PERANCANGAN SWITCHING CONTROL

PERANCANGAN SWITCHING CONTROL PADA PARALEL PUMP SUBMERSIABLE DI SUMUR INTAKE INSTALASI PENGOLAHAN AIR (IPA) PDAM GRESIK ( Hilda Luthfiyah, Totok Soehartanto) Jurusan Teknik Fisika FTI ITS Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 Telp : +6231-5947188 Fax : +6231-5923626 e-mail : [email protected] ABSTRAK Pompa Submersible adalah pompa yang dioperasikan di dalam air dan akan mengalami kerusakan jika dioperasikan dalam keadaan tidak terbenam air berkelanjutan. Maka pompa submersible mempunyai tinggi minimal air permukaan sumur intake yang dapat dipompa sehingga pompa tetap terjaga untuk terbenam. Sumur intake adalah sumur dalam IPA PDAM Gresik yang berfungsi sebagai tempat pengumpul bahan baku air dari sungai. Di IPA PDAM Gresik pengaturan kerja ke-11 pompa terbagi pada 2 jenis sumur yaitu bentuk lingkaran dengan 8 buah pompa terpasang dan berbentuk kotak dengan 3 buah pompa terpasang yang dioperasikan secara manual berdasarkan perkiraan tinggi air yang terlihat oleh petugas. Oleh karena itu, melalui tugas akhir ini dilakukan perancangan switching control pompa submersible secara otomatis berdasarkan tinggi air permukaan sumur intake dan waktu operasional pompa tersebut. Perancangan ini menggunakan konfigurasi logic solver dengan referensi utama adalah tinggi minimum permukaan air sumur intake yang tidak boleh dilewati yaitu 3 m. Berdasar simulasi yang telah dilakukan, debit sungai minimal yang dapat menyalakan 3 buah pompa submersible adalah 107.5 m3/s dan debit sungai maksimal ketika telah dapat menyalakan 11 pompa adalah 161 m3/s, meskipun debit sungai 89.72 m3/s dan tinggi air yang mampu dicapai hanya 2.5 m tetapi ketika terjadi kenaikan debit secara tiba-tiba dikarenakan banjir, lumpur, dsb (load) sebesar 70 m3/s maka dapat menaikkan tinggi air sumur menjadi lebih dari 6 meter dan mampu menyalakan 11 buah pompa submersible yang terpasang. Kata kunci : Pompa Submersible, Sumur Intake, Switching Control melalui batas aman maka dapat menambahkan pengoperasian satu atau beberapa pompa sehingga penyaluran air dapat dilakukan maksimal dengan memperhatikan kondisi di IPA agar tidak overflow ataupun ketinggian air menyusut yang menyebabkan pompa muncul. Penambahan atau pengurangan jumlah pompa yang dioperasikan dilakukan dengan cara manual dan berdasarkan perkiraan tinggi air yang terlihat oleh petugas. Oleh karena itu dalam penelitian ini akan melakukan pengendalian ketinggian air di sumur Intake secara otomatis dengan merancang pemodelan switching control mengggunakan program simulink agar pompa Submersiable yang terpasang secara paralel dapat bekerja secara bergantian dengan tetap berada di atas permukaan air yang dipersyaratkan yaitu 3 meter. Dalam penelitian ini ke-11 pompa submersible yang digunakan diasumsikan dalam kondisi baik dengan mengabaikan faktor kekeruhan (NTU) pada air sungai. Selain itu kondisi sumur intake ketika dalam keadaan overflow tidak diperhatikan.

I.

PENDAHULUAN Pompa Submersible (pompa benam) adalah pompa yang dioperasikan di dalam air dan akan mengalami kerusakan jika dioperasikan dalam keadaan tidak terdapat air terus-menerus. Jenis pompa ini mempunyai tinggi minimal air yang dapat dipompa dan harus dipenuhi ketika bekerja agar life time pompa tersebut lama. Pompa jenis ini bertipe pompa sentrifugal. Pompa Submersible yang digunakan oleh IPA PDAM Gresik untuk menyedot air dari sungai, sumber utama pengolahan air melewati dua saluran pipa menuju dua jenis sumur Intake yang berbeda. Satu sumur berbentuk bundar dengan delapan pompa Submersible, sedangkan yang lain berbentuk kotak dengan tiga pompa berjenis sama. Air yang telah berada di IPA akan diolah sehingga dapat dimanfaatkan oleh masyarakat. Kondisi ke-11 pompa tersebut tidak dapat digunakan secara maksimal bersamaan bergantung debit air di sungai yang dipengaruhi oleh musim yang sedang berjalan. Ketika musim penghujan maka debit air melimpah sehingga ketinggian air di sumur Intake dapat mencapai maksimal. Pengaruhnya, jika ke-11 pompa tersebut digunakan maka dapat terjadi overflow pada IPA. Solusinya adalah mematikan pompa sehingga tidak terjadi lagi overflow. Pada musim kemarau, debit air yang melalui sungai dapat sangat jauh berkurang. Hal ini tentu dapat mempengaruhi ketinggian air di sumur Intake yang menyusut sehingga pompa Submersiable tidak tenggelam lagi tapi muncul. Maka dilakukan penghentian operasi untuk satu atau beberapa pompa sampai ketinggian air di sumur Intake memenuhi ketinggian minimal agar pompa tetap tenggelam. Tetapi jika ketinggian air telah

II.

