PENGEMBANGAN PERALATAN HIGH VOLTAGE CURRENT SOURCE TRANSMITTER UNTUK MONITORING PROSES DEWATERING PADA EKSPLOITASI COAL BED METHANE (CBM)

PKPP. 46

LAPORAN KEMAJUAN

PENGEMBANGAN PERALATAN HIGH VOLTAGE CURRENT SOURCE TRANSMITTER UNTUK MONITORING PROSES DEWATERING PADA EKSPLOITASI COAL BED METHANE (CBM)

PROGRAM INSENTIF PKPP TA 2012 INSENTIF PEMANFAATAN HASIL LITBANG PRODUK TARGET : PROTOTYPE

Perekayasa Utama Perekayasa anggota

: Syabarudin Zikri, Ir. : Teguh Prayogo, Ir. MSc. Wahyu Garinas, Ir. M. Taufiek, Dipl.Ing. MT. Noviarso Wicaksono, ST.

PUSAT TEKNOLOGI SUMBERDAYA MINERAL BADAN PENGKAJIAN DAN PENERAPAN TEKNOLOGI 2012

High Voltage Current Source Transmitter untuk monitoring eksploitasi CBM

BAB I. I. 1.

2012

PENDAHULUAN Latar Belakang

Produksi gas domestik diproyeksikan akan terjadi ‘kekurangan’ sebesar 3.8 BSCF mulai tahun 2012. Pemerintah, melalui BPMIGAS, telah menyusun program untuk pemenuhan kekurangan tersebut dengan mengembangkan cadangan potensi gas konvensional dan energi alternatif lainnya, termasuk diantaranya adalah potensi CBM. Dalam road map pengembangan CBM yang telah disusun pemerintah telah mencanangkan agar potensi CBM dapat mulai diproduksikan pada tahun 2012, dan secara bertahap dinaikkan produksinya menjadi 1 BSCFD pada tahun 2025. Coal bed methane (CBM) atau disebut juga sebagai Gas metana batubara (GMB), sebagai hidrokarbon, adalah gas bumi yang terjadi secara alamiah dalam kondisi terperangkap, dan terserap pada lapisan batubara. Menurut survey yang lakukan oleh ARI, jumlah sumberdaya CBM di indonesia adalah 453 TCF (trilion cubic feet), terdapat di beberapa cekungan di Indonesia antara lain di Sumatra, Jawa, Kalimantan dan Sulawesi Tenggara seperti pada gambar 1.1. Apabila CBM ini telah dimanfaatkan dengan baik maka CBM tidak hanya sebagai pengganti BBM domestik tetapi juga dapat menunjang kepentingan ekspor atau penghasil devisa. CBM mempunyai ciri fisik tak berwarna, tidak berbau, tidak beracun, tapi ketika bercampur dengan udara bisa tiba-tiba meledak. Perbedaan gas CBM dengan gas konvensional; gas konvensional tersimpan secara compressed (sama dengan free gas) sedangkan CBM, batubaranya selain sebagai reservoir juga sebagai source rock. Dengan demikian tidak ada proses migrasi seperti halnya pada gas konvensional.

Gambar 1-1 Peta lokasi CBM di Indonesia Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

2


2012

Pada kegiatan eksploitasi CBM, gas ini dikeluarkan dari matriks batubara melalui cleat (bidang rekah) dengan cara menurunkan tekanan pada target lapisan. Penurunan tekanan ini dilakukan dengan cara memompa air, oleh karena itu disebut proses dewatering. Karena kegiatan dewatering dilakukan berdasarkan target kedalaman tertentu maka pada proses pemompaan perlu dilakukan pemantauan (monitoring) turunnya muka air tanah yang terjadi karena proses ini. Sebagai ilustrasi turunnya muka air tanah akibat kegiatan dewatering dapat dilihat pada gambar 1-2. Garis putus-putus adalah muka air tanah semula, sedangkan garis biru tegas adalah muka air tanah setelah kegiatan dewatering.

Gambar 1-2. Bagan proses pada dewatering. Air dipompa untuk merendahkan tekanan

Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

3


2012

Gambar 1-3 : Ilustrasi yang menggambarkan posisimuka air tanah pada saat kegiatan dewatering Untuk memantau penurunan muka air tanah pada proses dewatering, dapat dilakukan melalui beberapa metoda antara lain dengan memasang sumur pantau di beberapa tempat ataupun dengan mengaplikasikan metoda geofisika. Metoda apapun yang dipakai sekurangnya harus dapat memenuhi kebutuhan pokok pada proses dewatering yaitu : 

mengetahui turunnya muka air tanah secara real time. Dalam hal ini semakin pendek jarak antar waktu pengamatan (berarti semakin sering diamati) tentunya akan semakin baik.



Memberikan gambaran menyeluruh dalam bentuk data 3-D.



Mempunyai kecepatan pengukuran yang tinggi.

Dengan mempertimbangkan hal tersebut di atas maka sehubungan dengan kegiatan yang akan dikembangkan oleh Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral maka pada penelitian ini direncanakan untuk membuat peralatan instrumentasi dan kontrol yang dapat langsung diaplikasikan pada monitoring dewatering CBM. Dengan peralatan ini maka akan dapat mengurangi ketergantungan pada peralatan impor yang dibutuhkan untuk kegiatan monitoring dewatering pada eksploitasi CBM. Pada akhirnya akan didapatkan peralatan yang tepat dan akurat untuk mengamati dewatering pada CBM dari produk dalam negeri. Metoda 4-D Resistivity (resistivity empat dimensi) adalah suatu metoda dalam geofisika yang memanfaatkan sifat kelistrikan batuan. Secara garis besar, pada metoda ini dilakukan injeksi arus ke dalam bumi melalui elektroda yang ditanam ke bumi yang disusun berdasarkan grid 3 dimensi yaitu x,y,z. Besar arus listrik (I) serta beda potensial (V) yang Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

4


2012

terukur selanjutnya dipergunakan untuk menghitung sebaran resistivity (rho) di bawah permukaan bumi. Sebagai dimensi ke-empat adalah waktu. Jadi pada metoda ini dilakukan pengukuran dengan konfigurasi 3 dimensi dengan cara time series (pengukuran pada tempat yang sama dengan waktu yang berbeda-beda). Dengan cara ini maka pergerakan air pada proses dewatering dapat diamati dari hari ke hari. I. 2.

