Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) Centum CS 3000 Di Unit 92 Hrsg (Aplikasi Di PT. Arun NGL)

(1)

KARYA AKHIR

PENGONTROLAN TEKANAN PADA BOILER DENGAN

MENGGUNAKAN DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ( DCS )

CENTUM CS-3000 DI UNIT 92 HRSG

( APLIKASI DI PT. ARUN NGL )

Karya Akhir ini diajukan untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan

untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan

Disusun Oleh :

MULINDRA PRATAMA

045203002

PROGRAM DIPLOMA IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

PENGONTROLAN TEKANAN PADA BOILER DENGAN MENGGUNAKAN DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ( DCS ) CENTUM CS-3000 DI UNIT 92

HRSG

APLIKASI DI PT. ARUN NGL

Oleh :

MULINDRA PRATAMA 045203002

Disetujui Oleh :

Dosen Pembimbing Karya Akhir

Ir. NASRUL ABDI, MT NIP . 131 459 554

Disetujui Oleh : Ketua Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik

Fakultas Teknik USU

Ir. NASRUL ABDI, MT NIP . 131 459 554

PROGRAM DIPLOMA IV TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

PENGONTROLAN TEKANAN PADA BOILER DENGAN MENGGUNAKAN DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ( DCS ) CENTUM CS-3000 DI UNIT 92

HRSG

( APLIKASI DI PT. ARUN NGL )

Oleh :

MULINDRA PRATAMA 045203002

Disetujui oleh:

Dosen Pembimbing Seminar I, Dosen Pembimbing Seminar II,

Ir.SYARIFUDDIN SIREGAR RAHMAD FAUZI, ST, MT

NIP. 130 535 826 NIP. 132 161 239

Diketahui oleh :

A/N Ketua Departemen / Sekretaris Teknologi Instrumentasi Pabrik

Fakultas Teknik USU,

RAHMAD FAUZI, ST, MT

2009

NIP: 132 161 239 PROGRAM DIPLOMA IV

TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(4)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “

PENGONTROLAN TEKANAN PADA BOILER DENGAN MENGGUNAKAN

DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ( DCS ) CENTUM CS-3000 DI UNIT 92

HRSG. APLIKASI DI PT. ARUN NGL “

Adapun Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat dan meperoleh gelar Sarjana Sains Terapan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa orang tua penulis yaitu Bapak Abdul Muis, mamak Herlina, adikku Yohansyah, buat wak Maksum Munthe, wak Nur aini,wak Suripno, mbak Iin, kak wiwing yang telah banyak memberikan nasehat, serta seluruh keluarga besar lainnya yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan penulis dari sejak lahir hingga sekarang, dan teristimewa Tri Tursina yang telah banyak membantu penulis.

Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Almarhum Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro

(5)

penulis atas segala bimbingan, pengarahan, nasehat serta motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini dan juga dalam menyelesaikan perkuliahan.

2. Bapak Rachmat Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU dan selaku dosen pembimbing seminar penulis.

3. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar selaku dosen pembimbing seminar penulis.

4. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Bg Martin, Kak Ani, Bg ridho,Bg Ponijan dll .

5. Teman-teman kuliah Sudi Ridwan, T. Indra Maulana, M. Zaki, Suriadi Ginting, Farik, Supianto, Asden Rico, Shouqi, Adam, B’ M. Arsyad dan teman-teman lain yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu persatu, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan. Nama kalian akan selalu terpatri dalam hati sanubari penulis.

6. Senior – senior stambuk 2002, 2003. 7. Adik-adik stambuk 2005, 2006.

8. Seluruh Mahasiswa Teknik Instrumentasi Pabrik Usu.

Akhir kata, tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak kesalahan dan kekurangan, namun penulis tetap berharap semoga tugas akhir ini bisa bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya.

Medan, Juni 2009

(6)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ………... i

ABSTRAK ……… iii

DAFTAR ISI ……… iv

DAFTAR GAMBAR ………... vii

DAFTAR TABEL………. ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ………... 1

1.2 Batasan Masalah ……… 2

1.3 Metode Penelitian ………. 3

1.4 Tujuan ……… 3

1.5 Kegunaan dan Manfaat ………. 4

1.6 Sistematika Penulisan ……… 5

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Tekanan / Pressure ……….. 7

2.2 Jenis – Jenis Alat Ukur Tekanan ……… 7

2.2.1 Pressure Gauge dengan Tabung Bourdon ………. 8

2.2.2 Pressure Gauge dengan Pengembus (Bellow) ………... 9

2.2.3 Pressure Gauge dengan Diafragma (Membran) ………….. 10

2.3 Transmitter ……… 12

2.3.1 Bagian – bagian Transmitter ………. 12 2.3.2 Figure Differential Pressure Transmitter Cerrabar Series …. 13

(7)

2.4 Prinsip Kerja Pressure Transmitter ……… 15

2.4.1 Keuntungan dan Batasan Pemakaian ………. 18

2.4.2 Prinsip Kerja Sensor Ceramic ……….... 18

2.4.3 Spesifikasi Teknik ………. 20

2.5 Pengkalibrasian Figure Diffrensial Pressure Transmitter ………….. 21

2.5.1 Ketelitian ………... 22

2.5.2 Kalibrasi ……… 22

2.6 Pengendalian Akhir ( Final Control Element ) ……….. 24

2.7 Control Valve ……… 30

2.8 Pengertian Umum Boiler ………... 32

2.9 Prinsip Kerja Boiler ………... 33

2.8.1 Komponen sistem Boiler HRSG (Heat Recovery Steam Generation) ………... 34

2.8.2 Pengolahan Air pada Boiler HRSG ……….. 35

BAB III DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM CENTUM CS 3000 3.1 Tinjauan Secara Umum Distribured Control Sistem……….. 37

3.2 Prinsip Kerja Distributed Control System Centum CS 3000 ……… 38

3.3 Arsitektur Sistem DCS Centum CS 3000 ……….. 39

3.3.1 Human Interface Station (HIS) ……….. 41

3.3.2 Field Control Station (FCS) ……….. 43

3.3.3 Deskripsi Hardware FCS……… 46

(8)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

MENGGUNAKAN DCS CENTUM CS-3000

4.1 Umum ……… 51

4.2 Sistem Pengontrolan Tekanan ………... 51

4.3 Prinsip Kerja Pengaturan Tekanan pada Boiler Feed Water menggunakan DCS CENTUM CS3000 ... 53

4.3.1 Sistem Pressure Control ……… 56

4.3.2 Steam Drum Pressure Correction ……….. 56

4.4 Program Control Tekanan pada Boiler HRSG ……….. 59

4.5 Data Analisa dan Pembahasan ... 62

4.5.1 Hasil Pengamatan ... 62

4.5.2 Menghitung Densitas ( ) dan Nilai Pembakaran (High Heating Value) dari Fuel Gas ... 64

4.5.3 Perhitungan Massa Hidrogen dan Massa Carbon yang Terbakar ... 65

4.5.4 Perhitungan Kehilangan Panas ... 66

4.5.5 Menghitung Udara Berlebih (Exess Udara) ... 68

4.5.6 Menghitung Udara Pembakaran ... 69

4.5.7 Total Massa Flue Gas ... 70

4.5.8 Menghitung Kalor Total ……… 71

4.5.9 Menghitung Effisiensi HRSG ... 73

4.6 Pembahasan ... 73

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ……… 74

(9)

5.2 Saran ……….. 74

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bourdon Gauge – Meter ………. 8

Gambar 2.2 Gauge Pengembus (Below) ……… 9

Gambar 2.3 Diagfrahma Gauge ( Membran ) ……….... 10

Gambar 2.4(a) Figure Differential Pressure Transmitter ……… 14

Gambar 2.4(b) Figure Zero Adjustment ………... 14

Gambar 2.4(c) Figure Eximple of Liquid Piping ………... 15

Gambar 2.5 Block Diagram Figure Differential Pressure Transmitter ……….. 16

Gambar 2.6(a) Electrical Connection ………. 19

Gambar 2.6(b) Ceramik Sensor ………... 20

Gambar 2.6(c) System Component ……….….. 20

Gambar 2.7 Kalibrasi sebuah Pressure Transmitter ………... 24

Gambar 2.8(a) Aksi Kendali on – off ………..………….. 25

Gambar 2.8(b) Aksi Kendali Proporsional ……….……….. 26

Gambar 2.8(c) Aksi Kendali Integral ………..……….. 27

Gambar 2.8(d) Aksi Kendali Derivatif ………..……… 27

Gambar 2.8(e) Aksi Kendali proporsional + integral ……….... 28

Gambar 2.8(f) Aksi Kendali proporsional + integral + derivative ………..…….. 29

Gambar 2.9(a) Bentuk umum sebuah control valve ……….………. 31

(10)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

Gambar 2.10 Diagram dasar boiler ……….. 33

Gambar 2.11 Prinsip Kerja Boiler ……… 33

Gambar 3.1 Konfigurasi Sistem DCS Centum CS3000 ……… 41

Gambar 3.2(a) HIS tipe desktop ………. 43

Gambar 3.2(b) HIS tipe konsol ………... 43

Gambar 3.2(c) Contoh tampilan pada HIS ……….. 43

Gambar 3.3(a) FCS tipe standart ……… 44

Gambar 3.3(b) FCS tipe Compact ……….. 44

Gambar 3.4 Sistem hardware pada FCS ………. 45

Gambar 3.5 Coupler bus control unit ………. 46

Gambar 3.6 Power Supply Unit ………. 47

Gambar 3.7 Backup battery unit ……… 47

Gambar 3.8 Processor card ……… 49

Gambar 4.1 Diagram sistem kontrol pada area Boiler HRSG ... 52

Gambar 4.2 Diagram Sistem tekanan pada Feed Water Boiler HRSG ... 53

Gambar 4.3 Diagram Blok Sistem Loop Kontrol Pengendalian Otomatis ……. 54

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan elemen utama tabung bourdon, pengembus

dan diafragma ……….. 11

Tabel 3.1 Perbandingan Unit pada FCS single processor dan FCS duplex ……. 45

Tabel 4.1 Komposisi Fuel Gas ... 62

Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Berat Molekul dan High Heating Value ... 64

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Density ... 65

(12)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

BAB I

PENDAHULUAN

1 . 1 Latar Belakang

Kemajuan teknologi yang sangat pesat, membuat segala sesuatunya berjalan dengan begitu mudah dilakukan sehingga dapat menghemat waktu dan tenaga kerja, begitu juga perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi pada era sistem gelobalisasi yang serba cepat dan akurat.

