SISTEM CONTROL DAN MONITORING LEVEL TEKANAN ANGIN TURBO AIR

3000 CENTRIFUGAL COMPRESSOR PMB DI PT. INDAH KIAT PULP & PAPER, TBK

INDRA GINANJAR A.T3332110726

LATAR BELAKANG

Dalam sebuah perusahaan ataupun industri besar maupun kecil kebutuhan angin untuk proses produksi sangatlah penting. Seiring dengan perkembangan waktu dan kebutuhan produksi yang besar, maka di perlukan kebutuhan angin dengan volume yang besar dengan tekanan yang konstan untuk memenuhi produksi. Untuk memenuhi kebutuhan angin dengan volume yang besar, industri atau perusahaan menggunakan sebuah kompresor turbo yang dapat menghasilkan volume angin yang lebih besar di bandingkan dengan kompresor biasa, termasuk di PT.Idah Kiat Pulp & Paper. Salah satu kompresor turbo yang di gunakan oleh PT.Indah Kiat Pulp & Paper adalah Turbo air 3000 Centrifugal Compressor.

Berdasarkan alasan diatas saya tertarik untuk mengetahui pengontrolan yang dilakukan untuk sistem pengendalian kompresor air turbo 3000 sentrifugal dengan menggunakan modul CMC mikrokontroller pada perusahaan PT Indah Kiat Pulp & Paper Tbk

TUJUAN DAN BATASAN MASALAH

Tujuan

1. Memahami penerapan ilmu akademik teknik elektro dalam bidang industri atau praktisi.

2. Memahami dan mendapatkan gambaran nyata tentang performa kompresor dan paramater yang mempengaruhi kinerja kompresor.

3. Mengenal dan mempelajari prinsip kerja pengontrolan sistem compressor menggunakan CMC controller.

4. Mengetahui data dan setting Turbo Air 3000 Centrifugal Compressor PMB PT Indah Kiat Pulp & Paper.

Batasan Masalah

1. Membahas tentang sistem pengendalian level tekanan angin pada Turbo air 3000 centrifugal compressor PMB PT Indah Kiat Pulp & Paper, Tbk.

2. Instrumentasi pengendalian level tekanan angin compressor dengan CMC Mikrokontroller.

KOMPRESORKompresor adalah peralatan mekanik yang digunakan untuk memberikan energi kepada fluida gas/udara, sehingga gas/udara dapat mengalir dari suatu tempat ke tempat lain secara kontinyu. Kompresor mempunyai bidang pengunaan yang luas mulai  dari Industri kecil sampai ke Industri perminyakan dan Gas Bumi. Beberapa jenis penggerak yang sering digunakan sebagai penggerak kompresor antara lain :1. Elektro motor2. Internal Combustion Engine (Motor Mesin Diesel Dan Turbin Gas)3. Eksternal Combustion Engine (Turbin Uap)

Kompresor sentrifugal, (kadang-kadang dikenal sebagai kompresor radial) adalah suatu kelas khusus aliran radial dari mesin turbo yang bekerja dengan pengisapan yang meliputi pompa, fan, blower dan kompresor. Bentuk awal dari mesin turbo dinamik ini adalah pompa, fan, dan blower.Bedanya, kompresor sentrifugal modern mempunyai kecepatan dan analisa yang tinggi dan harus berhadapan dengan aliran termampatkan.

PRINSIP KERJA DAN KARAKTERSIK KOMPRESOR SENTRIFUGAL

Kompresor adalah peralatan mekanik yang digunakan untuk memberikan energi kepada fluida gas/udara, sehingga gas/udara dapat mengalir dari suatu tempat ke tempat lain secara kontinyu. Kompresor sentrifugal, termasuk dalam kelompok kompresor dinamik adalah kompresor dengan prinsip kerja mengkonversikan energi kecepatan gas/udara yang dibangkitkan oleh aksi/gerakan impeller yang berputar dari energi mekanik unit penggerak menjadi energi potensial (tekanan) di dalam diffuser.

Karakteristik Kompresor Sentrifugal :1. Aliran discharge uniform.

2. Kapasitas tersedia dari kecil sampai besar.

3. Tekanan discharge dipengaruhi oleh density gas/udara.

4. Mampu memberikan unjuk kerja pada efisiensi yang tinggi dengan beroperasi pada range tekanan dan kapasitas yang besar.

