Sistem kerja electrostatic precipitator dalam pengolahan limbah PLTU Cirebon

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Limbah

2.1.1. Pengertian Limbah

Limbah adalah bahan sisa atau buangan yang dihasilkan dari kegiatan produksi baik pada skala rumah tangga maupun berbagai jenis industri. Jenis limbah pada umumnya berupa gas, debu, cair dan padat. Setiap jenis limbah memiliki sifat yang berbeda-beda, ada diantara limbah yang memiliki sifat beracun atau berbahaya dan di kenal sebagai Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (Limbah B3), tingkat bahaya racun yang terkandung dalam limbah tersebut tergantung pada jenis dan karekteristik limbah itu sendiri. Semakin meningkatnya kegiatan manusia, semakin banyak pula limbah yang dihasilkan, sedangkan dampak negatif limbah terhadap lingkungan sangat mengkhawatirkan terutama bagi kesehatan manusia.

Melihat besarnya dampak negatif limbah terhadap lingkungan maka pemerintah mengeluarkan peraturan yang mengikat secara hukum terkait dengan limbah dan pengolahannya dalam UU No 32 Tahun 2009 yang memuat segala aturan yang terkait dengan limbah tersebut. Dalam undang-undang tersebut juga dijelaskan tentang apa yang diperbolehkan dan dilarang terkait dengan limbah, serta sanksi hukumnya terkait permasalahan limbah. Karakteristik limbah pada umumnya ialah berukuran mikro, dinamis serta mempunyai dampak yang luas dan jangka panjang.

2.1.2. Jenis Limbah

Setiap limbah mempunyai karakteristik yang berbeda-beda, Karakteristik setiap jenis limbah tersebut merupakan identitas suatu limbah tersebut. Berikut ini ialah empat jenis limbah dengan karakteristik yang berbeda-beda yaitu :

1. Limbah Cair

Limbah cair atau air buangan merupakan sisa air yang dibuang berasal dari rumah tangga, industri maupun tempat-tempat umum lainnya dan pada umumnya mengandung bahan-bahan atau zat-zat yang dapat membahayakan bagi kesehatan manusia serta lingkungan hidup.

Pada umumnya limbah cair ini bersumber dari pabrik yang pada proses produksinya banyak menggunakan air, selain itu faktor yang menyebabkan limbah cair ialah dikarenakan bahan baku yang digunakan mengandung air sehingga dalam sistem produksinya diperlukan proses pembuangan air. Faktor yang mempengaruhi karakteristik limbah ini ialah lokasi, jumlah penduduk, industri, tata guna lahan, muka air tanah dan tingkat pemisahan antara storm water dan sanitary water. Faktor-faktor tersebut sangat berpengaruh terhadap karakteristik suatu limbah, oleh karena itu limbah cair dapat dibagi menjadi tiga katagori yaitu :

1. Domestic wastewater, limbah cair jenis domestik ini merupakan limbah yang bersumber dari domestik meliputi limbah cair dari dapur, kamar mandi, laundry dan sejenisnya.

2. Sanitary wastewater, limbah cair jenis sanitasi ini merupakan limbah yang jumlahnya lebih besar dari limbah cair domestik, limbah cair jenis ini meliputi limbah yang bersumber dari komersial, kantor dan fasilitas sejenisnya.

3. Industrial wastewater, limbah cair jenis ini berasal dari industri, sifat air limbah industri relatif bervariasi tergantung dari bahan baku yang digunakan pemakaian air dalam proses dan bahan aditif yang digunakan selama proses produksi.

Melihat besarnya dampak yang ditimbulkan oleh limbah cair terhadap lingkungan, maka kegiatan proses pengolahan terhadap limbah cair ini perlu diperhatikan bagi setiap industri. Teknologi pengolahan air limbah adalah kunci kelestarian lingkungan, teknik-teknik pengolahan air buangan terbagi menjadi tiga metode pengolahan yaitu pengolahan secara fisika, kimia dan biologi.

2. Limbah Padat

Limbah padat adalah hasil buangan yang berupa padatan, lumpur atau bubur yang berasal dari suatu proses pengolahan industri maupun domestik. Limbah domestik pada umumnya berbentuk limbah padat rumah tangga, limbah padat kegiatan perdagangan, perkantoran, perternakan, pertanian serta dari tempat-tempat umum. Jenis-jenis limbah padat pada umumnya ialah kertas, kayu kain, karet/kulit tiruan, plastik, metal, gelas/kaca, organic, bakteri, kulit telur, dan lain-lain. Secara garis besar limbah padat dapat dikategorikan menjadi lima jenis yaitu :

1. Limbah padat yang mudah terbakar

2. Limbah padat yang sukar terbakar

3. Limbah padat yang mudah membusuk

4. Limbah yang dapat di daur ulang

5. Limbah radioaktif

Selain itu terdapat jenis limbah yang tidak mempunyai nilai ekonomis, limbah jenis ini dapat diolah dengan berbagai cara diantaranya ialah ditimbun pada suatu tempat, diolah kembali, dibuang dan dibakar.

