Download - Sistem Kontrol Pada Sistem Tenaga Uap
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 1
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
SISTEM KONTROL PADA SISTEM TENAGA UAP
Dalam sistem kontrol, ada empat aspek utama sistem control, antara lain:
a. Penilaian harga atau kualitas (Value or quality assessment) – Inilah tujuan tertua
pengukuran dalam sejarah peradaban. Contoh instrument asesmen harga adalah adalah
timbangan perdagangan. Timbangan membantu kita dengan cara membandingkan dengan
berat standard untuk menentukan harga jual suatu barang. Contoh lainnya, pemanfaatan
sistem pengukur meteran air atau listrik (kwh meter). Di lingkungan pembangkitan, banyak
pengukuran untuk menjamin kualitas keandalan produksi listrik sesuai yang dibutuhkan.
b. Keselamatan dan Proteksi (Safety and Protection) – Bertujuan memantau dan mendeteksi
situasi berbahaya tertentu untuk menentukan aksi adaptif, protektif dan preventif; misalnya
tujuan pemantauan suhu untuk menentukan tindakan adaptif atau protektif. Dalam beberapa
hal, sistem pengukuran dibuat untuk menyulut suara atau lampu peringatan alarm, misalnya
alarm kebakaran; atau untuk mengambil tindakan lain seperti membuka katup pelepas
tekanan (relief valve) untuk mencegah tekanan lebih yang menyebabkan pecah.
c. Kendali otomatis (Automatic Control) – Seperti disebutkan sebelumnya, bahwa istilah
kontrol berarti metoda-metoda memaksa parameter-parameter lingkungan untuk mengikuti
harga-harga tertentu. Misalnya menjaga ketersediaan air dalam tangki; mempertahankan
tinggi/level air dalam tangki ketel uap, atau proses start/stop dan pengoperasian unit
pembangkit. Secara umum, semua elemen-elemen yang diperlukan untuk melaksanakan
tujuan kendali (control) termasuk sistem instrumentasi, biasanya dijelaskan dengan
istilah sistem kendali (control system).
d. Pengumpulan data (Data collection) – Dalam banyak hal, data dikumpulkan dan
diarsipkan sebagai informasi untuk menganalisis penyebab gangguan dan pengembangan
model proses yang lebih baik
Berikut adalah diagram sistem kontrol yang biasanya digunakan pada sistem tenaga
uap :
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 2
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
Secara lebih lanjut, ada beberapa aspek pekerjaan yang diatur dalam sistem kontrol
sistem tenaga uap. Adapun jika dikelompokkan, pekerjaan instrumentasi-kontrol adalah
sebagai berikut:
1. Pekerjaan Instalasi Intrumen Lapangan dan Komunikasi Data (Field Instrument &
Data Communication System)
2. Pekerjaan Instrumen Sistem Bahan Bakar
3. Pekerjaan Instrumen Sistem Aliran Air dan Uap Air Kerja
4. Pekerjaan Instrumen Sistem Pelumas
5. Pekerjaan Instrumen Sistem Pendingin
6. Pekerjaan Instrumen Sistem Udara Mesin
7. Pekerjaan Instrumen Sistem Udara Terkompresi
8. Pekerjaan Instrumen Sistem Kelistrikan
9. Pekerjaan Pendeteksi Kebakaran (Fire & Gas Detection and Alarm System)
10. Pekerjaan Closed Circuit Tele Vision (CCTV)
11. Pekerjaan Sistem Telepon Internal (Plant Internal Telephone System – PABX)
12. Pekerjaan Instrumentasi-Kontrol Unit Mesin Gas (Gas Engine Intrument & Control
System)
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 3
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
Pengkoordinasian sistem-sistem tersebut melibatkan sebuah sistem kontrol yang
sangat kompleks dan terpusat di sebuah ruang kontrol. Sistem kontrol yang ada berfungsi
untuk mempermudah operator mengoperasikan pembangkit listrik agar efisien dan reliable.
