J.Tek.Ling Edisi Khusus Hal. 28 - 36 Jakarta, Juli 2006 ISSN 1441 – 318X
PEMASANGAN VARIABLE SPEED DRIVES (VSD) PADA
FAN UNTUK MENURUNKAN PENGGUNAAN LISTRIK
DI INDUSTRI SEMEN
Teguh PrayudiPeneliti di Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
Abstrak
There are over 90 fans used throughout Plant assessment for a variety of tasks within the cement making process. Many of the fans used on site are controlled and monitored from the Central Control Room (CCR). Whilst looking at the controls for some of these fans the CP-EE team observed that many of them have inlet guide vane (IGV) or damper controls that were closed to some extent and are not operating at best efficiencies. Mosr of all the fans in Plant assessment has the best potential for energy savings. The CP- EE option to optimize fan use is by Installing VSD to control fan with fluctuation load. The original investment for this project is Rp 1,250,000,000.00 or approximately US$136,000,00 (1US$ = Rp 9,200). Where the feasibility study shows that the electricity saving can achieve 5.530.120 kWH per year, Annual Cash Inflow per Year: Rp 2,942,023,799.30, or approximately US$ 320,000 Payback Period 5 month, GHG Emission 4,608.4 MWH x 0.724 = 3,336.41 TCO2/y. New installation will just be accomplished at the end of March for 6 (six)
inverters in grate 2 and 3 while the other 6 (six) in grate 1 is planed to be accomplished at the beginning of December. VSD Panel will be placed in MCC location.
Keywords: cement, Fan, Variable Speed Drive (VSD), optimize. 1. PENDAHULUAN
1.1. Pembuatan Semen
Pada dasarnya, semen dihasilkan dengan pyro-processing, penyiapan bahan baku dan penghalusan klinker yang diproduksi. Semen yang paling umum, Sement Portland memerlukan empat komponen bahan kimia yang utama untuk mendapatkan komposisi kimia yang sesuai. Bahan tersebut adalah kapur (batu kapur), silika (pasir silika), alumina (tanah liat) dan besi oksida (bijih besi). Gipsum dalam jumlah yang sedikit ditambahkan selama penghalusan untuk memperlambat pengerasan.
1.1.1. Penyedian Bahan Baku:
Pabrik Semen ini mengoperasikan penggalian batu kapur dan tanah liat sendiri. Komponen campuran bahan baku lainnya
dibeli dari tempat lain yaitu pasir silika, alumina (biasanya bauksit) dan besi.
1.1.2. Per siapan bahan baku:
Semua bahan baku dihancurkan sampai menjadi bubuk halus dan dicampur sebelum memasuki proses pembakaran. Pengeringan awal bahan baku diperlukan untuk proses penggilingan dengan sistim kering
1.1.3. Persiapan bahan bakar dan Pyro-processing:
Tahap yang yang paling rumit dalam memproduksi Semen Portland adalah proses pembakaran, dimana terjadi proses konversi kimiawi sesuai rancangan dan proses fisika untuk mempersiapkan campuran bahan baku mem bentuk klinker. Proses dilakukan di dalam rotary kiln dengan mengunakan bahan bakar fosil berupa padat (batubara), cair (solar), atau bahan bakar alternatif. Batubara
adalah bahan bakar yang paling umum dipergunakan karena pertimbangan biaya. 1.1.4. Persiapan Material Aditif dan
Penghalusan:
Proses terakhir dalam memproduksi Semen Portland adalah penghalusan klinker dengan tambahan sedikit gipsum, kurang dari 4%, untuk menghasilkan jenis Ordinary Portland Cement I. Jenis semen lain dihasilkan dengan penambahan bahan aditif posolan atau batu kapur di dalam penghalusan semen.
1.1.5. Pengendalian mutu:
Proses produksi pada setiap pabrik dimonitor oleh masing- masing pabrik dan dipusatkan di pusat ruang kontrol di mana peralatan komputer digunakan untuk memonitor keseluruhan proses dari pengambilan bahan baku di gudang penyimpanan hingga penghalusan semen. Pemeriksaan mutu semen dilaksanakan secara terus- menerus. Untuk memastikan produksi semen tetap bermutu tinggi secara konsisten, suatu sistem modern pengambilan sample otomatis, analisis X-ray otomatis dan komputerisasi proses dilaksanakan secara on-line untuk menjaga komposisi bahan baku sesuai ketentuan
1.1.6. Pengiriman:
Fasilitas penyimpanan semen, pengemasan, pengangkutan dan pengiriman adalah unsur penting dari suatu pabrik semen. Fasilitas ini namp ak tidak penting dibandingkan bagian lain dari pabrik semen, tetapi investasinya cukup besar terhadap total pabrik.
