Perancangan dan Implementasi Safety Instrumented System pada Miniatur Pasteurisasi Menggunakan

## Programmable Logic Controller
1 Maesy, 2 Nina Nugraheni, 3 Sutanto Hadisupadmo, 4 Augie Widyotriatmo Program Studi Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung
1 Maesy181195@gmail.com
2 ninanugra@gmail.com 3 sutanto@tf.itb.ac.id 4 augie@tf.itb.ac.id

## Abstrak
Keselamatan  kerja  merupakan  faktor  yang  tidak  dapat  diabaikan  dalam  industri  proses.  Salah  satu lapisan  proteksi  yang  dapat  menjamin  keselamatan  kerja  pada  suatu  industri  adalah Safety Instrumented System (SIS). Perancangan SIS yang diatur dalam standar ANSI/ISA No. 84.00.01-2004 meliputi tahap analisis, tahap implementasi, tahap operasi, dan tahap verifikasi. Miniatur pasteurisasi di  Laboratorium  Manajemen  Sistem  Instrumentasi  dan  Kontrol  akan  dijadikan  objek  pembelajaran untuk  memahami  konsep  tingkat safety serta  perancangan  SIS.  Analisis  risiko  dilakukan  dengan menggunakan  metode Hazard  and  Operability  Study dan Risk  matrix ,  dan  ditentukan  nilai Safety Integrity  Level (SIL)  untuk  miniatur  pasteurisasi  dengan  metode Risk  graph .  Perancangan  SIS dilakukan  dengan  membuat  kombinasi-kombinasi  dari  delapan  konfigurasi  sistem.  Perhitungan dengan Fault Tree Analysis digunakan untuk mengetahui besarnya Probability of Failure on Demand average (PFDavg) yang diperlukan dalam penentuan SIL dari tiap kombinasi SIS. Rancangan terbaik dipilih  berdasarkan  analisis Analytical  Hierarchy  Process (AHP)  dengan  mempertimbangkan  nilai PFDavg dan biaya. Penambahan SIS pada miniatur pasteurisasi menghasilkan peningkatan nilai Risk Reduction  Factor (RRF)  keseluruhan  sistem  sebesar  83  kali  dibandingkan  dengan  sebelum penambahan  SIS.  Hasil  dari  perancangan  tersebut  kemudian  diuji  dengan  menggunakan Programmable Logic Controller (PLC) Allen Bradley RS Logix 5000.
Keywords: Safety Instrumented System, miniatur pasteurisasi, Hazard and Operability Study, PLC

## 1 Pendahuluan
Faktor utama yang harus diperhatikan dalam keberjalanan sebuah industri proses adalah keselamatan  kerja.  Jika  keselamatan  kerja  diabaikan,  maka  kemungkinan  terjadinya kecelakaan  akan  meningkat.  Kecelakaan  dalam  industri  proses  menimbulkan  beberapa dampak  yang  sangat  merugikan  antara  lain  kematian,  kerusakan  pada  peralatan  dan lingkungan,  kerugian  secara  ekonomis,  serta  dapat  merusak  reputasi  dari  perusahaan. Salah  satu  lapisan  proteksi  yang  dapat  menjamin  keselamatan  kerja  pada  suatu  industri adalah Safety  Instrumented  System (SIS).  SIS  bertugas  untuk  mendeteksi  sekaligus meredam kondisi-kondisi kritis yang dapat memicu timbulnya kecelakaan yang lebih besar dengan  cara  mematikan  sumber  bahaya.  Dalam  skala  laboratorium  khususnya  miniatur pasteurisasi  di  Laboratorium  Manajemen  Sistem  Instrumentasi  dan  Kontrol  (MSIK), keselamatan kerja juga penting diperhatikan untuk meminimalisir kecelakaan. Kecelakaan pada  miniatur  pasteurisasi  dapat  berdampak  bagi  keselamatan  praktikan  dan mengakibatkan kerusakan komponen yang ada pada miniatur pasteurisasi. Dengan adanya
SIS,  diharapkan  dapat  meningkatkan  nilai Risk  Reduction  Factor (RRF)  dan  mengurangi dampak kondisi kritis pada miniatur pasteurisasi.

