Isti Dian Rachmawati, dkk ISSN 1410 – 8178 85
INSTALASI DAN UJI FUNGSI KONTROL SUHU PADA UNIT
PRE-HEATER PASIR ZIRKON
Isti Dian Rachmawati, Triyono dan Sudaryadi Pusat Sains dan Teknologi Akselerator, BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb, Yogyakarta 55281 email:[email protected]
ABSTRAK
INSTALASI DAN UJI FUNGSI KONTROL SUHU PADA UNIT PRE-HEATER PASIR ZIRKON. Telah dilakukan instalasi dan uji fungsi kontrol suhu pada unit pre-heater pasir zirkon. Kegiatan meliputi: identifikasi beban, perencanaan wiring, instalasi dan uji fungsi. Identifikasi beban untuk mengetahui tegangan, arus, daya dan jumlah fase. Pembuatan wiring pada sistem kontrol suhu bertujuan untuk memudahkan pelaksanaan instalasi. Uji fungsi kontrol suhu untuk mengetahui unjuk kerja pasca instalasi dengan beban unit pre-heater. Unit pre-heater menggunakan Furnace Heraus 2 fase dengan daya total 13 kWatt pada tegangan 380 Volt AC dengan arus 30 Ampere. Hasil instalasi dan uji fungsi menunjukkan bahwa energi listrik yang dihasilkan unit pre-heater mencapai 7,58 kWh pada fase S dan 7,42 kWh pada fase T. Laju panas tertinggi sebesar 7,08 ˚C/menit. Kontrol suhu dapat bekerja pada beban secara baik dan aman dengan suhu setting 50-600 ˚C secara otomatis dalam waktu 81 menit.
Kata kunci : kontrol suhu, pre-heater, pasir zirkon
ABSTRACT
INSTALLATION AND FUNCTION TEST TEMPERATURE CONTROL IN PRE-HEATER UNIT ZIRCON SAND. Installation and function test have been done for the temperature control in pre-heater unit zircon sand. Activities include: identification of the load, wiring design, installation and function test. Load identification to know the voltage, current, power and the number of phases. Making the wiring on the temperature control system aims to facilitate the implementation of the installation. Function test temperature control to determine the performance of post-installation with preheater unit load. Pre-heater unit using Furnace Heraus 2 phases with a total of 13 kW power at a voltage of 380 Volt AC with a current of 30 Amperes. Installation and function test results showed that the electrical energy generated pre-heater unit reached 7.58 kWh for S phase and 7.42 kWh for T phase. The highest heat rate of 7.08 ° C/min. Temperature control can work on the load well and safely with a temperature of 50-600 ° C setting automatically within 81 minutes.
Keywords : temperature control, pre-heater, zircon sand
PENDAHULUAN
nit pre-heater merupakan alat proses untuk memanaskan bahan berupa pasir zirkon pada suhu 300 ˚C. Unit pre-heater menggunakan Furnace
Heraus tipe ROK/113/110 dengan kapasitas 13 kW
bertegangan 380 volt, arus 2 x 30 Ampere, 2 fase. Secara fisik Furnace Heraus berukuran panjang 115 cm, diameter luar 60 cm dan diameter chamber 18 cm. Proses pemanasan awal (pre-heater) merupakan tahap awal dari proses peleburan pasir zirkon pada suhu 300 ˚C dan dilanjutkan ke tahap kedua pada suhu 750 ˚C [1].
Peneliti lain [1] telah melakukan Instalasi dan Uji Fungsi Tungku dengan Pre Heater akan tetapi belum dilengkapi dengan sistem kontrol suhu. Unit
pre-heater memerlukan sistem kontrol suhu digital
dan dapat bekerja secara otomatis sesuai suhu setting
yang diinginkan. Telah dilakukan instalasi dan uji fungsi kontrol suhu digital pada unit pre-heater dengan komponen utama Autonic TZN4H dengan
output on-off secara automatik. Kontrol suhu digital
lebih memudahkan dalam pembacaan dibandingkan dengan kontrol suhu analog. Ada beberapa kekurangan pada temperature controller analogue meliputi: kesulitan dalam pembacaan hasil pengukuran suhu, skala minimal 20˚C, penyimpangan pengukuran relatif besar [2].
