1006773345
UNIVERSITAS INDONESIA
USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWAJUDUL PROGRAMAPLIKASI METODE
MODEL PREDICTIVE CONTROL (MPC) UNTUK PENGENDALIAN KOMPRESOR DAN H2S
REMOVAL PADA PABRIK BIOHIDROGEN DARI BIOMASSA
BIDANG KEGIATANPROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA-PENELITIAN
(PKM-P)
DIUSULKAN OLEH:Ketua Pelaksana:Hafizh Malik H.T (1006706233,
Angkatan 2010)Anggota Pelaksana:Farah Diba Toya(1206229995,
Angkatan 2012)Anggota Pelaksana:Dezaldi Adam(1306392853, Angkatan
2013)
UNIVERSITAS INDONESIADEPOK2013
PENGESAHAN USULAN PKM-PENELITIAN
DAFTAR ISI
PENGESAHAN USULAN PKM-PENELITIAN iDAFTAR ISIiiDAFTAR
GAMBARiiRINGKASAN1BAB 1 PENDAHULUAN21.1.Latar Belakang
Masalah21.2Perumusan Masalah31.3Tujuan31.4Luaran Yang
Diharapkan31.5Kegunaan32.1.Pabrik Biohidrogen dari
Biomassa42.2.Pengendalian tingkat lanjut42.3.Model Predictive
Control53.1.Diagram Alir Penelitian63.2.Peralatan yang
digunakan73.3.Bahan Penelitian73.4.Prosedur Penelitian74.1Anggaran
Biaya84.2Jadwal Kegiatan9Lampiran 1. Biodata Ketua dan
Anggota10Lampiran 2. Justifikasi Anggaran Kegiatan13Lampiran 3.
Susunan Organisasi Tim Peneliti dan Pembagian Tugas13Lampiran 4.
Surat Pernyataan Ketua Peneliti14
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian6
ii
RINGKASAN
Banyaknya unit pada sebuah pabrik membuat banyak gangguan yang
akan terjadi pada suatu proses pabrik, gangguan tersebut akan
berdampak kepada keefektidan dan kestabilan operasi pabrik tersebut
yang juga berpengaruh kepada lingkungan sekitar. Salah satu cara
untuk menangai adanya gangguan dari luar tersebut yakni dengan cara
memasanag suatu pengendali pada unit-unit yang sangat penting.
Kompresor dan H2S Removal merupakan unit-unit yang penting dalam
pabrik biohidrogen dari biomassa. Kandungan H2S harus dihilangkan
guna mencegah korosi dan juga meningkatkan nilai bakar dari suatu
gas hidrogen. Kompresor berfungsi untuk meningkatkan tekanan hingga
mencapai tekanan operasi. Model Predictive Control (MPC) merupakan
suatu pengendali yang dapat bekerja dengan sistem multi input multi
output dimana pada pabrik biohidrogen dan biomassa ini banyak
sekali variable yang akan dikendalikan.
