P
PE
EN
NG
GE
EM
MB
BA
AN
NG
GA
AN
N
S
SI
IS
ST
TE
EM
M
PE
P
EN
NG
GA
AM
MB
BI
IL
LA
AN
N
DA
D
AT
TA
A
P
PU
UM
MP
P
IN
I
NG
G
TE
T
ES
ST
T
D
DE
E
NG
N
GA
AN
N
TE
T
EL
LE
EM
ME
ET
TR
RI
I
DA
D
AN
N
P
P
EN
E
NG
GG
G
UN
U
NA
AA
AN
N
I
IN
NV
VE
ER
RT
TE
ER
R
U
UN
NT
TU
UK
K
P
PE
ER
RU
UB
B
AH
A
HA
AN
N
K
KE
EC
CE
EP
P
AT
A
TA
AN
N
P
P
OM
O
MP
P
A
A
D
D
D
R
R
R
A
A
A
F
F
F
T
T
T
Oleh :
Supriatna Mujahidin, Zulfahmi,
Nendaryono Madiutomo, Iis Hayati,
Hasniati Astika, Nandang Permana,
Supriatna, Sumarsono, Adji Subarja
2011
PUSLITBANG TEKNOLOGI
MINERAL DAN BATUBARA tek
KATA PENGANTAR
Permasalahan air bawah tanah dewasa ini merupakan hal yang sangat penting untuk
mendapat perhatian mengingat makin banyaknya daerah resapan air telah berubah
fungsi menjadi areal pemukiman atau perubahan aliran akuifer yang diakibatkan oleh
aktivitas penambangan. Oleh karena itu perlu dilakukan langkah langkah kebijakan
dalam pengelolaan sumber air tanah agar tidak menjadi petaka dikemudian hari.
Untuk menunjang pengelolaan air tanah diperlukan peralatan yang memadai agar
dapat memantau serta memperhitungkan besaran debit optimum akuifer melalui
kegiatan uji pemompaan (pumping test).
Sejalan dengan visi Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara untuk menjadi
puslitbang yang mandiri, profesional, dan unggul dalam pengembangan dan
pemanfaatan mineral dan batubara, pada tahun 2011 melakukan kegiatan penelitian
berupa Pengembangan sistem pengambilan data ‘pumping test’ dengan telemetri dan
penggunaan inverter untuk perubahan kecepatan pompa yang merupakan kegiatan
lanjutan tahun 2010.
Diharapkan kegiatan rancang bangun yang aplikatif ini menghasilkan peralatan yang
dapat digunakan kegiatan pumping test dalam berbagai kondisi lapangan sehingga
dapat menjawab segala permasalahan pengelolaan air tanah terutama bagi pemerintah
daerah serta industri pertambangan.
Bandung, Desember 2011
Kepala Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara,
Ir. Hadi Nursarya, M.Sc.
NIP. 19540306 197803 1 001
ii
Sari
Untuk mengetahui karakteristik sumur bor dan lapisan akuifer perlu dilakukan pengamatan perubahan muka air tanah serta debit aliran terhadap fungsi waktu dengan uji pemompaan
(pumping test). Debit optimum aquifer tidak dapat diperhitungkan sebelum dilakukan uji
pemompaan sehingga sering terjadi over flow akibat dari penggunaan pompa yang memiliki kemampuan melebihi debit aliran aquifer atau sebaliknya kapasitas pompa tidak sebanding dengan debit optimum aquifer disamping itu sistem pengiriman data menggunakan kabel melebihi panjang 50 meter akan mengalami banyak hambatan selain tidak praktis.
Untuk membantu tercapainya kondisi steady (water balance) pada saat dilakukan uji pemompaan dengan mudah dan cepat digunakan Inverter (Variable speed drive) untuk mengendalikan perubahan kecepatan pompa dimana debit aliran akuifer yang masuk kedalam sumur akan sama dengan debit pemompaan.
Data pengukuran yang dihasilkan oleh masing masing alat dapat dikirimkan dengan nir cable sistem telemetri melalui radio modem pemancar (transmiter) ke unit radio modem penerima
(receiver) pada lokasi yang berjarak tidak melebihi radius 5 km. Data yang diterima oleh radio
modem receiver ini dapat dimonitor pada layar komputer baik dalam bentuk database, grafik maupun data real time.
iii
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR i
SARI ii
DAFTAR ISI iii
DAFTAR GAMBAR iv
DAFTAR TABEL v
DAFTAR LAMPIRAN v
I PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Ruang Lingkup Penelitian 3
1.3. Tahapan Kegiatan 4
1.4. Maksud dan Tujuan 4
1.5. Sasaran 5
1.6. Lokasi Kegiatan 5
II TINJAUAN PUSTAKA/KAJIAN TEORITIS 6
2.1. Aliran Air Tanah (ground Water Flow) 6
2.2. Sistem Pumping Test 6
2.3. Teknologi Mekatronika Untuk Peralatan Uji Pemompaan 7
2.4. Sistem Telemetri 8
2.4.1. Bagian Pengiriman Data 9
2.4.2. Pengubah Analog ke Digital 10
2.4.3. Perangkat Lunak Pengendali 11
2.4.4. Modulator Pengunci (Frequency Shift Keying / FSK) 12
2.4.5. Pembangkit Sinyal Penanda 12
2.4.6. Penjumlah Sinyal 13
2.4.7. Pemancar Modulasi Frekuensi 13
2.3. Sistim Perubahan Kecepatan Pemompaan 15
III PROGRAM KEGIATAN 17
3.1. Rancangan Mekanik Otomatis Level Air (Hardware). 17
3.2. Microcontroller Radio Modem 18
3.3. Power Suply 19
3.4. Perancangan Software Automatic Water Level Monitoring
System (AWLMS) 19
3.5. Kalibrasi Peralatan 22
3.6. Perancangan Alat Uji Simulasi 24
3.7. Uji Coba Simulasi 25
3.8. Uji Coba Lapangan 28
3.8.1. Tahap Persiapan 28
3.8.2 Pelaksanaan Uji Pemompaan (Pumping Test) 30
IV METODOLOGI 34 V PEMBAHASAN 36 VI KESIMPULAN 40 6.1. Kesimpulan 40 6.2. Saran 40 DAFTAR PUSTAKA 41
ii
DAFTAR GAMBAR
No.Gambar Judul Halaman
1.1. Peta lokasi kegiatan penelitian 5
2.1. Diagram mekatronika 8
2.2. Blok diagram pengirim sinyal 9
2.3. Rangkaian penguat 10
2.4. Rangkaian ADC 10
2.5. Sistem minimum mikrokontroller 11
2.6. Rangkaian lengkap modulator FSK 12
2.7. Rangkaian lengkap modulator FSK 12
2.8. Penjumlah sinyal 13
2.9. Osilator 14
2.10. Buffer 15
3.1. Rancangan Mekanik Otomatis Level Air 17
3.2. Hasil pembuatan mekanik otomatis level air 18
3.3. Radio Modem X Steam 2.4 G.Hz 18
3.4. Power Supply DC 2 X 12 Volt 19
3.5. Tampilan software RS232COM 20
3.6. Tampilan Software Monitor 20
3.7. Tampilan Software Database 21
3.8. Tampilan Software About 22
3.9. Tampilan Software Msexcel-Connection 22
3.10. Alat dan kegiatan kalibrasi 23
3.11. Hasil kalibrasi peralatan 23
3.12. Hasil pembuatan peralatan simulasi uji pemompaan & software 25 3.13. Mekanisme uji simulasi step-draw down dan debit pemompaan 27
3.14. Peta sumur uji 28
3.15. Data Hasil Loging dan konstruksi Sumur produksi (Sumur No4) 29
3.16.
Mekanisme pengambilan data pumping tetst dengan sistemtelemetri radio modem dan penggunaan inverter untuk perubahan kecepatan pompa Th. 2011
32
3.17.
Mekanisme pengambilan data pumping test dengan sistem kabel Th. 201033
4.1.
Diagram alir metodologi kegiatan 344.2.
Metodologi perancangan software 355.1.
Level air pada sumur tiruan sebelum uji simulasi 375.2.