## 2 Teori Dasar

## 2.1 Miniatur Pasteurisasi
Menurut Schmidt [1], pasteurisasi adalah sebuah proses pemberian kalor dengan batasan temperatur  tertentu  yang  digunakan  untuk  menonaktifkan  enzim-enzim  serta mikroorganisme  yang  merugikan  dan  bersifat  patogen  dengan  perubahan  kualitas seminimal  mungkin.  Jenis  pasteurisasi  yang  umum  di  masyarakat  adalah  HTST  ( High Temperature  Short  Time )  dan  UHT  ( Ultra  High  Temperature ).  HTST  dilakukan  dengan meningkatkan temperatur susu hingga 70-75 derajat Celcius selama 15 detik. Sementara UHT  dilakukan  antara  135-150  derajat  Celcius  selama  4-15  detik.  Salah  satu  simulator yang  dapat  menggambarkan  proses  pasteurisasi  adalah  miniatur  Armfield  PCT-23  MKII yang  terdapat  pada  Laboratorium  Manajemen  Sistem  Instrumentasi  dan  Kontrol  (MSIK) Teknik  Fisika  ITB.  Berdasarkan  Armfield  [2],  unit  proses  pada  Armfield  PCT-23  MkII merepresentasikan pasteurisasi jenis HTST ( High Temperature  Short Time ). Unit proses ini dilengkapi  dengan heat  exchanger tiga  tahap  yaitu recycle , heating dan cooling , holding tube , sensor temperatur, sensor level , sensor flow , solenoid valve , dua buah pompa, serta tiga  buah  tangki  yaitu  tangki  umpan  (tangki  A),  tangki  produk  (tangki  B),  dan  tangki  air panas. Skematik Armfield dapat dilihat pada Gambar 1.

## Gambar 1 Skematik Armfield PCT-23 MkII
Keterangan gambar: A. Tangki umpan (tangki A) B. Tangki produk (tangki B) C. Solenoid Valve D. Heat Exchanger E. Pompa 1 (N1) F. Pompa 2 (N2) G. Holding tube H. Tangki air panas
Fluida umpan dari tangki A dipompa ke heat exchanger untuk mendapatkan transfer kalor dari  aliran  air  panas,  kemudian  diteruskan  melewati holding  tube .  Fluida  yang  telah mempunyai temperatur yang sesuai dengan spesifikasi akan menjadi produk dan dialirkan
menuju tangki B, sedangkan fluida yang memiliki temperatur kurang dari spesifikasi akan dibuang melalui pipa divert .

## 2.2 Safety Protection Layer
Dalam standar ANSI/ISA-84.00.01-2004 [3], dijelaskan bahwa ukuran risiko dan keamanan suatu plant dikategorikan  ke  dalam  beberapa  lapis  sistem  proteksi.  Sistem  proteksi  pada suatu plant yang terdiri dari dua layer yaitu prevent layer dan mitigate layer . Prevent layer memiliki  fungsi  untuk  mencegah  terjadinya  kondisi  berbahaya  yang  dapat  memicu kecelakaan  yang  lebih  besar  pada plant . Mitigate  layer akan  meminimalisasi  dampak kerusakan  serta  konsekuensi  yang  ditimbulkan  jika  telah  terjadi  suatu  kecelakaan  pada plant . Basic  Process  Control  System (BPCS), Process  Alarm ,  dan Safety  Instrumented System (SIS) termasuk sistem proteksi keamanan kategori prevent layer .
2.3 Safety Instrumented System (SIS)
Menurut  Mitchell [4], Safety  Instrumented  System (SIS)  merupakan  sistem  instrumentasi dan kontrol yang mendeteksi penyimpangan pada kondisi proses dan secara otomatis akan mengembalikan  proses  ke  dalam safe  state (kondisi  aman).  SIS  terdiri  dari  kombinasi komponen sensor, pengolah logika atau logic solver dan final element . SIS berfungsi untuk mengamankan  sistem  jika  terjadi  penyimpangan  agar  tidak  membahayakan  pekerja maupun lingkungan sekitar. Apabila BPCS dan operator gagal untuk mengembalikan proses ke  kondisi  normal,  SIS  akan  mengambil  tindakan  untuk  mencegah  terjadinya  insiden berbahaya.
2.3.1 Safety Instrumented Function (SIF)
Berdasarkan  standar  ANSI/ISA-84.00.01-2004  [3], Safety  Instrumented  Function (SIF) didefinisikan  sebagai  fungsi  pengaman  dengan  nilai Safety  Integrity  Level (SIL)  spesifik yang  dibutuhkan  untuk  mencapai  fungsinya.  Arsitektur  SIF  dapat  digambarkan  dengan sistem  M-out-of-N  (MooN),  dimana  M  adalah  jumlah  komponen  SIF  yang  harus  berfungsi mengambil tindakan keamanan dan N adalah jumlah total komponen SIF. Menurut Goble [5],  arsitektur  yang  umum  digunakan  pada  SIF  adalah  1oo1  ( One-out-of-One ),  1oo2  ( One- out-of-Two ),  1oo3  ( One-out-of-Three ),  2oo2  ( Two-out-of-Two ),  2oo3  ( Two-out-of-Three ), 1oo1D  ( One-out-of-One  Diagnostic ),  1oo2D  ( One-out-of-Two  Diagnostic ),  dan  2oo2D  ( Two- out-of-Two Diagnostic ). Arsitektur yang memiliki huruf D di akhir, menggunakan perangkat tambahan  yang  mempunyai  kemampuan  diagnostik,  yang  dapat  membuat  kegagalan berbahaya yang dapat terdeteksi menjadi kegagalan yang aman untuk sistem.

