PERBANDINGAN PENGGUNAAN DAYA LISTRIK MOTOR INDUKSI SEBAGAI PENGGERAK KOMPRESOR PADA SIANG HARI DAN MALAM HARI PADA INDUSTRI ES BALOK

Transkripsi

1 JETri, Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN ERBANDINGAN ENGGUNAAN DAYA LISTRIK MOTOR INDUKSI SEBAGAI ENGGERAK KOMRESOR ADA SIANG HARI DAN MALAM HARI ADA INDUSTRI ES BALOK Liem Ek Bien & eter* Doen Juruan Teknik Elektro-FTI, Univerita Triakti Abtract In ice block indutry, uage of electrical power for induction motor a prime mover of compreor i very high. Level of uage of electricity at ice block indutry bae on change of refrigeration media temperature. Referring to the mentioned, hence ma flow rate of refrigerant circulating in ytem, refrigeration effect per kilogram, comparion of compreion of compreor, refrigeration capacitie and mechanic energy which mut be yielded by the compreor to circulate the refrigerant determining tranfer of heat ytem performance a work principle of cooler machine can be determined. Thi Final Aignment preent an economical technique of uage of electrical power of induction motor that i by product the ice block when of media refrigeration temperature reach the lowet level that i night time with method comparion of uage of electrical power of induction motor a prime mover of compreor at ice block indutry which giving reult the lowet uage of electrical power. Cae tudy done at ice block factory that i T. KARAHARJA TIRTATAMA. Key word: Induction Motor, Refrigeneration Temperature, Electrical ower 1. endahuluan Semakin bearnya permintaan produki e balok untuk memenuhi kebutuhan pengawetan makanan memerlukan indutri e balok dengan kapaita produki yang bear. Untuk mengatai maalah terebut kebutuhan daya litrik yang dibutuhkan indutri e balok khuunya untuk menggerakkan kompreornya dengan menggunakan motor induki haru emakin bear pula. Kenyataan yang terjadi adalah 50 % dari pemaukan indutri e balok adalah untuk membayar tagihan litrik dan tidak jarang pula para penguaha yang tidak bertanggung jawab mengambil jalan mudah dengan menggunakan litrik ecara ilegal dengan berbagai cara. Oleh karena itu, dalam tuga akhir ini akan dibaha teknik penghematan penggunaan daya litrik dalam rangka mengatai permaalahan terebut di ata dengan cara memproduki e balok pada waktu temperatur media pendinginan terendah yaitu malam hari dengan * Alumni Juruan Teknik Elektro-FTI, Univerita Triakti

2 JETri, Tahun Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN metode perbandingan penggunaan daya litrik motor induki ebagai penggerak kompreor pada indutri e balok yang memberikan hail berupa penggunaan daya litrik terendah. Tujuan penulian dari tuga akhir ini adalah untuk mencari cara untuk menghemat kebutuhan daya litrik dari indutri e balok untuk menggerakkan kompreornya dengan menggunakan motor induki.. Teori Daar Motor Induki Motor induki tiga faa terdiri dari dua tipe yaitu motor induki rotor angkar dan motor induki rotor belitan (menggunakan lip ring). Kedua tipe ini mempunyai keamaan dalam kontruki kecuali pada rancangan rotor. Maing-maing mempunyai tiga kumparan tator yang terpiah, atu untuk etiap faanya yang terditribui ecara merata dan aling bergantian di epanjang inti tator untuk mencapai jumlah kutub yang diinginkan (Djuhana, 1997: 1-). Ketika tator diuplai dengan tegangan litrik tiga faa ke maingmaing kumparan yang terpiah 10 derajat litrik dari kedua faa lainnya, maka aru litrik akan mengalir dalam kumparan tator dan menghailkan gelombang medan magnet yang berputar pada tator. ada waktu yang ama fluk tator akan mengindukikan kumparan rotor dan menghailkan medan magnet pada rotor. Kutub medan magnet dari rotor akan tertarik dan mengikuti kutub medan tator yang berputar, menyebabkan rotor berputar. Rotor dari motor induki elalu berputar pada kecepatan berapapun dibawah kecepatan medan putar tator. Jika kecepatan rotor ama dengan kecepatan medan putar tator, konduktor dari kumparan rotor tidak akan memotong fluk medan putar tator, dalam hal ini tidak ada tegangan yang akan diindukikan pada rotor dan rotor akan tidak mempunyai kutub magnet. Oleh karena itu, rotor akan elalu berputar pada kecepatan di bawah kecepatan medan putar tator jadi konduktor dari kumparan rotor akan ecara teru meneru memotong fluk medan putar tator dan menghailkan lip. erbedaan antara kecepatan rotor dan medan putar tator diebut lip rotor. Semakin bear beban motor, emakin bear nilai lip rotor. Walaupun