Sesuai dengan kemajuan teknologi, sistem kontrol otomatis lebih tepat digunakan
pada benyak penggunaan daripada kontrol manual. Ada beberapa alasan yang menyertai
pernyataan tersebut, yaitu:
Sistem terotomatisasi mengurangi faktor human error(kesalahan manusia) pada
sistem operasi, sehingga lebih menciptakan sistem kerja yang aman bagi keselamatan
manusia.
Sistem terotomatisasi mengurangi jumlah pekerja/operator sehingga dapat menghemat
biaya pekerja.
Sistem terotomatisasi lebih efisien daripada sistem manual, karena sistem kontrol
otomatis lebih cepat merespons dan akurat dibandingksn sistem manual pada saat
terjadi perubahan kondisi proses kerja.
Sistem kontrol dapat diklasifikasikan berdasarkan cara kerjanya menjadi dua jenis,
yaitu tipe ON-OFF dan tipe modulating. Tipe ON-OFF berfungsi untuk menghasilkan sistem
kontrol yang tetap (discrete). Salah satu contohnya adalah pada saat menyalakan dan
mematikan sebuah motor listrik. Sistem kontrol hanya memiliki dua perintah untuk motor
listrik tersebut, yaitu perintah start dan stop saja. Sedangkan pada sisi motor, ia juga hanya
memiliki dua feedback yaitu motor berputar dan motor berhenti berputar.
Sistem kontrol modulating memberikan output perintah yang dapat bervariasi
secara smooth dari nilai satu ke yang lainnya. Sebagai contoh adalah pada pengaturan debit
aliran suatu fluida di dalam pipa dengan menggunakan sebuahcontrol valve. Aliran fluida
dapat disesuaikan besarnya sesuai dengan kebutuhan dengan mengatur besar
bukaan valve tersebut.
Salah satu contoh penggunaan kontrol ON-OFF dan kontrol modulating (modulasi)
adalah pada saat Anda mengendarai kendaraan bermotor. Saat Anda menyalakan mesinnya,
itu berarti Anda sedang menggunakan kontrol ON-OFF, memutar kunci mobil Anda dan
mendapati mesin mobil Anda menyala. Dan kontrol modulatingAnda bisa dapatkan pada saat
Anda mengatur pedal gas kendaraan Anda. Dengan menggunakan indikator speedometer
pada dashboard Anda, Anda dapat mengatur besar tekanan pada pedal gas sehingga
mendapatkan kecepatan mobil yang sesuai dengan keinginan.
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 4
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
1. KONTROL ON-OFF
Kontrol ON-OFF memiliki banyak istilah lain yaitu kontrol digital, binary
control,discrete control, kontrol sekuen, atau motor interlock. Fungsi kontrol ini terbagi
menjadi beberapa bagian penggunaan pada sebuah pembangkit listrik, yaitu:
Pada alat berputar berpenggerak motor seperti kipas, pompa, kompresor, dan
konveyor.
Pada valve dan damper yang berpenggerak motor.
Pada penggerak solenoid seperti shutoff valve pneumatik.
Contoh Sistem Kontrol ON-OFF
Diagram di atas merupakan salah satu contoh skema sistem kontrol ON-OFF yang
sederhana. Beberapa pompa exhauster dihubungkan secara paralel, bertugas untuk menjaga
tekanan di dalam kondensor tetap vakum. Beberapa syarat kondisi menjadi sinyal input
sistem, diproses melalui beberapa logic sederhana sehingga menghasilkan output
dan feedback tertentu.
Sistem kontrol ON-OFF di atas cukup sederhana dan menjadi dasar bagi kita untuk
mempelajari sistem kontrol yang lebih kompleks. Pada penggunaan yang lain, sistem kontrol
dan logic yang ada dapat jauh lebih kompleks terutama bagi peralatan-peralatan besar dan
mahal. Sistem kontrol dan logic yang rumit tersebut, selain memang untuk proses kerja yang
kompleks, juga berfungsi untuk melindungi peralatan tersebut dari kerusakan yang parah
akibat terjadinya kesalahan proses kerja.
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 5
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
Sistem kontrol ON-OFF hanya terbatas untuk menghasilkan kontrol yang tetap
(discrete). Biasanya sistem kontrol ini diaplikasikan pada alat-alat yang membutuhkan
kontrol „menyalakan‟ dan „mematikan‟, seperti pompa, stop valve, dan motor listrik. Secara
general penggunaan kontrol ON-OFF pada pembangkit listrik tenaga uap diklasifikasikan
menjadi tiga, protective interlocks, sequential control logic, dan unit protection logic.