## Safety Integrity Level (SIL)
Safety Integrity Level (SIL) adalah ukuran tingkat keselamatan dari SIS dalam melakukan pengurangan  risiko.  SIL  dapat  diverifikasi  dengan  cara  menghitung  nilai Probability  of Failure on Demand average (PFDavg) untuk setiap komponen sistem. PFDavg merupakan rata-rata  probabilitas  atau  kemungkinan  bahwa  SIF  akan  gagal  bekerja  dan  tidak  mampu melakukan fungsi keamanan. Nilai PFDavg dipengaruhi oleh nilai failure rate ( λ ), yaitu nilai rata-rata yang menyatakan suatu komponen akan mengalami kegagalan atau kerusakan.

## Tabel 1 Tingkatan SIL beserta parameternya [3]
Safety Integrity Level (SIL) Probability of Failure on Demand average per year (PFDavg) Risk Reduction Factor (RRF) SIL 4 ≥ 10 -5 –  <10 -4 ≥ 10 4 – <10 5 SIL 3 ≥ 10 -4 –  <10 -3 ≥ 10 3 – <10 4 SIL 2 ≥ 10 -3 –  <10 -2 ≥ 10 2 – <10 3 SIL 1 ≥ 10 -2 –  <10 -1 ≥ 10 1 – <10 2

## 2.4 Analisis Risiko dan Bahaya
Analisis  risiko  bertujuan  untuk  membentuk  pemahaman  tentang  tingkatan  risiko  pada suatu plant . Dalam standar IEC 61882 [6] , dijelaskan bahwa Hazard and Operability Study (HAZOP)  merupakan  suatu  identifikasi  proses  secara  detail  terkait  bahaya  dan  masalah operasi yang dilakukan oleh suatu tim dalam sebuah plant . Tahapan pertama dalam HAZOP adalah mengidentifikasi penyimpangan atau kondisi yang ada dengan menggunakan kata bantu seperti no , more , less atau kata bantu lainnya pada setiap parameter yang terdapat pada  proses  misalnya level , flow , pressure , temperature ,  dan  sebagainya.  Tahapan selanjutnya  adalah  mengidentifikasi  penyebab  terjadinya  sebuah  penyimpangan, mengidentifikasi  dampak  yang  terjadi,  mengidentifikasi  peralatan  yang  akan  melindungi sistem,  serta  menentukan risk  ranking dari  deviasi-deviasi  proses  tersebut  berdasarkan skala konsekuensi dan frekuensi untuk selanjutnya didefinisikan tipe risiko dari tiap kondisi berdasarkan risk matrix .
Setelah  dilakukan  analisis  HAZOP,  ditentukan  target  nilai  SIL  dengan  metode risk  graph (grafik  risiko).  Dalam risk  graph terdapat  4  parameter  kualitatif,  yaitu  konsekuensi  dari keadaan  bahaya  yang  terjadi  (C),  frekuensi  keadaan  bahaya  (F),  probabilitas  kemampuan menghindari keadaan bahaya (P), dan demand rate (W). Setiap parameter tersebut memiliki tingkatan  minimum  hingga  maksimum  dan  setiap  tingkatan  memiliki  risiko  yang  berbeda- beda. Kombinasi pilihan risiko dari kriteria C, F, dan P diidentifikasi dengan skala demand rate (W1, W2, dan W3) yang akan menghasilkan nilai SIL pada sistem.
2.5 Fault Tree Analysis (FTA)
Fault  Tree  Analysis (FTA)  merupakan  suatu  proses  identifikasi  masalah  dari  suatu  sistem. Pada proses ini, FTA yang digunakan memiliki tipe Top Down sehingga tahap pertama yang dilakukan  adalah  menentukan  kegagalan  inti  dari  sistem  tersebut  yang  menjadi  puncak utama  dari  FTA  dan  tahap  selanjutnya  adalah  memperinci  sebab-sebab  yang  mungkin mengakibatkan  kegagalan  tersebut.  Metode Fault  Tree  Analysis (FTA)  digunakan  untuk membuat  persamaan  Probabilitas  rata-rata  kegagalan  atau Probability  of  Failure  on Demand (PFD).  Dalam  standar  ANSI/ISA  TR  84.00.02  [7],  dijelaskan  bahwa  PFD merupakan probabilitas atau kemungkinan bahwa SIF akan gagal bekerja dan tidak mampu melakukan fungsi keamanan. Persamaan PFD kemudian diintegralkan menjadi persamaan PFDavg yang digunakan untuk menentukan nilai SIL dari rancangan SIS.

