Makalah Seminar Tugas Akhir

Makalah Seminar Tugas Akhir
PENGENDALIAN pH DALAM BEJANA DEFECATOR PADA PROSES PEMURNIAN
NIRA (GULA) DENGAN KONTROL PROPORSIONAL – INTEGRAL
Mustaghfiri Asror[1], Iwan Setiawan, S.T., M.T.[2], Budi Setiyono, S.T., M.T.[2]
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
ABSTRAK
Pada proses pengolahan tebu menjadi nira (gula) yaitu khususnya pada proses pemurnian bagian
sulfitasi pengendalian nilai pH masih banyak dilakukan pengamatan pH menggunakan indikator universal
atau BTB (Brom Tymol Blue) yang dilakukan dilokasi proses secara manual. Pada tugas akhir ini akan dibuat
alat otomatis untuk mengendalikan agar didapatkan nilai pH nira yang sesuai dengan proses Defekasi di
bejana defecator dengan penambahan susu kapur secara otomatis pada proses pemurnian nira.
Model analitik proses pengendalian pH (atau –log[H+]) terdiri dari dua dinamika yaitu, reaksi
pencampuran dan reaksi invariant yang didapatkan dengan menyelesaikan kesetimbangan elektro-kimia nonlinier. Secara keseluruhan dinamika proses tersebut adalah model yang nonlinier, sehingga diperlukan
pengendali yang mampu mengatasi karakteristik nonlinier ini. Pengendali nonlinear pada dasarnya sangat
cocok untuk diterapkan pada pengendalian pH akan tetapi pengendali nonlinear lebih rumit dan lebih mahal
dibandingkan pengendali linear. Oleh karena itu dalam penelitian ini diusulkan pengendali linear yang
mampu untuk mengatasi karakteristik nonlinear pada pH.
Pengendali linear yang digunakan adalah kontroler PI yang mempunyai parameter tuning khusus
yang telah dirancang sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan menghadapi sistem nonlinier.
Berdasarkan hasil percobaan hasil uji bumptest tuning PI mempunyai parameter (Kp= 3, Ki= 0,1)
Kata Kunci: Kontrol Nira, sensor pH, Defecator.
I PENDAHULUAN
Pada proses pemurnian nira terdapat tiga
buah jenis proses, yaitu Defekasi, Sulfitasi dan
Karbonatasi. Pada saat ini sebagian besar pabrik
gula di Indonesia menggunakan proses sulfitasi
dalam memurnikan nira karena dapat menekan
biaya produksi. Pada umumnya proses sulfitasi
yang ada pada Pabrik Gula masih bersifat manual
dengan pengamatan pH menggunakan indikator
universal BTB (Brom Tymol Blue) yang dilakukan
dilokasi proses dan beberapa juga sudah
menggunakan kontrol otomatsi namun masih
menggunakan kontrol on – off.
Kendali pH merupakan kendali jenis yang
tak linear, sehingga untuk mengatasinya juga
diperlukan kendali jenis nonlinear namun kendali
nonlinear merupakan sistem kendali yang kompleks
dan agak rumit serta lebih mahal. Sehingga pada
tugas ahkir ini digunakan kendali linear yang
mampu untuk mengatasi karakteristik nonlinear pH.
Teknik kendali konvensional seperti PI merupakan
sebuah teknik kendali yang banyak diterapkan
dibidang industri pada saat ini, namun kendala dari
sistem kendali konvensional ini membutuhkan
pengetahuan tentang parameter-parameter sistem
terlebih dahulu. Pada sistem yang kompleks
terdapat kendala dalam menentukan parameterparameter yang sesuai agar mendapatkan respon
keluaran yang stabil. Salah satu solusi terhadap
kesulitan tersebut adalah dengan melakukan
penalaan PI secara otomatik pada sebuah plant yang
akan dikendalikan.
II DASAR TEORI
2.1. Pengendali PI
Pengendali proporsional yang memberikan
aksi kontrol proporsional dengan error akan
mengakibatkan efek pada pengurangan rise time
dan menimbulkan kesalahan keadaan tunak (offset).
Pengendali integral yang memberikan aksi kontrol
sebanding dengan jumlah kesalahan akan
mengakibatkan efek yang baik dalam mengurangi
kesalahan
keadaan
tunak
tetapi
dapat
mengakibatkan respon transien yang memburuk.
Dalam waktu kontinyu, sinyal keluaran pengendali
PI dapat dirumuskan sebagai berikut.
t


