Abstrak—Dalam  dunia  industri  diperlukan  metode  kontrol yang optimal agar produk yang dihasilkan dapat sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu equipment yang perlu dikendalikan adalah  heat  exchanger.  Heat  exchanger  merupakan  equipment yang bertujuan melakukan pertukaran panas dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur rendah. Terdapat beberapa jenis heat exchanger, namun salah satu  heat  exchanger  yang  sering  digunakan  adalah  heat exchanger  shell  and  tube  (STHE).  Pada  bagian  dalam  STHE terdapat  baffle.  Baffle  sendiri  memiliki  beragam  jenis, salah satunya  yaitu  single  segmental  baffle,  setelah  diketahui  desain dari STHE yang digunakan, perlu adanya sistem pengendalian agar  tercapainya  kriteria  produk  yang  sesuai  dengan  setpoint. Sistem  pengendalian  yang  baik  perlu  dilakukan  pemilihan metode kontrol yang tepat, pada penulisan tugas akhir ini akan membahas pengaruh metode kontrol IMC-PID yang dibandingkan  dengan  Ziegler  Nichols-PID  terhadap  STHE segmental  baffle.  Hasil  yang  diperoleh  dengan  diterapkannya IMC-PID serta menggunakan berbagai variasi lambda(λ), agar pengendalian  sesuai  degan  setpoint.  Didapatkan  IMC-PID dengan  lambda  (λ  >  0.1τ)  memberikan  hasil  yang  lebih  baik dalam menjaga kestabilan walaupun ditambahkan disturbance. Hal ini diperoleh dari nilai IAE sebesar 455.0447, nilai tersebut merupakan  hasil  yang  terbaik  dari  berbagai  metode  kontrol yang dilakukan.
Kata Kunci—IAE, IMC-PID, STHE, Ziegler Nichols-PID.

## I. PENDAHULUAN
EAT exchanger merupakan salah satu contoh equipment yang  digunakan  dengan  tujuan  melakukan  pertukaran panas  dari  fluida  yang  bertemperatur  tinggi  ke  fluida  yang bertemperatur yang lebih rendah [1]. Dalam heat exchanger, f luida  dipisahkan  oleh  dinding  padat  sebagai  pemisah, sehingga  tidak  bernteraksi  secara  langsung.  Terdapat beberapa jenis desain heat exchanger antara lain tubular heat exchanger, plate heat exchanger, dan extended surface heat exchanger. Pada  dunia  industri  khususnya  pada  bidang oil and gas secara umum menggunakan heat exchanger shell and tube untuk melakukan pertukaran panas antar fluida [2]. Heat  exchanger  shell and  tube banyak  digunakan karena secara  geometri heat  exchanger  shell  and  tube memiliki ketahanan  yang  baik,  dan  dalam  segi  perawatan  lebih ekonomis. Hal  ini  didasari  dengan  klasifikasi  oleh  TEMA ( Tubular  Exchanger  Manufacturers  Association )  [3]. Agar dapat terjadi perpindahan panas yang diharapkan diperlukan syarat yang harus terpenuhi, yaitu: memiliki flow yang tinggi pada bagian tube , pressure  drop yang rendah, heat transfer coefficient yang tinggi, dan memilki fouling yang rendah [4]. Selain syarat-syarat yang harus dipenuhi agar heat exchanger shell  and  tube dapat  terjadinya  perpindahan  panas,  harus memperhatikan bagian dalam dari heat exchanger shell and
tube .
Pada bagian dalam shell and tube heat exchanger terdapat komponen yang disebut baffle. Baffle memiliki tujuan untuk memperluas serta memperpanjang dari pada pertemuan antar fluida,  fluida  dingin  pada heat  exchanger  shell  and  tube terdapat dibagian shell dan fluida panas dibagian tube , agar tercapainya efektifitas dalam mentransfer panas [5]. Setelah memahami bagian dalam dari heat exchanger shell and tube, terdapat hal lain yang sama penting yaitu metode kontrol.
Metode  kontrol  sangat  penting,  apabila  produk  yang dinginkan  tidak  sesuai  dengan setpoint maka  akan  terjadi masalah. Temperatur yang terlalu rendah akan menyebabkan penambahan  bahan  kimia  sehingga  akan  mengalami penambahan  biaya,  sedangkan  pada  saat  temperatur  terlalu tinggi akan terjadi bahaya yang serius. Selama ini telah terjadi peristiwa  yang  berbahaya,  yang  diakibatkan  oleh  kesalahan dalam pengendalian  temperatur crude  oil terhadap setpoint. Metode  kontrol  bertujuan  agar  proses mampu  mencapai setpoint yang  telah  diatur, walaupun  adanya disturbance . Metode kontrol yang digunakan dalam dunia industri sangat beragam,  namun  yang  paling  banyak  digunakan  adalah

