Dewatering

LAPORAN KEMAJUAN

PENGEMBANGAN PERALATAN HIGH VOLTAGE CURRENT SOURCE TRANSMITTER UNTUK MONITORING PROSES

DEWATERING PADA EKSPLOITASI COAL BED METHANE (CBM)

PROGRAM INSENTIF PKPP TA 2012

INSENTIF PEMANFAATAN HASIL LITBANG

PRODUK TARGET : PROTOTYPE

Perekayasa Utama : Syabarudin Zikri, Ir.

Perekayasa anggota : Teguh Prayogo, Ir. MSc.

Wahyu Garinas, Ir.

M. Taufiek, Dipl.Ing. MT.

Noviarso Wicaksono, ST.

PUSAT TEKNOLOGI SUMBERDAYA MINERAL

BADAN PENGKAJIAN DAN PENERAPAN TEKNOLOGI

2012

PKPP. 46

High Voltage Current Source Transmitter untuk monitoring eksploitasi CBM 2012

Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral 2

BAB I. PENDAHULUAN

I. 1. Latar Belakang

Produksi gas domestik diproyeksikan akan terjadi ‘kekurangan’ sebesar 3.8 BSCF mulai

tahun 2012. Pemerintah, melalui BPMIGAS, telah menyusun program untuk pemenuhan

kekurangan tersebut dengan mengembangkan cadangan potensi gas konvensional dan

energi alternatif lainnya, termasuk diantaranya adalah potensi CBM. Dalam road map

pengembangan CBM yang telah disusun pemerintah telah mencanangkan agar potensi CBM

dapat mulai diproduksikan pada tahun 2012, dan secara bertahap dinaikkan produksinya

menjadi 1 BSCFD pada tahun 2025. Coal bed methane (CBM) atau disebut juga sebagai Gas

metana batubara (GMB), sebagai hidrokarbon, adalah gas bumi yang terjadi secara alamiah

dalam kondisi terperangkap, dan terserap pada lapisan batubara. Menurut survey yang

lakukan oleh ARI, jumlah sumberdaya CBM di indonesia adalah 453 TCF (trilion cubic feet),

terdapat di beberapa cekungan di Indonesia antara lain di Sumatra, Jawa, Kalimantan dan

Sulawesi Tenggara seperti pada gambar 1.1. Apabila CBM ini telah dimanfaatkan dengan

baik maka CBM tidak hanya sebagai pengganti BBM domestik tetapi juga dapat menunjang

kepentingan ekspor atau penghasil devisa. CBM mempunyai ciri fisik tak berwarna, tidak

berbau, tidak beracun, tapi ketika bercampur dengan udara bisa tiba-tiba meledak.

Perbedaan gas CBM dengan gas konvensional; gas konvensional tersimpan secara

compressed (sama dengan free gas) sedangkan CBM, batubaranya selain sebagai reservoir

juga sebagai source rock. Dengan demikian tidak ada proses migrasi seperti halnya pada gas

konvensional.

Gambar 1-1 Peta lokasi CBM di Indonesia



Pada kegiatan eksploitasi CBM, gas ini dikeluarkan dari matriks batubara melalui cleat

(bidang rekah) dengan cara menurunkan tekanan pada target lapisan. Penurunan tekanan

ini dilakukan dengan cara memompa air, oleh karena itu disebut proses dewatering.

Karena kegiatan dewatering dilakukan berdasarkan target kedalaman tertentu maka pada

proses pemompaan perlu dilakukan pemantauan (monitoring) turunnya muka air tanah

yang terjadi karena proses ini. Sebagai ilustrasi turunnya muka air tanah akibat kegiatan

dewatering dapat dilihat pada gambar 1-2. Garis putus-putus adalah muka air tanah semula,

sedangkan garis biru tegas adalah muka air tanah setelah kegiatan dewatering.

Gambar 1-2. Bagan proses pada dewatering. Air dipompa untuk merendahkan tekanan



Gambar 1-3 : Ilustrasi yang menggambarkan posisimuka air tanah pada saat kegiatan

dewatering

Untuk memantau penurunan muka air tanah pada proses dewatering, dapat dilakukan

melalui beberapa metoda antara lain dengan memasang sumur pantau di beberapa tempat

ataupun dengan mengaplikasikan metoda geofisika.

Metoda apapun yang dipakai sekurangnya harus dapat memenuhi kebutuhan pokok pada

proses dewatering yaitu :

mengetahui turunnya muka air tanah secara real time. Dalam hal ini semakin pendek

jarak antar waktu pengamatan (berarti semakin sering diamati) tentunya akan semakin

baik.

Memberikan gambaran menyeluruh dalam bentuk data 3-D.

Mempunyai kecepatan pengukuran yang tinggi.

Dengan mempertimbangkan hal tersebut di atas maka sehubungan dengan kegiatan yang

akan dikembangkan oleh Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral maka pada penelitian ini

direncanakan untuk membuat peralatan instrumentasi dan kontrol yang dapat langsung

diaplikasikan pada monitoring dewatering CBM. Dengan peralatan ini maka akan dapat

mengurangi ketergantungan pada peralatan impor yang dibutuhkan untuk kegiatan

monitoring dewatering pada eksploitasi CBM. Pada akhirnya akan didapatkan peralatan

yang tepat dan akurat untuk mengamati dewatering pada CBM dari produk dalam negeri.

Metoda 4-D Resistivity (resistivity empat dimensi) adalah suatu metoda dalam geofisika

yang memanfaatkan sifat kelistrikan batuan. Secara garis besar, pada metoda ini dilakukan

injeksi arus ke dalam bumi melalui elektroda yang ditanam ke bumi yang disusun

berdasarkan grid 3 dimensi yaitu x,y,z. Besar arus listrik (I) serta beda potensial (V) yang



terukur selanjutnya dipergunakan untuk menghitung sebaran resistivity (rho) di bawah

permukaan bumi. Sebagai dimensi ke-empat adalah waktu. Jadi pada metoda ini dilakukan

pengukuran dengan konfigurasi 3 dimensi dengan cara time series (pengukuran pada

tempat yang sama dengan waktu yang berbeda-beda). Dengan cara ini maka pergerakan air

pada proses dewatering dapat diamati dari hari ke hari.

