belum berjalan), kondisi awal kolom sudah berisi soda
water sedangkan untuk debit wash water maksimum yaitu
sebesar 0,85 m3
/jam, level soda water yang dihasilkan pada
net gas wash column C-5-05 adalah 5.356 m. Dari grafik
diatas juga dapat diamati bahwa setiap masukan wash
water akan mempengaruhi akumulasi level soda water.
Untuk memudahkan pengamatan dapat dilihat pada tabel
dibawah ini :
Tabel 4.1 Akumulasi Level pada Net Gas Wash Column C-
5-05
No Debit Wash Water
(m3
/jam)
Level Soda Water
(m)
1. 0,1 0,9991
2 0,2 1,647
3 0,3 2,296
4 0,4 2,944
5 0,5 3,592
6 0,6 4,24
7 0,7 4,888
8 0,85 5,861
Tabel di atas menunjukkan bahwa apabila diberikan
input step yang bervariasi maka level soda water yang
terakumulasi juga bervariasi, dimana debit wash water
sebanding dengan akumulasi level soda water.
4.1.2 Level Tranmitter (LT 123)
Berikut akan dilakukan pengujian level transmitter
(LT123) jenis DP transmitter, dimana prinsip kerjanya
berdasarkan perbedaan tekanan yang tidak dipengaruhi
oleh density (density dibaca konstan).

11. 11
Gambar 4.3 Simulasi uji step DP Transmitter LT 123
Dalam simulasi ini, inputan LT 123 berupa level dan
output berupa arus. Dengan range input 0-10 m dan output
4-20 mA.
0 10 20 30 40 50 60
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Waktu
Level(meter)
Gambar 4.4 Grafik respon Step input Uji LT 123
Dari grafik di atas terlihat bahwa, pembacaan LT
sesuai dengan inputan yang diinginkan yaitu sebesasr 10
meter. Tidak terjadi kesalahan pembacaan.
0 10 20 30 40 50 60
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
waktu
Arus(mA)
Gambar 4.5 Grafik respon Step output Uji LT 123
Selain itu terlihat juga output dari level transmitter yang
ditunjukkan pada grafik di atas yaitu sebesar 20 mA. Jadi
dapat dikatakan bahwa ketika diberikan input step
maksmimum pada level transmitter yaitu sebesar 10 m,
maka output dari level transmitter menunjukkan angka 20
mA. Hal ini berarti menunjukkan performa level
transmitter adalah baik.
4.2 Uji Open Loop Pada Net Gas Wash Column C-5-
05
Dalam hal ini uji open loop dilakukan dengan
menambahkan level transmitter pada plant, dimana ketika
plant mengalkami perubahan density sesuai dengan volume
wash water yang masuk.
Gambar 4.6 Simulasi uji step Open Loop
Dalam hal ini, diberikan nilai step maksimum dari
debit input ya mungkin pada plant sesuai dengan
spesifikasi pompa G-09A, yaitu sebesar 0,85 m3
/jam.
0 10 20 30 40 50 60 70
0
1
2
3
4
5
6
Waktu
Level(meter)
Level sebelum melewati LT 123
Level Setelah Melewati LT 123
Gambar 4.7 Simulasi uji step Hasil Level
Dari grafik di atas terlihat bahwa ketika diberi debit
input maksimum sebesar 0,85 m3
/jam maka level yang
dihasilkan pada plant sebesar 5,861 m. Tetapi setelah
melewati level transmitter, level yang dihasilkan
adalah sebesar 5,452 m. Dalam uji close loop, dilakukan
percobaan dengan mengubah-ngubah debit input yang
masuk dan data hasil simulasi dapat dilihat pada tabel
dibawah ini

12. 12
Tabel 4.2 Data Simulasi Matlab Net Gas Wash Column C-
5-05
Pada tabel di atas menunjukkan ketika diberikan
peubahan debit, maka terjadi perubahan pembacaan level
pada saat sebelum dan setelah masuk dari level transmitter
LT 123. Dapat dilihat bahwa semakin tinggi kenaikan level
, maka error yang dihasilkan semakin besar. Terdapat error
rata-rata yaitu sebesar 6,19 %, dimana error tersebut telah
mencapai di luar batas toleransi. Untuk ketinggian level
2,432 (sesuai dengan set point) dapat dilihat bahwa error
yang terjadi sekitar 6,33 %. Oleh sebab itu, maka
diperlukan sistem koreksi untuk memperbaiki pembacaan
dari level transmitter.
