Pertemuan tmiah rahunan (Hn vil, o'1i::":trff:t ;::H;:: tt:;l

Pertemuan tmiah rahunan

(Hn vil,

o'1i::":trff:T

;::H;:: tt:;l

oPTIMALISASIKERJAMAINcooLtNGWATERPUMP(McwP)

STRATEGI DENGAN VFD (VARIABLE FREQUENCY DRIVE) DALAM KERANGKA BUMI PANAS LISTRIK EFFESIENSI PEMBANGKIT BARAT) (STUDI KASUS DI PT. INDONESIA POWER UBP KAMOJANG JAWA

AbdutMajidZulkarnain,RulyHusnieRidwln'danKhasani

Gadjah Mada Jurusan Teknik Mlsin dan lndustri, Fikultas Teknik universitas PT. lndonesia Power UBP Kamojang E-mail: [email protected] ruly.ridwan@indonesiapower' co'id [email protected]'id

Abstract

in PT' Etectic power required by MCWP is the biggest energy consumption speed in a constant at operates powei MCWP The Xu*oiang. U-ep lndonesia

an.opportunity to reduce the p'ower required by MQ,'W weather,. the. that resutts in the tow operaiion cost. At night or o1 the special ambie.nt The high' relatively is ambient temperiture is low and the humidity the. lt causes cold. very a.nd low is so temperature of environment in Kamoiang of that than lower beco.mes tower cooting oi temperature of water in cold basin fhe condense to condenser b supptiea be witt water in normat conaition. This will cause the steam cominj from turbine. The decrease'in water temperature condenser, the in enthalpy aecie,aie. Based on the Energy Balance Equation every conditiont. There

is

thewatersupptytothecondensercanbereducedbyreducing!|9.ca9?ci!y'?f (Variable MCW7 usiril-'naiable speed control instrument called as VFD when pump speed. the lhe Frequency orivi) This instrument wiil change capacityofMCWPdecreases,ifcausesallthesystemchange.T-heret.sa' heat C6mpiter pWram KMJ u2.exe that can disptay the change of the purpose is The occurs. capacity MCWP of change balance systeri when any working and the change temperature basin lhe be:tween to find the retatio,nship operation of MCWP'

Keywords:M^WP,lowtemperature'VFD,VariableSpeed,KMJU2.exe Pendahuluan secara paralel' Main cooting water Pump (MCWP) terdiri dari 2 buah pompa yang bekerja cooling menuju Kondenser panas dari air

MCWP berfungsi *"*lno"nran/mengalirkan Towe r untu k didingin kan.

yang terbesar di PT' Konsumsi daya tistrik Rs leemataian Sendiri) ole! McwP adalah putaran tetap dan dengan beroperasi ini MCWp Selama lndonesia Power UBF Kamojang. hanya satu titik kerja PomPa

penghematan konsumsi listrik' Ada sebuah cenn yait Japat dimanfaatkan untuk melakukan pada malam hari atal pada cuaca tertentu, suhu lingkungan di Kamojang sangat dingin air pada cold basin dengan kelembaban yang relatif konstan. Kondisi ini menyebabkan suhu ini akan disuplai pada basin cooting tower iuga mengalami penurunan suhu. Air dingin air dingin yang suhu Jika turbin. darf uap menuju kondenser r"Ougti-"it iengt
2

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl) rsBN 978.979 -17724-5-5

73

Optimalisasi Keria Main Cooling Water Pump (MCWP) Dengan VFD (Variable Frequency Drive) Dalam Kerangka Strategi Efisiensi Pembangkit Listrik Panas Bumi Kasus di PT. lndonesia Power UBP Kamoiang Jawa

Abdul Majid Zulkarnain, Ruly Husnie Ridwan, Khasani

Jika suhu air pada Cold Basin (Te) turun, maka entalpi (he, h1o ,

h11)

juga akan turun'

Berdasarkan persamaan keseimbangan enetgi pada Kondenser, maka kapasitas aliran Qro dapat dikurangi. Untuk mengurangi Q,o, langkah yang dilakukan adalah mengurangi Qo Yang tidak lain adalah kapasitas Oari MCWp operasi paralel. Selama ini MCWP bekerja dengan kapasitas tetap pada kondisi apapun. Hal ini menyebabkan Ts dan T6 mengalami penurunan dari suhu standar (45 "C), padahal sistem berjalan normal cukup dengan suhu Ts dan To sebesar45 oC. Dengan kiia'lain, selama ini kerja dari MCWP dengan pemakaian daya listrik yang sangat besar iOatah sia-sia. Jika MCWP bekerja sesuai dengan kebutuhan, maka hal ini a-kan menghemat pemakaian daya listrik yang sangat besar itu.