I. 2. Pokok Permasalahan

Kegiatan dewatering untuk CBM di Indonesia belum banyak dilakukan dan di lapangan CBM

lain masih pada tahap eksplorasi. Dengan kebijakan pemerintah yang mendorong kegiatan

pemanfaatan energi alternatif dan target produksi CBM pada tahun 2012 maka kegiatan

kegiatan dewatering pada tahun mendatang akan banyak dilakukan.

Untuk memantau penurunan muka air tanah akibat dewatering, umumnya dilakukan

menggunakan sumur pantau. Tentu saja disamping mahal, kegiatan pemantauan juga tidak

bisa memberikan informasi perubahan muka air tanah dalam gambaran 3 dimensi. Oleh

karena itu penerapan teknologi 4-D resistivity akan sangat membantu. Selain itu, untuk

kegiatan eksplorasi bawah permukaan dengan kedalaman diatas 500m kebanyakan

menggunakan teknologi seperti gravity atau seismic yang tingkat resolusi datanya rendah.

Seiring dengan perkembangan pelaksanaan pencarian CBM maka dilakukan inovasi pada

peningkatan teknologi survey menggunakan metoda resistivity kami akan melakukan

pembuatan high voltage current source transmitter (HVC). Peralatan ini diharapkan akan

mendukung penggunaan metoda 4-D resistivity yang sebelumnya hanya sebagai kajian

ilmiah ataupun hanya diterapkan untuk kepentingan sebatas kedalaman 15 – 20 meter.

Dengan menggunakan high voltage current source transmitter diharapkan metoda ini akan

dipergunakan di kalangan industri khususnya CBM.

I. 3. Metodologi Pelaksanaan

I. 3. 1. Lokus Kegiatan

Kegiatan akan dilaksanakan di dua tempat yang berbeda yaitu di Propinsi Kalimantan Timur

dan di Laboratorium Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral Bogor. Lokus kegiatan

merupakan lokasi eksplorasi CBM yang direncanakan digunakan sebagai obyek ujicoba

penelitian yaitu di Propinsi Kalimantan Timur.

I. 3. 2. Fokus Kegiatan

Fokus kegiatan adalah melakukan inovasi pada peningkatan teknologi survey menggunakan

metoda resistivity dengan produk high voltage current source transmitter (HVC). Metoda 4-



D resistivity yang sebelumnya hanya sebagai kajian ilmiah ataupun hanya diterapkan untuk

kepentingan sebatas kedalaman 15 – 20 meter saja, maka dengan menggunakan HVC

diharapkan metoda ini akan mulai dipergunakan di kalangan industri khususnya CBM pada

kedalaman diatas 500m.

I. 3. 3. Bentuk Kegiatan

Kegiatan penelitian merupakan kegiatan penelitian yang dilakukan di laboratorium dengan

skala kecil dan dengan cara sistematis. Kegiatan dijalankan melalui sistem kerja

kerekayasaan yang merupakan cara kerja yang berlaku bagi fungsional perekayasa.

I. 4. Tahapan Pelaksanaan Kegiatan

Tahapan pelaksanaan kegiatan kerekayasaan dirinci sebagai berikut :

Kajian Awal.

Kajian metoda eksplorasi dalam serta mempelajari karakteristik peralatan

geolistrik lokal dan impor dan diskusi dengan tim ahli geofisika

Kajian metode switching inverter, mengkaji voltage converter set-up maupun

step-down berbasis switching

Desain Perangkat.

Desain high voltage DC Inverter, mendesain voltage converter set-up maupun


Desain SMPS transformator, mengkaji metode yang digunakan untuk membuat

power supply dengan teknologi switching. (SMPS)

Desain Howland Current Source, Desain dan implementasi current source

berbasis howland dan high voltage op-amp untuk pembuatan howland current

source

Desain feedback control,

Implementasi Desain.

Assembling hadware

Pemrograman hardware

Pemrograman Aplikasi

Instalasi dan uji coba.

Assembling hadware





Evaluasi.

Kegiatan ini bertujuan untuk memperbaiki variabel desain maupun pemrograman

berdasarkan ujicoba yang dilakukan.

Pelaporan.

Seluruh kegiatan akan dilaksanakan di Laboratorium Pusat Teknologi Sumberdaya Mineral

– BPPT di Ciampea – Kabupaten Bogor.



BAB II. PERKEMBANGAN PELAKSANAAN KEGIATAN

II. 1. Pengelolaan Administrasi Manajerial

II. 1. 1. Perencanaan Anggaran

Jumlah anggaran yang diberikan adalah Rp. 250.000.000,- dengan rincian untuk setiap

komponen dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Komponen Pembiayaan Kegiatan.

No. Item Jumlah

1 Honor Rp. 97.600.000,-

2 Bahan Rp. 82.600.000,-

3 Perjalanan Rp. 64.100.000,-

4 Lain-lain Rp. 5.700.000,-

JUMLAH Rp. 250.000.000,-

Anggaran tersebut direncanakan akan digunakan selama 8 bulan pelaksanaan kegiatan

dengan perkiraan pencairan untuk setiap bulannya seperti pada Tabel 2 dan Tabel 3.

Tabel 2. Rencana Pencairan Anggaran Bulan 1 hingga Bulan 4.

No Item Bulan ke

1 2 3 4

1 Gaji dan Upah Rp 12.200.000 Rp 12.200.000 Rp 12.200.000 Rp 12.200.000

2 Bahan Rp 5.000.000 Rp 77.600.000 Rp - Rp -

3 Perjalanan Rp 3.600.000 Rp 3.600.000 Rp 5.150.000 Rp 11.250.000

4 Lain-lain Rp - Rp - Rp - Rp 1.500.000

JUMLAH Rp. 20.800.000 Rp. 93.400.000 Rp. 17.350.000 Rp. 24.950.000

Tabel 3. Rencana Pencairan Anggaran Bulan 5 hingga Bulan 8.

