Asro Pun’ Blog

Process Control : (4) Ratio Control

Posted by asro pada 23 Juli 2008

Perhatikan kembali sistem pemanas yang dibahas pada serie sebelumnya seperti pada gambar berikut.

Seperti sudah dijelaskan pada serie yang lalu, gambar ini merupakan sebuah tanki pemanas yang digunakan untuk memanaskan air. Air dingin dengan suhu Ti dialirkan kedalam tanki dengan kecepatan alir W. Tanki dilengkapi dengan pemanas berupa steam/uap yang selalu memberikan kalori q kedalam tanki. Air panas dengan suhu To dialirkan keluar tanki dengan kecepatan aliran yang sama dengan aliran masuk, yaitu W.

Bila tekanan dan suhu  air dingin serta  tekanan dan suhu steam/uap bisa dijaga konstant, maka untuk menjaga suhu air dalam tanki (atau air yang keluar tanki)  tetap To,  dapat dilakukan dengan mengalirkan air dingin maupun uap yang masuk ke tanki dalam perbandingan tertentu .  Misalkan perbandingan tersebut adalah R = B/A, dengan A merupakan kecepatan alir air dingin dan B kecepatan alir uap.  Untuk menjaga perbandingan tersebut agar tetap sama, dapat digunakan konfigurasi ratio control seperti gambar berikut.

Dari gambar ini terlihat, kecepatan alir air dingin A, diukur oleh flow transmitter, hasil pengukurannya kemudian dikalikan dengan R di FY (flow calculation), hasil perkalian merupakan setpoint untuk steam Flow Control (FC) B.  Dalam konfigurasi ini, aliran air dingin A merupakan variable yang independen, sedangkan aliran uap B merupakan variable yang diubah-ubah untuk disesuaikan dengan perubahan variabel A, dalam menjaga agar ratio R tetap konstan.  Apabila suatu saat terjadi kenaikan aliran air dingin A, maka  setpoint yang masuk ke FC juga naik (karena Setpoint B = A x R) yang mengakibatkan kontrol FC akan membuka control valve CV, sehingga aliran uap B juga ikut naik, sampai harga perbandingan B/A sama dengan R, begitu pula sebaliknya.

Alternative lainnya adalah dengan menggunakan konfigurasi berikut.

Jika pada konfigurasi diatas yang dikontrol adalah flow (aliran uap), maka dalam konfigurasi ini yang akan dikontrol adalah R (ratio). Hasil pengukuran aliran steam dibagi dengan hasil pengukuran aliran air dingin di FY akan dijadikan sebagai input (process variable/PV) untuk ratio control RC. Output RC digunakan untuk memanipulasi bukaan control valve uap CV. Bila pada suatu saat terjadi penurunan pada aliran air dingin A, perubahan ini akan menyebabkan input PV ke RC naik (PV= B/A), sehingga controller RC akan menutup control valve CV hingga nilai R kembali sama dengan setpointnya, begitu juga sebaliknya.

Dari kedua skema ratio control ini, skema yang pertama yang menggunakan flow control (FC) lebih umum digunakan, karena dia lebih linear dibandingkan dengan konfigurasi kedua (yang menggunakan Ratio Control).  Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut: Untuk konfigurasi pertama, output sistem-nya adalah B = RA; jika kita turunkan/differential terhadap A sebagai independen variable, maka akan diperoleh dB/dA = R, yang merupakan suatu konstanta.  Sebaliknya, untuk konfigurasi kedua, output sistem-nya adalah R=B/A; jika diturunkan terhadap A, akan diperoleh dR/dA = -B/A2, yang bergantung pada A2 sehingga tidak linier.

Penggunaan ratio control pada tanki pemanas seperti yang dibahas ini hanyalah contoh saja, pada prakteknya kita tidak pernah menemukan hal ini, karena untuk menjaga suhu dan tekanan air dingin dan uap yang masuk ke tanki agar tetap konstan seperti asumsi awal kita, adalah sangatlah sulit. Alasan mengapa saya menggunakan sistem tanki pemanas ini sebagai contoh untuk menjelaskan ratio control adalah agar bisa nyambung dengan series sebelumnya yang juga mengambil sistem tanki pemanas ini sebagai contoh.

Pada prakteknya, penggunaan ration control ini adalah pada blanding system atau pada sistem pembakaran di Boiler atau Furnace.  Selanjutnya akan dibahas contoh penggunaan ratio control di Boiler.

