Sejarah Coklat

Chocolate, coklat berasal dari pohon Theobroma cacao asli benua amerika, tepatnya daerah tropis amerika selatan dan amerika tengah. Coklat pertama kali dikonsumsi oleh bangsa Aztecs sekitar 600 tahun sebelum masehi. Kata coklat berasal dari bahasa Nahuatl chocolatl (dieja xocolatl), yang berarti bitter water (air pahit). Sejarah penyebaran coklat di daerah Eropa dimulai ketika bangsa Aztecs menghidangkan coklat panas kepada penjelajah asal Spanyol Hernán Cortés pada tahun 1519. Ia kemudian memperkenalkan coklat di Eropa sekembalinya ke Spanyol tahun 1528. Pertama kalinya coklat dibuat untuk konsumsi langsung (choco bar) dilakukan oleh perusahaan “Fry and Sons of Bristol” di Inggris pada tahun 1847. Milk chocolate dibuat pertama kali pada tahun 1975 di Switzerland.

Industri Coklat

Coklat dibuat dari biji cacao yang dipanen lalu difermentasi selama 6-7 hari, kemudian dikeringkan. Cokelat yang berualitas baik berasal didapat dari biji cokelat yang dikeringkan dengan sinar matahari langsung. Di tingkat industri, biji coklat dibersihkan dari impurities seperti pasir dan sebagainya. kemudian biji cokelat di panggang dan ditumbuk. Bagian dalam dari biji dihancurkan menjadi potongan-potongan kecil yang disebut “nibs”. Nibs kemudian digiling. Dari hasil proses tersebut akan didapat cairan kental yang disebut chocolate liquor. Chocolate liquor tersebut kemudian diproses lebih lanjut untuk diekstrak lemaknya (cocoa butter). Setelah lemak cokelatnya diambil, bentuk liquor tadi dikeringkan (dry) hingga menjadi bubuk (cocoa powder).

Didalam industri pembuatannya, coklat terbagi menjadi tiga tipe yakni: Dark chocolate, milk chocolate, dan white chocolate. Dark chocolate terdiri dari sejumlah campuran coklat padat atau cairnya, tambahan cocoa butter, gula, dan vanilla yang dicampur dengan menggunakan proses conched dan tempered (didinginkan pada kondisi tertentu) untuk menjaga agar gula dan lemak terkristalisasi dalam bentuk yang paling stabil. Sedangkan untuk pembuatan milk chocolate, ditambahkan lagi susu atau cream, susu cair, atau susu bubuk kedalam campuran dark chocolate tadi. White chocolate tidak menganding chocolate liquor, hanya terdiri dari cocoa butter, susu, lemak susu, dan pemanis seperti gula atau sirup yang kaya akan fructosa.

“Apabila saya membuat minuman coklat dari buah atau biji cocoa langsung dari pohonnya, maka akan banyak sekali lemak pada permukaan minuman saya. Minuman tersebut akan sangat aneh bentuknya,” dijelaskan oleh Stephen T. Beckett, Kepala departemen di Nestlé Product Technology Centre, York, England, dan penulis buku “The Science of Chocolate” (Cambridge, U.K.: Royal Society of Chemistry , 2000).

Coklat yang kita konsumsi biasanya terdiri dari sekitar 25 sampai 35 persen lemak dan 50 persen gula. Penyedap rasa seperti vanila biasanya ditambahkan pada produk tertentu. Gula juga terkadang digantin dengan produk lain yang rendah kalori. Berbagai macam modifikasi memang dilakukan untuk membuat coklat dengan rasa tertentu.

Selama proses pembuatannya, sebagian besar coklat diproses dalam bentuk liquid. Viskositas, properti aliran dan ukuran partikel menjadi faktor penting dalam pembuatan coklat. Lemak adalah kunci untuk menentukan properti dari coklat, menurut Beckett, lemak dapat memberikan dampak yang besar pada viskositas coklat. Sebagai contoh, dengan meningkatkan kandungan lemak didalam coklat dari 27 persen menjadi 28 persen dapat menurunkan viskositas menjadi setengahnya. Viskositas coklat dapat juga dikurangi dengan penambahan emulsifier seperti lecithin.

Beckett menambahkan bahwa didalam coklat terdapat sekitar 800 senyawa kimia. Walaupun didalam coklat terdapat sedikit sekali nutrisi, tetapi coklat mengandung sebuah grup polyphenolic seperti flavanoids atau catechins. Senyawa yang berfungsi sebagai anti oksidan untuk mencegah kolesterol rendah dan melindungi dari berbagai penyakit pembuluh darah. Didalam milk chocolate 40-g contohnya, terdapat sekitar 300-mg senyawa tersebut. Dark chocolate mengandung lebih banyak flavanoids dibanding milkchocolate.

