Optimisasi Penggunaan Energi Listrik Pada Unit Pengolahan Air Minum Selat Panjang

20

Optimisasi Penggunaan Energi Listrik Pada Unit Pengolahan Air Minum Selat Panjang Suparno Department of Electrical Engineering, State Polytechnic of Pontianak e-mail : [email protected]

Abstract– Optimization of the annual energy cost of a pumping station at the drinking water company can increase profits and improve the competitiveness of enterprises. This optimization model is a non-linear program which consists of three characteristic equations, namely the piping systems, pump and the annual load . This model can be used to evaluate the performance of a pumping station and choose the most efficient pump specification by setting discharge using a variable speed drive equipment. Implementation of the program on Selat Panjang drinking water processing installations unit with real data that exist in the field indicated that, the performance of the existing system installation is less efficient. Pump replacement with a more suitable specification based on the results of program implementation and installation of variable speed drives with closed-loop control actions can save energy by more than 25% of the previous conditions. Keywords– Energy Saving, Pumps, Efficiency, Variable Speed Drives. 1. Pendahuluan Unit instalasi pengolahan air minum (IPA) Selat Panjang merupakan bagian dari Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Tirta Khatulistiwa Kota Pontianak, yang berlokasi di Siantan Hilir, Kec. Pontianak Utara, mulai beroperasi pada tahun 1999, dengan kapasitas terpasang sebesar 300 liter per detik. Produksi rata-rata pada tahun 2011 sebesar 203 liter per detik, hal ini dipengaruhi oleh kualitas air baku dari sungai Landak. Untuk memenuhi kebutuhan pelanggan yang tersebar di kawasan Pontianak Utara dan Pontianak Timur, IPA Selat Panjang beroperasi selama 24 jam sehari sepanjang tahun. Biaya energi listrik yang semakin mahal sangat berpengaruh terhadap harga pokok produksi pengolahan air minum di PDAM Tirta Khatulistiwa Kota Pontianak. Berdasarkan data hasil audit energi pada bulan Nopember 2011, efisiensi sistem pompa yang terpasang pada PDAM Tirta Khatulistiwa Kota Pontianak rata-rata berkisar antara 45% hingga 50%, padahal mengacu pada technical data book dari pabrikan, efisiensi pompa sentrifugal tipe split casing yang terpasang dapat mencapai diatas 70%. Penurunan efisiensi pompa hingga lebih dari 20%, dari sejumlah pompa terpasang pada unit pengolahan air minum Selat Panjang, merupakan pemborosan yang cukup besar sekaligus peluang

konservasi yang cukup berarti untuk meningkatkan kinerja perusahaan. Permasalahan tersebut telah berlangsung selama bertahun-tahun dan hingga saat ini belum dapat diatasi. Solusi untuk mengatasi pemborosan energi pada stasiun pompa unit instalasi pengolahan air minum Selat Panjang dapat dilakukan dengan: 1. Mengevaluasi unjuk kerja stasiun pompa. Pemborosan energi pada stasiun pompa dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah ketidak sesuaian antara spesifikasi pompa dengan kurva karakteristik beban. Untuk memilih pompa yang benar-benar sesuai dengan kebutuhan sangat sulit diperoleh, apalagi jika instalasi sistem pemipaan telah mengalami perubahan karakteristik karena pemakaian yang cukup lama. Optimalisasi unjuk kerja pompa dapat dilakukan melalui evaluasi dan kajian spesifikasi pompa terhadap karakteristik sistem pemipaan dan kurva beban tahunan. 2. Memperbaiki sistem operasional stasiun pompa. Operasional stasiun pompa air baku maupun air bersih di IPA Selat Panjang masih dilakukan secara manual, untuk mengatur kebutuhan debit dilakukan dengan mengatur discharge valve atau mengatur operasional pompa secara on – off. Sistem operasional tersebut akan berdampak pada pemborosan energi. Penggabungan aksi kontrol on - off dan pemasangan peralatan variable speed drive (VSD) loop tertutup akan memberikan efisiensi yang lebih baik untuk pompa yang bekerja tunggal maupun paralel [1,7]. Peralatan VSD digunakan untuk menyesuaikan unjuk kerja pompa dengan karakteristik beban [2]. Penggunaan VSD pada variasi debit kurang dari 30% tidak terlalu berpengaruh terhadap efisiensi pompa. Estimasi penggunaan energi pada stasiun pompa melalui pemilihan spesifikasi dan perbaikan sistem operasional sebagaimana dijelaskan diatas dapat dilakukan menggunakan program komputer. Sebagai masukan program data kurva kebutuhan air tahunan, kurva beban (sistem pemipaan) dan kurva unjuk kerja pompa dari berbagai merk dan spesifikasi, diubah menjadi data diskrit dengan menggunakan teknik regresi least square [3]. Komputasi data menggunakan program aplikasi matlab. 2.