1
BAB 1 PENDAHULUAN1.1. Latar Belakang MasalahPada pabrik
biohidrogen dari biomassa, proses yang akan dilakukan sangatlah
banyak, sehingga memerlukan alat yang juga sangat banyak seperti
unit pengolahan bahan baku, unit gasifikasi, unit char decomposer,
unit kompresi, steam reforming, unit char combuster, unit cooler,
unit H2S Removal, dan unit presseure swing absorber. H2S Removal
dan Unit Kompresi merupakan unit yang terpenting dalam menghasilkan
biohidrogen secara efektif. H2S merupakan zat beracun yang dapat
membahayakan orang disekitarnya sehingga harus dihilangkan,
sedangkan unit kompresi bertugas untuk menaikkan tekanan yang
keluar dari unit gasifikasi sehingga tercapai tekanan yang tinggi
untuk dapat beroperasi.Dalam pengoperasian pabrik, tidak bisa
dihilangkan bahwa kondisi maksimal sangat sulit didapat, jika tidak
digunakan kontroler pada kedua unit tersebut, maka apabila terjadi
gangguan dari luar, akan berdampak kepada keefektifan dan
kestabilan operasi pabrik tersebut yang juga akan dapat
membahayakan orang-orang sekitar pabrik.Penelitian mengenai
pengendalian ini, sudah dilakukan oleh M.Iqbal dengan menggunakan
metode Proportional-Integral (PI) pada tahun 2012. Metode lain yang
dapat digunakan adalah metode Model Predictive Control (MPC) yang
merupakan salah satu pengendalian alternatif dengan sistem multi
input multi output (MIMO) dengan interaksi diantara lup-lup yang
dikendalikannya. Dalam kenyataannya, pengendalian MPC akan
mengeluarkan hasil yang lebih baik dari pada PI karena MPC memulai
pengendalian sebelum setpoint berubah, sementara PI memulai
pengendalian pada saat setpoint berubah. Hal ini berarti dalam MPC,
pengendalian dilakukan sebelum adanya perubahan pada sistem,
sedangkan pada PI, pengendalian dilakukan setelah adanya gangguan,
perubahan pada sistem sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk
mengembalikannya ke keadaan semula (Haugen, 2010).Pada penelitian
ini, akan dilakukan sistem pengendalian pada proses kompresi dan
H2S Removal yakni pengendalian tekanan dan pengendalian komposisi
H2S. Pada proses ini, untuk menghilangkan H2S secara efektif dari
aliran gas dan membentuk suatu padatan sulfida yang stabil. Dalam
proses ini, tekanan operasi yang digunakan sangatlah tinggi yakni
sebesar 3162 kPa, sedangkan untuk tekanan masuknya adalah sebesar
148,6 kPa (Budianta et al.,2011). Sehingga diperlukan unit kompresi
yang dapat menaikkan tekanan hingga mencapai 3162 kPa. Oleh karena
itulah, untuk menaikkan tekanan dan menghilangkan H2S dalam
produksi biohidrogen ini dibutuhkan sebuah sistem pengendalian MPC
controller agar pada saat ada gangguan yang terjadi, maka kondisi
operasi dapat kembali ke keadaan yang seharusnya.
1.2Perumusan MasalahKompresor merupakan komponen penting pada
pabrik biohidrogen dari biomassa ini, karena kompresor dapat
meningkatkan tekanan yang akan masuk ke H2S Removal. H2S Removal
merupakan komponen utama dari pabrik ini, dimana H2S harus
dihilangkan agar mencapai spesifikasi dari gas yang ditentukan.
Oleh karena itu, kedua unit ini harus di kontrol agar mendapatkan
hasil yang lebih baik lagi serta bagaimana MPC Controller dapat
lebih baik daripada pengendali lain.
1.3 TujuanTujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan
pengendalian yang lebih baik untuk proses kompresi dan H2S Removal
pada pabrik biohidrogen dari biomassa.
1.4Luaran Yang DiharapkanAdapun luaran yang diharapkan dari
penelitian ini adalah nilai Integral Absolut Error dari metode MPC
lebih baik daripada nilai Integral Absolut Error metode lain.
1.5 Kegunaan1.5.1 Untuk Masa KiniKegunaan penelitian ini untuk
masa sekarang ini adalah sebagai perbandingan antara suatu metode
dengan metode lainnya dalam melakukan pengendalian1.5.2 Untuk Masa
MendatangKegunaan untuk masa mendatang adalah sebagai saran
pengembangan terhadap sistem pengendalian.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA2.1. Pabrik Biohidrogen dari
BiomassaPabrik biohidrogen digunakan sebagai feedstock, dimana
masukan kebanykan berasal dari kayu dan limbah kayu, hasil
pertanian serta limbahnya. Energi keluaran dari pabrik ini akan
digunakan sebagai energi elektrik.H2S removal merupakan unit yang
digunakan untuk menghilangkan H2S. H2S harus dihilangkan karena
dapat menyebabkan korosi dan juga dapat menurunkan nilai bakar gas.
