PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK EFISIENSI MOTOR

(1)

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

SEBAGAI PENGGERAK BLOWER

Oleh :

1. Iqbal Muhammad F (141734015) 1. Iqbal Muwahid (141734016) 2. Ira Pramitha DR (141734017) 3. M. Anshar J.A (141734018) 4. Ogi Sutrisna Azizi ((141734019) 5. Okky Oktaviansyah D (141734020)

D4-KONSERVASI ENERGI

JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

(2)

EFISIENSI MOTOR INDUKSI SEBAGAI PENGGERAK

PADA BLOWER

I. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan kegiatan praktikum mahasiswa diharapkan :

1. Mengukur dan menghitung efisiensi motor induksi sebagai penggerak blower 2. Mahasiswa dapat mengetahui cara kerja motor induksi

3. Mahasiswa dapat mengetahui cara kerja blower

II. DASAR TEORI

A. Penggerak Motor Induksi 3 Fasa

Motor induksi tiga fasa merupakan motor elektrik yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Salah satu kelemahan motor induksi yaitu memiliki beberapa karakteristik parameter yang tidak linier, terutama resistansi rotor yang memiliki nilai yang bervariasi untuk kondisi operasi yang berbeda, sehingga tidak dapat mempertahankan kecepatannya secara konstan bila terjadi perubahan beban. Oleh karena itu untuk mendapatkan kecepatan yang konstan dan peformansi sistem yang lebih baik terhadap perubahan beban dibutuhkan suatu pengontrol. Motor induksi memiliki beberapa parameter yang bersifat non-linier, terutama resistansi rotor, yang memiliki nilai bervariasi untuk kondisi operasi yang berbeda. Hal ini yang menyebabkan pengaturan pada motor induksi lebih rumit dibandingkan dengan motor DC.

Motor induksi tiga fasa berputar pada kecepatan yang pada dasarnya adalah konstan, mulai dari tidak berbeban sampai mencapai keadaan beban penuh. Kecepatan putaran motor ini dipengaruhi oleh frekuensi, dengan demikian pengaturan kecepatan tidak dapat dengan mudah dilakukan terhadap motor ini. Walaupun demikian, motor induksi tiga fasa memiliki beberapa keuntungan, yaitu sederhana, konstruksinya kokoh, harganya relatif murah, mudah dalam melakukan perawatan, dan dapat diproduksi dengan karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan industri.

a. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Pada saat terminal tiga fasa stator motor induksi diberi suplai tegangan tiga fasa seimbang, maka akan mengalir arus pada konduktor di tiap belitan fasa stator dan akan menghasilkan fluksi bolak-balik . Amplitudo fluksi per fasa yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan menghasilkan fluks resultan (medan putar) dengan magnitud yang nilainya konstan yang berputar dengan kecepatan sinkron :

ns = 120 ……… (2.2)

dimana,

ns = kecepatan sinkron/medan putar (rpm)

f = frekuensi sumber daya (Hz)

(3)

Medan putar akan terinduksi melalui celah udara menghasilkan ggl induksi (ggl lawan) pada belitan fasa stator sebesar :

……… (2.3)

untuk nilai maksimum sin =

1 Jadi

……… (2.4) dimana,

e1 = ggl induksi sesaat stator/fasa (Volt)

Em1 = ggl induksi maksimum stator/fasa (Volt)

E1 = ggl induksi efektif stator/fasa (Volt)

f1 = frekuensi saluran (Hz)

N1 = jumlah lilitan kumparan stator/fasa

= fluks magnetik maksimum (Weber)

Medan putar tersebut juga akan memotong konduktor-konduktor belitan rotor yang diam (perhatikan gambar 2.9). Hal ini terjadi karena adanya perbedaan relatif antara kecepatan fluksi yang berputar dengan konduktor rotor yang diam, yang disebut juga dengan slip (s).

s =

………. (2.5)

Akibat adanya slip, maka ggl (gaya gerak listrik) akan terinduksi pada konduktor-konduktor rotor sebesar :

……… (2.6)

atau ……… (2.7)

dimana :

e2 = ggl induksi sesaat pada saat rotor diam/fasa (Volt)

E2 = ggl induksi efektif pada saat rotor diam/fasa (Volt)

(4)