Penggunaan Energi Listrik Pada Instalasi Pengolahan Air Minum Selat Panjang Untuk operasional IPA Selat Panjang, dibutuhkan daya listrik sebesar 345 kVA yang di pasok dari PLN dan 250 kVA dari genset sebagai cadangan.

Jurnal ELKHA Vol.5, No 1, Maret 2013

21

Energi listrik tersebut sekitar 85% digunakan untuk menggerakkan pompa dan selebihnya untuk operasional kantor dan penerangan. Saat ini pada stasiun pompa air baku maupun air bersih terpasang sejumlah pompa. dengan spesifikasi yang berbeda satu sama lain. Spesifikasi yang berbeda akan menyulitkan dalam operasional dan merupakan sumber pemborosan energi.

Pengaturan putaran yang tidak terlalu lebar tidak akan menyebabkan penurunan efisiensi yang signifikan. Keuntungan dari pengaturan kecepatan pada poros pompa sentrifugal adalah; tidak terjadi kelebihan tekanan, pengasutan lebih halus karena menggunakan frekuensi converter, terjadi penghematan energi dan mengurangi biaya operasional.

2.1 Operasional Stasiun Pompa Besarnya debit dan head supplay air baku pada instalasi pengolahan air minum maupun pada sistem transmisi air bersih merupakan dasar untuk pemilihan spesifikasi pompa dan sistem pemipaan. Hubungan antara debit (q), head (h) dan daya poros pompa (Psh) adalah : m = ρ.V (kg) (1) Psh = ρ.q.g.h / ηp (Nm/det) (2) Sedangkan hubungan antara debit dengan kecepatan air di dalam pipa adalah: v = q /A (m/det) (3) Kecepatan air dalam pipa akan mempengaruhi rugi-rugi gesek (head dynamic). Pengaturan debit dan head pompa sentrifugal dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu; mengatur discharge valve, memasang bypass valve dan memasang variable speed drive (VSD). Pengaturan debit dengan discharge valve akan berdampak pada kenaikan temperatur air di dalam casing pompa, menimbulkan efek cavitasi, mengurangi umur bantalan dan seal, perputaran air pada bagian isap, perputaran air pada bagian tekan dan pengaruh lainnya yang berdampak pada penurunan efisiensi [4]. Sistem operasional stasiun pompa yang berorientasi pada penghematan energi dapat dilakukan melalui gabungan antara model kontrol on –off dari beberapa buah pompa dengan pengaturan kecepatan motor penggerak pompa menggunakan peralatan VSD.