Sehingga membawa manusia pada alam yang lebih modern. Untuk sistem pengontrolan yang selama ini secara manual yang membutuhkan tenaga manusia yang banyak dan waktu operasional yang berkesinambungan, membuat manusia ingin menciptakan teknologi yang dapat melakukan segala sesuatu dengan cepat, mudah dan tepat sasaran dan hasil yang maksimal, tanpa harus mengeluarkan banyak tenaga atau biaya yang tinggi dengan kata lain semuanya bekerja secara otomatisasi.

PT. Arun NGL yang berada di Lhokseumawe adalah suatu perusahaan yang mengolah gas alam cair atau yang disebut Liquid Natural Gas (LNG) dengan menggunakan proses teknologi “cryogenic” dimana sistem pengontrolan pabrik membutuhkan ketelitian, ketepatan dan kehandalan yang tinggi dalam proses untuk mengurangi tingkat kerugian biaya produksi yang disebabkan oleh kesalahan. Atas dasar pertimbangan ini maka digunakanlah suatu teknologi sistem pengontrolan secara otomatis yang dapat mengontrol atau mengamati seluruh peralatan - peralatan seperti

Gas compressor, Heat exchanger, Pump, Motor, Pressure Transmitter, Control Valve, Level Transmitter, Flowmeter, serta alat-alat lainnya, dengan menggunakan teknologi

(13)

Hokushin Electric Japan yaitu suatu perusahaan Jepang, teknologi ini merupakan

pengembangan Program Logic Control (PLC).

Sistem operasi pabrik pengontrolannya pabrik ini sebenarnya biasa dilakukan secara manual, akan tetapi untuk membuat rangkaian control secara manual, tentunya harus melakukan perubahan - perubahan kemudian banyaknya tenaga yang diserap dan biaya operasional serta pada saat terjadi gangguan atau masalah sangat sulit diatasi. Disamping itu, rangkaian yang dibuat sudah pasti membutuhkan tempat yang besar dan juga biaya perawatan yang sangat sulit.

Dengan perkembangan teknologi digital, maka sistem rangkaian control dengan menghubungkan kabel – kabel yang sedemikian banyak dan pengoperasian peralatan secara manual telah dapat digantikan dengan membuat sistem rangkaian dalam bentuk program logika.

Program dibuat dengan sistem rangkaian logika, dimana rangkaian tersebut akan mengontrol peralatan secara teratur dan teliti, sehingga akan mengurangi kesalahan atau kekeliruan yang dilakukan oleh manusia.

1 . 2 Tujuan

Tujuan Karya Akhir ini bertujuan untuk mengetahui pengontrolan dengan menggunakan DCS, adapun tujuannya adalah :

Untuk menjelaskan prinsip dari pengaturan tekanan pada Pressure Transmitter dengan menggunakan DCS, dimana pengontrolan dengan DCS dilakukan dengan cara logika dimana semua input akan diproses oleh DCS dan akan menghasilkan output sesuai dengan program yang telah dibuat.

(14)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

1 . 3 Kegunaan dan Manfaat

Dalam menyususn Karya Akhir seorang Mahasiswa harus dapat mengetahui dan mengerti tentang maksud dan tujuan dari pada karya akhir yang diselesaikannya tersebut, serta kegunaan dan manfaatnya agar penggunaan karya akhir tersebut dapat lebih baik dan benar maka dari itu kegunaan dan manfaat dari Karya Akhir ini adalah :

1.5.1 Kegunaan

a. Sebagai gambaran dari suatu penyerapan ilmu pengetahuan yang terpakai dalam bidang pengontrolan/pengaturan terhadap Pressure Transmitter dan DCS juga peralatan pendukung lainnya.

b. Sebagaimana bahan masukan bagi industri yang memakai Pressure Transmitter dan DCS untuk membahas cara kerja dari peralatan tersebut.

c. Sebagai sumbangan tulisan Ilmu mengenai Pressure Transmitter dan DCS yang dapat memperlihatkan pengkajian ilmiah dan keterkaitannya dengan penerapan teknologi terhadap peralatan pabrik.

d. Dapat membahas penanggulangan terjadinya penyimpangan pengontrolan Pressure Transmitter dan DCS.

1.5.2 Manfaat

a. Dapat dipergunakan sebagai studi perbandingan Mahasiswa Pendidikan Teknologi Instrumentasi Pabrik yang akan melaksanakan praktek kerja lapangan pada masa yang akan datang.

b. Dapat dipergunakan sebagai pedoman pengontrolan/pengaturan terhadap Pressure Transmitter dan DCS agar sistem operasi dapat bekerja secara maksimal dan tentunya akan menunjang produktivitas yang sangat baik juga.

(15)

1 . 4 Batasan Masalah

Mengingat begitu banyaknya perangkat, jenis dan aplikasi – aplikasi yang dapat dikerjakan oleh Distributed Control System (DCS), maka untuk membatasi permasalahan penulis hanya membatasi pembahasan tentang tekanan pada Boiler Unit 92 dengan Distributed Control System secara praktis. Dalam hal ini perhitungan dan analisa secara matematis tidak terlalu mendetail dibahas.

1 . 5 Metode Penelitian

Dalam melakukan penelitian ini penulis melakukan metode sebagai berikut : 1. Studi literatur yang berhubungan dengan system pengontrolan / pengaturan

Teknik digital dan system DCS. 2. Melakukan pengamatan dilapangan

3. Mengumpulkan data – data diperlukan tentang DCS dan tekanan menggunakan Sensor Figure Transmitter Pressure.

(16)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

1 . 6 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dalam penyususunan Karya Akhir ini, maka penulis membuat suatu sistematika pembahasan. Sistematika ini merupakan urutan bab demi bab termasuk isi dari sub-subnya. Adapun sistematika pembahasan tersebut adalah sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Berisikan tentang latar belakang penggunaan Pressure Transmitter dan Distributed Control System (DCS), batasan masalah dalam pembahasan, Maksud dan Tujuan, Kegunaan dan Manfaat.

BAB II DASAR TEORI

Berisikan tentang tinjauan teoritis yang mendukung penelitian penulis lakukan serta mempermudah dalam pembahasan karya akhir ini, seperti : Teori pengertian tekanan, jenis alat ukur tekanan Transmitter, kalibrasi, control valve, dan pengertian Boiler HRSG, Komponen – komponen Boiler HRSG.

BAB III DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM

Menjelaskan tentang prinsip kerja Distributed Control System, Unit fungsional. Aplikasinya dari DCS. Perangkat dari DCS yang meliputi perangkat keras ( Hardware) dan perangkat lunak ( Software ), 2 struktur programnya yang berupa Function Block Diagram ( FBD), Standart Logic, Bahasa program dan Alamat modul input – output.

(17)

BAB IV APLIKASI PENGATURAN TEKANAN PADA BOILER

UNIT 92 HRSG

Membahas tentang prinsip kerja tekanan, diagram rangkaian control tekanan pada Boiler Unit 92 HRSG dengan DCS (Distributed control System).

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diambil dari penulisan karya akhir ini serta saran – saran yang diperlukan.

DAFTAR PUSTAKA

(18)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

B A B II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Tekanan

Tekanan adalah gaya yang terjadi untuk setiap satuan luas pada bidang tersebut, bagi tekanan digunakan satuan

(

₂ , ₂ , ₂

)

m lb m

newton m

disamping ini dikenal pula satuan tekanan berupa ( atsmosfir, Bar, psig ).

Selain bermacam — macam satuan yang dipakai untuk tekanan, khusus untuk gas/uap dikenal tiga macam tekanan :

1. Tekanan Absolute adalah tekanan gas / uap yang sebenarnya.

2. Tekanan Gauge adalah pengukuran berapa besar tekanan suatu gas / fluida dibandingkan dengan tekanan udara luar ( atm )

3. Tekanan Vakum adalah sama dengan tekanan gauge hanya ini lebih kecil dari pada tekanan atmosfir ( atm ) perbedaannya dengan tekanan absolute yang dinyatakan dengan Psi ( Pound square inch ), maka tekanan gauge dinyatakan dengan Psig ( Pound / square inch gauge )

2. 2 Jenis - jenis Alat ukur Tekanan

Alat ukur tekanan dengan elemen utama dari bahan yang mudah mengembang dan masih menggunakan manual sistem dan gerak mekanis terdiri atas :

(19)

- Pressure Gauge dengan pengembus ( Below ) - Pressure Gauge dengan Diafragma

2. 2.1 Pressure Gauge dengan Tabung Bourdon

Tabung bourdon adalah suatu logam mudah mengembang yang dibuat berlubang. Ujung yang satu dibuat tertutup, ujung yang satu lagi dibuat terbuka untuk dihubungkan dengan tekanan yang akan diukur dan ujung disebut sebagai socket.

