Bab01_Manfaat Sistem Kendali

PENGENDALIAN PROSESPENGENDALIAN PROSESKuliah-1

Dr. Agus PrasetyaTeguh Ariyanto, M.Eng

Jurusan Teknik KimiaFakultas Teknik - Universitas Gadjah Mada

Jogjakarta, 2012

Operators View of Process ControlOperators View of Process Controlpp

A Day in the Life of aA Day in the Life of a Plant Operator

Operators View of Process ControlOperators View of Process ControlPump A pumping oil has tripped Pump A pumping oil has tripped -- Cause UnknownCause UnknownYou switch to Pump B. That also trips You switch to Pump B. That also trips -- Cause UnknownCause Unknownp pp pSoon hundreds of alarms are going off Soon hundreds of alarms are going off Cause(s) UnknownCause(s) UnknownWith in minutes you have an explosion and a fire. Two people With in minutes you have an explosion and a fire. Two people

kill d d f h t t thi i tkill d d f h t t thi i tare killed and a few hurt at this point.are killed and a few hurt at this point. It is 10:00 in the nightIt is 10:00 in the nightThe plant manager is in Aberdeen, Scotland, and not availableThe plant manager is in Aberdeen, Scotland, and not availableThe plant manager is in Aberdeen, Scotland, and not availableThe plant manager is in Aberdeen, Scotland, and not availableYou are on top of an offYou are on top of an off--shore oil platform in the middle of the shore oil platform in the middle of the

North SeaNorth Sea

You are the Shift Supervisor: pWhat do you do?

Process Safety is a Major Concern: Process Safety is a Major Concern: The BIG OnesThe BIG Ones

Pi Al h Di t O id t l P t l S tl dPi Al h Di t O id t l P t l S tl d Piper Alpha Disaster, Occidental Petroleum Scotland, Piper Alpha Disaster, Occidental Petroleum Scotland, 19881988 OffOff shore oil platform explosionshore oil platform explosion OffOff--shore oil platform explosionshore oil platform explosion 164 people killed164 people killed

$2 Billi i l$2 Billi i l $2 Billion in losses$2 Billion in losses Union Carbide, Bhopal, India,

19841984 MIC release into atmosphere

3000-10,000 people killed

100 000 injured 100,000 injured

$0.5-1.0 Billion in losses

Manfaat Sistem KendaliManfaat Sistem Kendali

Beberapa persyaratan operasi suatu pabrik kimia yang harus dipenuhi:

1 Jaminan Keamanan1. Jaminan Keamanan Keamanan operasi merupakan suatu persyaratan utama untuk personil yang bekerja dan untukutama untuk personil yang bekerja dan untuk perkembangan eknonomi secara berkelanjutan. P, T, konsentrasi bahan kimia, dan lain-lain harus selalu dalam batasan yang diperkenankan.

Misal:Jika suatu reaktor dirancang pada P 10 atm, maka harus dirancang suatu sistem kendali yang dapat menjaga tekanan di bawah nilai tersebut.

2. Jaminan Spesifikasi Produk:

Produk harus memenuhi spesifikasi tertentu dengan k alitas ang ditetapkankualitas yang ditetapkan.

Misal:Misal:

Produksi 1.000 ton etilen perhari harus memenuhikemurnian 99,5%. Karena itu, diperlukan sistemkendali yang bisa menjamin tingkat produksi dank lit kkualitas yang memuaskan.

3. Kelestarian Lingkungan

Bahan buangan pabrik tidak boleh melebihi ambang batas tertentuambang batas tertentu.

Misal:Misal:

Jumlah maksimum suatu gas yang boleh dibuang ke udara atau jumlah maksimum polutan dalam air limbah yang akan dibuang ke sungai tidak boleh melebihi nilai yang ditetapkan (oleh Pemerintahmelebihi nilai yang ditetapkan (oleh Pemerintah atau oleh daya dukung lingkungan)

4. Terpenuhinya Kebutuhan Operasi

Jenis peralatan tertentu di suatu pabrik kimia mempunyai batasan yang berkaitan denganmempunyai batasan yang berkaitan dengan operasinya. Batasan seperti itu harus dipenuhiselama operasi pabrik.

Misal: Pompa harus terjaga operasinya suatu NPSH tertentu. Pompa harus terjaga operasinya suatu NPSH tertentu. Tangki tidak boleh tumpah atau kosong. Menara distilasi tidak boleh terjadi flooding.

S h d t k d l kt k t liti tid k b l h Suhu dan tekanan dalam reaktor katalitis tidak boleh melebihi batas atas yang dapat menyebabkan terjadinya deformasi katalis. deformasi katalis.

Sistem kendali diperlukan untuk memenuhi semua kriteria-kriteria operasional inikriteria operasional ini.

5. Operasi Ekonomis (minimum operating cost, maximum product, etc)

Ope asi s at pab ik ha s seekonomis m ngkin Operasi suatu pabrik harus seekonomis mungkin dalam penggunaan bahan baku, energi, modal, dantenaga kerjatenaga kerja.

Sistem kendali diperlukan untuk menjaga pabrik beroperasi pada keadaan optimum (yaitu: biaya operasi minimum, laba maksimum, jumlah limbah minimum dan lain lain)minimum dan lain-lain).

Semua persyaratan tersebut di atas dapat dicapai melalui 3 hal, yaitu:

9suppressing the influence of external disturbances (menghilangkan pengaruh gangguandisturbances ( menghilangkan pengaruh gangguan dari luar)

9ensuring the stability of a process(mempertahankan stabilitas proses)

9optimizing the performance of a process(mengoptimalkan kinerja proses)( g p j p )

Lebih lanjut mengenai hal ini akan dibahas pada bagian dtersendiri.