BAGIAN – BAGIAN UTAMA KOMPRESORBagian Statis

1. CasingSebagai pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar.b. Sebagai pelindung dan penumpu/pendukung dari

bagian-bagian yang bergerak.c. Sebagai tempat kedudukan nozel suction dan discharge

serta bagian diam lainnya.

2. Inlet Wall Inlet wall adalah diafram (dinding penyekat) yang dipasang pada sisi suction sebagai inlet channel dan berhubungan dengan inlet nozle. Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka meterialnya harus tahan terhadap abrasive dan erosi.

3. Guide vanedi tempatkan pada bagian depan eye impeller pertama

pada bagian suction (inlet channel). Fungsi utama guide vane adalah mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi yang merata.

4. Eye Seal

Eye seal ditempatkan di sekeliling bagian luar eye impeller dan di tumpu oleh inlet wall. Eye seal selalu berbentuk satu set ring logam yang mengelilingi wearing ring impeller. Berfungsi untuk mencegah aliran balik dari gas yang keluar dari discharge impeller (tekanan tinggi) kembali masuk ke sisi suction (tekanan rendah).

CONT...5. Diffuser

Diffuser berfungsi untuk merubah energi kecepatan yang keluar dari discharge impeller menjadi energi potensial (dinamis). Untuk multi stage dipasang diantara inter stage impeller.

Return bend sering juga disebut crossover yang berfungsi membelokan arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk pada stage/impeller berikutnya. Return bend di bentuk oleh susunan diafragma yang dipasang dalam casing.

7. Return Channel

Return channel adalah saluran yang berfungsi memberi arah aliran gas dari return bend masuk ke dalam impeller berikutnya. Return channel ada yang dilengkapi dengan fixed vane dengan tujuan memperkecil swirl (olakan aliran gas) pada saat masuk stage berikutnya sehingga dapat memperkecil vibrasi

6. Return Bend8. Diafragma

Diafram adalah komponen bagian dalam kompresor yang berfungsi sebagai penyekat antar stage dan tempat kedudukan eye seal maupun inter stage seal. Dengan pemasangan diafragma secara seri, akan terbentuk tiga bagian penting, yaitu diffuser, return bend, dan return channel. Diafragma ditempatkan didalam casing dengan hubungan tongue-groove sehingga mudah dibongkar pasang

CONT...Bagian Dinamis

1. Shaft and Shaft Sleeve.

Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeller dan meneruskan daya dari pengerak ke impeller. Untuk penempatan impeller pada shaft di gunakan pasak (key) dan pada multi stage, posisi pasak di buat selang-seling agar seimbang. Sedangkan jarak antar stage dari impeller di gunakan shaft sleeve, yang berfungsi sebagai pelindung shaft terhadap pengaruh korosi, erosi dan abrasi dari aliran dan sifat gas dan untuk penempatan shaft seal diantara stage impeller.

2. Impeller

Impeller berfungsi untuk menaikan kecepatan gas dengan cara berputar, sehingga menimbulkan gaya. Hal ini menyebabkan gas masuk/mengalir dari inlet tip (eye impeller) ke discharge tip. Karena adanya perubahan jari-jari dari sumbu putar antara tip sudu masuk dengan tip sudt keluar maka terjadi kenaikan energi kecepatan.

SENSOR SUHU RTD PT100 & PRESSURE TRANSMITTER

Resistance Thermal Detector (RTD) atau dikenal dengan Detektor Temperatur Tahanan adalah sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran suatu temperatur/suhu dengan menggunakan elemen sensitif dari kawat platina, tembaga, atau nikel murni, yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam kisaran suhunya.  

Dalam penggunaannya, RTD (PT100) juga memiliki kelebihan dan kekurangan.1. Kelebihan dari RTD (PT100) :

a. Ketelitiannya lebih tinggi dari pada termokopel.b. Tahan terhadap temperatur yang tinggi.

c. Stabil pada temperatur yang tinggi, karena jenis logam platina lebih stabil dari pada jenis logam yang lainnya.

d. Kemampuannya tidak akan terganggu pada kisaran suhu yang luas.2. Kekurangan dari RTD (PT100) :

e. Lebih mahal dari pada termokopel.

f. Terpengaruh terhadap goncangan dan getaran.

g. Respon waktu awal yang sedikit lama (0,5 s/d 5 detik, tergantung kondisi penggunaannya).

h. Jangkauan suhunya lebih rendah dari pada termokopel. RTD (PT100) mencapai suhu 650 0C, sedangkan termokopel mencapai suhu 1700 0C.

