i

TUGAS AKHIR

Perancangan Modifikasi Sistem Kontrol Panel Mesin Boiler Satu Burner

dengan Bahan Bakar Natural Gas dan Solar Berkapasitas 10 Ton/jam Pada

PT. Gajah Tunggal Tbk

Diajukan guna melengkapi sebagian syarat

dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)

Disusun Oleh :

Nama : Taufik Ridwan

NIM : 41410120037

Program Studi : Teknik Elektro

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MERCUBUANA

JAKARTA

2013

ii

LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini,

Nama : Taufik Ridwan

N.I.M : 41410120037

Jurusan : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik Industri

Judul Skripsi : Perancangan Modifikasi Sistem Kontrol Panel

Mesin Boiler Satu Burner dengan Bahan Bakar

Natural Gas dan Solar Berkapasitas 10 Ton/jam

Pada PT. Gajah Tunggal Tbk.

Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat

ini merupakan karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata dikemudian

hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya

orang lain, maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sekaligus bersedia

menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana.

Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak

dipaksakan.

Penulis,

[ Taufik Ridwan ]

iv

ABSTRAK

Perancangan Modifikasi Sistem Kontrol Panel Mesin Boiler Satu Burner

dengan Bahan Bakar Natural Gas dan Solar Berkapasitas 10 Ton/jam Pada

PT. Gajah Tunggal Tbk

Perkembangan teknologi yang memicu lahirnya revolusi industri salah satunya

adalah ditemukannya mesin uap atau boiler sebagai mesin penghasil uap yang

akan digunakan sebagai tenaga penggerak atau pemanas yang keberadaannya

hampir selalu dibutuhkan di setiap industri, baik pembangkit tenaga listrik atau

industri manufaktur. Jenis boiler yang digunakan PT. Gajah Tunggal Tbk sebagai

salah satu produsen ban terkemuka adalah jenis pipa api dengan kapasitas

beragam diaplikasikan sebagai pemanas pada mesin produksi pemasak ban dan

pemanas pada oli campuran bahan baku dengan bahan bakar burnernya gas alam

atau solar. Salah satu alasan ketertarikan penulis memilih judul tugas akhir dengan

objek boiler satu burner buatan jerman berkapasitas 10 Ton/jam dikarenakan

boiler tersebut adalah salah satu aset dari 28 mesin boiler yang dimiliki

perusahaan sejak tahun 1992 sampai dengan saat ini dan merupakan jenis

terbanyak. Tujuan utama modifikasi diutamakan pada tingkat keselamatan

manusia dan lingkungan sehingga diharapkan kejadian yang mengakibatkan

kerusakan pada tabung boiler karena over heat tidak terjadi dan bisa lebih

mempermudah operator secara pengoperasian, pihak maintenance engineering

dalam perawatan dan analisa perbaikannya jika terjadi kerusakan, sehingga

diharapkan penambahan atau pemasangan alat kontrol dan pendukung modifikasi

menjadikan sistem lebih handal yang dapat mengurangi biaya operasionalnya.

Perancangan modifikasi panel tidak hanya terbatas pada tingkat analisa, tetapi

direalisasikan dengan pembuatan panel kontrolnya, perancangan tidak membahas

proses pemipaan atau yang berhubungan dengan sistem mekanis, cara perawatan,

pengunaan perpaduan antara air dan bahan bakar, dan cara setting setiap

parameter komponen utama dan pendukung, ruang lingkup studi kasusnya hanya

membahas sistem kendali mesin boiler dengan jenis burner RGL 70/2-A. Dengan

menggunakan keamanan bertingkat pada sistem kendali water level control dan

spare part pengganti yang umum digunakan menjadikan mesin boiler ini handal

secara perawatan dan tingkat keamanannya. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa

modifikasi panel kontrol mesin boiler ini lebih memudahkan operator lapangan

baik dari operasionalnya maupun analisa jika terjadi gangguan yang disebabkan

burner boiler maupun tabungnya sendiri, sehingga menjadi lebih efektif dan dapat

dijadikan contoh bagi panel kontrol mesin boiler yang lainnya.

