## JIUBJ

## Sistem Pendingin Wire &Tube Transformator Frekuanesi 50-60 Hz pada Prototipe Electric Arc Furnace (EAF)

## Angga Tegar Setiawan, Ahmadi, Fahrul, Jumaddil Hair
Politeknik Industri Logam Morowali Correspondence email: angga@pilm.ac.id
Abstrak. Prototipe Electric  Arc  Furnace (EAF)  di  Politeknik  Industri  Logam  Morowali  memiliki  komponen  utama  berupa transformator  yang  menghasilkan  panas  secara  aktif.  Kenaikan  temperatur  yang  terjadi  pada  transformator  di  akibatkan  oleh pembebanan  yang  terjadi  secara  kontinu.  Selain  itu,  kenaikan  temperatur  yang  signifikan  dan  relatif  tinggi  pada  transformator, dapat  mengurangi  kinerja  transformator.  penelitian  ini  akan  merancang  sistem  pendingin  transformator  pada  prototipe  EAF. Transformator akan dijaga temperaturnya pada suhu tertentu hingga tidak lagi terjadi kenaikan suhu akibat pembebanan. Sistem pendingin wire-tube pada  transformator  menggunakan  komponen  air  dan  minyak  transformator  sebagai  media  pendingin. Mengatur  laju  aliran  fluida  air  didalam  pipa  tembaga  diharapkan  mampu  lebih  mengoptimalkan  proses  pendinginan  pada transformator.  Hasil  penelitian  menujukkan  bahwa  rancang  bangun  sistem  pendingin wire-tube mampu  melepaskan  temperatur minyak transformator dengan laju perpindahan panas yang bervariasi sesuai dengan laju aliran fluida air pendingin. Ujicoba yang dilakukan  selama  30  menit  menghasilkan  nilai  laju  perpindahan  panas  berturut-turut  Qu  760.5  kJ/s  dengan  laju  aliran  air  2,5 liter/menit,  Qu  1661.2  kJ/s  dengan  laju  aliran  air  5  liter/menit,  Qu  2558.5  kJ/kg  dengan  laju  aliran  air  7,5  liter/menit  dan  Qu 3213.9 kJ/kg dengan laju aliran air 9,20 liter/menit, hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi laju aliran air maka semakin tinggi laju perpindahan panasnya.
Kata kunci : Transformator; Wire and Tube; Electric Arc Furnace; Perpindahan Panas
Abstract. The Electric Arc Furnace (EAF) prototype at the Morowali Metal Industry Polytechnic has the main component in the form  of  a  transformer  that  generates  heat  actively.  The  increase  in  temperature  that  occurs  in  the  transformer  is  caused  by continuous loading. In addition, a significant and relatively high temperature rise in the transformer, can reduce the performance of  the  transformer.  This  research  will  design  a  transformer  cooling  system  on  the  EAF  prototype.  The  temperature  of  the transformer  will be maintained at a certain temperature until there is no longer an increase in temperature due to loading. The wire-tube cooling system in the transformer uses water and transformer oil as the cooling medium. Regulating the flow rate of the water fluid in the copper pipe is expected to be able to further optimize the cooling process in the transformer. The results show that the design of the wire-tube cooling system is able to release the temperature of the transformer oil with a heat transfer rate that varies according to the flow rate of the cooling water fluid. Experiments carried out for 30 minutes resulted in a heat transfer rate  of  Qu  760.5  kJ/s  with  a  water  flow  rate  of  2.5  liters/minute,  Qu  1661.2  kJ/s  with  a  water  flow  rate  of  5  liters/minute,  Qu 2558.5 kJ/kg with a  water flow rate of 5 liters/minute. the water flow rate is 7.5 liters/minute and Qu 3213.9 kJ/kg with a  water flow rate of 9.20 liters/minute, this shows that the higher the water flow rate, the higher the heat transfer.