2.2 Rugi-rugi Energi pada Sistem Distribusi Air Melalui Saluran Pipa Energi aliran air di dalam saluran pipa terbagi dalam tiga komponen yaitu; energi potensial, energi kinetik dan energi rugi gesekan dengan dinding pipa. Berdasarkan persamaan Bernoulli tentang kontinyuitas energi, tekanan fluida pada berbagai titik di sepanjang sistem pemipaan dinyatakan sebagai berikut: +

Pengaturan kecepatan putaran poros pompa berdasarkan affinity law akan berpengaruh terhadap debit, head dan daya sebagai berikut: α = (4) q1 = q0 x α 2 h1 = h0 x α . P1 = P0 x α3

(5) (6) (7)

ℎ =

+

+

ℎ + ( )



+

(8)

Di dalam sistem penyaluran air yang melibatkan sejumlah pipa dengan berbagai ukuran dan perlengkapannya (valve, reducer, elbow, dll), akan menimbulkan rugi-rugi gesekan. Rugi-rugi gesekan tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya; berat jenis air, kekentalan (viscosity), kekasaran permukaan pipa bagian dalam , kecepatan aliran air, diameter pipa, panjang pipa dan hambatan elemen sistem pemipaan (pipe fitting). Aliran fluida di dalam pipa dibagi dalam dua bagian yaitu laminer dan turbulent. Aliran laminer terjadi pada kecepatan rendah, dimana antar lapisan fluida yang mengalir tidak tercampur satu sama lain. Aliran laminer memiliki Reynold number kurang dari 2x104 . Aliran turbulent terjadi pada kecepatan tinggi, dimana antar lapisan fluida yang mengalir tercampur satu sama lain dan membentuk pusaran. Aliran turbulent memiliki Reynold number lebih besar dari 4x104. Rugi-rugi energi pada persamaan (8) dapat juga dinyatakan dalam bentuk rugi-rugi head, dengan membagi kedua ruas dengan masa fluida yang mengalir (ρ.g): .

Gambar 1. Kurva affinity law pada unjuk kerja pompa sentrifugal [5]

+

∑

+

+ℎ =

=

+



.

+

+ℎ +

+ (ℎ − ℎ ) +

+∑

(9)

+∑

(10)

dimana: p = tekanan fluida, N/m2 ρ = masa jenis fluida, kg/dm3 H = (p/ρ.g) = head dalam pipa, (m) v = kecepatan aliran fluida, m/det g = percepatan grafitasi, m/det2 h = head elevasi, m = faktor gesekan Darcy - Weisbach = panjang pipa, m = diameter bagian dalam pipa, m K = koefisien resistansi aliran fluida (head minor coefficient) besarnya tergantung valve & fitting dan sistem pemipaan. V =volume (m3) A = luas penampang pipa (m2)

22

Rugi-rugi head akibat gesekan fluida dengan dinding pipa dibagi menjadi dua bagian yaitu rugi head mayor; hL major =

dan rugi head minor; hL minor = ∑

, K nilai koefisien untuk berbagai jenis valve and fitting. Rugi head mayor terjadi pada saluran pipa, sedangkan rugi head minor terjadi pada elemen pemipaan seperti katub (valve), lengkungan (elbow), perubahan diameter pipa (expansion and contraction), dan lain-lainnya. Faktor gesekan aliran air dengan dinding pipa dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida, berat jenis, kekentalan, diameter bagian dalam pipa dan kekasaran permukaan pipa bagian dalam. Hubungan antara faktor gesekan (f), Reynold number ( = ) dan perbandingan kekasaran permukaan pipa bagian dalam dengan diameter pipa (relative roughness) (ε/D), dapat dibaca dalam kurva Moody chart. Untuk aliran laminer = 64 / ; sedangkan untuk aliran turbulent nilai f dapat dibaca pada kurva atau dihitung dengan formula: = 0.0055 1 + 20000 +

