PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
PEMBUATAN ALAT PENGAMAN SISTEM PENDINGIN OPERASIONAL FURNACE RUHSTRAT Triyono Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN, Babarsari Yogyakarta 55281 E-mail:
[email protected]
ABSTRAK PEMBUATAN ALAT PENGAMAN SISTEM PENDINGIN OPERASIONAL FURNACE RUHSTRAT. Telah dilakukan pembuatan alat pengaman sistem pendingin operasional furnace Ruhstrat. Alat pengaman sistem pendingin operasional furnace Ruhstrat terdiri dari : probe, rangkaian penguat, rangkaian swicthing dan rangkaian daya ke kontrol operasi furnace. Komponen utama meliputi: trafo 220 / 9-30 Volt, relay dc 30 Volt, saklar 220 Volt 10 Amper, hambatan (220 Ohm, 100 Ohm, 330 Ohm, 120 Ohm, 2,2 Kohm), diode 1N4007, diode 1N1418, diode zener 6-12 Volt, kapasitor (22 µF 50 Volt, 100 µF 50 Volt), LED, transistor C1815). Komponen tersebut dirakit ke printed circuit board dan diinstal ke dalam chasis berukuran panjang 40 cm lebar 30,5 cm dan tinggi 12 cm dilengkapi dengan relay ac bertegangan 220 Volt 12 Amper untuk menghidupkan dan mematikan operasi furnace. Untuk mengetahui unjuk kerja alat dilakukan uji fungsi tanpa beban dan dengan beban (terintegrasi terhadap kontrol operasi furnace). Hasil uji fungsi alat pengaman sistem pendingin operasional furnace Ruhstrat menunjukkan bahwa: alat dapat bekerja dengan baik pada level medium 1-5 cm dan level tertinggi 1-5 cm pada air. Uji fungsi dengan beban terintegrasi terhadap kontrol operasi furnace dapat bekerja secara baik pada debit rerata aliran pendingin utama 8,6 liter / menit. Kata kunci : Pengaman sistem pendingin furnace Ruhstrat
ABSTRACT FABRICATION OF SAFETY DEVICE OPERATION COOLING SYTEM FURNACE RUHSTRAT DTA. Safety device operation cooling system furnace ruhstrat has been fabricated. Safety device operation cooling system furnace ruhstrat consist of : probe, amplifier circuit, swithing circuit and switch to operation control furnace. Main components include : transformator 220 / 9-30 Volts, relay dc 30 Volts, power switch 220 Volts current 10 Amperes, resistor (220 Ohm, 100 Ohm, 330 Ohm, 120 Ohm dan 2,2 K Ohm), diode 1N4007, diode 1N1418, zener diode 6-12 Volts, capasitor (22 µF 50 Volts, 100 µF 50 Volts) LED, transistor C 1815. The components were assembled to printed circuit board and were instaled in the chasis which size 40 cm long 30,5 cm wide and 12 cm high that were completed with relay ac voltage 220 Volts current 12 Amperes for return on and return off operation furnace. To get device performance, it has been tested with and without loud (integrated to operation furnace control). Result of testing safety device operation cooling system furnace ruhstrat showed : the device coul operate well of medium level 1-5 cm and highest level 1-5 cm in water. The testing with integrated load to operation furnace control could operate well of overage main cooling flowrate liters / minute. Kata Kunci : Safety cooling system furnace Ruhstrat
Buku I hal 164
ISSN 1410 – 8178
Triyono
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
PENDAHULUAN
F
urnace Ruhstrat DTA berkapasitas 109 KVA dengan suhu 1500-3000 OC merupakan salah satu perangkat yang dapat digunakan untuk proses grafitisasi. Furnace terdiri dari beberapa bagian pokok meliputi: unit power supplay dengan tegangan primer 380 220 Volt 50 Hz dengan tegangan sekunder 20 Volt, temperature controller analoge 1500-3000 OC, control variac 220 Volt, furnace dan sistem pendingin. Furnace DTA merupakan generasi furnace lama dengan ukuran fisik yang besar, tetapi ruang pemanas relatif sempit. Untuk memperoleh suhu pemanasan dapat dilakukan dengan mengatur tegangan pada variac 0-220 Volt melalui kontrol operasi more less. Pada prinsipnya kontrol bekerja atas dasar kerja dua magnetik kontaktor secara bergantian untuk menghubungkan tegangan dan perubahan polaritas motor driver 24 Volt dc kearah putaran kanan atau kekiri yang dapat menggeser sikat pada variac keatas (more) atau kebawah (less). Gerakan motor driver dihubungkan ke redukser roda gigi untuk dihubungkan ke tuas berulir yang terpasang pada sikat pemindah tegangan listrik. Kecepatan putaran motor driver dapat diatur melalui pengaturan tegangan input transformator regulator 0-100 Volt. Furnace Ruhstrat DTA 109 KVA telah terinstal dan digunakan untuk proses pemanasan grafit dengan waktu cukup lama tetapi belum dilengkapi alat pengaman air pendingin, sehingga dapat mengakibatkan kerusakan pada ruang furnace, karena bekerja tanpa pendinginan, seperti kerusakan yang terjadi pada ruang pemanas akibat kelalaian menghidupkan air pendingin (1) .
