Jurnal Adama Rahim Penerbangan

Oleh Adama Rahim

278,7 KB 5 tayangan 0 unduhan
 


Bagikan artikel

Transkrip Jurnal Adama Rahim Penerbangan

Sistem Kontrol Overheat Pada Turbin Pesawat Dengan Mengunakan Mikrokontroler Arduino. Adama Rahim Alamat Korespondensi: 1. Abstrak Salah satu penyebab menurunnya ketahanan komponen mesin pesawat adalah faktor panas yang berlebih (overheat) pada bagian turbin. Kondisi overheat terjadi bila suhu di ruang pembakaran melebihi suhu set point yang telah ditentukan. Sehingga diperlukan sebuah sistem yang dapat mengendalikan kondisi overheat ini. Penggunaan sistem kontrol overheat pada turbin bertujuan mengendalikan temperatur turbin dengan cara mengatur bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran. Salah satu piranti yang bisa melakukan kontrol otomatis adalah Mikrokontroller Arduino. Pada saat turbin mengalami kondisi overheat sistem control overheat akan memberikan signal ke Mikrokontroller Arduino untuk mengurangi aliran bahan bakar ke turbin dengan cara memerintahkan servovalve bergerak melakukan kontrol terhadap katup bahan bakar sehingga volume bahan bakar yang masuk ke turbin berkurang. Kata kunci : Sistem kontrol, overheat, Mikrokontroller Arduino 2. Pendahuluan Salah satu bagian pesawat yang memegang peranan penting dalam menggerakkan pesawat adalah mesin pesawat. Kehandalan mesin atau engine pesawat menjadi syarat utama layak tidaknya suatu pesawat diterbangkan. Kehandalan mesin pesawat didasarkan pada parameter dan variabel mesin yang mempengaruhi kerja dan tenaga yang di hasilkan oleh mesin pesawat. Selain itu ketahanan komponen mesin juga berpengaruh terhadap performa mesin. Agar komponen mesin tahan lama, mesin yang dioperasikan tidak boleh melebihi batas kemampuannya karena akan berdampak pada terganggunya kinerja mesin tersebut. Pada saat operasi normal mesin pesawat akan mengalami pemanasan yang disebabkan oleh proses firing yang terjadi terus menerus di ruang pembakaran. Salah satu penyebab menurunnya ketahanan komponen mesin adalah karena faktor panas yang berlebih pada turbin pesawat. Overheat pada turbin pesawat terjadi bila suhu di ruang pembakaran melebihi suhu yang telah ditentukan (set point temperature). Sehingga diperlukan sebuah sistem yang dapat mengendalikan kondisi overheat pada mesin. Pengendalian overheat pada turbin pesawat dilakukan pada bagian ruang pembakaran sebab di sinilah proses pembakaran berlangsung. Pengukuran temperatur di ruang pembakaran diperlukan sebagai masukan dalam sistem kontrol, namun dalam aplikasinya pengukuran temperatur tidak mungkin dilakukan pada ruang pembakaran. Pengukuran hanya bisa dilakukan pada exhaust turbin. Berdasarkan hitungan matematis temperatur pada exhaust turbin bisa dijadikan acuan dalam menentukan temperatur ruang pembakaran. Temperatur tinggi pada exhaust turbin dapat diukur dengan menggunakan thermocouple yang tahan terhadap temperatur tinggi. Pada prinsipnya pengendalian temperatur melalui pengaturan jumlah bahan bakar yang masuk ke dalam ruang pembakaran. Bila terjadi overheat volume bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran harus dikurangi. Penggunaan sistem kontrol overheat pada turbin pesawat adalah pengendalian temperatur pada ruang pembakaran dengan cara mengatur bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran. Salah satu piranti yang bisa melakukan kontrol otomatis adalah mikrokontroler Arduino. Sensor thermocouple dapat memberikan sinyal masukan ke Mikrokontroler Arduino untuk menjalankan perintah sesuai input yang diberikan. Turbin gas yang beroperasi dalam kondisi overheat secara terus menerus akan menurunkan efisiensi dan ketahanan komponen pada turbin. Turunnya efisiensi mesin akan berdampak pada meningkatnya pemakaian bahan bakar. Sedangkan turunnya ketahanan komponen turbin berdampak pada menurunnya performa mesin dan dapat memicu kerusakan pada mesin pesawat. Sehingga diperlukan suatu sistem kontrol temperatur otomatis pada mesin pesawat dengan menggunakan suatu mikrokontroler. Untuk itu penulis merasa perlu menulis makalah dengan judul Sistem Kontrol Overheat Pada Turbin Pesawat Dengan Mengunakan Mikrokontroler Arduino. 3. Pembahasan 3.1. Komponen Sistem Kontrol 3.1.1 Mikrokontroler Arduino Arduino adalah platform prototype dari physical computing yang bersifat open source hardware yang berdasarkan pada perangkat keras dan perangkat lunak yang fleksibel dan mudah digunakan. Arduino tidak hanya sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memori mikrokontroller. Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328. Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroller; dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB. Arduino merupakan sebuah board minimum sistem mikrokontroller yang bersifat open source. Di dalam rangkaian board arduino terdapat mikrokontroler AVR seri ATMega 328 yang merupakan produk dari Atmel. Gambar 1. Board Arduino ATmega328 Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibanding board mikrokontroler yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan kita ketika kita memprogram mikrokontroler didalam arduino. Sedangkan pada kebanyakan board mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah untuk memasukkan program ketika kita memprogram mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk loader ketika memprogram, bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial. Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog dan 14 pin digital input/output. Untuk 6 pin analog sendiri bisa juga difungsikan sebagai output digital jika diperlukan output digital tambahan selain 14 pin yang sudah tersedia. Untuk mengubah pin analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi pin pada program. Dalam board kita bisa lihat pin digital diberi keterangan 0-13, jadi untuk menggunakan pin analog menjadi output digital, pin analog yang pada keterangan board 0-5 kita ubah menjadi pin 14-19. dengan kata lain pin analog 0-5 berfungsi juga sebagi pin output digital 14-16. Sifat open source arduino juga banyak memberikan keuntungan tersendiri untuk kita dalam menggunakan board ini, karena dengan sifat open source komponen yang kita pakai tidak hanya tergantung pada satu merek, namun memungkinkan kita bisa memakai semua komponen yang ada di pasaran. Bahasa pemrograman arduino merupakan bahasa C yang sudah disederhanakan syntax bahasa pemrogramannya sehingga mempermudah kita dalam mempelajari dan mendalami mikrokontroller Berikut ini adalah konfigurasi dari arduino duemilanove 328 : - Mikronkontroler ATmega328 - Beroperasi pada tegangan 5V - Tegangan input (rekomendasi) 7 - 12V - Batas tegangan input 6 - 20V - Pin digital input/output 14 (6 mendukung output PWM) - Pin analog input 6 - Arus pin per input/output 40 mA - Arus untuk pin 3.3V adalah 50 mA - Flash Memory 32 KB (ATmega328) yang mana 2 KB digunakan oleh bootloader - SRAM 2 KB (ATmega328) - EEPROM 1KB (ATmega328) - Kecepatan clock 16 MHz 3.1.3 Gas Control Valve Fungsi dari Gas Control Valve adalah menerima jumlah bahan bakar gas yang dibutuhkan oleh turbin, pembukaan katup Gas Control Valve sebanding dengan Fuel Stroke Reference (FSR). FSR merupakan perintah yang digunakan untuk mengatur jumlah permintaan bahan bakar menuju pada Gas Control Valve. 3.1.4 Stop/speed Ratio Valve (SRV) Fungsi stop/speed ratio valve untuk menyediakan tekanan pada bahan bakar gas. Pengaturan tekanan sebagai fungsi kecepatan turbin. Pada kecepatan rendah, tekanan yang dibutuhkan rendah dan apabila kecepatan turbin bertambah maka tekanan yang dibutuhkan juga meningkat. Selain itu SRV juga bertindak sebagai stop valve untuk menyediakan mode shutdown pada gas turbin saat dibutuhkan. 3.1.5 Servovalve Servovalve merupakan motor servo yang dikendalikan langsung Mikrokontroler Arduino. Servovalve sendiri digunakan untuk menggerakan actuator melalui pembukaan katup pada servovalve itu dengan cara memberikan sinyal arus listrik DC (0-20mA) untuk mengatur buka tutup katup pada servovalve dan bedasarkan setpoint yang diberikan kepada Mikrokontroler. Setelah katup terbuka bedasarkan setpoint maka aliran fluida akan dialirkan berasal dari pompa hidrolik untuk menuju ke hidrolik silinder sehingga actuator mulai bergerak. Pada kondisi ini Gas Control Valve dan Stop/Speed Ratio Valve dapat menjalankan fungsinya masing-masing. 