BAB II LANDASAN TEORI

7 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Boiler Boiler ( bahasa Indonesia : ketel uap ) disebut steam generator atau pembangkit uap adalah suatu unit mesin atau alat untuk menghasilkan steam. Jenis uap yang dihasilkan antara lain uap jenuh ( saturated steam ) dan uap lewat jenuh ( superheated steam ) untuk pemanasan yang dialirkan kedalam pipa pipa alat penukar panas ( heat exchanger ) atau digunakan sebagai tenaga gerak, proses membuat uap ini disebut steam raising. Bahan bakar boiler bermacam-macam tergantung dari jenis burner yang digunakan seperti batubara, minyak tanah, solar, listrik, gas, biomasa, nuklir dan lain-lain. Pemanfaatan dari mesin boiler cukup beragam tergantung dari aplikasinya, baik sebagai penggerak turbin generator pada PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), pemanas, pengering, sterilisasi dan keperluan lainnya, sedangkan mesin boiler yang ada pada PT.Gajah Tunggal Tbk jenis uap yang dihasilkan adalah uap jenuh yang panasnya digunakan untuk memasak dan mencetak karet sebelum menjadi ban pada mesin produksi curing dan untuk memanaskan oli jenis tertentu. Spesisikasi dari mesin boiler yang akan dimodifikasi sistem kontrol panelnya adalah sebagai berikut : 9

10 : STANDARDKESSEL DUISBURG Serial No : 19537 Year of Manufactur : 1992 Type : Fire Tube ( boiler pipa api ) Pressure Steam Max : 24,5 bar Capasity : 10 ton / hour ( a ) Unit mesin boiler ( b ) Skema mesin boiler Gambar 2.1 Mesin boiler 2.1.1 Klasifikasi Boiler jenis yaitu : Berdasarkan jenis bahan pengisi pada pipanya boiler dibagi menjadi dua 1. Boiler pipa api (fire tube boiler) yang mengisi pipanya adalah api. Jenis ini banyak digunakan oleh industri yang memerlukan tekanan uap relatif rendah, uap yang dihasilkannya adalah jenis saturated steam, gas panas hasil pembakaran (flue gas) mengalir melalui pipa pipa yang dibagian luarnya diselimuti air sehingga terjadi perpindahan panas dari gas panas ke air dan air berubah menjadi uap, seperti pada gambar 2.2.

11 Gambar 2.2 Skema boiler pipa api 1. boiler pipa air (water tube boiler) yang mengisi pipanya adalah air. Pada boiler jenis ini air berada didalam pipa, sedangkan gas panas berada diluar pipa. Boiler pipa air dapat beroperasi dengan tekanan yang sangat tinggi, uap yang dihasilkannya adalah superheated steam sehingga jenis ini banyak digunakan untuk industri/pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Skema boiler jenis ini seperti pada gambar 2.3. Steam Outlet Water Inlet Air And Feul Inlet Cerobong Ruang Bakar Pipa Air Gambar 2.3 Skema boiler pipa air

12 2.2 Burner Boiler Burner adalah bagian pendukung utama yang berfungsi sebagai unit pembakar untuk memasak air pada mesin boiler, hasil pembakaran baik uap yang dihasilkan, sistem keamanan dari bahaya ledakan ataupun efisiensi bahan bakar sebuah mesin boiler ditentukan oleh cara operasional yang sesuai dengan prosedur dan kualitas burnernya itu sendiri, dengan urutan tahapan cara kerjanya dikendalikan oleh burner control unit, jenis burner boiler yang digunakan pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel mesin boiler ini adalah seperti pada gambar 2.4 dengan spesifikasi : Type Burner Rating Capacity Control Voltage Main Voltage Electrical Rating : WEISHAUPT : RGL 70/2-A (dual feul oil and gas burner) : 1000 10500 kw : 220 V / 50 Hz : 380 V / 3 Phase / 50 Hz : 21 kw Gambar 2.4 Burner boiler merk WEISHAUPT

13 2.3 Burner Control Unit Burner control unit adalah sebuah alat yang dirancang untuk pengoperasian sebuah buner boiler dengan tahapan cara kerja dari fabrikasi awalnya telah diprogram secara khusus yang dikombinasikan dengan komponen lainnya seperti flame sensor, air and gas pressure switch, solenoid valve untuk bahan bakar dan servo motor yang digunakan pada burner boiler. Ada beberapa jenis burner control unit seperti jenis LFL, LAL, LGB, LMG, LFE, LMV dengan berbagai produk merk HONEYWELL, SIEMENS, LANDYS&GYR, YOKOGAWA dan lain-lain, yang digunakan pada perancangan ini adalah type LGK.16.322.A27 dengan merk SIEMENS seperti pada gambar 2.6 dan dengan basic wiring diagram seperti pada gambar 2.5. Gambar 2.5 Basic wiring diagram burner control unit LGK.322.A27

Keterangan gambar : AR : Load relay (main relay) kontak ar LK : Air damper B1 : Flame sensor M1 : Fan atau motor burner BR : Lockout relay S : Reset F : Fuse burner control S10 : Air pressure switch F4 : Pressure switch S11 : Gas pressure switch F5 : Pressure regulator T1 : Ignition transformer F6 : Pressure regulator Full Load Y1 : Solenoid valve ignition gas FR : Flame relay Y2 : Solenoid valve main gas H : Lampu kontrol lockout Y4 : Gas solenoid valve H6 : Remote indication lockout Y6 : Servo motor K1 : Kontaktor motor 14 Gambar 2.6 Burner control unit jenis LGK.322.A27 2.4 Flame Sensor Flame sensor atau flame detector pada dasarnya adalah sebuah tranduser photo yang dapat mengubah besaran arus listrik jika dikenai cahaya atau sinar. Arus listrik inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan yang ingin diukur, misalnya gelap terangnya suatu ruangan, sedangkan pada mesin boiler flame sensor dipasang dibagian depan burner sebagai bagian dari sistem keamanan boiler untuk mendeteksi ada atau tidaknya cahaya yang dihasilkan pada pembakaran, artinya jika tidak ada cahaya dari api hasil pembakaran burner boiler yang diterima oleh flame sensor baik ketika start awal (ignition) maupun pada

