Studi Pemodelan Bond Graph dan Perancangan Pengontrol Proportional + Integral untuk Level Boiler dan Temperatur Penukar Kalor pada Sistem Miniplant

Abstract

AbstrakTujuan penelitian ini adalah menurunkan model level Boiler dan temperatur keluaran penukar kalor pada sistem miniplant untuk memahami dinamika proses dan perancangan pengontrol proportional dan integral. Penurunanmodeldilakukan dengan metode Bond Graph. Titik operasi dipilih berdasarkan kondisi kesetimbangan proses. Miniplant Boiler tank  dan penukar kalor memiliki dua proses utama yaitu level Boiler dan temperature produk penukar kalor. Proses level Boiler dimodelkan menjadi sistem orde satu. Didapatkan akar kuadrat rata "“rata kesalahan model level yaitu 5.7 mm pada titik operasi aliran masuk 4.3 m3/jam dan aliran keluar 4 m3/jam. Proses temperatur penukar kalor dimodelkan menjadi sistem orde dua. Didapatkan akar kuadrat rata-rata eror model temperatur sebesar 0.4oC.Level Boiler merupakan proses non self-regulatory, pada kondisi aliran masuk sama dengan aliran keluar maka level akan tetap. Level Boiler harus dikontrol karena aliran keluar dari boiler digunakan sebagai manipulated variable bagi proses temperature penukar kalor.  Temperatur penukar kalor merupakan proses self-regulatory dengan empat input. Variable yang ingin dikontrol adalah temperatur produk dengan manipulated variable adalah aliran keluar dari Boiler Tank. Pengontrolan level Boiler dan temperatur penukar kalor dilakukan dengan penambahan parameter proportional dan integral. Penentuan proportional band (Pb) dilakukan menggunakan kurva karakteristik statis untuk mendeskripsikan daerah operasi control valve sebelum mencapai saturasi dan metode pole placement agar letak pole mendekati sumbu riil. Penentuan Ti dilakukan dengan meletakkan satu pole berhimpit dengan zero sehingga pengaruh zero menjadi kecil. Pengontrolan level dilakukan di titik operasi 50%-60%. Pengontrolan temperatur penukar kalor dilakukan di titik operasi temperatur pemanas = 45oC, temperatur air suplai batch tank = 23.4oC dan aliran produk divariasikan  di 1 m3/jam, 1.6 m3/jam, 2.12 m3/jam dan 3.3 m3/jam. Pengontrolan Pb = 10% dan Ti =  20 s pada level Boiler memberikan respon dengan rise time (2%) 9 s dan settling time (2%) 39 s dengan integral kesalahan absolut model = 107.1 dan plant = 132. Pengontrolan Pb = 25% dan Ti=40 s pada temperatur penukar kalor memberikan integral kesalahan absolut model = 62.3 dan plant = 77.4. Sedangkan pengontrolan Pb=20% dan Ti=40 s memberikan integral kesalahan absolut model =  43.6 dan plant = 66.5. Untuk penelitian selanjutnya direkomendasikan menambah parameter pengontrolan derivative untuk mengurangi overshoot dan perbaikan pemanas agar rentang operasi semakin lebar. Kata Kunci: Level Boiler Tank dan temperatur penukar kalor, Pemodelan Bond Graph, dan Pengontrol P