1





dt
Co

K
e
t

e
t
.................................. (1)
p



T
i0


dengan
Co
Kp
Ti
e(t)
= sinyal keluaran pengendali PI.
= konstanta proporsional.
= waktu integral.
= sinyal kesalahan.
Diagram blok pengendali PI dapat dilihat pada
Gambar 1
E(s)
masukan
K
+ -
p

K
i
Co
s
Y(s)
Gambar 1 Diagram blok pengendali PI.
2.2. Perhitungan Parameter PI berdasarkan
informasi Uji Bumptest
Model self regulating process pada
dasarnya dapat didekati oleh sebuah model
matematis FOPDT (First Order Plus Ded Time)
yang hanya dicirikan oleh tiga buah parameter yaitu
Process transport delay – L, Process time constant
– T, Process static gain- K
Ketiga parameter yang menggambarkan
dinamika proses, secara praktis dapat diperoleh atau
diidentifikasi melalui eksperimen sederhana
BumpTest atau sinyal tangga secara open loop pada
mode kontrol manual (lihat Gambar 2).
Kontroller PID komersil
Ex
Auto
SP
(set Points)
e(error)
+
CO
Kontroller PID
-
Penggerak
(Actuator)
MV
Proses
Manual
PV
c. Gain Statis Proses (K) = Perbandingan
perubahan PV terhadap perubahan CO dalam
keadaan steadynya. Gain statis bisa bernilai
positif maupun negatif tergantung jenis control
valve yang di gunakan.

