PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
PERANCANGAN MINIATUR INDUSTRI SEMEN
Andani & Subaer Kanata
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245
Telp./Fax: (0411) 588111 e-mail : [email protected]:
Abstrak
Dalam penelitian ini telah dirancang suatu miniatur industri Semen, yang dapat digunakan sebagai alat pelatihan di industri semen dan praktikum bagai mahasiswa di laboratorium.
Bagian-bagian dari miniatur industri Semen hasil rancangan tediri dari dua buah silo, dua buah ban berjalan, 1 buah kiln, dan 1 buah pemanas, serta satu buah pendingin. Miniatur Industri Semen yang dirancang dapat dilakukan Kendalian memungkinkan pengukuran besaran-besaran fisik seperti kecepatan alir dan curah bahan-baku, banyaknya bahan-baku dalam silo, kadar air dan suhu dalam suatu siklus proses. Dalam percobaan digunakan 3 skenario dengan pengukuran secara manual terhadap volume, temperature dan kadar air dari bahan baku (pasir) di silo 1, kiln, cooler, dan silo 2. Ada waktu tunda sebesar 2 menit antara proses pengriman bahan baku padat dari silo 1 sampai diterima di silo 2.
Kata Kunci: Miniature Industri Semen, kendalian
PENDAHULUAN
Industri manufaktur yang ada di Wilayah Timur Indonesia didominasi oleh industri yang berbahan baku padat, seperti misalnya industri semen, industri aneka tambang, industri pengolahan dan pengemasan tepung terigu, dan lain-lain. Semua industri tersebut hampir tidak memiliki pusat pendidikan dan pelatihan (diklat) maupun fasilitas Research and Development (R & D) yang memadai untuk mengembangkan bakat dan keahlian dari teknisi masing-masing, khususnya dalam bidang Teknologi Kendali Proses (Process Control Tachnology).
Mereka hanya mempercayakan pada vendor peralatan yang digunakan untuk memberikan pelatihan sebagai bagian dari usaha untuk mendapatkan kontrak atau sebagai aktivitas promosi penjualan.
Di sisi lain orang-orang teknik dalam bidang industri sulit untuk memahami kemajuan baru dalam teknologi sistem kendali, sebab mereka mempercayakan pada program pelatihan yang ditawarkan kontraktor. Pelatihan yang diberikan sebenarnya hanya suatu metode bukan program yang berdasarkan ilmu pengetahuan.
Metode termudah untuk mengidentifikasi elemen-elemen suatu loop kendali proses adalah mengidentifikasi dan menggambarkan elemen-elemen berikut yaitu: proses, pengukuran, evaluasi dan control element [1].
Dalam dunia pendidikan, modul-modul pelatihan sistem kendali proses juga banyak diproduksi oleh vendor- vendor yang bergerak dalam pendidikan keteknikan dan memproduksi system trainer kendali proses. Vendor- vendor tersebut antara lain adalah: Level and Flow Training System 38-001, Temperature Training System 38- 002, Pressure Training System 38-003, pH Training System 38-003 dan Industrial Process Fault Finding Training System 34-250. Feedback Instrument Limited [2] dari Inggris, Process Control yang sudah menggunakan software untuk computer control, data acquisition dan data management.
Jenis peralatan yang diproduksi untuk pendidikan adalah Process Control Unit for pH, Flow, Temperatur, Level and Pressure Control System Edibon dari Italia [3] dan, Perusahaan ini memproduksi peralatan-peralatan process control untuk industri, peralatan yang diproduksi sudah memanfaatkan teknologi Distribution Control System (DCS) dan Advanced Process Control (APC) seperti Boiler Drum Heat-Exchanger PCTS, Gas Flow, Pressure, Gas Tempeture, dan Gas Pressure PCTS.Syntek Group dari Malaysia [4].
Berdasarkan statistic [5], sekitar 73 % dari potensi tambang logam di Indonesia berada diawasan timur Indonesia, yang dapat dilihat pada table 1 berikut.
