Instrumentasi INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1. Instrumentasi

Pengoperasian suatu pabrik kimia harus memenuhi beberapa persyaratan yang ditetapkan dalam perancangannya. Persyaratan tersebut meliputi : a. Keselamatan b. Spesifikasi produk c. Peraturan mengenai lingkungan hidup d. Kendala operasional e. Ekonomi Pemenuhan persyaratan tersebut berhadapan dengan keadaan lingkungan yang berubah-ubah, yang dapat mempengaruhi jalannya proses atau yang disebut distrubance gangguan Stephanopoulus,1984. Adanya gangguan tersebut menuntut penting dilakukannya pemantauan secara terus-menerus maupun pengendalian terhadap jalannya operasi suatu pabrik kimia untuk menjamin tercapainya tujuan operasional pabrik Pengendalian atau pemantauan tersebut dilaksanakan melalui penggunaan peralatan dan engineer sebagai operator terhadap peralatan tersebut sehingga kedua unsur ini membentuk satu sistem kendali terhadap pabrik. Tujuan umum yang perlu diwujudkan oleh sistem kendali adalah : a. Menekan pengaruh gangguan terhadap operasi pabrik b. Menjamin kestabilan proses c. Mengoptimasi kinerja proses Instrumentasi adalah suatu alat yang dipakai di dalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan. Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol, penunjuk indicator, pencatat recorder, dan pemberi tanda bahaya alarm. Instrumentasi bekerja dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau otomatis. Instrumen digunakan dalam industri kimia untuk mengukur variabel-variabel proses seperti temperatur, tekanan, densitas, viskositas, panas spesifik, konduktifitas, pH, kelembaman, titik embun, tinggi Universitas Sumatera Utara cairan liquid level, laju alir, komposisi, dan moisture content. Instrumen- instrumen tersebut mempunyai tingkat batasan operasi sesuai dengan kebutuhan pengolahan Timmerhaus, 2004. Variabel-variabel proses yang biasanya dikontroldiukur oleh instrumen adalah Considine,1985 : 1. Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan. 2. Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan variabel lainnya. Secara umum, kerja dari alat-alat instrumentasi dapat dibagi dua bagian yaitu operasi secara manual dan operasi secara otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses bergantung pada pertimbangan ekonomis dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat-alat instrumentasi juga harus ditentukan apakah alat- alat itu dipasang pada peralatan proses manual control atau disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bagian peralatan automatic control. Perry,1999. Menurut sifatnya konsep dasar pengendalian proses ada dua jenis, yaitu : Pengendalian secara manual Tindakan pengendalian yang dilakukan oleh manusia. Sistem pengendalian ini merupakan sistem yang ekonomis karena tidak membutuhkan begitu banyak instrumentasi dan instalasinya. Namun pengendalian ini berpotensi tidak praktis dan tidak aman karena sebagai pengendalinya adalah manusia yang tidak lepas dari kesalahan. Pengendalian secara otomatis Berbeda dengan pengendalian secara manual, pengendalian secara otomatis menggunakan instrumentasi sebagi pengendali proses, namun manusia masih terlibat sebagai otak pengendali. Banyak pekerjaan manusia dalam pengendalian secara manual diambil alih oleh instrumentasi sehingga membuat sistem pengendalian ini sangat praktis dan menguntungkan. Hal-hal yang diharapkan dari pemakaian alat-alat instrumentasi adalah: Kualitas produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan Universitas Sumatera Utara Pengoperasian sistem peralatan lebih mudah Sistem kerja lebih efisien Penyimpangan yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen-instrumen adalah Timmerhaus, 2004 : 1. Range yang diperlukan untuk pengukuran 2. Level instrumentasi 3. Ketelitian yang dibutuhkan 4. Bahan konstruksinya 5. Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses

6.1.1 Tujuan Pengendalian

