KONSERVASI ENERGI PADA KOMPRESSOR OLEH IR. PARLINDUNGAN MARPAUNG HIMPUNAN AHLI KONSERVASI ENERGI (HAKE)

Transkripsi

1 KONSERVASI ENERGI PADA KOMPRESSOR OLEH IR. PARLINDUNGAN MARPAUNG HIMPUNAN AHLI KONSERVASI ENERGI (HAKE) 1

2 KOMPRESSOR Kompressor berfungsi untuk menaikkan tekanan udara atau gas dari level rendah menjadi lebih tinggi - sama atau sedikit di atas tekanan yang dibutuhkan oleh pengguna/konsumen. Input daya kompressor mulai dari 5 horsepower (hp) hingga lebih dari 50,000 hp. Kompressor pada system udara tekan yang menghasilkan tekanan > 20 psi. Kompressor adalah salah satu pemanfaat listrik yang cukup besar di industri. 2

3 POTENSI PENGHEMATAN ENERGI Dari hasil survei Departemen Energi Amerika (2003) bahwa : % dari energi kompressor mejadi rugi-rugi energi dalam bentuk : panas, gesekan, salah penggunaan dan kebisingan. Sistem kompressors merupakan area konservasi energi penting di industri. Penghematan Energi dapat mencapai 20 hingga 50 %, atau senilai puluhan/ratusan juta rupiah per tahun. SHANKY DIAGRAM SYSTEM UDARA TEKAN (McKane and Medaris, 2003) 3

4 BIAYA OPERASI Umumnya biaya operasi (listrik) kompressor jauh lebih mahal dari harga kompressor itu sendiri. Pengelolaan sistem kompressor yang benar dapat menghemat energi, pemeliharaan, mengurangi downtime dan meningkatkan produktifitas. 4

5 KOMPONEN UTAMA SISTEM KOMPRESSOR (US DOE, 2003) Sistem kompressor terdiri atas : Intake air filters, Inter-stage coolers, After-coolers, Air-dryers, Moisture drain traps, Receivers, Piping network, 5

6 TYPE KOMPRESSOR (US DOE, 2003) 6

7 TYPE KOMPRESSOR Torak Sentrifugal Ulir. 7

8 KRITERIA UMUM PEMILIHAN KOMPRESSOR (Confederation of Indian Industries) 8

9 PERBANDINGAN MASING-MASING KOMPRESSOR 9

10 KOMPRESOR TORAK Tingkat pertama Tingkat dua Motor Penggerak Pada kompressor tipe torak, sejumlah gas atau udara dikurung dalam suatu ruangan dan volumenya secara mekanik dikurangi sehingga menyebabkan tekananya naik sebelum kemudian dialirkan. Tipe kompressor ini tersedia dengan berbagai konfigurasi dan paling sering adalah horizontal, vertikal. Tipe Kompressor Vertical digunakan untuk kapasitas : cfm. Horizontal balance opposed compressors digunakan untuk kapasitas : cfm dengan disain multi-stage dan sampai dengan 10,000 cfm dengan disain single stage. 10

11 SENTRIFUGAL KOMPRESSOR (King, Julie) Sentrifugal kompressor adalah kompressor dinamis. Energi dari impeller yang berputar dengan kecepatan tinggi ditransfer ke udara dengan cara merubah kecepatan dan tekanan. Kecepatan udara yang tinggi dirubah menjadi tekanan dengan cara mengurangi kecepatan pada difuser stasioner. Tipe kompressor ini cocok untuk kapasitas besar yaitu di atas cfm. 11

12 HIGH SPEED SINGLE STAGE COMPRESSOR 12

13 KOMPRESOR ULIR Kompressor ulir adalah mesin positif displacement dengan menggunakan sepasang rotor yang bersesuaian sebagai pengganti piston untuk menghasilkan tekanan. Ukurannya umumnya sekitar 30 hingga 200 hp atau 22 ke 150 kw. 13