TEORI PENUNJANG

1. Instalasi Pengolahan Air PDAM Berdasar SNI 6773-2008, unit paket instalasi pengolahan air yang selanjutnya disebut unit paket IPA adalah unit paket yang dapat mengolah air baku melalui proses fisik, kimia dan atau biologi tertentu dalam bentuk yang kompak sehingga menghasilkan air minum yang memenuhi baku mutu yang berlaku, didesain dan dibuat pada suatu tempat yang selanjutnya dapat dirakit di tempat lain dan dipindahkan, yang

1

kapasitas debit keluaran yang mampu dihisap oleh pompa adalah 50 l/dt. Pompa ini digerakkan dengan motor listrik di bawah permukaan melalui sutu poros motor (shaft) yang memutar pompa, dan akan memutar sudu-sudu (impeller) pompa. Perputaran sudu-sudu itu menimbulkan gaya sentifugal yang digunakan untuk mendorong ke fluida permukaan.

terbuat dari bahan plat baja, dan plastik atau fiber. Unit-unit yang terdapat pada IPA PDAM Gresik digambarkan pada gambar 1 di bawah ini.

4. Pompa Paralel Pompa paralel adalah beberapa buah pompa dihubungkan pada saluran pipa yang sama. Dalam rangkaian pompa paralel di sumur Intake PDAM ada 3 jenis pipa transmisi yang terhubung dengan 6 pompa, 3 pompa, dan 2 pompa pada tiap pipa tersebut dengan diameter pipa yang berbeda-beda. Pada suatu pompa yang dipasang secara paralel akan menghasilkan debit keluaran dari pompa dengan besarnya merupakan kelipatan dari setiap pompa yang terpasang dengan catatan bahwa pompa yang dipasang secara paralel mempunyai kapasitas debit keluaran yang sama seperti diperlihatkan pada gambar 4.

Gambar 1. Unit Paket IPA [7] 2. Sumur Intake

Gambar 2. Sumur Intake lingkaran pada IPA PDAM Gresik [3] Sumur Intake merupakan bangunan atau alat untuk mengambil air dari sumbernya yaitu sungai. Intake pada IPA PDAM Gresik ini terbagi pada 2 macam jenis yaitu bentuk kotak dengan sisinya 4 m dan bentuk lingkaran dengan diameter 5 m yang terhubung pada sumber air baku yaitu kali Surabaya. Bangunan intake ini berada pada lokasi yang aman dari arus deras, terletak di hulu sungai sehingga aman dari pencemaran, dan posisi intake seharusnya dapat disadap secara konstan sesuai dengan kebutuhan baik pada musim kemarau maupun pada musim hujan tetapi pada kondisi realitanya ketika kondisi kemarau, sumur intake kesulitan untuk menghisap air dari Kali Surabaya.

Gambar 4. Grafik Hubungan Jumlah Pompa dengan Debit 5. Level Transmitter Level transmitter yang akan dipasang ini merupakan satu kesatuan peralatan pembacaan variabel terukur dengan dilengkapi oleh sensor sebagai pendeteksi ketinggian air pada sumur intake. Ketika sensor telah membaca ketinggian air maka akan disimpan datanya untuk dikirimkan ke controller berupa logic solver untuk diputuskan jumlah pompa yang aktif ataupun mati. Pematian atau penyalaan pompa ini melalui relay atas dasar perintah controller. Relay ini berfungsi sama dengan saklar yaitu memtus atau menyambungkan listrik pada pompa submersible seahingga pompa akan mati atau menyala. Pada level transmitter ini dapat didekati dengan sistem orde 1, yaitu :

3. Pompa Submersible

L oy L ox

=

KL τL s+1

(1)

dengan, K L adalah gain kontroller dan τL adalah time constant level. 6. Hukum Kesetimbangan Massa Kesetimbangan massa pada pada suatu reaksi dengan satuan kg/s dapat dituliskan dengan persamaan : Laju aliran massa input-laju aliran massa ouput = laju perubahan massa dalam sistem Kemudian dari persamaan di atas dapat diubah ke dalam kesetimbangan massa untuk air sehingga didapatkan suatu pesamaan mencari perubahan ketinggian berdasarkan debit air yaitu : dh A = qin − qout (2) dt

Gambar 3. Pompa Submersible [10] Pompa Submersible dibuat atas dasar pompa sentrifugal bertingkat banyak dimana keseluruhan dari pompa dan motornya harus ditenggelamkan ke dalam cairan. Pompa Submersible yang digunakan pada plant bertipe Grundfos 150KWO dengan 2 jenis pompa berdaya berbeda yaitu 30 kW dan 37 kW. Frekuensi yang dihasilkan adalah 50 Hz dengan

dengan, A

2

= luas penampang sumur (m2)

Q in = debit yang masuk ke sumur intake (m3/s) Q out =debit total yang keluar dari sumur intake melalui pompa paralel (m3/s)

1.