Transmitter adalah alat yang digunakan untuk mengubah perubahan sensing element dari sebuah sensor menjadi sinyal yang mampu diterjemahkan oleh controller. Sinyal untuk mentransmisikan ini ada dua macam yaitu pneumatic dan electric. Sistem transmisi pneumatic adalah transmisi menggunakan udara bertekanan untuk mengirimkan sinyal.

SPESIFIKASI MOTOR AC 3 FASA PADA KOMPRESOR

Merk Teco Westinghouse

Serial No EV.AD105212-1

Type AECK-LDA06

Volts 3300

Amps 119

Hz 50

RPM 2975

Weight 3950 Kg

Bearing 6315C3/6315C3

CMC (Compressor Modul Controller) Mikrokontroller

Panel CMC adalah kontrol berbasis mikroprosesor dan sistem monitoring untuk kompresor centac dan sentrifugal. Panel CMC dapat melaksanakan tugas untuk mengontrol kompresor dan fungsi monitoring; serta, kontrol peralatan bantu instrumen lain seperti motor starter, pengontrolan panas minyak, dan pompa pelumasan.

Fiture dari sistem CMC mikrokontroller adalah :1. Modulasi dan modus operasi ganda

otomatis2. Deteksi gelombang dan kontrol.3. Batas arus tinggi untuk drive utama

pelindung motor listrik.4. Basis control module CPU berjalan pada

25Mhz.5. Modul kontrol dasar, antar muka operator

pengguna dan komunikasi yang universal, modul mampu komunikasi serial pada 38,400 baud.

6. Port opsional untuk berkomunikasi dengan sistem udara controller, sistem udara manajer atau sistem pengendali terdistribusi lain melalui protokol Modbus.

CMC Mikrokontroller memiliki dua mode kontrol kinerja atau metode operasi. Mode ini adalah modulasi dan autodual untuk kompresor udara yang beroperasi di aplikasi tekanan konstan.

Kontrol tekanan konstan adalah metode kerja yang sering diperlukan untuk kompresor udara sentrifugal dan centac. Jika tekanan tidak terkendali, tekanan discharge kompresor akan naik dan turun sepanjang kurva kinerja karena permintaan sistem berubah. Modulasi adalah syarat untuk memenuhi kontrol tekanan konstan. Modulasi mempertahankan tekanan sistem pembuangan pada tekanan sistem set point yang masuk ke dalam cmc oleh pengguna. Setelah dimuat, kompresor akan beroperasi sepanjang garis tekanan konstan sampai pengguna beralih untuk menghentikan atau menekan tombol stop. Pengendalian dilakukan dengan memodulasi katup inlet

dalam jangkauan katup penutup kompresor.

1. Modulasi

2. Autodual (Saving Energy)

Autodual energi otomatis kompresor terjadi ketika beban tekanan angin terlalu tinggi dan menghentikan kompresor saat tekanan terlalu rendah. Ketika kompresor mengendalikan tekanan setpoint dan permintaan ke dalam katup terbuka sangat tinggi, CMC akan menggunakan cara yang sama seperti memodulasi untuk mendapatkan tekanan konstan. Ketika kompresor mengendalikan ke setpoint tekanan dan permintaan sistem rendah, kompresor dioperasikan untuk menutup katup penutup. Autodual otomatis menghentikan kompresor ketika menutup katup yang terbuka buka di luar titik untuk jangka waktu yang diprogram dengan tujuan untuk menghemat konsumsi daya dari kompresor.