Sumber:
C&EN, Microsoft Encarta, Rhamnosa-Buletin

Proses tradisional pembuatan garam

Berdasarkan catatan Departemen Perindustrian dan Perdagangan, dalam satu tahun Indonesia membutuhkan garam lebih dari 2,1 juta ton. Akan tetapi industri garam rakyat hanya mampu memproduksi 112.000 ton garam dan sisanya mencapai 900.000 ton garam masih diimpor. Pada data tahun 2000, tercatat kebutuhan garam nasional mencapai 855.000–950.000 ton untuk kebutuhan konsumsi dan 1.150.000–1.345.000 ton untuk kebutuhan industri. Hal ini sangat ironis, melihat negara Indonesia yang memiliki garis pantai 81.000 km dan intensitas panas yang cukup, tapi kualitas dan kuantitas garam rakyat masih sangat rendah.

Walaupun Indonesia merupakan negara kepulauan, pembuatan garam masih terkonsentrasi di pulau Jawa dan pulau Madura.

Luas area yang dikelola oleh PT Garam hanya 5.116 Ha dan seluruhnya berada di pulau Madura hanya mampu memproduksi 60 ton/Ha/tahun. Luas area penggaraman 25.542 Ha yang dikelola secara tradisional oleh rakyat dan hanya memproduksi 40 ton/Ha/tahun. (Dini Purbani, data dari PT. Garam Persero, 2000).

Kualitas garam yang dikelola secara tradisional pada umumnya harus diolah kembali agar layak dijadikan garam konsumsi maupun untuk garam industri. Pembuatan garam dilakukan dengan beberapa kategori berdasarkan perbedaan kandungan NaCl nya sebagai unsur utama garam. Jenis garam dapat dibagi dalam beberapa kategori seperti; kategori baik sekali, baik dan sedang. Dikatakan berkisar baik sekali jika mengandung kadar NaCl diatas 95 persen, kategori baik dengan kadar NaCl 90–95 persen, dan kategori sedang dengan kadar NaCl antara 80–90 persen. Di Indonesia, kebutuhan kadar garam diatas 95 persen yang mencapai 1,2 juta ton seluruhnya masih diimpor.

Sistem penggaraman rakyat sampai saat ini menggunakan kristalisasi total sehingga produktifitas dan kualitasnya masih kurang. Pada umumnya garam dengan proses tradisional memiliki kadar NaCl kurang dari 90 persen dan banyak mengandung pengotor padahal luas lahan penggaraman rakyat 25.542 Ha atau sekitar 83,31 persen dari luas areal penggaraman nasional.

Jika saja 50% dari luas area penggaraman ini ditingkatkan produktifitasnya menjadi 80 ton/Ha/tahun, maka produksi garam dapat mencapai 1,5 juta ton sehingga total produksi garam nasional meningkat menjadi 1,8 juta ton. Dengan demikian kebutuhan impor garam industri dapat dikurangi dari 1,2 juta ton menjadi hanya sekitar 300.000 ton. Angka yang cukup besar untuk menghemat devisa negara.

Sumber:
Proses Pembentukan Kristalisasi Garam. Dini Purbani. Departemen Kelautan dan Perikanan. 2003
http://www.dkp.go.id

Gas Turbine Engine

Sambungan dari Gas-Turbine Engine (Part 1) »

Komponen Turbin Gas

Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbn gas:

1. Air Inlet Section. Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
   1. Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara.
   2. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.
   3. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.
   4. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.
   5. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.
   6. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan
2. Compressor Section. Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu:
   1. Compressor Rotor Assembly. Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
   2. Compressor Stator. Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
      1. Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
      2. Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade.
      3. Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.
      4. Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.
3. Combustion Section. Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :
   1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.
   2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.
   3. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.
   4. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
   5. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
   6. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
   7. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.
4. Turbin Section. Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.
   Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :
   1. Turbin Rotor Case
   2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.
   3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
   4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
   5. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.
5. Exhaust Section. Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu : (1) Exhaust Frame Assembly, dan (2)Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.

Gas Turbine Engine

Adapun beberapa komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Starting Equipment. Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya
   adalah :
   1. Diesel Engine, (PG –9001A/B)
   2. Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)
   3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
2. Coupling dan Accessory Gear. Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:
   1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.
   2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor.
   3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.
3. Fuel System. Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.
4. Lube Oil System. Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari:
   1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir)
   2. Oil Quantity
   3. Pompa
   4. Filter System
   5. Valving System
   6. Piping System
   7. Instrumen untuk oil

   Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu:

   1. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.
   2. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.
   3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
5. Cooling System. Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen utama dari cooling system adalah:
   1. Off base Water Cooling Unit
   2. Lube Oil Cooler
   3. Main Cooling Water Pump
   4. Temperatur Regulation Valve
   5. Auxilary Water Pump
   6. Low Cooling Water Pressure Swich

Maintenance Turbin Gas

Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi maupun yang berfungsi sebagai suku cadang. Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah.

Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor perasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional. Semua pabrik pembuat turbine gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam pengoperasian sehingga turbine selalu dalambatas kondisi aman dan tepat waktu untuk melakukan maintenance.

Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah:

1. Preventive Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan mengurangi down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:
   • Running Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap melakukan kegiatan.
   • Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.
2. Repair Maintenance. Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi.
3. Predictive Maintenance. Kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak.
4. Corrective Maintenance. Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok.
5. Break Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.
6. Modification Maintenance. Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit. Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi dan kualitas pekerjaan.
7. Shut Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.

Referensi:
1. Inisiator Aceh Power Investment
2. http://www.bently.com
3. http://www.gepower.com
4. http://www.pal.co.id
5. http://www.turbomachinerymag.com
6. Gas-turbine Engine. Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2008.

The transfer pumps are critical equipment on produced fluid flow process, because if the unplanned down is happening on transfer pumps, there will no fluid is able to be delivered to gathering station and requires the CVC station shut down. So that the availability of these pumps have to be monitored and take big attention on its daily performance in order to extend Mean Time Between Failure (MTBF).

The case study below of unreliable control scheme system has caused repetitive faliure on pumps and impacted to generate loss production from CVC station.

Once upon a time, there was a transfer pump repetitive faliure problem in surge vessel system. The current configuration of this system is shown below:

The current transfer pumps’ control scheme has generated a fluctuated level inside surge vessel and start/stop pump frequently in short time (Either Lead or Lag Pumps). This condition has led to pumps performance which set automatically based on liquid level status inside surge vessel (LI 09002). The lead pump sets “OFF” at 20% liquid level for safety device and will be “ON” at 40% liquid level. The lag pump sets “ON” at 60% liquid level and will be “OFF” at 40% liquid level.

Transfer pumps have experienced an unacceptable number of repetitive mechanical seal failures which often have resulted in oil spills. The investigation has been conducted in order to find out the bottom causes of this problem. One clearly identified cause is repeated start/stop pump frequently within 10 minutes has caused damage on mechanical seal. The frequent start/stop pump condition is caused by level system itself which is to set lead pump “OFF” at 20% and restart at 40%. This happened on lag pump as well, which requires lag pump automatically “ON” at 60% and “OFF” at 40% liquid level.

The level control loop does not work as well as the level control signal which is routed to recycle valve (LCV 09001) in maintaining liquid level but it almost no effect on level. The current system attempts to control level by interaction between the recycle valve control (“level”) and the product valve control (“pressure”). The interaction is too slow to be effective in controlling the vessel level, so the back up control (pump’s safety device) of auto-starting/stopping pumps is used.

The level setting point of liquid level inside surge vessel is previously 50% level and this was inducing liquid carry over in overhead (vapor) line heading to vent stack and misting was occuring due to unreliable control scheme on surge vessel system. The picture below showed an fluctuated level:

In order to eliminate this repetitive mechnical seal failures and reduce misting by providing reliable system which will control the level appropriately as dedicated. The current control scheme will be changed with control type as mentioned below:

1. Change the product valve control so that it is controlled by net product flow controller FIC-09001. This flow controller will have its set pont provided by a level controller LIC-09001. Level to flow cascade control is an industry standard and will provide good level control while still allowing constraints on the flow rate to ensure the pump(s) operate in safe range.
2. Change the recycle valve control so that it is controlled by the pump(s) discharge pressure controller PIC-09001. this will ensure that the pump(s) stay above the minimum flow dan provide good protection for the pumps.

This type of control system is typically used throughout upstream and downstream facilities as industry standard. The sketch below is proposed control scheme for replacing the previous one.

Here is the end result once implemented the proposed control scheme in surge vessel sytem and conducted a tuning process on its propotional gain (CP) and Integral (TR) values in order to set proper either pressure control valve and level control valve responses in operations.

By implementing the new control scheme at existing surge vessel facility, the frequent start/stop transfer pump(s) in short time is able to be eliminated. Since the fluctuated level has been decreased from +/- 45% becomes 5% only. By changing the level setting point from 50% to 40% has clearly identified that the misting process was able to reduced until 70%. These changes have been communicated thru updating the Standard Operating Procedure (SOP).