No Item Bulan ke

5 6 7 8

1 Gaji dan Upah Rp 12.200.000 Rp 12.200.000 Rp 12.200.000 Rp 12.200.000

2 Bahan Rp - Rp - Rp - Rp -

3 Perjalanan Rp 11.250.000 Rp 18.000.000 Rp 11.250.000 Rp

4 Lain-lain Rp 1.500.000 Rp 2.700.000 Rp - Rp -

JUMLAH Rp. 24.950.000 Rp. 32.900.000 Rp. 23.450.000 Rp. 12.200.000



II. 1. 2. Pengelolaan Anggaran

Pengelolaan anggaran untuk pelaksanaan kegiatan dilakukan secara terpusat oleh pelaksana

administratif yaitu BE (BPPT Engineering).

II. 1. 3. Rancangan Pengelolaan Aset

Kegiatan ini hanya memerlukan anggaran untuk pelaksanaan kegiatan. Item pendanaan

diarahkan untuk penyediaan bahan-bahan, perjalanan untuk melaksanakan kegiatan serta

biaya lain yang digunakan untuk analisis serta honor bagi perekayasan yang terlibat.

Aset yang akan dihasilkan dari kegiatan berupa prototype. Aset masih memungkinkan untuk

dapat diberikan kepada instansi-instansi yang mungkin terlibat baik dalam industri

pertambangan secara langsung maupun kepada penentu kebijakan yang terkait tetapi dalam

beberapa tahun kedepan prototype mungkin masih memerlukan perbaikan dan

penyempurnaan desain terkait dengan uji-coba yang dilakukan di lapangan.

II. 2. Metode-Proses Pencapaian Target Kinerja

II. 2. 1. Kerangka Metode-Proses Pencapaian Target Kinerja

Untuk mengukur pencapaian target kinerja maka dibuat indikator-indikator yang berkaitan

dengan pelaksanaan kegiatan. Rencana tahapan-tahapan yang akan dilakukan ditetapkan

waktu mulai pelaksanaannya. Realisasi tahapan kegiatan kemudian dibandingkan dengan

rencana-rencana waktu dan disertai dengan persentase pelaksanaannya.

Metode ini dapat melihat ketepatan waktu antara rencana dengan pelaksanaan kegiatan

serta persentase kegiatan yang sedang dilaksanakan. Bagi perekayasa cara ini juga efektif

untuk menjaga kecepatan dan ritme pelaksanaan kegiatan.

II. 2. 2. Indikator Keberhasilan Pencapaian Target Kinerja

Beberapa indikator yang digunakan untuk menunjukkan keberhasilan target kinerja.

Indikator ini dibuat berdasarkan tahapan pelaksanaan pekerjaan. Indikator kemudian

dirujuk untuk mengetahui kesesuaian waktu antara rencana dengan target pelaksanaan

serta perkiraan fisik pekerjaan yang telah dilakukan. Beberapa indikator yang digunakan

adalah :

Kajian Awal.

Kajian metoda eksplorasi dalam serta mempelajari karakteristik peralatan

geolistrik lokal dan impor dan diskusi dengan tim ahli geofisika



Kajian metode switching inverter, mengkaji voltage converter set-up maupun


Diskusi dengan tim ahli geofisika

Desain Perangkat.

Desain high voltage DC Inverter, mendesain voltage converter set-up maupun


Desain SMPS transformator, mengkaji metode yang digunakan untuk membuat

power supply dengan teknologi switching. (SMPS)

Desain Howland Current Source, Desain dan implementasi current source

berbasis howland dan high voltage op-amp untuk pembuatan howland current

source

Desain feedback control,

Implementasi Desain.

Assembling hadware



Instalasi dan uji coba.

Assembling hadware



Evaluasi.

Kegiatan ini bertujuan untuk memperbaiki variabel desain maupun pemrograman

berdasarkan ujicoba yang dilakukan.

PelaporanIndikator ini merupakan indikator akhir dari rangkaian pelaksanaan

kegiatan.

Indikator-indikator tersebut ditetapkan memiliki besaran prosentase tertentu dari

keseluruhan kegiatan serta direncanakan akan dilakukan pada bulan tertentu. Penetapan

prosentase serta waktunya dapat dlihat pada Tabel 4.



Tabel 4. Indikator Pelaksanaan Kegiatan.

Kajian Awal 20

1 Kajian eksplorasi dalam 2 minggu

2 Kajian Geolistrik lokal dan import 2 minggu

3 Kajian metode switching inverter 2 minggu

4 Diskusi dengan tim ahli geofisika 2 minggu

Desain Perangkat 30

5 Desain high voltage DC Inverter 2 minggu

6 Desain SMPS transformator 3 minggu

7 Desain howland current source 2 minggu

8 Desain feed back control 3 minggu

Laporan I

Implementasi Desain 20

9 Assembling hardware 8 minggu

10 Pemrograman hardware 8 minggu

11 Pemrograman Aplikasi 6 minggu

12 Uji Coba skala lab 5 minggu

Instalasi dan Uji Coba 20

12 Persiapan lintasan di area workshop 3 minggu

13 Pemrograman tabel metode multi potential 3 minggu

14 Uji coba ptototipe multi receiver geoscanner 1 minggu

15 Uji coba komunikasi stabilitas injeksi arus 4 minggu

Laporan II

Revisi Hasil Akhir 5

16 Dokumentasi kegiatan dan hasil test 2 minggu

17 Perbaikan dan penyempurnaan 4 minggu

18 Persiapan pengembangan selanjutnya 2 minggu

Laporan Akhir 5 u

Juni Juli Agustus September Oktober Nopember

BulanNo. Tahapan Kegiatan

Jangka

Waktu Maret April Mei

Bobot

(%)



II. 2. 3. Perkembangan Pencapaian Target Kinerja

Perkembangan pencapaian target kinerja dapat dilihat pada Tabel 5. Realisasi dihitung

berdasarkan prosentase. Angka 100 menunjukkan bahwa pekerjaan telah dilakukan

seluruhnya atau telah selesai dilaksanakan. Angka 0 menunjukkan bahwa pekerjaan belum

dilaksanakan sama sekali.

