PENGENDALIAN TEMPERATUR PC13-1

PENGENDALIAN ON/OFF

       I.            Tujuan

1.      Mendemonstrasikan pengendalian On/Off dengan saklar pemilih

2.      Mendemonstrasikan pengendalian On/Off otomatis

3.      Menentukan periodaosilasi dan kelambatan proses

4.      Menentukan temperature overshoot dan undershoot

    II.            Peralatan

-          PC10 + Trimtool

-          PC13 + Pompa sirkulasi air dingin

-          Lampu 24 VAC

-          Kabel penghubung

-          Kabel termokopel

-          Thermometer air raksa

 III.            Dasar teori

Alat Pengendali Temperatur (PC13) ini adalah alat simulasi pengendalian temperature dari suatu  proses pertukaran panas tipe plat, plate heat exchanger (HE). Fluida panas yang berasal dari sebuah tangki yang dipanaskan menggunakan pemanas koil listrik akan menurunkan kalor terhadap aliran fluida pada pipa aliran dingin. Pada alat PC13 ini aliran fluida dingin dengan temperature terukur di TC3 akan menjadi fluida yang lebih panas dari sebelumnnya (TC4) yang kemudian dimasukkan kembali ke pompa aliran air pendingin. Aliran TC4 ini nantinya akan kembali ke proses melalui katup V1 dan menjadi TC3 kembali, oleh karena itu pada pompa sirkulasi penjagaan temperature agar fluida TC4 turun lagi menjadi TC3 haruslah diperhatikan dengan menambah batu es seperlunya.

Fluida dalam tangki pemanas diukur sebagai TC1 yang kemudian akan bertukar panas dengan fluida dingin TC3. Tangki ini merupakan tangki yang terbuat dari logam, dengan katup inlet untuk mengisi terletak pada bagian atas tangki. Fluida dalam tangki adalah air aquadest bersih. Tangki mempunyai 2 aliran keluar yaitu :

·         Aliran menuju penukar panas (HE) yang dapat diukur dengan termokopel di soket TC1

·         Aliran drain (untuk mengeluarkan air dari tangki/ pengukuran), V3.

Hasil pertukaran panas ini menghasilidak dikendalikankan output berupa aliran fluida yang temperaturnya lebih rendah dari TC1 yang terukaur sebagai TC2 yang kemudian disirkulasi ulang ke tangki pemanas. Pada awalnya, Proses pertukaran panas dikendalikan dengan sebuah katup motor yang akan memperbesar atau memperkecil aliran fluida panas yang berasal dari tangki pemanas sebagai elemen control akhir. Namun karena aus, katup motor telah dilepas sehingga aliran panas masuk dan keluar tidak dikendalikan lagi oleh katup motor. Aliran air panas diatur secara manual menggunakan katup manual V2, dan besar aliran dapat dilihat pada rotameter F2. Aliran fluida dingin juga diatur dengan katup manual V1, dan besar aliran dapat dilihat pada rotameter F1.

Alat PC13 berfungsi sebagai tempat proses pemanasan dan tempat termokopel untuk pengukuran temperature proses. Alat ini dirangkaikan untuk bekerja bersama dengan alat konsol listrik PC10. Pengukuran dapat dilakukan pada empat soket termokopel TC1,TC2, TC3 dan TC4 yang kemudian dihubungkan ke soket sinal conditioning di alat PC10 yang akan mengubah panas dari pengukuran menjadi arus listrik (mA) atau tegangan listrik (Volt) yang outputnya kemudian dapat dipergunakan sebagai nilai pembacaan pada amperemeter atau voltmeter atau sebagai input pengendali arus pada process controller.

Sebagai nilai pembacaan, maka temperature 0 ⁰C – 100 ⁰C akan sebanding dengan 0 volt – 1,000 volt, yang berarti saat temperature terukur adalah 35 maka pembacaan di voltmeter adalah 0,350 volt. Pada amperemeter, temperature 0 ⁰C – 100 ⁰C akan sebanding dengan 4 mA – 20 mA, yang berarti saat 50 ⁰C maka akan terbaca 12 mA. Output (mA) yang sama ketika dihubungkan ke bagian input pada process controller di PC10 akan memberikan pembacaan 50 %, karena temperature 0 ⁰C – 100 ⁰C  4 mA – 20 mA  0 % - 100 %.

PC13 digabungkan dengan PC 10 akan mempunyai fungsi pengendalian yang sama dengan pengendalian PC10, sehingga prinsip-prinsip pengendalian PC10 semua dapat diterapkan pada alat simulasi temperature PC13.

 IV.            Prosedur kerja

A.    Pengendalian On/Off dengan Saklar Pemilih

1.      Menghubungkan alat PC10 dan pompa sirkulasi air pendingin ke soket PLN, hubungkan kabel pompa dari alat PC13 ke soket di bagian sisi kiri alat PC10. Pastikan kabel heater dari alat PC13 TIDAK terpasang.