## Keywords: Transformer; Wires and Tubes; Electric Arc Furnace; Heat Transfer

## PENDAHULUAN
Salah  satu  komponen  utama  dalam  proses produksi pada Electric Arc Furnace adalah transformator  daya.  Transformator  berfungsi  untuk menurunkan  tegangan  sumber  sehingga  diperoleh  arus dengan  nilai  yang  besar  untuk  menyuplai  kebutuhan daya elektroda peleburan. Gangguan yang muncul akibat dari  meningkatnya  temperatur  pada  trafo Electric  Arc Furnace mengganggu  proses  produksi  baja.  (Irwanto, 2020).  Transformator  adalah  unit  peralatan  listrik  yang berfungsi  untuk  mengkonversikan  dan  mentransfer energi listrik dari suatu sirkuit ke sirkuit lainnya dengan menggunakan prinsip induktansi  elektromagnetik. Suatu trafo  pada  saat  beroperasi,  dapat  mengalami  rugi-rugi daya.  Rugi-rugi  daya  terdiri  dari  rugi  tembaga  yang besarnya berubah-ubah saat terjadi perubahan beban, dan rugi  inti  yang  besarnya  tetap  walaupun  beban  berubah- ubah.  Rugi  daya  tersebut  diubah  dalam  bentuk  panas, sehingga  dapat  menyebabkan  peningkatan  temperatur
dari trafo. Semakin besar beban yang diterima oleh trafo, maka  rugi-rugi  daya  menjadi  semakin  besar.  Hal  ini dapat menyebabkan kenaikan temperatur yang tinggi dan dapat  melampaui  batas  kenaikan  temperatur  yang diijinkan, sehingga dapat mengakibatkan kerusakan serta umur  dari  trafo  menjadi  pendek.  Untuk  menjaga  agar kondisi  trafo  tidak  terlalu  panas  Ketika  memikul  beban yang  tinggi  maka  diperlukan  sebuah  sistem  pendingin transformator.  Salah  satu  sistem  pendinginana  pada transformator  yaitu  sistem  pendingin  dengan  sirkulasi natural  dari  minyak  dan  udara,  dan  sistem  pendinginan dengan  sirkulasi  minyak  natural,  ventilasi  udara  dengan paksaan.  Sistem  pendingin  dengan  sirkulasi  natural  dari minyak  dan  udara  ini  menggunakan  sirkulasi  minyak dan  sirkulasi  udara  secara  alamiah,  Sirkulasi  minyak yang terjadi pada radiator disebkan oleh perbedaan berat jenis  antara  minyak  yang  dingin  dengan  minyak  yang panas.  Sistem  pendingin  dengan  sirkulasi  minyak natural,  ventilasi  udara  dengan  paksaan,  sistem
Angga  Tegar Setiawan et al.,  Sistem  Pendingin  Wire  &Tube Transformator  Frekuanesi  50-60 Hz pada Prototipe Electric Arc Furnace (EAF)
pendingin  ini  menggunakan  sirkulasi  minyak  secara alami  sedangkan  sirkulasi  udaranya  secara  buatan  yang menggunakan  hembusan  kipas  angin  yang  digerakkan oleh  motor  listrik,  pada  umumnya  operasi  trafo  dimulai dengan  ONAN  atau  dengan  ONAF  tetapi  hanya Sebagian  kipas  angin  yang  berputar,  apabila  suhu  trafo meningkat  maka  kipas  angin  lainnya  akan  berputar secara bertahap (Nurhidayat, dkk., 2014).
Pemakaian  pada  kondisi  pembebanan  yang sangat  besar  secara  terus  menerus,  maka  pada transformator akan menimbulkan panas pada daerah/bagian  internal  dari  transformator  atau  bisa disebut  sebagai  temperatur hot-spot yang  bila  dibiarkan akan menyebabkan degradasi pada isolasi transformator. Minyak trafo termasuk jenis bahan dielektrik cair berupa minyak. Mempunyai kerapatan 1000 kali lebih besar dari pada  dielektrik  gas  sehingga  kekuatan  dielektriknya/ kemampuan  tegangan  tembusnya  lebih  tinggi  dari  pada dielektrik  gas  (Roza,  dkk.,  2019).  Soewono dkk.  (2017) telah melakukan analisis pengaruh penambahan air pada transformator  daya  untuk  pembebanan,  dari  hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan menggunakan air sebanyak  114  liter/jam,  temperatur  kumparan  dan minyak  tertinggi  dapat  diturunkan  sebesar  3 o C,  yang dapat  menambah  pembebanan  transformator  sebesar 2,51  MW.  Sedangkan  laju  hilangnya  panas  rata-rata  per jam adalah 6,47 kW/m 2 . Penambahan pendingin air pada transformator  daya  yang  berguna  untuk  meredam  efek dari  pengaruh  temperatur  lingkungan  yang  tinggi.  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  ketika  temperatur kumparan  dan  minyak  didalam  transformator  akan terpengaruh,  berbanding  lurus  dengan  naik  turunnya beban.  Ketika  temperatur  air  diatas  batas  yang direkomendasikan yaitu 25 o C, laju hilngnya panas lebih rendah dari pada nilai dibawah batas yang direkomendasikan.
Sebuah  transformator  terdapat  dua  komponen yang  secara  aktif  membangkitkan  energi  panas,  yaitu besi  (inti)  dan  tembaga  (kumparan).  Bila  energi  panas tidak  dialirkan  melalui  sistem  pendingin  maka  akan mengakibatkan  besi  ataupun  tembaga  akan  mencapai temperature yang sangan tinggi, yang akan merusak nilai isolasinya  (Irwanto  2020).  Untuk  menjaga  kestabilan temperatur  transfor-mator  diperlukan  sebuah  sistem yang  akan  menjaga  temperatur  minyak  trafo  karena semakin  meningkatnya  temperatur  maka  akan  semakin meningkat pula nilai tegangan (Junaidi, 2008). Sehingga, untuk  mempertahankan  temperatur  dari  transformator tetap  terjaga  maka  dibuatkanlah  sistem  pendingin wire- tube pada  transformator  menggunakan  pipa  tembaga yang dilairi air pendingin yang mengelilingi transformator.