Dalam sistem pembakaran baik di Boiler maupun Furnace, untuk menjamin agar bahan bakar dapat habis terbakar, maka udara yang dimasukan ke ruang bakar harus berlebih (excess) dalam jumlah tertentu sesuai hukum stoichiometry.  Semakin banyak excess udara maka banyak energi yang terbuang sehingga tidak ekonomis, sebaliknya  sedikit excess udara akan menyebabkan sebagian bahan bakar tidak terbakar yang bisa membahayakan. Untuk itu,  menjaga excess udara pada nilai yang optimal sangat diperlukan, caranya adalah dengan menggunakan air/fuel ratio control (maksudnya ratio antara udara/bahan bakar).  Jumlah kelebihan (excess) udara  yang optimal sangat bergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan.

Seperti diketahui, bahwa boiler adalah salah satu peralatan yang banyak digunakan dalam industri proses sebagai penghasil steam/uap pada tekanan/pressure tertentu.  Dalam suatu sistem boiler, Untuk menjaga pressure steam pada nilai yang diinginkan, dilakukan dengan mengatur besarnya pembakaran, yaitu dengan cara mengatur besarnya aliran bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang bakar. Gambar berikut adalah salah satu contoh boiler pressure control yang didalamnya termasuk fuel/air ratio control.

Dalam konfigurasi control ini, steam pressure control akan mengeset besarnya flow/aliran fuel (output steam pressure control PC sebagai setpoint untuk fuel flow control FC-1), sementara besarnya flow udara mengikuti flow fuel, melalui penggunaan air/fuel ratio station (FY-1).  Untuk menjelaskan ini mari kita lihat apa yang terjadi jika pressure steam mengalami penurunan.  Saat pressure steam turun, pressure control PC akan menaikan setpoint fuel flow control FC-1, sehingga flow fuel akan naik.  Dari gambar terlihat bahwa sinyal dari fuel flow transmiiter dikalikan dengan ratio R pada blok FY-1 untuk menghasilkan setpoint untuk air flow control FC-2,  jadi kenaikan flow fuel akan menaikan setpoint untuk air flow control FC-2, yang selanjutnya akan membuka  control valve sehingga flow/aliran udara  akan meningkat hingga ke nilai optimalnya (sesuai ratio). Dengan bertambahnya flow fuel dan udara maka pembakaran di ruang bakar juga bertambah sehingga tekanan uap akan naik hingga mencapai nilai yang diinginkan sesuai setpoint PC. Hal yang sama juga terjadi pada kondisi sebaliknya, yaitu jika pressure steam naik melebihi setpoint, PC akan menurunkan setpoint fuel flow control FC-1, yang menyebabkan flow fuel turun yang diikuti oleh flow udara. Penurunan flow kedua komponen pembakaran ini akan mengurangi pembakaran di ruang bakar sehingga tekanan uap akan turun hingga mencapai setpoint PC. Dalam konfigurasi diatas, besarnya ratio R diset secara manual. Selain diset secara manual, besarnya ratio R juga dapat diset/berubah secara otomatis, seperti pada konfigurasi control dibawah ini.

 

Mengingat begitu pentingnya excess udara pada proses pembakaran, maka akan lebih baik jika dia diukur secara online, seperti pada gambar diatas.  Excess udara (dalam hal ini O2) dalam flue gas (gas hasil pembakaran) diukur oleh analyzer (AT), sinyal hasil pengukuran digunakan sebagai PV (process varible) anlyzer control AC, output AC digunakan sebagai bias untuk setpoint air flow control yang berasal dari perkalian ratio dengan fuel flow atau sebagai bias untuk ratio.

Satu Tanggapan to “Process Control : (4) Ratio Control”

  1. andi said

    mau tanya pak,tp mungkin agak dasar.. hehe.. kapan kita memakai control P,P+I,P+D,P+I+D?? trs cara menentukan nilai Kp(gain),I,D???

    saya bnyk baca dr buku dan diinternet,tp masih bingung,karena trs trg saya gak pny dasar belajar sistem kontrol.. mgkn pny saran pak,untuk blj kontrol memulainya dari mana???
    karena saya br bbrp bulan krja di bidang automation,dan slalu kelabakan kalo nemuin kontrol yg pake PID..
    Mohon bimbingannya pak Asro’…

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: