PERBANDINGAN KONSUMSI ENERGI LISTRIK SIS

1

BAB I
PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang
Perkembangan

industri

di

Indonesia

yang

semakin

maju

serta

meningkatnya kebutuhan masyarakat akan produk hasil industri dalam negeri
menjadi faktor yang mendorong industri untuk meningkatkan produksinya.
Aktivitas produksi ini terkadang tidak menentu. Dalam prosesnya, mesin - mesin
produksi maupun ruangan membutuhkan pendingin yang udaranya disalurkan dari
fan melalui ducting. Berhubung kebutuhan akan kerja fan ini dinamis, sehingga

fluida yang dibutuhkan tidak selalu sama di setiap produksinya.
Untuk mengatur aliran udara yang keluar dari fan sesuai dengan kebutuhan
industri dapat dilakukan dengan cara menggunakan damper atau dengan
menggunakan Variable Speed Drive (VSD). Damper digunakan untuk mengatur
aliran udara dengan mengatur bukaan damper , sehingga kecepatan motor yang
diperlukan untuk menggerakkan fan tetap. Sedangkan VSD digunakan untuk
mengatur aliran udara dengan memasang VSD yang dihubungkan dengan motor
fan, sehingga aliran udara yang dibutuhkan pada saat produksi disesuaikan dengan

kecepatan motor.
Tujuan dari penelitian penulis ini adalah untuk mengetahui karakteristik
fan yang penulis uji coba dan mengetahui besarnya efisiensi daya listrik yang

dapat dicapai melalui penggunaan VSD jika dibandingkan dengan damper .
Manfaat dari penelitian ini adalah dapat memberikan solusi untuk penghematan
energi listrik pada motor fan sehingga dapat menekan biaya produksi di industri.

1.2

Permasalahan
Berdasarkan latar belakang diatas, rumusan permasalahan dalam Tugas

Akhir (TA) ini sebagai berikut :
1.

Bagaimana karakteristik fan yang penulis uji coba.

2.

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

2

1.3

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

membatasi masalahnya sebagai berikut :
1.

Pengujian alat dilakukan di Laboratorium Energi Politeknik Negeri
Jakarta.

2.

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

sentrifugal.
3.

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

1.4

4.

Tidak membahas karakteristik Variable Speed Drive (VSD).

5.

Bukaan damper dari 15 - 90.

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

Mengetahui karakteristik fan yang penulis uji coba.

2.

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

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

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

2.

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

3.

Bagi industri dapat mengurangi biaya penggunaan listrik sesuai
kebutuhan produksi.

3

1.5

Gambar 3 (tiga) Dimensi

Gambar 1.1 Gambar Tiga Dimensi Fan Test

4

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1

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

fluida gas seperti udara. Fan memiliki fungsi yang berbeda dengan kompresor
sekalipun media kerjanya sama, dimana fan menghasilkan aliran fluida dengan

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

sentrifugal

menggunakan

prinsip

gaya

sentrifugal

untuk

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

Gambar 2.1 Fan Sentrifugal

5

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

Gambar 2.2 Fan Sentrifugal dengan Double Inlet

Karakteristik performansi dari fan sentrifugal tergantung pada jenis dan

bentuk sudu fan yang digunakan. Secara umum bentuk sudu fan sentrifugal ada
tiga jenis yakni :

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

 Efisiensi yang tinggi, di atas 90%.

 Beroperasi dengan sangat stabil.

 Tidak berisik.

 Ideal untuk digunakan pada kecepatan tinggi.

 Tidak memiliki karakter daya overload.

Gambar 2.3 Backward Curved Blades (Airfoil)

6

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





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

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

Gambar 2.4 Straight Blade

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









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

Gambar 2.5 Tipe Sudu Radial Tip

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

7

supply udara ke pulverizer dan digunakan untuk mendorong pulverizer fuel ke
furnace boiler untuk proses pembakaran. PA Fan ini menggunakan sistem dua

inlet dengan sudu tipe Backward Curve.