## METODE

## Transformator
Tabel 1 Daya Transformator Terhadap Kapasitas Tungku Kapasitas (kg) 10-30 100-300 300-400 1000 Daya trafo (kVA) 35 200 400 1000 Sumber: Bowman (2009)

## Sumber: data olahan

## Gambar 1

## Skema transformator pada EAF
Transformator  pada  prototype  EAF  berfu-ngsi untuk  mengatur  kebutuhan  tegangan,  arus,  dan  sebagai isolasi  sistem  kelistrikan.  Transformator  juga  umum digunakan  pada  EAF,  yang  berfungsi  sebagai  sumber energi  listrik.  Transformator  yang  digunakan  pada  EAF bersifat  sebagai  penurun  tegangan (step-down), karena EAF  membutuhkan  arus  listrik  yang  cukup  besar (sampai orde kA) pada saat proses peleburan (Pirez dkk 2018).  Transformator  yang  digunakan  pada  EAF.  Daya listrik  yang  diperoleh  dari  transformator,  dihantarkan melalui  elektroda.  Sistem  daya  meliputi  daya  suplai, tegangan  operasi  sekunder  dari  tegangan  jaringan  atau tegangan  primer  yang  diperoleh  dari  transfor-mator (tegangan  tap)  dan  distribusi  energi.  (Supriyatna,  dkk., 2014).

## Desain Sistem Pendingin Transformator
Panas  yang  timbul  pada  belitan  maupun  inti transformator  pada  saat  transformator  dibebani  tidak boleh berlebihan karena dapat merusak dan menurunkan tahanan isolasi belitan. Untuk mengatasi agar panas yang timbul  tidak  berlebihan  maka  digunakan  minyak pendingin  transformator.  Selain  pendingin,  minyak pendingin  transformator  juga  berfungsi  sebagai  isolator (Wuwung,  2010).  Selain  itu,  pendinginan  transformator juga  terjadi  dengan  menggunakan  sistem  penukar  kalor mengguna-kan  fluida  air  yang  dialirkan  didalam  tabung yang  digunakan  sebagai  media  pendinginan  pada minyak.  Menurut  jenis  pendinginnya,  transfor-mator dapat  dibedakan  menjadi  dua  jenis  yaitu Dry  Type Transformer dan Oil-Immersed Transformer .
Angga  Tegar Setiawan et al.,  Sistem  Pendingin  Wire  &Tube Transformator  Frekuanesi  50-60 Hz pada Prototipe Electric Arc Furnace (EAF)

