Kendali Temperatur Pada Rotary Kiln

Transkripsi

1 Seinar Nasional Peranan Ipteks Menuju Industri Masa Depan (PIMIMD-4) Institut Teknologi Padang (ITP), Padang, 7 Juli 7 ISBN: Kendali Teperatur Pada Rotary Kiln Yuda Bakti Zainal*, Susanto Sabasri, Handoko Rusiana Iskandar Jurusan Teknik Elektro, Universitas Jenderal Achad Yani. Jl. Ters. Jend. Sudiran PO BOX 48, Ciahi, Indonesia *Korespondensi dialaatkan elalui eail yudazainal@gail.co Abstrak Rotary kiln adalah perangkat pyroprocessing yang digunakan untuk eanaskan bahan pada suhu tinggi atau kalsinasi dala suatu proses berkelanjutan. Teperatur ini berkisar dari - 35 C, dengan bahan bakar batu bara. Kendali teperatur pada rotary kiln enggunakan siste orde, sehingga kenaikan teperatur eakan waktu yang cukup laa untuk encapai steady state, oleh karena itu perlu ditabahkan kopensator atau pengendali. Siste ini akan bekerja dengan optial apabila digunakan sebuah pengendali atau kopensator yang dapat eperbaiki kinerja siste rotary kiln hingga endekati ideal dengan enggunakan karakteristik dari pengendali digital. Pendekatan pengendali digital yang dirancang harus apu encapai prosentase sipangan puncak kurang dari 5%. Metoda yang digunakan pada penelitian ini adalah etoda deskriptif yang eberikan penjelasan secara koprehensif seua inforasi yang berkaitan dengan obyek penelitian dan etoda eksperiental dengan elakukan serangkaian pengujian yang dilakukan pada siste pengendalian teperatur siste rotary kiln yang ada di Laboratoriu tekmira. Makalah ini ebahas perancangan siste kendali, siulasi dan ipleentasinya. Kopensator diancang secara digital sehingga eenuhi spesifikasi siste yang telah ditetapkan dengan prosentase sipangan puncak < 5%. Kata kunci: Kopensator, rotary kiln, teperatur. Pendahuluan Proses reduksi bijih nikel dan besi engacu pada diagra alir pebuatan spons ferro nickel dala tungku putar skala pilot plant (6 kg/ja) yang telah berhasil dikebangkan Tekira di Citatah Padalarang. Proses reduksi bijih nikel enjadi produk nugget Ferro Nickel dapat dijelaskan sebagai berikut : Bijih nikel laterit dibuat pellet koposit dengan enggunakan capuran antrasit, fluks dan binder. Pellet koposit dikeringkan dala ruang panas di ana panas berasal dari gas buang dari rotary kiln. Pellet kering keudian direduksi dala rotary kiln selaa 4 ja dengan suhu 35 o C. Rotary kiln dilengkapi dengan scoope feeder untuk engupankan batubara ke dala rotary kiln yang berputar. Posisi scoope feeder 5% dari titik pengeluaran produk. Reduksi berlangsung pada kondisi sei solid di ana Fe-Ni nugget terperangkap dala slag yang kental. Peisahan antara slag dengan produk nugget Fe-Ni enggunakan agnetic separator Rotary kiln juga dilengkapi dengan syste wet scrubber untuk enangkap debu, coal-oil burner, water pool-rake withdraw syste, closes circuit spiral classifier-ball ill, agnetic separator dan control syste[][]. Siste kendali otor spiral clasifier untuk feeding batubara pada rotary kiln dala proses pebuatan nugget ferronickle, bertujuan agar nugget ferronickle dala rotary kiln tersebut tidak hancur tetapi tetap berbentuk seperti buah jengkol. Penelitian ini difokuskan khusus pada pengendalian teperatur di rotary kiln, karena pada proses pebuatan nugget ferronickle sangat bergantung pada teperatur tinggi yang sudah dirancang sekitar 35 o C. Siste spiral clasifier yang akan dikendalikan dapat dilihat pada Gabar, diana pada kondisi ini berlaku spesifikasi siste rancangan yaitu endapatkan sipangan puncak, untuk asukkan undak < 5%. Sehingga perlu dirancang pengendali berorde agar diperoleh response keluaran teperatur yang lebih cepat dan overshoot encapai < 5%, jika pengendali orde tidak dapat eenuhi kriteria desain, aka akan diujicoba enggunakan pengendali berorde [3][4]. XX ITP Press. All rights reserved. DOI.63/PIMIMD4.7.XX-XX