## Rancang Bangun Sistem Pengendalian Temperatur Menggunakan IMC-PID pada Shell and Tube Heat Exchanger Segmental Baffle
Vieri Limanto dan Totok Ruki Biyanto Departemen Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : trb@ep.its.ac.id
H
Gambar 1.  Metodologi Penelitian.
kontrol  PID  ( Proporsional  Integral  Derivative )  hal  ini disebabkan oleh penerapan kontrol PID yang sangat mudah pada saat pemberian parameter kontrol [6]. Dalam penerapan kontrol  PID  terdapat  beberapa  metode  kontrol  yang  dapat digunakan  dalam  dunia  industri  antara  lain  yaitu, Ziegler Nichols PID, Cohen-Coon ,  ITAE,  dan  IMC-PID.  Berbagai metode kontrol yang telah disebutkan memiliki karakteristik dan  fungsi  tersendiri,  contohnya  seperti  IMC-PID  yang memiliki karakteristik dalam menjaga kestabilan menghadapi disturbance lebih baik dibanding  dengan metode yang  lain. Maka  pada  penelitian  tugas  akhir  ini  akan  membahas mengenai  efek  pengendalian  temperatur  IMC-PID  dengan berbagai variasi lambda(λ) terhadap heat exchanger shell and tube ,  untuk  melakukan  pembuktian  bahwa  IMC-PID merupakan  metode  kontrol  yang  memiliki  ketahanan terhadap disturbance , maka ditambahkan metode kontrol lain yaitu, Ziegler  Nichols PID  yang  digunakan  dengan  tujuan sebagai pembanding dengan metode kontrol IMC-PID.
Berdasarkan  penjabaran  latar  belakang  diatas,  maka penulis  melakukan  penelitian  tugas  akhir  mengenai heat exchanger  shell  and  tube dengan  melakukan  pengendalian temperatur  menggunakan  metode Internal  Mode  Control - PID yang dibandingkan dengan metode Ziegler Nichols -PID dengan metode penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 1.

## II. URAIAN PENELITIAN

## A. Heat exchanger shell and tube
Heat  Exchanger  merupakan  suatu  alat  yang  bertujuan untuk  melakukan  perpindahan  panas  antara  2  fluida  yang memiliki  berbeda  temperatur  dan  dipisahkan  oleh  dinding padat  [7].  Salah  satu  jenis  dari  pada  heat  exchanger  yang digunakan  dalam  dunia  industri  adalah  heat  exchanger  tipe shell  and  tube.  Di  dalam  heat  exchanger  shell  and  tube memiliki 2 jalur yang terpisah yang berbentuk silindris [8].
B. Internal Mode Control – PID (IMC-PID)
Metode  kontrol  IMC  (Internal  Mode  Control)  adalah metode  kontrol  yang  berbasis  model  yang  lebih komprehensif. Metode kontrol IMC ( Internal Mode Control ) dikembangkan  oleh  Morari  dan  Garcia  pada  tahun  1982. Metode  IMC  ( Internal  Mode  Control )  didasari  oleh  model proses  yang  diasumsikan  dan  mengarah  ke  hasil  analisis untuk dapat mengontrol kontroler. Pendekatan IMC memiliki keuntungan  yaitu  berlaku  pada  model  ketidakpastian  serta keseimbangan  antara  performa  dan  ketangguhan  sehingga bisa dapat dianalisa dengan lebih sistematis [9].

## C. First Order Plus Death Time (FOPDT)
FOPDT  (first  order  plus  dead  time)  adalah  model  fungsi orde  satu  dengan  ditambahi  death  time  [10].  FOPDT  (first order plus dead time) dapat diperoleh melalui uji open loop. Uji  open  loop  adalah  hasil  yang  diperoleh  dari  mengamati perubahan manipulated variable terhadap process variable.
D. Feedback dan Feedback Feedforward Kontrol Feedback control adalah sistem kontrol yang menggunakan prinsip close loop. Close Loop memiliki sistem kerja yang dimana nilai pengukuran sensor akan masuk pada summing point , nilai tersebut merupakan nilai feedback yang nantinya  akan  dikurangkan  dengan setpoint, sehingga diperoleh  nilai error yang  akan  menjadi  inputan  pada controller .
Feedforward  control  merupakan  strategi  kontrol  yang mampu  mengurangi  pengaruh  gangguan.  Mekanisme feedforward  kontrol  berjalan  dengan  cara  mengukur disturbance yang akan menjadi input pada plant, hal ini akan menjadi  informasi  tambahan  agar  dapat  memberikan “peringatan  dini”  bahwa  variabel  yang  dikendalikan  akan terganggu beberapa waktu dimasa depan. Dengan peringatan ini  feedforward  kontrol  memiliki  kesempatan  untuk menyesuaikan  variabel  yang  dimanipulasi  sebelum  variabel proses  yang  dikendalikan  menyimpang  dari  nilai  setpoint [11].

