Penggunaan Inverter Untuk Pengaturan Putaran Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar (Aplikasi Pada Pompa Air Boiler PT. Socfin Indonesia Kec. Dolok Masihul, Kab. Deli Serdang Sumatera Utara)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Motor induksi adalah salah satu jenis dari motor-motor listrik yang bekerja berdasarkan
induksi elektromagnet. Motor induksi memiliki sebuah sumber energi listrik yaitu di
sisi stator, sedangkan sistem kelistrikan di sisi rotornya di induksikan melalui celah
udara dari stator dengan menggunakan dari media elektromagnet. Hal inilah yang
menyebabkannya diberi nama motor induksi. Adapun penggunaan motor induksi di
industri ini adalah sebagai penggerak, seperti untuk kipas, kompresor, pompa yang
digunakan penggerak di utama proses produksi dan jugauntuk lainnya [1].
Dalam penggunaannya, sebagian motor induksi tiga phasa memerlukan pengaturan
putaran. Pengaturan putaran dilakukan agar motor dapat menghasilkan kerja sebagai
penggerak pada pompa air boiler yang diperlukan. Ada beberapa caradilakukan untuk
mengatur putaran motor, dibahas mengatur putaran inverter.
Pengaturan putaran motor dengan menggunakaan inverter digunakan mengatur
putar rotor motor ainduksi suplai tegangan bolak-balik [2].
2.2 Konstruksi Motor Induksi
Konstruksi motor induksi terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator.Rotor
merupakan bagian berputar dan stator merupakan bagiandiam.Pengaturan putaran
dilakukan agar motor juga dapat dipakai untuk digunakan sebagai penggerak pada
bagian yang dimana di bagian yang ada beberapa hal juga membentuk hal yang dapat
dibentuk untuk suatu kesesuaian dengan yang satu dan juga dapat digantikan suatu
dibagian-bagianya yang pada motor induksi yang dimana di berbagai bagian rotor yang
xiv
Universitas Sumatera Utara
lebih jelasnya konstruksi dari motor induksi tiga fasa ditunjukkan bagiannya seperti
pada Gambar 2.1 berikut:
Gambar 2.1 Konstruksi umum motor induksi
2.2.1 Stator
Stator merupakan bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam
atau tidak bergerak dan auntuk tempat amengalirkan arus fasa (Gambar 2.2).
Stator mempunyai bagian :
1. Gandar, fungsinya sebagai penopang dan sebagai pelindung bagian dalam mesin
induksi.
2. Inti stator, terbuat bahan laminasi logam yang disusun berlapis-lapis dari inti
stator.
3. Kumparana stator yang dimana kumparan tersebut kumpulan inti dari motor
induksi.
Gambardari konstruksi stator dan bentuk stator suatu motor induksi tiga fasa rotor
asangkar yang digunakan ditunjukkan seperti pada Gambar 2.2 berikut:
Gambar 2.2 Stator
xv
Universitas Sumatera Utara
Bentukapadaaada putaranayangadimanaabentukaajugaabervariasiaantaraabagian
motor-motoraberputarayaituamotorainduksiatigaafasaarotorasangkaradanarotorabelitan.
2.2.2 Rotor
Rotor merupakan bagian dari mesin induksi yang berputar dan terletak di dalam
motorainduksi danastator. Rotor terdiri dari 2 bagian yaitu rotor sangkar dan rotor
belitan.
Padaarotorasangkarajaaterdiriadariasusunanabatangakonduktorayang juga ada di
bagian untuk dibentangkan ke dalam slot-slot yang terdapat pada permukaan rotor dan
tiap-tiap ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan cincin aluminium. Batang
rotor dan cincin ujung sangkar tupai yang kecil merupakan hasil cetakan tembaga atau
aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor, maka batang rotor ini kelihatan seperti
kandang tupai sehingga disebut motor induksi rotor sangkar tupai dan berikut gambar
rotor sangkar tupai yag ditunjuk bagian seperti pada Gambar 2.3 :
Gambar 2.3 Rotor sangkar tupai
Berbeda adengan rotor abelitan, rotor adililit adengan alilitan terisolasi dengan
lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan dengan hubungan wyedan masing-masing
ujung fasa terbuka dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Slot
rotor dari seri starting dan kecepatan yang dibuat untuk yang dimana akan diselesaikan
dan dibentuk di satu bagian yang dapat dibentuk juga sesuatu yang diadanya ada selama
xvi
Universitas Sumatera Utara
pengasutan. Penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan mengahasilkan
torsi yang lebih besar dengan arus starting yang sangat kecil dibandingkan dengan
bagian rotor sangkar.
Konstruksi motor induksi tiga fasa dengan menggunakan rotor belitan dapat
ditunjukdengan satu gambar yang digambar seperti pada Gambar 2.4 berikut[3] :
Gambar 2.4 Konstruksi rotor belitan
2.3 Medan Putar
Medan putar disebut fluks yang berputar yang dihasilkan dalama kumparan stator
sehingga amenimbulkan aperputarana motor apada mesin arusa bolak-balik. Medan
putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak yang
umumnya fasa tiga dan kegunaan dari medan putar adalah untuk memotong konduktor
pada kumparan jangkar dan menghasilkan arus jangkar dan karena rangkaian tertutup
maka timbul fluksi motor dan timbul gaya Lorentz sehingga menghasilkan medan putar
dan motor berputar yang dimana sesuai ketentuan pada sub bab 2.4 yang menyebabkan
motor dapat berputar.Adanya putaran dalam motor induksi 3 fasa terjadi akibat adanya
medan putar (fluks yang berputar)adanamedan aputar yang berada pada atau di bagiana
stator dihubungkanfasa banyak, umumnya tiga fasa [4].
Pada saat terminal tiga fasa motor induksi dihubungkan dengan suplai tiga fasa
maka arus bolak-balik tiga fasaia, ib, ic,yang terpisah sebesar 1200 satu sama lain akan
mengalir pada kumparan stator. Arus-arus ini akan menghasilkan gaya gerak magnet
xvii
Universitas Sumatera Utara
yang kemudian menghasilkan fluks yang berputar atau disebut juga medan putar. Untuk
melihat bagaimana medan putar dihasilkan, dapat diambil contoh sebuah motor induksi
tiga fasa yang dihubungkan dengan sumber tiga fasa sehingga stator mengalir arus
3fasa medan putar seperti pada Gambar 2.5 berikut:
Gambar 2.5 Medan putar motor induksi 3 fasa
Gambar 2.5 a merupakan proses dari medan putar pada motor induksi yang
digambarkan mengalami perputaran sebesar a360 aderajata dan amenunjukkan arah
fluksnyaadengan waktu tertentu amaka akan adapat adilihat aamplitudonya.
aaaaGambar 2.5 b merupakan bentuk gelombang sinusoidal yang dimana saat terjadi
medan putar dengan waktu tertentu maka akan dapat dilihat amplitudonya.aaaa
aaaaGambar 2.5 c merupakan proses pertama terjadinya adanaya suatu medan putar
dengan waktuayang diperlukan di saat pertama aadan kemudian juga ada pada bagian
yang memiliki suatu perbedaan aposisi lalu amemilikia perbedaan asudut asebesar a120
derajatayangaposisinyaadimulaiadariaA’-C-B’-A-C-B.aaaa
aaaaGambar 2.5 d merupakan proses pertama terjadinya medan putar dengan
waktuaperbedaan asudut asebesar 120 derajat ayang posisinya awaktu tertentu antara di
xviii
Universitas Sumatera Utara
kedua dan memiliki perbedaan posisi akan adapat adilihat aamplitudonya ajuga ada
yang dimulai di suatu bagian yaitu yang ada berada yang dimana dimulai dari C-B’-AC’-B-A’.
aaaaGambar 2.5 e merupakan proses pertama terjadinya medan putar dengan waktu
ketiga dan memiliki perbedaan aposisi alalu juga dapat disamakansehingga memiliki
perbedaan asudut asebesar a120 derajat ayang aposisinya awaktu tertentu maka
akanadapat
adilihat
aamplitudonya
dimulai
dari
B’-A-C’-B-A-C.aaaa
aaaaGambar 2.5 f merupakan proses pertama terjadinya medan putar dengan waktu
keempat dan memiliki perbedaan posisi lalu jugadapat disamakansehingga memiliki
perbedaan sudut sebesar 120 derajat yang posisinya waktu tertentu maka akan adapat
dilihat apada abentuk aamplitudonya adimulai dari A-C’-B-A’-C-B’.