3. Limbah Gas dan Partikel

Limbah gas dan partikel merupakan limbah yang berupa asap yang dihasilkan dari proses produksi suatu industri. Limbah ini keluar bersamaan dengan udara, oleh karena itu udara merupakan media pencemar untuk limbah gas. Pencemaran yang diakibatkan oleh limbah gas akan mengakibatkan polusi udara karena didalam udara tersebut tercemar oleh beberapa partikulat zat (limbah) yang mengandung partikel (asap dan jelaga), hidrokarbon, sulfur dioksida, nitrogen oksida, ozon, karbon monoksida dan timah. Secara alamiah udara sendiri mengandung beberapa unsur-unsur kimia diantaranya ialah O2, N2, NO2, CO2, H2 dan lain-lain.

Kualitas udara ini akan menurun jika penambahan gas ke dalam udara yang diakibatkan oleh kegiatan manusia ini melampaui kandungan alami udara tersebut. Pada pencemaran udara ini terdapat dua bagian zat pencemar yaitu partikel dan gas. Partikel adalah butiran halus dan masih mungkin terlihat dengan mata telanjang seperti uap air, debu, asap, kabut dan fume, sedangkan zat pencemar jenis gas hanya dapat dirasakan melalui penciuman (untuk gas tertentu) ataupun akibat langsung,

4. Limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun)

Limbah B3 ialah limbah yang mengandung bahan berbahaya atau beracun yang mengakibatkan karakteristik sifat dan konsentrasinya dapat merusak atau mencemarkan lingkungan hidup dan membahayakan kesehatan manusia baik secara langsung maupun tidak langsung. Beberapa jenis limbah B3 ini antara lain ialah bahan baku yang berbahaya dan beracun yang tidak digunakan lagi karena rusak, sisa kemasan, tumpahan, sisa proses serta oli bekas kapal yang memerlukan penangan dan pengolahan khusus. Bahan yang dapat dikatakan sebagai limbah B3 tersebut ialah bahan yang memiliki karakteristik seperti mudah meledah, mudah terbakar, bersifat reaktif, beracun, menyebabkan infeksi, bersifat korosif dan lain-lain yang dapat diuji dengan toksikologi.

2.1.3. Limbah Pencemar Udara

Sebagian besar faktor pencemaran udara diakibatkan oleh limbah gas dan partikel. Limbah gas dan partikel yang dihasilkan oleh sebagian besar industri yang ada bercampur dengan udara bebas disekitarnya, oleh sebab itu kualitas udara di sekitar kawasan industri sangat buruk. Oleh karena itu mengetahui pengolahan limbah yang tepat sangatlah penting bagi setiap industri. Berikut ini parameter pencemar udara yang dihasilkan dari ruang pembakaran boiler pada industri pembangkit listrik tenaga uap yaitu:

1.Sulfur Dioksida

a.Sifat fisik

Pencemaran oleh sulfur oksida terutama disebabkan oleh dua komponen sulfur bentuk gas yang tidak berwarna, yaitu sulfur dioksida (SO2) dan Sulfur trioksida (SO3), dan keduanya disebut sulfur oksida (SOx). Sulfur dioksida mempunyai karakteristik bau yang tajam dan tidak mudah terbakar di udara, sedangkan sulfur trioksida merupakan komponen yang tidak reaktif.

b.Sumber dan Distribusi

Masalah yang ditimbulkan oleh bahan pencemar yang dibuat oleh manusia adalah dalam hal distribusinya yang tidak merata sehingga terkonsentrasi pada daerah tertentu. Sedangkan pencemaran yang berasal dari sumber alam biasanya lebih tersebar merata. Tetapi pembakaran bahan bakar di industri pada dasarnya merupakan sumber pencemaran SOx, misalnya bahan bakar bakar batu bara.

c.Dampak dan Pencegahan

Pencemaran SOx menimbulkan dampak terhadap manusia dan hewan, Kerus akan pada tanaman terjadi pada kadar sebesar 0,5 ppm. Pengaruh utama polutan SOx terhadap manusia adalah iritasi sistim pernafasan. Untuk menekan emisi gas SOx digunakan unit FGD (Flue Gas Desulfurizazi).

2.Carbon Monoksida

a.Sifat Fisik

Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Senyawa CO mempunyai potensi bersifat racun yang berbahaya karena mampu membentuk ikatan yang kuat dengan pigmen darah

b.Sumber dan Distribusi

Sumber CO buatan antara lain kendaraan bermotor, terutama yang menggunakan bahan bakar bensin, sedangkan dari sumber tidak bergerak seperti pembakaran batubara, minyak dari industri dan pembakaran sampah domestik.

c.Dampak dan Pencegahan

Dampak dari CO bervasiasi tergantung dari status kesehatan seseorang, pengaruh CO kadar tinggi adalah terhadap sistem syaraf pusat. Untuk menekan emisi CO digunakan unit Scrubber pada cerobong asap.

