35 BAB III PERENCANAAN POMPA 3.1 Pemilihan Pompa PT. Wira Putra adalah salah satu perusahaan yang bergerak dibidang penyediaan gedung khususnya untuk pabrik-pabrik home industri. Pada pengambilan data ini, data yang didapat dari perancangan pompa dari salah satu gedung baru milik PT. Wira Putra yang terdapat di wilayah Serang, Banten. Usaha yang terdapat di sekitar wilayah gedung milik PT. Wira Putra rata-rata bergerak pada bidang pembuatan bahan baku kertas, sehingga PT. Wira Putra memilih pompa dengan merk Centroflo. Berikut ada beberapa pertimbangan yang harus diperhatikan dalam pemilihan sebuah pompa. Kapan menggunakan pompa sentrifugal dan kapan menggunakan pompa pemindah positif (pompa PD). Berikut ini adalah beberapa pertimbangan tersebut : Laju Aliran dan Tekanan Pada pompa sentrifugal memiliki berbagai aliran tergantung pada tekanan atau kepala, sedangkan pompa PD memiliki aliran lebih atau kurang konstan terlepas dari tekanan.
36 Laju Aliran dan Viskositas (Kekentalan) Pertimbangan lainnya antara jenis pompa adalah viskositas (kekentalan), viskositas sangat berpengaruh pada kapasitas pompa. Pada pompa sentrifugal aliran dapat hilang akibat viskositas (kekentalan) yang tinggi atau sangat kental tetapi pada aliran pompa PD viskositas (kekentalan) tidak berpengaruh terhadap aliran pompa tersebut. Hal ini karena cairan viskositas yang tinggi mengisi pompa jarak tersebut yang menyebabkan efisiensi volumetrik yang lebih tinggi. Grafik ini hanya menunjukkan efek viskositas pada aliran pompa, ketika ada perubahan viskositas ada juga lebih besar sejalan kerugian dalam sistem. Ini berarti juga harus ada perhitungan perubahan dalam aliran pompa dari grafik pertama untuk perubahan tekanan. Efisiensi dengan Tekanan Pompa berperilaku sangat berbeda ketika mempertimbangkan efisiensi mekanik, dapat diperhatikan dampak dari perubahan tekanan pada efisiensi pompa. Perubahan tekanan memiliki sedikit efek pada pompa PD tetapi sangat terlihat jelas pada pompa sentrifugal. Pebandingan Efisiensi dan Viskositas viskositas juga memiliki peran penting dalam efisiensi pompa mekanik atau sentrifugal, karena pompa sentrifugal beroperasi pada efisiensi kecepatan motor turun sebagai increasesdue viskositas untuk kerugian gesekan meningkat dalam pompa. Efisiensi sering meningkat dalam pompa PD dengan viskositas meningkat.
37 3.2 Penghantar Fungsi penghantar adalah untuk menyalurkan energi dari satu titik ke titik yang lain. Penghantar yang digunakan untuk instalasi listrik pompa adalah berisolasi dan dapat berupa kawat atau berupa kabel. Ada juga penghantar tanpa isolasi seperti Bare Conductor (BC), penghantar berlubang (hollow conductor), ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinfored), dan ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reiforeed). Batasan kawat berisolasi adalah rakitan satu pengantar atau lebih, baik penghantar serabut maupun pejal, masing-masing diisolasi. Contoh kawat berisolasi adalah NYA dan NYAF. Sedangkan batasan kabel berisolasi adalah rakitan satu penghantar atau lebih, baik penghantar serabut maupun pejal, masing-masing diisolasikan dan keseluruhannyadilindungi pelindung bersama. 3.2.1 Tata Nama Menurut PUIL 2000 tata nama untuk kawat berisolasi atau kabel yang berlaku di Indonesia adalah sebagai berikut :
