BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 CRANES OVERVIEW Crane merupakan alat angkat dan angkut yang memiliki kemampuan untuk memindahkan material/benda secara vertical maupun horizontal. Crane menggunakan satu atau lebih mesin sederhana seperti hoist untuk menciptakan keunggulan mekanis dan dengan demikian dapat memindahkan beban diluar kemampuan manusia normal. Crane memiliki berbagai macam bentuk/model, diantaranya : Overhead cranes, monorail cranes, gantry cranes dan pillar jib cranes. Gambar 3.1 Overhead cranes single girder (sumber: operating and installation instruction: Overhead Travelling Cranes and Suspension Cranes, STAHL Cranesystems) Gambar 3.2 Electric single girder top running overhead crane (Sumber:Operating and installation instruction: Overhead Travelling Crane and Suspension Cranes, STAHL CRANESYSTEM GmbH) Keterangan: 1. 2. 3. 4. 5. Crane bridge girder End Carriage Crane girder connection Travel drive Hoist 6. Power supply 7. Control pendant 8. Bridge panel 9. Buffer stop Gambar 3.3 Pillar jib crane (Sumber: Product information: Slewing Crane, STAHL CraneSystems GmbH) Dari berbagai macam crane tersebut, salah satu komponen utamanya adalah hoist. Hoist merupakan sebuah mesin yang fungsi utamanya dalam sebuah crane adalah untuk mengangkat dan menurunkan benda. Hoist berdasarkan media untuk pengangkatanya dibedakan menjadi dua macam, yaitu: Wire rope hoist, media pengangkatanya menggunakan wire rope/seling. Chain hoist, media pengangkatanya menggunakan chain/rantai. Gambar 3.4 Electric wire rope hoist dan electric chain hoist (Sumber: Poster Cranekit: SH Wire Rope Hoist & ST Chain Hoist, STAHL Cranesystems GmbH) CONTROL PANEL HOIST ROPE DRUM GEARBOX ROPE GUIDE WIRE ROPE HOISTING MOTOR HOISTING BRAKE Gambar 3.5 Electric wire rope hoist (Sumber: Brochure The wire rope, STAHL CraneSystems GmbH) SLIPING CLUTCH HOISTING MOTOR GEARBOX HOISTING BRAKE PANEL CONTROL CHAIN LOAD Gambar 3.6 Electric chain hoist (Sumber: Brochure The SC chain hoist, STAHL CraneSystems GmbH) Berdasarkan pergerakan horizontalnya, hoist di bedakan menjadi tiga macam, yaitu: Stationary hoist, yaitu hoist yang tidak memiliki trolley, sehingga hanya bergerak naik dan turun. Gambar 3.7 Stationary hoist (Sumber: Brochure The SH wire rope hoist, STAHL CraneSystems GmbH) Monorail hoist, yaitu hoist yang memiliki trolley atau memiliki motor penggerak sebagai pembawa hoist tersebut berjalan maju dan mundur pada monorail runway ataupun girder. Secara umum di bedakan menjadi dua, yaitu monorail lurus dan monorail bisa belok (articulated). Gambar 3.8 Monorail trolley hoist (Sumber: Brochure The SH wire rope hoist, STAHL CraneSystems GmbH) Gambar 3.9 Double girder rail crab hoist (Sumber: Brochure The SH wire rope hoist, STAHL CraneSystems GmbH) Pada system hoist, pada saat mengangkat atau menurunkan benda, beban ditanggung oleh motor hoist. Pada saat proses pengangkatan atau penurunan beban, sebelum beban menyentuh tumpuanya, Maka yang menahan beban tersebut adalah hoisting brake. Jadi hoisting brake bekerja normally close, yang artinya pada saat motor tidak bekerja, brake close/bekerja. Gambar 3.10 Electricmagnetic brake (Sumber: Operating and Installation intraction : SH Wire Rope Hoist, STAHL CraneSystems GmbH) Keterangan: 1. 2. 3. 4. 5. Fan cover Plug Fan Wheel Fixing Screw Coil brake 6. Armatur disk 7. Brake/brake lining 8. Hub 9.Pressure spring Pada saat brake bekerja, yaitu close, armature disk di dorong oleh Pressure spring sehingga menekan brake rotor/lining, maka timbulah gaya pengereman. Friksi yang terjadi pada brake rotor/lining akan membuat lama kelamaan akan aus. Ketika sudah sampai batas maksimum yang diijinkan, brake rotor/lining harus diganti. Keausan pada brake lining pemakaian hoist tersebut. di pengaruhi oleh Pada saat motor bekerja, arus masuk ke motor winding, arus dari simpul belitan diambil sebagai power supply brake coil. Arus masuk ke rectifier untuk di serahkan menjadi DC, kemudian masuk ke coil brake sehingga menciptakan gaya electromagnetic yang menarik armatur disk sehingga brake lining tidak lagi terkena gaya dorong dari pressure spring. Brake release dan motor berputar. Begitu seterusnya ketika motor start dan stop. 1.1 Crane control pada electric overhead crane Pada electric crane, motor listrik merupakan sumber penggerak utamanya, yang mana merubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa putaran. Motor listrik termasuk kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik. Gambar 3.11 