Artikel ini terbagi menjadi 3 bagian yang adalah sebagai berikut:

1. Bagian 1: Pendahuluan, Sistem Pengendalian, Disain Elemen Pengendali Proses, Pendefinisian Tujuan Pengendalian, dan Pemilihan Variabel yang Harus Diukur.
2. Bagian 2: Pemilihan Variabel yang Dimanipulasi, Pemilihan Konfigurasi Pengendalian, Perancangan Sistem Pengendali, Penggunaan Komputer Digital pada Pengendali Proses, dan Perangkat Keras Sistem Pengendali Proses.
3. Bagian 3: Metode Tuning, Parameter Error, Contoh Kasus, dan Penggunaan MATLAB Simulink.

Pemilihan Variabel yang Dimanipulasi

Dalam proses kimia, umumnya terdapat beberapa variabel input yang dapat diatur dengan bebas. Untuk memilih variabel mana yang akan dimanipulasi, harus dipertimbangkan efek dari tindakan yang diambil terhadap kualitas pengendalian. Sebagai contoh pengendalian ketingguan cairan dalam reaktor, tangki, ataupun kolom distilasi dapat dilakukan dengan mengatur laju alir masuk dan laju alir keluar cairan.

Pemilihan Konfigurasi Pengendalian

Konfigurasi pengendalian merupakan suatu struktur informasi yang digunakan untuk mnghubungkan variabel pengukuran terhadap variabel yang akan dimanipulasi. Sebagai contoh pengendalian temperatur dan ketinggian cairan pada reaktor, kolom distilasi, mixer, dan alat lainnya memiliki beberapa alternatif konfigurasi sistem pengendali. Perbadaan-perbedaan yang dapat diamati pada sistem pengendali temperatur dan sistem pengendali ketinggian cairan terjadi karena (1) terdapat perbedaan variabel yang diukur, tetapi hasil pengukuran digunakan untuk memanipulasi variabel yang sama, atau (2) variabel yang diukur sama, tetapi hasil pengukuran tersebut digunakan untuk memanipulasi variabel yang berbeda.

Ada 3 tipe konfigurasi pengendalian, antara lain:

1. Feedback control configuration
   Konfigurasi ini mengukur secara langsung variabel yang dikendalikan untuk mengatur harga variabel yang dimanipulasi. Tujuan pengendalian ini adalah mempertahankan variabel yang dikendalikan pada level yang diinginkan (set point). Sebagian instrumentasi pada proses pembuatan formaldehid dan hidrogen peroksida berbahan baku metanol dengan reaksi enzimatik ini menggunakan konfigurasi pengendalian feedback, mulai dari pengendalian temperatur, pengendalian ketinggian, pengendalian perbedaan tekanan, dan pengendalian tekanan.
   

   Gambar 1. Diagram Input-Output Pengendalian Feedback
2. Feedforward control configuration
   Konfigurasi sistem pengendali feedforward memanfaatkan pengukuran langsung pada disturbance untuk mengatur harga variabel yang akan dimanipulasi. Tujuan pengendalian adalah mempertahankan variabel output yang dikontrol pada nilai yang diharapkan.
   

   Gambar 2. Diagram Input-Output Pengendalian Feedforward
3. Inferential Control Configuration
   Konfigurasi sistem pengendali inferential memanfaatkan data hasil pengukuran output sekunder (secondary measurement) untuk mengatur harga variabel yang akan dimanipulasi. Hal ini dilakukan karena variabel output yang akan dikendalikan tidak dapat diukur secara langsung. Tujuan pengendalian ini adalah memeprtahankan variabel unmeasured output tersebut pada tingkat/harga yang ditetapkan pada set point. Alat ukur menggunakan harga variabel terukur (measured output) yang terdeteksi dalam persamaan neraca massa dan energi yang dapat mewakili proses ke dalam suatu persamaan matematika tertentu yang oleh komputer dapat dihitung menjadi output unmeasured variables yang ingin dikendalikan. Hasil perhitungan tersebut oleh instrumentasi pengendalian kemudian digunakan untuk mengatur harga variabel yang dimanipulasi.
   

   Gambar 3. Diagram Input-Output Pengendalian Inferential

   Inferential control configuration ini digunakan dalam pengendalian komposisi aliran output pada setiap kolom distilasi dan tangki mixer berpengaduk. Analisis komposisi tidak dilakukan langsung dengan composition analyzer karena harga alat tersebut mahal, dan alat tersebut sangat analitik sehingga kapasitasnya kecil dan tidak sesuai diterapkan dalam skala pabrik. Komposisi aliran kolom distilasi dan mixer harus selalu dikendalikan karena pasar sangat ketat menuntut produk formaldehid dan hidrogen peroksida sesuai spesifikasi.