1.1. Protective Interlocks
Sistem kotrol ini merupakan sistem kontrol paling sederhana yang digunakan pada
pembangkit listrik. Kontrol logic-nya digunakan untuk mengendalikan sebuah alat pada
pembangkit secara individual. Salah satu contoh alat yang menggunakan sistem kontrol ini
adalah boiler feed pump, yaitu sebuah pompa yang berfungsi untuk memompa air
dari feedwater tank menuju ke boiler.
Boiler feed pump menyala (beroperasi) dengan dua cara, pertama secara manual
diinisiasi oleh operator dan yang kedua menyala karena sistem proteksi. Menyalakannya pun
ada syarat-syarat tertentu yang harus dipenuhi sebelumnya, seperti level lub oil harus sesuai
standard, level air di feedwater tank harus berada di atas level normal, dan beberapa syarat
yang lain. Operator menyalakan pompa ini melalui sistem kontrol yang berada pada ruang
kontrol.
Pada sebuah pembangkit listrik tenaga uap, menggunakan dua atau tiga boiler feed
pump yang beroperasi bergantian ada yang bekerja dan ada yang sedang dalam mode standby.
Pompa yang dalam mode standby tersebut akan otomatis bekerja pada saat pompa yang
sebelumnya beroperasi mengalami masalah dan terproteksi berhenti beroperasi.
Untuk mematikan pompa ini juga dengan dua cara, dimatikan oleh operator di ruang
kontrol atau mati karena proteksi. Proteksi tersebut muncul karena adanya sinyal masuk ke
sistem kontrol, dan menjadi isyarat bahwa pompa tersebut harus segera mati. Seperti pada
saat level air di feed water tank kurang dari normal, sistem kontrol akan memproses sinyal ini
dan mengeluarkan output sinyal untuk mematikan pompa. Jika pompa menggunakan motor
listrik, maka motor tersebut akan dimatikan oleh sistem logic, sedangkan pada pompa yang
menggunakan turbin kecil sistem kontrol akan memerintahkan stop valve yang mensupply
uap kedalam turbin untuk menutup.
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 6
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
1.2. Sequential Control Logic
Adalah sebuah sistem kontrol yang bekerja dengan membentuk sebuah sekuen yang
terkontrol pada beberapa alat tertentu. Sistem kontrol ini didesain untuk mengatur
beroperasinya beberapa alat yang bekerja di dalam sebuah sistem pembangkit. Sebagai salah
satu contoh pada boiler terdapat sebuah sistem pembakaran yang menggunakan solar.
Sebelum masuk ke boiler melalui solar, udara (atomizing air), dan ignitor masuk melalui
burner dengan sekuen yang teratur. Yang pertama masuk adalah ignitor, diikuti oleh udara
yang diatur oleh sebuah stop valve, dan terakhir masuk adalah solar yang juga diatur
melalui stop valve. Masuknya ignitor, udara, dan solar tersebut dikontrol oleh sebuah sistem
kontrol logic sekuensial
Contoh sistem lain yang menggunakan sistem kontrol ini adalah sootblow sistem,
demineralizer system, sistem penanganan batubara, dan banyak sistem lainnya.
1.3. Unit Protection Logic
Sistem kontrol ON-OFF ini digunakan untuk melindungi boiler, generator, dan turbin
agar terhindar dari bahaya yang lebih besar sebagai efek dari sebuah permasalahan yang
mungkin muncul. Proteksi boiler dikenal dengan istilah Master Fuel Trip (MFT), yang berarti
menghentikan pengoperasian boiler dengan jalan menghentikan semua supply bahan bakar
yang masuk ke boiler. Sebagai satu contoh kasus saat tekanan di dalam furnace yang tiba-tiba
menurun drastis sampai dibawah nilai proteksinya, menyebabkan sistem kontrol
memerintahkan kepada semua sistem supply bahan bakar untuk berhenti beroperasi
(pulverizer, pompa fuel oil).