N2 = jumlah lilitan pada kumparan rotor/fasa

= fluks magnetik maksimum (Weber)

Gambar 2.9. Proses Induksi Medan Putar Stator pada Kumparan Rotor

Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung (end ring) ataupun tahanan luar, maka arus akan mengalir pada konduktor-konduktor rotor. Karena konduktor-konduktor-konduktor-konduktor rotor yang mengalirkan arus ditempatkan di dalam daerah medan magnet yang dihasilkan stator, maka akan terbentuklah gaya mekanik (gaya lorentz) pada konduktor-konduktor rotor. Hal ini sesuai dengan hukum gaya lorentz (perhatikan gambar 2.10) yaitu bila suatu konduktor yang dialiri arus berada dalam suatu kawasan medan magnet, maka konduktor tersebut akan mendapat gaya elektromagnetik (gaya lorentz) sebesar :

F = B.i.l.sin θ ……… (2.8) dimana,

F = gaya yang bekerja pada konduktor (Newton)

B = kerapatan fluks magnetik (Wb/m2)

i = besar arus pada konduktor (A)

l = panjang konduktor (m)

θ = sudut antara konduktor dan vektor kerapatan fluks magnetik Gaya F ini adalah hal yang sangat penting karena merupakan dasar dari bekerjanya suatu motor listrik.

Arah dari gaya elektromagnetik tersebut dapat dijelaskan oleh kaidah tangan kanan (right-hand rule). Kaidah tangan kanan menyatakan, jika jari telunjuk menyatakan arah dari vektor arus i dan jari tengah menyatakan arah dari vektor kerapatan fluks B, maka ibu jari akan menyatakan arah gaya F yang bekerja pada konduktor tersebut.

Gaya F yang dihasilkan pada konduktor-konduktor rotor tersebut akan menghasilkan torsi (τ). Bila torsi mula yang dihasilkan pada rotor lebih besar daripada torsi beban (τ0 > τb), maka rotor akan berputar searah dengan putaran

(5)

i

B

F

l

Gambar 2.10. Konduktor Berarus Dalam Ruang Medan Magnet

Seperti yang telah disebutkan di atas, motor akan tetap berputar bila kecepatan medan putar lebih besar dari pada kecepatan putaran rotor (ns > nr). Apabila ns = nr, maka tidak ada perbedaan relatif antara kecepatan medan putar (ns) dengan putaran rotor (nr), atau dengan kata lain slip (s) adalah nol. Hal ini

menyebabkan tidak adanya ggl terinduksi pada kumparan rotor sehingga tidak ada arus yang mengalir, dengan demikian tidak akan dihasilkan gaya yang dapat menghasilkan kopel untuk memutar rotor.

b. Keterangan Spesifikasi Motor Induksi

Pada motor induksi biasanya dilengkapi dengan nameplat, dimana nameplat tersebut sebagai identitas motor.

Identitas motor dari nameplat tersut adalah :

 PH 3 = Motor Induksi dihubungkan dengan sumber 3 Phase  Hz 50 = Frekuensi sumber listrik yang di gunakan 50 Hz  Rev/MIN 1400 = Batas Putaran rotor 1400 rpm

 kW 0.55 = Daya motor beban nominal 0.55 kW

 V 380Y = Tegangan sumber 380 V dan di hubungkan secara start (bintang)

(6)

c. Rugi-Rugi Pada Motor Induksi 3 Phasa

Terdapat bannyak rugi- rugi pada motor yang akan mengurangi besar daya masukan yang akan dikonversikan menjadi daya keluaran (mekanik). Rugi-rugi (losses) tersebut ialah :

1. Rugi-rugi tetap (fixed losses) Rugi-rugi ini terdiri dari :

 Rugi-rugi inti stator (stator core losses)

Pcore = = ……… (2.23)

 Rugi-rugi gesek dan angin (friction and windage losses), (PFW) 2. Rugi-rugi variabel (variable

losses) Rugi-rugi ini terdiri dari :

 Rugi-rugi tembaga stator (stator coper losses)

PSCL = ………. (2.24)

 Rugi-rugi tembaga rotor (rotor coper losses)

PRCL = ………. (2.25)

Gambar 2.17. Diagram Aliran Daya Aktif Motor Induksi Tiga Fasa

dimana :

Pin = daya aktif masukan ke stator (Watt)