15 saat burner boiler sedang beroperasi, maka burner boiler harus shut down seketika. Pemilihan flame sensor berdasarkan jenis burner control yang digunakan, karena harus disesuaikan dengan spesifikasi dan karakteristik burner controlnya. Pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel mesin boiler ini jenis dari flame sensor yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.7 dan wiring diagram seperti pada gambar 2.8 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type Power : SIEMENS : QRA55.C27 : 220-240 Vac / 3,5 VA Gambar 2.7 Flame sensor jenis QRA55.C27 Gambar 2.8 Wiring diagram flame sensor jenis QRA55.C27

16 2.5 Servo Motor Servo motor, disebut juga dengan actuator, servo drive atau motor stepper adalah penggerak utama pembakaran mengatur bahan bakar gas atau solar, angin dan regulating rod pada suatu burner boiler yang besar kecilnya pembakaran tersebut dikendalikan oleh capasity regulator burner controller, pemilihan suatu servo motor sama seperti halnya pemilihan flame sensor harus disesuaikan dengan jenis burner control yang digunakan, karena kombinasi cara kerja dari fabrikasi awalnya sudah dirancang sedemikian rupa berdasarkan tahapan-tahapan operasional yang diijinkan demi faktor keamanan dan keselamatan manusia, terutama kondisi burner boiler pada saat start-up, karena pembilasan sisa bahan bakar diruang burner yang tidak sempurna pada saat start-up bisa menyebabkan bahaya ledakan. Jenis servo motor yang digunakan pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel adalah seperti pada gambar 2.9 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type Power : SIEMENS : SQM10.16562 : 220-240 Vac ( a ) Tampilan luar ( b ) Tampilan dalam Gambar 2.9 Motor servo jenis SQM10.16562

17 2.6. Smart Relay Smart relay pada dasarnya menyerupai sebuah PLC (Programmable Logic Controller) yaitu perangkat micro prosessor yang digunakan untuk menggantikan suatu rangkaian kontrol relay dengan berbagai kelebihannya, dibuat sedemikian rupa sehingga dengan hardware dan software yang ada dianalogikan untuk membuat rangkaian kontrol listrik. Hardware yang berupa gerbang-gerbang logika digunakan untuk dapat mengendalikan peralatan input kontrol seperti, limit switch, push button, relay, bahkan berupa sensor-sensor, tranducer dan peralatan input yang lain. Sofware digunakan untuk menerjemahkan rangkaian kontrol yang ada menjadi rangkaian gerbang logika dalam bentuk mnuemonik sehingga dapat dimengerti oleh CPU untuk mengendalikan alat kontrol output seperti electro motor, solenoid, magnetic contactor, display, heater, lampu dan peralatan output yang lain, hanya pada aplikasi smart relay input dan outputnya lebih terbatas, jenis dan cara pemrogramannya lebih sederhana juga pada smart relay tidak mampu membentuk jaringan komunikasi antar smart relay dan dengan komputer. Alasan menggunakan smart relay dan tidak menggunakan PLC sebagai komponen utama modifikasi sistem kontrol panel mesin boiler antara lain : 1. Programmable, artinya smart relay mudah diprogram dengan bahasa program langsung diinput pada unitnya bisa tanpa menggunakan alat atau komponen tambahan lainnya seperti consule pada PLC. 2. Kebutuhan I/O (input dan output) yang sesuai dengan perancangan awal, sehingga pemilihan dari smart relay lebih tepat guna. 3. Ukuran yang lebih sederhana dibandingkan PLC, karena antara CPU dan I/O sudah terintegrasi dalam satu unit.

18 4. Smart relay lebih mudah didapat jika terjadi kerusakan dengan penggantian sesegera mungkin, karena sebelumnya smart relay adalah spare part stok gudang pada PT.Gajah Tunggal Tbk, sehingga proses perbaikan lebih cepat ditangani dan tidak mengganggu proses produksi. 5. Smart relay memiliki kelebihan selain ukurannya yang lebih kecil dibandingkan dengan PLC yaitu adanya display pada bagian depannya, selain berfungsi untuk memonitor ladder diagram saat sedang running atau saat memasukan parameter program, memonitor input dan output yang sedang aktif, juga terdapat tampilan jam lengkap dengan hari dan tanggal. 6. Harga dari smart relay lebih murah dibandingkan dengan PLC, sehingga bisa mengurangi biaya proses modifikasi panel kontrol. Pada pemrograman smart relay terdapat metode pembacaaan rangkaian kontrol berupa ladder diagram. Aturan-aturan dalam metode pemrogramannya perlu dimengerti dan dikuasai sehingga dapat memanfaatkan kemampuannya secara optimal. Jenis smart relay yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.10 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : SCHNEIDER ELECTRIC : SR3B261FU 12 input & 8 output (200-240 VAC/50 Hz) Gambar 2.10 Smart relay merk SCHNEIDER type ZELIO LOGIC SR2A201FU

19 2.6.1 Block Diagram Smart Relay Secara umum, smart relay bekerja atas dasar sinyal input yang diterimanya dari peralatan input kontrol, dimana sinyal sinyal input ini akan diubah kedalam bentuk data digital. Setelah menjalani proses pengolahan data sesuai dengan program kontrol yang dibuat, hasilnya digunakan untuk mengaktifkan peralatan output sehingga dapat membentuk satu sistem kontrol. UNIT UNIT PROGRAM PROGRAM CPU CPU UNIT INPUT UNIT OUTPUT ALAT I / O I/O Gambar 2.11 Block diagram smart relay 2.6.2 Instruksi Dasar Smart Relay Dalam pemograman smart relay terdapat beberapa instruksi dasar yang sering digunakan dalam perancangan kontrol suatu sistem. Dalam tugas akhir ini digunakan merk Schneider yang instruksi instruksi dasarnya terdiri dari electical ladder diagram dan fungtion block diagram ( FBD ) seperti ditunjukan pada gambar 2.12 dan tabel 2.1. ( a ) Ladder ( b ) FBD Gambar 2.12 Instruksi dasar smart relay