Pada pabrik ini digunakan metode iron sponge, dimana metode ini
terbuat dari besi oksida yang terhidrasi dengan penunjang yang
terbuat dari lembaran kayu berukuran partikel yang memiliki bidang
kontak yang baik dengan gas.Proses pemurnian H2S berlangsung dengan
cara menagalirkan gas ke bawah melintasi unggun yang berisi iron
sponge. Pada proses ini, besi sulfida akan bereaksi dengan H2S
sehingga akan membentuk besi sulfida dan air. Air akan turun ke
bagian bawah dari unggun bersama gas dan kemudian di keringkan
(drainasi) untuk mencegah akumulasi. Iron sponge juga dapat
menghilangkan zat pembau seperti merkaptan yang terdapat dalam
aliran gas.
2.2. Pengendalian tingkat lanjutPada proses industri modern,
biasanya industri beroperasi dalam skala besar dimana pada suatu
unit dapat memiliki input dan output yang banyak, sehingga terdapat
multivariable. Banyak dari variabel-variable proses tersebut yang
berinteraksi satu sama lain dan tidak bisa diabaikan karena akan
mempengaruhi performa dari proses tersebut. Hingga saat ini,
terdapat beberapa pengendalian advance yang pernah dikembangkan
seperti ratio control, cascade control, feedforward control,
decoupling control, model based control. Model Predictive Control
merupakan pengendalian tingkat lanjut (Advance) yang dikembangkan
berdasarkan Model based control.
2.3. Model Predictive ControlHal yang paling menunjang dari
Model Predictive Control adalah perilaku dari proses yang ada akan
diprediksi dengan menggunakan model dinamik dan pengukuran yang
tersedia. Sehingga pada saat sistem menerima gangguan
(disturbance), controller akan semakin cepat menanggapinya.Model
Predictive Control (MPC) merupakan suatu metode pengendalian yang
berdasarkan model dan merupakan metode umum yang dapat
menyelesaikan pengendalian multi input multi output (MIMO).Konsep
dasar dari Model Predictive Control ini adalah :a. Keluaran proses
yang diharapkan berada pada rentang horizon N yang telah
ditentukan, hal ini dinamakan prediction horizon, keluaran
diprediksi pada waktu pencuplikan dengan menggunakan model proses.
Keluaran dari proses ini bergantung kepada nilai masukan dan
keluaran serta sinyal kendali yang akan digunakan.b. Penghitungan
sinyal kendali dengan meminimalisasi objective function (fungsi
kriteria) yang ditetapkan sebelumnya, hal ini bertujuan untuk
menjaga keluaran proses agar sedekat mungkin dengan acuan.Sinyal
kendali u(t|t) akan dikirim ke proses, sementara sinyal terprediksi
yang lainnya akan dibuang. Hal ini dikarenakan pada pada
pencuplikan berikutnya keluaran dari y(t+1) sudah diketahui.
Langkah pertama akan diulang dengan menghasilkan keluaran baru dan
semua perhitungan yang diperlukan akan diperbaiki. Sinyal yang baru
akan dihitung dengan menggunakan konsep receving horizon.
BAB 3 METODE PENELITIAN3.1. Diagram Alir Penelitian
Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian.3.2. Peralatan yang
digunakanPada penelitian ini, program yang digunakan untuk
mensimulasikan pengendalian dengan metode MPC adalah ASPEN HYSYS
7.0. Pada perangkat lunak ini, terdapat perancangan berbagai jenis
alat yang serta pengendali yang dapat di simulasikan baik secara
steady state maupun secara dinamik.
3.3. Bahan PenelitianPada penelitian kali ini, bahan yang
digunakan adalah hasil perancangan pabrik hidrogen dari biomassa
(Budianta, et al, 2011), dimana pada perancangan pabrik ini
memiliki unit kompresor dan H2S Removal.
3.4. Prosedur Penelitian Melakukan Pemodelan dalam kondisi
Steady StateSistem yang akan diidentifikasi adalah unit kompresor
dan H2S yang telah ada pada perancangan pabrik biohidrogen
(Budianta et al, 2011). Dalam pengendalian kali ini tekanan yang
keluar dari kompresor diasumsikan selalu tetap, sedangkan pada H2S
Removal akan mengikuti sistem untuk menghasilkan konsentrasi sulfur
yang diharapkan.