38 Tabel 3.1 Tata Nama Kawat atau Kabel No. Jenis Kode Keterangan 1 Penghantar N Terbuat dari tembaga NA Terbuat dari alumunium 2 Isolasi Y Isolasi dari PVC (Poli Vinyl Chloride) 2Y Isolasi dari XLPE (Cross Linkage Polyethiline) 3 Selubung dalam G Selubung dari karet 2G K KL KWK 2X Y 2Y Z Selubung dari karet butyl Selubung dari timah hitam Selubung dari karet alumunium dengan permukaan licin Selubung dari pita tembaga Selubung dari XLPE (Cross Linkage Polythiline) Selubung dari PFC Selubung dari poluthiline Selubung dari pita seng 4 Perisai B Perisai dari pita baja F L Q Perisai dari baja pipih Perisai dari jalinan kawat baja Perisai dari kawat baja berlapis seng
39 R S Z Perisai dari kawat baja bulat 1 lapis (RR-2 lapis) Perisai dari tembaga Perisai dari kawat baja berbentuk huruf Z 5 Spiral D Spiral anti tekan Gb Spiral dari pita baja 5 Selubung luar A Selubung dari yute MK Y Selubung dari timah hitam Selubung dari PVC Bentuk penghantar kabel ada 4 macam yaitu : se sm re rm = sektor pejal = sektor serabut = bulat pejal = bulat serabut 3.2.2 Pemilihan Penghantar Pemilihan penghantar baik kawat berisolasi maupun kabel harus menggunakan pertimbangan teknik yang meliputi tegangan nominal, konstruksi, dan Kemampuan Hantar Arus (KHA). Tegangan nominal kabel dipengaruhi oleh mutu beban isolasi yang digunakan. Konstruksi kabel juga dapat mempengaruhi tegangan nominal dan sekaligus KHA. Kondisi tidak normal seperti : suhu, daya, hantar tanah yang rendah (untuk kabel tanah), dan pemasangan beberapa kabel
40 yang berdekatan dengan rak kabel (cable rack) akan mempengaruhi besarnya KHA kabel itu sendiri. 3.2.3 Memilih Tegangan Nominal Tegangan nominal babel adalah tegangan yang mendasari pembuatan kabel. Untuk sistem arus bolak-balik, tegangan nominal kebel tegangan dinyatakan dengan nilai 2 tegangan yaitu Vo/V dalam volt. Vo adalah tegangan efektif (ms) antara penghantar fasa dengan netral (logam pelindung bumi). Sedangkan V adalah tegangan efektif (ms) antara 2 penghantar fasa dan besarnya V adalah ( 3 ). Bebrapa tegangan nominal Vo/Vkabel yang sudah lazim digunakan adalah 0,61 kv, 3,6/6 kv, 18/30 kv. Pada arus bolak balik, tegangan nomnal kabel kurang lebih sama dengan tegangan sistem tempat kabel tersebut dipasang. Pada arus searah, tegangan sistem dapat mencapai 1.5 kali tegangan nomonal kabel. Sebuah kabel dapat digunakan : Pada instalasi 1 atau 3 fasa yang titik netralnya dibumikan dengan baik. Pada instalasi yang titik netralnya tidak dibumikan dengan baik, maka tidak boleh terjadi gangguan ke bumi selama 8 jam setiap kejadian atau 125 jam selama 1 tahun. Jika hal ini tidak ada jaminan maka harus dipilih tegangan nominal kabel yang lebih tinggi.
41 Tabel 3.2 Macam-macam Arus Nominal Arus Bolak Balik 3 Fasa Arus Bolak Balik 1 Fasa Kedua Salah Satu Sistem Kabel Penghantar Penghantar Terisolasi di Bumikan Teg. Nominal Vo (kv) Teg. Maksimum Vm (kv) Teg. Nominal Vo/V (kv) Ter. Maksimum V (kv) kv Satuan kv 1 1,2 0,6/1 1,2 1,4 0,7 6 7,2 3,6/6 7,2 8,3 4,1 10 12 6/10 12 14 7 20 24 12/20 24 24 14 30 36 18/30 36 36 21 3.3 Circuit Breaker (CB) Circuit Breaker (CB) adalah suatu peralatan listrik yang dapat menghubungkan atau memutuskan rangkaian listrik dalam keadaan normal atau tidak normal yang dilengkapi alat pemadam busur api. Dalam keadaan tidak normal (gangguan) CB adalah merupakan saklar otomatis yang dapat memisahkan arus gangguan, dimana untuk mengerjakan atau mengoprasikan CB dalam keadaan tidak normal ini umumnya digunakan suatu rangkaian trip yang mendapat sinyal dari suatu rangkaian relai pengaman.