Kata kunci : Boiler Satu Burner, RGL 70/2-A, 10 Ton/jam

v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan limpahan rahmat-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.

Tugas Akhir ini penulis beri judul “Perancangan Modifikasi Sistem

Kontrol Panel Mesin Boiler Satu Burner dengan Bahan Bakar Natural Gas

dan Solar Berkapasitas 10 Ton/jam Pada PT. Gajah Tunggal Tbk”. Disusun

sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana strata satu di Universitas Mercu

Buana Jakarta.

Segenap kemampuan penulis kerahkan demi terwujudnya Tugas Akhir ini,

penulis sadar bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak maka Tugas Akhir ini

tidak akan selesai. Oleh karena itu dengan segala hormat dan kerendahan hati

penulis haturkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua, istri tercinta dan anak – anak yang senantiasa

menemani setiap saat dalam penyusunan penulisannya.

2. Rekan kerja terutama bagian Department Engineering Utility PT.Gajah

Tunggal Tbk. atas kerjasamanya selama ini.

3. Bapak Yudhi Gunardi, ST, MT selaku Ketua Program Studi dan

Koordinator Tugas Akhir Teknik Elektro Universitas Mercu Buana

Jakarta.

4. Bapak Ir.Eko Ihsanto M.Eng selaku Dosen Pembimbing atas saran –

saran dan nasihatnya.

5. Kepada semua pihak yang tidak mungkin penulis disebutkan disini

satu persatu.

vi

Penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna oleh

karena itu kritik dan saran sangat penulis harapkan demi perbaikan dimasa

mendatang. Akhirnya penulis berharap semoga Tugas Akhir ini bermanfaat

khususnya bagi penulis sendiri dan umumnya bagi pembaca yang budiman untuk

menambah wawasan dalam ilmu kelistrikan terutama yang berhubungan dengan

mesin boiler.

Jakarta, 17 Februari 2013

Penulis

vii

DAFTAR ISI

Halaman Judul…………………………………………………………...................i

Halaman Pernyataan………………………………………………………….…...ii

Halaman Pengesahan……………………………………………………..............iii

Abstrak…………………………………………………………………...……….iv

Kata Pengantar…………………………………………………………………….v

Daftar Isi…………………………………………………………………………vii

Daftar Tabel……………........................................................................................xi

Daftar Gambar…………………………………………………………………...xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah………………………………………1

1.2 Rumusan Masalah……………………………………………..2

1.3 Batasan Masalah………………………………………………5

1.4 Tujuan Penelitian……………………………………………...6

1.5 Metodologi peneliian…………………………………….........7

1.6 Sistematika Penulisan…………………………………………7

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Boiler……………………………………………………….....9

