Tugas Akhir Pengendalian Proses

TUGAS AKHIR PENGENDALIAN PROSES

Abi Satrio Pramono/1206261296Muhammad Fatah Karyadi/1206263370Reyhan Jonathan/1206263420

TUGAS AKHIR• Gambar di samping

adalah pengendalian konsentrasi keluaran dari dua CSTR yang dirangkai secara seri

• Laju reaksinya: a) rA(t) = kCA(t) lbmoles/gal-

min.b) rA(t) = kCA

2(t) lbmoles2/gal-min.

• V1 = 10 gal dan V2 = 12 gal

• k1 = k2 = 0.1 min.-1

• Densitasnya konstan

PERTANYAAN1. Turunkan model dinamiknya2. Buat model dinamik tersebut dalam Simulink3. Ukur control valve (Cv)-nya untuk 100% overcapacity

dengan aliran nominalnya 100 gpm. Jatuh tekanan melalui valve tetap sebesar 9 psi dan gravitas spesifiknya 0.81. Asumsikan konstanta waktu aktuator valvenya diabaikan dan valvenya jenis linear AO. Hitung valve gain (Kv)-nya

4. Transmiter konsentrasi dikalibrasi pada rentang 0 hingga 0.2 lbmoles/gal dan konstanta waktu 0.5 min. Tentukan fungsi alihnya

5. Jika digunakan pengendali P, PI dan PID, cari kinerja pengendali yang optimal (bandingkan hasil ZN dan outotuner-nya Matlab)

ORDE-1

ORDE-1

•Menurunkan model dinamikMasukan untuk sistem ini adalah F (aliran) dan C (konsentrasi). Keluaran dari sistem ini juga C.

•Meninjau Tangki 1

Akumulasi = In – Out + GenerasiV1 = F CAi – F CA1 + rA1 V1

V1 = F CAi – F CA1 – kCA1 V1

= – – k CA1

•Meninjau Tangki 2Akumulasi = In – Out + Generasi

V2 = F CA1 – F CA2 + rA2 V2

V2 = F CA1 – F CA2 – kCA2 V2

= – – k CA2

SIMULINK TANGKI 1

SIMULINK TANGKI 2

SIMULINK

No. 3

•Diketahui dalam soal bahwa▫Control valve 100% overcapacity▫Aliran nominal (F) = 100 gpm▫Pressure Drop = 9 psi▫Specific Gravity = 0.81▫Tipe valve =AO (Air to Open)

•Ditanya: Kapasitas maksimum dalam valve Gain Valve

F = CV = CV,max f(m)

•Diperlukan nilai Cv untuk menghitung F, maka

Cv = = = 30 gpm/psi1/2

•Mencari nilai Cvmax dengan menggunakan hubungannya dengan Cv

= 2 = 2

Cv,max = 60 gpm/psi1/2

•Gain Valve (KV) = = = = 2

•Fungsi alih control valve (GV) = = = 2

No. 4

•Diketahui dalam soal bahwa input konsentrasi dari 0 menjadi 200 lbmol/gal dan τT= 0.5 min

•Ditanya : Fungsi alih transmitter

•Transmitter akan melakukan kerja ketika ada input yang masuk

• Gain Transmitter (KT) = = = 1 %TO/(lbmol/gal)

•Fungsi alih transmitter (GT) = =

No. 5

•Dari jawaban No.3 dan No. 4 telah kita ketahui bahwa

•Model 2 subsistem

•Kp = = = 0.4545

•Konstanta τ dilihat dari grafik

•Dari grafik sebelumnya kita dapat menentukan nilai τ dan θ

0.63Δ = 0.63x0.4545 = 0.28, 11.5 min0.28Δ = 0.28x0.4545 = 0.12, min

τ = 1.5 (t63% - t28%) = 1.5 (11.5 min – 6.96 min) = 6.81 min

Θ= - τ= 11.5 min-6.81 min= 4.69 min

• P controlKc =P= = =3.19• PI ControlKc =P= = =2.87

τI = 3.3θ = 3.3 x 4.69 = 15.47

I=Kc/ τI =2.87/15.47 = 0.18• PID ControlKc = = = 3.83

τI = 2θ = 2 x 4.69= 9.38

I = Kc/τ1 = 0.41τD = 0.5θ = 0.5 x 4.69 = 2.345

D= Kc x τD = 8.98

Tune P

Tune PI

Tune PID

ORDE-2

•Turunkan model dinamiknya

• Persamaan Umum Model Dinamik Neraca Masa

TANK 1

• Untuk menurunkan model dinamik diatas perlu adanya linearisasi untuk Laju reaksinya