Untuk mengamankan sistem pendingin pada furnace dibuat sistem pengaman secara elektronik yang digunakan untuk memberikan masukan ke sistem operasi furrnace. Alat pengaman air poendingin pada furnace Ruhstrat pada dasarnya merupakan level kontrol air yang bekerja melalui probe diteruskan ke rangkaian penguat dan switching dengan keluaran relay onoff yang dihubungkan ke kontrol operasi furnace. Apabila batang probe yang terdiri level dasar, level menengah dan level tertinggi terkena air akan memberikan masukan ke rangkaian switching dan mengaktipkan relai dc secara on-off yang digunakan sebagai masukan ke kontrol operasi. Keluaran dapat juga dihubungkan ke selenoid valve untuk mengalirkan tandon air sebagai pendinginan darurat, sehingga terhindar dari kerusakan pada furnace (2). Apabila air pendingin tidak mengalir, maka sistem elektronik pada kondisi off dan kontrol operasi start tidak dapat diaktipkan. Kondisi mati akan berubah menjadi kondisi hidup apabila air pendingin yang mengalir ke furnace dengan debit yang cukup (8,6 liter / menit), maka kontrol on pada furnace telah aktip (2) . Dengan dibuatnya alat pengaman sistem pendingin furnace, maka kerja sistem operasi menjadi rangkaian tertutup (clouse loop system). Sebagai peraba terpasang probe yang dicelupkan ke salah satu outlet air pendingin furnace. Keluaran alat pengaman elektronik berupa kondisi on-off yang dihubungkan ke kontrol operasi dan solenoid valve tandon air pendingin, sehingga pendinginan saat operasi furnace tidak terputus (3) .
1
D1
+ 9 Volt dc C1
D4 D5
D2
9V
4
5
6
7
8
E2
R2
Tr
3
NC
D6 R1
D3
30 V
2
NO Relay 24 Vdc
R3
E3 Coil
Probe
Ground D5
Ground R6
TR2
TR1
C2
R4
LED2
R7
C3
DZ
R5
LED1
+ 30 Volt dc
Gambar 1. Rangkaian elektronik alat pengaman sistem pendingin furnace dengan peraba probe. Triyono
ISSN 1410 – 8178
Buku I hal 165
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
Keterangan Gambar 1. D1-D4 = Diode penyearah 1N4007 D5-D6= Diode penyearah 1N1418 DZ =Diode zener 6-12 Volt LED1= Merah LED 2 = Hijau R1= 220 Ohm R2=100 Ohm R3= 330 Ohm R4= 120 Ohm R5 = 220 Ohm R6 = 220 Ohm R7 = 2200 Ohm E1= Probe level atas E2= Probe level tengah E3= Probe level bawah Relay = 24 Volt dc TR1-TR2= C1815 Trafo = 220 Volt / 9-30 Volt SP = Saklar power
B. Bahan yang dibutuhkan: Printed circuit board (PCB) 10x15 cm, chasis 40x30,5x12 cm, solid state relay (SSR) 24 Volt dc 25 Amper, relay ac SN-20, pelarut PCB, stop kontak 220 Volt 16 Amper, terminal kabel 220 Volt 16 Amper, kabel serabut 2x1,5 mm, penyearah 24 Volt dc, kipas kecil 220 Volt, lampu indikator 220 Volt, saklar on-off-on 220 Volt 16 Amper, mur baut, penyangga PCB, kabel serabut 2,5 mm, pilok warna perak, probe, steker 220 Volt 16 Amper, hambatan (220 Ohm, 100 Ohm, 330 Ohm, 120 Ohm, 2200 Ohm), diode 1N4007, diode 1N1418, diode zener 6-12 Volt, kondensator (22 µF 50 Volt, 100 µF 50 Volt, relay dc 24 Volt, LED, transistor C1815.
Posisi on = Kontak 8 dan 5, posisi off = Kontak 8 dan 6 Terminal 5, 6 dan 8= Output relay ke kontrol operasi furnace Ruhstrat. Pada Gambar 1 keluaran berupa kontak relay dan masukan berupa probe, level terbawah terhubung ke terminal 1, level tengah terhubung ke terminal 4 dan level tertinggi terhubung ke terminal 3. Alat pengaman sistem pendingin telah terinstal pada furnace dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 3. Pemasangan probe pada salah satu outlet pendingin furnace.