Bila dilihat dari proses diatas maka dapat dilihat bahwa industri semen membutuhkan alat bantu berupa fan yang cukup banyak terutama pada saat pendinginan setelah klinker dibakar pada kiln, dimana hal tersebut juga membutuhkan energi atau listrik cukup besar. Oleh karena itu penghemat listrik pada fan akan menguntungkan perusahaan terutama dalam hal penghematan biaya operasional.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Metoda Pengendali Kecepatan .
Kecepatan dari suatu beban sering harus berubah-ubah sesuai dengan variasi kecepatan yang tergantung pada performa operasional yang diinginkan. Kecepatan dalam beberapa kasus seperti pada pompa mungkin membutuhkan perubahan secara dinamis yang disesuaikan dengan kondisi yang ada, dan pada kasus yang lain hanya berubah dengan adanya suatu perubahan pada proses. Motor elektris dan kombinasi coupling digunakan untuk mengubah kecepatan agar bertindak atau tampil lebih baik seperti "sumber kecepatan" atau "sumber tenaga putaran". “Sumber kecepatan" adalah satu keadaan dimana beban kemudi digerakan oleh suatu kecepatan tetap yang tidak terikat (sifatnya independen) dengan tenaga putaran beban. Sedangkan "sumber tenaga putaran" adalah satu keadaan dimana beban kemudi digerakkan oleh tenaga putaran yang tetap, dan kecepatan berubah langsung dimana tenaga putaran dari beban kemudi sama dengan tenaga putaran yang dikirimkan oleh motor. Pengontrol tertutup melakukan suatu umpan balik untuk mengkonversi "sumber tenaga putaran" ke dalam pengontrol."sumber kecepatan".
2.2. Mekanik.
Ada sejumlah metoda mekanik yang dapat membuat berbagai macam kecepatan dari beban kemudi ketika motor kemudi sedang beroperasi pada suatu kecepatan yang tetap. Beberapa jenis pengendali/kemudi tersebut, diantaranya adalah:
• Belt Drive (drive sabuk)
• Chain Drive (drive rantai)
• Gear Box (kotak gear)
• Idler wheel drive (drive roda idel) Semua metoda ini bekerja dengan memperlihatkan karakteristik yang serupa dimana motor beroperasi pada suatu kecepatan yang tetap dan rasion coupling mengubah kecepatan dari beban kemudi. Meningkatnya beban toque pada motor pada tenaga putaran keluaran dari peralatan coupling, akan meningkatkan tenaga beban putaran pada motor. Ketika motor sedang beroperasi pada tegangan penuh (full voltase) dan frekwensi kecepatan penuh, motor tersebut mampu untuk menghantarkan/mengirimkan tenaga keluar (output) yang cepat pula. Ada beberapa kehilangan/kerugian tenaga pada peralatan penghubung (coupling) yang menghasilkan
suatu pengurangan efisiensi secara keseluruhan. Efisiensi maksimum yang dapat dicapai bergantung pada perancangan (disain) peralatan penghubung (coupling) dan kadang- kadang cara tersebut memang sudah diatur/disediakan. (sepert i: tegangan sabuk, jumlah sabuk, jenis sabuk dll.) Kebanyakan peralatan penghubung (coupling) mekanik yang digunakan adalah peralatan yang mempunyai ration tetap dan sebagai konsekwensinya beban hanya dapat dijalankan pada satu atau lebih penentu kecepatan yang telah ditentukan.. Ada beberapa metoda mekanis yang memungkinkan untuk dipertimbangkan dengan beberapa variasi kecepatan yang dinamis tetapi ini sedikit kurang umum digunakan dan biayanya lebih mahal. Metoda perubahan kecepatan mekanik akan mematuhi “hukum tenaga yang tetap” dimana jumlah tenaga masuk sama dengan jumlah tenaga keluar. Ketika motor mampu mengirimkan nilai keluaran tenaga yang baik, kapasitas daya keluaran dari kombinasi peralatan penghubung (coupling) dan motor (memberikan perlengkapan penghubung dengan kecepatan yang memadai) adalah daya keluaran motor yang dinilai dikurangi kerugian tenaga dari peralatan penghubung. Tenaga putaran 'T' adalah suatu konstanta 'K' dikali tenaga 'P' yang dibagi kecepatan 'N'.
