LAPORAN PROYEK AKHIR ANALISIS PENGHEMATA (1)

LAPORAN PROYEK AKHIR ANALISIS PENGHEMATAN ENERGI PADA POMPA FASUM MENGGUNAKAN VARIABLE SPEED DRIVE

Diajukan untuk memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md)

Disusun Oleh:

RIA PRASETYO 10/300560/NT/14060

PROGRAM DIPLOMA TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2013

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa Proyek Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar Ahli Madya di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, Juni 2013

Ria Prasetyo

iii

PRAKATA

Alhamdulillah, segala puji dan syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa T a’ala yang telah melimpahkan rahmat, taufiq, dan hidayah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan program magang kerja dan menyusun laporan proyek akhir ini

dengan baik dan benar. Laporan proyek akhir dengan judul “Analisis Penghematan

Energi Pada Pompa Fasum Menggunakan Variable Speed Drive ” ini disusun berdasarkan hasil magang kerja penulis yang dilaksanakan pada tanggal 11 Februari –

30 Juni 2013. Adapun magang kerja dan penyusunan laporan proyek akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan proses perkuliahan dalam meraih gelar Ahli Madya pada Program Diploma Teknik Elektro Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada Yogyakarta.

Selama pengerjaan magang kerja hingga penyusunan laporan ini, banyak pihak yang membantu dan memberi motivasi, saran, dan kritik kepada penulis. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih serta memberikan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Bapak Ir. Lukman Subekti S.T.,M.T. selaku Ketua Program Diploma Teknik Elektro Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada Yogyakarta yang sekaligus sebagai Dosen Pembimbing magang kerja penulis yang selalu memberikan bimbingan dan masukan dalam penyelesaian laporan ini,

iv

2. Ayahanda Marsudi dan Ibunda Misni tercinta yang selalu memberikan dukungan moril maupun materil, semangat, petunjuk, arahan, dan doa kepada penulis sehingga terselesaikan proyek akhir ini.

3. Bapak Manajer Perusahaan yang berkenan mengizinkan penulis melaksanakan kerja prakek di perusahaan tersebut.

4. Bapak Sarwidi, selaku Kepala Sub Departemen Power Utility Transportation (PUTS) yang telah menempatkan penulis bertugas di Area Power Utility Transportation A Plant 1 (PUTA1).

5. Bapak Yanuar Zulkarnaen, selaku Kepala Seksi PUTA1 yang sekaligus menjadi pembimbing lapangan penulis yang telah senantiasa membimbing dan memberi masukan penulis dalam pengerjaan di lapangan maupun dalam pembuatan laporan.

6. Bapak Deni, Dalrohmi, Depi, Herman, Wahyu dan seluruh staff PUTA1 yang selalu membantu dan memberikan arahan kepada penulis.

7. Bapak/Ibu HRD yang telah membantu segala proses administrasi demi kelancaran penulis.

8. Seluruh staff karyawan yang telah banyak memberikan ilmu dan pengetahuan dalam dunia kelistrikan.

9. Seluruh teman – teman di PDTE SV UGM angkatan 2010 khususnya kelas A dan TLA yang tiada hentinya mendukung penulis dalam penyelesaian laporan yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

10. Seluruh teman – teman di Electrician A, HMTE, Wifi-Mania, SP2MP, Jendela Jakarta, teman seperjuangan magang, teman – teman di Medan dan Jogjakarta yang selalu menyemangati penulis hingga akhir pengerjaan.

11. Seluruh pihak yang telah membantu dalam pembuatan laporan kerja paktek ini yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu disini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan dan penulisan laporan ini masih banyak kesalahan dan kekurangan, sehingga penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran pembaca yang bersifat membangun agar menjadi evaluasi bagi penulis untuk lebih baik pada masa mendatang. Akhir kata penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca dan dapat memeberi ilmu pengetahuan. Amin.

Yogyakarta, Juni 2013

Penulis

vi

INTISARI

Banyak gedung – gedung maupun pabrik menggunakan motor listrik sebagai penggerak utamanya. Penggunaan motor induksi untuk pompa sentrifugal dan kipas bisa menjadi contoh aplikasi motor listrik yang tidak efisien. Penggunaan motor induksi ini membutuhkan energi listrik yang cukup besar. Jika tanpa upaya penghematan, penggunaan motor – motor ini akan menyebabkan pemborosan energi.

Selain itu pemasangan motor – motor listrik saat ini masih menggunakan cara konvensional. Penggunaan kontaktor dapat menimbulkan lonjakan arus asutan (starting) motor saat pertama kali dihidupkan. Lonjakan arus starting yang cukup besar ini juga mempengaruhi pemborosan konsumsi energi listrik.

Dalam situasi dimana kebutuhan energi listrik terus meningkat, persediaan sumber dayanya semakin menipis, dan biaya penggunaan energi yang terus naik. Salah satu upaya penghematan konsumsi energi listrik adalah dengan memodifikasi teknik pengendaliannya. Variable Speed Drive (VSD) dapat mengendalikan arus starting dengan prinsip pengendalian kecepatan putar motor melalui perubahan frekuensi inputnya sehingga dapat dilakukan upaya penghematan energi yang cukup besar.

Penelitian ini melakukan analisis terhadap pengunaan konsumsi energi listrik pada pompa fasum di industri meliputi rekomendasi terkait penghematan energi, perhitungan pemilihannya, dan analisis penghematan energi. Hal ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar penghematan energi yang dapat dicapai.

Kata kunci : Motor Induksi, Pompa Sentrifugal, Variable Speed Drive

xiii

ABSTRACT

Many buildings and factories using electric motor as the primary. The use of induction motors for centrifugal pump and fan applications could be an example of inefficient electric motors. The use of induction motors require considerable electrical energy. If no saving measures, the use of the motor - this motor will cause energy waste.