2.      Memeriksa isi pompa air pendingin, isi air dan batu es kemudian ukur temperature hingga didapat temperature 10 ⁰C. Hidupkan pompa. Amati sirkulasi air pendingin menuju kea lat PC13 dan kembali ke pompa.

3.      Memeriksa tangki air proses di alat PC13, pastikan terisi air mnimal 2/3 dari volume maksimal tangki (5L).

4.      Kalibrasi alat PC10 dengan baik dan benar untuk voltmeter dan process controller.

5.      Menghubungkan kabel penghubung termokopel dari titik ukur TC1 di alat PC13 ke soket signal conditioning temperature di alat PC10.

6.      Menghubungkan output dari signal conditioning ke bagian input di process controller. Amati harga pada layar variable proses adalah nilai terukur temperature dalam tangki (TC1).

7.      Membuka katup manual V1, atur agar aliran dari pompa air pendingin (F1) adalah 150 cm³/menit.

8.      Membuka katup manual V2, atur agar aliran dari tangki proses (F2) adalah 150 cm³/menit.

9.      Memasang lampu indicator pada bagian soket 24 VAC di saklar pemilih (switched output) pada alat PC10. Pindahkan saklar (switch) ke posisi N/O, amati lampu hidup (arus listrik mengalir).

10.  Mengatur set point pada process controller pada temperature 36 ⁰C. Catat temperature awal tangki di layar variable proses.

11.  Mengatur agar harga ProP = 0 %, Int = 0 menit dan dEr = 0 % pada baguan konfigurasi di process controller alat PC 10 (Karakteristik Pengendalian On/Off). Tekan ENTER setiap memasukkan data. Biarkan harga variable lain seperti apa adanya.

12.  Menghubungkan kabel heater dari alat PC13 ke bagian soket 24 VAC di alat PC10. Persiapkan stopwatch. Stopwatch dimulai bersamaan dengan saklar N/O dipindah posisi ke N/C, amati lampu 24 VAC mati (arus listrik tidak mengalir). Lakukan pengambilan data setiap 0,5 menit.

13.  Saat temperature mencapai temperature set point, pindahkan posisis saklar ke posisi N/O. Amati lampu 24 VAC akan mati, namun temperature akan tetap naik. Temperatur akan tetap naik hingga ke temperature maksimum, overshoot.

14.  Mengamati dan catat temperature hingga turun kembali ke set point, temperature minimum (undershoot) lalu naik lagi ke set point.

                     

B.     Pengendalian On/Off Otomatis

1.      Menghubungkan alat PC10 dan pompa sirkulasi air pendingin ke soket PLN, hubungkan kabel pompa dari alat PC13 ke soket di bagian sisi kiri alat PC10. Pastikan kabel heater dari alat PC13 TIDAK terpasang.

2.      Memeriksa isi pompa air pendingin, isi air dan batu es kemudian ukur temperature hingga didapat temperature 10 ⁰C. Hidupkan pompa. Amati sirkulasi air pendingin menuju kea lat PC13 dan kembali ke pompa.

3.      Memeriksa tangki air proses di alat PC13, pastikan terisi air mnimal 2/3 dari volume maksimal tangki (5L).

4.      Kalibrasi alat PC10 dengan baik dan benar untuk voltmeter dan process controller.

5.      Menghubungkan kabel penghubung termokopel dari titik ukur TC1 di alat PC13 ke soket signal conditioning temperature di alat PC10.

6.      Menghubungkan output dari signal conditioning ke bagian input di process controller. Amati harga pada layar variable proses adalah nilai terukur temperature dalam tangki (TC1).

7.      Membuka katup manual V1, atur agar aliran dari pompa air pendingin (F1) adalah 150 cm³/menit.

8.      Membuka katup manual V2, atur agar aliran dari tangki proses (F2) adalah 150 cm³/menit.

9.      Melakukan pengaturan pada process controller, tekan tombol C untuk konfigurasi hingga terdapat kedip pada tampilan di layar variable process, kemudian tekan tombol F.

10.  Mengubah HANYA  harga ProP = 0 %, Int = 0 menit, dEr = 0 %  dan histerisis = 2 %. Biarkan harga setting lainnya sesuai setting kalibrasi sebelumnnya. Setting ProP, Int dan dEr = 0 menunjukkan pengendalian tidak kontinyu (On/Off).

11.  Memasukkan nilai harga set point 45 ⁰C. Sebaiknya nilai temperature dalam tangki (TC1) lebih rendah dari nilai set point, minimal 5 ⁰C lebih rendah.