## 3 Metodologi Perancangan
Perancangan Safety  Instrumented  System (SIS)  mengacu  pada  standar  industri  ANSI/ISA- 84.00.01-2004  [3].  Menurut  standar  tersebut  perancangan  SIS  memiliki  beberapa
tahapan, diantaranya adalah tahap analisis, tahap implementasi, serta tahap operasi dan verifikasi.

## 3.1 Tahap Analisis
Tahap  analisis  merupakan  tahap  awal  dalam  perancangan  SIS.  Pada  tahap  ini  dilakukan suatu analisis terhadap kondisi yang sudah ada atau kondisi keadaan instrumen saat ini. Tahap  analisis  terbagi  menjadi  beberapa  bagian  diantaranya  identifikasi Hazard  and Operability  Study (HAZOP)  dan  penentuan  target  SIL  dengan  menggunakan  metode Risk graph .
Identifikasi HAZOP dilakukan dengan mengkaji Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) miniatur pasteurisasi. Didefinisikan 6 buah node pada miniatur pasteurisasi, yaitu tangki air panas, tangki umpan (tangki A), tangki produk (tangki B), pipa flowmeter , pipa inlet fluida, dan heat exchanger . Setelah dilakukan identifikasi HAZOP dan penilaian tingkat risiko dari skala  konsekuensi  dan  skala  frekuensi,  didapatkan  3  macam  kondisi  kritis  pada  miniatur pasteurisasi  yang  memiliki  tingkat  risiko high (H).  Kondisi  kritis  tersebut  antara  lain temperature  high high pada tangki air panas, level low low pada tangki A, dan level high high pada  tangki  A.  Pada  tugas  akhir  ini,  penentuan  nilai  SIL  untuk  miniatur  pasteurisasi dilakukan  dengan  metode risk  graph .  Berdasarkan  analisis risk  graph ,  didapatkan  hasil bahwa target SIL untuk miniatur pasteurisasi adalah SIL 1.

## 3.2 Tahap Implementasi
Tahap implementasi merupakan tahap perancangan dan pemasangan dari SIS yang sudah ditentukan  pada  tahap  sebelumnya.  Tahap  ini  terdiri  dari  pembuatan Fault  Tree  Analysis (FTA),  penentuan  rancangan  SIS  terbaik,  pemasangan  komonen  SIS  pada  miniatur pasteurisasi, dan pembuatan Ladder Logic Diagram PLC.

## 3.2.1 Pembuatan Fault Tree Analysis
Pembuatan  FTA  digunakan  untuk  merumuskan  persamaan  PFDavg  dari  8  kombinasi konfigurasi  rancangan  SIF.  Nilai Probability  of  Failure  on  Demand  average (PFDavg)  akan menjadi acuan untuk menentukan nilai SIL. Nilai SIL hasil perhitungan tersebut digunakan sebagai  pembuktian  atau  verifikasi  rancangan  SIS  secara  kuantitatif,  yang  akan disesuaikan dengan target SIL dari metode risk graph . Berikut adalah penurunan persamaan PFDavg secara umum.
∫ = TI avg dz z PFD TI PFD 0 ) ( 1
(1)
Dengan TI merupakan  rentang  waktu  sebuah  sistem  dari  keadaan  berbahaya  yang  tidak terdeteksi oleh on-line test menuju kondisi normal, dan z merupakan variabel waktu dalam perhitungan integral untuk PFD. Berikut ini penurunan persamaan PFDavg untuk kombinasi terpilih nantinya yaitu 1oo1 (FTA pada Gambar 2) dan 1oo2 (FTA pada Gambar 3).
SYSTEM   FAILS