4.3 Uji Open Loop Pada Net Gas Wash Column C-5-
05 Setelah ditambahkan Faktor Koreksi
Perancangan sistem koreksi dibuat berdasarkan error
dari sinyal output level tranmitter. Berdasarkan data-data
yang telah dijui dari hasil simulasi diketahui bahwa
semakin debit wash water yang diberikan maka semakin
besar juga error yang dihasilkan oleh level transmitter
Gambar 4.8 Grafik Error Sinyal output LT123 terhadap
Debit Masukan
Dari grafik di atas terlihat bahwa semakin besar
debit wash water, maka semakin besar koreksi yang
diberikan. Hal ini menandakan bahwa semakin besar juga
eror yang. Hal ini jelas, karena semakin banyak wash water
yang masuk, maka density plant semakin manjauhi dari
sensity awal yang terbaca oleh DP transmitter. Dari data-
data tersebut makan dirancang sebuah faktor koreksi
melalui fungsi seperti yang telah dijelaskan pada sub bab
3.6
Setelah dirancang sistem koreksi, maka dilakukan
uji open loop kembali seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 4.9 Uji Open Loop Plant Net Gash Wash Column
C-5-05 Dengan Sistem Koreksi
Dari uji open loop di atas maka didapatkan grafik
sinyal output dari level trasnmitter seperti pada gambar di
bawah ini:
0 10 20 30 40 50 60 70
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
waktu
Arus(mA)
Sinyal output LT yang seharusnya
Sinyal output LT setelah diberikan sistem koreksi
Sinyal output LT sebelum diberikan sistem koreksi
Gambar 4.10 Grafik Sinyal Output LT 123
N0
(1)
Debit
(m3/ja
m)(2)
Level Glass (benar)
(3)
DP-LT-123(Salah)
(4)
Level (m) Arus (mA) Level(m) Arus(mA
)
1 0,1 0,9991 5,599 0,9509 5,521
2 0,11 1,064 5,702 1,011 5,618
3 0,12 1,129 5,806 1,071 5,714
4 0,13 1,194 5,91 1,131 5,81
5 0,14 1,258 6,013 1,191 5,906
6 0,15 1,323 6,117 1,251 6,002
7 0,16 1,388 6,221 1,331 6,098
8 0,17 1,453 6,325 1,371 6,194
9 0,18 1,518 6,428 1,431 6,29
10 0,19 1,583 6,532 1,491 6,386

13. 13
Grafik di atas merupakan grafik sinyal output dari
level transmitter ketika diberikan input step debit
maksimum. Dapat terlihat bahwa sinyal output setelah
diberikan faktor koreksi hampir mendekati sunyal output
yang seharusnya. Berbeda dengan sinyal output sebelum
diberikan faktor koreksi.
Dalam hal ini terlihat bahwa error sinyal output
yang dihasilkan pada saat diberikan input step berupa debit
maksimum sebelum ditambahkan faktor koreksi adalah
sebesar 5 % dengan error rata-rata pengujian sebesar 3,6
%. Sedangakan setelah ditambahkan faktor koreksi error
yang dihasilkan ketika diberikan debit maksimum adalah
sebesar 1,55 % dengan error rata-rata dari pengujian yang
telah dilakukan sebesar 0,002 %.
4.4 Uji Close Loop Pada Net Gas Wash Column C-5-
05 Sebelum ditambahkan Faktor Koreksi
Berikut adalah uji sistem close loop tanpa
menggunakan faktor koreksi.
Gambar 4.11 Uji Close Loop Plant Net Gash Wash
Column C-5-05 Tanpa Sistem Koreksi
Setelah ditambahkan sistem koreksi maka dilakukan
pengujian sistem close loop tanpa menggunakan sistem
koreksi yang nantinya akan dibandingkan dari error yang
dihasilkan. Pada pengujian ini diberikan setpoint sebesar
2,432 m sesuai dengan set point net gash wash column C-5-
05 dan output level yang dihasilkan setelah dikontrol
adalah sebesar 2,603.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
1
2
3
4
5
6
waktu(jam)
levelmeter(m)
set point
respon level
Gambar 4.12 Grafik Respon Level Tanpa Sistem Koreksi
Dari grafik respon di atas dapat terlihat bahwa
sistem tidak dapat mengikuti set point yang diberikan.
