PERBANDINGAN KONSUMSI ENERGI LISTRIK SISTEM FAN DENGAN MENGGUNAKAN DAMPER DAN VSD PDF

Preview

Summary

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan industri di Indonesia yang semakin maju serta meningkatnya kebutuhan masyarakat akan produk hasil industri dalam negeri menjadi faktor yang mendorong industri untuk meningkatkan produksinya. Aktivitas produksi ini terkadang tidak menentu. Dalam pro...

Description

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Perkembangan

industri

di

Indonesia

yang

semakin

maju

serta

meningkatnya kebutuhan masyarakat akan produk hasil industri dalam negeri menjadi faktor yang mendorong industri untuk meningkatkan produksinya. Aktivitas produksi ini terkadang tidak menentu. Dalam prosesnya, mesin - mesin produksi maupun ruangan membutuhkan pendingin yang udaranya disalurkan dari fan melalui ducting. Berhubung kebutuhan akan kerja fan ini dinamis, sehingga fluida yang dibutuhkan tidak selalu sama di setiap produksinya. Untuk mengatur aliran udara yang keluar dari fan sesuai dengan kebutuhan industri dapat dilakukan dengan cara menggunakan damper atau dengan menggunakan Variable Speed Drive (VSD). Damper digunakan untuk mengatur aliran udara dengan mengatur bukaan damper, sehingga kecepatan motor yang diperlukan untuk menggerakkan fan tetap. Sedangkan VSD digunakan untuk mengatur aliran udara dengan memasang VSD yang dihubungkan dengan motor fan, sehingga aliran udara yang dibutuhkan pada saat produksi disesuaikan dengan kecepatan motor. Tujuan dari penelitian penulis ini adalah untuk mengetahui karakteristik fan yang penulis uji coba dan mengetahui besarnya efisiensi daya listrik yang dapat dicapai melalui penggunaan VSD jika dibandingkan dengan damper. Manfaat dari penelitian ini adalah dapat memberikan solusi untuk penghematan energi listrik pada motor fan sehingga dapat menekan biaya produksi di industri.

1.2

Permasalahan Berdasarkan latar belakang diatas, rumusan permasalahan dalam Tugas

Akhir (TA) ini sebagai berikut : 1.

Bagaimana karakteristik fan yang penulis uji coba.

2.

Berapa besarnya perbedaan konsumsi daya listrik pada fan yang menggunakan damper dan VSD.

2

1.3

Batasan Masalah Berdasarkan permasalahan dalam Tugas Akhir (TA) ini, penulis

membatasi masalahnya sebagai berikut : 1.

Pengujian alat dilakukan di Laboratorium Energi Politeknik Negeri Jakarta.

2.

Force Draft Fan (FDF) dengan jenis fan yang digunakan adalah fan sentrifugal.

3.

Motor yang digunakan motor DC shunt dengan daya motor 1,5 KW; 1.

1.4

4.

Tidak membahas karakteristik Variable Speed Drive (VSD).

5.

Bukaan damper dari 15 - 90.

Tujuan dan Manfaat Tujuan penulisan Tugas Akhir (TA) adalah sebagai berikut : 1.

Mengetahui karakteristik fan yang penulis uji coba.

2.

Mengetahui perbedaan konsumsi daya listrik pada fan yang menggunakan damper dan VSD.

Adapun manfaat penulisan Tugas Akhir (TA) adalah sebagai berikut : 1.

Memberi solusi untuk penghematan energi listrik pada motor fan sehingga dapat menekan biaya produksi.

2.

Bagi mahasiswa dapat menumbuhkan semangat untuk berperan aktif dalam pengembangan teknologi VSD guna meningkatkan efisiensi penggunaan daya listrik pada fan.

3.

Bagi industri dapat mengurangi biaya penggunaan listrik sesuai kebutuhan produksi.