## DANGEROUSLY
UNIT   A   FAILS DD UNIT   A   FAILS DU
Gambar 2 Fault Tree Analysis 1oo1
∫ × + × = × + × = t DU DD oo avg DU DD oo dz z RT t t PFD TI RT PFD 0 1 1 1 1 ) ( 1 ) ( λ λ λ λ 2 2 1 1 ) ( kan substitusi 0 2 0 1 1 TI RT z TI RT dz z TI RT TI PFD TI t DU DD TI DU DD TI DU DD oo avg × + × = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + × = + × = = ∫ λ λ λ λ λ λ SYSTEM   FAILS DANGEROUSLY UNIT   A   &   UNIT   B FAIL DDC UNIT   A   &   UNIT   B FAIL DUC UNIT   A   FAILS DN UNIT   B   FAILS DN UNIT   A   FAILS DDN
UNIT   A   FAILS DUN UNIT   B   FAILS DDN UNIT   B   FAILS
DUN
Gambar 3 Fault Tree Analysis 1oo2
(2)
(3)
PFD 1 oo 2 = λ DDC × RT + λ DUC × TI + ( λ DDN × RT + λ DUN × TI ) 2 = λ DDC × RT + λ DUC × TI + ( λ DDN × RT ) 2 + 2( λ DDN × RT )( λ DUN × TI ) + ( λ DUN × TI ) 2
2 2 2 1 ) ( 3 1 ) )( ( ) ( 2 ) ( TI TI RT RT TI RT TI PFD DUN DUN DDN DDN DUC DDC oo avg × + × × + × + × + × = λ λ λ λ λ λ
Dengan 𝜆 DD merupakan  laju  kegagalan  berbahaya  yang  terdeteksi  pada  instrumen, 𝜆 DU merupakan laju kegagalan berbahaya yang tidak terdeteksi pada instrumen, RT merupakan rentang  waktu  sebuah  sistem  dari  keadaan  berbahaya  yang  terdeteksi  oleh on-line  test menuju kondisi normal, 𝜆 DDC merupakan laju kegagalan berbahaya yang terdeteksi dengan penyebab  umum  pada  instrumen  , 𝜆 DUC merupakan  laju  kegagalan  berbahaya  yang  tidak terdeteksi  akibat  penyebab  umum  pada  instrumen, 𝜆 DDN merupakan  laju  kegagalan berbahaya  yang  terdeteksi  dengan  penyebab  independen  pada  instrumen,  dan 𝜆 DUN merupakan  laju  kegagalan  berbahaya  yang  tidak  terdeteksi  akibat  penyebab  independen pada instrumen.
Dalam  melakukan  perhitungan  nilai Probability  of  Failure  on  Demand  average yang menyatakan  tingkat  keamanan  suatu  komponen,  diperlukan  data  laju  kegagalan  ( failure rate ),  persentase  aman, diagnostic  coverage ,  dan repair  time dari  masing-masing komponen. Data laju kegagalan tersebut didapatkan dari buku EXIDA dan OREDA ( Offshore Reliability Data ) [8].

## Pemilihan Rancangan Terbaik
Pemilihan  rancangan  SIS  dilakukan  dengan  metode Analytical  Hierarchy  Process (AHP). AHP  merupakan  salah  satu  metode  analisis  untuk  membuat  keputusan  dari  berbagai kriteria berdasarkan prioritas dari kriteria dan alternatif [9]. Dipilih satu alternatif kombinasi terbaik untuk tiga kondisi kritis hasil identifikasi HAZOP, yaitu temperature high high pada tangki air panas, level low low pada tangki A, dan level high high pada tangki A. Diinginkan sebuah  konfigurasi  yang  memiliki  nilai  PFDavg  dan  biaya  pengeluaran  yang  sekecil mungkin.
Tabel 2 Hasil analisis AHP Kondisi Kritis Konfigurasi Total PFDavg Total Fraksi Biaya Bobot PFDavg Bobot Biaya Bobot Total Sensor Logic solver Final element Temperature High High pada Tangki Air Panas 1oo1 1oo1 1oo1 8.58 × 10 - 2 243.26 3.43 × 10 - 2 1.46 × 10 - 2 4.89 × 10 - 2 Level Low Low pada Tangki A 1oo2 1oo1 1oo1 5.68 × 10 - 2 266.4 2.27 × 10 - 2 1.59 × 10 - 3 2.43 × 10 -
2
Level High High pada Tangki A 1oo2 1oo1 1oo1 1.20 × 10 - 2 245.6 4.81 × 10 - 3 1.40 × 10 - 3 6.20 × 10 - 3 (4) (5)