Tabel 5. Perkembangan Pencapaian Target Kinerja

II.2.3.1 Kajian Teknologi Switching untuk pengembangan Step-Up Voltage Converter

Salah satu bagian penting dalam pengembangan perangkat HVCST adalah pembuatan step-

up voltage converter menggunakan teknologi switching. Perbedaan yang mendasar antara

teknik linear voltage converter dan switching voltage converter adalah pada frekuensi kerja

dari tegangan rendah yang akan dikonversi menjadi tegangan tinggi. Pada teknologi linear

converter, frekuensi kerja berkisar antara 50 Hz dan 60 Hz, dimana sumber listrik kemudian

Kajian Awal

1 Kajian eksplorasi dalam

2 Kajian Geolistrik lokal dan import

3 Kajian metode switching inverter

4 Diskusi dengan tim ahli geofisika

Desain Perangkat

5 Desain high voltage DC Inverter

6 Desain SMPS transformator

7 Desain howland current source

8 Desain feed back control

Laporan I

Implementasi Desain

9 Assembling hardware

10 Pemrograman hardware

11 Pemrograman Aplikasi

12 Uji Coba skala lab

Instalasi dan Uji Coba

12 Persiapan lintasan di area workshop

13 Pemrograman tabel metode multi potential

14 Uji coba ptototipe multi receiver geoscanner

15 Uji coba komunikasi stabilitas injeksi arus

Laporan II

Revisi Hasil Akhir

16 Dokumentasi kegiatan dan hasil test

17 Perbaikan dan penyempurnaan

18 Persiapan pengembangan selanjutnya

Laporan Akhir

0%

100%

0%

0%

100%

0%

100%

belum

selesai

belum

belum

belum

selesai

Benda kerja/Prototype

Laporan

Laporan

laporan teknis/desain

Benda kerja

Laporan Kemajuan

8

8

6

5

7

3

Status

Pekerjaan

Realisasi hingga

Mei 2012

2 laporan teknis selesai

No. Tahapan KegiatanRealisasi awal

pelaksanaan bulan keoutput



dialirkan ke linear transformator yang jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder

disesuaikan dengan kebutuhan rasio konversi tegangan (Np:Ns).

Gambar 2.1 : Linear Voltage Conversion

Salah satu kekurangan yang dimiliki oleh sistem konversi linear adalah disipasi panas yang

cukup tinggi pada transformator sehingga berdampak pada rendahnya efisiensi daya dan

tingginya dimensi (volume) transformator yang digunakan.

Salah satu cara yang sudah digunakan sejak lama untuk mengatasi permasalahan tersebut

adalah dengan menerapkan konsep teknologi switching yang dilakukan pada sumber

tegangan (Vin). Prinsip ini mirip dengan teknik PWM (Pulse Width Modulation) yang biasa

digunakan pada pengaturan kecepatan motor listrik dan telekomunikasi. Parameter yang

menjadi kunci dalam pengaturan rasio konversi tegangan adalah waktu lamanya sumber

tegangan aktif (duty cycle).

Gambar 2.2 : Konsep switching untuk konversi daya/arus/tegangan listrik

Teknologi ini kemudian berkembang terus sampai saat ini, dimana dapat kita jumpai pada

perangkat charger yang ukurannya semakin kecil. Salah satu perangkat yang sering gunakan



adalah catu daya pada komputer PC yang menggunakan teknologi ini sehingga disebut

sebagai switching mode power supply (SMPS).

Secara garis besar teknologi switching dibagi menjadi dua yaitu teknologi dengan pemisah

tegangan (ground isolation) dan tanpa pemisah tegangan. Berikut ini adalah tehnik

switching tanpa pemisah tegangan :

Buck Regulator

Gambar 2.3 : Buck Regulator dengan diagram pola arus dan tegangan

Regulator tipe ini bekerja berdasarkan kontrol IC yang mengatur MOSFET transistor untuk

berfungsi sebagai saklar dengan kecepatan tinggi. Dengan pengaturan timing buka dan

tutup transistor (duty cycle), maka didapatkan pola arus seperti pada gambar 2.3 sebagai

akibat dari proses charging dan discharging komponen induktor L, kapasitor C, beban

resistan RL dan high speed rectifier Diode D. Kegunaan regulator tipe ini adalah untuk

penurun tegangan arus searah (step down regulator).

Boost Regulator

Gambar 2.4 : Buck Regulator dengan diagram pola arus dan tegangan



Dengan perubahan letak induktor L dan Dioda D, maka akan didapatkan tegangan yang

lebih tinggi dari tegangan input (step up). Pola ini diterapkan pada desain boost regulator

seperti pada gambar 2.4

Kedua tipe regulator ini masih memiliki beberapa turunan desain seperti buck boost

regulator ang berfungsi untuk menghasilkan tegangan negatif dari input tegangan positif.

Penggunaan regulator switching tipe ini terbatas pada sumber tegangan dan arus yang

rendah (low power).

Untuk kebutuhan konversi tegangan dengan daya tinggi, dibutuhkan pemisahan (galvanis

isolation) antara tegangan masuk dan tegangan yang dihasilkan. Untuk itu ada beberapa tipe

desain switching conversion . Secara garis besar, ada dua jenis tipe switching yaitu tipe yang

menggunakan single switcher (Forward dan Flyback conversion) serta tipe yang

menggunakan lebih dari satu switcher (Push pull conversion, half bridge conversion dan full

bridge conversion). Masing-masing tipe switching conversion ini akan dibahas secara

ringkas untuk memberikan gambaran dan pemilihan tipe yang cocok untuk diaplikasikan

pada pembuatan perangkat konversi tegangan tinggi (HVCST), dimana modul ini nantinya

berfungsi untuk melakukan konversi tegangan dari tegangan DC 12 volt menjadi tegangan

tinggi maksimum 1000 volt dengan daya maksimum yang dapat diberikan sebesar 500 watt.

Sedangkan kuat arus maksimum adalah sebesar dua ampere.

Flyback Conversion

Gambar 2.5 : Flyback Regulator dengan diagram pola arus dan tegangan



Pada prinsipnya, flyback conversion merupakan pengembangan dari prinsip buck/boost

regulator, dimana dilakukan pemisahan tegangan sumber dan tegangan akhir melalui

transformator. Pola arus pada gambar 2.5 menunjukkan bahwa tegangan V0 pada kapasitor

C bergantung pada duty cycle D, rasio kumparan trafo N2/N1 dan tagangan sumber Vi.

Sedangkan pola arus dihasilkan melalui proses charging kapasitor C dan kumparan N1.