Perancangan Miniatur Industri Semen Andani & Subaer Kanata
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
Tabel 1. Persentasi potensi tambang logam di Kawasan Timur Indonesia
Metal Persentasi
chopper 56.2
Latatic Iron 99.8
Cobalt 100
Primery Cromatic 100
Magnice 32
Nichkel 100
Lateritic Titanium 85.5
Primery Gold 51.6
Placer Gold 70.7
Silver 21.4
Reserver 84.9
Total 802.1
% rata-rata 72.9
(sumber : Indonesia Mineral, Coal, Geothermal dan Groundwater Statistik Edisi 2008 ISSN: 1410-2196)
METODE PENELITIAN
Dalam penelitian ini, metode yang digunakan adalah metode Rancang Bangun yang meliputi:
Penentuan Sampel
Metode yang digunakan adalah metode survei study/pengkajian, yakni dengan cara mengumpulkan data ke industri semen yang ada di Sulawesi Seletan dan menerapkan teknologi kendali proses. Kemudian dipilih bagian dari industri yang dianggap wakil dari setiap industri semen tersebut. Melakukan pemilihan bagian- bagian dari proses industri yang akan dibangun yang dianggap dapat mewakili sistem Kendali Proses dari seluruh industri yang ada di Kawasan Timur Indonesia dan melakukan perancangan Miniatur Industri semen Metode Pengumpulan Data
Pengumpulan data dilakukan dengan cara mengumpulkan data peta proses industri semen.
Dengan perancangan miniatur industri semen ini, akan menambah wawasan bagii mahasiswa untuk mengenali lebih dini proses dasar yang ada di industri manufaktur semen sebelum bekerja di bidang industri semen. Dalam tulisan ini akan dibahas:
1. Perencanaan Miniatur industri semen.
2. Percobaan yang dilakukan menggunaan tiga skenario pengukuran.
Perancangan Model Kendalian (Plant)
Model Fisik
Bentuk fisik dari rancangan miniatur industri semen tersebut cenderung mengikuti bentuk rancangan dari bentuk fisik dari suatu pabrik semen . Yang dimana terdiri dari 2 buah tangki (silo), 2 buah belt berjalan yang membawa material bahan, 2 buah kiln dan 1 cooler. Pada gambar 1 terlihat arah aliran material jika proses industri dijalankan dan membentuk suatu kalang (loop) tertutup.
Gambar 1. Bentuk fisik kendalian
PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
Perancangan Silo ( Beam).
Karena yang dirancang adalah miniatur industri semen, maka silo yang di rancang tidak perlu terlalu besar. Silo yang dibuat ukurannya diambil kurang lebih 1 berbanding 10 000 dari ukuran silo yang digunakan di industri semen. Untuk itu dibuatlah silo dengan ukuran diamater lingkaran atas 263.0 cm, tinggi 110 mm, di kerucut diameter bagian bawa 48 mm dan tingginya 130 mm. Dalam rancangan ini digunakan dua buah silo, masing- masing Silo-1 yang berfungsii sebagai silo basah daya tampung 5 sampai dengan 8,8 liter dan Silo 2 yang berfungsi sebagaii silo kering tempat penyimpanan akhir mempunyai daya tampung 10 sampai dengan 13 liter.
Adapun bentuk hasil rancangan silo 1 dan silo 2 dapat dilihat pada Gambar 2 berikut ini.
a. b.
Gambar 2. Bentuk silo a. silo 1 dan b silo 2
Dengan ukuran-ukuran dari silo tersebut di atas maka dapat dihitung volumenya menggunakan persamaan volume selinder dan volume kerucut :
Adapun rumus dasar dari perhitungan jumlah volume tangki (silo) sebagai berikut :
Volume tabung : (1)
Volume kerucut : ( ) ( ) (2)
Diketahui sebelumnya bahwa silo yang digunakan merupakan gabungan dari 2 buah bentuk bangun ruang yaitu silinder dan kerucut.Persamaan di atas digunakan untuk menghitung jumlah volume keseluruhan dari silo dimana volume tabung dijumlahkan dengan volume kerucut.