(11)

dimana : μ = kekentalan fluida (viscosity) ε = kekasaran permukaan pipa bagian dalam (roughness), mm 2.3 Model Matematis Optimisasi Stasiun Pompa Estimasi perhitungan potensi penghematan energi pada operasional pompa dengan aksi kontrol loop tertutup melalui pengaturan kecepatan motor penggerak pompa dapat dilakukan menggunakan program komputer. Program yang dibuat tidak hanya digunakan untuk menghitung besarnya kebutuhan energi stasiun pompa tetapi juga dapat digunakan untuk memilih spesifikasi pompa yang paling efisien dalam satu stasiun. Sebagai masukan program diperlukan data kebutuhan debit maksimum, debit harian, kurva sistem pemipaan dan kurva karakteristik pompa dalam bentuk data diskrit. Perhitungan optimisasi energi stasiun pompa menggunakan program matlab. Untuk mengubah kurva karakteristik pompa menjadi data diskrit, digunakan teknik regresi least square, kurva hdc=f(q) di dekati dengan persamaan kuadrat, sedangakan kurva η = f(q) didekati dengan persamaan pangkat tiga. hdc = Aq2 + Bq + C (12), η = Dq3 + Eq2 + fq + g (13) Data diskrit unjuk kerja pompa akan akurat jika nilai R2 sama dengan atau mendekati 100%. Demikian juga halnya untuk data kurva karakteristik sistem pemipaan, didekati dengan persamaan kuadrat. Kurva karakteristik sistem pemipaan dapat diperoleh melalui perhitungan berdasarkan data lapangan (persamaan 10) atau pengukuran.

2.3.1 Optimisasi Pemilihan spesifikasi dan Operasional Pompa dengan VSD Besarnya daya masukan pompa pada putaran variabel dengan memperhitungkan rugi-rugi pada seluruh komponen sistem pompa adalah: Pin = (14) ηt = ηp . ηm . ηv (15) Besarnya daya hidrolis atau daya keluaran pompa, Pout = ρ.q.g.h (Watt) (16) Pada putaran pompa sebesar (n1) yang lebih rendah dari putaran nominal (n0), efisiensi motor (ηm) dan efisiensi VSD (ηv) akan berubah seperti dalam persamaan (1718) dengan k = ( ), [6]. ηm = 0.94187 (1- . ) (17) ηv = 0.5087 + 1.283k – 1.42k2 = 0.5834k3 (18) Untuk menghitung besarnya biaya energi tahunan dari stasiun pompa yang terdiri dari sejumlah pompa berdasarkan kebutuhan debit harian rata-rata dan sistem tarif yang berlaku di Indonesia dapat dihitung menggunakan persamaan (19). Fungsi tujuan optimisasi biaya energi tahunan dari suatu stasiun pompa adalah: Min(AEC)= ∑ . ∆

( )



∑

. .

( )

( )

( ) ( )



. ∆

( )

+ (19)

Fungsi kendala: qj (d) ≤ qmax(j) ; 60% hmax(j) ≤ hdc(j) (d) ≤ hmax(j) ; ηt (d) ≥ 70% m = periode waktu dalam satu tahun n = jumlah pompa yang bekerja pada periode waktu d q = debit pompa (liter/detik) hdc = total discharge head pompa (meter) ηt = efisiensi total sistem pompa tlf = tarif waktu luar beban puncak (Rp./kWh) ∆tlf = periode waktu luar beban puncak tf = tarif waktu beban puncak (Rp./kWh) ∆tf = periode waktu beban puncak Stasiun pompa direncanakan untuk mengalirkan air dengan debit yang dapat diubah sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan kondisi instalasi, variasi debit diharapkan berkisar antara 70% hingga 100% dari kapasitas nominal. Pangaturan debit dapat dilakukan dengan mengatur putaran motor penggerak pompa. Dengan memasukkan persamaan (4) ke dalam persamaan (12) dan (13) diperoleh: hdc(1) = Aq12 + Bq1α + Cα2 (20) η1 = Dq13 + Eq12α + Fq1 α2 + Gα 3 (21) Subscrip (1) menunjukkan nilai variabel pada putaran tertentu. 2.3.2 Sketsa Perhitungan energi pada Stasiun Pompa dengan Model Matematis Estimasi perhitungan penggunaan energi dengan solusi model matematis dapat digunakan pada sistem pompa dengan pengaturan debit secara konvensional maupun menggunakan peralatan VSD. Metode perhitungan didasarkan pada pengaturan sebuah pompa, namun dapat juga digunakan untuk sejumlah pompa