Perancangan Sistem Pengendali

Sistem pengendali (controller) adalah elemen aktif dalam sistem pengendalian yang menerima informasi dari pengukuran dan membuat tindakan yang sesuai untuk mengatur harga manipulated variables. Pengaturan manipulated variables sangat bergantung pada control law yang diterapkan secara otomatis pada controller. Beberapa control law yang umum diterapkan pada sistem pengendalian:

1. Penggunaan proportional controller (P-controller) dimana nilai output dari P-controller akan sebanding terhadap error.
   
2. Penggunaan proportional-integral controller (PI-controller) dimana nilai output dari PI-controller akan sebanding terhadap error ditambah suatu faktor dikali nilai integrasi error sebagai fungsi waktu.
   
3. Penggunaan proportional-integral-derivative controller dimana nilai output dari PID-controller akan ditentukan oleh konstanta yang menghubungkan kesebandingan error terhadap output ditambah suatu faktor dikali nilai integrasi error sebagai fungsi waktu lalu ditambah suatu faktor dikali nilai diferensial (gradien/slope) error sebagai fungsi waktu.
   

Penggunaan Komputer Digital pada Pengendali Proses

Dalam aspek pengendalian seluruh pabrik tidak hanya melibatkan satu unit proses, seperti CSTR, tangki berpengaduk, kolom distilasi. Pada kenyataannya proses produksi produk dari bahan baku dengan reaksi tertentu ini terdiri dari banyak unit yang saliang berhubungan dengan adanya aliran bahan (material) dan energi dari satu unit ke unit lainnya. Pada proses kimia tersebut akan timbul hal-hal karakteristik yang tidak terjadi pada pengopersian satu unit proses saja. Kemajuan teknologi komputer yang sangat pesat dengan harga yang semakin terjangkau membuat perangkat ini banyak digunakan untuk pengendalian dalam prosesproses kimia. Instrumen pengendalian pada pabrik besar dan modern umumnya dirancang menggunakan komputer pengendali secara digital. Beberapa aplikasi spesifik komputer untuk pengendalian proses adalah sebagai berikut:

• Direct Digital Control (DDC)
  Komputer digital dapat dipakai mengendalikan secara simultan beberapa output. Pada sistem kontrol utama (supervisor controller) terdapat satu prosesor komputer untuk mengendalikan dan mengoperasikan proses. Jadi semua data dikumpulkan dalam satu unit komputer. Komputer digunakan untuk mengubah nilai set point sesuai dengan harga parameter local controller. Local controller berfungsi sebagaimana sinyal digital yang diterapkan pada Direct Digital Controller (DCC). Interfase input/output akan menghasilkan informasi kepada komputer supervisor berupa tetapan pada local control loop yang dipakai komputer untuk menghasilkan nilai set point pada local control loop. Komputer menrima secara langsung hasil pengukuran dari proses, kemudian menghitung nilai manipulated variables berdasarkan control law yang telah diprogram dan tersimpan dalam memorinya.
  

  Gambar 4. Diagram Input-Output Direct Digital Control (DDC)

  Manipulated variables tersebut kemudian diterapkan kembali ke dalam proses dengan menggunakan elemen pengendali akhir seperti kerangan, pompa, kompresor, switch, dan sebagainya. Dengan demikian komputer dan proses dijembatani oleh perangkat-perangkat keras yang digunakan untuk mendapatkan komunikasi yang baik antara komputer dengan proses. DDC umumnya dipakai untuk unit dalam skala terbatas seperti untuk satu unit produksi, atau digunakan untuk sebuah unit operasi dengan sebuah unit produksi.

• Distributed Control System (DCS)
  Penggunaan sistem kontrol dengan memakai satu buah komputer untuk mengendalikan sebuah unit operasi akan lebih mudah diterapkan. Namun, sistem supervisor control akan mengalami kesulitan jika diterapkan pada unit yang kompleks karena akan dihasilkan suatu pengendalian dan pengoperasian yang sangat kompleks dan rumit. Metoda terbaru pengendalian proses dalam pabrik adalah Distributed Control System (DCS) yang langsung sukses diminati untuk skala komersial saat pertama kali diluncurkan.
  