3.Nitrogen Dioksida

a. Sifat fisik

Oksida Nitrogen (NOx) adalah kelompok gas nitrogen yang terdapat di atmosfir yang terdiri dari nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2). Nitrogen monoksida merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam.

b. Sumber dan Distribusi

Sumber pencemaran NOx yang terbesar adalah dari aktifitas manusia di perkotaan dan kegiatan industri.

c. Dampak dan Pencegahan

Dampak NOx berbahaya bagi mahkluk hidup sekitar dan bersifat racun terutama terhadap paru. Untuk menekan emisi NOx digunakan unit Low NOx Combustion.

4.Partikel Debu

a.Sifat Fisik

Pada dasarnya sisa pembakaran dari gas buang boiler yang bersifat debu dibedakan menjadi dua jenis, yaitu :

Bottom Ash (abu dasar), bersifat mengendap pada ruang pembakaran dan proses pembuangannya hanya menggunakan conveyor.

Fly Ash (abu terbang). Partikulat debu melayang (fly ash) merupakan campuran yang sangat rumit dari berbagai senyawa organik dan anorganik yang tersebar di udara dengan diameter yang sangat kecil, mulai dari < 1 mikron sampai dengan maksimal 500 mikron. Partikulat debu tersebut akan berada di udara dalam waktu yang relatif lama dalam keadaan melayang-layang di udara dan masuk kedalam tubuh manusia melalui saluran pernafasan. Fly ash pada umumnya mengandung berbagai senyawa kimia yang berbeda, dengan berbagai ukuran dan bentuk yang berbeda pula, tergantung dari mana sumber emisinya.

b. Sumber dan Distribusi

Partikulat debu melayang dihasilkan dari pembakaran batu bara yang tidak sempurna sehingga terbentuk aerosol kompleks dari butir-butiran tar. Dibandingkan dengan pembakaraan batu bara, pembakaran minyak dan gas pada umunya menghasilkan abu terbang lebih sedikit.

c.Dampak dan Pencegahan

Pengaruh partikulat debu bentuk padat maupun cair yang berada di udara sangat tergantung kepada ukurannya. Ukuran partikulat debu yang membahayakan kesehatan umumnya berkisar antara 0,1 mikron sampai dengan 10 mikron. Adanya ceceran logam beracun yang terdapat dalam partikulat debu di udara merupakan bahaya yang terbesar bagi kesehatan. Batas baku mutu emisi debu yang ditetapkan pemerintah untuk PLTU berbahan bakar batu bara sebesar 150 mg/m. Untuk menekan emisi debu digunakan Electrostatic Precipitator (ESP).

2.2. Metode Pembersihan Limbah Gas Boiler

2.2.1. Sistem Mekanis Kering

Salah satu sistem pemberisihan limbah gas hasil pembakaran boiler ini ialah sistem mekanis kering, di dalam sistem mekanik kering terdapat beberapa metode. Berikut ini adalah metode-metode pembersihan limbah gas boiler dengan sistem mekanis kering :

1. Siklon (Cyclone)

Prinsip kerja sistem siklon pada gambar 2.1 berawal dari gas yang masuk dengan bantuan ID fan. Gas akan mengikuti bentuk alur dari sirip-sirip siklon yang mengakibatkan gas yang masuk akan mengalami pergerakan siklon menuju ke arah bawah. Partikel-partikel debu akan terkumpul ditengah-tengah vortex (pusaran) dan jatuh ke bawah, sedangkan gasnya akan terpantul dan bergerak keatas membentuk pusaran baru yang letaknya berada di dalam pusaran yang mengarah ke bawah saat penutup dust outlet dalam keadaan tertutup. Sehingga untuk pusaran yang mengarah ke bawah disebut inner vortex, sedangkan untuk pusaran yang mengarah ke bawah disebut outer vortex.

Gambar 2.1 : Sistem Siklon (cyclone)

Dengan menggunakan sistem siklon ini efisiensi yang didapat sekitar 80%, sedangkan ukuran partikel terkecil yang diperoleh > 10 C. Namun pada kenyataannya separator jenis ini sangat tergantung dengan kondisi tekanan dan temperatur gas buang itu sendiri. Padahal tekanan dan temperature pada kondisi riil hampir setiap saat mengalami perubahan walaupun tidak terlalu signifikan. Aplikasi sistem siklon pada industri terdapat pada industri peleburan timah, PB (particle board), pabrik pengolahan kayu maupun industri yang menggunakan bahan bakar dari serbuk kayu.

2. Multi Siklon (Multi Cyclone)

Sistem ini merupakan penyempurnaan dari sistem siklon. Pada sistem ini terdapat beberapa siklon yang terpasang di dalamnya yang berbentuk seri dan bertingkat. Gas asap masuk dengan arah tangensial kedalam ruang utama penampungan pertama siklon, sehingga butiran-butiran debu yang kasar terpisah dari gas asap. Butiran-butiran debu yang halus dan sedang berat jenisnya akan terpisah dari gas asap pada siklon-siklon kecil tingkat kedua, sedangkan butiran debu yang halus serta ringan masih dapat lolos dari proses pemisahan debu multi siklon ini Dengan metode multi siklon pada gambar 2.2 efisiensi yang didapat < 95%, sedangkan ukuran partikel debu terkecil yang diperoleh > 5 C.