T = K x P / N
Oleh karena itu suatu sistem kehilangan tenaga yang ideal tanpa kerugian, bila tenaga putaran yang dikeluaran dari peralatan penghubung coupling ditingkatkan oleh adanya rasio coupling untuk suatu kecepatan yang berkurang atau dikurangi oleh adanya coupling rasio untuk suatu peningkatan kecepatan.
2.3. Elektrik
Ada sejumlah metoda elektrik yang dapat menghasilkan/memodifikasi berbagai macam kecepatan dari beban penggerak dan motor penggerak. Metoda tersebut adalah sebagai berikut:
• D.C. Motor (Motor DC)
• Universal Motor (Motor universal)
• Schrage motor (Motor Schrage)
• High Slip Motor (Fan Motor) Motor Slip Tinggi (Motor Kipas)
• Slip Ring Motor (Motor Cincin Slip)
• Variable Frequency Drive and Induction Motor (Motor Induksi & Penggerak dgn frekuensi bervariasi)
2.3.1. Motor DC
DC Motor secara tradisional merupakan suatu [alat/ makna] yang sangat umum untuk mengendalikan kecepatan proses. Intinya adalah sebuah pengendali sumber tenaga torque dan biasanya digunakan bersama-sama dengan sebuah umpan balik tachogenerator untuk mengendalikan kecepatan beban penggerak (driven load). Motor. DC terdiri dari suatu bidang [yang] melilit dan suatu perlengkapan. Perlengkapan ini ditempatkan pada penyikat di suatu alat pergantian aliran listrik.. D.C. motor ada tersedia dalam bentuk dua format yang utama, yaitu lilitan seri dan lilitan pelangsir. Motor D.C yang kecil seringkali merupakan suatu lilitan seri yang memberi keuntungan untuk memperbaiki torque starter.
Dengan suatu lilitan seri motor D.C, pengendali kecepatan dicapai melalui cara meregulasi voltase yang diaplikasikan/diletakkan pada motor. Semua arus motor harus lewat/melalui pengatur tegangan. Suatu lilitan pelangsir motor telah memisahkan lilitan medan dan jangkar lilitan (winding armature). Keluaran torque dari motor divariasi oleh pengendalian sesuai dengani eksitasi pada belitan jangkar yang selalu memelihara voltase D.C dalam keadaan penuh. di lapangan.
Pengatur tegangan/voltase hanya melewati arus menuju ke medan lilitan, mengeluarkan lebih sedikit tenaga dari pada dalam kasus motor lilitan pelangsir (shunt wound motor). Motor D.C. adalah suatu sumber tenaga putaran/torque (torque source), dan karena itu akan dapat beroperasi secara baik di bawah kondisi-kondisi beban penumpang sementara yang tinggi. Pada kecepatan rendah, motor D.C. bisa menghantarkan suatu tenaga putaran yang tinggi (high torque).
2.3.2. Motor Universal
Motor universal adalah suatu motor yang dilengkapi dengan sebuah perlengkapan pelangsir lilitan (wound armature) dan lilitan stator (wound startor). Perlengkapan armature diletakan pada brushes pada sebuah cummutator dan seperti halnya sama dengan
suatu motor DC. Motor yang universal akan berhenti beroperasi pada sebuah penyalur tenaga satu fase dan mengakselerasi hingga beban torque sama dengan keluaran torque. Peralatan rumah tangga, seperti alat penyedot debu dan peralatan tangan yang kecil seperti bor listrik menggunakan teknologi seperti ini. Kecepatan dirubah sesuai dengan pengurangan tegangan/voltase yang diaplikasikan pada motor. Hal ini kerapkali merupakan suatu triac yang berbasis pengendali voltase yang mirip sama dengan suatu dimmer lampu rumah tangga.
2.3.3. Motor Schrage
Motor Schrage adalah suatu motor yang sangat khusus dilengkapi dengan langsiran yang diletakkan pada brush commutator, tetapi karena caranya meletakkan, maka alat ini dapat dikontrol kecepatannya dengan variasi posisi brush relatif terhadap lilitan medan. Langsiran mempuntyai dua lilitan, satu berguna untuk menggerakkan comutator/brush yang dipasang dan lainya digerakkan oleh cincin slip. Motor- moptor ini biasanya berasal dari Eropa dan ditemukan pada peralatan yang sudah tua yang diimpor untuk keperluan tertentu seperti untuk membuat karpet, dan lain-lainnya.