  Gambar 5. Diagram Input-Output Distributed Control System (DCS)

  DCS terdiri dari beberapa microprocessor yang saling terhubungkan dalam satu jaringan komunikasi digital yang sering dikenal dengan data highway. Tujuan pengendalian proses adalah mendapatkan kinerja proses yang optimum. Seringkali operator manusia sukar atau tidak dapat menemukan setting pengoperasian pabrik yang terbaik agar biaya operasi dapat ditekan seminimal mungkin. Hal ini disebabkan tingginya kompleksitas pabrik kimia yang akan dikendalikan. Pada kasus seperti ini programmed intelligence dari komputer dapat dimanfaatkan untuk menganalisis situasi proses dan memberikan usulan setting pengoperasian yang terbaik. Pada supervisory control ini, komputer mengkoordinasi aktivitas dari beberapa loop DCC. Pada sistem ini satu buah komputer utama (supervisor computer) membagi kerja pengendalian pada beberapa komputer yang bekerja sebagai DDC lokal. Keuntungan sistem DCS dibanding DDC adalah sistem DCS memungkinkan area kerja atau DDC lokal satu tetap bekerja dan dapat dikendalikan merkipun ada suatu unit atau lokasi tertentu yang tidak beroperasi. Sebaliknya, kekurangan unit DCS dibanding DDC adalah biaya investasi sistem DCS yang sangat besar karena membutuhkan komputer pengendali yang lebih banyak.

• Scheduling Computer Control (SCC)
  Kemungkinan penggunaan komputer yang terakhir adalah untuk mengatur penjadwalan operasi suatu pabrik kimia. Kondisi pasar yang berubah setiap waktu akan menyebabkan manajemen perlu terus menerus mengubah penjadwalan operasional pabrik, seperti mengurangi waktu produksi untuk mencegah tertumpuknya produk (over stock), penambahan produksi saat kebutuhan meningkat, dan lain-lain. Keputusankeputusan ini dapat diambil dengan bantuan komputer digital, yang kemudian akan mengomunikasikan kepuusan-keputusan tersebut dengan supervisory computer controller, yang kemudian mengimplementasikan keputusan-keputusan tersebut melalui DDC-DDC yang berhubungan langsung dengan proses.

Perangkat Keras Sistem Pengendali Proses

Pada setiap konfigurasi sitem pengendali dapat dibedakan masing-masing elemen perangkat keras sebagai berikut:

1. Proses kimia
   Proses kimia mewakili peralatan proses yang digunakan dan proses-proses/operasi baik secara kimia maupun fisika yang terjadi di dalam peralatan tersebut.
2. Instrumen Pengukur atau Sensor
   Peralatan pengukur/sensor digunakan untuk mengukur disturbance, mengukur controlled output variables, dan mengukur secondary ouput variables. Peralatan pengukur/sensor adalah sumber informasi yang mengidentifikasi hal-hal yang sedang terjadi pada proses. Salah satu syarat penting dalam pemilihan sensor adalah hasil pengukuran sensor harus dapat ditransmisikan dengan mudah. Contoh instrumen pengendalian yang dipakai pada pabrik formaldehid dan hidrogen peroksida ini adalah termokopel, venturi meter, dan composition analyzer.
3. Transducers
   Beberapa hasil pengukuran tidak dapat digunakan untik tujuan pengendalian sebelum dikonversikan menjadi besaran fisik yang dapat dengan mudah ditransmisikan seperti tegangan listrik. Transducer merupakan alat yang digunakan untuk mengonversi hasil pengukuran menjadi besaran yang ditransmisikan.
4. Jalur transmisi dan amplifier
   Jalur transmisi merupakan media untuk membawa sinyal hasil pengukuran dari alat ukur ke controller. Pada banyak kasus sinyal yang dihasilkan alat ukur terlalu lemah untuk ditransmisikan sehingga sinyal tersebut harus diperkuat terlebih dahulu dengan amplifier.
5. Elemen Pengendali
   Elemen pengendali adalah perangkat keras yang memiliki intelegensi. Perangkat ini menerima informasi dari alat ukur dan memutuskan tindakan yang harus dilakukan.
6. Elemen Pengendali Akhir
   Elemen pengendali akhir merupakan perangkat keras yang melaksanakan tindakan yang diperintahkan controller. Elemen pengendali akhir yang diaplikasikan pada perancangan pabrik ini adalah control valve yang membuka dan menutup sampai derajat tertentu sesuai keputusan controller.
7. Elemen pencatat
   Elemen pencatat merupakan bagian dari sistem pengendali yang mencatat semua variabel sehingga kelakukan proses yang sedang berlangsung dapat didemonstrasikan secara visual.

Bersambung. [Metode Tuning, Parameter Error, Contoh Kasus, dan Penggunaan MATLAB Simulink.]

Referensi:
^[1] Sitompul J., Limbong M. Modul Praktikum Pengendalian Proses. Departemen Teknik Kimia ITB.
^[2] Stephanopoulos G. Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice. Prentice/Hall International, Inc.