Pokok Permasalahan

Kegiatan dewatering untuk CBM di Indonesia belum banyak dilakukan dan di lapangan CBM lain masih pada tahap eksplorasi. Dengan kebijakan pemerintah yang mendorong kegiatan pemanfaatan energi alternatif dan target produksi CBM pada tahun 2012 maka kegiatan kegiatan dewatering pada tahun mendatang akan banyak dilakukan. Untuk memantau penurunan muka air tanah akibat dewatering, umumnya dilakukan menggunakan sumur pantau. Tentu saja disamping mahal, kegiatan pemantauan juga tidak bisa memberikan informasi perubahan muka air tanah dalam gambaran 3 dimensi. Oleh karena itu penerapan teknologi 4-D resistivity akan sangat membantu. Selain itu, untuk kegiatan eksplorasi bawah permukaan dengan kedalaman diatas 500m kebanyakan menggunakan teknologi seperti gravity atau seismic yang tingkat resolusi datanya rendah. Seiring dengan perkembangan pelaksanaan pencarian CBM maka dilakukan inovasi pada peningkatan teknologi survey menggunakan metoda resistivity kami akan melakukan pembuatan high voltage current source transmitter (HVC). Peralatan ini diharapkan akan mendukung penggunaan metoda 4-D resistivity yang sebelumnya hanya sebagai kajian ilmiah ataupun hanya diterapkan untuk kepentingan sebatas kedalaman 15 – 20 meter. Dengan menggunakan high voltage current source transmitter diharapkan metoda ini akan dipergunakan di kalangan industri khususnya CBM. I. 3.

Metodologi Pelaksanaan

I. 3. 1.

Lokus Kegiatan

Kegiatan akan dilaksanakan di dua tempat yang berbeda yaitu di Propinsi Kalimantan Timur dan di Laboratorium Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral Bogor. Lokus kegiatan merupakan lokasi eksplorasi CBM yang direncanakan digunakan sebagai obyek ujicoba penelitian yaitu di Propinsi Kalimantan Timur. I. 3. 2.

Fokus Kegiatan

Fokus kegiatan adalah melakukan inovasi pada peningkatan teknologi survey menggunakan metoda resistivity dengan produk high voltage current source transmitter (HVC). Metoda 4Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

5


2012

D resistivity yang sebelumnya hanya sebagai kajian ilmiah ataupun hanya diterapkan untuk kepentingan sebatas kedalaman 15 – 20 meter saja, maka dengan menggunakan HVC diharapkan metoda ini akan mulai dipergunakan di kalangan industri khususnya CBM pada kedalaman diatas 500m. I. 3. 3.

Bentuk Kegiatan

Kegiatan penelitian merupakan kegiatan penelitian yang dilakukan di laboratorium dengan skala kecil dan dengan cara sistematis. Kegiatan dijalankan melalui sistem kerja kerekayasaan yang merupakan cara kerja yang berlaku bagi fungsional perekayasa. I. 4.

Tahapan Pelaksanaan Kegiatan

Tahapan pelaksanaan kegiatan kerekayasaan dirinci sebagai berikut : 

Kajian Awal. 

Kajian metoda eksplorasi dalam serta mempelajari karakteristik peralatan geolistrik lokal dan impor dan diskusi dengan tim ahli geofisika



Kajian metode switching inverter, mengkaji voltage converter set-up maupun step-down berbasis switching



Desain Perangkat. 

Desain high voltage DC Inverter, mendesain voltage converter set-up maupun step-down berbasis switching



Desain SMPS transformator, mengkaji metode yang digunakan untuk membuat power supply dengan teknologi switching. (SMPS)



Desain Howland Current Source, Desain dan implementasi current source berbasis howland dan high voltage op-amp untuk pembuatan howland current source

 



Desain feedback control,

Implementasi Desain. 

Assembling hadware



Pemrograman hardware



Pemrograman Aplikasi

Instalasi dan uji coba. 

Assembling hadware





6


 

2012


Evaluasi. Kegiatan ini bertujuan untuk memperbaiki variabel desain maupun pemrograman berdasarkan ujicoba yang dilakukan.



Pelaporan.

Seluruh kegiatan akan dilaksanakan di Laboratorium Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral – BPPT di Ciampea – Kabupaten Bogor.


7


BAB II. II. 1.

2012

PERKEMBANGAN PELAKSANAAN KEGIATAN

Pengelolaan Administrasi Manajerial

II. 1. 1. Perencanaan Anggaran Jumlah anggaran yang diberikan adalah Rp. 250.000.000,- dengan rincian untuk setiap komponen dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Komponen Pembiayaan Kegiatan. No.

Item

Jumlah

1

Honor

Rp.

97.600.000,-

2

Bahan

Rp.

82.600.000,-

3

Perjalanan

Rp.

64.100.000,-

4

Lain-lain

Rp.

5.700.000,-

Rp.

250.000.000,-

JUMLAH

Anggaran tersebut direncanakan akan digunakan selama 8 bulan pelaksanaan kegiatan dengan perkiraan pencairan untuk setiap bulannya seperti pada Tabel 2 dan Tabel 3. Tabel 2. Rencana Pencairan Anggaran Bulan 1 hingga Bulan 4. No

Bulan ke

Item

1

2

3

4

1

Gaji dan Upah

Rp

12.200.000

Rp

12.200.000

Rp

12.200.000

Rp

12.200.000

2

Bahan

Rp

5.000.000

Rp

77.600.000

Rp

-

Rp

-

3

Perjalanan

Rp

3.600.000

Rp

3.600.000

Rp

5.150.000

Rp

11.250.000

4

Lain-lain

Rp

-

Rp

-

Rp

-

Rp

1.500.000

Rp.

20.800.000

Rp.

93.400.000

Rp.

17.350.000

Rp.