2.1.1 Klasifikasi Boiler…………………………………........10

2.2 Burner Boiler……………………………………………........12

2.3 Burner Control Unit………………………………………….13

2.4 Flame Sensor……………………………………………........14

2.5 Servo Motor………………………………………………….16

2.6 Smart Relay……………………………………………..........17

2.6.1 Block Diagram Smart Relay…………………………...19

2.7 Solenoid Valve……………………………………………….22

2.7.1 Gas Solenoid Valve…………………………………….23

2.7.1.1 Ignition Gas Solenoid Valve…………………...24

2.7.1.2 Main Gas and Gas Operation Solenoid Valve…24

2.7.1.3 Blow Off Gas Solenoid Valve……………….....26

viii

2.7.2 Oil Solenoid Valve……………………………………..26

2.7.2.1 Oil Nozle Head Solenoid Valve………………..27

2.7.2.2 Oil Supply and Return Solenoid Valve……..….28

2.8 Oil Feul Pump Magnetic Coil Coupling……………………..28

2.8.1 Power Supply Oil Feul Pump Magnetic Coil………….29

2.9 Pressure Switch………………………………………………30

2.9.1 Gas Pressure Switch………………………...………….30

2.9.2 Air Pressure Switch…………………………….………31

2.9.3 Oil Return Piping Pressure Switch………..……………32

2.9.4 Final and Over Pressure Switch…………………..……33

2.10 Capacity Regulator Burner………………………………….34

2.11 Pressure Tranducer…………………………………...……..35

2.12 Ignition Transformer……………………………………..…37

2.13 Ignition Electrode…………………………………….……..38

2.14 Water Level Controller and Limiter……………...…………38

2.14.1 Water Level Electrode…………………………...…..39

2.14.2 Floatless Water Level Control…………………...…..40

2.14.3 Adjustable Float Magnetic Level Switch……...…….40

2.15 Electro Motor……………………………………….………41

2.15.1 Electro Motor Burner Blower………………….…….42

2.15.2 Electro Motor Water Feed Pump………………...…..43

2.16 Spare Part Pendukung Panel……………………………..…44

2.16.1 Pemutus……………………………………...………44

2.16.2 Magnetic Contactor……………………….…………46

2.16.3 Relay………………………………………..………..47

2.16.4 Thermal Overload Relay…………………………….47

2.16.5 Time Delay Relay……………………………………48

2.16.6 Power Supply…………………………………..…….49

2.16.7 Engine Hours……………………………...…………50

2.16.8 Pilot Lamp and Illuminate Push Button….………….51

2.16.9 Selector Switch…………………………………..…..52

2.16.10 Amper Meter Digital……………………………….52

ix

2.16.11 Baby Siren………………………………………….53

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Deskripsi Kerja………………………………………...……..55

3.1.1 Keadaan Normal………………………………..………56

3.1.2 Keadaan Gangguan…………………………………….59

3.2 Perancangan Sistem Kontrol…………………………………72

3.2.1 Perancangan Sistem Kontrol Konvensional……..……..73

3.2.1.1 Sistem Operasional Feeding Pump………….…73

3.2.1.2 Sistem Operasional Blower Burner………….…74

3.2.2 Perancangan Sistem Kontrol Smart Relay……………..74

3.2.3 Rangkaian Sistem Kontrol Keseluruhan………….……74

BAB IV BAGIAN PENTING MODIFIKASI

4.1 Penggantian Spare Part……………………………………....75

4.2 Cara Kerja Mesin Boiler……………………………………..78

4.2.1 Cara Kerja Sebelum dan Sesudah Modifikasi………….79

BAB V ANALISA KERJA RANGKAIAN KONTROL

5.1 Analisa Kerja Keadaan Normal……………………………...82

5.1.1 Power Standby Rangkaian Kontrol…………………….82

5.1.2 Analisa Kerja Tahapan Operational Feed Pump…….....84

5.1.2.1 Tahapan Operasional Feed Pump Manual……..85

5.1.2.2 Tahapan Operasional Feed Pump Otomatis……87

5.1.3 Analisa Kerja Operasional Electro Motor Burner……...88

5.1.4 Analisa Kerja Operasional Burner Bahan Bakar Gas….90

5.1.5 Analisa Kerja Operasional Burner Bahan Bakar Solar...92

5.1.6 Analisa Kerja Operasioanl Burner Output Control….....94

5.1.6.1 Burner Output Control Auto…………………...95

5.1.6.2 Burner Output Control Partial…………...……..97

5.1.6.3 Burner Output Control Stop……………………97

5.1.6.4 Burner Output Control Full Load…………..…..98

5.2 Analisa Kerja Keadaan Gangguan……………………...……98

x

5.2.1 Analisa Kerja Burner Trouble…………………..100

5.2.2 Analisa Kerja Prewarning……………...……….102

5.2.3 Analisa Kerja Control Phase Loss Trip……..…..104

5.2.4 Analisa Kerja High Water………………………105

5.2.5 Analisa Kerja Low Water……………………….106

5.2.6 Analisa Kerja Over Pressure……………………107

5.2.7 Analisa Kerja Final Pressure……………………108

5.2.8 Analisa Kerja Oil Pressure Return Piping………110

5.2.9 Analisa Kerja Low Gas Pressure………………..111

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan…………………………………………………116

6.2 Saran……………………………………………………...…117

Daftar Pustaka…………………………………………………………………..118

Lampiran

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Instruksi Dasar Smart Relay 20