Dengan adanya kontrol otomatik akan memberikan kemudahan dalam memperoleh performansi dari sistem otomatik, mempertinggi kualitas, memudahkan pekerjaan rutin yang harus dikerjakan oleh manusia serta keluaran parameter operasi telah disetting sebelum operasi [3]. Kontrol suhu TZN4H terdiri dari 4 digit dengan ukuran fisik 48 x 96 mm dengan even 1 output dan kontrol output
86 ISSN 1410 – 8178 Isti Dian Rachmawati, dkk berupa relay output [4]. Sensor suhu yang digunakan
tipe K3 berupa termokopel yang mampu bekerja pada suhu 0-1250 ˚C. Sensor suhu dilengkapi dengan kabel sensor dengan panjang 2 meter sebagai input ke kontrol suhu. Sensor suhu termokopel dilengkapi dengan pelindung berupa selongsong keramik agar ujung termokopel tidak kontak langsung dengan sumber panas pada pemanas [5].
Komponen penunjang/pendukung kontrol suhu berupa Solid State Module tipe TSR-40DA three
phase FOTEK. Tegangan input 4-32 Volt DC dan
tegangan output 24-380 Volt AC dengan kemampuan maksimum 40 Ampere [6]. Solid State Module berfungsi membuka dan menutup aliran listrik 380 Volt AC ke unit pre-heater berupa Furnace Heraus 380 Volt AC. Pada dasarnya solid state module merupakan saklar elektronik yang bekerja tanpa menimbulkan bunyi dan komponen SSR lebih cocok digunakan pada laboratorium kimia karena SSR tertutup rapat [7].
Untuk mengamankan beban unit pre-heater dilengkapi pengaman Easy Pact tipe EZC 100 B dengan kemampuan 60 Ampere untuk bekerja pada beban 25 Ampere dan alat pendukung operasi. Untuk mengendalikan kerja Solid State Module diperlukan sumber tegangan 12 Volt DC secara full wave. Sumber tegangan 12 Volt DC ke Solid State Module dikendalikan oleh kontrol suhu TZN4H secara otomatis sesuai suhu setting yang digunakan.
Semua komponen diinstal pada kotak berukuran tinggi 60 cm, lebar 40 cm, dan tebal 20 cm. Khusus untuk pengujian pengendali temperatur dilakukan dengan menguji komponen, uji fungsi setelah perakitan dan pengujian dalam operasi sistem pemanas. Untuk pengujian ini dilakukan uji visual untuk melihat secara fisik kondisi komponen seperti sambungan kabel antar komponen serta solderan kabel pada terminal kabel [8]. Uji fungsi dilakukan dengan mengamati waktu operasi, mengukur arus dan tegangan untuk mengetahui daya listrik dalam watt, kemudian dihitung energi listrik dalam satuan kWh (kilowatt hours). Selain itu, dicatat waktu pengujian dari awal, setiap kenaikan suhu 50 ˚C hingga mencapai suhu setting 600 ˚C. Dari waktu dan suhu operasi dapat diketahui laju panas pada unit
pre-heater. Satuan laju panas dalam ˚C/menit.
TEORI
Semua sistem kontrol menggunakan sensor untuk mengukur variabel fisis yang dijaga sesuai dengan nilai yang diinginkan (set point). Setiap sistem mempunyai kalkulasi kontrol menggunakan hasil pengukuran dan nilai yang diinginkan. Untuk menentukan koreksi pada proses operasi, hasil kalkulasi akan diimplementasikan dengan mengeset
salah satu parameter alat pada kontrol suhu sebagai
final control element [9].
Pada sumber energi listrik, daya yang dihasilkan ditentukan oleh besarnya tegangan dan arus yang dialirkan. Besarnya daya listrik dapat ditentukan dengan persamaan (1) berikut:
P = E x I (1)
satuan daya adalah watt (joule/second) [10].
