FLOW SWITCH APPLICATION IN THE DESIGN OF LIVING HOUSE WATER CIRCULATION
2. Metodologi
2.2. Pengujian dan Pengukuran
93 perubahan iklim. Oleh karena itu pengurangan emisi gas
pencemar yang berasal dari penggunaan energi fosil tidak dapat di tunda lagi. Salah satu upaya untuk mengurangi emisi gas pencemar ke udara adalah melalui pemanfaatan energi terbarukan yang ramah lingkungan atau “green energy” [3].
Indonesia sebagai salah satu negara berkembang dengan tingkat pertumbuhan ekonomi diatas 5% [4] tentu tidak terlepas tuntuntan ketersediaan energi yang meningkat dari tahun ketahun. Untuk memenuhi peningkatan permintaan energi listrik tersebut, pemerintah Indonesia meluncurkan program listrik 35.000 MW. Namun sampai saat ini pembangkit yang dibangun sebagian besar masih menggunakan sumber energi fosil yang tidak ramah lingkungan.
Indonesia sebagai negara kepulauan yang dikarunia ribuan pulau kecil dan besar serta memiliki garis pantai terpanjang ke dua di dunia, memiliki potensi energi alternative yang melimpah, namun belum dimanfaatkan dengan baik antara lain energi angin, matahari, bio massa, panas bumi, arus laut, pasang surut dan ombak.
Sumber energi alternatif tersebut masing-masing memilki kelebihan dan kekurangan.
Jika ditinjau dari sisi kuantitas dan kontinuitas ketersediaan energi, maka terdapat dua sumber energi terbarukan yang tersedia selama 24 jam yaitu tenaga air dan ombak. Pembangkit listrik tenaga air memerlukan investasi yang besar serta hanya tersedia di pulau besar yang memiliki sungai. Untuk pulau-pulau kecil yang dikelilingi pantai, energi yang berasal dari ombak memilki potensi yang lebih ekonomis untuk dimanfaatkan [5].
Pemanfaatan energi ombak sebagai sumber energi telah lama dikenal seperti The Wave Motors of Southern California: 1890-1910 namun tidak banyak mengalami perkembangan akibat beberapa kegagalan [6]. Setelah terjadi krisis bahan bakar minyak pada tahun akibat embargo negara-negara anggota OPEC 1973-1974, perhatian pada pemanfaatan sumber energi alternatif mulai mendapat perhatian yang dipelopori oleh presiden Amerika Serikat Richard Nixon pada masa krisis energi tersebut [7]. Mulai saat itu, perhatian terhadap pengembangan sumber energi alternatif, termasuk pemanfaatan energi ombak mulai mendapat perhatian besar dari para peneliti.
Berbagai penelitian yang memanfaatkan energi ombak telah dilakukan, namun yang paling mudah di terapkan untuk kondisi laut Indonesia adalah dengan memanfaatkan gaya gravitasi massa air. Konverter energi ombak yang memanfaatkan gaya gravitasi massa air memberikan efisiensi yang cukup besar serta lebih mudah perawatannya, mengingat semua komponen konverter tidak bersentuhan dengan air kecuali
kontainer air yang berfungsi sebagai interface antara konverter dengan ombak [8].
Konverter yang memanfaatkan gaya gravitasi massa air [9] berhasil menghasilkan energi listrik yang signifikan, namun masih terdapat permasalahan yaitu fluktuasi tegangan keluaran generator. Fluktuasi tersebut diakibatkan oleh sifat non linearitas ombak sebagai penggerak konverter yang berimbas pada variasi kecepatan putaran generator. Paper ini memaparkan model atau prototype kendali generator yang akan dipergunakan untuk pengaturan tegangan keluaran generator yang dipergunakan pada pembangkit listrik tenaga ombak berbasis gaya gravitasi massa air.