Proteksi pada turbin dikenal dengan turbine trip. Sistem kontrol proteksi ini
menyebabkan supply uap air yang masuk ke turbine dihentikan. Sehingga putaran turbin
dapat langsung berhenti. Contoh permasalahan yang dapat menyebabkan proteksi turbin ini
adalah jika terjadi kehilangan sistem lubrikasi, kehilangan seal steam, generator trip, dan lain
sebagainya.
Proteksi generator menyebabkan pemutusan supply listrik yang keluar dari generator
ke sistem selanjutnya. Hal ini dilakukan pada saat terjadi permasalahan pada generator,
seperti fault pada sistem kelistrikannya, kegagalan sistem seal oil,kegagalan sistem
pendinginan generator, dan lain sebagainya.
MFT akan selalu diikuti oleh turbin trip dan generator trip. Sedangkan pada turbin
trip, tidak diikuti oleh MFT karena ada sebuah sistem bypass untuk uap air yang akan masuk
ke turbin sehingga dapat langsung dialirkan ke kondensor. Hal tersebut hanya dapat terjadi
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 7
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
pada pembangkit listrik yang didesain untuk dapat melakukan operasi bypass uap. Sistem ini
diadopsi pada banyak pembangkit listrik di Indonesia dan Eropa, namun tidak di Amerika.
2. KONTROL MODULASI
Gambar di bawah menunjukkan sistem kontrol pada sebuah heat exchanger yang
memanaskan air dengan menggunakan uap air. Temperatur air dijaga pada nilai tertentu
dengan cara mengatur supply uap air yang masuk ke heat exchanger.
Contoh Sistem Kontrol Modulasi
Elemen dasar yang digunakan pada sistem kontrol modulasi yaitu:
Variabel terkontrol: Parameter dari proses yang dikontrol pada nilai tertentu
sesuai set point.
Controller: Bagian yang membandingkan antara variabel terkontrol dengan nilaiset
point dan memberikan aksi kontrol untuk mengkoreksi deviasi set point ke nilai nol.
Variabel manipulasi: Parameter yang divariasikan besarnya sabagai hasil dari aksi
kontrol dari controller sehingga dapat mengubah nilai dari variabel terkontrol supaya
mendekati nilai set point.
Elemen kontrol akhir: Alat yang dapat merubah nilai dari variabel manipulasi
untuk mengkoreksi nilai deviasi set point berdasarkan aksi kontrol daricontroller.
Pada sistem kontrol heat exchanger di atas, temperatur air yang keluar dari heat
exchanger menjadi variabel yang terkontrol. Untuk itu terpasang temperature probepada pipa
sisi air yang keluar dari heat exchanger, dan menjadi sinyal masuk
kecontroller. Controller memproses sinyal dengan jalan mengatur elemen kontrol akhir yang
berupa control valve. Control valve mengatur debit aliran uap air yang masuk ke heat
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 8
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
exchanger sebagai variabel manipulasi sehingga temperatur air dapat dijaga pada nilai
tertentu.
Sistem kontrol modulasi yang paling penting pada sebuah pembangkit listrik tenaga
uap adalah sistem kontrol pada boiler. Tujuannya adalah untuk mengatur masuknya bahan
bakar ke dalam furnace agar sesuai dengan beban listrik yang diminta, serta menjaga
parameter-parameter kritis seperti tekanan uap, temperatur uap, level air di dalam drum,
supaya tetap sesuai dengan desain boiler tersebut.
3. SISTEM KONTROL BOILER
Bahan bakar (seperti batubara) dibakar di dalam furnace untuk menghasilkan uap air
yang selanjutnya menggerakkan sudu-sudu turbin. Putaran rotor turbin sekaligus memutar
rotor generator yang selanjutnya membangkitkan energi listrik dengan besaran tertentu.
Pembangkit listrik adalah pabrik yang unik. Dimana hasil produksi pabriknya (yaitu
listrik) pada saat itu juga secara real-time langsung digunakan oleh konsumennya. Selain itu,
besar megawatt yang dihasilkan oleh pembangkit listrik juga secara real-time, sama persis
dengan kebutuhan konsumen, tidak lebih dan tidak kurang.