Oleh karena itu, auntuka mesin dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan
putaranaadariaasinkronadiaditurunkanadenganasuatuabagianasebagaiaberikuta[5]:aaaa
aaaa
=
120
a(rpm).............................................................................................(2.1)
Dimana :
f = frekuensi (Hz)
p = jumlah kutub
= kecepatan sinkron (rpm)
2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa
Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada stator akan dihasilkan
arus tiga fasa. Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik keenergi
mekanik. Listrik yang diubah merupakan listrik tiga phasa. Arus pada rotor didapat dari
arus induksi dimana arus ini berada dalam medan magnetik sehingga akan terjadi gaya
(F) pada rotor yang akan menggerakkan rotor dalam arah tegak lurus medan. Arus ini
xix
Universitas Sumatera Utara
akan mengalir melalui belitan yang akan menimbulkan fluks dan karena aadanya
perbedaan sudut fasa sebesar 120 derajat antara ketiga fasanya, maka akan timbul
medan putar dengan kecepatan sinkrontegangan tiga fasa, maka pada stator akan
dihasilkanaputaranapadaamotorainduksiatigaafasaadenganapersamaana2.1.aDiabagian
statorasendiriatimbulateganganadiatiapafasaadenganarumusayangaditurunkanadengana:
aaa
= 4,44
a(V)…….……………………………………………….(2.2)
Dimanaa:
aaa=ateganganapadaastatora(Volt)
4,44a=akonstanta
faaaa=afrekuensia(Hz)
aa=ajumlahalilitan
= fluks (Wb)
Dalam keadaan rotor masih diam, medan putar stator akan memotong batang
konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan timbul tegangan induksi dengan
rumus seperti pada persamaan 2.2.Karena kumparan rotor membentuk rangkaian
tertutup, maka GGL tersebut akan menghasilkan arus
. Adanya arus
di dalam
kumparan rotor akan menhasilkan medan magnet rotor. Interaksi medan magnet rotor
dengan medan putar stator akan menimbulkan gaya F pada rotor. Bila kopel mula yang
dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar
searah medan putar stator. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar
untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator. Adanya
arus
di dalam kumparan rotor akan menhasilkan medan magnet rotor. Perputaran
rotor akan semakin menigkat hingga mendekati kecepatan sinkron rotor akan
menghasilkan medan magnet rotor. Adanya arus
di dalam menjadi suatu akan
xx
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan medan magnet rotor. Kecepatan sinkron medan putar stator ( ) dan
kecepatan rotor (
aaaa =
−
) disebut dengan slip kemudian dinyatakan dengan [6]:
100%a(%)………………...……………………….…………...…..(2.3)
Dimana :
s = slip (%)
n! = kecepatan pada stator (rpm)
n) = kecepatan pada rotor (rpm)
2.5 Rangkaian Ekivalen Pada Motor Induksi
Sebuah motor induksi identik dengan sebuah transformator. Oleh sebab itu,
rangkaianaekivalenamotorainduksiamiripadenganasuatuarangkaianaekivalenatransform
ator. Perbedaannya hanyalah bahwa kumparan rotor dari motor induksi berputar, yang
berfungsi untuk menghasilkan daya mekanik. Rangkaian ekivalen motor induksi
dihasilkan dengan cara yang sama sebagaimana halnya pada transformator. Semua
parameter-parameter rangkaian ekivalen yang akan dijelaskan berikut mempunyai nilainilai perfasa hal ini dimaksudkan untuk mempermudah analisis. Rangkaian ekivalen
motor induksi dihasilkan dengan cara yang sama sebagaimana juga halnya dengan
pembentukan rangkaian ekivalen yang dimana rangkaian ekivalen tersebuit juga
digunakan untuk menyederhanakan bagian dari perhitungan yang digunakan pada
motor induksi tiga fasa rotor sangkar untuk membentuk dalam perhitungan yang
singkat dan juga memiliki persamaan yang tepat sesuai dengan yang diperlukan saat
menganalisis di pakai juga untuk perhitungan theory halnya pada transformator bahwa
kumparan rotor dari motor induksi dapat juga berputar dan digunakan adanya suatu
rangkaian ekivalen untuk membentuk suatu bagian yang dimana juga akan membentuk
bagian yang ada dan juga kemudian menghasilkan suatu rangkaian motor induksi
xxi
Universitas Sumatera Utara
tiga fasa dan begitu juga untuk yang lain dan juga rangkaian ekivalen dari motor seperti
pada Gambar 2.6 sebagai berikut :
Gambar 2.6 Gambar rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa
Gambar di atas merupaka gambar rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa yang
memiliki suatu bagian stator dan rotor yang dimana pada motor. Pada bagian stator dan
rotor dapatadijelaskan simbol-simbolya gambar sebagai berikut [7] :
* aa=ateganganasumbera(V)
= arus dari tegangan sumber (A)
+
= arus primer yang mengalir saat bagian komponen rugi-rugi (A)
,- = resistansi tembaga (ohm)
./ = induktansi magnetik (henry)
,
= resistansi pada stator (ohm)
.
= induktansi pada stator (henry)
= tegangan pada stator (V)
0
= tegangan pada bagian rotor (V) (S = slip karena tegangan di rotor muncul karena
adanyaa induksi tegangan untuk stator dan slip).
0. = tegangan pada induktansi pada bagian rotor (V) (S = slip karena tegangan di
rotor muncul karena ada induksi tegangan dari stator dan slip).
xxii
Universitas Sumatera Utara
,
= resistansi pada bagian rotor (ohm)
= arus yang mengalir pada rotor (A)
2.6 Cara Yang Perlu Dilakukan Untuk Mengatur Putaran Pada Motor Induksi 3
Fasa
Cara yang dilakukan untuk mengatur putaran motor induksi dapat dijelaskan
bagaimana mengaturnya agar tidak terjadi kesalahan dengan cara sebagai berikut:
1. Mengaturanilaiadariajumlahakutubapadaamotor
Dapat dilakukan dengan cara menyesuaikan jumlah kutub yang ada dengan yang
diperlukan untuk menghasilkan putaran yang diinginkan dengan pemahaman dari
rumus : n! = (120 x f) / p. Dari rumus dapat disimpulkan bahwa jumlah kutub
berbanding terbalik dengan kecepatan putaran sehingga semakin kecil nilai dari
jumlah kutub maka kecepatan putaran akan besar nilainya.
2. MengaturanilaiadariaFrekuensiaSumber
Dapat dilakukan dengan menggunakan alat yaitu inverter yang digunakan untuk
mengatur frekuensi yang kemudian setelah diatur maka disupply ke peralatan
listrik yang memerlukannya dengan pemahaman dari rumus :n! = (120 x f) / p.
Dari rumus dapat disimpulkan bahwa frekuensi berbanding lurus dengan
kecepatan putaran sehingga semakin besar frekuensi yang dihasilkan oleh inverter
maka kecepatan putaran semakin besar.
3. MengaturanilaiadariaTeganganaSumber
Dapat dilakukan dengan menggunakan alat yaitu inverter yang digunakan untuk
mengatur tegangan. Persamaan dari torsi motor induksi tiga phasa menjelaskan
bahwa torsi sebandingdengan pangkat dua tegangan yang diberikan. Pada beban
tertentu dengan menganggap besarnya tahanan rotor dan reaktansi rotor konstan
serta slip yang kecil, dengan merubah nilai tegangan input maka akan konstan
xxiii
Universitas Sumatera Utara
serta slip yang kecil maka perubahan kecepatan ada. Pengaturan putaran motor
induksi tiga phasa dengan cara mengatur tegangan sumber mempunyai daerah
kerja yang sempit.
4. MengaturanilaiadariaTahananaLuar
Dilakukan dengan mengatur nilai dari jumlah motor induksi tiga phasa yang
dipasang diluar dari motor induksi dan menyesuaikan antara nilai kecepatan putaran
dengan tahanan luar.Perbandingan antara nilai tahanan luar dengan nilai kecepatan
putaran berbanding terbalik karena saat adanya tahanan luar maka torsi semakin
besar [8].
2.7 Hubungan Antara Frekuensi, Kecepatan dan Torsi
1.
Hubunganafrekuensiadenganatorsi
Kecepatan sinkron motor induksi tergantng pada frekuensi input. Untuk
menjagaagar konstan, maka tegangan dan frekuensi input tervariasi sama dan
sebanding. Jika frekuensi dibuat dua kali, maka frekuensi juga dibuat dua kali.
Jikaa frekuensi adan ategangan ainput adinaikkan, maka kecepatan putar motor
akan semakin cepat.
2.aaHubunganakecepatanadenganatorsi
aaaaBerdasarkan rumus Pm = 1 . T jika dayamekanik (Pm) dianggap konstan maka
aaaabesarnya torsi tergantung dari kecepatan sudut (ω). Jika putaran rotor
aaaadipercepat, maka torsi yang dihasilkan kecil, sedangkan jika torsinya besar
aaaamakaakecepatannyaapunaakanamenjadiasemakinalambatadanamenurunadiaadanya
aaaasehinggaamenghasilkanatorsiamenurunadanajuga pada bagian itu juga akan
aaaamembentuk bagian yang dimana juga bagian tersebut merupakan suatu hal yang
aaaadimana juga menghasilkan adanya suatu pembentuk dari apadaarumusayangaada.
xxiv
Universitas Sumatera Utara
3.aaHubunganateganganadenganatorsiaaa
aaaaBesarnya torsi suatu motor induksi tergantung pada tegangan lalu frekuensi
aaaayangadiberikanauntukastator.aBilaafatetapamakaaTa«aV2adanasebaliknya[9].