Gambar 2.2 : Sistem Multi Cyclone

2.2.2. Sistem Mekanis Basah

Sitem lain yang ada pada pemberisihan limbah gas hasil pembakaran boiler ini ialah sistem mekanis basah, di dalam sistem mekanik basah terdapat beberapa metode. Berikut ini adalah metode-metode pembersihan limbah gas boiler dengan sistem mekanis basah :

1. Sistem Hujan Buatan (Scrubber)

Metode sistem hujan buatan pada gambar 2.3 menggunakan media air sebagai penyaring limbah debu, air yang digunakan mengandung zat kimia aktif tertentu. Gas asap dialirkan melalui tirai hujan buatan, sehingga butiran-butiran debu yang dijatuhi butiran air hujan buatan akan terpisah dari gas asapnya. Metode ini masih kurang efektif, karena hanya butiran-butiran debu yang kebetulan tepat mengenai butiran air hujan buatan yang dapat dipisahkan dari gas asapnya, sedangkan butiran-butiran debu yang tidak mengenai butiran air akan terbuang ke udara lepas.

Efisiensi yang didapat dari penggunaan sistem ini 5 C. Aplikasi penggunaan metode ini pada industri digunakan pada industri yang menggunakan bahan bakar dengan kandungan NOx yang tinggi, seperti pabrik semen dan industri pupuk. Kekurangan dalam penggunaan metode ini adalah dihasilkanya limbah cair dari proses hujan buatan yang bercampur dengan partikel debu.

Gambar 2.3 : Sistem Hujan Buatan (Scrubber)

2. Sistem Elektroventuri

Prinsip kerja elektroventuri pada gambar 2.4 berdasarkan tarik-menarik antara molekul yang tidak sejenis atau gaya adhesi antara molekul-molekul yang berlainan jenis. Partikel debu diberi muatan negatif dan dikumpulkan pada air yang bermuatan positif. Pada dasarnya metode ini hampir sama dengan sistem precipitator, bedanya metode ini beroperasi pada lingkungan yang basah. Efisiensi yang didapat dari penggunaan sistem ini < 99 %, sedangkan ukuran partikel debu terkecil yang diperoleh > 0,5 C. Aplikasi metode ini pada industri terdapat pada industri semen, bubur kertas (pulp and paper). Kekurangan pada metode ini ialah menggunakan daerah yang luas dalam penempatanya.

.

Gambar 2.4 : Sistem Elektroventuri

2.2.3. Sistem Elektrostatik

Sistem elektrostatik pada dasarnya melewatkan gas buang boiler pada kamar yang berisi plat-plat elektroda, yang terbuat dari tembaga, kuningan ataupun arang. Elektroda yang terpasang pada konstruksi precipitator diberi arus listrik searah (DC) dengan muatan positif dan negatif. Antara batang-batang elektroda yang bermuatan negatif dan plat-plat pengumpul debu yang bermuatan positif dialirkan arus dengan tegangan 70-90 KV. Butiran-butiran debu yang melewati batang-batang elektroda akan terinduksi oleh muatan negatif. Butiran-butiran debu yang bermuatan negatif akan tertarik oleh plat-plat elektroda positif. Adanya getaran (rapping) yang menyentuh plat-plat pengumpul mengakibatkan debu akan jatuh ke tempat penampungan (dust hopper), dengan demikian debu akan terpisah dari gas asap di dalam precipitator tersebut.

Dengan cara mengalirkan arus listrik statis untuk mengendapkan debu sangat efektif dan polusi udara sangat sedikit pengaruhnya. Efisiensi yang didapat dari metode ini > 99 %, sedangkan ukuran partikel debu terkecil yang diperoleh < 2 C. Aplikasi metode ini pada industri terdapat pada pabrik semen, pulp and paper, power plant. Faktor yang mempengaruhi dalam pemilihan metode pembersihan gas buang boiler pada dunia industri, adalah :

a.Efisiensi yang didapat dalam menyaring partikel debu.

b.Ukuran Partikel debu terkecil yang didapat.

c.Bahan bakar yang digunakan pada ruang pembakaran.

d.Kapasitas bahan bakar pada ruang pembakaran.

e.Biaya pembangunan dan pemeliharaan.

Parameter teknologi penyaringan partikel debu secara lengkap terdapat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 : Parameter Teknologi Penyaringan Partikel Debu

2.3. Listrik Statis

Listrik statik merupakan proses elektrifikasi terhadap suatu benda sehingga benda tersebut mempunyai muatan potensial listrik elektrostatik. Pada dasarnya daya listrik menurut prinsipnya dibagi atas beberapa bagian, yaitu:

a.Sumber daya gesekan yang menimbulkannya, disebut Electrostatic.

b.Sumber daya magnet yang menimbulkannya, disebut Electromagnetis.

c.Sumber daya proses kimia yang menimbulkannya, disebut Electrochemical.

d.Sumber daya proses panas yang menimbulkannya, disebut Electrothermic.