Keterangan:

------>

'l.Uap dariTurbin 2.Uncondensable Steam 3. Air dari lntercondenser 4. Air dari Aftercondenser 5.Air panas keluar dari Kondenser 6.Air panas menuju Cooling Tower 9. Air dingin dari Cold Basin 10. Air dingin menuju Kondenser rin \_./ 11. Air dingin menuju lntercooler, lntercondenser. dan

Gambar 'l . Skema kondensasi uaP

Penghematan daya listrik dilakukan dengan pengaturan putaran MCWP yang akan menlubah kapasitas sesuai kebutuhan. Pengaturan kapasitas dapat juga dilakukan dengan

men!gunakan katup, akan tetapi pengaturan putaran lebih menguntungkan seperti ditunjukkan pada kurva berikut:

Gambar 2. Pengaturan katuP

Gambar 3. Pengaturan Putaran

2 merupakan kondisi saat kapasitas yang dibutuhkan sebesar Qz. Kebutuhan daya eH) ditunjukkan oleh bagian yang diarsir. Tampak jelas bahwa kebutuhan daya pada

Kondisi (pnl

-

pengaturan putaran jauh lebih kecil sehingga dapat menghemat pemakaian listrik. benlaturan putaran pompa dilakukan dengan menggunakan alat YFD (Variable Frequency Oriv61. Alat ini akan mengubah frekuensi arus stator pada motor penggerak MCWP sesuai

kebuiuhan. Perubahan frekuensi arus stator ini akan menyebabkan perubahan kecepatan putar motor penggerak MCWP. lnstrumen VFD ini tidak murah dan instalasinya cukup rumit. Asosiasi Panasbumi Indonesia (APl) f

sBN 978.979.177 24-S-5

VFD Optimalisasi Kerja Main Cooting Water Pump (MCWP) Dengan

(iariable Frequency Drive) Datan Kerangka Strategi

Abdul Majid Zulkarnain, Ruly Husnia Ridwan,

Efisiensi Pembangkit Listnk Panas Bumi (sfudiKasus di PT. lndonesia PoygtlEt

Khasani

Oleh karena itu' untuk Dibutuhkan investasi yang besar untuk menjalankan aplikasi ini' kelayakan proyek' analisis perlu dilakukan mefinat kelayakan aptifusi'inidari sisi ekonomi, jika terjadi perubahan hubungan sebuah mendapatkan ir1r;; dari'studi f
mengubah suhu paoa cotd basin maka MCWP harus mengubah operasinya dengan untuk program komputer sebuah dibuat itu, hubungan prt"rrhny". Untuk menampilkan heat perubahan sistem -te6aOi sirkulasi air. Program ini .akan,menampilkan bemoJefi*simulasi dengan yang 'batance sistem diiringi basin perubahan suhJ air pada cotd iif
Metodologi (Variable Frequency Drive) studi kasus ini tidak membahas secara detail dari instrumen vFD perubahan operasi mengenai membahas ini kasus studi dan instalasinya. secara umum dengan mencari tower MCWP jika terjadi p"tU"n"n suhu air pada cotd basin cooting persamaan-persamaan dan fungsi pada sistem tersebut' ' Berikut adalah urutan kerja dari penelitian ini 1, Analisis Diagram Keseim-bangan Energi/Heat Balance Diagram' 2. Penyesuaian dengan kondisi aktual'

3.

4.

Analisis Karakteristik MCWP.

operasi MCWP jika terjadi perubahan suhu air pada cold basin MSWP sesuai cooting tower.iiruoanan operasi MSWP berupa perubahan kapasitas MCWP' kebutuhan yang dilakukan dengan pengaturan putaran Kalkulasi

p"tuttn"n

5. Pembuatan pro-gram komputer untuk simulasi/pemodelan 6. Analisis biaya dan kelayakan proyek'

sistem'

Dasar Teori

kapasitas pompa Dasar teori utama pada studi kasus ini adalah mengenai pengaturan putar motor dengan cara pengaturan putaran pompa. Untuk mengubah kecepatan sesuai stator arus penggerat< pompa dapat dilakukan' dengan mengubah frekuensi persamaan:

. _t20f

n, = _v_

(1)

dengan: ri" : kecepatan putaran dari medan putar stator (rpm)

/

: frekuensi arus stator (Hz)

P :jumlah kutub Hubungan antara putaran motor dengan kapasitas pompa adalah: Q.,

(z)

-'rd,t Q, nrdrt dengan: Q : kapasitas

n d

1m3/s1

: Putaran PomPa (rPm)

: diameter imPeller (m) Dalam hal ini diameter impeller d, =

Q,

Q,

d,

maka persamaan (2) diatas menjadi:

-ntn2 (3)

perubahan kurva karakteristik pompa jika terladi perubahan putaran, ditunjukkan pada perubahan gambar 4. Gambar tersebut menunjukk-an perubahan kurva H-Q pompa u.ntuk antara potong titik maka put"run dari no menjadi nr, dan nz. Jika putaran pompa diturunkan, Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl) tsBN 978-979 -177 24-9-5

Dengan VFD Optimalisasi Kerja Main Cooting Water Punp !UC.WI) StraIegt Kerangka Dalam Frequency Drive) liariaOle 'Efisiensi Pembangkit Lisfik Panas Bumi

k

"it

i

Abdut Maiid Zutkarnain' Ruly Husnie

Ndwat.

P7. Indonesia Potg!]lEZ

kurvakarakteristikpompadengankurvakarakteristikinstalasibergeserkearahkapasitas gambar pompa nitainya tetap seperti ditunjukkan pada yang tebih kecil. sedanilrn saja pompa kapasitas "rGi"nsi. Jtru* hal'pengaturan diatas. Tujuan dari pengaturan ini tidak hanya pompa pada efisiensi maksimum' akan tetapiluga mempe-rtahantan kerja

pompa jika terjadi perubahan putaran Gambar 4. perubahan kurva karakteristik

Hasildan Pembahasan a.Analisis,PerhitungandanPembuatanProgramSimulasi/Pemodelan (metodologi tahap 1 s.d 4), maka pada Setelah melakukan tahap analisis dan p"rnii'in!"n untuk simulasi/pemodelan sistem yang tahap 5 dilakukan p"*riu.t"n program t
perubahan heat balance sistem jika diberi nama KMJ tJ2.exe. Program ini akan menampilkan d.engan perubahan kapasitas diiri.ngi da cold Oasrn yang -kerja -detail terjadi perubahan ruf'tu dari MCWP dan motor "iii,,

MCWp. program tni juga dapat *"nttpitffin pada setiap perangkat, tabel dan penggeraknya, kurya t
Gambar 5. Tampilan utama Program KMJ 2'exe Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl) lsBN 978-979 -177 24'9'5

Gambar 6. KMJ lJ2.exe menampilkan detail kerja dari MCWP dan motor Penggerak 76

(MCWP) Dengan VFD oltimatisasi Keria Main Cooling Water Pump

(Variable Frequency Drive) Dalam KerangRa Strarcgt 'Efisiensi Penibangiit tistri* Panas Bumi Kasus di PT. tndonesia PoYg!]E!

Abdul Maiid Zulkarnain, Ruly Husnie Ridwan'

Khasani

hubungan antara perubahan perhitungan dengan menggunakT Kyl lJ2.exe menghasllkan oC antara range 30 divariasikan Sun, Oas]n On) suhu basin dengan perubahan pada sistem. d3n.8: i0 "c i;sit iernitungannya'ditunjukkan pada gambar.T jika terjadi penurunan suhu air pada n"anwa: Tampak jetas dari h";il';il;iJao"tr"n oiJtas melakukan penghematian

;

putaran'ffiil

cotd basin dan

diturunkan, maka MCWP,. daRaj

dalampemakaiandayalistrik'rarena'oayaYang..digunakansangatbesar,maka p"ngh";tt.n ini menlaili sangat penting dan perlu dipertimbangkan' Pm vs T9

Qparalel vs T9

a ; 9ts =

14000 13000 12000 1 1000 10000 9000 8000 7000 oooo sooo aooo 3000 2000 1000 0

600

^

/

fi3 o

700

=

-/

500

;e

4oo

; od

300 2oo 100 0

20

Suhu Basin T9 (oC)

Gambar ?. Grafik hubungan antara suhu air pada cold basln dengan kapasitas MCWP

Grafik 8. Grafik hubungan antara suhu air pada cotd basln dengan daya input motor

Analisis biaya dan kelayakan proyek perbandingan biaya listrik sebelum dan setelah Berikut ini akan oitunjur
b.