14 TIPIKAL SISTEM UDARA BERTEKANAN 14

15 Tengki Penampung 6.2 Bars Sistem Udara Bertekanan KOMPRESSOR DISTRIBUSI PEMANFAATAN 90 KW 15 Nm 3 /min 90 KW 15 Nm 3 /min Spiral Fin Welding 90 KW 15 Nm 3 /min 90 KW 15 Nm 3 /min 90 KW 15 Nm 3 /min Dessicant Air Dryer Cold Mill 90 KW 15 Nm 3 /min 90 KW 15 Nm 3 /min Hot Mill 90 KW 15 Nm 3 /min Compressor - 8 Unit. 4 on during rolling 2 on during non-rolling 15

16 KONSERVASI ENERGI PADA KOMPRRESSOR 16

17 KIAT-KIAT PENGHEMATAN ENERGI SISTEM UDARA BERTEKANAN Operasikan pada tekanan serendah mungkin, Usahakan udara masuk temperaturnya rendah, Gunakan flat belt yang efisien energi, Gunakan soft stater yang hemat energi, Lakukan reengineering proses untuk menurunkan penggunaan udara bertekanan, Turunkan kebocoran, Pisahkan tekanan tinggi dan rendah jika mungkin, Pasang solenoid valve untuk menutup udara bertekanan Mesin saat tidak beroperasi Seluruh bagian-bagian jaringan Jalur yang tidak berguna supaya dibongkar, Mengoptimumkan frekwensi auto drain trap Memanfaatkan air pendingin dari kompresor Matikan jika tidak diperlukan Bersihkan filter dan heat exchanger secara teratur, 17

18 (LANJUTAN) Pertanyakanlah setiap titik penggunaan udara tekan. Untuk kasus dimana volume alir udara lebih diperlukan daripada tekanan, maka sebaiknya mengggunakan: Blower (Centrifugal blowers atau roots blowers). Hindari penggunaan udara bertekanan untuk keperluan pembersihan % dari daya listrik kompressor di konversikan menjadi panas. Dengan disain heat recovery yang baik sekitar 50-90% dari panas tersebut dapat dimanfaatkan menjadi energi termal yang bermanfaat seperti memanaskan air. Recovered heat typical adalah : Industrial process heating, water heating, make up air heating, and boiler make up water preheating. Recoverable heat dari sistem kompressor tidak terlalu panas, namum untuk keperluan tertentu sudah cukup memadai. 18

19 MINIMIZE TEKANAN OPERASI Penurunan tekanan pada sistem kompressor selain menghemat energi juga mengurangi kebocoran, keausan pada bagian-bagian kompressor. Oleh karena itu kemungkinan untuk menurunkan tekanan keluar kompressor sebaiknya dijejaki di pengguna akhir. 19

20 Penghematan energi dengan mengurangi tekanan 20

21 Setiap pengurangan 1 bar tekanan pada delivery kompressor, konsumsi daya akan turun sebesar 6 10 %. 21

22 CONTOH Single state compressor : 250 cfm udara atmosfer dikompres menjadi 110 psig oleh 2 kompressor. Masing-masing kompressor digerakkan motor 25 HP full load. Kopmressor operasi 8000 jam per tahun. Menurut konsumen udara tekan, tekanan dapat dikurangi 15 psi tanpa mengganggu kwalitas produksi. Dari grafik penghematan daya (grafik ) jika tekanan awal 110 psi, diturunkan menjadi 95 psi, maka penghematan daya adalah : 7.5 % Penghematan biaya adalah : = 7.5/100 x (2x 25) HP x kw/hp x 8000 jam/tahun. = kwh/tahun = Rp juta pertahun (asumsi harga listrik Rp 500/kWh 22

23 MINIMIZE TEKANAN OPERASI Single Stage Reciprocating & Kompressor Sentrifugal 23

24 MINIMIZE TEKANAN OPERASI Two Stage Reciprocating & Kompressor Sentrifugal 24

25 SUHU UDARA INTAKE KOMPRESSOR Suhu udara masuk kompressor (intake) berpengaruh terhadap konsumsi daya kompressor. Operasi kompressor yang terus menerus menimbulkan energi panas. Energi panas dilepas ke sekitar kompressor dan cendrung menaikkan suhu ruangan (suhu udara/intake) kompressor. Setiap suhu udara naik 3 C, konsumsi daya naik 1 % 25