In addition to the installation of motors - an electric motor is still using conventional means. The use of contactors can cause motor starting inrush current when first turned on. Starting surge large enough also affects the unnecessary consumption of electrical energy.

In situations where the electrical energy needs continue to rise, depleting its resources inventory, and the cost of energy continues to rise. One effort saving electrical energy consumption is by modifying the control techniques. Variable Speed Drive (VSD) to control the starting current by controlling the rotation speed by changing the frequency of the input so that an attempt can be made considerable energy savings.

This study conducted an analysis of the use of electric energy consumption on public facilities in industrial pumps include recommendations related to energy savings, electoral calculation, and analysis of energy savings. This is done to determine how much energy savings can be achieved.

Keywords: Induction Motor, Centrifugal Pump, Variable Speed Drive

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Saat ini banyak gedung maupun pabrik menggunakan motor listrik sebagai penggerak utamanya. Penggunaan motor – motor listrik ini membutuhkan energi listrik yang cukup besar. Jika tanpa upaya penghematan, penggunaan motor – motor listrik ini akan menyebabkan pemborosan energi listrik yang cukup besar. Dari beberapa audit energi listrik, besar tagihan yang terkait motor listrik bisa mencapai 50% bahkan lebih dari total tagihan listrik. Untuk itu perlu dilakukan upaya penghematan.

Penggunaan motor untuk pompa dan kipas bisa menjadi contoh aplikasi motor listrik yang tidak efisien. Hampir di setiap gedung dan pabrik menggunakannya. Biasanya pompa ini dijalankan dengan putaran maksimum dan umumnya penggunaan pompa ini dilakukan terus – menerus sehingga dapat menyebabkan pemborosan energi.

Selain itu pemasangan motor – motor listrik saat ini masih menggunakan cara konvensional, yaitu dengan menggunakan kontaktor. Penggunaan kontaktor ini dapat menimbulkan lonjakan arus asutan (starting) motor saat pertama kali dihidupkan. Lonjakan arus starting yang cukup besar ini juga mempengaruhi pemborosan konsumsi energi listrik. Beruntung lonjakan ini bisa diminimalisir dengan mengatur hubungan motor menjadi star – delta.

Dalam situasi dimana kebutuhan energi listrik meningkat dan persediaan sumbernya semakin menipis. Disamping itu biaya penggunaan energi yang terus naik, salah satu cara adalah menggunakan energi listrik yang lebih efisien. Salah satu upaya penghematan konsumsi energi listrik pada motor listrik ini adalah dengan memodifikasi teknik pengendaliannya.

Dalam perkembangan teknologi, Variable Speed Drive (VSD) atau biasa dikenal dengan Inverter ini dapat membantu menghemat konsumsi energi listrik dalam pengendalian kecepatan putar motor listrik dengan prinsip perubahan Dalam perkembangan teknologi, Variable Speed Drive (VSD) atau biasa dikenal dengan Inverter ini dapat membantu menghemat konsumsi energi listrik dalam pengendalian kecepatan putar motor listrik dengan prinsip perubahan

Penelitian ini melakukan pengukuran dan analisa konsumsi energi listrik yang terkait penggunaan pompa fasum (fasilitas umum) di industri manufaktur sepeda motor Jakarta Utara. Beberapa rekomendasi terkait penghematan energi, perhitungan perancangan sistem, pemilihan pompa dan Variable Speed Drive, serta analisis perhitungan penghematan energi disebutkan dalam laporan ini. Hal ini dilakukan untuk dapat mengetahui seberapa besar penghematan energi yang dapat dicapai.

B. Maksud dan Tujuan

Maksud dan tujuan magang kerja di industri manufaktur sepeda motor ini selain untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan di Program Diploma III (D3) Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada (UGM) Yogyakarta, juga bertujuan sebagai berikut:

1. Memperdalam pengetahuan mahasiswa dan melakukan studi banding dengan mempelajari dan menganalisis sistem distribusi tenaga listrik yang ada di perusahaan.

2. Terciptanya suatu hubungan yang sinergis, jelas dan terarah antara dunia perguruan tinggi dan dunia kerja sebagai pengguna outputnya.

3. Untuk meningkatkan keahlian dalam pekerjaan serta mengetahui atau membuat analisis tugas yang dibutuhkan industri.

4. Mengembangkan pengetahuan, sikap, keterampilan, kemampuan profesi melalui penerapan ilmu, latihan kerja, dan pengamatan yang diterapkan perusahaan.

5. Mengetahui prinsip kerja motor listrik dan sistem pemompaan, serta melakukan analisis dan perhitungan sistem yang ada pada perusahaan.

C. Tempat dan Waktu Pelaksanaan

Tempat : Industri manufaktur sepeda motor Jakarta Waktu Pelaksanaan : 11 Februari – 30 Juni 2013

D. Metode Pengumpulan Data

Dalam penulisan laporan proyek akhir ini penulis menggunakan metode / teknik pengumpulan data sebagai berikut :

1. Pengamatan di lapangan Melakukan pengamatan langsung dengan melakukan pengukuran dan pengambilan data dari observasi di lapangan

2. Wawancara dan diskusi Melakukan wawancara dan diskusi dengan para pekerja di lapangan dan di kantor.

3. Pengambilan literatur pendukung Meminjam dan meminta berbagai literatur pendukung sebagai sumber dan pendukung dalam pembuatan laporan proyek akhir.

4. Studi pustaka Pengumpulan data berdasarkan literatur sebagai pembanding dan pelengkap data yang didapat di lapangan.

E. Perumusan Masalah

Yang menjadi pokok pembahasan dalam program kerja lapangan ini adalah tentang analisis penghematan energi pada pengggunaan motor listrik pada pompa fasum (fasilitas umum) dengan menggunakan Variable Speed Drive (VSD).

