LAPORAN KERJA PRAKTEKMahasiswa Teknik ElektroInsitut Teknologi Nasional Bandung

BAB IIIDASAR TEORI

BAB IIIDASAR TEORI

1 2 3 4 1. 2. 3. 4. 3 3.1 Sistem Pompa3.1.1 Pengertian PompaPompa adalah jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan fluida melalui pipa dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara memberikan energi mekanik pada pompa yang kemudian diubah menjadi energi gerak fluida (dipompakan), dan pompa tersebut digerakan oleh suatu motor. Beberapa hal penting pada karakteristik pompa adalah :a. Head (H), satuann meter.Head adalah energi angkat atau dapat digunakan sebagai perbandingan antara suatu energi pompa per satuan berat fluida. Pengukuran dilakukan dengan mengukur beda tekanan antara pipsa isap dengan pipa tekan.b. Kapasitas (Q), satuan m3/sKapasitas adalah jumlah fluida yang dialirkan persatuan waktu.c. Daya (P), satuan WattDaya adalah laju perpindahan atau perubahan energi atau besar energi persatuan waktu. Satuan daya adalah joule/sekon atau sering disebut dengan Watt.d. Efisiensi (), satuan %Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya air yang dihasilkan pompa dengan daya poros dari motor listrik.e. Putaran (n), satuan RpmPutaran adalah salah satu faktor yang penting yang memberi pengaruh besar terhadaptegangan yang timbul oleh arus bolak-balik (alternating current). Putaran ini diukur oleh alat yang disebut dengan tachometer.f. Momen Puntir / Torka (T), satuan N/mTorka didefenisikan sebagai efek putaran sekitar sumbu putar oleh akibat beberapa gaya. Momen puntir / torka diukur dengan memakai motor listrik arus searah, dilengkapi dengan pengukur momen.3.1.2 Karakteristik Sistem Pemompaan3.1.2.1 Tahanan Sistem : Head (Tekanan)Tekanan diperlukan untuk memompa cairan melewati sistim pada laju tertentu. Tekanan ini harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistim, yang juga disebut head. Head total merupakan jumlah dari head statik dan head gesekan/ friksi :a. Head StatikHead Statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan yang dipompakan, lihat gambar 3.1. Head statik merupakan aliran yang independen, lihat gambar 3.2. Head statik pada tekanan tertentu tergantung pada berat cairan dan dapat dihitung dengan persamaan seperti berikut :.................................. (3.1)

Head statik terdiri dari :1) Head hisapan statis (hs) : dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif terhadap garis pusat pompa. Hs nilainya positif jika ketinggian cairan diatas garis pusat pompa, dan negatif jika ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa.2) Head pembuangan statis (hd) : jarak vertikal antara garis pusat pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan.

Gambar 3.1 Head Statik Gambar 3.2 Head Statik VS Aliran( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )b. Head Gesekan / FriksiMerupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk mengalir dalam pipa dan sambungan-sambungan. Head ini tergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa, jumlah dan jenis sambungan, debit aliran, dan sifat dari cairan. Head gesekan / friksi sebanding dengan kwadrat debit aliran, seperti diperlihatkan dalam gambar 3.3. Loop tertutup sistim sirkulasi hanya menampilkan head gesekan / friksi.

Gambar 3.3 Head Gesekan / Friksi VS Aliran( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )

Dalam hampir kebanyakan kasus, head total sistem merupakan gabungan antara head statik dan head gesekan, seperti diperlihatkan dalam gambar 3.3 dan 3.4.

Gambar 3.4 Sistem Head Statik Gambar 3.5 Sistem Head Statik Tinggi Rendah( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )

3.1.2.2 Kurva Kinerja PompaHead dan debit aliran menentukan kinerja sebuah pompa yang secara grafis ditunjukan dalam gambar 3.6 sebagai kurva kinerja atau kurva karakteristik pompa. Gambar 3.6 memperlihatkan pompa sentrifugal dimana head secara perlahan turun dengan meningkatnya aliran.Dengan meningkatnya tahanan sistem, head juga akan naik. Hal ini pada gilirannya akan menyebabkan debit aliran berkurang dan akhirnya mencapai nol. Debit aliran nol hanya dapat diterima untuk jangka pendek tanpa menyebabkan pompa terbakar.