Rancangan Switching Control Pompa Level Transmitter maupun logic solver sebagai pengendali pada sumur intake diletakkan pada masingmasing sumur, yaitu bentuk kotak dan bentuk lingkaran. Logic solver yang dirancang tentu berbeda antara sumur bentuk kotak maupun lingkaran, dikarenakan hal ini dipengaruhi pengendalian ketinggian yang disebabkan oleh besarnya jumlah pompa dan luas penampang sumur yang berbeda di tiap jenisnya.

7. Pengendalian berbasis Logic Solver Logic solver berisi sebuah perintah sebab akibat yang berfungsi sebagai pasangan aksi-kondisi dari sebuah proses. Perintah ini menjadi acuan dalam proses pengendalian ketika mengeluarkan sinyal yang menjadi aktuator. Perintah yang dikeluarkan merupakan algoritma sebuah pengendali yang dapat diadaptasi suatu plant dengan multivariabel. Langkahlangkah untuk meyusun truth tabel Simulink, adalah :  Membuka jendela editing pada truth tabel  Memilih action languange  Memasukan truth tabel condition  Memasukkan truth tabel decision  Memasukan truth tabel action  Assigning truth tabel

LEVEL TRANSMITTER

PARALEL POMPA SUBMERSIBLE

FUNGSI SUMUR INTAKE KOTAK h h X

CONTROLLER

DEBIT SUNGAI

FUNGSI SUMUR INTAKE LINGKARAN h PARALEL POMPA SUBMERSIBLE

h X

CONTROLLER

LEVEL TRANSMITTER

Gambar 7. Diagram Blok Sistem Gambar 5.Bentuk Penulisan Logic Solver pada Truth Tabel

[14] S-1

III. PEMODELAN SWITCHING CONTROL POMPA PARALEL PADA SUMUR INTAKE

LT

Keterangan: : Pompa Submersible : Relay

S-2

LOGIC SOLVER

START S-4 S-7 S-8 S-9

Studi Literatur

Data Debit Distribusi Air PDAM per 3 tahun

Gambar 8. Perancangan Switching Control Pompa

Pemodelan

Pemodelan Debit sungai

Pemodelan Debit Pompa Paralel

Pemodelan Fungsi Sumur Intake

2.

Pemodelan Swicthing Control On/Off Pompa

Perancangan Model Matematis Debit Output Pompa Paralel Submersible

Tidak

Menentukan ketinggian Air di Sumur Intake

Simulasi Desain Proses pada Sumur Intake beserta Pengendali Switching Control On/Off Pompa

Apakah Switching Control Pompa Bekerja sesuai ketinggian Sumur Intake

Ya

Gambar 9. Kesetimbangan Massa Pompa Paralel

Analisa Hasil dan Kesimpulan

Dari pemodelan sistem di atas dapat ditentukan persamaan matematisnya adalah :

END

y = 0.05 x dengan, x = jumlah pompa yang digunakan

Gambar 6. Diagram Alir Penelitian

3

(3)

3.

Q pompa = debit total keluaran pompa paralel ketika diaktifkan (m3/s)

Pemodelan Matematis Debit Kali Surabaya

Data yang didapatkan untuk mendukung penelitian ini berupa data debit distribusi air PDAM ke pelanggan mulai tahun 2007-2009. Kemudian didapatkan Q produksi dengan persamaan :

5.

Secara umum fungsi alih dari level transmitter dapat didekati dengan sistem orde 1 yang tertulis pada persamaan (1). Dengan memasukkan data teknis, maka diperoleh fungsi alih sebagai berikut :

Q produksi = Q out distribusi + (5%. Q out distribusi) (4) Maka didapatkan persamaan Q produksi per tahun, yaitu :   

Pemodelan Matematis Level Transmitter

y = -(2,10-6) x6 + (8,4.10-5) x 5- (1,052.10-3)x4 + (5,184.10-3)x3 - (5,122.10-3)x2 - 0,02369x + 0,3858 (tahun 2007) y = (1,17.10-5)7 x6 - (7,28.10-4) x5 + 0,01203 x4-0,09533 x3 + 0,3678 x2 - 0,6173 x + 0,6604 (tahun 2008) y = -(1.10-5) x6 + (3,27.10-4) x 5- (3,928.10-3) x4 + 0,02256 x3 - 0,06275 x2 + 0,08403 x + 0,3481 (tahun 2009)

L oy L ox

6.