PSCL = rugi-rugi tembaga stator (Watt)

Pcore = rugi-rugi inti stator (Watt)

PAG = daya celah udara (Watt)

PRCL = rugi-rugi tembaga rotor (Watt)

(7)

PFW = rugi-rugi gesek dan angin (Watt)

Pout = daya poros/keluaran (Watt)

Daya masukan tiga fasa disuplai ke stator melalui terminal tiga fasa. Dikarenakan rugi-rugi tembaga stator, maka daya sebesar PSCL didisipasikan sebagai panas pada belitan. Bagian lainnya Pcore didisipasikan sebagai panas pada inti stator, yaitu sebagai rugi-rugi inti besi. Daya aktif sisa PAG ditransfer ke rotor melalui celah udara dengan induksi elektromagnetik. Sehingga daya celah udara dapat ditentukan sebagai berikut :

PAG = Pin – PSCL – Pcore ……… (2.26)

Dengan memperhatikan secara cermat rangkaian ekivalen pada rotor (gambar 2.15(a)), satu-satunya elemen yang dapat mengkonsumsi daya celah-udara PAG adalah tahanan . Untuk itu daya celah udara dapat kita tuliskan dengan persamaan :

……… (2.27)

Dengan adanya rugi-rugi I2R pada rotor, maka bagian daya PRCL didisipasikan sebagai panas, dan sisanya akhirnya terdapat dalam bentuk daya mekanik Pm. Adapun rugi-rugi tahanan aktual rangkaian rotor (gambar 2.13.) diberikan oleh persamaan :

……… (2.28) Karena daya tidak berubah besarnya ketika rangkaian rotor dinyatakan terhadap sisi stator, dalam bentuk rangkaian ekivalen transformator ideal, maka rugi-rugi tembaga rotor dapat juga dinyatakan dengan :

……….

(2.29) Setelah rugi-rugi tembaga stator, rugi-rugi inti stator, dan rugi-rugi tembaga rotor dikurangi dengan daya masukan motor, maka daya yang tertinggal adalah yang dikonversikan kebentuk mekanik. Daya mekanik yang dibangun ini diberikan oleh persamaan :

Pm = PAG – PRCL ……… (2.30)

= –

Dari persamaan (2.27) dan (2.29) dapat dilihat bahwa rugi-rugi tembaga

rotor PRCL dan daya celah udara PAG memiliki hubungan sebagai berikut :

(8)

Untuk itu, semakin kecil slip motor, semakin kecil juga rugi-rugi pada

rotor. Perhatikan juga, bahwa, jika rotor tidak berputar slip s = 1 dan daya celah udara seluruhnya dipakai pada rotor. Karena Pm = PAG – PRCL, ini juga

memberikan hubungan yang lainnya diantara daya celah udara dan daya yang

dikonversikan dari bentuk listrik ke mekanik :

Pm = PAG – PRCL ……….. (2.33)

Pm = PAG – s.PAG

Pm = (1 – s) PAG ……… (2.34)

Sehingga jika rugi-rugi gesekan dan angin PFW dan rugi-rugi lainnya

Pmisc (stray load losses) diketahui, dan dikurangi dengan daya mekanik Pm,

maka akan didapat daya keluaran Pout atau daya yang memutar poros.

Pout = Pm – PFW – Pmisc ………..… (2.35)

d. Efesiensi Motor Induksi 3 Phasa

Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang dinyatakan sebagai perbandingan antara daya keluaran dan daya masukan dan biasanya dinyatakan dalam persen juga sering dinyatakan dengan perbandingan antara keluaran dengan keluaran ditambah rugi - rugi, yang dirumuskan dalam persamaan berikut.

η = Pout/Pin =

……….. (2.36)

Pada beban-beban dengan nilai yang kecil, rugi-rugi tetap lebih besar dibandingkan dengan keluaran, untuk itu efisiensi yang dihasilkan rendah. Sebagaimana beban bertambah, efisiensi juga bertambah dan menjadi maksimum ketika rugi inti dan rugi variabel adalah sama. Efisiensi maksimum terjadi sekitir 80 – 95 % dari rating output mesin, dimana nilai yang lebih tinggi terdapat pada motor-motor yang besar. Jika beban yang diberikan melebihi beban yang menghasilkan efisiensi maksimum, maka rugi-rugi beban bertambah lebih cepat daripada output, konsekuensinya efisiensi berkurang.