2.3.4. Motor Imbasan Slip kecepatan Tinggi
Suatu motor induksi dengan dilengkapi dengan sebuah tahanan rotor dinamakan motor slip kecepatan tinggi dan kerapkali direferensi sebagai sebuah motor kipas atau sebuah motor tipe F. Kapasitas torque dari motor ini tinggi pada saat kecepatan rendah dan rendah pada saaat kecepatan sinkron. Melalui pengurangan voltase yang diaplikasi pada motor tipe F, torque yang tersedia dikurangi dan akibatnya ketika kopel ke sebuah beban kipas, maka kecepatan akan berkurang dengan sendirinya. Sebuah motor tipe F mempunyai suatu penghamburan tenaga yang tinggi pada rotor dan hanya berguna untuk fase tunggal yang lebih kecil dan mesin berfase tiga. Kecepatan aktualnya tergantung pada voltase stator, karaktersitik motor dan torque beban. Pengendali voltase dapat mengunakan transformer atau variacs arau SCR berbasis pengendali status yang terpadu.
2.2.5. Motor Cincin Slip
Motor cincin slip adalah sebuah motor induksi menggunakan suatu rotor lilitan dengan rotor lilitan yang dapat diakses melalui cicnsin slip. Perubahan nilai tanahan eksternal yang dihubungkan dengan secara seri dengan lilitan rotor, akan memvariasi kurva torque dari motor. Dengan nilai tahanan yang tinggi dalam sirkuit rotor motor cincin slip akan bertingkah laku seperti motor tipe F. Dengan motor cincin slip. Voltase stator ditahan secara konstan pada voltase batas, dan tahanan rotor divariasi untuk mengubah kapasitas torque dari motor dan akhirnya mengubah kecepatan. Tipe Kontrol kecepatan seperti ini digunakan pada mesin besar sebab tenaga rotor dilepaskan secara eksternal pada motor. Aplikasi yang tipikal adalah pada tipe mesin holsting dan dragline berasosiasi dengan mesin pengeruk lumpur.
2.3.6. Penggerak berfrekuensi Variatif
Kecepatan dari motor imbasan baku/ dapat dikendalikan dengan menggunakan variasi frekwensi dari voltase diaplikasi pada motor. Karena adanya masalah aliran yang jenuh dengan motor induksi, voltase diaplikasikan pada motor yang harus merubah frekuensinya. Motor induksi adalah sebuah mesin sinkronus yang pseudo dan kerapkali bertindah seperti sebuah sumber kecepatan. Kecepatan bergeraknya diset oleh degan mengaplikasikan pada alat tersebut dan tergantung pada torque beban yang diberikan pada motor agar tidak kelebihan beban. 2.3.7. Pengendali berfrekuensi Variatif
Kecepatan dari suatu motor indusksi standar dapat dikontrol oleh dengan mengatur variasi frenkuensi voltase yang diaplikasikan pada motor. Karena masalah kejenuhan aliran arus dengan motor indusksi, voltase diaplikasikan pada mtor harus dapat mengubah frekuensinya. Motor indusksi merupakan mesin sinronus yang pseudo dan bertindah seperti sebuah sumber pengatur kecepetan. Kecepatan bergeraknya di set melalui aplikasi frekuensi pada alat tersebut dan tergantung pada torque beban yang diberikan pada motor tidak kelebihan beban. Penggerak frekuensi variatif modern dapaty dibagi kedalam dua format., yaitu V/Hz dan vektor. Penggerak V/Hz adalah suatu penggerak dimana voltyase diaplikasikan
pada motor yang lanmgsung berhubungan dengan frekuensi, Dalam motor idea, sirkuit magnit akan terinduksi secara asli/sebenarnya dan tetap menjaga suatu ratio V/Hz yang tetap/konstan yang akan menjaga aliran arus yang konstan pada besi (iron). Morot yang sebenarnya mempunyai tahanan dalam seri dengan indusksi magnetik, Hal ini tidak mempunyai bearing pada operasional pada batas frekuensi, namun demikian seperti hal penggerak freqkuensi dapat dikurangi, tahananaya mulai menjadi nyata secara relatif terhadap teaktan yang diinduksi. Hal ini menyebabkan aliran arus akan mengurangi pada frekuensi yang sangat rendah. Untuk banyak aplikasi. Torque rendah ini tidak merupakan suatu masalah, tetapi ada beberapa yang memang perlu torque yang tinggi dari suatu kecepatan yang rendah. Alat penggerak yang awal mula didisain dengan sebuah boost voltase untuk memberikan suatu ukuran torque yang meningkat pada kesepatan rendah.
