1. PENINGKATAN FAKTOR DAYA MENGGUNAKAN KAPASITOR BANK Peningkatan faktor daya menggunakan kapasitor bank akan menurunkan pemakaian daya listrik sehingga efisiensi pemakaian energi dalam proses peleburan menggunakan induction furnace akan meningkat. Kapasitor menghasilkan arus leading 90 0 dalam periode yang sama dengan tegangan. Arus leading dapat digunakan dengan tujuan masingmasing dan kegunaan masing-masing jika diterapkan pada sistem. Akan tetapi keuntungan yang utama dari pemasangan kapasitor adalah kenaikan tegangan akibat berkurangnya kebutuhan daya reaktif(q) dan daya aktif (P) pada beban. (Dugan, McGranaghan, Beaty. 1996) Arus leading yang dihasilkan oleh kapasitor kemudian disuplai ke impedansi dengan arus lagging pada jaringan distribusi dan trafo menyebabkan kenaikan tegangan. Dengan menambah kapasitor pada pusat beban induktif di sistem akan menurunkan kebutuhan daya reaktif (Q) yang disuplai sumber. Dengan turunnya daya reaktif akan mengurangi losses pada sistem dan menrunkan energi aktif yang dipakai beban sehingga sistem dapat menyuplai lebih banyak daya nyata yang lebih berguna. P pf1 pf0 Q1 Q1 S1 Q0 S 0 Q0 QC Gambar 1. Perbaikan faktor daya dengan kapasitor Page 1
Dari Gambar 1 diatas diperoleh persamaan-persamaan untuk mencari faktor daya, yaitu: cos 0 = pf 0 P( kwatt) S( kva) P P 2 Q 2 0 Untuk mendapatkan kapasitas kapasitor sesuai dengan keinginan kita: Q Q Q C 0 1 Q tan cos pf P 1 0 t arg et Dengan: P = Daya aktif (Watt) S 0 = Daya semu sebelum dipasang kapasitor (VA) S 1 = Daya semu setelah dipasang kapasitor (VA) Q 0 = Daya reaktif sebelum dipasang kapasitor (VAR) Q 1 = Daya reaktif setelah dipasang kapasitor (VAR) Berdasar pengukuran pada Ball Mill 3A di PT. INDAH KIAT SERANG diperoleh informasi beroperasi pada tegangan sekitar 3.250 V, arus 60 A dan faktor daya 0,7 lagging. Dengan meningkatkan faktor daya menjadi 0,95 lagging dapat diperkirakan penghematan daya dan energi listrik sebagai berikut : Page 2
Tegangan rata-rata : 3.250 Volt Arus rata-rata : 60 A Factor Daya (PF) : 0,7 Cos Φ : 0,7 Φ = arc Cos 0,7 = 45 o Sebelum Peningkatan Faktor Daya : P = 3 x V x I x Cos Φ = 3 x 3.250 x 60 x 0,7 = 236 kw S = 3 x V x I = 3 x 3.250 x 60 = 338 kva Q = 3 x V x I x Sin Φ = 3 x 550 x 250 x 0,71 = 240 kvar Setelah Peningkatan Faktor Daya Dengan Pemasangan Kapasitor Target PF 0,95 S = P/ Cos Φ = 236/0,95 = 249 kva I = S/ 3 x V = 249 kva/ 3 x 3.250 Volt = 45 A Q = S sin Φ Cos Φ = 0,95; Φ = arc Cos 0,95 = 18 o = 249 Sin 18 o = 78 kvar Page 3
Perhitungan Penghematan : Penghematan Daya Nyata = S PF 0,7 S PF 0,95 = 338 249 kva = 89 kva Daya aktif = 89 kva x 0,95 = 84 kw Penghematan daya nyata = (89/338) * 100 % = 26 % Penghematan Pemakaian Energi Listrik Aktif Penghematan energi listrik per bulan dengan asumsi sehari proses pemasakan 10 jam dan hari kerja 22 hari : = 84 kw x 10 jam x 22 hari = 18.480 kwh = 18,48 MWh/bulan Penghematan per bulan financial dengan asumsi per kwh Rp. 610,- = 18.480 x 610 = Rp. 11.272.800,- Pengurangan emisi CO2 : = 18,48 x 0,798 tco2/mwh = 14,75 tco2/bulan Perhitungan Kapasitansi Kapasitor Daya reaktif kapasitor = Q sebelum Q setelah V Dari persamaan Q = 2 Xc = 240 78 = 162 kvar Maka diperoleh persamaan V Xc = 2 Q (3.250) V = 162kVAR = 65,2 Ω 2 Page 4
