BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 54 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel mesin boiler ini, selain menggunakan metodologi studi pustaka dan eksperimen, metodologi penelitian yang dominan digunakan adalah metode studi lapangan yaitu data diambil langsung dari lokasi penelitian berdasarkan tinjauan, hasil pengecekan berkala dan keterangan dari pihak operator lapangan. Berdasarkan hasil studi lapangan tersebut didapatkan beberapa hal penting pada perancangan sistem kontrol suatu panel mesin boiler, terutama pada mesin boiler dengan menggunakan satu burner dan dua bahan bakar ( natural gas dan solar ), antara lain : 3.1. Deskripsi Kerja Untuk merancang suatu sistem kontrol maka harus diketahui dan ditentukan terlebih dahulu deskripsi kerja dari mesin tersebut, karena deskripsi ini merupakan dasar dari perancangan. Deskripsi kerja pada dasarnya ada dua jenis yaitu deskripsi kerja untuk keadaan normal dan deskripsi kerja untuk keadaan gangguan, dan untuk kondisi gangguannya sendiri dibagi menjadi dua yaitu yang menjadikan dan yang tidak menjadikan burner boiler shut down. 55

2 Keadaan rmal Keadaan normal adalah keadaan dimana mesin boiler dapat dioperasikan sesuai dengan perintah operasi normal tanpa adanya gangguan. Dimana deskripsi kerja normalnya adalah seperti gambar 3.1 berikut : Gambar 3.1 Flow chart deskripsi kerja keadaan normal

3 57 1. Rangkaian kontrol diaktifkan dengan menaikkan semua breaker yang ada didalam panel kontrol dan dengan menekan tombol Plant-ON yang terdapat pada bagian pintu panel kontrol, selanjutnya panel kontrol akan standby. 2. Kondisi standby ditandai dengan menyalanya lampu indikator Plant-ON yang menandakan bahwa mesin boiler siap dioperasikan. 3. Memastikan selectror switch mode operation pada salah satu bahan bakar yang akan digunakan. ( burner boiler tidak dapat start jika tekanan bahan bakar tidak mencapai settingan yang diijinkan ) 4. Memastikan selector switch feed pump operation pada posisi auto, dan selector switch feed pump pada salah satu pompa (pompa 1 atau pompa 2). Pada posisi auto feed pump akan start atau stop berdasarkan kondisi level air tabung mesin boiler. (burner boiler tidak dapat distart jika level air masih pada kondisi low), dan operasional feed pump ditandai dengan menyalanya lampu indikator feed pump operation. 5. Mesin boiler dapat di start dengan memutar kearah kanan selector switch start boiler keposisi burner ON. 6. Sesaat setelah burner kontrol mendapatkan supply tegangan dari selector switch burner ON, burner kontrol akan bekerja memberikan sinyal perintah pada servo motor yang terdapat pada burner boiler, jika servo motor tersebut pada kondisi minimum mendekati sudut nol derajat menuju posisi close maka burner kontrol akan memerintahkan electro motor blower burner untuk bekerja secara bersamaan, dengan tujuan agar beban start awal electro motor blower burner tidak terlalu berat jika start awalnya dari posisi minimum.

4 58 7. Bekerjanya blower belum menandakan bekerjannya burner, karena blower harus membilas jika ada sisa bahan bakar yang terdapat pada burner yang ditandai dengan bekerjanya servo motor. 8. Pada saat pembilasan diposisi minimum menuju posisi ignition (berdasarkan setting), maka burner kontrol akan memberikan sinyal kepada ignition electrode melalui ignition trafo untuk menyala dan dilanjutkan dengan bekerjanya salah satu solenoid bahan bakar, maka burner boiler akan menyala secara normal. 9. Ketika burner boiler pada posisi ignition ada perbedaan antara pembakaran menggunakan bahan bakar natural gas dan solar, saat burner menggunakan bahan bakar gas yaitu adanya ignition solenoid valve yang bekerja sesaat dan akan mati ketika burner sudah menyala dengan normal, sedangkan jika menggunakan bahan bakar solar semua solenoid valve bekerja bersamaan dari awal ignition sampai dengan seterusnya selama burner beroperasi. 10. Pembakaran burner boiler besar dan kecilnya ditentukan oleh posisi selector switch burner control antara lain auto, partial, stop dan full load ( 4 posisi ), posisi partial adalah pembakaran secara manual keposisi terkecil berdasarkan setting dan posisi full load adalah sebaliknya, sedangkan posisi pembakaran stop adalah posisi manual dimana pembakaran akan berhenti pada sudut derajat tertentu. 11. Untuk posisi auto burner control diatur oleh capacity regulator burner, besar kecilnya pembakaran berdasarkan parameter setting yang digunakan yaitu berdasarkan kondisi aktual tekanan steam pada tabung boiler, artinya