F. Pembatasan Masalah

Agar pembahasan lebih terarah, maka permasalahan yang akan dilakukan pada tulisan ini dibatasi pada beberapa hal sebagai berikut:

1. Pengambilan data dilakukan pada motor listrik dengan beban fasum (fasilitas umum).

2. Analisis dilakukan pada motor tiga fasa rotor sangkar, merek TECO 11 kW, 380/415 (Δ/Y) Volt, 50 Hz, cosφ 0,86, 2910 rpm dengan pompa sentrifugal merek EBARA 11 kW type 80x65 FSHA.

3. Analisis dilakukan dengan pendekatan praktik di lapangan dan dibandingkan dengan teori yang ada.

4. Penulis tidak ikut melakukan pengaturan sistem di lapangan.

5. Penulis hanya melakukan perancangan sistem, perhitungan karakteristik sistem serta analisis data penghematan energi.

G. Sistematika Penulisan

Sistematika dalam pembahasan ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran secara garis besar tentang apa yang akan dikemukakan dalam laporan. Adapun susunan sistematika laporan ini sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Pada bab ini dijelaskan tentang latar belakang masalah, maksud dan tujuan penelitian, metode pengumpulan data, perumusan masalah, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB II. LANDASAN TEORI

Pada bab ini dijelaskan tentang teori – teori dasar motor listrik, jenis – jenis motor listrik, motor induksi 3 phasa, pengenalan pompa, karakteristik pompa dan sistem pemompaan di perusahaan.

BAB III. TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini dijelaskan tentang macam pengaturan kecepatan putar motor induksi

3 phasa, peluang – peluang efisiensi energi yang dapat dilakukan pada motor pompa, pengujian motor insuksi dan gambaran umum tentang penggunaan Variable Speed Drive .

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini berisi tentang analisis karakteristik beban, perhitungan – perhitungan pengaruh perubahan frekuensi, perencanaan sistem, serta analisis penghematan energi yang dapat dilakukan dengan menggunakan Variable Speed Drive .

BAB V. PENUTUP

Dalam bab ini berisi kesimpulan, saran, daftar pustaka beserta lampiran dari hasil pelaksanaan kerja lapangan di perusahaan.

BAB II. MOTOR LISTRIK DAN SISTEM PEMOMPAAN

A. Pengertian Motor Listrik

Motor listrik adalah sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak (mekanik). Energi mekanik ini digunakan untuk kebutuhan beban seperti, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain – lain.

Motor listrik merupakan motor yang paling banyak dijumpai dalam industri. Motor listrik sering disebut sebagai “kuda kerja” nya industri sebab

diperkirakan motor listrik ini digunakan hingga 70% beban listrik total di industri.

Gambar 2.1 Motor listrik asinkron (automated buildings)

B. Mekanisme Kerja Motor Listrik

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama, arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran (loop), maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya tersebut menghasilkan tenaga putar (torque) untuk memutar kumparan.

C. Jenis – Jenis Motor Listrik

1. Motor arus searah

Motor arus searah atau biasa disebut motor DC adalah sebuah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah (Direct Current) pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak (mekanik). Kumparan medan pada motor DC disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).

Gambar 2.2 Motor arus searah (DC)

2. Motor arus bolak - balik

Motor arus bolak – balik (Alternating Current) memerlukan suplai tegangan arus bolak – balik pada kumparan statornya untuk diubah menjadi energi gerak (mekanik). Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar yaitu stator dan rotor. Stator merupakan komponen listrik yang diam (statis). Sedangkan rotor merupakan komponen listrik yang berputar.

Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan Variable Speed Drive untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor AC merupakan motor yang paling populer di industri karena konstruksinya yang sederhana dan mudah perawatannya. Harga motor AC ini relatif lebih murah tetapi memiliki daya tahan yang cukup kuat. Berdasarkan prinsip kerjanya motor listrik AC dibedakan menjadi dua yaitu:

a. Motor sinkron

Motor sinkron adalah sebuah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap (sinkron) pada sistem frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) Motor sinkron adalah sebuah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap (sinkron) pada sistem frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC)

1. Stator Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekuensi yang dipasok.

2. Rotor Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.

b. Motor asinkron

Motor asinkron atau biasa disebut motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC. Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama yaitu :

1. Stator Stator merupakan bagian dari mesin yang tidak berputar. Stator dibuat dari sejumlah kumparan dengan slots sebagai tempat gulungan tiga fasa. Gulungan – gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.

2. Rotor Bagian rotor merupakan bagian yang berputar. Ada 2 jenis rotor motor induksi

a. Rotor sangkar terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak – petak slots paralel. Batang – batang tersebut dihubungkan pada a. Rotor sangkar terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak – petak slots paralel. Batang – batang tersebut dihubungkan pada

b. Rotor belitan (wound rotor) memiliki gulungan tiga fasa, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator.

Gambar 2.3 Rotor motor induksi

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok yaitu motor induksi satu fasa dan tiga fasa. Motor induksi satu fasa hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan sumber daya satu fasa. Sejauh ini motor induksi satu fasa merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan dari 3 sampai 4 Hp.

Sedangkan motor induksi tiga fasa memiliki medan magnet yang berputar yang dihasilkan oleh sumber daya tiga fasa yang seimbang. Motor ini memiliki kemampuan daya yang tinggi dan dapat melakukan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis motor ini, sebagai contoh penggunaan motor induksi tiga fasa ini biasanya digunakan untuk memutar pompa, kompresor, belt conveyor, chain hoist, dan grinder. Motor induksi tiga fasa ini tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan HP.

