## Pengujian Sistem Pengendalian Temperatur pada Prototipe Heat exchanger Berbasis PID
1 Hana Amelinda Azizah, 2 Asepta Surya Wardhana *) , 3 Chalidia Nurin Hamdani
1,2,3 Teknik Instrumentasi Kilang, Politeknik Energi dan Mineral Akamigas,
Jl. Gajah Mada No. 38 Cepu, Kabupaten Blora, 58315
aseptasw@esdm.go.id *)

## Abstrak
Rancang  bangun  sistem  pengendalian  temperatur heat  exchanger berbasis  PID  artinya  mengendalikan  temperatur  air dingin  keluaran heat  exchanger yang  telah  dirancang  agar  sesuai  dengan  nilai set  point melalui  pengendalian mode controller PID ( Proportional Integral Derivative ). Pengendalian temperatur dilakukan dengan melibatkan pengendalian laju aliran  air  panas.  Ketika  set  point  temperatur air  dingin heat  exchanger dinaikkan  maka servo  valve semakin  membuka sehingga laju aliran air panas bertambah. Software Delphi 7 digunakan untuk menampilkan hasil berupa angka dan grafik dari data proses  sistem pengendalian temperatur. Nilai parameter  mode  kontroler PID didapat melalui metode trial and error. Sebagai pembanding, dilakukan perhitungan PID ideal menggunakan metode direct synthesis untuk diterapkan pada kalkulasi pengendalian sistem di dalam mikrokontroler  Arduino. Perhitungan PID ideal memerlukan hasil bump test dari masing – masing variabel proses. Hasil analisis data dan grafik interface menunjukkan bahwa kenaikan set point dari 25 ℃ menjadi 32 ℃ pada temperatur air keluaran heat exchanger mengakibatkan bukaan servo valve mendekati bukaan penuh dan berada pada kondisi hunting system saat temperatur telah mencapai set point.  Dari hasil pengujian diperoleh Time Constant 89,744 detik, Settling Time 127,232 detik dan Rise Time 127,8 detik.
Kata Kunci:  Temperatur, PID , Cascade , Perpindahan Panas, Delphi

## 1 Pendahuluan
Perpindahan panas dan massa adalah ilmu dasar yang berhubungan dengan laju transfer energi panas. Panas adalah  bentuk  dari  energi  yang  dapat  berpindah  dari  satu  sistem  ke  sistem  lain  dengan  temperatur  yang berbeda  [1].  Beberapa  alat  transfer  panas  yang  sering  dijumpai  diantaranya, heat  exchanger , boiler, condenser,  furnace,  radiator,  heater dengan  desain  berbasis  analisis  transfer  panas. Heat  exchanger dideskripsikan sebagai suatu unit yang dapat memindahkan panas dari aliran fluida satu ke aliran fluida yang lain melalui perpindahan energi antar fluida yang memiliki temperatur yang berbeda [2]. Untuk meningkatkan area perpindahan panas atau energi, permukaan sekunder harus melekat dengan permukaan primernya  [3]. Tetapi penerapan kontrol temperatur keluaran heat exchanger dalam industri tidak semudah prinsip kerjanya dalam teori,  masih  ada  kemungkinan  adanya  deviasi antara  variabel yang dikendalikan  ( controlled  variable ) dan set  point ataupun  karena  adanya  gangguan  berupa  perubahan  temperatur  luar  yang  terikut  masuk  ke dalam heat  exchanger [4].  Meminimalisir  sistem  kesalahan  dan  menjaga  kondisi  sistem  agar  tetap  berada pada  kondisi  yang  diinginkan  dapat  digunakan  teknik  pengendalian  PID  [5],  [6]. Cascade  control adalah metode  terbaik  pernah  diterapkan  untuk  memperbaiki  performa control single  loop dengan  melakukan stabilitas, mengurangi osilasi dan error dari disturbance pada variabel manipulasi. Sehingga efektivitas kontrol sistem cascade lebih efisien dibandingkan dengan sistem control single loop [7], [8]. Controller Proportional - Integral - Derivative (PID) merupakan controller yang paling banyak digunakan di berbagai bidang pengendalian otomatis.  Metode  Fuzzy  dan  kecerdasan  buatan  merupakan  sistem  pengendalian  handal  dan  cocok  untuk sistem yang rumit [9], [10]. Meskipun pengendalian lain lebih unggul dari controller PID, tetapi kesederhanaan dan bukti kehandalan dari controller PID membuat controller ini menjadi pilihan yang paling banyak diminati untuk menyelesaikan masalah – masalah dalam bidang pengendalian heat exchanger [11] dan pengendalian level  [12],  [13].  Dari  berbagai  studi  literatur  mengenai cascade  control menggunakan  PID,  terbentuklah penelitian  mengenai  perancangan  sistem  pengendalian  temperatur  pada  prototipe heat  exchanger berbasis PID.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  respon  pengendalian  temperatur  keluaran heat  exchanger berdasarkan nilai parameter PID yang diberikan menggunakan metode trial and error .