Pada umumnya prinsip kerja dari Pressure gauge dengan tabung bourdon ini adalah tekanan yang akan diukur masuk ke Tabung bourdon melalui socket, tekanan ini akan mengakibatkan tabung bourdon memuai, sehingga menghasilkan suatu pergerakan mekanik pada ujung yang tertutup. pergerakan ini kemudian diteruskan kesuatu susunan roda — roda gigi melaui tuas penghubung yang disebut LEVER. Roda gigi ini terdiri dari dua buah roda gigi yaitu : roda gigi gerak dan roda gigi Pinion.

Roda gigi gerak tersambung langsung dengan lever, sedangkan roda gigi Pinion dipatri coati dengan pointer sehingga dengan demikian, bila tabung bourdon bergerak maka pointerpun akan turut bergerak seperti terlihat pada Gambar 2.1 [5].

(20)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) 2.2.2 Pressure Gauge dengan Pengembus (Bellow)

Pengembus adalah logam tipis yang dibentuk menyerupai pengembus Akordion. Sama seperti tabung bourdon, pengembus juga bergerak memuai bila tekanan dibagian dalamnya lebih besar daripada tekanan luarnya. Setiap perubahan tekanan dibagian dalam pengembus akan menghasilkan suatu gerak mekanik mundur atau maju. Pergerakan mundur – maju ini melalui Tuns dan tabung pemuntir kemudian dirubah kedalam bentuk pergerakan melingkar pada penunjuk diatas suatu skala angka - angka yang telah dikalibrasi seperti terlihat pada Gambar 2.2 [5].

Gambar 2.2 Gauge Pengembus (Below)

2. 2. 3 Pressure Gauge dengan Diafragma (Membran)

Yang dimaksud dengan diafragma adalah suatu bahan yang mudah melentur atau biasa disebut membran, yang biasanya terbuat dari logam tipis, kulit, karet, clan lain sebagainya. Prinsip kerjanya seperti terlihat pada Gambar 2.3 [5] berdasarkan sifat kelentingan logam / plat tipis yang menjadi lengkungan akibat perulangan tekanan pada bidang membran tersebut, alat membran ini dipakai untuk mengukur selisih dari dua

(21)

tekanan yang berbeda.

Kemampuan untuk membaca selisih tekanan tersebut adalah berdasarkan : 1. Luas bidang Membran.

2. Tebal Membran. 3. Jenis bahan Membran.

(22)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) Perbandingan antara. Elemen utama tabung bourdon, pengembus dan diafragma dapat dilihat pada Tabel- 1 berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan elemen utama tabung bourdon, pengembus, dan diafragma.

TABUNG BOURDON PENGEMBUS DIAFRAGMA 1. Kurang peka terhadap

perubahan tekanan.,

Peka terhadap perubahan tekanan.

Sangat peka terhadap perubahan tekanan 2. Dapat dipakai untuk

mengukur suhu

Dapat dipakai untuk Mengukur tinggi permukaan cairan

Dapat dipakai mengukur tinggi permukaan cairan

3. Tidak dapat dipakai untuk mengukur beda tekanan

Dapat dipakai untuk beda tekanan

4. Jarang dipergunakan pada transmitter

Dapat dipergunakan pada transmitter

5. Jarang dipergunakan mengukur aliran

Dapat dipergunakan untuk mengukur aliran

(23)

2. 3 Transmitter

Transmitter dengan nama lain signal amplifier pada dasar telekomunikasi adalah alas penguat sinyal, tetapi pada instrumentasi transmitter adalah sebagai pengubah dan pengirim sinyal phisis menjadi sinyal instrument. Transmitter dipergunakan dalam control system apabila pada control system tersebut terdapat dua hal yaitu :

1. Sinyal harus menggerakkan peralatan yang membutuhkan daya yang lebih besar.

2. Jarak antara peralatan - peralatan yang termasuk dalam control system berjauhan sehingga sinyal harus dikirimkan lewat.jalur transmisi.

2.3.1 Bagian – bagian Transmitter terdiri dari dua bagian yaitu : 1. Meter Body

Pada meter body inilah terletak sensor yang dapat menerima sinyal input berupa tekanan ataupun gays.

2. Transmitter

Transmitter yang akan mengubah sinyal input dan akan mengirimkan menjadi sinyal instrument.

Alat sebagai pengubah sinyal proses tekanan dikenal dengan Pressure Transmitter. Adapun pressure transmitter itu sendiri adalah piranti instrument elektronik yang digunakan untuk mengukur benda ( gas, vospour, atau liquid ) dan juga

(24)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) digunakan untuk pengukur level.

Pressure transmitter merupakan instrumen pengukur tekanan dimana tekanan yang masuk akan diukur oleh sensor dan selanjutnya akan dikonversikan sebagai sinyal analog 4 — 20 mA, dimana sinyal analog ini akan dikirim ke DCS. Secara umum Pressure Transmitter dapat dibagi atas 8 ( Delapan ) yaitu

1. Absolut Pressure Transmitter ( mbar ) 2. Gauge Pressure Transmitter ( bar gauge ) 3. Differensial Pressure Transmitter

4. Differensial Pressure Transmitter Flanges Mounting 5. Diafragma Sealed differensial Pressure Transmitter 6. Diafragma Sealed absolute pressure transmitter 7. Diafragma Sealed gauge Pressure Transmitter 8. Low Flow Transmitter

Agar pembahasan tidak meluas penulis hanya akan membahas Pressure Transmitter yang digunakan untuk mengatur tekanan pada Boiler HRSG dimana pressure transmitter yang digunakan berupa Figure Diffirensial Pressure Transmitter dengan memakai Cerrabar Series.

2.3.2 Figure Differential Pressure Transmitter Cerrabar Series

Figure Differential Pressure Transmitter juga disebut dengan DP Cell merupakan transmitter yang dapat memberikan sinyal output pneumatik ke listrik. DP

(25)

transmitter merupakan alat yang digunakan sebagai alat pengirim lokasi tempat proses berlangsungnya ke control room.

Untuk Transmitter baik itu tekanan absolut, tekanan gauge atau beda tekanan (Differential Pressure), tidak dapat ditransmisikan atau digunakan secara langsung sebagai pengaturan, maka sinyal tersebut harus diubah dahulu menjadi sinyal pneumatik 3-15 psi dengan menggunakan transmitter sesuai dengan ketiga jenis tekanan yang diukur, dikenal tiga jenis transmitter tekanan, yaitu :

Transmitter Tekanan Differensial, digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan, terutama dalam pengukuran flow (aliran) dimana elemen-elemen orifice (pengukuran beda tekanan yang dapat dibaca oleh transmitter) yang ditimbulkan beda tekanan transmitter 3-15 psi untuk kontroller atau recoder berupa indicator seperti terlihat pada Gambar 2.4a [5]

Pressure Transmitter Absolut, digunakan untuk mengubah tekanan absolut

(hasil pengukuran) menjadi sinyal pneumatik 3-15 psi seperti terlihat pada Gambar 2.4b [5].

Pressure Transmitter (PT) Gauge, digunakan untuk mengubah besaran tekanan gauge hasil pengukuran (misalnya pada pengukuran level dari suatu rangkaian yang terbuka menjadi sinyal pneumatik 3-15 psi) seperti terlihat pada Gambar 2.4c [5].

(26)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) ( a ) ( b )

( c )

Gambar 2.4 ( a ) Figure Differential Pressure Transmitter ( b ) Figure Zero Adjustment

( c ) Figure Eximple of Liquid Piping

2.4 Prinsip kerja Pressure Transmitter

Salah satu jenis dari Differential Pressure Transmitter adalah Differential Pressure Transmitter Cerrabar Series. Dikatakan Cerrabar Series karena Pressure Transmitter ini menggunakan ceramic ( keramik ) sebagai sensor.

Tekanan diatur sesuai dengan yang diinginkan oleh proses, dimana pada aplikasinya tekanan haruslah dijaga agar produksi yang dihasilkan bagus dan tidak ada yang terbuang.

(27)

Cara kerja dari sistem ini dapat kita ikuti dengan memperhatikan blok diagram Gambar 2. 5 [7] Dimana pada blok ini akan dibahas secara garis besarnya, dikarenakan rangkaian secara keseluruhan tidak ada, maka yang akan dibahas disini adalah fungsi dari tiap - tiap blok berikut :

PRESSURE

Gambar 2.5 Block Diagram Figure Differential Pressure Transmitter

Tekanan berupa uap ( steam ) sebagai bahan material karena ada tekanan yang masuk menuju sensor ceramic untuk kapasitansi pengukuran tekanan, dmana kapasitansi ini ni diukur oleh elektroda yang ada didalam sensor ceramic dan diagprahma. Dari sensor ceramic, steam kemudian dirubah dari sinyal analog yang dikonversikan menjadi sinyal digital didalam area electronic module, yang seterusnya akan merubah sinyal analog menuju sinyal digital kedalam sebuah Mikroprocessor (µ ) dimana pada microprocessor ini terdiri dari bagian me-linearisasikan steam yang

(28)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

dideteksi pada sensor ( sensor linearization ), Pengkoreksian kooefisien sinyal ( Correction Cooefisien ), perubahan ( Re-Range ), Penundaan waktu sementara ( Damping ), Mendiagnosa sinyal yang akan dirubah ( Diagnotics ), Batas Value ( Range Value ), dan terakhir meng- konfigurasikan sinyal. Keluaran dari µ ini berbentuk pulsa, dimana pulsa yang dihasilkan akan semakin banyak apabila tekanan semakin besar. Sinyal yang telah di konversikan dari sinyal analog menuju sinyal digital tadi dikirim ke Display untuk ditunjukkan berapa tekanan uap yang masuk. Setelah ke display kemudian sinyal dikonversikan kembali dari sinyal digital menjadi sinyal analog, yang akan menghasilkan output sinyal analog sebesar 4 – 20 mA.