= 1,6. 10−3 A/m

(8)

Pemodelan Pengendalian Aktifasi Pompa

Pengendalian ini disambungkan limit switch pada tiap-tiap pompa Submersible dan memberikan perintah untuk menyalakan atau mematikan pompa sesuai program yang telah diatur bergantung pada ketinggian tertentu air dalam sumur Intake. Penentuan level ini merupakan dasar dari pemrograman logic solver. Setelah itu mengubah penentuan level di atas untuk dikonversikan ke error arus. Error arus adalah hasil penjumlahan dari set point level yaitu 3 meter (tinggi minimal sumur Intake yang diijinkan dan telah dikonversi pula ke dalam arus) dengan output dari level transmitter. Maka didapatkan nilai batas minimal dan maksimal error arus untuk menyalakan atau mematikan pompa submersible. Pemodelan ini terbagi menjadi 2 jenis berdasarkan bentuk sumur yang terdapat pada intake.

dari persamaan tiap tahun diatas dengan y adalah debit produksi IPA PDAM per bulan dan x adalah urutan bulan, dimasukkan ke turunan dari persamaan (2) sehingga menjadi persamaan di bawah ini. h

Q sungai = . A + Q produksi (5) t dengan, Q sungai = debit yang melewati Kali Surabaya (m3/s) h = tinggi permukan air sumur intake (m) t = waktu (detik) A = luas penampang sumur intake (35.635 m2) Q produksi = debit produksi per tahun, persamaan dinamik hasil perhitungan pers. (4)

Tabel 1. Tabel Kondisi untuk Sumur Kotak

Hasil perhitungan dari persamaan 5, dimasukan dalam program minitab, maka diperoleh persamaan matematis debit sungai Kali Surabaya adalah :  y= 0,6399+35,633x+0.0000954437x2 (tahun 2009)  y= 0.3779+35.6364x+0.000169751x2 (tahun 2008)  y= 0.55731+35.6342x+0.00023263x2 (tahun 2007) dengan y adalah adalah debit sungai Kali Surabaya per bulan untuk tahun 2007-2009 dan x adalah urutan bulan per tahun 4.

Pemodelan Matematis Proses Sumur Intake Tabel 2. Tabel Kondisi untuk Sumur Lingkaran Gambar 10. Kesetimbangan Massa Proses Sumur Intake

Berdasarkan diagram blok diatas, maka hukum kesetimbangan energinya, adalah:

ṁsumur = ṁin − ṁout

(6)

Persamaan (6) diturunkan untuk didapatkan persamaan ketinggian air pada sumur intake, yaitu menjadi : h=

(Q sungai −Q 2.5 m )−Q pompa A

. t + 2.5

(7)

dengan, t = 1 detik A = 16 m2 (kotak) atau 19.625 m2 (lingkaran) Q sungai = debit kali Surabaya (hasil perhitungan berupa pers.dinamik pers. (5))

Pada 2 bentuk tabel kondisi sebelumnya, kolom D adalah kolom kebenaran yang mengartikan kondisi yang

4

terjadi ketika kontroller disimulasikan. Tetapi pada kolom terakhir diartikan kondisi default sistem. Huruf T berarti kondisi benar (true) dan F kondisi salah (false). Tabel 3. Tabel Aksi untuk Sumur Lingkaran

Gambar 12. Pemodelan Waktu Operasional Pompa pada Sumur Lingkaran dengan Simulink Tabel 4. Tabel Aksi untuk Sumur Kotak IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 1.

Simulasi Dinamika Tinggi Air Permukaan Sumur Intake Dinamisasi tinggi air sumur ini dipengaruhi debit sungai sebagai input sistem, debit keluaran dari pompa submersible yang terpasang pada ke dua sumur intake sebagai output dari sistem, dan luas penampang sumur. Ke-3 variable inilah yang saling mempengaruhi. Semakin besar debit air yang memasuki ke dalam sumur, baik sumur intake kotak maupun bentuk lingkaran maka makin tinggi pula permukaan air sumur yang dapat dicapai. Selain itu semakin besar pula peluang jumlah dari pompa Submersible yang dapat dinyalakan karena kondisi kritis telah dapat terlewati.

Pada 2 jenis tabel aksi di atas tiap baris yang tertulis mengartikan aksi yang harus dilakukan pada tabel kondisi. Sedangkan pada baris terakhir merupakan pendefinisian pada konsidi default.

7.

Pemodelan Aktifasi Pompa berdasar Waktu Operasional Perancangan waktu kerja pompa Submersible pada sumur Intake kotak berdasarkan batas maksimal waktu operasi kerja pompa. Sebagai masukan berupa nilai dari jumlah pompa yang bekerja menggunakan pulse generator yang merupakan pewaktu pada tiap-tiap pompa Submersible ketika bekerja atau dihentikan operasinya. Masukan tersebut dihubungkan dengan fungsi Matlab yang didalamnya terdapat fungsi M-file yang akan mengatur pompa mana saja yang akan aktif atau mati ketika sudah melewati beberapa jam yang telah ditentukan. Sehingga pada keluaran dari sistem akan terlihat waktu-waktu ketika tiap pompa tersebut nyala atau mati

Gambar 13. Pemodelan Dinamika Tinggi Air Sumur  Simulasi perubahan dinamika tinggi air pada sumur kotak Tabel 5. Dinamika Tinggi Air Sumur Kotak Tahun 2009 Q sungai (m3/s)