Level air pada sumur tiruan setelah uji simulasi 38iii
DAFTAR TABELNo. Tabel Judul Halaman
2.1. Jenis Metode Pumping Test 6
3.1. Data Sumur Uji 28
3.2. Data awal perekaman uji pemompaan (Pumping Test) 30 3.3. Data akhir perekaman uji pemompaan (Pumping Test) 31 3.4. Data akhir perekaman uji kambuh (Recovery) 31 5.1. Hasil pengukuran saat dimulai uji simulasi ‘Pumping Test’ 37 5.2. Hasil pengukuran uji simulasi kambuh (recovery) 38 5.3. Tabel perbandingan alat yang gigunakan pengukuran level air
uji pemompaan
39 5.4. Tabel perbandingan alat yang gigunakan pengukuran level air
uji kambuh 39
DAFTAR LAMPIRAN
No. Lampiran Judul HalamanA Foto dokumentasi kegiatan uji simulasi dan uji coba lapangan 42 B Peta potensi air tanah Propinsi Bandar Lampung. 43
C Liputan Media Cetak ‘Koran Jakarta’ 44
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tahapan pekerjaan uji pemompaan (pumping test) pada sumur bor untuk pengambilan air tanah merupakan bagian dari kegiatan eksploitasi air tanah. Uji pemompaan ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik sumur bor dan lapisan akuifer pada satu atau beberapa lubang sumur uji dengan pengamatan muka air tanah pada sumur pantau (observation well) atau piezometer disekitar sumur uji. Prinsip kerjanya adalah melakukan pengukuran/ pengamatan besarnya debit dan parameter fisik akuifer terhadap fungsi penurunan muka air tanah (step draw-down test), kambuh (recovery test) terhadap fungsi waktu.
Umumnya pengukuran pada pumping test sering dilakukan dengan cara manual, sehingga tingkat akurasi dalam pengukuran, pengambilan data dan proses analisisnya masih kurang baik. Untuk meningkatkan tingkat akurasi pengambilan data dan mempercepat proses analisis uji pemompaan, maka perlu adanya suatu alat uji pemompaan dengan metode pengukuran secara otomatis, yaitu dengan memasang alat sensor debit dan sensor penurunan muka air tanah (water level) pada sumur uji dan sumur pantau yang dihubungkan dengan personal komputer dengan menerapkan teknologi mekatronika.
Pada tahun anggaran 2005 telah dilakukan kegiatan rancang bangun dan rekayasa alat monitoring eksploitasi air tanah dengan teknologi telemetri GSM module di Propinsi Jawa Barat. Namun alat tersebut masih memiliki keterbatasan karena penggunaan pelampung dan pemberat (counter weight) yang dihubungkan dengan kawat seling berpotensi terjadinya crossing antar kawat tersebut yang diakibatkan oleh efek turbulensi air pada saat aktifitas pemompaan serta oleh rembesan dari akuifer yang masuk ke dalam sumur, sehingga gerakan pelampung dan pemberat menjadi terhambat bahkan terhenti. Disamping itu cara seperti ini memiliki keterbatasan kedalaman pengukuran. Selain itu pengambilan data dengan menggunakan telemetri GSM module pada kegiatan pumping test kurang efisien karena radius dari sumber data ke pusat pemantauan (RTU) biasanya kurang dari 500 meter.
Penggunaan sensor level air dengan konsep tekanan (presure transducer) sangat dipengaruhi oleh fiscositas, density dan suhu air sehingga tidak secara otomatis dapat dipergunakan dalam berbagai kondisi air.
2
Besaran debit akuifer tidak dapat diperhitungkan sebelum dilakukan uji pemompaan sehingga sering terjadi ofer flow akibat dari penggunaan pompa yang memiliki kapasitas melebihi debit optimum akuifer. Biasanya untuk menanggulangi keadaan seperti ini dipasang valve pada pipa output untuk kemudian dilakukan penyetelan agar laju alir air sedikit tertahan. Cara seperti ini kurang tepat karena tidak akan banyak pengaruhnya bahkan akan terjadi arus balik aliran air (fit back) terhadap pompa yang dapat berpotensi merusak pompa itu sendiri. Selain itu menyiapkan dan menggunakan beberapa fariabel/ jenis kapasitas pompa berdampak pada membengkaknya biaya operasional dan tidak efisien. Aplikasi rancang bangun alat uji pemompaan secara otomatis ini sangat membantu dalam mempercepat proses pengolahan data dan analisis terhadap karakteristik sumur bor dan akuifer. Dari tahapan ini akan dicari besaran dari parameter hidrolika akuifer dan sumur bor, antara lain nilai; debit air (Q), koefisien transmisivitas (T), konduktivitas hidrolik (K) dan koefisien isian (S) pada sumur uji. Kegiatan ini merupakan jenis kegiatan mandiri 1 tahun dengan harapan bahwa alat uji pemompaan secara otomatis ini dapat langsung digunakan. Pada tahun anggaran 2010, telah dilakukan rekayasa system otomatisasi pengambilan data dengan menggunakan sensor rotary encoder untuk system deteksi otomatis perubahan naik turunnya muka air tanah.
Penggunaan kabel sebagai media pengiriman data untuk jarak yang melebihi 50 meter selain tidak praktis juga berpotensi terjadi kerugian tegangan yang akan berdampak pada terhambatnya proses pengiriman data. Disamping itu kecepatan pemompaan masih belum bisa dikontrol.
Oleh karena itu pada tahun anggaran 2011, akan dilakukan proses penangkapan data (data
acquisition) menggunakan system telemetri, yaitu setiap titik pantau akan dipasang radio
modem dan dikorelasikan dengan pemantauan terhadap sumur uji melalui metode nir-cable dalam satu system yang terpadu. Selain itu akan dilakukan pemasangan system control pompa, sehingga kecepatan debit pemompaan dapat diatur melalui remote terminal unit. Diharapkan kegiatan lanjutan ini akan lebih mempertajam hasil yang telah diperoleh pada tahun anggaran 2010 pada kegiatan otomatisasi sistim monitoring pelaksanaan pumping tes ini dalam rangka mendukung visi dan misi dari kelompok program IPTEK penambangan untuk menjadi lembaga terdepan dalam mendorong penerapan teknologi penambangan berwawasan konservasi dan lingkungan serta lembaga sertifikasi sistem manajemen lingkungan pertambangan, dan misi untuk menghasilkan model-model, metode, prasarana
3
baru dalam teknologi penambangan, geoteknologi penambangan dan lingkungan pertambangan.
Pasal 626 ayat (e) Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Nomor 0030 Tahun 2005 tentang Organisasi dan Tata Kerja Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral. Bab III Pasal 4 dari Peraturan Pemerintah Nomor 35 Tahun 2007 tentang Pelaksanaan Kegiatan Peningkatan Kemampuan Perekayasaan, Inovasi dan Difusi Teknologi Pasal 37 dan 38.
Keputusan Kepala Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara Nomor 23.K/70/BLP/2006 tanggal 12 April 2006 tentang Penjabaran Tugas, Fungsi, Susunan Organisasi dan Tata Kerja Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara.
1.2 Ruang Lingkup Kegiatan
Lingkup pekerjaan yang akan dilakukan meliputi :
Pembuatan Kerangka Acuan Kerja;
Studi literatur;
Pembuatan rancangan model alat uji pumping test system telemetri;
Pembuatan rancangan model system inverter untuk pengaturan kecepatan pemompaan;
Persiapan peralatan dan bahan;
Pembuatan dan perakitan alat uji pemompaan;
Uji coba simulasi meliputi system telemetri dan penyempurnaan software;
Evaluasi hasil ujicoba laboratorium dan penyempurnaan peralatan
Ujicoba di lapangan
Evaluasi hasil ujicoba lapangan
4
1.3 Tahapan Kegiatan
Th. 2010
Otomatisasi Sistem Pengambilan Data "Pumping Test". Lokasi : PTBA Tarahan Bandar Lampung.
Keluaran :
- 3. unit mekanik otomatis level air.