Adapun untuk penerapan rumus persamaan dimana jika volume silo terisi dapat dihitung tinggi level dari silo sesuai dengan jumlah volume yang ada pada silo tersebut. Persamaan tersebut juga merupakan hasil turunan dari persamaan (1) dan persamaan (2).
Jika V ≥ Vk berarti keadaan kerucut terisi penuh.
(3)
Sedangkan Jika V < Vk berarti keadaan kerucut tidak mengisi penuh dan volume pada tabung kosong.
[ ( ) ( )] (4)
Ket : ht : tinggi tabung hk : tinggi kerucut
hs : tinggi keseluruhan tangki (silo)
ho : tinggi kerucut kecil (kerucut bayangan) R : Jari-jari tabung
r : Jari-jari kerucut kecil (kerucut bayangan) V : Volume yang terdapat pada tangki (silo) y : tinggi level
Perancangan Miniatur Industri Semen Andani & Subaer Kanata
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
Vt : Volume tabung Vk : Volume kerucut
Vs : Jumlah volume keseluruhan tangki (silo) Conveyor
Sistem conveyor digunakan apabila kita ingin memindahkan suatu bahan (material) dari suatu tempat ke tempat yang lain, dengan jalur dan jarak yang tertentu. (fixed path), dengan perpindahan material yang kontinyu.
Dalam memindahkan bahan dalam sepanjang lintasannya, conveyor dapat menggunakan daya dan gaya grafitasi.
Conveyor dalam rancangan miniatur industri ini ada dua, yaitu conveyor 1 digunakan untuk mengangkut bahan dari silo 1 ke preheater (Kiln 1) untuk dilakukan proses pemanasan. Sedangkan conveyour ke 2 digunakan untuk mengangkut bahan dari silo ke dua hasil penampungan proses yang dilakukan kembali ke silo pertama.
Hal ini dibuat karena diinginkan proses akan berjalan secara terus menerus seperti yang terjadi di industri yang sebenarnya.
Rancangan conveyor dibuat dengan mengkombinasikan antara conveyor dengan bucket yang digunakan untuk menaikkan bahan baku ke tempat yang lebih tinggi (Silo). Panjang conveyor hanya disesuaikan dengan ketinggian dan susunan dari hasil rancangan komponen-komponen penyusun miniatur industri. Hasil rancangan conveyor panjangnya 160 cm dan 244 cm, dan dipasangi sekat penahan bahan baku agar tidak tertumpah pada saat diangkut dari silo (dioperasikan). Kemiringan conveyor 30 0 sampai dengan 32 0 dengan menggunakan 1 motor penggerak ½ hp I phasa. Kecepatan conveyor dapat diatur secara manual.
Conveyor hasil rancangan dapat dilihat pada gambar 3 berikut :
Gambar 3. Bentuk conveyor miniatur industri
Rotary kiln
Perancangan rotary kiln ini didasari pada, alat utama yang digunakan pada industri semen yakni; Tanur putar atau rotary kiln. Rotary kiln adalah alat berbentuk selinder memanjang horisontal yang diletakkan dengan kemiringan tertentu biasanya 40 dengan arah menurun (declinasi). Dari ujung tempat material masuk (in-let), sedangkan di ujung lain tempat terjadinya pembakaran bahan bakar (burning zone). Jadi material akan mengalami pemanasan (pembakaran) dari temperatur yang rendah menuju ke temperatur yang lebih tinggi.
Perancangan kiln ini merupakan komponen yang mewakili dari sistem industri yang ditelitii berfungsi sebagai pemanas yang dibuat 2 tingkat, dengan ukuran yang sama panjang 870 mm diamater luar 244 mm dan diamater dalam 232 mm. Pada rotary kiln pertama penutup bagian intlet dibuatkan lubang berdiamater 50 mm dan lubang kecil dengan diameter 10 mm tempat untuk melakukan pengukuran temperatur. Lubang berdiamater 50 mm dibuat agar temparaturnya selalu lebih rendah dibandingkan dengan rotary kiln yang kedua. Rotary kiln ke dua ditambahkan sumber api kecil dan pada inletnya tertutup. Pada inlet tersebut disiapkan lubang kecil dengan diameter 10 mm tempat untuk melakukan pengukuran, pengukuran panas ujung inlet tersebut selalu akan lebih panas di banding dengan rotary kiln pertama.