2 Prosiding Seinar Nasional PIMIMD-4, ITP, Padang 87 Cakupan bahasan dala akalah ini antara lain adalah erancang pengendali berorde satu atau dua agar diperoleh response keluaran siste yang eenuhi kriteria desain, jika dengan pengendali berorde sudah eenuhi kriteria desain, aka tidak perlu lagi diujicoba enggunakan pengendali berorde karena penabahan orde tersebut akan eperlabat kinerja siste. Untuk itu untuk perlu dirancang siste pengendali digital yang apu engendalikan teperatur siste rotary kiln dengan engendalikan otor spiral clasifier.. Metoda dan Bahan Untuk erancang sebuah siste diperlukan kriteria perancangan. Adapun kriteria perancangan siste spiral clasifier untuk pengendali teperatur pada rotary kiln adalah prosentase sipangan puncak <5%, diana pengendali ini keudian diterapkan sesuai spesifikasi siste enggunakan kopensator atau pengendali Phase Lag, Phase Lead dan pengendali Lag Lead Digital[5]. A. Perancangan Waktu dan Perioda Sapling Dari odel analog siste, siste fungsi alih siste nya adalah[6] 9.6s 5. K. e Gp( s) () s Karena konstanta waktu adalah kebalikan dari agnitude pole ril dala bidang-s yaitu pada s = -/, aka konstanta waktunya adalah :.476 det () Jadi untuk pilihan konservatif, perioda sapling yang dipilih adalah sebesar T..476det (3) Selain itu akan diuji perioda sapling dengan T =.95 detik (/5 ) dan T =.94 detik (/.5 ). B. Deskripsi Siste Diskrit Setelah engetahui penguatan K, yaitu sebesar /76 aka selanjutnya kita bisa enyatakan, persaaan fungsi alih lup terbuka diskrit secara uu, yang besarnya tergantung pada perioda sapling T, sebagai berikut 9.6s z 5e G( z) (4) (76) z s Hasil siulasi respon transien siste untuk enentukan prosentase sipangan puncak dan galat keadaan tunak enggunakan MATLAB dapat dilihat dala gabar, dan Gabar. Respon transient siste kontinyu dengan overshoot 6.39%.5.5 Syste: sys Peak aplitude:.6 Overshoot (%): 6.39 At tie (seconds): Syste: sys3 Peak aplitude:.6 Overshoot (%): 6.39 At tie (seconds): 33. Syste: sys4 Peak aplitude:.6 Overshoot (%): 6.4 At tie (seconds): 33. Siste Kontinyu T=.94 detik Gabar. Respon transient siste kontinyu dan siste diskrit T =.94 detik Syste: sys4 Peak aplitude:.6 Overshoot (%): 6.4 At tie (seconds): 33. Syste: sys5 Peak aplitude:.6 Overshoot (%): 6.4 At tie (seconds): T=.95 detik T=.476 detik Gabar 3. Respon transient siste dengan T =.95 dan T =.476 detik. Sipangan puncak k dengan asing asing T di atas ditunjukkan dala tabel.

3 88 Prosiding Seinar Nasional PIMIMD-4, ITP, Padang Tabel. Kriteria spesifikasi sapling T detik Perioda Sapling (detik) Sipangan Puncak (%) T = % T = % T = % Keterangan Tidak eenuhi spesifikasi Tidak eenuhi spesifikasi Paling endekati Kriteria desain Dengan eenuhi persyaratan di atas, perancangan siste telah lengkap, jika diketahui penguatan DC kopensator a, letak pole, dan letak zero. Keudian Sebelu eulai perancangan siste terlebih dahulu harus ditentukan phase argin ( ), agar dapat, 3. Hasil dan Diskusi Sebelu asuk ke perancangan kopensator, sebaiknya kita uji terlebih dahulu siste lup tertutup dengan encoba beberapa nilai untuk variable penguatan K dengan T =.476 detik. C. Pengujian Respons Transient Gabar 4 erupakan hasil uji respon transient pada siste dengan nilai K = /8 enunjukkan bahwa siste sudah tidak sesuai dengan kriteria desain yang diinginkan. Pengujian lain yang digunakan adalah enabah variabel K, diana jika nilai K diperkecil dengan K = /85. Gabar 5. Menunjukkan bahwa walaupun nilai overshoot engecil dibawah 5% tetapi nilai set pointnya seakin engecil dibawah atau sekitar.95, sehingga untuk nilai K = /85 tetap diluar kriteria desain. D. Kopensator Phase-Lag Diskrit Dala erancang kopensator phase lag diskrit dapat ditepuh dengan beberapa langkah kerja, antara lain adalah enentukan besar frekuensi w diana sudut phase G( j ) w adalah kira-kira (-8º + + 5º). Phase argin dari siste terkopensasi kirakira akan berada pada frekuensi ini, pilih dan gunakan persaaan (5).. (5) D w w Keudian pada w kita inginkan j ) G( j ). Besar penguatan ( w w kopensator pada frekuensi tinggi adalah a wp / w (diana a adalah penguatan DC kopensator), yang selanjutnya berlaku persaaan (6). Gabar 4. Respon transient siste diskrit pada K = /8 dan T =.476 detik Gabar 5. Respon transient siste diskrit pada K = /85 dan T =.476 detik. diperoleh prosentase sipangan puncak (%) sesuai dengan spesifikasi siste yang ditentukan, adapun cara yang dipakai adalah saa dengan encari prosentase sipangan puncak pada bagian I di atas. Pilih prosentase sipangan puncak < 5 %, isalnya 4.5 %, Prosentase sipangan puncak adalah Syste: sys4 Peak aplitude:.98 Overshoot (%): 3.95 At tie (seconds): 35.6 K = /85 (Mp) = e 4.5% (7). w wp (6) a G( j ) w