24.950.000

JUMLAH

Tabel 3. Rencana Pencairan Anggaran Bulan 5 hingga Bulan 8. No

Bulan ke

Item

5

6

7

8

1

Gaji dan Upah

Rp

12.200.000

Rp

12.200.000

Rp

12.200.000

Rp

12.200.000

2

Bahan

Rp

-

Rp

-

Rp

-

Rp

-

3

Perjalanan

Rp

11.250.000

Rp

18.000.000

Rp

11.250.000

Rp

4

Lain-lain

Rp

1.500.000

Rp

2.700.000

Rp

-

Rp

-

Rp.

24.950.000

Rp.

32.900.000

Rp.

23.450.000

Rp.

12.200.000

JUMLAH


8


2012

II. 1. 2. Pengelolaan Anggaran Pengelolaan anggaran untuk pelaksanaan kegiatan dilakukan secara terpusat oleh pelaksana administratif yaitu BE (BPPT Engineering). II. 1. 3. Rancangan Pengelolaan Aset Kegiatan ini hanya memerlukan anggaran untuk pelaksanaan kegiatan. Item pendanaan diarahkan untuk penyediaan bahan-bahan, perjalanan untuk melaksanakan kegiatan serta biaya lain yang digunakan untuk analisis serta honor bagi perekayasan yang terlibat. Aset yang akan dihasilkan dari kegiatan berupa prototype. Aset masih memungkinkan untuk dapat diberikan kepada instansi-instansi yang

mungkin terlibat baik dalam industri

pertambangan secara langsung maupun kepada penentu kebijakan yang terkait tetapi dalam beberapa tahun kedepan prototype mungkin masih memerlukan perbaikan dan penyempurnaan desain terkait dengan uji-coba yang dilakukan di lapangan. II. 2.

Metode-Proses Pencapaian Target Kinerja

II. 2. 1. Kerangka Metode-Proses Pencapaian Target Kinerja Untuk mengukur pencapaian target kinerja maka dibuat indikator-indikator yang berkaitan dengan pelaksanaan kegiatan. Rencana tahapan-tahapan yang akan dilakukan ditetapkan waktu mulai pelaksanaannya. Realisasi tahapan kegiatan kemudian dibandingkan dengan rencana-rencana waktu dan disertai dengan persentase pelaksanaannya. Metode ini dapat melihat ketepatan waktu antara rencana dengan pelaksanaan kegiatan serta persentase kegiatan yang sedang dilaksanakan. Bagi perekayasa cara ini juga efektif untuk menjaga kecepatan dan ritme pelaksanaan kegiatan. II. 2. 2. Indikator Keberhasilan Pencapaian Target Kinerja Beberapa indikator yang digunakan untuk menunjukkan keberhasilan target kinerja. Indikator ini dibuat berdasarkan tahapan pelaksanaan pekerjaan. Indikator kemudian dirujuk untuk mengetahui kesesuaian waktu antara rencana dengan target pelaksanaan serta perkiraan fisik pekerjaan yang telah dilakukan. Beberapa indikator yang digunakan adalah : 

Kajian Awal. 

Kajian metoda eksplorasi dalam serta mempelajari karakteristik peralatan geolistrik lokal dan impor dan diskusi dengan tim ahli geofisika


9




2012

Kajian metode switching inverter, mengkaji voltage converter set-up maupun step-down berbasis switching

 

Diskusi dengan tim ahli geofisika

Desain Perangkat. 

Desain high voltage DC Inverter, mendesain voltage converter set-up maupun step-down berbasis switching



Desain SMPS transformator, mengkaji metode yang digunakan untuk membuat power supply dengan teknologi switching. (SMPS)



Desain Howland Current Source, Desain dan implementasi current source berbasis howland dan high voltage op-amp untuk pembuatan howland current source

 





Desain feedback control,

Implementasi Desain. 

Assembling hadware







Instalasi dan uji coba. 

Assembling hadware







Evaluasi. Kegiatan ini bertujuan untuk memperbaiki variabel desain maupun pemrograman berdasarkan ujicoba yang dilakukan. PelaporanIndikator ini merupakan indikator akhir dari rangkaian pelaksanaan kegiatan.

Indikator-indikator tersebut ditetapkan memiliki besaran prosentase tertentu dari keseluruhan kegiatan serta direncanakan akan dilakukan pada bulan tertentu. Penetapan prosentase serta waktunya dapat dlihat pada Tabel 4.


10


2012

Tabel 4. Indikator Pelaksanaan Kegiatan. No.

Tahapan Kegiatan

Jangka Waktu

Kajian Awal

Bobot (%)

Bulan Maret

April

Mei

Juni

Juli

Agustus

September

Oktober

Nopember

20

1 Kajian eksplorasi dalam

2 minggu

2 Kajian Geolistrik lokal dan import

2 minggu

3 Kajian metode switching inverter

2 minggu

4 Diskusi dengan tim ahli geofisika

2 minggu

Desain Perangkat

30

5 Desain high voltage DC Inverter

2 minggu

6 Desain SMPS transformator

3 minggu

7 Desain howland current source

2 minggu

8 Desain feed back control

3 minggu

Laporan I Implementasi Desain

20

9 Assembling hardware

8 minggu

10 Pemrograman hardware

8 minggu

11 Pemrograman Aplikasi

6 minggu

12 Uji Coba skala lab

5 minggu

Instalasi dan Uji Coba

20

12 Persiapan lintasan di area workshop

3 minggu

13 Pemrograman tabel metode multi potential

3 minggu

14 Uji coba ptototipe multi receiver geoscanner

1 minggu

15 Uji coba komunikasi stabilitas injeksi arus

4 minggu

Laporan II Revisi Hasil Akhir

5

16 Dokumentasi kegiatan dan hasil test

2 minggu

17 Perbaikan dan penyempurnaan

4 minggu

18 Persiapan pengembangan selanjutnya

2 minggu

Laporan Akhir


u

5

11


II. 2. 3.

2012

Perkembangan Pencapaian Target Kinerja

Perkembangan pencapaian target kinerja dapat dilihat pada Tabel 5. Realisasi dihitung berdasarkan prosentase. Angka 100 menunjukkan bahwa pekerjaan telah dilakukan seluruhnya atau telah selesai dilaksanakan. Angka 0 menunjukkan bahwa pekerjaan belum dilaksanakan sama sekali. Tabel 5. Perkembangan Pencapaian Target Kinerja No.