Maka nilai kapasitor yang dibutuhkan adalah: C = 1 2 f.x = 2 1 (50).65,2 = 1 4500,65 = 0,0000488 F = 48,8 µf Dari hasil perhitungan diperoleh nilai kapasitor untuk memperbaiki faktor daya dari sistem kelistrikan adalah dibutuhkan kapasitor bank dengan kapasitas 48,8 Kebutuhan kapasitor ini dapat disesuaikan dengan besar kapasitas kapasitor yang beredar di pasaran. 2. Pengurangan Moisture Content Batubara dengan Fluidized Coal dryer di Roller Mill Coal Pulverizer PT Indah kiat telah mempunyai system pengolahan batu bara sebagai bahan bakar di boiler. Boiler yang dimiliki oleh PT Indah kiat telah terintegrasi dengan power plant yang terdiri dari Boiler I. 2 dan 3 dengan produksi listrik masing masing sebesar 35 MWatt.. Boiler 1, 2 dan 3 ini menggunakan bahan bakar batu bara yang system pulverizernya menggunakan ball mill. sedangkan pada Boiler 6 sistem coal feed system untuk proses penggerusan menggunakan 3 roller mill. Boiler ini terintegrasi dengan power plant dan menghasilkan listrik sebesar 70 MWatt. Roll Crusher adalah mesin pereduksi ukuran yang menggunting dan menekan material antara dua permukaan yang keras. Permukan yang digunakan biasanya berbentuk roll yang berputar dan besi landasan yang diam, atau dua roll dengan diameter sama yang berputar pada kecepatan sama dan arahnya berlawanan. Permukaan roll bisa rata, berkerut atau bergigi. Untuk batubara dimana diperlukan rasio pereduksiannya tinggi dan hasil yang bagus, beberapa bentuk permukaan biasanya dipilih sekaligus. Roll crusher biasanya digunakan untuk mereduksi material yang keras. Karakteristik mesin peremuk tipe ini adalah termasuk berkecepatan rendah dan relati memiliki rasio reduksi yang rendah, berkisar 3 : 1 sampai 8 : 1. karena memiliki kecepatan Page 5
rendah, maka laju keausan alat ini relatif rendah. Produk dari crusher tipe ini biasanya berbentuk butiran (gravel) dan sedikit yang berbentuk halus. Kandungan air yang pada material yang melebihi 5% akan menyulitkan operasi crusher, karena akan menyebabkan terjadinya penyumbatan penyumbatan, terkecuali untuk roller crusher, karena itulah maka roller crusher lebih cocok untuk material yang bersifat plastis seperti tanah liat atau batu silica yang lembab. Menurut operasinya roller crusher dan gyratory crusher termasuk klasifikasi kontinyu sedangkan jaw crusher termasuk intermittent. Kapasitas roller tergantung pada kecepatan roler, lebar permukaan roller, diameter dan jarak antara roller yang satu dengan lainnya. Roller biasanya digunakan untuk batuan lunak seperti shale, lempung dan material lengket sampai setengah keras. Kapasitas roller dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : C = 0,0034 N x D x W x G x s dimana : N = jumlah putaran, rpm D = diameter roll, inchi W = lebar permukaan roll, inchi G = berat jenis material s = jarak antar roll, inchi Hancurnya material dalam roll crushing dibedakan menjadi : a. Choke Crushing Penghancuran material tidak hanya dilakukan oleh permukaan roll tetapi juga aoleh sesama material b. Free Crushing Yaitu material yang masuk langsung dihancurkan oleh roll. Kecepatan crushing tergantung pada kecepatan pemberian umpan (feed rate) dan macam reduksi yang diinginkan. Sistem dalam ini Kadang kala mengalami trip atau macet pada saat operasi. Jika batu bara yang masuk kualitasnya kurang bagus dengan moisture content yang besar maka akan menghambat kerja roll mill. Begitupun jika ada element lain yang menyatu dengan batu bara yang sifatnya solid masuk kedalam mill maka akan trip. Effek moisture content terhadap relative Pulveriser Power dapat dilihat dalam gambar 1. Semakin besar moisture content, tenaga untuk penggerusan yang dibutuhkan akan semakin besar dan menyebabkan terjadinya kenaikan nilai arus dan akan memacu relay over current bekerja Page 6
karena motor dirasa kelebihan beban. Jika kondisi ini sering terjadi maka akan mempengaruhi kinerja motor bahkan motor cepat rusak. (kwhr/ton). Gambar 1. Effect of Lignite Feed Moisture on Relative Pulverizer Power Pada dasarnya air yang terdapat di dalam batubara maupun yang terurai dari batubara apabila dipanaskan sampai kondisi tertentu, terbagi dalam bentuk-bentuk yang menggambarkan ikatan serta asal mula air tersebut di dalam batubara. Ada dua bentuk/wujud moisture pada batubara yakni air yang terdapat di dalam batubara dalam bentuk H2O dan air hasil penguraian zat organik yang ada dalam batubara karena adanya oksidasi terhadap batubara tersebut. Air yang terdapat dalam batubara dalam bentuk H2O dibagi dalam 3 bentuk yakni. 1. Inherent moisture ialah air yang secara fisik terikat di dalam rongga-rongga kapiler serta pori2 batubara yang relatif kecil, serta mempunyai tekan uap air yang lebih kecil jika dibandingkan dengan tekanan uap air yang terdapat pada permukaan batubara. 2. Adherent moisture ialah air yang terdapat permukaan batubaraatau di dalam pori2 batubara yang relatif besar. Air dalam bentuk ini mudah menguap pada suhu ruangan. 3. Air kristal ialah air yang terikat secara kimia pada mineral-mineral dalam batubara. Bentuk ini menguap pada suhu yang cukup tinggi, tergantung dari jenis mineral yang mengikatnya, penguapan pada umumnya mulai terjadi pada suhu diatas 450 derajat Page 7
celcius. Beberapa badan standarisasi international membuat metode untuk penetapan air kristal ini, namun jarang orang mempergunakannya, amerika menetapkan bahwa air kristal yang terdapat di dalam batubara ialah 8% dari kadar abu batubara, sedangkan negaranegara eropa menetapkan sebesar 9% dari kadar abu batubara. Moisture pada batubara bukanlah seluruh air yang terdapat dalam pori-pori batubara baik besar maupun kecil dan yang terbentuk dari penguraian batubara selama pemanasan. Moisture batubara ialah air yang menguap dari batubara apabila dipanaskan sampai pada suhu 105 110 derajat celcius. berdasarkan pengertian diatas, serta melihat kembali kepada bentuk2 air yang terdapat di dalam batubara, maka hanya air dalam bentuk inherent dan bentuk adherent sajalah yang dapat dikategorikan sebagai moisture batubara, sedangkan 2 bentuk lainnya, yaitu air kristal mineral dan air hasil penguaraian zat organik karena oksidasi, tidak termasuk sebagai air batubara. Adapun pengaruh dan gangguan moisture batubara terhadap operasi pengerusan batu bara adalah sebagai berikut. Moisture yang tinggi dapat meningkatkan biaya operasi transportasi, handling dan adanya penambahan peralatan. Masalah pada handling terutama disebabkan oleh free moisture dan size range (rentang fraksi partikel). Pada moisture 16%- 25%, batubara campuran cenderung macet dalam burner, hopper dan chute, untuk mengatasinya diperlukan peralatan khusus seperti vibrating chute dan screw atau chain feeder. Semakin tinggi free moisture suatu batubara semakin rendah daya gerus grinding mill yang menggerusnya seperti digambarkan dalam gambar 1. Dalam roll and ball mill setiap kenaikan 1% free moisture daya gerusnya menurun 2,5%. Tingkat moisture yang kritis tergantung dari mill yang dipergunakan, untuk roll mill dan tube ball mill 15% dan untuk ring dan ball mill 20%. Untuk menghindari trip dalam roller mill dengan penurunan moisture content baru bara, sebelum masuk roll mill dipasang suatu alat pemanas batu bara (coal drying). Panas yang digunakan untuk memanaskan baru bara tersebut adalah dengan memanfaatkan panas buang di power plant. Teknologi pemanasan batu bara sebelum masuk roller mill ini menggunakan air panas yang keluara dari kondensor yang biasanya sekita 49 oc yang akan menghasilkan udara panas sebesar 43 oc. Pemanasan ini menggunakan udara yang hangat yang akan membuat batu bara terfluidisasi. Udara hangat ini berasal pertukaran panas dengan aliran air panas keluar cooling water di dalam heat exchanger. Bagan prosesnya dapat dilihat dalam gambar 2 Page 8
Gambar 2. Schematic of Plant layout Sedangkan pemanas batubara sendiri mempunyai design sebagai berikut: Batu bara di umpankan ke dalam dryer. Yang akan mengalir secara horizontal melewati chamber dan keluar sampai ujung keluaran. Udara panas akan dialirkan dari arah bawah yang membuat batu bara terfluidisasi. Detail design dapat dilihat dalam gambar 3 Gambar 3. Sketch of Continuous Flow Dryer Page 9