Daya yang hilang (terserap) oleh hambatan dapat dinyatakan sebagai: P = V x I = I2 x R = (watt) W = P x t (2) dengan: W = energi P = daya t = waktu
Dari persamaan (2) terlihat bahwa energi atau tenaga listrik adalah usaha dari peralatan listrik tersebut yang besarnya sama dengan daya dari peralatan tersebut dikalikan dengan lamanya waktu pemakaian. Satuan P adalah volt ampere (VA) atau Watt, sedangkan waktu t dalam detik dan W dalam joule (J). Satuan watt detik atau joule merupakan satuan yang sangat kecil sehingga pada umumnya digunakan satuan kiloWatt hours (kWh) = 3,6 x 106
watt detik [11].
Jumlah kWh dan laju panas ditentukan dari persamaan (3) dan (4)
Kilowatthour = KWH) (3)
Laju Panas = (˚C/menit) (4) Kontrol suhu unit pre-heater Heraus ROK/1 merupakan kontrol suhu digital jenis closed loop
control system. Sistem kontrol loop tertutup
merupakan sistem kontrol dimana sinyal keluarannya berpengaruh langsung pada alat pengontrolan dan berumpan balik. Sinyal kesalahan penggerak yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik diumpankan ke controller. Untuk memperkecil adanya kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati sesuai keinginan.
TATA KERJA
Bahan
Bahan yang diperlukan dalam kegiatan instalasi dan uji fungsi kontrol suhu pada unit pre-heater antara lain: kotak panel berukuran tinggi 60 cm, lebar 40 cm, dan tebal 20 cm, Solid State Module TSR-40DA three phase, easy pact 3 fase 60 Ampere, fan 220 volt AC, power supply 24 volt DC 1 Ampere, terminal kabel 12 pole 30 Ampere, MCB 16 Ampere,
Isti Dian Rachmawati, dkk ISSN 1410 – 8178 87 kontrol suhu TZN4H, sensor suhu tipe K3 dan
furnace heraus ROK/1.
Peralatan
Peralatan yang diperlukan pada kegiatan instalasi dan uji fungsi kontrol suhu pada unit pre-heater yaitu peralatan mekanik, toolset, hand crimping tools, tang amperemeter digital sanwa, multimeter analog/digital SANWA dan bor listrik.
Cara Kerja
Cara kerja untuk melakukan instalasi dan uji fungsi kontrol suhu pada unit pre-heater dilakukan sebagai berikut:
1. Dilakukan identifikasi beban yang akan dikerjakan oleh kontrol suhu antara lain: jumlah fase beban, tegangan beban, arus beban dan daya beban. Identifikasi beban dapat diperoleh dengan melihat name plate beban (furnace heraus). 2. Dilakukan perencanaan sistem wiring secara jelas
dan dilengkapi dengan jenis komponen yang digunakan dan spesifikasinya.
3. Dilakukan penyiapan bahan yang diperlukan untuk kegiatan instalasi sesuai perencanaan. 4. Dilakukan perencanaan tata letak komponen, baik
pada bagian dalam panel maupun bagian luar panel (pintu).
