Abstrak - Perubahan nilai pH larutan asam terhadap penambahan larutan basa memiliki sifat nonlinier. Pada umumnya pengendalian PID digunakan pada proses yang linier. Namun demikian, pada pengendalian pH yang merupakan proses nonlinier  ini akan diterapkan auto switch PID sebagai solusinya. Sistem ILFM merupakan pengembangan dari sistem CSTR (Continous Stirred Tank Reactor) yang mengasumsikan reaksi asam-basa terjadi secara cepat. Pada sistem ILFM laju aliran asam dibuat konstan sedangkan laju aliran basa dapat dikontrol. Pompa DC 12V digunakan untuk mengalirkan larutan asam dan basa. Alat ukur pH yang digunakan adalah pH meter YK-2001 PH. Software LabVIEW digunakan sebagai penanaman algoritma autoswitch PID dan HMI pada tugas akhir ini. Auto switch PID akan bekerja sesuai dengan daerah linier yang telah dibagi. Daerah linier tersebut didapatkan berdasarkan hasil kurva eksperimen titrasi larutan CH 3 COOH 0,1M, 16,25ml dengan NaOH 0,1M, 20 ml.  Terdapat tiga daerah linier pada kurva titrasi, yaitu 3,5 ≤ pH ≤ 6,21, 6,22 ≤ pH ≤ 10,73 dan 10,74 ≤ pH ≤ 11,9. Pada uji closed loop ,untuk setpoint pH 5 didapatkan nilai karateristik respon maximum overshoot sebesar 19,6 %,Ess ( error steady state ) sebesar 0,04% dan Ts (Time Settling) sebesar 6s. Pada uji setpoint 6 didapatkan maximum overshoot 3,3%, Ess 3% dan Ts 13s. Pada uji nilai setpoint pH 11 didapatkan maximum overshoot sebesar 6 %,Ess sebesar 2,7% dan Ts sebesar 20s. Pada tracking turun nilai setpoint pH 11-5 didapatkan maximum overshoot 1,6%,Ess sebesar  1% dan Ts sebesar 8s. Pada daerah linier 2 tidak dapat tercapainya SP yang diinginkan. Hal ini dikarenakan daerah linier 2 adalah daerah kritis dengan penambahan 1ml/s akan mengubah nilai pH menjadi 2 kali semula sedangkan resolusi pompa melibihi dari 1mL/s.
Kata kunci- ILFM (In Line Flash Mixing) , auto switch PID,LabVIEW

## I. PENDAHULUAN
ROSES pengendalian pH asam dengan  basa berperan signifikan dalam berbagai dunia industri. Proses pengendalian ini dapat ditemukan pada pengolahan air limbah industri ( waste water treatment ), biochemical proses, cooling water dan lain-lain. Pengendalian ini merupakan proses pengendalian yang  nonlinier [1].  Hal ini dapat dilihat pada studi kuantitaif titrasi larutan asam-basa. Pada kurva titrasi
asam-basa dapat diketahui perubahan nilai pH tidak proporsional dengan penambahan  jumlah volume basa terhadap asam. Pada umumnya pengendalian menggunakan PID digunakan pada proses yang linier [2]. Namun demikian, pada pengendalian pH yang merupakan proses nonlinier  ini dapat diterapkan auto switch PID sebagai solusinya. Menurut Jin Young choi dan Jietae Lee , umumnya proses pengendalian pH terjadi pada tanki CSTR ( Continuous Stirred Tank Reactor ). Selain itu, proses tersebut juga dapat dilakukan pada ILFM ( In Line Flash Mixing ) [1]. Pada CSTR pencampuran asam dengan basa terjadi pada sebuah tanki. Sedangkan, pada ILFM pencampuran aliran terjadi didalam pipa tanpa menggunakan tanki sebagai tempat terjadinya reaksi. ILFM merupakan pengembangan dari CSTR  yang mengasumsikan reaksi asam-basa terjadi secara cepat. Dalam penelitian ini akan diterapkan konsep auto switch PID pada ILFM .
Pada tahun 2010, Fadloli Luthfi melakukan simulasi perancangan auto switch PID pada CIPM ( Continuous Injection Pipe Mixing ) atau ILFM dengan mengunakan software MATLAB [3]. Pada tahun 2011, Syahrizal Ismail telah menerapkan  metode kontrol auto switch PID pada CSTR secara real time [4]. Oleh karena itu, dalam penelitian ini akan diterapkan konsep auto switch PID pada ILFM secara real time.