PV
PV

PV
0
K

 1

CO
CO

CO
1
0
2.3. Penalaan Pengendali PID Metode ke-1
Ziegler-Nichols
Metode ke-1 didasarkan pada respon plant
terhadap masukan tangga (step) dalam kalang
terbuka. Plant yang tidak mempunyai integrator,
akan menghasilkan kurva tanggapan terhadap
masukan tangga, seperti halnya pada hasil respon
uji Bumptest yang diperlihatkan pada gambar 2.
Parameter-parameter yang didapat dari
kurva reaksi digunakan untuk menentukan
parameter-parameter pengendali PID berdasarkan
tetapan-tetapan empiris Zielger-Nichols. Rumusrumus untuk mencari parameter pengendali
menggunakan metode kurva reaksi ditabelkan pada
Tabel 1.
Input dari Operator
Sensor
(Transmitter)
Gambar 2 Percobaan BumpTest pada kontrol manual
Secara
teknis
percobaan
BumpTest
dilakukan dengan cara memberi perubahan tangga
(step) sinyal output kontroler (CO) oleh operator
pada saat proses mengalami keadaan steady
(menetap) disekitar titik kerja nominalnya. Gambar
3 menunjukan salah satu contoh hasil percobaan
BumpTest.
Gambar 3 Respon Tangga percobaan BumpTest untuk
model FOPDT
Gambar 3 diatas merupakan grafik respon
tangga percobaan BumpTest yang mana parameterparameter proses FOPDT (First Order Plus Ded
Time) dapat dicari sebagai berikut:
a. Keterlambatan transportasi proses (L) = waktu
yang terjadi pada proses yang dihitung sejak
terjadi perubahan tangga pada CO sampai
variabel proses (PV) yang dikontrol mulai
menanggapi perubahan input CO.
b. Konstanta waktu (T) = Waktu yang di perlukan
sehingga nilai PV mencapai kurang lebih 63 %
dari keadaan steady akhir setelah waktu tunda.
Tabel 1 Rumus parameter PID dengan penalaan
Ziegler-Nichols metode ke-1.
Pengendali
Kp
Ti
Td
P
T/LK
PI
0.9T/KL
3,33L
PID
1,2T/KL
2L
0,5L
2.4. Teori Dasar pH
pH atau derajat keasaman yang digunakan
untuk menyatakan tingkat keasaaman atau basa
yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda.
Umumnya indikator sederhana yang digunakan
adalah kertas lakmus yang berubah menjadi merah
bila keasamannya tinggi dan biru bila keasamannya
rendah. Istilah pH berasal dari "p", lambang
matematika dari negatif logaritma, dan "H",
lambang kimia untuk unsur Hidrogen. pH adalah
singkatan dari power of Hydrogen. Definisi yang
formal tentang pH adalah negatif logaritma dari
aktivitas ion Hidrogen seperti dinyatakan pada
persamaan 2.
pH = -log[H+] dan pOH= -log[OH-] ............(2)
pH dibentuk dari informasi kuantitatif yang
dinyatakan oleh tingkat derajat keasaman atau basa
yang berkaitan dengan aktivitas ion hidrogen. Nilai
pH dari suatu unsur adalah perbandingan antara
konsentrasi ion hidrogen [H+] dengan konsentrasi
ion hidroksil [OH-]. Jika konsentrasi H+ lebih besar
dari OH-, material disebut asam; yaitu nilai pH
adalah kurang dari 7. Jika konsentrasi OH- lebih
besar dari H+, material disebut basa, dengan suatu
nilai pH lebih besar dari 7. Jika konsentrasi H+
sama dengan OH- maka material disebut sebagai
material netral. Asam dan basa mempunyai ion
hidrogen bebas dan ion alkali bebas. Besarnya
konsentrasi ion H+ dalam larutan disebut derajat
keasaman.
Pada suhu kamar: pKw = pH + pOH = 14 .
Pengendalian pH nira ini secara garis besar dapat
dilihat pada gambar 3.1 berikut.
2.5. Proses Pemurnian Nira (Clarification) di
Bejana Defecator
Tujuan dari stasiun pemurnian adalah
menghilangkan kotoran – kotoran yang terkandung
dalam nira dan untuk memisahkan bukan gula
sebanyak mungkin dari dalam nira dengan
kehilangan gula sedikit mungkin dan biaya
seminimal mungkin dengan kualitas gula yang
dihasilkan bermutu baik memenuhi tuntutan pasar.
Proses Pemurnian dimulai dengan nira
mentah dari bak penampungan dipompa ke
pemanas I atau heater I, dengan pompa sentrifugal
melalui pipa pemasukan, kemudian turun dan
