BAB III METODOLOGI PENELITIAN

(1)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Pada perancangan modifikasi sistem kontrol panel mesin boiler ini, selain menggunakan metodologi studi pustaka dan eksperimen, metodologi penelitian yang dominan digunakan adalah metode studi lapangan yaitu data diambil langsung dari lokasi penelitian berdasarkan tinjauan, hasil pengecekan berkala dan keterangan dari pihak operator lapangan.

Berdasarkan hasil studi lapangan tersebut didapatkan beberapa hal penting pada perancangan sistem kontrol suatu panel mesin boiler, terutama pada mesin boiler dengan menggunakan satu burner dan dua bahan bakar ( natural gas dan solar ), antara lain :

3.1. Deskripsi Kerja

Untuk merancang suatu sistem kontrol maka harus diketahui dan ditentukan terlebih dahulu deskripsi kerja dari mesin tersebut, karena deskripsi ini merupakan dasar dari perancangan. Deskripsi kerja pada dasarnya ada dua jenis yaitu deskripsi kerja untuk keadaan normal dan deskripsi kerja untuk keadaan gangguan, dan untuk kondisi gangguannya sendiri dibagi menjadi dua yaitu yang menjadikan dan yang tidak menjadikan burner boiler shut down.

55

(2)

3.1.1 Keadaan Normal

Keadaan normal adalah keadaan dimana mesin boiler dapat dioperasikan sesuai dengan perintah operasi normal tanpa adanya gangguan. Dimana deskripsi kerja normalnya adalah seperti gambar 3.1 berikut :

Gambar 3.1 Flow chart deskripsi kerja keadaan normal

(3)

1. Rangkaian kontrol diaktifkan dengan menaikkan semua breaker yang ada didalam panel kontrol dan dengan menekan tombol Plant-ON yang terdapat pada bagian pintu panel kontrol, selanjutnya panel kontrol akan standby.

2. Kondisi standby ditandai dengan menyalanya lampu indikator Plant-ON yang menandakan bahwa mesin boiler siap dioperasikan.

3. Memastikan selectror switch mode operation pada salah satu bahan bakar yang akan digunakan. ( burner boiler tidak dapat start jika tekanan bahan bakar tidak mencapai settingan yang diijinkan )

4. Memastikan selector switch feed pump operation pada posisi auto, dan selector switch feed pump pada salah satu pompa (pompa 1 atau pompa 2).

Pada posisi auto feed pump akan start atau stop berdasarkan kondisi level air tabung mesin boiler. (burner boiler tidak dapat distart jika level air masih pada kondisi low), dan operasional feed pump ditandai dengan menyalanya lampu indikator feed pump operation.

5. Mesin boiler dapat di start dengan memutar kearah kanan selector switch start boiler keposisi burner ON.

6. Sesaat setelah burner kontrol mendapatkan supply tegangan dari selector switch burner ON, burner kontrol akan bekerja memberikan sinyal perintah pada servo motor yang terdapat pada burner boiler, jika servo motor tersebut pada kondisi minimum mendekati sudut nol derajat menuju posisi close maka burner kontrol akan memerintahkan electro motor blower burner untuk bekerja secara bersamaan, dengan tujuan agar beban start awal electro motor blower burner tidak terlalu berat jika start awalnya dari posisi minimum.

(4)

7. Bekerjanya blower belum menandakan bekerjannya burner, karena blower harus membilas jika ada sisa bahan bakar yang terdapat pada burner yang ditandai dengan bekerjanya servo motor.

8. Pada saat pembilasan diposisi minimum menuju posisi ignition (berdasarkan setting), maka burner kontrol akan memberikan sinyal kepada ignition electrode melalui ignition trafo untuk menyala dan dilanjutkan dengan bekerjanya salah satu solenoid bahan bakar, maka burner boiler akan menyala secara normal.