Pulsa yang dihasilkan oleh µ akan dihitung oleh elektronik counter dan dilewatkan oleh optocoupler. Yang terjadi pads optocoupler adalah apabila pulsa yang masuk berlogika " 1 " maka LED akan menyala, yang menyebabkan phototransistor aktif bekerja. Keluaran dari optocoupler ini adalah berupa frekuensi dan frekuensi ini akan diubah menjadi arus oleh F/I converter. Arus yang dihasilkan ini telah siap dikirim pads DCS, dimana pada saat arus minimum ( 4 mA ). maka tekanannya adalah 0 % dari tekanan maksimum ( 20 mA ) maka tekanan pada splitting coloum adalah 100 % dari tekanan maksimum.

Pengukuran beda tekanan berkaitan dengan nilai absolute misalnya untuk memonitor sebuah saringan dalam sebuah tekanan pipa. Tekanan yang turun digunakan sebagai penunjukan sinyal bagi efesiensi dari saringan, inti dari pengukuran tekanan dengan cerrabar, adalah terbuat dari keramik - keramik. Kaki material adalah aluminium dengan kemurnian sampai 96%.

(29)

tekanan pada suatu perubahan didalam jarak antara dua pelat ceramic dengan tekanan udara terdapat lapisan emas murni. Pengukuran capacitive antara kedua pelat adalah proposional sampai ke proses tekanan. Dalam kasus kelebihan beban (overload) maka ceramic akan berhenti pada sekat setebal 1 cm lapisan bawah ceramic tanpa kehilangan.

Pressure Transmitter Cerrabar Series banyak digunakan pada pengontrolan tekanan di industri yaitu untuk mengetahui seberapa besar tekanan uap ( steam ) liquid yang melewati suatu pipa dan yang masuk kedalam suatu tangki.

Penggunaan sensor sebenarnya adalah untuk mendeteksi tegangan listrik yang timbul karena adanya tekanan melalui medan magnet yang terdapat pada sensor.

2.4.1 Keuntungan dan Batasan Pemakaian

Alat ukur tekanan yang menggunakan Pressure Transmitter terdiri dari berbagai macam dan jenis. Salah satu adalah cerrabar series sensor dirancang sedemikian rupa sehingga mudah digunakan untuk pengukuran tekanan steam ( uap ) atau liquid.

Dengan menggunakan Cerrabar Series akan didapatkan keuntungan. Adapun keuntungan dan batasan – batasan dari pemakaian cerrabar series ini adalah :

- Dapat digunakan untuk pengukuran level dari suatu material yang terdapat dalam sebuah tangki.

- Sensor yang terpisah dengan rangkaian elektroniknya membuat perawatan yang mudah.

(30)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) - Karena ketelitian yang menengah, membuat alat ini banyak digunakan untuk

pemakaian yang begitu mempersyaratkan ketelitian yang tinggi. 2. 4. 2 Prinsip Kerja Sensor Ceramic

Sedikit disini akan diuraikan prinsip kerja sensor ceramic yang digunakan pada sensor pressure transmitter cerrabar series. Pada Gambar 2.6a [4] di bawah dapat dijelaskan bahwa besarnya tekanan yang masuk akan menyentuh keramik yang terdapat pada sensor, karena besarnya tekanan yang menekan material tersebut maka akan menghasilkan resistansi yang semakin besar. Pada sensor ceramic yang mempunyai difragma yang terbuat dari keramik tipis terjadi pemampatan atau tertekannya keramik sehingga akan terjadi defleksi / lengkungan sebesar 0,002 mm maksimum. Sehingga pemampatan yang terjadi akan menghasilkan arus listrik berupa sinyal input menuju pengubah sinyal ( signal converter ). Dapat pula dilihat pada Gambar 2.6b [4] dimana suplay tegangan untuk membangkitkan arus 4 – 20 mA sebesar 24 Volt DC. Sinyal input yang terima dari tekanan yang masuk pads sensor akan menghasilkan resistansi ( tahanan ) yang besar yaitu 150 ( Ohm ), sinyal input akan dikirimkan ke signal converter yang terdapat pada pressure transmitter untuk diterima oleh display dalam bentuk sinyal digital , selanjutnya di rubah kembali oleh signal converter dengan signal analog 4 — 20 mA ke alas penunjuk tekanan pada DCS. Pada Gambar 2.6c [4] ditunjukkan sistem komponen dari sensor cerrabar series / sensor ceramic dimana kerjanya sama dengan Gambar 2.6 berikut :

- Ceramic Substrate - Ceramic Diafragma Cerabar S PMC 731

(31)

Tekanan

( a )

( b )

(32)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) Gambar 2. 6 ( a ) Electrical Connection

( b ) Ceramik Sensor ( c ) System Component 4.3 Spesifikasi Teknik

Untuk mengetahui prinsip kerja maupun aplikasi Pressure Transmitter Cerrabar Series terlebih dahulu penulis mengetahui data - data teknik ( spesifiksi teknik ) hal ini penting karena merupakan perincian pokok tentang karakteristik Pressure Transmitter Cerrabar Series adalah sebagai berikut :

Objek yang diukur : Tekanan steam / liquid

Prinsip pengukuran : Menggunakan sensor ceramic capasitiv Batas perigukuran : Zero : 4.100 % skala penuh ( Keadaan tertutup )

Span : 26100 % skala penuh Batas Temperatur : Rumah - 20....+ 80 OC

Proses - 20....+ 100 OC Sinyal Output : 4 - 20 mA 2 - wire Certificates : Ex la ( standard ) or Ex d Supply Tegangan : 11,5 ...45V DC

RFI Resistance : 30 V/m Pengukuran / innacurasi Kalibrasi : 0.1 % batas pengukuran

(33)

Sarang : aluminium, epoxy coated Kabel penyambung : Kabel M20

2.5 Pengkalibrasian Figure Diffrensial Pressure Transmitter

Secara umum kalibrasi adalah memeriksa ketelitian penunjukan atau output suatu instrument dibandingkan dengan standart yang ditentukan. Karakteristik instrument secara berangsur – angsur akan berubah dalam waktu tertentu. Untuk mendapatkan hasil yang terbaik diperlukan kalibrasi yang teratur dan cermat. Jadi tujuan kalibrasi adalah untuk menjamin agar instrument tetap dapat memberikan respon dalam batas – batas ketelitian yang sudah ditentukan. Ketelitian yang ditunjukkan instrumen tergantung pada keteraturan pengkalibrasiannya. Jika perlu dilakukan penyetelan terhadap instrument untuk mencapai penunjukan yang terbaik pada batas yang ditentukan.

2. 5. 1 Ketelitian

Accuracy sering diterjemahkan sebagai ketelitian atau keakuratan yang artinya

ketepatan suatu alai ukur dalam memberikan hasil bacaannya dengan Figure Diffrensial Pressure Transmitter Cerrabar Series.

2.5.2 Kalibrasi

(34)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) output sesuai dengan yang dikehendaki. Jadi syarat utama dalam melakukan kalibrasi adalah dengan membuat simulasi input yang akurat.

Point pertama untuk mengetahui kapan diperlukan untuk melakukan kalibrasi adalah apabila nilai atau variabel pada alai ukur tersebut tidak sesuai dengan range yaitu dalam elektrik 4 – 20 mA dan pada pneumatik 3 - 15 Psi seperti terlihat pada Gambar 2.7 [5].

Adapun langkah - langkah yang dilakukan untuk mengkalibrasi adalah :

a. Kalibrasi selalu dimulai dari titik Zero - Zero dari transmitter ini adalah 50 psig. Pada input 50 psig, output harus 3 psig. Bila output ternyata tidak 3 psig, bagian zero adjustment harus disetel agar didapatkan output 3 psig.

b. Titik maksimum kemudian disimulasi dengan memberikan tekanan sebesar 100 psig. Bila output tidak 15 psig, bagian span adjustment harus disetel agar didapatkan output 15 psig.

c. Pada beberapa transmitter, penyetelan span akan berpengaruh pada penyetelan

zero, atau sebaliknya penyetelan zero akan berpengaruh pada penyetelan span.

Bilamana hal itu terjadi, dikatakan bahwa terjadi interaksi ( interaction ) antara

zero dan span. Kalau demikian halnya, ulangi langkah 1 dan 2 sampai

didapatkan output zero dan span yang tepat.

d. Setelah kalibrasi zero dan span didapat, perlu dilakukan pengujian linieritas. Hal ini dilakukan dengan memberikan input 25%, 50%, dan 75%. Bila

(35)

penyimpangan liniearitas masih dalam batas-batas toleransi, kalibrasi transmitter sudah bisa dianggap selesai. Namun, bila penyimpangan cukup besar, perlu diadakan penyetelan linearitas.

e. Repotnya, tidak semua instrumen mempunyai fasilitas penyetelan linearitas. Kalau fasilitas penyetelan linearitas tersedia, penyetelan dapat dilakukan dengan menyetel bagian linearitas yang selalu diterangkan didalam instruction manual instrument. Akan tetapi, kalau penyetelan linearitas tidak tersedia, kalibrasi perlu " dicuri " dengan sedikit menggeser titik zero dan span agar titik yang lain, 25%, 50%, clan 75% juga masuk kebatas-batas toleransi linearitas.

Gambar 2.7 Kalibrasi sebuah Pressure Transmitter

2.6 Pengendalian Akhir ( Final Control Element )

Elemen pengendali akhir merupakan terjemahan dari final control elemen.