Penggerak garis vektor mempunyai model matematika dari pengerak dalam suatu piranti lunak dan memalui penmgukuran vektor arus dalam hubungannya dengan voltase aplikasi, mereka dapat menjaga suatu medan yang konstan pada semua frekuensi dibawah frekuensi batas. Penggerak ini membutuhkan suatu tuning algoritma yang memungkinkan pada komisioning untuk memnetukan nilai komponen untuk model matematika tersebut. Pengendali tipe tertutup merupakan pengendali vektor yang pertama ditemukan, dan masih merupakan pengendali yang paling baik untuk digunakan untuk pengendalian yang akurat pada kecepatan nol.
3. METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan jalan sbb:
• melakukan pengukuran spesifikasi masing masing fan yang akan dipasang VSD elektrik seperti: % bukaan damper, ukuran motor,konsumsi daya aktual dan laju alir aktual.
• melakukan percobaan pemakaian VSD elektrik pada salah satu fan dengan berbagai variasi bukaan damper
• menghitung besarnya penghematan bila diterapkan pada fan yang paling boros pemakaian energinya.
3.1. Peralatan Yang Digunakan
Kerena pengukuran kecepatan motor sangat kritis dimana adanya kemungkinan perubahan frekuensi, slip pada belt dan pembebanan, maka untuk itu dipakai peralatan pengukur kecepatan motor : stroboscope (gambar 1)
Untuk menggambarkan prinsip ini, diambil sebuah contoh berikut: Diasumsikan sebuah disket putih dengan titik hitam terpasang pada as dari motor 1800 rpm. Bila disket berputar pada 1800 rpm; tidak mungkin untuk mata orang untuk melihat gambaran tunggal dan titik akan tampak menjadi lingkaran kabur. Bila diterangi oleh sinar cahaya stroboscope, disinkronkan pada cahaya untuk setiap putaran disket (bila titik berada pada jam tiga, sebagai contoh), titik akan terlihat pada posisi ini – dan hanya pada posisi ini – pada kecepatan 1800 kali untuk setiap menit. Oleh karena itu, titik akan nampak membeku atau berdiri diam
Gambar 1: Stroboscope
Cara kerja alat: yaitu dengan menggunakan sumber sinar cahaya yang dapat disinkroni asi dengan setiap kecepatan dan pengulangn gerakan sehingga benda yang berpindah sangat cepat terlihat tidak bergerak atau berpindah
Jika laju sinar dari stroboscope diperlambat menjadi 1799 sinar per menit, titik akan teriluminasi pada posisi cahaya yang berbeda, setiap kali piringan berputar, dan titik akan tampak berpindah perlahan dalam arah putaran 360° dan tiba pada posisi sebenarnya 1 menit kemudian. Perpindahan yang sama, tetapi di arah yang berlawanan rotasi dari titik, akan diobservasi jika laju sinar dari stroboscope ditingkatkan menjadi 1801 fpm. Jika diinginkan, laju perpindahan yang tampak dapat dipercepat dengan meningkatkan atau menurunkan laju sinar pada stroboscope.
Bila bayangan dihentikan, laju sinar strobo setara dengan kecepatan perpindahan obyek. Karena laju sinar diketahui, maka kecepatan obyek juga diketahui. Oleh karena itu stroboscope mempunyai dua tujuan yaitu mengukur kecepatan dan pengamatan penurunan yang nampak pada kecepatan makin perlahan atau pemberhentian gerakan
cepat. Hal yang cukup berarti dari efek gerakan lambat adalah karena gerakan ini merupakan copy/salinan yang tepat dari gerakan kecepatan tinggi, maka semua ketidak teraturan (getaran, torsi, suara-suara, loncatan) yang ada pada gerakan kecepatan tinggi dapat dipelajari.
