MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK APLIKASI DAN PERAWATAN MOTOR DC PADA MESIN PEREDUKSI BAJA DIVISI WIRE ROD MILL (WRM) PT KRAKATAU STEEL (PERSERO) Tbk. Milzam Andali Lababan, Susatyo Handoko ST, MT Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia ABSTRAK PT Krakatau Steel (Persero) Tbk. merupakan perusahaan manufakturing yang bergerak pada bidang pengolahan baja. Salah satu divisinya adalah Pabrik Wire Rod Mill yang mengolah billet menjadi batang kawat. Billet tersebut dipanaskan terlebih dahulu hingga lunak dan dapat dibentuk. Kemudian pada mill dilakukan proses reducting sehingga diameter dan bentuk billet sesuai dengan kebutuhan. Proses reducting pada setiap stand mill membuat billet mengalami perubahan luas penampang dan pertambahan panjang secara bertahap. Untuk itu diperlukan suatu proses pengontrolan kecepatan pada Motor DC yang menggerakkan roller pada mill. Pengontrolan ini dimaksudkan agar billet tidak mengalami buckle dan tarik, sehingga didapatkan produk yang berkualitas. Pada kawasan Roughing Mill kecepatan motor diatur berdasarkan master speed pada stand H12. Kata kunci :motor DC, Wire Rod, pengontrolan kecepatan 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang industri manufaktur yang bergerak dalam bidang pengecoran baja. PT. Krakatau Steel sudah banyak menghasilkan produk seperti: kawat baja, baja profil, plat baja maupun beja beton. Pada pabrik batang Kawat (WirE Rod Mill), produk kawat baja yang dihasilkan harus memiliki kualitas yang sesuai standart untuk dapat memenuhi kebutuhan pasar. Untuk itu pengaturan kecepatan roller mutlak diperlukan agar tidak terjadi buckle dan tarik yang dapat mempengaruhi kualitas kawat yang dihasilkan. pabrik yang satu dengan yang lainnya. Pembagian divisi / pabrik pada PT Krakatau Steel, meliputi : 1 Pabrik Besi Spons (Direct Reduction Plant / DRP) 2 Pabrik Billet Baja (Billet Steel Plant / BSP) 3 Pabrik Baja Slab (Slab Steel Plant / SSP) 4 Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill / HSM) 5 Pabrik Baja Batang Kawat ( Wire Rod Mill / WRM ) 6 Pabrik Baja Lembaran Dingin (Cold Rolling Mill / CRM) 1.2 Tujuan Makalah kerja praktek ini bertujuan untuk mempelajari aplikasi motor DC yang digunakan pada industri besar. 1.3 Pembatasan Masalah Dalam makalah kerja praktek ini penulis membatasi kajian mengenai masalah yang dibahas yakni membahas aplikasi motor DC pada divisi Wire Rod Mill PT Krakatau Steel Cilegon secara umum. 2 DASAR TEORI 2.1. Unit Produksi PT Krakatau Steel PT Krakatau Steel, Cilegon sebagai pabrik baja terpadu memiliki unit-unit produksi yang saling mendukung dan terintegrasi. proses produksi baja pada unit-unit tersebut saling berkaitan antara divisi / Gambar 1. Diagram Proses Produksi PT Krakatau Steel 2.2 Wire Rod Mill (WRM) Bahan baku yang dipergunakan untuk memproduksi batang kawat di pabrik Wire Rod PT Krakatau Steel adalah billet baja dengan penampang 130x130 mm sampai 180x180 mm dan memiliki panjang 9 m.