Contoh 1:Menghilangkan pengaruh gangguan dari luarMenghilangkan pengaruh gangguan dari luar

Tangki berpengaduk digunakan untuk memanaskan air, panas diambil dari kukus (steam) yang mengalir dalam pipa. Suhu ( ) y g g p pair keluar (T) dan tinggi air dalam tangki merupakan besaran yang diinginkan, sedangkan suhu air masuk (Ti) dan kecepatan air masuk (Fi) atau kecepatan air keluar (F)kecepatan air masuk (Fi) atau kecepatan air keluar (F) sebagai gangguan (dalam gambar Fi sebagai gangguan).

Dalam sistem tersebut:

Tinggi cairan (h) dapat dijaga dengan cara memantau

kita ingin menjaga tinggi cairan (h) dan suhu air keluar (T)

Tinggi cairan (h) dapat dijaga dengan cara memantau tinggi cairan dengan sensor, membandingkan nilainya dengan set point, kemudian mengatur kecepatan air masuk g p g p(a) atau kecepatan air keluar (b) melalui pengaturan posisi katup (kran).

Suhu air keluar dijaga dengan memantau suhu tersebut (T) atau suhu air masuk (Ti), membandingkannya dengan set pointnya, kemudian mengatur kecepatan alir steam masuk melalui pemutaran katupmelalui pemutaran katup.

Contoh 2:Mempertahankan stabilitas proses

Proses dikatakan stabil jika nilai suatu ubahan yang kit i i k b d d t ki t t tkita inginkan berada pada suatu kisaran tertentu.

Reaktor Alir Tangki yang digunakan untuk mereaksikan g y g gA menjadi P, seperti nampak pada gambar dibawah. Jika reaksi bersifat eksotermis, maka reaktor harus dilengkapi dengan pendingin Sistem akan berjalandilengkapi dengan pendingin. Sistem akan berjalan stabil dengan syarat bahwa panas yang dihasilkan oleh reaksi sama dengan panas yang diambil oleh g p y gpendingin.

Gambar dibawah menunjukkan perbedaan antara proses yang stabil dan tidak stabil.

(a (b))

Tanggapan ubahan terkendali terhadap waktu (a. stabil, b tak stabil)

Contoh 3:Mengoptimalkan kinerja prosesg p j p

Reaktor batch dipakai untuk mereaksikan A menjadi B (dii i k ) k di B j di C (t k dii i k )(diinginkan), kemudian B menjadi C (tak diinginkan).

Hal ini sering terjadi pada reaksi bahan organik. Reaksi g j p gmemerlukan panas (endotermis). Suhu reaktor dikendalikan dengan mengatur kecepatan alir steam, sehingga diperoleh hasil yang optimumhasil yang optimum.

Reaktor Batch dengan Reaksi Seri : A B CgBanyaknya produk = fungsi (waktu, suhu)

= fungsi (waktu, panas yang masuk(Q)).

pemanas

Kecil (tetap)Makin kecilBesar (tetap)

AA

BC

A

BC

AC

B

Perbandingan hasil (P) pada beberapa cara pemanasan

Syarat-syarat yang diperlukan agar kondisi tersebut y y y g p gtercapai:

1 P t t t h d1. Pemantauan secara terus-menerus terhadap perubahan:a operasi prosesa. operasi prosesb. pengaruh luar

2. Tanggapan untuk mengantisipasi perubahan-gg p g p pperubahan tersebut agar proses beroperasi secarabaik.

Sistem yang dirancang untuk menjalankan kedua syarat disebut sebagai sistem kendalisyarat disebut sebagai sistem kendali.

Perhatikan contoh berikut:

Ada 2 macam sistem kendali, yaitu:Ada 2 macam sistem kendali, yaitu:

sistem kendali manual; dan sistem kendali otomatis. Kelebihan sistem kendali otomatis adalah kecilnyaKelebihan sistem kendali otomatis adalah kecilnyakegagalan proses akibat human error.

Gambar dibawah menunjukkan perbedaan antarasistem kendali manual, semiotomatis, dan otomatis.

cairan dingin

cairan panassteam

condensatecairan dingina. Manual

cairan panassteam

condensate

b S i t ticairan dingin

C b. Semi otomatis

cairan panassteam Sistem

Kendalicondensatec. Otomatis

KendaliPemanas

Lesson 1. Design of a surge tank to smooth out fluctuations in flow. Definition of important process control terms.

Context:Most of the chemical processes concerns with continuous processes operating at steady state It is good but there's drawback to it: continuous processes may besteady state. It is good, but there's drawback to it: continuous processes may be disturbed in a variety of ways, and the effects propagate through the process as a function of time throughout the process, temperature, pressure, flow, and composition may rise or fallcomposition may rise or fall.

Process Control is about managing disturbances, for product quality, for economics, for safetyfor safety.

Example: Surge tankConsider two continuous processes operating in series. Process 1 feeds a stream wiConsider two continuous processes operating in series. Process 1 feeds a stream wi to process 2.

Stream wi has some steady design flowrate, but in practice it varies, causing problems in process 2. We might attack the problem by reducing the cause of variation in process 1; we might also attempt to mitigate the effect of the variation on process 2.

Propagation of disturbances between processes is a common problem, and a common solution is the surge tank; its job is to damp out changes in wi from the upstream process and thus deliver a steadier wo to the downstream process.

Notice that the inlet flow is unconstrained, and the outlet flow is ,pumped. Because the surge tank itself is not a steady-state process, IN does not equal OUT, and thus the liquid level will vary with time.