Gambar 11. Pemodelan Waktu Operasional Pompa pada Sumur Kotak dengan Simulink

Besar Level Air Sumur (m ) dengan ∑Q out pompa (m3/s) Aktif 0 (m3/s)

0.05 (m3/s)

0.1 (m3/s)

0.15 (m3/s)

54.09

0.2729

0.2698

0.2666

0.2635

71.91

1.386

1.383

1.38

1.377

89.72

2.5

2.497

2.494

2.491

107.5

3.614

3.61

3.607

3.604

125.4

4.727

4.724

4.721

4.718

143.2

5.841

5.838

5.834

5.831

161

6.954

6.951

6.948

6.945

178.8

8.068

8.065

8.061

8.058

Ketika pompa mulai dinyalakan satu atau sampai tiga buah pompa Submersible maka mengalami pengurangan

5



tinggi air sumur kotak rata-rata sebesar 0.003 m ketika satu pompa menyala, 0.006 m ketika dua buah pompa menyala, dan ketika ketiga pompa menyala tinggi air berkurang 0.009 m – 0.011 m dari tinggi air sumur kotak semula (belum ada pompa yang dinyalakan).

Simulasi pengendalian aktifasi pompa submersible pada Sumur Kotak

Tabel 7. Hasil Simulasi Pengendalian Pompa pada Sumur Kotak Error Arus

P1

P2

P3

0,01

OFF

OFF

OFF

0

ON

OFF

OFF

-0,004

ON

OFF

OFF

-0,008

ON

OFF

OFF

-0,012

ON

ON

OFF

 Simulasi perubahan dinamika tinggi air pada sumur lingkaran Tabel 6. Dinamika Tinggi Air Sumur Lingkaran Tahun 2009 Q sungai (m3/s)

Besar Level Air Sumur (m ) dengan ∑Q out pompa (m3/s) Aktif 0 (m3/s)

0.5 (m3/s)

0.1 (m3/s)

0.15 (m3/s)

0.2 (m3/s)

0.25 (m3/s)

0.3 (m3/s)

0.35 (m3/s)

0.4 (m3/s )

54.09

0.6843

0.6817

0.6792

0.6766

0.6741

0.6715

0.669

0.6664

0.664

-0,014

ON

ON

OFF

71.91

1.592

1.59

1.587

1.584

1.582

1.579

1.577

1.574

1.572

-0,016

ON

ON

OFF

89.72

2.5

2.497

2.495

2.492

2.49

2.487

2.485

2.482

2.48

-0,018

ON

ON

ON

107.5

3.408

3.405

3.403

3.4

3.398

3.395

3.393

3.39

3.387

-0,02

ON

ON

ON

125.4

4.316

4.315

4.311

4.308

4.306

4.303

4.3

4.298

4.295

143.2

5.224

5.221

5.218

5.216

5.213

5.211

5.208

5.206

5.203

161

6.131

6.129

6.126

6.124

6.121

6.119

6.116

6.114

6.111

178.8

7.039

7.032

7.034

7.032

7.029

7.027

7.024

7.021

7.019

196.6

7.947

7.945

7.942

7.94

7.937

7.934

7.932

7.929

7.927

214.4

8.855

8.853

8.85

8.847

8.845

8.842

8.84

8.837

8.835



Tabel 8. Hasil Simulasi Pengendalian Pompa pada Sumur Lingkaran

Dari tabel 6 di atas menunjukkan hubungan antara debit sungai sebagai masukan dengan debit pompa sebagai keluaran yang diubah-ubah menghasilkan besar perubahan ketinggian air di sumur intake lingkaran. Makin besar debit sungai sebagai masukan maka makin tinggi pula kedudukan air di sumur lingkaran meski ada pengaruh pengurangan nilai ketinggian air disebabkan adanya penambahan jumlah pompa yang bekerja makin bertambah tapi hal ini tidak terlalu signifikan mempengaruhi besar kenaikan ketinggian sumur. Dari data di atas didapatkan tinggi minimal air di sumur intake lingkaran atau kotak agar dapat mulai menyalakan pompa Submersible adalah 3 meter sehingga debit masukan dari sungai yang dapat memenuhi tinggi air tersebut sebesar ± 107.5 m3/s. Setiap menyalakan satu buah pompa berarti memberikan pengaruh pengurangan ketinggian pada sumur intake baik sumur kotak maupun lingkaran sampai 0.003 meter. 2.