- 5 set Mikrocontroller pengiriman data sistem kabel - Software & hardware monitoring & perekaman data.
Th. 2011
Pengembangan Otomatisasi Sistem Pengambilan Data "Pumping Test" Dengan Telemetri dan Penggunaan Inverter Untuk Perubahan Kecepatan Pompa.
Lokasi : PTBA Tarahan, Bandar Lampung. Keluaran :
- 3 unit mekanik otomatis level air.
- 5 set perangkat microcontroller pengiriman data system telemetri radio modem. - Soft ware AWLMS.
Th. 2012
Pengadaan peralatan Otomatisasi Sistem Pengambilan Data "Pumping Test" Dengan Telemetri dan Penggunaan Inverter Untuk Perubahan Kecepatan Pompa.
Lokasi : Bandung Keluaran :
- Pompa submersible 4 KW
- Motor control panel protection 4 KW dan Frekwency Converter 4 KW Cue. - Radio modem 2,4 GHz
- Note book 2,4 GHz
Th. 2013
Uji Coba Produk Rancang Bangun Otomatisasi Sistem Pengambilan Data "Pumping Test" Dengan Sistem Telemetri dan Penggunaan Inverter Untuk Perubahan Kecepatan Pemompaan.
5
Lokasi : Jawa barat Keluaran :
Satu perangkat uji pemompaan sistem telemetri radio modem dan kontrol debit pemompaan untuk berbagai kondisi lapangan.
1.4 Maksud dan Tujuan
Maksud dari kegiatan ini adalah untuk melakukan optimalisasi terhadap hasil uji pemompaan (pumping test) dengan sistem uji pemompaan bertahap (step draw-down test) dan uji kambuh (recovery test) dengan memperbaiki system terdahulu menggunakan kabel menjadi system telemetri terhadap pengukuran debit (Q, m3/detik), penurunan muka air tanah (m) terhadap fungsi waktu secara otomatis serta pengaturan kecepatan pemompaan. Sedangkan tujuannya adalah agar system dan peralatan yang dirancang menjadi system pelopor yang dapat dimanfaatkan dalam salah satu kegiatan pumping test pada saat yang bersamaan untuk mendapatkan data yang akurat pada satu satuan waktu.
1.5 Sasaran
Sasaran dari kegiatan ini adalah penyempurnaan alat yang telah dikembangkan sebelumnya (pada tahun 2010) dengan terciptanya 1 set alat uji pemompaan (pumping test) secara otomatis system telemetri.
1.6 Lokasi Kegiatan
Lokasi kegiatan pembuatan alat dilakukan di Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara
tekMIRA Bandung, sedangkan ujicoba langsung alat dilakukan PTBA unit Tarahan,
Propinsi Bandar Lampung (lihat Gambar 1.1.).
Gambar 1.1 : Peta Lokasi Kegiatan Penelitian
Tarahan
Propinsi Bandar Lampung
Lokasi Kegiatan
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA/KAJIAN TEORITIS
2.1. Aliran Air Tanah (Groundwater Flow)
Keberadaan air tanah biasanya terdapat disuatu lapisan batuan tertentu, ada 4 jenis lapisan batuan kemungkinan terdapatnya air tanah, antara lain;
Lapisan akuifer (aquifer), merupakan jenis batuan yang dapat menerima, menyimpan dan dapat meloloskan air dalam jumlah yang besar (signifikan), contoh; batu pasir (sandstone), pasir (sand), batu kerikil (boulder)
Lapisan akuitar (aquitar), merupakan jenis batuan yang dapat menerima, menyimpan dan dapat meloloskan air dalam jumlah yang kecil (kurang) signifikan, contoh; lempung pasiran (sandyclay), tufa.
Lapisan akuiklud (aquiclud), merupakan jenis batuan yang dapat menerima, menyimpan tapi tidak dapat meloloskan air (lapisan impermeable), contoh; lempung (clay).
Lapisan akuifug (aquifug), merupakan jenis batuan yang pada dasarnya tidak dapat menerima, menyimpan maupun meloloskan air. Namun kemungkinan air dapat mengalir apabila pada batuan tersebut telah mengalami gangguan seperti terdapatnya retakan-retakan (crack), contoh; batu marmer, batu granit, batu andesit.
2.2. Sistem Pumping Test
Dalam tahapan uji pemompaan (pumping test) pertama-tama yang harus dipahami adalah jenis akuifer yang akan diuji. Dengan memahami jenis akuifer tersebut, maka dapat digunakan metode yang akurat dalam tahapan pumping test. Adapun jenis metode yang digunakan dapat dilihat pada tabel 1, (G.P. Krusemen dan N.A de Ridder and J.M. Verweij,
1991).
Tabel 2.1. Jenis Metode Pumping Test Tipe
Akuifer Unconfined Aquifer Confined Aquifer Leaky Aquifer Jenis
Aliran Steady Unsteady Steady Unsteady Steady Unsteady
Metode Yang Digunakan Thiems-Dupuit Neuman’s Wive Fitling Thiems 1. Theis 2. Jacob 1.De-illee 2. Hantus- Jacob 1. Walton 2. Hantus Wive Fitling
7
Uji pumping test dilakukan dengan menerapkan uji pemompaan bertahap (step draw-down
test) dan uji kambuh (recovery test) dengan teknologi mekatronika.
Pada otomatisasi sistim perekaman data ‘Pumping Tes’ digunakan Automatic Water Level
Monitoring System, yang merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengukur dan
merekam kedalaman muka air pada saat kegiatan pumping test secara otomatis. Data hasil pengukuran kemudian dapat ditampilkan pada layar monitor komputer baik berupa grafik maupun tabulasi. Data yang telah tersimpan pada alat ini bisa diambil dengan pengambilan data secara langsung menggunakan komputer (laptop) yang dihubungkan pada alat.
2.3. Teknologi Mekatronika Untuk Peralatan Uji Pemompaan (Pumping Test) Prinsip dasar pengembangan otomasi peralatan pumping test adalah rekayasa mekanik, elektronika dan komputer menjadi sebuah perangkat yang dapat melakukan pengukuran/pengamatan data pumping test untuk selanjutnya mengetahui karakteristik sumur bor (konstanta B & C, well loss, debit Q dan koefisien isian S optimal) dan karakteristik akuifer (koefisien transmisivitas T, konduktivitas hidrolik K) pada sumur uji secara otomatis akurat dan efisien.
Istilah Mekatronika merupakan terjemahan dari mechatronics, gabungan dari kata mechanic dan electronics. Mekatronika adalah suatu ilmu yang mengkombinasikan secara sinergis rekayasa mekanika, elektronika dan informatika. Istilah ini dicetuskan pertama kali oleh Tetsuro Mori dari Yasakawa Electric Company pada tahun 1969. Tetapi sejak tahun 1982 perusahaan tersebut memutuskan untuk melepaskan haknya atas kata mechatronics sehingga sejak saat itu pula kata tersebut dipakai secara luas.
Komunitas Mekatronika Indonesia merekomendasikan definisi mekatronika adalah sinergis IPTEK teknik mesin, teknik elektronika, teknik informatika dan teknik pengaturan (atau teknik kendali) untuk merancang, membuat atau memproduksi, mengoperasikan dan memelihara sebuah sistem untuk mencapai tujuan yang diinginkan.
Secara sedehana pembentukan ilmu mekatronika terdiri atas dua lapisan fisika dan logika. dan tiga dasar ilmu utama elektronika, informatika dan mekanika. Dengan melihat asal katanya dapat dengan mudah dipahami, bahwa ilmu ini menggabungkan atau mensinergikan disiplin ilmu Mekanika, ilmu Elektronika dan Informatika.
8
Pada awal perkembangannya mekatronika hanya mencakup unsur mekanika dan elektronika saja. Dengan ditemukannya mikroprosesor pada tahun 1980an, keilmuan mekatronika menjadi lebih maju dan berkembang. Mekatronika menjadi suatu ilmu yang tidak hanya mengintegrasikan teknik mesin dan elektronika, tetapi juga komputer dan kontrol. Mekatronika juga didukung oleh ilmu-ilmu lain misalnya, ilmu bahan, mikroelektronika, juga kecerdasan buatan.