Pembangkit listrik tidak dapat mengatur besar konsumsi listrik yang ada. Justru
pembangkit listrik lah yang secara fleksibel harus dapat menyesuaikan beban listrik yang ada.
Konsumen dapat dengan “semaunya sendiri” menggunakan listrik, dan pembangkit listrik lah
yang harus menyediakan kebutuhan tersebut.
Jika terjadi perbedaan nilai antara beban listrik dari konsumen dengan listrik yang
dihasilkan oleh pembangkit, akan menyebabkan perubahan frekuensi listrik yang berbeda
dengan yang seharusnya. Di Indonesia besar frekuensi listrik standard adalah 50Hz, yang
berarti putaran generator yaitu sebesar 3000rpm. Pada saat beban listrik lebih besar daripada
listrik yang dihasilkan oleh pembangkit, maka nilai frekuensi akan lebih rendah daripada
50Hz. Sedangkan jika beban listrik lebih rendah daripada yang dihasilkan oleh pembangkit,
besar frekuensi listrik akan lebih besar daripada 50Hz.
Sistem kontrol yang kompleks digunakan oleh pembangkit listrik untuk memenuhi
kebutuhan listrik konsumen secara “real-time“. Secara umum sistem kontrol permintaan
beban listrik (load demand) pada pembangkit listrik dibagi menjadi tiga, yaitu Boiler
Follow, Coordinate Control, dan Turbine Follow.
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 9
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
3.1 Boiler Follow
Sistem kontrol ini sudah dikenal dan diterapkan sejak awal-awal penerapan
pembangkit listrik tenaga uap. Pada kontrol ini, sistem turbin dan boiler berada pada dua
skema kontrol yang berbeda. Pada saat permintaan beban listrik dengan besar tertentu
muncul, sinyal tersebut digunakan sebagai input pada sistem kontrol turbin uap. Valve kontrol
yang men-supply uap air ke dalam turbin membuka dengan besar tertentu sesuai dengan
sinyal kebutuhan beban listrik yang diterima. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perubahan
tekanan dan debit uap air yang dialirkan ke dalam turbin. Sensor tekanan dan debit uap air
membaca terjadinya error set point, yang artinya tekanan dan debit uap tidak sesuai dengan
nilai set point yang telah ditentukan. Sinyal error tersebut menjadi sinyal input bagi boiler,
untuk menambah atau mengurangi tekanan uap air dengan jalan menambah atau mengurangi
proses pembakaran di dalam furnace. Sedangkan error set pointpada debit uap, akan
dikompensasi oleh jumlah air (feedwater) yang masuk ke dalam boiler.
Skema Sistem Kontrol Boiler Follow
Kelebihan dari sistem kontrol ini adalah respons yang cepat terhadap perubahan beban
listrik. Alasan pertama yaitu karena valve kontrol uap air masuk ke turbin langsung
merespons setiap terjadinya perubahan beban listrik, dan alasan yang kedua adalah karena
boiler yang juga bersifat sebagai reservoir energi panas yang dapat digunakan pada saat
terjadi perubahan kebutuhan uap air. Namun di sisi lain, kekurangan dari sistem kontrol ini
adalah akan terjadi perubahan sesaat spesifikasi uap air (tekanan dan debit) yang akan masuk
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 10
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
ke turbin uap. Hal ini beresiko timbulnya kondensasi uap air yang tentu akan berbahaya bagi
sudu-sudu turbin uap.
3.2 Coordinate Control
Prinsip dari sistem kontrol ini adalah dengan menggunakan sinyal input kebutuhan
beban listrik sebagai sinyal feedforward ke sistem kontrol boiler dan turbin secara paralel.
Tujuannya adalah untuk lebih meminimalisir terjadinya interaksi antara variabel-variabel
kontrol boiler dengan turbin, serta dapat lebih simultan mengontrol besar pembakaran
pada furnace dan besar bukaan valve kontrol turbin untuk setiap perubahan beban listrik.