Gambar 2.6 Primary Air Fan

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

Gambar 2.7 Fan Laws

8

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

: daya listrik

[kW]

V

: tegangan listrik

[V]

I

: arus listrik

[A]

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

]

[

]

[

*harga energi: Rp.1.535,05/kWh

2.2

[

]

] (2.2)

[

]

(2.3)

[

]

(2.4)

[
[

[

]

]

]

(2.5)

(2.6)

Karakteristik Fan
Karakteristik fan adalah perubahan kinerja sistem yang dihasilkan dari

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

9

menunjukkan

karakteristik

hilangannya

tekanan

berdasarkan

koefisien

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

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

10

2.3

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

Guna menjamin keandalan struktur aliran udara

yang terkendali dan

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

Gambar 2.9 Damper

2.4

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

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

2.5

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

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

Pemeliharaan dan perbaikan yang diperlukan lebih rutin.

11







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

Gambar 2.10 Komponen Motor DC

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

1.

Kutub Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan

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

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

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

12

3.

Komutator
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah

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





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

Motor DC Sumber Daya Sendiri / Self Excited adalah jenis motor DC yang
sumber arus medan disupply dari sumber yang sama dengan kumparan motor
listrik, sehingga motor listrik DC ini disebut motor DC sumber daya sendiri (self
excited).

Pada motor DC shunt gulungan medan (medan shunt) disambungkan
secara paralel dengan gulungan motor listrik. Oleh karena itu total arus dalam
jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus motor.

13

BAB III
PERANCANGAN PRODUK
3.1

Perhitungan
Mulai

Tinjauan
Pustaka

Perancangan
Alat
(Damper)

Pembuatan
Komponen

Pemasangan
Alat
Damper

Tidak

Pengujian
Alat

Berhasil

Pengambilan
Data

Analisa Data

Tidak

Ya

Selesai

Gambar 3.1 Alur Perancangan Alat

14

Gambar 3.2 Damper

Dengan data damper yang kami desain sebagai berikut :
-

Diameter : 0,145 m

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

Komposisi Bahan Damper
-

3.2

Plat besi

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

dari alat fan test.

15

Gambar 3.3 Rangka

Gambar 3.4 Variable Speed Drive (VSD)

Gambar 3.5 Inlet Pipe 1

16

Gambar 3.6 Inlet Pipe 2

Gambar 3.7 Clamp

Gambar 3.8 Outlet Pipe 1

17

Gambar 3.9 Clamp Outlet Pipe 1

Gambar 3.10 Outlet Pipe 2

Gambar 3.11 Damper

18

Gambar 3.12 Fan

Gambar 3.13 Penyangga 1

Gambar 3.14 Penyangga 2

19

Gambar 3.15 Bracket Pillow Block 2

Gambar 3.16 Bracket Pillow Block 1

20

BAB IV
REALISASI RANCANG BANGUN
4.1

Gambar Lengkap dan Spesifikasinya

4.1.1 Gambar Lengkap

Gambar 4.1 Fan Test dan Keterangannya

Keterangan

:

1.

Rangka

2.

Variable Speed Drive (VSD)

3.

Manometer

4.

Inlet Pipe 1

5.

Clamp

21

6.

Inlet Pipe 2

7.

Fan

8.

Bracket Pillow Block 1

9.

Bracket Pillow Block 2

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

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

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







4000 RPM
Output 1,5 KW
1

220 V; 8,1 A

Gambar 4.2 Motor DC Shunt

22

-

Fan Sentrifugal :



Backward Curved Blades

Gambar 4.3 Fan Sentrifugal

-

Manometer Type 4 (Serial Number 43477)

Gambar 4.4 Manometer

-

Variable Speed Drive (VSD)

Gambar 4.5 Variable Speed Drive (VSD)

23

-

Damper :





Diameter = 145 mm
Panjang 25 mm

Gambar 4.6 Damper

4.2

Jadwal Pelaksanaan
Jadwal pelaksanaan kegiatan tugas akhir berjumlah sebanyak empat bulan

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

Bulan
No

Kegiatan

April

Mei

Juni

Juli

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

Pengumpulan Data

2

Analisa Data

3

Analisa Perhitungan

4

Pembuatan
Komponen

5

Perakitan

6

Uji Coba

7

Analisa Hasil

8

Pembuatan Laporan

9

Ujian Tugas Akhir

24

4.3

Biaya
Tabel 4.2 Biaya yang diperlukan dalam Pembuatan Tugas Akhir

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

Uraian

Unit

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

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

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

25

BAB V
PENGUJIAN HASIL
5.1

Deskripsi Pengujian
Pengujian dilakukan di Laboratorium Energi Teknik Konversi Energi

dengan menggunakan fan test. Fan test tersebut sudah dimodifikasi dengan
memasangkan damper pada keluaran dari fan nya. Pengujian ini dilakukan dua
kali yaitu fan dengan menggunakan damper dan dengan fan yang menggunakan
Variable Speed Drive (VSD).