Sebagian besar teknologi mekatronika digunakan untuk teknik presisi sinergis, teori kontrol, ilmu komputer, dan teknologi sensor dan aktuator untuk merancang produk dan proses perbaikan, seperti :
sistem pertahanan
sistem industri modern
pemeliharaan diagnosis dan pemecahan masalah
sistem ruang
robotika
pengembangan perangkat lunak
barang konsumsi listrik
2.4. Sistem Telemetri
Sistem telemetri adalah sistem penyampaian informasi jarak jauh melalui media dan sumber telemetri yang berbeda-beda. Sistem ini adalah sistem terbaik yang biasa digunakan untuk menyampaikan informasi dari dalam sumur bor ke komputer yang berada di permukaan.
9
Perhitungan di dalam sumur bor dapat terkirim ke permukaan secara langsung melalui suatu sistem yang disebut telemetri. Alat Automatic Water Level Monitoring System (AWLMS) yang telah dibuat sebelumnya pada tahun anggaran 2010 dikontrol secara otomatis menggunakan system rotary encoder dan otomatisasi system perubahan muka air tanah yang ada pada sumur pantau dan uji berperan penting untuk menghantarkan data melalui radio modem agar bisa diterima dan diproses di komputer di permukaan. Sistem telemetri terbagi dalam tiga blok besar pembangun sistem, antara lain blok sumber data, blok saluran transmisi, dan blok penerima data.
2.4.1. Bagian Pengiriman Data
Bagian pengirim ini terdiri dari sensor-sensor yang terdiri dari pulsa yang dibangkitkan oleh encoder, tegangan anaolog yang dibangkitkan oleh Paddlewheel Flow Sensor, serta tegangan analog yang dibangkitkan oleh sinyal inverter. Pada beberapa sinyal analog, akan dilakukan proses pengkondisi sinyal, pengubah analog ke digital (ADC), mikrokontroler sebagai pengubah data paralel menjadi serial UART, pemodulasi pengunci pergeseran frekuensi (FSK), pembangkit sinyal sinus sebagai sinyal penanda, dan pemancar modulasi frekuensi.
Gambar 2.2. Blok diagram pengirim sinyal
Rangkaian pengkondisi sinyal ini merupakan rangkaian penguat tegangan dengan menggunakan penguat operasional tak membalik seperti gambar berikut ini,
SUMBER DATA - Mekanik pemantau - Rotary encoder SALURAN TRANSMISI PENGIRIM DATA - Micro controller - Radio modem INSTALASI PENERIMA DATA (RTU) - Radio modem - Komputer/Note book
10
Gambar 2.3. Rangkaian penguat
Tegangan keluaran maksimum yang diinginkan sebesar 5 Volt, sedang tegangan masukan pengkondisi sinyal yang merupakan tegangan keluaran sensor hanya memiliki nilai maksimum sebesar 1,5 V. sehingga diperlukan penguatan sebesar ;
Sehingga dari persamaan 1 pada bab 2 diperoleh nilai-nilai R1 dan R2 sebagai berikut :
Diambil nilai R1 sebesar 2,2 kÙ, maka nilai R2 sebesar 5,13 kÙ.
2.4.2. Pengubah Analog ke Digital
ADC pada rancangan ini digunakan untuk mengubah masukan analog keluaran pengkondisi sinyal menjadi data digital 8 bit. Tipe ADC yang digunakan ADC 0804 pada mode kerja free
running. Rangkaian free running ADC 0804 ditunjukkan pada
11
Data 8 bit keluaran dari pengubah analog ke digital (ADC) 8 bit menjadi masukan mikrokontoller untuk diubah menjadi data serial UART dengan menggunakan mikrokontroler AT89C51. Rangkaian ini ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 2.5. Sistem minimum mikrokontroller
2.4.3. Perangkat Lunak Pengendali
Inti dari perangkat lunak ini adalah untuk mengubah data paralel menjadi data serial UART. Port serial akan digunakan dengan konfigurasi 8 bit UART dengan baud rate 9600 baud menggunakan timer 1 untuk menghasilkan detak baudrate. TH1 diisi dengan nilai yang
sesuai dengan baudrate yang
diinginkan yaitu 9600 baud, dengan
demikian isi TH1 adalah:
Sehingga TH1 = 208 desimal = D0 H. Nilai K = 1 karena nilai SMOD tidak ditentukan secara software sehingga SMOD = 0. Sehingga K=20=1. Berikut adalah program untuk inisialisasi port serial adalah :
12
Inti dari program di atas adalah data masukan paralel 8 bit masuk ke port 2 mikrokontroler kemudian menyimpannya dalam akumulator. Isi akumulator dikirim ke sbuf yang akan mengirimkan data karakter keluar melalui port serial. Jika sudah selesai dikirim maka nilai TI = 1. Untuk dapat mengirimkan data lagi maka TI harus di nol kan lagi. Kemudian mengulangi konversi. Adapun diagram alir dari program tersebut ditunjukkan gambar.
2.4.4. Modulator Pengunci (Frequency Shift Keying / FSK)
Untuk mengirimkan bit-bit digital maka diperlukan suatu sistem modulasi digital yang dapat mengkonversi bit -bit tersebut ke dalam bentuk sinyal analog. Modulasi digital yang dipakai ialah system FSK dengan menggunakan rangkaian terintegrasi tipe TCM3105.
Gambar 2.6. Rangkaian lengkap modulator FSK
2.4.5 Pembangkit Sinyal Penanda
Sinyal penanda digunakan sebagai indicator untuk membedakan sinyal informasi dengan sinyalsinyal lainnya, sehingga hanya sinyal informasi yang diinginkan yang dapat diterima oleh stasiun penerima. Adapun gambar rangkaian pembangkit sinyal penanda ini ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
13
Nilai-nilai komponen yang digunakan adalah komponen yang dapat ditemukan dipasaran. Sehingga besar frekuensi adalah nilai pendekatan dari nilai yang diinginkan. Nilai untuk RA=1 kÙ, RB=12kÙ dan C=1 nF. Sehingga besarnya frekuensi sinyal penanda adalah :
Sehingga besarnya frekuensi;
Kemudian dari keluaran IC 555 tersebut dilewatkan tapis pelewat frekuensi rendah yang memiliki frekuensi cut off lebih kecil dari 58 kHz untuk dapat menghasilkan sinyal sinus. Sehingga frekuensi cut off nya ditentukan sebesar 50 kHz. Nilai R = 15 kÙ dan Cf = 150 pF, sehingga nilai frekuensi cut off dapat dihitung ;
2.4.6 Penjumlah Sinyal
Penjumlah sinyal ini digunakan untuk menjumlahkan sinyal penanda dan sinyal FSK sebelum masuk ke pemancar FM. Rangkaiannya adalah seperti ditunjukkan gambar dibawah ini. Nilai R1=R2=R3=10 kÙ. Nilai-nilai tersebut dipilih nilai yang sama karena diinginkan keluaran tanpa penguatan dan membalik. Pembalikan fasa pada sinyal keluaran dibandingkan sinyal masukan tidak mempengaruhi sinyal informasi.
14
2.4.7. Pemancar Modulasi Frekuensi
Pemancar FM ini terdiri dari tiga bagian utama, yaitu osilator, penyangga (buffer) dan penguat daya.
a. Osilator
Osilator ini diinginkan menghasilkan frekuensi osilasi (fo) sebesar 110MHz. Sehingga nilai L dan C dapat dicari dengan menggunakan rumus frekuensi resonan dari rangkaian tangki paralel. Untuk memudahkan penghitungan nilai C ditetapkan dengan nilai yang mudah dicari dipasaran. Pada rangkaian ini menggunakan kapasitor sebesar 10 pF sehingga nilai L dapat dicari.
Gambar 2.9. Osilator
Karena sulit mencari nilai induktor yang tepat, maka akan digunakan induktor variabel.
b. Buffer
Penyangga berfungsi untuk menstabilkan frekuensi dan/atau amplitudo osilator akibat dari pembebanan tingkat selanjutnya. Rangkaian penyangga menggunakan penguat kelas A seperti ditunjukkan gambar di bawah ini. Osilator yang dilengkapi dengan penyangga biasanya disebut sebagai exciter. Exciter sebenarnya sudah bisa dipakai sebagai pemancar FM dengan daya yang relatif kecil.