Sistem Kontrol Koordinat (Coordinate Control)
Sinyal beban listrik yang masuk ke dalam sistem kontrol koordinat menjadi menjadi
sinyal input untuk mengatur besar pembakaran di boiler dan besar bukaan valvekontrol uap
air pada turbin. Sistem kontrol koordinat merupakan sistem close-loop, yang artinya ada
beberapa parameter yang digunakan sebagai sinyal balik masuk ke sistem kontrol untuk
digunakan sebagai parameter kontrol proses agar selalu sesuai dengan perintah kontrol.
Sinyal balik yang digunakan antara lain adalah parameter-parameter kualitas uap air yang
keluar dari boiler (tekanan, debit, temperatur, dan lain sebagainya) serta besar MegaWatt
yang dihasilkan oleh generator. Sinyal-sinyal input balik tersebut, digunakan kembali oleh
sistem kontrol sebagai sinyal input untuk meminimalisir set-point error.
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 11
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
3.3 Turbine Follow
Mode kontrol beban listrik terakhir adalah sistem kontrol Turbine Follow. Kontrol ini
kebalikan dari sistem kontrol Boiler Follow. Sinyal kebutuhan beban listrik dikirimkan ke
sistem kontrol boiler untuk selanjutnya diatur besar pembakaran di dalamnya agar sesuai
dengan kebutuhan, dan besar bukaan valve kontrol uap air pada turbine sesuai dengan besar
tekanan pada pipa uap air.
Sistem Kontrol Turbine Follow
Sistem kontrol Turbine Follow memiliki respons yang lambat pada saat terjadinya
perubahan beban listrik. Namun sistem kontrol ini dibutuhkan oleh PLTU pada saat terjadi
masalah pada boiler, misalnya terjadi gangguan pada salah satu dari duaforce draft
fan sehingga proses pembakaran harus turun ke 50% kemampuan maksimal. Di saat inilah
mode kontrol menggunakan Turbine Follow.
4. SISTEM KONTROL PADA FURNACE (RUANG BAKAR)
Pada sebuah boiler dengan bahan bakar batubara, sistem kontrol pembakaran yang ada
menjadi satu hal yang sangat krusial. Untuk memaksimalkan efisiensi operational, proses
pembakaran harus diatur secara akurat, sehingga bahan bakar yang digunakan harus pada
jumlah yang tepat sesuai dengan kebutuhan uap air. Selain itu, proses pembakaran harus
dilakukan dengan aman, sehingga tidak membahayakan para pekerja, pabrik, serta lingkungan
sekitar.
Jumlah batubara dengan udara sehingga didapatkan proses pembakaran yang
sempurna di dalam furnace boiler diatur sesuai dengan air-fuel ratio teoritis. Namun secara
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 12
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
prakteknya, untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna tersebut tidaklah mudah. Karena
faktor kerugian dari proses pembakaran tidak mungkin dapat dihindari. Yang dapat dilakukan
yaitu mengatur proses pembakaran dengan menekan serendah-rendahnya
kerugian/losses yang mungkin terjadi.
Ada dua faktor kerugian yang muncul pada saat proses pembakaran batubara
dilakukan. Jika jumlah udara (oksigen) kurang dari kebutuhan pembakaran, maka jumlah
bahan bakar yang tidak terbakar akan semakin banyak sehingga terbuang sia-sia melalui
cerobong (stack). Namun jika sebaliknya, jumlah oksigen semakin banyak yang ditandai
dengan jumlah excess air juga semakin banyak, maka akan semakin banyak pula energi panas
yang ikut terbuang keluar karena diserap olehexcess air tersebut. Kerugian yang kedua ini
sering disebut dengan heat loss. Oleh karena adanya dua macam kerugian inilah maka dicari
kerugian total yang paling rendah. Untuk lebih memahami kerugian-kerugian dari proses
pembakaran batubara tersebut mari kita perhatikan grafik di bawah ini. Sesuai dengan grafik
tersebut kerugian total yang paling rendah, didapatkan pada jumlah excess air “A”.