Gambar 3.6 Kurva Kinerja Pompa( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )

3.1.2.3 Titik Operasi PompaDebit aliran pada head tertentu disebut titik tugas. Kurva kinerja pompa terbuat dari banyak titik-titik tugas. Titik operasi ditentukan oleh perpotongan kurva sistem dengan kurva pompa sebagaimana ditunjukan dalam gambar 3.7.

Gambar 3.7 Titik Operasi pompa( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )3.1.3 Klasifikasi PompaPompa Sentrifugal dapat diklasifikasikan berdasarkan :1.Kapasitas

Kapasitas rendah:< 20 m3/jam

Kapasitas rmenengah:20 60 m3/jam

Kapasitas rendah:> 60 m3/jam

2.Tekanan Discharge

Tekanan rendah:< 5 kg/cm3

Tekanan menengah:5 - 50 kg/cm3

Tekanan tinggi:> 50 kg/cm3

3.Jumlah / Susunan Impeller

Single Stage:Terdiri dari satu impeler dan satu casing

Multi Stage:Terdiri dari beberapa Impeller yang tersusun seri dalam satu casing

Multi Impeller:Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing

Multi Impeller dan Multi Stage:Kombinasi multi impeller dan multi stage

4.Posisi Poros:Posisi tegak

Posisi mendatar

5.Jumlah Sunction:Single Sunction

Double Sunction

6..Arah Aliran Keluar Impeller:Radial flow

Axial flow

Mixed flow

3.1.3.1 Double Sunction

Gambar 3.8 Pompa Sentrifugal Double Sunction( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )

Pompa jenis ini dipilih bila diperlukan kapasitas pemompaan yang tinggi tetapi head rendah.

3.1.3.2 Cara Kerja Double SunctionDalam rumah pompa terdapat dua kipas yang dipasang saling membelakangi (back to back). Pemasukan umpan melalui dua sisi sehingga pompa ini ekivalen dengan dua buah pompa dengan satu kipas yang bekerja secara paralel. Kapasitas pompa jenis ini sama dengan jumlah kapasitas masing-masing kipas. Tetapi head yang dihasilkan sama dengan satu kipas dengan diameter dan kecepatan putar yang sama.

3 3.1 3.2 Pompa SentrifugalPompa ini terdiri dari satu atau lebih impeller yang dilengkapi dengan sudu-sudu pada poros yang berputar dan diselubungi chasing. Fluida diisap pompa melalui sisi isap, akibat berputarnya impeller yang menghasilkan tekanan vakum. Pada sisi isap selanjutnya fluida yang telah terisap kemudian terlempar ke luar impeller akibat gaya sentrifugal yang dimiliki oleh fluida. Pompa sntrifugal ini terdiri dari :a. Pompa Sentrifugal itu sendirib. Pompa Sentrifugal Baling-Balingc. Pompa Aliran Pusar

1. 1.1. 1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.2.1. Klasifikasi Pompa Sentrifugala. Pompa VolutAliran yang keluar dari impeller pompa volut ditampung dalam volut, yang selanjutnya akan dialirkan memalui nozzle untuk keluar.

b. Pompa DifusserPompa yang mempunyai difusser yang dipasang mengelilingi impeller.

c. Pompa Hydraulic RampAdalah pompa yang tidak menggunakan energi listrik/bahan bakar untuk bekerja. Bekerja dengan sistem pemanfaatan tekanan dinamik atau gaya air yang timbul karena adanya aliran air dari sumber air ke pompa, gaya tersebut digunakan untuk menggerakkan katup yang bekerja dengan frekuensi tinggi, sehingga diperoleh gaya besar untuk mendorong air ke atas.

d. Pompa BenamPompa benam menggunakan daya listrik untuk menggerakkan motor. Motor itu mempunyai poros yang tegak lurus dengan impeller. Karena kedudukan impeller satu poros dengan motor, maka bila motor bekerja, impeller akan berputar dan air yang berada pada bak isapan terangkat oleh sudu yang terdapat pada impeller. Untuk menahan air yang telah diisap oleh impeller, supaya tidak bocor kembali ke bak isapan, air ditahan oleh lower difusser yang berada di bagian bawah pompa.