Jurnal ELKHA Vol.5, No 1, Maret 2013

23

yang bekerja secara paralel dengan karakteristik yang identik. Proses perhitungan secara analisa matematis dapat dijelaskan berdasarkan gambar 2. Titik kerja pompa adalah perpotongan antara kurva sistem pemipaan dengan kurva unjuk kerja pompa. Pada contoh kasus gambar 2, kurva pompa merupakan gabungan dari tiga buah pompa identik, titik A adalah perpotongan kurva unjuk kerja pompa pada putaran nominal sebesar n0 dengan kurva sistem pemipaan. Efisiensi pompa pada titik kerja A dapat dibaca pada kurva efisiensi pada nilai debit yang sama sebesar qA. Titik A merupakan titik kerja paling optimal unjuk kerja pompa dengan pengaturan debit menggunakan katup. Jika operasional pompa dikehendaki untuk menghasilkan debit sebesar qB melalui pengaturan katub , maka titik kerja pompa akan bergeser dari titik A ke titik B. Daya bruto masukan pompa sebesar Pin =ρ.g hC.qB / η, sedangkan daya hidrolis keluaran pompa Pout = ρ.g.hB.qB. Pengaturan debit menggunakan katub akan menimbulkan rugi-rugi tekanan (head) sebesar ∆h, yaitu perbedaan tekanan antara titik B dengan titik C, yang berarti juga terjadi rugi-rugi daya sebesar ∆P =ρ.g. ∆h.qB / η. Efisiensi pembebanan pada titik B dan C sama, pada debit qB besarnya efisiensi dapat dibaca pada kurva η = f(q). Pengaturan debit sebesar qb dapat dilakukan dengan menurunkan putaran motor penggerak menjadi n1 menggunakan VSD, sehingga besarnya daya masukan yang diperlukan oleh pompa pada titik B sebesar: PB = ρ.g. hB.qB / η. Berbeda dengan pengaturan debit secara konvensional, efisiensi pompa pada titik B dapat diperoleh dengan membuat garis lintasan kurva h parabola hingga memotong kurva unjuk kerja pompa pada putaran nominal n0, yaitu pada titik D. Pada pengaturan putaran sebesar 60%, seperti ditunjukkan dalam gambar 3, besarnya efisiensi pompa pada titik B sama dengan efisiensi pada titik kerja D. Kurva h parabola adalah kurva yang dibuat berdasarkan hukum affinity, dengan garis lintasan yang selalu berubah mengikuti titik kerja operasional pompa. Efisiensi pada titik D dapat dihitung dengan memasukkan nilai qD pada persamaan (21).

Estimasi penggunaan energi dari sejumlah pompa identik yang bekerja secara paralel dalam satu stasiun dapat dihitung menggunakan program computer berdasarkan uraian gambar 2, dan diagram alir proses perhitungan dengan solusi model matematis seperti dalam gambar 4., dengan beberapa asumsi dan kriteria sebagai berikut: 1. Stasiun pompa terdiri dari sejumlah pompa dengan karakteristik yang identik. Hal ini dimaksudkan untuk memudahkan dalam perhitungan maupun proses pengendalian putaran motor menggunakan VSD

Gambar 4 Diagram alir pemilihan pompa dengan solusi model matematis

Gambar 2. Sketsa model perhitungan energi pada operasional pompa dengan pengaturan putaran (VSD)

2. Dari data kebutuhan debit rata-rata harian dalam setahun, diambil debit tertinggi sebagai acuan untuk menentukan kapasitas debit maksimum pompa (qmax). Pada debit maksimum tersebut dipilih pompa yang memiliki efisiensi mendekati maksimal (best efficiency point). 3. Karena sulitnya untuk memilih pompa yang benarbenar sesuai dengan kebutuhan, maka debit pompa ditentukan pada kisaran 100 s/d 150 persen dari debit yang dibutuhkan (qR), sedangkan kebutuhan discharge head minimal (hdc.min), ditentukan pada kisaran 100 s/d 200 persen dari discharge head yang dibutuhkan (hdc.R). Hal ini dimaksudkan untuk membatasi besarnya investasi pengadaan pompa dan memudahkan proses komputasi.