15
Gambar 2.10. Buffer
c. Penguat Daya
Sinyal yang diperoleh dari exciter masih relatif kecil. Untuk mendapatkan daya yang lebih besar dibutuhkan penguat daya frekuensi radio. Pada tugas akhir ini rangkaian penguat daya yang digunakan adalah dua tingkat, yang pertama menggunakan transistor C2053, dan diikuti dengan C1971.
2.5. Sistim Perubahan Kecepatan Pompa
Inverter atau Variable Speed Drive (VSD) adalah teknologi baru untuk kasus motor starting. Problem yang dihadapi sebelumnya adalah bagaimana mendapatkan arus starting yang rendah dengan kecepatan motor yang dapat diatur sesuai kebutuhan.
Prinsip kerja inverter adalah mengubah listrik Ac ke DC namun dengan alat Variable Speed Drive dapat merubah arus AC ke DC kemudian dari DC di kembalikan menjadi AC untuk seterusnya dialirkan ke motor pompa. Pada saat sinyal AC menjadi arus DC maka sistem memproses secara leluasa untuk mendapatkan besaran yang kita inginkan misalnya : Arus starting rendah tapi torsi besar, mengatur RPM arus nominal sesuai keinginan, dan lain lain. Pada motor penggerak di kenal 2 macam jenis torsi :
1. Torsi konstan, biasanya pada mesin-mesin umum seperti tekstil, grinder dan lain lain. 2. Torsi non konstan, biasa diaplikasi pada motor pompa dan pendingin ruangan( AC). Penghematan energi dengan variable speed drive efektif pada aplikasi torsi non konstan yaitu pompa dan AC. Dimana VSD menyesuaikan diri dalam mensuplay daya sesuai kebutuhan karena pada saat tidak di butuhkan maka VSD akan mengurangi daya yang di berikan sehingga cadangan energi bisa mencapai 30%.
16
Motor yang digunakan pada pompa selam (submersible) merupakan motor induksi yang apabila dikemudikan oleh inverter biasanya beroperasi dengan baik dengan kecepatan konstan bila mendapat daya dari sumber yang normal dan berkualitas baik. Namun demikian kelemahan dapat terjadi yang bersumber dari daya yang seringkali mengalami gangguan, misalnya gangguan hubung buka dan hubung singkat satu fasa atau tiga fasa ke tanah. Hal ini akan mempengaruhi unjuk kerja dari motor induksi. Keuntungan lain dari VSD adalah dapat dengan mudah mengatur dan mengendalikan kecepatan yang di inginkan untuk mendapatkan debit air yang diinginkan, Dengan demikian untuk mengatur perubahan debit pemompaan digunakan VSD (Variable Speed Drive).
17
BAB III
PROGRAM KEGIATAN
3.1. Perancangan dan Pembuatan Mekanik Otomatis Level Air (Hardware). Secara prinsip rancang bangun peralatan mekanik otomatis level air hampir sama dengan rancangan terdahulu (kegiatan th. 2010). Dalam kegiatan tahun 2011 dilakukan pembuatan regulator dengan konsep yang lebih sederhana dan pembuatan hardware microcontroller dengan sistim telemetri radio modem serta modifikasi speed motor control dan pemlampung seperti terlihat pada Gambar 3.1
Gambar 3.1. Rancangan mekanik otomatis level air
1. Pelampung 2. Kawat sling 0.3mm 3. Pulley 4. Handle 5. Pulley 10. Regulator 11. Belt
12. Gulungan kawat sling 13. Microcontroller 6. Pengatur otomatis kecepatan motor 7. Rotary Encoder 8. Pulley 9. Motor Tampak atas Tampak samping 51.5 cm 15 cm 8 7 11 12 1 9 cm 1 0 6 13 3 2 9 5 4 1 10 17 .5 cm
18
3.2. Microcontroller Radio Modem
System telemetri pengiriman data dari objek pemantauan sumur bor dan debit pemompaan
(transmiter) ke unit penerima (receiver) menggunakan perangkat radio modem 2,4 GHz
yang memiliki jangkauan radius 5 km, sehingga pelaksanaan pemantauan dan perekaman data dapat dilakukan di kantor atau tempat yang lebih aman dan nyaman. Radio modem X Stream memiliki gelombang frekwensi yang sudah di set sedemikian rupa sehingga tidak terpengaruh oleh gelombang external yang dapat menyebabkan gangguan frekwensi (lihat gambar 3.2).
Radio Modem transmiter akan bekerja menerima data dari sensor Rotary encoder pada unit pemantau fluktuasi muka air tanah (Mekanik otomatis level air) dan Waterflow meter melalui perangkat microcontroller untuk selanjutnya dikirim ke radio modem receiver menggunakan gelombang frekwensi.
Gambar 3.3. Microcontroller dan Radio modem X Stream 2.4 G.Hz Gambar 3.2. Hasil pembuatan mekanik otomatis level air
19
3.3. Power Supply
Beberapa peralatan (Mekanink otomatis level air, Rotari encoder, micro controller serta radio modem) memerlukan jaminan kontinuitas ketersediaan serta parameter inti energi DC selama berlangsungnya kegiatan uji pemompaan. Sementara itu penggunaan genset sebagai sumber energi di lapangan memiliki ragam kelemahan diantaranya tegangan beruabah-ubah (tidak konstan), mati/mogok tiba tiba sehingga dapat mempengaruhi kelancaran serta keakurasian pengukuran.
Pembuatan power suply dirancang menggunakan 2 buah baterry 12 Volt 5 A pada setiap unitnya dilengkapi dengan indikator Volt dan Amper meter pada masing masing baterry dan dipasang konector output-input untuk keperluan charger Gambar 3.3.
Gambar 3.4. Power supply DC 2 x 12 volt
3.4. Perancangan Software Automatic Water Level Monitoring System (AWLMS) Sebelumnya proses pengukuran water level dilakukan dengan cara manual yaitu dengan menggunakan elektroda probe sounding, meskipun akurasi cukup akurat, namun sangat merepotkan dan tidak efisien. Oleh karena itu pada tahun anggaran 2010 telah dibuat suatu system yang dapat mempermudah proses pengujian ini dengan sistem kabel.
Pada kegiatan pengembangan tahun 2011 dilakukan dengan sistem telemetri maka perancangan perangkat lunak AWLMS Software yang akan digunakan untuk antarmuka data digital yang dikirim oleh hardware yang dalam hal ini datalogger untuk ditangkap oleh computer dalam suatu system database. Perangkat lunak ini sangat memegang peranan penting dalam menterjemahkan, mengkalibrasi data serta menyimpan dalam bentuk
20
database, sehingga data-data tersebut dapat dipergunakan untuk keperluan analisis data dan permodelan kondisi reservoir air tanah.
Perancangan software meliputi : a. RS232COM
RS232COM, merupakan halaman yang pertama sekali muncul dalam layar monitor. Halaman ini digunakan untuk melakukan koneksi antara software (AWLMS® Software) dengan hardware.
Gambar 3.5. Tampilan software RS232COM b. Monitor
Halaman ini digunakan untuk melihat grafik perubahan waterlevel disetiap sumur, baik sumur produksi maupun sumur pantau. Disamping itu pada halaman ini juga dapat diketahui kondisi debit air dari pompa hisap pada sumur produksi.
21
c. Database
Merupakan tampilan data yang berisi data-data dari masing-masing kanal yang direkam. Pada database ini kolom-kolom yang ditampilkan adalah :
Pump_ID; merupakan kolom untuk menampilkan urutan data-data yang direkam persatuan perekaman. Penomoran akan secara otomatis keluar, bila data dikirim oleh hardware. Bila power off bekerja maka secara otomatis penomoran berhenti pada kondisi dimana jumlah data terekam. Ketika power on kembali, data secara otomatis akan dimulai dari nomor satu kembali.