## E. Tuning PID
Pengendali  PID  merupakan  sistem  pengendali  gabungan antara  proportional,  integral  dan  derivative.  Pengendali proportional,  integral  dan  derivative  memiliki  kriteria masing-masing yang bertujuan saling melengkapi. Pengendali proportional memiliki tujuan yaitu mempercepat proses berjalan, namun apabila nilai proportional terlalu besar akan mengakibatkan nilai hasil respon sesuai dengan setpoint sehingga error tidak  akan  bernilai  nol.  Pengendali  integral memiliki  fungsi  yaitu,  akan  mengintegralkan error ,  untuk bertujuan mengoreksi error . Pengendali derivative memiliki tujuan untuk menstabilkan hasil respon kontrol, dengan kata lain  akan  meredam  overshoot  dan  memperkecil error . Pengendali  PID  memiliki  persamaan  yaitu  sebagai  berikut [12]:
dimana: 𝑢(𝑡) : sinyal error 𝑒(𝑡) : error 𝐾 𝑐 : gain controller.
𝑇 𝑖 : integral time
𝑢(𝑡) = 𝐾 𝑐 (𝑒(𝑡) + 1 𝑇 𝑖 ∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑇 𝑑 𝑑𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 𝑡 0 ) (1)
Gambar 2. Equipment Sistem Heat Exchanger.
Gambar 3. Diagram Block Feedback Control.
𝑇 𝑑 : derivative time
F. Evaluasi Hasil Kontrol
Dalam  melakukan  evaluasi  hasil  kontrol  memiliki beberapa kriteria/parameter yang dapat membuat hasil respon kontrol dikatakan baik
1. Rise time ( 𝑡 𝑟 ) adalah waktu yang diperlukan oleh respon untuk  naik  dari  10%  menjadi  90%  terhadap  nilai  akhir yang digunakan [13].
2. Peak  time ( 𝑡 𝑝 ) adalah  waktu  yang  diperlukan  respon untuk mecapai puncak pertama overshoot [9].
3. Maximum  overshoot ( 𝑀 𝑝 )  adalah  nilai  puncak  kurva respon  yang  diukur  dalam  satuan.  Apabila  nilai  akhir keadaan steady jauh  dari  nilai  satu,  maka  satuan  yang digunakan  adalah  persentase  (%).  Dalam  dunia  industri overshoot tidak boleh melebihi 8%-10% [13].
4. Settling  time ( 𝑡 𝑠 )  adalah  waktu  yang  diperlukan  respon untuk masuk daerah kriteria error 5% dari nilai akhir. [17] 5. IAE ( Integral of Absolute Error) adalah kesalahan yang diintegralkan  dari  waktu  ke  waktu,  sehingga  semakin kecil  nilai Integral  of  Absolute  Error (IAE)  maka  akan semakin  baik  hasil  respon  terhadap setpoint. Untuk mendapatkan nilai IAE menggunakan persamaan [14].

## III. RANCANGAN BANGUN

## A. Rancang Bangun Sistem Pengendalian Temperatur Heat Exchanger
Pada  tahap  rancang  bangun  sistem  pengendalian temperatur heat exchanger shell and tube diperlukan ukuran dan  model  dari  equipment,  agar  dapat  diketahui  parameter- parameter P, I, dan D untuk mewujudkan hasil respon kontrol yang optimal seperti yang ditunjukkan Gambar 2 dan Gambar 3.  Pada penelitian tugas akhir ini menggunakan equipment heat  exchanger  shell  and  tube  single  segmental  baffle  yang memiliki model dan system sesuai dengan Tabel 1.

## B. Pengkarakterisasi Equipment
Karakterisasi  merupakan  kondisi  steady  dari  sistem heat exchanger  shell  and  tube .  Hal  ini  diperlukan  untuk mengetahui  karakteristik  komponen  yang  digunakan  pada sistem  pengendalian  temperatur heat  exchanger  shell  and tube .  Beberapa  komponen  yang  perlu  diamati  diantaranya adalah heat exchanger shell and tube dan control valve . Hal- hal  yang  perlu  diamati  pada heat  exchanger  shell  and  tube adalah delta temperatur shell terhadap flow tube pada range flow pada saat dioperasikan, flow shell terhadap temperatur tube in dan tube out, flow tube terhadap temperatur shell in dan shell out, flow shell berubah dan flow tube tetap terhadap temperatur  shell  out,  dan  flow  tube  berubah  terhadap temperatur  tube  in  dan  tube  out.  Dari  data heat  exchanger shell  and  tube yang  digunakan,  diketahui  dapat  melakukan
𝐼𝐴𝐸 =   ∫ |𝑒(𝑡)|𝑑𝑡 ∞ 0 (2)
Tabel 1. Data Desain Heat Exchanger Shell and Tube Parameter HE a Shell Tube Panjang HE 100 cm Diameter dalam shell 15,5 cm Diameter luar shell 16 cm Material shell Carbon steel Baffle type Segmental Sudut kemiringan baffle 90 o Tinggi baffle 7,5 cm Diameter baffle 15 cm Jumlah baffle 4 Panjang tube 89 cm Jumlah tube 6 Tube layout Square pitch rotated Pitch jarak 4,5 cm Sudut pitch 90 o Material tube Stainless steel Keterangan:
a HE – Heat Exchanger .
Tabel 2. Karakteristik Control Valve pada bagian Tube A
MOTOR 1 TUBE
BITS
MAX BITS MIN SE LI SI H ME DIA N BITS PUTAR- AN BUKA- AN VALVE 1ma 55 42 13 51.5 0.30 5.03% 2ma 107 95 12 101 0.59 9.87% 3ma 162 145 17 153.5 0.90 15.00% 4ma 218 194 24 206 1.21 20.14% 5ma 272 246 26 259 1.52 25.32% 6ma 328 300 28 314 1.84 30.69% 7ma 381 355 26 268 2.16 35.97% 8ma 434 410 24 422 2.48 41.25% 9ma 486 462 24 474 2.78 46.33% 10ma 539 516 23 527.5 3.09 51.56% 11ma 593 572 21 582.5 3.42 56.94% 12ma 645 625 20 635 3.72 62.07% 13ma 699 677 22 688 4.04 67.25% 14ma 753 730 23 741.5 4.35 72.48% 15ma 806 784 22 794.5 4.66 77.66% 16ma 859 837 22 847.5 4.97 82.84% 17ma 913 891 22 900.5 5.28 88.03% 18ma 966 941 25 953.5 5.59 93.21% 19ma 1017 993 24 1005 5.89 98.24% 20ma 1023 1023 0 1023 6.00
100.00%
Tabel 3.
Karakteristik Control Valve pada bagian Shell
A MOTOR 2 SHELL BITS MAX BITS MIN
SE LI SI H MED IAN BITS PUTAR- AN
BUKA- AN VALVE 1ma 53 42 11 47.5 0.28 4.64% 2ma 107 96 11 101.5 0.60 9.92% 3ma 162 146 16 154 0.90 15.05% 4ma 216 199 17 207.5 1.22 20.28% 5ma 270 250 20 260 1.52 25.42% 6ma 325 301 24 313 1.84 30.60% 7ma 379 356 23 367.5 2.16 35.92% 8ma 432 411 21 421.5 2.47 41.20% 9ma 483 462 21 472.5 2.77 46.19% 10ma 535 518 17 526.5 3.09 51.47% 11ma 592 571 21 581.5 3.41 56.84% 12ma 644 626 18 635 3.72 62.07% 13ma 696 677 19 686.5 4.03 67.11% 14ma 751 732 19 741.5 4.35 72.48% 15ma 804 785 19 794.3 4.66 77.64% 16ma 858 838 20 847.25 4.97 82.82% 17ma 912 892 20 900.1 5.28 87.99% 18ma 962 944 18 953 5.59 93.16% 19ma 1016 997 19 1006.5 5.90 98.39% 20ma 1023 1023 0 1023 6 100.00%
perpindahan kalor dari bagian tube terhadap shell. Serta untuk data  yang  diambil  untuk  control valve adalah  besar  bukaan valve dengan arus operasi control valve sebagai pengeksekusi dalam  pengaturan  laju  aliran  fluida  yang  menyebabkan kenaikan dan penurunan temperatur seperti yang ditunjukkan Tabel 2.