D. Prinsip Kerja Motor Induksi

Belitan stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, Belitan stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua,

Gambar 2.4 Arah putaran motor induksi

Medan putar pada stator akan memotong konduktor – konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus pada rotor. Rotor tidak memperoleh sumber arus tertentu, tetapi merupakan arus terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara medan putar yang dihasilkan arus stator.

Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya

perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip atau geseran”. Slip akan meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser (slip ring), dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser (slip ring motor)”. Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip (Parekh, 2003):

........................................................................................ (2.1) Dimana: Ns = Kecepatan medan stator dalam RPM Nr = Kecepatan putar rotor dalam RPM

Pada saat kecepatan putar rotor sama dengan kecepatan medan putar stator, tegangan induksi tidak ada dan arus rotor tidak timbul, sehingga torsi tidak dihasilkan. Gambar dibawah menunjukan grafik torque-speed motor induksi AC tiga fasa. Pada saat motor mulai menyala terdapat arus nyala awal (starting) yang tinggi dan torque yang rendah (pull-up torque). Saat mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (pull-out torque) dan arus mulai turun. Dan pada kecepatan penuh atau kecepatan sinkron, arus stator dan torque turun ke nol.

Gambar 2.5 Grafik torque-speed motor induksi AC 3-fasa

E. Pengertian Sistem Pemompaan

Sistem pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 20% kebutuhan energi listrik dunia dan penggunaan energi dalam operasi pabrik industri tertentu berkisar 25 – 50% (US DOE, 2004). Pompa memiliki dua kegunaan utama :

1. Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari sumber bawah tanah ke tangki penyimpan air)

2. Mensirkulasikan cairan sekitar sistem (misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan)

Komponen utama sistem pemompaan adalah :

a. Pompa

b. Mesin penggerak : motor listrik, mesin diesel atau sistem udara b. Mesin penggerak : motor listrik, mesin diesel atau sistem udara

d. Valve, digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistem

e. Sambungan, pengendalian dan instrumentasi lainnya

f. Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan (misalnya tekanan, aliran) yang menentukan komponen dan susunan sistem pemompaan. Contohnya adalah alat penukar panas, tangki dan mesin hidrolik.

Gambar 2.6 Sistem pemompaan industri

F. Karakteristik Sistem Pemompaan

1. Tahanan sistem : Head

Tekanan diperlukan untuk memompa cairan melewati sistem pada laju tertentu. Tekanan ini harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistem, yang juga disebut “head”. Head total merupakan jumlah dari head statik dan head

gesekan (friksi).

2. Head statik

Head statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan yang dipompakan. Head statik merupakan aliran yang independen dan dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Head Static = Head Discharge (Hd) – Head Suction (Hs) .............................. (2.2) Head statik terdiri dari:

a. Head hisapan statis (Hsuction) : dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif terhadap garis pusat pompa. Hs nilainya positif jika ketinggian cairan diatas garis pusat pompa, dan negatif jika ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa (juga disebut “pengangkat hisapan”)

b. Head pembuangan statis (Hdischarge) : jarak vertikal antara garis pusat

pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan.

Gambar 2.7 Head statik

3. Head gesekan atau friksi (Hf)

Head gesekan merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk mengalir dalam pipa dan sambungan – sambungan. Head ini tergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa, jumlah dan jenis sambungan, debit aliran, dan sifat dari cairan. Head gesekan (friksi) ini sebanding dengan kuadrat debit aliran seperti diperlihatkan dalam gambar 2.8. Loop tertutup sistem sirkulasi hanya menampilkan head gesekan atau friksi (bukan head statik).

Gambar 2.8 Head gesekan (friksi) versus aliran

Dalam hampir kebanyakan kasus, head total sistem merupakan gabungan antara head statik dan head gesekan seperti diperlihatkan dalam gambar berikut.

Gambar 2.9 Sistem dengan head statik rendah

4. Kurva kinerja pompa

Head dan debit aliran menentukan kinerja sebuah pompa sebagai kurva kinerja atau kurva karakteristik pompa. Pada pompa sentrifugal, head secara perlahan turun dengan meningkatnya aliran. Dengan meningkatnya tahanan sistem, head juga akan naik. Hal ini pada gilirannya akan menyebabkan debit aliran berkurang dan akhirnya mencapai nol. Debit aliran nol hanya dapat diterima untuk jangka pendek tanpa menyebabkan pompa terbakar.

Gambar 2.10 Kurva kinerja pompa

5. Titik operasi pompa

Debit aliran pada head tertentu disebut titik tugas. Kurva kinerja pompa terbuat dari banyak titik-titik tugas. Titik operasi pompa ditentukan oleh perpotongan kurva sistem dengan kurva pompa sebagaimana ditunjukkan dalam gambar berikut.

Gambar 2.11 Titik operasi pompa (US DOE, 2001)

6. Kinerja hisapan pompa

Kavitasi adalah pembentukan gelembung dibagian dalam pompa. Hal ini dapat terjadi karena tekanan statik fluida setempat turun menjadi lebih rendah dari tekanan uap cairan (pada suhu sebenarnya). Kemungkinan penyebabnya adalah jika fluida semakin cepat dalam kran pengendali atau disekitar impeller pompa.

Penguapan itu sendiri tidak menyebabkan kerusakan. Walau demikian, bila kecepatan berkurang dan tekanan bertambah, uap akan menguap dan jatuh. Hal ini memiliki tiga pengaruh yang tidak dikehendaki:

a. Erosi permukaan impeller, terutama jika memompa cairan berbasis air.

b. Meningkatnya kebisingan dan getaran, mengakibatkan umur seal dan bearing menjadi lebih pendek.

c. Menyumbat sebagian lintasan impeller, yang menurunkan kinerja pompa dan dalam kasus yang ekstrim dapat menyebabkan kehilangan head total.

