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)