Elemen ini adalah bagian akhir sistem pengendalian yang bertugas melakukan langkah

koreksi Ada banyak macam final control elemen, namun hanya control valve yang umum dipakai di sistem pengendalian proses.

(36)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

Error = Set Point – Proses Variabel

valve sebagai final control element, namun fungsi control valve dipengendalian itu tidak lebih istimewa dari kerja sebuah selenoid valve. Control valve hanya akan bekerja di dua posisi, yaitu terbuka atau tertutup. Pada pengendalian continuous artinya pengendalian dengan pengendali P, P1, PD atau PID-control valve justru tidak diharapkan berada di posisi tertutup penuh atau terbuka penuh. Control valve harus secara kontiniu mengendalikan manipulated variable agar proses variable selalu tetap sama dengan set point.

Jenis – jenis aksi pengendali pengontrolan : a. Pengendali on-off (two position controller)

Karakteristik pengendali on – off ini hanya bekerja pada 2 posisi, yaitu on – off. Kerja pengendali on – off banyak digunakan pada aksi pengontrolan yang sederhana karena harganya murah. Karena sistem kerja yang digunakan adalah on – off saja, hasil output dari sistem pengendali ini akan menyebabkan proses variabel tidak akan konstan.

Besar kecilnya fluktuasi proses variabel ditentukan oleh titik dimana kontroller dalam keadaan on dan off. Pengendali dengan aksi kontrol ini juga menggunakan feedback seperti terlihat pada Gambar 2.8a [4]:

(37)

Gambar 2.8.a Aksi Kendali on – off

b. Pengendali Proporsional

Aksi kontrol proporsional memiliki karakteristik dimana besar output unit control P selalu sebanding dengan besarnya input. Bentuk transfer function dari aksi pengendali proporsional sbb seperti terlihat pada Gambar 2.8b [4]:

input output

X Y

Y = kX k = konstanta

Gambar 2.8.b Aksi Kendali Proporsional

Gain control proporsional dapat berupa bilangan bulat, bilangan pecahan, positif atau juga negatif. Dengan syarat besarnya tetap, linier di semua daerah kerja dan tidak bergantung pada fungsi waktu. Pengertian gain disini dapat berbentuk bilangan pecahan bahkan negatif, sehingga nilai output dapat lebih kecil dari input bahkan negatif. Oleh karena itu, istilah gain jarang dipakai dan yang lazim dipakai adalah proporsional band.

c. Pengendali integral

Berfungsi untuk menghilangkan offset sebagai hasil dari reset yang dapat

Output = Gain * Input

(38)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) menghasilkan output walaupun tidak terdapat input, sehingga dibutuhkan suatu pengendali yang dapat menghasilkan output lebih besar atau lebih kecil pada saat error = 0. Fungsi transfer dari aksi kontrol integral adalah sebagi berikut diperlihatkan grafik pada Gambar 2.8c [ 4 ] :

Secara matematika luaran Kontroller Integral sendiri dapat di tentukan dengan rumus :

∫

= e dt

R PB

mi 100 1 .

Dimana :

mi = proses output Kontroler Integral PB = propotional band

R = waktu reset (Reset Time) E = error (r – c )

dt = lamanya aksi reset berlangsung

Gambar 2 .8.c Aksi Kendali Integral

d. Pengendali derivatif

Memiliki karakteristik cenderung untuk mendahului atau bisa disebut anti pasif controlling. Oleh karena itu aksi kontrol ini sering diterapkan pada sistem yang memiliki intersitas tinggi yang bersifat lagging. Berikut adalah grafik dari pengontrolan

(39)

derivatif seperti terlihat pada Gambar 2.8d [4]:

Gambar 2.8.d Aksi Kendali Derivatif

Output Kontroler aksi derivative dapat ditentukan dengan rumus dibawah ini :

dt de D

md . Dimana :

Md = proses luaran kontroler derevatif D = waktu derevative

dt de

= laju perubahan error e. Pengendalian proporsional + integral

Seperti terlihat pada Gambar 2.8e [4]: pengontrolan proporsional dapat menimbulkan offset pada keluaran pengendali. Untuk proses-proses dimana offset tidak dapat ditolerir maka perlu ditambahklan aksi pengontrolan integral. Aksi kontrol integral dapat menghilangkan perbedaan pengukuran dan titik acuan yang dapat mengakibatkan keluaran pengendali berubah sampai dengan perubahan tersebut berharga nol.

(40)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

Integrator ∫

Apabila sinyal pengukuran meningkat dan tekanan pada titik acuan dalam keadaan tetap maka titik B akan bergerak ke kanan sehingga floofer akan menutupi nozzle dan turunnya tekanan keluaran. Tekanan keluaran dari proporsional bellow mengikuti perubahan tekanan keluaran dengan waktu selisih yang kecil, sedangkan pada integral bellow akan mengalami perubahan yang lambat ( dengan adanya perubahan pada katup ).

input output

F ( t ) F ( t ) = ∫ f ( t ) dt

Gambar 2.8.e Aksi Kendali proporsional + integral

f. Pengendali proporsional + integral + derivatif

Sistem pengendali derivatif seperti terlihat pada Gambar 2.8f [4] merupakan pengendali dengan proses umpan balik yang berlawanan dengan cara pengendali cara pengendali integral. Penambahan aksi derivatif pada pengendali proporsioanal + integral bertujuan untuk meningkatkan kestabilan pengendalian diperoleh dari penurunan overshoot.

Jika terjadi perubahan sinyal pengukuran maka keluaran pengendali dengan proporsional bellow tidak terhubung langsung tetapi katup yang akan memperkecil aliran ke arah proporsional bellow.

F ( t ) F ( t ) =

dt d

f ( t )

Differentiator

dt d

(41)

Gambar 2.8.f Aksi Kendali proporsional + integral + derivative

2.7 Control Valve

Kata valve sering kali diartikan menjadi kelep, atau kadang-kadang menjadi katup, dan tidak jarang pula menjadi kerangan. Walaupun kata kerangan biasanya dipakai untuk menunjukkan valve yang dibagian atasnya dilengkapi roda pemutar ( hand-wheel ).

Bentuk umum konstruksi sebuah valve dapat dilihat pada Gambar 2.9a [2] Kerja valve sederhana sekali. Bilamana plug terangkat, fluida akan mengalir dari bagian inlet kebagian outlet . Hanya saja, fluida proses yang mengalir ini bisa bermacam-macam, dari yang paling bersih sampai yang paling korosi, dari tekanan rendah sampai tekanan tinggi, dari temperatur rendah sampai tempertur tinggi dan seterusnya.

(42)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) Karena plug harus bergerak naik-turun diperlukan suatu konstruksi penyekat yang tidak boleh menghambat gerak steam, namun mampu menjaga agar fluida didalam valve tidak keluar dari bagian bonnet. Pada Gambar 2.9b [2] penyekat tersebut selanjutnya disebut packing - biasanya terbuat dari bahan asbestos, grafhit, Tef1on, atau campuran beberapa material yang dibuat khusus agar cocok dengan temperature, tekanan, serta sifat korosi fluida proses.

( a )

1. Packing flange nut 2. Packing follower

(43)

3. Packing spring 4. Packing box bushing 5. Guide bushing 6. Seat ring

7. Packing flange stud 8. Packing flange 9. Yoke lock nut 10.Packing

11.Valve plug stem 12.Bonnet

13.Valve body 14.Valve plug 15.Bottom flange

( b )

Gambar 2.9 ( a ) Bentuk umum sebuah control valve ( b ) Valve dan bagian-bagiannya

2.8 Pengertian Umum Boiler

Boiler adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap (steam) dengan cara pemanasan. Pada panas digunakan, dihasilkan dari reaksi pembakaran bahan bakar yang berlangsung didalam ruang bakar. Atau dengan kata lain boiler merupakan suatu pesawat kalor yang berfungsi untuk merubah energi potensial dalam air menjadi energi thermal dalam bentuk Uap (steam). Energi thermal ini yang kemudian digunakan untuk berbagai proses yang melibatkan panas.

Istilah boiler merupakan unit perapian untuk memanaskan atau menguapkan cairan selain air. Selain itu boiler juga mencakup peralatan yang digunakan dimana

(44)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) panas yang dihasilkan dan seluruh pengontrolan peralatan pengaman digabungkan dengan peralatannya (Dukelow, Sam G, 1986).

Steam generator system merupakan sistem yang dirancang untuk menghasilkan steam yang akan di konsumsi oleh beberapa unit proses dipabrik. Steam yang telah memberikan panasnya kemudian akan menjadi kondensat, kondensat ini akan dikembalikan ke steam generation system untuk dijadikan steam kembali, dan begitulah seterusnya hingga membentuk steam tertutup.

Kondensat yang dikembalikan ke steam generation system tidak akan pernah mencapai 100%, artinya akan terjadi kehilangan Uap dan kondensat akibat kebocoran. Kehilangan ini hares digantikan dengan air make-up yang telah diolah di unit 92, unit pengolahan air umpan boiler seperti terlihat pada Gambar 2.10 [6].

Untuk mencegah terjadinya korosi, steam dan kondensat harus diolah. Pengolahan itu terjadi atas pelepasan udaranya di deareator dan penambahan bahan kimia.

Kandungan senyawa kimia dan unsur padat lainnya harus dihilangkan dengan cara mengeluarkan sebagian cairan dalam boiler.

Gambar 2.10 Diagram dasar boiler

Mixing of Fuel Air

Fumace Heat Transfer Surface Water

Fuel & Air

Steam

Fuel

(45)

2.9 Prinsip Kerja Boiler

Boiler adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan cara pemanasan. Panas yang digunakan dihasilkan dari hasil pembakaran bahan bakar yang langsung didalam ruang bakar. Atau dengan kata lain boiler merupakan suatu pesawat kalor yang berfungsi untuk mengubah energi potensial dalam air menjadi energi Thermal dalam bentuk uap. Energi thermal yang kemudian digunakan untuk berbagai proses yang melibatkan panas dapat dilihat pada Gambar 2.11 [6] sistem dari boiler.