## Sumber: data olahan Gambar 2

## Desain sistem pendingin transformator pada EAF
Transformator  ditempatkan  pada  sebuah  wadah yang berisikan minyak transformator, merendam seluruh permukaan  transformator.  Panas  yang  dihasilkan  dari transformator  didinginkan  oleh  minyak.  Sedangkan panas  yang  dipindahkan  dari  tranformator  ke  minyak selanjutnya  didinginkan  oleh  air  yang  mengalir  pada pipa  tembaga  yang  dililitkan  disekitar  transformator. Aliran air didalam pipa selanjutnya dialirkan dengan laju aliran air yang bervariasi.

## Analisa Perpindahan Panas
Perpindahan  panas  yang  terjadi  pada  sistem pendinginan  transformator  dapat  didefinisikan  sebagai perpindahan  energi  dari  suatu  daerah  ke  daerah  lainnya sebagai  akibat  dari  perbedaan  temperatur  antara  daerah tersebut.  Persamaan  yang  digunakan  untuk  menunjukan besarnya laju perpindahan panas dari aliran fluida adalah Q u =  ṁ  Cp  (ΔT) .  Dimana:  Q u merupakan  laju perpindahan  panas  (kJ/s),  ṁ  adalah  laju  aliran  massa (kg/s), Cp adalah panas spesifik (kJ/kg. o C).
Untuk  laju  aliran  massa  yang  mengalir  didalam pipa tembaga dapat dihitung menggunakan persamaan ṁ = ρ Q . Dimana ρ merupakan massa  jenis fluida (kg/m 3 ) dan  Q  adalah  debit  fluida  (m 3 /s).  Sehingga  energi  yang diserap  oleh  fluida  yang  bersirkulasi  didalam  pipa tembaga  dituliskan  menjadi Q u =  ρ  Q  Cp  (ΔT) . Dengan demikian  persamaan  diatas  akan  digunakan  untuk menentukan  laju  perpindahan  panas  yang  terjadi  pada fluida air yang mengalir didalam pipa tembaga.

## HASIL
Penelitian  yang  dilakukan,  telah  menghasilkan rancangan sistem pendinginan wire-tube pada transformator.  Rancangan  yang  dihasilkan  dapat ditunjukkan  pada  gambar  3.  Pengujian  alat  dilakukan dengan  mengukur  temperatur  masuk  dan  keluar  pada fluida  air  yang  mengalir  didalam  pipa  tembaga.  Data
temperatur  tersebut  yang  selanjutnya  diolah  untuk menentukan  laju  perpindahan  panas  yang  terjadi  dari variasi laju aliran fluida yang telah ditentukan.
Sumber: data olahan Gambar 3

## Rancangan sistem pendingin transformator
Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  pada  laju aliran  fluida  2,5  liter/menit  yang  dijalankan  selama  30 menit  menunjukkan  selisih  temper-atur  yang  terjadi sebesar  4,45 o C.  Pada  laju  aliran  fluida  5  liter/menit selisih temperatur yang terjadi sebesar 4,86 o C. Pada laju aliran  fluida  7,5  liter/menit  selisih  temperatur  yang terjadi  sebesar  4,99 o C.  Sedangkan,  pada  laju  aliran fluida  9,2  liter/menit  (laju  maksimal)  selisih  temperatur yang terjadi sebesar 5,11 o C.