1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.2.1. 3.2.2. Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal1. Casing (rumah keong) Fungsinya untuk merubah atau mengkonversikan energi cairan menjadi energi tekanan statis. 2. NozzleFungsinya untuk merubah energi kinetik menjadi energi tekanan3. Impeller Fungsinya untuk merubah energi kinetik atau memberikan energi kinetik pada zat cair, kemudian di dalam casing diubah menjadi energi tekanan.4. Pons Pompa Fungsinya untuk meneruskan energi mekanik dari mesin penggerak (prime over) kepada impeller. 5. InletFungsinya untuk saluran masuk cairan ke dalam impeller. 6. OutletFungsinya untuk saluran saluran keluar dari impeller.

Gambar 3.9 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. Karakteristik Pompa SentrifugalPada pompa sentrifugal head yang dapat dicapai dan kapasitas terdapat hubungan yang tidak dapat dipisahkan (berbeda dengan pompa desak). Hubungan ini secara umum dapat dinyatakan sebagai berikut, bila head bertambah besar maka kapsitasnya akan menurun asal semua data pompa yang lainnya dipertahankan tetap. Karekteristik pompa yang berbeda akan berbeda pula.

Gambar 3.10 Contoh Karakteristik Pompa Sentrifugal( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )

1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4. Prinsip Kerja Pompa SentrifugalDalam bentuknya yang sederhana, pompa sentrifugal terdiri dari dari sebuah kipas yang berputar dalam rumah pompa. Rumah pompa mempunyai dua saluran yaitu saluran isap dan saluran kempa. Terhadap arah putaran biasanya sudu-sudu kipas dibengkokkan ke belakang. Sebelum pompa dijalankan rumah pompa dan saluran isap harus terisi zat cair, untuk menjaga agar zat cair tidak mengalir dari saluran isap dan rumah pompa kembali ke sumber biasanya dibagian bawah saluran isap dipasang katup kaki. Bila kipas berputar dengan cepat, maka sudu-sudu kipas memberikan gerak berputar kepada zat cair yang berada di dalam rumah pompa. Gaya sentrifugal yang terjadi mendorong zat cair ke bagian keliling sebuah luar kipas dan terkempakan keluar. Karena itu pada lubang saluran masuk ke dalam kipas di dalam rumah pompa timbul ruang kosong sehingga tekanannya turun (hampa udara). Oleh sebab itu cairan dapat terdorong masuk ke dalam rumah pompa atau terjadi kerja isap. Pada keliling sebelah luar kipas, zat cair mengalir dalam rumah pompa dengan tekanan dan kecepatan tertentu. Zat cair mengalir sedemikian rupa dalam aliran yang tidak terputus-putus dari saluran isap melalui pompa ke saluran kempa.

Gambar 3.11 Skema prinsip kerja dan arah aliran dalam pompa sentrifugal( Sumber : www.energyefficiencyasia.org )

Pompa sentrifugal jauh lebih banyak digunakan (lebih populer) dari pada pompa desak. Karena bila dibandingkan pompa desak pompa sentrifugal mempunyai beberapa kelebihan disamping kekurangan yang ada. Walaupun demikian untuk keperluan-keperluan tertentu tetap diperlukan pompa desak.

1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. Motor ListrikMotor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut kuda kerja nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri. Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama yaitu Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004): Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).