## II. URAIAN PENELITIAN

## A. Plant Proses Pengendalian pH
Pada tugas akhir ini, plant proses pengendalian pH menggunakan metode ILFM ( In Line Flash Mixing ). Pada plant ILFM  ini digunakan larutan asam lemah CH 3 COOH 0,1M dan larutan basa kuat NaOH 0,1M. Pada plant ILFM ( In Line flash Mixing ) ini pencampuran asam-basa langsung terjadi didalam pipa seperti pada Gambar 1.
Gambar 1 adalah konfigurasi sistem ILFM yang digunakan. Laju aliran asam lemah dibuat konstan, sedangkan laju aliran basa dikendalikan. Nilai pH akan diukur oleh pH transmitter kemudian sinyal akan dikirimkan menuju pengendali. Pengendali akan memberikan sinyal kendali ke pompa.
Gambar 2 merupakan sistem ILFM yang digunakan  pada tugas akhir ini. Pada plant tersebut terdapat dua buah tanki. Tanki pertama meruapakan tanki asam yang terbuat dari pipa PVC 5 Inc, sedangkan tanki kedua adalah tanki basa yang terbuat dari PVC juga. Besar pipa yang digunakan untuk menghubungkan kedua tanki ini berdiameter ½In. Parameter-
Rancang Bangun Auto Switch PID pada Sistem ILFM ( In Line Flash Mixing ) untuk Proses Netralisasi pH
Hariadi Kurniawan dan Hendra Cordova Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : hcordova@ep.its.ac.id
P
Ga p
Ta
P me sed PV ked
B.
ber den 20
CH 3 COOH ambar 1. Konfig G Volume Ta Volime Ta Debit Pom Debit Pom Konsentras
Konsentras
Diameter P parameter dari abel 1.
Pada plant  ter erupakan tanki dangkan tanki VC juga. Besar dua tanki ini be
Sistem Penge Auto switch rdasarkan ku ngan NaOH 0 mL NaOH 0,1
Fluida yang ditira (CH 3 COOH) gurasi Plant IFM Gambar 2. ILFM Tab Paramet Parameter
angki Asam ( Acid angki Basa ( Base T mpa DC Asam
mpa DC Basa
si CH3COOH si NaOH Pipa PVC (main pi
i sistem ILFM
rsebut terdapat i asam yang kedua adalah
r pipa yang dig erdiameter ½In
endalian PID pada rva eksperim ,1M. Kurva tit 1 M dengan 16
p HE pHC NaOH asi F lu id a t itr an (N a O H ) M ( In Line Flash M ( In-Line Flash M bel 1. er proses
Tank ) Tank ) ipe) M yang diguna
dua buah tank terbuat dari p h tanki basa y gunakan untuk n.
tugas akhir men titrasi C trasi diperoleh 6,5 mL CH 3 CO
Mixing ) Mixing ) Satuan 8,5L 8,5L 16,5mL/s
0-20mL/s 0,1M 0,1M 1/2 Inc akan seperti pa ki. Tanki perta pipa PVC 5 I yang terbuat d k menghubungk
r ini diranca CH 3 COOH 0,1 h dari hasil titr
OOH 0,1M.
SOF ada
ama Inc, dari kan
ang 1M rasi
Gambar SP Gambar
Prose
NaOH 0 perubah asam se Kurva menentu hasil  t 3,5 ≤ pH daerah l auto sw Peran LabVIE setpoint maka  a mematik member pompa Sinya dipomp Peranca error ya