Tahapan Kegiatan Kajian Awal

Realisasi awal pelaksanaan bulan ke 2

laporan teknis

Status Pekerjaan selesai

Realisasi hingga Mei 2012 100%

3

laporan teknis/desain

selesai

100%

5 6

Laporan Kemajuan Benda kerja

selesai belum

100% 0%

7

Benda kerja/Prototype

belum

0%

8

Laporan

belum

0%

8

Laporan

belum

0%

output

1 Kajian eksplorasi dalam 2 Kajian Geolistrik lokal dan import 3 Kajian metode switching inverter 4 Diskusi dengan tim ahli geofisika Desain Perangkat 5 Desain high voltage DC Inverter 6 Desain SMPS transformator 7 Desain howland current source 8 Desain feed back control Laporan I Implementasi Desain 9 Assembling hardware 10 Pemrograman hardware 11 Pemrograman Aplikasi 12 Uji Coba skala lab Instalasi dan Uji Coba 12 Persiapan lintasan di area workshop 13 Pemrograman tabel metode multi potential 14 Uji coba ptototipe multi receiver geoscanner 15 Uji coba komunikasi stabilitas injeksi arus Laporan II Revisi Hasil Akhir 16 Dokumentasi kegiatan dan hasil test 17 Perbaikan dan penyempurnaan 18 Persiapan pengembangan selanjutnya Laporan Akhir

II.2.3.1 Kajian Teknologi Switching untuk pengembangan Step-Up Voltage Converter Salah satu bagian penting dalam pengembangan perangkat HVCST adalah pembuatan stepup voltage converter menggunakan teknologi switching. Perbedaan yang mendasar antara teknik linear voltage converter dan switching voltage converter adalah pada frekuensi kerja dari tegangan rendah yang akan dikonversi menjadi tegangan tinggi. Pada teknologi linear converter, frekuensi kerja berkisar antara 50 Hz dan 60 Hz, dimana sumber listrik kemudian


12


2012

dialirkan ke linear transformator yang jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder disesuaikan dengan kebutuhan rasio konversi tegangan (Np:Ns).

Gambar 2.1 : Linear Voltage Conversion Salah satu kekurangan yang dimiliki oleh sistem konversi linear adalah disipasi panas yang cukup tinggi pada transformator sehingga berdampak pada rendahnya efisiensi daya dan tingginya dimensi (volume) transformator yang digunakan. Salah satu cara yang sudah digunakan sejak lama untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah dengan menerapkan konsep teknologi switching yang dilakukan pada sumber tegangan (Vin). Prinsip ini mirip dengan teknik PWM (Pulse Width Modulation) yang biasa digunakan pada pengaturan kecepatan motor listrik dan telekomunikasi. Parameter yang menjadi kunci dalam pengaturan rasio konversi tegangan adalah waktu lamanya sumber tegangan aktif (duty cycle).

Gambar 2.2 : Konsep switching untuk konversi daya/arus/tegangan listrik Teknologi ini kemudian berkembang terus sampai saat ini, dimana dapat kita jumpai pada perangkat charger yang ukurannya semakin kecil. Salah satu perangkat yang sering gunakan


13


2012

adalah catu daya pada komputer PC yang menggunakan teknologi ini sehingga disebut sebagai switching mode power supply (SMPS). Secara garis besar teknologi switching dibagi menjadi dua yaitu teknologi dengan pemisah tegangan (ground isolation) dan tanpa pemisah tegangan. Berikut ini adalah tehnik switching tanpa pemisah tegangan : Buck Regulator

Gambar 2.3 : Buck Regulator dengan diagram pola arus dan tegangan Regulator tipe ini bekerja berdasarkan kontrol IC yang mengatur MOSFET transistor untuk berfungsi sebagai saklar dengan kecepatan tinggi. Dengan pengaturan timing buka dan tutup transistor (duty cycle), maka didapatkan pola arus seperti pada gambar 2.3 sebagai akibat dari proses charging dan discharging komponen induktor L, kapasitor C, beban resistan RL dan high speed rectifier Diode D. Kegunaan regulator tipe ini adalah untuk penurun tegangan arus searah (step down regulator). Boost Regulator

Gambar 2.4 : Buck Regulator dengan diagram pola arus dan tegangan Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

14


2012

Dengan perubahan letak induktor L dan Dioda D, maka akan didapatkan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan input (step up). Pola ini diterapkan pada desain boost regulator seperti pada gambar 2.4 Kedua tipe regulator ini masih memiliki beberapa turunan desain seperti buck boost regulator ang berfungsi untuk menghasilkan tegangan negatif dari input tegangan positif. Penggunaan regulator switching tipe ini terbatas pada sumber tegangan dan arus yang rendah (low power). Untuk kebutuhan konversi tegangan dengan daya tinggi, dibutuhkan pemisahan (galvanis isolation) antara tegangan masuk dan tegangan yang dihasilkan. Untuk itu ada beberapa tipe desain switching conversion . Secara garis besar, ada dua jenis tipe switching yaitu tipe yang menggunakan single switcher (Forward dan Flyback conversion) serta tipe yang menggunakan lebih dari satu switcher (Push pull conversion, half bridge conversion dan full bridge conversion). Masing-masing tipe switching conversion ini akan dibahas secara ringkas untuk memberikan gambaran dan pemilihan tipe yang cocok untuk diaplikasikan pada pembuatan perangkat konversi tegangan tinggi (HVCST), dimana modul ini nantinya berfungsi untuk melakukan konversi tegangan dari tegangan DC 12 volt menjadi tegangan tinggi maksimum 1000 volt dengan daya maksimum yang dapat diberikan sebesar 500 watt. Sedangkan kuat arus maksimum adalah sebesar dua ampere. Flyback Conversion

Gambar 2.5 : Flyback Regulator dengan diagram pola arus dan tegangan


15


2012

Pada prinsipnya, flyback conversion merupakan pengembangan dari prinsip buck/boost regulator, dimana dilakukan pemisahan tegangan sumber dan tegangan akhir melalui transformator. Pola arus pada gambar 2.5 menunjukkan bahwa tegangan V0 pada kapasitor C bergantung pada duty cycle D, rasio kumparan trafo N2/N1 dan tagangan sumber Vi. Sedangkan pola arus dihasilkan melalui proses charging kapasitor C dan kumparan N1. Melalui transformator, flyback dapat digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan sumber. Forward Conversion