2.8aPenggunaanaInverteraPadaaPengaturanaPutaranaMotoraInduksiaaa
aaaaInverter yang digunakan adalah inverter tiga fasa dengan frekuensi dan tegangan
berubah dan pada inverter ini ditambahkan suatu rangkaian yang mampu mengubah
besar perubahan tegangan yang terjadi menjadi perubahan frekuensi dan Gambar 2.7
dari pengaturan putaran motor induksi tiga fasa yang terdiri daria:
1. Rangkaian penguatan (untuk memberikan penguatan tegangan saat mengatur
frekuensi dapat diubah menjadi tegangan searah dengan bantuan tegangan (*3).
2. Rangkaian pembatas (untuk memberikan batasan frekuensi saat tegangan searah
lalu level tegangan dc dengan memberikan periode tertentu).
3. Rangkaian pembentuk harga mutlak (untuk memberikan nilai dari frekuensi yang
telah diatur dengan akurat).
4. Rangkaian integrasi (untuk menghilangkan frekuensi tinggi saat melakukan
pengaturan frekuensi dan pemberian nilai frekuensi).
5. Rangkaian pembentuk gelombang sinusa (untuk mengubah suatu gelombang dari
gelombang arus searah bolak-balik yang dapat diatur frekuensinya).
6. Simbol *3 adalah tegangan masukan yang diperlukan untuk memperkuat rangkaian
penguatan saat menerima tegangan dan frekuensi arus bolak-balik untuk dapat
dibentuk menjadiategangan dan frekuensi arus searah.
7. Titik A adalah keluaran dari rangkaian integrator yang dimana saat menghasilkan
keluaran pada titik A maka untuk menghilangkan frekuensi-frekuensi yang dapat
mengganggu gelombang pada keluaran titik A dapat diatasi dengan memberikan
xxv
Universitas Sumatera Utara
tegangan arus searah sebagai penetralisir untuk frekuensi yang dapat mengganggu
stabilan gelombangseperti pada Gambar 2.7 berikut:
Gambar 2.7 Gambar Rangkaian Blok Inverter 3 fasa dengan frekuensiadanategangan
berubah..................................................
Adapun bentuk gelombangbagian seperti pada Gambar 2.8sebagai berikut:
Gambar 2.8 Gambar Output Blok 3
Gambar diatas merupakan gelombang keluaran saat berada pada rangkaian
pembentuk harga mutlak / harga tetap dari tegangan yang frekuensinya agar terjadi
perubahan untuk membentuk gelombang yang terdiri dari suatu sehingga dapat
dibentuk berdasarkan sesuatu yang dapat dibuat dan dihasilk berdasarkan pada suatu
asal yang dimana pada bagian yang sesuai dengan pembentukan dari dan kemudian
adanya hal tersebut juga menghasilkan suatu bagian yang dimana ada pembagian dari
bentuk yang akan menghasilkan suatu bagian yang ada dan juga kemudian di bentuk
suatu pembagian berdasarkan pada hasil yang da dan yang juga untuk dibagi perubahan
xxvi
Universitas Sumatera Utara
frekuensi dan tegangan. Proses pembentukan suatu gelombang yang juga dimulai dalam
kiri ke kananada juga seperti pada Gambar 2.9 berikuta:
Gambar 2.9 Gambar Output Blok 4
Gambar diatas merupakan gelombang output saat berada pada rangkaian
integrator yang dimana setelah diberikan nilai frekuensi dan tegangan yang ditetapkan
dari rangkaian pembentuk harga absolute. Proses pembentukan dari gelombang dimulai
dari kiri ke kananada juga seperti pada Gambar 2.10 berikut:
Gambar 2.10 Gambar Output Blok 5 (Sebelum diubah menjadigelombang sinus)
Gambar diatas adalah bentuk gelombang yang akan diubah menjadi gelombang
sinus murni agar menjadi frekuensi dan tegangan ac secara bertahap dan frekuensi juga
tegangan nya dapat diatur sesuai dengan yang diperlukan untuk kerja motor induksi
saat digunakan sebagai penggerak untuk menghasilkan daya yang sesuai dan tepat lalu
akurat yang sesuai dengan yang dibutuhkan oleh sistem.
Inverter digunakan untuk mengatur frekuensi motor induksi agar dapat
mengendalikan kecepatan motor induksi yang diikuti dengan pengaturan tegangan
masuka(*4) yang sebanding dengan frekuensi tersebut karena untuk fluks konstan.
xxvii
Universitas Sumatera Utara
Inverter merupakan peralatan untuk merubah tegangan arus bolak-balik dengan
frekuensi tertentu (dalam hal ini frekuensi dari PLN) menjadi tegangan arus searah
yang diproses dengan rangakaian switching supaya frekuensi konstan (50Hz) dapat
dirubah
sesuai kebutuhan, kemudian dirubah
menjadi tegangan
bolak-balik
yangatelahaberubah.aaaaaa
Beban listrik / keluaran dari inverter dapat digunakan untuk pompa hidrolik
umpan air yang berupa motor induksi AC, putar sesuai frekuensi input dengan range
lebih lebar dengan persamaan ns = (120 x f) / p dengan cara ini sangat efisien dan
daerah pengaturan pun cukup lebar dan mahal [10].
2.9 Penggunaan Motor Induksi Pada Pompa Air Boiler
Motor Induksi yang digunakan pada pompa air boiler adalah motor induksi tiga
fasa untuk menggerakkan pompa air boiler yang air yang digunakan adalah air
demineralisasiHasil terakhir air yang sudah melalui proses demin /air yang mengalami
proses air demineralisasi. Pompa memiliki dua kegunaan utama, yaitu:
1. Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer
bawah tanah ke tangki penyimpan air) dari bawah tanah keapompa air.
2. Mensirkulasikan cairan sekitar sistim (misalnya air pendingin atau pelumas yang
melewati mesin-mesin dan peralatan) dari mesin yang satu ke mesin lain.
Air pengisi boiler ditampung pada 4 buah tangki (tangki penampung air) atau
yang sering disebut tangki condensate yang berkapasitas total 2650 m6.Tipe boiler
yang digunakan adalah water tube boiler dengan high pressureboiler feed pump yang
dimana tipe ini memiliki karakteristik : boiler ini memiliki tekanan steam operasi lebih
dari 15 psig dengan kapasitas antara 4.500-12.000 kg/jam atau menghasilkan air panas
dengan tekanan diatas 160 psig atau dengan menggunakan dari suatu temperatur diatas
xxviii
Universitas Sumatera Utara
2500F. Tekanannya yang tinggi menyebabkan boiler ini dapat membangkitkan energi
listrik dan sisanya dapat didaura untuk amengoperasikan proses di industri.
Cara kerja water tube boiler adalah proses pengapian terjadi di luar pipa,
kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air
tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui ekonomisir, kemudian uap yang
dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuah penampung uap. Sampai
tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap pemanasan kedua dan tahap pemanasan
pertama, baru uap dilepaskan ke pipa utama distribusi. Berikut merupakan visual boiler
seperti pada Gambar 2.11berikuta:
Gambar 2.11 Boiler tipe air
Gambar diatas adalah gambar dari boiler tipe air yang dimana saat boiler bekerja
menggunakan air yang diuapkan yang sesuai dengan yang dibutuhkan saat proses
penguapan oleh boiler agar melalui jumlah air yang disesuaikan dengan tekanan yang
ingin dihasilkan untuk digunakan uap tersebut generator turbin uap seperti percobaan
dengan menggunakan dari suatu bagian yang ada dengan karakteristik boiler tipe air
adalah:
1. Forced, induced dan balanced draft untuk meningkatkan efisiensi pembakaran.
xxix
Universitas Sumatera Utara
2. Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan yang
berasal dari air.
3. Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi dan juga untuk
meningkatkan efisiensi panas yang tinggi.
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai
terbentuk air panas atau uapan. Air panas atau uapan pada tekanan tertentu kemudian
digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalahmedia yang berguna
dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai
menjadi uap, volumenya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang
menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak,sehingga boiler harus dijaga dengan
sangat baik. Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem uapan dan sistem bahan
bakar [11].
2.10 Perhitungan Kinerja Pompa
Perhitungan kinerja pompa yang memerlukan kerja motor induksi untuk
menghasilkan data yang akurat juga dapat dibentuk sehingga juga dapat menghasilkan
persamaan yang dibentuk juga dengan kemudian diturunkan agar dapat menjadi rumus
sesuaiakemudianadibentukadanadirumuskanasuatuarumusauntukadibentukaberdasarkn
padaaatetapanaasebagaiaaberikuta:aaaaa
Dayaakeluarapompaa(kW)a=a
Dimana :aaaaaaaaaaaaaaaaaa
7 8 9 8 : 8 ;
…………..……………………………...(2.4)
+++ < 6=++
::
aa
Qa=adebitaalirana(m3/s)
xxx
Universitas Sumatera Utara
Ha=abagianapembuangana(m)
>a=amassaajenisafluidaa(kg/m3)
ga=apercepatan gravitasi (m/s2)
Dan untuk mengetahui daya masuk yang dibutuhkan untuk kerja motor induksi
tiga fasa dihasilkanasehingga ajuga untuk dipakai menggunakanrumusa:
aaaaaDayaamasuka=a√3x*
CosΦ a(W)…………………………………….(2.5)
Dimana :
Daya masuk
= daya masuk (W)
*
= tegangan (V)
= arus (I)
CosΦ
= faktor daya
Pada pembentukannya, ada juga yang mengambil data secara langsung dan ada
juga dengan menggunakan rumus dan mengambil data secara langsung mengukur debit
pada pompa air boiler dengan cermat sehingga diperoleh suatu ketepatan dalam hal
mengambil dan menyusun lalu menampung air yang mengalir pada pembebanan
tertentu lalu mendapatkan nilai dari debit suatu pompa air boiler dan juga kemudian
untuk ke boiler saat pengolahan dengan menggunakan aturan yang diturunkanajuga
dengan aberdasarkan asal dari rumusa:
aaaaaQ =
/
H
(kg/I6 ) …..………..…………………………………………...………(2.6)
Dimana :
Qa=aflowa(kg/I6)
ma=amassaa(kg)
v = volume (I6 )
xxxi
Universitas Sumatera Utara
Kemudian ditentukan kembali nilai Q dengan rumus yang berbeda untuk satuan
yang berbeda dan nilai v menggunakan alat current meter lalu nilai Q juga didapat
berdasarkan turunan dari rumus juga adan adengan menggunakan rumusa:
aaaaaQ = v.A (m6 /jam)…….…………………………………...………………......(2.7)
Dimana :
Qa=adebitaaira(m6/jam)
va=akecepatanaaliranaaira(m/s)
A = luas penampang (m )
Dan juga pada penyusunan dari suatu nilai yang tepat pada saat pengaturan data
yang diperlukan dalam hal yang digunakan yaitu dengan mengambil data secara akurat
dan juga tepat maka menggunakan suatu rumus yang dimanan untuk menghasilkan
suatu bilangan yang baik dan juga benar pada saat penyusunannya digunakan di
percobaan dengan cara untuk menghasilkan nilai yang tepat dan kemudian untuk
menghitung efisiensi motor induksi yang menggunakan inverter dengan menggunakan
persamaan yang berdasarkan pada perhitungan dari rumusa:
aaaaan =
LMNO
L4P
(%)…………………....…………....……...…………………………(2.8)
Dimana :
Pouta=adayaakeluarana(W)
Pin = daya masuk (W)
xxxii
Universitas Sumatera Utara
2.11 Standar Air Umpan Pada Pompa Air Boiler
Air umpan adalah air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi uap. Dan
sedangkan sistem air umpan adalah sistem penyediaan air secara otomatis untuk
pompa di boiler sesuai diperlukan uap atau proses yang dari penguapan air.
Persyaratan air umpan boiler diperlukan untuk menghindari endapan yang
dibentuk dari air yang menyebabkan endapan kerak pada boiler dan sistem penunjang
sehinggaaharusajugaadidapataairapengisiaketeladidapatkanadaria2asumbera:
a.aAirAKondensat
Didapatkan dari hasil pengembunan uap bekas yang telah digunakan sebagai pemanas
pada media penggerak utama, baik itu uap kering dan uap kenyang, yang telah
digunakan sebagai penggerak turbine uap dan mesin uap akan menghasilkan uap bekas
tersebut ditampung pada suatu pipa da bertekanan 0,6-1,5 kg/cm2 (sesuai yang
diinginkan), digunakan sebagai pemanas nira, penguapan dan masakan dan karena
perbedaan panas antara uap kenyang dengan nira encer dan nira kental yang dipanaskan
tersebut, maka terjadilah pengembunan yang disebut kondensat. Kondensat tersebut
ditampung dan dialirkan ke stasiun boiler, sebagai air pengisi ketel dan air kondensat
yangatepatadanabaikadipakaiamemenuhiapersyaratanadenganapHa8,5,azataCaaCO3a2,
besiasebagaialogamaFea0,002adanaoksigenasebagaiazataO2a0,02.
b.aAiraDemineralizeraaaaaa
aaaaaaaDidapatkan dari raw Water yang telah melalui proses penjernihan dan
pemurnian atau proses pemurnian air. Air yang didapatkan dari sumur bor, ditampung
pada kolam air, dipompa kedalam tangki penyaringan utama yang berfungsi sebagai
penyaring kotoran-kotoran alam misalnya : lumpur, dsb. Setelah melalui sand filter, air
diteruskan melaui penyaringan yang kedua yang berfungsi sebagai pelunak air yaitu
pengikat kotoran kimia misalnya : Magnesium (Mg) dan Calsium (Ca) yang disebut
xxxiii
Universitas Sumatera Utara
hardness. Sebagai pemurnian terakhir, Air yang sudah dulunakan tersebut diteruskan
melalui proses demineralisasi pertukaran ion. Hasil terakhir air yang sudah melalui
prosesademinadikirimakeaboilerasebagaiaairapengisiaboilera(tangkiapenampung untuk
air)adanasyarat-syaratademineralisasiadenganapHa7,5,akekerasana0,zataSiO2adengan
ada nilaia5 dan konduktivitas 10
Air pengisi boiler ditampung pada 4 buah tangki (tangki penampung air) atau
yang sering disebut tangki kondensat yang berkapasitas total 2650I6 [12].
2.12 Penggunaan Uap Boiler Pada Generator Turbin Uap
Penggunaan uap boiler pada generator turbin uap adalah mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis
dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung atau dengan bantuan roda gigi
reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akan digerakkan. Tergantung pada jenis
mekanisme yang digunakan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang seperti
pada bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi. Pada
proses perubahan energi potensial menjadi energi mekanisnya yaitu bentuk putaran
dilakukan dengan berbagaicara.aaaaa
Pada dasarnya turbin uap terdiri dari dua bagian utama, yaitu stator dan rotor yang
merupakan komponen utama pada turbin kemudian di tambah komponen lainnya yang
meliputi pendukunnya seperti bantalan, kopling dan sistem bantu lainnya agar kerja
turbin dapat lebih baik. Sebuah turbin uap memanfaatkan energi kinetik dari fluida
kerjanya yang bertambah akibat penambahan energi termal.Prinsip kerja turbin uap
pada turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang.Sudu-sudu ini berputar karena tiupan
dari uap bertekanan yang berasal dari ketel uap, di telah dipanasi terdahulu dengan
memakai bahan bakar padat, cair dan gas.
xxxiv
Universitas Sumatera Utara
Pada percobaan yang dilakukan menggunakan temperatur boiler 260℃ dengan
test pressure : 12,2 kg/RI ; 14,3 kg/RI ; 16,25 kg/RI ; 18,4 kg/RI ; 20,2 kg/RI
; 22,5 kg/RI ; 24, 95 kg/RI dan 32 kg/RI .Setelah boiler menghasilkan uap dengan
tekanan± (lebih kurang) 20 kg/ cI dan generator turbin uap menghasilkan daya aktif
sebesar 520 kW lalu uap untuk menghasilkan daya aktif pada generator turbin uap
tersebut dialirkan menuju generator turbin uap dengan membuka kerangan. Setelah
generator turbin uap beroperasi normal, daya listrik disuplai ke Pengolahan MKS
(Minyak Kelapa Sawit), Pengolahan IKS (Inti Kelapa Sawit) dan ke stasiun boiler
untuk blower / pompa air, transport bahan bakar (seperti : konveyor, elevator bahan
bakar). Uap tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control valve yang akan
dipakai untuk memutarturbin yang dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama
halnya dikopel dengan sebuah generator di sinkron agar menghasilkan energi listrik
yang dibuat.
Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi
muncul menjadi uap bertekanan rendah.Panas yang sudah diserap oleh kondensor
menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju
boiler.Sisa panas dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula
yang masuk.Hal ini mengakibatkan efisisensi thermodhinamika suatu turbin uap
bernilai lebih kecil dari 50%.Turbin uap yang dibuat dalam bentuk yang juga dibuat
modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C sampai 6000C danatemperatur
kondensor 200C sampai 300C [13].
xxxv
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Motor induksi adalah salah satu jenis dari motor-motor listrik yang bekerja berdasarkan
induksi elektromagnet. Motor induksi memiliki sebuah sumber energi listrik yaitu di
sisi stator, sedangkan sistem kelistrikan di sisi rotornya di induksikan melalui celah
udara dari stator dengan menggunakan dari media elektromagnet. Hal inilah yang
menyebabkannya diberi nama motor induksi. Adapun penggunaan motor induksi di
industri ini adalah sebagai penggerak, seperti untuk kipas, kompresor, pompa yang
digunakan penggerak di utama proses produksi dan jugauntuk lainnya [1].
Dalam penggunaannya, sebagian motor induksi tiga phasa memerlukan pengaturan
putaran. Pengaturan putaran dilakukan agar motor dapat menghasilkan kerja sebagai
penggerak pada pompa air boiler yang diperlukan. Ada beberapa caradilakukan untuk
mengatur putaran motor, dibahas mengatur putaran inverter.
Pengaturan putaran motor dengan menggunakaan inverter digunakan mengatur
putar rotor motor ainduksi suplai tegangan bolak-balik [2].
2.2 Konstruksi Motor Induksi
Konstruksi motor induksi terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator.Rotor
merupakan bagian berputar dan stator merupakan bagiandiam.Pengaturan putaran
dilakukan agar motor juga dapat dipakai untuk digunakan sebagai penggerak pada
bagian yang dimana di bagian yang ada beberapa hal juga membentuk hal yang dapat
dibentuk untuk suatu kesesuaian dengan yang satu dan juga dapat digantikan suatu
dibagian-bagianya yang pada motor induksi yang dimana di berbagai bagian rotor yang
xiv
Universitas Sumatera Utara
lebih jelasnya konstruksi dari motor induksi tiga fasa ditunjukkan bagiannya seperti
pada Gambar 2.1 berikut:
Gambar 2.1 Konstruksi umum motor induksi
2.2.1 Stator
Stator merupakan bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam
atau tidak bergerak dan auntuk tempat amengalirkan arus fasa (Gambar 2.2).
Stator mempunyai bagian :
1. Gandar, fungsinya sebagai penopang dan sebagai pelindung bagian dalam mesin
induksi.
2. Inti stator, terbuat bahan laminasi logam yang disusun berlapis-lapis dari inti
stator.
3. Kumparana stator yang dimana kumparan tersebut kumpulan inti dari motor
induksi.
Gambardari konstruksi stator dan bentuk stator suatu motor induksi tiga fasa rotor
asangkar yang digunakan ditunjukkan seperti pada Gambar 2.2 berikut:
Gambar 2.2 Stator
xv
Universitas Sumatera Utara
Bentukapadaaada putaranayangadimanaabentukaajugaabervariasiaantaraabagian
motor-motoraberputarayaituamotorainduksiatigaafasaarotorasangkaradanarotorabelitan.
2.2.2 Rotor
Rotor merupakan bagian dari mesin induksi yang berputar dan terletak di dalam
motorainduksi danastator. Rotor terdiri dari 2 bagian yaitu rotor sangkar dan rotor
belitan.
Padaarotorasangkarajaaterdiriadariasusunanabatangakonduktorayang juga ada di
bagian untuk dibentangkan ke dalam slot-slot yang terdapat pada permukaan rotor dan
tiap-tiap ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan cincin aluminium. Batang
rotor dan cincin ujung sangkar tupai yang kecil merupakan hasil cetakan tembaga atau
aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor, maka batang rotor ini kelihatan seperti
kandang tupai sehingga disebut motor induksi rotor sangkar tupai dan berikut gambar
rotor sangkar tupai yag ditunjuk bagian seperti pada Gambar 2.3 :
Gambar 2.3 Rotor sangkar tupai
Berbeda adengan rotor abelitan, rotor adililit adengan alilitan terisolasi dengan
lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan dengan hubungan wyedan masing-masing
ujung fasa terbuka dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Slot
rotor dari seri starting dan kecepatan yang dibuat untuk yang dimana akan diselesaikan
dan dibentuk di satu bagian yang dapat dibentuk juga sesuatu yang diadanya ada selama
xvi
Universitas Sumatera Utara
pengasutan. Penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan mengahasilkan
torsi yang lebih besar dengan arus starting yang sangat kecil dibandingkan dengan
bagian rotor sangkar.
Konstruksi motor induksi tiga fasa dengan menggunakan rotor belitan dapat
ditunjukdengan satu gambar yang digambar seperti pada Gambar 2.4 berikut[3] :
Gambar 2.4 Konstruksi rotor belitan
2.3 Medan Putar
Medan putar disebut fluks yang berputar yang dihasilkan dalama kumparan stator
sehingga amenimbulkan aperputarana motor apada mesin arusa bolak-balik. Medan
putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak yang
umumnya fasa tiga dan kegunaan dari medan putar adalah untuk memotong konduktor
pada kumparan jangkar dan menghasilkan arus jangkar dan karena rangkaian tertutup
maka timbul fluksi motor dan timbul gaya Lorentz sehingga menghasilkan medan putar
dan motor berputar yang dimana sesuai ketentuan pada sub bab 2.4 yang menyebabkan
motor dapat berputar.Adanya putaran dalam motor induksi 3 fasa terjadi akibat adanya
medan putar (fluks yang berputar)adanamedan aputar yang berada pada atau di bagiana
stator dihubungkanfasa banyak, umumnya tiga fasa [4].
Pada saat terminal tiga fasa motor induksi dihubungkan dengan suplai tiga fasa
maka arus bolak-balik tiga fasaia, ib, ic,yang terpisah sebesar 1200 satu sama lain akan
mengalir pada kumparan stator. Arus-arus ini akan menghasilkan gaya gerak magnet
xvii
Universitas Sumatera Utara
yang kemudian menghasilkan fluks yang berputar atau disebut juga medan putar. Untuk
melihat bagaimana medan putar dihasilkan, dapat diambil contoh sebuah motor induksi
tiga fasa yang dihubungkan dengan sumber tiga fasa sehingga stator mengalir arus
3fasa medan putar seperti pada Gambar 2.5 berikut:
Gambar 2.5 Medan putar motor induksi 3 fasa
Gambar 2.5 a merupakan proses dari medan putar pada motor induksi yang
digambarkan mengalami perputaran sebesar a360 aderajata dan amenunjukkan arah
fluksnyaadengan waktu tertentu amaka akan adapat adilihat aamplitudonya.
aaaaGambar 2.5 b merupakan bentuk gelombang sinusoidal yang dimana saat terjadi
medan putar dengan waktu tertentu maka akan dapat dilihat amplitudonya.aaaa
aaaaGambar 2.5 c merupakan proses pertama terjadinya adanaya suatu medan putar
dengan waktuayang diperlukan di saat pertama aadan kemudian juga ada pada bagian
yang memiliki suatu perbedaan aposisi lalu amemilikia perbedaan asudut asebesar a120
derajatayangaposisinyaadimulaiadariaA’-C-B’-A-C-B.aaaa
aaaaGambar 2.5 d merupakan proses pertama terjadinya medan putar dengan
waktuaperbedaan asudut asebesar 120 derajat ayang posisinya awaktu tertentu antara di
xviii
Universitas Sumatera Utara
kedua dan memiliki perbedaan posisi akan adapat adilihat aamplitudonya ajuga ada
yang dimulai di suatu bagian yaitu yang ada berada yang dimana dimulai dari C-B’-AC’-B-A’.
aaaaGambar 2.5 e merupakan proses pertama terjadinya medan putar dengan waktu
ketiga dan memiliki perbedaan aposisi alalu juga dapat disamakansehingga memiliki
perbedaan asudut asebesar a120 derajat ayang aposisinya awaktu tertentu maka
akanadapat
adilihat
aamplitudonya
dimulai
dari
B’-A-C’-B-A-C.aaaa
aaaaGambar 2.5 f merupakan proses pertama terjadinya medan putar dengan waktu
keempat dan memiliki perbedaan posisi lalu jugadapat disamakansehingga memiliki
perbedaan sudut sebesar 120 derajat yang posisinya waktu tertentu maka akan adapat
dilihat apada abentuk aamplitudonya adimulai dari A-C’-B-A’-C-B’.
Oleh karena itu, auntuka mesin dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan
putaranaadariaasinkronadiaditurunkanadenganasuatuabagianasebagaiaberikuta[5]:aaaa
aaaa
=
120
a(rpm).............................................................................................(2.1)
Dimana :
f = frekuensi (Hz)
p = jumlah kutub
= kecepatan sinkron (rpm)
2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa
Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada stator akan dihasilkan
arus tiga fasa. Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik keenergi
mekanik. Listrik yang diubah merupakan listrik tiga phasa. Arus pada rotor didapat dari
arus induksi dimana arus ini berada dalam medan magnetik sehingga akan terjadi gaya
(F) pada rotor yang akan menggerakkan rotor dalam arah tegak lurus medan. Arus ini
xix
Universitas Sumatera Utara
akan mengalir melalui belitan yang akan menimbulkan fluks dan karena aadanya
perbedaan sudut fasa sebesar 120 derajat antara ketiga fasanya, maka akan timbul
medan putar dengan kecepatan sinkrontegangan tiga fasa, maka pada stator akan
dihasilkanaputaranapadaamotorainduksiatigaafasaadenganapersamaana2.1.aDiabagian
statorasendiriatimbulateganganadiatiapafasaadenganarumusayangaditurunkanadengana:
aaa
= 4,44
a(V)…….……………………………………………….(2.2)
Dimanaa:
aaa=ateganganapadaastatora(Volt)
4,44a=akonstanta
faaaa=afrekuensia(Hz)
aa=ajumlahalilitan
= fluks (Wb)
Dalam keadaan rotor masih diam, medan putar stator akan memotong batang
konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan timbul tegangan induksi dengan
rumus seperti pada persamaan 2.2.Karena kumparan rotor membentuk rangkaian
tertutup, maka GGL tersebut akan menghasilkan arus
. Adanya arus
di dalam
kumparan rotor akan menhasilkan medan magnet rotor. Interaksi medan magnet rotor
dengan medan putar stator akan menimbulkan gaya F pada rotor. Bila kopel mula yang
dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar
searah medan putar stator. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar
untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator. Adanya
arus
di dalam kumparan rotor akan menhasilkan medan magnet rotor. Perputaran
rotor akan semakin menigkat hingga mendekati kecepatan sinkron rotor akan
menghasilkan medan magnet rotor. Adanya arus
di dalam menjadi suatu akan
xx
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan medan magnet rotor. Kecepatan sinkron medan putar stator ( ) dan
kecepatan rotor (
aaaa =
−
) disebut dengan slip kemudian dinyatakan dengan [6]:
100%a(%)………………...……………………….…………...…..(2.3)
Dimana :
s = slip (%)
n! = kecepatan pada stator (rpm)
n) = kecepatan pada rotor (rpm)
2.5 Rangkaian Ekivalen Pada Motor Induksi
Sebuah motor induksi identik dengan sebuah transformator. Oleh sebab itu,
rangkaianaekivalenamotorainduksiamiripadenganasuatuarangkaianaekivalenatransform
ator. Perbedaannya hanyalah bahwa kumparan rotor dari motor induksi berputar, yang
berfungsi untuk menghasilkan daya mekanik. Rangkaian ekivalen motor induksi
dihasilkan dengan cara yang sama sebagaimana halnya pada transformator. Semua
parameter-parameter rangkaian ekivalen yang akan dijelaskan berikut mempunyai nilainilai perfasa hal ini dimaksudkan untuk mempermudah analisis. Rangkaian ekivalen
motor induksi dihasilkan dengan cara yang sama sebagaimana juga halnya dengan
pembentukan rangkaian ekivalen yang dimana rangkaian ekivalen tersebuit juga
digunakan untuk menyederhanakan bagian dari perhitungan yang digunakan pada
motor induksi tiga fasa rotor sangkar untuk membentuk dalam perhitungan yang
singkat dan juga memiliki persamaan yang tepat sesuai dengan yang diperlukan saat
menganalisis di pakai juga untuk perhitungan theory halnya pada transformator bahwa
kumparan rotor dari motor induksi dapat juga berputar dan digunakan adanya suatu
rangkaian ekivalen untuk membentuk suatu bagian yang dimana juga akan membentuk
bagian yang ada dan juga kemudian menghasilkan suatu rangkaian motor induksi
xxi
Universitas Sumatera Utara
tiga fasa dan begitu juga untuk yang lain dan juga rangkaian ekivalen dari motor seperti
pada Gambar 2.6 sebagai berikut :
Gambar 2.6 Gambar rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa
Gambar di atas merupaka gambar rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa yang
memiliki suatu bagian stator dan rotor yang dimana pada motor. Pada bagian stator dan
rotor dapatadijelaskan simbol-simbolya gambar sebagai berikut [7] :
* aa=ateganganasumbera(V)
= arus dari tegangan sumber (A)
+
= arus primer yang mengalir saat bagian komponen rugi-rugi (A)
,- = resistansi tembaga (ohm)
./ = induktansi magnetik (henry)
,
= resistansi pada stator (ohm)
.
= induktansi pada stator (henry)
= tegangan pada stator (V)
0
= tegangan pada bagian rotor (V) (S = slip karena tegangan di rotor muncul karena
adanyaa induksi tegangan untuk stator dan slip).
0. = tegangan pada induktansi pada bagian rotor (V) (S = slip karena tegangan di
rotor muncul karena ada induksi tegangan dari stator dan slip).
xxii
Universitas Sumatera Utara
,
= resistansi pada bagian rotor (ohm)
= arus yang mengalir pada rotor (A)
2.6 Cara Yang Perlu Dilakukan Untuk Mengatur Putaran Pada Motor Induksi 3
Fasa
Cara yang dilakukan untuk mengatur putaran motor induksi dapat dijelaskan
bagaimana mengaturnya agar tidak terjadi kesalahan dengan cara sebagai berikut:
1. Mengaturanilaiadariajumlahakutubapadaamotor
Dapat dilakukan dengan cara menyesuaikan jumlah kutub yang ada dengan yang
diperlukan untuk menghasilkan putaran yang diinginkan dengan pemahaman dari
rumus : n! = (120 x f) / p. Dari rumus dapat disimpulkan bahwa jumlah kutub
berbanding terbalik dengan kecepatan putaran sehingga semakin kecil nilai dari
jumlah kutub maka kecepatan putaran akan besar nilainya.
2. MengaturanilaiadariaFrekuensiaSumber
Dapat dilakukan dengan menggunakan alat yaitu inverter yang digunakan untuk
mengatur frekuensi yang kemudian setelah diatur maka disupply ke peralatan
listrik yang memerlukannya dengan pemahaman dari rumus :n! = (120 x f) / p.
Dari rumus dapat disimpulkan bahwa frekuensi berbanding lurus dengan
kecepatan putaran sehingga semakin besar frekuensi yang dihasilkan oleh inverter
maka kecepatan putaran semakin besar.
3. MengaturanilaiadariaTeganganaSumber
Dapat dilakukan dengan menggunakan alat yaitu inverter yang digunakan untuk
mengatur tegangan. Persamaan dari torsi motor induksi tiga phasa menjelaskan
bahwa torsi sebandingdengan pangkat dua tegangan yang diberikan. Pada beban
tertentu dengan menganggap besarnya tahanan rotor dan reaktansi rotor konstan
serta slip yang kecil, dengan merubah nilai tegangan input maka akan konstan
xxiii
Universitas Sumatera Utara
serta slip yang kecil maka perubahan kecepatan ada. Pengaturan putaran motor
induksi tiga phasa dengan cara mengatur tegangan sumber mempunyai daerah
kerja yang sempit.
4. MengaturanilaiadariaTahananaLuar
Dilakukan dengan mengatur nilai dari jumlah motor induksi tiga phasa yang
dipasang diluar dari motor induksi dan menyesuaikan antara nilai kecepatan putaran
dengan tahanan luar.Perbandingan antara nilai tahanan luar dengan nilai kecepatan
putaran berbanding terbalik karena saat adanya tahanan luar maka torsi semakin
besar [8].
2.7 Hubungan Antara Frekuensi, Kecepatan dan Torsi
1.
Hubunganafrekuensiadenganatorsi
Kecepatan sinkron motor induksi tergantng pada frekuensi input. Untuk
menjagaagar konstan, maka tegangan dan frekuensi input tervariasi sama dan
sebanding. Jika frekuensi dibuat dua kali, maka frekuensi juga dibuat dua kali.
Jikaa frekuensi adan ategangan ainput adinaikkan, maka kecepatan putar motor
akan semakin cepat.
2.aaHubunganakecepatanadenganatorsi
aaaaBerdasarkan rumus Pm = 1 . T jika dayamekanik (Pm) dianggap konstan maka
aaaabesarnya torsi tergantung dari kecepatan sudut (ω). Jika putaran rotor
aaaadipercepat, maka torsi yang dihasilkan kecil, sedangkan jika torsinya besar
aaaamakaakecepatannyaapunaakanamenjadiasemakinalambatadanamenurunadiaadanya
aaaasehinggaamenghasilkanatorsiamenurunadanajuga pada bagian itu juga akan
aaaamembentuk bagian yang dimana juga bagian tersebut merupakan suatu hal yang
aaaadimana juga menghasilkan adanya suatu pembentuk dari apadaarumusayangaada.
xxiv
Universitas Sumatera Utara
3.aaHubunganateganganadenganatorsiaaa
aaaaBesarnya torsi suatu motor induksi tergantung pada tegangan lalu frekuensi
aaaayangadiberikanauntukastator.aBilaafatetapamakaaTa«aV2adanasebaliknya[9].
2.8aPenggunaanaInverteraPadaaPengaturanaPutaranaMotoraInduksiaaa
aaaaInverter yang digunakan adalah inverter tiga fasa dengan frekuensi dan tegangan
berubah dan pada inverter ini ditambahkan suatu rangkaian yang mampu mengubah
besar perubahan tegangan yang terjadi menjadi perubahan frekuensi dan Gambar 2.7
dari pengaturan putaran motor induksi tiga fasa yang terdiri daria:
1. Rangkaian penguatan (untuk memberikan penguatan tegangan saat mengatur
frekuensi dapat diubah menjadi tegangan searah dengan bantuan tegangan (*3).
2. Rangkaian pembatas (untuk memberikan batasan frekuensi saat tegangan searah
lalu level tegangan dc dengan memberikan periode tertentu).
3. Rangkaian pembentuk harga mutlak (untuk memberikan nilai dari frekuensi yang
telah diatur dengan akurat).
4. Rangkaian integrasi (untuk menghilangkan frekuensi tinggi saat melakukan
pengaturan frekuensi dan pemberian nilai frekuensi).
5. Rangkaian pembentuk gelombang sinusa (untuk mengubah suatu gelombang dari
gelombang arus searah bolak-balik yang dapat diatur frekuensinya).
6. Simbol *3 adalah tegangan masukan yang diperlukan untuk memperkuat rangkaian
penguatan saat menerima tegangan dan frekuensi arus bolak-balik untuk dapat
dibentuk menjadiategangan dan frekuensi arus searah.
7. Titik A adalah keluaran dari rangkaian integrator yang dimana saat menghasilkan
keluaran pada titik A maka untuk menghilangkan frekuensi-frekuensi yang dapat
mengganggu gelombang pada keluaran titik A dapat diatasi dengan memberikan
xxv
Universitas Sumatera Utara
tegangan arus searah sebagai penetralisir untuk frekuensi yang dapat mengganggu
stabilan gelombangseperti pada Gambar 2.7 berikut:
Gambar 2.7 Gambar Rangkaian Blok Inverter 3 fasa dengan frekuensiadanategangan
berubah..................................................
Adapun bentuk gelombangbagian seperti pada Gambar 2.8sebagai berikut:
Gambar 2.8 Gambar Output Blok 3
Gambar diatas merupakan gelombang keluaran saat berada pada rangkaian
pembentuk harga mutlak / harga tetap dari tegangan yang frekuensinya agar terjadi
perubahan untuk membentuk gelombang yang terdiri dari suatu sehingga dapat
dibentuk berdasarkan sesuatu yang dapat dibuat dan dihasilk berdasarkan pada suatu
asal yang dimana pada bagian yang sesuai dengan pembentukan dari dan kemudian
adanya hal tersebut juga menghasilkan suatu bagian yang dimana ada pembagian dari
bentuk yang akan menghasilkan suatu bagian yang ada dan juga kemudian di bentuk
suatu pembagian berdasarkan pada hasil yang da dan yang juga untuk dibagi perubahan
xxvi
Universitas Sumatera Utara
frekuensi dan tegangan. Proses pembentukan suatu gelombang yang juga dimulai dalam
kiri ke kananada juga seperti pada Gambar 2.9 berikuta:
Gambar 2.9 Gambar Output Blok 4
Gambar diatas merupakan gelombang output saat berada pada rangkaian
integrator yang dimana setelah diberikan nilai frekuensi dan tegangan yang ditetapkan
dari rangkaian pembentuk harga absolute. Proses pembentukan dari gelombang dimulai
dari kiri ke kananada juga seperti pada Gambar 2.10 berikut:
Gambar 2.10 Gambar Output Blok 5 (Sebelum diubah menjadigelombang sinus)
Gambar diatas adalah bentuk gelombang yang akan diubah menjadi gelombang
sinus murni agar menjadi frekuensi dan tegangan ac secara bertahap dan frekuensi juga
tegangan nya dapat diatur sesuai dengan yang diperlukan untuk kerja motor induksi
saat digunakan sebagai penggerak untuk menghasilkan daya yang sesuai dan tepat lalu
akurat yang sesuai dengan yang dibutuhkan oleh sistem.
Inverter digunakan untuk mengatur frekuensi motor induksi agar dapat
mengendalikan kecepatan motor induksi yang diikuti dengan pengaturan tegangan
masuka(*4) yang sebanding dengan frekuensi tersebut karena untuk fluks konstan.
xxvii
Universitas Sumatera Utara
Inverter merupakan peralatan untuk merubah tegangan arus bolak-balik dengan
frekuensi tertentu (dalam hal ini frekuensi dari PLN) menjadi tegangan arus searah
yang diproses dengan rangakaian switching supaya frekuensi konstan (50Hz) dapat
dirubah
sesuai kebutuhan, kemudian dirubah
menjadi tegangan
bolak-balik
yangatelahaberubah.aaaaaa
Beban listrik / keluaran dari inverter dapat digunakan untuk pompa hidrolik
umpan air yang berupa motor induksi AC, putar sesuai frekuensi input dengan range
lebih lebar dengan persamaan ns = (120 x f) / p dengan cara ini sangat efisien dan
daerah pengaturan pun cukup lebar dan mahal [10].
2.9 Penggunaan Motor Induksi Pada Pompa Air Boiler
Motor Induksi yang digunakan pada pompa air boiler adalah motor induksi tiga
fasa untuk menggerakkan pompa air boiler yang air yang digunakan adalah air
demineralisasiHasil terakhir air yang sudah melalui proses demin /air yang mengalami
proses air demineralisasi. Pompa memiliki dua kegunaan utama, yaitu:
1. Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer
bawah tanah ke tangki penyimpan air) dari bawah tanah keapompa air.
2. Mensirkulasikan cairan sekitar sistim (misalnya air pendingin atau pelumas yang
melewati mesin-mesin dan peralatan) dari mesin yang satu ke mesin lain.
Air pengisi boiler ditampung pada 4 buah tangki (tangki penampung air) atau
yang sering disebut tangki condensate yang berkapasitas total 2650 m6.Tipe boiler
yang digunakan adalah water tube boiler dengan high pressureboiler feed pump yang
dimana tipe ini memiliki karakteristik : boiler ini memiliki tekanan steam operasi lebih
dari 15 psig dengan kapasitas antara 4.500-12.000 kg/jam atau menghasilkan air panas
dengan tekanan diatas 160 psig atau dengan menggunakan dari suatu temperatur diatas
xxviii
Universitas Sumatera Utara
2500F. Tekanannya yang tinggi menyebabkan boiler ini dapat membangkitkan energi
listrik dan sisanya dapat didaura untuk amengoperasikan proses di industri.
Cara kerja water tube boiler adalah proses pengapian terjadi di luar pipa,
kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air
tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui ekonomisir, kemudian uap yang
dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuah penampung uap. Sampai
tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap pemanasan kedua dan tahap pemanasan
pertama, baru uap dilepaskan ke pipa utama distribusi. Berikut merupakan visual boiler
seperti pada Gambar 2.11berikuta:
Gambar 2.11 Boiler tipe air
Gambar diatas adalah gambar dari boiler tipe air yang dimana saat boiler bekerja
menggunakan air yang diuapkan yang sesuai dengan yang dibutuhkan saat proses
penguapan oleh boiler agar melalui jumlah air yang disesuaikan dengan tekanan yang
ingin dihasilkan untuk digunakan uap tersebut generator turbin uap seperti percobaan
dengan menggunakan dari suatu bagian yang ada dengan karakteristik boiler tipe air
adalah:
1. Forced, induced dan balanced draft untuk meningkatkan efisiensi pembakaran.
xxix
Universitas Sumatera Utara
2. Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan yang
berasal dari air.
3. Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi dan juga untuk
meningkatkan efisiensi panas yang tinggi.
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai
terbentuk air panas atau uapan. Air panas atau uapan pada tekanan tertentu kemudian
digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalahmedia yang berguna
dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai
menjadi uap, volumenya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang
menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak,sehingga boiler harus dijaga dengan
sangat baik. Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem uapan dan sistem bahan
bakar [11].
2.10 Perhitungan Kinerja Pompa
Perhitungan kinerja pompa yang memerlukan kerja motor induksi untuk
menghasilkan data yang akurat juga dapat dibentuk sehingga juga dapat menghasilkan
persamaan yang dibentuk juga dengan kemudian diturunkan agar dapat menjadi rumus
sesuaiakemudianadibentukadanadirumuskanasuatuarumusauntukadibentukaberdasarkn
padaaatetapanaasebagaiaaberikuta:aaaaa
Dayaakeluarapompaa(kW)a=a
Dimana :aaaaaaaaaaaaaaaaaa
7 8 9 8 : 8 ;
…………..……………………………...(2.4)
+++ < 6=++
::
aa
Qa=adebitaalirana(m3/s)
xxx
Universitas Sumatera Utara
Ha=abagianapembuangana(m)
>a=amassaajenisafluidaa(kg/m3)
ga=apercepatan gravitasi (m/s2)
Dan untuk mengetahui daya masuk yang dibutuhkan untuk kerja motor induksi
tiga fasa dihasilkanasehingga ajuga untuk dipakai menggunakanrumusa:
aaaaaDayaamasuka=a√3x*
CosΦ a(W)…………………………………….(2.5)
Dimana :
Daya masuk
= daya masuk (W)
*
= tegangan (V)
= arus (I)
CosΦ
= faktor daya
Pada pembentukannya, ada juga yang mengambil data secara langsung dan ada
juga dengan menggunakan rumus dan mengambil data secara langsung mengukur debit
pada pompa air boiler dengan cermat sehingga diperoleh suatu ketepatan dalam hal
mengambil dan menyusun lalu menampung air yang mengalir pada pembebanan
tertentu lalu mendapatkan nilai dari debit suatu pompa air boiler dan juga kemudian
untuk ke boiler saat pengolahan dengan menggunakan aturan yang diturunkanajuga
dengan aberdasarkan asal dari rumusa:
aaaaaQ =
/
H
(kg/I6 ) …..………..…………………………………………...………(2.6)
Dimana :
Qa=aflowa(kg/I6)
ma=amassaa(kg)
v = volume (I6 )
xxxi
Universitas Sumatera Utara
Kemudian ditentukan kembali nilai Q dengan rumus yang berbeda untuk satuan
yang berbeda dan nilai v menggunakan alat current meter lalu nilai Q juga didapat
berdasarkan turunan dari rumus juga adan adengan menggunakan rumusa:
aaaaaQ = v.A (m6 /jam)…….…………………………………...………………......(2.7)
Dimana :
Qa=adebitaaira(m6/jam)
va=akecepatanaaliranaaira(m/s)
A = luas penampang (m )
Dan juga pada penyusunan dari suatu nilai yang tepat pada saat pengaturan data
yang diperlukan dalam hal yang digunakan yaitu dengan mengambil data secara akurat
dan juga tepat maka menggunakan suatu rumus yang dimanan untuk menghasilkan
suatu bilangan yang baik dan juga benar pada saat penyusunannya digunakan di
percobaan dengan cara untuk menghasilkan nilai yang tepat dan kemudian untuk
menghitung efisiensi motor induksi yang menggunakan inverter dengan menggunakan
persamaan yang berdasarkan pada perhitungan dari rumusa:
aaaaan =
LMNO
L4P
(%)…………………....…………....……...…………………………(2.8)
Dimana :
Pouta=adayaakeluarana(W)
Pin = daya masuk (W)
xxxii
Universitas Sumatera Utara
2.11 Standar Air Umpan Pada Pompa Air Boiler
Air umpan adalah air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi uap. Dan
sedangkan sistem air umpan adalah sistem penyediaan air secara otomatis untuk
pompa di boiler sesuai diperlukan uap atau proses yang dari penguapan air.
Persyaratan air umpan boiler diperlukan untuk menghindari endapan yang
dibentuk dari air yang menyebabkan endapan kerak pada boiler dan sistem penunjang
sehinggaaharusajugaadidapataairapengisiaketeladidapatkanadaria2asumbera:
a.aAirAKondensat
Didapatkan dari hasil pengembunan uap bekas yang telah digunakan sebagai pemanas
pada media penggerak utama, baik itu uap kering dan uap kenyang, yang telah
digunakan sebagai penggerak turbine uap dan mesin uap akan menghasilkan uap bekas
tersebut ditampung pada suatu pipa da bertekanan 0,6-1,5 kg/cm2 (sesuai yang
diinginkan), digunakan sebagai pemanas nira, penguapan dan masakan dan karena
perbedaan panas antara uap kenyang dengan nira encer dan nira kental yang dipanaskan
tersebut, maka terjadilah pengembunan yang disebut kondensat. Kondensat tersebut
ditampung dan dialirkan ke stasiun boiler, sebagai air pengisi ketel dan air kondensat
yangatepatadanabaikadipakaiamemenuhiapersyaratanadenganapHa8,5,azataCaaCO3a2,
besiasebagaialogamaFea0,002adanaoksigenasebagaiazataO2a0,02.
b.aAiraDemineralizeraaaaaa
aaaaaaaDidapatkan dari raw Water yang telah melalui proses penjernihan dan
pemurnian atau proses pemurnian air. Air yang didapatkan dari sumur bor, ditampung
pada kolam air, dipompa kedalam tangki penyaringan utama yang berfungsi sebagai
penyaring kotoran-kotoran alam misalnya : lumpur, dsb. Setelah melalui sand filter, air
diteruskan melaui penyaringan yang kedua yang berfungsi sebagai pelunak air yaitu
pengikat kotoran kimia misalnya : Magnesium (Mg) dan Calsium (Ca) yang disebut
xxxiii
Universitas Sumatera Utara
hardness. Sebagai pemurnian terakhir, Air yang sudah dulunakan tersebut diteruskan
melalui proses demineralisasi pertukaran ion. Hasil terakhir air yang sudah melalui
prosesademinadikirimakeaboilerasebagaiaairapengisiaboilera(tangkiapenampung untuk
air)adanasyarat-syaratademineralisasiadenganapHa7,5,akekerasana0,zataSiO2adengan
ada nilaia5 dan konduktivitas 10
Air pengisi boiler ditampung pada 4 buah tangki (tangki penampung air) atau
yang sering disebut tangki kondensat yang berkapasitas total 2650I6 [12].
2.12 Penggunaan Uap Boiler Pada Generator Turbin Uap
Penggunaan uap boiler pada generator turbin uap adalah mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis
dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung atau dengan bantuan roda gigi
reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akan digerakkan. Tergantung pada jenis
mekanisme yang digunakan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang seperti
pada bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi. Pada
proses perubahan energi potensial menjadi energi mekanisnya yaitu bentuk putaran
dilakukan dengan berbagaicara.aaaaa
Pada dasarnya turbin uap terdiri dari dua bagian utama, yaitu stator dan rotor yang
merupakan komponen utama pada turbin kemudian di tambah komponen lainnya yang
meliputi pendukunnya seperti bantalan, kopling dan sistem bantu lainnya agar kerja
turbin dapat lebih baik. Sebuah turbin uap memanfaatkan energi kinetik dari fluida
kerjanya yang bertambah akibat penambahan energi termal.Prinsip kerja turbin uap
pada turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang.Sudu-sudu ini berputar karena tiupan
dari uap bertekanan yang berasal dari ketel uap, di telah dipanasi terdahulu dengan
memakai bahan bakar padat, cair dan gas.
xxxiv
Universitas Sumatera Utara
Pada percobaan yang dilakukan menggunakan temperatur boiler 260℃ dengan
test pressure : 12,2 kg/RI ; 14,3 kg/RI ; 16,25 kg/RI ; 18,4 kg/RI ; 20,2 kg/RI
; 22,5 kg/RI ; 24, 95 kg/RI dan 32 kg/RI .Setelah boiler menghasilkan uap dengan
tekanan± (lebih kurang) 20 kg/ cI dan generator turbin uap menghasilkan daya aktif
sebesar 520 kW lalu uap untuk menghasilkan daya aktif pada generator turbin uap
tersebut dialirkan menuju generator turbin uap dengan membuka kerangan. Setelah
generator turbin uap beroperasi normal, daya listrik disuplai ke Pengolahan MKS
(Minyak Kelapa Sawit), Pengolahan IKS (Inti Kelapa Sawit) dan ke stasiun boiler
untuk blower / pompa air, transport bahan bakar (seperti : konveyor, elevator bahan
bakar). Uap tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control valve yang akan
dipakai untuk memutarturbin yang dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama
halnya dikopel dengan sebuah generator di sinkron agar menghasilkan energi listrik
yang dibuat.
Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi
muncul menjadi uap bertekanan rendah.Panas yang sudah diserap oleh kondensor
menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju
boiler.Sisa panas dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula
yang masuk.Hal ini mengakibatkan efisisensi thermodhinamika suatu turbin uap
bernilai lebih kecil dari 50%.Turbin uap yang dibuat dalam bentuk yang juga dibuat
modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C sampai 6000C danatemperatur
kondensor 200C sampai 300C [13].
xxxv
Universitas Sumatera Utara