Melalui transformator, flyback dapat digunakan untuk menaikkan atau menurunkan

tegangan sumber.

Forward Conversion

Gambar 2.6 : Forward Regulator dengan diagram pola arus dan tegangan

Forward conversion merupakan pengembangan dari prinsip flyback regulator, dimana

dilakukan penambahan kumparan primer N3 serta dioda D3, dimana komponen ini

berfungsi untuk membatasi tegangan puncak yang jatuh pada transistor switch saat

peralihan dari status switch ON ke OFF. Sedangkan pola arus lainnya memilki kemiripan

dengan desain pada tipe flyback conversion.

Kekurangan yang dimiliki baik pada flyback maupun forward adalah penggunaan

transformator hanya sebatas pada satu arah arus saja, sehingga hal ini menjadi tidak efisien.

Kekurangan ini dapat diperbaiki melalui desain mengikuti prinsip multi switch transistor.

Half Bridge Conversion



Gambar 2.7 : Half Bridge conversion dengan diagram sirkit

Pada konsep half bridge seperti tampak pada gambar 2.7 , transformator dioperasikan

secara penuh pada dua arah baik pada kumparan primer maupun sekunder. Arus yang

mengalir pada kumparan primer merupakan arus yang dipakai untuk proses charging

kondensator C1 dan C2, dimana arus ini kemudian dipakai untuk menyimpan energi pada

kumparan primer. Besarnya tegangan pada kondensator C berbanding lurus dengan rasio

N1/N2 dan duty cycle D.

Full Bridge Conversion

Perbedaan mendasar pada half bridge dan full bridge adalah fungsi kondensator C1 dan C2

yang digantikan oleh transistor, sehingga proses penyimpanan energi pada kumparan

primer berlangsung lebih cepat. Besarnya tegangan pada kondensator C berbanding lurus

dengan rasio N1/N2 dan duty cycle D.

Gambar 2.8 : Full Bridge conversion dengan diagram sirkit



Push Pull Conversion

Gambar 2.9 : Push Pull conversion dengan diagram pola arus dan tegangan

Pada konsep push pull seperti tampak pada gambar 2.9 , transformator dioperasikan secara

penuh pada dua arah baik pada kumparan primer maupun sekunder. Besarnya tegangan

pada kondensator C berbanding lurus dengan dua kali rasio N1/N2 dan duty cycle D. Konsep

ini memiliki banyak keuntungan, terutama dari efisiensi penggunaan transformator serta

jumlah komponen transistor dan filter yang tidak terlalu rumit, sehingga menjadi salah satu

konsep yang banyak dipakai dalam pembuatan DC/DC voltage converter.

II.2.3.2 Kajian transmitter pada perangkat geolistrik OYO

Perangkat Geolistrik OYO merupakan peralatan standar yang sudah digunakan di Pusat

Teknologi Sumberday Mineral. Melihat dari segi kehandalan peralatan, perangkat ini

menjadi salah satu acuan dalam pengembangan peralatan survey seperti current

transmitter dan voltage receiver. Karena itu, perlu dilakukan kajian terhadap komponen dan

konsep elektronik yang digunakan pada perangkat OYO tersebut.

Langkah pertama yang dilakukan adalah dengan membongkar peralatan (disassembling)

menjadi beberapa modul besar.



Gambar 2.10 : Komponen/modul elektronik perangkat geolistrik OYO

Pada gambar 2.10 dapat dilihat bahwa modul yang terdapat dalam perangkat OYO dapat

dikelompokkan menjadi lima modul besar yaitu :

1. Modul Receiver dan discrete I/O.

2. Modul Transmitter dan indikator output.

3. Modul Central Processing Unit (CPU).

4. Modul Bus Konektor.

5. Modul Panel Entry dan Display (LCD/LED Indikator).

Masing-masing modul ini memiliki fungsi tersendiri dimana modul pertama, kedua dan

ketiga merupakan modul utama perangkat.

1

2

3

4

5



Modul Receiver dan discrete I/O.

Gambar 2.11 : Modul Receiver dan discrete I/O

Receiver pada perangkat geolistrik OYO memiliki fungsi untuk mengukur potensial yang

merupakan hasil induksi medan magnet lapisan tanah akibat arus listrik yang diinjeksikan.

Selain mengukur potensial tanah, receiver juga mengukur kuat arus yang diinjeksikan oleh

modul transmitter. Komponen utama yang terdapat pada modul receiver adalah IC Analog

Digital Converter (ADC) dari Analog Device dengan tipe AD652AQ dan rangkaian operation

amplifier (Op-Amp) seperti tampak pada gambar 2.11. Salah satu bagian penting dalam

pengoperasian Op-Amp adalah tersedianya catu daya negatif (Inverting Regulator) yang

dalam hal ini menggunakan komponen TAMURA tipe IKD1212 dan IFD1212. Dari sini jelas

terlihat bahwa pengukuran arus transmitter dan potensial tanah dilakukan secara terpisah

dengan tujuan agar pengukuran dapat menghasilkan data yang akurat.

Komponen lain yang terdapat dalam modul ini adalah rangkaian Input/Output Discrete.

Rangkaian ini berfungsi untuk pengoperasian tombol dan keypad pada modul panel entry.

Bila dihitung dari jumlah tombol yang ada, maka jumlah point minimal yang dibutuhkan

untuk pengoperasian adalah 10 point input dan 4 point output.

ADC

Op-Amp Inverting-Reg Input/Output Discrete



Modul Transmitter dan indikator output.

Gambar 2.12 : Modul Transmitter dan indikator output

Transmitter pada perangkat geolistrik OYO memiliki fungsi untuk menghasilkan arus listrik

searah yang akan diinjeksikan ke bumi. Konsep yang dipakai adalah menggunakan prinsip

switching voltage converter pushpull dan current source howland. Pada gambar 2.12 dapat

dilihat komponen yang menjadi bagian dari voltage converter seperti rangkaian push pull,

transformator switching dan konektor ang menghubungkan PCB modul transmitter dengan

transistor MOSFET. Tipe MOSFET yang digunakan adalah IRFZ34. Kedua transistor ini

dipasang pada komponen penndingin (heatsink), karena disipasi panas akan dihasilkan

pada saat komponen ini bekerja menaikkan tegangan. Tegangan tinggi yang dihasilkan

kemudian digunakan untuk mengaktifkan howland current source, dimana pada bagian ini

terdapat rangkaian op-amp tegangan tinggi, switching regulator MSC PIC602. Bagian

penguat akhir dari current source ini menggunakan komponen MOSFET tipe 2SK385 yang

direkatkan pada heatsink karena disipasi panas dihasilkan saat terjadi injeksi arus ke bumi.