3

1.5

Gambar 3 (tiga) Dimensi

Gambar 1.1 Gambar Tiga Dimensi Fan Test

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Fan Sentrifugal Fan adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menghasilkan aliran pada

fluida gas seperti udara. Fan memiliki fungsi yang berbeda dengan kompresor sekalipun media kerjanya sama, dimana fan menghasilkan aliran fluida dengan debit aliran yang besar pada tekanan rendah, sedangkan kompresor menghasilkan debit aliran yang rendah namun tekanan kerja yang tinggi. Dengan fungsi yang berbeda dari kompresor tersebut, fan banyak diaplikasikan seperti untuk kenyamanan ruangan (fan meja / dinding), sistem pendingin pada kendaraan atau sistem permesinan, ventilasi, penyedot debu, sistem pengering (dikombinasikan dengan heater), membuang gas-gas berbahaya, dan juga supply udara untuk proses pembakaran (seperti pada boiler). Fan

sentrifugal

menggunakan

prinsip

gaya

sentrifugal

untuk

membangkitkan aliran fluida gas. Mirip dengan pompa sentrifugal, udara masuk melalui sisi inlet yang berada di pusat putaran fan sentrifugal tersebut, lalu terdorong menjauhi poros fan akibat gaya sentrifugal dari sudu-sudu fan yang berputar. Pada debit aliran yang sama, fan sentrifugal menghasilkan tekanan udara outlet yang lebih besar dibandingkan dengan fan aksial. Pada dunia industri fan ini sering diberi istilah blower.

Gambar 2.1 Fan Sentrifugal

5

Sisi inlet fan sentrifugal dapat didesain dengan dua inlet atau satu inlet saja. Hal ini tentu disesuaikan dengan kebutuhan debit aliran fluida yang ingin dihasilkan. Dengan menggunakan sistem double inlet akan didapatkan debit aliran yang lebih besar dibandingkan dengan yang single inlet.

Gambar 2.2 Fan Sentrifugal dengan Double Inlet

Karakteristik performansi dari fan sentrifugal tergantung pada jenis dan bentuk sudu fan yang digunakan. Secara umum bentuk sudu fan sentrifugal ada tiga jenis yakni :

 Backward Curved Blades. Dengan bentuk sudu ini, fan sentrifugal akan memiliki beberapa keuntungan sebagai berikut :

 Efisiensi yang tinggi, di atas 90%.

 Beroperasi dengan sangat stabil.

 Tidak berisik.

 Ideal untuk digunakan pada kecepatan tinggi.

 Tidak memiliki karakter daya overload.

Gambar 2.3 Backward Curved Blades (Airfoil)

6

 Sudu Lurus (Straight Blade). Tipe sudu ini memiliki kelebihan sebagai berikut : 





Tahan terhadap abrasi. Perawatan yang simpel. Kapasitas yang luas.

Namun di sisi lain fan sentrifugal jenis ini memiliki kelemahan yakni nilai efisiensi yang rendah, serta karakternya yang tidak bebas overload power.

Gambar 2.4 Straight Blade

 Radial Tip Blades. Tipe ini sangat dianjurkan digunakan pada fluida-fluida gas yang sifatnya abrasif. Selain itu kipas sentrifugal tipe ini memiliki keuntungan lain seperti berikut : 







Tidak memiliki karakter daya overload. Menghasilkan kapasitas besar. Beroperasi dengan sangat stabil. Kemampuan untuk dapat membersihkan permukaan sudu dengan sendirinya.

Gambar 2.5 Tipe Sudu Radial Tip

Salah satu aplikasi fan sentrifugal pada dunia industri adalah Primary Air Fan (PA Fan) pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap. PA Fan berfungsi men-

7

supply udara ke pulverizer dan digunakan untuk mendorong pulverizer fuel ke furnace boiler untuk proses pembakaran. PA Fan ini menggunakan sistem dua inlet dengan sudu tipe Backward Curve.

Gambar 2.6 Primary Air Fan

Pada pengujian ini kami menggunakan Force Draft Fan (FDF), ini dikarenakan damper yang kami gunakan diletakkan setelah fan.Fan yang digunakan jenis fan sentrifugal.