Gambar 3.12 Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik( Sumber : Pusat bahan ajar UMB )

1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.3.1. Komponen Motor ListrikMotor induksi memiliki dua komponen listrik utama yaitu:1. Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor: Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek. Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.2. Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.

Gambar 3.13 Stator dan Rotor( Sumber : Pusat bahan ajar UMB )

2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.3.1. 3.3.2. Cara Kerja Motor Listrik1. Bila sumber tegangan tiga phasa dipasang pada kumparan stator, maka pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan,

............................................................. (3.2)

Dimana : Ns= kecepatan putaran motor (Rpm)F = Frekuensi (Hz)P = jumlah kutub 2. Medan putar stator akan memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi (ggl) sebesa E2s = 44,4fn , dimana E = tegangan induksi ggl, f = frekkuensi, N = banyak lilitan, Q = fluks 3. Karena kumparan rotor merupakan kumparan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi akan menghasilkan arus ( I ).4. Adanya arus dalam medan magnet akan menimbulkan gaya ( F ) pada rotor.5. Bila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, maka rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator.6. Untuk membangkitkan tegangan induksi E2s agar tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr).7. Perbedaan antara kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip ( S ) yang dinyatakan dengan Persamaan :

............................................ (3.3) Dimana : Ns = kecepatan putar statorNr = kecepatan putaran rotor8. Jika ns = nr tegangan akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Torsi suatu motor akan timbul apabila ns > nr.9. Dilihat dari cara kerjanya motor tiga phasa disebut juga dengan motor tak serempak atau asinkron.

3.4. Program Perbaikan untuk Meningkatkan Efisiensi EnergiBagian ini meliputi area utama untuk memperbaiki pompa dan sistem pemompaan. Area utama bagi efisiensi energi meliputi :3 3.4 3.4.1 Memilih Pompa yang BenarDalam memilih pompa, para pemasok berusaha untuk mencocokan kurva sistem yang diberikan oleh pihak pengguna dengan kurva pompa yang memenuhi kebutuhan tersebut sedekat mugnkin. Titik operasi popma adalah titik dimana kurva pompa dan kurva tahanan sistem berpotongan. Tetapi, tidak memungkinkan bagi satu titik operasi memenuhi seluruh kondisi operasi yang dikehendaki. Apabila kran penyaluran tersumbat, kurva tahanan sistem bergeser ke sebelah kiri dan begitu juga dengan titik operasinya.

Gambar 3.14 Kurva Kinerja Pompa Sentrifugal diberikan oleh Pemasok(Biro Efisiensi Energi, 2004)

Titik Efisiensi terbaik / Best Efficiency Point (BEP) merupakan kapasitas pemompaan pada diameter impeller maksimum, dimana efisiensi pompanya adalah yang paling tinggi. Seluruh titik kesebelah kanan atau kiri BEP memiliki efisiensi lebih rendah. BEP terpengaruh jika pompa yang terpilih ukurannya berlebih. Alasannya adalah bahwa aliran pompa dengan ukuran berlebih harus dikendalikan dengan metoda yang berbeda, seperti kran penutup atau jalur by-pass. Keduanya memberikan tahanan tambahan dengan meningkatnya gesekan. Sebagai akibatnya kurva sistim bergeser ke kiri dan berpotongan dengan kurva pompa pada titik lainnya. Sekarang BEP nya juga menjadi lebih rendah. Dengan kata lain, efisiensi pompa berkurang sebab aliran keluar berkurang akan tetapi pemakaian dayanya tidak. Ketidak efisiensian pompa dengan ukuran berlebih dapat diatasi dengan, sebagai contoh, pemasangan VSD, penggerak dua kecepatan, rpm lebih rendah, impeller yang lebih kecil atau yang seimbang. (BEE, 2004).