20 Tabel 2.1 Instruksi Dasar Smart Relay Fungsi Lambang dalam rangkaian Smart Relay Tabel dasar Fungsi Ladder FBD kebenaran AND Y = A.B Hubungan seri pada kontak NO OR Y= A+B Hubungan pararel pada kontak NO NOT Inverter NAND Hubungan pararel pada kontak NC NOR Hubungan seri pada kontak NC XOR Dua kontak changeover

21 Fungsi Lambang dalam rangkaian Smart Relay Tabel dasar Fungsi Ladder FBD kebenaran XNOR Dua kontak changeover On-delay Trg T Off-delay Trg R T Pulse Trg Relay R Latching Relay Clock R K S K S R RS Pulse En Generator T Counter Up and Down R Cnt Dir Par +/-

22 2.7 Solenoid Valve Solenoid valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, solenoid valve mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust, lubang masukan, berfungsi sebagai tempat media masuk, lalu lubang keluaran berfungsi sebagai tempat media keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust, berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan media yang terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve bekerja. Prinsip kerja solenoid valve yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika coil mendapat supply tegangan maka coil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi jika solenoid tersebut bersifat normally close maka pada lubang keluaran dari solenoid valve akan keluar media yang berasal dari lubang masukan, dan akan sebaliknya jika solenoid valve bersifat normally open. Pada burner boiler jenis RGL 70/2-A karena bisa beroperasi dengan menggunakan dua bahan bakar secara bergantian yaitu gas alam dan solar, maka solenoid valve yang digunakan juga terdiri dari dua jenis, yaitu untuk media berbahan bakar gas dan solar yang masing-masing terdiri dari dua jenis yaitu untuk penyalaan pertama ( ignition solenoid valve ) dan solenoid valve untuk penyalaan utama ( main solenoid valve ). Prinsip kerja kedua jenis solenoid valve tersebut pada dasarnya sama hanya spesifikasi teknis yang berbeda dengan struktur fungsi seperti dijelaskan pada gambar 2.13.

23 Keterangan gambar : 1. Valve Body 2. Terminal masukan (Inlet Port) 3. Terminal keluaran (Outlet Port) 4. Coil / kumparan solenoida 5. Core / inti besi 6. Kabel supply tegangan 7. Plunger 8. Spring 9. Lubang / exhaust Gambar 2.13 Struktur fungsi solenoid valve 2.7.1 Gas Solenoid Valve Ada beberapa jenis solenoid valve yang digunakan pada burner boiler type RGL70/2-A jika pembakaran menggunakan bahan bakar gas diantaranya ignition gas solenoid valve, main gas and gas operation solenoid valve dan blow of gas solenoid valve yang semuanya itu mempunyai cara kerja dan fungsi masingmasing, dengan skema sistem bahan bakar gas seperti pada gambar 2.14. 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 Keterangan gambar : 1. Ball valve 2. Gas filter 3. Pressure regulator 4. Gas pressure switch, min 5. Main and gas solenoid valve 6. Gas butterfly valve 7. Pressure gauge 8. Blow of gas solenoid valve 9. Ignition solenoid valve 10. Burner boiler Gambar 2.14 Skema sistem burner type RGL70/2-A bahan bakar gas

24 2.7.1.1 Ignition Gas Solenoid Valve Seperti namanya solenoid valve ini digunakan untuk penyalaan awal boiler pada saat menggunakan bahan bakar gas, jenis solenoid valve ini bersifat normally close, cara kerjanya hanya sesaat setelah burner boiler menyala solenoid valve ini akan kembali keposisi awal. Jenis ignition gas solenoid valve yang digunakan pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel boiler ini adalah seperti pada gambar 2.15 dengan spesifikasi sebagai berikut : : DUNGS Type : SV-D 507 Magn NR. 100 Art NR. 059592 Power : 220 VAC 50-60 Hz ( 25 VA ) Gambar 2.15 Igniton gas solenoid valve 2.7.1.2 Main Gas and Gas operation Solenoid Valve Kedua jenis solenoid valve ini sama identik hanya tata letak, fungsi dan tahapan kerjanya saja yang membedakan antara main gas solenoid valve dan gas operation solenoid valve, keduanya bersifat normally close ( valve akan membuka jika mendapatkan supply tegangan pada kumparannya ) dan hanya bekerja ketika burner boiler menggunakan bahan bakar gas, tahapan cara kerja main gas solenoid

25 valve bekerja bersamaan dengan ignition solenoid valve dan seterusnya bekerja selama burner boiler masih beroperasi menggunakan bahan bakar gas, sedangkan gas operation solenoid valve akan bekerja setelah burner boiler benar-benar menyala ( flame sensor menerima api ) yang dihasilkan dari main gas dan ignition solenoid valve, beberapa saat kemudian setelah gas operation solenoid valve bekerja maka ignition solenoid valve akan mati sesuai dengan tahapan waktu cara kerja burner kontrol yang sudah diprogram secara terperinci, maka nyala api pada burner boiler akan semakin membesar, jadi pada kondisi normal pembakaran burner boiler menyala menggunakan bahan bakar gas solenoid valve yang bekerja adalah yang main gas dan gas operation solenoid valve. Jenis solenoid valve tersebut diatas adalah seperti pada gambar 2.16 dengan spesifikasi sebagai berikut : : DUNGS Type : MVD 2100/5 Magn NR. 550 Art NR. 086181 Power : 220 VAC 50-60 Hz ( 100 VA ) Gambar 2.16 Main gas and gas operation solenoid valve