Gambar 2.7 Fan Laws

8

 Daya listrik adalah tegangan dikalikan dengan arus. Persamaannya adalah: (2.1) Keterangan : Plistrik

: daya listrik

[kW]

V

: tegangan listrik

[V]

I

: arus listrik

[A]

 Penghematan daya listrik adalah besar penghematan listrik yang terjadi antara daya udara VSD dengan daya udara damper. Persamaannya adalah : [

]

[

]

[

*harga energi: Rp.1.535,05/kWh

2.2

[

]

] (2.2)

[

]

(2.3)

[

]

(2.4)

[ [

[

]

]

]

(2.5)

(2.6)

Karakteristik Fan Karakteristik fan adalah perubahan kinerja sistem yang dihasilkan dari

interaksi komponen sistem. Biasanya, selama proses perancangan, kurva sistem dihitung dengan menambahkan kerugian / losses dari masing-masing komponen sistem (damper / peredam, saluran, baffle / plat yang mengatur arah aliran fluida, penyaring, tee / sambungan T, Wyes, siku, kisi - kisi, dan lain - lain). Hasil persamaan ini adalah garis parabola, seperti ditunjukkan oleh kurva sistem pada Gambar 2.8. kurva sistem ini mengasumsikan semua komponen

9

menunjukkan

karakteristik

hilangannya

tekanan

berdasarkan

koefisien

kerugiannya. Namun, dalam kenyataannya, ketidakseragamannya profil aliran udara dari aliran udara yang tercipta mengembangkan putaran dan vortisitas yang menyebabkan komponen sistem menunjukkan kerugian yang lebih tinggi dari koefisien kerugiannya. Keseluruhan efek dari kerugian yang ditambahkan ini adalah untuk memindahkan kurva sistem ke atas, seperti ditunjukkan oleh kurva sistem yang dikoreksi pada Gambar 2.8. Karakteristik fan dapat sangat bermasalah ketika flow udara yang masuk atau keluar dari fan terganggu menjadi pola yang sangat non-seragam. konfigurasi yang buruk dari saluran kerja (ductwork) yang mengarah ke atau dari fan bisa mengganggu kemampuan fan untuk mengefisienkan energi untuk aliran udara. Misalnya, menempatkan siku berdekatan dengan outlet fan dapat memberikan efek kepada sistem yang menurunkan aliran hingga 30 persen. karenanya memerlukan peningkatan kecepatan fan, yang pada akhirnya menyebabkan peningkatan daya dan penurunan efisiensi sistem.

Gambar 2.8 Karakteristik Fan (Improving Fan System Performance, 1989)

10

2.3

Damper Damper adalah alat yang digunakan untuk mengatur jumlah aliran udara.

Guna menjamin keandalan struktur aliran udara

yang terkendali dan

berkesinambungan, maka udara pada area tersebut dipertahankan bertekanan negatif dengan mengoperasikan sistem suplai udara segar maupun hisapan udara buang. Kondisi saluran udara (ducting) yang tidak rapat atau bocor dan tidak berfungsinya pengatur aliran udara (damper) dengan baik akan mengakibatkan penurunan kapasitas udara yang dihisap fan.

Gambar 2.9 Damper

2.4

Variable Speed Drive (VSD) Variable Speed Drive (VSD) adalah alat yang digunakan untuk mengubah

kecepatan putaran motor. Variable Speed Drive (VSD) digunakan sebagai solusi aplikasi yang membutuhkan kemampuan pengaturan motor lebih lanjut, misal : pengaturan putaran motor sesuai bebannya atau sesuai nilai yang kita inginkan. Penggunaan VSD bisa untuk aplikasi motor AC maupun DC.

2.5

Motor Listrik Arus Searah (DC) Shunt Motor listrik arus searah adalah peralatan listrik yang berfungsi mengubah

energi listrik arus searah (DC) menjadi energi mekanik (mekanis gerak putar, rotasi). Sebagai masukkan motor ini adalah energi listrik arus searah dan keluarnya adalah energi mekanis gerak putar (rotor). Karakteristik motor DC : 

Pemeliharaan dan perbaikan yang diperlukan lebih rutin.