94 Set-up percobaan kendali generator ditunjukkan pada
gambar (3)
Gambar 2 Model fisik/hardware kontroller Keterangan gambar (2) :
1. Arduino Uno 2. Sensor Tegangan
3. Rangkaian dc-dc converter tipe buck-boost converter 4. LCD 16x2
5. Trafo 1A/220V
Gambar (3). Set-up ujicoba controller tegangan eksitasi generator
3. Hasil dan Pembahasan
Setelah dilakukan ujicoba dilaboratorium dengan menggunakan generator DC yang dilaksanakan dengan dua scenario. Skenario yang pertama adalah melakukan variasi kecepatan putaran generator dengan tegangan eksitasi yang konstan atau statis. Hasil yang diperoleh dapa dilihat pada Tabel (1).
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa, tegangan keluaran generator proporsional terhadap kecepatan putaran. Semakin rendah putaran generator, semakin kecil tegangan listrik yang dihasilkan. Kondisi ini diatur menyerupai kondisi yang sesungguhnya pada saat uji lapangan pembangkit listrik tenaga ombak berbasis gaya gravitasi massa air [11]. Untuk mengatasi masalah tersebut, maka dibuat alat kendali tegangan eksitasi generator agar tegangan yang dihasilkan konstan meskipun kecepatan putaran generator bervariasi.
Setelah dipasang alat kendali yang dapat mengatur tegangan eksitasi generator yang merupakan gabungan antara rangkaian buck-boost dan microcontroller Arduino Uno, diperoleh hasil atau output generator dapat dilihat pada Tabel (2).
Tabel 1. Hasil pengukuran kecepatan putaran dan output generator tanpa menggunakan controller tegangan eksitasi.
No
Kecepatan Putaran Generator (rpm)
Tegangan Eksitasi
(volt)
Tegangan Output Generator
(volt)
1 1291 30,66 33,55
2 1209 30,66 31,33
3 1132 30,66 29,29
4 1057 30,66 27,06
5 991 30,66 25,93
6 943 30,66 24,64
7 892 30,67 23,42
8 817 30,67 21,46
Tabel 2. Pengujian pada Generator menggunakan prototype kendali tegangan eksitasi dengan nilai Setpoint = 20 Volt
No
Kecepatan Putaran Generator
(rpm)
Tegangan Eksitasi
(volt)
Tegangan Output Generator
(volt)
1 1291 19,69 20,2
2 1209 20,92 20,4
3 1132 22,03 20,4
4 1057 23,50 20,6
5 991 25 20,5
6 943 26 20,3
7 892 27,21 20,4
8 817 29,8 20,4
95 Gambar 4. Hubungan antara kecepatan putaran dengan
tegangan keluaran generator.
Gambar (4) menunjukkan bahwa tegangan keluaran generator sebelum di pasang alat control tegangan eksitasi, prporsional terhadap kecepatan putaran generator. Tetapi setelah alat kendali dipasang, maka tegangan keluaran stabil mendekati tegangan referensi atau set point sebesar 20 Volt.
Gambar 5. Hubungan antara kecepatan putaran generator dengan tegangan eksitasi yang dihasilkan controller.
Gambar (5) menunjukkan bahwa tegangan eksitasi berbanding terbalik dengan kecepatan putaran generator.
Apabila terjadi ombak yang ekstrim, maka generator tidak akan mengalami kerusakan akibat over speed, sebaliknya jika ombak rendah, tegangan keluaran generator akan tetap stabil. Hasil pengukuran yang diperoleh menunjukkan bahwa alat kendali tegangan eksitasi dapat diterapkan pada generator pembangkit listrik tenaga ombak berbasis gaya gravitasi massa air.
4. Kesimpulan
Hasil ujicoba model fisik kendali generator yang telah dilaksanakan pada laboratorium Teknik tenaga listrik Politeknik ATI Makassar menghasilkan tegangan listrik yang konstan meskipun kecepatan putaran generator bervariasi. Hasil yang diperoleh masih terbatas pada lingkungan laboratorium. Untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat, diperlukan uji lapangan alat kendali
tegangan eksitasi generator pada pembangkit listrik tenaga ombak yang sesungguhnya.