Pengujian fan dengan menggunakan damper dilakukan dengan cara
membuka damper pada posisi bukaan 15 - 90. Bukaan damper dilakukan setiap
15 dengan tegangan listrik konstan sedangkan arus listrik akan semakin besar
sebanding dengan bertambah besarnya bukaan damper sehingga didapatkan
kecepatan udara yang berbeda – beda. Sedangkan pengujian fan dengan
menggunakan VSD dilakukan dengan kecepatan yang dihasilkan oleh damper ,
dicari dengan memutar potensio pada VSD sehingga didapatkan tegangan listrik
dan arus listrik yang berubah – ubah. Adapun variabel yang diuji adalah :




Tegangan Listrik



Putaran Motor



Tekanan Udara



Arus Listrik



Torsi

Kecepatan Udara

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



Mengetahui karakteristik fan yang penulis uji coba.
Mengetahui perbedaan konsumsi daya listrik pada fan yang
menggunakan damper dan VSD.

26

5.1.2 Alat Ukur yang digunakan
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel yang
disebutkan diatas antara lain :
a.

Voltmeter
Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tegangan
listrik.

Gambar 5.1 Voltmeter

b.

Amperemeter
Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik.

Gambar 5.2 Amperemeter

c.

Tachometer
Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur putaran
motor.

Gambar 5.3 Tachometer

27

d.

Torquemeter
Torquemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur torsi.

Gambar 5.4 Torquemeter

e.

Manometer
Manometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan
udara.

Gambar 5.5 Manometer

f.

Anemometer
Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan
udara yang dihasilkan.

Gambar 5.6 Anemometer

28

5.2

Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian adalah tahapan yang dilakukan oleh penulis dalam

menguji alat. Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut :
a.

Pengujian fan dengan menggunakan damper
1.

Hubungkan fan test dengan sumber listrik.

2.

Operasikan fan test, putar saklar power ke arah START.

3.

Setting putaran motor pada 4000 rpm.

4.

Amati tegangan listrik, arus listrik, torsi, tekanan udara, dan kecepatan
udara.

5.

Catat hasil pembacaan tegangan listrik, arus listrik, torsi, tekanan udara,
dan kecepatan udara yang terbaca pada alat ukur.

6.

Lakukan pengujian pada saat bukaan damper 15, 30, 45, 60, 75, dan
90.

7.

b.

Lakukan langkah 4 dan 5 hingga semua sudut selesai.

Pengujian fan dengan menggunakan Variable Speed Drive (VSD)
1. Setelah didapatkan hasil kecepatan udara pada fan yang menggunakan
damper , kecepatan tersebut digunakan sebagai patokan kecepatan udara

menggunakan VSD.
2. Putar potensio VSD sehingga menghasilkan kecepatan udara yang sama
dengan bukaan damper 15.
3. Amati tegangan listrik, arus listrik, putaran motor, torsi dan tekanan
udara.
4. Catat hasil pembacaan tegangan listrik, arus listrik, putaran motor, torsi
dan tekanan udara yang terbaca pada alat ukur.
5. Lakukan pengujian dengan kecepatan udara yang sama pada saat bukaan
damper 30, 45, 60, 75, dan 90.

6. Lakukan langkah 4 dan 5 hingga semua sudut selesai.
7. Putar VSD sampai ke 0, putar saklar power ke arah OFF .
8. Lepaskan kabel fan test dari sumber listrik.
9. Analisa data hasil pengujian.

29

5.3

Data Hasil Pengujian dan Analisa
Data hasil pengujian yang diperoleh adalah pada saat fan menggunakan

damper dan pada saat fan menggunakan VSD untuk mengatur aliran udara. Dari

data tersebut oleh penulis dianalisa dan dihitung berapa besar penghematan energi
yang terjadi.