42 Syarat-syarat yang harus dipenuhi CB diantaranya : Dalam keadaan tertutup, harus sanggup dialiri arus beban penuh untuk jangka waktu yang panjang. Bila dikehendaki harus dapat membuka dalam keadaan beban normal atau terjadi sedikit beban lebih. Harus dapat memutuskan secara cepat arus beban yang mengalir bila terjadi gangguan hubung singkat. Bila rangkaian dalam keadaan terbuka, celah harus tahan dengan tegangan rangkaian. Untuk membebaskan gangguan dari sistem, maka jika terjadi gangguan harus segera reclosing atau reopening. Harus tahan terhadap arus singkat untuk beberapa saat sampai rangkaian dibebaskan oleh peralatan pengaman lainnya yang lebih dekat dengan titik gangguan. Harus dapat memutuskan arus gangguan yang sangat kecil. Harus tahan terhadap efek pembusuran kontak-kontaknya, gaya elektrodinamis, dan panas yang timbul pada saat terjadi gangguan hubung singkat. Sehubungan dengan fungsi dan sifat yang harus dipenuhi oleh CB, standar rating CB didasarkan atas : Rating arus Rating tegangan, frekuensi, dan fasa Arus maksimum pada saat terjadi gangguan
43 Interuoting current (arus yang masih ditahan CB setelah terjadi gangguan) Breaking capasity Waktu pemutusan Tingkat tegangan isolasi Tabel 3.3 Setelan Pengaman Untuk Beban Motor Proteksi Arus Beban Jenis Motor Pemutus Penuh Pengaman Sirkit (%) Lebur (%) Motor sangkar atau serempak, dengan pengasutan bintang segitiga, langsung pada jaringan, dengab 250 400 reaktor atau resistor, dan motor fasa tunggal. Motor sangkar atau serempak, dengan pengasutan autotransformator, atau motor sangkar reaktans 200 400 tinggi. Motor rotor lilit arus searah 150 400 3.3.1 Klasifikasi Circuit Breaker (CB) atau PMT klasifikasi PMT atau circuit breaker digolongkan berdasarkan media pemutus aliran listrik atau insulator dan material dielektriknya. Circuit breaker dibagi menjadi : PMT minyak (oil circuit breaker)
44 PMT udara hembus (air blast circuit breaker) PMT vakum (vacuum circuit breaker) PMT sf6 (sf6 circuit breaker) dan PMT magnet (magnetic circuit breaker) PMT minyak (oil circuit breaker) Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 10 ka dan pada rangkaian bertegangan sampai 500 kv. Pada saat kontak dipisahkan, busur api akan terjadi didalam minyak, sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api, karena panas yang ditimbulkan busur api, minyak mengalami dekomposisi dan menghasilkan gas hydrogen yang bersifat menghambat produksi pasangan ion. Oleh karena itu, pemadaman busur api tergantung pada pemanjangan dan pendinginan busur api dan juga tergantung pada jenis gas hasil dekomposisi minyak. Gambar 3.1 Proses Pemadaman Busur Api Pada OCB Gas yang timbul karena dekomposisi minyak menimbulkan tekanan terhadap minyak, sehingga minyak terdorong ke bawah melalui leher bilik. Di
45 leher bilik, minyakini melakukan kontak yang intim dengan busur api. Hal ini akan menimbulkan pendinginan busur api, mendorong proses rekombinasi dan menjauhkan partikel bermuatan dari lintasan busur api. Minyak yang berada diantara kontak sangat efektif memutuskan arus. Kelemahannya adalah minyak mudah terbakar dan kekentalan minyak memperlambat pemisahan kontak, sehingga tidak cocok untuk sistem yang membutuhkan pemutusan arus yang cepat. Sakelar PMT minyak terbagi menjadi 2 jenis, yaitu: Sakelar PMT dengan banyak menggunakan