bersirkulasi dalam pipa pemasukan secara kontinyu,
untuk selanjutnya keluar melalui pipa pengeluaran
atas. Proses selanjutnya adalah defekasi dengan
susu kapur. Nira yang keluar dari heater I dipompa
ke kalduser yang mempunyai 2 ruang berisi nira
dan susu kapur. Alat ini dinamakan defekator.
Proses pemberian susu kapur dilakukan 3 tahap.
Bejana defecator merupakan suatu alat
untuk mereaksikan nira dengan susu kapur untuk
mendapatkan pH yang alkalis dengan cara
pengadukan. Didalam proses pemurnian nira pada
umumnya dilakukan dengan tiga tahap yaitu:
d. Pada defecator I, pemberian susu kapur
mencapai nilai pH nira antara 7,0 – 7,2.
e. Pada defecator II, pemberian susu kapur
mencapai nilai pH nira antara 8,2 – 8,5.
f. Pada defecator III, pemberian susu kapur
mencapai nilai pH nira antara 9,5 – 10.
Pada Tugas Akhir ini pengendalian hanya
dilakukan pada bejana defecator. Pengendalian
yang dilakukan yaitu mempertahankan nilai pH nira
sesuai dengan referensi yang diinginkan pada
proses defekasi diBejana defecator. Pengendalian
nilai pH Nira dilakukan dengan menambahkan susu
kapur kedalam plant sehingga didapatkan nilai pH
nira yang diinginkan. Persamaan reaksi kimia
pencampuran antara Nira dengan susu kapur pada
bejana Defecator yang terjadi adalah sebagai
berikut:
Ca(OH)2 + C6H12O6 → Ca(C6H10O6) + 2H 2 O
Gambar 4 Diagram blok dasar sistem pengendalian
pH Nira.
3. PERANCANGAN
Pada perancangan pengendali pH nira ini
menggunakan Metode pengendali PI. Pada plant ini
juga dihubungkan dengan Komputer dengan
fasilitas komunikasi serial untuk melakukan
pengamatan secara grafik. Blok diagram
pH terukur
Set Point
+
Kontroler
PI
Error
-
CO
Pengontrol
Tegangan AC
Tiruan
Bejana
Defecator
Pompa
Air
Sensor pH
+
pH controler
Pada blok diagram diatas merupakan sistem
pengendalian pH Nira di Bejana Defekator pada
proses pemurnian Nira. Pengendalian nilai pH
output Nira dilakukan dengan mengatur besar
kecilnya kosentrasi ion hidrogen susu kapur yang
diberikan dengan nilai pH sebagai variabel yang
diukur, pemberian ion hidrogen susu kapur yang
dilakukan dengan cara mengatur besarnya debit
aliran masukan susu kapur yang di kendali oleh
besar kecilnya tegangan AC yang di berikan ke
Pompa.
3.1. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan Pengendalian pH dalam
bejana defecator pada proses pemurnian nira (gula)
dengan kendali PI membutuhkan beberapa
komponen diantaranya :
MIKROKONTROLLER
ATMega8535
E-6
V-1
E-9
Pengontrol
Tegangan AC
PC
LCD 8 X16
Switch
PB
PP
PD.2
SUMBER AC
PD.3
PA.2
ZERO CROSSING
DETECTOR
V-2
E-8
pHt
Gambar 5 Diagram blok perancangan perangkat keras
(a) Tampak depan
(b) Tampak atas
Gambar 6 Gambar plant pengendali pH yang digunakan
3.2. Perancangan Sensor Keasaman (PE03),
Buffer CA3140
Sensor keasaman adalah suatu transducer
yang berfungsi mengubah besaran yang berupa
tingkat keasaman menjadi suatu besaran listrik.
Untuk jenis sensor keasaman yang dipakai adalah
sensor pH dari produk Trans Instrument dengan
jenis PE03 dan pH Controler tipe BL931700
sebagai Transmiter sensor pH. Sensor ini mengubah
tingkat keasaman menjadi besaran listrik yang
berupa tegangan.
3.3. Perancangan Program Utama
Program utama dimulai dengan inisialisasi
awal untuk masing-masing Port dan register.
Setelah inisialisasi, program akan ke menu Mode
off yang berfungsi sebagai default. Pada menu off
apabila tombol OK ditekan akan melakukan setting
point pH, nilai Kp, Ki dan nilai CO awal. Pada
Mode off Program akan ke Mode Manual atau
mode Auto setelah sakelar ke posisi on.
Pada menu pilihan terdapat pilihan mode
manual dan mode otomatis untuk mengendalikan
nilai pH pada Bejana Defecator menggunakan
pengendali PI. Pada mode manual juga di berikan
fasilitas untuk uji Bumptest untuk menentukan nilai