Feedwater Steam

Fuel gas

( Gas Uap )

Fuel gas & udara

Gambar 2.11 Prinsip Kerja Boiler

2.9.1 Komponen sistem Boiler HRSG (Heat Recovery Steam Generation)

Sistem Boiler HRSG (Heat Recovery Steam Generation) terdiri dari beberapa komponen :

1. Steam Drum ini berfungsi untuk menampung boiler feedwater untuk kemudian dialirkan ke boiler. Feedwater yang telah melewati economizer akan mengalami peningkatan suhu sebesar ± 50° C sebelum memasuki steam drum.

2. Economizer adalah susunan pipa – pipa yang ditempatkan pada sisi sebelah dalam ruang bakar, yang berfungsi untuk menerima panas dari hasil

(46)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) pembakaran. Panas yang diperoleh dari hasil pembakaran ini akan dipergunakan untuk pemanasan awal boiler feedwater, sehingga fuel gas untuk memanaskan air di boiler dapat dihemat. Economizer dapat meningkatkan suhu boiler feedwater sebesar ± 20° C.

3. Pipa down comer adalah rangkaian pipa menghubungkan steam drum dengan boiler, pipa ini berfungsi untuk mengalirkan feedwater dari steam drum ke boiler untuk kemudian dipanaskan hingga mencapai saturated steam.

4. Diverter adalah saluran yang menghubungkan ruang bakar dengan inlet exhaust turbin gas. Untuk mencapai kapasitas produksi optimal aliran exhaust gas turbin perlu diatur dengan seksama. Aliran exhaust gas turbin yang menuju ruang bakar diatur oleh besar bukaan diverter.

5. Burner adalah alat pembakaran yang berfungsi untuk memanaskan boiler. Ditempatkan pada ruang bakar antara boiler dan diverter. Bahan bakar yang digunakan adalah gas.

6. Cerobong asap (Stack) berfungsi sebagai saluran gas sisa pembakaran bahan bakar yang dibuang ke atmosfer.

7. Insulation berfungsi untuk mengurangi jumlah panas yang terbuang ke atmosfer dan juga melindungi pekerja yang berada disekitarnya.

2.9.2 Pengolahan Air pada Boiler HRSG

(47)

1. External Treatment

Merupakan proses pengolahan air ketel dari luar unit, untuk menghilangkan elemen-elemen yang terlarut dalam air yang tidak diinginkan sebelum air tersebut dimasukkan ke dalam boiler. Elemen-elernen ini yang dipisahkan dalam dua tahap, yaitu pre-treatment yang meliputi sedimentasi, koagulasi, filtrasi dan penghilangan

hardness atau kesalahan dalam softener (unit 92).

2. Internal Treatment

Merupakan proses pengolahan air ketel dalam unit untuk menjaga agar senyawa-senyawa kimia yang terkadung didalam, boiler tidak memadat atau menempel pada pipa-pipa boiler tersebut. Meliputi proses pelepasan gas-gas didalam daerator. Bahan kimia yang diinjensikan pada air itu adalah sodium phospat yang bereaksi terhadap pengolahan pipa steam boiler untuk mencegah korosi dan kenaikan ph pada air kondesat. Bahan kimia yang di injeksikan adalah amine.

3. Dearator

Sebelum masuk ke boiler, kondesat dan make-up feedwater akin mengalami pengolahan terlebih dahulu, untuk melepaskan gas-gas yang tidak diinginkan (oksigen, karbondioksida dan amoniak) dalam dearator untuk mencegah terbentuknya karat. Dearator mampu menghilangkan sekitar 92 % hingga 95 % oksigen.

Aliran gabungan kondesat (steam) dan air make-up masuk ke dearator melalui sebuah distributor dibagian puncak, steam masuk dearator untuk memanaskan dan

(48)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) membuang sisa udara yang mungkin terkandung dalam kondesat (melalui system pelepasan bebas). Uap tidak mengkonden (udara dan CO2) dan sejumlah kecil steam dibuang dari puncak bejana dearator. Sodium sulfat diinjeksikan kedalam dearator untuk beraksi dengan oksigen yang mungkin masih terdapat dalam air. Air yang bebas udara dan CO2ditampung dalam bejana storage vessel.

B A B II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Tekanan

Tekanan adalah gaya yang terjadi untuk setiap satuan luas pada bidang tersebut, bagi tekanan digunakan satuan

(

₂ , ₂ , ₂

)

m lb m

newton m

(49)

pula satuan tekanan berupa ( atsmosfir, Bar, psig ).

Selain bermacam — macam satuan yang dipakai untuk tekanan, khusus untuk gas/uap dikenal tiga macam tekanan :

4. Tekanan Absolute adalah tekanan gas / uap yang sebenarnya.

5. Tekanan Gauge adalah pengukuran berapa besar tekanan suatu gas / fluida dibandingkan dengan tekanan udara luar ( atm )

6. Tekanan Vakum adalah sama dengan tekanan gauge hanya ini lebih kecil dari pada tekanan atmosfir ( atm ) perbedaannya dengan tekanan absolute yang dinyatakan dengan Psi ( Pound square inch ), maka tekanan gauge dinyatakan dengan Psig ( Pound / square inch gauge )

2. 2 Jenis - jenis Alat ukur Tekanan

Alat ukur tekanan dengan elemen utama dari bahan yang mudah mengembang dan masih menggunakan manual sistem dan gerak mekanis terdiri atas :

- Pressure Gauge dengan Tabung Bourdon ( Bourdon Tube ) - Pressure Gauge dengan pengembus ( Below )

- Pressure Gauge dengan Diafragma 2. 2.1 Pressure Gauge dengan Tabung Bourdon

Tabung bourdon adalah suatu logam mudah mengembang yang dibuat berlubang. Ujung yang satu dibuat tertutup, ujung yang satu lagi dibuat terbuka untuk

(50)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) dihubungkan dengan tekanan yang akan diukur dan ujung disebut sebagai socket.

Gambar 2.1 Bourdon Gauge – meter

2.2.2 Pressure Gauge dengan Pengembus (Bellow)

(51)

Pergerakan mundur – maju ini melalui Tuns dan tabung pemuntir kemudian dirubah kedalam bentuk pergerakan melingkar pada penunjuk diatas suatu skala angka - angka yang telah dikalibrasi seperti terlihat pada Gambar 2.2 [5].

Gambar 2.2 Gauge Pengembus (Below)

2. 2. 3 Pressure Gauge dengan Diafragma (Membran)

Kemampuan untuk membaca selisih tekanan tersebut adalah berdasarkan : 4. Luas bidang Membran.

5. Tebal Membran. 6. Jenis bahan Membran.

(52)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) Gambar 2.3 Diagfrahma Gauge ( Membran )

Perbandingan antara. Elemen utama tabung bourdon, pengembus dan diafragma dapat dilihat pada Tabel- 1 berikut :

(53)

TABUNG BOURDON PENGEMBUS DIAFRAGMA 1. Kurang peka terhadap

perubahan tekanan.,

Peka terhadap perubahan tekanan.

Sangat peka terhadap perubahan tekanan 2. Dapat dipakai untuk

mengukur suhu

Dapat dipakai untuk Mengukur tinggi permukaan cairan

Dapat dipakai mengukur tinggi permukaan cairan

3. Tidak dapat dipakai untuk mengukur beda tekanan

Dapat dipakai untuk beda tekanan

4. Jarang dipergunakan pada transmitter

Dapat dipergunakan pada transmitter

5. Jarang dipergunakan mengukur aliran

Dapat dipergunakan untuk mengukur aliran

2. 3 Transmitter

Transmitter dengan nama lain signal amplifier pada dasar telekomunikasi adalah alas penguat sinyal, tetapi pada instrumentasi transmitter adalah sebagai pengubah dan

(54)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) pengirim sinyal phisis menjadi sinyal instrument. Transmitter dipergunakan dalam control system apabila pada control system tersebut terdapat dua hal yaitu :

3. Sinyal harus menggerakkan peralatan yang membutuhkan daya yang lebih besar.

4. Jarak antara peralatan - peralatan yang termasuk dalam control system berjauhan sehingga sinyal harus dikirimkan lewat.jalur transmisi.

2.3.1 Bagian – bagian Transmitter terdiri dari dua bagian yaitu : 3. Meter Body

Pada meter body inilah terletak sensor yang dapat menerima sinyal input berupa tekanan ataupun gays.

4. Transmitter

Transmitter yang akan mengubah sinyal input dan akan mengirimkan menjadi sinyal instrument.

(55)

9. Absolut Pressure Transmitter ( mbar ) 10.Gauge Pressure Transmitter ( bar gauge ) 11.Differensial Pressure Transmitter

12.Differensial Pressure Transmitter Flanges Mounting 13.Diafragma Sealed differensial Pressure Transmitter 14.Diafragma Sealed absolute pressure transmitter 15.Diafragma Sealed gauge Pressure Transmitter 16.Low Flow Transmitter

2.3.2 Figure Differential Pressure Transmitter Cerrabar Series

Figure Differential Pressure Transmitter juga disebut dengan DP Cell merupakan transmitter yang dapat memberikan sinyal output pneumatik ke listrik. DP transmitter merupakan alat yang digunakan sebagai alat pengirim lokasi tempat proses berlangsungnya ke control room.