Simulasi pengendalian aktifasi pompa submersible pada Sumur Lingkaran

error arus

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

0,01

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

0

ON

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

-0,015

ON

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

-0,02

ON

ON

ON

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

-0,025

ON

ON

ON

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

-0,03

ON

ON

ON

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

-0,035

ON

ON

ON

ON

ON

ON

OFF

OFF

-0,045

ON

ON

ON

ON

ON

ON

OFF

OFF

-0,05

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

-0,055

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

ON

Tabel 7 dan 8 merupakan hasil simulasi untuk pengendalian dengan nilai error arus yang diubah-ubah. Ketika nilai error arus menunjukkan nilai positif maka tiga buah pompa tidak diijinkan untuk dinyalakan atau mati. Nilai positif ini berarti lebih besar dari nilai set point (3 m) daripada keluaran level transmitter. Ini berarti kondisi ketinggian air di sumur kurang dari 3 m. Tetapi ketika nilai error arus lebih kecil atau sama dengan nol, maka mulai ada proses untuk mulai menyalakan pompa secara bertahap sampai dengan semua pompa menyala.

Simulasi Aktifasi Pompa Berdasar Tinggi Permukaan Sumur Intake

3.

Simulasi Pengendalian Waktu Operasional Pompa Pompa submersible yang terpasang pada sumur intake minimal dapat bekerja 15 jam sedangkan maksimal waktu operasional setiap pompa submersible diatur 144 jam atau 6 hari dalam seminggu agar pompa mempunyai waktu untuk beristirahat sehari dalam seminggu. Pengendalian waktu operasional pompa Submersible secara bergantian ini bertujuan untuk menjaga agar pompa tenggelam ini bekerja tanpa melebihi standar operasi maksimalnya dengan terus memperhatikan kewajiban menyuplai air ke IPA.

Gambar 14. Pemodelan Logic solver untuk Sumur Kotak dan Sumur Lingkaran

6



4.

Simulasi Pada Sumur Kotak

Tabel 9. Hasil Simulasi Pengendalian waktu Operasional Pompa Sumur Kotak No

Jumlah Pompa bekerja

1

1

2

2

3

3



Pompa Submersible

Waktu (jam)

1

2

3

0-24 24-48 48-72 0-24 24-48 48-72 0- ~

ON OFF OFF ON ON OFF ON

OFF ON OFF ON OFF ON ON

OFF OFF ON OFF ON ON ON

Dari hasil simulasi tabel 9 di atas terlihat waktuwaktu ketika mulai terjadi pergantian aktifasi pompa. Ketika hanya 1 buah pompa yang harus bekerja maka pergantian kerja setiap pompa berselang-seling 1 hari. Ketika 2 buah pompa harus aktif, maka pengaturannya berselang-seling sesuai aturan dalam tabel tersebut. Tetapi aturan tersebut tidak berlaku lagi ketika semua pompa dalam kondisi bekerja. Pengaturan waktu ini terus berlangsung kembali di awal ketika menginjak waktu-waktu berikutnya. 

Gambar 15. Wiring sistem pengendalian pada sumur kotak dengan Simulink Simulasi yang digunakan pada pemodelan ini adalah megubah-ubah masukan debit sungai yaitu 89.72 m3/s dengan diberikan load. Load tersebut dianalogikan dalam realita pada sumur ketika terjadi kenaikan air secara tiba-tiba dikarenakan adanya lumpur, banjir, maupun hal-hal lain yang bisa memepengaruhi kenaikan debit sungai. Gambar 13, 14, dan 15 adalah gambar grafik ketika debit sungai deberi load 10 m3/s

Simulasi Pada Sumur Lingkaran

Tabel 10. Hasil Simulasi Pengendalian waktu Operasional Pompa Sumur Lingkaran N o

1

2

3

8

Jumlah Pompa bekerja

2

4

6

8

Waktu (jam) 0-24 24-48 48-72 72-96 96-120 120-144 144-168 168-192 0-24 168-192 24-48 48-72 72-96 96-120 120-144 144-168 0-24 24-48 48-72 72-96 96-120 120-144 144-168 168-192 0- ~

Simulasi Pengendalian Tinggi Permukaan Sumur Intake & Waktu Operasional Simulasi Sistem Pengendalian pada Sumur Kotak

Pompa Submersible (PS) 1 √

2

3

4

5

6

7

8

99.72 m3/s

√ √

√ √

√ √

√

√

√ √

√ √

√

√ √

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√ √

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

Gambar 16. Grafik perubahan debit air masuk sumur kotak ketika terjadi load 10 m3/s

√ √

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√ √

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

3.122 m

√

Dari tabel 10 di atas memperlihatkan waktu-waktu operasional pompa dalam seminggu ketika 2, 4, dan 6 buah pompa Submersible dinyalakan secara bergantian. Aturan operasional pompa ini bertujuan untuk menjaga kinerja setiap pompa tetap maksimal meski maksimal digunakan secara terus menerus selama 6 hari, tetapi pada hari ke-7 digunakan untuk waktu istirahat pompa tersebut. Aturan ini tidak berlaku jika perintah yang masuk adalah semua pompa harus aktif, maka tidak ada waktu pengendalian operasional pompa.

Gambar 17. Grafik perubahan tinggi air permukaan sumur kotak ketika terjadi load 10 m3/s

7

Simulasi yang digunakan adalah sama dengan sumur kotak, yaitu memberikan load pada debit sungai sebagai gambaran mendekati kondisi realita sumur ketika terjadi banji atau hal-hal yang mengakibbatkan kenaikan debit sungai secara tiba-tiba. Besar load yang diberikan pada gambar 18, 19, dan 20 adalah 10 m3/s.