3 Liem Ek Bien & eter, erbandingan enggunaan Daya Litrik Motor Induki Sebagai enggerak nilai lip berubah hanya edikit aat penambahan atau pengurangan beban, dan angat kecil bahkan pada aat beban penuh, motor induki tiga faa biaanya dianggap ebagai motor dengan putaran kontan. Slip = n n n (1) n = kecepatan medan putar tator (rpm) n = kecepatan putar rotor (rpm) Dengan mengabaikan lip rotor, kecepatan dari motor aru bolak balik adalah fungi dari frekueni dan jumlah kutub tator. Kecepatan medan putar tator dari motor aru bolak balik dapat dituli ebagai peramaan berikut: n = 10f () f = frekueni (Hz) = jumlah kutub Gambar 1. Rangkaian pengganti motor induki (Djuhana, 1997: 6). Slip rotor juga mengukur rugi daya pada motor. erentae lip adalah total daya mauk ke motor yang diubah menjadi pana. Oleh karena itu, terdapat hubungan antara bearnya lip dan efiieni motor. Semakin bear lip, emakin rendah efiieni motor. 3

4 JETri, Tahun Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN η = mek mp (3) mek = m. I. r ( mp = m. I ( 1 ) (4) r ' ) (5) η = ' ' 1 m. I. r ( ) = (1- ) ' ' 1 m. I. r ( ) η = efiieni motor mek = daya mekanik yang diukur pada poro mp = daya medan putar tator m = jumlah faa I = aru rotor yang diacu pada tator r = reitani rotor yang diacu pada tator = lip motor 3. Teori Termodinamika 3.1 Kapaita Debit iton Kapaita debit piton dari kompreor adalah lua penampang ilinder dikalikan dengan kecepatan aliran refrigerant dalam ilinder piton dan biaanya dinyatakan dalam L/. kapaita debit piton dapat dihitung ebagai (Doat, 1981: 13-9): V p = (0.7854D )( L)( N)( n) 1000 (6) V p = kapaita debit piton dalam L/ D = diameter ilinder dalam cm L = panjang langkah piton dalam cm N = putaran poro engkol per detik ( pp ) 4

5 Liem Ek Bien & eter, erbandingan enggunaan Daya Litrik Motor Induki Sebagai enggerak n = jumlah ilinder Volume dari ilinder yang dipompa oleh piton pada etiap gerakan turun naik (etiap putaran dari poro engkol) adalah perbedaan volume ilinder ketika piton berada titik mati bawah dan volume ilinder ketika piton berada titik mati ata. 3.. Bear Maa Yang Mengalir Bearnya maa yang mengalir yang dihailkan oleh kompreor ebanding dengan maa uap yang dihiap oleh kompreor melalui katup hiap per unit waktu. Jika diaumikan bahwa kompreor mempunyai efiieni 100% yaitu dimana ilinder dari kompreor terii penuh dengan uap yang dihiap dari katup hiap pada etiap pergerakan piton ke titik mati bawah dan uap yang dikompreikan per unit waktu akan peri ama dengan kapaita volume piton dari kompreor. m = ( V p ) ( p ) (7) m = ( V p ) / ( v ) (8) m = maa refrigerant yang diirkulaikan kompreor / unit waktu V p = kapaita volume piton dari kompreor p = kerapatan uap yang dihiap melalui katup hiap v = volume peifik dari uap yang dihiap 3.3. Efek endinginan er Kilogram Enthalpy dari refrigerant meningkat elama proe dari B-C elama refrigerant mengalir melalui evaporator dan menyerap pana dari ruang yang akan didinginkan. Banyaknya pana yang dierap oleh refrigerant pada evaporator (efek pendinginan) adalah eliih antara enthalpy dari refrigerant pada titik B dan C. q e = h c - h b (9) q e = efek pendinginan dalam kj/kg 5

6 JETri, Tahun Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN h c = enthalpy pada titik C h b = enthalpy pada titik B Gambar. Diagram tekanan-enthalpy dari iklu jenuh ederhana yang beroperai pada temperatur penguapan. (Doat, 1981: 11) 3.4. erbandingan Komprei erbandingan komprei adalah perbandingan antara tekanan pengiapan abolut dengan tekanan pelepaan abolut. erbandingan komprei dapat dicari dengan peramaan berikut: R = d (10) 6

7 Liem Ek Bien & eter, erbandingan enggunaan Daya Litrik Motor Induki Sebagai enggerak R = perbandingan komprei d = tekanan pada katup buang = tekanan pada katup hiap 3.5. Kapaita endinginan Kapaita pendinginan pada etiap kompreor bergantung pada kondii operai dari item dan eperti kapaita item yang ditentukan dari maa refrigerant yang diirkulaikan per unit waktu dan oleh efek pendinginan per unit maa yang diirkulaikan. Kapaita dari item pendingin adalah ukuran yang menyatakan bearnya pana yang akan dipindahkan dari ruang yang akan didinginkan. Biaanya dinyatakan dalam kj/ (kw). Kapaita pendinginan ebenarnya adalah ukuran perpindahan energi dalam hal ini adalah energi pana dan dapat pula dinyatakan dalam atuan daya. Q e = m. q e (11) Q e = kapaita pendinginan dalam kj/ atau kw m = maa yang mengalir dalam kg/ q e = efek pendinginan dalam kj/kg 3.6. Daya Mekanik Kompreor Daya mekanik yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompreor dapat dicari dengan mengalikan kapaita pendinginan dari kompreor dalam kw dengan daya teoriti yang dibutuhkan per unit kapaita untuk beroperai euai dengan kondii yang berlaku. T = kapaita pendinginan dari kompreor dalam kw x daya teoriti yang dibutuhkan per unit kapaita. (1) Daya mekanik yang dapat dihitung menggunakan rumu diata hanya untuk kompreor dengan efiieni 100 % yang beroperai pada iklu komprei ideal dan tidak mewakili daya total yang haru diberikan untuk menggerakkan poro kompreor. ada prakteknya ada beberapa rugi-rugi daya yang terjadi karena geekan mekanik pada kompreor dan karena deviai dari iklu komprei dari iklu komprei ideal. Lazimnya, daya haru ditambahkan pada kompreor untuk mengganti rugi daya ini. 7

8 JETri, Tahun Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN Daya litrik yang haru diberikan untuk menggerakkan poro kompreor dapat dihitung dari daya mekanik dan efiieni total kompreor. Efiieni total kompreor adalah perbandingan daya mekanik dan daya litrik dalam peren. Dituli ebagai peramaan ebagai berikut: E 0 = T x 100 (13) S E 0 = efiieni total kompreor dalam % T = daya mekanik S = daya litrik 4. erhitungan Daya Litrik Motor Induki Untuk Menggerakkan Motor Induki Studi perhitungan daya litrik motor induki untuk merancang ebuah pabrik e ini menggunakan data awal ebagai berikut: a. Kapaita yang akan dibuat ebear 40 ton/hari b. Suhu uap refrigerant yang mauk ke kompreor melalui katup hiap diketahui ebear -5 0C pada pukul c. Suhu cairan refrigerant yang meninggalkan kompreor diketahui ebear 40 0C pada pukul d. enggerak kompreor adalah motor induki tiga faa rotor angkar tegangan Y/Δ 380/0, frekueni 50 Hz, 8 kutub, putaran 630 rpm Gambar 3. Intalai pabrik e. 8