Gambar 2.6 : Forward Regulator dengan diagram pola arus dan tegangan Forward conversion merupakan pengembangan dari prinsip flyback regulator, dimana dilakukan penambahan kumparan primer N3 serta dioda D3, dimana komponen ini berfungsi untuk membatasi tegangan puncak yang jatuh pada transistor switch saat peralihan dari status switch ON ke OFF. Sedangkan pola arus lainnya memilki kemiripan dengan desain pada tipe flyback conversion. Kekurangan yang dimiliki baik pada flyback maupun forward adalah penggunaan transformator hanya sebatas pada satu arah arus saja, sehingga hal ini menjadi tidak efisien. Kekurangan ini dapat diperbaiki melalui desain mengikuti prinsip multi switch transistor. Half Bridge Conversion


16


2012

Gambar 2.7 : Half Bridge conversion dengan diagram sirkit Pada konsep half bridge seperti tampak pada gambar 2.7 , transformator dioperasikan secara penuh pada dua arah baik pada kumparan primer maupun sekunder. Arus yang mengalir pada kumparan primer merupakan arus yang dipakai untuk proses charging kondensator C1 dan C2, dimana arus ini kemudian dipakai untuk menyimpan energi pada kumparan primer. Besarnya tegangan pada kondensator C berbanding lurus dengan rasio N1/N2 dan duty cycle D. Full Bridge Conversion Perbedaan mendasar pada half bridge dan full bridge adalah fungsi kondensator C1 dan C2 yang digantikan oleh transistor, sehingga proses penyimpanan energi pada kumparan primer berlangsung lebih cepat. Besarnya tegangan pada kondensator C berbanding lurus dengan rasio N1/N2 dan duty cycle D.

Gambar 2.8 : Full Bridge conversion dengan diagram sirkit


17


2012

Push Pull Conversion

Gambar 2.9 : Push Pull conversion dengan diagram pola arus dan tegangan Pada konsep push pull seperti tampak pada gambar 2.9 , transformator dioperasikan secara penuh pada dua arah baik pada kumparan primer maupun sekunder. Besarnya tegangan pada kondensator C berbanding lurus dengan dua kali rasio N1/N2 dan duty cycle D. Konsep ini memiliki banyak keuntungan, terutama dari efisiensi penggunaan transformator serta jumlah komponen transistor dan filter yang tidak terlalu rumit, sehingga menjadi salah satu konsep yang banyak dipakai dalam pembuatan DC/DC voltage converter.

II.2.3.2 Kajian transmitter pada perangkat geolistrik OYO Perangkat Geolistrik OYO merupakan peralatan standar yang sudah digunakan di Pusat Teknologi Sumberday Mineral. Melihat dari segi kehandalan peralatan, perangkat ini menjadi salah satu acuan dalam pengembangan peralatan survey seperti current transmitter dan voltage receiver. Karena itu, perlu dilakukan kajian terhadap komponen dan konsep elektronik yang digunakan pada perangkat OYO tersebut. Langkah pertama yang dilakukan adalah dengan membongkar peralatan (disassembling) menjadi beberapa modul besar.


18


2012

3 2 1 4

5

Gambar 2.10 : Komponen/modul elektronik perangkat geolistrik OYO Pada gambar 2.10 dapat dilihat bahwa modul yang terdapat dalam perangkat OYO dapat dikelompokkan menjadi lima modul besar yaitu : 1. Modul Receiver dan discrete I/O. 2. Modul Transmitter dan indikator output. 3. Modul Central Processing Unit (CPU). 4. Modul Bus Konektor. 5. Modul Panel Entry dan Display (LCD/LED Indikator). Masing-masing modul ini memiliki fungsi tersendiri dimana modul pertama, kedua dan ketiga merupakan modul utama perangkat.


19


2012

Modul Receiver dan discrete I/O.

ADC

Input/Output Discrete

Op-Amp

Inverting-Reg

Gambar 2.11 : Modul Receiver dan discrete I/O Receiver pada perangkat geolistrik OYO memiliki fungsi untuk mengukur potensial yang merupakan hasil induksi medan magnet lapisan tanah akibat arus listrik yang diinjeksikan. Selain mengukur potensial tanah, receiver juga mengukur kuat arus yang diinjeksikan oleh modul transmitter. Komponen utama yang terdapat pada modul receiver adalah IC Analog Digital Converter (ADC) dari Analog Device dengan tipe AD652AQ dan rangkaian operation amplifier (Op-Amp) seperti tampak pada gambar 2.11. Salah satu bagian penting dalam pengoperasian Op-Amp adalah tersedianya catu daya negatif (Inverting Regulator) yang dalam hal ini menggunakan komponen TAMURA tipe IKD1212 dan IFD1212. Dari sini jelas terlihat bahwa pengukuran arus transmitter dan potensial tanah dilakukan secara terpisah dengan tujuan agar pengukuran dapat menghasilkan data yang akurat. Komponen lain yang terdapat dalam modul ini adalah rangkaian Input/Output Discrete. Rangkaian ini berfungsi untuk pengoperasian tombol dan keypad pada modul panel entry. Bila dihitung dari jumlah tombol yang ada, maka jumlah point minimal yang dibutuhkan untuk pengoperasian adalah 10 point input dan 4 point output. Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

20


2012

Modul Transmitter dan indikator output.