## 2 Metode

## 2.1 Desain Perancangan
Penelitian  ini  berkaitan  erat  dengan  temperatur  dan  laju  aliran  suatu  fluida,  dimana  nilai  kedua  variabel proses itu saling berhubungan di dalam satu unit prototipe yang telah dirancang dan dibuat hingga sedemikian
rupa, dapat dilihat pada Gambar 1. Penelitian ini dilaksanakan berdasarkan pada prinsip kerja heat exchanger yang dilakukan menggunakan dua fluida dengan temperatur yang berbeda. Media atau fluida yang digunakan untuk  melakukan  proses  penukaran  panas  adalah  air  dengan  temperatur  tinggi  dan  air  temperatur  rendah. Secara garis besar, cara kerja kontrol temperatur pada heat exchanger bergantung pada kecepatan laju aliran proses yang memiliki temperatur lebih tinggi. Semakin besar laju aliran yang masuk ke dalam heat exchanger tube maka semakin tinggi atau panas nilai temperatur air keluaran heat exchanger .
M FE TE Cold Tank FIC Heat Exchanger Hot Tank TE TE Gambar 1. Alur proses heat exchanger
Peralatan utama yang diperlukan pada penelitian ini diantaranya, Arduino Nano, sensor, sumber daya, servo valve ,  pendingin  dan  pemanas  air,  mekanik  (pipa,  tangki,  pompa,  tempat  penyangga  project)  dan interface . Arduino  yang  memiliki  beberapa  pin input / output digital  dan  analog,  berfungsi  untuk  mendeteksi  serta memberi  aksi  perangkat  eksternal  [14].  Sensor  yang  memiliki  fungsi  utama  mendeteksi  nilai  proses  yang diukur  secara  akurat  karena  dalam  implementasinya  di  lapangan,  tidak  ada  sistem  pengukuran  yang sempurna,  tetapi  dibutuhkan  sistem  pengukuran  dengan  ketepatan  akurasi  yang  dicapai  melalui  peralatan dan strategi sederhana  [15]. Servo valve yang menggunakan sinyal  umpan balik untuk mengatur kecepatan dan  arah  putar  dari  motor  tersebut  untuk  mencapai  kondisi  yang  diinginkan  [8].  Berikut  pada  gambar  2 merupakan desain prototipe yang digunakan dalam penelitian perpindahan panas.
Gambar 2. Prototipe heat exchanger
Interface yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  Delphi  7  karena software ini  memiliki  bahasa pemrograman  tingkat  tinggi  yang  sederhana  dibandingkan  dengan  kompleksitas  kode  yang  digunakan pemrograman  dengan  tingkat  tinggi  lainnya  dan  beberapa  penelitian  Delphi  dapat  digunakan  untuk pemrograman optimasi kecerdasan buatan [16]. Data primer dari Arduino kemudian ditampilkan pada kolom memo  “Data  Arduino”.  Empat  kolom  memo  di  samping  kiri  “Data  Arduino”  adalah  kolom  memo  yang  akan menampilkan hasil konversi data mentah Arduino. Arti dari konversi di sini merujuk pada pemisahan berbagai jenis data dari Arduino, yang dikelompokkan menjadi satu pada satu kolom memo sesuai dengan jenis data masing – masing.