9. Ketika burner boiler pada posisi ignition ada perbedaan antara pembakaran menggunakan bahan bakar natural gas dan solar, saat burner menggunakan bahan bakar gas yaitu adanya ignition solenoid valve yang bekerja sesaat dan akan mati ketika burner sudah menyala dengan normal, sedangkan jika menggunakan bahan bakar solar semua solenoid valve bekerja bersamaan dari awal ignition sampai dengan seterusnya selama burner beroperasi.

10. Pembakaran burner boiler besar dan kecilnya ditentukan oleh posisi selector switch burner control antara lain auto, partial, stop dan full load ( 4 posisi ), posisi partial adalah pembakaran secara manual keposisi terkecil berdasarkan setting dan posisi full load adalah sebaliknya, sedangkan posisi pembakaran stop adalah posisi manual dimana pembakaran akan berhenti pada sudut derajat tertentu.

11. Untuk posisi auto burner control diatur oleh capacity regulator burner, besar kecilnya pembakaran berdasarkan parameter setting yang digunakan yaitu berdasarkan kondisi aktual tekanan steam pada tabung boiler, artinya

(5)

pembakaran akan mengecil ketika tekanan aktual steam diatas paremeter setting capacity regulator burner dan akan bekerja sebaliknya.

12. Jika pembakaran burner boiler maksimum menuju posisi open ( berdasarkan seting ) atau mendekati sudut sembilan puluh derajat pada servo motor, maka pada panel kontrol akan menyala lampu indikator full load.

13. Shut down burner boiler secara manual dilakukan dengan cara memutar selector switch start boiler kearah kiri atau posisi tengah, maka sebelum burner boiler shut down pembakaran burner diperkecil terlebih dahulu sampai mendekati sudut nol derajat atau berdasarkan setting servo motor.

14. Pada pintu panel kontrol dilengkapi dengan engine hours yang berfungsi untuk memonitor seberapa lama mesin telah beroperasi, penggunaannya antara lain untuk burner operation, oil operation, gas operation, feed pump 1 dan feed pump 2 operation.

3.1.2 Keadaan Gangguan

Keaadaan gangguan adalah keadaan dimana mesin boiler dalam operasi perintahnya terjadi gangguan baik listrik maupun mekanik, tetapi yang diuraikan disini adalah keadaan gangguan khusus untuk kondisi gangguan listrik, dimana setiap kondisi ganguan yang terjadi selalu ditandai dengan menyalanya lampu indikator dan bunyi sirine yang terdapat pada panel kontrol, pada setiap kondisi gangguan tidak selalu menjadikan mesin boiler harus lock out atau shut down, berikut adalah deskripsi kerja dari setiap gangguan yang mungkin terjadi pada suatu mesin boiler, antara lain :

(6)

1. Burner Trouble

Ada beberapa indikasi yang menyebabkan gangguan dan dibagi dua tahapan waktu terjadinya gangguan pada burner boiler yaitu pada saat start dan sedang beroperasi, adanya ganguan ditandai dengan menyalanya lampu indikator burner trouble pada panel kontrol. Hal-hal yang bisa menyebabkan burner trouble diantaranya adalah :

a. Air Pressure

Yaitu kondisi tidak adanya tekanan udara yang meniup dari blower burner, bisa disebabkan tidak bekerjanya electro motor untuk blower tersebut, misalnya over load, burner boiler kotor atau air pressure switch rusak.

Air Pressure

Apakah Fan Blower Off?

NO

Apakah TOR Trip?

Apakah Bisa Reset?

Press.Switch kotor/macet?

Ganti Air Press.Switch

Bersihkan Burner &

Press.Switch NO

Yes Yes

Check Wiring Control NO

Yes

Check Motor

& Contactor

Selesai Yes

NO Burner

Trouble

Gambar 3.2 Flow chart deskripsi kerja burner trouble air pressure

(7)

b. No Flame at First Safety Time

Yaitu kondisi tidak adanya sinyal pengapian pertama pada burner boiler, pada kondisi ini ada beberapa hal yang dapat menyebabkannya antara lain tidak bekerjanya flame sensor, tidak bekerjanya ignition electrode yang disebabkan ignition trafo yang rusak atau tidak menerima supply tegangan, tekanan bahan bakar dibawah parameter setting yang diijinkan, tidak bekerjanya solenoid valve bahan bakar, dan settingan servo motor untuk kombinasi angin dan bahan bakar yang tidak tepat.