Indicator

MOSFET

HV-relay

Pushpull

Trafo

Howland

Switcher

Gambar 2.12 : Modul Transmitter dan indikator output Transmitter pada perangkat geolistrik OYO memiliki fungsi untuk menghasilkan arus listrik searah yang akan diinjeksikan ke bumi. Konsep yang dipakai adalah menggunakan prinsip switching voltage converter pushpull dan current source howland. Pada gambar 2.12 dapat dilihat komponen yang menjadi bagian dari voltage converter seperti rangkaian push pull, transformator switching dan konektor ang menghubungkan PCB modul transmitter dengan transistor MOSFET. Tipe MOSFET yang digunakan adalah IRFZ34. Kedua transistor ini dipasang pada komponen penndingin (heatsink), karena disipasi panas akan dihasilkan pada saat komponen ini bekerja menaikkan tegangan. Tegangan tinggi yang dihasilkan kemudian digunakan untuk mengaktifkan howland current source, dimana pada bagian ini terdapat rangkaian op-amp tegangan tinggi, switching regulator MSC PIC602. Bagian penguat akhir dari current source ini menggunakan komponen MOSFET tipe 2SK385 yang direkatkan pada heatsink karena disipasi panas dihasilkan saat terjadi injeksi arus ke bumi. Untuk merubah nilai arus yang diinjeksikan ke bumi, rangkaian resistor sudah disiapkan, dimana resistor ini diaktifkan oleh high voltage relay. Bila dilihat jumlah relay yang Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

21


2012

digunakan sama dengan jumlah variant arus yang dapat dihasilkan oleh perangkat OYO, yaitu 1 , 2 , 5 , 10 , 20 , 50 , 100 dan 200 mA. Bagian lain yang terdapat pada modul ini adalah output indicator. Rangkaian ini terdiri dari resistor pembatas arus, IC buffer dan auxiliaries dry contact dari relay. Rangkaian ini terhubung ke panel indicator melalui kabel data pelangi. Parameter yang dimonitor adalah mode pengukuran, mode stack, kuat arus injeksi dan kondisi baretei.

Gambar 2.13 : Heatsink Transistor MOSFET yang menempel pada modul transmitter

Gambar 2.14 : Transistor MOSFET yang menempel pada heatsink Modul Central Processing Unit (CPU). Modul ini merupakan pusat kontrol dari perangkar geolistrik OYO. Semua submodul terhubung ke CPU. Selain kontrol, CPU juga melakukan penyimpanan data hasil pengukuran ke memori lokal serta mengirimkan data ke komponen LCD sehingga besarnya arus dan potensila yang terukur dapat dibaca oleh operator lapangan. Selain itu, pengoperasian keypad yang menghasilkan tampilan menu fungsi-fungsi pada geolistrik juga dapat dibaca di layar LCD.


22


RAM

Buffer I/O

2012

ROM

Mikrokontroller

Line Decoder

Gambar 2.15 : Modul Receiver dan discrete I/O Komponen terpenting pada modul CPU adalah 8-bit Mikrokontroller dimana disini menggunakan tipe ZiLOG Z84C0006. Komponen ini berfungsi memberikan perintah kepada semua submodul yang terhubung ke CPU, seperti Receiver, Transmitter, Panel Display dan Entry Device. Mikrokontroller bekerja berdasarkan program yang sebelumnya tersimpan dalam komponen ROM. Sedangkan untuk menjalankan fungsinya, Mikrokontroller selain memiliki memori (RAM) internal, juga dapat memakai RAM eksternal seperti tampak pada hambar 2.15 . Beberapa komponen lain yang terdapat dalam modul CPU adalah rangkaian Line Decoder yang menggunakan IC 74HC138 , 74HC00 dan 74HC139. Sedangkan rangkaian buffer IO menggunakan IC tipe 74HC244 dan 74HC245 . Beberapa komponen penunjang lain jua terdapat pada modul CPU seperti voltage regulator yang mengubah tegangan aki 12 volt menjadi tegangan TTL 5 volt, komponen baterei untuk RAM dan beberapa IC multiplexer. Modul Bus Konektor.


23


2012

Gambar 2.16 : Modul Bus Konektor Modul ini merupakan penghubung antara modul CPU, transmitter dan receiver serta konektor-konektor yang menghubungkan perangkat geolistrik dengan perangkat lain diluar seperti elektroda/switch box, aki kering, koneksi data RS-232, booster penguat arus, sikring pengaman dan saklar utama. Konsep bus konektor merupakan salah satu alternatif yang sangat baik untuk diterapkan dalam pengembangan peralatan HVCST, sehingga pengembangan peralatan dapat dilakukan secara modular dan terstruktur. Modul Panel Entry dan Display (LCD/LED Indikator)..

Gambar 2.17 : Modul Bus Konektor Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

24


2012

Modul ini merupakan penghubung (interface) antara operator/user dengan perangkat geolistrik. Komponen yang terdapat dalam modul ini berupa 2x20 dot matrix LCD Display, 4x4 membrane keypad, pushbutton dan LED indikator. Koneksi antara modul ini dengan modul lain dilakukan dengan menggunakan kabel data pelangi dan IDC konektor. Pengoperasian dapat dilakukan dengan cukup mudah karena tersedianya sarana entry data yang memadai serta display dan indikator yang informatif. Dengan memahami keseluruhan modul serta fungsi dari perangkat geolistrik OYO, diharapkan dapat memberikan masukan dalam pengembangan perangkat HVCST dan juga perangkat lain yang dibutuhkan untuk uji coba HVCST seperti receiver untuk pengukuran potensial yang dibangkitkan oleh medan potensial bumi akibat injeksi arus transmitter.

Gambar 2.18 : Proses re-assembling keseluruhan modul geolistrik OYO


25


2012

II.2.3.3 Kajian komponen untuk pembuatan howland current source Untuk pembuatan howland current source, beberapa komponen sudah disiapkan. Komponen tersebut terbagi menjadi beberapa kategori, yaitu komponen pasif, aktif dan relay. Keseluruhan komponen dipilih melalui kategori dapat dioperasikan pada tegangan tinggi, yaitu sampai dengan 2000 volt. Hal ini untuk mengantisipasi apabila current source diaplikasikan pada bentangan yang jauh, maka secara otomatis voltage converter akan memaksimalkan daya yang diberikan ke current source, sehingga tegangan yang dihasilkan dapat mencapai 1000 volt dalam bentuk pulse atau 2000v bila dilakukan inverting polarisasi pada elektroda arus. Selain komponen yang akan dibahas kali ini, masih ada beberapa komponen lain yang harus diadakan dalam rangka pembuatan pushpull step-up DC converter, Controller untuk grafik dan receiver untuk uji coba perangkat.