SOAL NOMOR 1 (TANK 1)

•Persamaan Tank 1

• Buat model dinamik tersebut dalam Simulink

• Model Dinamik untuk Simulink

SOAL 2 (TANK 1)

Turunkan model dinamiknya

• Persamaan Umum Model Dinamik Neraca Masa

TANK 2

• Untuk menurunkan model dinamik diatas perlu adanya linearisasi untuk Laju reaksinya

SOAL NOMOR 1 (TANK 2)

• Kembali ke persamaan Tank 2

• Buat model dinamik tersebut dalam Simulink

• Model Dinamik untuk Simulink

SOAL NOMOR 1 (TANK 2)

SIMULINK TANGKI 1

SIMULINK TANGKI 2

Ukur control valve (Cv)-nya untuk 100% overcapacity dengan aliran nominalnya 100 gpm. Jatuh tekanan melalui valve tetap sebesar 9 psi dan gravitas spesifiknya 0.81. Asumsikan konstanta waktu aktuator valvenya diabaikan dan valvenya jenis linear AO. Hitung valve gain (Kv)-nya!

• Mencari Cv (karakteristik Valve)

Untuk mencari Cv Menggunakan Rumus Untuk Aliran di dalam Valve

Dimanaf = flow∆Pv = Pressure drop dari valveGf = Specific Gravity

SOAL NOMOR 3

Karena valve linear, fully open, maka

Karena Valve 100% Over Capacity, maka

Jika Konstanta waktu actuator valve diabaikan maka nilai

Soal No 4Transmiter konsentrasi dikalibrasi pada rentang 0 hingga 100 lbmoles/gal dan konstanta waktu 0.5 min. Tentukan fungsi alihnya

Gain transmitter adalah rasio perbandingan signal output dengan variabel input yang diukur

Gain Transmitter (KT) = = = 1 %TO/(lbmol/gal)

Fungsi alih transmitter (GT) = =

Soal no 5Jika digunakan pengendali P, PI dan PID, cari kinerja pengendali yang optimal (bandingkan hasil ZN dan autotuner-nya Matlab)- Setelah mengetahui fungsi alih dari

transmitter, control valve, dan persamaan model dinamik pada subsistem proses, kita bisa mendapatkan jawaban dari nomor 3 dan 4 :

GT = dan GV = Kp = 2

Soal no 5• Model 2 Subsistem Dimana Setiap

Persamaan Model Dinamik Tangki Mempunyai Subsistem Sendiri

Soal no 5

Grafik 1. kurva output dari sistem pada keadaan open system

Soal no 5

Dari grafik diatas, dapat diperoleh nilai Kp sebesar :

Kp = = = 0.5868

Soal no 5

Grafik 2. penentuan nilai konstanta τ

Soal no 5

Dari grafik 2 yg didapatkan dan menggunakan metode PRC, dapat dihasilkan nilai konsanta τ dan θ sebesar :

0.63∆ = 0.63 x 0.5868 = 0.369684 t63% =11.014 min

0.28∆ = 0.28 x 0.5868 = 0.164304 t28% = 5.964 min

τ = 1.5 (t63% - t28%) = 1.5 (11.014 min – 5.964 min) =

7,575 min

θ = t63% - τ = 11.014 min – 7.575 min = 3.439 min

Soal no 5Perhitungan P, PI, dan PID :

P Control

Kc = 1𝐾τθ =

10.5868 7.575 min3.439 min = 3.7537

PI Control

Kc = 0.9𝐾 τθ =

0.90.5868 7.575 min3.439 min = 3.3783

τI = 3.3θ = 3.3 x 3.439 = 11.3487

PID Control

Kc = 1.2𝐾 τθ =

1.20.5868 7.575 min3.439 min = 4.5044

τI = 2θ = 2 x 3.439 = 6.878

τD = 0.5θ = 0.5 x 3.439 = 1.7195

Soal no 5Setting parameter tuning untuk tiap controller :

TUNE P

TUNE PI

TUNE PID