5.3.1 Data Hasil Pengujian
Tabel 5.1 Data Hasil Pengujian Fan dengan Menggunakan Damper
Bukaan
Damper
[]

Tegangan
[V]

Arus
[A]

Putaran
Motor
[rpm]

Torsi
[Nm]

15

220

1,2

4006

0,29

Kecepatan
Udara
Rata-Rata
[m/s]
2,716

30

220

1,4

4001

0,37

45

220

1,5

4001

60

220

1,6

75

220

90

220

PTotal

PDinamis

PStatis

Qout
[m3/s]

[Pa]

[Pa]

[Pa]

0,043

-10

20

-30

3,977

0,063

-20

40

-60

0,44

6,887

0,110

-40

110

-150

4001

0,53

8,924

0,142

-60

200

-260

1,8

4000

0,58

9,991

0,159

-80

260

-340

1,9

4001

0,61

10,961

0,175

-90

310

-400

Tabel diatas adalah tabel data hasil pengujian fan dengan menggunakan
damper dengan bukaan 15 - 90.

Tabel 5.2 Data Hasil Pengujian Fan dengan Menggunakan VSD
Tegangan
[V]

Arus
[A]

Putaran
Motor
[rpm]

Torsi
[Nm]

51

0,4

995

0,03

Kecepatan
Udara
Rata-Rata
[m/s]
2,716

76

0,5

1411

0,1

135

0,9

2544

176

1,3

194
212

PTotal

PDinamis

PStatis

Qout
[m3/s]

[Pa]

[Pa]

[Pa]

0,043

-10

10

-20

3,977

0,063

-15

30

-45

0,26

6,887

0,110

-30

120

-150

3286

0,44

8,924

0,142

-40

220

-260

1,6

3623

0,52

9,991

0,159

-80

270

-350

1,9

3934

0,59

10,961

0,175

-90

320

-410

Tabel diatas adalah tabel data hasil pengujian fan dengan menggunakan
VSD dengan membuka bukaan damper 90, mengatur kecepatan udara dengan
menggunakan potensio pada VSD.

30

5.3.2 Analisa Data
-

Karakteristik Fan
Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Karakteristik F an

[Pa]


[kg/m3]

h
[in.wg]

20

995,26

0,080

Kecepatan
Udara
Rata-Rata
[m/s]
2,716

45

995,26

0,181

3,977

133,489

150

995,26

0,604

6,887

233,076

260

995,26

1,048

8,924

300,881

350

995,26

1,411

9,991

336,901

410

995,26

1,653

10,961

370,804

PStatis

Airflow Rate
[cfm]
91,111

1,8
Ps = 1E-05Q2 - 0,0009Q + 0,043
R² = 0,9985

1,6
1,4
1,2
1
Pstatis [in.wg]

0,8
0,6
0,4
0,2
0
0

100

200

300

400

Airflow Rate [cfm]
Gambar 5.7 Karakteristik Fan Sentrifugal

Dari grafik karakteristik fan diatas didapatkan hasil bahwa airflow rate
dengan tekanan statik berbanding lurus, yaitu semakin besar airflow rate maka
akan semakin besar pula tekanan statiknya, tetapi semakin kecil airflow rate maka
akan semakin kecil pula tekanan statiknya. Dari grafik diatas penulis
mendapatkan hasil karakteristik fan sentrifugal yang diuji coba dengan persamaan
Ps =110-5Q2 + 0,0009Q + 0,043.

31

Contoh Perhitungan Pengujian Fan dengan menggunakan damper :
Berdasarkan Rumus (2.1)
-

Daya listrik pada bukaan damper 90 dengan kecepatan udara 10,961 m/s.

Contoh Perhitungan Pengujian Fan dengan menggunakan VSD :
-

Daya listrik pada kecepatan udara 10,961 m/s yang diatur oleh VSD.