## C. Uji Open loop
Setelah  dilakukan  karakterisasi  komponen  pada heat exchanger  shell  and  tube yang  digunakan  maka  akan dilakukannya  uji open  loop .  Uji Open  loop merupakan kondisi dinamik dari heat exchanger shell and tube . Kondisi dinamik  perlu  diketahui  agar  diperoleh  hasil  parameter respon  awal  dari  sitem  yang  akan  dikendalikan,  kemudian akan  diperoleh  persamaan  first  order  plus  death  time (FOPDT)  dari  hasil  respon  akan  diperoleh  parameter- parameter yang dibutuhkan untuk mendapatkan nilai Kc, Ti, dan Td seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3 dan Tabel 4.

## D. Desain Sistem Kontrol IMC-PID dan Ziegler Nichols- PID
Adapun  setelah  diperoleh  karakteristik  hasil  respon  uji open loop dilakukan perhitungan dari persamaan rumus IMC- PID dengan nilai  lambda  (τ c )  telah  ditentukan.  Lambda  (τ c ) yang digunakan  seperti yang dijelaskan di  uraian  penelitian Internal  Mode  Control  -  proportional  integral  derivative (IMC-PID) yang  dimana  akan  menggunakan  4  varian  nilai lambda (τ c ), yang kemudian akan ditambahkan nilai lambda lebih  besar  dari  4  varian  nilai  lambda  (τ c )  dan  lambda  (τ c ) yang memiliki nilai lebih kecil. Hal ini perlu dilakukan agar diketahui  dampak  dari  nilai  lambda  (τ c )  yang  tidak  berada dalam range yang  dijelaskan  di  BAB  2  pada  bagian  2.2 Internal  Mode  Control  -  proportional  integral  derivative (IMC-PID).  Setelah  diketahui  Dari  hasil  perhitungan  akan diperoleh parameter-parameter kontrol IMC-PID berjenis PI dan berjenis PID dalam bentuk nilai Kc, Ti, dan Td yang akan
digunakan  pada  penerapan  pengendalian  temperatur  pada heat exchanger shell and tube .
Kemudian dilakukan perhitungan menggunakan persamaan  rumus Ziegler  Nichols PID,  setelah  dilakukan perhitungan  diperoleh  tiga  macam  jenis  kontrol Ziegler Nichols PID  yang  pertama  berjenis  P,  PI,  dan  PID  dalam bentuk nilai Kc, Ti, dan Td. Perhitungan Ziegler Nichols PID dilakukan sebagai pembanding dengan metode kontrol IMC- PID,  sehingga diketahui  metode kontrol  yang lebih optimal dalam  melakukan  pengendalian  temperatur  pada heat exchanger shell and tube .

## E. Uji Metode Kontrol
Pada  tahap  ini  akan  dilakukan  pengambilan  data  hasil respon  yang  telah  ditambahkan  pengendalian Feedback dengan menggunakan metode IMC-PID dan Ziegler Nichols PID  serta  akan  dilakukan  pengambilan data uji disturbance ( flow  shell )  terhadap  pengendalian Feedback dengan menggunakan metode IMC-PID dan Ziegler Nichols PID
F. Respon Optimal dari Metode Kontrol yang dilakukan
Dalam tahap ini akan dievaluasi dari setiap metode kontrol yang digunakan agar diketahui metode kontrol yang optimal dalam  melakukan  pengendalian  terhadap  heat  exchanger
Gambar 4. Interface Program lab view untuk melakukan test equipment.
Gambar 5. Structure Program lab view untuk melakukan test equipment.
Tabel 4. Lamda ( Λ ) IMC-PID Jenis Filter (λ) Nilai Filter ( Λ ) λ > 0.8θ 0.406666667 λ > 0.1 τ 0.2275 τ > λ > θ 1.391666667 λ = τ 2.275 Tabel 5. Nilai Kc, Ti, Td untuk IMC-PID dan Ziegler-Nichols PID Metode Kc Ti Td ZN P FEEDBACK 4.416241 ZN PI FEEDBACK 3.974617 1.69275 ZN PID FEEDBACK 5.299489 1.016667 0.254167 IMC PID (τ > λ > θ) PI FEEDBACK 1.197368 2.275 IMC PID (τ > λ > θ) PID FEEDBACK 1.536709 2.529167 0.228624 IMC PID (λ > 0.1 τ) PI FEEDBACK 3.091733 2.275 IMC PID (λ > 0.1 τ) PID FEEDBACK 5.250865 2.529167 0.228624 IMC PID (λ > 0.8θ) PI FEEDBACK 2.486339 2.275 IMC PID (λ > 0.8θ) PID FEEDBACK 3.827238 2.529167 0.228624 IMC PID (λ = τ) PI FEEDBACK 0.817365 2.275 IMC PID (λ = τ) PID FEEDBACK 7.141176 2.529167 0.228624 IMC PID (λ = 0.1) PID FEEDBACK 0.777209 2.529167 0.228624 IMC PID (λ = 0.01) PID FEEDBACK 101.3398 2.529167 0.228624 IMC PID (λ = 0.001) PID FEEDBACK 1013.3980 2.529167 0.228624 IMC PID (λ = 3) PID FB 0.777208707 2.529167 0.228624 Tabel 6. Nilai Parameter Sistem Pengendalian Feedforward Parameter Nilai Gain feedforward 1.035 Lead Time 2.275 Lag Time 3.62
shell and tube yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini.  Parameter  yang  digunakan  untuk  menentukan  metode kontrol  yang  optimal  dengan  mendapatkan  metode  kontrol yang memberikan nilai error tidak lebih dari 5% pada kondisi steady.