Gambar 4. Kontrol operasi pada furnace Ruhstrat DTA. Gambar 2. Alat pengaman sistem pendingin telah terinstal pada furnace TATA KERJA A. Peralatan yang dibutuhkan: Automatic peeling plier boss tools, automatic wire tripper & cutter JRF-WS-102, digital multimeter Sanwa CD 800 a, tang ampermeter kew snap 2055 / AC / DC Clampmeter, peralatan mekanik, hand crimping tools, toolsets dan boor listrik.
Buku I hal 166
C. Metodologi. Langkah-langkah yang dilakukan dalam melaksanakan kegiatan pembuatan alat pengaman sistem pendingin operasional furnace Ruhstrat yaitu: 1. Dipelajari rangkaian elektronik level kontrol air menggunakan probe (tiga batang kawat tembaga) yang mampu mendeteksi aliran air pendingin furnace secara responsip. 2. Diinventarisasi komponen yang diperlukan baik komponen utama maupun komponen pendukungnya.
ISSN 1410 – 8178
Triyono
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
3. 4.
5. 6.
7.
Dibuat PCB sesuai rangkaian elektronik dengan ukuran 10x15 cm. Dilakukan perakitan komponen utama yang telah dirakit dalam PCB dan komponen pendukungnya ke dalam chasis secara benar dan rapi. Dibuat chasis berukuran 40 x 30,5 x 12 cm untuk menempatkan hasil rakitan. Dilakukan perakitan komponen utama yang telah dirakit dalam PCB dan komponen pendukungnya ke dalam chasis secara benar dan rapi. Dilakukan pengecekan ulang hasil rakitan untuk menyakinkan bahwa hasil rakitan telah benar dan aman.
8.
Dilakukan uji fungsi tanpa beban maupun berbeban untuk memperoleh unjuk kerja alat yang diharapkan mampu mengamankan sistem pendingin operasional furnace Ruhstrat.
HASIL DAN PEMBAHASAN Telah dibuat alat pengaman sistem pendingin operasional pada furnace Ruhstrat DTA untuk proses pengolahan grafit. Dengan dibuatnya alat pengaman sistem pendingin akan mangamankan operasional furnace bila sewaktuwaktu terjadi gangguan air pendingin. Hasil uji fungsi alat pengaman sistem pendingin tanpa beban dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil uji fungsi alat pengaman sistem pendingin tanpa beban. No
Jarak probe, cm Level terendah
Level
Keterangan Level tertinggi
menengah 1
0
1
1
Respon keluarannya baik dan relay bekerja
2
0
2
2
Respon keluarannya baik dan relay bekerja
3
0
3
3
Respon keluarannya baik dan relay bekerja
4
0
4
4
Respon keluarannya bai dan relay bekerja
5
0
5
5
Respon keluarannya baik dan relay bekerja
Dari hasil uji fungsi alat pengaman sistem pendingin tanpa beban yang ditunjukkan pada Tabel 1 menghasilkan respon cukup baik dan cepat. Dalam uji fungsi tanpa beban level terendah dibuat tetap atau 0 cm, sedangkan level terendah dan level tertinggi dibuat variasi jarak antara 1-5 cm dengan hasil respon cukup baik. Probe yang digunakan dalam uji fungsi berupa batang tembaga diameter 2 mm panjang 60 cm dicelupkan kedalam gelas ukur 1 liter. Uji fungsi alat pengaman sistem pendingin operasional furnace dapat dilihat pada Tabel 2. Dari hasil uji fungsi alat sistem pengaman pendingin furnace yang ditunjukkan pada Tabel 2 merupakan uji fungsi berbeban dengan berbagai kondisi air pendingin. Pada kondisi satu merupakan kondisi awal dimana dua sumber air pendingin dalam keadaan tak mengalir, maka hasil pengamanannya terhadap
Triyono
kontrol operasi furnace adalah off. Pada kondisi uji fungsi ke dua dimana air pendingin utama telah dialirkan dan air pendingin cadangan tidak dialirkan, maka hasil keluaran alat pengaman on dan mengaktipkan kontrol operasi furnace (start, stop, more dan less) Kondisi ke dua ini disebut sebagai kondisi normal dalam pengoperasian furnace. Pada kondisi uji fungsi ke tiga dimana air pendingin utama tidak dialirkan dan air pendingin cadangan dialirkan secara grafitasi, maka sistem pengaman on dan mengaktipkan kontrol operasi furnace (start, stop, more dan less). Kondisi ketiga ini merupakan kondisi darurat. Pada kondisi uji fungsi ke empat dimana air pendingin utama mengalir dan air pendingin cadangan dialirkan, kontrol operasi furnace dapat bekerja on. Pada kondisi ke empat ini merupakan kondisi operasi furnace sangat darurat, karena menggunakan dua sumber air pendingin.