Head Hisapan Positif Netto Tersedia atau Net Positive Suction Head Available (NPSHA) menandakan jumlah hisapan pompa yang melebihi tekanan uap cairan, dan merupakan karakteristik rancangan sistem. NPSH yang diperlukan (NPSHR) adalah hisapan pompa yang diperlukan untuk menghindari kavitasi, dan merupakan karakteristik rancangan pompa.

7. Kapasitas pompa

Kapasitas pada sebuah pompa adalah kemampuan pompa untuk mengalirkan atau memindahkan sejumlah cairan ataupun fluida dalam satuan kapasitas.

G. Jenis – Jenis Pompa

Pompa hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas. Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating. Walaupun, pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan.

Pompa-pompa dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau pompa pemindahan positif.

1. Pompa perpindahan positif

Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi, cairan diambil dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap putarannya. Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental.

Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya : Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya :

b. Pompa Rotary jika perpindahan dilakukan oleh gaya putaran sebuah gear, cam atau impeller dalam sebuah ruangan bersekat pada casing yang tetap. Pompa rotary selanjutnya digolongkan sebagai gear dalam, gear luar, lobe , impeller dorong dan lain-lain. Pompa – pompa tersebut digunakan untuk layanan khusus dengan kondisi khusus yang ada di lokasi industri.

Pada seluruh pompa jenis perpindahan positif, sejumlah cairan yang sudah ditetapkan dipompa setelah setiap putarannya. Sehingga jika pipa pengantarnya tersumbat, tekanan akan naik ke nilai yang sangat tinggi dimana hal ini dapat merusak pompa.

2. Pompa dinamik

Pompa dinamik juga dikarakteristikkan oleh cara pompa tersebut beroperasi, impeller yang berputar mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang diperlukan untuk memompa fluida. Terdapat dua jenis pompa dinamik:

a. Pompa sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum digunakan untuk pemompaan air dalam berbagai penggunaan industri. Biasanya lebih dari 70% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal. Untuk alasan ini, pompa ini dijelaskan dibawah lebih lanjut.

b. Pompa dengan efek khusus terutama digunakan untuk kondisi khusus di lokasi industri.

a. Kerja pompa sentrifugal

Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang paling sederhana dalam berbagai proses pabrik. Pompa digerakkan oleh motor, daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang dipasangkan pada poros. Zat cair yang ada dalam impeller akan ikut berputar karena dorongan sudu

– sudu. Bilah – bilah impeller meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan cairan berputar. Karena timbulnya gaya sentrifugal, maka zat cair

mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudu dan meninggalkan impeller dengan kecepatan yang tinggi.

Zat cair yang keluar dari impeller dengan kecepatan tinggi ini kemudian mengalir melalui saluran yang penampangnya makin membesar (volute/diffuser), sehingga terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Maka zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar. Penghisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller, ruang diantara sudu – sudu menjadi vakum sehingga zat cair akan terhisap masuk. Impeller dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan cincin diffuser stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah energi kinetik menjadi energi tekanan.

Selisih energi per satuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar (tekan) dan flens masuk (hisap) disebut head total pompa. Gambar berikut memperlihatkan bagaimana pompa jenis ini beroperasi.

Gambar 2.12 Lintasan aliran cairan pompa sentrifugal

b. Komponen dari pompa sentrifugal

Komponen utama dari pompa sentrifugal terlihat pada gambar berikut dan diterangkan dibawah ini:

1. Komponen berputar: impeller yang disambungkan ke sebuah poros

2. Komponen statis: casing, penutup casing, dan bearings

Gambar 2.13 Komponen utama pompa sentrifugal

a. Impeller Impeller merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran fluida yang sudah terpasang. Impeller biasanya terbuat dari perunggu, polikarbonat, besi tuang atau stainless steel, namun bahan – bahan lain juga digunakan. Sebagaimana kinerja pompa tergantung pada jenis impellernya, maka penting untuk memilih rancangan yang cocok dan mendapatkan impeller dalam kondisi yang baik.

Jumlah impeller menentukan jumlah tahapan pompa. Pompa satu tahap memiliki satu impeller dan sangat cocok untuk layanan head (tekanan) rendah. Pompa dua tahap memiliki dua impeller yang terpasang secara seri untuk layanan head sedang. Pompa multi – tahap memiliki tiga impeller atau lebih terpasang seri untuk layanan head yang tinggi. Impeller dapat digolongkan atas dasar:

1. Arah utama aliran dari sumbu putaran : aliran radial, aliran aksial, aliran campuran.

a. Pompa aliran radial Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeller akan tegak lurus poros pompa (arah radial).

Gambar 2.14 Pompa sentrifugal aliran radial

b. Pompa aliran campur Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial.

Gambar 2.15 Pompa sentrifugal aliran campur

c. Pompa aliran aksial Aliran zat cair yang meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial).

Gambar 2.16 Pompa aliran aksial

2. Jenis hisapan : hisapan tunggal dan hisapan ganda

3. Bentuk atau konstruksi mekanis :

a. Impeller yang tertutup memiliki bilah – bilah yang ditutupi oleh mantel (penutup) pada kedua sisinya. Biasanya digunakan untuk pompa air, dimana bilah – bilah seluruhnya mengurung air. Hal ini mencegah perpindahan air dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan, yang akan mengurangi efisiensi pompa. Dalam rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari ruang penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak diantara impeller dan wadah pompa. Penyambungan ini dilakukan oleh cincin yang dipasang diatas bagian penutup impeller atau dibagian dalam permukaan silinder wadah pompa. Kerugian dari impeller tertutup ini adalah resiko yang tinggi terhadap rintangan.

b. Impeller terbuka dan semi terbuka kemungkinan tersumbatnya kecil. Akan tetapi untuk menghindari terjadinya penyumbatan melalui resirkulasi internal, volute atau back-plate pompa harus diatur secara manual untuk mendapatkan setelan impeller yang benar.

c. Impeller pompa berpusar (vortex) cocok untuk bahan – bahan padat dan “berserabut” akan tetapi pompa ini 50% kurang efisien dari rancangan yang konvensional.

