BAB IIITINJAUAN PUSTAKA
3.1 Blok Diagram
Gambar 3.1Blok Diagram Kontrol Kecepatan Turbin UapKeterangan
Gambar :3.1.1 Panel lokal Panel Lokal merupakan panel tempat user
memberikan perintah, didalamnya terdapat indikator untuk semua
komponen yang dimonitor, seperti: actual dan reference speed.
3.1.2 Sisten InterlockSistem Interlock merupakan bagian
pengamanan dan safety protection untuk kondisi turbin (vibrasi, oil
pressure, temperature, dll) yang akan diinformasikan ke controller
yang selanjutnya akan diproses oleh controller untuk pengoperasian
turbin, apakah aman untuk running atau tidak.
3.1.3 Kontrol LainKontrol lain adalah sinyal dari luar (proses
lain) yang digunakan sebagai reference dalam pengoperasian
turbine.3.1.4 DRFD (Digital Remote Final Driver)DRFD (Digital
Remote Final Driver) merupakan amplifier / penguat sinyal dari
controller, DRFD ini digunakan untuk actuator-actuator ukuran besar
yang memerlukan power driver besar (200 - 500 mA).DRFD (Digital
Remote Final Driver) digunakan pada interface digital Compressor
Control Corporation ke valve atau actuator yang terintegrasi
didalam Panel Compressor Control Corporation tersebut.
3.1.5 TTV (Trip Throtle Valve) TTV (Trip Throtle Valve) adalah
valve proteksi yang akan menutup secara otomatis apabila ada
perintah trip (turbine shutdown).
3.2 Governor SistemGovernor sistem adalah sistem kontrol masukan
penggerak yang dapat berupa gas, liquid dan uap yang memutar
turbin, yang selanjutnya digabungkan dengan beban berupa generator
sebagai pembangkit listrik atau dengan kompresor untuk mengkompresi
bahan penggerak pada proses produksi.
Gambar 3.2 GovernorSumber: http://govconsys.com
Jenis governor yang dipakai pada PT. PUSRI adalah Governor
Electro Hydrolic dengan menggunakan Compressor Control Corporation
untuk Turbin Uap sebagai pengontrol elektroniknya. (PM Control
System, 1996: 2-5)
3.3 Klasifikasi Governor Electro Hydrolic governorElectro
Hydrolic governor terdiri dari tiga bagian utama, yaitu :1. CPU
(controller) sebagai tempat pemrosesan data berupa Speed Controller
Series 3+.2. Speed Sensor Sebagai feedback3. Actuator / control
valve sebagai pengatur bukaan uap penggerak turbin.
3.3.1 Compressor Control Corporation untuk Turbin UapCompressor
Control Corporation Series 3+ adalah system kontrol yang diproduksi
oleh Compressor Control Corporation dengan prinsip dual system yang
artinya system ini menggunakan dua buah CPU dengan kondisi satu
running dan yang lain standby. System ini biasanya digunakan pada
kontrol kompresor dan turbin uap yang digunakan pada pompa BFW
(Boiler Feed Water) 104-JT dan 104-JA, kompresor GB-102 yang
terhubung dengan reactor pada proses produksi urea.Pada PUSRI III
dan PUSRI IV menggunakan control room panel Speed Controller untuk
turbin uap dengan series 3+ dari Compressor Control Corporation
sebagai pengatur besarnya kecepatan pembukaan katup (valve) dalam
meenggerakkan uap ke turbin. Control Panel Series 3+ untuk speed
controller mempunyai empat buah tampilan yang dapat dibaca
(Alphanumeric Readouts), empat belas lampu indicator, dan tiga
tombol pengontrol yang sering digunakan. Dimana semua fitur-fitur
tersebut mempunyai fungsi masing-masing dalam mengontrol
kecepatan/speed yang diperlukan oleh turbin uap. Fungsi dari
fitur-fitur tersebut dijelaskan berikut ini:
Gambar 3.3 Control Panel Series 3+Sumber:
http://cccglobal.com3.3.1.1 Tampilan yang Bisa Dibaca Pada Control
Panel Series 3+Panel ini terdiri atas empat buah display yang
berhubungan dengan penunjukan kontrol kecepatan. Display-display
tersebut adalah :1. Display RPM : Terdiri dari 4 buah digit yang
berfungsi untuk menampilkan besarnya nilai kecepatan actual yang
dibaca oleh speed sensor dalam satuan RPM.2. Display SP : Terdiri
dari 4 buah digit angka yang menunjukkan nilai dari kecepatan Set
Point.3. Display OUT : Terdiri dari 3 buah digit angka yang
menunjukkan nilai sinyal keluaran dari valve oleh servo valve.4.
