RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI pH PADA
REAKTOR PENGENDAPAN ZIRKON HIDROKSIDA
Moch. Rosyid, Sudaryadi
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN, Babarsari Yogyakarta 55281 E-mail: m_rosyid@batan.go.id
ABSTRAK
RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI pH PADA REAKTOR PENGENDAPAN ZIRKON HIDROKSIDA. Telah dilakukan perancangan dan pembuatan sistem kendali
pH secara manual pada reaktor pengendapan zirkon hidroksida. Pengendalian secara manual dilakukan dengan cara menekan tombol <ON> atau <OFF> untuk motor pengaduk atau pompa yang dikehendaki yang ada pada Panel Diagram Alir (PDA). Setelah motor pengaduk, motor pompa dan pH controller dihidupkan, pengendalian pH dilakukan oleh pH controller. Uji coba pengendalian pH dilakukan dengan cara mengencerkan larutan asam yang berada di dalam reaktor. Pada saat pH telah sesuai dengan set point, valve cairan pengencer ditutup oleh pH controller. Dalam uji coba mekanik dihasilkan bahwa tombol-tombol telah berfungsi dengan baik. Pengujian pengendalian pH menunjukkan bahwa pH controller yang digunakan telah berfungsi baik dan untuk mengencerkan 20 liter larutan asam dengan pH = 1,56 menjadi larutan dengan pH 3,0 dibutuhkan 10 liter air dengan pH 7.65.
Katakunci : PDA , Pengendapan Zirkon , kendali motor
ABSTRACT
DESIGN AND CONSTRUCTION OF pH CONTROL SYSTEM OF ZIRCON HIDROKSID SEDIMENTATION REACTOR. Design and construction of manually pH
controller of zircon hydroxide sedimentation reactor has been done. Manually operation can be done by pressing < ON> or < OFF> button for motor pump or mixer which is desired on Flow Diagram Panel ( PDA). After motors of mixer and pump are activated, the controlling pH handled by pH controller. Testing of pH controller was done by thinning the acid concentration of liquid in reactor by increasing water in the reactor. When the set-point was reached a solenoid valve that allowing thinner liquid was closed. The manually controlling of motors be done with result that all of knobs are normally functional. Result of the examination pH controller expressing that the controller can operated in good operation, and to thin 20 liters of acid lotion with pH = 1,56 become 3,0 pH required 10 liters water with 7.65 pH.
Keywords : Panel of Flow Diagram , Zircon sedimentation, motor controller
PENDAHULUAN
alah satu kegiatan Bidang Kimia dan Teknolog Proses Bahan , PTAPB – BATAN adalah rancang bangun sebuah mini plant untuk memproduksi zirkon hidroksida. Hasil mini plant
bagian dari proses pembuatan ZrO2 dari pasir zircon.
Pengendapan zirkon hidroksida dilakukan dengan metode pengendalian pH menggunakan amoniak. Karena instalasi pemipaan pada reaktor pengendapan serta pemasangan pompa – pompa
S
segera dilakukan instalasi listrik beserta sistem kendali mekaniknya.
Pengendalian yang dilakukan dalam sistem ini terdiri dari kendali mekanik dan kendali pH. Kendali mekanik meliputi instalasi tombol, relay dan motor. Untuk menghidupkan motor cukup dengan menekan tombol “ON” pada motor yang dikehendaki. Penekanan tombol tersebut akan menyebabkan relay aktif dan menghubungkan motor ke jala-jala PLN sehingga motor akan berputar. Untuk mematikannya tombol “OFF” harus ditekan.
Kendali pH dilakukan menggunakan pH Controller merek HANNA model HI-504. TATA KERJA
a. Perancangan Instalasi listrik
Ada dua buah tombol pada setiap motor, yaitu tombol <ON> dan tombol <OFF>. Tombol <ON> berupa tombol Normally Open (NO) dan
tombol <OFF> berupa tombol Normally Closed (NC).
Rangkaian instalasi listrik untuk pengendali motor disajikan pada Gambar 1 Untuk menghidupkan motor cukup dengan menekan tombol <ON> (PN1). Jika tombol <ON> ditekan maka arus akan mengalir dari catu daya +12 VDC ke relay melalui tombol <OFF> (PF1) dan tombol <ON>. Jika kemudian tombol <ON> dilepas maka arus tetap mengalir ke relay dari catu daya +12 VDC melalui tombol <OFF> dan kontaktor Normally Open (NO) pada relay. Kontaktor Normally Open (NO) yang lain digunakan untuk mengalirkan arus dari Catu daya AC 220V ke magnetik kontaktor. Tiga buah kontaktor Normally Open (NO) pada magnetik kontaktor digunakan untuk mengalirkan arus dari Catu daya 3 phase ke motor sehingga motor akan berputar.