26 2.7.1.3 Blow Off Gas Solenoid Valve Solenoid valve gas ini berbeda dengan solenoid valve gas sebelumnya baik cara kerja ataupun karakteristiknya, jenis solenoid valve ini bersifat normally open bekerja bersamaan dengan main gas solenoid valve baik hidup ataupun matinya berfungsi hanya untuk membuang sisa gas yang terjebak ke atmosfer antara main gas dengan gas operation solenoid valve, berfungsi sebagai pengaman karena dihawatirkan ada kebocoran pada main gas valve dan operation gas valve yang berdampak ledakkan pada burner boiler jika pembilasan pada saat start up awal tidak sempurna. Jenis blow off gas solenoid valve tersebut diatas adalah seperti pada gambar 2.17 dengan spesifikasi merk DUNGS ; Type Magn NR. 100 Art NR. 060822 ; power 220 VAC 50-60 Hz (15 VA). Gambar 2.17 Blow off gas solenoid valve 2.7.2 Oil Solenoid Valve Pada burner boiler type RGL 70/2-A ketika burner menggunakan bahan bakar solar ada dua jenis oil solenoid valve yang digunakan diantaranya oil nozle head solenoid valve dan oil supply and return solenoid valve yang semuanya mempunyai cara kerja dan fungsi masing-masing, dengan skema dasar piping sistem burner seperti pada gambar 2.18.

27 7 5 4 Keterangan gambar : 1. Pump without solenoid valve fitted 2. Solenoid valve oil supply 3. Solenoid valve oil return 4. Solenoid valve oil nozzle head 5. Oil regulator 6. Filter 7. Pressure switch oil return piping Gambar 2.18 Skema sistem burner type RGL70/2-A untuk bahan bakar solar 2.7.2.1 Oil Nozle Head Solenoid Valve Jenis solenoid valve ini dipasang pada nozle head burner boiler, bersifat normally close dan bekerja ketika burner boiler yang berfungsi sebagai ujung penyalur utama bahan bakar solar yang selanjutnya solar tersebut akan di kabutkan untuk menghasilkan api pembakaran burner yang sempurna. Jenis oil nozle head solenoid valve yang dimaksud diatas adalah seperti pada gambar 2.19 dengan spesifikasi sebagai berikut : : DUNGS Type : Magn NR. ZM 400-1 Art NR. 221222 Power : 230 VAC 50-60 Hz ( 100 VA ) Gambar 2.19 Oil nozle head solenoid valve

28 2.7.2.2 Oil Supply and Return Solenoid Valve Kedua jenis solenoid valve ini sama identik baik spesifikasi dan karakteristik hanya tata letaknya yang membedakan mana supply atau return, bersifat normally close dan hanya bekerja pada saat burner boiler menggunakan bahan bakar solar keduanya bekerja bersamaan dengan oil nozle head solenoid valve baik pada saat ignition awal dan pembakaran seterusnya dan juga akan lepas bersamaan pada saat burner boiler di shut down. Jenis oil supply and return solenoid valve yang dimaksud diatas adalah seperti pada gambar 2.20 dengan spesifikasi sebagai berikut : : WEISHAUPT Type : 604525 Power : 115 VAC 50 Hz / 120 VAC 60 Hz ( 20 W ) Gambar 2.20 Oil supply and return solenoid valve 2.8 Oil Feul Pump Magnetic Coil Coupling Seperti halnya solenoid valve, magnetic coil coupling bekerja berdasarkan medan magnet buatan yang dihasilkan kumparan pada saat mendapat supply tegangan, dipasang antara pompa solar dan fan blower burner yang disambung dengan mengunakan poros oil pump coupling, berfungsi sebagai couple untuk memutarkan oil feul pump dan bekerja bersamaan dengan fan blower burner pada saat burner beroperasi menggunakan bahan bakar solar.

29 Power input tegangan untuk magnetic coil coupling bersifat DC, sehingga diperlukan power supply yang digunakan untuk mengerjakannya. Jenis oil feul pump magnetic coil coupling yang dimaksud adalah seperti pada gambar 2.21 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : WEISHAUPT : WMK30 Power : 24 VDC ( 37 W ) Gambar 2.21 Oil feul pump magnetic coil coupling 2.8.1 Power Supply Oil Feul Pump Magnetic Coil Coupling Karena keluaran power tegangan jala jala pada kontrol panel adalah tegangan AC sedangkan kebutuhan input power untuk oil feul pump magnetic coil coupling oil feul pump adalah tegangan DC maka pada sistem rangkaiannya dipasang power supply agar dapat mengerjakan magnetic coil coupling oil feul pump tersebut. Power supply yang digunakan pada dasarnya bisa menggunakan jenis apapun yang penting disesuaikan dengan kebutuhan magnetic coil couplingnya, sedangkan jenis power supply yang digunakan pada perancangan modifikasi kontrol panel ini adalah bawaan mesin yang dipasang pada burner boiler

30 berdampingan dengan magnetic coil couplingnya seperti pada gambar 2.22 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : WEISHAUPT : DG/2 Power input : 220-240 VAC / 50 Hz Power output : 24 VDC (5 Amper) Gambar 2.22 Power Supply oil feul pump magnetic coil coupling 2.9 Pressure Switch Pressure switch adalah alat yang digunakan untuk membatasi besaran tekanan yang diijinkan pada suatu sistem rangkaian kontrol listrik, yang selanjutnya memberikan sinyal berupa kontak yang terintegrasi didalamnya dan akan diteruskan pada sistem selanjutnya. Pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel mesin boiler ini ada beberapa pressure switch yang digunakan, antara lain : 2.9.1 Gas pressure Switch Gas pressure switch adalah alat yang dipasang pada pipa utama bahan bakar gas ( main pipe gas ) yang digunakan sebagai pengaman pada burner boiler

31 yang memberikan informasi pada rangkaian kontrol mengenai kondisi tekanan gas tersedia atau yang sedang digunakan berdasarkan settingan, dalam hal ini pemasangannya digunakan untuk membatasi besaran tekanan gas terendah yang diijinkan pada operasional burner boiler jika tekanan gas dibawah parameter setting, maka burner boiler harus shut down seketika, jika tidak burner akan high vibration sebelum akhirnya akan shut down. Jenis gas pressure switch yang digunakan pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel boiler ini adalah seperti pada gambar 2.23 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : DUNGS : GW50A2 Pressure range : 2,5 50 mbar Gambar 2.23 Gas pressure switch type GW50A2 2.9.2 Air Pressure Switch Cara kerja dan karakteristik dari air pressure switch sama dengan gas pressure switch, hanya pada air pressure switch objek yang diukur adalah besaran angin yang dipasang pada badan burner boiler. Seperti pada gas pressure swich, air pressure swich juga digunakan untuk membatasi besaran tekanan angin