2.3.1. Muatan Listrik

Muatan merupakan suatu sifat dasar dari ciri khas dari partikel dasar yang menyusun zat. Sebenarnya, semua zat tersusun dari proton, neutron dan electron. Muatan zat sebenarnya merupakan muatan bersih atau muatan lebih. Benda yang bermuatan lebih artinya kelebihan electron (negative) atau kelebihan proton (positif). Muatan biasanya dinyatakan dengan lambang q.

2.3.2. Penghantar dan Isolator

Pada listrik statis, sifat bahan pada bidang listrik dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu, penghantar listrik dan isolator (dielektrik). Pengahantar adalah sifat bahan yang mengandung pembawa muatan bebas dalam jumlah besar, misalnya logam. Dielektrik adalah sifat bahan yang semua partikel bermuatan didalamnya terikat kuat pada molekul penyusunannya. Kedudukan partikel bermuatan dapat bergeser sedikit akibat adanya suatu medan listrik. Dielektrik yang sebenarnya mempunyai daya hantar yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan daya hantar pada penghantar yang baik.

2.3.3. Hukum Coulomb

Hukum Coulomb yaitu salah satu hukum dasar dalam ilmu fisika khususnya yang berkaitan dengan kelistrikan. Hukum ini menerangkan tentang gaya yang muncul diantara dua partikel bermuatan. Seiring dengan peningkatan jarak, medan dan gaya listrik akan mengecil. Gagasan dasar ini kemudian diformulasikan oleh Voulomb menjadi persamaan sistematis. Gaya antara partikel bermuatan ini dapat bernilai positif ataupun negative, bergantunng pada apakah kedua partikel tersebut saling tarik menarik atau tolak menolak.

Bunyi hukum Coulomb yaitu besarnya gaya Tarik-menarik dan tolak-menolak sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan.

Gambar 2.5 : Gaya Coulomb Antara Dua Benda Bermuatan Listrik

Jika benda A memiliki muatan q1 dan benda B memiliki muatan q2 dan bendda A dan benda B berjarak r satu sama lain, gaya listrik yang ditimbulkan antara kedua muatan tersebut dapat ditulis sebagai berikut :

F = Gaya coulomb (N)

k = Konstanta gaya listrik9 x 109 Nm2 C-2

q1 = Besar muatan benda A ( C )

q2 = Besar muatan benda B ( C )

r = Jarak keduan benda tersebut (m)

Konstanta k juga dapat ditulis dalam bentuk

K = konstanta

= 8,85 x 10-12 C2 N-1 m-2

2.3.4. Medan Listrik

Medan listrik menimbulkan gaya pada setiap partikel yang bermuatan, partikel positif didorong kea rah medan, sedangkan muatan negative kea rah sebaliknya. Medan listrik akan dihasilkan oleh satu atau lebih muatan listrik, serta dapat disamakan atau dibedakan arah magnetisasinya dari satu tempat ke tempat lainnya. Pada gambar 2.6. ini menunjukan dua medan listrik sederhana yang telah dipetakan dengan bantuan garis gaya.

Ganbar 2.6 :Pemetaan medan listrik dengan bantuan garis gaya

(a). muatan tidak sejenis

(b). Muatan sejenis

2.3.5. Perbedaan Potensial

a. Tegangan Kritis Korona

Tegangan kritis korona merupakan tegangan kritis yang dibutuhkan untuk membangkitkan korona.

Dimana : R0= Jari-jari korona (R1=0,02 )

R2= Jarak kawat-plat (m)

b. Tegangan Aplikasi

Tegangan aplikasi merupakan tegangan pada ESP sehingga dapat beroprasi

2.3.6. Arus Listrik

Arus listrik yang mengalir pada electrostatic precipitator merupakan arus drift, mengalirnya arus drift pada electrostatic precipitator disebabkan oleh berjalannya partikel bermuatan karna adanya medan listrik di dalamnya. Berikut ini ialah perhitungan kuat arus drift yang mengalir pada ESP.

Kuat Arus

Dimana :

= mobilitas gas ion (m2/meter-detik)

=

v= harga rata-rata kecepatan partikel (m/s)

E0= Kuat medan listrik (V/m)

2.4. Sistem Pembangkit Plasma Korona ( Corona Discharge)

Plasma merupakan kondisi ketika gas terisi oleh partikel bermuatan dengan energi potensial antar partikelnya lebih kecil dibandingkan dengan energi kinetik partikel-partikel yang terdapat dalam gas tersebut. Keuntungan dari kondisi plasma adalah pemanfaatannya dalam bidang industri seperti pelapisan logam dan semikonduktor, penerangan, proses pemotongan logam, sterilisasi, sistem keamanan, hingga pelestarian lingkungan. Salah satu cara pembangkitan plasma dapat dilakukan melalui lucutan listrik. Plasma yang terbentuk dalam lucutan listrik dikenal dengan plasma lucutan pijar korona. Plasma lucutan pijar korona dibangkitkan pada ruang antar elektroda kawat-silinder yang berisi udara bebas. Analisa pembentukan plasma dilakukan melalui karakteristik tegangan-arus (V-I) guna memperoleh daerah optimal pembangkitan plasma, yang ditunjukan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7: Diagram V-I Pembangkitan Plasma Lucutan Korona