Gambar 2.19 : Beberapa komponen elektronik untuk pembuatan howland current source Termasuk dalam kategori komponen pasif adalah resistor dan kapasitor. Berikut ini adalah resistor yang akan digunakan untuk pembuatan current source :

Gambar 2.20 : High voltage 25W power resistor dengan nilai resistansi 10 dan 1000 Ohm Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

26


2012

Gambar 2.21 : High voltage 7W power resistor dengan nilai resistansi 0.010 Ohm

Gambar 2.22 : High voltage 100W power resistor dengan nilai resistansi 100 Ohm Berikut adalah kapasitor yang akan digunakan untuk pembuatan current source dengan maksimal tegangan operasi 2000 volt:

Gambar 2.23 : High voltage kapasitor dengan nilai kapasitas 47 nF dan 4.7 nF

Gambar 2.24 : High voltage kapasitor dengan nilai kapasitas 330 nF Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

27


2012

Sedangkan yang termasuk kategori komponen aktif adalah transistor MOSFET dan high speed high voltage rectifier Dioda. Tipe dari komponen ini yang dipilih adalah APT4M120K dan Dioda dengan kapasitas arus 500mA dan 2000 volt backwards voltage. Komponen penting lain yang belum ada untuk pembuatan current source adalah high voltage Op-Amp. Rencananya komponen ini akan memakai produk dari PowerAmp design dengan tipe PAD189A.

Gambar 2.25 : Komponen aktif berupa high speed rectifier dan high voltage MOSFET Untuk komponen relay, dua buah tipe yang sudah dipilih yaitu Reed relay DPST dari MEDER electronik dengan kapasitas 1A contact current , 5V coil voltage dan switching voltage 2000V serta reed relay SPST dari cynergy dengan kapasitas 2A contact current , 5V coil voltage dan switching voltage 2000V

Gambar 2.26 : DPST reed relay dari MEDER electronic


28


2012

Gambar 2.27 : SPST reed relay dari cynergy II. 3.

Sinergi Koordinasi Kelembagaan-Program

II. 3. 1. Kerangka Sinergi Koordinasi Kelembagaan-Program Secara kelembagaan sinergi telah dilaksanakan baik dengan pemerintah daerah Kalimantan Timur tempat dimana menjadi lokus kegiatan. Lokus yang merupakan asal lokasi dengan cadangan CBM yang cukup besar di Indonesia. Rapat koordinasi dengan Balitbangda Propinsi Kalimantan Timur telah dilakukan pada bulan April yang diselenggarakan bersama dengan Kemenristek. Pada rapat tersebut kegiatan yang dipresentasikan mendapat tanggapan yang positif. Pertemuan lanjutan telah dilakukan antara perekayasa dengan stake holder dari Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Kalimantan Timur. Pertemuan-pertemuan tersebut berupa diskusi antara perekayasa dengan pejabat dan staf lapangan terkait. II. 3. 2. Indikator Keberhasilan Sinergi Koordinasi Kelembagaan-Program Indikator keberhasilan Sinergi Koordinasi Kelembagaan-Program untuk kegiatan ini diantaranya adalah pertemuan dan diskusi dengan Balai Penelitian dan Pengembangan Daerah Kalimantan Timur dan Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Kalimantan Timur sebagai stakeholder di daerah. II. 3. 3. Perkembangan Sinergi Koordinasi Kelembagaan - Program Perkembangan Sinergi Koordinasi dengan lembaga-lembaga di propinsi Kalimantan Timur telah dilakukan pemaparan program kegiatan yang di koordinasikan bersama Kemenristek pada tanggal 26 April 2012 di Kantor Balitbangda Propinsi Kalimantan Timur dan dilanjutkan dengan diskusi dengan Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Kalimantan hingga tanggal 27 April 2012. Diskusi lebih intensif dilakukan bersama-sama dengan Kepala Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

29


2012

Bidang Geologi, Dinas Pertambangan dan Energi Kalimantan Timur yang membahas mengenai prospek pengembangan metode eksplorasi dengan metoda geolistrik. II. 4.

Kerangka Pemanfaatan Hasil Litbangyasa

II. 4. 1. Kerangka Pemanfaatan Hasil Litbangyasa Kerangka pemanfaatan hasil kegiatan ini mengacu pada implementasi pengembangan pembangunan Indonesia seperti tertuang dalam MP3EI yang berlandaskan pada pengembangan potensi sumberdaya alam. Kerjasama dengan lembaga daerah diharapkan dapat saling menguatkan kemampuan Sumberdaya Manusia dan Iptek dimana manfaat dari hasil kegiatan ini dapat mendorong penguatan potensi ekonomi melalui fokus batubara dan energi. II. 4. 2. Strategi Pemanfaatan Hasil Litbangyasa Strategi yang digunakan dalam pemanfaatan hasil penelitian ini adalah : 1. Sosialisasi teknologi eksplorasi bawah permukaan dengan terget kedalaman diatas 500 meter menggunakan peralatan lokal yang murah biayanya. 2. Uji coba peralatan pada area eksploitasi CBM untuk melihat dampak dari proses dewatering II. 4. 3. Indikator Keberhasilan Pemanfaatan Hasil Litbangyasa Indikator kualitatif : 1. Penguasaan teknologi eksplorasi bawah permukaan dengan metoda geolistrik 2. Penguasaan teknologi instrumentasi geofisika dengan kemampuan membuat peralatan/instrumen geolistrik 3. Hasil uji coba prototype yang berjalan dengan baik. Indikator kuantitatif : 1. Uji coba prototype di area pertambangan atau CBM 2. Penggunaan skala industri. II. 4. 4. Perkembangan Pemanfaatan Hasil Litbangyasa Sampai dengan saat ini pemanfaatan hasil penelitian masih dalam tahap kualitatif , dikarenakan progres kegiatan masih dalam tahapan penguasaan teori serta pembuatan desain-desain.


30


BAB III. III. 1.

2012

RENCANA TINDAK LANJUT

Rencana Pelaksanaan Pencapaian Target Kinerja

Tahapan yang masih harus dikerjakan selanjutnya setelah pembuatan Laporan Kemajuan ini terbagi menjadi beberapa bagian besar yaitu : 

Melakukan kegiatan perakitan (assembling) perangkat dari desain yang telah dibuat.



Melakukan pemrograman hardware dan aplikasi.



Melakukan ujicoba skala laboratorium



Ujicoba di lapangan

Tahapan-tahapan tersebut akan menyempurnakan realisasi dari masing-masing indikator menjadi 100 %. III. 2.