11







Lebih mahal daripada motor AC. Torsi tinggi pada kecepatan rendah. Kemampuan mengatasi beban lebih baik.

Gambar 2.10 Komponen Motor DC

Pada gambar 2.10 memperlihatkan sebuah motor DC memiliki tiga komponen utama :

1.

Kutub Medan Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan

menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan motor yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi besar melintasi bukaan diantara kutub-kutub ke utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih kompleks terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. 2.

Motor Bila arus masuk menuju motor, maka arus ini akan menjadi elektromagnet.

Motor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil motor berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara selata motor.

12

3.

Komutator Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah

untuk membalikan arah arus listrik dalam motor. Komutator juga membantu dalam transmisi arus antar motor dan sumber daya. Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur : 





Tegangan motor atau tegangan angker, meningkatkan tegangan motor akan meningkatkan kecepatan. Arus medan, menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Mengatur tegangan angker dan arus medan.

Motor DC Sumber Daya Sendiri / Self Excited adalah jenis motor DC yang sumber arus medan disupply dari sumber yang sama dengan kumparan motor listrik, sehingga motor listrik DC ini disebut motor DC sumber daya sendiri (self excited). Pada motor DC shunt gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan motor listrik. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus motor.

13

BAB III PERANCANGAN PRODUK 3.1

Perhitungan Mulai

Tinjauan Pustaka

Perancangan Alat (Damper)

Pembuatan Komponen

Pemasangan Alat Damper

Tidak

Pengujian Alat

Berhasil

Pengambilan Data

Analisa Data

Tidak

Ya

Selesai

Gambar 3.1 Alur Perancangan Alat

14

Gambar 3.2 Damper

Dengan data damper yang kami desain sebagai berikut : -

Diameter : 0,145 m

Sedangkan panjang damper yang kami desain menyesuaikan dengan luas bukaaan damper pada kondisi 90 (terbuka penuh) yakni : Panjang Damper = Diameter Damper + (2 x 50 mm) = 145 cm + 100 cm = 245 mm  250 mm

Komposisi Bahan Damper -

3.2

Plat besi

Gambar per Bagian Pada subbab 3.2 ini akan memperlihatkan perancangan gambar perbagian

dari alat fan test.

15

Gambar 3.3 Rangka

Gambar 3.4 Variable Speed Drive (VSD)

Gambar 3.5 Inlet Pipe 1

16

Gambar 3.6 Inlet Pipe 2

Gambar 3.7 Clamp

Gambar 3.8 Outlet Pipe 1

17

Gambar 3.9 Clamp Outlet Pipe 1

Gambar 3.10 Outlet Pipe 2

Gambar 3.11 Damper

18

Gambar 3.12 Fan

Gambar 3.13 Penyangga 1

Gambar 3.14 Penyangga 2

19

Gambar 3.15 Bracket Pillow Block 2

Gambar 3.16 Bracket Pillow Block 1

20

BAB IV REALISASI RANCANG BANGUN 4.1

Gambar Lengkap dan Spesifikasinya

4.1.1 Gambar Lengkap

Gambar 4.1 Fan Test dan Keterangannya

Keterangan

:

1.

Rangka

2.

Variable Speed Drive (VSD)

3.

Manometer

4.

Inlet Pipe 1

5.

Clamp

21

6.

Inlet Pipe 2

7.

Fan

8.

Bracket Pillow Block 1

9.