No Flame at First Safety

Time Burner Trouble

Apakah Ignitor bekerja?

Check Ignition Electrode NO

Apakah Ada bahan Bakar?

Seting Motor Servo Sesuai?

Yes

Buka Kran Bahan Bakar NO

Yes

Seting Ulang Servo Motor NO

Apakah Solenoid Valve

Bekerja?

Ganti Solenoid

Valve NO

Yes

Apakah Bisa Reset?

Yes

Ganti Flame Sensor NO

Selesai Yes

Gambar 3.3 Flow chart deskripsi kerja burner trouble no flame at 1^st safety time

(8)

c. No Flame at Second Safety Time

Yaitu kondisi dimana tidak adanya sinyal pengapian kedua pada burner boiler, pada kondisi ini hal yang paling mungkin penyebab terjadinya adalah tidak bekerjanya solenoid valve gas utama pada saat pembakaran jika menggunakan bahan bakar gas, dan settingan servo motor untuk kombinasi angin dan bahan bakar yang tidak tepat.

No Flame at Second Safety

Time Burner Trouble

Apakah Solenoid Valve

Bekerja?

Ganti Solenoid

Valve NO

Yes

Seting Motor Servo Sesuai?

Seting Ulang Servo Motor NO

Apakah Bisa Reset?

Yes

Check Wiring Burner Control NO

Selesai Yes

Gambar 3.4 Flow Chart deskripsi kerja burner trouble no flame at 2^nd safety time

2. Prewarning

Kondisi ini menandakan level air tabung boiler pada level peringatan yang memberikan informasi kepada operator agar memeriksa kondisi feed pump,

(9)

karena gangguan yang paling mungkin selain rusaknya water level control adalah tidak bekerjanya salah satu feed pump sebelum boiler benar-benar low water, pada kondisi ini boiler masih dapat beroperasi secara normal.

Prewarning

Apakah Feed Pump Bekerja?

Apakah Level Control Bekerja?

Ganti Level Control / Check Wiring

Ganti Elecroda Water Level

Control

Apakah Debit Air Normal?

Ganti Feed Pump

Adjust Level Control Apakah Bisa

Reset?

Selesai Yes

No

Yes

No

Apakah Smart Relay Rusak?

Ganti Smart Relay

No No

Yes

Gambar 3.5 Flow chart deskripsi kerja Prewarning

3. Control Phase Loss Trip

Pemasangan alarm control phase loss trip berfungsi untuk memastikan power input kontrol MCB pada smart relay masih terhubung, karena jika dibiarkan terputus sistem keamanan dan otomasi feed pump mesin boiler tidak akan berfungsi yang masih berfungsi adalah kondisi low water yang diback up oleh floatless water level control kondisi ini ditandai dengan menyalanya lampu

(10)

tanda MCB control phase pada pintu panel dan bunyinya sirine sebagai tanda peringatan, pada kondisi ini boiler tidak dapat beroperasi.

Burner Boiler Shut Down Phase Loss

Trip

Apakah WLC Short Circuit?

Yes

Magnetic Switch Rusak?

NO

Ganti Smart Relay

Apakah MCB Rusak?

Ganti MCB

Check Wiring Control

Apakah WLC Lembab?

Keringkan WLC Ganti

Magnetic Switch

Apakah Bisa Reset?

Selesai

NO

NO Yes

Yes

Gambar 3.6 Flow chart deskripsi kerja control phase loss trip

4. High Water

Kondisi ini menandakan level air pada tabung boiler diatas batas normal, ada dua hal yang mungkin menyebabkan terjadinya kondisi tersebut antara lain rusaknya water level control dan kondisi feed pump dimanual. Pada kondisi ini boiler masih dapat beropersi secara normal, akan tetapi jika dibiarkan feed pump terus beroperasi bisa menyebabkan tekanan pada tabung boiler

(11)

meningkat yang selanjutnya akan mematikan burner boiler dikarenakan over pressure.