Artikel ini terbagi menjadi 3 bagian yang adalah sebagai berikut:

1. Bagian 1: Pendahuluan, Sistem Pengendalian, Disain Elemen Pengendali Proses, Pendefinisian Tujuan Pengendalian, dan Pemilihan Variabel yang Harus Diukur.
2. Bagian 2: Pemilihan Variabel yang Dimanipulasi, Pemilihan Konfigurasi Pengendalian, Perancangan Sistem Pengendali, Penggunaan Komputer Digital pada Pengendali Proses, dan Perangkat Keras Sistem Pengendali Proses.
3. Bagian 3: Metode Tuning, Parameter Error, Contoh Kasus, dan Penggunaan MATLAB Simulink.

Pendahuluan

Agar proses selalu stabil dibutuhkan instalasi alat-alat pengendalian. Alat-alat pengendalian dipasang dengan tujuan:

1. Menjaga keamanan dan keselamatan kerja
   Keamanan dalam operasi suatu pabrik kimia merupakan kebutuhan primer untuk orang-orang yang bekerja di pabrik dan untuk kelangsungan perusahaan. Untuk menjaga terjaminnya keamanan, berbagai kondisi operasi pabrik seperti tekanan operasi, temperatur, konsentrasi bahan kimia, dan lain sebagainya harus dijaga tetap pada batas-batas tertentu yang diizinkan.
2. Memenuhi spesifikasi produk yang diinginkan
   Pabrik harus menghasilkan produk dengan jumlah tertentu (sesuai kapasitas desain) dan dengan kualitas tertentu sesuai spesifikasi. Untuk itu dibutuhkan suatu sistem pengendali untuk menjaga tingkat produksi dan kualitas produk yang diinginkan.
3. Menjaga peralatan proses dapat berfungsi sesuai yang diinginkan dalam desain
   Peralatan-peralatan yang digunakan dalam operasi proses produksi memiliki kendala-kendala operasional tertentu yang harus dipenuhi. Pada pompa harus dipertahankan NPSH, pada kolom distilasi harus dijaga agar tidak flooding, temperatur dan tekanan pada reaktor harus dijaga agar tetep beroperasi aman dan konversi menjadi produk optimal, isi tangki tidak boleh luber ataupun kering, serta masih banyak kendalakendala lain yang harus diperhatikan.
4. Menjaga agar operasi pabrik tetap ekonomis.
   Operasi pabrik bertujuan menghasilkan produk dari bahan baku yang memberi keuntungan yang maksimum, sehingga pabrik harus dijalankan pada kondisi yang menyebabkan biaya operasi menjadi minimum dan laba yang diperoleh menjadi maksimum.
5. Memenuhi persyaratan lingkungan
   Operasi pabrik harus memenuhi berbagai peraturan lingkungan yang memberikan syarat-syarat tertentu bagi berbagai buangan pabrik kimia.

Untuk memenuhi persyaratan diatas diperlukan pengawasan (monitoring) yang terus menerus terhadap operasi pabrik kimia dan intervensi dari luar (external intervention) untuk mencapai tujuan operasi. Hal ini dapat terlaksana melalui suatu rangkaian peralatan (alat ukur, kerangan, pengendali, dan komputer) dan intervensi manusia (plant managers, plants operators) yang secara bersama membentuk control system. Dalam pengoerasian pabrik diperlukan berbagai prasyarat dan kondisi operasi tertentu, sehingga diperlukan usaha-usaha pemantauan terhadap kondisi operasi pabrik dan pengendalian proses supaya kondisi operasinya stabil.

Sistem Pengendalian

Sistem pengendali diterapkan untuk memenuhi 3 kelompok kebutuhan, yaitu:

1. menekan pengaruh gangguan eksternal
2. memastikan kestabilan suatu proses kimiawi
3. optimasi kinerja suatu proses kimiawi

Variabel-variabel yang terlibat dalam proses operasi pabrik adalah F (laju alir), T (temperatur), P (tekanan) dan C (konsentrasi). Variabel-variabel tersebut dapat dikategorikan menjadi 2 kelompok, yaitu variabel input dan variabel output. Variabel input adalah variabel yang menandai efek lingkungan pada proses kimia yang dituju. Variabel ini juga diklasifikasikan dalam 2 kategori, yaitu:

1. manipulated (adjustable) variable, jika harga variabel tersebut dapat diatur dengan bebas oleh operator atau mekanisme pengendalian
2. disturbance variable, jika harga tidak dapat diatur oleh operator atau sistem pengendali, tetapi merupakan gangguan.