Tujuan perancangan sistem pengendalian dari pabrik pembuatan Poli Asam Laktat adalah sebagai keamanan operasi pabrik yang mencakup : 1. Menjaga proses produksi agar berjalan aman antara lain dengan: Mempertahankan variabel-variabel proses seperti temperatur dan tekanan tetap berada dalam rentang operasi yang aman dengan harga toleransi yang kecil. Mendeteksi situasi berbahaya kemungkinan terjadinya kebocoran alat, karena komponen zat yang digunakan pada pabrik sangat mudah terbakar. Pendeteksian dilakukan dengan menyediakan alarm dan sistem penghentian operasi secara otomatis automatic shut down systems. Mengontrol setiap penyimpangan operasi agar tidak terjadi kecelakaan kerja maupun kerusakan pada alat proses. 2. Untuk membantu mencapai laju atau proses produksi yang diinginkan. 3. Untuk menjaga komposisi produk dalam standar kualitas yang ditetapkan. 4. Agar beroperasi pada biaya produksi terendah, sepadan dengan tujuan lain. R. K. Sinnott, 2005 Universitas Sumatera Utara

6.1.2 Jenis-jenis Pengendalian dan Alat Pengendali

Sistem pengendalian yang digunakan pada pabrik ini menggunakan dan mengkombinasikan beberapa tipe pengendalian sesuai dengan tujuan dan keperluannya : 1. Feedback control Perubahan pada sistem diukur setelah adanya gangguan, hasil pengukuran dibandingkan dengan set point, hasil perbandingan digunakan untuk mengendalikan variabel yang dimanipulasi. 2. Feedforward control Besarnya gangguan diukur sensor pada input, hasil pengukuran digunakan untuk mengendalikan variabel yang dimanipulasi. 3. Adaptive control Sistem pengendalian yang dapat menyesuaikan parameternya secara otomatis sedemikian rupa untuk mengatasi perubahan yang terjadi dalam proses yang dikendalikannya, umumnya ditandai dengan adanya reset input pada controller selain set point pada input dari sensor. 4. Inferential control Seringkali variabel yang ingin dikendalikan tidak dapat diukur secara langsung, sebagai solusinya digunakan sistem pengendalian di mana variabel yang terukur digunakan untuk mengestimasi variabel yang akan dikendalikan, variabel terukur dan variabel tak terukur tersebut dihubungkan dengan suatu persamaan matematika. Pengendalian yang banyak digunakan adalah jenis feedback umpan balik berdasarkan pertimbangan kemudahan pengendalian. Diagram balok untuk sistem pengendalian ini secara umum dapat dilihat pada Gambar 6.1 berikut ini : Universitas Sumatera Utara controller Elemen Pengendali Akhir Proses measuring device + gangguan disturbances Gambar 6.1 Diagram Balok Sistem Pengendalian Feedback Pengukuran nilai keempat variabel di atas menggunakan bantuan sensor untuk mendeteksi nilai masing-masing variabel proses. Sedangkan variabel proses yang lain termasuk dalam kategori tertentu karena variabel itu tergantung kebutuhan akan proses yang melibatkannya. Variabel proses tersebut antara lain : a. Konsentrasi b. Kepadatan density dan spesific gravity c. Kelembaban humidity dan kadar air moisture d. Kekeruhan zat cair turbidity dan derajat warna zat cair clarity Untuk pengukuran nilai variabel proses di atas dapat digunakan sebuah penganalisis analyzer. Gambar 6.2 Sebuah loop Pengendalian ELEMEN PENGENDALI PROSES ELEMEN PENGUKURAN ELEMEN PRIMER ELEMEN PENGENDALI AKHIR GANGGUAN SET POINT Universitas Sumatera Utara Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa dalam proses terdapat variabel proses yang diantisipasi oleh elemen primer sebagai nilai perubahan proses misalnya naik turunnya level suatu tangki, tinggi rendahnya temperatur, cepat lambatnya aliran fluida, dan tinggi rendahnya tekanan dalam suatu tangki. Variabel proses ini bersifat relatif atau dalam kondisi berubah-ubah. Sensor diterjemahkan sebagai harga pengukuran. Untuk lebih jelasnya, gambar di bawah ini merupakan suatu contoh aktual dari suatu proses yang terkendali. Pada dasarnya sistem pengendalian terdiri dari Considine,1985 : a. Elemen Primer Primary Element Elemen Primer berfungsi untuk menunjukkan kualitas dan kuantitas suatu variabel proses dan menerjemahkan nilai itu dalam bentuk sinyal dengan menggunakan transducer sebagai sensor. Ada banyak sensor yang digunakan tergantung variabel proses yang ada. Sensor untuk temperatur, yaitu bimetal, thermocouple, termal mekanik, dll. Sensor untuk tekanan, yaitu diafragma, cincin keseimbangan, dll. Sensor untuk level, yaitu