LAPORAN TETAP

PENGENDALIAN pH (CR-pH)

Oleh : Kelompok 1Kelas 5 KBIntan Meidita Wulandari061330400318Lia Fitri Fujiarsi061330400319Lian Elvani 061330400320Lindra Ayu Puspadewi061330400321Mega Shintia061330400322Muhammad061330400324Virta Puspitasari061330400336Instruktur : Yuniar, S.T.,M.Si

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYATAHUN AKADEMIK 2015

PENGENDALIAN NILAI Ph ( CRpH )

I. TUJUAN PERCOBAAN

Menjelaskan dan membedakan mode pengendalian kontinyu dan tidak kontinyu Menjelaskan terminology yang di gunakan dalam simulasi CRpH Memahami prinsip pengendalian level air pada unit CRpH Melakukan simulasi pengendalian dan menjelaskan grafik tersebut

II. ALAT YANG DIGUNAKAN

a. Alat yang digunakan 1 set alat pengendali pH (CRpH): 1 unit Personal komputer & printer: 1 unit Gelas kimia 2 L, 10 L, 20 L: 1 unit Gelas ukur 1000 ml: 1 buah Neraca analitik: 1 buah Buret 50 ml: 1 buah Gelas kimia /erlenmeyer 250 ml: 1 buah Pengaduk kaca: 1 buah Pipet vakum 1ml, 5 ml, 10 ml: 1 buah

b. Bahan yang Digunakan Larutan HCl 30% Larutan NaOH 30% Aquadest

III. DASAR TEORI

Peralatan proses pengendalian pH terdiri dari dua buah tangki yang terletak dibagian atas alat dan dibagian dasar. Tangki atas terbagi menjadi dua tangki A dan tangki B yang masing - masing berisi larutan umpan beruapa asam dan tnagki bawah sebagai tangki penampungan. Tujuan utama pengendalian pH adalah mengendalikan pH larutan yang terdapat pada tangki utama yang mengalir kebawah masuk menuju tangki pencampuran. Pada proses proses tertentu, perubahan ketidakan liniearan menjadi sangat ekstrim sehingga ada bagian dimana proses menjadi sangat sensitif atau sebaliknya menjadi sangat tidak sensitif. Contoh paling klasik proese semacam ini adalah proese dengan proses variabel pH.Secara garishubungan antara bukaan valve Vs pH adalah seperti kurva digambar bawah . dari kurva itu , jelas bahwa didareah Ph 7, atau dareah netral, perubahan bukaan valve sedikit saja akan menyebabkan perubahan pH yang sangat mencolok, didareah itu proese sangat sensitif. Dengan kata lain, didareah itu gain sangat tinggiKetidakliniearan proses biasanya dikompresikan dgn ketidakliniearan control valve, namun untuk ini tidak bisa, untuk mengatasi hal itu, diperlukan sebuah pengendalian non-linier. Pada pengendalian ini, dapat disetel dead band dan gain sehingga didapatkan pengendalian proses yang diinginkan. Penyetealn PB, interval time maupun derivatif time tetap seperti biasany,hanya saja semua transfer function di control jenis ini akan selalu dikendalikan dengan gain yang tidak linear tadi. Jadi, bila PB 200 % sedangkan gain dibuat 0,2 didareah sensitif itu GC = 0,01Selain untuk pengendalian proses variabel p, pengendalian non linear juga efektif untuk dipakai mengendalikan proses variabel pH, pengendalian non- linear juga efektif untuk dipakai mengendalikan proses variabel flow yang sangat pulsatifPada laju alir yang lambat, pengendali tidak dapat mempertahankan harga pH dan pompa akan bergerak secara periodic (bergantian) sehingga menghasilkan osolasi dan tidak mencapai set point dengan stabil. Pengukuran oksilasi dapat dilakukan dengan mempercepat laju alir. Perbedaan untuk set point yang bersifat agak asam dan asam dapat diperlihatkan pada grafik yang terbentuk. Linearitas dan bentuh simetris grafik antara set point yang berbeda pada saat laju alir divariasikan menunjukkan ketergantungan pH terhadap laju alir.Intrumentasi dan control industri tentu tidak lepas dari sistem instrumentasi sebagai pengontrol yang digunakan dalam keperluan pabrik. Sistem kontrol pada pabrik tidak lagi manual seperti dahulu, tetapi saat sekarang ini telah dibantu dengan perangkat kontroler sehingga dalam proses produksinya suatu pabrik bisa lebih efisien dan efektif. Kontroler juga berfungsi untuk memastikan bahwa setiap proses produksi terjadi dengan baik.PID (ProportionalIntegralDerivative controller) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri. Pengontrol PID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan besar error yang diperoleh. Control valve akan menjadi aktuator yang mengatur aliran fluida dalam proses industri yang terjadi Level air yang diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari Set Point dengan level air aktual.PID Blok Diagram dapat dilihat pada gambar dibawah :

Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :

Keterangan :mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated VariableKp = konstanta ProporsionalTi = konstanta IntegralTd = konstanta Detivatife(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :

Dengan :

Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas minimum dan maksimum yang akan membatasi nilai Manipulated Variable yang dihasilkan.Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional, Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant.1. Kontrol ProporsionalKontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta.Jika u = G(s) e maka u = Kp e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. Pengontrol proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya).Ciri-ciri pengontrol proporsional :1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah rise time).2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapnya (mengurangi rise time).3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi.4. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error, tetapi tidak menghilangkannya.

2.Kontrol IntegratifPengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika sebuah pengontrol tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional tidak mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapnya nol.Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)=[integral e(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u=Kd.[delta e/delta t]Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde systemKeluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error.Ciri-ciri pengontrol integral :1. Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon.2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan pada nilai sebelumnya.3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki.4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol.3.Kontrol DerivatifKeluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsistep), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsiramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsirampdan factor konstanta Kd.Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s)=s.Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks kecepatan atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiriCiri-ciri pengontrol derivatif :1. Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan)2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal kesalahan.3. Pengontrol diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol diferensial dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem.4. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan mengurangi overshoot.Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan tunaknya. Kerja pengontrol diferensial hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol diferensial tidak pernah digunakan tanpa ada kontroler lainnya.Efek dari setiap pengontrol Proporsional, Integral dan Derivatif pada sistem lup tertutup disimpulkan pada table berikut ini :

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol proporsional plus integral plus diferensial (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan :1. mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-nya2. menghilangkan offset3. menghasilkan perubahan awal yang besar dan mengurangi overshoot.Kita coba ambil contoh dari pengukuran temperatur, setelah terjadinya pengukuran dan pengukuran kesalahan maka kontroler akan memustuskan seberapa banyak posisi tap akan bergeser atau berubah. Ketika kontroler membiarkan valve dalam keadaan terbuka, dan bisa saja kontroler membuka sebagian dari valve jika hanya dibutuhkan air yang hangat, akan tetapi jika yang dibutuhkan adalah air panas, maka valve akan terbuka secara penuh. Ini adalah contoh dari proportional control. Dan jika ternyata dalam prosesnya air panas yang diharapkan ada datangnya kurang cepat maka controler bisa mempercepat proses pengiriman air panas dengan membuka valve lebih besar atau menguatkan pompa, inilah yang disebut dengan intergral kontrol.Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol disbanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan.Adapun beberapa grafik dapat menunjukkan bagaimana respon dari sitem terhadap perubahan Kp, Ki dan Kd sebagai berikut :

