Daya Reaktif (Repaired)

BAB 3

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Daya

Berdasarkan lintasannya, pergerakan suatu benda dibedakan menjadi tiga

jenis yaitu gerak translasi, gerak parabola, dan gerak rotasi. Suatu benda dikatakan

bergerak rotasi jika lintasannya berupa lingkaran [9]. Jika ditinjau dari segi

penyebab terjadinya gerak, gerak rotasi dibedakan menjadi kinematika rotasi dan

dinamika rotasi. Kinematika rotasi merupakan salah satu cabang mekanika yang

mempelajari gerak rotasi tanpa mempelajari penyebab pergerakan tersebut seperti

gaya, massa, dan faktor lain [10]. Sedangkan dinamika rotasi lebih terfokus pada

penyebab terjadinya gerak rotasi tersebut.

Aplikasi gerak melingkar ini banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-

hari. Salah satu contohnya adalah pergerakan belt conveyor seperti terlihat pada

Gambar 3.1 (a). Plat besi yang bergerak melingkar akan selalu berulang pada titik

tertentu. Dengan memerhatikan sebuah titik pada lintasan geraknya, plat besi yang

telah melakukan satu putaran penuh akan kembali atau melewati posisi semula.

Waktu yang diperlukan untuk menempuh satu putaran inilah yang disebut

periode. Sedangkan jumlah putaran tiap satuan waktu disebut sebagai frekuensi

[10]. Dengan kata lain frekuensi merupakan kebalikan dari periode.

Gambar 3.1 Visualisasi Gerak Rotasi (a) Contoh Aplikasi Grak Rotasi pada Belt Conveyor

(b) Parameter-Parameter pada Gerak Rotasi [9]

15

r

v

O

P

P

(a) (b)

Gambar 3.1 (b) menunjukkan beberapa parameter yang ada pada gerak

rotasi seperti kecepatan sudut jari-jari (r), dan kecepatan (v). Belt conveyor

yang mengalami gerak rotasi satu putaran akan memiliki panjang lintasan sebesar

s (keliling lingkaran) dan periode T. Sehingga besarnya kecepatan linier benda

tersebut dapat dirumuskan seperti Persamaan 3.1.

(3.1)

(3.2)

(3.3)

dengan:

vp = Kecepatan Linier (m/s)

s = Jarak tempuh benda (m)

t = Waktu (s)

T = Periode (s)

r = Jari-jari (m)

= Kecepatan Sudut (rad/s)

3.2 AVR (Automatic Voltage Regulation)

AVR (Automatic Voltage Regulator) berfungsi untuk menjaga tegangan

agar tegangan generator tetap konstan, dengan kata lain generator akan tetap

mengeluarkan tegangan yang selalu stabil yaitu 11 KV dan tidak terpengaruh

terhadap perubahan beban.

Prinsip kerja dari AVR yaitu dengan mengatur arus pengeluaran dari

exciter, apabila output tegangan generator di bawah nominal tegangan generator

maka AVR akan memperbesar arus penguatan pada exciter. Adapun sebaliknya

apabila tegangan output generator melebihi tegangan nominal generator makan

AVR akan mengurangi arus penguatan pada exciter.

Dengan demikian apabila terjadi perubahan tegangan output generator

akan dapat distabilkan oleh AVR secara otomatis dikarenakan dilengkapi oleh alat

yang digunakan untuk pembatasan penguat inimum ataupun maksimum yang

16

bekerja secara otomatis. AVR di sini akan disambung dengan gate pafa Thyristor

untuk mengatur sudut firing.

Pada AVR juga terdapat 90R yang berfungsi sebagai setting tegangan

terhadap line luar atau tegangan paralel pada sistem distribusi.

3.3 Temperatur Stator Winding

Proximity induktif juga dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan

gerak putar dari suatu benda. Pengukuran seperti ini dilakukan dengan memasang

plat logam pada benda yang bergerak melingkar. Plat logam ini akan menjadi

penghantar yang dapat melemahkan osilator ketika berada di depan proximity

induktif. Visualisasi dari prinsip kerja proximity induktif sebagai pengukur

kecepatan rotasi dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Aplikasi Proximity Induktif sebagai Alat Ukur Kecepatan Sudut

Berdasarkan Gambar 3.3 plat logam diletakkan pada pinggir lingkaran

yang bergerak sedangkan proximity induktif dibiarkan tetap dengan jarak <1,5 cm

dari lingkaran tersebut. Plat logam tersebut akan bergerak seiring dengan

pergerakan lingkaran dan ketika plat logam berada di depan proximity induktif

maka akan menghasilkan sinyal keluaran. Sinyal berupa pulsa ini akan dihitung

oleh counter. Banyaknya jumlah pulsa yang menjadi indikasi berapa kecepatan

rotasi benda tersebut.