High Water

Apakah Feed Pump Auto?

Control

Reset?

Selesai Yes Yes

Ganti Smart Relay

No No

Yes Pindah Posisi

Selector Switch ke Auto Yes

No

Gambar 3.7 Flow chart deskripsi kerja high water

5. Low Water

Kondisi ini menandakan kondisi level air pada tabung boiler benar-benar dibawah batas normal, dan pada kondisi ini burner boiler harus shut down seketika, karena jika terus beroperasi akan menyebabkan over heat yang akan merusak pipa-pipa atau lorong api pada bagian dalam tabung boiler atau bahkan berdampak ledakan yang membahayakan keselamatan manusia.

Kondisi ini dapat terjadi jika pada kondisi prewarning diabaikan, karena penyebab terjadinya sama.

(12)

Low Water

Apakah Feed Pump Bekerja?

Control

Apakah Debit Air Normal?

Ganti Feed Pump

Reset?

Selesai Yes

No

Yes

No

Ganti Smart Relay

No No

Yes Burner Boiler

Shut Down

Gambar 3.8 Flow chart deskripsi kerja low water

6. Over Pressure

Over pressure disebabkan oleh tekanan steam pada tabung boiler sudah mencapai batasan setting parameter yang diijinkan, pada kondisi ini burner boiler akan mati dan akan kembali hidup jika nilai pressure telah turun pada batasan yang diijinkan, artinya burner akan start dan stop secara auto berdasarkan nilai tekanan steam. Parameter setting dari over pressure berdasarkan kemampuan dari mesin boiler atau berdasarkan kebutuhan dari mesin-mesin produksi. Pengaman over pressure dalam hal ini adalah pressure

(13)

switch dan capacity regulator burner, jadi salah satu dari kedua alat tersebut sebagai pengaman tabung boiler dari over pressure.

Burner Boiler Shut Down Auto

Apakah Burner Control Auto?

Pindah Selector ke Posisi Auto

Apakah Capasity Regulator Burner

Rusak?

Ganti Capasity Regulator Burner

Ganti Motor Servo Apakah Pemakaian

dan Pembakaran Seimbang?

Seting Ulang Motor Servo Apakah Motor Servo

Rusak?

Over Pressure

Yes

Yes No

No

Gambar 3.9 Flow chart deskripsi kerja over pressure

7. Final Pressure

Final pressure adalah kondisi dimana over pressure tidak bekerja, artinya kondisi final pressure tidak akan terjadi jika kedua alat tersebut diatas tidak mengalami kerusakan atau perubahan nilai setting parameter, pada kondisi ini

(14)

burner boiler akan shut down karena nilai tekanan steam pada tabung boiler sudah melebihi batasan parameter yang diijinkan, berbeda dengan kondisi over pressure agar burner boiler bisa distart kembali tombol reset harus ditekan walaupun nilai tekanan sudah turun pada batasan nilai terendah.

Burner Boiler Shut Down

Apakah Burner Control Auto?

Pindah Selector ke Posisi Auto

Apakah Capasity Regulator Burner

Rusak?

Ganti Capasity Regulator Burner

Ganti Motor Servo Apakah Pemakaian

dan Pembakaran Seimbang?

Seting Ulang Motor Servo Apakah Motor Servo

Rusak?

Final Pressure

Yes

Yes Yes No

No

No No

Apakah Bisa Reset?