pelampung, elemen radioaktif, perbedaan tekanan, dll. Sensor untuk aliran atau flow, yaitu orifice meter, nozzle dll. b. Elemen Pengukuran Measuring Element Elemen Pengukuran berfungsi mengonversikan segala perubahan nilai yang dihasilkan elemen primer yang berupa sinyal ke dalam sebuah harga pengukuran yang dikirimkan transmitter ke elemen pengendali. Tipe Konvensional Tipe ini menggunakan prinsip perbedaan kapasitansi. Tipe Smart Tipe smart menggunakan microprocessor elektronic sebagai pemroses sinyal. c. Elemen Pengendali Controlling Element Elemen pengendali berfungsi menerima sinyal dari elemen pengukur yang kemudian dibandingkan dengan set point di dalam pengendali controller. Hasilnya berupa sinyal koreksi yang akan dikirim ke elemen pengendali menggunakan processor computer, microprocessor sebagai pemroses sinyal pengendalian. Jenis Universitas Sumatera Utara elemen pengendali yang digunakan tergantung pada variabel prosesnya. Untuk variabel proses yang lain misalnya : a. Temperatur menggunakan Temperature Controller TC b. Tekanan menggunakan Pressure Controller PC c. Aliranflow menggunakan Flow Controller FC d. Level menggunakan Level Controller LC e. pH menggunakan pH Controller pHC d. Elemen Pengendali Akhir Elemen pengendali akhir berperan mengonversikan sinyal yang diterimanya menjadi sebuah tindakan korektif terhadap proses. Umumnya industri menggunakan control valve dan pompa sebagai elemen pengendali akhir. 1. Control valve Control valve mempunyai tiga elemen penyusun, yaitu: Positioner yang berfungsi untuk mengatur posisi actuator. Actuator Valve berfungsi mengaktualisasikan sinyal pengendali valve. Ada dua jenis actuator valve berdasarkan prinsip kerjanya yaitu : a. Actuator springper. Actuator ini menggunakan springper sebagai penggerak piston actuator. b. Actuator aksi ganda double acting Untuk menggerakkan piston, actuator ini menggunakan tekanan udara yang dimasukkan ke rumah actuator. Valve, merupakan elemen pengendali proses. Ada banyak tipe valve berdasarkan bentuknya seperti butterfly valve, valve bola, dan valve segmen. 2. Pompa Listrik Elemen pompa terdiri dari dua bagian, yaitu : Actuator Pompa. Sebagai actuator pompa adalah motor listrik. Motor listrik mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik yang menggerakkan motor. Universitas Sumatera Utara Pompa listrik berfungsi memindahkanmenggerakkan fluida baik itu zat cair, gas dan padat. Secara garis besar, fungsi instrumentasi adalah sebagai berikut : 1. Penunjuk indicator 2. Pencatat recorder 3. Pengontrol regulator 4. Pemberi tanda bahaya alarm Adapun instrumentasi yang digunakan di pabrik Poli Asam Laktat PLA dari dekstrosa ini mencakup : 1. Temperature Controller TC Adalah alatinstrumen yang digunakan sebagai alat pengatur suhu atau pengukur sinyal mekanis atau listrik. Pengaturan temperatur dilakukan dengan mengatur jumlah material proses yang harus ditambahkandikeluarkan dari dalam suatu proses yang sedang bekerja. Prinsip kerja : Rate fluida masuk atau keluar alat dikontrol oleh diafragma valve. Rate fluida ini memberikan sinyal kepada TC untuk mendeteksi dan mengukur suhu sistem pada set point. 2. Pressure Controller PC Adalah alatinstrumen yang dapat digunakan sebagai alat pengatur tekanan atau pengukur tekanan atau pengubah sinyal dalam bentuk gas menjadi sinyal mekanis. Pengatur tekanan dapat dilakukan dengan mengatur jumlah uapgas yang keluar dari suatu alat dimana tekanannya ingin dideteksi. Prinsip kerja : Pressure control PC akibat tekanan uap keluar akan membukamenutup diafragma valve. Kemudian valve memberikan sinyal kepada PC untuk mengukur dan mendeteksi tekanan pada set point. 3. Flow Controller FC Adalah alatinstrumen yang bisa digunakan untuk mengatur kecepatan aliran Universitas Sumatera Utara fluida dalam pipa line atau unit proses lainnya. Pengukuran kecepatan aliran fluida dalam pipa biasanya diatur dengan mengatur out put dari alat, yang mengakibatkan fluida mengalir dalam pipa line. Prinsip kerja : Kecepatan aliran diatur oleh regulating valve dengan mengubah tekanan discharge dari pompa. Tekanan discharge pompa melakukan bukaantutupan valve dan FC menerima sinyal untuk mendeteksi dan mengukur kecepatan aliran pada set point. 