ISSN 1410 – 8178
Buku I hal 167
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
Tabel 2. Uji fungsi alat pengaman sistem pendingin operasional furnace. Kondisi uji fungsi: 1. Debit aliran air pendingin rerata= 8,6 liter / menit 2. Suhu furnace =30-400 OC 3. Tegangan furnace= 0,5 Volt 4. Waktu= 120 menit No 1
Kondisi uji fungsi Kondisi I Kondisi II Air pendingin utama Air pendingin belum mengalir cadangan belum mengalir.
Kondisi kontrol operasi furnace Kontrol operasi belum dapat bekerja.
2
Air pendingin utama dialirkan dengan debit 8,6 liter / menit.
Air pendingin cadangan belum mengalir.
Kontrol operasi furnace dapat bekerja (start, stop, more,less).
3
Air pendingin utama tidak mengalir.
Air pendingin cadangan mengalir secara grafitasi.
Kontrol operasi furnace dapat bekerja (start, stop, more, less).
4
Air pendingin utama mengalir
Air pendingin cadangan mengalir secara grafitasi.
Kontrol operasi furnace dapat bekerja (start, stop, more, less).
KESIMPULAN
Kondisi alat pengaman elektronik Alat pengaman pada kondisi off , sehingga belum berfungsi terhadap kontrol operasi furnace. Alat pengaman pada kondisi on, sehingga telah berfungsi terhadap sistem kontrol operasi furnace . Alat pengaman pada kondisi on, sehingga telah berfungsi terhadap sistem kontrol operasi furnace (hanya dilakukan dalam keadaan darurat). Alat pengaman pada kondisi on, sehingga telah berfungsi terhadap sistem kontrol operasi furnace (hanya dilakukan dalam keadaan sangat darurat).
DAFTAR PUSTAKA
Dari hasil pembuatan alat pengaman sistem pendingin operasional furnace dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Telah dibuat alat pengaman sistem pendingin untuk operasional furnace yang dapat memberikan keluaran on-off ke kontrol operasi furnace, sehingga furnace terhindar dari operasi tanpa pendinginan yang dapat menyebabkan kelelehan atau kerusakan 2. Untuk menjaga respon probe baik ke alat pengaman sistem pendingin, ujung probe harus selalu bersih dari korosi. 3. Untuk aliran air pendingin utama 8,6 liter / menit sudah cukup bagus terespon oleh probe ke alat pengaman sistem pendingin furnace.
1. NONAME, Manual High Temperature Furnace Unit Up to 3000 OC Ruhstrat West Germany. 2. NONAME, Electron, No. 24 Th 1983 ISSN 0216-7352. 3. EDI LEKSONO IR, KATSHUHITO OGATA, Teknik Kontrol Automatik, Jilid I, Institut Teknologi Bandung, Penerbit Erlangga, Jl, Kramat IV No 11 Jakarta 10420 Th 1985.
TANYA JAWAB UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Parimun dan Bapak Dedy HR yang telah membantu pelaksanaan kegiatan pembuatan dan uji fungsi alat pengaman sistem pendingin operasional furnace Ruhstrat.
Buku I hal 168
Saminto Cara kerja singkat rangkaian pengaman sistem pendingin? Triyono Apabila probe E1, E2, E3 terkena air pendingin yang mengalir pada furnace akan memicu transistor T1 C1815 untuk mentriger transistor T2 menggerakkan relay RL 24 volt
ISSN 1410 – 8178
Triyono
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
dc dan keluaran relay dihubungkan ke control operasi (control start dan stop). Bila air pendingin mengalir di bawah 8 liter/menit, rangkaian off.Tidak drop dan cukup stabil Sudarydi Mohon jelaskan cara kerja sistem pendingin ini! Apa pengaruhnya suhu operasi dengan fungsi pengaman ini? Triyono Apabila probe E1, E2, E3 terkena air pendingin yang mengalir pada furnace akan memicu transistor T1 C1815 untuk mentriger transistor T2 menggerakkan relay RL 24 volt dc dan keluaran relay dihubungkan ke control operasi (control start dan stop). Bila air pendingin mengalir di bawah 8 liter/menit, rangkaian off. Sistem operasi akan dipengaruhi oleh fungsi sistem pendingin, karena hubungan ke control start dan stop tersambung seri sehingga kalau sistem pengaman tidak aktif (tidak ada air) keluaran akan membuka dan control operasi off.
Triyono
ISSN 1410 – 8178
Buku I hal 169