## G. Analisa Data
Adapun pada tahapan analisa data, dilakukan evaluasi hasil respon  yang  telah  diperoleh  pada  saat  pengendalian heat exchanger  shell  and  tube yang  digunakan  pada  penelitian tugas  akhir  ini.  Evaluasi  dilakukan  dengan  cara  metode kontrol yang telah diperoleh diperhatikan karakteristik respon dari masing-masing metode kontrol (IAE, Settling Time, Rise Time,  Overshoot ),  agar  mengetahui  metode  kontrol  yang optimal dalam mengontrol heat exchanger shell and tube .

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Uji Open loop
Berikut hasil dari uji open loop pada heat exchanger shell and tube yang dilakukan:
1) Uji Open loop Plant
Pada uji open loop seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 diperoleh parameter-parameter sebagai berikut: Process Variable = 5.573689 Manipulated Variable = 5.5 Gain Sistem (K)        = 1.013398 t28% (34.8070659°C)   = 1.266667 Menit t63.2%(36.7690044°C)  = 2.783333 Menit Time constant = 2.275 Menit Death Time = 0.508333 Menit
Diatas  merupakan  parameter  yang  diperlukan  dalam melakukan perancangan kontrol agar mampu mengendalikan heat  exchanger  shell  and  tube sesuai  dengan setpoint yang diinginkan.  Dalam  pengambilan  data  uji open  loop  plant diperlukan beberapa prosedur yang harus diikuti agar sesuai dengan  data  yang  diperoleh.  Prosedur  yang  harus  diikuti adalah menunggu heater pada temperatur 65°C dan flow shell pada  keadaan  5  liter/menit  kemudian  dapat  dilakukan pengambilan  data open  loop ,  waktu  yang  dibutuhkan  agar dapat terwujudnya open loop seperti pada grafik dibutuhkan waktu sekitar 500 detik, dan untuk control valve diubah 2 mA sampai 7.5 mA, sehingga temperatur shell out berubah dari 33 o C  sampai  disekitaran  39 o C.  Untuk  permodelan  dari persamaan  FOPDT gain  plant Gp  (s) memiliki  model  yang sangat baik hal tersebut ditunjukan dengan nilai Root mean Squared  Error (RMSE)  0.514708373  dengan  rasio  9.23% dan nilai Mean Absolute Percentage Error (MAPE) sebesar 1.2421%.
2) Uji Open loop Disturbance
Pada  uji open  loop  disturbance seperti  yang  ditunjukkan Gambar 5 didapatkan parameter-parameter sebagai berikut: Process Variable = -1.3325 Manipulated Variable = 1.271003 Gain disturbance (Kd)  = -1.048384622 t28% (40.628223°C)    = 1.333333333 Menit t63.2%(40.109355°C)   = 3.746666667 Menit Lag Time = 3.62 Menit Lead Time = 2.275 Menit
Dari  parameter  yang  diperlukan  untuk  melakukan perancangan  kontrol  diperlukan  beberapa  prosedur  yang harus  diikuti  dalam  pengambilan  data  uji open  loop disturbance .  Prosedur  yang  harus  diikuti  adalah  temperatur shell  out berada  pada  temperatur  41°C  -  39.72°C  dan flow shell ( disturbance )  pada  laju  aliran  5.5  liter/menit-6.8 liter/menit kemudian dapat dilakukan pengambilan data open loop disturbance ,  waktu  yang  dibutuhkan  agar  dapat terwujudnya open loop seperti pada grafik dibutuhkan waktu sekitar 700 detik, dan untuk control valve constant di 1.740 mA.  Untuk  permodelan  dari  persamaan  FOPDT  gain disturbance Gd(s)  memiliki  model  yang  sangat  baik  hal tersebut  ditunjukan  dengan  nilai Root  mean  Squared  Error (RMSE)  0.049457915  dengan  rasio  3.71%  dan  nilai Mean Absolute Percentage Error (MAPE) sebesar 0.2380%