Gambar 1. Rangkaian Instalasi Listrik pada Motor Pengaduk Untuk mematikan motor, cukup menekan
tombol <OFF> (PF1). Pada saat tombol <OFF> ditekan, arus ke relay 12 Volt terputus dan arus ke arah magnetik kontaktor juga terputus, sehingga Catu daya 3 fase ke motor juga terputus dan motor akan berhenti beroperasi (mati). Gambar rangkaian instalasi listrik selengkapnya disajikan pada lampiran 1.
Untuk menghidupkan dan mematikan pH controller cukup menekan saklar tekan tanpa menggunakan relay dan magnetik kontaktor. Hal ini disebabkan pH kontroler menggunakan catu daya 1 phase dengan arus kecil.
b. Perancangan PDA
Agar operasional alat mudah dilakukan , sistem kendali manual reaktor pengendapan zirkon yang berupa tombol-tombol dipasang pada
Panel Diagram Alir (PDA) dengan model Human Machine Interface (HMI).
Panel tersebut berbentuk gambar P&ID ( Piping and Instrumentation Diagram) yang sudah dikenal dalam Instalasi Proses Kimia, dengan tambahan pemasangan tombol dan indikator untuk bagian-bagian yang dikendalikan.
Gambar Panel Diagram Alir Sistem Kendali Reaktor Pengendapan Zirkon selengkapnya disajikan pada lampiran 2.
c. Perakitan komponen dan instalasi Untuk memudahkan instalasi, relay 12 V dipasang pada PCB dan hubungannya ke tombol pada panel menggunakan soket. Gambar PCB dan tata letak komponen disajikan pada gambar 2.
Gambar 2. PCB dan tata letak komponen
PCB tersebut memuat 12 relay, sehingga dapat digunakan untuk pengendalian 12 motor. Dalam sistem ini telah terpasang 4 buah relay masing-masing untuk motor pengaduk, untuk motor catu amoniak, motor pompa umpan dan motor pompa untuk mengeluarkan hasil.
Setelah komponen dan PCB siap maka dilakukan instalasi. Semua komponen (kecuali pH controller dan solenoid valve) ditempatkan dalam box panel, tombol dan indikator pada panel depan.
Kabel catu daya 3 phase dihubungkan pada magnetik kontaktor 3 phase dalam box. Keluaran magnetik kontaktor dihubungkan ke masing-masing motor yang sesuai, mengacu gambar instalasi listrik yang disajikan dalam Lampiran 1.
d. Pengujian mekanik
Pengujian mekanik dilakukan dengan menekan tombol <ON> dan <OFF> satu per satu dari pompa umpan, pompa amoniak , motor pengaduk dan pompa output. Setiap penekanan tombol disertai dengan pengamatan motor mana yang hidup atau mati.jika belum sesuai dengan yang diharapkan maka perlu dilakukan pertukaran konektor yang dipasang.
e. Pengujian pH controller
Sebuah pH controller dinyatakan baik jika pada set-point yang ditentukan solenoid valve akan mati sehingga aliran yang akan menaikkan
dan volume awal ; ditentukan Set-point pH dan nilai histerisisnya.
Untuk kelengkapan data sebagai dasar analisa, perlu dicatat nilai pH saat solenoid aliran mati, kemudian diperhatikan apakah sudah sesuai dengan set-point. Nilai lain yang perlu diperhatikan adalah kenaikan volume sampai set-point pH tercapai , flow / debit aliran masuk dan waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan pH dari awal sampai set-point tercapai.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian PDA
Hasil pengujian PDA menunjukkan bahwa tombol-tombol ON dan OFF pada masing-masing motor telah berfungsi dengan baik. Ditemukan kejadian bahwa pada saat penekanan tombol tertentu ada magnetic kontaktor lain yang sebelumnya hidup tiba-tiba menjadi mati.
Berdasarkan analisis pada rangkaian disimpulkan bahwa kejadian diatas disebabkan karena komponen kritis ada pada tombol Normally Closed (NC) untuk tombol <OFF> dan kemungkinannya adalah kualitas tombol tersebut kurang bagus. Jika per penahan di dalam tombol tersebut kurang kuat maka hubungan antara kedua terminal akan terlepas oleh adanya goncangan dan aliran arus akan terputus.
Untuk mengatasi hal itu, tombol tersebut harus diganti dengan komponen yang kualitasnya lebih bagus yang mempunyai konstanta pegas besar dengan konsekuensi untuk menekanannya harus lebih kuat. Upaya lain yang dapat dilakukan adalah dengan cara memindahkan magnetik kontaktor keluar dari kotak PDA untuk mengurangi goncangan pada PDA.