24

4.

5. 6.

7.

3.

Pengaturan operasional pompa adalah gabungan antara kontrol on – off dan kontinyu dengan aksi kontrol PID. Dalam kurun waktu satu tahun kurva sistem dianggap tidak mengalami perubahan. Perhitungan biaya energi untuk operasional pompa berdasarkan persamaan (19), dengan tarif listrik sebagaimana diatur dalam Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 8 Tahun 2011. Dari hasil perhitungan komputer dipilih satu diantara sejumlah spesifikasi pompa yang menghasilkan biaya energi tahunan paling murah. Penerapan Model Optimisasi

Model optimisasi penggunaan energi ini diterapkan pada stasiun pompa unit pengolahan air minum Selat Panjang. Sasaran dari penerapan model adalah untuk mensimulasikan perhitungan penggunaan biaya energi listrik, bilamana pada stasiun pompa dilakukan penggantian pompa dengan spesifikasi yang lebih tepat dan perbaikan sistem operasional dengan menggabungkan kontrol on – off dengan peralatan VSD. Hasil perhitungan dari penerapan model dibandingkan dengan penggunaan energi pada kondisi sebelumnya untuk mengetahui besarnya peluang penghematan biaya energi tahunan. 3.1 Karakteristik Produksi Air Bersih Tahunan Kapasitas produksi air bersih unit pengolahan air minum Selat Panjang sangat tergantung pada kualitas air baku dari sungai Landak. Kualitas air baku sungai Landak selalu berubah dalam siklus satu tahun, yang dipengaruhi oleh kondisi cuaca. Pada musim kemarau air sungai Landak mengalami pasang surut, sehingga harus berhenti produksi atau mengurangi kapasitas produksinya akibat kandungan garam pada air baku cukup tinggi, demikian juga pada musim penghujan, air baku berwarna coklat tua mengandung gambut. Instalasi pengolahan air minum Selat Panjang dirancang hanya untuk kualitas air baku normal, sehingga kapasitas produksinya akan terganggu bilamana kualitas air baku tidak standar. Kapasitas produksi harian air bersih pada tahun 2011 bervariasi antara 70 s/d 253 liter / detik. Instalasi pengolahan air minum Selat Panjang dilengkapi dengan satu stasiun pompa air baku dan satu stasiun pompa air bersih, dengan kapasitas debit yang sama. 3.2 Karakteristik Sistem Pemipaan Air Baku dan Air Bersih Hambatan sistem pemipaan yang melibatkan berbagai jenis komponen, material pipa dan sifat fluida yang dialirkan, dapat dihitung menggunakan persamaan (10). Berdasarkan data hasil pengukuran lapangan dan data karakteristik berbagai jenis pipa, fitting, valve, dan lain-lainnya (komponen mayor dan minor), dari hasil komputasi dan interpolasi kurva diperoleh persamaan h = f(q) untuk sistem pemipaan air baku: h = 0.000083q2 – 0.001101q + 10.087288 dan h=f(q) untuk sistem pemipaan air bersih: h = 0.000112q2 + 0.020430q + 5.893734