3.4 Perubahan GGL (Sistem Eksitasi)

Konsep slip pada motor induksi memiliki kemiripan dengan konsep slip

pada belt conveyor. Slip pada motor induksi disebabkan karena adanya perbedaan

kecepatan putaran medan putar dan kecepatan rotor [13] sedangkan slip pada belt

17

conveyor disebabkan karena perbedaan kecepatan pada drive pulley dan tension

pulley. Kecepatan sudut pada drive pulley dan tension pulley dapat dibandingkan

dengan menggunakan proximity induktif. Proses membandingkan kecepatan dari

dua benda yang berputar inilah yang dimaksud dengan slip monitoring [14].

Drive pulley dan tension pulley yang saling terhubung seharusnya

memiliki kecepatan linier yang sama. Akan tetapi jika hasil pengukuran

menunjukkan kecepatannya berbeda maka kondisi iniliah yang disebut sebagai

slip [6]. Energi kinetik yang hilang akibat slip akan berubah menjadi energi lain

seperti energi panas, energi bunyi, gaya gesekan, dll. Ketika terjadi slip maka

akan timbul gesekan yang tinggi antara belt dengan pulley. Akibatnya akan timbul

panas pada belt conveyor dan pada kondisi terparah akan mengakibatkan belt

conveyor menjadi terbakar [14]. Besarnya persentase slip pada belt conveyor

dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.4.

(3.4)

dengan:

= Kecepatan Tension Pulley (m/s)

= Kecepatan Set Point (m/s)

S = Persentase Slip (%)

Persamaan 3.4 menunjukkan bahwa salah satu parameter yang harus

diketahui untuk menghitung besarnya persentase slip adalah selisih kecepatan set

point dengan kecepatan tension pulley. Untuk memonitor adanya selisih kecepatan

tension pulley dari kecepatan drive pulley digunakanlah sistem slip monitoring.

Nilai waktu tanggapan tripping yang digunakan untuk pemutusan kontaktor

adalah:

- Pemutusan kontak pada slip 4 % terjadi setelah 20 detik.

- Pemutusan kontak pada slip 8 % terjadi setelah 10 detik.

- Pemutusan kontak pada slip 15 % terjadi setelah 3 detik [4].

Proses pengukuran selisih kecepatan rotasi pada drive pulley dan tension

pulley dilakukan dengan membandingkan jumlah pulsa (pulse) yang dihasilkan

18

oleh proximity induktif. Proses pengukuran jumlah pulsa yang dihasilkan

proximity induktif dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Proses Pengukuran Jumlah Pulsa Keluaran dari Proximity Induktif

Perbandingan jumlah pulsa yang terukur pada drive pulley dan tension

pulley seperti pada Gambar 3.4 dapat dihitung dengan mengalikan perbandingan

jumlah plat besinya, perbandingan diameternya, dan besarnya gear ratio.

Persamaan untuk menghitung perbandingan jumlah pulsa (pulse) dapat dilihat

pada Persamaan 3.5 [15].

(3.5)

dengan:

x = Perbandingan Jumlah Pulsa

n = Perbandingan Jumlah Plat Besi

19

Motor

M

Drive Pulley Tension Pulley

= Kecepatan Sudut pada Motor (rad/s)

= Kecepatan Sudut pada Tension Pulley (rad/s)

Dr = Diameter Motor (m)

Dp = Diameter Tension Pulley (m)

Setelah mengetahui besarnya perbandingan pulsa pada benda 1 dan benda

2 tersebut, maka besarnya persentase slip dapat dihitung dengan membandingkan

selisihnya dengan jumlah pulsa nominalnya. Besarnya persentase slip jika ditinjau

dari jumlah pulsanya dapat dihitung dengan menurunkan Persamaan 3.4 dan

Persamaan 3.5.