12.  Mempersiapkan stopwatch, catat nilai variable pengukuran (nilai TC1) di layar variable proses.

13.  Memulai stopwatch bersamaan dengan menghubungkan kabel heater dari PC13 ke soket 24 VAC di process controller alat PC10. Tekan tombol F 1x pada process controller dan catat harga power output tersebut. Catat temperature dan power output setiap menit. Amati lampu indicator 24 VAC tetap hidup hingga mencapai batas atas dari set point (+2 % dari 45 % ).

14.  Setelah mencapai overshoot, temperature akan turun ke set point, amati lampu tetap mati dan power output tetap 0 % hingga ke batas bawah dari set point (-2 % dari 45 %). Saat temperature <33 ⁰C, pemanas akan hidup lagi, lampu 24 VAC akan hidup, namun temperature tetap turun menccapai undershoot. Tetap lakukan pencatatan waktu, temperature dan power output.

15.  Mencatat power output dan temperature per satuan waktu hingga temperature mencapai set point kembali.

16.  Mematika alat, lepaskan kabel-kabel penghubung dan rapihkan area praktikum.

    V.            Data pengamatan

1.      Pengendalian ON/OFF Manual

N/O

Waktu ( Menit )	Saklar Output	Temperatur ( oC )	Lampu
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5	N/O N/O N/O N/O N/O N/O N/O N/O	34 34,1 34,1 34,6 34,7 35,1 35,7 36	Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala

N/C

Waktu ( Menit )	Saklar Output	Temperatur ( oC )	Lampu
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 24,5 25 25,5 26 26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5 33 33,5	N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C N/C	36 37,3 37,7 38,2 38,4 38,5 38,5 38,4 38,4 38,4 38,4 38,4 38,4 38,4 38,3 38,3 38,4 38,3 38,3 38,2 38,1 38,1 38,1 38,1 38,1 38 38 38 37,9 37,8 37,8 37,7 37,6 37,6 37,6 37,5 37,6 37,5 37,4 37,3 37,1 37 37 36,9 36,9 36,8 36,8 36,8 36,9 37 37 36,9 37 37 36,9 37 37 37 36,9 36,8 36,8 36,7 36,5 36,5 36,4 36,3 35,8 36,4	Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati

2.      Pengendalian ON/OFF Otomatis

Waktu ( Menit )	Power Output ( %)	Temperatur ( oC )	Lampu
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 24,5 25 25,5 26 26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5 33	100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 100	38,5 38,4 38,5 38,7 39,8 40,2 40,9 42 42,6 43,2 43,7 44,2 45 45,7 46,5 46,6 47,4 48,5 48,7 48,8 48,8 48,7 48,6 48,6 48,5 48,4 48,3 48,2 48,1 48 47,8 47,6 47,5 47,3 47,2 47,1 46,9 46,8 46,9 46,7 46,7 46,5 46,5 46,2 46 45,8 45,6 45,4 45,4 45,2 45 44,8 44,8 44,5 44,4 44,3 44,2 44 43,9 43,7 43,6 43,4 43,3 43,2 43,1 43 42,7	Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Menyala Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Mati Menyala

 VI.            Perhitungan

1.      Pengendalian On/Off  Manual

Laju Pemanasan :  = … ⁰C/menit

                            :  =     0,8      ⁰C/menit

Laju Pendinginan :  = …⁰C/menit

                                           :   =    0,083   ⁰C/menit

2.      Pengendalian On/Off  Otomatis

Laju Pemanasan :  = … ⁰C/menit

                                           :   =  1,0625  ⁰C/menit

Laju Pendinginan :  = … ⁰C/menit

                              :   =  0,1176  ⁰C/menit

Control Lag Overshoot : (waktu yang dibutuhkan mulai dari lampu indicator 24 VAC off hingga temperature overshoot)

10 menit – 8,5 menit = 1,5 menit

Temperatur Overshoot = T maks. – T batas atas

   = 48,8 – 47

   = 1,8 ⁰C

Control Lag Undershoot : (waktu yang dibutuhkan mulai dari lampu indicator 24 VAC on hingga temperature undershoot)

