FAN DAN BLOWER 1. PENDAHULUAN. Peralatan Energi Listrik: Fan dan Blower. Bagian ini menjabarkan tentang ciri-ciri utama fan dan blower.

Transkripsi

1 FAN DAN BLOWER 1. PENDAHULUAN JENIS-JENIS FAN DAN BLOWER PENGKAJIAN TERHADAP FAN DAN BLOWER PELUANG EFISIENSI ENERGI DAFTAR PERIKSA OPSI LEMBAR KERJA REFERENSI PENDAHULUAN Bagian ini menjabarkan tentang ciri-ciri utama fan dan blower. 1.1 Apakah fan dan blower itu? Hampir kebanyakan pabrik menggunakan fan dan blower untuk ventilasi dan untuk proses industri yang memerlukan aliran udara. Sistim fan penting untuk menjaga pekerjaan proses industri, dan terdiri dari sebuah fan, motor listrik, sistim penggerak, saluran atau pemipaan, peralatan pengendali aliran, dan peralatan penyejuk udara (filter, kumparan pendingin, penukar panas, dll.). Contoh sistim digambarkan dalam Gambar 1. Departemen Energi Amerika Serikat meperkirakan bahwa 15 persen listrik di industri manufakturing Amerika dipakai oleh motor. Hal yang sama di sektor komersial, listrik yang dibutuhkan untuk mengoperasikan motor fan yang merupakan bagian dari biaya energi terbesar untuk penyejukan ruangan (US DOE, 1989). Fan, blower dan kompresor dibedakan oleh metode yang digunakan untuk menggerakan udara, dan oleh tekanan sistim operasinya. The American Society of Mechanical Engineers (ASME) menggunakan rasio spesifik, yaitu rasio tekanan pe ngeluaran terhadap tekanan hisap, untuk mendefinisikan fan, blower, dan kompresor (lihat Tabel 1). Tabel 1: Perbedaan antara Fan, Blower dan Kompresor (Ganasean) Peralatan Perbandingan Spesifik Kenaikan tekanan (mmwg) Fan Sampai 1, Blower 1,11 sampai 1, Kompresor Lebih dari 1,20 - Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 1

2 Gambar 1: Komponen Sistim Fan (US DOE, 1989) 1.2 Istilah dan difinisi penting Sebelum dijelaskan tentang jenis fan dan blower, penting untuk mengerti terlebih dahulu tentang istilah dan definisi Karakteristik sistim Istilah resistansi sistim digunakan bila mengacu tekanan statis. Resistansi sistim merupakan jumlah kehilangan tekanan statis dalam sistim. Resistansi sistim merupakan fungsi pola susunan saluran, pengambilan, lengkungan dan penurunan tekanan yang melintasi peralatan, sebagai contoh bag filter atau siklon. Resistansi sistim bervariasi terhadap kuadrat volum aliran udara ya ng memasuki sistim. Untuk volum udara tertentu, fan dalam sistim dengan saluran sempit dan banyak tikungan dengan radius pendek akan bekerja lebih keras untuk mengatasi resistansi sistim yang lebih besar daripada dalam sistim dengan saluran yang lebih besar dan dengan lebih sedikit jumlah belokan dan panjang. Saluran panjang yang sempit dengan banyak bengkokan dan tikungan akan memerlukan lebih banyak energi untuk menarik udara untuk melaluinya. Sebagai akibatnya, untuk kecepatan fan yang sama, fan akan mampu menarik lebih sedikit melalui sistim ini daripada yang melalui sistim pendek tanpa ada belokan. Dengan begitu maka resistansi sistim meningkat secara substansial jika volum udara yang mengalir ke sistim meningkat; kuadrat aliran udara. Sebaliknya, resistansi berkurang jika alirannya berkurang. Untuk menentukan berapa volum fan yang akan dihasilkan, penting untuk mengetahui karakteristik resistansi sistim. Pada sistim yang ada, resistansi sistim dapat diukur. Pada sistim yang sudah didesain, namun 1 Except for Figure 2, Section 1.2 is taken in its entirety from Energy Efficiency Guide Book (2004), Chapter 5, p , with permission from the Bureau of Energy Efficiency, Government of India. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 2

3 tidak dibangun, resistansi sistim harus dihitung. Kurva resistansi sistim (lihat Gambar 2) dihasilkan dengan berbagai laju aliran pada sumbu-x dan resistansinya pada sumbu-y. Gambar 2. Kurva Sistim Fan dan Pengaruhnya pada Resistansi Sistim (US DOE, 1989) Karakteristik Fan Karakteristik fan dapat dinyatakan dalam bentuk kurva fan. Kurva fan merupakan kurva kinerja untuk fan tertentu pada sekumpulan kondisi yang spesifik. Kurva fan merupakan penggambaran grafik dari sejumlah parameter yang saling terkait. Biasanya sebuah kurva akan dikembangkan untuk sekumpulan kondisi yang diberikan termasuk: volum fan, tekanan statis sistim, kecepatan fan, dan tenaga yang diperlukan untuk menggerakan fan pada kondisi yang diketahui. Beberapa kurva fan juga akan melibatkan kurva efisiensi sehingga desainer sistim akan mengetahui kondisi pada kurva fan dimana fan akan beroperasi (lihat Gambar 3). Dari banyak kurva yang diketahui pada gambar, kurva tekanan statis (SP) versus aliran pada merupakan kuva yang sangat penting. Perpotongan kurva sistim dan tekanan statis merupakan titik operasi. Bila resistansi sistim berubah, titik operasi juga berubah. Sekali titik operasi ditetapkan, daya yang diperlukan dapat ditentukan dengan mengikuti garis tegak lurus yang melintas melalui titik operasi ke titik potong dengan kurva tenaga (BHP). Sebuah garis lurus yang digambar melalui perpotongan dengan kurva tenaga akan mengarah ke daya yang diperlukan pada sumbu tegak lurus sebelah kanan. Pada kurva yang digambarkan, efisiensi kurva juga disuguhkan. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 3