## A. Ana
Alat .Pengam tiga nila buffer memper
0 2 4 6 8 10 12 14 0 pH 01-9271 Print) FTWARE LabV 3. Kurva titrasi E(t) mV PID1,P dan P 4 . Diagram blok es titrasi ini 0,1 M. Kurva han pH setiap eperti ditunjukk a titrasi yan ukan daerah lin titrasi maka H ≤ 6,21, 6,22 ≤ p linier ini digun witch PID. ncangan auto EW. Penentua t .Jika setpoint akan menghid kan PID yan rikan sinyal k sebagai aktuat al kontrol aka pakan sehingga angan auto sw ang ingin dicap
III. ANALIS alisis Data Pem ukur yang dig mbilan data ala ai pH yaitu 4,7 solution d rtahankan nilai
0 2 4 6 8 Volum VIEW NaOH 0,1M den POM TRANS U(t) PID2, PID3 k sistem pengend
dilakukan den titrasi terbentu dilakukannya kan pada Gamb ng telah dida nier proses yan didapatkan  t pH10,73, dan nakan sebagai
switch PID an PID yang berada pada ra dupkan PID p ng lainnya. Ga ke rangkaian p tor seperti pada an mengatur b a dapat terjad witch PID dik pai adalah <5%
SIS DATA DAN
mbacaan Alat U gunakan adala at ukur setelah 7,dan 10. Larut dikarenakan i pH -nya.
8 10 12 14 16
me NaOH 0,1M ngan CH 3 COOH MPA DC pH SMITTER MV dalian feedback ngan menamb uk dengan men penambahan bar 4. apatkan berfu ng digunakan. tiga daerah n 10,74 ≤ 11,9. pedoman dalam dilakukan pa bekerja disar ange yang tela pada range t ain PID yang penguat dan d a Gambar 5. besarnya aliran inya pengatura katakan berhas %.

## N PEMBAHA

## Ukur
ah pH meter Y dikalibrasi dil tan yang digun larutan buf
6 18 20 22 24 M (mL)
H 0,1M PLANT PV bahkan 1mL ngambil nilai basa kepada ungsi untuk Berdasarkan linier yaitu Pembagian m penerapan ada software ri oleh nilai ah disediakan tersebut dan g aktif akan diteruskan ke n basa yang an nilai pH. sil jika nilai
SAN
YK-2001 PH lakukan pada nakan adalah uffer dapat
4
Tabel 2. Ketidakpastian kalibrasi Tipe Nilai Standar Deviasi 0,0152 Ketidakpastian Hasil Pengukuran (UA1) 0,0048 Ketidakpastian Resolusi (U B1 ) 0,0028 Faktor Cakupan (k) 2,133 Ketidak Pastian Diperluas (Uexp) 0,0119 Tabel 3. Ultimate sensitivity Methode Tuning Constant [5] Control Type Proportional Band Reset Time Derivative time % (minutes) (minutes) Proportional Only 0.5 PB Proportional + Integral 0.45 PB Pu/1.2 Proportional + Integral + Derivative Ideal 0.6 PB Pu/2.0 Pu/8.0 Proportional + Integral + Derivative Commercial 0.3 PB Pu/4.0 Pu/4.0
Dari  Tabel  2 diketahui nilai standar deviasi alat ukur sebesar 0,0152. Kemudian dari nilai standar deviasi tersebut, didapatkan nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1) sebesar 0,0048. Untuk mendapatkan nilai dari ketidak pastian resolusi (UB1) diperlukan data spesifikasi resolusi daroi alat ukur yaitu 0,01. Dengan resolusi 0,01 didapatkan ketidak pastian resolusi sebesar 0,0028. Dari data tersebut didapatkan ketidakpastian diperluas sebesar 0,0119. Sehingga nilai pembacaan alat pH masih dibawah toleransi spesifikasi alat ukur.
B. Tuning PID Daerah Linier 3,5 ≤ pH ≤ 6,21
Dari kurva titrasi sebelumnya diketahui daerah linier satu memiliki nilai pH maksimal 6,21 dengan penambahan basa sebesar 14 ml. Dari data debit pompa dapat diketahui nilai maksimal voltage yang dibutuhkan pompa pada linier satu dengan menggunakan interpolasi.
, , , , , , (1)