## 2.2 Fungsi Alih Proses
Langkah awal untuk menentukkan fungsi alih proses temperatur dan laju alir sistem cascade pada prototipe heat  exchanger adalah  dengan  melakukan bump  test .  Pada  uji  coba  sistem, bump  test dilakukan  dengan mengatur bukaan servo valve secara manual. Bukaan valve dinaikkan secara manual dari 0% menjadi 40%, didapatkan  hasil grafik seperti pada  Gambar  3. yang menunjukkan  nilai MV dan  PV dari proses  temperatur. Kemudian  dilakukan  pemantauan dan  pencatatan  terhadap  nilai  temperatur  dan  laju  alir  yang  dihasilkan sistem selama tujuh menit. Temperatur yang tercatat mengalami kestabilan pada + 25.31  C.
Gambar 3. Grafik hasil bump test dari proses temperatur
Bump test juga dilakukan pada proses laju aliran untuk mendapatkan respon proses open loop -nya. Respon ini dapat dilihat pada Gambar 4. yang menunjukkan nilai MV dan PV dari proses laju alir. Proses perubahan PV pada  laju  alir  mengalami  osilasi  disebabkan  proses  buka  tutup  pada  control  valve.  Sama  halnya  dengan proses bump  test temperatur, bump  test proses  laju  alir  juga  dilakukan  selama  tujuh  menit.  Dibandingkan dengan bump test pada temperatur maka bump test laju alir mempunyai perfoma osilasi mulai  2 sampai 5 ml/detik.
Gambar 4. Grafik hasil bump test dari proses flow

## 2.3 Pengendalian
Cascade control merupakan  sistem  pengendali  yang  melibatkan  penggunaan  dua  buah  pengontrol  dengan keluaran dari pengontrol pertama adalah acuan pengaturan untuk pengontrol kedua seperti ditunjukkan pada gambar  5.  Secara  garis  besar,  terdapat  dua  fungsi  utama  dari cascade  control ,  yaitu  untuk  menghilangkan efek dari gangguan, dan untuk meningkatkan kerja dinamis dari loop kontrol sistem [8]. Ketika muncul suatu disturbance pada loop sekunder (bagian dalam) maka controller dari loop sekunder akan segera melakukan aksi  koreksi  sebelum  terjadi  perubahan  pada  keluaran  sistem,  sedangkan  kontrol loop primer  (bagian  luar) akan melakukan aksi koreksi sendiri apabila muncul disturbance pada loop bagian luar [17].
Mikrokontroler
Arduino
Mikrokontroler
Arduino Valve Motor Servo
Proses Flow Proses Temperature Sensor Flow (YF-S201) Sensor Temperature (DS18B20) Secondary Loop Primary Loop + _ + _ R C Gambar 5. Blok Diagram Cascade Control Prototipe Heat exchanger
Persamaan 1. merupakan representasi matematis dari PID Controller [7].
MV(s) = 𝐾 𝑝 𝑒(𝑠) [1 + 1 𝑇𝑖𝑠 + 𝑇 𝐷 𝑠] + 𝑏𝑖𝑎𝑠 (1)
0 10 20 30 40 50 14:51:50 14:52:29 14:53:06 14:53:50 14:54:30 14:55:27 14:56:09 14:56:52 14:57:31 14:58:13 14:59:00 14:59:42 15:00:23 15:01:04 15:01:59 15:02:39 PV MV 0 10 20 30 40 50 60 14:30:46 14:30:55 14:31:04 14:31:13 14:31:23 14:31:32 14:31:44 14:31:53 14:32:03 14:32:14 14:32:24 14:32:33 14:32:43 PV MV
Gambar  6  merupakan  proses  alur  dari  perpindahan  panas.  Diawali  dengan  inisialisasi  parameter controller untuk memberikan nilai awal pada parameter dari masing – masing komponen controller proportional , integral , dan derivative .  Inisialisasi  ini  dapat  diperoleh  melalui  percobaan trial  and  error untuk  mengetahui keberhasilan  kerja  kalkulasi  dari  parameter controller .  Kemudian  dilanjutkan  dengan  memberi  nilai  input berupa set point yang berfungsi sebagai nilai acuan dalam kalkulasi mikrokontroler. Nilai set point yang telah ditetapkan  akan  dibandingkan  dengan  nilai  aktual  proses  (temperatur)  hasil  deteksi  sensor  temperatur. Perbandingan nilai ini masuk ke dalam tahap perhitungan error untuk menghitung deviasi yang muncul akibat adanya perbedaan nilai antara set point dan nilai aktual sensor temperatur.