Untuk merubah nilai arus yang diinjeksikan ke bumi, rangkaian resistor sudah disiapkan,

dimana resistor ini diaktifkan oleh high voltage relay. Bila dilihat jumlah relay yang

Pushpull Switcher

Indicator HV-relay

MOSFET Trafo Howland



digunakan sama dengan jumlah variant arus yang dapat dihasilkan oleh perangkat OYO,

yaitu 1 , 2 , 5 , 10 , 20 , 50 , 100 dan 200 mA.

Bagian lain yang terdapat pada modul ini adalah output indicator. Rangkaian ini terdiri dari

resistor pembatas arus, IC buffer dan auxiliaries dry contact dari relay. Rangkaian ini

terhubung ke panel indicator melalui kabel data pelangi. Parameter yang dimonitor adalah

mode pengukuran, mode stack, kuat arus injeksi dan kondisi baretei.

Gambar 2.13 : Heatsink Transistor MOSFET yang menempel pada modul transmitter

Gambar 2.14 : Transistor MOSFET yang menempel pada heatsink

Modul Central Processing Unit (CPU).

Modul ini merupakan pusat kontrol dari perangkar geolistrik OYO. Semua submodul

terhubung ke CPU. Selain kontrol, CPU juga melakukan penyimpanan data hasil pengukuran

ke memori lokal serta mengirimkan data ke komponen LCD sehingga besarnya arus dan

potensila yang terukur dapat dibaca oleh operator lapangan. Selain itu, pengoperasian

keypad yang menghasilkan tampilan menu fungsi-fungsi pada geolistrik juga dapat dibaca di

layar LCD.



Gambar 2.15 : Modul Receiver dan discrete I/O

Komponen terpenting pada modul CPU adalah 8-bit Mikrokontroller dimana disini

menggunakan tipe ZiLOG Z84C0006. Komponen ini berfungsi memberikan perintah kepada

semua submodul yang terhubung ke CPU, seperti Receiver, Transmitter, Panel Display dan

Entry Device. Mikrokontroller bekerja berdasarkan program yang sebelumnya tersimpan

dalam komponen ROM. Sedangkan untuk menjalankan fungsinya, Mikrokontroller selain

memiliki memori (RAM) internal, juga dapat memakai RAM eksternal seperti tampak pada

hambar 2.15 . Beberapa komponen lain yang terdapat dalam modul CPU adalah rangkaian

Line Decoder yang menggunakan IC 74HC138 , 74HC00 dan 74HC139. Sedangkan rangkaian

buffer IO menggunakan IC tipe 74HC244 dan 74HC245 .

Beberapa komponen penunjang lain jua terdapat pada modul CPU seperti voltage regulator

yang mengubah tegangan aki 12 volt menjadi tegangan TTL 5 volt, komponen baterei untuk

RAM dan beberapa IC multiplexer.

Modul Bus Konektor.

Mikrokontroller Line Decoder Buffer I/O

RAM ROM



Gambar 2.16 : Modul Bus Konektor

Modul ini merupakan penghubung antara modul CPU, transmitter dan receiver serta

konektor-konektor yang menghubungkan perangkat geolistrik dengan perangkat lain diluar

seperti elektroda/switch box, aki kering, koneksi data RS-232, booster penguat arus, sikring

pengaman dan saklar utama. Konsep bus konektor merupakan salah satu alternatif yang

sangat baik untuk diterapkan dalam pengembangan peralatan HVCST, sehingga

pengembangan peralatan dapat dilakukan secara modular dan terstruktur.

Modul Panel Entry dan Display (LCD/LED Indikator)..

Gambar 2.17 : Modul Bus Konektor



Modul ini merupakan penghubung (interface) antara operator/user dengan perangkat

geolistrik. Komponen yang terdapat dalam modul ini berupa 2x20 dot matrix LCD Display,

4x4 membrane keypad, pushbutton dan LED indikator. Koneksi antara modul ini dengan

modul lain dilakukan dengan menggunakan kabel data pelangi dan IDC konektor.

Pengoperasian dapat dilakukan dengan cukup mudah karena tersedianya sarana entry data

yang memadai serta display dan indikator yang informatif.

Dengan memahami keseluruhan modul serta fungsi dari perangkat geolistrik OYO,

diharapkan dapat memberikan masukan dalam pengembangan perangkat HVCST dan juga

perangkat lain yang dibutuhkan untuk uji coba HVCST seperti receiver untuk pengukuran

potensial yang dibangkitkan oleh medan potensial bumi akibat injeksi arus transmitter.

Gambar 2.18 : Proses re-assembling keseluruhan modul geolistrik OYO



II.2.3.3 Kajian komponen untuk pembuatan howland current source

Untuk pembuatan howland current source, beberapa komponen sudah disiapkan.

Komponen tersebut terbagi menjadi beberapa kategori, yaitu komponen pasif, aktif dan

relay. Keseluruhan komponen dipilih melalui kategori dapat dioperasikan pada tegangan

tinggi, yaitu sampai dengan 2000 volt. Hal ini untuk mengantisipasi apabila current source

diaplikasikan pada bentangan yang jauh, maka secara otomatis voltage converter akan

memaksimalkan daya yang diberikan ke current source, sehingga tegangan yang dihasilkan

dapat mencapai 1000 volt dalam bentuk pulse atau 2000v bila dilakukan inverting

polarisasi pada elektroda arus. Selain komponen yang akan dibahas kali ini, masih ada

beberapa komponen lain yang harus diadakan dalam rangka pembuatan pushpull step-up

DC converter, Controller untuk grafik dan receiver untuk uji coba perangkat.