(56)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) tekanan yang diukur, dikenal tiga jenis transmitter tekanan, yaitu :

Pressure Transmitter Absolut, digunakan untuk mengubah tekanan absolut

(hasil pengukuran) menjadi sinyal pneumatik 3-15 psi seperti terlihat pada Gambar 2.4b [5].

(57)

( c )

Gambar 2.4 ( a ) Figure Differential Pressure Transmitter ( b ) Figure Zero Adjustment

( c ) Figure Eximple of Liquid Piping

2.4 Prinsip kerja Pressure Transmitter

Tekanan diatur sesuai dengan yang diinginkan oleh proses, dimana pada aplikasinya tekanan haruslah dijaga agar produksi yang dihasilkan bagus dan tidak ada yang terbuang.

(58)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) PRESSURE

Gambar 2.5 Block Diagram Figure Differential Pressure Transmitter

(59)

Setelah ke display kemudian sinyal dikonversikan kembali dari sinyal digital menjadi sinyal analog, yang akan menghasilkan output sinyal analog sebesar 4 – 20 mA.

Pengukuran cell ceramic dengan batas pengukuran sampai 100 bar. Hasil tekanan pada suatu perubahan didalam jarak antara dua pelat ceramic dengan tekanan udara terdapat lapisan emas murni. Pengukuran capacitive antara kedua pelat adalah proposional sampai ke proses tekanan. Dalam kasus kelebihan beban (overload) maka ceramic akan berhenti pada sekat setebal 1 cm lapisan bawah ceramic tanpa kehilangan.

(60)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) Pressure Transmitter Cerrabar Series banyak digunakan pada pengontrolan tekanan di industri yaitu untuk mengetahui seberapa besar tekanan uap ( steam ) liquid yang melewati suatu pipa dan yang masuk kedalam suatu tangki.

Penggunaan sensor sebenarnya adalah untuk mendeteksi tegangan listrik yang timbul karena adanya tekanan melalui medan magnet yang terdapat pada sensor.

2.4.1 Keuntungan dan Batasan Pemakaian

Dengan menggunakan Cerrabar Series akan didapatkan keuntungan. Adapun keuntungan dan batasan – batasan dari pemakaian cerrabar series ini adalah :

- Dapat digunakan untuk pengukuran level dari suatu material yang terdapat dalam sebuah tangki.

- Sensor yang terpisah dengan rangkaian elektroniknya membuat perawatan yang mudah.

- Karena ketelitian yang menengah, membuat alat ini banyak digunakan untuk pemakaian yang begitu mempersyaratkan ketelitian yang tinggi.

2. 4. 2 Prinsip Kerja Sensor Ceramic

(61)

pada sensor, karena besarnya tekanan yang menekan material tersebut maka akan menghasilkan resistansi yang semakin besar. Pada sensor ceramic yang mempunyai difragma yang terbuat dari keramik tipis terjadi pemampatan atau tertekannya keramik sehingga akan terjadi defleksi / lengkungan sebesar 0,002 mm maksimum. Sehingga pemampatan yang terjadi akan menghasilkan arus listrik berupa sinyal input menuju pengubah sinyal ( signal converter ). Dapat pula dilihat pada Gambar 2.6b [4] dimana suplay tegangan untuk membangkitkan arus 4 – 20 mA sebesar 24 Volt DC. Sinyal input yang terima dari tekanan yang masuk pads sensor akan menghasilkan resistansi ( tahanan ) yang besar yaitu 150 ( Ohm ), sinyal input akan dikirimkan ke signal converter yang terdapat pada pressure transmitter untuk diterima oleh display dalam bentuk sinyal digital , selanjutnya di rubah kembali oleh signal converter dengan signal analog 4 — 20 mA ke alas penunjuk tekanan pada DCS. Pada Gambar 2.6c [4] ditunjukkan sistem komponen dari sensor cerrabar series / sensor ceramic dimana kerjanya sama dengan Gambar 2.6 berikut :

- Ceramic Substrate - Ceramic Diafragma Cerabar S PMC 731

Ceramic sensor

Tekanan

(62)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) ( b )

( c )

Gambar 2. 6 ( a ) Electrical Connection ( b ) Ceramik Sensor ( c ) System Component 4.3 Spesifikasi Teknik

(63)

Objek yang diukur : Tekanan steam / liquid

Prinsip pengukuran : Menggunakan sensor ceramic capasitiv Batas perigukuran : Zero : 4.100 % skala penuh ( Keadaan tertutup )

Span : 26100 % skala penuh Batas Temperatur : Rumah - 20....+ 80 OC

Proses - 20....+ 100 OC Sinyal Output : 4 - 20 mA 2 - wire Certificates : Ex la ( standard ) or Ex d Supply Tegangan : 11,5 ...45V DC

RFI Resistance : 30 V/m Pengukuran / innacurasi Kalibrasi : 0.1 % batas pengukuran

Lama term stabil : 0.1 % setiap tahun Sarang : aluminium, epoxy coated Kabel penyambung : Kabel M20

2.5 Pengkalibrasian Figure Diffrensial Pressure Transmitter

Secara umum kalibrasi adalah memeriksa ketelitian penunjukan atau output suatu instrument dibandingkan dengan standart yang ditentukan. Karakteristik

(64)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) instrument secara berangsur – angsur akan berubah dalam waktu tertentu. Untuk mendapatkan hasil yang terbaik diperlukan kalibrasi yang teratur dan cermat. Jadi tujuan kalibrasi adalah untuk menjamin agar instrument tetap dapat memberikan respon dalam batas – batas ketelitian yang sudah ditentukan. Ketelitian yang ditunjukkan instrumen tergantung pada keteraturan pengkalibrasiannya. Jika perlu dilakukan penyetelan terhadap instrument untuk mencapai penunjukan yang terbaik pada batas yang ditentukan.

2. 5. 1 Ketelitian

Accuracy sering diterjemahkan sebagai ketelitian atau keakuratan yang artinya

ketepatan suatu alai ukur dalam memberikan hasil bacaannya dengan Figure Diffrensial Pressure Transmitter Cerrabar Series.

2.5.2 Kalibrasi

Kalibrasi dalam istilah instrument adalah sebuah tabel yang menyatakan hubungan input dan output suatu elemen dan aktivitas yang dilakukan pada saat mengkalibrasi adalah penyetelan. Mengkalibrasi suatu transmitter pada hakekatnya adalah memberikan simulasi input yang akurat dan melakukan penyetelan dengan output sesuai dengan yang dikehendaki. Jadi syarat utama dalam melakukan kalibrasi adalah dengan membuat simulasi input yang akurat.

(65)

Adapun langkah - langkah yang dilakukan untuk mengkalibrasi adalah :

f. Kalibrasi selalu dimulai dari titik Zero - Zero dari transmitter ini adalah 50 psig. Pada input 50 psig, output harus 3 psig. Bila output ternyata tidak 3 psig, bagian zero adjustment harus disetel agar didapatkan output 3 psig.

g. Titik maksimum kemudian disimulasi dengan memberikan tekanan sebesar 100 psig. Bila output tidak 15 psig, bagian span adjustment harus disetel agar didapatkan output 15 psig.

h. Pada beberapa transmitter, penyetelan span akan berpengaruh pada penyetelan

zero, atau sebaliknya penyetelan zero akan berpengaruh pada penyetelan span.

Bilamana hal itu terjadi, dikatakan bahwa terjadi interaksi ( interaction ) antara

zero dan span. Kalau demikian halnya, ulangi langkah 1 dan 2 sampai

didapatkan output zero dan span yang tepat.

i. Setelah kalibrasi zero dan span didapat, perlu dilakukan pengujian linieritas. Hal ini dilakukan dengan memberikan input 25%, 50%, dan 75%. Bila penyimpangan liniearitas masih dalam batas-batas toleransi, kalibrasi transmitter sudah bisa dianggap selesai. Namun, bila penyimpangan cukup besar, perlu diadakan penyetelan linearitas.

j. Repotnya, tidak semua instrumen mempunyai fasilitas penyetelan linearitas. Kalau fasilitas penyetelan linearitas tersedia, penyetelan dapat dilakukan dengan menyetel bagian linearitas yang selalu diterangkan didalam instruction manual instrument. Akan tetapi, kalau penyetelan linearitas tidak tersedia, kalibrasi

(66)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) perlu " dicuri " dengan sedikit menggeser titik zero dan span agar titik yang lain, 25%, 50%, clan 75% juga masuk kebatas-batas toleransi linearitas.

Gambar 2.7 Kalibrasi sebuah Pressure Transmitter

2.6 Pengendalian Akhir ( Final Control Element )

Elemen pengendali akhir merupakan terjemahan dari final control elemen.

Elemen ini adalah bagian akhir sistem pengendalian yang bertugas melakukan langkah

koreksi Ada banyak macam final control elemen, namun hanya control valve yang umum dipakai di sistem pengendalian proses.

Walaupun ada beberapa sistem pengendalian on-off yang menggunakan control valve sebagai final control element, namun fungsi control valve dipengendalian itu tidak lebih istimewa dari kerja sebuah selenoid valve. Control valve hanya akan bekerja di dua posisi, yaitu terbuka atau tertutup. Pada pengendalian continuous artinya pengendalian dengan pengendali P, P1, PD atau PID-control valve justru tidak diharapkan berada di posisi tertutup penuh atau terbuka penuh. Control valve harus secara kontiniu mengendalikan manipulated variable agar proses variable selalu tetap sama dengan set point.