Aliran listrik pada sebuah sirkuit dapat dianalogikan seperti aliran fluida pada pipa. Korona merupakan proses pembangkitan arus di dalam fluida netral diantara dua elektroda bertegangan tinggi dengan mengionisasi fluida tersebut, sehingga membentuk plasma disekitar salah satu elektroda dan menggunakan ion yang dihasilkan dalam proses tersebut sebagai pembawa muatan menuju elektroda lainnya, yang ditunjukan pada gambar 2.7 Ketika medan listrik dikenakan pada gas, elektron akan mentransferkan energinya pada gas molekul melalui proses tumbukan, eksitasi molekul, tangkapan elektron, disosiasi, dan ionisasi. Lucutan korona dibangkitkan menggunakan pasangan elektroda tak simetris yang akan membangkitkan lucutan di dalam daerah dengan medan listrik tinggi di sekitar elektroda yang memiliki bentuk geometri lebih runcing dibanding elektroda lainnya. Elektroda dimana disekitarnya terjadi proses ionisasi disebut elektroda aktif.

Gambar 2.8 : Proses pembangkitan plasma lucutan pijar korona pada ruang antar elektroda

Mengalirnya arus listrik menunjukkan akan adanya ionisasi yang mengakibatkan terbentuknya ion serta elektron pada udara diantara dua elektroda. Semakin besar tegangan listrik yang diberikan pada elektroda, semakin banyak jumlah ion dan elektron yang terbentuk.

2.5. HMI ( Human Machine Interface)

Human Machine Interface (HMI) adalah sistem yang menghubungkan antara manusia dan mesin. HMI dapat berupa pengendali dan visualisasi status, baik dengan manual maupun melalui visualisasi komputer yang bersifat real time. Tujuan digunakannya HMI ini agar dapat meningkatkan interaksi antara operator dan mesin melalui tampilan dilayar monitor. Dalam industri manufaktur atau dalam Pembangkit Listrik HMI dapat berupa suatu tampilan Graphic User Interface (GUI) pada layar monitor yang akan dihadapi oleh operator suatu mesin maupun pengguna yang membutuhkan data kerja mesin. HMI mempunyai kemampuan dalam hal visualisasi untuk memonitoring dan data mesin yang terhubung secara online dan real time. HMI ini akan memberikan suatu gammbaran kondisi mesin yang berupa peta mesin produksi dilayar monitor dimana dapat dilihat bagian mesin mana yang sedang bekerja. Selain itu pada HMI juga terdapat visualisasi pengendali mesin berupa push button, input reference dan sebagainya yang dapat difungsikan untuk mengontrol atau mengendalikan mesin sebagauimana mestinya. Selain itu pada HMI dapat ditampilkan alarm jika terjadi kondisi bahaya didalam mesin. Sebagai tambahan, HMI juga menampilkan data-data rangkuman kerja mesin secara grafik. Sistem HMI biasanya bekerja secara online dan real time dengan membaca data yang dikirimkan melalui I/O port yang digunakan oleh controller. Port yang biasanya digunakan untuk controller dan akan dibaca oleh HMI antara lain adalah port com, port USB, port RS 232 dan ada pula yang menggunakan port serial.

2.6. Electrostatic Precipitator

Electrostatic Precipitator (ESP) berasal dari kata Electrostatic dan Precipitator, dimana Electrostatic merupakan listrik statis sedangkan precipitator adalah pengendapan. ESP atau pengendap udara electrostatic adalah suatu alat yang membersihkan partikel-partikel dari udara yang mengalir dengan menggunakan suatu gaya yang diinduksikan. ESP merupakan piranti atau penyaring yang sangat efisien, karna mampu menghalangi aliran udara yang melalui alat ini secara minimal dan mengembalikan materi-materi yang baik ke udara. Dengan mengunakan ESP sebagai alternatif penangkap limbah debu serta mempunyai efisiensi tinggi dan rentang partikel yang didapat cukup besar, jumlah limbah debu yang dikeluarkan dari cerobong pembuangan bisa diturunkan sampai 99,8 %. Alat ini mengalirkan tegangan yang tinggi dan dikenakan pada aliran gas yang berkecepatan rendah. Debu yang telah menempel dapat dihilangkan secara beraturan dengan cara getaran. Keuntungan yang diperoleh dari penggunaan pengendap elektrostatik ini ialah didapatkannya debu yang kering dengan ukuran rentang 0,3 - 40 mikron. Secara teoritik seharusnya partikel yang terkumpulkan tidak memiliki batas minimum. Berikut ini adalah gambar bagian-bagian dari electrostatic precipitator.