Gambar 2.19 : Beberapa komponen elektronik untuk pembuatan howland current source

Termasuk dalam kategori komponen pasif adalah resistor dan kapasitor. Berikut ini adalah

resistor yang akan digunakan untuk pembuatan current source :

Gambar 2.20 : High voltage 25W power resistor dengan nilai resistansi 10 dan 1000 Ohm



Gambar 2.21 : High voltage 7W power resistor dengan nilai resistansi 0.010 Ohm

Gambar 2.22 : High voltage 100W power resistor dengan nilai resistansi 100 Ohm

Berikut adalah kapasitor yang akan digunakan untuk pembuatan current source dengan

maksimal tegangan operasi 2000 volt:

Gambar 2.23 : High voltage kapasitor dengan nilai kapasitas 47 nF dan 4.7 nF

Gambar 2.24 : High voltage kapasitor dengan nilai kapasitas 330 nF



Sedangkan yang termasuk kategori komponen aktif adalah transistor MOSFET dan high

speed high voltage rectifier Dioda. Tipe dari komponen ini yang dipilih adalah APT4M120K

dan Dioda dengan kapasitas arus 500mA dan 2000 volt backwards voltage. Komponen

penting lain yang belum ada untuk pembuatan current source adalah high voltage Op-Amp.

Rencananya komponen ini akan memakai produk dari PowerAmp design dengan tipe

PAD189A.

Gambar 2.25 : Komponen aktif berupa high speed rectifier dan high voltage MOSFET

Untuk komponen relay, dua buah tipe yang sudah dipilih yaitu Reed relay DPST dari MEDER

electronik dengan kapasitas 1A contact current , 5V coil voltage dan switching voltage

2000V serta reed relay SPST dari cynergy dengan kapasitas 2A contact current , 5V coil

voltage dan switching voltage 2000V

Gambar 2.26 : DPST reed relay dari MEDER electronic



Gambar 2.27 : SPST reed relay dari cynergy

II. 3. Sinergi Koordinasi Kelembagaan-Program

II. 3. 1. Kerangka Sinergi Koordinasi Kelembagaan-Program

Secara kelembagaan sinergi telah dilaksanakan baik dengan pemerintah daerah Kalimantan

Timur tempat dimana menjadi lokus kegiatan. Lokus yang merupakan asal lokasi dengan

cadangan CBM yang cukup besar di Indonesia. Rapat koordinasi dengan Balitbangda

Propinsi Kalimantan Timur telah dilakukan pada bulan April yang diselenggarakan bersama

dengan Kemenristek. Pada rapat tersebut kegiatan yang dipresentasikan mendapat

tanggapan yang positif.

Pertemuan lanjutan telah dilakukan antara perekayasa dengan stake holder dari Dinas

Pertambangan dan Energi Propinsi Kalimantan Timur. Pertemuan-pertemuan tersebut

berupa diskusi antara perekayasa dengan pejabat dan staf lapangan terkait.

II. 3. 2. Indikator Keberhasilan Sinergi Koordinasi Kelembagaan-Program

Indikator keberhasilan Sinergi Koordinasi Kelembagaan-Program untuk kegiatan ini

diantaranya adalah pertemuan dan diskusi dengan Balai Penelitian dan Pengembangan

Daerah Kalimantan Timur dan Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Kalimantan Timur

sebagai stakeholder di daerah.

II. 3. 3. Perkembangan Sinergi Koordinasi Kelembagaan - Program

Perkembangan Sinergi Koordinasi dengan lembaga-lembaga di propinsi Kalimantan Timur

telah dilakukan pemaparan program kegiatan yang di koordinasikan bersama Kemenristek

pada tanggal 26 April 2012 di Kantor Balitbangda Propinsi Kalimantan Timur dan

dilanjutkan dengan diskusi dengan Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Kalimantan

hingga tanggal 27 April 2012. Diskusi lebih intensif dilakukan bersama-sama dengan Kepala



Bidang Geologi, Dinas Pertambangan dan Energi Kalimantan Timur yang membahas

mengenai prospek pengembangan metode eksplorasi dengan metoda geolistrik.

II. 4. Kerangka Pemanfaatan Hasil Litbangyasa

II. 4. 1. Kerangka Pemanfaatan Hasil Litbangyasa

Kerangka pemanfaatan hasil kegiatan ini mengacu pada implementasi pengembangan

pembangunan Indonesia seperti tertuang dalam MP3EI yang berlandaskan pada

pengembangan potensi sumberdaya alam. Kerjasama dengan lembaga daerah diharapkan

dapat saling menguatkan kemampuan Sumberdaya Manusia dan Iptek dimana manfaat dari

hasil kegiatan ini dapat mendorong penguatan potensi ekonomi melalui fokus batubara dan

energi.

II. 4. 2. Strategi Pemanfaatan Hasil Litbangyasa

Strategi yang digunakan dalam pemanfaatan hasil penelitian ini adalah :

1. Sosialisasi teknologi eksplorasi bawah permukaan dengan terget kedalaman diatas

500 meter menggunakan peralatan lokal yang murah biayanya.

2. Uji coba peralatan pada area eksploitasi CBM untuk melihat dampak dari proses

dewatering

II. 4. 3. Indikator Keberhasilan Pemanfaatan Hasil Litbangyasa

Indikator kualitatif :

1. Penguasaan teknologi eksplorasi bawah permukaan dengan metoda geolistrik

2. Penguasaan teknologi instrumentasi geofisika dengan kemampuan membuat

peralatan/instrumen geolistrik

3. Hasil uji coba prototype yang berjalan dengan baik.

Indikator kuantitatif :

1. Uji coba prototype di area pertambangan atau CBM

2. Penggunaan skala industri.

II. 4. 4. Perkembangan Pemanfaatan Hasil Litbangyasa

Sampai dengan saat ini pemanfaatan hasil penelitian masih dalam tahap kualitatif ,

dikarenakan progres kegiatan masih dalam tahapan penguasaan teori serta pembuatan

desain-desain.



BAB III. RENCANA TINDAK LANJUT

III. 1. Rencana Pelaksanaan Pencapaian Target Kinerja

Tahapan yang masih harus dikerjakan selanjutnya setelah pembuatan Laporan Kemajuan ini

terbagi menjadi beberapa bagian besar yaitu :

Melakukan kegiatan perakitan (assembling) perangkat dari desain yang telah dibuat.