Pada Tabel 1. berikut adalah daftar potensi penghematan energi yang disusun berdasarkan data lapangan dari semua fan di Plant yang dikaji:Tabel 1: Potensi penghematan energi pada fan di Plant Kajian
Pada Tabel 1. berikut adalah daftar potensi penghematan energi yang disusun berdasarkan data lapangan dari semua fan di Plant yang dikaji:Tabel 1: Potensi penghematan energi pada fan di Plant Kajian
No. Peralatan % Pembukaan IGV/Dampe r Ukuran Motor (kW) Konsumsi Daya aktual (kW)
Laju alir aktual (m3 /men) 422-FN1 71 375 227 - 423-FN1 70 375 222 - 426-FN1 68 470 350 - 426-FN2 60 470 369 - 451-FN1 53 2000 - - 452-FN1 47 2000 - - 471-FN4 60 110 58 41,312 471-FN5 55 110 58 39,262 471-FN6 55 110 50 41,452 471-FN7 70 110 50 44,125 471-FN8 57 110 - 32,748 471-FN9 40 55 - 27,697 471-FN10 45 45 - 24,835 471-FND 52 - - 688 471-FNE 52 - - 380 471-FNF 30 - - 200 471-FNG 52 - - 455 471-FNH 44 - - 446 471-FNI 24 - - 171 471-FNJ 46 - - 320 471-FNK 36 - - 300 521-FN1 60 - 75 - 522-FN1 65 - 75 - 3.2. Hasil Pengamatan :
Berbagai ukuran fan digunakan diseluruh Plant yang dikaji dimana Fan-fan tersebut dipakai untuk berbagai penggunaan di dalam pembuatan semen. Ukuran fan bervariasi dimulai dari < 5 kW sampai dengan > 400kW tergantung dari penggunaannya. Optimisasi kinerja fan merupakan salah satu peluang untuk mengurangi konsumsi listrik di pabrik, dan dari beberapa pengamatan, fan bekerja pada kecepatan yang tetap dengan damper atau inlet guide vane (IGV) sebagai pengatur aliran. Banyak dari fan yang digunakan dikendalikan dan dimonitor dari Central Control Room ( CCR). Pada saat pengamatan pada sebagian fan, Tim
menemukan banyak di antara fan mempunyai Inlet Guide Vane (IGV) atau kontrol damper yang tertutup dan tidak beroperasi pada efisiensi yang terbaik. Beban fan yang bervariasi pada setiap penggunaan membutuhkan penyesuaian IGV's atau damper. Pengontrolan terhadap IGV's atau damper dilakukan untuk mengatur beban fan sesuai dengan kebutuhan proses.
3.3. OPSI
Dari pengamatan di atas ditentukan beberapa opsi, sebagai berikut:
Laju alir volumetrik fan berbanding lurus dengan kecepatan motor, oleh sebab itu, metoda yang paling efisien untuk
mengendalikan keluaran fan adalah dengan pengendalian kecepatan pada fan tersebut.
Daya yang dikonsumsi oleh motor fan sebanding dengan kecepatan pangkat tiga motor, sehingga pengurangan kecepatan motor yang kecil menghasilkan pengurangan daya yang besar.
Diperkirakan penghematan daya hingga 59% dapat dicapai dengan merubah dari IGV ke variabel pengendalian kecepatan dan mencapai 69% dengan merubah dari pengaturan damper ke variabel pengendalian kecepatan.
bel 2: Data dari percobaan Inverter Trade mark of “Hitachi”
Perbandingan sebelum dan sesudah penggunaan inverter di fan pendingin (Cooling Fan 1R 75 KW)
Sebelum Sesudah Perbedaan
No. Damper (%) Laju (m3/m) Arus (A) Cos j Daya (KW) Arus (A) Cos j Frekwensi (Hz) Daya (KW) Daya (KW) % 1 0 40 62 0,53 22,74 3 0,18 8,00 0,37 22,37 98,4 2 20 164 78 0,71 38,32 13 0,20 25,61 1,80 36,52 95,3 3 40 265 100 0,81 56,05 63 0,63 43,80 27,47 28,59 51,0 4 60 295 111 0,83 63,75 81 0,76 47,84 42,60 21,15 33,2 5 80 300 116 0,84 67,43 86 0,80 48,94 47,61 19,82 29,4 6 100 300 119 0,84 69,17 97 0,80 50,00 53,70 15,47 22,4 Percobaan dilakukan pada 19/05/2003
Oleh karena itu, direkomendasikan untuk memasang variable speed drives (VSD'S) type elektrik pada motor untuk mengendalikan kecepatan fan. Pada kondisi ini inlet guide fans atau damper fan dibuka 100% dan kecepatan motor diatur sesuai dengan kebutuhan beban. Pemasangan VSD akan diterapkan pada fan yang beban motornya sering berubah yaitu fan yang pengaturan IGV atau dampernya terus-menerus atau secara teratur dirubah. Jika pengaturan IGV secara umum konstan setiap saat maka diterapkan opsi lain, yaitu perubahan perbandingan pulley atau penggunaan motor multi-speed.