0.05 m3/s

99.72 m3/s

Gambar 18. Grafik perubahan debit keluaran pompa pada sumur kotak ketika terjadi load 10 m3/s Dengan level lebih dari 3 m maka 1 pompa diijinkan untuk aktif, pengaturan kerja pompa bergantian selama 200 jam (dalam simulasi ini) maka pada gambar 16 terlihat waktu operasional pompa bergantian. P1

P2

Gambar 21. Grafik perubahan debit air masuk sumur kotak ketika terjadi load 10 m3/s.

P3

3.004 m

Gambar 19. Sinyal pewaktu pada sumur kotak ketika 1 buah pompa Submersible aktif Simulasi yang digunakan mengubah-ubah load yang mempengaruhi debit yang masuk pada sumur kotak. Ketika load diubah menjadi 20 m3/s maka debit input menjadi 109.72 m3/s, level air sumur 3.722 m, dan 2 buah pompa diijinkan aktif dengan debit output pompa paralel menjadi 0.1 m3/s. Nilai load tersebut kemudian bertambah besar, yaitu 30 m3/s, maka pengaruh yang ditimbulkan debit input sumur menjadi 119.72 m3/s, level air sumur 4.366 m sehingga ke-3 buah pompa diijinkan aktif dengan debit output pompa paralel 0.15 m3/s.

Gambar 22. Grafik perubahan tinggi air permukaan sumur lingkaran ketika terjadi load 10 m3/s

 Simulasi Sistem Pengendalian pada Sumur Lingkaran 0.1 m3/s

Gambar 23. Grafik perubahan debit keluaran pompa pada sumur lingkaran ketika terjadi load 10 m3/s Ketika tinggi air permukaan lebih dari 3 meter maka oleh level controller maka diijinkan untuk menyalakan pompa sebanyak 2 buah. Pengaturan nayalanya pompa ketika bekerja 200 jam terus-menerus dapat dilihat pada gambar 21.

Gambar 20. Wiring sistem pengendalian pada sumur lingkaran dengan Simulink

8

P1

P2

P3

P5

P6

P7

Tabel 11 adalah tabel yang menunjukkan pengaruh pada sumur intake keseluruhan ketika debit sungai terganggu oleh adanya kotoran, lumpur, atau air yang masuk secara tibatiba yang mempegaruhi debit air yang masuk pada sumur secra keseluruhan yang diwakili dengan load. Terlihat bahwa bertambahnya nilai load maka akan mempengaruhi variabel yang lain yang makin meningkat. Pada tabel tersebut terlihat ketika kondisi minimum, debit input sumur intake adalah 89.72 m3/s dengan level 2.5 m. Pompa mulai diijinkan menyala 3 buah ketika diberikan load 10 m3/s. Sedangkan ke11 pompa aktif ketika load diberikan 70 m3/s.

P4

P8

V.

PENUTUP

1.

Gambar 24. Sinyal pewaktu pada sumur lingkaran ketika 2 buah pompa Submersible aktif Kemudian load tersebut diubah-ubah dengan menambah besarnya untuk pengaruh pada kinerja pompa submersible. Ketika load dinaikkan menjadi 30 m3/s dengan debit minimum sungai 89.72 m3/s, maka debit input sumur lingkaran menjadi 119.72 m3/s dengan level permukaan air sumur menjadi 4.008 m dengan 4 buah pompa aktif dan debit ouput pompa paralel menjadi 0.2 m3/s. Load tersebut dinaikkan lagi menjadi 50 m3/s, maka debit input lingkaran menjadi 139.72 m3/s, dengan tinggi air permukaan sumur menjadi 5.032 m dan 6 buah pompa aktif dengan debit output pompa paralel menjadi 0.3 m3/s. Terakhir load dinaikkan menjadi 70 m3/s, maka debit input sumur menjadi 159.72 m3/s, level air pada sumur lingkaran 6.046 m dan mengijinkan 8 buah pompa submersible yang terpasang untuk aktif dengan debit output pompa paralel adalah 0.4 m3/s. 5.

Simulasi Implementasi Switching Control Pengendalian Pompa Submersible keseluruhan

Tabel 11. Hasil simulasi integrasi keseluruhan sistem dengan dipengaruhi kenaikan load bertahap Q in (m3/s)

Sumur Lingkaran

Load (m3/s)

Sumur Kotak Tinggi Air (m)

Arus LT (A)

∑ Pomp On

Q out Pomp (m3/s)

Tinggi Air (m)

Arus LT (A)

∑ Pomp On

Q out Pomp a (m3/s)