Dari dua alternatif tersebut dipilih penggantian tombol <OFF> dengan tombol Normally Closed (NC) yang lebih baik, dan hasilnya lebih handal.
Pengujian pH controller
Gambar 3. Pengaturan set-poin dan histerisis[1]
Hasil pengujian pH controller didapatkan sebagai berikut
Set Up : Kendali : On/Off Set point : 3,7 pH
Histerisis : 0,3
Deviasi : 0,5
Pada kondisi pH awal = 3,19 , volume awal = 20,6 liter; pH air yang ditambahkan = 7,02 dengan laju aliran = 300 ml/menit didapat hasil seperti ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengujian set-point pH controller.
pH Awal Set point pH saat solenoid off
pH maks kenaikan volume (liter)
waktu yang dibutuhkan 3,19 3,7 3,72 3,75 3,8 8 menit: 34 det 3,75 3,8 3,81 3,82 1 1 menit: 9 det 3,82 3,9 3,91 3,94 1 1 menit: 8 det 3,94 4,9 4,91 4,93 4,2 10 menit: 40 det
Pada Tabel 1 terlihat adanya keterlambatan tanggap kendali dalam mematikan solenoid valve saat set-point telah tercapai sebesar 0,01 point pH. Nilai ini jika dihitung dalam prosentase didapatkan :
0,01/14 x100 % = 0,071%
Pada kondisi terakhir, larutan di dalam reaktor diturunkan pHnya dangan cara ditambahkan larutan asam, untuk menguji pada pH berapa solenoid kembali “on”. Dari percobaan pada set point = 4,9 dengan histerisis = 0,3 didapatkan hasil seperti dipaparkan pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil Pengujian hysteretic pH controller
pH Awal pH saat solenoid on pH saat solenoid off pH maks 4,91 4,5 4,91 4,93 4,93 4,59 4,91 4,93 4,93 4,59 4,91 4,95
Pada pengaturan awal, set-point pH = 4,90 dengan histerisis = 0,3 pengaturan ini menunjukkan bahwa [1] solenoid valve akan off pada pH 4,9 dan akan kembali on pada pH = 4,90 – 0,3 = 4,60.
Hasil percobaan menunjukkan solenoid valve kembali on pada 4,59. terjadi keterlambatan tanggap sebesar 0,01 poin pH. Pada saat pH turun menjadi 4,60 solenoid valve belum “on”.
KESIMPULAN
1. Hasil pengujian membuktikan bahwa tombol-tombol berfungsi dengan baik dan tampilan panel dengan model seperti P & ID lebih informatif.
2. Diperlukan kualitas tombol Push Off yang baik agar kehandalan sistem tinggi. 3. pH Controller merek HANNA model
HI-504 dapat digunakan untuk mengendalikan ph cairan di dalam tabung reaksi dengan ketelitian 0,01 nilai pH.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ungkapan rasa terima kasih perlu penulis sampaikan kepada bapak Budi Sulistyo , Sulistyadi , Is Sujoko , Paryadi dan rekan-rekan di BKTPB yang telah memberikan arahan , membantu melakukan instalasi pemipaan dan instalasi listrik, serta semua pejabat struktural dan non struktural di Bidang Kimia dan Teknologi Proses Bahan yang memberikan fasilitas kerja. DAFTAR PUSTAKA
1. Noname , ” Instruction Manual HI 504 Panel-mounted Microprocessor-based pH/ORP Process Controller” Hanna Instruments
2. http://www.engineeringtoolbox.com/p&id-piping-instrumentation-diagram-d_466.html, diunduh Februari 2009
TANYA JAWAB Jaja Sukmana
Pada panel diagram alir, apakah selain hidupnya motor, indikator seperti level, suhu dll juga ditampilkan pada panel?
Moch Rosyid
Pada panel tersebut belum menampilkan indicator selain hidupnya motor-motor pompa maupun motor pengaduk. Terimakasih atas sarannya
Sunardi
Pada table 1 ada perbedaan antara set poin PH, saat solenoid off dan PH max,mengapa terjadi demikian?
Moch Rosyid
Memang berbeda, set point adalah pengaturan agar kenaikan PH berhenti (3,9). PH saat solenoid off adalah PH hasil pengukuran pada saat set poin tercapai (3,91). Perbedaan o,o1 poin merupakan ketelitian kendali alat. Poin PH masih naik sampai nilai maksmum (3,94), hal ini karena pengaruh sistim pengaduk yang kurang cepat.