5 59 pembakaran akan mengecil ketika tekanan aktual steam diatas paremeter setting capacity regulator burner dan akan bekerja sebaliknya. 12. Jika pembakaran burner boiler maksimum menuju posisi open ( berdasarkan seting ) atau mendekati sudut sembilan puluh derajat pada servo motor, maka pada panel kontrol akan menyala lampu indikator full load. 13. Shut down burner boiler secara manual dilakukan dengan cara memutar selector switch start boiler kearah kiri atau posisi tengah, maka sebelum burner boiler shut down pembakaran burner diperkecil terlebih dahulu sampai mendekati sudut nol derajat atau berdasarkan setting servo motor. 14. Pada pintu panel kontrol dilengkapi dengan engine hours yang berfungsi untuk memonitor seberapa lama mesin telah beroperasi, penggunaannya antara lain untuk burner operation, oil operation, gas operation, feed pump 1 dan feed pump 2 operation Keadaan Gangguan Keaadaan gangguan adalah keadaan dimana mesin boiler dalam operasi perintahnya terjadi gangguan baik listrik maupun mekanik, tetapi yang diuraikan disini adalah keadaan gangguan khusus untuk kondisi gangguan listrik, dimana setiap kondisi ganguan yang terjadi selalu ditandai dengan menyalanya lampu indikator dan bunyi sirine yang terdapat pada panel kontrol, pada setiap kondisi gangguan tidak selalu menjadikan mesin boiler harus lock out atau shut down, berikut adalah deskripsi kerja dari setiap gangguan yang mungkin terjadi pada suatu mesin boiler, antara lain :

6 60 1. Burner Trouble Ada beberapa indikasi yang menyebabkan gangguan dan dibagi dua tahapan waktu terjadinya gangguan pada burner boiler yaitu pada saat start dan sedang beroperasi, adanya ganguan ditandai dengan menyalanya lampu indikator burner trouble pada panel kontrol. Hal-hal yang bisa menyebabkan burner trouble diantaranya adalah : a. Air Pressure Yaitu kondisi tidak adanya tekanan udara yang meniup dari blower burner, bisa disebabkan tidak bekerjanya electro motor untuk blower tersebut, misalnya over load, burner boiler kotor atau air pressure switch rusak. Burner Trouble Air Pressure Apakah Fan Blower Off? Press.Switch kotor/macet? Ganti Air Press.Switch Bersihkan Burner & Press.Switch Apakah TOR Trip? Check Wiring Apakah Bisa Reset? Check Motor & Contactor Selesai Gambar 3.2 Flow chart deskripsi kerja burner trouble air pressure

7 61 b. Flame at First Safety Time Yaitu kondisi tidak adanya sinyal pengapian pertama pada burner boiler, pada kondisi ini ada beberapa hal yang dapat menyebabkannya antara lain tidak bekerjanya flame sensor, tidak bekerjanya ignition electrode yang disebabkan ignition trafo yang rusak atau tidak menerima supply tegangan, tekanan bahan bakar dibawah parameter setting yang diijinkan, tidak bekerjanya solenoid valve bahan bakar, dan settingan servo motor untuk kombinasi angin dan bahan bakar yang tidak tepat. Burner Trouble Flame at First Safety Time Apakah Ignitor bekerja? Check Ignition Electrode Apakah Ada bahan Bakar? Buka Kran Bahan Bakar Apakah Solenoid Valve Bekerja? Ganti Solenoid Valve Seting Motor Servo Sesuai? Seting Ulang Servo Motor Apakah Bisa Reset? Ganti Flame Sensor Selesai Gambar 3.3 Flow chart deskripsi kerja burner trouble no flame at 1 st safety time

8 62 c. Flame at Second Safety Time Yaitu kondisi dimana tidak adanya sinyal pengapian kedua pada burner boiler, pada kondisi ini hal yang paling mungkin penyebab terjadinya adalah tidak bekerjanya solenoid valve gas utama pada saat pembakaran jika menggunakan bahan bakar gas, dan settingan servo motor untuk kombinasi angin dan bahan bakar yang tidak tepat. Burner Trouble Flame at Second Safety Time Apakah Solenoid Valve Bekerja? Ganti Solenoid Valve Seting Motor Servo Sesuai? Seting Ulang Servo Motor Apakah Bisa Reset? Check Wiring Burner Selesai Gambar 3.4 Flow Chart deskripsi kerja burner trouble no flame at 2 nd safety time 2. Prewarning Kondisi ini menandakan level air tabung boiler pada level peringatan yang memberikan informasi kepada operator agar memeriksa kondisi feed pump,