3.1.6 Thermocouple Tipe R dan MAX6675 Pengukuran temperatur di ruang pembakaran diperlukan sebagai masukan dalam sistem kontrol, namun dalam aplikasinya pengukuran temperatur tidak mungkin dilakukan pada ruang pembakaran. Pengukuran hanya bisa dilakukan pada exhaust turbin. Berdasarkan hitungan matematis temperatur pada exhaust turbin bisa dijadikan acuan dalam menentukan temperatur ruang pembakaran. Untuk gas ideal, perhitungan dapat ditunjukkan oleh persamaan : TF = Tx (PCD/PX)K TF = Firing Temperatur TX = Exhaust Temperatur PCD = Compressor Discharge Pressure (PSIA) PX = Barometric Pressure (PSIA) K = Expansion Ratio Komponen pengukur temperatur yang memiliki linearitas cukup baik dan dapat bekerja pada rentang suhu yang lebar adalah thermocouple. Komponen thermocouple ini banyak digunakan pada aplikasi sensor suhu untuk keperluan pengukuran dan pengendalian sistem, juga dapat digunakan untuk mengkonversi perubahan suhu menjadi elektrisitas kelistrikan. Thermocouple dapat menghasilkan daya listrik secara mandiri dan tidak memerlukan supply secara eksternal. Untuk memproses keluaran dari komponen ini digunakan IC yang dirancang khusus untuk menkonversi menggunakan thermocouple. Gas panas yang keluar dari exhaust turbin diukur oleh thermocouple yang diletakkan di sekitar exhaust turbin. Bila suhu thermocouple melebihi suhu set point maka mikrokontroller akan memerintahkan servovalve untuk melakukan pengaturan pada katup bahan bakar yakni memperkecil bukaan katup bahan bakar sehingga volume bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran berkurang. Salah satu IC atau chip yang populer untuk melakukan konversi thermocouple secara digital adalah MAX6675. Antarmuka thermocouple tunggal menghubungkan antara sensor thermocouple dengan perangkat Mikrokontroler Arduino. Modul thermocouple membantu dengan mudah untuk dapat menggunakan MAX6675, sehingga akan lebih mudah menggunakan MAX6675 dengan modul mikrokontroller lain. Thermokocouple tidak dirancang untuk disolder langsung ke PCB dan modul ini memberikan konektor, sehingga untuk menghubungkan atau melepas sensor thermocouple lebih mudah karena dilengkapi dengan skrup. Pada tulisan ini thermocouple yang digunakan adalah thermocouple Type R (Platinum with 7% Rhodium) cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) Gambar 2. Thermocoupel dan MAX6675 3.1.6. LCD 1602 LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di berbagai bidang, misalnya dalam alat-alat elektronik, seperti televisi, kalkulator ataupun layar komputer. LCD 1602 artinya LCD tersebut terdiri dari 16 kolom dan 2 baris. Pada tulisan ini LCD 1602 digunakan untuk memonitoring temperatur eksisting turbin. LCD 1602 menampilkan parameter suhu eksisting sehingga temperatur pada ruang pembakaran dapat diketahui. Dengan memonitoring perkembangan temperatur maka kondisi overheat bisa diamati secara manual dengan melihat tampilan nilai suhu di LCD. Gambar 3. Pemasangan LCD 1602 pada Arduino 3.1 Sistem Kontrol Temperatur Pada Turbin Pesawat Tujuan dari Sistem Kontrol Temperatur adalah untuk mengendalikan kondisi overheat di ruang pembakaran sehingga temperatur dalam batasan yang dibolehkan. Hal ini dilakukan dengan pengukuran dari temperatur exhaust ratarata dan dari sini kemudian diperoleh temperatur pembakaran sebagimana persamaan di atas. Turbin pesawat tidak boleh dioperasikan melebihi batas thermal strees yang sudah ditentukan. Sistem kontrol temperatur dibutuhkan untuk mengontrol aliran bahan bakar gas ke turbin. Di dalam turbin temperatur yang tinggi dijumpai pada ruang pembakaran (Combustion Chamber). Temperatur di area ini dibatasi dengan sistem kontrol, karena pengukuran pada ruang pemabakaran tidak bisa dilakukan, maka sistem kontrol temperatur menerima sinyal dari exhaust turbin melalui sebuah sensor yang disebut thermocouple. Pengontrolan temperatur berdasarkan Turbin Exhaust Temperatur (TX) dan Axial Compressor Discharge Pressure (PCD). Dari kedua parameter ini dapat ditentukan firing temperatur tetap, PCD dan Exhaust Temperatur. Sistem Kontrol Temperatur memberikan signal ke servovalve untuk mengurangi fuel gas, apabila temperatur cenderung melebihi set point operasi yang telah ditentukan. Input + - Mikrokontroller Arduino Gas Control Valve Thermocouple MAX 6675 Gambar 4. Sistem Control (close loop) Output KESIMPULAN 1. Sistem kontrol overheat menggunakan Mikrokontroler Arduino merupakan system control digital yang berfungsi melindungi komponen mesin bila terjadi overheat. 2. Besarnya aliran bahan bakar ke ruang pembakaran dikontrol oleh Gas Control Valve dengan mengunakan servovalve 3. Nilai temperatur eksisting dapat dimonitoring melalui LCD1602 yang dipasangkan dengan Modul Arduino DAFTAR PUSTAKA Bashori Z., Kontrol Pemakaian Bahan Bakar Cair Pada Gas Turbine Generator. Laporan Kerja Praktek di PT Indonesia Power. Semarang 2011 ) Oleh : ZABIB BASHORI (L2F 006096) Bas Lubis, Rahmat., Fundamental of SPEEDTRONICTM Mark V Control System, Tambak Lorok Combyne Cycle Plant, Semarang, 2002.

Judul: Jurnal Adama Rahim Penerbangan

Oleh: Adama Rahim


Ikuti kami