3.3 Stasiun Pompa Unit instalasi pengolahan air minum Selat Panjang dilengkapi dengan stasiun pompa air baku dan air bersih. Stasiun air baku untuk melayani dua unit instalasi pengolahan air minum, masing-masing berkapasitas 100 dan 200 liter / detik. Untuk memudahkan operasional masing-masing stasiun pompa dipasang 3 buah pompa dengan spesifikasi yang identik. Data pompa sebagai masukan program adalah: debit maksimum (qmax), head minimum (hdcmin) dan koefisien persamaan unjuk kerja pompa (h=f(q) dan η=f(q)). Untuk mendapatkan spesifikasi pompa yang paling sesuai dengan kebutuhan, dalam kasus ini dinominasikan sebanyak 30 tipe dari berbagai merk termasuk yang terpasang saat ini. 3.4 Implementasi Program Optimisasi Implementasi dari program optimisasi penggunaan energi pada stasiun pompa IPA Selat Panjang diperoleh hasil sebagai berikut: Tabel 1. Hasil pemilihan spesifikasi pompa dan estimasi penggunaan energi stasiun pompa air baku No. Pompa

Type Pompa

q(l/det)

8 10 11 12 27 28

Wilo-ASP125B-335 Wilo-ASP150A-260 Wilo-ASP150A-275 Wilo-ASP150A-290 Ebara 200DL522 Ebara150x125FS4 KA530-318

85,00 110,00 110,00 110,00 90,00 100,00

h(m) 29,00 15,00 18,00 22,00 15,20 25,30

Energi (kWh) 423.914 366.433 366.994 364.972 449.728 366.602

Tabel 2. Hasil pemilihan spesifikasi pompa dan estimasi penggunaan energi stasiun pompa air bersih No. Pompa 8 11 12 28

Type Pompa Wilo-ASP125B-335 Wilo-ASP150A-275 Wilo-ASP150A-290 Ebara 150x125FS4 KA530-318

q(l/det) 85,00 110,00 110,00 100,00

h(m)

Energi (kWh)

29,00 18,00 22,00 25,30

392.212 359.938 353.845 358.423

Dari hasil kompilasi data pada stasiun pompa air baku tabel 1., diperoleh enam tipe pompa yang memenuhi kriteria dan pompa merk Wilo tipe ASP150A-290 merupakan pompa yang paling efisien dengan total penggunaan energi sebesar 364.972 kWh per tahun. Pompa Ebara tipe 150x125FS4KA530-318 yang digunakan saat ini menempati urutan ke tiga paling efisien dengan konsumsi energi sebesar 366.602 kWh per tahun. Sedangkan implementasi program pada stasiun transmisi air bersih tabel 2., diperoleh empat tipe pompa yang memenuhi kriteria dari 30 tipe pompa yang disediakan. Diantara ke empat tipe pompa tersebut terdapat satu tipe pompa yang paling efisien yaitu pompa merk Wilo- ASP150A-290 dengan konsumsi energi listrik sebesar 353.845 kWh per tahun. Pompa Ebara tipe 150x125FS4KA530-318 yang digunakan saat

Jurnal ELKHA Vol.5, No 1, Maret 2013

25

ini menempati urutan ke dua paling efisien dengan konsumsi energi sebesar 358.423 kWh per tahun. Berdasarkan data rekening PLN, penggunaan energi listrik untuk penggerak pompa pada IPA Selat Panjang pada tahun 2011 sebesar 1.091.586 kWh. Penerapan program optimisasi memerlukan energi listrik sebesar 712.268 kWh per tahun, sehingga diperoleh penghematan energi listrik sebesar 379.318 kWh per tahun. Besarnya biaya energi listrik yang dapat di hemat dengan penggantian spesifikasi pompa dan pemasangan peralatan VSD ditunjukkan dalam tabel 4.

VSD akan memberikan peluang penghematan energi listrik bruto lebih dari 35% per tahun. Estimasi tersebut masih perlu dilakukan koreksi terhadap validitas data masukan dan faktor lainnya yang secara keseluruhan tidak lebih dari 10%. Referensi [1]

Mecro, B.C., Jack, A.G. 2008. Efficiency trends in electric machine and drive, Energy Policy, vol 36, pp. 4336-434.