5. Dilakukan pekerjaan mekanik untuk penempatan komponen.
6. Dilakukan pekerjaan wiring pada bagian dalam maupun bagian luar.
7. Dilakukan pengecekan secara cermat terhadap hasil instalasi sebelum dilakukan uji fungsi.
Dilakukan uji fungsi kontrol suhu pasca instalasi dengan beban furnace heraus tipe ROK/1 secara bertahap.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Telah dilakukan instalasi dan uji fungsi kontrol suhu pada unit pre-heater. Langkah penting sebelum dilakukan instalasi yaitu identifikasi beban (unit
pre-heater).Identifikasi beban penting untuk menentukan
komponen-komponen yang akan digunakan dan kapasitas dari furnace. Identifikasi beban dari kontrol suhu unit pre-heater ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Identifikasi beban kontrol suhu
No Nama Beban Hasil Identifikasi Beban Keterangan 1 Furnace Heraus Merk : Heraus Jumlah fase : 2 Tegangan : 380 Volt AC Arus : 2 x 30 Ampere Frekuensi : 50 Hz Daya : 13000 watt Panjang total : 115 cm Diameter luar : 60 cm Diameter dalam : 18 cm Pembangkit panas 0-1000 ˚C 2 Pendingin Solid State Module Tegangan Pendingin Solid State Module 3 fase
Dari Tabel 1 dapat dilihat kemampuan arus kerja pada furnace sebesar 30 Ampere dan bekerja pada 2 fase dengan netral (N). Pada tegangan 380 Volt AC dengan arus 30 Ampere diperoleh suhu 0-100 ˚C. Pada kenyataannya suhu pre-heater (pemanasan awal) hanya diperlukan panas sampai dengan suhu 300 ˚C secara kontinyu
Perencanaan wiring kontrol suhu pada unit
88 ISSN 1410 – 8178 Isti Dian Rachmawati, dkk F N (+) (-) R S T N N S1 S1F S2 S2N S3F S3 S4 S4(KS) N U V W SSM 3~ + --12 vdc MCB 9 10 11 12 13 14 N F TZN S4 S3 S2 S1 12V 1~ EP V TM1 TM2 TM3
Gambar 1. Sistem wiring pada kontrol suhu unit pre-heater
Keterangan:
1. SSM: Solid State Module 3 fase 380 Volt 40 Ampere'
2. EP: Easy Pact tipe ESL100 B 60 Ampere 3 fase 3. V: Pendingin SSM (220 Volt AC)
4. PS: Power Supply 220/12 Volt DC 5. TZN: Kontrol suhu Autonics TZN4H 6. MCB: Pengaman beban 220 volt 7. TM1-TM3: Terminal kabel
Dengan perencanaan wiring pada panel bagian dalam dan pintu panel akan memudahkan instalasi kontrol suhu. Komponen pembentuk kontrol suhu antara lain: solid state module 3 fase 40 Ampere berfungsi untuk membuka dan menutup aliran listrik 3 fase 380 Volt dari sumber input ke furnace heraus ROK/1.
Kontrol suhu digital TZN4H mengontrol kerja
Solid State Module sesuai suhu setting yang
diinginkan. Sebagai proses pemanasan awal (pre-heater) bekerja secara otomatis. Power supply 220 Volt AC dan 12 Volt DC berfungsi sebagai sumber tegangan. Input 12 Volt DC untuk mengaktifkan
Solid State Module TSR-40DA mengalirkan listrik ke furnace. Perencanaan tata letak komponen pada
bagian dalam ditunjukkan pada Gambar 2.
SSM 3~ + - V MCB EP PSA R S T N N S1 S1F S2 S2N S3F S3 S4 S4(KS) N U V W TM1
Gambar 2. Perencanaan tata letak komponen pada bagian dalam panel
Keterangan :
1. TM1 : Terminal tegangan input 3-380 Volt AC 2. TM2 : Terminal kabel ke pintu panel
3. TM3 : Terminal tegangan input ke panel 4. EP : Easy Pact 60 Ampere 3 fase
5. SSM : Solid State Module 3 fase 380 Volt AC 6. PSA : Power Supply 220 V AC/12 Volt DC 7. MCB : Miniature Circuit Breaker
8. V : Pendingin SSM
Perencanaan tata letak komponen perlu dibuat serapi dan sekompak mungkin agar terjamin keamanan masing-masing komponen dan dapat menghemat kabel.
Perencanaan tata letak komponen pada pintu panel ditunjukkan pada gambar 3.