minyak (Bulk Oil Circuit Breaker), pada tipe ini minyak berfungsi sebagai peredam loncatan bunga api listrik selama terjadi pemutusan kontak dan sebagai isolator antara bagian-bagian yang bertegangan dengan badan, jenis PMT ini juga ada yang dilengkapi dengan alat pembatas busur api listrik. Sakelar PMT dengan sedikit menggunakan minyak (Low oil Content Circuit Breaker), pada tipe ini minyak hanya dipergunakn sebagai peredam loncatan bunga api listrik, sedangkan sebagai bahan isolator dari bagianbagian yang bertegangan digunakan porselen atau material isolasi dari jenis organik. PMT Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker) Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 ka dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kv. PMT udara hembus dirancang untuk mengatasi kelemahan pada PMT minyak, yaitu dengan membuat media isolator kontak dari bahan yang tidak mudah terbakar dan tidak menghalangi pemisahan
46 kontak, sehingga pemisahan kontak dapat dilaksanakan dalam waktu yang sangat cepat. Gambar 3.2 Proses Pemadaman Busur Api Pada PMT Udara Hembus Saat busur api timbul, udara tekanan tinggi dihembuskan ke busur api melalui nozzle pada kontak pemisah dan ionisasi media diantara kontak dipadamkan oleh hembusan udara tekanan tinggi itu dan juga menyingkirkan partikel-partikel bermuatan dari sela kontak, udara ini juga berfungsi untuk mencegah restriking voltage (tegangan pukul ulang). Kontak pemutus ditempatkan didalam isolator, dan juga katup hembusan udara. Pada sakelar PMT kapasitas kecil, isolator ini merupakan satu kesatuan dengan PMT, tetapi untuk kapasitas besar tidak demikian. PMT vakum (vacuum circuit breaker) Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus rangkaian bertegangan sampai 38 kv. Pada PMT vakum, kontak ditempatkan pada suatu bilik vakum.
47 Gambar 3.3 PMT Vakum Untuk mencegah udara masuk kedalam bilik, maka bilik ini harus ditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam.jika kontak dibuka, maka pada katoda kontak terjadi emisi thermis dan medan tegangan yang tinggi yang memproduksi elektron-elektron bebas. Elektron hasil emisi ini bergerak menuju anoda, elektron-elektron bebas ini tidak bertemu dengan molekul udara sehingga tidak terjadi proses ionisasi. Akibatnya, tidak ada penambahan elektron bebas yang mengawali pembentukan busur api. Dengan kata lain, busur api dapat dipadamkan. PMT gas SF6 (SF6 circuit breaker) Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 ka dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kv. Media gas yang digunakan pada tipe ini adalah gas SF6 (Sulphur hexafluoride). Sifat gas SF6 murni adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Pada suhu diatas 150º C, gas SF6 mempunyai sifat tidak merusak metal, plastic dan bermacam bahan yang umumnya digunakan dalam pemutus tenaga tegangan tinggi. Sebagai isolasi listrik, gas SF6 mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi (2,35 kali udara) dan kekuatan dielektrik ini bertambah dengan pertambahan tekanan. Sifat lain dari gas SF6 ialah mampu mengembalikan kekuatan dielektrik