## B. Variasi Filter (λ) IMC-PID
Variasi  filter  (λ)  yang  digunakan  pada  penelitian  tugas akhir ini ditunjukkan pada Tabel 5.
Dalam  penelitian  ini  digunakan  4  jenis  lambda  (λ)  yang akan diterapkan dalam IMC-PID agar memperoleh nilai Kc, Ti, dan Td sehingga mendapatkan hasil respon kontrol yang paling optimal.
C. Nilai Kc, Ti, Td
Dalam  melakukan  metode  kontrol  IMC-PID  dan Ziegler Nichols- PID  dibutuhkan  nilai  akhir  berupa  Kc,  Ti,  dan  Td
𝐺 𝑝 (𝑠) = 1.013398𝑒 −30.5𝑠
136.5𝑠 + 1 (3)
𝐺𝑑(𝑠) = −1.04838𝑒 −7.6𝑠 217 .2𝑠 + 1 (4)
Tabel 7.
Hasil Parameter Respon Close Loop Feedback Control Metode RISE TIME OVER SHOOT ST IAE ESS ZN P FB 352.3 25.51% 999.8 329. 82 0.31% ZN PI FB 272.98 11.59% 789.7 164. 75 0.14% ZN PID FB 245.91 10.64% 767.8 133. 25 0.06% IMC PID (τ > λ > θ) PI FB 237 20.30% 1395 938. 96 1.34% IMC PID (τ > λ > θ) PID FB 219.7 23.89% 1134.2 619. 37 0.03% IMC PID (λ > 0.1 τ) PI FB 257.1 13.78% 1011 312. 39 0.66% IMC PID (λ > 0.1 τ) PID FB 250.63 7.450% 681.1 86.0 0.01% IMC PID (λ > 0.8θ) PI FB 346.93 10.478% 1266.8 109. 44 0.40% IMC PID (λ > 0.8θ) PID FB 286.61 8.335% 682.2 126. 30 0.49% IMC PID (λ = τ) PI FB 270.53 26.264% 1883.5 1320 .7 0.08% IMC PID (λ = τ) PID FB 268.35 18.910% 1710.3 1157 0.04% IMC PID (λ = 0.1) PID FB 265.14 8.44% 1061 117. 12 0.45% IMC PID (λ = 0.01) PID FEEDBACK 389.28 65 - - 258. 8561 - IMC PID (λ = 0.001) PID FEEDBACK 452.91 43 17.19% - 1190 - IMC PID (λ = 3) PID FB 329.80 22.03% 2249.5 1600 .7 0.19%
yang  akan  digunakan  dalam  melakukan  pengendalian terhadap heat  exchanger  shell and  tube , berikut merupakan nilai Kc, Ti, dan Td seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.
Setelah  diperoleh  nilai  Kc,  Ti,  dan  Td  dari  tiap  metode kontrol,  maka  akan  diterapkan  pada equipment  heat exchanger shell and tube melalui software yang telah dibuat menggunakan  aplikasi  LabView  untuk  dapat  melakukan pengendalian  dan  mengetahui  hasil  respon  kontrol  dalam penerapan sistem kontrol terhadap heat exchanger shell and tube seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, Gambar 7 dan Gambar 8 .
D. Parameter-Parameter Pengendalian Feedforward
Agar dapat diterapkan pengendalian feedforward diperlukan  nilai  parameter-parameter  feedforward  seperti yang ditunjukkan pada Tabel 6.
Setelah didapatkan nilai gain feedforward , lead time , dan lag  time .  Maka  akan  diterapkan  strategi  pemgendalian feedforward pada equipment  heat  exchanger  shell and  tube melalui software yang  telah  dibuat  menggunakan  aplikasi LabView  agar  dapat  dianalisa  hasil  respon  kontrol pengendalian feedforward.
E. Hasil Respon Sistem Pengendalian Feedback
Adapun  hasil  respon  yang  diperoleh  dalam  melakukan sistem  pengendalian  temperatur  pada heat  exchanger  shell and tube ditunjukkan pada Tabel 7.
Berdasarkan  Tabel  7  didapat  kesimpulan  bahwa  metode kontrol  yang  paling  optimal  dalam  keadaan disturbance diabaikan adalah IMC-PID bertipe PID dengan nilai lambda (λ)  0.2275.  Kesimpulan  ini  didapatkan  dari  nilai  IAE  yang bernilai 86.0019. Nilai IAE menunjukan informasi mengenai kondisi hasil respon terhadap error , sehingga semakin kecil nilai IAE maka akan baik semakin baik pula hasil respon. Hal ini  membuktikan  bahwa  metode  kontrol  IMC-PID  dapat meredam overshoot dan dapat memberikan hasil respon yang
lebih stabil dibanding dengan Ziegler Nichols PID. Hal lain yang perlu diperhatikan dalam menggunakan metode kontrol IMC-PID  adalah  pemilihan  lambda  (λ)  yang  tepat dikarenakan  perbedaan  nilai  lambda(λ)  akan  memberikan nilai parameter Kc, Ti, dan Td sehingga mengakibatkan hasil respon kontrol yang berbeda pula.