No

Selesai Yes

Gambar 3.10 Flow chart deskripsi kerja final pressure

8. Oil Pressure Return Piping

Kondisi ini disebabkan adanya tekanan pada pipa pengembalian bahan bakar solar yang melebihi batasan aman yang telah ditentukan agar pipa bahan bakar

(15)

tidak mengalami kerusakan yang akan berakibat lebih vital baik bagi keselamatan manusia ataupun mesin itu sendiri. Pada kondisi ini burner boiler akan langsung shut down tanpa adanya tanda peringatan awal dan pilot lamp atau bunyi sirine yang menandakan adanya masalah pada burner boiler ketika sedang beroperasi ketika menggunakan bahan bakar solar. Jika kondisi ini terjadi pada saat burner boiler sedang melakukan pembilasan sampai dengan tahap ingnition, maka yang terjadi adalah seperti pada kondisi burner trouble.

Oil Pressure Return Piping

Yes Burner Boiler

Shut Down

Apakah Bahan Bakan Solar?

Apakah Pressure Switch Rusak?

Ganti Pressure Switch

Yes

No No

Apakah Saluran Pengembalian

Tersumbat?

Apakah Solenoid Return Rusak?

Ganti Solenoid Yes

Yes

No No

Gambar 3.11 Flow chart deskripsi kerja oil pressure return piping

9. Gas pressure

Adalah kondisi gangguan ketika burner boiler sedang atau akan menggunakan gas sebagai bahan bakarnya yang disebabkan tidak adanya tekanan gas pada

(16)

burner boiler disaluran pipa utamanya. Pada kondisi ini jika burner boiler sedang beroperasi, maka gangguan yang akan muncul adalah seperti pada kondisi burner trouble yang akan menjadikan burner shut down tetapi ketika burner akan mulai distart atau ketika sedang melakukan pembilasan maka pembilasnya akan langsung digagalkan ditandai pilot lamp gas pressure berkedip dan sirene akan menyala tidak terputus sebagai tanda peringatan.

Gas Pressure

Apakah Actual Press.Gas dibawah

Parameter?

No

Yes

Burner Boiler Shut Down

Apakah Pres. Switch Rusak?

Ganti Gas Pressure Switch

Check Regulator Main Pipe Gas

Apakah Bisa Reset?

Selesai Yes

No

Yes

Gambar 3.12 Flow chart deskripsi kerja low gas pressure

10. Kondisi Gangguan Khusus

Adalah kondisi gangguan dimana penyebab utamanya faktor eksternal, misalkan adanya short circuit pada rangkaian kontrol seperti pada solenoid valve, atau pada circuit ignition electrode dan sebagainya yang mengharuskan

(17)

pemutusnya untuk trip, pada kondisi ini burner boiler akan shut down mendadak.

Tabel 3.1 Keadaan Gangguan Mesin Boiler Shut Down

Jenis Gangguan Penyebab Sub Penyebab

Air Pressure

Blower tidak bekerja Tidak ada power

Over load (drop tegangan) Pressure switch rusak Seting tidak sesuai

No flame at first safety time

Sistem Ignition rusak Electroda atau trafo

Tidak ada supply bahan bakar

Pipa bahan bakar kotor Solenoid rusak

Tekanan bahan bakar drop Pressure switch rusak Ada pengapian tapi burner

shut down

Flame sensor rusak Kombinasi angin dan bahan bakar tidak sesuai No flame at

second safety time

Tidak ada supply bahan bakar Solenoid operation rusak Kombinasi angin dan bahan

bakar tidak sesuai

Seting motor servo tidak sesuai kontrol segmen

Low water

Feed pump tidak bekerja

Tidak ada power Over load, breaker trip Pompa rusak

Level control rusak Sistem water level control and

limiter tidak berfungsi

Elektroda air & floatless level switch rusak

Over Pressure

Pemakaian dan pembakaran tidak seimbang

Seting motor servo tidak sesuai

Pressure control rusak Seting parameter

(18)

Final Pressure

Pemakaian dan pembakaran tidak seimbang

Seting motor servo tidak sesuai

Pressure control rusak Seting parameter Oil pressure

return piping Tekanan solar di pipa pengembalian tinggi

Pipa kotor

Solenoid oil return rusak Setting pressure swich Phase loss trip Short circuit pada rangkaian

water level & pressure control

Lembab, terkena air atau kerusakan pada alat Gas pressure Tekanan gas drop Pressure switch rusak