3.4.2 Mengendalikan Debit Aliran dengan Variasi Kecepatan3.4.2.1 Menjelaskan Pengaruh KecepatanPerputaran impeler pompa sentrifugal menghasilkan head. Kecepatan keliling impeller berhubungan langsung dengan kecepatan perputaran batang torak. Oleh karena itu variasi kecepatan putaran berpengaruh langsung pada kinerja pompa. Parameter kinerja pompa (debit alir, head, daya) akan berubah dengan bervariasinya kecepatan putaran. Oleh karena itu, untuk mengendalikan kecepatan yang aman pada kecepatan yang berbeda-beda maka penting untuk mengerti hubungan antara keduanya. Persamaan yang menjelaskan hubungan tersebut dikenal dengan Hukum Afinitas :a. Debit aliran (Q) berbanding lurus dengan kecepatan putaran (N)b. Head (H) berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan putararc. Daya (P) berbanding lurus dengan kubik kecepatan putaran

Sebagaimana dapat dilihat dari hukum diatas, penggandaan kecepatan putaran pompa sentrifugal akan meningkatkan pemakaian daya 8 kalinya. Sebaliknya penurunan kecepatan yang kecil akan berakibat penurunan pemakaian daya yang sangat besar. Hal ini menjadikan dasar bagi penghematan energi pada pompa sentrifugal dengan kebutuhan aliran yang bervariasi.Hal yang relevan untuk dicatat bahwa pengendalian aliran oleh pengaturan kecepatan selalu lebih efisien daripada oleh kran pengendali. Hal ini disebabkan kran menurunkan aliran namun tidak menurunkan pemakaian energi pompa. Sebagai tambahan terhadap penghematan energi, terdapat manfaat lainnya dari kecepatan yang lebih rendah tersebut.a. Umur bantalan meningkat. Hal ini disebabkan bantalan membawa gaya hidrolik pada impeler (dihasilkan oleh profil tekanan dibagian dalam wadah pompa), yang berkurang kira-kira sebesar kuadrat kecepatan. Untuk sebuah pompa, umur bantalan sebanding dengan kecepatan pangkat tujuh (N7)!b. Getaran dan kebisingan berkurang dan umur sil meningkat selama titik tugas tetap berada didalam kisaran operasi yang diperbolehkan.

3.4.2.2 Menggunakan Penggerak Kecepatan yang Bervariabel atau Variable Speed Drive (VSD)Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa pengendalian kecepatan pompa merupakan cara yang paling efisien dalam mengendalikan aliran, sebab jika kecepatan pompa berkurang maka pemakaian daya juga berkurang. Metoda yang biasanya banyak digunakan untuk menurunkan kecepatan pompa adalah Penggerak Kecepatan yang Bervariasi/ Variable Speed Drive (VSD).Sebuah variabel Speed drive (juga disebut adjustable-frekuensi drive, variabel frekuensi drive, AC drive, micro drive atau inverter drive) adalah jenis adjustable-speed drive yang digunakan dalam sistem penggerak elektro-mekanis untuk mengontrol kecepatan motor AC dan torsi dengan memvariasikan frekuensi masukan motor dan tegangan.VSD digunakan dalam aplikasi mulai dari peralatan kecil sampai yang terbesar dari penggerak pabrik tambang dan kompresor. Namun, sekitar sepertiga dari energi listrik dunia dikonsumsi oleh motor listrik pada fixed speed pompa sentrifugal, kipas dan kompresor. Aplikasi dan penetrasi pasar global VSD untuk semua aplikasi masih relatif kecil. Ini menyoroti peluang peningkatan efisiensi energi sangat signifikan bagi dipasang dan instalasi VSD baru. Selama empat dekade terakhir, teknologi elektronika daya telah mengurangi biaya VSD dan ukuran dan peningkatan kinerja melalui kemajuan dalam semikonduktor perangkat switching, topologi drive, simulasi dan teknik kontrol, dan kontrol hardware dan software. VSD juga tersedia di sejumlah tegangan rendah dan menengah yang berbeda AC-AC dan DC-AC topologi. Pada gambar 3.9 menggambarkan proses pengaturan kecepatan motor memakai system VSD. Dengan pengeturan awal dari operator interface yang mengatur frekuensi sampai ke motor. Gelombang yang pada awalnya berbentuk sinusoida dapat berubah menjadi sinyal yang dapat diubah-ubah. Biasanya metoda ini memakai Pulse Width Modulation (PWM).