## Pemasangan Komponen SIS
Pada  tahap  pemasangan,  segala  kebutuhan  yang  berhubungan  dengan  proses  instalasi harus  sudah  terpenuhi  dan  lengkap.  Segala  kebutuhan  ini  meliputi layout  installation keseluruhan  instrumen  yang  terdiri  dari  sensor,  kontroler,  dan final  element .  Komponen sensor yang akan dipasang meliputi kondisi temperature high high pada tangki air panas, level low low pada tangki A, dan level high high pada tangki A. Pemasangan komponen di tangki air panas dan tangki A dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Pemasangan Sensor Temperatur pada Tangki Air Panas dan Sensor Level pada Tangki A
Sensor temperatur yang akan dipasang pada tangki air panas berupa thermocouple tipe J. Sensor  level  yang  akan  dipasang  pada  tangki  A  berupa level  switch yang  disebut  dengan dipstick .  Terdapat  dua  batang  untuk ground dan  empat  batang  untuk  mendeteksi ketinggian air dengan nilai tertentu.
Komponen Logic Solver yang digunakan pada miniatur pasteurisasi adalah PLC dengan tipe Allen Bradley RS Logix 5000. PLC berfungsi untuk menerima masukan digital dan masukan analog  yang  selanjutnya  akan  diolah  dengan  program ladder  logic  diagram .  Hasil pengolahan  program  akan  menghasilkan  keluaran  melalui relay  output .  Setelah  melalui logic  solver maka  dibutuhkan final  element yang  akan  berfungsi  sebagai  aktuator  dari Safety Instrumented System . Terdapat tiga final element yang digunakan untuk sistem ini yaitu pompa, valve , dan heater .

## 4 Hasil dan Analisis

## 4.1 Analisis Hasil Rancangan Safety Instrumented System
Rancangan  terpilih  untuk  kondisi temperature    high  high pada  tangki  air  panas  adalah kombinasi konfigurasi sensor 1oo1, logic solver 1oo1, dan final element 1oo1. Komponen sensor yang dipilih berupa temperature  transmitter . Rancangan tersebut memiliki total nilai PFDavg sebesar 8.58 × 10 -2 . Rancangan terpilih untuk kondisi level low low dan level high high adalah kombinasi konfigurasi sensor 1oo2, logic solver 1oo1, dan final element 1oo1. Rancangan SIS untuk kondisi level low low memiliki total nilai PFDavg sebesar 5.68 × 10 -2 , sedangkan untuk kondisi level high high sebesar 1.20 × 10 -2 . Komponen sensor yang dipilih
Tangki Air Panas Tangki A
J.Oto.Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst)                     Vol 10 (1), 2018                       ISSN : 2085-2517
untuk  mendeteksi  ketinggian  air  pada  tangki  A  berupa level  switch. Ketiga  rancangan tersebut  telah  memenuhi  persyaratan  SIL  1  pada  standar  ANSI/ISA  S.84.00.2004,  yaitu memiliki nilai PFDavg yang berada pada rentang 10 -2 hingga 10 -1 .
4.2 Hasil Pengujian Safety Instrumented System

## 4.2.1 Kondisi Level High High
Kondisi level high high pada miniatur pasteurisasi terjadi pada saat level air pada tangki A sudah  mencapai  230  ml.  Simulasi  uji  SIS  untuk  kondisi  ini  dilakukan  dalam  keadaan solenoid valve terbuka sebesar 0.3 ml/s sehingga air akan terus mengalir menuju tangki A dan  pompa  keluar  terbuka  sebesar  0.15  ml/s.  Ketika  sensor  terendam  air  maka  sensor yang  memiliki  rangkaian normally  open akan  mendapatkan  tegangan  pada coil  relay sehingga  rangkaian relay berubah  menjadi normally  close yang  membuat  arus  informasi dapat mengalir menuju PLC. Informasi yang masuk menuju PLC akan diolah oleh program Ladder  Logic  Diagram dan  informasi  tersebut  akan  memberikan  perintah  melalui relay output yang terhubung dengan relay pada valve , sehingga valve yang semula energized bisa menjadi de-energized.
Gambar  5  menunjukan  laju  pertambahan  volume  terhadap  waktu  yang  dimulai  ketika volume air pada tangki A sebanyak 215 ml hingga mencapai kondisi Level High High yaitu 230 ml. Dari grafik tersebut dapat terlihat bahwa pada saat level air sudah mencapai 230 ml, maka SIS akan aktif sehingga valve akan mati dan volume air menjadi turun karena air hanya keluar melalui pompa dan tidak ada air yang masuk.
Gambar 5 Grafik Pengujian Kondisi Level High High