parameter Kp dan Ki yang digunakan untuk proses
pengendalian Algoritma PI berdasarakan informasi
hasil dari uji dan akan dilakukan tuning manual
berdasarkan metode tuning yang digunakan.
Dari Tabel 2 terlihat bahwa pada hasil
pembacaan pada display Transmitter pH (pH
Controler) dengan Output Transmitter pH (pH
Controler) yang terukur telah menunjukkan hasil
yang kurang linear. Grafik yang merepresentasikan
data hasil pembacaan Transmiiter pH dengan
Tegangan Output yang terukur dapat dilihat pada
gambar 9 dibawah ini:
Perbandingan nilai pH terukur
y = 0.1112x + 0.3986
Vout terukur
Gambar 7 sensor + pH Controler tipe BL931700
Tabel 2 Hasil Pengukuran Transmitter pH
Out Transmitter pH
No pH Terukur
1
4.00
0.84 V
2
5.00
0.95 V
3
6.00
1.07 V
4
7.00
1.19 V
5
8.00
1.29 V
6
9.00
1.40 V
7
10.00
1.51 V
8
11.00
1.62 V
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
2
4
6
8
10
12
pH terbaca
Mulai
Gambar 9 Grafik perbandingan pH Terukur dengan
Tegangan Output (pH Controler).
Inisialisasi I/O
Register, ADC dan LCD
Mode ON
Dipilh?
Tidak
Input SP, Kp, Ki,
CO
ya
Tidak
Mode auto
Dipilih?
Mode Manual
Tidak
Mode
BumpTest
Dipilh?
Mode Otomatis
Algoritma PI
ya
CO=CO+20%
Input man CO
ya
Menampilkan pH,
CO, kirim serial
Proses
Open Loop
Menampilkan pH,
CO, kirim serial
4.2. Pengujian Kalang Terbuka (Uji Bumptest)
Pada pengujian kalang terbuka, plant dalam
mode manual dan diberikan sinyal kontrol secara
mendadak dengan besar selisih COawal dengan
COakhir sebesar 20%. Pada awalnya mikrokontroler
memberi masukan berupa sinyal kendali CO ke
pengontrol tegangan AC sebesar 15 % dan saat
kondisi plant dalam keadaan steady mikrokontroler
memberikan sinyal kendali sebesar 35 % sampai
didapatkan kondisi plant dalam keadaan steady.
Tanggapan keluaran nilai pH Nira pada plant
ditunjukkan pada gambar 10.
6.5
11.5
9.1
6.8
5
Gambar 8 Diagram alir program utama.
13
4. PENGUJIAN DAN ANALISIS
4.1. Pengujian Sensor pH
Pengukuran ini dilakukan dengan cara
melakukan pencampuran antara 2 larutan yang
bersifat asam dengan larutan yang bersifat basa.
Pengukuran pertama kali dilakukan dengan larutan
yang bersifat asam dalam hal ini Nira cair dengan
nilai pH yang terukur sebesar pH 4.00 dan sedikit
demi sedikit di campurkan dengan larutan yang
bersifat basa dalam hal ini Susu Kapur. Dari hasil
pengkuran ini dapat dilihat pada Tabel 4.2 dibawah
ini:
28
36
20 %
Gambar 10 Tanggapan keluaran sistem pengendalian pH
berdasarkan hasil uji Bumptest.
Berdasarkan hasil uji eksperimen Bumptest
diatas didapatkan nilai parameter – parameter
sebagai berikut:
 6.5
K 
 0.325 pH
%
 20
pv63%  (63% * 6.5)  5  9.1
pv28%  (28% * 6.5)  5  6.82
t 63%  36  13  23
t 28%  28  13  15
T  1.5(23  15)  12
L  23 12  11
sifat actuator yang nonlinear juga terjadi proses
reaksi kimia atau molaritas ion pada plant model
dalam jumlah yang tidak dapat diketahui secara
tepat sedangkan parameter yang diukur merupakan
pH bukan molaritas ion hidrogen.
Sehingga Model Empirik FOPDT dari
0.325 11s
dengan menggunakan tuning
G( s) 
e
12s  1
Ziegler – Nichols akan didapatkan parameter Kp
dan Ki sebagai berikut :
4.4. Respon Pengendalian pH Tanpa Gangguan
Pada hasil pengujian kedua dilakukan
dengan referensi nilai pH pada 7.2 seperti tampak
pada gambar 4.4. Pada pengujian tanggapan
pengendalian pH dengan referensi pH 7.2 dilakukan
selama 500 detik. Respon sistem cenderung
berosilasi memiliki waktu tunda (td) yang
diperlukan sekitar 20 detik, waktu naik (tr) sekitar
30 detik, waktu puncak sekitar 40 detik. Selama
sekitar 70 detik sistem mengalami overshoot
sebesar 1.3 pH. Waktu penetapan cenderung tidak
bisa diperhitungkan karena respon sistem
cenderung berosilasi sekitar ± 1.2 pH disekitar nilai
titik referensi.
0.9 *12
10.8