Selain berdasarkan ukuran, bahan baku tersebut juga dibedakan berdasarkan kandungan karbon di dalam billet. Terdapat empat jenis Billet yang digunakan yaitu Low Carbon, Medium Carbon, High Carbon, dan Electrode. Proses produksi utama pada pabrik Wire Rod mill (WRM) dibagi menjadi 3 bagian, yaitu Reheating, Deformasi dan Transformasi. 1 Reheating Pemanasan kembali atau reheating adalah proses pemanasan billet di furnace agar billet menjadi lunak sehingga mudah untuk dibentuk. Kapasitas dari furnace sendiri dapat menampung hingga 99 batang billet. Proses pembakaran pada furnace di bagi dalam 8 zone yang masing-masing zone memiliki set point(sp) temperature yang berbeda-beda. Pada proses ini billet yang telah memiliki diameter sesuai dengan pass design yang diharrapkan akan dibentuk menjadi gelang-gelang kawat menggunakan laying head. e. Finishing Blok Mill Pada proses ini kawat akan dipack sehingga mempermudah pengemasan dan dilakukan pengikatan menggunakan compactor. Pada finishing ini dilakukan poemberian nameplate yang sesuai dengan grade kualitas produk. Table 1. Set Point Tiap Zone Zone Set point( o c) Zone Set point( o c) 1 802 5 1159 2 667 6 1165 3 1062 7 1155 4 1044 8 1150 2 Deformasi Deformasi adalah pengaturan perubahan bentuk dari billet menjadi batang kawat. Pada proses ini dilakukan reduksi secara terencana (pass design) melalui beberapa roll stand untuk mendapatkan produk dengan ukuran dan bentuk yang sesuai dengan standard. Pada tahap ini billet dengan ukuran yang ada sekarang dengan diameter 130x130 mm square dideformasikan menjadi batang kawat dengan diameter 5,5 20 mm round. a. Pre-Roughing Mill Proses ini berawal setelah billet keluar dari furnace. Pada tahap ini billet mengalami discaler. b. Roughing Mill Proses ini terdiri dari 10 stand yaitu #1 sampai #10. Pada tahap ini Billet akan mengalami proses Reducting sehingga luas penampang dan bentuknya akan berubah. Pada proses ini billet juga dilakukan pemotongan di bagian kepala dan ekor menggunakan shear. Hal ini dikarenakan untuk membuang bagian retakan pada kepala dan ekor akibat proses pendinginan yang tidak merata. c. Intermediate Mill Pada bagian ini terdapat lopper yang berfungsi sebagai penyeimbang billet sehingga tidak terjadi bucle dan tarik. d. Pre-Finishing Blok Mill Gambar 2. Proses Pembuatan Batang Kawat 3 Transformasi Transformasi merupakan proses perubahan struktur dari struktur austenit menjadi struktur ferrit/perlit yang nantinya akan menentukan sifat mekanis dari batang kawat. Transformasi dilakukan dengan pendinginan yang terencana (post rolling cooling system) di stelmor conveyor. Post rolling cooling system juga mencakup pengaturan scale dan pengaturan besar butir austenit sebelum bertransformasi dengan mengatur pendingin air di water box setelah bar keluar dan roll stand terakhir. Gambar 3. Proses produksi secara umum Wire Rod Mill (WRM)
2.3 Motor DC 2.3.1 Konstruksi Motor DC Sebuah motor dc memiliki tiga komponen utama seperti yang terlihat pada gambar 2.1 Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dynamo. Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Tegangan DC dialirkan ke kumparan jangkar melalui karbon yang menempel komutator. Pada saat tegangan dialirkan ke kumparan medan di stator dengan kutub utara dan selatan buatan (elekromagnet), akan dihasilkan medan magnet statis. Motor DC berputar sebagai akibat adanya dua medan magnet yang saling berinteraksi satu sama lain. Medan pertama adalah medan magnet utama yang berada pada kumparan stator, dan medan kedua adalah medan magnet yang berada di jangkar. Gambar 5. Induksi Gaya pada Medan Koduktor Gambar 6. Proses Terjadinya Gaya Lorentz Bila sebuah kawat berarus diletakkan antara kutub magnet (Utara -Selatan) maka pada kawat itu akan bekerja gaya sehingga kawat bergerak. Gaya yang dimaksud adalah gaya yang dikenal dengan gaya Lorenz. 3. ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.1 Supply Tegangan Motor Gambar 4. Komponen Utama Motor DC 2.3.2 Prinsip Kerja Motor DC Wire Rod Mill mendapatkan tegangan supply dari Gardu Induk sebesar 30 kv. Tegangan ini kemudian diturunkan menggunakan trafo penurun tegangan. Tegangan supply ini belum dapat digunakan sebagai supply motor DC. Untuk itu diperlukan jembatan Thyristor sebagai penyearah. Terdapat dua elemen listrik pada motor DC yaitu bagian stator (kumparan medan utama) dan rotor (kumparan jangkar). Kumparan jangkar mengalirkan arus yang berasal dari komutator.