Pada fan yang layak di pasang VSD, keuntungan tambahan mungkin diperoleh dengan menggabungkan secara langsung motor dengan fan. Banyak fan yang menggunakan belt, mengakibatkan kerugian daya 2-3% akibat adanya slip.Tabel berikut ini merupakan hasil dari percobaan inverter pada fan pendingin 1R 75 kW:
Hasil dari tabel 2 kemudian dilakukan interpolasi untuk mendapatkan penghematan energi dari bukaan damper 0% s/d 100% yang
terdapat pada tabel 3a. Hasil dari interpolasi kemudian diterapkan pada Fan yang akan pasang VSD’s sehingga akan didapatkan penghematan energi masing- masing fan sesuai dengan % bukaan dampernya, yang terdapat pada tabel 3b
Formulasi Penghitungan
• Kolom F: % operasi = (Amp. Operasi / Amp. Peringkat) X 100% = ( Kolom E / Kolom D ) X 100%
• Kolom G: Daya operasi (kW) = (v3 x V x I x FD)/1000 = 1.73 x 400 x Kolom E x 0.8)/1000
• Kolom I: Arus dg Inverter = (100-% penghematan Energi) x Arus Operasi = (100-% penghematan Energi) x Kolom E
• Kolom H: Data Bukaan Damper
• Kolom J: Daya dg Inverter (kW) = (v3 x V x I x FD)/1000 = (1.73 x 400 x Kolom I x 0.8)/1000
• Kolom K: Penghematan Daya (kW) = Daya Operasi – Daya dg Inverter = Kolom G – Kolom J
• Kolom N: Penghematan Energi Tahunan (kWH) = 24 x 25 x 12 x Penghematan Daya = 24 x 25 x 12 x KolomK
• Kolom O: Penghematan (Rp) – Tahunan = Penghematan Energi Tahunan x Rp. 532 = 532 x Kolom N 4
Tabel 3 a: Interpolasi penghematan energi dari
data fan 1R 75 kW
Tabel 3b: Penghematan energi jika memakai VSD dan memakai data riil % bukaan damper
Bukaan Damper ( % ) Penghematan Energi ( % ) Nomor Peralatan Bukaan Damper ( % ) Penghematan Energi ( % ) Energi yang digunakan setelah memakai VSD 0 98,400 471FN8MO1 68 31,680 0,683 10 96,850 471FN9MO1 25 84,225 0,158 20 95,300 471FNFMO1 26 82,010 0,180 30 73,150 471FNIMO1 20 95,300 0,047 40 51,000 471FN4MO1 65 32,250 0,678 50 42,100 471FN5MO1 65 32,250 0,678 60 33,200 471FN6MO1 65 32,250 0,678 70 31,300 471FN7MO1 75 30,350 0,697 80 29,400 471FNEMO1 33 66,505 0,335 85 27,650 471FNHMO1 41 50,110 0,499 90 25,900 471FNKMO1 43 48,330 0,517 95 24,150 471FNGMO1 37 57,645 0,424 100 22,400 471FNJMO1 38 55,430 0,446 4. PEMBAHASAN
Dari hasil perhitungan, maka keuntungan dari penerapan variable speed drive (VSD) pada plant yang dikaji adalah sebagai berikut:
Biaya investasi untuk proyek ini Rp 1.250.000.000,00 atau sekitar US$136.000 (1US$ = Rp 9.200). Dengan asumsi perhitungan rasional seperti dibawah ini:
• Biaya Energi = Rp 532 per kWh
• Operasi Pabrik = 300 hari
• Faktor Penghematan Energi (%) = Lihat Tabel. 3
(Asumsi dari hasil perhitungan rata-rata) 4.1. Keuntungan Finansial
• Penghematan tahunan = Rp 2.942.023.799,30 atau US$ 320.000,00
• Waktu Pengembalian Modal = thn Rp Rp / 30 , 799 . 023 . 942 . 2 . 000 . 000 . 250 . 1 . = 5 bulan 4.2. Keuntungan Lingkungan • Konsumsi Daya = 1394 kW • Penghematan Daya = 640 kW
• Penghematan energi per hari
= 640 kW x Rp 532/kWh x 24 J = Rp 8.172.288,33
• Penghematan Energi Tahunan
= 640 kW x Rp 532/kWh x 24 J x 300 hari
= 4.608,4 MWH
• Emisi gas rumah kaca 4.608,4 MWH x 0.724*
= 3.336,41 TCO2/thn
*Sumber dari penghitung Gas Rumah Kaca UNEP: www.uneptie.org/energy/tools/ghgin/
5. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dikemukakan diatas, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
5.1. Kesimpulan
Walaupun penambahan variable speed drive pada motor cukup mahal, namun waktu pengembaliannya atau break efen pointnya (BEP) tidak sampai (lima) bulan sehingga perusahaan tersebut sudah dapat mengambil keuntungan pada bulan ke 6.(enam) .