4. Level Controller LC Adalah alatinstrumen yang dipakai untuk mengatur ketinggian level cairan dalam suatu alat dimana cairan tersebut bekerja. Pengukuran tinggi permukaan cairan dilakukan dengan operasi dari sebuah control valve, yaitu dengan mengatur rate cairan masuk atau keluar proses. Prinsip kerja : Jumlah aliran fluida diatur oleh control valve. Kemudian rate fluida melalui valve ini akan memberikan sinyal kepada LC untuk mendeteksi tinggi permukaan pada set point. 5. pH menggunakan pH Controller pHC Adalah alatinstrumen yang dipakai untuk mengatur keasaman di dalam fermentor. Prinsip kerja : pH di dalam tangki fermentor ini diindikasikan pada keasaman tertentu oleh pH Control. Kemudian akan memberikan sinyal kepada pHC untuk mendeteksi pH pada set point. Alat sensor yang digunakan umumnya pelampung atau transduser diafragma untuk mendeteksi dan menunjukkan tinggi permukaan cairan dalam alat dimana cairan bekerja. Proses pengendalian pada pabrik ini menggunakan feedback control configuration karena selain biayanya relatif lebih murah, pengaturan sistem pengendaliannya menjadi lebih sederhana. Konfigurasi ini mengukur secara Universitas Sumatera Utara langsung variabel yang ingin dikendalikan untuk mengatur harga variabel yang dimanipulasi. Tujuan pengendalian ini adalah untuk mempertahankan variabel yang dikendalikan pada level yang diinginkan set point. Sinyal output yang dihasilkan oleh pengendali oleh pengendali feedback ini berupa pneumatic signal yaitu dengan menggunakan udara tekan. Tipe pengendali feedback yang digunakan pada perancangan ini, yaitu : 1. Jenis – P Proportional, digunakan untuk mengendalikan tekanan gas. 2. Jenis – PI Proportional Integral, digunakan untuk mengendalikan laju alir flow, ketinggian level cairan, dan tekanan zat cair. 3. Jenis – PID Proportional Integral Derivative, digunakan untuk mengendalikan temperatur.

6.1.3 Syarat Perancangan Pengendalian

Beberapa syarat penting yang harus diperhatikan dalam perancangan pabrik antara lain : 1. Tidak boleh terjadi konflik antar unit, di mana terdapat dua pengendali pada satu aliran. 2. Penggunaan supervisory computer control untuk mengkoordinasikan tiap unit pengendali. 3. Control valve yang digunakan sebagai elemen pengendali akhir memiliki opening position 70 . 4. Dilakukan pemasangan check valve pada mixer dan pompa dengan tujuan untuk menghindari fluida kembali ke aliran sebelumnya. Check valve yang dipasangkan pada pipa tidak boleh lebih dari satu dalam one dependent line. Pemasangan check valve diletakkan setelah pompa. 5. Seluruh pompa yang digunakan dalam proses diletakkan di permukaan tanah dengan pertimbangan syarat safety dari kebocoran. 6. Pada perpipaan yang dekat dengan alat utama dipasang flange dengan tujuan untuk mempermudah pada saat maintenance. Universitas Sumatera Utara Tabel 6.1 Daftar penggunaan instrumentasi pada Pra-rancangan Pabrik Pembuatan Poli Asam Laktat PLA pada A. Eutrophus No Nama Alat Jenis instrumen Kegunaan 1 Tangki bahan baku LC Mengontrol level cairan dalam tangki 2 Tangki Biomassa TC Mengontrol suhu dalam tangki 3 Fermentor TC Mengontrol suhu dalam reaktor LC Mengontrol ketinggian cairan dalam reaktor pHC Mengotrol keasaman 4 Steam Ejector PI Mengetahui tekanan dalam steam ejector 5 Tangki Ekstraksi TC Mengontrol suhu dalam reaktor LC Mengontrol ketinggian cairan dalam tangki 6 Pompa FC Mengontrol laju aliran keluaran pompa 2 Mixer PC Mengontrol tekanan dalam mixer TI Mengetahui suhu dalam mixer 9 Crystallizer TI Mengetahui suhu dalam Crystallizer PC Mengontrol tekanan dalam Crystallizer 10 Filter Press TI Mengetahui Temperatur dalam Filter Press PI Mengetahui tekanan dalam Filter Press 7 Kolom destilasi TI Mengetahui suhu dalam kolom destilasi 8 Reboiler TC Mengontroli suhu cairan dalam reboiler 9 Condenser TC Mengontrol suhu cairan dalam rcondenser Contoh jenis-jenis instrumentasi yang digunakan pada pra rancangan pabrik pembuatan Poli Asam Laktat : 1. Tangki Pada tangki ini dilengkapi dengan level control