Stop? Mulai Inisialisasi Parameter Kontroler Input Set Value
Baca Nilai Process Value
Temperature
Perhitungan Error 1
Koreksi Error Kontroler Temperature Manipulated Variable Kontroler
Temperature menuju Kontroler Flow
Baca Nilai Process Value Flow Koreksi Error Kontroler Flow Perhitungan Error 2 Manipulated Variable Kontroler Flow menuju Valve Penggerak PV Flow   MV Kontroler Temperature Valve Mengatur bukaan Flow Stop? PV Temperature Set Value Selesai Ya Ya Tidak Tidak Gambar 6. Flowchart Proses Prototipe Heat exchanger
Hasil  perhitungan error temperatur  kemudian  dikoreksi  oleh  perhitungan controller temperatur  pada pemrograman Arduino IDE. Hasil koreksi ini menjadi nilai MV yang akan dibandingkan dengan nilai aktual laju aliran  dari  sensor  YF – S201.  Seperti  halnya  proses  temperatur,  data  aktual  sensor flow akan  dibandingkan terlebih dahulu dengan nilai MV yang didapatkan dari hasil kalkulasi controller temperatur. Hasil perbandingan ini memunculkan nilai error yang akan dimasukkan ke dalam kalkulasi perhitungan controller laju aliran pada pemrograman  Arduino  IDE.  Selanjutnya  hasil  kalkulasi  tersebut  menjadi  nilai  MV  yang  dapat  menggerakkan bukaan servo valve . Selama terjadi proses kalkulasi perhitungan controller untuk menghasilkan nilai MV pada masing – masing variabel proses maka servo valve berada pada kondisi floating atau hunting sebelum sensor temperatur  keluaran  HE  mencapai  nilai set  point yang  telah  ditetapkan.  Kalkulasi  pada  masing – masing controller variabel proses akan terus berulang hingga error satu bernilai 0 (nol) atau PV temperatur keluaran HE telah sesuai dengan SP. Apabila nilai PV sukar mencapai nilai SP atau sensor temperatur keluaran HE telah mencapai nilai SP tetapi servo valve tetap bergerak pada kondisi floating , artinya perlu dilakukan inisialisasi kembali terhadap parameter controller masing – masing variabel proses. Respon dari perhitungan yang telah dilakukan  di  dalam  mikrokontroler  Arduino  dapat  dimonitor  melalui interface Delphi  7. Tuning  controller digunakan  untuk  mencari  nilai – nilai  parameter  PID  ideal  dari  masing – masing  variabel  proses.  Metode  ini sebagai  acuan  nilai  PID  dari  masing – masing  variabel  proses  sebelum  dilakukan trial  and  error . Tuning berfungsi untuk menetapkan nilai PID awal sebelum prototipe diaktifkan.
Dari hasil bump test , fungsi alih proses dari temperatur dan laju alir dapat diperoleh melalui sistem identifikasi pada MatLab software . Sistem identifikasi mendapatkan persamaan fungsi alih melalui identifikasi data bump test yang  diinputkan  pada  lembar  kerja  MatLab  seperti  gambar  7  dan  8.  Dari  sistem  identifikasi  tersebut, didapatkan fungsi alih temperatur keluaran heat exchanger .