Gambar 3.15 System VSD( Sumber : Application Terminology for a VFD Danfoss )

Kurva dibawah ini menampilkan hubungan Volts/Hz untuk aplikasi CT (Constant Torque).Torsi Konstan dicapai karena VSD menaikkan tegangan ke motor dan juga akan menaikkan kecepatan. Pada kurva ini , ketika VSD mengirimkan sinyal frekuensi 30Hz , juga mengirimkan sinyal tegangan 230V ke motor . Ketika VSD mengirimkan sinyal frekuensi 60Hz , tegangan di 460V . Begitu pula ketika VSD mengirimkan 50Hz, tegangan 380V, ketika 25,4 maka tegangan 190,7V. Hubungan ini membuat arus dan torsi motor relatif konstan . Perubahan terlihat pada motor saat diberi beban . Perhatikan ketika mencapai kecepatan 60Hz yaitu kecepatan dasar , tegangan motor dari VSD tidak bisa lebih tinggi, karena telah mencapai batasnya,460V. Ketika kecepatan meningkat di atas dasar kecepatan, mencapai 90hz,tegangan dari VSD tetap di 460V , tapi arus dan torsi menurun.

Gambar 3.16 Kurva VSD dengan CT ( Sumber : Application Terminology for a VFD Danfoss )

Apabila sebuah VSD divariasikan dengan aliran yang berubah-ubah maka kurva nya sebagai berikut :

Gambar 3.17 Kurva VSD dengan aliran yang berubah-ubah( Sumber : Schneider- How to save energy on pump & fan application )Sebuah VSD adalah alat yang digunakan dalam sistem drive yang terdiri dari tiga sub-sistem utama berikut: AC motor, Penggerak utama kontrol perakitan (main drive controller assembly), operator interface.

A. AC MotorMotor listrik AC yang digunakan dalam sistem VSD biasanya motor induksi tiga fase. Beberapa jenis motor fasa tunggal dapat digunakan, namun motor tiga fasa biasanya disukai. Berbagai jenis motor sinkron menawarkan keuntungan dalam beberapa situasi, tapi motor induksi tiga fasa cocok untuk sebagian besar tujuan dan umumnya pilihan motor yang paling ekonomis. Motor yang dirancang untuk operasi fixed feed yang sering digunakan. Tegangan tinggi yang dikenakan pada motor induksi yang disediakan oleh VFD mengharuskan motor dirancang untuk tujuan yang pasti tugas inverter-fed sesuai dengan persyaratan seperti bagian 31 dari NEMA Standard MG-1.