## 4.2.2 Kondisi Level Low Low
Kondisi level  low  low pada  miniatur  pasteurisasi  terjadi  pada  saat level air  pada  tangki  A sudah mencapai 30 ml. Simulasi uji SIS untuk kondisi ini dilakukan dalam keadaan pompa terbuka sehingga air akan terus mengalir keluar dari tangki A dengan kecepatan 0.5 ml/s dan air masuk dari valve dengan kecepatan 0.3 ml/s. Ketika seluruh sensor tidak terendam air,  PLC  akan  memberikan  informasi  melalui relay  output yang  terhubung  dengan relay pada pompa, sehingga pompa yang semula energized bisa menjadi de-energized.
Gambar 6  menunjukan laju penurunan volume terhadap waktu yang dimulai ketika volume air pada tangki A sebanyak 37 ml hingga mencapai kondisi Level Low Low yaitu 30 ml. Dari grafik tersebut dapat terlihat bahwa pada saat level air sudah mencapai 30 ml, maka SIS akan  aktif  sehingga  pompa akan  mati  dan  volume  air  menjadi  naik  karena  hanya  ada  air yang masuk melalui valve .
Gambar 6 Grafik Pengujian Kondisi Level Low Low

## 4.2.3 Kondisi Temperature High High
Kondisi temperature  high high pada miniatur pasteurisasi terjadi pada saat temperatur air pada heater sudah  mencapai  72.5 o C.  Simulasi  uji  SIS  untuk  kondisi  ini  dilakukan  dalam keadaan heater menyala  sehingga  air  di  dalam heater akan  terus  dipanaskan. Ketika thermocouple mendeteksi suhu 72.5 o C, informasi dari thermocouple tersebut akan masuk menuju  PLC  melalui analog  input dan  akan  diolah  oleh  program Ladder  Logic  Diagram sehingga  akan  terdapat  perintah  melalui relay  output yang  terhubung  dengan relay pada heater , sehingga heater yang semula energized bisa menjadi de-energized.
Gambar 7 menunjukan laju kenaikan suhu heater terhadap waktu yang dimulai ketika suhu air  pada heater sebesar  30 o C  hingga  mencapai  kondisi Temperature  High  High yaitu 72.5 o C. Dari grafik tersebut dapat terlihat bahwa pada saat temperatur air sudah mencapai 72.5 o C, maka SIS akan aktif sehingga heater akan mati dan suhu air menjadi konstan dan semakin  lama  akan  semakin  menurun.  Selain  dengan  melihat  grafik  kenaikan  suhu, pengujian  SIS  juga  dapat  dilakukan  dengan  memantau  daya  yang  digunakan  oleh  heater. Ketika heater menyala, heater secara  konsisten  menggunakan  daya  sebesar  1.2  kW, sedangkan  ketika  SIS  aktif,  maka heater akan  mati  dan  daya  yang  digunakan heater langsung menurun secara drastis yaitu 0 kW.
Gambar  7  Grafik  Pengujian  Kondisi Temperature  High  High dan  Pengujian  Kondisi Temperatur High High terhadap Power Heater

## 4.3 Peningkatan Level Keselamatan
Nilai PFDavg dan RRF untuk ketiga kondisi kritis dapat dilihat pada Tabel  3. Peningkatan level keselamatan diindikasikan dengan peningkatan nilai Safety Integrity Level (SIL) dan nilai Risk  Reduction  Factor (RRF).  Sebelum  penambahan  SIS,  nilai  SIL  untuk  miniatur pasteurisasi sebesar SIL 0 dan memiliki RRF ≤ 10. Setelah adanya penambahan SIS, nilai SIL  untuk  miniatur  pasteurisasi  menjadi  sebesar  SIL  1  dan  terjadi  peningkatan  nilai  RFF. Terdapat peningkatan level keselamatan sebanyak 83 kali setelah adanya penambahan SIS pada miniatur pasteurisasi jika dibandingkan dengan sebelum penambahan SIS.
Tabel 3 Nilai RRF untuk Ketiga Kondisi Kritis Kondisi Kritis Nilai PFDavg Nilai RRF Temperature High High 8.58 x 10 -2 11.65 Level Low Low 5.68 x 10 -2 17.60 Level High High 1.20 x 10 -2 83.33