Tabel 3.1 Keadaan Gangguan Mesin Boiler Shut Down 71

Tabel 3.2 Keadaan Gangguan Mesin Boiler Tidak Shut Down 72

Tabel 4.1 Spare Part Modifikasi Panel Kontrol 76

Tabel 5.1 Input dan Output Smart Relay 113

Tabel 5.2 Penomoran Kabel dan Terminal Rangkaian Kontrol 114

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Boiler Plant System Energy Flow Diagram 2

Gambar 1.2 Boiler Control Block Diagram 4

Gambar 2.1 Mesin Boiler 10

Gambar 2.2 Skema Boiler Pipa Api 11

Gambar 2.3 Skema Boiler Pipa Air 11

Gambar 2.4 Burner Boiler Merk Weishaupt 12

Gambar 2.5 Basic Wiring Diagram Burner Control Unit LGK.322.A27 13

Gambar 2.6 Burner Control Unit Jenis LGK.322.A27 14

Gambar 2.7 Flame Sensor Jenis QRA55.C27 15

Gambar 2.8 Wiring Diagram Flame Sensor Jenis QRA55.C27 15

Gambar 2.9 Motor Servo Jenis SQM10.16562 16

Gambar 2.10 Smart Relay Schneider Type Zelio Logic SR2A201FU 18

Gambar 2.11 Block Diagram Smart Relay 19

Gambar 2.12 Instruksi Dasar Smart Relay 19

Gambar 2.14 Struktur Fungsi Solenoid Valve 23

Gambar 2.15 Skema Sistem Burner Bahan Bakar Gas 23

Gambar 2.16 Ignition Gas Solenoid Valve 24

Gambar 2.17 Main Gas and Gas Operation Solenoid Valve 25

Gambar 2.18 Blow Off Gas Solenoid Valve 26

Gambar 2.19 Skema Sistem Burner Bahan Bakar Solar 27

Gambar 2.20 Oil Nozle Head Solenoid Valve 27

Gambar 2.21 Oil Supply and Return Solenoid Valve 28

Gambar 2.22 Oil Feul Pump Magnetic Coil Coupling 29

Gambar 2.23 Power Supply Oil Feul Pump Magnetic Coil Coupling 30

Gambar 2.24 Gas Pressure Switch Type GW50A2 31

Gambar 2.25 Air Pressure Switch Type LGW50A2 32

Gambar 2.26 Digital Pressure Switch Merk IFM Type PN 7004 33

Gambar 2.27 Pressure Switch Merk Honeywell 34

Gambar 2.28 Capacity Regulator Burner Controller Merk Weishaupt 35

Gambar 2.29 Pressure Tranducer Merk Jumo 36

xiii

Gambar 2.30 Ignition Transformer Merk Weishaupt 37

Gambar 2.31 Ignition Electrode Merk Weishaupt 38

Gambar 2.32 Water Level Electrode Merk Gestra Tyoe ER 56-1 39

Gambar 2.33 Floatless Water Level Control Merk Omron 40

Gambar 2.34 Magnetic Switch Merk Igema 41

Gambar 2.35 Adjustable Magnetic Level Switch 41

Gambar 2.36 Potongan Bagian – Bagian Induction Electro Motor 42

Gambar 2.37 Electro Motor Burner Boiler 43

Gambar 2.38 Electro Motor Berikut Pompa Pengisian Air Boiler 43

Gambar 2.39 Pemutus 45

Gambar 2.40 Magnetic Contactor Merk Telemecanique 46

Gambar 2.41 Relay dan Kontaktor Relay 47

Gambar 2.42 Thermal Overload Relay 48

Gambar 2.43 Time Delay Relay Merk Omron Type H3CR 49

Gambar 2.44 Power Supply Merk Idec 50

Gambar 2.45 Engine Hours Merk Grasslin 50

Gambar 2.46 Pilot Lamp and Illuminate Push Button 51

Gambar 2.47 Selector Switch Merk Kraus & Naimer 52

Gambar 2.48 Amper Meter Digital dan Trafo Arus 53

Gamabr 2.49 Baby Siren 54

Gambar 3.1 Flow Chart Deskripsi Kerja Keadaan Normal 56

Gambar 3.2 Flow Chart Deskripsi Kerja Air Pressure 60