Rotary kiln hasil rancangan bagian dalamnya dibuat berulir dan bagian tengah diberi gir agar dapat berputar sehingga bahan baku dapat tersirkulasi. Untuk memutar rotary kiln digunakan motor ½ hp tiga (3) phasa dan kecepatan putar dapat diatur secara manual.
Proses pemanasan pada rotary kiln menggunakan gas, pada ujung outletnya dilengkapai dengan sumber api gas yang bisa diatur bukaan gasnya. Prosentasi bukaan gas akan menetukan tinggi rendahnya temperatur yang diinginkan. Penggunaan gas akan menyebabkan biaya operational akan menjadi lebih murah dibanding dengan
PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
menggunakan listrik. Penggunaan listrik dapat menyebabkan proses pemanasan akan lebih lama dan daya yang digunakan akan lebih besar.
Adapun hasil rancangan rotary kiln1 1 (heater) dan heater 2 dapat dilahat pada gambar 4.
a. Rotari kiln (heater) 1
b. heater 2
Gambar 4. Rancangan kiln, heater
Cooler (Pendingin)
Cooler (pendingin) di rancang untuk mendinginkan material (bahan baku) setelah mengalami pemanasan dua tahap pada rotary kiln. Bahan baku yang dihasilkan, diharapkan mousture nya yang masuk ke cooler sudah berkurang sesuai dengan setting yang diinginkan. Cooler ini mempunyai ukuran panjang 870 mm, diamater luar 200 mm dan diameter dalam 190 mm.
Pendinginan dilakukan dengan menggunakan dua buah blower yang ditempatkan pada outlet dari rotary cooler, dan disemprotkan ke arah inlet. Keluaran dari cooler dimasukkan ke dalam Silo-2 sebagai penampung bahan yang sudah diproses.
Cooler hasil rancangan bagian dalamnya dibuat ulir yang lebih rapat dibanding dengan rotary kiln, ulir yang lebih rapat ini akan menyebabkan bahan yang ada di dalam cooler akan lebih lama mengalami pendinginan.
Pada cooler bagian tengah diberi gir agar dapat berputar sehingga bahan baku dapat tersirkulasi. Untuk memutar cooler digunakan motor ½ hp tiga (3) phasa dan kecepatan putar dapat diatur secara manual.
Adapun hasil rancangan cooler dapat dilahat pada gambar 5 berikut.
Gambar 5. Rancangan Cooler (pendingin)
Realisasi lengkap rancangan kendalian proses industri berbahan baku padat dilengkapi dengan 3 motor AC 3 phasa ½ hp, 2 motor Ac 1 phasa ½ hp, 4 buah Blower, dengan menggunakan bahan bakar gas, rancangan tersebut dapat dilihat pada gambar 6 berikut.
Perancangan Miniatur Industri Semen Andani & Subaer Kanata
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
Gambar 6. Realisasi lengkap miniatur Industri Semen
Pengukuran
Dalam percobaan digunakan pasir yang diperoleh dari Pantai Senggigi di Mataram Nusa Tenggara Barat yang ukuran dan besarnya hampir sama. Pertama – tama dilakukan pengukuran di silo, dengan cara mengukur waktu yang dibutuhkan untuk mengeluarkan pasir dari silo dengan mengatur bukaan katup secara manual.
Untuk pengukuran pada saat miniatur di jalankan, digunakan bahan baku pasir sebanyak 5 liter dengan moisture 5.8 %. Digunakan 3 (tiga) skenario ;
1. Skenario pertama pasir di silo 1 di pindahkan ke silo 2 tanpa dilakukan pemanasan dan pendinginan dengan katup silo 2 di tutup.
2. Skenario ke dua pasir di silo 1 di pindahkan ke silo 2 tanpa dilakukan pemanasan dan pendinginan dengan katup silo 2 di buka sehingga pasir akan kembali lagi ke silo 1
3. Skenario ke tiga merupakan lanjutan dari skenario ke dua, skenario ke tiga ini di lakukan dengan menambahkan air sehingga diperoleh nilai moisture tertentu. Kemudian dilakukan pemanasan di kiln 1 dan di heater (kiln 2), di cooler dilakukan pembukaan blower sehingga diperoleh suhu tertentu.