## X=0,745 V
Maka didapatkan persamaan berikut:
, (2)
Sistem berosilasi ketika gain 1,63 dan didapatkan Pbu = 45,6 dan Pu = 2s.
Sehingga dari tabel 3 didapatkan nilai PID pada daerah linier satu adah P = 27,4, I = 0,016 dan D=0,004.
C. Tuning PID Daerah Linier 6,22 ≤ pH ≤ 10,73
Pada daerah linier 2 diketahui nilai pH maksimal adalah 10,73 dengan penambahan volume basa 15 mL. Dengan

## Gambar 5. Grafik Respon SP 5
menggunakan interpolasi dapat diketahui voltage yang dibutuhkan adalah 0,775 v.
, (3) Sistem berosilasi ketika gain 2,706 didapatkan Pbu= 1,104 dan Pu = 2s. Sehingga diketahui nilai P=0,6625, I=0,016 dan D=0,004.
D. Tuning PID Daerah Linier 10,74 ≤ pH ≤ 11,9
Pada daerah linier 3 diketahui nilai pH maksimal adalah 11,89 dengan penambahan volume basa 20 mL. Voltage yang diperlukan adalah 1v.
, (4) Sistem berosilasi ketika diberi gain 0,69 sehingga didapatkan PBu =32,6  dan Pu=2s serta diketahui nilai P=19,56, I=0,016 dan D=0,004.

## E. Uji Closed loop Pada ILFM
Pada uji closed loop dilakukan pengujian sistem control auto switch PID dengan set point 5. Parameter PID yang digunakan yaitu P=27,4,I=0,016 dan D=0,004. Adapun grafik respon pengendali seperti pada Gambar 7.
Dari grafik respon dapat ditentukan bahwa performansi sitem pengendalian ini memiliki karateristik maximum overshoot sebesar 19,6 %,Ess ( error steady state ) sebesar 0,04% dan Ts (time settling) sebesar 6s. Pada uji closed loop berikutnya dilakukan pada sp 6. Pada mulanya larutan asam yang mengalir memiliki nilai pH sebesar 3,5. Setelah diberikan SP 11  nilai pH berubah secara perlahan-lahan menuju setpoint . Adapun grafik respon pengendali seperti pada gambar 4.2.
Dari grafik respon dapat ditentukan bahwa performansi sitem pengendalian ini memiliki karateristik maximum overshoot sebesar 3,3 %,Ess ( error steady state ) sebesar 3% dan Ts ( Time Settling ) sebesar 13s. Ketika nilai pH masih dibawa nilai 6 maka sinyal kontrol dikrimkan pada aktuator untuk memompakan larutan basa. Pada nilai pH melebihi nilai 6 maka sinyal kontrol mulai mengecil hingga mencapai set point yang diinginkan.
Uji rancang bangun yang dilakukan untuk daerah linier 2, terlihat respon (luaran lup tertutup) pengendalian masing- masing untuk setpoint pH ditunjukkan oleh gambar 4.2 4.3, 4.4 dan 4.6. Seluruh respon pada daerah ini tidak
0 2 4 6 8 10 12 14 1 15 29 43 57 SV (pH) t(s)
Gambar 6.  Grafik Respon SP pH 6
Gambar 7 Grafik Respon SP pH 7
Gambar 4.4 Grafik Respon SP pH 8
menunjukkan pencapaian untuk masing-masing set-point yang diberikan.
Gambar 4.2 adalah respon untuk setpoint pH 6,terlihat bahwa performansi sistem kontrol cukup baik dengan pencapaian terhadap set-point yang diberikan. Namun hasil yang berbeda ditunjukkan pada gambar 4.3, 4.4 dan 4.5. Beberapa hal yang menjadi kendala tidak tercapainya respon tersebut disebabkan oleh beberapa hal yang diterangkan berikut ini. Perhatikan gambar berikut ini yang menunjukkan perubahan nilai pH terhadap aliran basa  yang diberikan Fb (mL/s).
Pada uji closed loop berikutnya dilakukan dengan memberikan setpoint 11. Pada mulanya larutan asam yang mengalir memiliki nilai pH sebesar 3,5. Setelah diberikan SP 11  nilai pH berubah secara perlahan-lahan menuju setpoint . Berdasarkan Gambar 8 dapat diketahui performansi sitem pengendalian ini memiliki karateristik maximum overshoot 6%, nilai Ess sebesar 2,7%, dan Ts sebesar 12,2s.
Gambar 8.  Grafik Respon SP pH 9
Gambar 9. Grafik Respon SP 11