Gambar 3.3 Flow Chart Deskripsi Kerja No Flame at 1st Safety Time 61

Gambar 3.4 Flow Chart Deskripsi Kerja No Flame at 2nd

Safety Time 62

Gambar 3.5 Flow Chart Deskripsi Kerja Prewarning 63

Gambar 3.6 Flow Chart Deskripsi Kerja Control Phase Loss Trip 64

Gambar 3.7 Flow Chart Deskripsi Kerja High Water 65

Gambar 3.8 Flow Chart Deskripsi Kerja Low Water 66

Gambar 3.9 Flow Chart Deskripsi Kerja Over Pressure 67

Gambar 3.10 Flow Chart Deskripsi Kerja Final Pressure 68

Gambar 3.11 Flow Chart Deskripsi Kerja Oil Pressure Reurn Piping 69

Gambar 3.12 Flow Chart Deskripsi Kerja Low Gas Pressure 70

xiv

Gambar 4.1 Flow Chart Cara Kerja Sebelum Modifikasi 80

Gambar 4.2 Flow Chart Cara Kerja Sesudah Modifikasi 80

Gambar 5.1 Time Squence Diagram for Power Standby 83

Gambar 5.2 Wiring Control Power Standby 84

Gambar 5.3 Time Squence Diagram for Hand Operation Feed Pump 85

Gambar 5.4 Wiring Control for Hand and Auto Operation Feed Pump 86

Gambar 5.5 Time Squence Diagram for Auto Operation Feed Pump 87

Gambar 5.6 Program Smart Relay Operational Feed Peed Pump Auto 87

Gambar 5.7 Time Squence Diagram Burner Control Unit 88

Gambar 5.8 Time Squence Diagram Wye – Delta Burner 89

Gambar 5.9 Power Line Diagram EM Burner Y/∆ Connection 89

Gamabr 5.10 Wiring Power and Control EM Burner 90

Gambar 5.11 Time Squence Diagram Natural Gas Burner Operation 91

Gambar 5.12 Time Squence Diagram Oil Burner Operation 93

Gambar 5.13 Wiring Control Capacity Regulator Burner 94

Gambar 5.14 Wiring Control Servo Motor Modulating Burner Output 95

Gamabr 5.15 Time Squence Diagram Auto Burner Output Control 94

Gambar 5.16 Blok Diagram Regulator Burner dan Motor Servo 96

Gambar 5.17 Time Squence Diagram Partial and Full Load 97

Gambar 5.18 Wiring Control I/O Smart Relay and Program 100

Gambar 5.19 Wiring Control Input Burner Trouble, Over Pressure,

Gas and Oil Operation 101

Gambar 5.20 Time Squence Diagram Burner Trouble 102

Gambar 5.21 Rangkaian Program Smart Relay Burner Trouble 102

Gambar 5.22 Time Squence Diagram Prewarning 103

Gambar 5.23 Rangkaian Program Smart Relay Prewarning 103

Gambar 5.24 Time Squence Diagram Phase Loss Trip 104

Gambar 5.25 Time Squence Diagram High Water 105

Gambar 5.26 Time Squence Diagram Low Water 106

Gambar 5.27 Rangkaian Program Smart Relay Low Water 107

Gambar 5.28 Time Squence Diagram Over Pressure 108

xv

Gambar 5.29 Wiring Control Input Final Pressure, Over Pressure,

Oil Return Piping and Low Gas Pressure 109

Gambar 5.30 Time Squence Diagram Final Pressure 109

Gambar 5.31 Rangkaian Program Smart Relay Final Pressure 110

Gambar 5.32 Wiring Control Oil Pressure Return Piping 111

Gambar 5.33 Time Squence Diagram Oil Pressure Return Piping 111

Gambar 5.34 Time Squence Diagram Low Gas Pressure 112

Gambar 5.35 Rangkaian Program Smart Relay Low Gas Pressure 113