Display AUX : Terdiri dari 12 karakter huruf sebagai alat pembantu
yang menampilkan informasi tentang kondisi, proses atau status
pengontrol.3.3.1.2 LED Indikator LED indikator mempunyai 3 buah
warna yaitu hijau, kuning, dan merah. Lampu hijau berarti keadaan
operasi normal. Lampu kuning berarti keadaan pengontrol yang normal
tetapi dapat sebagai peringatan bahwa sistem dalam keadaan atau
status tidak standar. Lampu merah berarti terjadi kesalahan.
Berikut ini akan dijelaskan mengenai fungsi masing-masing dari 14
buah led indikator :1. Auto (Hijau) : Menyala ketika alat
beroperasi secara otomatis.2. Manual (kuning) : Menyala ketika alat
beroperasi secara manual3. Remote (Hijau) : Menunjukkan bahwa
pengaturan nilai kecepatan berasal dari input analog.4. Local
(Kuning) : Menunjukkan nilai kecepatan yang diberikan secara manual
dengan cara menekan tombol menaikkan dan menurunkan nilai
kecepatan.5. Stop (Merah) : Menyala ketika turbin dihentikan dan
kondisi menunggu ketika pengontrol siap untuk menghidupkan turbin
kembali.6. Idle (Kuning) : Menyala ketika mesin bekerja pada
kecepatan yang telah ditentukan 7. Run (Hijau) : Menyala ketika
nilai kecepatan mesin berada diantara minimum dan maksimum
governor.8. Shutdown (Merah) : Menyala ketika turbin dihentikan
setelah keadaan Emergency Shutdown.9. Limit (Kuning) : Menyala
ketika respon terhadap kontrol kecepatan berada diatas atau bawah
batas.10. ComErr (Merah) : Menyala ketika pengontrol mengalami
kerusakan akibat komunikasi antara pengontrol error.11. Tracking
(Hijau) : Menyala ketika pengontrol cadangan telah selesai dipasang
12. Alarm (Merah) : Menyala ketika pengontrol mendeteksi satu/lebih
alarm kerusakan.13. Cascade (Kuning) : Menunjukkan bahwa pengaturan
nilai kecepatan dilakukan oleh internal cascade loop.14. Fault
(Merah) : Menyala ketika terjadi kesalahan elektronik yang
terdeteksi antara pengontrol.
3.3.1.3 Tombol Pengontrol 1. Tombol Auto atau ManDitekan untuk
memilih cara yang akan ditetapkan ke mesin, baik secara automatis
ataupun manual.
Gambar 3.4 Tombol Auto atau Man2. Tombol Navigasi Atas dan
BawahDitekan untuk mengubah tanggapan pengontrol, speed set point
yang diberikan secara automatis dan manual.
Gambar 3.5Tombol Navigasi Atas dan Bawah3. Tombol Operating
ModeDitekan untuk memulai prosedur dalam pemilihan pengoperasian
system. Jika dipilih auto mode maka yang dijaga pressure, sedangkan
jika dipilih manual mode yang dijaga speed.