9 63 karena gangguan yang paling mungkin selain rusaknya water level control adalah tidak bekerjanya salah satu feed pump sebelum boiler benar-benar low water, pada kondisi ini boiler masih dapat beroperasi secara normal. Prewarning Apakah Feed Pump Bekerja? Apakah Level Bekerja? Apakah Smart Relay Rusak? Ganti Level / Check Wiring Ganti Elecroda Water Level Ganti Smart Relay Apakah Debit Air rmal? Ganti Feed Pump Apakah Bisa Reset? Adjust Level Selesai Gambar 3.5 Flow chart deskripsi kerja Prewarning 3. Phase Loss Trip Pemasangan alarm control phase loss trip berfungsi untuk memastikan power input kontrol MCB pada smart relay masih terhubung, karena jika dibiarkan terputus sistem keamanan dan otomasi feed pump mesin boiler tidak akan berfungsi yang masih berfungsi adalah kondisi low water yang diback up oleh floatless water level control kondisi ini ditandai dengan menyalanya lampu

10 64 tanda MCB control phase pada pintu panel dan bunyinya sirine sebagai tanda peringatan, pada kondisi ini boiler tidak dapat beroperasi. Phase Loss Trip Burner Boiler Shut Down Apakah WLC Short Circuit? Apakah Smart Relay Rusak? Apakah MCB Rusak? Check Wiring Ganti Smart Relay Ganti MCB Magnetic Switch Rusak? Apakah WLC Lembab? Ganti Magnetic Switch Keringkan WLC Apakah Bisa Reset? Selesai Gambar 3.6 Flow chart deskripsi kerja control phase loss trip 4. High Water Kondisi ini menandakan level air pada tabung boiler diatas batas normal, ada dua hal yang mungkin menyebabkan terjadinya kondisi tersebut antara lain rusaknya water level control dan kondisi feed pump dimanual. Pada kondisi ini boiler masih dapat beropersi secara normal, akan tetapi jika dibiarkan feed pump terus beroperasi bisa menyebabkan tekanan pada tabung boiler

11 65 meningkat yang selanjutnya akan mematikan burner boiler dikarenakan over pressure. High Water Apakah Feed Pump Auto? Pindah Posisi Selector Switch ke Auto Apakah Level Bekerja? Apakah Smart Relay Rusak? Ganti Level / Check Wiring Ganti Elecroda Water Level Ganti Smart Relay Apakah Bisa Reset? Adjust Level Selesai Gambar 3.7 Flow chart deskripsi kerja high water 5. Low Water Kondisi ini menandakan kondisi level air pada tabung boiler benar-benar dibawah batas normal, dan pada kondisi ini burner boiler harus shut down seketika, karena jika terus beroperasi akan menyebabkan over heat yang akan merusak pipa-pipa atau lorong api pada bagian dalam tabung boiler atau bahkan berdampak ledakan yang membahayakan keselamatan manusia. Kondisi ini dapat terjadi jika pada kondisi prewarning diabaikan, karena penyebab terjadinya sama.

12 66 Low Water Burner Boiler Shut Down Apakah Feed Pump Bekerja? Apakah Level Bekerja? Apakah Smart Relay Rusak? Ganti Level / Check Wiring Ganti Elecroda Water Level Ganti Smart Relay Apakah Debit Air rmal? Ganti Feed Pump Apakah Bisa Reset? Adjust Level Selesai Gambar 3.8 Flow chart deskripsi kerja low water 6. Over Pressure Over pressure disebabkan oleh tekanan steam pada tabung boiler sudah mencapai batasan setting parameter yang diijinkan, pada kondisi ini burner boiler akan mati dan akan kembali hidup jika nilai pressure telah turun pada batasan yang diijinkan, artinya burner akan start dan stop secara auto berdasarkan nilai tekanan steam. Parameter setting dari over pressure berdasarkan kemampuan dari mesin boiler atau berdasarkan kebutuhan dari mesin-mesin produksi. Pengaman over pressure dalam hal ini adalah pressure