48 dengan cepat, tidak terjadi karbon selama terjadi busur api dan tidak menimbulkan bunyi pada saat pemutus tenaga menutup atau membuka. Gambar 3.4 Proses Pemadaman Busur Api Pada SF6 Circuit Breaker Selama pengisian, gas SF6 akan menjadi dingin jika keluar dari tangki penyimpanan dan akan panas kembali jika dipompakan untuk pengisian kedalam bagian/ruang pemutus tenaga. Oleh karena itu gas SF6 perlu diadakan pengaturan tekanannya beberapa jam setelah pengisian, pada saat gas SF6 pada suhu lingkungan. Sakelar PMT SF6 ada 2 tipe, yaitu: PMT Tipe Tekanan Tunggal (Single Pressure Type), PMT SF6 tipe ini diisi dengan gas SF6 dengan tekanan kira-kira 5 Kg/cm2. selama pemisahan kontak-kontak, gas SF6 ditekan kedalam suatu tabung yang menempel pada kontak bergerak. Pada waktu pemutusan kontak terjadi, gas SF6 ditekan melalui nozzle dan tiupan ini yang mematikan busur api. PMT Tipe Tekanan Ganda (Double Pressure Type), dimana pada saat ini sudah tidak diproduksi lagi. Pada tipe ini, gas dari sistem tekanan tinggi dialirkan melalui nozzle ke gas sistem tekanan rendah selama pemutusan busur api. Pada sistem gas tekanan tinggi, tekanan gas SF6 kurang lebih 12
49 Kg/cm2 dan pada sistem gas tekanan rendah, tekanan gas SF6 kurang lebih 2 kg/cm2. Gas pada sistem tekanan rendah kemudian dipompakan kembali ke sistem tekanan tinggi. PMT Magnet (magnetic circuit breaker) Pemutus sirkuit circuit breakers Magnetic Magnetic menggunakan (elektromagnet) solenoida yang menarik meningkatkan kekuatan dengan arus. Desain tertentu memanfaatkan kekuatan elektromagnetik selain mereka yang solenoida. Kontak pemutus arus yang diadakan ditutup dengan gerendel. Seperti arus dalam solenoida meningkat di luar rating dari pemutus sirkuit, tarik solenoid itu melepaskan kait yang kemudian memungkinkan kontak untuk membuka oleh tindakan musim semi. Gambar 3.5 PMT Magnet Beberapa jenis pemutus magnetik menggabungkan fitur penundaan waktu hidrolik menggunakan cairan kental. Inti adalah dibatasi oleh musim semi sampai saat ini melebihi rating pemutus. Selama kelebihan beban, kecepatan gerak solenoid dibatasi oleh fluida. Penundaan izin saat ini singkat lonjakan luar biasa yang sedang berjalan untuk motor mulai, energi peralatan, dll arus pendek rangkaian solenoid memberikan kekuatan yang cukup untuk melepas kait terlepas dari posisi inti sehingga melewati fitur penundaan. Ambient temperatur
50 mempengaruhi waktu tunda tetapi tidak mempengaruhi nilai sekarang dari breaker magnetik. 3.4 Arus Listrik Arus listrik merupakan aliran muatan listrik. Aliran ini berupa aliran elektron atau aliran ion. Aliran ini harus melalui media penghantar listrik yang biasa disebut sebagai konduktor. Jenis penghantar atau kabel yang digunakan pada pompa di PT. Wira Putra adalah jenis NYY. Sebelum menentukan ukuran kabel dan MCB yang akan digunakan terlebih dahulu kita harus menghitung nilai arus yang akan melewati penghantar / kabel tersebut. Berikut ini adalah perhitungan nilai arus untuk pompa : dimana : = ( )...(3.1) = arus listrik (ampere) = daya = efisiensi motor 3.5 Pengertian Faktor Daya Listrik Faktor daya (Cos φ) dapat didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara daya aktif (watt) dan daya nyata (VA) yang digunakan dalam sirkuit AC atau beda sudut fasa antara V dan I yang biasanya dinyatakan dalam cosφ. = ( ) ( )