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

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Memipet 6 ml larutan NaOH 30 % kedalam gallon aquadest bagian bawah, menambahkan aquadest hingga 9 L2. Memipet 3 ml larutan HCl 30 % kedalam aquadest pada bagian atas dan menambahkan aquadest hingga terisi 9 L3. Menghidupkan alat dengan memutar MAIN SWITCH ke posisi ON4. Mengambil sampel dari masing masing gallon sejumlah 50 ml dan mengecek pH dengan menggunakan pH elektroda tersedia ,membilas elektroda5. Memutar katup tempat elektroda di tangki proses dengan memutar dan memasukkan elektroda pH kedalam, mengencangkan kembali dengan memutar6. Menghidupkan computer dan menghubungkan antara CRpH dengan computer menggunakan kabel USB yang tersedia. Menjalankan program DIJATEC CONTROL pada layar desktop dengan mengklik 2 kali menggunakan mouse7. Meng switch on pengaduk, menekan tombol power pada bagian pengaduk sampai muncul 350 rpm8. Menghidupkan pompa sentrifugal dan mengatur debit pada 3,5 L/ h. mengamati permukaan cairan didalam tangki proses hingga elektroda tercelup dengan baik.9. Mengatur USB PORT di monitor ke COM 6 dan mengubah SET POINT menjadi 810. Memasukkan harga proporsional band 50 % integral time 1 dan derrivatif time 011. ,enghidupkan kembali dosing pump12. Mengklik START ACQUISTION pada layar monitor untuk memulai proses pengendalian pH. Mengklik kanan pada bagian sumbu x untuk mengaktifkan autoscale pada output pompa dan mengklik kanan pada bagian sumbu Y untuk mengaktifkan AUTOSCALE pada bagian pengukuran13. Mengamati hingga didapat grafik perubahan yang cenderung stabil14. Setelah selesai RUN 1 terdapat 2 bukit dan 1 lembah, mengklik stop15. Mengklik save graph untuk melihat grafik pengukuran, dan mengisi nama grafik yang akan di simpan16. Mengubah parameter dan mengganti nilai proportional band menjadi 30 % dan 70 %

V.

VI. ANALISA PERCOBAANPada praktikum ini terdapat beberapa mode pengendalian yang di gunakan yaitu PI. Mode tersebut digunakan untuk mengendalikan pH larutan dengan cara mengalirkannya menuju tangki pengadukan. Output dari controller di berikan ke pompa dosing yang akan memompa sejumlah larutan NaOH sehingga pH didalam tangki akan mendekati harga set point yang telah ditetapkan yaitu pH = 8. Praktikum ini dilakukan dengan perbandingan proportional yaitu 50%, 30%, dan 70% . dengan pengaturan proportional band yang berbeda maka akan menghasilkan grafik yang beberda pula. Untuk setpoint di tunjukkan dengan garis berwarna hitam, untuk hasil pengukuran ( measure ) ditunjukkan dengan garis merah dan untuk output di tunjukkan garis berwarna hijauPada waktu sekitar 50 detik, harga measure mulai bergerak naik yang menandakan bahwa nilai pH mulai terganggu menuju ke setpoint 8 dengan bukaan valve masih 100 %. Saat pH mulai meningkat naik karena larutan basa semakin banyak dan output untuk larutan basa mulai menurun dan bukaan valve pun mulai mengecil. Hal ini menunjukkan proses pengendalian pH sudah terjadi dan laruan sesuai dengan set point.Untuk harga proportional band 70 % maka puncak atau bukit yng terbentuk melebar karena respon yang menahan pH cenderung lebih lambat. Sedangkan untuk proportional band 50 % dan 30 % menunjukkan bahwa bukit yang terbentuk lancip dan tinggi. Semakin kecil nilai proportional band yang di atur maka semakin lancip pula bukit yang terbentuk

VII. KESIMPULANDari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa Jika sinyal pH kurang sesuai dengan set point maka controller akan melakukana. Menambah asam jika pH medium terlalu tinggib. Menambah basa jika pH medium terlalu asam kendali pH merupakan kendali jenis yang tak linear, sehingga untuk mengatasinya juga diperlukan kendali jenis nonlinear namun kendali nonlinear merupakan sistem kendali yang komplek dan agak rumit serrta mahal