Skenario 1
Pada percobaan skenario satu, bahan baku berupa pasir sebanyak 5 liter di pindahkan ke silo 2 sehingga pasir disilo 1 menjadi kosong. Sedangkan di silo 2 pasir tersebut di tampung diamana volume pasir tersebut sama dengan silo masukan. Adapun hasil pengukuran yang hasilkan dapat dilihat pada tabel 2.
Skenario 2
Pada percobaan skenario dua, bahan baku berupa pasir sebanyak 5 liter di pindahkan ke silo 2, akan tetapi pada menit ke 10 katup silo 2 dibuka. Pembukaan katup pada menit ke 10 akan menyebabkan pasir akan mengisi kembali silo 1. Adapun hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 3.
Skenario 3
Pada percobaan skenario tiga merupakan lanjutan dari skenario ke dua, pada skenario tiga ini ditambahkan air kurang lebih 0,4 liter dengan temperatur 20 0C sehingga diperoleh moisture di silo 1 37,9 % dengan temperature bahan setelah dicampur air menjadi 25,5 0C. Bahan baku berupa pasir sebanyak 5 liter dengan moisture 37,9 % di pindahkan ke silo 2, dengan mengalami pemanasan dengan menggunakan gas di Kiln pada temperatur ruang 90 0C, di heater pada temperatur ruang 110 0C. Di cooler bahan baku didinginkan dengan menggunakan 2 buah blower. Adapun hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.
HASIL DAN BAHASAN Pada Skenario 1
Hasil pengukuran skenario 1 pada tabel 2 diperoleh bahwa untuk 5 (lima) liter pasir dibutuhkan waktu 16 17 detik utuk mengirimkan bahan baku berupa pasir dari silo 1 ke silo 2, dengan waktu delay 1 menit 58 51 detik.
PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
Waktu yang dibutuhkan mengisi kerucut di silo 2 adalah 10 menit 7 detik dan waktu yang dibutuhkan untuk mengisi bagian selinder di silo dua sebesar 6 menit 10 detik. Untuk temperatur bahan baku 26 0C dan moisture 5.8 % tidak ada perubahan.
Tabel 2. Hasil Pengukuran Skenario 1 Pasir Katup Silo 2 di-tutup.
No. Nama Alat Suhu (C)
Putaran/
Detik
Waktu tunda (detik)
Suhu Pasir (C)
Mousture
(%) Ket
1. Silo 1 26 26 5.8
2. Conveyor 1 28 6 6.51 26 0
3. Kiln 1 28 16 32 26 0
4. Kiln 2 28 21 23 26 0
5. Cooler 28 41 57 26 0
6. Silo 2 26 26 5.8
Pada Skenario 2
Skenario 2 dilakukan pembukaan katup di menit ke 10 dengan bukaan katup di silo 2 lebih besar dari katup silo 1. Dari hasil pengukuran yang dilakukan seperti pada tabel 3. Pada pembukaan katup di menit ke 10 pada silo 2 dengan volume 3,5 liter sedangkan di silo 1 tersisa bahan padatan sekitar 0.75 liter. Jadi ada volume bahan padatan sebesar 0,75 liter yang berada dalam sistem yang sedangkan berjalan, dan dalam proses ini silo 2 tidak pernah kosong, karena katub bisa di buka tutup secara manual sambil melihat kondisi yang ada di silo 1 dan 2.