Sedangkan variabel output adalah variabel yang menandakan efek proses kimia terhadap lingkungan yang diklasifikasikan dalam 2 kelompok:

1. measured output variables, jika variabel dapat diketahui dengan pengukuran langsung
2. unmeasured output variables, jika variabel tidak dapat diketahui dengan pengukuran langsung

Disain Elemen Pengendali Proses

Desain elemen pengendalian harus sesuai dengan kebutuhan pengendalian yang diinginkan dan bekerja delam pengendalian proses pabrik. Untuk mencapai tujuan tersebut perlu diperhatikan langkah-langkah dalam mendesain sistem pengendalian Dalam usaha merancang suatu sistem pengendali yang dapat memenuhi kebutuhan suatu proses kimia terdapat beberapa unsur penting dan pertimbangan-pertimbangan dasar yang harus diperhatikan. Unsur-unsur tersebut adalah:

1. pendefinisian/penetapan tujuan dan sasaran pengendalian (control objective definition)
2. penentuan variabel yang harus diukur (measurement selection)
3. penentuan variabel yang akan dimanipulasi (manipulated variables selection)
4. pemilihan konfigurasi pengendalian (control configuration selection)
5. perancangan sistem pengendali (controller design)

Pendefinisian Tujuan Pengendalian

Dalam mendefinisikan tujuan pengendalian perlu diperhatikan beberapa hal pentuing yang merupakan pronsip dasar penerapan pengendalian proses pada pabrik. Prinsip utama penerapan pengendalian proses pada pabrik adalah untuk memastikan kinerja suatu proses kimia, memastikan kestabilan suatu proses kimia, dan menekan gangguan eksternal. Prinsip dasar ini harus tercakup dalam pendefinisian tujuan pengendalian baik satu atau kombinasi dari ketiga hal tersebut.

Pada awal perancangan, sasaran pengendalian (control objectives) didefinisikan secara kualitatif, selanjutnya tujuan ini dikuantifikasi dalam bentuk variabel output. Sebagai contoh untuk sistem reaktor CSTR salah satu pemakaian controller dilakukan dengan tujuan pengendalian (control objectives) sebagai berikut:

• secara kualitatif : menjamin kestabilan temperatur di dalam reaktor (diasumsikan sama dengan temperatur keluaran reaktor) pada keadaan steady state yang tidak stabil
• secara kuantitatif : menjaga agar temperatur (variabel output) tidak berfluktuasi lebih dari 5% harga nominalnya.

Pemilihan Variabel yang Harus Diukur

Beberapa pemhukuran variabel harus dilakukan agar kinerja operasi pabrik dapat dimonitor Terdapat beberapa jenis pengukuran variabel yang dapat diterapkan untuk pengendalian proses:

1. Primary Measurement
   Bila memungkinkan sebaiknya pada pengendalian proses harga variabel yang menjadi objective pengendalian harus diukur/dimonitor. Cara pengukuran variabel proses yang menjadi control objective pengendalian secara langsung disebut primary measurement. Sebagai contoh pada sistem mixer tangki berpengaduk control objective adalah mempertahankan T dan h cairan dalam tangki pada harga T = Tsp (sp = set point) dan h=hsp. Karena itu, usaha pertama yang harus dilakukan adalah memasang alat pengukur untuk dapat mengamati nilai T dan h cairan dalam tangki secara langsung, yaitu dengan denggunakan termokopel untuk pengukuran T dan differential pressure cell untuk mengukur h.
2. Secondary Measurement
   Pada kasus-kasus tertentu, variabel yang merupakan control objective tidak dapat diukur secara langsung (unmeasured output). Pada kasus-kasus dengan control objective yang tidak dapat diukur langsung tersebut, harus diukur variabel lain yang tergolong measured variable dan dapat dikorelasikan melalui suatu hubungan matematis tertentu dengan unmeasured output yang ingin dikendalikan.
3. Pengukuran external disturbance
   Pengukuran disturbance sebelum variabel tersebut masuk ke dalam proses dapat sangat menguntungkan, karena hasil pengukuran tersebut dapat memberikan informasi mengenai kelakuan proses yang akan terjadi. Informasi tersebut dapat digunakan untuk menentukan aksi pengendalian yang harus diambil apabila menggunakan sistem pengendalian feedforward.

Bersambung. [Pemilihan Variabel yang Dimanipulasi, Pemilihan Konfigurasi Pengendalian, Perancangan Sistem Pengendali, Penggunaan Komputer Digital pada Pengendali Proses, dan Perangkat Keras Sistem Pengendali Proses.]

Referensi:
^[1] Sitompul J., Limbong M. Modul Praktikum Pengendalian Proses. Departemen Teknik Kimia ITB.
^[2] Stephanopoulos G. Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice. Prentice/Hall International, Inc.