32 terendah yang diijinkan pada operasional burner boiler jika tekanan angin dibawah seting, maka burner boiler harus shut down seketika. Jenis air pressure switch yang digunakan pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel boiler ini adalah seperti pada gambar 2.24 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : DUNGS : LGW50A2 Pressure range : 2,5 50 mbar Gambar 2.24 Air pressure switch type LGW50A2 2.9.3 Oil Return Piping Pressure Switch Pressure swich ini dipasang pada pipa pengembalian bahan bakar solar berfungsi untuk membatasi tekanan kembalian pada pompa solar agar tidak melebihi settingan yang diijinkan, karena jika pressure ini tinggi menandakan ada kelainan atau sumbatan pada saluran pengembalian yang selanjutnya burner boiler harus shut down seketika. Jenis oil return piping pressure switch yang digunakan pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel boiler ini adalah seperti pada gambar 2.25 memiliki display dengan empat seven segment yang berfungsi untuk melihat

33 tekanan aktual pipa kembalian pompa solar secara langsung pada saat burner boiler beroperasi dengan spesifikasi sebagai berikut : Type Power : IFM : efector PN7004 (0 10 bar) : 18-30 VDC Gambar 2.25 Digital pressure switch merk IFM type PN7004 2.9.4 Final and Over Pressure Switch Adalah pressure switch yang dipasang pada tabung boiler seperti halnya manometer yang berfungsi sebagai pengaman boiler dari tekanan uap yang berlebih, baik final pressure switch atau over pressure switch mempunyai karakteristik yang sama yaitu membatasi nilai tekanan uap boiler agar tidak melebihi batas maksimal tekanan uap yang diijinkan, jika tekanan uap melebihi parameter setting dari pressure switch maka burner boiler harus shut down. Jenis pressure switch yang digunakan sebagai final pressure dan over pressure adalah seperti pada ganbar 2.26 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : HONEYWELL : PRESURETROL L404F1235 Pressure range : 20-300 psi ( 1,38-20,68 bar )

34 Gambar 2.26 Pressure switch merk Honeywell 2.10 Capacity Regulator Burner Capacity regulator burner adalah alat yang dipasang pada panel kontrol yang berfungsi untuk mengendalikan motor servo dan mengatur otomasi pembakaran burner boiler agar stabil pada parameter setpoint yang diinginkan, dasar dari otomasi pengaturan pembakarannya adalah nilai tekanan uap yang dihasilkan tabung boiler, artinya capacity regulator burner akan memerintahkan motor servo bergerak turun untuk mengecilkan pembakaran burner boiler pada saat nilai tekanan uap diatas parameter setpoint dan akan bekerja sebaliknya pada saat nilai tekanan uap dibawah parameter setpoint, sehingga nilai tekanan uap akan terus stabil berdasarkan kebutuhan, jika pembakaran semakin mengecil akan tetapi tekanan uap semakin meningkat, alat ini dilengkapi dengan output relay yang akan menjadikan burner shut down secara tiba tiba. Pada dasarnya capacity regulator burner yang digunakan pada perancangan modifikasi panel ini adalah alat kontrol yang bersifat universal yang bisa digunakan sebagai kontrol tekanan, suhu, besaran listrik, dan sebagainya tergantung dari input sensor atau tranducer yang digunakan, artinya alat ini tidak akan berfungsi tanpa dikombinasikan dengan input sensor atau tranducer, karena

35 nilai tekanan uap yang dijadikan parameter setpoint dari otomasi kontrolnya, maka input yang digunakan adalah pressure tranducer. Jenis dari capacity regulator burner controller yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.27 dengan spesifikasi sebagai berikut : : WEISHAUPT Type : KS 40-1 ( 48 x 96 mm ) Power : 230 VAC 50 Hz Gambar 2.27 Capacity regulator burner controller merk WEISHAUPT 2.11 Pressure Tranducer Pressure tranducer adalah alat yang digunakan untuk menyalurkan besaran tekanan menjadi besaran lain dalam hal ini besaran arus listrik dalam satuan mili amper (sesuai dengan spesifikasi) tanpa merubah nilai dasar dari besaran tekanan tersebut, artinya sebuah tranducer ideal perubahan output akan bersifat linear terhadap perubahan inputnya. Pressure tranducer ini dipasang pada tabung boiler seperti pada final and over pressure switch, dan seperti telah disampaikan sebelumnya pressure tranducer tersebut diatas digunakan sebagai

36 bagian otomasi dari capacity regulator burner yang memiliki besaran nilai output bersifat analog bekerja berdasarkan kondisi aktual tekanan uap pada tabung boiler. Pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel boiler ini pressure tranducer yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.28 dengan spesifikasi sebagai berikut : : JUMO Type : 401001/000 Power/Input : 10-30 VDC ( 0-40 bar ) Output : 4-20 ma Gambar 2.28 Pressure tranducer merk JUMO 2.12 Ignition Transformer Ignition tranformer adalah trafo yang digunakan burner boiler pada saat penyalaan awal operasional burner boiler, jadi ignition trafo ini bekerja hanya beberapa saat yang seterusnya setelah burner boiler menyala pembakaran dilanjutkan oleh bahan bakar, suatu ignition trafo tidak akan berfungsi tanpa dikombinasikan dengan ignition electrode yang berfungsi untuk memfokuskan titik api pada saat penyalaan awal pada burner boiler, jadi ignition trafo

37 merupakan bagian dari sistem ignition unit yang terintegrasi dengan burner boiler. Jenis ignition transformer yang digunakan pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel mesin boiler ini adalah seperti pada ganbar 2.29 dengan spesifikasi sebagai berikut : : WEISHAUPT Type : W-ZG 02 Power : - Primer : 230 VAC ( 50/60 Hz ) 110 VA - Sekunder : 2 x 9 kv Gambar 2.29 Ignition transformer merk Weishaupt 2.13 Ignition Electrode Seperti dijelaskan diatas ignition electrode adalah bagian dari ignition unit pada burner boiler yang berfungsi sebagai alat untuk memfokuskan titik api yang dihasilkan oleh ignition transformer, disambung dengan menggunakan connector pada sisi sekunder ignition trafo dan diletakan satu pasang ( kiri dan kanan ) pada nozzle head burner boiler untuk menyalakan burner boiler pada saat pembakaran awal.