Gambar 7. Rangkaian Supply Motor DC 3.2 Analog Drive Speed Control Tegangan Reference yang diberikan oleh PLC memiliki analogi 10 Volt tegangan setara dengan 1500rpm. Menggunakan rangkaian kontrol kecepatan yang ada pada driver ini maka kecepatan yang diinginkan dapat direalisasikan. Terdapat 5 rangkaian utama pada driver ini yaitu : 1. Rangkaian trigger 2. Rangkaian PID Analog 3. Rangkaian Control Speed 4. Rangkaian Angker 5. Rangkaian Medan Fluks Selain itu terdapat pula kontaktor digital input dan output yang merupakan penghubung dengan PLC. Pada Driver Analog ini juga terdapat beberapa sistem proteksi untuk proteksi motor. 3.3 Kinerja Motor DC Pada Roughing Mill Umpan balik sistem berupa sinyal keluaran dari encoder berupa kecepatan putar motor. Umpan balik ini kemudian diolah sebagai dasar pengaturan kecepatan motor saat terdapat beban. Trafo arus digunakan sebagai umpan balik yang memberikan data arus untuk pengontrolan arus. Secara keseluruhan sistem, output berupa kecepatan putaran motor yang terukur pada tachogenerator atau encoder yang digunakan dalam penentuan parameter set point berupa pemberian tegangan di lakukan oleh pengontolan kecepatan yaitu Analog drive Speed control. 3.4 Penegereman dan pembalikan arah putaran pada Motor DC Jika mengacu pada kaidah tangan kanan Lorentz, dimana arah jari telunjuk merupakan arah medan, arah jari jempol merupakan arah arus, dan arah jari tengah merupakan arah gaya yang dihasilkan, maka proses pembalikan arah putaran motor dapat dilakukan dengan cara membalik arah arus, dan membalik arah medan. Pada pengereman motorpun juga demikian, hanya saja pada saat motor berada pada kondisi n = 0, maka proses akan dihentikan. Pada motor DC yang terdapat pada stand 11 dan stand 12 horizontal Intermediate Mill ini, pembalikan arah putaran dilakukan dengan membalikan arah medan terpisah. Pembalikan arah putaran ini dimaksudkan agar jika terjadi masalah pada proses pereduksian baja pada stand ini (terjadi cobble) maka roller mesin akan memutar balik bar baja tersebut hingga nantinya dipotong oleh Shear atau menggunakan tenaga manusia, untuk ditarik oleh crane yang nantinya akan dilebur kembali menjadi bilet dan masuk proses pembuatan batang kawat baja dari awal. Gambar 8. Diagram Kerja Motor DC Roughing Mill Gambar di atas merupakan single line diagram yang dapat menggambarkan proses kerja motor DC pada Roughing Mill. Supply berupa AC tiga fasa diturunkan tegangannya menggunakan transformator. Tegangan keluaran trafo ini kemudian masuk ke rangkaian jembatan thyristor untuk diubah ke DC. Tegangan DC inilah yang nantinya digunakan sebagai supply motor DC. Gambar 9. Rangkaian Pembalikan Arah Putaran Motor DC Stand 11
Gambar diatas merupakan rangkaian pembalikan arah putaran motor dengan membalikan polaritas medan. C1 dan C2 merupakan kontaktor yang bekerja saling berlawanan. Pada saat motor dikehendaki untuk bergerak maju, 2 kontaktor C1 akan menutup, sedangkan 2 kontaktor lainnya (C2) akan membuka. Begitu juga sebaliknya, pada saat motor dikehendaki untuk bergerak mundur, 2 buah kontaktor C2 akan menutup dan kontaktor C1 akan membuka. Pengaturan switching ini terdapat di dalam driver motor. 3.5 Perawatan Motor DC 3.5.1 Preventive maintenance Yang dimaksud dengan sistem perawatan jenis ini adalah suatu kegiatan pemeliharaan dan perawatan terhadap suatu peralatan / mesin dengan tujuan untuk mencegah / mengurangi akan terjadinya suatu kerusakan atau sebelum terjadinya kerusakan. Pada motor dc di mesin pereduksi baja, program perawatan preventive ini secara dilakukan setiap satu minggu sekali tanpa harus memperhatikan kondisi motor dc tersebut masih berfungsi secara baik ataupun tidak. Adapun perawatan yang dilakukan pada motor dc saat dilaksanakan program preventive ini adalah : 1. Pengukuran tahanan lilitan pada stator dan rotor 2. Cek kondisi kontaktor motor 3. Cek Bearing motor dan pelumasannya 4. Pengecekan dan pembersihan lamel rotor 5. Cek kondisi brush holder dari keausan dan tekanan pegas 6. Cek kondisi coupling tachodinamo 7. Cek sistem pendinginan dan air pendinginan motor 8. Cek insulation resistance 9. Cek komutator dan bersihkan dari kotoran debu 3.5.2 Predictive Maintenance Sistem perawatan ini merupakan kegiatan perawatan yang berdasarkan kondisi mesin, sistem ini tidak memiliki waktu yang periodik tetapi berdasarkan conditional base yaitu penggantian komponen/peralatan pada waktu yang telah ditentukan tanpa harus memperhatikan komponen atau peralatan tersebut masih layak pakai ataupun tidak sebelum terjadi kerusakan, baik berupa kerusakan total maupun pada sebagian mesin atau peralatan yang dapat mengganggu jalannya proses produksi maupun mempengaruhi turunnya kualitas produksi. Salah satu contoh dari kegiatan predictive maintenace ini adalah penggantian bearing dan juga penggantian grease pelumasannya setiap 3 bulan sekali. 3.5.3 Corrective Maintenance Sistem perawatan ini merupakan semua pemeliharaan yang dilakukan untuk mengoreksi suatu break down atau kegagalan yang terjadi pada motor dc pada saat bekerja. Umumnya dilakukan apabila masalah pada motor dc terjadi diluar planning, misal terjadinya break down (hambatan pada motor dc) shingga menyebabkan terjadinya gangguan pada proses pereduksian bar kawat baja. 3.5.4 Overhaul Maintenance Sistem perawatan ini merupakan perbaikan secara menyeluruh semua peralatan yang sudah tidak layak pakai (over lifetime) dengan indikasi turunnya unjuk kerja (performance) dan produktivitas peralatan yang bersangkutan. Motor dc pada mesin pereduksi baja akan diprogramkan untuk overhaul biasanya setelah melewati masa normal dari operating periode dan telah memasuki masa wearout periode atau motor dc pada mesin pereduksi baja sering terjadi kerusakan yang memerlukan waktu penggantian yang panjang. 4. KESIMPULAN Dari uraian di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada proses reduksi baja, luas penampang dan bentuk billet mengalami perubahan secara bertahap sebelum akhirnya menjadi batang kawat baja 2. Suplai tegangan dari gardu induk diturunkan secara bertahap sampai 600 volt sebelum akhirnya digunakan sebagai suplai driver motor 3. Sumber tegangan DC didapat dari penyearahan tegangan suplai AC yang dilakukan oleh 18 buah thyristor pada driver motor 4. Tegangan reference dari PLC sebesar 0-10 Volt dianalogikan dengan kecepatan putar 0-1500 rpm 5. Dengan sifatnya yang mudah dilakukan pengontrolan kecepatan, dan kepresisiannya dalam speed control, motor DC dapat diaplikasikan sebagai penggerak utama mesin pereduksi baja
6. Tachodinamo atau encoder berfungsi memperbaiki error putaran motor pada pengaturan kecepatan motor 7. Trafo arus berfungsi proteksi arus berlebih dan memperbaiki error arus yang masuk ke motor pada pengaturan kecepatan motor 8. Pengaturan arus medan (I f) atau Field weakening dapat menambah putaran motor saat tegangan sudah mencapai maksimal, namun akan mengurangi torsi motor tersebut 9. Pembalikan arah putaran motor DC dapat dilakukan dengan membalik polaritas medan terpisah 5. DAFTAR PUSTAKA [1] Smith, Ralph J., 1984, Circuits, Devices, and Systems, John Wiley & Sons, Singapore. [2] Wildi, Theodore., 1981, Electrical Machines Drives and Power Systems,Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey. [3] Berahim, Hamzah., 1996, Pengantar Teknik Tenaga Listrik Teori Ringkas dan Penyelesaian Soal, Andy Offset, Yogyakarta. [4] ABB, Commissioning PC Diagram RMC2 N2 PC3 PC4, 2012. [5] ABB, Commissioning PC Diagram RMC3 N3 PC4, 2012. [6] ABB, Installation, Commissioning and Service, 1992. [7] http://dunia-listrik.blogspot.com/ 2008/12/ motor-listrik.html BIODATA Milzam Andali L. (21060110120022). Lahir di Jakarta, 11 Desember 1992. Telah menempuh pendidikan di SDIT Thariq Bin Ziyad, Bekasi, SMPIT Thariq Bin Ziyad, Bekasi, SMA PU Albayan, Sukabumi. Dan saat ini tercatat sebagai mahasiswa Teknik Elektro Universitas Diponegoro, angkatan 2010, konsentrasi Teknik Tenaga Listrik. Menyetujui Dosen Pembimbing Susatyo Handoko, ST, MT NIP 197305262000121001