(9)

- Mengukur langsung daya listrik masukan dan daya mekanik keluaran

- Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan

- Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan,

dimana pengukuran daya masukan tetap dibutuhkan pada ketiga cara di atas.

B. Blower

a. Pengertian dan Prinsip Kerja Blower

Blower adalah mesin atau alat yang digunakan untuk menaikkan atau memperbesar tekanan udara atau gas yang akan dialirkan dalam suatu ruangan tertentu juga sebagai pengisapan atau pemvakuman udara atau gas tertentu. Prinsip kerja blower mengalirkanfluida serta mengubahnya dari tekanan rendah ke tekanan tinggi sebagai akibat adanyagaya sentrifugal yang dialami oleh fluida tersebut.

Blower memiliki fungsi yang berbeda dengan kompresor sekalipun media kerjanya sama, dimana blower 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, blower banyak diaplikasikan seperti untuk kenyamanan ruangan (kipas 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).

b. Klasifikasi Blower

1. Positive Diplacement Blower

Pada jenis ini udara atau gas dipindahkan volume per volume dalam ruangan yang disebabkan adanya pergerakan elemen impeler yang berputar karena adanya pertambahan massa udara atau gas yang dipindahkan. Jenis positive displacement blower yang sering digunakan adalah rotary blower ( blower rotary ) yaitu : Vane Blower

2. Sentrifugal Blower

(10)

ruang pipa masuk menjadi vakum lalu udara dihembuskan keluar. Dari bentuk sudut ( blade ) impeller ada 3 jenis yaitu:

 Forward Curved Blade

 Backward Curved Blade.

 Radial Blade

3. Blower Axial

Sesuai dengan namanya, Axial Fan menghasilkan aliran fluida gas dengan arah yang searah dengan poros kerja kipas tersebut. Kipas tipe ini adalah yang paling banyak penggunaannya di kehidupan sekitar kita. Hal tersebut tidak terlepas dari kemudahan desain serta harga yang lebih ekonomis jika dibandingkan dengan kipas sentrifugal. Karena desainnya yang tidak terlalu rumit serta dapat menghasilkan flow yang besar, kipas ini banyak digunakan sebagai alat pendingin pada berbagai keperluan. Dari pendingin CPU hingga komponen pendingin mesin kendaraan bermotor menggunakan kipas tipe aksial.

Kipas tipe aksial sangat banyak digunakan di dunia industri. Salah satunya digunakan pada pembangkit listrik tenaga uap sebagai Secondary Air Fan. Kipas ini berfungsi untuk men-supply udara dalam jumlah banyak yang dibutuhkan untuk proses pembakaran pada furnace boiler.

c. Keterangan spesifikasi blower

Secara garis besar parameter-parameter penting yang menyatakan spesifikasi blower dimana biasanya tercantum pada nameplat blower diantaranya :

 Kapasitas

Kapasitas menyatakan besarnya laju aliran volumetric udara yang disebabkan putaran dari blower. Biasanya kapasitas ini dalam satuan CMH (Cubic Meter Hour) yang artinya laju volume udara (meter kubik) untuk setiap satu jam.

 Pressure

Menyatakan besarnya head yang mampu mengalirkan udara sehingga menghasilkan laju volumetric tertentu.

 Motor

Biasanya menyatakan kapasitas motor yang terpasang pada blower.

d. Rugi-rugi pada blower

(11)

khusus tergantung pada beban, tekanan, dan putaran yang diinginkan. Maintanance yang jarang dilakukan dapat meningkatkan rugi-rugi pada blower. Hal ini karena semakin sering blower digunakan maka resiko menempelnya pengotor pada baling-baling blower semakin tinggi, sehingga bisa menurunkan kinerja dari blower akibat rugi-rugi tersebut.

e. Efisiensi pada blower

Untuk perhitungan efisiensi pada blower dapat menggunakan rumus sebagai berikut :

udara/Nporos) x 100% (Ref. Pompa dan Kompresor, Sularso, Haruo Tahara, Hal. 53)

Daya Udara (Nudara) :

Nudara = . g .Q . H (Ref. Turbin Pompa dan Kompresor, hal 242)