Gambar 7. Diagram Block Simulink dari Proses Laju Alir Proses Temperatur
• Laju Alir
𝐺 𝑃𝐹 = 1,12962 0,724 2 + 1,376𝑠 + 1 (2)
Diketahui:
K= 1,56 , 𝜔 𝑛 = 1,17525, 2𝜁 𝜔𝑛 = 1,376 , 𝜁 = 0,80857
Time Constant yang dikehendaki: 𝜏 ∗ ≈ 2 detik
Maka diperoleh nilai P, I, dan D:
- Integral : 𝜏 𝑖 = 2𝜁 𝜔𝑛 =1,376
- Derivative : 𝜏 𝑑 = 1 2𝜁𝜔𝑛 =
1 2𝑥0,80857𝑥1,17525 = 0,526163
- Proportional : 𝐾 𝑝 = 𝜏𝑖 𝜏∗ 𝑥 𝐾 = 1,376 2 𝑥 1,12962 = 0,60905

## • Temperatur
𝐺 𝑃𝑇 = 0,66774 22,946 𝑠 + 1 (3)
Diketahui
- K = 0,66774
- 𝜏 = 22,946
Maka diperoleh nilai P dan I:
- Integral : 𝜏 𝑖 = 𝜏 ; 𝜏 𝑖 = 22,946
- Proportional : 𝐾 𝑝 = 𝜏𝑖 𝜏∗𝑥𝐾 = 22,946 2𝑥0,66774 = 17,18183724

## Gambar 8. Diagram Block Simulink Closed Loop
Tabel  1.  merupakan  hasil tuning PID Controller dan  nilai trial  and  error .  Tuning controller dilakukan menggunakan  metode direct  synthesis .  Tetapi  apabila  hasil  tuning controller tidak  dapat  membuat  proses stabil maka nilai parameter mode kontroller dilakukan dengan metode trial and error.
Tabel 1 . Hasil tuning dan trial and error parameter PID controller No. T_P T_I T_D F_P F_I F_D SP 0 SP 1 Hasil Tuning 1. 17, 1818 22, 946 0 74, 09287 6, 321 1, 4925 32, 6 33, 6 2. 17, 1818 22, 946 10 74, 09287 6, 321 1, 4925 30, 5 31, 5 3. 17, 1818 22, 946 10 1, 290365 2, 925 1 34,25 35,25 Hasil Trial and error 4. 60 30 20 450 4, 5 1000 31, 6 32, 6 5. 17, 1818 22, 946 10 5 4 1 35,25 36,25 6. 17, 1818 22, 946 10 5 4 100 36,25 37,25 7. 17, 1818 22, 946 50 5 4 100 37, 5 38, 5 8. 17, 1818 22, 946 50 150 4 100 38, 5 39,5 9. 17 22 15 10 4, 5 2 40 41 10. 17, 1818 7 10 5 2 1 41, 1 42, 1 11. 17, 1818 7 10 2 1 0 34,94 35 9 12. 5 4 3.5 2 1 0 36, 4 37, 4 13. 5 2 1 2 1 0 37, 5 38, 5 14. 2 1 2 2 1 0 38, 7 39, 7 15. 2 1 2 10 5 5 37, 5 38, 5 16. 2 1 2 10 5 15 38, 5 39, 5 17. 2 1 2 2 1 3 39, 5 40, 5 18. 2 1 2 2 1 4 40, 5 41,5 19. 2 1 2 2 1 5 41, 5 42, 5 20. 2 1 2 10 2 0 39, 8 40, 8 21. 2 1 2 10 5 20 41, 6 42, 6 22. 2 1 2 100 5 150 32, 5 33, 5 23. 2 1 2 2 1 1 33, 9 34, 9 24. 2 1 2 10 5 2 35, 2 36, 2 25. 2 1 2 10 5 10 36, 4 37, 4

## 3 Hasil

## 3.1 Hasil Pengujian
Uji coba pertama dilakukan menggunakan nilai parameter PID ideal yang dicari menggunakan metode tuning direct  synthesis dengan  menaikkan  nilai set  point dari  32,6 ℃ hingga  33,6 ℃ .  Hasil  yang  didapatkan ditampilkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Hasil Interface PID Ideal saat Temperatur set point Dinaikkan
Hasil tuning lainnya  diterapkan  pada  uji  coba  proses  seperti  Gambar  10.  Pengujian  dilakukan  dengan menurunkan nilai SP dari temperatur keluaran heat exchanger sebesar 1 ℃ . Perubahan nilai SP dilakukan dari temperatur 27,5 ℃ menjadi 26,5 ℃ .