## 5 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan.
Parameter  kondisi  kritis  proses  untuk  miniatur  pasteurisasi  adalah temperature  high high pada tangki air panas, level low low pada tangki umpan (tangki A), dan level high high pada tangki umpan (tangki A). Sedangkan target Safety Integrity Level (SIL) berdasarkan analisis Risk graph untuk miniatur pasteurisasi adalah SIL 1.
Perancangan Safety  Instrumented  System (SIS)  untuk  miniatur  pasteurisasi  dilakukan sesuai dengan standar ANSI/ISA-84.00-2004. Rancangan SIS terpilih berupa temperature transmitter yang akan dipasang pada tangki air panas dan level switch yang akan dipasang pada  tangki  A.  Masing-masing  sensor  terhubung  ke  PLC  sebagai logic  solver untuk mematikan final element yang berupa heater , solenoid valve , dan pompa.
Setelah  penambahan  komponen  SIS,  didapatkan  nilai Probability  of  Failure  on  Demand average (PFDavg)  sebesar  8.58 × 10 -2 untuk  kondisi temperature  high  high ,  5.68 × 10 -2 untuk kondisi level low low , dan 1.20 × 10 -2 untuk kondisi level high high . Sehingga terjadi peningkatan nilai Risk Reduction Factor (RRF) pada miniatur pasteurisasi, dari maksimal 10 menjadi 83 kali untuk keseluruhan lapisan proteksi.

## 6 Nomenclature
𝜆
= Laju kegagalan pada instrumen
𝜆 S = Laju kegagalan yang aman pada instrumen 𝜆 D = Laju kegagalan berbahaya pada instrumen 𝜆 DD = Laju kegagalan berbahaya yang terdeteksi pada instrumen 𝜆 DU
= Laju kegagalan berbahaya yang tidak terdeteksi pada instrumen
𝜆 DDC
=  Laju  kegagalan  berbahaya  yang  terdeteksi  dengan  penyebab  umum  pada instrumen
𝜆 DDN =  Laju  kegagalan  berbahaya  yang  terdeteksi  dengan  penyebab  independen  pada
instrumen
𝜆 DUC =  Laju  kegagalan  berbahaya  yang  tidak  terdeteksi  akibat  penyebab  umum  pada instrumen 𝜆 DUN =  Laju  kegagalan  berbahaya  yang  tidak  terdeteksi  akibat  penyebab  independen pada instrumen
𝑅𝑇 = Rentang waktu sebuah sistem dari keadaan berbahaya yang terdeteksi oleh on- line test menuju kondisi normal
𝑇𝐼 = Rentang waktu sebuah sistem dari keadaan berbahaya yang tidak terdeteksi oleh
on-line test menuju
kondisi normal
z = variabel waktu dalam perhitungan integral untuk PFD

## 7 Referensi
[1] R. D. Schmidt & G. E. Rodrick, Food Safety Handbook , New Jersey: Willey-Interscience, 2003.
[2] PCT23MkII : Process Plant Trainer (Process Control Trainer) , Armfield Ltd, 2010.
[3] Functional Safety: Safety Instrumented System for the Process Industry Sector , ANSI/ISA-84.00.01-2004 Part 1 - 3 (IEC 61511-1 Mod) , Research Triangle Park, North Carolina USA: ISA - The Instrumentation, Systems and Automation Society, 2004.
[4] J. K. Mitchell, Kenexis Safety Engineering Handbook, Columbus: Kenexis Consulting Corporation, 2010.
[5] W. M. Goble, Control Systems Safety Evaluation and Reliability Second Edition , United State of America: ISA - Instrumentation Society of America, 1998.
[6] IEC  61882:  Hazard  and  Operability  Studies  (HAZOP  studies)  -  Application  Guide , Geneva: International Electrotechnical Comission, 2001.
[7] ANSI/ISA TR 84.00.02 Safety Integrated Level (SIL), Evaluation Techniques , Research Triangle Park, North Carolina: ISA, 2002.
[8] Offshore Reliability Data Handbook (OREDA) , 4 th Edition, Norway: SINTEF Industrial Management, 2002.
[9] K. Bunruamkaew, The Analytical Hierarchy Process - AHP , Division of Spatial
Information Science, Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba, 2012.