Berdasarkan Rumus (2.2)

Berdasarkan Rumus (2.3)

Berdasarkan Rumus (2.4)

Berdasarkan Rumus (2.5)

Berdasarkan Rumus (2.6)

*harga energi: Rp.1.535,05 /kWh

32

Tabel 5.4 Hasil Perhitungan Data Hasil Pengujian Fan dengan Menggunakan Damper dan VSD
Dengan Damper
Dengan VSD
Kecepatan
Penghematan
Udara
Bukaan
Daya
Tegangan
Arus
Daya
Tegangan
Arus
Daya
Rata-Rata
Damper
[kW]
[V]
[A]
[kW]
[V]
[A]
[kW]
[m/s]
[]
2,716
15
220
1,2
0,264
51
0,4
0,020
0,244
3,977

30

220

1,4

0,308

76

0,5

0,038

0,27

6,887

45

220

1,5

0,33

135

0,9

0,121

0,209

8,924

60

220

1,6

0,352

176

1,3

0,228

0,124

9,991

75

220

1,8

0,396

194

1,6

0,310

0,086

10,961

90

220

1,9

0,418

212

1,9

0,402

0,016

*Catatan : Pengujian VSD dilakukan dengan damper terpasang dan terbuka 90
Penghematan Energi

Penghematan
Daya
[kW]

Harian

Tahunan

Penghematan
Biaya - Tahunan
[Rp]

0,244

5,856

175,68

2137,44

3.281.077,00

0,27

6,48

194,4

2365,2

3.630.700,00

0,209

5,016

150,48

1830,84

2.810.430,00

0,124

2,976

89,28

1086,24

1.667.432,00

0,086

2,064

61,92

753,36

1.156.445,00

0,016

0,384

11,52

140,16

215.152,00

Bulanan
[kWh]

Dari tabel data diatas, didapatkan hasil bahwa :


Pada pengujian yang menggunakan damper , tegangan listrik motor konstan
yaitu 220 V, sedangkan arus listriknya semakin besar berbanding lurus
dengan semakin besarnya bukaan damper . Hal ini dikarenakan pada saat
bukaan damper kecil flow udaranya rendah sehingga beban motornya juga
rendah, semakin besar bukaan damper maka arus listrik akan semakin besar
karena flow udaranya besar sehingga beban motornya juga besar. Pada



pengujian ini dilakukan pada saat kecepatan motor konstan yaitu  4000 rpm.

Pada pengujian yang menggunakan VSD, tegangan listrik, arus listrik,
putaran motor berbanding lurus dengan flow udara yang diperlukan. Semakin
besar flow udara yang diperlukan maka akan semakin besar pula putaran
motor yang menyebabkan tegangan listrik dan arus listrik akan semakin
besar.

33

0,45
P = 3,4422Q2 + 0,2347Q + 0,2595
R² = 0,9488

0,4
0,35
0,3
P [kW]

P = 20,782Q2 - 1,9179Q + 0,0691
R² = 0,9986

0,25
0,2
P damper

0,15

P VSD

0,1

Poly. (P damper)

0,05

Poly. (P VSD)

0
0

0,05

0,1

0,15

0,2

Q [m3/s]
Gambar 5.8 Perbandingan Konsumsi Daya Listrik

4000000
3500000
3000000
Penghematan 2500000
Biaya 2000000
Tahunan
[Rp]
1500000
1000000
500000
0
0

0,05

0,1

0,15

0,2

Q [m3/s]
Gambar 5.9 Penghematan Biaya Fan yang Menggunakan Damper dan VSD



Dari grafik diatas, didapatkan hasil bahwa :
Semakin besar aliran udara yang diperlukan maka akan semakin besar pula
daya listrik yang digunakan. Perbedaannya tegangan pada bukaan damper
tegangan listrik yang diperlukan sama yaitu 220 V, sehingga kenaikan daya
listriknya tidak terlalu signifikan karena yang berubah hanya arus listriknya.
Sedangkan daya listrik yang menggunakan VSD berubahnya signifikan
karena ada dua variabel yang berubah yaitu tegangan listrik dan arus listrik
yang berubah seiring dengan perubahan flow udara.

34



Dengan flow udara yang dihasilkan sama antara yang menggunakan bukaan
damper dengan VSD didapatkan hasil bahwa terjadi penghematan konsumsi

energi. Penghematan tersebut nilainya berbeda – beda. Semakin besar flow
udara yang diperlukan maka akan semakin kecil penghematan konsumsi


energi yang terjadi.
Dari grafik perbandingan konsumsi daya listrik didapatkan persamaan untuk
damper dan VSD, penulis mencoba mengetahui sampai flow udara berapa

penggunaan VSD dapat efisien pada fan yang penulis gunakan. Dari
persamaan tersebut didapatkan hasil seperti di bawah ini :