Isti Dian Rachmawati, dkk ISSN 1410 – 8178 89
KS
L1 L2 L3 L4
S1 S2 S3 S4 F1 F2 F3 F4
Gambar 3. Perencanaan tata letak komponen pada pintu panel
Keterangan :
1. KS````` : Kontrol suhu TZN4H 2. L1-L4` : Lampu indikator beban
3. F1-F4` : Fuse
4. S1-S4` : Saklar Operasi
Perencanaan pada pintu panel memerlukan beberapa komponen antara lain kontrol suhu (KS) sebagai pengontrol suhu furnace, lampu indikator L1-L4 sebagai penanda operasi dan saklar S1-S4 untuk mengaktifkan bagian-bagian komponen seperti SSM dan kontrol suhu.
Hasil instalasi kontrol suhu ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Kontrol suhu pada unit pre-heater
Gambar 5. Tungku Furnace Heraus unit pre-heater
Gambar 6. Hasil instalasi komponen bagian dalam
Gambar 7. Hasil instalasi kontrol suhu Uji Fungsi Kestabilan Kontrol Suhu
Spesifikasi alat: Type furnace = ROK/1 T maksimal = 1000 ˚C V = 380 volt
I = 2 x 30 A P = 13 kW
90 ISSN 1410 – 8178 Isti Dian Rachmawati, dkk Hasil perhitungan energi listrik ditunjukkan pada
Tabel 2 dan 3.
Tabel 2. Hasil perhitungan energi listrik yang dihasilkan unit pre-heater pada fase S
N o Waktu Operasi (Menit) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Energi Listrik (kWh) 1 0 215 28,84 0 2 6 216 29,12 0,63 3 15 214,9 28,86 1,55 4 22 214,7 28,76 2,26 5 28 214,7 28,72 2,87 6 34 214 28,51 3,45 7 41 216,1 28,85 4,26 8 47 216,1 29,15 4,93 9 53 215,9 28,8 5,49 10 60 215,3 28,87 6,21 11 66 214,9 28,59 6,75 12 74 214,6 28,64 7,58 13 81 0 0 0
Tabel 3. Hasil perhitungan energi listrik yang dihasilkan unit pre-heater pada fase T
No Waktu Operasi (Menit) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Energi Listrik (kWh) 1 0 216,5 28,54 0 2 6 217,8 28,4 0,62 3 15 216,4 28,72 1,55 4 22 215,8 28,2 2,23 5 28 216,2 28,3 2,85 6 34 215,2 28,01 3,41 7 41 217,3 28,46 4,22 8 47 217,2 28,23 4,8 9 53 217 28,23 5,41 10 60 216,3 28,07 5,85 11 66 216,1 28,12 6,68 12 74 215,6 27,94 7,42 13 81 0 0 0
Tabel 2 dan 3 menunjukkan hasil perhitungan energi listrik yang dihasilkan unit pre-heater. Penggunaan unit pre-heater membutuhkan energi
listrik minimal 7,58 kWh pada fase S dan 7,42 kWh pada fase T agar alat dapat bekerja secara maksimal. Semakin besar energi listrik pada alat semakin baik kualitas alat. Perhitungan laju panas ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4.Hasil perhitungan laju panas
No Waktu (WIB) Lama pengujian (menit) Suhu (˚C) Laju Panas (˚C/menit) 1 8:22 0 26 0 2 8:28 6 50 4 3 8:37 15 100 4,9 4 8:44 22 150 5,63 5 8:50 28 200 6,2 6 8:56 34 250 6,58 7 9:03 41 300 6,68 8 9:09 47 350 6,89 9 9:15 53 400 7,05 10 9:22 60 450 7,06 11 9:28 66 500 7,18 12 9:36 74 550 7,08 13 9:43 81 600 7,08
Pada setiap kenaikan suhu 50˚C diamati dan dicatat waktu operasinya. Dari waktu operasi dengan kenaikan suhu dapat diperoleh laju panas. Laju panas pada elemen pemanas unit pre-heater pasir zirkon mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya waktu operasi. Pada saat suhu setting 600˚C laju panas yang dihasilkan sebesar 7,08 ˚C/menit.
