Pengendalian Temperatur Outlet Heat Exchanger Networks (HENs) dengan Model Predictive

Control (MPC) Melalui Simulasi Software Hysys

Rahmat Aziz (2307100036) dan Reza Sofyan Arianto (2307100052) Pembimbing: Prof. Ir. Renanto, MS., Ph.D

Laboratorium Perancangan dan Pengendalian Proses

Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Kata kunci: Heat Exchanger Networks (HENs), Hysys, Model Predictive Control (MPC)

Abstrak

Heat Exchanger Networks (HENs) merupakan sistem yang banyak digunakan dalam pabrik kimia karena bisa mempertahankan berbagai suhu dan tekanan. Tujuan utama dari sistem Heat Exchanger Networks (HENs)

adalah untuk mentransfer panas dari beberapa aliran, sehingga dapat mencapai suhu yang diinginkan. Diperlukan sistem pengendali suhu outlet Heat Exchanger Networks (HENs) dengan memanipulasi variabel suhu aliran panas agar mampu mencapai kondisi optimum. Karena kekurangan yang ada pada teknik kontrol konvensional, digunakan teknik kontrol berbasis multivariable untuk mengontrol suhu outlet sistem Heat Exchanger Networks

(HENs). Oleh karena itu, Penelitian ini dilakukan untuk mengendalikan Heat Exchanger Networks (HENs) dengan menggunakan Model Predictive Control (MPC) sebagai alat pengendalinya. Disturbance dalam penelitian ini adalah perubahan temperature aliran masuk sebesar +10% dan -10%. Pemilihan alat pengendali ini didasarkan pada berbagai kelebihannya jika dibandingkan dengan alat pengendali yang lain. Simulasi sistem pengendalian dilakukan dengan menggunakan software Hysys.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka diperoleh parameter Model Predictive Control (MPC) sebagai pengendali temperatur outlet Heat Exchanger Networks (HENs) dengan performa terbaik adalah prediction horizon (P) 25 dan control horizon (M) 2 dengan IAE rata-rata pada MPC sebesar 321.811, sedangkan IAE rata-rata pada PID sebesar 351,360.

1. Pendahuluan Dengan semakin berkembangnya dunia industri,

tuntutan akan adanya industri yang efisien menjadi tak terelakkan. Hal ini karena kompetensi suatu industri akan dilihat dari tingkat efisiensi masing-masing elemen yang berperan, baik itu faktor yang berkaitan secara langsung maupun tidak langsung dengan proses produksi. Dalam rangka meningkatkan efisiensi energi, sistem retrofit jaringan penukar panas (HENs) dari aliran-aliran proses dapat berpengaruh besar terhadap nilai ekonomis suatu proyek secara menyeluruh. Proses transfer panas pada Heat Exchanger Networks perlu untuk dikendalikan agar diperoleh temperatur fluida sesuai dengan kriteria yang diinginkan. Adanya keterbatasan kerja sensor dan actuator pada plant HENs akan menyebabkan keterlambatan respon dari sistem kendali jika proses dikendalikan dengan menggunakan simtem kendali Proportional Integral

Derivative (PID) biasa. Dalam penelitian ini diambil tipe pengendalian Model Predictive Control (MPC) yang bisa mewakili permasalahan diatas. 2. Metodologi

Penelitian ini dibagi beberapa tahap : i) Pengumpulan dan pengolahan data ii) Simulasi Steady State menggunakan software

Hysys iii) Validasi hasil iv) Tahap sizing dan permodelan dynamic mode. v) Pemasangan PID controller dan pemberian

dsiturbance

vi) Membuat step response test kemudian pemasangan MPC dalam beberapa konfigurasi dan pemberian distrubance.

vii) Pengujian dengan metode IAE viii) Membandingkan hasil pengendalian PID dan

MPC 3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Hasil Validasi Simulasi Steady State

Gambar 3.1 Simulasi Steady State

Tabel 3.1 Data Validasi Simulasi Steady State

Tabel 3.2 Data Validasi Simulasi Dynamic Mode

Tabel 3.3 Data Parameter Pengendalian 2 PID dan 2

Split Controller

3.2 Hasil response untuk perbandingan MPC dan PID

Gambar 3.2.1 Grafik perbandingan MPC dan PID Th1 out untuk dsiturbance +10% dan -10%

Gambar 3.2.2 Grafik perbandingan MPC dan PID Th2 out untuk disturbance +10% dan -10%

Gambar 3.2.3 Grafik perbandingan MPC dan PID Tc1 out untuk disturbance +10% dan -10%

Gambar 3.2.3 Grafik perbandingan MPC dan PID Tc2 out untuk disturbance +10% dan -10%

Tabel 3.4 Data Perbandingan IAE untuk MPC dan PID

Daftar Pustaka Agrahari, Sachin. 2009. A Performance

Comparison of PID, FLC, & MPC controller: A

Comparative Case Study. Thesis S2 engineering Thapar University, India.

Marchetti, Jacinto L. dan Leonardo L. Giovanini. 2003. Low-Level Flexible- Structure Control

Apllied to Heat Exchanger Networks. Journal of Computers and Chemical Engineering volume 27, pp. 1129-1142.

Seborg, Dale E, Thomas F.E., Duncan A.M. 2004. Process Dynamic and Control 2

nd Edition.

Singapura: John Wiley & Sons (Asia) Pte. Ltd.

Aliran Temperatur

Jurnal (C)

Temperatur

Simulasi

(C)

Error

(%)

h1out 40 39,55 1,125

h2out 100 99,05 0,95

c1out 80 79,19 1,0125

c2out 40 39,62 0,95

Aliran Temperatur

Jurnal (C)

Temperatur

Simulasi

(C)

Error

(%)

h1out 40 39,55 1,125

h2out 100 99,01 0,99

c1out 80 79,28 0,9

c2out 40 39,64 0,9

Parameter

Controller

TIC-

100

TIC-

101

SPLT-

100

SPLT-

101

Kc 4,35 1,03 8,38 0,749 τi 0,123 0,180 0,0899 0,283 τd 0,0274 0,0401 0,0200 0,0630

Variabel IAE

MPC PID

Th1out D +10% 578,16 600,361

Th1out D -10% 513,716 588,521

Th2out D +10% 70,83 76,976

Th2out D -10% 72,361 80,455

Tc1out D +10% 257,19 278,317

Tc1out D -10% 244,578 262,749

Tc2out D +10% 443,172 510,512

Tc2out D -10% 394,484 412,992

IAE total 2574,491 2810.883 IAE rata-rata 321,811 351.360