Bracket Pillow Block 2

10. Clamp Outlet Pipe 1 11. Outlet Pipe 1 12. Penyangga 1 13. Penyangga 2 14. Outlet Pipe 2 15. Damper 16. Name Plate 17. Rak

4.1.2 Spesifikasi Alat Spesifikasi yang diuraikan pada subbab ini merupakan spesifikasi bentuk mekanis dari alat dan spesifikasi komponen peralatan elektrikal pada alat. Adapun fungsinya merupakan fungsi masing – masing komponen pada alat fan test. -

Motor arus searah (DC) Shunt Type DB 6 1/2 (Serial Number 8875 H4) Electrical Power Eng. : 







4000 RPM Output 1,5 KW 1

220 V; 8,1 A

Gambar 4.2 Motor DC Shunt

22

-

Fan Sentrifugal : 

Backward Curved Blades

Gambar 4.3 Fan Sentrifugal

-

Manometer Type 4 (Serial Number 43477)

Gambar 4.4 Manometer

-

Variable Speed Drive (VSD)

Gambar 4.5 Variable Speed Drive (VSD)

23

-

Damper : 



Diameter = 145 mm Panjang 25 mm

Gambar 4.6 Damper

4.2

Jadwal Pelaksanaan Jadwal pelaksanaan kegiatan tugas akhir berjumlah sebanyak empat bulan

dan dalam setiap bulan terdiri dari empat minggu, adapun kegiatan yang kami lakukan dalam waktu selama empat bulan terakhir dapat dilihat pada Tabel 4.1 yakni : Tabel 4.1 Jadwal Pelaksanaan Tugas Akhir

Bulan No

Kegiatan

April

Mei

Juni

Juli

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1

Pengumpulan Data

2

Analisa Data

3

Analisa Perhitungan

4

Pembuatan Komponen

5

Perakitan

6

Uji Coba

7

Analisa Hasil

8

Pembuatan Laporan

9

Ujian Tugas Akhir

24

4.3

Biaya Tabel 4.2 Biaya yang diperlukan dalam Pembuatan Tugas Akhir

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Uraian

Unit

Harga Desain Damper 6 " 1 Buah Tabung Kaca 4 Buah Gliserin 1 Liter Pewarna Merah 1/2 Ons Lakban Hitam 2 Buah Solasi Putih 2 Buah Lem Korea 1 Buah Cat Avian Hitam 100 cc 2 Kaleng Thinner 2 Botol Lem Isarplas 1 Buah Amplas 400 2 Lembar Anemometer 1 Buah Jumlah

Biaya Satuan (Rp) 100.000 32.500 37.500 35.000 10.000 15.000 5.000 10.000 13.000 6.000 9.000 5.000 455.000

Biaya yang diperlukan (Rp) 100.000 195.000 150.000 35.000 10.000 30.000 10.000 10.000 26.000 12.000 9.000 10.000 455.000 1.052.000

25

BAB V PENGUJIAN HASIL 5.1

Deskripsi Pengujian Pengujian dilakukan di Laboratorium Energi Teknik Konversi Energi

dengan menggunakan fan test. Fan test tersebut sudah dimodifikasi dengan memasangkan damper pada keluaran dari fan nya. Pengujian ini dilakukan dua kali yaitu fan dengan menggunakan damper dan dengan fan yang menggunakan Variable Speed Drive (VSD). Pengujian fan dengan menggunakan damper dilakukan dengan cara membuka damper pada posisi bukaan 15 - 90. Bukaan damper dilakukan setiap 15 dengan tegangan listrik konstan sedangkan arus listrik akan semakin besar sebanding dengan bertambah besarnya bukaan damper sehingga didapatkan kecepatan udara yang berbeda – beda. Sedangkan pengujian fan dengan menggunakan VSD dilakukan dengan kecepatan yang dihasilkan oleh damper, dicari dengan memutar potensio pada VSD sehingga didapatkan tegangan listrik dan arus listrik yang berubah – ubah. Adapun variabel yang diuji adalah : 



Tegangan Listrik



Putaran Motor



Tekanan Udara



Arus Listrik



Torsi

Kecepatan Udara

5.1.1 Tujuan Pengujian Tujuan pengujian yang dilakukan pada variabel – variabel diatas adalah : 



Mengetahui karakteristik fan yang penulis uji coba. Mengetahui perbeda...