Tabel 5.5 Prediksi Penghematan Konsumsi Daya Listrik
Q damper
[m3/s]
0,044

Q VSD
[m3/s]
0,044

P Damper
[kW]
0,276

P VSD
[kW]
0,024

0,065

0,065

0,289

0,032

0,113

0,113

0,329

0,117

0,147

0,147

0,368

0,236

0,164

0,164

0,390

0,313

0,18

0,18

0,413

0,397

0,185

0,185

0,420

0,425

0,19

0,19

0,428

0,454

0,2

0,2

0,444

0,516

0,21

0,21

0,460

0,582

0,22

0,22

0,477

0,653

0,7
0,6

P = 20,782Q2 - 1,9179Q + 0,0691
R² = 1
P = 3,4422Q2 + 0,2347Q + 0,2595
R² = 1

0,5
0,4

P damper

P [kW]
0,3

P VSD

0,2

Poly. (P damper)

0,1

Poly. (P VSD)

0
0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

Q [m3/s]
Gambar 5.10 Prediksi Penghematan Konsumsi Daya Listrik

35



Dari tabel dan grafik diatas, didapatkan hasil bahwa :
VSD yang diuji coba dapat digunakan sampai flow udara sebesar 0,18 m3/s,
hal ini terlihat bahwa masih adanya penghematan daya listrik, tetapi setelah
flow udara diatas 0,18 m3/s penggunaan VSD tidak bermanfaat lagi, karena



daya listrik VSD lebih besar dibandingkan dengan penggunaan damper.
Pada fan yang diuji coba, terjadi keterbatasan putaran motor yaitu hanya
sampai 4000 rpm, oleh karena itu penulis melakukan prediksi penghematan
konsumsi daya listrik sampai putaran diatas 4000 rpm dengan menggunakan
persamaan pada damper P = 3,4422Q2 + 0,2347Q + 0,2595, sedangkan
persamaan pada VSD P = 20,782Q2 - 1,9179Q + 0,0691 sampai terjadi titik
potong antara grafik daya listrik dengan menggunakan damper dengan VSD.

36

BAB VI
PENUTUP
6.1

Kesimpulan
Dari Data dan analisa pada bab V didapatkan kesimpulan sebagai berikut :



Karakteristik fan sentrifugal yang kami uji coba didapatkan hasil
dengan persamaan Ps =110-5Q2 + 0,0009Q + 0,043. Dimana Ps :



tekanan statik [in.wg] dan Q : airflow rate [cfm].
Berdasarkan grafik prediksi penghematan konsumsi daya listrik
penggunaan VSD yang diuji coba pada flow dibawah 0,18 m3/s dinilai
ekonomis karena konsumsi energi listriknya dibawah penggunaan



damper.

VSD yang diuji coba mampu menghemat energi listrik dari 0,016 kW
sampai dengan 0,27 kW.

6.2

Saran
Saran penulis untuk Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :



VSD digunakan untuk beban yang berubah – ubah atau tidak konstan,
untuk beban yang jauh lebih kecil daripada spesifikasi motor, hal ini



dilakukan agar terjadi penghematan.
Apabila beban yang dibutuhkan konstan atau kebutuhan beban sama
dengan spesifikasi motor lebih baik digunakan damper untuk
mengatur flow udara.

37

DAFTAR PUSTAKA
(1)

Arindya,

Radita.

2013.

Penggunaan

dan

Pengaturan

Motor

Listrik.Yogyakarta: Graha Ilmu.

(2)

Sulasno.

2009.

Teknik

Konversi

Energi

Listrik

dan

Sistem

Pengaturan.Yogyakarta: Graha Ilmu.

(3)

Loren Cook Company. 1999. Engineering Cookbook A Haand Book of
Mechanical Designer. Second Edition.

(4)

US Department of Energy (US DOE), Energy Efficiency and Renewable
Energy, 1989. Improving Fan System Performance – a sourcebook for
industry.

(5)

V, Pande.M. 2011. Energy Audit of Pump & Fans.

(6)

Carbon Trust. Variable Speed Drives – Introducing Energy Saving
Opportunities for Business.

(7)

Holman,J.P. 1997. Perpindahan Kalor . Jakarta: Erlangga.

(8)

http://www.pln.co.id/dataweb/TTL2014/03_Tariff%20Adjusment%20Juli%
202014.jpg. Diakses pada hari Rabu, 16 Juli 2014 jam 14:00 WIB.