Gambar 10. Hasil Interface PID Ideal saat Temperatur Diturunkan
Uji coba selanjutnya dilakukan dengan menggunakan nilai parameter PID trial and error . Pengubahan nilai PID tidak jauh dari hasil tuning direct synthesis . Penerapan pengubahan PID yaitu membuat nilai proportional yang lebih besar dari derivative bersamaan dengan pengubahan nilai SP dari 38,5 ℃ menjadi 39,5 ℃ . Hasil respon yang didapatkan ditampilkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Hasil Trial and error Saat Proportional Lebih Besar dari Derivative
Perubahan  lain  terhadap  nilai  parameter  PID  dilakukan  dengan  membuat proportional lebih  kecil  dari derivative .  Bersamaan  dengan  itu,  nilai  SP  dinaikkan  dari  40 ℃ hingga  41 ℃ .  Respon  yang  dihasilkan  dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Hasil Trial and error Saat Proportiona l Lebih Kecil dari Derivative
Uji  coba  lainnya,  membuat  nilai integral sama  dengan derivative nya  bersamaan  dengan  melakukan pengubahan  terhadap  nilai  SP  dari  37,5 ℃ hingga  38,5 ℃ .  Respon  yang  dihasilkan  pada  percobaan  ini ditampilkan pada Gambar 13. Percobaan lain dilakukan dengan trial and error melalui pengubahan terhadap nilai parameter PID dari masing – masing variabel proses. Parameter – parameter  ini diubah menggunakan beberapa  tahapan,  diantaranya  membuat  nilai proportional lebih  besar  dari  nilai derivative yang  hasilnya dapat  dilihat  pada  Gambar  13.  Membuat  nilai proportional lebih  kecil  dari  nilai derivative ,  membuat proportional dan derivative memiliki  nilai  yang  sama,  membuat integral dan derivative memiliki  nilai  yang sama.
Gambar 13. Hasil trial and error saat Integral Sama Dengan Derivative
4 Analisis
Pada salah satu metode tuning PID yang telah dilakukan, didapatkan hasil mode controller ideal untuk proses temperatur adalah PI sedangkan mode controller ideal untuk proses laju aliran adalah PID. Pada salah satu metode trial and error , parameter PID diubah dengan membuat nilai proportional dari laju aliran lebih besar dari  nilai derivative -nya.  Secara  keseluruhan  waktu  yang  dibutuhkan  beberapa  percobaan  yang  telah ditampilkan  melalui  beberapa  gambar  sebelumnya  untuk  melakukan  pertukaran  panas  di  dalam heat exchanger hingga mencapai nilai set point -nya yang ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2 . Waktu yang Dibutuhkan untuk masing – masing Implementasi PID Gambar Kondisi PID Waktu Gambar 9 Nilai D Temp. = 0 12 menit (21.19 – 21.31) Gambar 10 Nilai D Temp. = 0 13 menit (21.10 – 21.23) Gambar 11 Nilai P Flow > Nilai D Flow 5 menit (22.00 – 22.05) Gambar 12 Nilai P Flow < Nilai D Flow 5 menit (22.10 – 22.15)
Gambar 13 Nilai D Temp. ≠ 0 dan nilai D Flow = 0 4 menit (22.33 – 22.37)
Pemberian  nilai  nol  pada derivative dari  proses  temperature  akan  mengakibatkan  lambatnya  respon temperatur keluaran heat exchanger untuk mencapai set point . Dan respon sistem berubah lebih cepat saat nilai derivative dari  proses  temperatur  dinaikkan  (tidak  bernilai  nol).  Pada  percobaan  lain,  nilai proportional dari  proses  laju  alir  dibuat  lebih  besar  dibanding  nilai derivative -nya.  Akibatnya, servo  valve lebih  cepat bergerak  membuka  dan  menutup  (kondisi floating )  apabila  temperatur  keluaran heat  exchanger belum mencapai set point . Hal ini dapat terjadi karena proses koreksi pada kalkulasi pengendalian laju alir menjadi lebih cepat. Dampak lainnya yaitu respon laju alir mengalami fluktuasi yang tinggi selama proses pencapaian set  point ,  tetapi  dampak  positifnya  adalah servo  valve dapat  menutup  penuh  sehingga  tidak  ada  aliran  air panas  yang  mengalir  menuju heat  exchanger dan  temperatur  keluaran heat  exchanger dapat mempertahankan  temperatur  sesuai set  point -nya.  Sebaliknya,  apabila  nilai proportional laju  alir  lebih  kecil dibandingkan  nilai derivative -nya,  hal  ini  berdampak  pada servo  valve yang  tidak  menutup  penuh  saat temperatur keluaran heat exchanger telah mencapai set point .