Prinsip kerja motor listrik (Sumber: http://dunialistrik.blogspot.co.id/2008/12/motor-lisrik.html) Baik untuk gerakan hoisting (up-down), traversing (left-right) maupun travelling (forwardreverse) penggeraknya adalah motor. Jadi pada prinsipnya crane control adalah motor control, mengontrol putaran motor penggerak sesuai dengan kebutuhan operasi. RIGHT T LEFT REVERSE FORWARD T TRAVELLING T T Gambar 3.12 Overhead crane movement (Sumber: Product information: Crane component, STAHL CraneSystems GmbH) Ada dua macam control pada overhead crane, yaitu direct-on-line (DOL) dan variable speed drive (VSD). Pada motor control menggunakan DOL, komponen utamanya adalah magnetic contactor. Penggunaan DOL control memiliki beberapa keterbatasanya, diantaranya: Kecepatan dan torsi tidak bisa dikontrol , dalam artian kecepatan dan torsi yang dihasilkan adalah default dari resign motor tersebut. Misalkan sebuah motor memiliki kecepatan 2500 rpm dan torsi 10 Nm, maka setelah start motor tersebut akan langsung menuju kecepatan dan torsi default nya. Tidak dapat mengurangi inrush current, karena tidak dapat mengatur akselerasinya motor. Tidak dapat memproteksi terhadap overload yang terjadi, kecuali ditambahkan komponen berupa overload breaker, baik current maupun thermal. Tidak bisa memelihara efisiensi mechanical part, karena pada saat start cenderung ada hentakan yang diakibatkan karena starting inrush current untuk mendapatkan starting torque yang tinggi tanpa pengetahuan akselerasinya. DOL control memiliki kelebihan dari segi komersial jauh lebih murah dibandingkan dengan penggunaan VSD dan dari segi wiring lebih sederhana. DOL control ini paling umum digunakan dalam sistem control crane, baik yang double speed maupun single speed karena alasan tersebut diatas. Gambar 3.13 Contoh circuit diagram dengan DOL control double speed (Sumber: Project document: Wiring Diagram Contactor Control , PT. Wirya Krenindo Perkasa) Pada sistem control DOL, arus yang masuk ke rectifier brake berasal dari simpulan belitan winding stator nya. Gambar 3.14 Brake power input pada DOL control double speed (Sumber: Maintenance Training, STAHL CraneSystems GmbH) Sedangkan variable speed drive (VSD), merupakan motor control yang memungkinkan untuk mengatur kecepatran dan torsinya dengan mengatur frekuensi dan voltage power supply yang masuk ke motor. Pada prinsipnya VSD terdiri dari 4 bagian utama, yaitu: rectifier/converter, filter/smoothing, dan control. Rectifier/converter berfungsi untuk merubah arus AC (Alternating current) menjadi DC (direct current), hal ini dilakukan karena arus DC lebih mudah untuk dimanipulasi dari pada arus AC. Bagian berikutnya adalah filter/smoothing, fungsinya adalah untuk memperhalus arus DC hasil penyearah. Arus listrik yang sudah di flter kemudian masuk bagian inverter, yang fungsinya untuk merubah arus DC menjadi arus AC kembali dengan pengaturan control. Control akan mengatur besarnya frekuensi dan voltage yang keluar dari inverter sesuai dengan preset yang dilakukan untuk mencapai fungsi operasi tertentu. Dalam crane control system, ada dua macam control yang digunakan dengan menggunakan VSD. Yaitu model open-loop dan close-loop pada prinsipnya control dengan menggunakan VSD, namun tidak ada input feedback kembali ke VSD dari motor yang di drive, biasanya dipakai untuk hoisting, traversing maupun travelling yang tidak membutuhkan positioning dengan akurasi tinggi. Keuntungan yang di dapat adalah secara wiring dan programming lebih simple dan secara cost lebih murah. Kekuranganya adalah dengan tidak adanya feedback dari motor yang di drive, VSD tidak mengetahui actual putaran motor yang di drive, karena adanya slip memungkinkan adanya selisih putaran motor yang di drive dengan perintah drive VSD ke motor. Gambar 3.15 Contoh circuit diagram dengan VSD control model open-loop (Sumber: Project Document: Wiring Diagram VSD Control Open-Loop. PT. Wirya Krenindo Perkasa) Gambar 3.16 Contoh circuit diagram dengan VSD control model close-loop (Sumber: Project Document: Wiring Diagram VSD Control Close-Loop . PT. Wirya Krenindo Perkasa) Dengan menggunakan VSD control, kecepatan motor bisa diatur sedemikian rupa sesuai dengan kebutuhan, termasuk lamanya akselerasi dan deklarasi, Penggunaan control VSD model close-loop secara teknis lebih rumit dalam proses wiring dan programming, dibandingkan dengan open-loop. Selain itu secara commercial lebih tinggi karena memerlukan device tambahan berupa rotary encoder, encoder card dan connection