4 Prosiding Seinar Nasional PIMIMD-4, ITP, Padang 89 e.45 ln Setelah endapatkan nilai, aka phase argin dapat dicari enggunakan persaaan (8) berikut. Gabar 6. Respon transient siste diskrit pada K = /76 dan T =.476 detik. Tabel. Hasil uji siste terkopensasi Phase Lag (8) Jenis Kopensato r Sipanga n Puncak Phase-Lag 4.5 % tan 66 tan Syste: sys5 Peak aplitude:.4 Overshoot (%): 4.5 At tie (seconds): Keterangan Setpoint teperatur 35 C. (.75) T =.476 detik K = / (.75) (.75) Perancangan siste kendali ekstruder diulai dengan enentukan frekuensi w, dengan enggunakan phase argin ( ) terpilih, sebagai berikut: (9) phase arg in yang diinginkan Dengan enggunakan kopensator Phase Lag, diperoleh nilai overshoot di bawah 5% atau tepatnya.33% dan hasil ini tidak epengaruhi nilai setpoint yang sudah ditetapkan atau setara dengan nilai teperatur 35 C. 4. Sipulan Suatu perancangan kendali teperatur pada siste rotary kiln telah diperoleh dengan kopensator Phase Lag dipilih untuk eenuhi spesifikasi perancangan diana prosentase sipangan puncaknya < 5% atau tepatnya 4.5%, nilai overshoot ini diperoleh pada kondisi penguatan K = /76 dan waktu T =.476 detik, dan Prosentase sipangan puncak, eenuhi spesifikasi yang telah ditetapkan dengan tetap epertahankan setpoint di teperatur 35 C. dengan nilai phase argin sebesar 66. Nilai phase argin sebesar 66 tersebut, enandakan bahwa siste ini stabil. Ucapan Teria Kasih Penulis berteria kasih kepada panitia Seinar Nasional PIMIMD-4 Intitut Teknologi Padang, yang telah ebantu epublikasikan tulisan hasil penelitian ini, Laboratoriu tekmira Bandung, dan ti yang terlibat dala proses pengujian dala penelitian ini. Referensi [] A. Baikadi, V. Runkana, and S. Subraanian, ScienceDirect Operability Operability Analysis Analysis of of Direct Direct Reduction Reduction of of Iron Coal in an Industrial Iron Ore by Coal in an Industrial Rotary Kiln, IFAC-PapersOnLine, vol. 49, no., pp , 6. [] Puslitbang Tekira, Puslitbang Tekira, kajian teperatur pada rotary kiln untuk pebuatan spons ferronickle. pp. 8, 5. [3] BPPT, Pebuatan nugget ferronickle sangat bergantung pada besar dan

5 9 Prosiding Seinar Nasional PIMIMD-4, ITP, Padang konsistensi teperatur pada rotary kiln 35 C, 5. [4] A. A. Boateng, Rotary Kilns: Transport Phenoena and Transport Processes. Elsevier Science, 5. [5] A. Navarro, I. Cañadas, and J. Rodríguez, Theral Treatent of Mercury Mine Wastes Using a Rotary Solar Kiln, Minerals, vol. 4, pp. 37 5, 4. [6] H. Gu, P. He, S. Mei, and J. Xie, Siulation on Different Proportions of Coal and Natural Gas Co-cobustion in a Rotary Lie Kiln, Int. J. Intelegent Syst. Appl., vol. 6, no. June, pp. 7 4,.