Rekayasa Sistem Hybrid Solar Water Heater Dan Electric Heater Untuk Efisiensi Pemakaian Listrik Berbasis SCADA
2. Metodologi Penelitian
Dalam melakukan penelitian sistem hybrid antara solar water heater dan elektrik water heater berbasis PLC dan SCADA, adalah dengan
1. Merencanakan Lay Out Plant solar water heater 2. Merencanakan deskripsi kerja plant sistem hybrid
solar water heater
3. Mendisain Tampilan dalam Visualisasi Sistem SCADA
4. Menentukan Komponen Input dan Output Sistem Hybrid solar water heater
5. Merancang program PLC sesuai dengan deskripsi kerja
6. Mensimulasikan program yang dibuat dengan program simulasi PLC
7. Menghubungkan dengan indkator Input dan output PLC.
8. Mengintegrasikan Software Program PLC dengan Visualisasi Sistem SCADA
9. Mensimulasikan Program SCADA 2.1. Lay Out Plant
Layout Plant yang akan disimulasikan adalah seperti gambar berikut :
Level Stik Water
Water Heater 1 Water Heater 2 Thermocouple Pompa Sirkulasi SLV.2 Pompa Supply SLV.1
Solar Water Heater 1
Solar Water Heater 2
Solar Water Heater 3
Tangki Supply Water Valve Out Tangki hot water KETERANGAN : Suhu 25 – 40 °C Suhu 41 – 60 °C Suhu 61 – 80 °C
Gambar 1. Lay Out Simulasi Plant
Pada simulasi plant diatas terdapat tangki supply water, tiga unit solar water heater dan sebuah tangki untuk menyimpan air panas hasil pemanasan solar water heater. satu buah pompa sirkulasi untuk mensirkulasi air ke solar water heater sehingga didapatkan panas yang di inginkan. dan pompa supply untuk mensupply air baku 2.2 Flow chart diagram sistem solar water heater Sedangkan untuk deskripsi kerja dari simulasi plant adalah seperti pada flow diagram berikut :
Start Check Level Air Hot Water
Tank Tangki HW Kosong? SLV.1 ON Pompa Supply ON Tangki HW Penuh? SLV.1 OFF Pompa Supply ON Circulation Pump ON Apakah suhu HW >= 60° Pompa sirkulasi OFF Apakah air HW dipakai Apakah
suhu<= 60° Level Air HW Low
Heater ON Circ. Pump ON SLV.1 ON Pompa Supply ON Apakah suhu HW >= 60° Heater OFF Circ. Pump OFF
Apakah Level HW Full ? SLV.1 ON Pompa Supply ON selesai YA TIDAK YA TIDAK YA TIDAK YA TIDAK YA YA YA TIDAK YA TIDAK
Gambar 2. Flow Chart Diagram Kerja Simulasi
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Disain sistem HMI SCADA Solar water heater Berdasarkan lay out perencanaan sistem hybrid yang telah di design seperti terlihat pada gambar berikut :
Level Stik Water
Water Heater 1 Water Heater 2 Thermocouple Pompa Sirkulasi SLV.2 Pompa Supply SLV.1
Solar Water Heater 1
Solar Water Heater 2
Solar Water Heater 3
Tangki Supply Water Valve Out Tangki hot water KETERANGAN : Suhu 25 – 40 °C Suhu 41 – 60 °C Suhu 61 – 80 °C
Berdasarkan gambar rancangan disain solar water heater maka dibuat tampilan visualisasi sistem HMI SCADA sistem solar water heater dengan menggunakan bantuan sofware pemograman CX Designer, sehingga didapat tampilan visualisasi sistem SCADA berikut :
Gambar 4 Tampilan HMI SCADA Solar water heater
Dari Gambar 4 tampilan HMI SCADA Solar water heater berbasis SCADA terdapat dua tangki utama yaitu :
1. Tangki Supply water yang berfungsi untuk mensupplay air dengan suhu ambien temperatur untuk di supply menuju solar water heater.
2. Tangki Hot water yang menampung air hasil pemanasan dari solar water heater. Pada tangki hot water terdapat komponen :
• Level kontrol yang berfungsi untuk mengendalikan level tangki hot water agar tidak terjadi over capacity dan mencegah agar tangki hot water tidak kosong yang akan mengakibatkan kerusakan pompa sirkulasi • Temperatur kontrol untuk mengatur suhu air
dalam tangki hot water agar tidak over heating dan mengendalikan pompa sirukulasi • Elektric Heater berfungsi untuk membantu
pemanasan air pada tangki hot water apabila dalam kasus tertentu kebutuhan air panas terlampau banyak sehingga solar water heater tidak mampu memenuhi kebutuhan air panas • Selenoid electric valve yang berfungsi
sebagai buka tutup sistem sirkulasi dan distribusi hot water.
3. Pompa supply air berfungsi untuk mensupply air dari tangki raw water menuju tangki hot water melalui solar water heater.
4. Tangki sirkulasi berfungsi untuk mensirkulasi tangki hot water untuk mendapatkan nilai suhu yang di inginkan.
5. Solar water heater alat yang berfungsi untuk mengkonfersi/ menangkap panas matahari yang digunakan untuk memanaskan air di dalam pipa pipa kapiler solar water heater.