Pump_Date; merupakan kolom yang sangat penting dalam perekaman data ini, karena satu-satunya identitas data dapat diketahui dari kolom ini. Pada kolom ini akan terdeteksi pada tanggal berapa data tersebut diambil dan pada jam berapa data tersebut tersimpan di dalam database.
Pump_Debit; merupakan kolom untuk data debit air ketika di pompa.
Pump_Enc1; merupakan kolom data waterlevel pada alat encoder satu.
Pump_Enc2; merupakan kolom n data waterlevel pada alat encoder dua.
Pump_Enc3; merupakan kolom data waterlevel pada alat encoder tiga.
Gambar 3.7. Tampilan software Database
d. About
Merupakan halaman yang digunakan untuk identitas software yang dibuat. Pada halaman ini tercetak tim yang melaksanakan kegiatan penelitian, dimana software ini dipergunakan oleh tim tersebut.
22
Gambar 3.8. Tampilan software About e. MSExcel-Connection
Merupakan halaman yang digunakan untuk menghubungkan software ini dengan Microsoft Excel, sehingga proses pengolahan data dapat dilakukan juga pada program aplikasi tersebut.
Gambar 3.9. Tampilan software MSExcel-Connection
3.5. Kalibrasi Peralatan
Sebelum dilakukan uji coba simulasi peralatan serta uji coba di lapangan perlu dilakukan tahap kalibrasi peralatan. Hal ini untuk mengetahui seberapa jauh tingkat sensitivitas, akurasi dan unjuk kerja peralatan tersebut terhadap kondisi aktual dilapangan. Untuk memudahkan kalibrasi serta menghasilkan tingkat keakurasiaan yang baik maka perlu dirancang alat/mesin kalibrasi seperti terlihat pada (Gambar 3.10).
23
Pelaksanaan kalibrasi dilakukan dengan melakukan pengukuran terhadap perubahan jarak pada kawat seling mekanik otomatis level air yang ditarik menggunakan mesin kalibrasi dengan kecepatan konstan dan pendekatan fungsi linear dari suatu nilai sumbu x terhadap nilai sumbu y, sebanyak 30 kali. Hasil dari kalibrasi 3 unit Mekanik otomatis level air dan Waterflow meter dapat dilihat pada (Gambar 3.11).
Gambar 3.10. Alat dan Kegiatan kalibrasi
Gambar 3.11. Hasil kalibrasi peralatan Kalibrasi Mekanik otomatis level air ‘A’
y = 4430,2x R² = 0,9989 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Series2 Linear (Series2)
ENC-1
Kalibrasi Mekanik otomatis level air ‘B’y = 4473.1x R² = 0.9991 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Series2 Linear (Series2)
ENC-2
Kalibras Water Flow meter
y = -0.0266x + 5.4999 R² = 0.1066 0 1 2 3 4 5 6 7 8 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 Series1 Linear (Series1)
Kalibrasi Mekanik otomatis level air ‘C’
y = 4714,2x R² = 0,9966 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Series2 Linear (Series2)
ENC-3
24
3.6. Perancangan Alat Uji Simulasi
Perancangan dan pembuatan alat uji simulasi dimaksudkan untuk mengamati unjuk kerja peralatan hasil pengembangan otomatisasi sistim pengambilan data pumping test dengan sitem telemetri dan penggunaan inverter untuk perubahan kecepatan pemompaan sehingga dapat dilakukan perbaikan atau penyempurnaan sebelum dilakukan uji coba lapangan. Hasil uji coba simulasi dapat memberikan gambaran bagaimana sistem dapat berjalan seperti yang direncanakan sehingga dapat dijadikan acuan dalam pelaksanaan uji coba di lapangan.
a. Bahan
Perancangan dimulai dengan pembuatan sumur tiruan dari pipa PVC 4 inc, panjang 10 meter, sebanyak tiga buah. Agar dapat memantau level air di dalam pipa PVC yang tidak transparant maka dipasang pipa transparant yang biasa digunakan untuk keperluan akuarium pada setiap sumur tiruan tersebut. Selanjutnya pembuatan instalasi pengaturan pipa hisap dan pipa distribusi input/output berukuran ½ inch yang dilengkapi dengan stop kran (valve). Ke tiga Sumur tiruan ini diasumsikan: 1 buah sumur produksi dan 2 buah sumur pantau.
b. Peralatan
Peralatan yang digunakan untuk uji simulasi ini adalah : pompa Grundfos JD Basic 3 berkapasitas 3M3/ hr, PowoGazWaterflow meter 5 ltr/sec, Mekanik otomatis level air, Radio modem, Note book, Power suply AC dan DC (battery), Kipas (fan), tangki air dan handy talky.
25
3.7. Uji Coba Simulasi
Prinsip kerja uji simulasi adalah memompakan air dari dalam tangki ke dalam sumur tiruan melalui pipa distribusi input/output dengan mengatur kecepatan rambat air menggunakan stop kran sebagai asumsi fluktuasi muka air pada uji kambuh. Kemudian mematikan pompa serta menutup stop kran pada pipa distribusi dan membuka stopkran pada pipa
outlet/balance untuk mengatur penurunan muka air sebagai asumsi uji pemompaan.
Sedangkan uji simulasi debit pemompaan digunakan kipas (fan) untuk memutarkan propeler pada waterflow meter sebagai pengganti laju alir air dengan mengatur jarak antara kipas dan waterflow meter agar mendapatkan pendekatan nilai debit pemompaan.
Pelaksanaan uji simulasi dapat digambarkan seperti berikut :
26
1. Simulasi uji kambuh (recovery) dengan melakukan pemompaan dari tangki air ke dalam sumur tiruan melalui pipa hisap (inlet) dan pipa distribusi sehingga akan terjadi peningkatan muka air, maka pelampung yang ada pada setiap sumur tiruan tersebut akan bergerak naik mengikuti perubahan level air secara otomatis yang dikontrol dan dikendalikan oleh mekanik otomatis level air baik kecepatan maupun arah putaran (menggulung/mengulur) melalui tali (wire) pelampung.
2. Bersamaan dengan itu, sensor rotary encoder yang dipasang pada setiap mekanik otomatis level air dan sensor waterflow-meter yang digerakan oleh kipas (fan) akan mengirimkan sinyal analog melalui piranti microcontroller dan radio modem
(transmiter) ke unit penerima sinyal (receiver) yang kemudian dikirim ke komputer
melalui kabel sereal sehingga dapat dimonitor dan direkam melalui software AWLMS. 3. Sebaliknya pada saat simulasi uji pemompaan (pumping) pompa simulasi justeru dinon
aktifkan dan menutup stopkran pada pipa inlet maka air didalam sumur tiruan akan mengalir keluar kembali ke dalam tangki air melalui pipa outlet/balance. Dengan demikian akan terjadi penurunan muka air dan secara otomatis mekanik otomatis level air akan mengulur tali (wire) pelampung sesuaidengan kecepatan rambat airyang dapat diatur melalui stopkran.
4. Uji coba simulasi dilakukan berulang-ulang dengan variabel kecepatan fluktuasi dan ketinggian muka air.
27
Gambar 3.13. Mekanisme uji simulasi step-draw down dan debit pemompaan PVC 4 inc
(Sumur bor tiruan)
10 mtr
Pengisian
Simulasi debit pemompaan
Pompa 3M3/hr Fan Waterflow meter Tangki air 500 ltr Pipa level indikator Keterangan :
= Pipa hisap (inlet) =Pipa distribusi =Pipa balance/outlet
28
3.8. Uji Coba Lapangan 3.8.1. Tahap Persiapan
Sebelum dilakukan Uji pemompaan perlu disiapkan terlebih dahulu dua atau lebih sumur uji yang terdiri dari satu sumur produksi (production well) dan satu atau lebih sumur pantau
(observation well). Kemudian masukan pipa PVC Ǿ 1½ inch kedalam sumur produksi
dengan panjang hingga mencapai posisi pompa yang sebelumnya telah diberi lubang lubang kecil atau sodetan pada pipa agar air dapat masuk ke dalam pipa sehingga posisi muka air di dalam dan di luar casing selalu sama (level). Pemasangan pipa ini dimaksudkan agar gerakan pelampung pada saat aktifitas pemompaan maupun uji kambuh tidak terhambat oleh kabel pompa atau pipa produksi. Data sekunder hasil investigasi terhadap sumur uji seperti terlihat pada Gambar 3.14., 3.15. dan Tabel 3.1.