13 67 switch dan capacity regulator burner, jadi salah satu dari kedua alat tersebut sebagai pengaman tabung boiler dari over pressure. Over Pressure Burner Boiler Shut Down Auto Apakah Burner Auto? Pindah Selector ke Posisi Auto Apakah Pemakaian dan Pembakaran Seimbang? Apakah Capasity Regulator Burner Rusak? Check Wiring Ganti Capasity Regulator Burner Apakah Motor Servo Rusak? Seting Ulang Motor Servo Ganti Motor Servo Gambar 3.9 Flow chart deskripsi kerja over pressure 7. Final Pressure Final pressure adalah kondisi dimana over pressure tidak bekerja, artinya kondisi final pressure tidak akan terjadi jika kedua alat tersebut diatas tidak mengalami kerusakan atau perubahan nilai setting parameter, pada kondisi ini

14 68 burner boiler akan shut down karena nilai tekanan steam pada tabung boiler sudah melebihi batasan parameter yang diijinkan, berbeda dengan kondisi over pressure agar burner boiler bisa distart kembali tombol reset harus ditekan walaupun nilai tekanan sudah turun pada batasan nilai terendah. Final Pressure Burner Boiler Shut Down Apakah Burner Auto? Pindah Selector ke Posisi Auto Apakah Pemakaian dan Pembakaran Seimbang? Apakah Capasity Regulator Burner Rusak? Check Wiring Ganti Capasity Regulator Burner Apakah Bisa Reset? Apakah Motor Servo Rusak? Seting Ulang Motor Servo Selesai Ganti Motor Servo Gambar 3.10 Flow chart deskripsi kerja final pressure 8. Oil Pressure Return Piping Kondisi ini disebabkan adanya tekanan pada pipa pengembalian bahan bakar solar yang melebihi batasan aman yang telah ditentukan agar pipa bahan bakar

15 69 tidak mengalami kerusakan yang akan berakibat lebih vital baik bagi keselamatan manusia ataupun mesin itu sendiri. Pada kondisi ini burner boiler akan langsung shut down tanpa adanya tanda peringatan awal dan pilot lamp atau bunyi sirine yang menandakan adanya masalah pada burner boiler ketika sedang beroperasi ketika menggunakan bahan bakar solar. Jika kondisi ini terjadi pada saat burner boiler sedang melakukan pembilasan sampai dengan tahap ingnition, maka yang terjadi adalah seperti pada kondisi burner trouble. Oil Pressure Return Piping Burner Boiler Shut Down Apakah Bahan Bakan Solar? Apakah Pressure Switch Rusak? Check Wiring Apakah Saluran Pengembalian Tersumbat? Ganti Pressure Switch Apakah Solenoid Return Rusak? Ganti Solenoid Gambar 3.11 Flow chart deskripsi kerja oil pressure return piping 9. Gas pressure Adalah kondisi gangguan ketika burner boiler sedang atau akan menggunakan gas sebagai bahan bakarnya yang disebabkan tidak adanya tekanan gas pada

16 70 burner boiler disaluran pipa utamanya. Pada kondisi ini jika burner boiler sedang beroperasi, maka gangguan yang akan muncul adalah seperti pada kondisi burner trouble yang akan menjadikan burner shut down tetapi ketika burner akan mulai distart atau ketika sedang melakukan pembilasan maka pembilasnya akan langsung digagalkan ditandai pilot lamp gas pressure berkedip dan sirene akan menyala tidak terputus sebagai tanda peringatan. Gas Pressure Burner Boiler Shut Down Apakah Actual Press.Gas dibawah Parameter? Apakah Pres. Switch Rusak? Check Wiring Check Regulator Main Pipe Gas Ganti Gas Pressure Switch Apakah Bisa Reset? Selesai Gambar 3.12 Flow chart deskripsi kerja low gas pressure 10. Kondisi Gangguan Khusus Adalah kondisi gangguan dimana penyebab utamanya faktor eksternal, misalkan adanya short circuit pada rangkaian kontrol seperti pada solenoid valve, atau pada circuit ignition electrode dan sebagainya yang mengharuskan

17 71 pemutusnya untuk trip, pada kondisi ini burner boiler akan shut down mendadak. Tabel 3.1 Keadaan Gangguan Mesin Boiler Shut Down Jenis Gangguan Penyebab Sub Penyebab Air Pressure flame at first safety time flame at second safety time Low water Over Pressure Blower tidak bekerja Pressure switch rusak Sistem Ignition rusak Tidak ada supply bahan bakar Ada pengapian tapi burner shut down Tidak ada supply bahan bakar Kombinasi angin dan bahan bakar tidak sesuai Feed pump tidak bekerja Sistem water level control and limiter tidak berfungsi Pemakaian dan pembakaran tidak seimbang Pressure control rusak Tidak ada power Over load (drop tegangan) Seting tidak sesuai Electroda atau trafo Pipa bahan bakar kotor Solenoid rusak Tekanan bahan bakar drop Pressure switch rusak Flame sensor rusak Kombinasi angin dan bahan bakar tidak sesuai Solenoid operation rusak Seting motor servo tidak sesuai kontrol segmen Tidak ada power Over load, breaker trip Pompa rusak Level control rusak Elektroda air & floatless level switch rusak Seting motor servo tidak sesuai Seting parameter