 3.02
0.325 *11 3.58
Ti  3.33 *11  36.63
Kp 3.02
Ki 

 0.08
Ti 36.63
Kp 
4.3. Pengujian dengan Nilai Referensi Naik
Gambar 11 adalah gambar respon kendali
pH nira dengan pemberian referensi naik dari pH
7.2 sampai pH 9.5. Pada saat diberikan nilai
referensi awal yaitu pada nilai pH 7.2 sistem
mengalami waktu tunda (td) yang diperlukan adalah
25 detik, Waktu naik (tr) 5 detik serta waktu puncak
(tp) sebesar 40 detik. Pada awal pemberian
referensi pH sistem menghalami overshoot yang
lumayan besar sekitar 1.4 hal ini dikarenakan sifat
dari sistem yang dikendalikan bersifat nonlinear
dan juga actuator penggerak juga bersifat
nonlinear. Namun setelah detik ke 280 pH referensi
dinaikkan pada nilai pH 8.5 sistem menunjukkan
respon yang stabil tidak terjadi kesalahan keadaan
tunak begitu juga setelah detik ke 570 pH referensi
dinaikan ke nilai pH 9.5 dan sistem nilai pH output
segera mengikuti nilai pH referensi yang dtentukan
dan respon sistem stabil. Setelah detik ke 800
pengujian dihentikan.
Gambar 12 Tanggapan sistem pengendalian pH tanpa
gangguan dengan referensi pH 7.2.
Pada hasil pengujian ketiga dilakukan
dengan referensi nilai pH pada 8.5 seperti tampak
pada gambar 13. Pada pengujian tanggapan
pengendalian pH dengan referensi pH 8.5 dilakukan
selama 320 detik. Respon sistem cenderung
berosilasi memiliki waktu tunda (td) yang
diperlukan sekitar 30 detik, waktu naik (tr) sekitar
45 detik, waktu puncak sekitar 55 detik. Selama
sekitar 30 detik sistem mengalami overshoot
sebesar 0.9 pH. Waktu penetapan cenderung tidak
bisa diperhitungkan karena respon sistem
cenderung berosilasi sekitar ± 0.8 pH disekitar nilai
titik referensi.
Gambar 11 Respon sistem dengan pemberian referensi
naik pH 7.2, pH 8.5 dan pH 9.5.
Pada hasil pengujian sistem kendali pH
Nira dengan referensi naik menunjukkan bahwa
semakin besar referensi pH yang diberikan, maka
sistem menunjukkan respon yang stabil berbeda
halnya saat pertama kali plant dihidupkan, respon
sistem mengalami overshoot yang cukup besar
dikarenakan sifat bahan plant yang nonlinear serta
pada nilai pH netral sifatnya sangat reaktif sehingga
pada pengendalian pH netral cenderung berosilasi
karena sifat pH termasuk persamaan logaritmik.
Osilasi yang terjadi ini juga dikarenakan karena
Gambar 13 Tanggapan sistem pengendalian pH tanpa
gangguan dengan referensi pH 8.5.
Pada hasil pengujian keempat dilakukan
dengan referensi nilai pH pada 9.5 seperti tampak
pada gambar 14. Pada pengujian tanggapan
pengendalian pH dengan referensi pH 9.5 dilakukan
selama 500 detik. Respon sistem cenderung
berosilasi namun tidak terlalu besar sperti pada
pengujian dengan nilai pH 7.2, memiliki waktu
tunda (td) yang diperlukan sekitar 40 detik, waktu
naik (tr) sekitar 45 detik, waktu puncak sekitar 60
detik. Pada pengujian ini tidak mengalami
overshoot yang berarti karena overshoot yang
terjadi sangat kecil dengan lonjakan maksimum
sebesar pH 0.3. Waktu penetapan sekitar detik ke
100, Osilasi yang terjadi sekitar ± 0.15 pH disekitar
nilai titik referensi.
Gambar 14 Tanggapan sistem pengendalian pH tanpa
gangguan dengan referensi pH 9.5.
Pada hasil pengujian pengendalian pH
dengan referensi nilai pH 7.2 ditunjukkan pada
gambar 12 diatas merupakan nilai pH netral yang
mana pada pengujian tersebut mengalami osilasi
terus menerus namun tetap mengikuti nilai referensi
yang diinginkan. Hal ini berbeda pada pengujian
ketiga dengan referensi pH 8.5 respon sistemnya
lebih stabil jika dibandingkan dengan referensi pH
7.2 sedangkan pada referensi pH 9.5 respon
menunjukkan sistem yang lebih stabil yang
dibuktikan dengan osilasi yang semakin berkurang.
Untuk overshoot respon yang dihasilkan juga pada
referensi pH 9.5 lebih kecil jika dibandingkan
dengan referensi nilai pH yang lebih rendah dan
bisa ditentukan waktu penetepan yaitu sekitar
didetik ke 100.
Fenomena ini dikarenakan pada pH netral
sifatnya sangat reaktif karena berada pada titik
tengah-tengah asam dan basa sedangkan kosentrasi
yang terjadi sebenarnya reaksi campuran antara ion