## F. Hasil  Respon  Pengendalian  Feedback  dengan  Uji Disturbance
Pada  Tabel  8  dapat diperoleh  informasi  bahwa IMC-PID bertipe  PID  dengan  nilai  lambda  (λ)  0.2275,  memberikan hasil  kontrol  yang  baik  walaupun  setelah  ditambahkan disturbance pada flow shell sebesar 5L/min-6L/min. Hal ini ditunjukan  dengan  nilai  IAE  sebesar  487.2481.  Apabila dibandingkan  dengan  metode  kontrol Ziegler  Nichols PID bertipe  PID  dengan  nilai  IAE  sebesar  922.488,  IMC-PID memberikan  nilai error yang  lebih  kecil  hingga  52.8189% dibanding Ziegler Nichols PID, hal ini membuktikan bahwa IMC-PID  mampu  menjaga  kestabilan  respon  kontrol, dibandingkan dengan metode kontrol Ziegler Nichols PID. Maka  diketahui  metode  kontrol  IMC-PID  yang  terbaik dalam  melakukan  pengendalian  terhadap heat  exchanger
Gambar  6. Interface  Program  untuk  melakukan  pengujian  IMC-PID dan  Zieger  Nichols  PID  pada  equipment  Shell  and  Tube  Heat Exchanger.
Gambar 7. Uji Open Loop Plant.
Gambar 8. Uji Open Loop Disturbance.
Tabel 8.
Hasil Parameter Respon Kontrol dengan Disturbance Metode IAE ZN P FEEDBACK 2403.2 ZN PI FEEDBACK 838.2609 ZN PID FEEDBACK 922.488 IMC PID (τ > λ > θ) PI FEEDBACK 1134.9 IMC PID (τ > λ > θ) PID FEEDBACK 1130.6 IMC PID (λ > 0.1 τ) PI FEEDBACK 1206.4 IMC PID (λ > 0.1 τ) PID FEEDBACK 487.2481 IMC PID (λ > 0.8θ) PI FEEDBACK 1488.5 IMC PID (λ > 0.8θ) PID FEEDBACK 495.1443 IMC PID (λ = τ) PI FEEDBACK 1896.7 IMC PID (λ = τ) PID FEEDBACK 2134
Tabel 9. Hasil Parameter Respon Kontrol Feedback Feedforward Control Metode RISE TIME OVER SHOOT IAE ZN P 237.18 8.76% 569.9 ZN PI 237.43 11.210% 571.9 ZN PID 225.96 6.0332% 1329.2 IMC PID (τ > λ > θ) PI 257.23 18.411% 922.4 IMC PID (τ > λ > θ) PID 212.15 19.557% 1480.8 IMC PID (λ > 0.1 τ) PI 204.55 6.641% 563.3 IMC PID (λ > 0.1 τ) PID 286.73 2.800% 455.0 IMC PID (λ > 0.8θ) PI 242.89 8.904% 555.8 IMC PID (λ > 0.8θ) PID 261.58 3.174% 551.4 IMC PID (λ = τ) PI 235.90 34.932% 1413.4 IMC PID (λ = τ) PID 254.86 27.853% 1235.7
shell  and  tube yang  diberikan disturbance adalah  metode kontrol  IMC-PID  dengan  nilai  lambda  0.2275  yang didapatkan dari persamaan λ > 0.1 τ [15]. IMC-PID betipe PI memberikan  respon  kontrol  yang  kurang  optimum dibandingkan IMC-PID betipe PID. Hal tersebut dibuktikan dengan nilai IAE dengan metode kontrol IMC-PID bertipe PI, nilai  IAE  yang  didapatkan dengan  lambda  λ  > 0.1  τ  adalah sebesar 1206.4, nilai IAE, nilai IAE dengan lambda λ > 0.8θ adalah  sebesar  1488.5,  nilai  IAE  yang  didapatkan  dengan lambda τ > λ > θ [5] adalah sebesar 1134.9, nilai IAE yang didapatkan dengan lambda λ = τ adalah sebesar 1896.7 [15- 16].

## G. Hasil Respon Pengendalian Feedback Feedforward
Hasil respon pengendalian feedback feedforward ditunjukkan pada Tabel 9.

## H. Hasil Respon Uji Setpoint
Selain  dilakukan  analisa  kestabilan  hasil  respon  dengan ditambahkan disturbance .  Adapun  dilakukan  hasil  uji setpoint terhadap  metode  kontrol  yang  memberikan  hasil respon  yang  paling  baik.  Uji setpoint dilakukan  untuk mengetahui respon kontrol pada saat setpoint proses diubah. Data yang didapatkan sebagai berikut:
Tabel  10  merupakan  data  kuantitatif  dari  hasil  respon kontrol  dalam  menghadapi  perubahan  nilai setpoint . Didapatkan  metode  kontrol  IMC-PID  bertipe  PID  dengan nilai lambda (λ > 0.1 τ memberikan respon yang paling stabil dibandingkan  dengan  metode  kontrol  lainnya  dalam menghadapi  perubahan  nilai  setpoint  [15].  Hal  tersebut dibuktikan  dengan  nilai  IAE  yang  lebih  kecil  dibandingkan metode  kontrol Ziegler  Nichols  PID, IMC-PID  bertipe  PI dengan nilai lambda (λ) 0.2275 serta IMC-PID betipe PI dan PID dengan nilai lambda (λ) 0.406666667.