Dalam hal ini error antara set point dengan output level
setelah dikendalikan adalah sebesar 7 % . disimpulkan dari
grafik di atas:
Tabel 4.3 Hasil Respon Transien Untuk Kontrol PI
Sebelum diberikan Faktor koreksi
Set Point: Time Settling 7 jam
2,432 Overshoor
Maximum
5,2 m
Ess 7 %
Sebenarnya kestabilan sistem dapat dinyatakan
melaluii tiga parameter yaitu Mp, ts, dan Ess, dimana suatu
system errornya masih dapat ditoleransi memiliki nilai Ess
< 5%. Dalam hal ini, erorr yang dihasilkan lebih besar dari
5 % sehingga dapat dikatakan di luar batas toleransi.
4.5 Uji Close Loop Pada Net Gas Wash Column C-5-
05 Setelah ditambahkan Faktor Koreksi
Gambar 4.13 Uji Close Loop Plant Net Gash Wash
Column C-5-05 Setelah Ditambahkan Sistem Koreksi
Setelah ditambahkan sistem koreksi maka
dilakukan pengujian sistem close loop yang sebelumnya
dilakukan tuning pada controllernya. Diberikan setpoint
sebesar 2,432 m dan output level yang dihasilkan setelah
dikontrol adalah sebesar 2,425.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
waktu(jam)
levelmeter(m)
set point
respon level
Gambar 4.14 Grafik Respon Level Dengan Sistem
Koreksi

14. 14
Dari grafik respon di atas dapat terlihat bahwa
sistem dapat mengikuti set point yang diberikan. Hanya
saja tersjadi error sekitar 0,29 %. Berikut merupakan hasil
respon yang dapat disimpulkan dari grafik di atas:
Tabel 4.3 Hasil Respon Trasnsien Untuk Kontrol PI
Setelah diberikan Faktor koreksi
Set Point: Time Constant 6 jam
2,432 Overshoor
Maximum
3,4 m
Ess 0,29 %
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan maka
didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Perubahan density soda water pada net gas wash
column C-5-05 mengakibatkan pembacaan level
dengan menggunakan DP transmitter tidak akurat
2. Pembacaan level soda water dengan level transmitter
(pembacaan yang salah) terhadap level glass
(pembacaan yang benar) memiliki error rata-rata
sebesar 6,19%
3. Sistem pengendalian level dengan sistem koreksi
dapat menjadikan hasil pembacaan level dengan DP
transmitter menjadi jauh lebih baik.
4. Pada set point 2,432 m, error yang dihasilkan setelah
ditambahkan sistem koreksi pada sistem pengendalian
level pada net gas wash column C-5-05 menjadi
0,29%, sedangkan tanpa sistem koreksi error yang
dihasilkan sebesar 7 %
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ogata, Katsuhiko. 2002. Modern Control
Engineering, Fourth Edition. Prentice-Hall, Inc.
United States of America
[2] Gunterus, Frans. 1994. Falsafah Dasar Sistem
Pengendalian Proses. Jakarta. PT. Elex Media
Komputindo
[3] Liptak, B.I. 2003. Instrument Engineers'
Handbook - Process Measurement and Analysis
[4] Pudjanarsa, Astu. 2008. “Mesin Konversi
Energi”. ANDI; Yogyakarta
[5] Margolin, Jed.2001.The Secret Life of Vector
Generators.http://www.jmargolin.com_vgens_fi
g13b.jpg.mht
[6] Iwan Setiawan. “ Kontrol PID untuk Proses
Industri”. Elex Media Komputindo, 2008
[7] Michael J. Moran. “Fundamentals of Engineering
Thermodynamics Fifth Edition”. John Wiley &
Sons, Inc.
[8] SSK Electrical Measure and Control Technology
[9] http://www.dwirajaya.co.id/Other_Valve.htm
[10] “Fundamentals Handbook Intrumentation and
Control Vol 1 0f 2”. Department of
Energy.United States Of America. 1992.
Biodata Penulis
Nama : Riska Utami
NRP : 2408 100 017
TTL : Balikpapan, 23 November 1989
Alamat Surabaya : Jalan Hidrodinamika Blok T No
20 Perumdos ITS
Alamat Balikpapan :Jalan Bunyu No 714 Komperta
Balikpapan Tengah
Riwayat Pendidikan :
TK Tunas Harapan 2 Balikpapan (1994-1996)
SD Patra Dharma 1 Balikpapan (1996-2002)
SMP Patra Dharma 1 Balikpapan (2002-2005)
SMA Negeri 2 Balikpapan (2005-2008)
Jurusan Teknik Fisika ITS (2008-…...)