26 Setiap suhu udara intake naik 3 C, konsumsi daya kompressor meningkat 1 % *). *) Untuk menghasilkan output yang sama. 26

27 LOKASI PENGAMBILAN UDARA Suhu udara masuk ke kompressor (intake air) harus serendah mungkin. Suhu udara tinggi membuat konsumsi daya kompressor naik, dan massa alir udara menjadi rendah. Oleh karena itu Lokasi intake air sebaiknya di luar ruangan. Hemat energi. 27

28 Lokasi intake air 28

29 Intake air di dalam ruangan harus dihindari, Intake air dari basement tidak banyak pengaruh. 29

30 INTAKE POINTER LUAR Intake air Pointer Jarin pada Intake air Pointer Filter intake harus dilindungi dari hujan dengan penutup/hood dan dari bahan padat dengan screen/jaring. Intake air harus diusahakan bersih dan kering. Hindari agar tidak terlalu dekat dengan drain atau exchause lines. 30

31 INTAKE POINTER LUAR Intake pointer sebaiknya di tempatkan terhindar dari cahaya matahari. Atau pasang peneduh pada intake air kompressor. Peneduh 31

32 PENDINGINAN PADA KOMPRESI PARSIAL Pendinginan udara ke suhu intake semula setelah kompressi parsial mengurangi daya kompressi kompressor pada stage berikutnya. Area ABCD menggambarkan daya atau kerja yang dihemat dibandingkan dengan jika kompressi dilakukan secara adiabatic tanpa pendinginan. Suhu air pendingin kompressor merupakan parameter operasi yang harus dimonitor. 32

33 CONTOH KASUS Hasil pengukuran suhu pada supply cooling water kompressor udara menunjukkan : 37 C (satu dari 2 fan cooling tower tidak operasi). Setelah fan cooling water dihidupkan suhu cooling water supply menjadi 34 C. Perbedaan data arus listrik (Amper) pada kompressor sebelum dan sesudah fan cooling tower diaktifkan terukur sebesar 6 %. Ini mengindikasikan adanya pemborosan energi. Untuk kasus ini setiap suhu cooling water naik 1 C akan memboroskan energi 2 %. Petensi penghematan energi pada kompressor setara dengan : 0.06 x 180 kw x 24 jam/hari x 300 hari/tahun. = kWh per tahun, senilai Rp 42.7 juta.per tahun (estimasi harga listrik 550 Rp/kWh). 33

34 Mengurangi pressure drop : Kelebihan pressure drop akibat ukuran pipa, filter, kopling dan hose yang tidak cocok adalah reprensentasi pemborosan energi. Mengurangi pressure drop : gunakan sistem tertutup (loop) dengan dua jalur aliran. 34

35 PENURUNAN TEKANAN MINIMUM PADA PIPA DISTRIBUSI Pressure drop udara tekan timbul karena adanya aliran udara dalam sistem distribusi dan pengolahan (treatment). Desain yg baik, maka rugi-rugi tekanan kurang dari 10 % dari tekanan discharge kompressor (dihitung dari tangki penerima (receiper tank) hingga ke titik pengguna akhir). Semakin panjang dan kecil diameter pipa distribusi semakin besar rugirugi tekanan yang timbul. Pressure drop yang bisa diterima secara tipikal praktis di industri adalah : 0.3 bar pada header utama 0.5 bar pada sistem distribusi (lihat tabel) 35

36 INSTALASI PIPA FITTING Seperti pada pipa, fitting juga merupakan sumber pressure drop. Pressure drop tipikal pada berbagai fitting diperlihatkan pada tabel berikut. 36

37 INSTALASI PIPA MASUK (INTAKE LINE) Intake & Discharge line tidak boleh dalam duck yang sama. Pipa intake udara instalasi besar harus dibuat penyangga. Jika tidak berat instalasi akan membuat alligment kompressor terpengaruh. 37

38 UKURAN PIPA INSTALASI (INTAKE LINE) Pipa intake line yang panjang harus diperbesar diameternya Setiap panjang pipa tambah 15 ft, maka diameter ditambah sekitar 2. Selalu diusahakan diameter pipa intake lebih besar atau sama dengan cylinder intake opening. 38

39 RECEIVER TANK Ukuran pipa/discharge line ke receiver tank harus sama atau lebih besar dari outlet mesin kompressor. Hindari gesekan dan kerja kompressor yang berlebihan Usahakan agar radius belokan sebesar mungkin. 39

40 SAVETY VALVE DAN SHUT OFF VALVE Agar dipasang di antara kompressor dan receiver tank. Shut off valve Savety valve 40

41 Receiver tank Sedekat mungkin dengan kompressor 41

42 Aftercooler dengan Separator.. Umumnya digunakan untuk pekerjaan besar. Aftercooler mengkondensasikan uap air dan separator memisahkan uap air dari adara 42

43 AFTER COOLER Aftercooler dimaksudkan untuk menjamin agar supply udara bertekanan ke konsumen dalam keadaan kering. Menghindari water hammer. Fan aftercooler agar tidak diarahkan ke receiver tank. Aftercooler 43

44 SISTEM TRANSMISSI 44

45 PEMELIHARAAN SISTEM TRANSMISSI Sistem transmissi V-belt efisiensinya berkisar antara 70-90%, dengan bertambahnya usia akan mengalami kemunduran atau pengurangan efisiensi sekitar 4 % jika tidak terpelihara dengan baik. Tegangan belt tidak sesuai (terlalu kendor maupun terlalu kencang) akan mengakibatkan rugi-rugi energi : Multiple belt, jika salah satu dari multiple belt gagal atau rusak, maka seluruh belt harus diganti. Hindari sedapat mungkin adanya perbedaan dari masing-masing multiple belt. Ukuran belt oversizing atau undersizing akan menghasilkan rugi-rugi energy tambahan. Sistem transmissi bertingkat yang diterapakan pada transmissi motor kompressor menimbulkan rugi-rugi transmissi meningkat. 45

46 RUGI-RUGI SISTEM TRANSMISSI 46

47 MENCEGAH KEBOCORAN Udara bocor sering terjadi pada sambungan-sambungan. Dalam banyak kasus udara bocor terjadi karena penggunaan sealant yang buruk atau tidak sesuai. Pilihlah fitting/peralatan, hoses, tubing yang berkwalitas dan pasanglah dengan benar dengan sealent yang bagus. Peralatan yang tidak dioperasikan sering juga menjadi tambahan sumber kebocoran udara. Peralatan yang tidak lagi beroperasi sebaiknya diisolasi dari sistem didtribusi dengan menggunakan katup. Sambungan 47

48 METODA PENCEGAHAN KEBOCORAN Mendeteksi Kebocoran Gunakan ultrasonik detector yang dapat mendeteksi desis frekuwensi tinggi yang disebabkan oleh kebocoran udara. Metoda sederhana yaitu dengan mengoleskan air sabun dengan kuas pada tempat yang diduga bocor. Menutup Kebocoran (perbaikan) Pilih fiting yang kwalitas baik, disconnects, hose, turbin dan pasang secara benar dengan seal yang baik. Jalur ke peralatan yang tidak dioperasikan segera ditutup. Menurunkan tekanan udara meminimkan kebocoran Setelah dilakukan perbaikan lakukan evaluasi penghematan. Program Pencegah Kebocoran Program pencegahan kebocoran yang baik meliputi hal-hal sebagai berikut: Identifikasi, penelusuran, perbaikan, verifikasi Melibatkan karyawan pada fasilitas (bagian) yang menggunakan udara bertekanan harus dilibatkan /bentuk tim penanggulangan. 48

49 BERSIHKAN FILTER DAN HEAT EXCHANGER SECARA TERATUR Uap air, debu maupun kotoran lainnya pada udara intake kompressor akan menempel pada filter dan komponen dalam kompressor seperti valve, impeller dan rotor. Hal ini dapat mengurangi kapasitas dan keausan pada kompressor. Pemeliharaan secara teratur perlu dilakukan. 49

50 PENUTUP Kita harus peduli energi dan bijaksana menggunakannya Banyak yang belum menikmati energi. Sisakan energi untuk generasi mendatang.

51 Terima Kasih 51