Gambar 2.17 Impeller jenis tertutup dan terbuka Gambar 2.17 Impeller jenis tertutup dan terbuka

Gambar 2.18 (a) Poros vertikal, (b) Poros horisontal

c. Wadah Fungsi utama wadah adalah menutup impeller pada penghisapan dan pengiriman pada ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan. Tekanan pada ujung penghisapan dapat sekecil sepersepuluh tekanan atmosfir dan pada ujung pengiriman dapat dua puluh kali tekanan atmosfir pada pompa satu tahap. Untuk pompa multi-tahap perbedaan tekanannya jauh lebih tinggi. Wadah dirancang untuk tahan paling sedikit dua kali tekanan ini untuk menjamin batas keamanan yang cukup.

Fungsi wadah yang kedua adalah memberikan media pendukung dan bantalan poros untuk batang torak dan impeller. Oleh karena itu wadah pompa harus dirancang untuk :

1. Memberikan kemudahan mengakses ke seluruh bagian pompa untuk pemeriksaan, perawatan dan perbaikan.

2. Membuat wadah anti bocor dengan memberikan kotak penjejal.

3. Menghubungkan pipa – pipa hisapan dan pengiriman ke flens secara langsung.

4. Mudah dipasang dengan mudah ke mesin penggerak (motor listrik) tanpa kehilangan daya.

Gambar 2.19 Potongan sebuah pompa dengan wadah volute

Terdapat dua jenis wadah

1. Wadah volute memiliki impeller yang dipasang dibagian dalam wadah. Salah satu tujuan utamanya adalah membantu kesetimbangan tekanan hidrolik pada batang torak pompa. Walau begitu, mengoperasikan pompa dengan wadah volute pada kapasitas yang lebih rendah dari yang direkomendasikan pabrik pembuatnya dapat mengakibatkan tekanan lateral pada batang torak pompa. Hal ini dapat meningkatkan pemakaian sil, bantalan poros, dan batang torak itu sendiri. Wadah volute ganda digunakan bilamana gaya radial menjadi cukup berarti pada kapasitas yang berkurang.

2. Wadah bulat memiliki baling-baling penyebaran stasioner disekeliling impeller yang mengubah kecepatan menjadi energi tekanan. Wadah tersebut banyak digunakan untuk pompa multi – tahap. Wadah dapat dirancang sebagai : - Wadah padat : seluruh wadah dan nosel dimuat dalam satu cetakan

atau potongan yang sudah dibuat pabrik pembuatnya. - Wadah terbelah : dua bagian atau lebih disambungkan bersama. Bilamana bagian wadah dibagi oleh bidang horizontal, wadahnya disebut terbelah secara horizontal atau wadah yang terbelah secara aksial.

c. Kinerja Pompa

Kerja yang ditampilkan oleh sebuah pompa merupakan fungsi dari head total dan berat cairan yang dipompa dalam jangka waktu yang diberikan. Daya batang torak pompa adalah daya yang dikirimkan ke batang torak pompa, dan dapat dihitung sebagai berikut :

Keluaran pompa, daya air atau daya hidrolik adalah daya cairan yang dikirimkan oleh pompa, dan dapat dihitung sebagai berikut:

Dimana : P hidrolik = Daya hidrolik (kW)

Q = Debit aliran (m 3 /s)

H = Head pompa (m) = Massa jenis fluida (kg/m 3 )

g = Percepatan gravitasi (m/s 2 )

H. Peluang Efisiensi Energi

Bagian ini menjelaskan peluang – peluang perbaikan yang dapat dilakukan pada pompa dan sistem pemompaan. Peluang – peluang untuk penghematan energi pada motor pompa meliputi:

1. Pemilihan pompa yang benar

2. Pompa dalam susunan paralel untuk memenuhi permintaan yang beragam

3. Kendali start/stop pompa

4. Mengendalikan debit aliran dengan variasi kecepatan

1. Pemilihan pompa yang benar

Dalam memilih pompa, para pemasok berusaha untuk mencocokan kurva sistem yang diberikan oleh pihak pengguna dengan kurva pompa yang memenuhi Dalam memilih pompa, para pemasok berusaha untuk mencocokan kurva sistem yang diberikan oleh pihak pengguna dengan kurva pompa yang memenuhi

Sebagai contoh, bila valve pembuangan tersumbat, kurva tahanan sistem bergeser ke sebelah kiri dan begitu juga dengan titik operasinya. Gambar 2.20 dibawah memperlihatkan kurva kinerja pompa yang dipasok penjual untuk pompa sentrifugal dimana cairan yang akan dipompa adalah air bersih.

Gambar 2.20 Kurva kinerja pompa sentrifugal diberikan oleh pemasok

2. Pompa Yang Dipasang Paralel

Mengoperasikan dua pompa secara paralel dan mematikan salah satu jika kebutuhan menjadi lebih rendah, dapat menghasilkan penghematan energi yang signifikan. Dapat digunakan pompa yang memberikan debit aliran yang berbeda- beda.