Tabel 3. Hasil Pengukuran Skenario 2 Katup silo 2 Dibuka Pada Menit ke 10 No. Nama Alat Suhu
(0 C)
Putaran/
Detik
Waktu tunda (detik)
Suhu Pasir (0C)
Mousture
(%) Ket
1. Silo 1 26 26 5.8
2. Conveyor 1 28 6 6.51 26 0
3. Kiln 1 28 16 32 26 0
4. Kiln 2 28 21 23 26 0
5. Cooler 28 41 57 26 0
6. Silo 2 26 26 5.8
7. Conveyor2 28 4 5.53 26 0
Pada Skenario 3
Skenario 3 ini merupakan lanjutan dari skenario 2, pada skenario 3 ditambahkan air sebanyak 0,5 liter sehingga diperoleh moisture 37,9 %. Kemudaan dilakukan pemanasan dengan bukaan gas di klin 1 30 % dan di kiln 2 (heater) 40 % serta dilakukan pendinginan di cooler dengan bukaan blower 60 %. Hasil pengukuran menunjukkan temperatur di silo 1 sebesar 25 0C, kemudian di kiln 1 temperatur bahan setelah di panasi menjadi 35 0C dengan moistur turun menjadi 23,5 % dan kiln 2 temperatur bahan setelah di panasi menjadi 55
0C dengan moistur turun menjadi 5,4 %. Di Cooler setelah mengalami pendinginan oleh blower, temperatur bahan turun menjadi 26 0C dengan moistur tetap 5,4. Jadi ada perbedaan dengan moisture awal dari bahan sebesar 0,019.
Tabel 3. Hasil Pengukuran Skenario 3 Pasir di Tambah Air 0.5 liter No. Nama Alat Suhu
(0 C)
Putaran/
Detik
Waktu tunda (detik)
Suhu Pasir (0C)
Mousture
(%) Ket
1. Silo 1 28 25 37.9
2. Conveyor 1 28 6 6.51 25 37.9
3. Kiln 1 90 16 32 35 23.5
4. Kiln 2 110 21 23 55 5.4
5. Cooler 28 41 57 26 5.4
6. Silo 2 28 26 5.4
7. Conveyor2 28 4 5.53 26 5.4
Perancangan Miniatur Industri Semen Andani & Subaer Kanata
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
SIMPULAN
Dari uraian hasil penelitian yang dilakukan maka dapat disimpulkan :
1. Dapat Realisasikan rancangan miniatur industri semen yang teridiri dari 2 bah silo, 2 kiln (heater) 1 cooler dan 2 conveyor
2. Pada rancangan miniatur indutri semen ini dapat dilakukan pengukuran dengan 3 skenario, proeses pemindahan bahan baku dari silo 1 ke silo2, pemindahan bahan baku dari silo 1 ke silpembukaan katup di silo 2 pada menit ke 10 dan penambahan air setelah silo 2 dibuka sebanyak 0.5 liter
3. Pengukuran yang dapat dilakukan pada Rancangan miniatur indutri semen ini, yaknii pengukuran level, moisture serta temperatur baik disilo maupun di kiln dan cooler.
DAFTAR PUSTAKA
[1.] Smith, Carlos A, and Armando B Carripio, [1997], “Principle and Practiceof Automatic Process Control ” JohnWiley & Sons. Inc NJ, USA.
[2.] Feedback Instrument Limited Electronin catalogue (BESA) 2006 www.fbk.com email : [email protected].
]3.] Edibon Technical Teaching Equipment, Edibon International issue 01/06 (Juni/2006) www.
Edibon.com, [email protected].
]4.] Syntek Group specialist in Proses Control Training System Malaysia Webside : www. Syntekgroup.com, Email : [email protected]. (2004)
]5.] Directorate General of Mineral Coal and Geothermal “ Indonesia and Mineral, Coal, Geothermal and Groundwater Statistics, ISSN : 1410 – 2196 Edision 2008.
[6.] Lincoln F. Lautenschlager Moro “ Process technology in the petroleum refining industry*/currentsituation and future trends Computers and Chemical Engineering” 27 (2003) 1303_/1305.
[7.] Andani, Rhiza S Sadjad “Model Simulink dari Miniatur Sistem Kendali Proses pada Industri Manufaktur Berbahan Baku Padat”. Prosiding Seminar National Teknologi Industri Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti Maret 2010.
[8.] Andani, “Miniatur Kendalian Industri Proses Berbahan Baku Padat”Disertasi, Program Pasca Sarjana Universitas Hasanuddin,Makassar, 2010.