[2]

Garibotti Edoardo. 2008. Energy saving and better performances through variable speed drive application in desalination plant brine blowdown pump service, Desalination, vol. 220, pp. 496-501.

[3]

Pulido-calvo Inmaculada, Gutierrez-Estrada Juan Carlos, Asensio-Fernandes Ricardo, Optimal design of pumping station of island intensive fishfarms, Aquacultural Engineering, 2006, vol. 35, pp. 283-291.

[4]

Da Cruz Bernard, PUMPS: Maintenance, Design, and Reliability Conference, IDC Technologies, 2009

[5]

Kneissl Johan, Energi Optimization of System by Using Variable Speed Driven Pumps, ITT 2010

[6]

Fu Yongzheng, Cai Yaqiau, Wu Keqi. Forecasting The Energy Saving Benefit of Variable Speed Pump, Task Quarterly 10 No 1, 27–33, 2005.

[7]

Zhang He, Xia Xiaohua, Zhang Jiangfeng, Optimal sizing and operation of pumping system to achieve energy efficiency and load shifting, Electric Power Systems Research, 2011.

Tabel 3. Peluang penghematan energi listrik Penggunaan energi listrik Th.2011 (kWh) 1.091.586

Penggunaan energi listrik setelah optimasi (kWh) 712.268

Peluang penghematan energi listrik (kWh) 379.318

Tabel 4. Peluang penghematan biaya energi listrik tahunan dengan tarif rata-rata Rp.763 / kWh

4.

Biaya energi listrik Th.2011 (Rp.)

Biaya energi listrik setelah optimasi (Rp.)

832.880.118

543.460.484

Peluang penghematan Biaya energi listrik (Rp.) 289.419.634

Kesimpulan

Pemborosan energi listrik pada unit instalasi pengolahan air minum Selat Panjang telah berlangsung cukup lama. Spesifikasi pompa yang terpasang pada stasiun pompa air baku maupun air bersih sudah tidak lagi sesuai dengan kondisi pembebanan saat ini. Karakteristik sistem pemipaan telah mengalami perubahan, terutama akibat terjadinya sedimentasi pada pipa bagian dalam. Endapan kapur dan bahan kimia yang telah berlangsung cukup lama akan meningkatkan kekasasaran dan mengurangi luas permukaan pipa bagian dalam. Head dinamik pada kurva sistem pemipaan akan selalu berubah seiring dengan waktu pemakaian. Sistem operasional stasiun pompa secara konvensional, memerlukan operator yang memiliki pengalaman dan keahlian yang cukup. Monitoring terhadap kinerja pompa harus dilakukan secara terusmenerus, terutama jika terjadi perubahan kondisi kualitas air sungai Landak. Kondisi demikian menyebabkan operasional instalasi pengolahan air minum kurang efektif dan berpengaruh terhadap mutu produksi. Permasalahan pemborosan energi pada stasiun pompa dapat diatasi melalui dua hal yaitu evaluasi spesifikasi pompa dan pemasangan peralatan variable speed drive sebagai pengendali debit dengan pengaturan loop tertutup. Berdasarkan hasil implementasi program pada instalasi pengolahan air minum Selat Panjang menunjukkan bahwa, penggunaan energi listrik untuk operasional stasiun pompa masih tergolong boros. Penggantian pompa terpasang dengan spesifikasi alternatif hasil komputasi program dan pemasangan

Biography Suparno, lahir di Trenggalek 13 September 1964. Lulus Diploma Teknik Elektro (D3) Politeknik Institut Teknologi Bandung tahun 1989, lulus S1 Teknik Elektro Universitas Brawijaya Malang tahun 1996 dan lulus S2 Teknik Elektro Universitas Tanjung Pura pada tahun 2013. Dari tahun 1990 hingga saat ini bekerja sebagai tenaga pengajar di jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Pontianak.

Jurnal ELKHA Vol.5, No 1, Maret 2013

26

Jurnal ELKHA Vol.5, No 1, Maret 2013