38 Jenis ignition electrode yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.30 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : WEISHAUPT : Gr.70 Part No. : - kiri : 1119741007/7 - kanan : 1119741008/7 Gambar 2.30 Ignition electrode merk Weishaupt 2.14 Water Level Controller and Limiter Water level controller and limiter pada mesin boiler dipasang untuk mengendalikan kondisi air pada ruang air boiler agar stabil pada batasan yang telah ditentukan, pemasangan dan setting alat ini yang dikombinasikan dengan magnetic switch sangat penting dikarenakan air sebagai media yang dimasak untuk menghasilkan uap adalah objek utama pembakaran, sehingga jika terjadi kerusakan atau kesalahan pada pemasangannya akan berdampak over heating pada tabung boiler atau bahkan bahaya ledakan yang mengancam keselamatan manusia dan lingkungan. Pada perancangan modifikasi sistem kontrol ini, ada dua jenis water level controller and limiter yang dipasang pada tabung boiler yaitu water level electrode dan adjustable float magneric switch hal ini guna menciptakan sistem keamanan bertingkat dengan cara kerja pada dasarnya sama yaitu mengendalikan start-stop water feed pump dan memberikan signal alarm peringatan atau bahkan

39 mematikan kontrol panel burner jika terjadi kelainan kondisi batasan level air pada tabung boiler, misalkan pada kondisi low water dan hight water. 2.14.1 Water Level Electrode Pada dasarnya water level electrode adalah beberapa batang besi stainless yang panjangnya bisa diatur tergantung dari batasan level air yang dibutuhkan, sedangkan pada perancangan ini menggunakan jenis water level electrode seperti pada gambar 2.31 dengan empat electrode dan satu pentanahan (lima kabel), spesifikasi dari water level electrode yang dimaksud adalah sebagai berikut : : GESTRA Type : ER 56-1 Pressure : 32 bar at 238 o C Suatu water level electrode dipasang pada tabung boiler yang harus dikombinasikan dengan water level control yang berfungsi sebagai penerima umpan signal masukan dari electrode, meneruskan pada rangkaian kontrol panel dan selanjutnya memutuskan eksekusi apakah yang harus dilakukan. Gambar 2.31 Water level electrode merk GESTRA type ER 56-1

40 2.14.2 Floatless Water Level Control Seperti dijelaskan diatas bahwa water level control adalah pasangan dari water level electrode yang keberadaan keduanya tidak dapat dipisahkan, hanya pada floatless water level control diletakan di panel kontrol menggunakan mounting rail guna memudahkan perawatan dan dalam pembuatan rangkaian kontrol panelnya. Jenis floatless water level kontrol yang digunakan pada perancangan modifikasi panel kontrol mesin boiler ini adalah seperti pada gambar 2.32 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type Power : OMRON : 61F-G1N atau 61F-G1-AP : 220 VAC / 50 Hz Gambar 2.32 Floatless water level control merk omron type 61F-G1N 2.14.3 Adjustable Float Magnetic Level Switch Seperti water level electrode, adjustable magnetic switch dipasang pada tabung boiler dengan fungsi yang sama dan cara keja yang berbeda, pada dasarnya sebuah adjustable magnetic switch terdiri dari pelampung yang terbuat dari besi

41 stainless tahan karat bekerja naik-turun berdasarkan kondisi level air pada tabung boiler, dibagian atasnya terdapat magnet yang berfungsi sebagai penghubung antara magnetic switch dengan rangkaian kontrol. Gambar 2.33 Magnetic switch merk IGEMA Jenis adjustable magnetic switch yang digunakan pada perancangan modifikasi kontrol panel mesin boiler ini adalah seperti pada gambar 2.34 dengan merk IGEMA, type RBA 32. Gambar 2.34 Adjustable Float Magnetic Level Switch 2.15 Electro Motor Electro motor adalah komponen yang digunakan sebagai penggerak utama seperti pada pompa, kipas angin, blower, mixer, compressor dan sebagainya, sedangkan electro motor yang dimaksud disini adalah sebagai pemutar atau penggerak pada fan burner atau blower burner boiler dan water feed pump

42 dengan jenis electro motor induksi asinkron dengan rotor sangkar tupai seperti pada gambar 2.35 lengkap dengan potongan bagian-bagiannya. Gambar 2.35 Potongan bagian-bagian induction electro motor 2.15.1 Electro Motor Burner Blower Adalah electro motor yang digunakan pada blower burner boiler yang berfungsi sebagai kipas untuk meniup api yang keluar dari nozzle head atau dari saluran bahan bakar agar api yang menyala pada burner lebih merata dan terarah pada bagian tengah tabung boiler. Electro motor ini bekerja dengan kecepatan stabil tidak berubah sejak pertama burner di start dan electro motor terhubung delta, pada saat pembilasan bahan bakar, pembakaran burner, sampai dengan di shut down kembali. Jenis electro motor yang digunakan pada burner boiler type RGL 70/2-A adalah seperti pada gambar 2.36 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type Power Speed : WEISHAUPT : W-D160/240-2/22K0 : 22 kw, 380-415 VAC (50-60 Hz), 43 A : 2940 1/min