## Tabel 2
Laju perpindahan panas pada sistem pendingin
Laju aliran (lit/min) ΔT ( o C) Cp (kJ/kg. o C) ρ (kg/m 3 ) Qu (kJ/s) 2.5 4.45 4117.3 996.23 760.5 5,0 4.86 4117.3 996.23 1661.2 7.5 4.99 4117.3 996.23 2558.5 9.2 5.11 4117.3 996.23 3213.9 Sumber: data olahan
Hasil  perhitungan  tabel  diatas  menunjukkan terjadinya  kenaikan  laju  perpindahan  panas  pada kenaikan laju aliran fluida.
Sumber: data olahan
Gambar 4
Grafik laju perpindahan panas pada sistem pendingin transformator
Angga  Tegar Setiawan et al.,  Sistem  Pendingin  Wire  &Tube Transformator  Frekuanesi  50-60 Hz pada Prototipe Electric Arc Furnace (EAF)
Gambar  4  menujukkan  bahwa  semakin  tinggi laju  aliran  fluida  air  maka  semakin  tinggi  laju perpindahan  panas  selama  percobaan  yang  dilakukan selama  30  menit.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  makin tinggi  laju  aliran  fluida  yang  terjadi  maka  semakin banyak  kalor  yang  dapat  ditransfer  dari  minyak  trafo keluar  melalui  fluida  air  yang  mengalir  melalui  pipa tembaga.  Sehingga,  berdasarkan  data  tersebut  diperoleh hasil bahwa penambahan pendingin dengan menggunakan  media  pendingin  air  yang  dialirkan melalui  pipa  tembaga  yang  mengelilingi  trafo  berhasil menurunkan  temperatur  dengan  laju  aliran  fluida tertentu.

## SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian diperoleh kesimpulan  bahwa  rancang  bangun  sistem  pendingin wire-tube pada  transformator  frekuensi  50-60  Hz prototipe  EAF  berhasil  dibuat  dan  mampu  menurunkan temperatur  media  pendingin  transformator  dengan  laju perpindahan  panas  yang  bervariasi  sesuai  dengan  laju aliran fluida pendingin. Semakin tinggi laju aliran fluida air maka semakin tinggi nilai laju perpindahan panasnya. Sehingga,  peningkatan  temperatur  yang  besar  akibat pembebanan  transformator  dapat  direduksi  oleh  minyak transformator  yang  didinginkan  kembali  oleh  fluida  air yang  dialirkan  didalam  pipa  tembaga  yang  dililitkan disekitar transformator dengan laju aliran fluida tertentu.

## DAFTAR PUSTAKA
Bowman,  Ben,  2009. Textbook  of  arc  furnace  physic , Graftech International Holding Inc, Parma-Ohio. Irwanto,  2020.  Sistem  Maintenance  Transfor-mator  60 Mva  Pada  Electric  Arc  Furnace  (EAF)  7  Slab Steel Plant 1. Journal Of Mechanical Engineering And Mechatronics, 5(2), 75-89. Junaidi,  Alfian.  2008).  Pengaruh  Perubahan  Suhu Terhadap Tegangan Tembus Pada Bahan  Isolasi Cair. Teknion . 13(2), 1-5
Nurhidayat,  A.,  Satriyadi,  I.  G.  N.,  &  Anam,  S.  2014.
Analisis Penggunaan Sistem Pendingin
Onan/Onaf Untuk Meningkatkan Efisiensi Trafo Pada Beban Lebih Di Plta Sutami-Malang. 1(1), 1–6.
Pirez  I.A.,  Machado  A.A.P.,  Filho  B.D.J.C.  2018. Mitigation  of  Electric  Arc  Furnace  Transformer
Inrush
Current using Soft-Starter-Based Controlled  Energization. IEEE  Transactions  on Industry Applications , 54(4), 3909 – 3918. Roza,  I,  Nasution,  A,  A,  Setiawan,  H.  2019.  Analisis
Umur Minyak Terhadap Temperatur Transformator 150kv Akibat Penurunan
Tegangan  Tembus  Pada  Pembangkit  Listrik Tenaga  Gas. JESCE  (Journal  of  Electrical  and System Control Engineering) . 3(1), 1-12. Soewono,  S.,  2017.  Pengaruh  Penambahan  Pendingin
Air Pada Transformator
Daya Untuk
Pembebanan. Jurnal  Energi  &  kelistrikan .  9(1), 8-14.
Supriyatna, Y.I., Ristiana R., Nurjaman,  F., & Shofi A., 2014.  Rancang  Bangun  Tungku  Busur  Listrik Satu  Fase  Untuk  Peleburan  Konsentrat  Mangan
Dan Besi Menjadi Feromangan, Jurnal
Teknologi  Mineral  dan  Batubara ,  10(3),  165  – 173.
Wuwung,  J.O.  2010.  Pengaruh  Pembebanan  Terhadap Kenaikan  Suhu  Pada  Belitan  Transformator Daya Jenis Terendam Minyak. Tekno , 7(52), 29- 38.