LC yang berfungsi untuk mengontrol ketinggian cairan di dalam tangki. Prinsip kerja dari level control LC ini adalah dengan menggunakan pelampung floater sehingga isi tangki dapat terlihat dari posisi jarum penunjuk di luar tangki yang digerakkan oleh pelampung. Jika isi tangki tinggal sedikit, maka diisi dengan menggunakan pompa yang dilengkapi dengan valve yang berfungsi sebagai flow control FC. Universitas Sumatera Utara Gambar 6.3 Instrumentasi tangki bahan baku 2. Fermentor Fermentor terjadi sintesis dekstrosa menjadi Poli Asam Laktat PLA, dengan bantuan bakteri yaitu Lactobacillus sp. Reaksi ini terjadi pada 40 C. Sehingga, pada kedua alat ini diperlukan alat pengontrol suhu TC dan pengontrol level LC cairan. Gambar 6.4 Instrumentasi pada fermentor 3. Evaporator Variabel yang dikontrol pada Evaporator adalah temperature. Untuk mengetahui temperatur pada vaporizer dipasang temperature indicator TI. Jika temperature pada vaporizer lebih besar dari yang diinginkan maka secara otomatis steam masuk akan disesuaikan dengan menggunakan temperature control TC. VE-101 TI LI Gambar 6.5 Instrumentasi pada Evaporator F C L C L C T C S te a m p H C Universitas Sumatera Utara 2. Heat exchanger Temperature control TC pada heater, cooler, Condenser, reboiler berfungsi untuk mengatur besarnya suhu di dalam heater dengan cara mengatur banyaknya steam yang dialirkan. Jika temperatur di bawah kondisi yang diharapkan set point, maka valve akan terbuka lebih besar dan jika temperatur di atas kondisi yang diharapkan maka valve akan terbuka lebih kecil. Gambar 6.6 Instrumentasi pada alat penukar panas 6. Kolom destilasi Instrumentasi yang digunakan pada kolom destilasi adalah temperature indicator TI untuk menunjukkan temperature pada kolom destilasi Umpan masuk Destilat Bottom TI Gambar 6.7 Instrumentasi pada kolom destilasi E xch a n g e r T C Universitas Sumatera Utara 7. Pompa Variabel yang dikontrol pada pompa adalah laju aliran flow rate. Untuk mengetahui laju aliran pada pompa dipasang flow control FC. Jika laju aliran pompa lebih besar dari yang diinginkan maka secara otomatis katup pengendali control valve akan menutup atau memperkecil pembukaan katup. Gambar 6.8 Instrumentasi pada pompa 6.2. Keselamatan Kerja Keselamatan dan kesehatan kerja K3 merupakan instrumen yang memproteksi pekerja, perusahaan, lingkungan hidup, dan ma-syarakat sekitar dari bahaya akibat kecelakaan kerja. Perlindungan tersebut merupakan hak asasi yang wajib dipenuhi oleh perusahaan. K3 bertujuan mencegah, mengurangi, bahkan menihilkan risiko kecelakaan kerja zero accident. Penerapan konsep ini tidak boleh dianggap sebagai upaya pencegahan kecelakaan kerja dan penyakit akibat kerja yang menghabiskan banyak biaya cost perusahaan, melainkan harus dianggap sebagai bentuk investasi jangka panjang yang memberi keuntungan yang berlimpah pada masa yang akan datang, arbelprasetyo.blogspot.com,2009. Sebagai pedoman pokok dalam usaha penanggulangan masalah kerja, Pemerintah Republik Indonesia telah mengeluarkan Undang-Undang Keselamatan Kerja pada tanggal No 1 tanggal 12 Januari 1970. Semakin tinggi tingkat keselamatan kerja dari suatu pabrik maka makin meningkat pula aktivitas kerja para karyawan. Hal ini disebabkan oleh keselamatan kerja yang sudah terjamin dan suasana kerja yang menyenangkan. Untuk mencapai hal tersebut adalah menjadi tanggung jawab dan kewajiban para perancang untuk merencanakannya. Hal-hal yang perlu dipertimbangkan dalam F C Universitas Sumatera Utara perancangan pabrik untuk menjamin adanya keselamatan kerja adalah sebagai berikut: - Penanganan dan pengangkutan bahan harus seminimal mungkin . - Adanya penerangan yang cukup dan sistem pertukaran udara yang baik. - Jarak antar mesin-mesin dan peralatan lain cukup luas. - Setiap ruang gerak harus aman dan tidak licin . - Setiap mesin dan peralatan lainnya harus dilengkapi alat pencegah kebakaran. - Tanda-tanda pengaman harus dipasang pada setiap tempat yang berbahaya. - Penyediaan fasilitas pengungsian bila terjadi kebakaran. 6.3 Keselamatan Kerja Pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan PLA 6.3.1