9 Liem Ek Bien & eter, erbandingan enggunaan Daya Litrik Motor Induki Sebagai enggerak 4.1. Menentukan Kapaita Debit iton Menentukan kapaita debit piton jika diketahui bahwa kompreor mempunyai dua ilinder, berputar pada kecepatan 630 rpm (10,5 r/), diameter dari ilinder adalah 5 cm dan panjang langkah piton adalah 5 cm. D = 5 cm L = 5 cm N = 10,5 r/ n = V p = = (0.7854D )( L)( N)( n) 1000 (0.7854)(5) (5)(10,5)() 1000 = 57,709 L 4.. Menentukan Bear Aliran Maa Menentukan bear aliran maa jika diketahui bahwa kerapatan dari uap refrigerant adalah 0,01539 kg/l, maka: V p = 57,709 L kg p = 0,01539 L m = ( V p ) ( p ) = ( 57,709 ) ( 0,01539 ) kg = 3,966 9

10 JETri, Tahun Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN Tabel 1. (Doat, 198: ) Temp. ( O C) Tekanan Volume (m 3 /kg.10 3 ) Kerapatan (kg/m ) Enthalpy (kj/kg) Enthropy (kj/kg K) Cair Uap Cair Uap Cair (V f) (V g) (1/V f) (1/V g) (h f) Uap Uap Cair Uap (h fg) (h g) ( f) ( g) Temp. ( O C) Menentukan Efek endinginan er Kilogram Menentukan efek pendinginan per kilogram jika diketahui temperatur dari cairan refrigerant pada kontrol refrigerant adalah 40 0 C dan temperatur dari uap jenuh yang meninggalkan evaporator adalah -5 0 C: Enthalpy dari uap jenuh refrigerant pada uhu -5 0 C = kj/kg Enthalpy dari cairan refrigerant pada uhu 40 0 C = kj/kg - Efek pendinginan per kilogram = 110,786 kj/kg 10

11 Efiieni Volumetrik Liem Ek Bien & eter, erbandingan enggunaan Daya Litrik Motor Induki Sebagai enggerak Menentukan erbandingan Komprei dan Efiieni Volumetrik Menentukan perbandingan komprei jika diketahui temperatur dari cairan refrigerant pada kontrol refrigerant adalah 40 0 C dan temperatur dari uap jenuh yang meninggalkan evaporator adalah -5 0 C. d refrigerant pada uhu jenuh 40 0 C = 9,61 bar refrigerant pada uhu jenuh 5 0 C =,61 bar erbandingan komprei = d = 9,61,61 = 3,68 Dari gambar 4. didapat efiieni volumetrik ( E v ) ebear = 76 % erbandingan Komprei Gambar 4. Kurva perbandingan antara efiieni volumetric dan perbandingan komprei. (Doat, 198: ) 11

12 JETri, Tahun Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN Menentukan Kapaita endinginan Menentukan kapaita pendinginan jika diketahui ebuah item pendingin beroperai dengan temperatur penguapan ebear 5 0 C. Jika uap yang dihiap oleh kompreor melalui katup hiap udah jenuh dan temperatur cairan refrigerant pada kontrol refrigerant ebear 40 0 C. Diketahui efiieni volumetrik kompreor ( E v ) ebear 76 %. m = 3,966 kg/ q e = 110,786 kj/kg E v = 0,76 Q e = ( m ) (q e ) ( E v ) = ( 3,966 ) (110,786 ) (0,76 ) = 333,96 kw Menentukan Daya Mekanik Kompreor Untuk menentukan daya mekanik kompreor jika diketahui kapaita pendinginan ebear 333,96 kw dan dari tabel. diketahui daya yang dibutuhkan untuk mendinginkan per kw kapaita pendinginan dengan temperatur pendinginan ebear -5 0 C adalah 0,0841 kw/kw kapaita pendinginan, maka: Q e = 333,96 kw Daya yang dibutuhkan untuk mendinginkan per kw kapaita pendinginan dengan temperatur pendinginan ebear -5 0 C = 0,0841 kw/kw kapaita pendinginan T = Q e x Daya yang dibutuhkan untuk mendinginkan per kw kapaita pendinginan = x 0,0841 = 69,593 kw 1