44 43 Gambar 2.36 Electro motor burner boiler 2.15.2 Electro Motor Water Feed Pump Adalah electro motor yang digunakan untuk menggerakan pompa pengisian air untuk tabung boiler, pada mesin boiler biasanya terdapat dua pompa air pengisian begitu juga pada boiler yang ada pada PT. Gajah Tunggal Tbk karena bekerja secara bergantian dengan salah satunya sebagai cadangan. Jenis electro motor yang digunakan pada pompa pengisian air tersebut diatas adalah seperti pada gambar 2.37 dengan spesifikasi sebagai berikut : : SIEMENS Type : 1LG0206-2AA7 0-Z Power : 30 kw, 380 VAC/50 Hz Rpm : 2950 1/min ( 2 Pole ) Gambar 2.37 Electro motor berikut pompa pengisian air boiler

45 44 2.16 Sprare Part Pendukung Panel Adalah komponen-komponen yang biasa digunakan sebagai pendukung pada sebuah panel kontrol seperti pemutus, magnetic kontactor, relay, thermal overload relay, time delay relay, power supply, engine hours, push button, pilot lamp, selectror switch dan sirine (baby siren). Spare part pendukung tersebut terdiri dari beragam jenis pilhan dan merk yang dapat digunakan, pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel mesin boiler ini menggunakan spare part yang mudah didapat pada gudang spare part di PT.Gajah Tunggal Tbk tanpa mengabaikan syarat-syarat yang telah ditetapkan pada PUIL 2000 (Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000), sehingga kedepan diharapkan dapat memudahkan dalam perawatan, perbaikan, dan penggantiannya jika terjadi kerusakan. Dasar pemilihan spare part pendukung kontrol panel agar lebih tepat guna dan aman sesuai dengan kebutuhan seperti dijelaskan pada PUIL 2000 adalah pemakaian beban dari spare part utama, dengan memperhatikan KHA (kemampuan hantar arus) atau spesifikasi elektrik dari spare part utama. 2.16.1 Pemutus Adalah komponen yang berfungsi untuk mengamankan arus lebih yang disebabkan terjadinya beban lebih atau adanya hubung singkat dengan demikian prinsip kerjanya yaitu untuk pemutusan hubungan yang disebabkan beban lebih dengan relay thermis digunakan bimetal, dan pengaman hubung singkat dengan relay arus lebih seketika digunakan elektro magnet. Pemutus pada panel kontrol terdiri dari dua jenis yaitu pemutus rangkaian kontrol listrik menggunakan MCB ( miniature circuit breaker ) dan pemutus rangkaian daya atau power menggunakan NFB (no fuse breaker) dengan prinsip

46 45 kerja keduanya sama yaitu sebagai pengaman beban lebih atau pembatas arus dan sebagai pengaman hubung singkat, keduanya digunakan untuk melokalisasi proteksi pada suatu rangkaian baik rangkaian kontrol atau rangkaian daya, sehingga lebih memudahkan menganalisa kerusakan yang terjadi. Jenis pemutus yang digunakan pada perancangan panel ini adalah seperti pada gambar 2.38 dengan spesifikasi sebagai berikut: MCB merk : SCHNEIDER Type : C60N ; Rating : 2, 4 dan 6 Amper (untuk rangkaian kontrol) NFB merk : MITSUBISHI Rating 100 A : Type NF100-CW ; kapasitas : 100 Amper (untuk power electro motor water feed pump 2 buah dan power electro motor blower burner boiler 1 buah) Rating 250 A : Type NF250-CW ; kapasitas : 250 Amper (untuk main power kontrol panel 1 buah) a.mcb b. NFB Gambar 2.38 Pemutus

47 46 2.16.2 Kontaktor (Magnetic Contactor) Alat ini merupakan pendistribusi arus listrik yang digunakan pada rangkaian daya yang bekerja secara mekanis dengan bantuan induksi magnet, delengkapi dengan gulungan yang akan menghasilkan magnet jika diberi arus listrik baik AC atau DC, sehingga katup yang sebelumnya terbuka menjadi tertutup atau sebaliknya karena gaya tarik magnet tersebut dan arus listrik yang dibutuhkan akan mengalir melalui pertemuan katup-katupnya. Pemilihan kontaktor berdasarkan beban atau dalam hal ini electro motor yang digunakan, dengan rating kemampuan menghantarkan arus harus lebih besar dibandingkan dengan beban yang dikendalikan. Pada perancangan modifikasi ini, kontaktor dihubungkan secara star-delta pada EM blower burner dan EM water feed pump, jenis kontaktor yang digunakan seperti pada gambar 2.39 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type Type Power : TELEMECANIQUE : LC1D80 (kontaktor utama dan delta) : LC1D65 (kontaktor star) : 230 VAC/50 Hz Gambar 2.39 Magnetic contactor merk TELEMECANIQUE

48 47 2.16.3 Relay `Prinsip kerja sebuah relay sama dengan kontaktor, hanya pada relay kemampuan hantar arusnya relatif lebih kecil dibandingkan dengan kontakor, jadi relay biasa digunakan untuk rangkaian kendali dan sebagai kontak bantu rangkaian output pada smart relay. Ada dua jenis relay yang digunakan, yaitu seperti pada gambar 2.40 dengan spesifikasi sebagai berikut : a. : OMRON Type : MY4 (200-240 VAC 50 Hz) dan 24 VDC (14R9) b. : SIEMENS Type : 3TH42 (200-240 VAC/50 Hz) a. Relay merk Omron b. Kontaktor relay merk Siemens Gambar 2.40 Relay dan kontaktor relay 2.16.4 TOR (Thermal Overload Relay) Adalah relay yang digunakan untuk pengaman terhadap beban lebih dalam hal ini elektro motor, bekerja berdasarkan panas akibat arus yang melebihi nilai nominal, karena panas bimetal yang terdapat pada TOR akan merubah energi panas tersebut menjadi energi mekanis untuk menggerakan kontak-kontak yang

49 48 terintegrasi didalamnya, jika terjadi beban lebih maka kontak tersebutlah yang akan memutuskan atau memberikan informasi pada rangkaian kontrol telah terjadi beban lebih pada elektro motor. Untuk mengembalikan kontak ke posisi semula dengan menekan tombol reset yang terdapat pada bagian depan TOR tersebut. Jenis TOR yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.41 dengan spesifikasi sebagai berikut : TYPE Rating : FUJI ELECTRIK : TR-N5/3 : 26 34 A (2 buah) untuk water feed pump 18 26 A (1 buah) untuk blower burner Gambar 2.41 Thermal over load relay 2.16.5 TDR (Time Delay Relay) Biasa disebut dengan timer switch adalah alat yang digunakan untuk memutuskan atau menghubungkan arus listrik dalam selang waktu yang ditentukan, pada perancangan ini timer switch digunakan adalah jenis ON delay yang berfungsi sebagai pemutus hubungan bintang pada rangkaian star-delta EM.