6. Operasi sistem solar water heater, merupakan alat yang digunakan untuk mengontrol dan mengoperasikan solar water heater sistem.
3.2. Simulasi Program PLC
Setelah program dibuat dilakukan pengetesan proses simulasi program PLC seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 5 Simulasi program PLC
3.3. Integrasi program PLC dan HMI SCADA Setelah dilakukan pengetesan program PLC sesuai dengan deskripsi kerja sistem, maka dilakukan intergerasi antara program PLC dengan software pemograman CX-Programmer dengan software HMI SCADA CX-Designer seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 6 Integrasi program PLC dan HMI SCADA
Gambar 6 merupakan integrasi sistem program PLC dengan design HMI SCADA, setelah integrasi sukses maka dapat dilanjutkan dengan menganalisa sistem solar water heater secara keseluruhan.
Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro Volume 2 tahun 2017: 34-39 38
Analisa kerja sistem solar water heater terdiri dari beberapa tahapan proses yaitu proses supply air baku, proses sirkulasi dan proses penggunaan air panas. Seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 7 Sistem Supply Air ke Tangki Hot Water
Gambar 7 merupakan proses pengisian air dari tangki supply menuju tangki hot water. Dengan menekan push button Start maka pompa supply akan bekerja mengisi air dari tangki supply menuju tangki hot water, pengoperasian dilakukan dengan cara manual dengan menggunakan tombol stop sistem supply dan menggunakan automatis berdasarkan level air pada tangki hot water.
3.5. Proses sirkulasi :
Proses sirkulasi merupakan proses pemanasan air dengan menggunakan solar water heater yang di sirkulasikan, seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 8 sistem sirkulasi
Gambar 8 merupakan proses sirkulasi, dengan menekan push button ON sistem sirkulasi maka pompa sirkulasi akan bekerja mensirkulasi air dari tangki hot water menuju solar water heater, terjadi pemanasan pada solar water heater dan kembali lagi ke tangki hot water sampai suhu mencapai settingan sesuai dengan yang di inginkan. operasi sistem dapat dinonaktifkan dengan
menekan push botton OFF secara manual atau secara automatis dengan pengontrolan suhu hot water dengan menggunakan termocouple temperatur kontroller, sehingga apabila suhu air telah mencapai st point maka sistem akan OFF sirkulasi. Pada saat tertentu operasi solar water heater akan dibantu pemanasan air dengan menggunakan elektrik heater apabila penggunaan air panas cukup besar, sehingga solar water heater tidak mampu memanaskan air.
4. Kesimpulan
Berdasarkan uraian di atas maka, dapat disimpulkan bahwa sistem rekayasa ini telah berhasil untuk dapat menggabungkan 2 metode antara solar water heater dan electric water heater. Tujuan dari penggunaan metode solar water heater disamping electric heater adalah untuk mengurangi penggunaan tenaga listrik, sehingga pemanfaatan energi fosil dapat dikurangi dan pemanfaatan energi terbarukan dapat dioptimalkan dengan tingkat efisiensi yang lebih tinggi. Penelitian ini dapat mensimulasikan sirkulasi air dalam pipa yang terdistribusi dan tersirkulasi menggunakan sistem kendali berbasis pemograman PLC dan HMI berbasis SCADA. Dengan simulasi tadi dapat dilihat sirkulasi air panas dalam pipa dan tanki yang dapat dikendalikan sesuai dengan tingkat efisiensi yang diperlukan.
Daftar Acuan
[1]. Zig-zag Collector, manual on the collector solar water heater, Internet.
[2]. Cariou Jean. “Solar Water Heater, Research Associate Global Energy Network Institute”. August 2010.
[3]. Nosa Andrew Ogie, Ikponmwosa Oghogho,and Julius Jesumirewhe. “ Design and Construction of a Solar Water Heater Based on theThermosyphon Principle ”.Journal of Fundamentals of Renewable Energy and Applications Vol. 3 (2013), Article ID 235592, 8 pages.
[4]. Solar Water Heater Training, “Solar System Components, Configurations and Operating Principles”. Chapter 3
[5]. Dr. Ashok Gadgil, Howdy Goudey, Jonathan Slack, “Domestic Solar Water Heater forDeveloping Countries “ May 16, 2007
[6]. www.belajarplc.com. “CARA MEMBUAT
PROGRAM PLC DENGAN SOFTWARE CX PROGRAMMER + CX SIMULATOR DAN CX DESIGNER “. 2010.
[7]. Andryanto1 , Anang Tjahjono2 , Era Purwanto3. “ Rancang bangun Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) pada proses Water Intake dan Water Forwarding di PDAM Karangpilang I SURABAYA” Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – Institut Teknologi Sepuluh November Kampus ITS Sukolilo.
[8]. Internet. “ Bab I-III Teori dasar Perencanaan sistem SCADA dan PLC Sistem Kartu parkir”. Maret 2015.
Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro Volume 2 tahun 2017: 40-45
40