Rencana Koordinasi Kelembagaan – Program

Walaupun sebagian besar aktifitas kegiatan masih terkonsentrasi dalam pembuatan prototype di laboratorium Teknologi Sumberdaya Mineral Bogor, Jawa Barat,

namun

koordinasi kelembagaan akan terus dilanjutkan bersama dengan stakeholder di kalimantan Timur dalam bentuk diskusi secara online. III. 3.

Rencana Pemanfaatan Hasil Litbangyasa

Rencana pemanfaatan hasil penelitian di tahun ini masih mengutamakan faktor-faktor kualitatif terutama yang berkaitan dengan penguasaan teknologi dan diharapkan dengan beberapa uji coba lapangan akan mendapatkan input-input yang diharapkan dapat terus menyempurnakan prototype ini. III. 4.

Rencana Pengembangan ke Depan

Pada saat ini sudah banyak dijual di pasar komersial suatu perangkat peralatan resistivitymeter yang dapat dipakai untuk melakukan pengukuran 4-D resistivity. Namun seperti halnya yang telah dilakukan pada uji coba kelayakan metodologi pada proposal ini , alat survey ini mempunyai keterbatasan pada jarak jangkau kedalaman serta kecepatan pengukuran. Oleh karena itu meskipun ditinjau dari kelayakan metodologi dipandang cukup handal, metoda 4D-Resistivity belum pernah dilakukan untuk kegiatan monitoring pada dewatering di lapangan CBM.


31


2012

Kami, para peneliti di PTSM BPPT telah beberapa kali memperoleh penghargaan karena melakukan inovasi pada peningkatan teknologi survey menggunakan metoda resistivity dengan produk inovatif antara lain geoscaner 1803, cascading geoscanner dan PSBMC. Oleh karena itu dilandasi semangat untuk tidak pernah berhenti berinovasi, kami akan melakukan pembuatan high voltage current source transmitter (HVC). Metoda 4-D resistivity yang sebelumnya hanya sebagai kajian ilmiah ataupun hanya diterapkan untuk kepentingan sebatas kedalaman 15 – 20 meter saja, maka dengan menggunakan HVC diharapkan metoda ini akan mulai dipergunakan di kalangan industri khususnya CBM pada kedalaman diatas 500m. Dengan demikian pembuatan alat yang akan diterapkan pada 4-D resistivity untuk kepentingan penetrasi yang dalam , status teknologinya adalah : merupakan teknologi terobosan. Sedangkan pada kegiatan yang didanai oleh insentif Dikti 2009, Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral telah berhasil mengembangkan Geoscanner 1803 AT menjadi Cascading Geoscanner, dimana perangkat tersebut memiliki spesifikasi sebagai berikut : - Maximun Operational Voltage

: 400 VAC

- Maximum Operational Current

: 4 Ampere

- Operational temperatur range

: 0 – 70 ºC

- Geoelectric terminal input : 4 terminal ( C1 , C2 , P1 , P2 ) - Electrode crontroled per-cluster : 32 electrodes - Configuration Table Program Dipole-dipole, Pole-dipole)

: 10

Table (include Wenner, Schlumberger,

- Stepping in table program : up to 10000 step per table program - Cascading function : Single master with up to 32 slave - Max distances between Geoscanner - Communication Port

: 1000 meters

: RS 422 port

- Monitor

: LCD 4 x 20 dotmatrix character

- Key pad

: 4 x 4 membrane keypad with acoustic response

- Flash memory modul

: 4 MB

- Power consumption

: 12-24 V DC, max 120 mA


32


2012

Gambar 3-1 . Perangkat Cascading Geoscanner Uji coba cascading geoscanner telah berhasil dilakukan pada kebun bibit milik Balai Penelitian Tanaman Industri dengan panjang bentangan 960 meter untuk target penetrasi kedalaman 200 meter. Uji coba akan diteruskan sampai mencapai panjang bentangan 2000 meter dengan target kedalaman 400m.


33


BAB IV.

2012

PENUTUP

Apabila High Voltage Current Source transmitter telah diterapkan dengan bantuan metode 4 D Resistivity pada proses monitoring di kegiatan eksploitasi CBM maka dampak ekonomis akan didapatkan : 1.

Mengurangi biaya yang diperlukan untuk kegiatan monitoring proses dewatering secara signifikan

2.

Meningkatkan pemakaian metoda 4D resistivity oleh instansi lain ataupun oleh para konsultan pada berbagai kepentingan

3.

Membantu program pemerintah yaitu meningkatkan produksi CBM pada tahun 2012.

Dengan dihasilkannya teknologi 4-D resistivity berbasis multi receiver geoscanner maka beberapa keuntungan yang akan diperoleh adalah sebagai berikut : •

Substitusi impor, peralatan resistivitymeter yang dapat digunakan dalam akuisisi data resistivity 4D untuk eksplorasi dan eksploitasi CBM secara otomatis saat sekarang masih impor dengan kisaran harga per unit 2 milyar s.d. 7 milyar sehingga dengan adanya Multi-Receiver produk lokal yang harganya kurang dari 30 % dari produk impor dapat dimanfaatkan.

•

Dengan dihasilkannya High Voltage Current Source Transmitter, maka akan memperbesar peluang pelayanan jasa teknologi survey lapangan CBM dengan penggunaan peralatan murni dari dalam negeri..

•

Beberapa peralatan resistivitymeter lama yang sudah dimiliki oleh beberapa perguruan tinggi, lembaga riset dan Dinas ESDM di Indonesia dapat dimanfaatkaan untuk akuisisi data resistivity 4D secara otomatis, tidak perlu membeli alat resistivity meter yang baru.

•

Peralatan cascading geoscanner dan PSBMC produk dalam negeri mampu dioperasikan dengan HVC, sehingga dapat juga dimanfaatkaan untuk akuisisi data resistivity 4D secara otomatis.


34

PENGEMBANGAN PERALATAN HIGH VOLTAGE CURRENT SOURCE TRANSMITTER UNTUK MONITORING PROSES DEWATERING PADA EKSPLOITASI COAL BED METHANE (CBM)

Recommend Documents