= Massa jenis udara (kg/m3) g = Percepatan gaya gravitasi (m/s2) Q = V.A = kapasitas udara (m3/s)

1. Sebelum memasang clamp on pastikan rangkaian power supply ke motor bias di ukur dengan clamp on.

2. Gunakan sarung tangan ketika memasang clamp on pada instalasi power supply motor

3. Pastikan arah arus clamp on benar

V. RANGKAIAN PERCOBAAN

1. Rangkaian blower ruangan

(12)

CB

OL 1

2. Rangkaian blower motor bakar dan mesin diesel

RANGKAIAN KONTROL RANGKAIAN DAYA

(13)

II. PROSEDUR PERCOBAAN a. Blower ruangan

1. Siapkan alat dan kalibrasi

2. Sebelum mengukur gambar rangkaian terlebih dahulu

3. Sebelum mengukur catat spesifikasi pada motor induksi dan blower yang akan dijadikan objek

4. Sebelum sistem di jalankan pastikan clamp on sudah terpasang pada box panel blower

5. ON kan MCB pada panel utama (letaknya pada modul motor bakar bensin) 6. ON kan MCB pada panel blower

7. ON kan saklar blower ke arah kanan ( ON) maka blower akan bekerja

8. Catat arus, tegangan , power factor, daya aktif (KW), daya reaktif (KV), daya semu (KVA),pada clamp on per fasanya

9. Pengukuran parameter pada blower :

- Ukur kecepatan udara keluaran pada blower menggunakan anemometer - Ukur diameter penampang blower

- Ukur tekanan udara

10. Ulangi dan amati percobaan ini 5 kali

11. Matikan blower dengan memutar saklar blower ke kiri pada posisi (OFF) 12. Matikan MCB pada panel utama

13. Cabut rangkaian clam on pada box panel

b. Blower colling tower motor bakar

(14)

4. Sebelum sistem di jalankan pastikan clamp on sudah terpasang pada box panel cooling tower

5. ON kan MCB pada panel utama (letaknya pada modul motor bakar bensin) 6. ON kan MCB pada panel cooling tower

7. ON kan push button hijau sebelah kanan maka cooling tower akan bekerja (coling tower motor bakar)

9. Pengukuran parameter pada cooling tower :

11. Matikan cooling tower dengan menekan push button merah di bawah (OFF) 12. Matikan MCB pada panel utama

c. Blower colling tower mesin diesel

2. Sebelum mengukur gambar rangkaian terlebih dahulu

4. Sebelum sistem di jalankan pastikan clamp on sudah terpasang pada box panel cooling tower

5. ON kan MCB pada panel disel (letaknya di belakang modul mesin diesel ) 6. ON kan MCB pada panel cooling tower

7. ON kan push button hijau sebelah kanan maka cooling tower akan bekerja (cooling tower diesel)

14. Pengukuran parameter pada cooling tower :

10. Matikan cooling tower dengan menekan push button merah di bawah (OFF) 11. Matikan MCB pada panel utama

Catatan : bila ada yang kurang jelas tanyakan langsung pada instruktur/teknisi

(15)

a. Spesifikasi Motor Pada Blower

Blower Ruangan Cooling Tower Motor_Bakar Cooling Tower Diesel Merk

Jenis Daya (kW)

Tegangan Y/∆ (V) Arus Y/∆ (A) Cos ϕ

Putaran (rad/min)

b. Data Pengukuran

1. BLOWER

Kecepatan Angin =

Diameter Dalam Silinder =

Tekanan Udara =

Metode 3 Fasa

NO. FASA V I P

(Volt) (Ampere) (KW)

1. R

2. R

3. R

4. R

5. R

2.COOLING TOWER MOTOR BAKAR

Kecepatan Angin =

Diameter Dalam Silinder =

Tekanan Udara =

Metode Per Phasa (L-N)

(16)

(Volt) (Ampere) (KW)

1. Bagaimana spesifikasi dari pada motor induksi dan masing-masing blower (3 blower) ?

2. Buat tabel hasil pengukuran motor listrik dan blower

3. Hitung Efesiensi penggerak atau motor induksi pada masing-masing pembebanan pada blower ?

4. Berapa load factor motor induksi pada masing-masing pembebanan tersebut ?

5. Bandingkan efisiensi pengukuran dengan efisiensi berdasarkan manual book (name plate) ?

(17)