(3.6)

(3.7)

dengan:

= Jumlah Pulsa Teukur

= Jumlah Pulsa Set Point

3.5 Self Monitoring

Belt conveyor yang mengalami slip dapat disebabkan karena beban yang

diterimanya (belt tension) terlalu berat, belt pulley licin, belt pulley gundul, dll.

20

Kondisi-kondisi tersebut dapat menyebabkan kecepatan gerak belt conveyor

melambat. Namun demikian ada kondisi-kondisi tertentu yang membuat Mini

PLC LOGO mendeteksi jumlah pulsa yang terdeteksi lebih kecil dari jumlah pulsa

set point dengan kata lain kecepatan belt conveyor lebih besar dari set point.

Padahal kondisi tersebut merupakan hal yang tidak mungkin terjadi di lapangan.

Jika kondisi tersebut terjadi maka gangguan bukan terjadi pada peralatan

tambang melainkan pada sistem pengaman slip monitoring itu sendiri. Untuk

mendeteksi adanya gangguan pada kesalahan pada sistem pengaman itulah

digunakan self monitoring. Contoh kasus yang menjadi penyebab gangguan pada

self monitoring adalah rangkaian proximity induktif putus, plat besinya lepas, dll.

3.6 Belt Tension

Salah satu hal yang dapat menyebabkan terjadinya slip pada belt conveyor

adalah belt-nya terlalu kendor. Untuk memonitor kekencangan belt conveyor

digunakanlah belt tension. Belt tension menggunakan sensor load cell untuk

mendeteksi berapa berat batubara yang terdapat pada belt conveyor. Keluaran dari

sensor load cell akan ditampilkan pada display belt tension seperti pada Gambar

3.5

Gambar 3.5 Komponen-Komponen Tampilan Belt Tension

Berdasarkan Gambar 3.5, komponen dari belt tension terdiri display load

cell 1, display load cell 2, tombol switch, display black scale, dan display blue

scale. Hasil pembacaan sensor berat akan ditampilkan pada display load cell 1 dan

2. Kemudian total berat di belt conveyor ditunjukkan oleh black scale atau blue

21

2

3

4

5

Keterangan:

1. Display Black Scale

2. Display Blue Scale

3. Tombol Switch

4. Display Load Cell 1

5. Display Load Cell 2

1

scale. Black scale memiliki skala yang lebih kecil daripada blue scale. Skala pada

black scale pada CD-03 sebesar 60 ton sedangkan skala pada blue scale sebesar

120 ton. Ketika berat di belt conveyor melebihi skala pada black scale maka

display dapat dipindahkan ke blue scale menggunakan tombol switch.

Belt tension akan mendapat input dari load cell 1 dan load cell 2. Kedua

load cell tersebut akan dijumlahkan. Dari hasil pembacaan tersebut dapat

diketahui besarnya gaya yang bekerja pada belt conveyor. Besarnya berat batubara

pada belt conveyor akan mempengaruhi kecepatan belt conveyor. Semakin besar

beratnya maka kecepatan geraknya akan semakin kecil. Jika ditinjau pada kondisi

ideal, besarnya gaya yang bekerja pada belt conveyor dapat dirumuskan pada

Persamaan 3.7 dengan menganggap kecepatan belt conveyor adalah kecepatan set

point.

(3.8)

dengan:

w = Gaya Berat (N)

n = Jumlah Motor

Pm

= Daya Motor (W)

= Efisiensi Motor (%)

Ms = Rata-Rata Faktor Pengali Torka

v = Kecepatan Belt Conveyor (m/s)

3.7 Mini PLC LOGO

Salah satu produk PLC yang umum dipakai dalam industri dan bidang

automatisasi lainnya adalah Mini PLC Siemens LOGO. PLC ini diproduksi oleh

PT. Siemens AG Jerman dan telah banyak digunakan pada berbagai bidang

22

industri di tanah air. Beberapa keuntungan dalam menggunakan PLC ini adalah

bentuknya yang ramping dan sederhana serta bahasa pemrogramannya yang

mudah untuk dipelajari.