Pipa gas tersumbat

Tabel 3.2 Keadaan Gangguan Mesin Boiler Tidak Shut Down

Jenis Gangguan Penyebab Sub Penyebab

Prewarning

Feed pump tidak bekerja

Tidak ada power Over load, breaker trip Pompa rusak

Level control rusak Sistem water level control and

High water

Feed pump bekerja terus Posisi switch dimanual Sistem water level control and

3.2 Perancangan Sistem Kontrol

Perancangan sistem kontrol menentukan unjuk kerja dan terpenuhinya fungsi suatu rangkaian kontrol, oleh karena itu dalam merancang sitem kontrol perlu diadakan suatu perancangan yang sesuai dengan spesifikasi, kegunaaan

(19)

kontrol dan hal-hal yang menyangkut sisitem kerja dan keamanan kontrol sesuai dengan kebutuhan mesin boiler.

3.2.1 Perancangan Sistem Kontrol Konvensional

Rangkaian sistem kontrol konvensional merupakan bentuk dasar dari suatu rangkaian kontrol sebelum dirubah kedalam bahasa pemograman smart relay yaitu ladder diagram atau block diagram, pada dasarnya untuk sistem kontrol konvensional pada suatu burner boiler sudah dikomulatifkan dengan penggunaan burner control unit yang didalamnya sudah terintegrasi dengan kombinasi terutama antara servo motor dan jenis flame sensor yang digunakan, hanya pada output-outputnya ditambahkan relay-relay kontrol yang berfungsi sebagai kontak bantu dikarenakan keterbatasan kontak yang tersedia pada burner control unit.

Pada perancangan sistem kontrol konvensional ini ada beberapa hal penting yang ditambahkan pada rangkaian kontrol utama dan tidak dapat diabaikan dalam pemasangannya guna meningkatkan performa dan kehandalan suatu sistem kontrol secara keseluruhan, antara lain :

3.2.1.1 Sistem Operasional Feeding Pump

Operasional feed pump pada rangkaian kontrol sistem otomasinya dikendalikan oleh water level control and limiter, juga dipersiapkan sistem operasional manualnya untuk kondisi darurat jika diperlukan atau untuk memastikan cara kerja rangkaian kontrol atau sistem pompa yang akan digunakan berfungsi dengan baik. Sedangkan pada rangkaian daya menggunakan rangkaian

(20)

star – delta. Lebih lengkapnya gambar rangkaian keseluruhan sistem operasional feed pump dapat dilihat pada halaman lampiran.

3.2.1.2 Sistem Operasional Blower Burner

Operasional blower burner rangkaian kontrolnya dikendalikan oleh burner control unit, dan rangkaian dayanya menggunakan rangkaian star – delta guna mengurangi arus start pada rangkaian. Untuk lebih lengkapnya gambar rangkaian sistem kontrol dan daya keseluruhan sistem operasional blower burner boiler dapat dilihat pada gambar wiring control halaman 7 lampiran.

3.2.2 Perancangan Sistem Kontrol Smart Relay

Rangkaian kontrol smart relay tersusun dari blok-blok diagram instruksi dasar atau ladder diagram yang dapat menyederhanakan rangkaian kontrol konvensional sebelumnya, penambahan rangkaian kontrol smart relay diutamakan pada kontrol sistem keamanan mesin boiler supaya lebih memudahkan dalam menganalisa apabila terjadi gangguan diluar gangguan burner boiler.

3.2.3 Rangkaian Sistem Kontrol Keseluruhan

Rangkaian sistem kontrol keseluruhan merupakan gabungan dari rangkaian sistem kontrol konvensional dan rangkaian sistem kontrol smart relay.

Untuk menghubungkan rangkaiannya ditambahkan relay-relay pada masing – masing input dan output burner control unit dan smart relay tersebut untuk memenuhi fungsi deskripsi kerja sesuai dengan yang dikehendaki.