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Adapun  kesimpulan  yang  didapatkan  dalam  penelitan  ini sebagai berikut: (1) Metode kontrol IMC-PID dengan strategi feedback kontrol  memberikan  hasil  kestabilan  yang  lebih baik  dibandingkan  dengan Ziegler  Nichols PID.  Kestabilan metode  kontrol  dapat  dilihat  nilai overshoot ,  IAE,  dan  Ess. Nilai overshoot dengan  menggunakan  IMC  PID  mampu meredam  hingga  29.98%.  Kemudian  untuk  Kestabilan metode  kontrol  IMC-PID  dibanding Ziegler  Nichols PID dapat  dilihat  dari  nilai  IAE  yang  berkurang  hingga  35.46% serta penurunan nilai error dari respon kontrol pada saat telah mencapai  kondisi steady  state (Ess)  hingga  97.74%. Berikutnya  kestabilan  metode  kontrol  IMC-PID  dengan
strategi feedback kontrol  ditunjukan  dengan  ketangguhan metode kontrol ini dalam menghadapi disturbance . IMC-PID mampu  mengurangi error hingga  52.82%  dibandingkan dengan  metode Ziegler  Nichols PID.  Metode  kontrol  IMC- PID  dengan  strategi  kontrol feedback feedforward memberikan  hasil  respon  yang  lebih  baik  dibanding  IMC- PID dengan strategi kontrol feedback . Hal tersebut dibuktikan dengan  nilai  overshoot  yang  turun  hingga  4.65%,  serta kestabilan hasil respon yang meningkat dilihat dari nilai IAE yang  menurun  hingga  6.61  %.  (2)  Dalam  menghadapi disturbance pada flow  shell (5  liter/menit-6  liter/menit) metode  kontrol  IMC-PID  dengan  variasi  nilai  lambda  (λ), didapatkan kesimpulan semakin kecil nilai lambda (λ) maka akan  semakin  stabil  respon  kontrol  yang  diperoleh  dan semakin  besar  nilai  lambda  (λ)  maka  akan  didapat  hasil respon yang kurang stabil, hal ini berlaku pada range lambda (λ)  yang  kemukakan  oleh  Rivera  et  al.,  1986,  Chien  and Fruehauf,  1990,  dan  Skogestad,  2003.  Sedangkan  metode kontrol IMC-PID dengan nilai lambda (λ) yang memberikan respon  terbaik  dalam  menghadapi disturbance ,  juga memberikan  respon  kontrol  yang  stabil  dalam  menghadapi perubahan nilai setpoint. Hal tersebut ditunjukan dengan nilai IAE pada metode kontrol IMC-PID dengan lambda (λ > 0.1τ) merupakan  nilai yang  paling kecil.  Pada saat menggunakan strategi kontrol feedback maupun feedback feedforward .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Y. B. Khare and Y. Singh, “PID control of heat exchanger system,” Int. J. Comput. Appl. , vol. 8, no. 6, pp. 975–8887, 2010.
[2]  R.  Paul,  C.  Shreesha,  and  S.  Shinde,  “LabVIEW  Implementation  of Fuzzy  Logic  Controller  for  Heat  Exchanger  Process,”  in 2015 International  Conference  on  Futuristic  Trends  on  Computational Analysis and Knowledge Management (ABLAZE) , 2015, pp. 13–17.
[3]  J.  K.  Cooper,  “Heat  exchangers:  characteristics,  types  and  emerging applications,” Heat Transf. , vol. 100, pp. 514–519, 1978.
[4]  K. J. Bell, “Heat exchanger design for the process industries,” J. Heat Transf. , vol. 126, no. 6, pp. 877–885, 2004.
[5]  M.  Thirumarimurugan,  T.  Kannadasan,  and  E.  Ramasamy, “Performance analysis of shell and tube heat exchanger using miscible system,” Am. J. Appl. Sci. , vol. 5, no. 5, pp. 548–552, 2008.
[6]  I. Setiawan, Kontrol PID Untuk Proses Industri . Jakarta: Elex Media Komputindo, 2013.
[7]  F.  P.  Incropera,  D.  P.  Dewitt,  T.  L.,  A.  Bergman,  and  S.  Lavine, Fundamentals  of  Heat  and  Mass  Transfer ,  7th  ed.  New  York:  John Wiley & Sons Inc, 2011.
[8]  Y. Cengel and T. M. Heat, A Practical Approach . New York: McGraw- Hill, 2003.
[9]  D. E. Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, and F. J. Doyle, Process Dynamics and Control . United State of America: John Wiley & Sons, 2017.
[10]  A. S. Abd El-Hamid, A. H. Eissa, and A. M. A. Fotouh, “Application of  feed-forward  internal  model  control  to  time  varying  FOPDT temperature process,” Danish J. Eng. Aplied Sci. , pp. 38–43, 2015.
[11]  T. E. Marlin, Process Control . New York: Mc Graw Hill, 1995.
[12]  Z.  Jamal,  “Implementasi  kendali  Pid  penalaan  Ziegler-Nichols menggunakan mikrokontroler,” J.  Inform. ,  vol.  15,  no.  1,  pp.  81–88, 2015.
[13]  K. Astrom and Hagglund, “Advanced PID control instrument society of America,” Res. Triangle Park , 1995.
[14]  A. K. RS, “Identifikasi dan perancangan pengendali PID menggunakan penduga  ARX  terhadap  sistem  pemanas  udara  dengan  kriteria  ISE, IAE, ITSE dan ITAE,” Berk. Fis. , vol. 15, no. 4, pp. 105–112.
[15]  D.  E.  Rivera,  M.  Morari,  and  S.  Skogestad,  “Internal  model  control: PID controller design,” Ind. \& Eng. Chem. Process Des. Dev. , vol. 25, no. 1, pp. 252–265, 1986.
[16]  S.  Skogestad,  “Simple  analytic  rules  for  model  reduction  and  PID controller  tuning,” J.  Process  Control ,  vol.  13,  no.  4,  pp.  291–309, 2003.
Tabel 10.
Hasil Parameter Respon Close Loop Feedback Control dengan Uji Setpoint Metode IAE ZN PID 1497.6841 IMC PID (λ > 0.1 τ) PI FEEDBACK 769.7367 IMC PID (λ > 0.1 τ) PID FEEDBACK 526.2555 IMC PID (λ > 0.8θ) PI FEEDBACK 777.4649 IMC PID (λ > 0.8θ) PID FEEDBACK 565.2995