PLC Siemens LOGO ini beroperasi pada tegangan catu AC atau DC dan

terdiri atas dua bagian yaitu modul utama dan modul tambahan. Modul utama

memiliki delapan input dan empat output sedangkan modul tambahan memiliki

empat input dan empat output. Apabila jumlah input/output modul utama belum

mencukupi maka dapat ditambahkan satu atau lebih modul tambahan sesuai

dengan kebutuhan [5]. Ketika belt conveyor sedang dalam posisi running maka

akan terus memonitor perbandingan kecepatan sudut di tension pulley dan drive

pulley. Hasil pengukuran dari proximity induktif berupa perbandingan

kecepatan sudut tersebut akan ditampilkan menjadi jumlah pulsa

(pulse) di Mini PLC LOGO [6]. Tampilan dari sistem kontrol Mini PLC LOGO

dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Gambar 3.6 Sistem Kontrol Mini PLC LOGO pada Belt Conveyor CE-41

Berdasarkan Gambar 3.6, display hasil pembacaan proximity induktif

ditunjukkan oleh Tampilan LCD. Data yang ditampilkan pada Mini PLC LOGO

tersebut berupa informasi conveyor sedang running atau off dan informasi jumlah

pulsa yang dihasilkan. Jumlah pulsa inilah yang menjadi perbandingan kecepatan

sudut di drive pulley dan tension pulley.

3.8 Pemrograman pada Mini PLC LOGO

23

Display conveyor run/off

Display jumlah pulsa

Pemrograman Mini PLC LOGO dapat dilakukan baik secara langsung

melalui console yang ada di modul unit PLC atau dapat juga dikerjakan melalui

computer yang telah dilengkapi dengan software pemrograman. standar

pemrograman Mini PLC LOGO menggunakan function block diagram dan dapat

dirubah menjadi ladder diagram. Fungsi-fungsi pada Mini PLC LOGO meliputi:

1. Fungsi dasar yaitu gerbang AND, gerbang AND with edge evaluation,

gerbang NAND, gerbang NAND with edge evaluation, gerbang OR, gerbang

NOR, gerbang XOR dan gerbang NOT.

2. Fungsi spesial yaitu on delay, off delay,on/off delay, retentive on delay,

wiping relay (pulse output), edge triggered wiping relay, asynchronous pulse

generator, random generator, stairway lighting switch, multiple function

switch, weekly timer, yearly timer, up/down counter, hours counter, threshold

trigger, analog threshold trigger, dan shift register.

Mini PLC LOGO ini harus diprogram agar dapat berfungsi sesuai dengan

yang diinginkan. Mini PLC LOGO tidak akan berfungsi jika digunakan dalam

keadaan kosong tanpa program perintah yang dikenalinya. Program harus ditulis

dengan bahasa dan file program yang dikenali, setelah itu baru didownload

kedalam PLC [6].

Prinsip-prinsip Daya

1. Daya sesaat

Merupakan hasil kali tegangan sesaat dengan arus sesaat yang

mengalir pada rangkaian.

P(t) = v(t).i(t)

2. Daya Rata-Rata

Dapat dihitung dengan mengintegralkan fungsi daya sesaat untuk

sembarang interval waktu yang panhjangnya satu peroide gelombnag,

dan kemudian membagi hasilnya dengan panjang perioe tersebut

3. Daya Kompleks

Merupakan perkalian tegangan V dengan arus I dalam kedua

besaran ini dalam bentuk bilangan kompleks yaitu VI* yang

24

dinamakan daya kompleks dengan simbol S, dalam satuaan Volt

Amper (VA), kilo Volt Amper (kVA), Mega Volt Amper (MVA)

S=V.I*

4. Daya aktif

Daya aktif atau daya nyata dirumuskan dengan S cos atau V.I*

cos dengan simbol P.

5. Daya Reaktif

Daya reaktif atau daya khayal dirumuskan dengan

dengan simbol Q, dalam satuan Volt

Amper Reaktif (VAR), Kilo Volt Amper Reaktif (Kvar), Mega Volt

Amper Reaktif (MVAR). Jadi daya reaktif dapat dirumuskan

Daya reaktif ini ada yang bersifat induktif dan ada yang bersifat

kapasitif.

6. Segitiga Daya

Merupakan sketsa dari daya kompleks, daya reaktif dan daya aktif.

Q=VI*

25

S=VI*