KESIMPULAN
Dari hasil instalasi dan uji fungsi kontrol suhu unjuk kerja alat pada suhu setting value (SV) dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Energi listrik yang dihasilkan unit pre-heater mencapai 7,58 kWh pada fase S dan 7,42 kWh pada fase T. Sehingga untuk penggunaan unit
pre-heater dibutuhkan energi listrik minimal 7,58
kWh pada fase S dan 7,42 kWh pada fase T agar alat dapat bekerja secara maksimal.
2. Pada saat suhu setting 600˚C laju panas yang dihasilkan sebesar 7,08 ˚C/menit.
3. Kontrol suhu pada unit pre-heater pasir zirkon dapat bekerja pada beban secara baik dan aman dengan suhu setting 50-600 ˚C secara otomatis. 4. Waktu yang dibutuhkan kontrol suhu pada unit
pre-heater untuk mencapai suhu setting 600˚C
Isti Dian Rachmawati, dkk ISSN 1410 – 8178 91
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penelitian ini. Kegiatan penelitian ini didanai oleh DIPA tahun 2015.
DAFTAR PUSTAKA
1. Sudaryadi dan Rachmawati I.D., Instalasi dan Uji
Fungsi Tungku dengan Pre Heater untuk Peleburan Pasir Zirkon, Makalah Tak Terbit,
PSTA-BATAN, Yogyakarta 2016.
2. Triyono, Mudjiman S dan Aryadi. Instalasi dan
Pengujian Temperature Controller Model PXR pada Unit Kalsinasi KR 260 E, Prosiding
Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, PTAPB-BATAN, 2009.
3. Leksono E dan Ogata K., Teknik Kontrol
Automatik (Sistem Pengaturan) Jilid 1, Penerbit
Erlangga, Jakarta, 1985.
4. Anonim, Temperature Controller TZN 4H/TZN
4W Series Manual, Autonics.
5. Anonim. The Temperature Hand Book, An Omega Technologies Company, USA.
6. Anonim, Solid State Module tipe TSR-40DA three
phase, FOTEK Datasheet.
7. Triyono, Instalasi Sistem Pengendalian Suhu
Furnace Induksi MF-15 Unit Pelapisan Kernel UO2, Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Iptek Nuklir, ISSN 0216-3128. PTAPB BATAN, 2013. 8. Rohmad S dan Pramono E.Y., Rancang Bangun
Pemanas Silinder dengan Pengendali Temperatur untuk Proses Sintesis Nanopartikel Magnetik,
Sigma Epsilon, ISSN 0853-9103, Vol. 17 No.4, PSTBM-BATAN, November 2013
9. Wahid A. Pengantar Pengendalian Proses, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 2007.
10. IFTADI I, Dasar-Dasar Rangkaian Listrik dan
Elektronika, Sebelas Maret University Press,
Surakarta, 2008.
11. Suyamto. Fisika Bahan Listrik. Pustaka Pelajar Offset, Yogyakarta, 2009.
TANYA JAWAB
Anang S- Pada uji kestabilan control suhu hasil antara fasa S dan T berbeda?
- Apakah hasil yang didapat tersebut sudah bisa dikatakan stabil?
Isti Dian R
- Pada uji kestabilan suhu fase S dengan fase T tidak
sama persis namun perbedaan tidak begitu signifikan. Perbedaan data yang didapat karena pengaruh tegangan inputnya. Hasil yang didapat sudah stabil dan sudah masuk spesifikasi tungku pre-heater
Argo S Wicaksono
- Bagaimana proses kerja control suhu pada unit pre-heater pasir zircon
- Apakah ada sistem pengaman dalam sistem yang dibuat?
Isti Dian R
- Solid state module diaktifkan untuk untuk membuka
aliran listrik 3 fase 380 v dari sumber input ke furnace Heraus. Control suhu digital TZN 4 H mengontrol kerja solid state module sesuai suhu yang diinginkan.
- Pengaman pada sistem menggunakan easy pact
tipe EZC100 b untuk mengamankan beban unit pre-heater.