Gambar 2.9 : Bagian-Bagian Pada Electrostatic Precipitator

2.6.1. Komponen Mekanik Pada Electrostatic Precipitator

2.6.1.1. Gas Distribution Wall

Gas Distribution Wall merupakan tempat penyaringan debu hasil pebakaran batu bara boiler. GDW ini pada prinsipnya beroprasi tanpa menggunakan energy listrik yang terdiri dari susunan plate besi yang dibuat berlubang. GDW ini selain untuk menyaring debu dapat juga sebagai penyaluran debu yang masuk kedalam sistem ESP agar penyebaran debu tersebut menyebar merata.

Gambar 2.10 : Konstruksi Gas Distribution Wall

Debu yang dihisap oleh ID Fan sebelum masuk ke unit Electrostatic Precipitator akan melewati Gas Distribution Wall, sehingga kadar debu yang mempunyai ukuran lebih besar dari ukuran lubang yang ada akan tersangkut pada dinding plat dan jatuh ke bawah. Sedangkan debu yang berukuran lebih kecil akan melewati lubang tersebut dan akan masuk kedalam sistem ESP.

2.6.1.2. Collecting Plate

Collecting plate ini merupakan tempat menempelnya debu-debu pada unit Electrostatic Precipitator dan diberi sumber tegangan positif keluaran dari Transformator Rectifier. Debu-debu yang menempel pada collecting plate ini akan dipindahkan secara berkala menggunakan getaran yang di getarkan menggunakan CE rapping. Debu ini setelah digetarkan akan masuk kedalam dust hopper.

Gambar 2.11 : Konstuksi Collecting Plate

2.6.1.3. Discharge Electrode

Discharge Electrode berfungsi sebagai pemberi muatan negatif terhadap debu yang melewati antara Collecting Plate dan Discharge Electrode. Plate Discharge Electrode terletak di antara dua buah plat pengumpul dan digantung pada sebuah kawat yang dipasang pada suatu penyekat (insulator) di bagian atasnya, serta dipertahankan posisinya dengan memberikan pemberat (weight) pada bagian bawahnya. Tujuan plat discharge electrode dibuat dengan batang yang berpotongan dan kedua ujung diruncingkan adalah untuk mempermudah terjadinya pembangkitan plasma korona. Karena kadar volume debu yang masuk selalu berubah-ubah, maka arus yang mengalir pada precipitator juga akan berubah-ubah. Debu dan material lainnya yang melalui plat precipitator merupakan media penghantar aliran listrik dari plat positif ke plat negatif, sedangkan sebagai bahan isolasinya adalah udara disekitar plat.

2.6.1.4. Collecting Electrode Rapping

Collecting Electrode Rapping berfungsi untuk menggetarkan debu yang menempel pada plat-plat akibat terjadinya proses electrostatic, maka digunakanlah martil-martil pemukul yang digerakan oleh motor yang berkecepatan rendah. Penggunaan martil ini dirancang agar posisi martil-martil ini berbeda, sehingga pemukulan yang terjadi pada plate pengumpul debu tersebut berkelanjutan secara bergantian.

Gambar 2.12 : Konstruksi Martil Pemukul Collecting Plate

2.6.1.5 Discharge Electrode Rapping

Discharge Electrode Rapping ini berfungsi untuk menggetarkan abu yang menempel pada electrode wire ini berjatuhan ke dalam hoper secara periodik dimana sebagian kecil dari abu yang akan bermuatan positif ini terisi oleh CE yang bermuatan positif dan akan menempel pada DE

2.6.1.6. Hopper

Hopper adalah tempat penampungan debu atau pembuangan partikel-partikel kotor yang sebelumnya di rapping menggunakan hamer yang menempel pada collecting plate dan elektroda. Pada proses ini abu yang menempel pada plat di getarkan oleh hamer dan debu yang menempel itu akan berjatuhan ke hopper dan selanjutnya di tampung.

Gambar 2.13 : Konstruksi Hopper

2.6.2. Komponen Elektrik Pada Electrostatic Precipitator

2.6.2.1.Penyearah Terkendali

Penyearah terkendali adalah suatu perangkat yang dapat merubah sistem tegangan arus bolak-balik yang tetap menjadi tegangan arus searah yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Konstruksi dan penyearah terkandali ini terdiri dari transformator sebagai penyesuai tegangan dan SCR sebagai komponen pengatur besarnya tegangan keluaran. Pengaturan tegangan keluaran dilakukan dengan melakukan pengaturan penundaan sudut penyalaan SCR. Penyearah terkendali ini jika ditinjau dari tegangan masukannya dapat diklasifikasikan menjadi dua tipe yaitu penyearah terkendali satu fasa dan penyearah terkendali tiga fasa. Sedangkan jika ditinjau dari tegangan keluaran yang dapat dihasilkan dapat kita kelompokan menjadi dua kelompok yaitu :

1). Penyearah terkendali, semi terkendali atau penyearah terkendali satu kuadrant yaitu penyearah terkendali yang hanya menghasilkan tegangan keluaran positif. Yang tergolong pada penyearah terkendali ini yaitu penyearah terkendali satu fasa setengah gelombang, penyearah satu fasa gelombang penuh semi terkendali, penyearah terkendali tiga fasa gelombang penuh semi terkendali.