B. KontrollerVSD controller adalah kondisi daya sistem konversi elektronik solid yang terdiri dari tiga sub-sistem yang berbeda: penyearah jembatan converter (rectifier bridge converter), DC link , dan inverter. Voltage source inverter (VSI) drive adalah jenis drive yang paling umum. Kebanyakan drive AC-AC drive disini mengubah AC line input ke AC inverter output. Namun, dalam beberapa aplikasi seperti biasa bus DC atau aplikasi surya, penggerak dikonfigurasi sebagai DC-AC drive. Yang paling dasar konverter penyearah untuk drive VSI dikonfigurasi sebagai tiga fase, enam pulsa, jembatan diode gelombang penuh. Dalam drive VSI, link DC terdiri dari kapasitor yang menghaluskan keluaran output DC riak konverter dan memberikan input masukan kaku untuk inverter. Filter tegangan DC diubah menjadi tegangan output AC Quasi-sinusoidal menggunakan elemen switching inverter aktif. VSI drive memberikan faktor daya yang lebih tinggi dan distorsi harmonik rendah dari fase control Current Source inverter (CSI) dan Load Commutated inverter (LCI) drive. Drive controller juga dapat dikonfigurasi sebagai fasa konverter yang memiliki satu fasa konverter input dan tiga fasa inverter output.Dalam aplikasi variabel-torsi cocok untuk Volt per Hertz (V/f) kontrol penggerak, karakteristik motor AC mengharuskan besarnya tegangan output inverter untuk motor disesuaikan untuk mencocokkan beban torsi yang dibutuhkan dalam hubungan linear V/f kontrol. Sebagai contoh, untuk 460 volt, 60 Hz motor linear V/f hubungan ini adalah 380/50 = 7.6 V/Hz. Sementara cocok dalam aplikasi yang luas, V/f kontrol sub-optimal dalam aplikasi kinerja tinggi yang melibatkan kecepatan rendah atau menuntut, regulasi kecepatan dinamis, posisi dan membalikkan persyaratan beban. Beberapa drive kontrol V/f juga dapat beroperasi dalam kuadrat V/f mode atau bahkan dapat diprogram sesuai V/f jalur multi-point khusus.Adapun Space Vector Pulse-Width Modulation (SVPWM) menjadi semakin populer, sinusoidal PWM (SPWM) adalah metode yang paling mudah digunakan untuk bervariasi tegangan drive motor '(atau arus) dan frekuensi. Dengan SPWM kontrol , output Quasi-sinusoidal, variabel lebar pulsa dibangun dari persimpangan dari sinyal pembawa frekuensi gergaji bergigi dengan sinyal sinusoidal modulasi yang bervariasi dalam frekuensi operasi serta dalam tegangan (atau arus).Pengoperasian motor di atas kecepatan nameplate (kecepatan dasar) adalah mungkin, tetapi terbatas pada kondisi yang tidak memerlukan daya lebih dari rating rancang motor. Ini kadang-kadang disebut "field weakening" dan, untuk AC motor, berarti beroperasi pada kurang dari rated V/f dan di atas kecepatan nameplate. Magnet permanen motor sinkron memiliki cukup terbatas bidang melemahnya rentang kecepatan karena linkage magnet fluks konstan. Belitan rotor motor sinkron dan motor induksi memiliki rentang kecepatan yang jauh lebih luas. Misalnya, 100 hp, 460 V, 60 Hz, 1775 RPM (4 kutub) motor induksi disertakan dengan 460 V, 75 Hz (6,134 V / Hz), akan dibatasi ke 60/75 = 80% torsi pada kecepatan 125% (2218,75 RPM) = daya 100% . Pada kecepatan tinggi torsi motor induksi harus dibatasi lebih lanjut karena penurunan torsi memisahkan diri dari motor. Dengan demikian dinilai daya dapat biasanya hanya diproduksi hingga 130 -150% dari nilai kecepatan nameplate. Belitan rotor motor sinkron dapat dijalankan pada kecepatan lebih tinggi. Dalam rolling drive mill sering 200-300% dari kecepatan dasar yang digunakan. Kekuatan mekanik rotor membatasi kecepatan maksimum motor.

C. Operator InterfaceOperator interface menyediakan sarana bagi operator untuk memulai dan menghentikan motor dan menyesuaikan kecepatan operasi. Fungsi kontrol operator tambahan mungkin termasuk membalikkan, dan beralih di antara penyesuaian kecepatan manual dan kontrol otomatis dari sinyal kontrol proses eksternal. Operator Interface sering kali berisi tampilan alfanumerik dan atau lampu indikasi dan meter untuk memberikan informasi tentang pengoperasian drive. Sebuah antarmuka keypad operator dan unit tampilan sering disediakan di depan controller VSD . Tampilan keypad sering dapat kabel terhubung dan dipasang jauh dari controller VSD. Sebagian juga dilengkapi dengan terminal input dan output (I/O) untuk menghubungkan pushbuttons, switch dan perangkat Operator Interface lain atau sinyal kontrol. Sebuah port komunikasi serial juga sering tersedia untuk memungkinkan VSD yang akan dikonfigurasi, disesuaikan, dipantau dan dikendalikan menggunakan komputer.

Operasi Penggerak ( Drive Operation)Aplikasi penggerak dapat dikategorikan sebagai satu-kuadran, dua kuadran atau empat kuadran, grafik empat kuadran, didefinisikan sebagai berikut: Kuadran I penggerak (driving), maju mempercepat kuadran dengan kecepatan positif dan torsi Kuadran II - pengereman, pengereman depan-perlambatan kuadran dengan kecepatan positif dan negatif torsi Kuadran III - penggerak, sebaliknya mempercepat kuadran dengan kecepatan negatif dan torsi Kuadran IV - pengereman, membalikkan pengereman melambat kuadran dengan kecepatan negatif dan torsi positif.

Gambar 3.18 Kecepatan elektrik motor( Sumber : Pusat bahan ajar UMB )

Dalam memulai operasi motor, VSD yang awalnya menerapkan frekuensi rendah dan tegangan rendah, sehingga menghindari arus masuk tinggi yang terkait dengan langsung pada garis start. Setelah start awal VSD , menerapkan frekuensi dan tegangan meningkat pada tingkat yang terkendali untuk mengakselerasi beban. Metode starting ini biasanya memungkinkan motor untuk mengembangkan 150% dari nilai torka namun VSD adalah menerapkan lebih kecil dari 50% dari nilai saat ini dari listrik di kisaran kecepatan rendah. VSD dapat disesuaikan untuk menghasilkan stabil 150% torsi mulai dari berhenti sampai ke kecepatan penuh. Namun, pendinginan motor yang memburuk dan dapat menyebabkan overheating seperti kecepatan menurun sehingga berkepanjangan operasi motor kecepatan rendah dengan torsi yang signifikan biasanya tidak dilakukan tanpa terpisah-bermotor ventilasi kipas.Dengan VSD, maka urutan berhenti hanya kebalikan sebagai urutan awal. Frekuensi dan tegangan yang diberikan ke motor mengatur produksinya turun pada tingkat yang terkendali. Ketika frekuensi mendekati nol, motor dimatikan. Sejumlah kecil pengereman torsi tersedia untuk membantu mengurangi kecepatan beban sedikit lebih cepat daripada berhenti jika motor itu hanya dimatikan. Torsi pengereman tambahan dapat diperoleh dengan menambahkan sirkuit pengereman (resistor dikendalikan oleh transistor) untuk mengusir energi pengereman. Dengan empat kuadran penyearah (active-front-end),VSD mampu mengerem beban dengan menerapkan torsi terbalik dan menyuntikkan energi kembali ke AC line.

3.5. Metoda PerhitunganPerhitungan yang dilakukan ditinjau dari sisi energi listrik. Untuk perhitungan energi listrik dilakukan dengan cara :1. Mengetahui daya pada sisi yang ditinjau dalam hal ini adalah MCWP. Untuk daya dapat dicari dengan cara :P = x Vll x I x Cos ..................................................................... (3.4)Dimana :P = Daya (Watt)Vll = Tegangan (Volt)I= Arus (A)Cos = dapat dilihat di name plate

2. Dengan mengetahui daya, maka energi listrik dapat dihitung dengan cara :W = P x t ............................................................................................ (3.5)Dimana :W= Energi Listrik (Joule)P = Daya (Watt)t= Waktu pemakaian (s)

3. Untuk memenuhi Perhitungan Intensitas Energi, diperlukan data-data produksi penyaluran air selama waktu yang ditentukan dalam hal ini adalah 5 jam waktu saat beban puncak saja, sehingga akan diperoleh jumlah Spesific Energi Consumtion (SEC). ................................................................ (3.6)Ahmad Robby Nur Muslim | 34Jurusan Teknik ElektroInsitut Teknologi Nasional - BandungAhmad Robby Nur Muslim 11.2011.031 2Ahmad Robby Nur Muslim | 54Jurusan Teknik ElektroInsitut Teknologi Nasional - Bandung