## Gambar 10. Grafik Respon 11-5
Pada uji closed loop berikutnya dilakukan tracking turun dari nilai awal pH larutan adalah 11, kemudian diberikan setpoint 5. Dari Gambar 9 dapat dilihat nilai pH berubah secara perlahan dari 11 menuju 5. Dapat diketahui berdasarkan kurva respon dari sistem pengendalian nilai maximum overshoot 1,6%, nilai Ess sebesar 1% dan Ts sebesar 8 s.

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN
Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Terdapat tiga daerah linier pada pencampuran CH 3 COOH 0,1 M 16,25 mL dengan  NaOH 0,1 M 20 mL  yaitu 3,5 ≤ pH ≤ 6,21, 6,22 ≤ pH ≤ 10,73 dan 10,74 ≤ pH ≤ 11,9. 2. Dengan menggunakan metode tuning ultimate sensitivity didapatkan nilai P=27,4,I=0,016,dan D=0,004 untuk daerah linier 3,5 ≤ pH ≤ 6. Pada daerah linier 6,22 ≤ pH ≤ 10,73
0 4 8 12 1 6 11 16 21 26 pH t(s) ‐ 1 2 5 8 11 14 1 6 11 16 21 26 pH t(s) 0 2 4 6 8 10 12 14 1 6 11 16 21 26 pH t(s) 0 2 4 6 8 10 12 14 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 SV pH t(s) 0 2 4 6 8 10 12 14 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 SV (pH) t(s) 0 3 6 1 6 11 16 21 26 31 36 pH t (s)
didapatkan nilai PID  sebesar P=0,6625,I=0,016, dan D=0,004. Pada Pada daerah linier 10,74 ≤ pH ≤ 11,9 nilai parameter PID didapatkan sebesar P=19,56,I=0,016, dan D=0,004.
3. Pada uji closed loop ,untuk setpoint pH5 didapatkan nilai karateristik respon overshoot sebesar 19,6 %,Ess ( error steady state ) sebesar 0,04% dan Ts sebesar 6s. Pada nilai set point 6 didapatkan overshoot sebesar 3,3%, Ess sebesar 3% dan Ts sebesar 13s.  Pada  nilai setpoint pH 3,5-11 didapatkan Overshoot sebesar 6 %,Ess( error steady state ) sebesar 2,7% dan Ts sebesar 20s. Pada tracking turun nilai setpoint pH 11-5 didapatkan overshoot 1,6%,ess ( error steady state ) 1% dan Ts 8s.
4. Pada uji closed loop setpoint 7-9 respon tidak dapat mencapai setpoint dikarenakan berada pada daerah linier 2 yang merupakan daerah kritis. Penambahan 1 ml/s dapat
merubah nilai pH menjadi dua kali semula. Ketidak tercapaian setpoint pada daerah linier 2 juga disebabkan resolusi pompa yang melebihi daei 1ml/s.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. J.Y. Choi, J. Lee, ”In-line mixer for feedforward control and adaptive", PERGAMON, Chemical Engineering Science (1999), 1337-1339.
[2]. K. Ogata . “Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan)”.   Jakarta : Erlangga (1985)
[3]. L. Fadloli, ” Perancangan Sistem Pengendalian pH pada Continuos [4]. Pipe Mixing(CIPM) dengan Metode Pengendalian PID-Selftuning Berbasis Auto-Switch Algorithm,” Tugas Akhir, ITS, Surabaya (2010).
[5]. S. Ismail,” Rancang Bangun Auto Switch PID pada Proses Netralisasi Ph,” Tugas Akhir, ITS (2011).
[6]. O&TC . “Operator and Technician Certification Instrumentation”. Duri : PT. Chevron Pacific Indonesia (2006).