0

89,72

2,5

0,044

0

0

2,5

0,044

0

0

10

99,72

3,122

0,054

1

0,05

3,004

0,052

2

0,1

3

20

109,72

3,744

0,064

2

0,1

3,514

0,060

2

0,1

4

30

119,72

4,366

0,078

3

0,15

4,018

0,068

4

0,2

5

40

129,72

4,991

0,084

3

0,15

4,528

0,076

4

0,2

6

50

139,72

5,616

0,094

3

0,15

5,032

0,084

6

0,3

7

60

149,72

6,241

0,104

3

0,15

5,542

0,093

6

0,3

8

70

159,72

6,866

0,114

3

0,15

6,046

0,101

8

0,4

9

80

169,72

7,491

0,124

3

0,15

6,556

0,109

8

0,4

1 0

90

179,72

8,116

0,134

3

0,15

7,066

0,117

8

0,4

N o

1 2

9

Kesimpulan Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut:  Perubahan dinamika tinggi air dipengaruhi debit sungai yang masuk ke dalam sumur intake baik kotak dan lingkaran tidak dapat dikendalikan besarnya karena bergantung musim, sedangkan debit keluaran pompa submersible sebagai media keluarnya air dari sumur Intake ke IPA berpengaruh terhadap tinggi permukaan sumur intake sebesar 0.04 cm-0.01 cm pada tiap pompa yang beroperasi.  Switching control berbasis logic solver dengan titik referensi yang harus dijaga 3 m sebagai nilai tinggi minimal sumur, telah mampu mengendalikan aktifasi pompa submersible yang berdasar tinggi permukaan air sumur dan waktu operasional pompa submersible pada 2 bentuk sumur intake yaitu kotak dan lingkaran dengan jumlah minimal pompa yang aktif 3 buah ketika berada di titik 3 m dan 11 buah ketika tinggi sumur telah mencapai lebih dari 6 meter dengan tetap memperhatikan waktu beroperasinya pompa tidak lebih dari 6 hari dalam seminggu.  Berdasar simulasi yang telah dilakukan, debit sungai minimal yang dapat menyalakan 3 buah pompa submersible adalah 107.5 m3/s dan debit sungai maksimal ketika telah dapat menyalakan 11 pompa adalah 161 m3/s, meskipun debit sungai 89.72 m3/s dan tinggi air yang mampu dicapai hanya 2.5 m tetapi ketika terjadi kenaikan debit secara tiba-tiba dikarenakan banjir, lumpur, dsb (load) sebesar 70 m3/s maka dapat menaikkan tinggi air sumur menjadi lebih dari 6 meter dan mampu menyalakan 11 buah pompa submersible yang terpasang. 2. Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat diberikan saran sebagai berikut sebagai referensi penelitian lebih lanjut :  Perlu ditambahkannya instrumen pada 2 bentuk sumur intake sehingga dapat mengetahui kondisi teraktual sumur tersebut, seperti level transmitter dan flow transmitter.  Dapat dilakukan penelitian dengan melakukan monitoring tinggi debit sungai yang masuk ke dalam sumur intake secara teraktual.

DAFTAR PUSTAKA [1] Akbar, amri. “Perancangan Sistem Pengendalian Pembakaran Pada Duct Burner Waste Heat Boiler (Whb) Berbasis Logic Solver”. Jurusan Teknik Fisika ITS: Surabya. 2008 [2] Afriani, fajri. Hadiwidodo, Mochtar. “Evaluasi Desain Instalasi Pengolahan Air PDAM Ibu Kota Kecamatan Prambanan Kabupaten Klaten”, Jurnal Presipitasi: Klaten. 2007 [3] Anonim. “Gambar Teknik Sumur Intake”. Departemen Pekerjaan Umum Kantor Wilayah Jawa Timur. [4] Anonim.”Keputusan Meneri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 907/Menkes/SK/VII/2002 Tentang Syarat-Syarat Dan Pengawasan Kualitas Air Minum”, Jogjakarta. 2002. [5] Anonim. “Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 82 tahun 2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air”. 2001. [6] Anonim. “Revisi SNI 19-6774-2002, Spesifikasi Unit Paket Instalasi Pengolahan Air”. Badan Litbang Departemen Pekerjaan Umum: Jakarta. 2006. [7] Anonim. “SNI 6773-2008, Spesifikasi Unit Paket Instalasi Pengolahan Air”. Badan Standarisasi Nasional : Jakarta. 2006. [8] Ogata, Katsuhiko. 1997. “Teknik Kontrol Automatik”. Erlangga; Jakarta. [9] Nouwen, Ing A. “Pompa 1”. Bhratara Karya Aksara: Jakarta. 1979. [10] LC 108, Grundfos 150 KWO [11]Rangminang, Intake. [12]Pompa benam/ Submersible pump, [13] Tinjauan Teori ESP, [14] Help MATLAB Simulink R2009a,Programming a Truth Table. BIODATA PENULIS

Nama TTL

: Hilda Luthfiyah : Sidoarjo, 28 Januari 1988

Riwayat Pendidikan: Tek. Fisika ITS Surabaya SMA Negeri 1 Sidoarjo SMP Negeri 1 Sidoarjo SDN Pucang 1 Sidoarjo

2006 – sekarang 2003 – 2006 2000 – 2003 1994 – 2000

10