Pengumpulan data dan penentuan parameter KompresorLaju alir
umpan yang masuk kedalam kompresor (F): 740 kgmol/hrSuhu Umpan
Masuk (Tf): 110 oCTekanan umpan masuk (Pin): 48,6 kPaTekanan umpan
keluar (Pout): 3162 kPa H2S RemovalLaju alir umpan yang masuk
kedalam H2S Removal (F): 740 kgmol/hrSuhu Umpan Masuk (Tf): 200
oCTekanan umpan masuk (Pin): 3162 kPaKomposisi H2S umpan masuk H2S
removal: 3000 ppmwKomposisi keluaran H2S: 0 ppmw
Mengubah simulasi ke proses dynamic dan memasang pengendaliModel
sistem diubah menjadi model dinamik yang kemudian setiap unit
dipasang pengendalian yakni berupa pengendali MPC. Variabel yang
akan dikontrol pada unit kompresor adalah tekanan aliran yang
memasuki H2S Removal, sedangkan untuk H2S removal, variabel yang
akan dikontrol adalah komposisi H2S (fraksi massa)
Mengidentifikasi Sistem ModelDalam melakukan identifikasi sistem
model, akan dilakukan model testing, dimana pada model testing ini
akan digunakan PID Controller dimana akan diberi gangguan pada PID
Controller sehingga didaptkan pemodelan empirik dari hasil model
testing ini. Simulasi dengan menggunakan MPC kemudian dilakukan
dengan memasukkan parameter yang didapatkan pada pemodelan
empirik.
Membandingkan hasil dari IAE MPC dan IAE PIDDalam proses tuning,
akan dibandingkan antara Integral Absolut Error yang dihasilkan
oleh Model Predictive Control dan Proportional Integrative. Jika
dihasilkan IAE dari PI lebih kecil daripada IAE yang dihasilkan
oleh MPC, maka akan dilakukan tunning ulang, sedangkan apabila
sudah mencapai, maka tuning telah selesai dilakukan.
BAB 4 BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN4.1Anggaran BiayaTabel 4. 1.
Ringkasan Anggaran Biaya.NoJenis PengeluaranBiaya (Rp)
1Perangkat Lunak Aspen Hysys 7.08.812.000
2Random Access Memory 16GB1.400.000
Jumlah10.212.000
4.2Jadwal KegiatanTabel 4. 2. Jadwal Kegiatan PKMP.KegiatanBulan
ke-
123
123412341234
Studi Literatur
Persiapan Perangkat Lunak
Proses Pengujian
Pengolahan Data dan Analisis Hasil
Pembuatan Laporan Akhir
DAFTAR PUSTAKA[1] Agachi, Paul Serban (2006). Model Based
Control. German : WILEY-VCH Verlag GmbH[2] Aspen, 2012. Aspen Hysys
Operation Guide : Reference Guide[3] Boyd, S. (2010). Model
Predictive Control. Stanford University[4] Budianta, I.A, Abqari,
F. Dkk (2011). Perancangan Pabrik Biohidrogen dari Biomassa. Depok
: Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia[5] Dwiyaniti,
Murie. (2010). Perancangan Pengendalian. University of
Indonesia.
Lampiran 1. Biodata Ketua dan Anggota
I. Biodata Ketua Pelaksana PenelitianA. Identitas Diri1Nama
Lengkap (dengan gelar)Hafizh Malik H.T
2Jenis KelaminL
3Program StudiTeknik Kimia
4NIM1006706233
5Tempat dan Tanggal LahirDuri, 22 Januari 1993
[email protected]
7Nomor Telepon/HP085271100048
B. Riwayat PendidikanSDSMPSMA
Nama InstansiMI Hubbul WathanMTs YasmiSMA N 2 Mandau
Jurusan---
Tahun Masuk-Lulus1998 20042004 20072007 - 2010
C. Pemakalah Seminar NasionalNo.Nama Pertemuan
Ilmiah/SeminarJudul Artikel IlmiahWaktu dan Tempat
D. Penghargaan dalam 10 Tahun TerakhirNo.Jenis
PenghargaanInstitusi Pemberi PenghargaanTahun
1SPE Java ScholarshipAsosiasi2013
220 Terbaik Olimpiade Kimia ke-7 RiauAsosiasi2009
3Terbaik I Olimpiade Kimia SMA DuriAssosiasi2010
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini
adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila
di kemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuian dengan kenyataan,
saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan
sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan
hibah PKM-P DIKTI.