Heat Losses dan Unburned Losses Pada Furnace
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 13
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
Berikut adalah contoh sistem-sistem kontrol proses pembakaran batubara pada boiler mulai
dari yang paling sederhana hingga yang kompleks:
4.1. Sistem Kontrol Paralel
Cara yang paling sederhana dalam mengontrol proses pembakaran batubara adalah
dengan mengatur jumlah batubara dan udara yang masuk ke boiler secara paralel. Jumlah
batubara yang masuk ke dalam boiler diatur oleh sebuah control valve sedangkan jumlah
udara diatur oleh damper, keduanya dihubungkan secara mekanikal sehingga setiap
perubahan jumlah batubara yang masuk akan selalu diikuti oleh jumlah udara yang masuk ke
boiler.
Sistem Kontrol Paralel Pembakaran Batubara
Sistem kontrol ini cocok digunakan pada boiler-boiler berukuran kecil. Dan akan
semakin tidak cocok jika digunakan pada boiler yang berukuran semakin besar. Kelemahan
mendasar dari sistem kontrol ini adalah adanya asumsi bahwa jumlah dari batubara dan udara
yang masuk ke boiler adalah konstan sesuai dengan yang diharapkan, jika posisi control
valve dan damper pada posisi tertentu. Sehingga jumlah excess air serta jumlah aktual
batubara yang masuk ke boiler tidak diketahui secara tepat.
4.2. Flow Ratio Control
Pada sistem kontrol yang kedua ini, digunakan sensor pembacaan debit aliran udara
dan bahan bakar sebagai input untuk mengontrol jumlah udara yang masuk ke boiler. Sistem
kontrol ini juga menggunakan persamaan teoritis untuk memproses sinyal input dari debit
aliran batubara sehingga didapatkan kontrol udara yang lebih mendekati teoritis.
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 14
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
Flow Ratio Control
Sistem kontrol ini disebut dengan sistem kontrol fuel-lead, karena sistem ini
menjadikan debit batubara sebagai nilai acuan untuk mengatur besar aliran udara yang akan
masuk ke boiler. Pada sistem ini perintah utama kebutuhan pembakaran batubara yang diatur
oleh master demand, dikirimkan hanya kepada control valvebatubara. Kebalikan dari sistem
ini adalah sistem air-lead, dimana debit aliran udara menjadi nilai acuan sistem kontrol.
4.3. Sistem Kontrol Bersilangan
Sistem kontrol ini mirip dengan sistem kontrol paralel, hanya saja sudah
dipergunakannya sensor pembacaan debit aliran batubara dan udara sebagai sinyalfeed-
forward. Masing-masing sistem kontrol bahan bakar dan udara mendapatkan sinyal perintah
utama dari master demand, namun nilai kontrol-nya masih dipengaruhi juga oleh kondisi
aktual debit aliran batubara dan udara. Hasil akhir dari sistem kontrol ini adalah diharapkan
terjadi proses pembakaran yang lebih responsif untuk perubahan nilai beban boiler serta lebih
akurat.
Sistem Kontrol Bersilangan
Sistem Kontrol pada Sistem Tenaga Uap 15
Tugas Kuliah Sistem Tenaga Uap Ramdha Dien Azka – 105060201111007 (14)
4.4. Penggunaan Sensor Excess Air
Satu parameter yang dapat digunakan untuk lebih mempresisikan sistem kontrol pembakaran
batubara pada boiler adalah jumlah excess air pada gas buang hasil pembakaran.
Pembacaan excess air pada gas buang menggunakan oxygen analyzer. Pembacaan excess
air digunakan sebagai sinyal feed forward pada sistem kontrol pembakaran batubara.
Pembacaan Excess Air Sebagai Sinyal Input Sistem Kontrol
4.5. Penggunaan Sensor Gas Buang Lainnya
Sistem kontrol pembakaran batubara pada boiler yang terakhir adalah dengan melibatkan
parameter-parameter lain selain excess air. Salah satu parameter penting tersebut adalah gas
karbon monoksida. Kandungan karbon monoksida dalam gas buang menunjukkan jumlah gas
yang tidak terbakar di ruang bakar. Sehingga sistem kontrol ini secara nyata berusaha untuk
meminimalisir kerugian terbuangnya bahan bakar yang tidak dapat dibakar, serta kerugian
(heat loss) akibatexcess air yang terlalu besar.
Pembacaan Gas CO dan O2 Pada Sistem Kontrol Pembakaran Batubara