Gambar 3.6Tombol Operating Mode (Compressor Control Corporation
for Speed Controller, 2001 :2-10)
3.3.2 Turbin Uap (Steam Turbine) Turbin adalah sebuah mesin
tenaga yang berfungsi untuk menggerakkan Compressor, pompa, blower,
generator, dan mesin-mesin lainnya yang tidak dapat bekerje
sendiri. Penggerak dari Turbin ini adalah steam, gas atau
air.Turbin uap adalah mesin penggerak utama yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik kemudian diubah menjadi energi
mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin dapat
terhubung langsung dengan beban atau dengan bantuan roda gigi
reduksi, dikopel dengan system mekanik yang akan digerakkan.3.3.2.1
Komponen-komponen Utama Turbin Uap Secara umum komponen-komponen
utama dari turbin uap adalah :
Gambar 3.7Bagian-bagian turbin Uap(Arismunandar, Penggerak Mula
Turbin, ITB Bandung, 1988)Keterangan Gambar : Rumah turbin
(Cassing) : Adalah penutup bagian-bagian utama pada turbin. Rotor :
Adalah bagian turbin yang berputar yang terdiri dari poros, sudu
turbin atau deretan sudu yaitu Stasionary Blade dan Moving Blade.
Untuk turbin bertekanan tinggi atau ukuran besar, khususnya unuk
turbin jenis reaksi maka motor ini perlu di Balanceuntuk mengimbagi
gaya reaksi yang timbul secara aksial terhadap poros. Nozzle :
adalah bagian yang berfungsi mempertinggi kecepatan uap dan
mengarahkan uap ke sudu putar. Sudu : alat yang menerima gaya dari
energi kinetik uap melalui nozzle. Cakram : tempat sudu-sudu
dipasang secara radial pada poros. Poros : sebagai komponen utama
tempat dipasangnya cakram-cakram yang berukuran sepanjang sumbu.
Bantalan : bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros
dan banyak menerima beban. Kopling : sebagai penghubung antara
mekanisme turbin uap dengan mekanisme yang digerakkan. 3.3.2.2
Prinsip kerja Turbin UapSecara singkat prinsip kerja turbin uap
adalah sebagai berikut :1. Uap masuk kedalam turbin melalui nozzle.
Didalam nozzle energi panas dari uap diubah menjadi energi
kinetisdan uap mengalami pengembangan.Tekanan uap pada saat keluar
dari nozzle lebih kecil dari pada saat masuk ke dalamnozzle, akan
tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar dari nozzle lebih besar dari
pada saat masuk ke dalam nozzle.Uap yang memancar keluar dari
nozzle diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan
dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui
celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti
lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini
menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros
turbin.2. Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkn sudu
turbin berarti hanya sebagian energi kinetis dari uap yang diambil
oleh sudu-sudu turbin yang berjalan. Supaya energi kinetis yang
tersisa saat meninggalkan sudu turbin dimanfaatkan maka pada turbin
dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum memasuki baris
kedua sudu gerak. Maka antara baris pertama dan baris kedua sudu
gerak dipasang satu baris sudu tetap (guide blade ) yang berguna
untuk mengubah arah kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris
kedua sudu gerak dengan arah yang tepat.3. Kecepatan uap saat
meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat sekecil
mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan
sebanyak mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih
tinggi karena kehilangan energi relatif kecil.(Arismunandar,
Penggerak Mula Turbin, ITB Bandung, 1988)Turbin yang banyak dipakai
pada PUSRI III dan PUSRI IV merupakan turbin jenis non kondensasi
atau turbin uap tipe BORSIC, dimana turbin jenis ini beroperasi
dengan cara melewatkan uap bertekanan tinggi melalui nozzle dan
sudutnya. Setelah sebagian energi terpakai, uap dibuang dengan
tekanan yang lebih rendah dari pada tekanan masukan tetapi lebih
tinggi dari tekanan atmosfir untuk digunakan pada proses
lain.(Riman. MCS,2003 : 14)
3.3.3 Speed Sensor Pada TurbinSpeed Sensor berfungsi untuk
mendeteksi dan membaca nilai kecepatan dari perangkat turbin
kemudian mengirimkan data tersebut (feedback) ke pengontrol untuk
dilihat selisih set point antara speed reference dengan speed
actual. .Speed sensor merupakan komponen penting karena kontrol
governor dan kontrol compressor adalah kontrol terhadap speed yang
ditentukan oleh informasi dari speed sensor.