4 Gambar 3. Kurva Efisiensi Fan (BEE India, 2004) Karakteristik sistim dan kurva fan Pada berbagai sistim fan, resistansi terhadap aliran udara (tekanan) jika aliran udara meningkat. Sebagaimana disebutkasn sebelumnya, resistansi ini bervariasi dengan kuadrat aliran. Tekanan yang diperlukan oleh sistim pada suatu kisaran aliran dapat ditentukan dan kurva kinerja sistim dapat dikembangkan (ditunjukkan sebagai SC) (lihat Gambar 4). Kemudian kurva sistim ini dapat diplotkan pada kurva fan untuk menunjukan titik operasi fan yang sebenarnya pada "A" dimana dua kurva (N 1 dan SC 1 ) berpotongan. Titik operasinya yaitu aliran udara Q 1 terhadap tekanan P 1. Sebuah fan beroperasi pada kinerja yang diberikan oleh pabrik pembuatnya untuk kecepatan fan tertentu. (grafik kinerja fan memperlihatkan kurva untuk serangkaian kecepatan fan). Pada kecepatan fan N 1, fan akan beroperasi sepanjang kurva kinerja N 1 sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 4. Titik operasi fan yang sebenarnya tergantung pada resistansi sistim, titik operasi fan A adalah aliran (Q 1 ) terhadap tekanan (P1). Dua metode dapat digunakan untuk menurunkan aliran udara dari Q 1 ke Q 2 : Metode pertama adalah membatasi aliran udara dengan menutup sebagian damper dalam sistim. Tindakan ini menyebabkan kurva kinerja sistim yang baru (SC 2 ) dimana tekanan yang dikehendaki lebih besar untuk aliran udara yang diberikan. Fan sekarang akan beroperasi pada "B" untuk memberikan aliran udara yang berkurang Q 2 terhadap tekanan yang lebih tinggi P2. Metode kedua untuk menurunkan aliran udara adalah dengan menurunkan kecepatan dari N 1 ke N 2, menjaga damper terbuka penuh. Fan akan beroperasi pada "C" untuk Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 4

5 memberikan aliran udara Q 2 yang sama, namun pada tekanan P 3 yang lebih rendah. Jadi, menurunkan kecepatan fan merupakan metode yang jauh lebih efisien untuk mengurangi aliran udara karena daya yang diperlukan berkurang dan lebih sedikit energi yang dipakai. Gambar 4. Kurva kinerja fan (BEE India, 2004) Hukum fan Fan beroperasi dibawah beberapa hukum tentang kecepatan, daya dan tekanan. Perubahan dalam kecepatan (putaran per menit atau RPM) berbagai fan akan memprediksi perubahan kenaikan tekanan dan daya yang diperlukan untuk mengoperasikan fan pada RPM yang baru. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 5. Gambar 5. Kecepatam, tekanan dan daya fan (BEE India, 2004) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 5

6 2. Jenis-jenis fan dan blower Bagian ini menjelaskan secara ringkas berbagai jenis fan dan blower. 2.1 Jenis-jenis fan Terdapat dua jenis fan. Fan sentrifugal menggunakan impeler berputar untuk menggerakan aliran udara. Fan aksial menggerakan aliran udara sepanjang sumbu fan Fan sentrifugal Fan sentrifugal (Gambar 6) meningkatkan kecepatan aliran udara dengan impeler berputar. Kecepatan meningkat sampai mencapai ujung blades dan kemudian diubah ke tekanan. Fan ini mampu menghasilkan tekanan tinggi yang cocok untuk kondisi operasi yang kasar, seperti sistim dengan suhu tinggi, aliran udara kotor atau lembab, dan handling bahan. Fan sentrifugal dikategorikan oleh bentuk bladenya sebagaimana diringkas dalam Tabel 2. Tabel 2. Karakteristik Berbagai Fan Sentrifugal (diambil dari US DOE, 1989) Jenis fan dan Keuntungan Kerugian blade Fan radial dengan blades datar (Gambar 7) Fan yang melengkung kedepan, dengan blade yang melengkung kedepan (Gambar 8) Backward inclined fan, dengan blades yang miring jauh dari arah perputaran: datar, lengkung, Cocok untuk tekanan statis tinggi (sampai 1400 mmwc) dan suhu tinggi Rancangannya sederhana sehingga dapat dipakai untuk unit penggunaan khusus Dapat beroperasi pada aliran udara yang rendah tanpa masalah getaran Sangat tahan lama Efisiensinya mencapai 75% Memiliki jarak ruang kerja yang lebih besar yang berguna untuk handling padatan yang terbang (debu, serpih kayu, dan skrap logam) Dapat menggerakan volum udara yang besar terhadap tekanan yang relatif rendah Ukurannya relatif kecil Tingkat kebisingannya rendah (disebabkan rendahnya kecepatan) dan sangat cocok untuk digunakan untuk pemanasan perumahan, ventilasi, dan penyejuk udara (HVAC) Dapat beroperasi dengan perubahan tekanan statis (asalkan bebannya tidak berlebih ke motor) Cocok untuk sistim yang tidak menentu pada aliran udara tinggi Cocok untuk layanan forced-draft Fan dengan blade datar lebih kuat Hanya cocok untuk laju aliran udara rendah sampai medium Hanya cocok untuk layanan penggunaan yang bersih, bukan untuk layanan kasar dan bertekanan tinggi Keluaran fan sulit untuk diatur secara tepat Penggerak harus dipilih secara hati-hati untuk menghindarkan beban motor berlebih sebab kurva daya meningkat sejalan dengan aliran udara Efisiensi energinya relatif rendah (55-65%) Tidak cocok untuk aliran udara yang kotor (karena bentuk fan mendukung terjadinya penumpukan debu) Fan dengan blades air-foil kurang stabil karena mengandalkan pada Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 6

7 Jenis fan dan blade dan airfoil (Gambar 9) Keuntungan Fan dengan blades lengkung lebih efisien (melebihi 85%) Fan dengan blades air-foil yang tipis adalah yang paling efisien Kerugian pengangkatan yang dihasilkan oleh tiap blade Fan blades air-foil yang tipis akan menjadi sasaran erosi Gambar 6. Fan Sentrifugal (FanAir Company) Gambar 7. Fan Sentrifugal dengan Blade Radial (Canadian Blower) Gambar 8. Forward-Curved Fan (Canadian Blower) Gambar 9. Backward Inclined Fan (Canadian Blower) Fan Aksial Fan aksial (Gambar 10) menggerakan aliran udara sepanjang sumbu fan. Cara kerja fan seperti impele r pesawat terbang: blades fan menghasilkan pengangkatan aerodinamis yang menekan udara. Fan ini terkenal di industri karena murah, bentuknya yang kompak dan ringan. Jenis utama fan dengan aliran aksial (impeler, pipa aksial dan impeler aksial) diringkas dalam Tabel 3. Tabel 3. Karakteristik Berbagai Fan Aksial (diambil dari US DOE, 1989) Jenis fan Keuntungan Kerugian Fan propeller (Gambar 11) Menghasilkan laju aliran udara yang tinggi pada tekanan rendah Tidak membutuhkan saluran kerja yang luas (sebab tekanan yang dihasilkannya kecil) Murah sebab konstruksinya yang sederhana Efisiensi energinya relatif rendah Agak berisik Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 7

8 Jenis fan Keuntungan Kerugian Mencapai efisiensi maksimum, hampir seperti aliran yang mengalir sendiri, dan sering digunakan pada ventilasi atap Dapat menghasilkan aliran dengan arah berlawanan, yang membantu dalam penggunaan ventilasi Fan pipa aksial, pada dasarnya fan propeler yang ditempatkan dibagian dalam silinder (Gambar 12) Fan dengan baling-baling aksial (Gambar 13) Tekanan lebih tinggi dan efisiensi operasinya lebih baik daripada fan propeller Cocok untuk tekanan menengah, penggunaan laju aliran udara yang tinggi, misalnya pemasangan saluran HVAC Dapat dengan cepat dipercepat sampai ke nilai kecepatan tertentu (karena putaran massanya rendah) dan menghasilkan aliran pada arah berlawanan, yang berguna dalam berbagai penggunaan ventilasi Menciptakan tekanan yang cukup untuk mengatasi kehilangan di saluran dengan ruang yang relatif efisien, yang berguna untuk pembuangan Cocok untuk penggunaan tekanan sedang sampai tinggi (sampai 500 mmwc), seperti induced draft untuk pembuangan boiler Dapat dengan cepat dipercepat sampai ke nilai kecepatan tertentu (disebabkan putaran massanya yang rendah) dan menghasilkan aliran pada arah berlawanan, yang berguna dalam berbagai penggunaan ventilasi Cocok untuk hubungan langsung ke as motor Kebanyakan energinya efisien (mencapai 85% jika dilengkapi dengan fan airfoil dan jarak ruang yang kecil) Relatif mahal Kebisingan aliran udara sedang Efisiensi energinya relatif rendah (65%) Relatif mahal dibanding fan impeler Gambar 10. Fan Aksial (NISCO) Gambar 11. Fan Propeller (FanAir Company) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 8

9 Gambar 12. Fan Tabung Aksial (NISCO) Gambar 13. Vane-axial Fan (NISCO) 2.2 Jenis-jenis blower Blower dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi daripada fan, sampai 1,20 kg/cm 2. Dapat juga digunakan untuk menghasilkan tekanan negatif untuk sistim vakum di industri. Blower sentrifugal dan blower positive displacement merupakan dua jenis utama blower, yang dijelaskan dibawah Blower sentrifugal Blower sentrifugal terlihat lebih seperti pompa sentrifugal daripada fan. Impelernya digerakan oleh gir dan berputar rpm. Pada blower multi-tahap, udara dipercepat setiap melewati impeler. Pada blower tahap tunggal, udara tidak mengalami banyak belokan, sehingga lebih efisien. Blower sentrifugal beroperasi melawan tekanan 0,35 sampai 0,70 kg/cm 2, namun dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi. Satu karakteristiknya adalah bahwa aliran udara cenderung turun secara drastis begitu tekanan sistim meningkat, yang dapat merupakan kerugian pada sistim pengangkutan bahan yang tergantung pada volum udara yang mantap. Oleh karena itu, alat ini sering digunakan untuk penerapan sistim yang cenderung tidak terjadi penyumbatan. Gambar 14. Blower Sentrifugal (FanAir Company) 2 Bagian 2.2 didasarkan pada Buku Pedoman Efisiensi Energi (2004), Bab 5, hal , dengan ijin dari Biro Efisiensi Energi, Pemerintah India. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 9

10 2.2.2 Blower jenis positive-displacement Blower jenis positive displacement memiliki rotor, yang "menjebak" udara dan mendorongnya melalui rumah blower. Blower ini me nyediakan volum udara yang konstan bahkan jika tekanan sistimnya bervariasi. Cocok digunakan untuk sistim yang cenderung terjadi penyumbatan, karena dapat menghasilkan tekanan yang cukup (biasanya sampai mencapai 1,25 kg/cm 2 ) untuk menghembus bahan-bahan yang menyumbat sampai terbebas. Mereka berputar lebih pelan daripada blower sentrifugal (3.600 rpm) dan seringkali digerakkan dengan belt untuk memfasilitasi perubahan kecepatan. 3. PENGKAJIAN TERHADAP FAN DAN BLOWER Bagian ini menjelaskan tentang cara mengevaluasi kinerja fan, yang dapat juga diterapkan pada blower Apakah yang dimaksud dengan kinerja/efisiensi fan? Efisiensi fan adalah perbandingan antara daya yang dipindahkan ke aliran udara dengan daya yang dikirimkan oleh motor ke fan. Daya aliran udara adalah hasil dari tekanan dan aliran, dikoreksi untuk konsistensi unit. Istilah lain untuk efisiensi yang sering digunakan pada fan adalah efisiensi statis, yang menggunakan tekanan statis dari tekanan total dalam memperkirakan efisiensi. Ketika mengevaluasi kinerja fan, penting untuk mengetahui istilah efisiensi apa yang digunakan. Efisiensi fan tergantung pada jenis fan dan impelernya. Dengan meningkatnya laju aliran, efisiensi meningkat ke ketinggian tertentu ( efisiensi puncak ) dan kemudian turun dengan kenaikan laju alir lebih lanjut (lihat Gambar 15). Kisaran efisiensi puncak untuk berbagai jenis fan sentrifugal dan aksial diberikan dalam Tabel 2. Gambar 14. Efisiensi versus Laju alir (BEE India, 2004) Tabel 4. Efisiensi Berbagai Fan (BEE India, 2004) Bagian 3 didasarkan pada Buku Pedoman Efisiensi Energi (2004), Bab 5, hal , dengan ijin dari Biro Efisiensi Energi, Pemerintah India. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 10

11 Kinerja fan biasanya diperkirakan dengan menggunakan sebuah grafik yang memperlihatkan berbagai tekanan yang dihasilkan oleh fan dan daya yang diperlukannya. Pabrik pembuat umumnya menyediakan kurva kinerja fan tersebut. Grafik ini penting untuk dimengerti dalam merancang, mencari sumber, dan mengoperasikan sistim fan dan merupakan kunci bagi pemilihan fan yang optimal. 3.2 Metodologi pengkajian kinerja fan Sebelum efisiensi fan dapat dihitung, sejumlah parameter operasi harus diukur, termasuk kecepatan udara, head tekanan, suhu aliran udara pada fan dan input kw listrik dari motor. Dalam rangka mendapatkan gambaran operasi yang benar harus diyakinkan bahwa: Fan dan komponennya beroperasi dengan benar pada kecepatannya Operasi berada pada kondisi stabil; suhu, berat jenis, resistansi sistim yang stabil dll. Perhitungan efisiensi fan dijelaskan dalam beberapa tahap. Tahap 1: menghitung berat jenis gas Tahap pertama adalah menghitung berat jenis udara atau gas dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: Berat jenis gas (y) = 273 X 1, t o C Dimana, t o C = Suhu udara atau gas pada kondisi ditempat Tahap 2: mengukur kecepatan udara dan menghitung kecepatan udara rata-rata Kecepatan udara dapat diukur dengan menggunakan sebuah tabung pitot dan manometer, atau dengan sensor aliran (instrumen tekanan diferensial), atau anemometer yang akurat. Gambar 15 memperlihatkan bagaimana tekanan kecepatan diukur dengan menggunakan sebuah tabung pitot dan manometer. Tekanan total diukur denan menggunakan pipa bagian dalam dari tabung pitot dan tekanan statis diukur dengan menggunakan pipa luar dari tabung pitot. Jika ujung tabung luar dan dalam disambungkan ke manometer, didapatkan tekanan kecepatan (yaitu perbedaan antara tekanan total dan tekanan statis). Untuk mengukur kecepatan yang rendah, lebih disukai menggunakan manometer dengan pipa tegak keatas daripada manometer pipa-u. Lihat bab tentang Peralatan Pemantauan untuk penjelasan mengenai manometer. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 11

12 Gambar 16. Pengukuran Tekanan Kecepatan dengan menggunakan Tabung Pilot (BEE India, 2004) Menghitung kecepatan udara rata-rata dengan mengambil sejumlah pembacaan tekanan kecepatan yang melintasi bagian melintang saluran dengan menggunakan persamaan berikut (catatan: jangan rata-ratakan tekanan kecepatan, namun rata-ratakan kecepatannya!): Dimana: C p = Konstanta tabung pitot, 0,85 (atau) yang diberikan oleh pabrik pembuatnya p = Perbedaan tekanan rata-rata yang diukur oleh tabung pitot dengan mengambil pengukuran pada sejumlah titik pada seluruh bagian melintang saluran.? = Berat jenis udara atau gas pada kondisi pengujian Tahap 3: menghitung aliran volumetrik Tahap ketiga adalah menghitung aliran volumetrik sebagai berikut: Ukur diameter saluran (atau dari sek itarnya dimana diameter dapat diperkirakan). Hitung volum udara/gas dalam saluran dengan hubungan sebagai berikut Tahap 4: ukur tenaga motor penggerak Daya motor penggerak (kw) dapat diukur dengan alat load analyzer. kw ini dikalikan dengan efisiensi motor memberikan daya as/ poros kepada fan. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 12

13 Tahap 5: menghitung efisiensi fan Efisiensi mekanik dan statik dapat dihitung sebagai berikut: a). Efisiensi mekanik : b) Efisiensi Statik, yang sama kecuali jika tekanan kecepatan pada saluran keluar tidak ditambahkan ke tekanan statik fan 3.3 Kesulitan dalam mengkaji kinerja fan dan blower Dalam prakteknya akan dihadapi kesulitan-kesulitan pada saat mengkaji kinerja fan dan blower, beberapa diantaranya diterangkan dibawah ini: Ketidaktersediaannya data spesifikasi fan: Data spesifikasi fan (lihat Lembar Kerja 1) penting dalam mengkaji kinerja fan. Hampir semua industri tidak menyimpan data tersebut secara sistimatis atau tidak memilikinya sama sekali. Dalam kasus terebut, hubungan persentase loading/beban fan dengan aliran atau tekanan tidak dapat diperkirakan secara memuaskan. Data spesifikasi fan harus didapatkan dari data orisinil pabrik/ Original Equipment Manufacturer (OEM) dan didokumentasikan. Kesulitan dalam pengukuran kecepatan: Pengukuran kecepatan aktual menjadi tugas yang sulit dalam pengkajian kinerja fan. Dalam banyak kasus lokasi saluran sangat sulit untuk dilakukan pengukuran dan pada kasus lainnya tidak mungkin melintasi saluran pada kedua arah ujungnya. Dalam kasus ini, maka tekanan kecepatan dapat diukur di tengah saluran dan dikoreksi dengan mengkalikannya dengan faktor 0,9. Kalibrasi tabung pitot, manometer, anemometer & instrumen-instrumen pengukuran yang tidak benar: Seluruh instrumen dan instrumen pengukur daya lainnya harus dikalibrasi dengan benar untuk menghindari pengkajian fan dan blower yang salah. Pengkajian sebaiknya tidak dilakukan dengan penggunaan faktor koreksi. Variasi parameter proses selama pengujian: jika terdapat perbedaan besar dalam pengukuran parameter proses pada saat pengujian, maka pengkajian kinerja menjadi tidak dapat dipercaya. 4. PELUANG EFISIENSI ENERGI Bagian ini mengjelaskan tentang peluang efisiensi energi yang paling penting untuk fan dan blower. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 13

14 4.1 Memilih fan yang benar Pertimbangan penting ketika memilih fan adalah (US DOE, 1989): Kebisingan Kecepatan perputaran Karakteristik aliran udara Kisaran suhu Variasi dalam kondisi operasi Ketidakleluasaan ruang dan tata letak sistim Harga pembelian, biaya operasi (ditentukan oleh efisiensi dan perawatan), dan umur operasi Namun, sebagai aturan umum, penting untuk diketahui bahwa untuk memperbaiki kinerja sistim fan secara efektif, perancang dan operator juga harus mengerti bagaimana fungsi komponen sistim lain. Pendekatan sistim membutuhkan pengetahuan tentang interaksi antara fan, peralatan yang mendukung operasi fan, dan komponen yang dilayani oleh fan. Penggunaan pendekatan sistim dalam proses pemilihan fan akan menghasilkan sistim yang lebih tenang, lebih efisien, dan lebih handal. Masalah yang umum adalah bahwa perusahaan membeli fan yang kebesaran kapasitasnya. Fan tersebut tidak akan beroperasi pada titik efisiensi terbaiknya (BEP) dan dalam kasus yang ekstrim fan tersebut mungkin beroperasi pada kondisi yang tidak stabil disebabkan titik operasi pada kurva aliran udara tekanan fan. Fan yang kebesaran mengakibatkan kelebihan aliran energi, menyebabkan tingginya kebisingan aliran udara dan meningkatkan stress pada fan dan sistim. Sebagai akibatnya, fan yang kebesaran tidak hanya mahal harganya dan pengoperasiannya, tetapi juga menciptakan masalah kinerja sistim yang sebetulnya dapat dihindarkan. Penyelesaian yang mungkin adalah mengganti fan, mengganti motor, atau menggunakan motor penggerak variasi kecepatan/ variable speed drive Menurunkan resistansi sistim Kurva resistansi sistim dan kurva fan dijelaskan dalam bagian 1.2. Fan beroperasi pada titik dimana kurva resistansi sistim dan kurva fan saling berpotongan. Resistansi sistim memiliki peran utama dalam menentukan kinerja dan efisiensi fan. Resistansi sistim juga berubah tergantung pada proses. Contoh, pembentukan lapisan/ erosi lapisan dalam saluran, agak mengubah resistansi sistim. Dalam beberapa kasus, perubahan peralatan, modifikasi saluran, secara drastis menggeser titik operasi, mengakibatkan makin rendahnya efisiensi (lihat Gambar 2). Dalam kasus tersebut, untuk mencapai efisiensi seperti sebelumnya, fan harus diganti. Jadi, resistansi sistim harus diperiksa secara berkala, untuk kemungkinan dilakukan modifikasi atau tindakan lainnya untuk operasi fan yang efisien. 4.3 Mengoperasikan mendekati BEP Hal ini sudah dijelaskan sebelumnya bahwa efisiensi fan meningkat ketika aliran meningkat ke titik tertentu dan setelah itu berkurang. Titik dimana efisie nsi maksimum dicapai Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 14

15 dinamakan efisiensi puncak atau Titik Efisiensi Terbaik (BEP). Biasanya, titik ini lebih dekat ke kapasitas fan pada kecepatan dan resistansi sistim yang dirancang khusus. Penyimpangan dari BEP akan mengakibatkan meningkatnya kehilangan dan ketidakefisiensian. 4.4 Memelihara fan secara teratur Perawatan fan secara teratur adalah penting untuk mendapatkan tingkat kinerjanya. Kegiatan perawatan meliputi (US DOE, 1989): Pemeriksaan berkala seluruh komponen sistim Pelumasan dan penggantian bearing Pengencangan dan penggantian belt Perbaikan atau penggantian motor Pembersihan fan 4.5 Mengendalikan aliran udara fan Biasanya, fan terpasang beroperasi pada kecepatan konstan. Namun beberapa situasi mungkin menghendaki perubahan kecepatan, sebagai contoh lebih banyak aliran udara mungkin diperlukan dari fan ketika ada tambahan sebuah saluran baru, atau mungkin diperlukan aliran udara yang sedikit jika fannya kebesaran. Terdapat banyak cara untuk menurunkan atau mengendalikan aliran udara fan. Hal tersebut diringkas dalam Tabel 5 dan perbandingan tenaga beban penuh terhadap persentase aliran penuh pada berbagai pengendali aliran diberikan dalam Gambar 17. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 15

16 Gambar 17. Pemakaian Daya Relatif diantara Opsi-opsi Pengendalian Aliran (US DOE, 1989) Gambar 18. Perubahan Ukuran Pully (BEE India, 2004) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 16

17 Tabel 5. Perbandingan Berbagai Cara untuk Mengendalikan Aliran Fan (diambil dari DOE, 1989, and BEE, 2004) Jenis pengendali aliran Keuntungan Kerugian Perubahan pully: mengurangi ukuran pully motor/ penggerak Dampers: mengurangi jumlah aliran dan meningkatkan tekanan hulu, yang akan mengurangi keluaran fan Inlet Guide vanes: menciptakan pusaran ke arah fan sehinggs memperkecil sudut antara udara yang masuk dan blade fan, sehinga menurunkan beban, tekanan dan aliran udara fan Variable pitch fans merubah: sudut antara aliran udara masuk dan blade dengan memiringkan blade fan sehingga menurunkan beban motor dan aliran udara Variagble Speed Drive (VSD): menurunkan kecepatan fan untuk memenuhi kebutuhan aliran yang berkurang VSD Mekanik: kopling hidrolik, kopling fluida, dengan belt dan pully yang dapat diatur Penurunan kecepatan secara permanen Penurunan energi secara nyata (lihat Gambar 18: penurunan 2 inchi pully menghemat 12 kw) Murah Mudah pemasangannya Memperbaiki efisiensi fan sebab beban fan dan aliran udara yang dialirkan berkurang Biayanya murah pada aliran udara antara % dari aliran penuh Dapat menjaga efisiensi fan tinggi diatas kisaran kondisi operasi Menghindarkan timbulnya gaung ketuka kecepatan operasi normal dicapai Dapat beroperasi dari kondisi tanpa aliran sampai aliran penuh tanpa adanya masalah kegagalan. Pengendalian aliran yang sudan dikembangkan dan lebih efisien Dapat mengatur kecapatan fan diatas kisaran kontinyu Khusus untuk VFD: Pengendali aliran yang efektif dan mudah Memperbaiki efisiensi operasi fan diatas kisaran kondisi operasi yang Fan harus mampu menangani perubahan kapasitas Fan harus digerakkan oleh sistim atau motor V-belt Memberikan jumlah pengaturan yang terbatas Mengurangi aliran tapi tidak mengurangi pemakaian energi Biaya operasi dan perawatan lebih tinggi Kurang efisien pada aliran yang kurang dari 80% aliran penuh Dapat diterapkan hanya pada beberapa jenis fan aksial saja Masalah kotoran jika bahan pencemar terakumulasi dalam actuator mekanis yang mengendalikan blades Jika beroperasi pada beban rendah untuk jangka waktu lama dapay mengurangi faktor daya dan efisiensi motor, sehingga menghilangkan keuntungan efisiensi dan resiko adanya biaya faktor daya yang rendah dari utilitas VSD Mekanik memiliki masalah pengendapan kotoran Biaya investasi dapat menjadi hambatan Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 17

18 Jenis pengendali aliran Keuntungan Kerugian VSD Listrik: kopling arus eddy, pengendali motor dengan rotor, dan variable frequency drive (VFD: mengubah kecepatan putaran motor dengan mengatur frekwensi daya yang dipasok) luas Dapat di retrofit dengan kompak ke motor yang ada Tidak ada masalah pengendapan kotoran Mengurangi kehilangan energi dan biaya dengan merendahkan aliran sistim keseluruhan Pompa kecepatan multi Klep penutup cakram: klep penutup dorong yang mengubah lebar impeler yang berpengaruh terhadap aliran udara Mengoperasikan fan dalam susunan paralel: dua atau lebih fan dalam susunan paralel menggantikan satu fan yang besar Mengoperasikan fan dalam susunan seri: menggunakan fan multi dalam susunan dorong-tarik Pengendali aliran yang efisien Cocok jika hanya dua kecepatan tetap yang diperlukan Desainnya sederhana Efisiensi tinggi pada variasi kebutuhan sistim Mempunyai kelebihan dalam memurunkan resiko penghentian karena kegagalan atau perawatan yang tidak baik Dua fan yang lebih kecil lebih murah dan memberikan kinerja lebih baik dibandingkan satu fan yang relatif besar Dapat dilengkapi dengan pengendali aliran lainnya untuk meningkatkan fleksibilitas dan kehandalan Tekanan aliran rata -rata lebih rendah Kebisingan yang dibangkitkan lebih rendah Permintaan pendukung listrik dan bangunan lebih rendah Cocok untuk sistim dengan saluran panjang, penurunan tekanan pada komponen sistim, atau resistansinya yang tinggi Ada lompatan dari kecepatan ke kecepatan Biaya investasi dapat menjadi hambatan Hanya layak untuk beberapa penggunaan Hanya digunakan bila fan dapat beroperasi pada resistansi rendah hampir pada kondisi aliran bebas (lihat Gambar 19) Tidak cocok untuk sistim dengan resistansi yang rendah (lihat Gambar 19) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 18

19 Gambar 19. Fan yang Beroperasi dalam Susunan Seri dan Paralel (BEE India, 2004) 5. DAFTAR PERIKSA OPSI Bagian ini berisikan opsi-opsi efisiensi energi yang paling penting Gunakan kerucut saluran masuk udara yang halus dan bulat untuk saluran masuk udara fan Hindarkan distribusi aliran yang buruk pada saluran masuk fan Minimalkan rintangan fan pada saluran masuk dan kelaur Bersihkan screens, filter dan blades fan secara teratur Minimalkan kecepatan fan Gunakan slip rendah atau belts datar untuk transmisi tenaga Periksa tekanan belt secara teratur Hilangkan variabel pitch pulleys Gunakan variable speed drive untuk beban fan dengan variabel besar Gunakan motor yang efisien energinya untuk operasi sinambung atau yang mendekati sinambung Hilangkan kebocoran dalam saluran kerja Minimalkan bengkokan dalam saluran kerja Matikan fan dan blower jika tidak digunakan Turunkan kecepatan fan dengan modifikasi diameter pully bila motornya kebesaran Gunakan inlet guide vanes sebagai pengganti pengendali damper Ubah impeller dari plastik yang dilapisi logam/ kaca (GRP) dengan impeller FRP berlubang yang lebih efisien energinya dengan desain aerofoil Coba operasikan fan dekat titik operasi terbaiknya (BEP) Kurangi kehilangan transmisi dengan menggunakan belt datar yang energinya efisien atau cogged raw-edged V-belts sebagai pengganti sistim V-belt konvensional Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 19

20 Minimalkan resistansi dan penurunan tekanan sistim dengan memperbaiki sistim salurannya Pastikan penyambungan antara sistim penggerak dan yang digerakkan sudah benar Pastikan kualitas pasokan daya yang cukup ke penggerak motor Periksa secara teratur kecenderungan getaran untuk memperkirakan kegagalan lebih awal seperti kerusakan bearing, ketidaksesuaian sambungan, ketidakseimbangan, kelonggaran fondasi, dll. 6. LEMBAR KERJA Bab ini terdiri dari lembar kerja sebagai berikut: Data Spesifikasi Fan dan blowers Perhitungan Efisiensi Fan dan blower Lembar Kerja #1: DATA SPESIFIKASI FAN DAN BLOWER No. Parameter Satuan Acuan Fan/Blower Dibuat oleh 2 Jenis (Aksial/Sentrifugal) 3 Aliran Pembuangan M 3 /jam 4 Head yang Dihasilkan MmWc 5 Fluida yang Ditangani 6 Berta Jenis Fluida Kg/m 3 7 Konsentrasi Debu Mg/m 3 8 Suhu Fluida 0 C 9 Jenis Pengendali Aliran 10 Kisaran Pengendali % Aliran 11 Daya Masuk Fan KW 12 Kecepatan Fan RPM 13 Efisiensi Fan % 14 Konsumsi Daya Spesifik KW/(m 3 /jam) 15 Motor Fan Daya KW Arus Beban Penuh Amp Kecepatan RPM Pasokan Tegangan Volts Efisiensi % Faktor Daya Pasokan Frekuensi HZ 16 Jenis Bearing Fan (Driving End) Fan (Non-Driving End) Motor (Driving End) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 20

21 Motor (Non-Driving End) 17 Kualitas Pelumas Lembar Kerja 2: PERHITUNGAN EFISIENSI FAN DAN BLOWER No. Parameter Satuan Referensi Fan/Blower Aliran fluida (medium) (Q) m 3 /detik (diukur dengan menggunakan tabung pitot pada keluaran fan) 2 Untuk tekanan hisap mmwc (diukur pada saluran masuk fan dengan menggunakan manometer pipa-u) 3 Untuk tekanan keluaran mmwc (diukur pada saluran keluar fan dengan menggunakan manometer pipa-u) 4 Tekanan Statik Total ( P) [3 4] mmwc 5 Total Tekanan Diferensial (dp) mmwc (diukur dengan menggunakan tabung pitot dengan cara mengukur pada sejumlah titik pada bagian melintang saluran) 6 Konstanta tabung pitot (Cp) 7 Luas penampang lintang saluran M 2 (A) 8 Suhu medium fluida (diukur pada 0 C saluran masuk fan menggunakan termometer) 9 Berat Jenis medium fluida yang kg/m 3 ditangani (r) (diambil dari data standar dan dikoreksi ke kondisi suhu/tekanan operasi) 10 Daya masuk ke motor (P) (diukur kw pada terminal motor atau switchgear dengan menggunakan energy meter/power analyzer panel atau portable) 11 Daya Masuk ke As (P1) % (P x efisiensi motor X efisiensi transmisi) 12 Pasokan Frekwensi Hz 13 Daya Masuk Pompa kw Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 21

22 14 Kecepatan Udara/Gas (V) m/detik [= (Cpx (2x9,81xdPxr)]/r 15 Laju alir (Q) (= V x A) m 3 /detik 16 Efisiensi Mekanis Fan (ηf) % (Qx P)/(102xP1) x Konsumsi Daya Spesifik (P/Q) kw/(m 3 /detik) 18 % beban motor w.r.t. Daya % 19 % beban fan w.r.t. Aliran % 20 % beban fan w.r.t. Total tekanan statis % 7. REFERENSI The following sources were used to prepare this chapter: Bureau of Energy Efficiency (BEE), Government of India. Energy Efficiency Guide Book, chapter 5, p Canadian Blower. Industrial Fans and Blowers, FanAir Company, product presentation. Ganasean, Indian Institute of Technology. Fans, Pumps and Compressors Northern Industrial Supply Company (NISCO), Products Fans and Blowers, New York Blowers. US Department of Energy (US DOE), Energy Efficiency and Renewable Energy, Improving Fan System Performance a sourcebook for industry www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/fan_sourcebook.pdf Copyright: Copyright United Nations Environment Programme (year 2006) This publication may be reproduced in whole or in part and in any form for educational or non-profit purposes without special permission from the copyright holder, provided acknowledgement of the source is made. UNEP would appreciate receiving a copy of any publication that uses this publication as a source. No use of this publication may be made for resale or any other commercial purpose whatsoever without prior permission from the United Nations Environment Programme. Hak cipta: Hak cipta United Nations Environment Programme (year 2006) Publikasi ini boleh digandakan secara keseluruhan atau sebagian dalam segala bentuk untuk pendidikan atau keperluan non-profit tanpa ijin khusus dari pemegang hak cipta, harus mencantumkan sumber yang membuat. UNEP akan menghargai pengiriman salinan dari setiap publikasi yang menggunaan publikasi ini sebagai sumber. Tidak diijinkan untuk menggunakan publikasi ini untuk dijual belikan atau untuk keperluan komersial lainnya tanpa ijin khusus dari United Nations Environment Programme. Disclaimer: This energy equipment module was prepared as part of the project "Greenhouse Gas Emission Reduction from Industry in Asia and the Pacific" (GERIAP) by the National Productivity Council, India. While reasonable efforts have been made to ensure that the contents of this publication are factually correct and properly referenced, UNEP does not accept responsibility for the accuracy or completeness of the contents, and shall not be liable for any loss or damage that may be occasioned directly or indirectly through the use of, or reliance on, the contents of this publication, including its Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 22

23 translation into other languages than English. This is the translated version from the chapter in English, and does not constitute an official United Nations publication. Disclaimer: Modul peralatan energi ini dibuat sebagai bagian dari proyek Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca dari Industri di Asia dan Pasifik / Greenhouse Gas Emission Reduction from Industry in Asia and the Pacific (GERIAP) oleh Badan Produktivitas Nasional, India. Sementara upaya-upaya masih dilakukan untuk menjamin bahwa isi dari publikasi ini didasarkan fakta-fakta yang benar, UNEP tidak bertanggung-jawab terhadap ketepatan atau kelengkapan dari materi, dan tidak dapat dikenakan sangsi terhadap setiap kehilangan atau kerusakan baik langsung maupun tidak langsung terhadap penggunaan atau kepercayaan pada isi publikasi ini Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 23