Daftar Acuan
[1] G. Lavidas, V. Venugopal and D. Friedrich, "Wave energy extraction in Scotland through an improved nearshore wave atlas," International Journal of Marine Energy, vol. 17, pp.
64-83, 2017.
[2] S. Y. P. S. C. C. Tick Hui Oh*, "Energy policy and alternative energy in Malaysia: Issues and challenges for sustainable growth," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 14, p. 1241–1252, 2010.
[3] IRENA, "Rethinking Energy," International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2015.
[4] Kompas, "BPS: Kuartal I 2018, Pertumbuhan Ekonomi Indonesia 5,06 Persen," 2018. [Online]. Available:
https://ekonomi.kompas.com/read/2018/05/07/113925626/bps- kuartal-i-2018-pertumbuhan-ekonomi-indonesia-506-persen.
[Accessed 01 November 2018].
[5] Masjono, Model konverter energi ombak sebagai sumber energi terbarukan, Makassar: Universitas Hasanuddin (Disertasi), 2017.
[6] C. Miller, "A Brief History of Wave and Tidal Energy Experiments in San Francisco and Santa Cruz," 2004.
[Online]. Available: http://www.outsidelands.org/wave- tidal3.php. [Accessed 12 Oktober 2018].
[7] US Public Affair, "US Department of State Office of the Historian," 31 October 2013. [Online]. Available:
http://history.state.gov/milestones/1969-1976/oil-embargo.
[Accessed 20 Oktober 2018].
[8] Masjono, S. Manjang, D. A. Suriamihardja and A. Thaha, Model Konverter Energi Ombak Berbasis Gaya Gravitasi Massa Air Sebagai Sumber Energi Terbarukan, Makassar:
(Disertasi) Universitas Hasanuddin, 2017.
[9] Masjono, "Konverter energi ombak berbasis gaya gravitasi massa air sebagai pembangkit listrik/energi terbarukan".
Indonesia Patent P15201707081, 2017.
[10] H.-W. Rhew and I.-h. Lim, "NEW GENERATOR STATIC EXCITER WITH BOOST FUNCTION," Mexico, 1996.
[11] Masjono, "STUDI LAPANGAN DAN RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA OMBAK BERBASIS GAYA GRAVITASI MASSA AIR," Pusdiklat Industri, Jakarta, 2017.
96
DESAIN KONTROL PROSES BERBASIS P&ID, PENGGUNAAN SENSOR DAN AKTUATOR PADA SISTEM SIRKULASI AIR BERSIH
Kendi Moro N
1, Entis Sutisna
2, Riertha Kharisma Mitra A
3, Ifan Sandy Martin MP
4, dan Firyal Syafiqoh
512Staf Pengajar Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta
3,4,5Alumni Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta,
Jl. Prof. DR. Ir. G. A. Siwabessy Kampus Baru Universitas Indonesia, Depok, 16425, Indonesia E-mail: [email protected]
Abstrak
Penelitian ini membahas tentang desain kontrol proses berbasis P&ID serta penggunaan sensor dan aktuator pada sistem sirkulasi air bersih. Desain kontrol proses suatu sistem merupakan salah satu tahapan penting untuk memulai pengerjaan.
Desain kontrol proses berbasis Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) mengacu pada standard ISA (the International Society of Automation). Sistem yang dibangun merupakan miniatur Sirkulasi Air yang digunakan pada Workshop Otomasi Industri di program studi Teknik Listrik. Gambar desain sistem sirkulasi air bersih dibuat menggunakan software AutoCAD 2016 dengan segala symbol yang disesuaikan dengan standar ISA S5.1. Penggunaan sensor dan aktuator bertujuan sebagai pengindra dan pengontrol sistem. Seluruh tata letak komponen yang digunakan harus sesuai dengan gambar instalasi dan desain proses yang telah dibuat oleh orang yang bertanggungjawab dalam hal tersebut. Sistem Miniatur Sirkulasi Air beroperasi dengan baik. Beroperasi sesuai dengan desain yang telah dibuat baik dari sisi perangkat keras maupun perangkat lunak. Sistem memenuhi deskripsi kerja baik mode plant (real time) maupun simulasi.