PRAKTIKUM PENGENDALIAN pH MINGGU KEDUA

PERHITUNGAN

A. pH awal larutan HCl 30%

B. pH awal larutan NaOH 30%

C. Menentukan nilai Output Controller (P)1. Diketahui : PB: 50% D : 1 Set point: 8 pH terukur: 7.6 Kd: 5 P0: 50%Ditanya: nilai P ?Jawab :

2. Diketahui : PB: 50% D : 1 Set point: 8 pH terukur: 7.5 Kd: 5 P0: 50%Ditanya: nilai P ?Jawab :

3. Diketahui : PB: 50% D : 0 I: 0 Set point: 8 pH terukur: 7.5 Kd: 5 P0: 50%Ditanya: nilai P ?Jawab :

4. Diketahui : PB: 30% D : 1 Set point: 8 pH terukur: 7.8 Kd: 5 P0: 50%Ditanya: nilai P ?Jawab :

5. Diketahui : PB: 70% D : 1 Set point: 8 pH terukur: 7.2 Kd: 5 P0: 50%Ditanya: nilai P ?Jawab :

ANALISA PERCOBAANPada praktikum ini, terdapat beberapa mode pengendalian yan digunakan yaitu PID, PI, PD dan P. beberapa ,ode tersebut digunakan untuk ,mengendalikan pH larutan dengan cara mengalirkannya menuju tangki pengadukan. Output dari controller diberikan ke dosing pump yang akan memompa sejumlah larutan NaOH, sehingga pH di dalam tangki berpengaduk tersebut sama dengan set point yaitu 8. Pada personal computer akan terlihat grafik yang menunjukkan jalannysa proses oengukuran. Pada perilaku proses yang stabil akan terlihat pada pH meter, sehingga output dari controller berwarna hijau yang diterima dosing pump harus berusaha keras agar proses tetap berada pada set point. Sedangkan pada perilaku proses yang stabil, output pHmeter tetap berada sejajar dengan set point.Apabila variabel terukur tidak sama dengan set point, maka controller akan melakukan aksi yaitu: menambah bukaan pada dosing pump untuk memperbesar laju alir larutan NaOH jika keluaran memiliki pH lebih rendah dari set point atau pH terukur berada dalam keadaan basa. Namun, jika keluaran memiliki pH yang terlalu basa maka dosing pump tersebut akan menutup bukaannya dengan sendirinya sampai keluaran tersebut neniliki pH sama dengan set point. Pada gambar pengendalian proportional band (P) dan integral time (I), dapat dilihat bahwa pada awal pengukuran, pH sangat tinggi melampaui set point hingga waktu tertentu saja. Prinsip pengendalian pada grafik dapat disimpulkan bahwa, sebagai system pengendalian non linear yang berperan untuk mengatasi masalah pada pengukuran pHyang sangat sensitive terhadap adanya perubahan laju alir. Mode PI digunakan untuk pengukuran dengan respon cukup cepat dan untuk menghasilkan offset yang terjadi.

KESIMPULANDari praktikum yang telah dilakukan dan data yang diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa:1. Proses pengendalian pH bertujuan untuk mengendalikan pH agar dapat dicapai pH yang sesuai dengan set point secara stabil.

2. Jika pH tidak stabil dengan set point, maka pengendali akan melakukan aksi:a. Bukaan control valve NaOH akan mengecil jika pH yang terukur lebih besar dari set pointb. Bukaan control valve NaOH akan mebesar jika pH yang terukur lebih kecil dari set point

3. Semakin kecil nilai proportional band maka pengendali akan semakin peka, offset yangterjadi semakin kecil, namun system cenderung tidak stabil karena terjadi asilasi.

DAFTAR PUSTAKA Jobsheet.2015. Penuntun Praktikun Pengendalian Proses. Pengendalian pH. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya Heriyanto.2010.pengendalian proses (ebook). Bandung: Politeknik ITB

GAMBAR ALAT