13 Liem Ek Bien & eter, erbandingan enggunaan Daya Litrik Motor Induki Sebagai enggerak Tabel. (Doat, 1981: 133) Temperatur kondenai 40 0 C Tekanan kondenai 9.61 bar Tekanan Iap Abolut (bar) Temperatur Iap (celciu) Efek endinginan (kj/kg) Standar Aliran Maa (g/ kw) Speifik volume dari enghiapan uap (I/kg) Standar Aliran Volume (L/ kw) ana Dari Kompreor (kj/kg) Daya Input (watt) Koefiien erforma Menentukan Efiieni Motor Induki Menentukan efiieni motor induki jika diketahui motor induki : f = 50 Hz p = 8 n = 630 rpm n = = 10f p 10x50 8 = 750 rpm 13

14 JETri, Tahun Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN = n n n = = 0.16 η = = = mek mp ' ' 1 m. I. r ( ) ' ' 1 m. I. r ( ) ( 1 ) 1 = ( 1- ) = ( 1 0,16 ) = 0,84 84% 4.8. Menentukan Daya Litrik Untuk Menggerakkan oro Kompreor Menentukan daya litrik yang dibutuhkan untuk menggerakkan poro kompreor jika diketahui efiieni motor induki ebear 84 % dan daya mekanik dari kompreor adalah ebear 69,593 kw. T = 69,593 kw η = 0,84 T = 14

15 Liem Ek Bien & eter, erbandingan enggunaan Daya Litrik Motor Induki Sebagai enggerak = 69,593 0,84 = 8,848 kw = 111,057 K Hal yang ama dilakukan pada waktu lain yang berbeda, dimana hail perhitungan terebut eperti pada tabel berikut ini. Tabel 3. erbandingan penggunaan daya litrik menurut waktu produki. enggunaan Daya Litrik ukul ukul ukul 1.00 Suhu uap refrigerant yang mauk ke kompreor ( 0 C) Suhu cairan refrigerant yang meninggalkan kompreor ( 0 C) 5 0 C -5 0 C -5 0 C 45 0 C 40 0 C 4 0 C Kapaita debit piton (L/) 57,709 57,709 57,709 Bear aliran maa (kg/) 5,47 3,966 1,963 Efek pendinginan per kilogram (kj/kg) 109, , ,740 erbandingan komprei,98 3,68 5,11 Kapaita pendinginan (kw) 474, ,96 157,164 Daya mekanik kompreor (kw) 71,079 69,593 56,116 Efiieni motor induki (%) Daya litrik yang dibutuhkan motor induki (K) 113,48 111,057 89,55 5. Keimpulan 1. Dengan melakukan pengamatan indikator temperatur pada aluran hiap dan aluran buang kompreor didapatkan hail yang cukup mencolok antara pukul dengan pukul 1.00 yaitu: untuk pukul uhu 15

16 JETri, Tahun Volume 4, Nomor, Februari 005, Halaman 1-16, ISSN refrigerant pada aluran hiap ebear 5 0 C dan pada aluran buang ebear 45 0 C edangkan untuk pukul 1.00 uhu refrigerant pada aluran hiap ebear -5 0 C dan pada aluran buang ebear 4 0 C. Dengan mengetahui adanya perbedaan uhu antara pukul dan pukul 1.00 dapat diimpulkan bahwa kapaita pendinginan yang dihailkan tentu berbeda yaitu: pada pukul adalah ebear 474,714 kw edangkan pada pukul 1.00 ebear 157,164 kw 3. Seliih kapaita pendinginan antara pukul dan pukul 1.00 adalah eliih daya mekanik yang dihemat karena emakin kecil kapaita pendinginan emakin kecil daya mekanik, emakin kecil pula daya litrik yang dibutuhkan yaitu: pada pukul ebear 113,48 K edangkan pada pukul 1.00 ebear 89,55 K 4. Diarankan untuk memproduki e balok pada waktu malam hari karena penggunaan daya litriknya paling rendah Daftar utaka 1. Djoekardi, Djuhana Mein-mein Litrik Motor Induki. Jakarta: Univerita Triakti.. Doat, Roy J rinciple of Refrigeration. Second Edition. Toronto: John Wiley and Son Inc. 3. Halliday and Renick Fiika. Jakarta: Erlangga. 4. Kadir, Abdul Mein Tak Serempak. Jakarta: Djambatan. 5. Miller, Rex Refrigeration and Air Conditioning Technology. Illinoi: Bennet ublihing Company. 6. Simanjuntak, Anggara Teori Termodinamika Teknik. Jakarta: Univerita Triakti. 16