Proses Diagram Alir Angin Kompresor

TABEL HASIL DATA KOMPRESOR SENTRIFUGAL TURBO AIR 3000 PMB

PT.INDAH KIAT PULP & PAPER (NOVEMBER 2014)

Tanggal Pressure System

Setpoint

System Pressure

Suhu Masuk (OC)

Suhu Keluar (OC)

10 6.90 Bar 6.23 Bar 31 3611 6.90 Bar 6.19 Bar 32 3712 6.90 Bar 6.22 Bar 33 3713 6.90 Bar 6.22 Bar 32 3714 6.90 Bar 6.21 Bar 32 3615 6.90 Bar 6.20 Bar 31 3716 6.90 Bar 6.19 Bar 30 3617 6.90 Bar 6.28 Bar 32 3818 6.90 Bar 6.24 Bar 33 4019 6.90 Bar 6.23 Bar 33 3820 6.90 Bar 6.21 Bar 32 3721 6.90 Bar 6.22 Bar 31 3622 6.90 Bar 6.24 Bar 32 3723 6.90 Bar 6.23 Bar 32 3824 6.90 Bar 6.22 Bar 33 3725 6.90 Bar 6.22 Bar 31 3926 6.90 Bar 6.24 Bar 31 3827 6.90 Bar 6.23 Bar 30 3728 6.90 Bar 6.23 Bar 32 37

Dari data dapat di lihat bahwa Setpoint kompresor yang di gunakan sebesar 6,90 bar, hal ini di karenakan tekanan ideal dari sebuah kompresor adalah 6-9 bar. Namun tekanan yang di hasilkan oleh kompresor rata-rata hanya 6,24 bar tidak pernah mencapai 6,90 bar. Hal ini di karenakan parameter – parameter yang mempengaruhi kerja kompresor tidak berjalan dengan baik. Kemudian suhu output kompresor lebih tinggi di bandingkan dengan suhu input.

Dari data yang di dapat, maka bisa di hitung eror dari proses kendali kompresor dengan menggunakan persamaan :

Error = Set point – variabel prosesError = 6.90 – 6.24 = 0.66 Maka Error =

GRAFIK PERBANDINGAN TEKANAN DAN TEGANGAN

GRAFIK PERBANDINGAN TEKANAN DAN ARUS MOTOR

GRAFIK PERBANDINGAN TEKANAN DAN SUHU

6.23 Bar

6.19 Bar

6.22 Bar

6.22 Bar

6.21 Bar

6.20 Bar

6.19 Bar

6.28 Bar

6.24 Bar

6.23 Bar

6.21 Bar

6.22 Bar

6.24 Bar

6.23 Bar

6.22 Bar

6.22 Bar

6.24 Bar

6.23 Bar

6.23 Bar

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Grafik Perbandingan Tekanan dan Suhu

Suhu Keluar Suhu Masuk

Tekanan (Bar)

Suhu (

dera

jat

Celc

ius)

PARAMETER YANG MEMPENGARUHI KINERJA KOMPRESOR

Unjuk kerja kompresor centrifugal dipengaruhi oleh beberapa parameter, antara lain sebagai berikut :

1. Pengaruh Suhu Gas Masuk.

2. Pengaruh Tekanan Gas Masuk.

3. Pengaruh Jenis Gas.

4. Pengaruh Perubahan Diameter Luar Impeler.

5. Pengaruh Laju Aliran Massa.

6. Piping System

7. Unit Control System

KESIMPULAN1. Kompresor sentrifugal turbo air 3000 PMB PT.Indah Kiat Pulp & Paper di kendalikan oleh sebuah modul

mikrokontroller yang di sebut dengan CMC Mikrokontroller. CMC Mikrokontroller mempunyai 2 mode kontrol. Yaitu Modulasi dan Autodual (Energy Saving Control ).

2. Tekanan angin yang di hasilkan kompresor sentrifugal turbo air 3000 PMB PT.Indah Kiat Pulp & Paper adalah rata-rata sebesar 6.24 bar, dengan set point sebesar 6.90 bar. Sehingga mendapatkan eror sebesar 9.56 %. Hal ini di karenakan kerja sistem yang tidak maksimal.

3. Kinerja kompresor sentrifugal yang tidak maksimal di pengaruhi oleh beberapa parameter, di anatara nya : a. Pengaruh dari kompresor4. Head5. Efisiensi6. Kapasitas7. Daya8. Piping System9. Unit Control System

b. Pengaruh dari Luar 10. Pengaruh suhu gas masuk11. Pengaruh tekanan gas masuk12. Pengaruh jenis gas13. Pengaruh perubahan diameter luar impeller14. Pengaruh laju aliran massa