50 49 Jenis TDR yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.42 dengan spesifikasi sebagai berikut : TYPE Power : OMRON : H3CR : 100 240 VAC/50 60 Hz Gambar 2.42 Time delay relay merk OMRON Type H3CR 2.16.6 Power Supply Power supply atau catu daya adalah rangkaian atau piranti alat yang berfungsi memberikan supply tegangan listrik pada peralatan lain sesuai dengan spesifikasi atau kebutuhan peralatan yang dilayani, power supply yang dimaksud disini adalah suatu penyearah dari rangkaian AC (arus bolak balik) ke DC (arus searah). Jenis power supply yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.43 dengan spesifikasi sebagai berikut : TYPE Power Input : IDEC : PS5R-SF-24 : 100 240 Vac / 50 60 Hz (1,8 Amper) Power Output : 24 VDC (5 Amper / 120 Watt)

51 50 Gambar 2.43 Power supply merk IDEC 2.16.7 Engine Hours Engine hours disebut juga hours meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur seberapa lama suatu mesin telah beroperasi dalam satuan jam, dipasang bisanya untuk menentukan atau mengetahui jadwal dari perawatan suatu mesin. Pada perancangan ini ada lima buah engine hours yang dipasang diantaranya digunakan untuk burner operation, dua buah untuk feed pump operation, oil operation dan gas operation. Jenis dari engine hours yang dimaksud adalah seperti pada gambar 2.44 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type Power : GRASSLIN : taxxo 10223050 UWZ48 : 220 240 VAC / 50 Hz Gambar 2.44 Engine hours merk GRASSLIN

52 51 2.16.8 Pilot Lamp and Illuminated Push Button Pilot lamp, pilot light atau indicator lamp adalah lampu yang biasanya digunakan pada panel untuk mengetahui statusnya. Push button atau command switch dalah sebuah tombol tekan yang berfungsi sebagai saklar yang didalamnya terdapat kontak - kontak baik NO (normally open) ataupun NC (normally close) yang apabila ditekan knopnya blok kontak tersebut akan berpindah posisi dan jika dilepas kontak akan kembali keposisi awal. Push button bersifat hanya memberikan trigger pada rangkaian kontrol dan digunakan biasanya untuk start dan stop suatu mesin. Sedangkan illuminated push button adalah push button yang terintegrasi pilot lamp didalamnya. Jenis dari pilot lamp dan illuminatted push button yang dimaksud adalah seperti pada gambar 2.45 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : FUJI ELECTRIC : DR22DOL (Pilot lamp) AR22EOL (illuminatted push button) Spesifikasi : 220 VAC / 50 Hz a. Pilot lamp b. Illuminate push button Gambar 2.45 Pilot lamp and illuminate push button

53 52 2.16.9 Selector Switch Adalah saklar pilih yang digunakan pada kontrol panel listrik untuk memilih atau menentukan operasional suatu mesin. Ada beberapa jenis dan merk dari selector switch yang beredar dipasaran, pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel boiler ini ada tiga jenis selector switch yang digunakan antara lain dua, tiga dan empat posisi seperti pada gambar 2.46 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : KRAUS & NAIMER : CA4 S00 (2 posisi) ; CL4 (3 posisi) ; CA4-1 (4 posisi) Gambar 2.46 Selector switch merk KRAUS & NAIMER 2.16.10 Amper Meter Digital Adalah alat yang digunakan untuk mengukur besaran arus listrik baik AC maupun DC yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik, dalam hal ini digunakan untuk mengukur arus bulak balik atau AC ( alternating current ). Amper meter dipasang untuk memudahkan operator tidak hanya untuk memonitor besaran arus listrik, tetapi juga untuk mengetahui besarnya pembakaran yang sedang berlangsung pada burner boiler, artinya semakin besar pembakaran, semakin besar arus yang akan ditampilkan pada amper meter digital.

54 53 Suatu amper meter pasti memerlukan sebuah input yaitu trafo arus atau curent transformator (CT), dalam hal ini menggunakan jenis low voltage curent transformator (LVCT) karena hanya dapat bekerja pada kisaran tegangan rendah maksimum 1000 VAC, kedua komponen ini merupakan satu kesatuan yang tidak dapat dipisahkan, artinya amper meter tidak akan berfungsi tanpa CT, pada perancangan modifikasi panel ini menggunakan CT dengan ratio 200/5 A yang disesuaikan dengan kapasitas beban maksimum pada rangkain. Jenis dari amper meter digital dan CT yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.47 dengan spesifikasi sebagai berikut: Type Power : OMRON : K3HB-XAA : 100-230 VAC a. Amper meter digital b. Trafo arus Gambar 2.47 Amper meter digital dan trafo arus 2.16.11 Baby Siren Disebut juga dengan bell, sirene, buzzer atau horn adalah alat yang dipasang pada kontrol panel yang berfungsi sebagai alarm atau tanda peringatan jika terjadi gejala diluar batas kewajaran suatu mesin atau lingkungan sekitar,

55 54 sehingga gejala ketidak wajaran tersebut diharapkan dapat segera diketahui dan diatasi. Jenis baby siren yang dimaksud diatas adalah seperti pada gambar 2.48 dengan spesifikasi sebagai berikut : Type : YAHAGI : BS-230 ; 230 VAC / 50 Hz Gambar 2.48 Baby siren merk YAHAGI