Pompa yang dipasang secara paralel merupakan sebuah opsi jika head statik lebih dari lima puluh persen head total. Gambar 2.21 memperlihatkan kurva pompa untuk pompa tunggal, dua pompa yang beroperasi secara paralel. Gambar ini juga memperlihatkan bahwa kurva sistem pada umumnya tidak berubah dengan jalannya pompa secara paralel. Debit aliran lebih rendah dari penjumlahan debit aliran berbagai pompa.

Gambar 2.21 Kurva kinerja pompa yang dipasang paralel

3. Kendali start – stop pompa

Suatu cara yang sederhana dan masuk akal berkenaan dengan energi yang efisien adalah menurunkan debit aliran dengan menjalankan dan menghentikan pompa, sepanjang hal ini tidak sering dilakukan.

Sebuah contoh dimana opsi ini dapat digunakan adalah bila sebuah pompa digunakan untuk mengisi tangki penyimpan dimana fluida mengalir ke proses pada debit yang tetap.

Dalam sistem ini, pengendali dipasang pada tingkatan minimum dan maksimum didalam tangki untuk menjalankan dan menghentikan pompa. Beberapa perusahaan menggunakan metoda ini juga dalam rangka menghindarkan kebutuhan maksimum yang lebih rendah (yaitu dengan pemompaan pada bukan jam puncak).

4. Mengendalikan Debit Aliran Dengan Variasi Kecepatan

Perputaran impeller pompa sentrifugal menghasilkan head. Kecepatan keliling impeller berhubungan langsung dengan kecepatan putaran batang torak. Oleh karena itu variasi kecepatan putaran berpengaruh langsung pada kinerja pompa.

Parameter kinerja pompa (debit aliran, head, daya) akan berubah dengan bervariasinya kecepatan putaran. Oleh karena itu, untuk mengendalikan kecepatan putaran pada kecepatan yang berbeda – beda maka perlu mengerti hubungan antara keduanya.

Persamaan yang menjelaskan hubungan tersebut dikenal dengan “Hukum Afinitas”:

a. Debit aliran (Q) berbanding lurus dengan kecepatan putaran (n)

b. Head (H) berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan putaran (n 2 )

c. Daya (P) berbanding lurus dengan kubik kecepatan putaran (n 3 ) Sebagaimana dapat dilihat dari hukum diatas, kuadrat kecepatan putaran

pompa sentrifugal akan meningkatkan pemakaian daya 8 kalinya. Sebaliknya penurunan kecepatan putaran yang kecil akan menurunkan pemakaian daya yang sangat besar. Hal ini dapat menjadi dasar untuk melakukan penghematan energi pada pompa sentrifugal dengan kebutuhan aliran yang bervariasi.

Hal yang relevan untuk diketahui bahwa pengendalian aliran dengan pengaturan kecepatan selalu lebih efisien daripada kran pengendali. Hal ini disebabkan kran menurunkan aliran namun tidak menurunkan pemakaian energi pompa. Sebagai tambahan terhadap penghematan energi, manfaat lain dari penurunan kecepatan menjadi lebih rendah adalah sebagai berikut:

a. Umur bearing meningkat Hal ini disebabkan bearing membawa gaya hidrolik pada impeller yang dihasilkan oleh tekanan pada bagian dalam wadah pompa), yang berkurang kira – kira sebesar kuadrat kecepatan. Untuk sebuah pompa, umur bearing sebanding dengan kecepatan pangkat tujuh (n 7 ).

b. Getaran dan kebisingan berkurang dan umur seal meningkat selama titik tugas tetap berada didalam kisaran operasi yang diperbolehkan.

BAB III. PENGATURAN KECEPATAN PUTAR DAN PENGUJIAN MOTOR INDUKSI

A. Pengaturan Kecepatan Putar

1. Pengubahan jumlah kutub

Kecepatan putar motor induksi ditentukan oleh frekuensi tegangan masukan dan jumlah kutub motor seperti yang dijelaskan dengan rumus :

........................................................................................................ (3.1) Dimana : n s = Kecepatan medan putar motor (rpm)

f = Frekuensi (Hz) p = Jumlah kutub

Pengaturan jumlah kutub mudah dilakukan tetapi pengaturannya terbatas. Hal ini dikarenakan jumlah kutub pada motor induksi tiga phasa merupakan kelipatan 2, sehingga pengaturannya kasar.

2. Pengubahan Tegangan Sumber

Persamaan torsi motor induksi tiga phasa sebanding dengan kuadrat tegangan yang diberikan. Pengubahan tegangan untuk pengendalian kecepatan akan diikuti dengan pengubahan torsi motor. Pengaturan putaran motor induksi tiga phasa dengan cara mengatur tegangan sumber mempunyai daerah kerja yang lebih luas.

Gambar 3.1 Karakteristik pengaturan tegangan

3. Pengaturan tahanan luar

Kecepatan putar motor induksi tiga phasa dapat dirubah dengan menambahkan tahanan luar. Dengan mengatur tahanan luar akan terjadi perubahan kecepatan. Pengaturan tahanan luar hanya dapat dilakukan untuk motor induksi jenis rotor lilit.

4. Pengubahan frekuensi sumber

Kecepatan putar motor induksi tiga phasa dapat diatur dengan mengubah frekuensi sumber, karena medan putar stator merupakan fungsi dari frekuensi sumber. Pengaturan frekuensi sumber merupakan metode pengaturan yang memungkinkan yang lebih luas. Frekuensi sumber AC yang konstan (50 Hz) harus diubah sesuai kebutuhan yang diinginkan. Proses pengubahan frekuensi ini memerlukan converter dari AC ke DC (Rectifier), dan dari DC dijadikan ke AC kembali (Inverter) dengan frekuensi yang berbeda.