Tabel 4: Perhitungan Penghematan Energi untuk Fan Pendingin pada Grate Cooler Plant yang dikaji
Asumsi:
(%) penghematan energi: berdasarkan tabel 3b
Faktor Daya (FD): 0,8 (FD berbeda tergantung beban, berkisar 0,.3~0,95) Tegangan: 400 V
Waktu operasi: 300 hari dalam 1 tahun Harga Energi: Rp 532 / kWH
PERINGKAT OPERASI INVERTER DENGAN PENGHEMATAN ENERGI
Arus Harian Bulanan Tahunan
O No. Alat DAYA (kW) ARUS (Amp.) (Amp.) Oper. % aya (kW) % BUKAAN DAMPER DAYA (kW) ARUS (Amp.) PENGHE MATAN DAYA (KW) ( KWH ) PENGHEMATA N BIAYA – Tahunan (Rp) B C D E F G H I J K L M N O 471FN8MO1 55 98 54 55,102 298,944 68 36,89 20,42 9,47 227,29 6.818,79 81.826 43.531.174,91 471FN9MO1 55 98 48 48,980 265,728 25 7,73 4,28 22,30 535,09 16.052,68 192.632 102.480.326,42 471FNFMO1 75 140 132 94,286 730,752 26 16,96 9,39 63,69 1528,44 45.853,23 550.239 292.726.997,95 471FNIMO1 75 140 90 64,286 49,824 20 3,02 1,67 48,15 1155,63 34.668,96 416.028 221.326.658,15 471FN4MO1 110 195 123 63,077 680,928 65 42,73 23,66 44,43 1066,44 31.993,14 383.918 204.244.206,94 471FN5MO1 110 195 123 63,077 680,928 65 42,73 23,66 44,43 1066,44 31.993,14 383.918 204.244.206,94 471FN6MO1 110 195 100 51,282 55,36 65 34,74 19,23 36,13 867,02 26.010,68 312.128 166.052.200,76 471FN7MO1 110 195 85 43,590 47,056 75 30,36 16,81 30,25 725,97 21.778,96 261.348 139.036.910,50 471FNEMO1 110 195 140 71,795 77,504 33 24,05 13,31 64,19 1540,59 46.217,66 554.612 295.053.555,66 0 471FNHMO1 132 242 132 54,545 730,752 41 27,21 15,06 58,01 1392,25 41.767,37 501.208 266.642.881,21 1 471FNKMO1 132 242 138 57,025 763,968 43 29,46 16,31 60,09 1442,04 43.261,30 519.136 276.180.126,53 2 471FNGMO1 160 294 155 52,721 85,808 37 22,33 12,36 73,45 1762,71 52.881,19 634.574 337.593.541,61 3 471FNJMO1 160 294 182 61,905 1,007,552 38 27,59 15,27 85,48 2051,54 61.546, 21 738.555 392.911.011,72 1.394 191 640 15.361 460.843 5.530.120 2.942.023.799
Pada saat ini dunia sedang konsen terhadap emisi gas buang, terutama gas CO2 yang dapat menyebabkan pemanasan global, maka perusahaan telah berkontribusi untuk mengurangi emisi CO2 nya sebesar lebih kurang 24 ribu ton per tahun. Dimana hal ini akan menambah kredibilitas perusahan untuk menghadapai persaingan di dunia internasional.
5.2. Saran
Karena biaya untuk investasi cukup mahal maka disarankan untuk bekerjasama dengan badan keuangan tertentu untuk pembiayaannya dengan skema pembayaran
berdasarkan keuntungan penghematan energi setelah bulan ketiga selesainya proyek ini. DAFTAR PUSTAKA
1. ”Pedoman Efisiensi Energi Untuk Industri Asia” Geriap Project, UNEP, 2005
2. http://www.lmphotonics.com/vsd/vsd_0 1.htm
3. ”Fan & Blower,”, A.K Asthana, materi pelatihan training for trainer CPEE geriap project di Gedung BPPT 6-9 september 2005