hidrogen yang mana pada kondisi dan ukuran
tertentu memiliki nilai pH yang tidak sama
sehingga apabila dicampur dengan sedikit saja
bahan yang bersifat asam maupun basa akan cepat
bereaksi dan menimbulkan osilasi terus menerus.
Pada kasus pengendalian pH ini dikarenakan terjadi
suatu reaksi kimia yang tidak bisa diukur secara
tepat reaksi yang terjadi jika dicampurkan dan juga
karena plant yang dikendalikan merupakan cairan
yang mengalir. Penentuan nilai pH akhir ini juga
karena sifat pH merupakan fungsi logaritmic
sehingga kendali ini merupakan suatu kendali yang
tidak linear dan jika nilai pH akhir campuran yang
terjadi juga dipengaruhi oleh volume dan berat dari
reaksi kimia yang dilakukan, untuk 2 cairan kimia
yang dilakukan dengan volume dan berat yang
berbeda akan mempunyai nilai pH yang sedikit
berbeda. Sehingga
4.5. Respon
Pengendalian
pH
Terhadap
Gangguan
Pada pengujian terhadap gangguan
dilakukan untuk mengetahui respon sistem terhadap
gangguan secara mendadak sehingga akan
diketahui kemampuan plant. Gangguan ini berasal
dari volume Nira yang diberikan dengan mengatur
besar kecilnya kran input.
Pada pengujian kelima ini dilakukan
pengujian tanggapan sistem pengendalian pH
terhadap gangguan dengan referensi 7.2 tampak
pada gambat 15. Gangguan ini dilakukan pada detik
400 yaitu dengan menambahkan Nira kedalam
tangki. Pada pengujian ini karena respon sistem
cenderung berosilasi sehingga pada nilai pH terukur
tampak sama pada detik-detik yang lain namun
masih bisa kelihatan. Saat terajadi gangguan
tampak nilai pH Terukur mengalami. Pada
pengujian ini tampak bisa dilihat pada grafik CO
yang mana peningkatannya tajam dari pada nilai
CO yang lain setelah mengalami overshoot. Setelah
nilai pH mendekati nilai titik referensi respon
segera akan mengalami hasil respon yang sama
sebelum terjadinya gangguan dan tetap berosilasi
mendekati nilai titik referensi yang telah ditentukan
seperti halnya sebelum terjadi gangguan.
Gambar 15 Tanggapan sistem pengendalian pH terhadap
gangguan dengan referensi pH 7.2.
Pada pengujian keenam ini dilakukan
pengujian tanggapan sistem pengendalian pH
terhadap gangguan dengan referensi 8.5 tampak
pada gambat 16. Gangguan ini dilakukan pada detik
340 yaitu dengan menambahkan Nira kedalam
tangki. Pada pengujian ini karena respon sistem
cenderung berosilasi sehingga pada nilai pH terukur
tampak sama pada detik-detik yang lain namun
masih bisa kelihatan karena osilasi yang terjadi
lebih mengecil dariapada pengujian pada nilai pH
7.2. Saat terajadi gangguan tampak nilai pH
Terukur mengalami.. Pada pengujian ini tampak
bisa dilihat pada grafik CO yang mana
peningkatannya tajam dari pada nilai CO yang lain
setelah mengalami overshoot. Setelah nilai pH
mendekati nilai titik referensi respon segera akan
mengalami hasil respon yang sama sebelum
terjadinya gangguan dan tetap berosilasi mendekati
nilai titik referensi yang telah ditentukan seperti
halnya sebelum terjadi gangguan.
Gambar 16 Tanggapan sistem pengendalian pH terhadap
gangguan dengan referensi pH 8.5.
Pada pengujian ketujuh ini dilakukan
pengujian tanggapan sistem pengendalian pH
terhadap gangguan dengan referensi 9.5. Gangguan
ini dilakukan pada detik 500 yaitu dengan
menambahkan Nira kedalam tangki. Saat terajadi
gangguan tampak nilai pH Terukur mengalami
penurunan sampai pada nilai pH. Pada pengujian ini
tampak bisa dilihat pada grafik pH Terukur dan CO
yang mana peningkatannya tajam dari pada nilai
CO yang lain setelah mengalami overshoot.
Gambar 17 Tanggapan sistem pengendalian pH terhadap
gangguan dengan referensi pH 9.5.
V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian dan analisis
yang dilakukan didapatkan hal-hal penting sebagai
berikut:
1. Sistem pengaturan PH secara otomatis yang
dibuat mampu mempertahankan PH di dalam
plant model sesuai dengan kisaran PH 7,2
hingga 9.5.
2. Hasil pengukuran tegangan output pH
Controler untuk setiap kenaikan nilai pH
terdapat selisih sehingga digunakan persamaan
linear untuk pendekatan nilai pH sebenarnya