Dengan demikian jika frekuensi motor ditingkatkan maka akan meningkatkan kecepatan motor, sebaliknya dengan memperkecil frekuensi akan memperlambat kecepatan motor. Pengendalian frekuensi motor menggunakan rangkaian inverter dapat dilihat seperti pada gambar berikut:

Gambar 3.2 Blok diagram VSD

Prinsip kerja inverter yang sedehana adalah :

1. Tegangan yang masuk dari jala jala 50 Hz dialirkan ke board penyearah DC (Rectifier), dan ditampung ke bank capacitor. Jadi dari AC di jadikan DC.

2. Tegangan DC kemudian diumpankan ke board inverter untuk dijadikan AC kembali dengan frekuensi sesuai kebutuhan. Jadi dari DC ke AC yang komponen utamanya adalah Semikonduktor aktif seperti IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor ). Dengan menggunakan frekuensi carrier (bisa sampai 20 kHz), tegangan DC dicacah dan dimodulasi sehingga keluar tegangan dan frekuensi yang diinginkan.

Secara tradisional, motor DC akan digunakan bila memiliki kemampuan untuk menggunakan pengendali kecepatan. Namun karena keterbatasan motor DC, motor AC terus menjadi fokus bagi penggunaan variasi kecepatan. Baik motor sinkron maupun motor induksi keduanya cocok untuk penggunaan kontrol variasi kecepatan. Karena motor induksi adalah motor asinkron, perubahan suplai frekuensi dapat memvariasikan kecepatan. Strategi pengendalian motor induksi secara khusus akan tergantung pada sejumlah faktor termasuk biaya investasi, ketahanan beban dan beberapa persyaratan pengendalian khusus. Hal ini memerlukan suatu tinjauan rinci mengenai karakteristik beban, data historis pada aliran proses, ciri-ciri sistim pengendalian kecepatan yang diperlukan, biaya listrik dan biaya investasi.

Potensi terbesar untuk penghematan listrik adalah dengan menggunakan penggerak kecepatan variabel (Variable Speed Drive) contohnya adalah pompa sentrifugal dan fan, dimana kebutuhan dayanya berubah sebesar kubik kecepatan. Beban torque yang konstan juga cocok untuk penggunaan VSD.

5. Menggunakan Variable Speed Drive (VSD)

Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa pengendalian kecepatan putaran pompa merupakan cara yang paling efisien dalam mengendalikan aliran, sebab jika kecepatan pompa berkurang maka pemakaian daya juga berkurang. Metoda yang biasanya banyak digunakan untuk menurunkan kecepatan pompa adalah dengan menggunakan penggerak kecepatan yang bervariasi atau biasa disebut dengan Variable Speed Drive (VSD).

Secara sederhana untuk drive AC, Variable Speed Drive akan mengubah AC ke DC yang kemudian diatur dengan s uatu teknik penyaklaran “switching” mengubah DC menjadi tegangan dan frekuensi keluaran AC yang bervariasi. Frekuensi keluaran yang dihasilkan VSD ini yang akan diatur untuk mengubah kecepatan putar motornya.

VSD memperbolehkan pengaturan kecepatan putar moto - pompa berada diatas kisaran yang kontinyu, menghindarkan kebutuhan untuk melompat dari satu kecepatan ke kecepatan lainnya sebagaimana yang terjadi pada pompa yang memiliki kecepatan berlipat. Pengaturan kecepatan pompa dengan menggunakan pengendali VSD menggunakan dua jenis sistem:

1. VSD mekanis meliputi sarang hidrolik, kopling fluida, dan belts dan pully yang dapat diatur – atur.

2. VSD listrik meliputi sarang arus eddy, pengendali motor dengan rotor yang melingkar, pengendali frekuensi yang bervariasi atau biasa disebut dengan Variable Frequency Drives (VFDs). VSD adalah pengendali yang paling populer dalam pengaturan frekuensi

listrik dari sumber daya yang dipasok ke motor untuk pengubahan kecepatan putaran motor. Untuk beberapa sistem, VSD menawarkan sesuatu yang berharga untuk memperbaiki efisiensi pompa pada kondisi operasi yang berbeda-beda. Pengaruh pelambatan kecepatan pompa pada operasi pompa digambarkan dalam Gambar 3.3.

Ketika VSD menurunkan RPM pompa, kurva head – aliran dan daya bergerak turun ke arah kiri, dan kurva efisiensi juga bergeser ke sebelah kiri. Keuntungan utama penggunaan VSD disamping penghematan energi adalah (US DOE, 2004):

1. Memperbaiki kehandalan sistem sebab pemakaian pompa, bantalan dan sil jadi berkurang.

2. Penurunan modal dan biaya perawatan dikarenakan kran pengendali, jalur by-pass , dan starter konvensional tidak diperlukan lagi. Kemampuan soft starter, VSD membolehkan motor memiliki arus starting yang lebih rendah.

Gambar 3.3 Pengaruh dari VSD (US DOE, 2004)

Pada kondisi beban penuh motor berputar pada kecepatan Nn. Pada saat beban mekanik meningkat, kecepatan motor menurun sampai torsi maksimum sama dengan torsi beban. Bila torsi beban melebihi Tm, maka motor akan berhenti. Gambar berikut menggambarkan hubungan antara kecepatan dengan torsi.

Gambar 3.4 Kurva kecepatan terhadap torsi

Bila motor digunakan seperti pada kurva karakteritik, maka pemasangan Variable Speed Drive (VSD) akan menghasilkan penurunan daya yang sebanding dengan penurunan kecepatan putar motor.

Sistem pengendalian kecepatan putar dengan VSD pada aplikasi motor – pompa didesain untuk pengaturan pengasutan. Dengan kondisi pengasutan tetap menggunakan metode star – delta, diupayakan pengendalian untuk menurunkan arus starting guna tercapainya penghematan daya.