33 menit – 32,5 menit = 0,5 menit

Temperatur Overshoot = T batas bawah  – T min

   = 43 – 42,7

   = 0,3⁰C

VII.            Analisa Data

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan dan dari data yang telah kami dapatkan menggunakan alat PC13 dan PC10, maka dapat dianalisa bahwa pada percobaan pertama yaitu Pengendalian On/Off  Secara Manual pertama, kalibrasi terlebih dahulu alat PC10 yang akan kita gunakan lalu pasangkan kabel penghubung dan  pastikan kabel pompa dari alat PC13 terpasang pada bagian sisis kiri alat PC10 sesuai dengan gambar rangkaian dan sesuai prosedur dari instruktur, lalu lakukan prosedur kerja dan didapatkan data, pada posisis saklar output N/O lampu indicator 24 VAC menyala, hal ini menunjukan bahwa adanya aliran listrik yang mengalir dalam proses pemanasan waktu yang dibutuhkan dari temperature awal ( 34 ⁰C ) untuk mencapai temperature set point ( 36 ⁰C ) adalah 3,5 menit. Setelah mencapai set point yaitu 36 ⁰C pindahkan posisi saklar output ke posisi N/C dan lampu indicator 24 VAC akan mati, pada menit pertama temperature terus naik dan pada menit ke 2,5 temperaturnnya mencapai temperature maksimum yaitu 38,5 ⁰C lalu pada menit ke 3,5 temperaturnya turun menjadi 38,4 ⁰C dan tetap stabil di temperature 38,4 ⁰C sampai menit ke 8,5 lalu temperaturnya terus turun sampai di menit ke 32,5 temperaturnya 36,4 ⁰C  hampir mencapai setpoint dan setelah itu turun lagi menjadi 35,8 ⁰C lalu naik lagi menjadi 36,4.

Dilanjutkan ke percobaan kedua yaitu Pengendalian On/Off  Secara Otomatis dimana pada percobaan ini lampu indicatornya akan bereaksi secara otomatis ketika terjadi pemanasan dan pendinginan di alat PC13 ini dan didapatkan data, pada percobaan kedua ini set pointnya adalah 47, pada menit awal power outputnya menunjukkan 100 % dengan temperature awal 38,5 ⁰C dan lampu indicator 24 VAC dalam kondisi menyala lalu temperature terus naik dan ketika di menit ke 8 lampu indicator 24 VAC mati dan temperature menunjukkan 47,5 ⁰C juga power outputnya menjadi 0 %, hal ini karena temperaturenya sudah mencapai setpoint dan alat akan melakukan proses pendinginan tapi dari data yang didapatkan menunjukan bahwa temperature pada alat tetap naik dan mencapai temperature maksimum 48,8 ⁰C di menit ke 9,5 ini disebut overshoot, lalu temperaturnya perlahan mulai turun dan mencapai temperature 46,9 ⁰C di menit ke 18 tapi reaksi pada lampu indicatornya tidak menyala dan tetap mati hal ini menunjukkan adanya error yang disebut dengan transfer lag yaitu keterlambatan respon dari alat terhadap lampu indicatornya. Walaupun sudah sudah mencapai setpoint 47 ⁰C tapi pada menit berikutnya temperature tetap turun sampai menit ke 33 dan menunjukkan suhu minimum nya yaitu 42,7 ini disebut undershoot, pada keadaan ini lampu indicator 24 VAC menyala kembali dan power outputnya menunjukkan harga 100 % hal ini menunjukkan bahwa alat melakukan pemanasan lagi. Dari kedua percobaan tersebut dapat dianalisa bahwa, waktu yang dibutuhkan untuk proses pemansan lebih cepat daripada proses pendinginannya

VIII.            Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan dan data pengamatan yang telah kami dapatkan, dapat disimpulkan bahwa :

1.      Pada percobaan pertama yaitu Pengendalian On/Off  Manual

Laju Pemanasan adalah   0,8   ⁰C/menit

Laju Pendinginan adalah   0,083   ⁰C/menit

2.      Pada percobaan kedua yaitu Pengendalian On/Off  Otomatis

Laju Pemanasan adalah   1,0625   ⁰C/menit

Laju Pendinginan adalah   0,1176   ⁰C/menit

Control Lag Overshoot : 1,5 menit dan temperature 1,8 ⁰C

Control Lag Undershoot : 0,5 menit dan temperature 0,3 ⁰C

3.      Pada PC13 ini alat pengukur temperature yang digunakan adalah Termokopel, dimana ada empat termokopel yang digunakan,

-          TC1 berfungsi sebagai pengukur suhu panas di dalam tangki pemanas,

-          TC2 berfungsi mengukur suhu yang melewati Heat Exchanger dimana hasil pertukaran panas ini menghasilkan output yang berupa suhu yang lebih rendah dari TC1.

-          TC3 berfungsi sebagai pengukur suhu pada fluida dingin yang disalurkan ke Heat Exchanger.

-          TC4 berfungsi mengukur temperature setelah aliran fluida dingin dari TC3 melewati Heat Exchanger, dimana pertukaran panas ini menghasilkan output yang berupa suhu yang lebih panas dari TC3.

4.      Berdasarkan data yang kami dapatkan,yaitu pada percobaan pertama yaitu Pengendalian On/Off  Manual dan percobaan kedua yaitu Pengendalian On/Off  Otomatis Proses pemanasan, waktunya lebih cepat daripada proses pendinginannya.

 IX.            Daftar Pustaka

Jobsheet Penuntun Praktikum Pengendalian Proses. Politeknik Negeri Sriwijaya, Palembang : 2013