Setelah melakukan beberapa percobaan, ditemukan nilai parameter PID untuk menghasilkan respon sistem yang sesuai yaitu memiliki respon proses laju alir yang stabil dan temperatur keluaran heat exchanger dapat mencapai nilai set point lebih cepat. Nilai parameter PID tersebut:
Temperatur:
Proportional : 17, 18183724 Integral : 7 Derivative : 10
Laju alir:
Proportional : 2 Integral : 1 Derivative : 0
Dari  beberapa  percobaan  pengubahan  nilai  parameter  PID,  dilakukan  analisis  terhadap  waktu  yang dibutuhkan  untuk  mencapai Settling  Time , Rise  Time ,  dan Time  Constant dari  salah  satu  respon  yang dihasilkan. Apabila gambar grafik diperbesar maka nilai – nilai parameter tersebut dapat dilihat pada Gambar 14 secara jelas.
Gambar 14 . Hasil Respon Proses dari Awal Pengubahan SP hingga Steady
Waktu  yang diperlukan  untuk mencapai keadaan steady 142  detik, dihitung dari awal terjadinya  perubahan hingga respon mencapai keadaan steady .
Time Constant ( 𝜏 )
𝜏 = 63, 2% x waktu saat mencapai keadaan steady 𝜏 = 63, 2% x 142 = 89, 744 detik (4)
Settling Time ( 𝜏 𝑠 )
𝜏 𝑠 (±5%) =   3 𝜏 = 3 x 89, 744 (5)
= 269, 232
𝜏 𝑠 = 269, 232 – 142 = 127, 232 detik
Rise Time ( 𝜏 𝑅 )
𝜏 𝑅 (5%)  = 5% x waktu saat mencapai keadaan steady
𝜏 𝑅 (5%)   = 5% x 142 =  7,1 detik
𝜏 𝑅 (95%) = 95% x 142 = 134, 9 detik 𝜏 𝑅 = 134, 9 – 7,1 = = 127, 8 detik (6)

## 5 Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian prototipe heat exchanger maka sistem pengendalian yang semula menggunakan mode tuning temperatur PI dan laju alir PID maka dirubah menjadi mode trial and error karena proses menjadi lebih baik dengan mode temperatur PID dan mode laju alir menggunakan PI. Metode trial and error PID yang sesuai untuk pengendalian temperatur berupa Proportional = 17,18, Integral = 7, Derivative = 10 dan laju alir mempunyai Proportional = 2, Integral = 1, Derivative = 0. Menghilangkan mode derivative pada laju alir dan menambahkan  mode derivative pada  temperature membuat proses  lebih  cepat  +  8 menit.  Pada  prinsipnya, kedua  variabel  proses  berjalan  secara  linear,  apabila servo  valve berada  pada  kondisi  bukaan  penuh  maka temperatur keluaran heat exchanger yang dihasilkan akan semakin panas, begitu pula sebaliknya pada saat kondisi servo valve mendekati kondisi tutup valve .

## 6 Ucapan Terima Kasih
Terima kasih diucapkan kepada Politeknik Energi dan Mineral Akamigas yang telah memberikan fasilitas dan biaya dalam penelitian ini.

## 7 Referensi
[1] Y. A. Cengel, Heat and Mass Transfer . 2015.
[2] S. Sujono, A. K. Dewi, and T. S. Soegiarto, “Evaluating and Optimizing Performance of Shell and Tube Heat Exchanger Using Excel-solver ” , IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 830, no. 4, 2020, doi: 10.1088/1757- 899X/830/4/042029.
[3] K. Thulukkanam, Heat Exchanger Design Handbook, Second Edition , 2nd ed. New York: CRC Press, 2013.