2). Penyearah terkendali penuh, atau penyearah terkendali dua kuadrant, yaitu penyearah terkendali yang dapat menghasilkan tegangan keluaran positif atau negative. Yang tergolong pada penyearah terkendali ini adalah penyearah terkendali satu fasa terkendali penuh dan penyearah terkendali tiga fasa terkendali penuh.

Didalam penyerah terkendali terdapat komponen-komponen yang berperan penting, komponen tersebut diantaranya adalah :

a. Thyristor

Thyrisstor merupakan keluarga besar komponen semikonduktor dengan 2, 3, atau 4 atau 5 lapis bahan semikonduktor. Thyristor merupakan nama dari suatu keluarga besar komponen diantaranya adalah SCR, TRIAC, DIAC dan lain-lain.

b. S.C.R ( Sillicon Controlled Rectifier)

SCR merupakan bahan empat lapisan dengan struktur dan symbol. SCR memiliki karakteristik tersendiri. Karakteristik SCR dapat terlihat dalam kurva pada gambar 2.14 dibawah ini.

Gambar 2.14 : Karakteristik SCR

Dari karakteristik tersebut terlihat bahwa SCR akan konduksi bila tegangan anoda-katoda positif dan pada terminal gate diberikan arus. Semakin besar arus pada terminal gate, SCR akan mampu konduksi dengan tegangan anoda-katoda yang lebih kecil. Dengan demikian kita dapat mengatur saat konduksi SCR melalui arus pada terminal gate. Dari karakteristik tersebut juga bisa kita lihat bahwa SCR akan tetap konduksi bila arus anoda bisa dipertahankan pada level yang cukup. Arus minimum yang diperlukan untuk mempertahankan kondisi konduksi ini disebut arus holding. Untuk mengkomutasikan SCR harus dipenuhi syarat arus. Anoda dibawah arus holding dan tegangan anoda-katoda SCR negatif.

2.6.2.2.Transformator Rectifier

Pada transformator rectifier ini tegangan input AC mengalami peningkatan melalui transformator step up, kemudian disearahkan menjadi tegangan tinggi DC. Dimana tegangan pada trafo di sisi primer sebesar 380 V AC dan tegangan disisi sekunder sebesar 75 KV DC. Listrik statis yang diperlukan dalam proses pengendapan debu diperoleh melalui converter AC/DC melalui transformator step up.

Gambar 2.15 : Letak SCR Pada Rangkaian Kontrol

Pada gambar 2.15 diatas dapat dilihat bahwa pengontrolan tegangan dilakukan pada sisi primer dari transformator dengan menggunakan dua buah tyristor yang dihubungkan saling terbalik pada masing-masing kabel penghantarnya. Pengontrolan ini dilakukan secara feed back terhadap perubahan variabel arus puncak, arus rata-rata serta tegangan lebih (over voltage). Pada sisi sekunder dari transformator tersebut dihubungkan pada jembatan penyearah dengan empat buah dioda masing-masing dengan reting yang sama besar.

2.6.2.3.Automatic Voltage Controller

Automatic Voltage Controller merupakan sebuah metode yang digunakan untuk mengontrol jumalah arus sekunder yang menuju electrostatic precipitator dengan cara mengontrol besar tegangan pada lilitan primer dari set trafo. Hal ini dapat dicapai dengan mendeteksi gangguan transien pada rangkaian listrik yang disebabkan oleh percikan listrik atau busur api di ESP.

Gambar 2.16 : Sistem Automatic Voltage Controller

Pada gambar 2.16 diatas terlihat bahwa sistem kerja dari automatic voltage controller tersebut ialah dengan cara memeeriksa umpan balik dari rangkaian kemudian atur gate sinyal pada SCR atau thyristor untuk menghasilkan tingkat tegangan yang dibutuhkan untuk menjaga tingkat percik listrik yang di inginkan.

2.6.2.4.Programmable Logic Control

Definisi Programmable Logic Control menurut Capiel (1982) adalah sistem elektronik yang beroprasi secara digital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat deprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan oprasi aritmatika untuk megontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O digital maupun analog. Berdasarkan konsepnya definisi PLC adalah sebagai berikut :

1.Programmable menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat dan dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya.

2. Logic menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.

3. Controller menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses hingga menghasilkan output yang diinginkan. PLC ini dirancang untuk menggantikan suatu Rangkaian relay sequensial dalam suatu sistem kontrol. Selain dapat diprogram, alat ini juga apat dikendalikan, dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan dibidang Pengoperasian komputer secara khusus.

PLC ini memiliki bahasa pemograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program yang telah dibuat dengan menggunakan software yang sesuai dengan jenis PLC yangdigunakan sudah dimasukkan. Alat ini bekerja berdasarkan input-input yang ada dan tergantung dari keadaan pada suatu waktu yang kemudian akan mengaktifkan atau mematikan output-output. 1 menunjukkan bahwa keadaan yang diharapkan terpenuhi sedangkan 0 berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. PLC juga dapat diterapkan untuk Mengendalian sistem yang memilki output banyak. Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus.

Wibowo Tino sutejo , 11134031

Laporan kerja praktek tahun 2014

29