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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar