EFISIENSI ENERGI DI INDUSTRI

Banyak perusahaan yang menemui kesulitan dalam mengidentifikasi langkah-langkah efisiensi energi yang sederhana dan mempunyai masa pengembalian modal yang pendek, dan banyak pula dari mereka yang sudah dapat menemukan peluang penghematan, tetapi gagal menerapkannya. Dari penelitian yang dilakukan, hambatan utama yang sering dijumpai adalah sebagai berikut : 

· Sikap kurang hemat energi
· Kurangnya pengetahuan tentang apa yang secara teknis mungkin dilakukan
· Metoda analisa keuangan yang tidak memadai

Keberhasilan upaya efisiensi energi pada umumnya terjadi pada perusahaana dimana pihak manajemen memberikan komitmen dan didukung oleh seluruh jajaran staf dan karyawan perusahaan secara terpadu

Mengapa Efisiensi Energi Diperlukan 
Laju permintaan bahan bakar minyak dan tingkat eksplorasinya saat ini, dapat mengakibatkan Indonesia diambang krisis energi di tahun-tahun mendatang.

Ukuran efisiensi energi nasional adalah Elastisitas konsumsi energi terhadap GDP, elastisitas energi pada negara berkembang adalah sekitar 1,3%. Untuk Indonesia angkanya berkisar pada 1,4%. Dengan ukuran ini maka dibandingkan dengan negara lain Indonesia termasuk negara yang boros energi

Sementara itu juga kondisi-kondisi berikut dihadapi oleh Industri di Indonesia

· Era globalisasi yang mengurangi hambatan informasi dan jarak sehingg dapat       saling mempengaruhi setiap negara dengan cepat
· Pengurangan subsidi energi yang terus menerus sehingga harganya semakin mahal

· Peniadaan proteksi hasil industry melalui tarif bea masuk, mengakibatkan daya saing produk industry local turun terhadap produk import

Dengan kondisi ini maka industri dalam negeri dituntut mampu bersaing dengan industri luar negeri

Manfaat efisiensi energi di industri :
Berikut ini diberikan manfaat efisiensi energi yang dapat diperoleh melalui pelaksanaan program konservasi energi:

Pada tingkat nasional:

1. Kebanyakan proyek konservasi energi di pabrik dapat diterapkan dalam waktu sekitar 1 tahun, hal ini memberikan suatu manfaat finansial yang lebih cepat diperoleh, dibandingkan aktivitas di sisi suplai berbiaya tinggi, seperti pembangunan pusat pembangkit listrik baru.

2. Langkah efisiensi energi dapat mengurangi laju permintaan energi sehingga mengurangi kebutuhan load shedding pada sistem penyediaan tenaga listrik dan gas.

3. Menambah penyediaan energi untuk diekspor, daam jangka pendek efisiensi energi dapat menambah jumlah persediaan untuk diekspor yang dalam hal ini akan menambah devisa negara.

4. Peralatan yang diperlukan untuk menerapkan proyek efisiensi energi kebanyakan dapat dibuat dalam negeri, dengan demikian akan mendorong perkembangan industri peralatan lokal.

5. Dengan adanya peningkatan penggunaan peralatan lokal dan kebutuhan jasa yang berkaitan dengan efisiensi energi, maka konservasi energi dapat berperan pada penciptaan lapangan kerja dan peningkatan keakhlian tenaga kerja lokal.

6. Jika perusahaan dapat menekan harga produk, atau mengatur kenaikan harga yang layak, konservasi energi akan berperan dalam menekan laju inflasi.

Pada tingkat pabrik 

1. Biaya produksi yang lebih rendah dan keuntungan yang lebih tinggi, Biaya energi merupakan porsi yang cukup berarti dari total biaya produksi. Penghematan dalam biaya energi dapat secara langsung menyumbangkan keuntungan bagi perusahaan, terutama pada industri yang padat energi.

2. Posisi bersaing yang lebih baik, Perusahaan yang memperoleh penghematan dalam biaya energi, berarti dapat menekan biaya produksi, sehingga meningkatkan posisi bersaing di pasaran domestik maupun pasaran ekspor.

3. Meningkatkan kemampuan menghadapi tantangan perubahan harga atau pengurangan persediaan energi masa akan datang.

4. Peningkatan produktivitas, Karena program efisiensi energi menggabungkan banyak disiplin ilmu (engineering, manajemen, human relation), perkembangannya seringkali menghasilkan perbaikan efisiensi sumberdaya yang lain seperti bahan baku dan tenaga kerja.

5. Penghematan /efisiensi energi secara langsung mengurangi dampak negatip terhadap lingkungan, seperti pengurangan produksi asap, SO2 dan NOx

Keuntungan potensial program efisiensi energi yang dapat dicapai sepenuhnya tergantung pada sifat dari pabrik itu sendiri. Intensitas energi (jumlah energi yang digunakan per unit produksi) sangat bervariasi, tergantung pada jenis proses produksi, jenis bahan bakar yang digunakan, umur peralatan, ukuran pabrik dan prosedur pengoperasian. Meskipun demikian, usaha penghematan energi di pabrik melalui manajemen energi akan dapat menurunkan konsumsi pemakaian energinya hingga 20 - 30 %. Untuk sebagian besar perusahaan, konservasi energi memberikan peluang bisnis yang sangat baik.

Berikut ini adalah contoh kasus efisiensi energi di industry semen :

METHODOLOGY APPLICATION
The Company Energy Efficiency Methodology was used as a basis for the plant assessment to identify and implement options to reduce energy and other materials and wastes. Some of the interesting experiences are: 

· Task 1 –Meeting with top management

The company scored high on the Energy Management Matrix because it has many elements in place to ensure effective energy management, most notably:
A strong push from majority shareholder The Cement company group to strive for excellence in environmental and energy performance
An ISO 9001 certified quality management system and an ISO 14001 environmental management system, and plans for an ISO 17025 management system
A sophisticated on- line, real-time information system is in place at the modern Plant #11 and will be expanded to other plants. This system monitors and logs, among other things, the specific power and heat (thermal) consumption for clinker production, environmental emissions, such as dust, SOx and NOx
Monitoring of the community’s attitude towards the plant: one of the company’s Operating Success Parameters (OPS) is the Public Response’s Environmental Index

Lesson learnt: High scores on the Energy Management Matrix indicate that there is sufficient basis for a successful energy assessment at the plant and for continuous improvements in the long run.

· Task 2 –Select focus areas
This large company has almost twenty parallel cement production lines. Because of this, a production flow chart and data collection was only done for one of the production line that would be used as a basis for this project, and not for the entire plant. Because of similarities between production lines, the work done at one production line could later be carried out for other production lines in very much the same way. 

Lesson learnt: For large companies with parallel production lines, it is more practical to focus on one line only and later to apply the same principles to the other.

· Task 3 –Quantify inputs and outputs and costs to establish a baseline
Energy consumption is managed through the quality and environmental management systems, managed by a Management Representative. Each unit of the company has been given a minimum baseline performance and each month each unit’s actual performance is evaluated against this baseline, with the purpose of identifying energy losses and areas for improvement. As a result it was relatively easy to obtain baseline data for energy and determine where the losses occur. 

Lesson learnt: If a company already has a system to measure energy for different departments then it is relatively easy to establish an energy baseline and identify losses.

· Task 4 – Prepare implementation and monitoring proposal for top management approval
Options that require more than US $ 10,000 investment costs must be authorized by the Singapore office, which adds to the time needed before the implementation of options can start.
Lesson learnt: Find out early in the process what the approval process is for options and investments in options, to avoid delays in obtaining approval for the implementation and monitoring proposal.

· Task 5 – Implement options and monitor results
In Plant #6, which was the focus area for the assessment, a major cable burnt and therefore the plant had to be stopped for several months, which also caused delays in the implementation of option. Additional options were identified and implemented for two new focus areas to compensate for this, natural gas consumption and electricity generation using excess pressure supply
Lesson learnt: Sometimes the implementation of options cannot go ahead for reasons that the Team cannot influence (such as a major overhaul or breakdown in the focus area). Depending on time availability and at what stage of the assessment and/or implementation you are, it is possible to select other focus areas for investigation or other options for implementation.

· Task 6 – Continuous improvement - Dialog
This company is at the forefront of reducing GHG emissions and because it is such a large plant in a developing country, it has been looking to participate in clean development mechanism (CDM) projects. Possible projects eligible for CDM have been identified and developed. The company is now in negotiations with the World Bank and several industrialized countries, who are the potential buyers of emission reduction credits (ERUs), to agree on the CO2 baseline and reductions to be achieved through the proposed projects.
Lesson learnt: The clean development mechanism (CDM) under the Kyoto Protocol for climate change can be an important driver for future GHG emission reductions through energy efficiency improvements for large companies in developing countries.

· Task 7 –Continuous improvement
To ensure that energy efficiency and GHG reductions are sustained, top management added two new parameters in the Management Control System, which will appear in monthly reports to management:

AFR (Alternative Fuel Ratio), which measures the percentage of alternative fuels (such as waste tyres) in each plant at the company.

Clinker to Cement Ratio, which measures the percentage of clinker in cement produced, with the aim to replace clinker with alternative additives as this will reduce the costs of producing cement and GHG emissions (as burning of limestone releases CO2)
Lesson learnt: By including energy and GHG related parameters in monthly reports to top management, more pro-active management of energy and GHG emissions is possible.
           

Read More

SPESIFIKASI BERBAGAI MACAM BOILER

SPESIFIKASI BERBAGAI MACAM  BOILER

Boiler adalah bejana tertutup yang menjadi sarana untuk pembakaran air dingin sampai menjadi air panas  atau uap. Air panas atau uap yang bertekanan kemudian dapat digunakan untuk memindahkan panas ke suatu proses atau alat. Air adalah media yang efektif dan murah untuk memindahkan panas ke suatu proses. Ketika air direbus menjadi uap, volumenya meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan kekuatan yang hampir sama eksplosifnya dengan bubuk mesiu. Hal ini menyebabkan boiler menjadi peralatan yang sangat berbahaya yang harus diperlakukan dengan sangat hati-hati.

Proses pemanasan cairan sampai mencapai keadaan gasnya disebut penguapan. Panas dipindahkan dari satu benda ke benda lain melalui beberapa cara yaitu :

(1) radiasi, yaitu perpindahan panas dari benda panas ke benda dingin tanpa media pembawa

(2) konveksi, perpindahan panas oleh media pembawa, seperti udara atau air dan

(3) konduksi, perpindahan panas secara actual kontak fisik, molekul ke molekul.

SPESIFIKASI BOILER:

Contoh spesifikasi boiler terlihat di bawah ini :

Permukaan pemanas adalah bagian dari logam boiler yang mendapatkan panas pembakaran di satu sisi dan berada  di sisi lain. Luas  permukaan pemanasan boiler dinyatakan dalam meter persegi. Semakin besar permukaan pemanas yang dimiliki boiler, semakin tinggi efisien boiler. Jumlah uap yang dihasilkan dinyatakan dalam ton air yang diuapkan dalam uap per jam. rating maksimum adalah penguapan per jam yang dapat dipertahankan selama 24 jam. F & A berarti jumlah uap yang dihasilkan dari air pada 100 °C menjadi uap jenuh pada 100 °C.

Typical Boiler Specification

Boiler Make year                                             : XYZ & 2021

MCR (Maxiumum Continuous Rating            : 10 TPH (F & A 100 ^oC)

Rated Working pressure                                 : 10.54 kg/ cm²(gr) Tube

Fuel Fired                                                        : Fuel Oil

 

Sistem Boiler

Sistem boiler pada umunya  terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dari boiler ke proses atau alat produksi dan sistem bahan bakar. sistem air umpan menyediakan air ke boiler yang diatur secara otomatis untuk memenuhi kebutuhan produksi uap. Sistem steam menampung dan mengalirkan serta mengontrol steam yang dihasilkan dalam boiler untuk dipergunakan di proses atau alat. Selanjutnya uap dialirkan melalui sistem perpipaan ke lokasi alat atau proses. Di system boiler ini, tekanan uap diatur dengan katup dan dimonitor dengan pengukur tekanan uap. Sementara itu sistem bahan bakar mencakup peralatan yang digunakan untuk menyuplai  bahan bakar untuk ke boiler. Peralatan dalam sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan dalam system boiler. Skema typical ruang boiler   terlihat  pada Gambar berikut

Gambar system Boiler

Feed water atau air umpan adalah air yang disuplai ke boiler yang kemudian  diubah menjadi steam. Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun kembali dari proses dan (2) Air make up (air baku yang sudah diolah) yang harus berasal dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk efisiensi boiler yang lebih tinggi, air umpan dipanaskan terlebih dahulu oleh economizer, menggunakan panas buangan dalam gas buang.

 Jenis dan Klasifikasi Boiler

Ada banyak jenis dan desain boiler tetapi umumnya masuk dengan salah satu dari dua kategori berikut :

1.     1. Boiler Fire tube

2.     2. Boiler Water tube

 1.     Type Boiler fire tube

Fire tube atau boiler "api dalam tabung"; berisi tabung baja panjang yang dilalui oleh gas panas dari tungku dan di sekitarnya ada air  yang akan diubah menjadi uap yang disirkulasikan. Boiler pipa api, biasanya memiliki biaya awal yang lebih rendah, lebih hemat bahan bakar dan lebih mudah dioperasikan, tetapi umumnya terbatas pada kapasitas 25 ton/jam dan tekanan 17,5 kg/cm2

 

Gambar boiler pipa api (Fire tube)

 2.     Type Boiler water tube

Boiler Water tube atau boiler “air dalam pipa”  adalah boiler dimana airnya yang melewati pipa dan gas panas yang keluar dari pipa (lihat gambar 2.3) memanaskan pipa yang didalamnya ada air. Boiler ini dapat berupa tipe drum tunggal atau ganda. Boiler ini dapat dibangun untuk kapasitas dan tekanan uap yang sangat tinggi dan memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada boiler tabung api

 

Gambar boiler water tube

  JENIS-JENIS BOILER

Packaged Boiler:

Disebut boiler paket karena hadir sebagai paket lengkap. Boiler ini setelah dikirim ke lokasi, hanya membutuhkan uap, pekerjaan pipa air, pasokan bahan bakar dan sambungan listrik yang akan dibuat agar dapat beroperasi. Paket boiler umumnya dari tipe shell dengan desain tabung api sehingga mencapai tingkat perpindahan panas yang tinggi baik secara radiasi maupun konveksi.

 Gambar Boiler Packaged

Fitur dari boiler paket adalah:

•  Ruang pembakaran yang kecil dan laju pelepasan panas yang tinggi menghasilkan penguapan yang lebih cepat.
• Sejumlah besar tabung berdiameter kecil menghasilkan perpindahan panas konveksi yang baik.
• Sistem draft paksa atau induksi menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik.     
• Jumlah lintasan yang menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.
• Tingkat efisiensi termal yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.

Boiler ini diklasifikasikan berdasarkan jumlah lintasan – berapa kali gas pembakaran panas melewati boiler. Ruang pembakaran diambil, sebagai lintasan pertama setelah itu mungkin ada satu, dua atau tiga set tabung api. Boiler yang paling umum dari kelas ini adalah unit tiga lintasan dengan dua set tabung api dan dengan gas buang yang keluar melalui bagian belakang boiler.

 Stoker Fired Boiler:

Stoker diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke tungku dan berdasarkan jenis jeruji. Klasifikasi utama adalah:

1. Chain-grate atau traveling-grate stoker Boiler

2. Spreader stoker Boiler

1. Chain-Grate atau Traveling-Grate Stoker Boiler

Pada boiler ini Batubara diumpankan ke salah satu ujung dari rantai baja yang bergerak. Saat parutan bergerak di sepanjang tungku, batu bara terbakar sebelum jatuh di ujung sebagai abu. Kemampuan operator dalam mengatur diperlukan, terutama saat memasang jeruji, peredam udara dan penyekat, untuk memastikan pembakaran yang bersih dengan menyisakan minimal karbon yang tidak terbakar di abu.

 

Gambar  Chain-Grate stoker

 Hopper umpan batubara berjalan di sepanjang ujung umpan batubara dari tungku. Sebuah grate batubara digunakan untuk mengontrol laju di mana batubara dimasukkan ke dalam tungku serta untuk mengontrol ketebalan lapisan batubara dan kecepatan grate. Batubara harus berukuran seragam, karena gumpalan besar tidak akan terbakar sepenuhnya pada saat mencapai ujung perapian. Karena ketebalan lapisan menurun dari ujung umpan batubara ke ujung belakang, jumlah udara yang berbeda diperlukan - lebih banyak kuantitas di ujung umpan batubara dan lebih sedikit di ujung belakang.

Spreader Stoker Boiler

Spreader stoker  boiler menggunakan kombinasi pembakaran suspensi dan pembakaran grate. Batubara terus dimasukkan ke dalam tungku di atas tempat tidur batubara yang terbakar. Batubara berukuran kecil dibakar dalam suspense, partikel yang lebih besar jatuh ke perapian, di mana mereka dibakar di lapisan batubara tipis yang cepat terbakar. Metode pembakaran ini memberikan fleksibilitas yang baik untuk memenuhi fluktuasi beban, karena pengapian hampir seketika ketika laju pembakaran ditingkatkan. Oleh karena itu, spreader stoker lebih disukai daripada jenis stoker lainnya di banyak aplikasi industry

  

Gambar spreader stoker

 Pulverized Fuel Boiler (Boiler Bahan Bakar Bubuk)

Sebagian besar boiler pembangkit listrik berbahan bakar batubara menggunakan batu bara bubuk (Pulverized) dan banyak boiler pipa air industri yang lebih besar juga menggunakan model boiler  bahan bakar bubuk ini. Teknologi ini berkembang dengan baik, dan ada ribuan unit di seluruh dunia, terhitung lebih dari 90% dari kapasitas berbahan bakar batubara.

Dalam prosesnya, batubara digiling (dihaluskan) menjadi bubuk halus, sehingga kurang dari 2%  dalam ukuran +300 mikro meter (µm) dan 70-75% di bawah 75 mikron, untuk batubara bituminus. Perlu dicatat bahwa bubuk yang terlalu halus akan membuang-buang tenaga penggilingan. Di sisi lain, bubuk yang terlalu kasar tidak akan terbakar sempurna di dalam ruang bakar dan menghasilkan kerugian tidak terbakar yang lebih tinggi. Batubara bubuk dihembuskan dengan udara pembakaran ke ruang boiler melalui serangkaian nozel burner. Udara sekunder dan tersier juga dapat ditambahkan. Pembakaran berlangsung pada suhu dari 1300-1700 °C, sangat tergantung pada kadar batubara. Waktu tinggal partikel dalam boiler biasanya 2 sampai 5 detik, dan partikel harus cukup kecil agar pembakaran sempurna terjadi selama waktu ini.

Sistem boiler ini memiliki banyak keuntungan seperti kemampuan untuk membakar batubara dengan kualitas yang bervariasi, respon yang cepat terhadap perubahan beban, penggunaan suhu udara pra-pemanasan yang tinggi, dll. Salah satu sistem yang paling populer untuk pembakaran batubara bubuk adalah pembakaran tangensial menggunakan empat pembakar dari sudut ke sudut untuk membuat bola api di tengah tungku 

Gambar  Pulverized Fuel Boiler

  Fluidised Bed Combustion FBC Boiler

Sistem Fluidized bed Combustion  boiler memanfaatkan bahan bakar padat seperti batubara, kertas, sekam padi, serpihan kayu (saw dust), cangkang sawit. Untuk pembakaran yang sempurna ditambahkan  pasir silica sebagai media untuk menyimpan panas. Pasir silica yang bercampur dengan batubara yang terbakar diberi hembusan dengan FDF Force Draft Fan. Hembusan angin  melewati furnace nozzle akan menggerakkan  campuran pasir silika dan batubara terbakar sehingga  x menyerupa lava panas  dan bergerak naik turun sesuai yang dengan tekanan angin yang telah di atur pada fan.

Sistem Fluidized bed Combustion  boiler yang menggunakan metode bubling dapat  memanaskan ruangan dalam dapur bakar dari temperature 700  sampai dengan  950 derajat celcius.. Untuk mencegak terbentuknya NOx yang berbahaya bagi lingkungan, maka panas di dalam furnace di kontrol oleh FBC tube agar panas maksimum berada antara 900 – 1000 derajat celcius

Selain itu dengan terjaganya suhu dalam temperatur rendah sehingga pasir silca dan abu pembakaran tidak akan meleleh. Operasi boiler dapat berhenti apabila setelah  meleleh terjadi pengerasan atau membatu. Pada sistem ini untuk menyaring kotoran di lengkapi Silica Sand Vibrator yang kemudian pasir silica  di masukkan kembali dengan otomatis tanpa boiler berhenti.

Sistem Fluidized bed Combustion  memiliki keunggulan signifikan dibandingkan sistem pembakaran konvensional dan menawarkan banyak manfaat yaitu fleksibilitas bahan bakar, pengurangan emisi polutan berbahaya seperti SOx dan NOx, desain boiler yang ringkas, dan efisiensi pembakaran yang lebih tinggi.

 

Gambar Fluidized bed Combustion Boiler

 

Read More

Teknik Konservasi Energi di Sistem Kelistrikan - Menghitung Kebutuhan Capasitor Bank

Menghitung Kebutuhan Kapasitor Bank Di Jaringan Listrik

Salah satu ukuran efisiensi jaringan listrik adalah faktor daya listrik yang didefinisikan sebagai  perbandingan antara daya aktif terhadap daya nyata (apparent). Jaringan listrik yang tidak efisien tidak hanya merugikan secara sistem tapi juga menyebabkan biaya tinggi. Jaringan listrik yang memiliki faktor daya (cos phi) dibawah 0.85 akan mendapatkan denda (kVArh) dari PLN. Denda ini hanya berlaku untuk pelanggan besar seperti gedung dan pabrik, sementara rumah tangga tidak mendapatkan denda jenis ini.

Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi jaringan listrik pada faktor dayanya adalah dengan pemasangan kapasitor bank (Bank Capacitor). Kapasitor bank ini akan meningkatkan cos phi diatas 0.85 yaitu diatas batas minimal yang ditetapkan PLN. Sesungguhnya peningkatan faktor daya listrik gedung tidak hanya mengurangi denda kVArh dari PLN tapi juga mengurangi daya listrik nyata (apparent) yang disuplai dari PLN. Penjelasannya adalah sebagai berikut :

Daya  listrik terdiri dari tiga komponen yaitu daya aktif, daya reaktif dan daya nyata atau apparent. Daya aktif adalah daya yang mejadi energi aktif seperti pada lampu dan alat elektronik.

 

                           Gambar 1a - Tanpa Capasitor                Gambar 1b  Dengan Capasitor

 Daya aktif dinyatakan dalam satuan watt dengan symbol (P). Daya reaktif adalah daya yang tidak menjadi energi yang bisa dimanfaatkan oleh alat-alat elektronik. Daya reaktif ini digunakan untuk memfungsikan sifat-sifat kapasitif atau induktif dari alat listrik. Artinya daya reaktif ini dipakai untuk membentuk magnetisasi alat-alat yang memiliki komponen kumparan atau koil, sementara alat-alat yang bersifat menyimpan akan menghisap daya reaktif ini sehingga alat-alat tersebut menjadi bersifat kapasitif seperti misalnya peralatan elektronik TV. Sesungguhnya daya reaktif ini harus dikurangi karena tidak menjadi energi yang dimanfaatkan karena setelah alat-alat tadi membentuk sifat kapasitif atau induktif, daya reaktifnya dikembalikan lagi ke jala-jala PLN. Daya reaktif ini dinyatakan dalam satuan VAr dengan symbol (Q). Komponen terakhir dari daya listrik adalah daya nyata atau apparent. Daya inilah yang ditarik langsung dari jala-jala PLN dan merupakan penjumlahan vector dari daya-daya aktif dan reaktif. Daya nyata ini dinyatakan dalam satuan VA dengan symbol (S). Gambar penjumlahan vector daya-daya terlihat pada gambar 2.9a. Untuk meningkatkan efisiensi aliran listrik pada jala-jala maka daya reaktif harus dikurangi. Pengurangan daya reaktif yang disuplai dari jala-jala PLN adalah dengan pemasangan kapasitor bank. Dengan pemasangan kapasitor bank maka dari semula daya reaktif awal (Q) diubah menjadi daya reaktif akhir (Q’). sebagai akibatnya daya nyata yang ditarik dari jala-la PLN berkurang dari daya nyata awal (S) menjadi daya nyata akhir (S’).

Tentunya jadi pertanyaan Bagaimana bisa kapasitor melakukan hal ini ? seperti dijelaskan diatas peralatan listrik arus bolak balik dikelompokkan atas 2 jenis yaitu yang bersifat kapasitif seperti computer dan TV serta yang bersifat induktif seperti motor dan setrika listrik. Baik peralatan yang bersifat kapasitif maupun induktif membutuhkan daya reaktif untuk beroperasinya peralatan. Kalau yang bersifat induktif akan menarik daya reaktif ini dari jala-jala PLN sementara yang bersifat kapasitif sebaliknya akan mengalirkan daya reaktif ke jala-jala PLN. Dengan adanya kapasitor bank kebutuhan daya reaktif dipenuhi oleh kapasitor dengan cara melepas dan menerima daya reaktif bolak balik ke beban. Jadi kapasitor seperti penampungan dan penyaluran sementara dari daya reaktif dan beban tak perlu menambah daya reaktif setiap saat dari jala-jala PLN. Gambaran perbaikan efisiensi aliran listrik adalah seperti terlihat pada gambar 2.9b

Karena ketiga komponen daya listrik tadi merupakan vector maka penjumlah daya aktif dengan daya reaktif yang menghasilkan daya nyata (apparent) dinyatakan dengan persamaan komplek sbb :

 

                                                            S^k = P^k + jQ

Atau dalam satuan nominal dinyatakan dengan persamaan

Dimana :

S = daya nyata (apparent), VA –> Volt Ampere

P = daya aktif, watt

Q = daya reaktif , VAr –> Volt Ampere reaktif

 

Menentukan Kapasitas Kapasitor Bank

Untuk meningkatkan efisiensi aliran listrik dengan menurunkan daya reaktif ditentukan oleh besar daya kVAr (kilo Volt Ampere reaktif) kapasitor bank.  Bagaimana menentukan kapasitas kapasitor bank? Ada berbagai cara untuk menentukan daya reaktif yang dibutuhkan untuk meningkatkan efisiensi aliran listrik diantaranya

a.        secara diagram.

b.        Pengukuran langsung

kita akan bahas satu per satu kedua metode ini dengan mengupas kelebihan dan kekurangannya.

a.        Dengan Metode diagram

Diagram yang dimaksud adalah seperti yang terlihat pada gambar 2.9 diatas dimana yang akan kita hitung atau kita butuhkan adalah daya reaktif yang akan disuplai oleh kapasitor.

Kita lihat kembali gambar 2.9,   daya reaktif yang disuplai kapasitor adalah  Q_c  maka

Daya reaktif yang disuplai kapasitor =  Q_c =  daya reaktif awal – daya reaktif akhir

               Q_c = Q -  Q’

Dengan persamaan trigonometri dikaitkan dengan daya aktif P maka,

Q = P tg φ

Q’ = P tg φ’

Maka         Q_c  = P tg φ - P tg φ’

                  Q_c  = P (tg φ - tg φ’)

               Kita definisikan Koefisien pengali  k =(tg φ - tg φ’)

Koefisien k dapat dibuat dengan persamaan trigonometri sehingga untuk factor daya lama cosφ dengan Koefisien pengali k dapat dihitung factor daya baru cos φ’  dan akhirnya didapatkan daya reaktif kapasitor yang dibutuhkan Q_c  untuk daya aktif beban P yang diketahui. Tabel koefisien pengali adalah seperti terlihat pada table 2.1 berikut ini:

Tabel 2.1 koefisien pengali factor daya listrik reaktif

Contoh :

Dari pengukuran penggunaan listrik di sebuah gedung didapatkan data-data sebagai berikut :

b.        beban listrik total di main panel = 500 kW

c.        factor daya listrik di main panel  cos phi = 0.65

pertanyaan : berapakah daya kVAr kapasitor bank yang perlu dipasang untuk meningkatkan factor daya listrik dari 0.65 ke 0.9

1.         jawaban : lihat persamaan :

                  Q_c  = P (tg φ - tg φ’)

                  Q_c  = P k

K adalah koefisien pengali factor daya listrik reaktif pada table 2.1. Untuk :

Cos phi awal = 0.65

Cos phi akhir = 0.9

Didapatkan angka k (pada angka yang dilingkari pada tabel 2.1) = 0.685

Jadi daya kapasitor bank yang disuplai

                                 Q_c  = 500 x 0.685 = 342.5 kVAr

2.     Atau dengan cara trigono metric

1.        Cos phi awal = 0.65     tan phi awal = 1.16913

2.                Cos phi akhir = 0.9      tan phi akhir = 0.48436

Maka daya kapasitor yang diperlukan adalah :

      Q_c  = P (tg φ - tg φ’)

      Q_c  = 500 (1.16913 - 0.48436)

      Q_c  =  500 x 0.685 = 342.5    sama dengan cara Tabel.

Jadi menentukan daya kapasitor bank bukan sesuatu yang sulit namun harus hati-hati jangan sampai daya yang terpasang kelebihan atau kekurangan. Kunci utama dalam menetapkan daya kVAr yang tepat adalah ketepatan dalam mendapatkan daya aktif (kW) dari jaringan listrik gedung. Pengukuran sesaat pada daya terpasang kurang tepat karena pada umumnya  besarnya pemakaian daya gedung berfluktuasi. Pengukuran secara periodic khususnya dalam kegiatan audit energi listrik gedung akan memberikan informasi pemakaian daya listrik gedung yang lebih lengkap sehingga penetapan daya aktif yang dipakai lebih akurat dan penetepan daya kapasitor akan lebih optimal.

Besaran kapasitor bank yang dipasang dinyatakan dengan kVAr, dimana sesungguhnya ini merupakan daya reaktif  yang dipakai oleh satu unit kapasitor bank yang terpasang. Di pasaran sudah tersedia paket-paket kapasitor bank dalam satuan  5, 10, 15, 20, 25, 50, 100 kVAr, jadi kita tak perlu lagi menghitung dari persamaan yang berkaitan dengan nilai besar (farad) kapasitor. Paket-paket ini merupakan modul yang terpisah dan digabung tergantung besar jumlah kapasitor bank yang akan dipasang. Sebagai contoh diatas untuk daya reaktif kapasitor bank  sebesar 342.5 jika dibulatkan menjadi 350 kVAr,  maka bisa digunakan modul kapasitor bank yang masing-masing nilainya 50 kVAr sejumlah 350 :  50 = 7 modul. 

 Gambar. Photo panel kapasitor bank

Satu panel kapasitor bank terdiri atas modul-modul kapasitor, sistem control PLC, breaker dan fuse serta lampu indicator dan tombol manual. Gambar dari panel kapasitor bank adalah seperti terilhat pada gambar .

Fungsi kapasitor bank adalah mengkoreksi  factor daya keseluruhan sistem kelistrikan gedung, karena itu kapasitor bank dipasang parallel dengan jala listrik di panel utama. Koreksi akan dilakukan dengan secara otomatis tergantung kebutuhan kVAr sistem listrik gedung. Proses koreksi dilakukan oleh rangkain digital controller (PLC) yang terpasang di panel kapasitor bank.

Controller ini yang akan menentukan berapa step modul kapasitor akan masuk (on) untuk mengkoreksi factor daya listrik gedung. Sebagai contoh jika dibutuhkan koreksi daya 300 kVAr, maka dalam contoh diatas akan masuk 300 : 50 = 6 modul kapasitor. Adanya modul-modul kapasitor memudahkan untuk kontroler mengoreksi factor daya lebih akurat. Berikut ini gambar rangkaian kapasitor dengan jumlah modul hanya digambarkan 2 saja

Gambar.  Rangkaian kapasitor (digambarkan 2 modul saja)

Sedangkan gambaran fisik dari modul modul kapasitor adalah seperti terlihat pada gambar  berikut.

                         

 Gambar.  modul kapasitor dengan besar daya kVAr-nya dan isinya

a.    Dengan Metode Pengukuran

Beban listrik gedung tidaklah menunjukkan angka yang tetap setiap saat. Besarnya beban listrik gedung dalam  kWatt bisa bervariasi setiap hari, bahkan untuk gedung jenis hotel beban listriknya bisa sangat fluktuatif karena tidak tetapnya jumlah pengunjung ke hotel. Menghitung kebutuhan daya reaktif kapasitor (kVAr) dengan hanya menyandarkan pada satu kali pengukuran yang sesaat tentunya amat riskan. Pengukuran periodik khususnya melalui audit energi akan memberikan gambaran yang lebih akurat tentang pola penggunaan energi listrik dan pola beban dari kelistrikan gedung. Periode pengukuran listrik gedung bisa dilakukan minimal 1 minggu karena dapat dikatakan pola hidup didalam gedung berulang setiap minggu. Sementara untuk hotel perlu pengukuran yang lebih akurat dengan mengkaji waktu-waktu peak dan low season. Melalui pengukuran akan didapatkan angka optimal daya listrik kWatt serta rata-rata factor daya (cos phi) kelistrikan gedung. Lebih jauh lagi dengan pengukuran kelistrikan ini tidak hanya menghindari denda beban energi  reaktif (kVARh) yang diterapkan oleh PT PLN apabila factor daya listrik gedung lebih rendah dari 0.85, dari hasil pengukuran bahkan bisa menghilangkan sama sekali daya reaktif yang harus disuplai dari jala-jala PLN ke sistem kelistrikan gedung sehingga pada gilirannya dapat mengurangi daya nyata (apparet/kVA) yang harus disuplai oleh jala-jala PLN. Berikut ini contoh gambar pola factor daya (cos phi) dari hasil pengukuran listrik pada suatu Gedung untuk hari kerja dan libur.

              Gambar.  factor daya listrik gedung

Dari gambar  terlihat bahwa nilai factor daya kelistrikan gedung pada jam kerja menunjukkan angka yang rendah dibandingkan pada hari libur. Hal ini menunjukkan bahwa pada hari kerja beban-beban listrik gedung banyak yang bersifat induktif sehingga menurunkan factor daya listrik gedung. Angkanya  cukup fluktuatif antara 0,75  s.d 0,90. karena secara total jumlah waktu kondisi factor daya dibawah 0,85 lebih banyak maka gedung ini mendapatkan denda (penalty) energi reaktif (kVARh) dari PLN. Dengan adanya denda ini maka diperlukan untuk memasang kapasitor bank pada sistem kelistrikan gedung. berdasarkan gambaran diatas maka akan kita gunakan angka acuan  factor daya (cos phi) terendah pada angka 0,8 sementara  factor daya baru yang ingin dicapai adalah 0,99. Kemudian pertanyaan selanjutnya adalah berapa besar daya beban kW untuk menentukan daya reaktif kapasitor bank.

Untuk medapatkan hal itu maka kita gunakan data hasil pengukuran daya beban lisitrik gedung seperti terlihat pada gambar dibwah. Pada gambar terlihat pola beban daya listrik gedung kantor rata-rata untuk hari kerja. Pola beban listrik bentuknya mirip lonceng terbalik, ini menunjukkan bahwa pemakaian energi gedung dimulai pada saat jam kerja dan cenderung stabil mencapai waktu akhir jam kerja. Dari gambar didapatkan bahwa daya maksimum yang dibutuhkan adalah pada angka 800 kWatt.

 

Gambar.  pola beban daya listrik gedung  kantor

Angka beban daya listrik  pada  800 kW adalah acuan untuk menghitung kebutuhan daya listrik reaktif dari kapasitor.

Bagaimanakah menentukan daya kapasitor bank dengan metode pengukuran :

Jika ingin menghilangkan sepenuhnya daya reaktif dari jala-jala PLN dimana cos phi=1, maka besar daya kVAR yang terukur sudah merupakan daya kapasitor bank yang dibutuhkan. Apabila ingin dibuat cos phi kelistrikan pada nilai lebih rendah dari 1 maka  cara menghitungnya tetap menggunakan tabel koefisien pengali  atau dengan persamaan :

               Q_c  = P (tg φ - tg φ’)

Hanya saja penentuan besaran daya (P) dan cos phi awal (φ) dilakukan  melalui pengukuran yang lebih detail. Berdasarkan hasil pengukuran diatas jika diinginkan factor daya baru cos phi = 0.95, maka  daya kapasitor yang dibutuhkan adalah  :

               P = 800 kWatt

               Cos φ = 0,75  maka tan φ= 0,881

               Cos φ’ = 0,95  maka tan φ’= 0,328

Maka, 

               Qc = P x (0,881    -  0,328) = 800 x 0,553 = 442,4

Atau jika menggunakan table 2.1 koefisien pengali  didapatkan  k = 0,553

 

               P = 800

               K = 0,553

Maka  

               Qc = P x k

                    = 800 x 0,553  = 442,4  kVAR

 

Untuk pengetesan (lihat gambar 2.9a dan 2.9b)

Kondisi lama  P = 800 kw     Cos φ = 0,75  maka tan φ= 0,881 maka daya kVAR total awal =

               Q  = P x tan φ = 800 x 0,881 = 704,8 kVAR

 

Dengan Qc = 442,4 kVAR  maka

               Q’ = Q – Qc = 704,8 -  442,4 = 262,4

Kita lihat   daya reaktif baru 

tan sudut = 262,4 : 800 = 0,328 rad

Sudut(radiant) = tan^-1  (0,328) = 0,316 ^o   

maka   Cos (0,316) = 0,95    

hasilnya sesuai dengan perhitungan

Metode pengukuran ini tidak hanya dapat dilakukan untuk mengurangi daya reaktif di panel utama saja, tapi juga dapat dilakukan pada beban beban individual seperti motor-motor dan alat induktif lainnya. Dengan pengukuran pada beban individual akan didapatkan kebutuhan daya reaktif kapasitor yang lebih teliti dan akan lebih meningkatkan efisiensi kelistrikan gedung. Selain itu pemasangan kapasitor bank pada beban individual akan membutuhkan biaya yang lebih murah karena tidak dibutuhkannya panel dan alat-alat tambahan lainnya seperti breaker dan controller.

Apabila kita telah mendapatkan besaran daya reaktif kapasitor  yang akan dipasang dalam kelistrikan gedung kita, maka selanjutnya bisa dicari vendor (supplier) kapasitor bank untuk memasang barangnya  di sistem kelistrikan kita dengan besaran sesuai dengan hasil yang kita dapatkan.

Metode Pemasangan Kapasitor Bank

Seperti telah diuraikan diatas fungsi kapasitor bank dalam sistem kelistrikan gedung adalah untuk memperbaiki efisiensi listrik gedung. Cara kerja kapasitor bank ini adalah dengan memberikan daya reaktif yang dibutuhkan beban dan menyimpannya lagi manakala beban melepaskannya serta memberikan lagi disaat beban membutuhkan.

Berkaitan dengan fungsi kerjanya tadi maka metode pemasangan kapasitor bank ada tiga macam yaitu :

b.    Pemasangan mandiri (individual compensation)

c.    Pemasangan kelompok (group compensation)

d.    Pemasangan terpusat (centralized compensation)

Skematik metode pemasangan adalah seperti terlihat pada gambar dibawah , pada gambar terlihat untuk metode individual dan group sebagai contoh yang menjadi beban adalah motor-motor. Digambarkan pula panel kapasitor bank dengan lambang kapasitor sederhana. Sementara itu untuk metode pemasangan terpusat artinya daya reaktif kapasitor akan mengatasi kebutuhan beban keseluruhan sistem kelistrikan gedung dimana jumlah daya reaktif kapasitor kVAR yang masuk sistem (On) ditentukan oleh controller yanga ada pada panel kapasitor berdasarkan informasi yang diperoleh oleh alat ukur yang ada di panel kapasitor itu sendiri.

Gambar.  berbagai metode pemasangan kapasitor bank 

Masing-masing metode memiliki kelebihan dan kekuranganya dan penggunaannya tergantung kondisi sistem kelistrikan yang ada di gedung yang bersangkutan.

Sistem yang paling mudah dan murah adalah sistem individual karena langsung ke beban yang membutuhkan, kelemahannya jika ketidakefisienan terjadi di unit lain maka akan muncul di jalur utama sehingga secara keseluruhan menjadi tidak efisien.

Sistem central adalah yang paling baik untuk mengatasi segala kemungkinan kebutuhan daya reaktif beban kelistrikan gedung dengan syarat bahwa daya kVAr terpasang kapasitor bank optimal dan sanggup mengatasi variasi beban yang fluktuatif. Kelemahannya adalah bahwa sistem ini lebih mahal dibandingkan dengan metode lainnya.

Metode grouping adalah kombinasi atas sistem individual dan central dimana diharapkan peningkatan efisiensi dimulai dari unit yang terkecil yang bisa dicover dengan tetap berusaha pada jalur utama tidak terlewatkan suplai kebutuhan daya kVAr-nya. Sistem group ini cocok untuk kelistrikan gedung yang besar dan terdiri atas panel-panel lisitrik yang banyak dimana sulit untuk memasang dengan metode sistem individual

Read More