(67)

Error = Set Point – Proses Variabel

Jenis – jenis aksi pengendali pengontrolan : c. Pengendali on-off (two position controller)

Gambar 2.8.a Aksi Kendali on – off

d. Pengendali Proporsional

Aksi kontrol proporsional memiliki karakteristik dimana besar output unit control P selalu sebanding dengan besarnya input. Bentuk transfer function dari aksi

(68)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) pengendali proporsional sbb seperti terlihat pada Gambar 2.8b [4]:

input output

X Y

Y = kX k = konstanta

Gambar 2.8.b Aksi Kendali Proporsional

c. Pengendali integral

Berfungsi untuk menghilangkan offset sebagai hasil dari reset yang dapat menghasilkan output walaupun tidak terdapat input, sehingga dibutuhkan suatu pengendali yang dapat menghasilkan output lebih besar atau lebih kecil pada saat error = 0. Fungsi transfer dari aksi kontrol integral adalah sebagi berikut diperlihatkan grafik pada Gambar 2.8c [ 4 ] :

Secara matematika luaran Kontroller Integral sendiri dapat di tentukan dengan rumus :

Output = Gain * Input

(69)

∫

= e dt

R PB

mi 100 1 .

Dimana :

mi = proses output Kontroler Integral PB = propotional band

R = waktu reset (Reset Time) E = error (r – c )

dt = lamanya aksi reset berlangsung

Gambar 2 .8.c Aksi Kendali Integral

d. Pengendali derivatif

(70)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) Gambar 2.8.d Aksi Kendali Derivatif

Output Kontroler aksi derivative dapat ditentukan dengan rumus dibawah ini :

dt de D

md . Dimana :

Md = proses luaran kontroler derevatif D = waktu derevative

dt de

= laju perubahan error e. Pengendalian proporsional + integral

(71)

Integrator ∫

perubahan pada katup ).

input output

F ( t ) F ( t ) = ∫ f ( t ) dt

Gambar 2.8.e Aksi Kendali proporsional + integral

f. Pengendali proporsional + integral + derivatif

Jika terjadi perubahan sinyal pengukuran maka keluaran pengendali dengan proporsional bellow tidak terhubung langsung tetapi katup yang akan memperkecil aliran ke arah proporsional bellow.

F ( t ) F ( t ) =

dt d

f ( t )

Gambar 2.8.f Aksi Kendali proporsional + integral + derivative

Differentiator

dt d

(72)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

2.7 Control Valve

Selain itu, perhatian khusus jugs diperlukan pada bagian penyekat ( packing ) Karena plug harus bergerak naik-turun diperlukan suatu konstruksi penyekat yang tidak boleh menghambat gerak steam, namun mampu menjaga agar fluida didalam valve tidak keluar dari bagian bonnet. Pada Gambar 2.9b [2] penyekat tersebut selanjutnya disebut packing - biasanya terbuat dari bahan asbestos, grafhit, Tef1on, atau campuran beberapa material yang dibuat khusus agar cocok dengan temperature, tekanan, serta

(73)

sifat korosi fluida proses.

( a )

16.Packing flange nut 17.Packing follower 18.Packing spring 19.Packing box bushing 20.Guide bushing 21.Seat ring

22.Packing flange stud 23.Packing flange 24.Yoke lock nut 25.Packing

26.Valve plug stem 27.Bonnet

(74)

Mulindra Pratama : Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS )

28.Valve body 29.Valve plug 30.Bottom flange

( b )

Gambar 2.9 ( a ) Bentuk umum sebuah control valve ( b ) Valve dan bagian-bagiannya

2.8 Pengertian Umum Boiler

Istilah boiler merupakan unit perapian untuk memanaskan atau menguapkan cairan selain air. Selain itu boiler juga mencakup peralatan yang digunakan dimana panas yang dihasilkan dan seluruh pengontrolan peralatan pengaman digabungkan dengan peralatannya (Dukelow, Sam G, 1986).

(1)

s kg /

160 . 74

100 493 . 41 73 . 178

× =

Total udara = 41.493 + 74.160 = 115.653 kg/s Total massa flue = 115.653 + 2.96

= 121.573 kg/s 4.5.8 Menghitung Kalor Total

Qt = (Q1 + Q2)

Flow Steam

( )

hg Enthalpi

Q1 =

Dimana : Q = m . Cp . ∆T

a. Kalor Panas Flue Gas pada Boiler (Q1)

Untuk D-9200 A

T1 = 5650C (TE-9214 D) = 10490F

T2 = 218.70C (TI-9212 D) = 425.660F

∆T = T1 – T2 = 623.340F

Dari gas oksigen Cp dipakai sebesar 0.240 Btu/lb0F Q1 = m . Cp . ∆T

= 121.573 kg/s x 0.240 Btu/lb0F x 623.340F x (1 lb/0.4536 kg) = 40095.93 Btu/s x (Btu/106 mmBtu) x (3600 hr)

= 144.35 mmBtu/hr

b. Kalor Panas Flue Gas pada Economizer (Q2)

Untuk D-9200 A

T2 = 218.70C (TI-9212 D) = 425.660F

T2 = 166.30C (TI-9213 D) = 331.340F

∆T = T2 – T3 = 94.320F

Dari gas oksigen Cp dipakai sebesar 0.219 Btu/lb0F Q2 = m . Cp . ∆T

(2)

= 5536.20 Btu/s x (Btu/106 mmBtu) x (3600 hr) = 19.93 mmBtu/hr

Maka, untuk D-9200 A: Qt = Q1 + Q2

= 144.35+ 19.93 = 164.28mmBtu/hr Flow Steam

( )

hg Enthalpi Qt =

(

)

hr T lb T hr lb hr mmBtu hr mmBtu / 50 . 67 / 10 . 4536 . 0 / 8277 . 148817 / 10 . 1039 . 1 / 28 . 164 3 3 = = = − −

Flow Blow Down = Flow Feed Water – Flow Steam = 81.2 T/h – 77.5 T/h

= 3.7 T/h

Enthalpi (hfg) Blow Down pada temperatur 3650F (TI-9209 D) = 865.9 Btu/lb

Q Blow Down = hfg x Flow blow down

= 865.9 x 3.7 T/h x (2025 lb/106) = 6.49 mmBtu/hr

Enthalpi (hf) BFW pada temperatur 262.40F (TI-9208 D) = 230.80 Btu/lb Q BFW = hf x Flow FW

= 230.80 x 81.2 T/h x (2025 lb/106) = 37.95 mmBtu/hr

Enthalpi (hg) pada tekanan 10 Bar = 145.07 Psia (PI-9241 D) = 1194.05 Btu/lb

Q Steam = hg x Flow steam

= 1194.05 x 77.5 T/h x (2025 lb/106) = 187.391 mmBtu/hr

(3)

4.5.9 Menghitung Effisiensi HRSG

Untuk D-9200A

Effisiensi HRSG ×100%

+ =

Qblowdown Qsteam

Qsteam

% 65 . 96

% 100 881 . 193

391 . 187

% 100 49 . 6 391 . 187

391 . 187

× =

× + =

4.6 Pembahasan

Bahwa efisiensi boiler semakin meningkat seiring dengan menurunnya excess udara, hal ini disebabkan karena panas yang timbul dari hasil pembakaran yang tidak di serapoleh udara yang diberikan sehingga operasional boiler secara optimum dapat tercapai. Nilai effisiensi tertinggi diperoleh pada boiler D-9200A yaitu sebesar 96.65 %

Dari nilai excess udara yang diperoleh pada perhitungan dapat dilihat bahwa nilai tersebut telah berada pada nilai optimum yang ditentukan yaitu sebesar 10 % - 25 % sehingga pembakaran yang terjadi adalah pembakaran sempurna dan operasional boiler berlangsung secara optimum. Akan tetapi, boiler D-9200A memiliki excess

(4)

lebih banyak flue gas yang dihasilkan sehingga panas yang hilang pun akan lebih besar yang mengakibatkan menurunnya effisiensi boiler dan dapat dilihat juga bahwa kehilangan panas yang paling besar terjadi pada boiler D-9200A yaitu sebesar 11.216 %.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Boiler HRSG D-9200A menghasilkan uap jenuh pada tekanan ± 9.78 kg/cm2 yang digunakan sebagai pemanas pada proses.

2. Effisiensi HRSG pada unit D-9200 A adalah 96.65 %.

3. Besarnya jumlah masa flue gas yang diperoleh semakin besar, sehingga diperoleh produk steam yang tinggi

4. Dengan menggunakan DCS CENTUM CS3000, maka akan didapatkan ketelitian, keakuratan dan kestabilan yang tinggi dalam sistem pengontrolan proses.

5.2 Saran

1. Untuk menghemat gas secara optimum sebaiknya setiap train menggunakan HRSG.

(5)

2. Untuk menghindari terjadinya korosi sebaiknya alat – alat tidak dilapisi bahan kimia.

DAFTAR PUSTAKA

1. H. Manyur ” SISTEM INSTRUMENTASI INDUSTRI “ Diktat Medan 2007

2. http://www “Technical Information Centum CS-3000”, Yokogawa Electric Corporation 2001.

3. Togar S. Silitonga “ ALAT –ALAT INSTRUMENTASI ANALYSA “ PT. ARUN NGL 1983.

4. Togar S. Silitonga “ INSTRUMENTASI PROSES “ PT. ARUN NGL 1983. 5. Ir. Zahiful Bahri, Ir Windalina Sjafar, Ir Syukri Abdullah, Ir. Rahman Hasibuan, Ir.

Syamsir A Muin “ PROCESS CONTROL AND INSTRUMENTATION “ PT. ARUN NGL 1983.

6. Website www. Boiler industri.com

7. Cs. Rangan, GR. Sarma, VSV Mani “ INSTRUMENTATION DEVICES AND

(6)

Pengontrolan Tekanan Pada Boiler Dengan Menggunakan Distributed Control System ( DCS ) Centum CS 3000 Di Unit 92 Hrsg (Aplikasi Di PT. Arun NGL)

KARYA AKHIR