[4] Y. Efendi, N. A. Mardiyah, and Z. Has, “Desain dan Verifikasi Kontrol Cascade Pengendali Suhu Berbasis Fuzzy-PID dan PI pada Heat Exchanger ” , pp. 107 – 113, 2019.
[5] R. Sandy Montolalu, F. Yosef Suratman, and P. Pangaribuan, “Rancang Bangun Sistem Kontrol Level dan Temperatur Boiler Dengan Metode PID dan Kontrol Dua Posisi (Design and Implementation for Controlling Boiler Water Level and Temperature Using Pid Method and On- Off Control)", e-Proceeding Eng. , vol. 2, no. 2, pp. 2262 – 2269, 2015.
[6] C. Yusuf and D. I. Saputra, “Optimasi Kendali Suhu pada Sistem Nirkab el Penetasan Telur Berbasis PI dan PI  Anti  Windup", J.  Otomasi  Kontrol  dan  Instrumentasi ,  vol.  12,  no.  2,  pp.  79 – 101,  2020,  doi: 10.5614/joki.2020.12.2.3.
[7] Y. V. P. K. Y V Pavan Kumar, “Cascaded PID Controller Design for Heating Furnace Temperature Control ", IOSR J. Electron. Commun. Eng. , vol. 5, no. 3, pp. 76 – 83, 2013, doi: 10.9790/2834-0537683.
[8] A. S. Wardhana, M. Ashari, and H. Suryoatmojo, “Optimal Control of Robotic Arm System to Improve Flux Distribution  on  Dual  Parabola  Dish  Concentrator", Int.  J.  Intell.  Eng.  Syst. ,  vol.  13,  no.  1,  pp.  364 – 378, 2020, doi: 10.22266/ijies2020.0229.34.
[9] A. Jamal and R. Syahputra, “Heat Exchanger Control Based on Artificial Intelligence Approach", Int. J. Appl. Eng. Res. , vol. 11, no. 16, pp. 9063 – 9069, 2016.
[10] A.  Vasičkaninová  and  M.  Bakošová,  “Control  of  a Heat  Exchanger  Using  Neural  Network  Predictive Controller  Combined  with  Auxiliary  Fuzzy  Controller ” , Appl.  Therm.  Eng. ,  vol.  89,  no.  January  2015,  pp. 1046 – 1053, 2015, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2015.02.063.
[11] S.  Padhee,  “Controller  Design  for  Temperature  Control  of  Heat  Exchanger  System :  Simulation  Studies", vol. 9, pp. 485 – 491, 2014.
[12] J. U. Ravy, N. A. Septiani, A. K. Dewi, and A. S. Wardhana, “Evaluasi Kinerja Controller Design  PI Sistem Pengendalian  Level  pada  Centrifugal  Preparation  Tank",  in Prosiding  Seminar  Nasional  Teknologi  Energi dan Mineral , 2021, vol. 1, pp. 1 – 11.
[13] D.  Hendrawati  and  Suwarti,  “Perbaikan  Karakteristik  Kontroller  Temperatur  pada  Model  Boiler ",  in Prosiding SNST Fakultas Teknik , 2010, pp. 13 – 17.
[14] I. P. A. W. Widyatmika, N. P. A. W. Indrawati, I. W. W. A. Prastya, I. K. Darminta, I. G. N. Sangka, and A. A. N. G. Sapteka, “Perbandingan Kinerja Arduino Uno dan ESP32 Terhadap Pengukuran Arus dan Tegangan ", J. Otomasi Kontrol dan Instrumentasi , vol. 13, no. 1, pp. 35 – 47, 2021, doi: 10.5614/joki.2021.13.1.4.
[15] P. F. Dunn, Fundamentals of Sensors for Engineering and Science . 2012.
[16] A.  S.  Wardhana,  M.  Ashari,  and  H.  Suryoatmojo,  “Designing  and Modeling  a  Novel  Dual  Parabolic Concentrator  With  Three  Degrees  of  Freedom  (DOF)  Robotic  Arm", Sol.  Energy ,  vol.  194,  2019,  doi: 10.1016/j.solener.2019.10.057.
[17] Kharagpur, “Structures : Cascade , Override and Split Range,” pp. 1– 9, 2008.