Melakukan pemrograman hardware dan aplikasi.

Melakukan ujicoba skala laboratorium

Ujicoba di lapangan

Tahapan-tahapan tersebut akan menyempurnakan realisasi dari masing-masing indikator

menjadi 100 %.

III. 2. Rencana Koordinasi Kelembagaan – Program

Walaupun sebagian besar aktifitas kegiatan masih terkonsentrasi dalam pembuatan

prototype di laboratorium Teknologi Sumberdaya Mineral Bogor, Jawa Barat, namun

koordinasi kelembagaan akan terus dilanjutkan bersama dengan stakeholder di kalimantan

Timur dalam bentuk diskusi secara online.

III. 3. Rencana Pemanfaatan Hasil Litbangyasa

Rencana pemanfaatan hasil penelitian di tahun ini masih mengutamakan faktor-faktor

kualitatif terutama yang berkaitan dengan penguasaan teknologi dan diharapkan dengan

beberapa uji coba lapangan akan mendapatkan input-input yang diharapkan dapat terus

menyempurnakan prototype ini.

III. 4. Rencana Pengembangan ke Depan

Pada saat ini sudah banyak dijual di pasar komersial suatu perangkat peralatan

resistivitymeter yang dapat dipakai untuk melakukan pengukuran 4-D resistivity. Namun

seperti halnya yang telah dilakukan pada uji coba kelayakan metodologi pada proposal ini ,

alat survey ini mempunyai keterbatasan pada jarak jangkau kedalaman serta kecepatan

pengukuran. Oleh karena itu meskipun ditinjau dari kelayakan metodologi dipandang cukup

handal, metoda 4D-Resistivity belum pernah dilakukan untuk kegiatan monitoring pada

dewatering di lapangan CBM.



Kami, para peneliti di PTSM BPPT telah beberapa kali memperoleh penghargaan karena

melakukan inovasi pada peningkatan teknologi survey menggunakan metoda resistivity

dengan produk inovatif antara lain geoscaner 1803, cascading geoscanner dan PSBMC. Oleh

karena itu dilandasi semangat untuk tidak pernah berhenti berinovasi, kami akan

melakukan pembuatan high voltage current source transmitter (HVC). Metoda 4-D

resistivity yang sebelumnya hanya sebagai kajian ilmiah ataupun hanya diterapkan untuk

kepentingan sebatas kedalaman 15 – 20 meter saja, maka dengan menggunakan HVC

diharapkan metoda ini akan mulai dipergunakan di kalangan industri khususnya CBM pada

kedalaman diatas 500m. Dengan demikian pembuatan alat yang akan diterapkan pada 4-D

resistivity untuk kepentingan penetrasi yang dalam , status teknologinya adalah :

merupakan teknologi terobosan.

Sedangkan pada kegiatan yang didanai oleh insentif Dikti 2009, Pusat Teknologi

Sumberdaya Mineral telah berhasil mengembangkan Geoscanner 1803 AT menjadi

Cascading Geoscanner, dimana perangkat tersebut memiliki spesifikasi sebagai berikut :

- Maximun Operational Voltage : 400 VAC

- Maximum Operational Current : 4 Ampere

- Operational temperatur range : 0 – 70 ºC

- Geoelectric terminal input : 4 terminal ( C1 , C2 , P1 , P2 )

- Electrode crontroled per-cluster : 32 electrodes

- Configuration Table Program : 10 Table (include Wenner, Schlumberger, Dipole-dipole, Pole-dipole)

- Stepping in table program : up to 10000 step per table program

- Cascading function : Single master with up to 32 slave

- Max distances between Geoscanner : 1000 meters

- Communication Port : RS 422 port

- Monitor : LCD 4 x 20 dotmatrix character

- Key pad : 4 x 4 membrane keypad with acoustic response

- Flash memory modul : 4 MB

- Power consumption : 12-24 V DC, max 120 mA



Gambar 3-1 . Perangkat Cascading Geoscanner

Uji coba cascading geoscanner telah berhasil dilakukan pada kebun bibit milik Balai

Penelitian Tanaman Industri dengan panjang bentangan 960 meter untuk target penetrasi

kedalaman 200 meter. Uji coba akan diteruskan sampai mencapai panjang bentangan 2000

meter dengan target kedalaman 400m.



BAB IV. PENUTUP

Apabila High Voltage Current Source transmitter telah diterapkan dengan bantuan metode

4 D Resistivity pada proses monitoring di kegiatan eksploitasi CBM maka dampak ekonomis

akan didapatkan :

1. Mengurangi biaya yang diperlukan untuk kegiatan monitoring proses dewatering

secara signifikan

2. Meningkatkan pemakaian metoda 4D resistivity oleh instansi lain ataupun oleh

para konsultan pada berbagai kepentingan

3. Membantu program pemerintah yaitu meningkatkan produksi CBM pada tahun

2012.

Dengan dihasilkannya teknologi 4-D resistivity berbasis multi receiver geoscanner maka

beberapa keuntungan yang akan diperoleh adalah sebagai berikut :

• Substitusi impor, peralatan resistivitymeter yang dapat digunakan dalam akuisisi

data resistivity 4D untuk eksplorasi dan eksploitasi CBM secara otomatis saat

sekarang masih impor dengan kisaran harga per unit 2 milyar s.d. 7 milyar

sehingga dengan adanya Multi-Receiver produk lokal yang harganya kurang dari 30

% dari produk impor dapat dimanfaatkan.

• Dengan dihasilkannya High Voltage Current Source Transmitter, maka akan

memperbesar peluang pelayanan jasa teknologi survey lapangan CBM dengan

penggunaan peralatan murni dari dalam negeri..

• Beberapa peralatan resistivitymeter lama yang sudah dimiliki oleh beberapa

perguruan tinggi, lembaga riset dan Dinas ESDM di Indonesia dapat dimanfaatkaan

untuk akuisisi data resistivity 4D secara otomatis, tidak perlu membeli alat

resistivity meter yang baru.

• Peralatan cascading geoscanner dan PSBMC produk dalam negeri mampu

dioperasikan dengan HVC, sehingga dapat juga dimanfaatkaan untuk akuisisi data

resistivity 4D secara otomatis.

Documents

Dewatering