18 72 Final Pressure Oil pressure return piping Phase loss trip Gas pressure Pemakaian dan pembakaran tidak seimbang Pressure control rusak Tekanan solar di pipa pengembalian tinggi Short circuit pada rangkaian water level & pressure control Tekanan gas drop Seting motor servo tidak sesuai Seting parameter Pipa kotor Solenoid oil return rusak Setting pressure swich Lembab, terkena air atau kerusakan pada alat Pressure switch rusak Pipa gas tersumbat Tabel 3.2 Keadaan Gangguan Mesin Boiler Tidak Shut Down Jenis Gangguan Penyebab Sub Penyebab Tidak ada power Over load, breaker trip Feed pump tidak bekerja Pompa rusak Prewarning Level control rusak Sistem water level control and limiter tidak berfungsi Elektroda air & floatless level switch rusak Feed pump bekerja terus Posisi switch dimanual High water Sistem water level control and limiter tidak berfungsi Elektroda air & floatless level switch rusak 3.2 Perancangan Sistem Kontrol Perancangan sistem kontrol menentukan unjuk kerja dan terpenuhinya fungsi suatu rangkaian kontrol, oleh karena itu dalam merancang sitem kontrol perlu diadakan suatu perancangan yang sesuai dengan spesifikasi, kegunaaan

19 73 kontrol dan hal-hal yang menyangkut sisitem kerja dan keamanan kontrol sesuai dengan kebutuhan mesin boiler Perancangan Sistem Kontrol Konvensional Rangkaian sistem kontrol konvensional merupakan bentuk dasar dari suatu rangkaian kontrol sebelum dirubah kedalam bahasa pemograman smart relay yaitu ladder diagram atau block diagram, pada dasarnya untuk sistem kontrol konvensional pada suatu burner boiler sudah dikomulatifkan dengan penggunaan burner control unit yang didalamnya sudah terintegrasi dengan kombinasi terutama antara servo motor dan jenis flame sensor yang digunakan, hanya pada output-outputnya ditambahkan relay-relay kontrol yang berfungsi sebagai kontak bantu dikarenakan keterbatasan kontak yang tersedia pada burner control unit. Pada perancangan sistem kontrol konvensional ini ada beberapa hal penting yang ditambahkan pada rangkaian kontrol utama dan tidak dapat diabaikan dalam pemasangannya guna meningkatkan performa dan kehandalan suatu sistem kontrol secara keseluruhan, antara lain : Sistem Operasional Feeding Pump Operasional feed pump pada rangkaian kontrol sistem otomasinya dikendalikan oleh water level control and limiter, juga dipersiapkan sistem operasional manualnya untuk kondisi darurat jika diperlukan atau untuk memastikan cara kerja rangkaian kontrol atau sistem pompa yang akan digunakan berfungsi dengan baik. Sedangkan pada rangkaian daya menggunakan rangkaian

20 74 star delta. Lebih lengkapnya gambar rangkaian keseluruhan sistem operasional feed pump dapat dilihat pada halaman lampiran Sistem Operasional Blower Burner Operasional blower burner rangkaian kontrolnya dikendalikan oleh burner control unit, dan rangkaian dayanya menggunakan rangkaian star delta guna mengurangi arus start pada rangkaian. Untuk lebih lengkapnya gambar rangkaian sistem kontrol dan daya keseluruhan sistem operasional blower burner boiler dapat dilihat pada gambar wiring control halaman 7 lampiran Perancangan Sistem Kontrol Smart Relay Rangkaian kontrol smart relay tersusun dari blok-blok diagram instruksi dasar atau ladder diagram yang dapat menyederhanakan rangkaian kontrol konvensional sebelumnya, penambahan rangkaian kontrol smart relay diutamakan pada kontrol sistem keamanan mesin boiler supaya lebih memudahkan dalam menganalisa apabila terjadi gangguan diluar gangguan burner boiler Rangkaian Sistem Kontrol Keseluruhan Rangkaian sistem kontrol keseluruhan merupakan gabungan dari rangkaian sistem kontrol konvensional dan rangkaian sistem kontrol smart relay. Untuk menghubungkan rangkaiannya ditambahkan relay-relay pada masing masing input dan output burner control unit dan smart relay tersebut untuk memenuhi fungsi deskripsi kerja sesuai dengan yang dikehendaki.