I

(jami x Tarlf per Biaya Listrik = Daya (kW) x waktu operasi

kWh

Sebelum menggunakan VFD konstan untuk segala kondisi' Berikut ini selama ini MCWP beroperasi dengan putaran putaran konstan (n = 595 rpm): listrik op"i"5i fvfCWP jilia bekerja dengan

'

adalah biaya

Diketahui:

(1 Pompa) ftACWp = 726,83 kW industri) = !p,6-O!,0! (Tarif listrik untuk f,Wh 352'00 = 726,83 x2zi x 600 = Rp'10 466 a[yJiistr* p"'''piilH9 2 ei"i; li.t'ir, Untuk

6"'Vt fnprt

iutlf p"i

3::iil.

33? 113:33 = nb.z.oao +96.960,00 Per tahun

' Setelah menggunakan VFD penurunan suhu pada malam nari atau faii kondisi/cuaca tertentu, suhu basin mengalami sekitar 30% durasi dengan ini dialami hingga mencapai ,ata-[t" .uhu Tg = 22 "C. Kondisi pada konndisi ini jika bekerja MCWP datam 1 tahun (109,5 hari). Maka biaya lisirik operasi adalah: Diketahui:

ftfCWp = 417 '02kW (1 Pompa) i"rirp"itwn=noo!!,0!(Tariflistrikuntukindustri) = 417,02x24 x 600 = Rp 6'005 088'00 eiayJ r-istrir< per hari 010 O"V"lnprt

.

Untuk 2 pompa = lp- 12 ]J6'00 p", irr.,-ri- " = (oe_ ql^np.12.OrO.iZO,OO) + (255.5 x Rp.20.932.704,00) Per tahun = Rp.6.663.420.144,00 -- -Rp 6 663'420 144'00 per tahun Penghematan ristrik

ei"i,; l-itttiL

Biaya Listrik

''

=

nlgryg,,:13i.:3btt

per tahun' Prosentase penghematan listrik adalah 12'79 %

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl) lsBN 97S-979 -177 24-S'5

77

VFD oDtimalisasi Keria Main Cooling Water Pump (MCWP) Dengan Frequency Drive) Datam Kerangka strategi Pembangkit tistrik Panas Bumi Jawa Barat) (sfudi Kasus di Pr' !4p!9ti3!o*e'uP!

tiirii"ite 'Efisiensi

t

Abdul Majid Zulkarnain, Ruly Husnie Ridwan'

Khasani

itu, perlu dilakukan analisis Pada kondisi yang lain, hasilnya berbeda. oleh karena mengetahui seberapa besar sensitivitas penghemaian. Analisis sensitivitas bertujuan untuk i"ti"Ji jika dilakukan variasi durasi perubahan operasi dalam 1 penghematan yang

"f".

jika durasi perubahan operasi tahun. Gambar o menampitt
1

400000000

G

1200000000

5

rooooooooo

u_

d

b e

F E 3t,t d E

800000000 eoooooooo

+oooooooo zoooooooo

Camnir 9. Grafik sensitivitas penghematan per tahun perlu diuji. oleh karena itu, perlu Kelayakan aplikasi VFD pada sistem ini dari sisi ekonomi proyek. Analisis dilakukan dengan metode NPV (Net Present

dilakukan analisis Value)

f<erayeii
Analisis Nef Presenf Value (NPV) CFt

Npv

+r. =I*i=t \L+r)

(5)

Keterangan: : cash flow Pada tahun ket , investasi awal (initial investment) : discount rafe (tingkat bunga diskonto) : umur proyek (totit numOer of year for project) Proyek dinilai layak dan menarik jika NPV>0

CFt lo i n

sebesar Rp'7'000'000'000,00 (7 Diperkirakan investasi untuk proyek aplikasi VFD ini adalah nilai penghematan biaya listrik MilyaQ dan nilai keuntungan peitanun pada kasus ini adalah oC) pada cotd basin (Ts = 22 air per tahun. Kasus V"ng ,iiirbil adalah'padi liondisi suhu per 7 Oktober 2008)' Analisis 30"1, da'iam 1 tahun. Bunga bank 9,5 % (Bl rate kata lain' waktu saat dengan Atau NPV ini bertujuan untuk mencari waktu saat NPV>Q inve-stasi' dapat menutup biaya keuntungan/penghematan ^ 'OiOipaflo NPV np.z.tza.603.o57,72- Rp'7.000.000'000'00 = RP. 123.603'057,72

i;.g;il;*si i"iii

I

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl) tsBN 978.979 -177 24-9-5

78

Dengan VFD ootimatisasi Keria Main Cooling Water Pump (MCWP)