Depok, 22 Oktober 2013Pengusul,
Hafizh Malik H.T
II. Biodata Anggota Pelaksana Penelitian 1A. Identitas Diri1Nama
Lengkap (dengan gelar)Farah Diba Toya
2Jenis KelaminP
3Program StudiTeknik Kimia
4NIM1206229995
5Tempat dan Tanggal LahirJakarta, 28 Oktober 1994
[email protected]
7Nomor Telepon/HP081807071659
B. Riwayat PendidikanSDSMPSMA
Nama InstansiSD Al-Azhar 04 Kebayoran lamaSMPN 11 JakartaSMAN 6
Jakarta
Jurusan
Tahun Masuk-Lulus2000-20062006-20092009-2012
C. Pemakalah Seminar NasionalNo.Nama Pertemuan
Ilmiah/SeminarJudul Artikel IlmiahWaktu dan Tempat
-
D. Penghargaan dalam 10 Tahun TerakhirNo.Jenis
PenghargaanInstitusi Pemberi PenghargaanTahun
-
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini
adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila
di kemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuian dengan kenyataan,
saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan
sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan
hibah PKM-P DIKTI.
Depok, 22 Oktober 2013Pengusul,
Farah Diba Toya
III. Biodata Anggota Pelaksana Penelitian 2A. Identitas
Diri1Nama Lengkap (dengan gelar)Deazaldi Adam
2Jenis KelaminL
3Program StudiTeknik Kimia
4NIM1306392853
5Tempat dan Tanggal LahirJakarta, 10 Desember 1995
[email protected]
7Nomor Telepon/HP085694193515
B. Riwayat PendidikanSDSMPSMA
Nama InstansiSD Bina InsaniSMP Negeri 1 BogorSMA Labschool
Kebayoran
Jurusan---
Tahun Masuk-Lulus2001-20072007-20102010-2013
C. Pemakalah Seminar NasionalNo.Nama Pertemuan
Ilmiah/SeminarJudul Artikel IlmiahWaktu dan Tempat
-
D. Penghargaan dalam 10 Tahun TerakhirNo.Jenis
PenghargaanInstitusi Pemberi PenghargaanTahun
1-
2
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini
adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila
di kemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuian dengan kenyataan,
saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan
sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan
hibah PKM-P DIKTI.
Depok, 22 Oktober 2013Pengusul,
Dezaldi Adam
Lampiran 2. Justifikasi Anggaran KegiatanMaterialJustifikasi
PemakaianKuantitasHarga Satuan (Rp)Keterangan
Software(Aspen Hysys 7.0)Sebagai alat pendukung simulasi
pengendalian18.812.0008.812.000
Hardware(RAM 16 GB)Sebagai upgrade untuk unit
komputer11.400.0001.400.000
Sub Total (Rp)10.212.000
Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim Peneliti dan Pembagian
TugasNo.Nama / NIMProgram StudiBidang IlmuAlokasi Waktu
(jam/minggu)Uraian Tugas
1.Hafizh Malik H.T/ 1006660604Teknik Kimia-20 Melakukan
koordinasi antar anggota Melakukan pemodelan Melakukan Tuning
Menganalisa hasil pengujian
2.Farah Diba Toya/ 1206229995Teknik Kimia-10 Mengubah simulasi
ke proses dynamic dan memasang pengendali
3.Deazaldi Adam/ 1306392853Teknik Kimia-10 Melakukan pengambilan
data dan penentuan parameter
7
14Lampiran 4. Surat Pernyataan Ketua Peneliti