NOMOR SUMUR DIAMETER CASING (Inch) PANJANG CASING (mtr) MUKA AIR TANAH (mtr) BOTOM (mtr) POSISI POMPA (mtr) 1 4 56 24 56 - 2 4 36 24 56 - 3 3 56 26 56 - 4 10 100 42 100 80
Gambar 3.14. Peta sumur uji Rel kereta api angkutan batubara
Sumur 4
Sumur 3 Sumur 2 Sumur 1
25 mtr 78 mtr
30 mtr
Stock pile Jalan
29
Gambar 3.15. Data hasil loging dan konstruksi sumur produksi (Sumur no.4)
Tahap selanjutnya adalah melakukan pengesetan peralatan uji pemompaan diantaranya:
Pemasangan pompa submersible.
Pemasangan Variable Speed Drive pada pompa submersible 4 KW.
Pemasangan mekanik otomatis level air, radio modem dan power suply pada setiap permukaan sumur uji.
Pemasangan piranti pengukur debit pemompaan (water flow meter, radio modem dan
power supply) pada pipa output pompa.
Pengesetan instalasi monitoring dan perekaman uji pemompaan dengan memasang radio modem transmiter, microcontroller dan perangkat komputer di tempat yang aman dalam radius ˂5 km dari lokasi pengamatan (transmiter).
30
3.8.2. Tahap Pelaksanaan Uji Pemompaan (pumping test)
Uji pemompaan dilakukan dengan system pemompaan bertahap (step draw-down)
(recovery test) menggunakan pompa submersible Grundfos SP 8A-12, 50 Hz, 2,2 KW, 3
phase, debit 1.5 ltr/detik, diletakan di sumur produksi (Sumur No.4) pada kedalaman 80 meter dan posisi muka awal air tanah 42.6 meter. Pemompaan menggunakan Inverter Variable Speed Drive dengan frekwensi 50 Hz, 45 Hz dan 40 Hz setara dengan 1400 rpm, 1260 rpm, 1120 rpm. Muka awal air tanah sumur pantau (Sumur no.3) adalah 26 meter dan sumur pantau (sumur no.2) adalah 42 meter.
Pada saat uji pemompaan berlangsung mekanik otomatis level air dan water flow meter bekerja dan merespon setiap kali perubahan muka air serta debit pemompaan. Selanjutnya radio modem transmiter dari masing masing alat mengirimkan sinyal data hasil pembacaan ke radio modem penerima (receiver). Semua data yang terkirim dapat di lihat dan tersimpan di layar monitor dalam tampilan software AWLMS berupa data real time dan database besaran debit pemompaan, perubahan jarak yang terdeteksi oleh masing-masing mekanik otomatis level air serta grafik.
Uji pemompaan dihentikan pada saat muka air mencapai titik jenuh (water balance) setelah sebelumnya dilakukan pengukuran level muka awal air tanah menggunakan alat elektroda probe sounding (manual) untuk bahan perbandingan sehingga dapat diketahui tingkat keakurasian peralatan AWLMS seperti pada Tabel 3.2. dan Tabel 3.3.. Adapun data hasil perekaman uji pemompaan pada Gambar 3.18., 3.19. dan 3.20.
31
Tabel 3.3. Data akhir perekaman uji pemompaan (Pumping Test)
32
Gambar 3.16. Mekanisme uji pemompaan dengan sistem telemetri radio modem dan penggunaan inverter untuk perubahan kecepatan pompa Th. 2011
33
34
BAB IV METODOLOGI
Untuk mendukung dan mendapatkan hasil yang maksimal dalam kegiatan pengembangan sistem pengambilan data pumping test dengan telemetri dan penggunaan inverter untuk perubahan kecepatan pompa, perlu dilakukan kajian instrumen peralatan, kajian teoritis serta beberapa tahapan kegiatan yang menitik beratkan pada sistem dan unjuk kerja alat sehingga dapat membaca dan merekam secara otomatis kondisi debit aliran air (Q) dan level muka air tanah (WL) pada sumur produksi (production well) dan level muka air tanah (WL)
pada sumur pantau (observation well) saat dilakukan uji pemompaan. (Lihat Gambar 4.1).
35
Dengan melakukan identifikasi dan pemahaman spesifikasi serta cara kerja sensor rotary encoder, waterflow meter dan radio modem sebagai media pengiriman data maka dapat dilakukan perancangan software monitoring dan perekaman berdasarkan data pengukuran real time, database, grafik dari fluktuasi muka air tanah serta debit aliran.
36
BAB V PEMBAHASAN
Kelemahan piranti serta kendala lapangan yang menjadi permasalahan dalam pelaksanaan uji pemompaan di lapangan pada kegiatan tahun 2010 menjadi acuan dan sasaran pengembangan yang akan dicapai pada kegiatan tahun 2011. System telemetri radio modem menggantikan penggunaan kabel sebagai media pengiriman data yang memiliki kelemahan jika panjang melebihi 50 mtr disebabkan oleh jarak antar sumur ke pusat monitoring saling berjauhan atau karena kendala lain yang menghalangi pemasangan kabel seperti gedung dan perlintasan kereta api pada pelaksanaan uji coba lapangan (lihat Gambar 3.16).
Seluruh peralatan hasil pengembangan perlu dilakukan pengamatan unjuk kerja melalui uji simulasi sebelum uji coba lapangan untuk mendapatkan pendekatan parameter sesuai dengan yang diharapkan. Perancangan peralatan uji simulasi mengacu pada prinsip uji pemompaan bertahap (step dwaw down) dengan melakukan simulasi fluktuasi muka air pada sumur tiruan dan debit pemompaan dengan kecepatan yang dapat diatur.
Radio modem 2,4 G.Hz transmiter yang dipasang pada tiap piranti pemantau (Mekanik otomatis level air dan waterflow meter) dapat mengirimkan data yang berasal dari sensor melalui ke radio modem receiver pada unit monitoring dalam radius 5 km secara simultan seperti yang ditunjukan pada tampilan Software lihat (Gambar 3.14., dan 3.15). Dengan demikian system telemetri radio modem dapat mempermudah dan mempercepat waktu seting serta mendapatkan data hasil pengukuran yang lebih akurat.
Salah satu tujuan uji pemompaan adalah mencari debit aliran air tanah yang optimal, dimana terhadap adanya sinkronisasi antara besarnya debit aliran yang diambil dengan aliran air tanah yang masuk kedalam sumur melalui lapisan-lapisan akuifer dan saringan
(screen) serta pengaruhnya pada sumur pantau yang mempunyai fungsi linier.
Sinkronisasi pengukuran debit aliran fluktuasi level muka air tanah dilakukan dengan uji coba pemompaan (pumping test), yaitu dengan melakukan pengukuran yang bekerja secara otomatis dengan pendekatan simulasi terhadap sinkronisasi debit aliran dan level muka air tanah. Sementara itu penggunaan pompa dengan kapasitas melebihi debit aliran akuifer berdampak terjadinya over flow atau sebaliknya sehingga tidak dapat dilakukan analisis penurunan muka air tanah terhadap fungsi waktu. Cara yang biasa dilakukan untuk menjawab permaslahan tersebut adalah mengganti pompa dengan kapasitas yang lebih besar atau dengan memasang valve pada pipa output untuk mengatur debit pemompaan sebagai
37
asumsi debit aliran. Kedua cara tersebut dinilai kurang tepat dijadikan acuan dalam menentukan besaran debit optimum akuifer karena selain tidak efisien kurang akurat.