Frequency Drive) Dalam Kerangka Strategi Pembangkit Listrik Panas Bumi (Sfudi Kasus di Pl. lndonesia Power UBP

iiriaote 'Efisiensi

Abdut Maiid Zulkarnain, P,uly Husnie Ridwan,

Khasani

Kesimpulan

tertentu air pada cold basin cooling tower pada malam hari dan cua€ MCWP' listrik oleh pemakaian pelghery!n Oapat Jimanfaatt
1.

4.

Penurunan suhu

perangkat, tabel dan grafiknya, juga dapat karakteristik MCWp: k;disi ftuida i:ada seti|p t.nghitrng penghematan biaya pada kondisi yang di-inputkan' atau pada kondisilcuaca hari Dengan 1.nunggrn"kan data rata-rata bahwa padi malam suhu Tg = 22 melcapairata-rata. hingga suhu penurunan tertentu, suhu basin mengalami maka: (109'.5 hari)' oC. KondisiinioraiamiJ"ig"n durasi sekitar30% dalbm 1 tahun Daya lnput MCWP = 417,02kW (1 Pompa) per tahun Biaya Listrik per tahun = Rp 6'663'420 144'00 Penghematan listrik per tahun = Rp'977'016'816'00

. . . .Prosentasepenghematanlistrikadalahl2,T9o/opertahun. . Analisis kelayakln proyek: NPV>O dicapai pada tahun ke-13

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl) tsBN 978.979

-1-l

7 24 -S -5

79

Optimalisasi Kerja Main Cooting Water Pump (MCWP) Dengan VFD (Variable Frequency Drive) Dalan Kerangka Stralegi Efisiensi Pembangkit Listik Panas Bumi (Sfudl Kasus di PT. lndonesia Power UBP

Abdul Majid Zulkarnain, Ruly Husnie Ridwan,

Daftar Pustaka

Volk, M., 2005, Pump Characteistics and Apptications, 2nd edition, Taylor and Francis Group, California.

Li, Kam W dan Priddy A.P., 1985, Power Plant System Design, John Wiley and Sons, lnc, USA.

El-wakil, M.M., 1985, PowerPtantTechnology,Mc Graw-Hill Book co, usA. cengel, YA dan Boles, MA., '1994, Thermodynamics an Engineering Approach, 2nd edition, Mc Graw-Hill lnc, USA. Kulshrestha, SK,. Smith, EM.,

1

1

989, Termodinamika Terpakai Teknik l,lap dan Panas, Ul Press, Jakarta.

9g7, Thermat Design

of

Heat Exchanger, John Wiley and Sdns Ltd, Chichester.

Karasik, lgor J., 1976, Pump Handboook, McGraw-Hill Book, lnc', New York' Pudjanarsa, Astu., 2006, Mesi n Konversi Energi, Penerbit ANDI, Yogyakarta.

Sularso., 1g83, Pompa dan Kompresor: Pemitihan, Pemakaian, dan Pemeliharaan, PT. Pradnya Paramita, Jakarta.

church, Austin H., 1993, Pompa dan Blower sentifugal, Erlangga, Jakarta. Mott, Robert L., 1gg0, Apptied Fluid Mechanlcs, Macmillan Publishing Company, New York.

White, FM., 1986, Mekanika Fluida, Edisi 2, Erlangga, Jakarta' Muslimin, M., 1979, TeknikTenaga Listrik, Armico, Bandung. Berahim, H., 1 994, Penga ntar Teknik

Ten

aga Listi k, Andi offset, Yogyakarta.

Wahana Komputer Semarang., 2001, Pemrograman Visual Basic 6.0, Penerbit Andi, Yogyakarta. Kusumo, A.S.,2000, Buku Latihan MicrosoftVisual Basic 6.0, PT. Elex Media Komputindo, Jakarta.

Rangkuti, F.,2000, Busslness Plan: Teknik Membuat Perencanaan Br'snis dan Analisis Kasus, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl) tsBN 978-979.17 7 24-9 -5

80