Gambar 3.8Speed SensorSumber: http://directindustry.com3.3.3.1
Letak Speed Sensor Pemasangan berdasarkan aturan yang sudah
ditentukan yaitu berupa gap atau jarak mm atau inch seperti 0,01
inch 0,05 inch atau mm menggunakan alat yang biasanya disebut
filter (penyaring).Speed dari suatu penggerak turbin menggunakan
sensing yang terdiri dari MPU (Magnetic Pick Up), proximity probes
spark ignition coil, atau permanent magnet generator. Besarnya
sinyal Frekuensi yang dihasilkan MPU tidak hanya tergantung pada
kecepatan putaran tetapi juga banyak roda gigi yang dipakai turbine
dan dapat dirumuskan sebagai berikut.MPU Hertz = Banyaknya Roda
Gigi x gear RPM 60Pada speed sensor terjadi proses pulse frekuensi
dengan adanya : Single pole, alternating current, elektrik current
Single magnet pembangkit medan magnet melalui coil multiple layer
dari kabel tembaga Material besi pada gigi gear membangkitkan gaya
medan magnet Putaran gigi akan menimbulkan pulse pada saat piece
dengan gigi berdekatan Impedance speed sensor yang digunakan adalah
220 MPU air gas sekitar 0,010 inch sampai dengan 0,050 inch Semakin
dekat gas MPU tegangan yang dibangkitkan akan lebih besar
(Compressor Control Corporation for Speed Controller, 2001:71)
3.3.4 ActuatorActuator merupakan pengontrol yang mengatur bukaan
valve untuk mengatur masukan bahan penggerak sehingga dapat
menggerakkan turbin. Gerakan actuator diatur oleh sinyal elektronik
yang berasal dari servo valve yang terhubung dengan actuator. Salah
satu contoh actuator yang banyak digunakan adalah hydraulic
actuator EG-10P. 3.3.4.1 Prinsip kerja actuator Proporsional
gerakan actuator adalah 20-160 mA = 0-42o Ada dua jenis pengaturan
tekanan control oil untuk menggerakkan actuator yaitu menggunakan
pompa internal atau menggunakan oil motor. Unit safety terpasang
didalam actuator berupa relife valve (oil pump model) untuk
mereduksi tekanan dari 400 psi ke 250 PSI.
Gambar 3.9Actuator
Gambar 3.10Bagian Internal Actuator(PT. Sarana Ahli Sejati, 2000
: 13)
3.3.5 Valve (Katup)Valve (katup) berfungsi untuk mengatur aliran
fluida pada pipa. Prinsip kerjanya adalah mengatur besar kecilnya
penampang aliran yang dilalui oleh uap tersebut. Dalam keadaan
dimana bukaan aliran penampang uap diperkecil/katup tertutup
sebagian, maka akan timbul tekanan dari katup tersebut terhadap
aliran uap. Sehingga akan terjadi penurunan tekanan uap yang
melewati katup tersebut. Semakin kecil penampang aliran maka
penurunan tekanan akan semakin besar.
Gambar 3.11Pneumatik Valve (katup yang berisi uap)Sumber:
http://directindustry.comPemasangan katup pada pipa mempunyai
fungsi sebagai berikut :1. Menghentikan dan membuka aliran
fluida.2. Mengatur besar kecilnya aliran fluida.3. Mengatur aliran
satu arah saja.4. Mengatur pembuangan fluida dari suatu sistem
(Compressor Control Corporation for Speed Controller, 2001: 26)