51 = =.. =cos...(3.2) Faktor daya bisa dikatakan sebagai besaran yang menunjukkan seberapa efisien jaringan yang kita miliki dalam menyalurkan daya yang bisa kita manfaatkan. Faktor daya dibatasi dari 0 hingga 1, semakin tinggi faktor daya (mendekati 1) artinya semakin banyak daya tampak yang diberikan sumber bisa kita manfaatkan, sebaliknya semakin rendah faktor daya (mendekati 0) maka semakin sedikit daya yang bisa kita manfaatkan dari sejumlah daya tampak yang sama. Di sisi lain, faktor daya juga menunjukkan besar pemanfaatan dari peralatan listrik di jaringan terhadap investasi yang dibayarkan. Seperti kita tahu, semua peralatan listrik memiliki kapasitas maksimum penyaluran arus, apabila faktor daya rendah artinya walaupun arus yang mengalir di jaringan sudah maksimum namun kenyataan hanya porsi kecil saja yang menjadi sesuatu yang bermanfaat bagi pemilik jaringan. Baik penyedia layanan maupun konsumen berupaya untuk membuat jaringannya memiliki faktor daya yang bagus (mendekati 1). Bagi penyedia layanan, jaringan dengan faktor daya yang jelek mengakibatkan dia harus menghasilkan daya yang lebih besar untuk memenuhi daya aktif yang diminta oleh para konsumen. Apabila konsumen didominasi oleh konsumen jenis residensial maka mereka hanya membayar sejumlah daya aktif yang terpakai saja, artinya penyedia layanan harus menanggung sendiri biaya yang hanya menjadi daya reaktif tanpa mendapatkan kompensasi uang dari konsumen. Sebaliknya bagi
52 konsumen skala besar atau industri, faktor daya yang baik menjadi keharusan karena beberapa penyedia layanan kadang membebankan pemakaian daya aktif dan daya reaktif (atau memberikan denda faktor daya) tentu saja konsumen tidak akan mau membayar mahal untuk daya yang tidak termanfaatkan bagi mereka. 3.6 Perbaikan Fakor Daya Energi listrik yang digunakan berbanding lurus dengan biaya produksi yang dikeluarkan. Semakin besar energi listrik yang digunakan maka semakin besar pula biaya produksi yang dibutuhkan. Dengan menggunakan power monitoring system dapat diketahui pemakaian energi listrik dan kondisi energi listrik dari peralatan listrik sehingga meningkatkan efisiensi dari energi listrik yang digunakan dalam pekerjaan dan meminimalkan rugi rugi pada system untuk penyaluran energi listrik yang lebih efisien dari sumber listrik ke beban. Karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen kva dan kvar berubah sesuai dengan faktor daya), maka dapat ditulis seperti berikut : ( )= ( ) (3.3) = ( ) ( )...(3.4) =
53 Gambar 3.6 Vektor perbaikan faktor daya Misalkan suatu beban yang mempunyai daya aktif sebesar P (kw), daya reaktif Q (kvar) dan daya semu S (kva), maka faktor daya sebesar : cos = atau : cos = Bila kapasitor shunt telah dipasang dengan kapasitas Q C, maka faktor daya menjadi : cos = = cos =..(3.5) ( ) Maka untuk menentukan nilai besarnya kapasitor Q C, dapat dihitung dengan rumus : = ( ).. (3.6) ( ) = ( ) ( )
54 dimana : Qc = daya reaktif kapasitor (kvar) Q 2 = daya reaktif setelah diperbaiki (kvar) Q 1 = daya reaktif awal (kvar) P = daya aktif (kw) φ 1 = sudut fasa awal φ 2 = sudut fasa setelah diperbaiki Bila dilihat dari penjelasan diatas maka akan terjadi pengurangan daya semu (kva), yang semula S 1 menjadi S 2. Jadi terdapat pengurangan daya semu sebesar : =( ). 3.7 Pemakaian kwh Untuk menghitung nilai biaya total pemakaian kwh dapat menggunakan persamaan di bawah ini : = 2010...(3.7) Dimana tarif dasar listrik (2010) untuk WBP (17.00 22.00) = Rp 1200, LWBP (17.00 22.00) = Rp 800, dan untuk denda kelabihan kvar = Rp 905.