Mengenal Apa Itu Boiler Water Level Control (BWLC)

Pengertian Secara Umum

Pabrik industri kerap kali membutuhkan uap untuk melakukan berbagai macam proses seperti proses pemanasan, produksi vakum, steam-engine moving, augmentasi proses kimia maupun proses-proses lainnya [1]. Umumnya, fungsi untuk menghasilkan uap ini dijalankan oleh sebuah pemanas (ketel) yang disebut dengan ‘steam boiler’.

Proses untuk mendapatkan uap ini cukup sederhana, kita biasa melihatnya ketika memasak air di dapur. Uap dihasilkan dari air yang dipanaskan hingga mencapai titik didih (boiling point) nya. Pada kondisi tersebut, air yang tadinya berwujud cair berubah menjadi fase gas dan terciptalah uap air. Artinya, untuk menghasilkan uap kita membutuhkan dua komponen yaitu air dan panas (kalor).

Peran dari steam boiler itu sendiri adalah untuk mengadakan panas (kalor) melalui proses combustion (pembakaran). Proses ini setidaknya memerlukan tiga hal penting, yaitu bahan bakar (biasanya dari gas alam, minyak, batubara, dan lainnya); udara (lebih tepatnya oksigen); serta panas untuk mencapai suhu dimana oksigen dan bahan bakar dapat bereaksi kimia. Apabila ketiganya tersedia, maka cukup untuk pembakaran bisa terjadi [2].

Namun pada sebuah pabrik industri, uap air ini dibutuhkan secara terus-menerus (continu). Hal ini tentunya menuntut adanya penambahan fungsi kontrol. Variabel penting yang diukur dan dikendalikan yaitu level air yang ada di ‘steam drum’ (bejana atas di steam boiler) pada Gambar 1. Agar menghasilkan aliran uap yang berkelanjutan secara efisien dan aman, harus dipastikan level air tidak pernah terlalu rendah atau terlalu tinggi [1].

Aplikasi Mata Kuliah

Mata Kuliah yang digunakan  di Teknik Fisika untuk memahami  BWLC ini adalah Teknologi Sensor, Teknologi Aktuator, Termodinamika, dan Konversi Energi.

Cara Kerja Sistem

Instrumen pertama dalam sistem kontrol ini adalah “LT” atau Level Transmitter. Alat ini fungsinya untuk merasakan ketinggian air di steam drum dan mengirimkan pengukuran tersebut ke pengontrol dalam bentuk sinyal pneumatik, yaitu variabel berupa tekanan udara yang dikirim melalui tabung logam atau plastik. Semakin besar level air dalam drum, semakin banyak tekanan udara yang dikeluarkan oleh LT. Karena LT bersifat pneumatik, maka perlu disuplai dengan A.S (Air Supply) yaitu sumber udara yang terkompresi.

Sinyal pneumatik ini dikirim ke instrument berikutnya dalam sistem kontrol, Level Indicating Controller atau “LIC”. Tujuan dari instrumen ini adalah untuk membandingkan sinyal level transmitter dengan nilai setpoint yang dimasukkan oleh operator manusia yang mewakili level air yang diinginkan dalam steam drum. Pengontrol kemudian menghasilkan sinyal keluaran yang memberi tahu katup kontrol untuk memasukkan lebih banyak atau lebih sedikit air ke dalam ketel untuk menjaga ketinggian steam drum.

Instrumen terakhir pada sistem kendali ini adalah katup kendali yang dioperasikan langsung oleh air operated control valve. Tujuannya adalah untuk membatasi laju aliran air ke dalam boiler. Jenis katup kendali ini menggunakan diafragma besar dan pegas besar untuk membuat katup lebih terbuka dengan lebih banyak sinyal tekanan dan selanjutnya ditutup dengan sinyal tekanan yang lebih sedikit.

Standar industri yang paling umum untuk sinyal tekanan pneumatik adalah 3 hingga 15 PSI, dengan 3 PSI mewakili nilai minimum pada ketinggian air steam drum, sedangkan 15 PSI mewakili nilai maksimal pada ketinggian air steam drum. Berikut disajikan tabel yang memperlihatkan hubungan antara tekanan dengan ketinggian air steam drum [1]:

Manfaat

Manfaat yang diperoleh dari sistem instrumentasi ini adalah pengendalian ketinggian air pada steam drum secara otomatis. Jika terlalu banyak air di dalam drum, air yang masih berfase cair dapat ikut terbawa bersama aliran uap dan akan menyebabkan masalah di bagian downstream. Sementara, apabila air terlalu rendah dapat menyebabkan drum mengering atau terbakar karena panasnya api [1]. Sistem instrumentasi ini banyak digunakan pada industri makanan&minuman, farmasi, otomotif, dan industri bahan konstruksi bangunan [3][4][5].

(Oleh: Faradhila A. S., Gilang Rahmat A., & Rangga Herlambang)

Referensi

[1]. Boiler Water Level Control System Example | Introduction to Industrial Instrumentation | Automation Textbook. (n.d.). Retrieved March 14, 2021, from https://control.com/textbook/introduction-to-industrial-instrumentation/example-boiler-water-level-control-system/
[2]. Technical Engineering School. (2018, January 15). Steam Boiler Fundamentals, Basic and Operation. https://www.youtube.com/watch?v=GOCX_IrDPis (“3 Uses of Steam in Commercial Industries,” 2016; 7 Industries That Benefit From Modular Boilers | Miura America, 2020; Boiler Water Level Control System Example | Introduction to Industrial Instrumentation | Automation Textbook, n.d.; Industrial Steam Boiler | Uses in Top Industries, 2015; Technical Engineering School, 2018)
[3]. 3 uses of steam in commercial industries. (2016, September 12). NZ Energy Systems. http://www.nzenergysystems.co.nz/3-uses-of-steam-in-commercial-industries/
[4]. 7 Industries That Benefit From Modular Boilers | Miura America. (2020, March 20). MiuraBoiler. https://www.miuraboiler.com/7-industries-that-benefit-from-modular-industrial-boilers/
[5]. Industrial Steam Boiler | Uses in Top Industries. (2015, September 22). Manley’s Boiler. http://www.manleysboilerinc.com/3-industries-that-rely-on-the-power-of-an-industrial-steam-boiler/