Gambar 5.1. Level air pada sumur tiruan sebelum uji simulasi
Tabe 5.1. Hasil pengukuran saat dimulai uji simulasi ‘Pumping Test’ 0 0 0 Sumur tiruan 1 Sumur 1 Sumur tiruan 2 Sumur 2 Sumur tiruan 3 Sumur 3
38
Gambar 5.2. Level air pada sumur tiruan setelah uji simulasi
Tabe 5.2. Hasil pengukuran uji simulasi kambuh (recovery)
Pengembangan dengan menggunakan inverter (variable speed drive) untuk perubahan kecepatan pompa adalah untuk mengatur debit maksimum pompa hingga 40 %.
Pada pelaksanaan kegiatan uji coba lapangan menggunakan peralatan yang tidak sesuai dengan yang direncanakan yaitu pompa submersible SP 8A-25NE 4 KW dan variable speed drive MP204 CUE Inverter sehingga hasil pengukuran kurang maksimal.
Dari data hasil perekaman uji pemompaan dengan sistem telemetri radio modem seperti yang ditunjukan pada (Gambar 3.18., 3.19. dan 3.20.) memperlihatkan adanya perbedaan karakteristik penurunan muka air tanah pada masing masing sumur uji diantaranya, sumur 3 (pantau) mengalami pengaruh yang sangat besar akibat aktifitas pemompaan pada sumur produksi dengan penurunan muka air hingga mencapai dasar sumur bahkan sampai kering.
Sumur tiruan 1 Sumur tiruan 2 Sumur tiruan 3
39
Berbeda dengan yang terjadi pada sumur 2 (pantau) tidak terjadi perubahan muka air yang berarti baik saat dilakukan uji pemompaan maupun uji kambuh. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sumur produksi dan sumur 3 (pantau) memiliki karakteristik akuifer saling berhubungan sedangkan dengan sumur 2 (pantau) tidak saling berhubungan.
Untuk menguji tingkat keakurasian serta perbandingan hasil pengukuran AWLMS dilakukan juga pengukuran dengan menggunakan alat electroda probe sounding pada saat sebelum dan setelah uji pemompaan (recovery) seperti tabel 3.2 dan 3.3. di bawah.
Tabel 5.3. Tabel perbandingan alat yang gigunakan pengukuran level air uji pemompaan
SUMUR ALAT YANG
DIGUNAKAN LEVEL SEBELUM PEMOMPAAN (Cm) LEVEL SETELAH PEMOMPAAN (Cm) Produksi (Pump Enc.1) AWLMS 4204,033 4500,64
Elektroda probe sounding 4204,04 4499,53 Pantau
(Pump Enc.2)
AWLMS 2608,08 5509,05
Elektroda probe sounding 2609,00 5509,05 Pantau
(Pump Enc.3)
AWLMS 2601,00 2941,11
Elektroda probe sounding 2601,01 2941,12
Tabel 5.4. Tabel perbandingan alat yang gigunakan pengukuran level air uji kambuh
SUMUR ALAT YANG
DIGUNAKAN LEVEL SEBELUM PEMOMPAAN (Cm) LEVEL SETELAH PEMOMPAAN (Cm) Produksi (Pump Enc.1) AWLMS 4500,64 4204,00
Elektroda probe sounding 4500,65 4204,01 Pantau
(Pump Enc.2)
AWLMS 5509,05 2608,06
Elektroda probe sounding 5509,05 2608,97 Pantau
(Pump Enc.3)
AWLMS 2941,11 2601,00
Elektroda probe sounding 2941,12 2601,00
Pada tabel di atas menunjukan adanya penurunan muka air saat dilakukan uji pemompaan sedalam 3000,60 cm (4500,64 cm - 4204, 00 cm) dengan perbedaan hasil pengukuran yang tidak terlalu jauh jika dikonversi ke dalam satuan mm sehingga dapat diasumsikan sama nilainya. Maka peralatan Automatic Water Level Monitoring System memiliki tingkat akurasi yang baik untuk uji pemompaan.
40
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1. Kesimpulan
Setiap penurunan muka air tanah pada sumur uji akibat aktifitas pemompaan serta debit aliran saat uji kambuh dapat diikuti oleh pelampung yang dikendalikan secara otomatis oleh speed motor control pada mekanik otomatis water level. Sedangkan debit pemompaan dapat dipantau menggunakan sensor water flow meter dan dikendalikan oleh inverter. Data pengukuran yang dihasilkan oleh masing masing alat dapat dikirimkan dengan sistem telemetri melalui radio modem pemancar (transmiter) ke unit radio modem penerima
(receiver) pada lokasi yang berjarak tidak melebihi radius 5 km. Data yang diterima oleh
radio modem receiver ini dapat dimonitor pada layar komputer baik dalam bentuk database, grafik maupun data real time. Dalam tampilan software memperlihatkan adanya perubahan data perekaman pada masing masing alat (mekanik otomatis level air A, B dan C serta Water flow meter) hal ini menunjukan bahwa peralatan dan sistem dapat bekerja dengan baik sebagaimana hasil pemantauan unjuk kerja alat pada uji simulasi.
Penggunaan inverter (Variable speed drive) untuk perubahan kecepatan pompa sesuai dengan karakteristik akuifer sumur bor dapat membantu tercapainya kondisi steady (water balance) dengan mudah dan cepat, dimana debit aliran akuifer yang masuk kedalam sumur sama dengan debit pemompaan.
Sinkronisasi dengan pendekatan menggunakan peralatan uji simulasi dan Elektroda probe sounding dalam mengukukur fluktuasi muka air dan debit aliran di lapangan memperlihatkan tingkat keakurasian pengukuran yang lebih baik dan efisien.
6.2. Saran
Untuk menyempurnakan hasil pengembangan sistem otomatisasi pengambilan data pumping test dengan telemetri dan penggunaan inverter untuk perubahan kecepatan pompa perlu dilanjutkan pada tahap kegiatan berikutnya dengan melakukan uji coba produk hasil rancang bangun menggunakan peralatan pompa Submersible 4 KW, Variable Speed Driver Cue inverter, Radio modem, dan Note book.
41
DAFTAR PUSTAKA
David G. Alciatore, Michael B. Histand, “Introduction to Mechatronics and
Meadurement Systems”, 2009.
Dian Artanto, “Merakit PLC dengan Mikrokontroler + CD, Elex MediaKomputindo, 2009
Endra Pitowarno,“Robotika Disain, Kontrol, dan Kecerdasan Buatan”, EEPIS ITS, 2008
Fetter, C.W,”Applied Hidrogeology”, third edition, Merrill Pubs, Co, Columbus Ohio United States Of America, 1994
G.P. Kruseman, N.A de Ridder and J.M. Verweij, “ Analysis and Evaluation of Pumping
Test data”, International Institute For Land Reclamation and Improvement, second
edition, University of Amsterdam, 1991
Karen J. Dawson and Jonathan D. Istok, “Aquifer Testing, Design and Analysis of
Pumping and Slug Tests”, Departement of Civil Engineering Oregon State University
Corvallis Oregon, Michigan, United state of America, 1991.
Leon W/CouchII, Digital and Analog Comunication System, Prentice Hall, 1997
Sukiswo, “Perancangan Telemetri suhu dengan modulasi digital FSK-FM”, Universitas Dipenogoro, 2001.
Cybernet : http://id.wikipedia.org/wiki/Mekatronik
Cybernet:http://k12008.widyagama.ac.id/mekatronika/diktatpdf/baB1_pengantar_mekatr
onika.pdf
C.W. Fetter.1994, ”Applied Hydrogeology”, third edition, Englewood Cliffs, New Jersey, USA America.
David Keith Todd, 1980, “Groundwater Hydrology”, second edition, by John Wiley & Sons, Inc, New York, p.497.
G.P. Kruseman, N.A de Ridder and J.M. Verweij, “ Analysis and Evaluation of Pumping
Test data”, International Institute For Land Reclamation and Improvement, second
edition, University of Amsterdam, 1991
Karen J. Dawson and Jonathan D. Istok, “Aquifer Testing, Design and Analysis of
Pumping and Slug Tests”, Departement of Civil Engineering Oregon State University
42
LAMPIRAN A : Foto dokumentasi kegiatan uji simulasi dan uji coba lapangan Kegiatan uji simulasi Pemasanga n pipa casing Pemasanga n peralatan
43
44
45