yaitu y=0.1112x+0.3986.
3. Dari hasil uji Bumptest bisa ditentukan nilai
parameter Kp=4.1 dan Ki=0.1 untuk proses
pengendalian berdasarkan tuning Ziegler
Nichols.
4. Respon sistem pada nilai referensi 7.2
menghasilkan tanggapan yang cenderung
berosilasi dibandingkan pada referensi pH 9.5
lebih stabil dikarenakan sifat plant dan actuator
yang nonlinear.
5.2. Saran
Beberapa saran yang dapat dilakukan untuk
pengembangan sistem lebih lanjut,yaitu sebagai
berikut:
1. Untuk memperoleh respon sistem yang lebih
baik lagi, maka dapat dicoba dengan
menggunakan sensor yang memiliki keakuratan
dan stabilitas yang cukup baik.
2. Menggunakan Valve pada penginjeksian larutan
Susu Kapur ke dalam plant Bejana Defecator.
3. Menggunakan aksi kontrol yang lain yang dapat
mengatasi Plant Nonlinear.
4. Perlu dilakukannya analisa perubahan suhu
terhadap nilai hasil pengukuran PH, sehingga
dapat dirancang sebuah rangkaian untuk
mengkompensasi perubahan suhu.
DAFTAR PUSTAKA
Andrianto, Heri, Pemrograman Mikrokontroler
AVR ATMega16 Menggunakan Bahasa C
(CodeVisionAVR), Penerbit Informatika, Bandung,
2008.
Bejo Agus,C & AVR Rahasia Kemudahan Bahasa
C dalam Mikrokontroler ATMega8535, Penerbit
Graha Ilmu, Yogyakarta, 2008.
Brosilow, Coleman and Babu Joseph, Techniques of
Model-Based Control, Prentice Hall International
Series, New Jersey, 2001.
Budiharto
Widodo,
Panduan
Praktikum
Mikrokontroler AVR ATmega16, PT Elex Media
Komputindo, Jakarta, 2008.
Chang Raymond, Kimia Dasar : Konsep-konsep
Inti jilid 2, diterjemahkan oleh Suminar Seiati
Achmadi, Erlangga, Jakarta, 2004.
Gunterus, Frans, Falsafah Dasar: Sistem
Pengendalian Proses, PT Elex Media Komputindo,
Jakarta, 1997.
Heryanto, M. Ary dan Wisnu Adi P, Pemrograman
Bahasa C Untuk Mikrokontroler AT MEGA 8535,
Penerbit Andi, Yogyakarta, 2008.
Indra, Bakhtiar K, Skripsi: Penerapan Metode Auto
Tuning PI Relay Feedback Ziegler-Nichols pada
Pengendalian
Level
Ketinggian
Cairan
Menggunakan Mikrokontroler ATmega 8535,
Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang.
Kuswurj, R, Pengaruh ph Defekasi dan Kewayuan
Tebu Dalam Proses Pemurnian Nira Terhadap
Kualitas
Nira
Jernih,
http://www.risvank.com/?cat=72 Oktober, 2009.
Lazuardi, M, skripsi: Aplikasi mikrokontroler
AT89S51 sebagai kontroler Proporsional pada
pengaturan PH, Teknik Elektro, Universitas
Diponegoro, Semarang.
Malvino. “Prinsip – Prinsip Elektronika”. Jakarta :
Erlangga, 1996.
Meade, George P, Cane Sugar Handbook, Kanada,
1883.
Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik Jilid 1,
diterjemahkan oleh Edi Leksono, Erlangga, Jakarta,
1994.
Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik Jilid 2,
diterjemahkan oleh Edi Leksono, Erlangga, Jakarta,
1994.
Setiawan, Iwan., Kontrol PID untuk Proses
Industri, PT. Elex Media Komputindo,Jakarta,2008.
Soetedjo, Setiadi, introduction To Process
Machinery and Facilities on Sugar Factory:
Lembaga Pendidikan Perkebunan, Yogyakarta.
Wardhana L, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR
Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan
Aplikasi, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2006.
Winoto
Ardi,
Mikrokontroler
AVR
ATmega8/32/16/8535
dan
Pemrogramannya
dengan Bahasa C pada WinAVR, Penerbit
Informatika, Bandung, 2008.
----------,
ATmega8535
Data
Sheet,
http://www.atmel.com.
----------,Liquid Crystal Display Module M1632 :
User Manual, Seiko Instrument Inc., Japan, 1987.
---------,http://suwargana.multiply.com/journal/item/.
January 2008.
BIODATA MAHASISWA
Penulis lahir di Tegal dan
sekolah dari SD sampai
SMK di Kab. Tegal dan
melanjutkan dibangku kuliah
DIII
Instrumentasi
&
Elektronika di Universitas
Diponegoro.
Sekarang
sedang aktif melanjutkan
studi pendidikan strata I di
Jurusan
Teknik
Elektro
Universitas
Diponegoro
konsentrasi Kontrol dan
masih aktif di salah satu
perusahaan
Swasta
di
Semarang sebagai staff EDP.
Pembimbing I
Pembimbing II
Iwan Setiawan, S.T., M.T.
NIP. 197309262000121001
Budi Setiyono, S.T., M.T.
NIP. 197005212000121001