Keywords: Aktuator, Instalasi, ISA, P&ID, Sensor
Abstract
P&ID based process control design, use of sensors and actuators in clean water circulation systems. This study discusses the design of P&ID-based process control and the use of sensors and actuators in clean water circulation systems. The process control design of a system is one of the important stages to start work. The design of the Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) control process refers to the ISA (the International Society of Automation) standard. The system built is a miniature Water Circulation used in the Industrial Automation Workshop in the Electrical Engineering study program. The design drawings of the clean water circulation system are made using AutoCAD 2016 software with all symbols that are adapted to the ISA S5.1 standard. The use of sensors and actuators are aimed at sensing and controlling the system. All layout of the components that used must be in accordance with the installation drawings and process design that has been made by the person in charge. The Water Circulation Miniature System operates well. Operate according to the design that has been made both from the hardware side and soft frame.
The system meets the work description of both Plant (real time) and simulation modes.
Keywords: Actuators, Installation, ISA, P&ID, Sensors
97
1. Pendahuluan
Suatu pengerjaan proyek haruslah mempunyai suatu desain yang menjadi acuan untuk memulai pekerjaan agar proyek itu bisa berjalan dengan baik dan benar.
Industri yang sudah semakin berkembang menjadikan mahasiswa juga harus mau mempelajari hal-hal baru untuk bisa mengikuti perkembangan yang terjadi.
Demikian hal nya dengan desain dalam proyek tugas akhir ini, dibuat mengacu pada Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) seperti yang ada di industri saat ini. P&ID bertujuan untuk menunjukkan informasi secara detail mengenai peralatan proses dan instrument dalam sistem. [1].
Secara umum ada empat besaran fisis yang terdapat di industri; yaitu level, flow, pressure, dan temperature. [2].
Sistem sirkulasi air bersih ini bertujuan untuk mengatur laju air bersih berdasarkan level tangki. Pada plant ini, pengaturan laju air bersih bedasarkan pengaturan kecepatan motor induksi 3 phasa yang dilakukan dengan mengatur fekuensi yang masuk ke motor pada inverter, persentase buka tutupnya motorized valve dan pengaturan on-off motor 3 phasa yang berdasarkan sensor, sehingga mendapatkan pengaturan laju air yang berbeda di setiap level.
Sensor merupakan alat untuk mendeteksi kondisi suatu proses. [3]. Sensor berfungsi untuk mendeteksi gejala atau sinyal yanng berasal dari perubahan suatu energi.
[4]. Sensor yang digunakan pada plant ini adalah flow switch, level control switch, pressure transmitter, dan level transmitter. Aktuator adalah sebuah peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah sistem yang biasa digunakan sebagai prooses lanjutan dari keluaran suatu proses olah data yang dihasilkan oleh suatu sensor atau kontroller. [5]. Aktuator yang digunakan ialah solenoid valve dan motorized valve.
Pengujian pada seluruh komponen yang digunakan merupakan hal yang penting terutama untuk sensor.
Tujuan pengujian ialah mengetahui apakah sistem atau alat yang dirancang telah memenuhi spesifikasi rancangan yang diinginkan. [6]. Pengujian sensor dan aktuator diperlukan untuk mengetahui dan menguji apakah sesuai dengan spesifikasi yang dimiliki dan deskripsi kerja plant yang telah dibuat. [7].
Rancangan instalasi listrik ialah gambar rancangan dan uraian teknik yang digunakan sebagai pedoman untuk melaksanakan pemasangan suatu instalasi listrik. [8].
Rancangan instalasi listrik harus dibuat dengan jelas, serta mudah dibaca dan dipahami oleh para teknisi listrik agar penginstalsian dapat di lakukan cepat dan handal. Untuk mengantisipasi terjadinya kerugian akibat
listrik penulis merancang gambar instalasi pada sistem sirkulasi air bersih dengan baik dan benar.