cable. Disisi lain kekurangan tersebut, close-loop memiliki keunggulan tersendiri yang tidak bisa dicapai oleh open-loop. Yaitu bisa memberikan feedback ke drive control, sehingga putaran dan torsi lebih terkontrol dengan baik untuk dynamic dan positioning control 3.2 Komponen Elektrikal Komponen elektrikal yang dipakai pada overhead crane meliputi: 1. Kontaktor Gambar 3.17 Kontaktor Kontaktor magnetic yaitu alat penghubung listrik yang bekerja atas dasar magnet yang dapat menghubungkan antara sumber arus dengan muatan. Bila inti coil pada kontaktor di berikan arus, maka coil akan menjadi magnet dan menarik kontak sehingga kontak menjadi terhubung dan dapat mengalirkan arus listrik. Arus kerja normal ialah arus yang mengalir selama pemutusan tidak terjadi. Sebuah kontaktor dapat memiliki coil yang bekerja pada tegangan DC atau AC. Pada tegangan AC minimal adalah 85% tegangan kerja, apabila kurang maka kontaktor akan bergetar. Biasanya pada kontaktor terdapat beberapa kontak, yaitu kontak normal membuka (Normally Open = NO) dan kontak normal menutup (Normally Close = NC). Kontak NO berarti saat kontaktor magnet belum bekerja kedudukanya membuka dan bila kontaktor bekerja kontak itu menutup/menghubung. Sedangkan kontak NC berarti saat kontaktor belum bekerja kedudukan kontaknya menutup dan bila kontaktor bekerja kontak itu bekerja. Jadi fungsi kerja kontak NO dan NC berlawanan. Kontak NO dan NC bekerja membuka sesaat lebih cepat sebelum kontak NO menutup. 2. Timer TDR (Time Delay Relay) sering di sebut juga relay timer atau relai penunda batas waktu, banyak digunakan dalam instalasi motor terutama instalasi yang membutuhkan pengaturan waktu secara otomatis. Sedangkan relai yang menggunakan prinsip elektronik, terdiri dari rangkaian R dan C yang dihubungkan seri atau pararel. Bila tegangan sinyal telah mengisi penuh kapasitor, maka relai akan terhubung. Lamanya waktu tunda diatur berdasarkan besarnya kapasitor. Bagian input timer biasanya dinyatakan sebagai kumparan (coil) dan bagian output sebagai kontak NO (Normally Open) atau NC (Normally Close). Kumparan pada timer akan bekerja selama mendapat sumber arus. Apabila telah mencapai batas waktu yang diinginkan maka secara otomatis timer akan mengunci dan membuat kontak NO menjadi NC dan NC menjadi NO. 3. MCB (Miniature Circuit Breaker) Gambar 3.19 MCB (Miniature Circuit Breaker) MCB (Miniature Circuit Breaker) adalah komponen instalasi listrik yang mempunyai peran sangat penting. Komponen ini berfungsi sebagai system proteksi dalam instalasi listrik bila terjadi beban lebih dan hubung singkat arus listrik (short circuit dan konsleting) kegagalan fungsi dari MCB ini berpotensi menimbulkan hal-hal yang tidak diinginkan seperti timbulnya percikan api karena hubung singkat yang akhirnya menimbulkan kebakaran. 4. Transformator Gambar 3.20 Transformator Secara garis besarfungsi transformator adalah untuk menyalurkan energi listrik ke tegangan rendah maupun tegangan tinggi. Penyaluran ini berlangsung selama frekwensi yang sama juga. Transformator ada 2 jenis dilihat dari fungsinya: 1. Transformator Step Up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder yang lebih banyak di bandingkan lilitan primer. Sehingga fungsinya sebagai komponenyang menaikan tegangan. 2. Transformator Step down adalah transformator yang memiliki lilitan primer yang lebih banyak dibandingkan lilitan sekunder. Sehingga fungsinya sebagai komponen yang menurunkan tegangan 5. Rectifier Gambar 3.21 Rectifier Rectifier di sebut juga dengan penyearah gelombang adalah suatu bagian dari rangkaian catu daya atau power supply yang berfungsi sebagai pengubah sinyal AC menjadi sinyal DC. Rangkaian rectifier atau penyearah gelombang ini pada umumnya menggunakan diode sebagai komponen utamanya. Hal ini dikarenakan diode memiliki karakteristik yang hanya melewatkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Jika sebuah dioda dialiri arus bolak-balik (AC), maka dioda tersebut hanya akan melewati setengah gelombang, sedangkan setengah gelombangnya lagi di blokir. Gambar 3.22 Pengertian gelombang penyearah 6. SLE (STAHL LOAD ELECTRONIC) Gambar 3,23 SLE (Stahl load electronic) Setiap control unit hoist dilengkapi dengan perangkat control electronic ini yang berfungsi sebagai alat pengaman pusat untuk kelebihan beban dan sebagai motor control pada suhunya. Komponen elektronik ini dilengkapi dengan jam operasional (hour meter) jadi beapa lama pemakaian unit hoist tersebut akan terbaca oleh kmomponen elektronika ini.
