Modul 4Percobaan Konservasi Energi Pada

Sistem Pompa Air

Disusun Oleh:

Fahrul Dwi Nugraha ( 121711043 )

Intan Nursanti Oktavia ( 121711048 )

Leza Afridranestia ( 121711013 )

Sigit Lestiadi ( 121711058 )

Kelas : 3A

D3 – TEKNIK KONVERSI ENERGI

JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGIPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG

TAHUN 2015

1. Latar Belakang

Pompa merupakan salah satu jenis mesin fluida yang dapat memindahan

fluida melalui pipa dari suatu tempat ke tempat lain. Dalam menjalankan fungsinya

pompa mengubah energi gerak poros untuk mengerakan sudu-sudu menjadi gerak

kemudian menghasilkan fluida bertekanan. Pompa bekerja sesuai dengan kebutuhan,

sehingga perlakuan pada pompa akan mempengaruhi kinerjanya.

Bukaan katup menjadi parameter pemenuhan kebutuhan air dan proses

penghematan energi pada sistem pompa. Karena perubahan debit dengan pengaturan

bukaan katup air akan mempengaruhi putaran impeller yang mengakibatkan

perubahan tekanan pada impeller yang dipengaruhi oleh perubahan debit air.

Perubahan tekanan tersebut akan mempengaruhi efisiensi pompa tersebut.

Berdasarkan hukum afinitas perubahan putaran impeller berprngaruh

terhadap Debit air, Daya Listrik dan Head pada sistem pompa. Sehingga pada

praktikum konservasi pada sistem pompa ini kita akan mengetahui kebenaran dari

hukum afinitas.

2. Tujuan

Setelah melakukan praktikum diharapkan dapat :

a. Melakukan pengujian kinerja pompa pada kondisi exsisting

(data kondisi yang ada)

b. Melakukan konservasi energi pada pompa dengan cara melakukan variasi

bukaan katup

c. Melakukan konservasi energi pada pompa dengan cara pemasangan kapasitor

d. Melakukan pengujian kinerja pompa setelah proses konservasi

e. Membandingkan data exsisting dengan data setelah konservasi

3. Dasar Teori

Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan

cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan

cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara

terus menerus. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara

bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Oleh karena itu, pompa

berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi

tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan

mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran. Berikut ini sistem pompa secara

umum :

Gambar 3.1. Sistem Pompa Air

Perputaran impeler pompa sentrifugal menghasilkan head. Kecepatan

keliling impeler 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” :

Debit aliran (Q) berbanding lurus dengan kecepatan putaran (n) Q1

Q2 = n1

n2

Head (H) berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan putarar (n) H 1

H 2 = n1

2

n22

Daya (P) berba nding lurus dengan kubik kecepatan putaran (n) P1

P2 = n1

3

n23

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.

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 ).

Getaran dan kebisingan berkurang dan umur seal meningkat selama titik tugas

tetap berada didalam kisaran operasi yang diperbolehkan.

Kualitas Daya

Kualitas daya yang dipasok ke sistem penggerak motor berkaitan dengan

knerja peralatan energi yang akan dioperasikan. Kualitas daya perlu dianalisa

khususnya ketidak seimbangan tegangan. Motor tiga fasa tidak toleran terhadap

tegangan tidak seimbang. Ketidakseimbangan tegangan akan mengakibatkan aliran

arus yang tidak merata antara fasa belitanya. Pengaruh tegangan tak seimbang ini

adalah pemanasan terhadap motor listrik dan rugi energi meningkat. Dapat dilihata

ada Gambar 3.2. Pengaruh tegangan tak seimbang.

Gambar 3.2. Tegangan Tak Seimbang

Perhitungan Pada Pompa Air

ηpompa = ( Daya hidrolis / Daya Listrik ) x 100%

Keterangan : ηp = Efisiensi Pompa

Daya Hidrolis = (ρ x Q x H)/365 ..... (kW)

Ρ = Massa Jenis (kg/m3) ; untuk air 1 kg/m3

Q = Debit air (m3/s)

H = head (m)

Daya Listrik = √3 x I x V x cos θ

I = Arus (A)

V = Tegangan (V)

Cos θ = faktor daya

4. Alat Ukur dan Pengukuran

a. Clamp on

b. Gelas Ukur

c. Stopwatch

5. Prosedur Kerja

a. Tanpa Kapasitor

1) Pastikan tangki terisi air

2) Periksa semua kedudukan alat ukur pada posisi yang benar

3) Pastikan Katup terbuka 100 %

4) Sambungkan sumber listrik tanpa menggunakan kapasitor seperti gambar 1.

a) Lakukan variasi bukaan katup hingga 0 %

b) Data diambil setiap 5 menit, data yang harus diambil adalah sebagai

berikut:

Tegangan Input (V)

Arus Input (A)

Cos phi

Daya Semu (VA)

Daya Pompa (W)

Faktor Daya

Bukaan Katup (%)

Debit air (m3/s)

c) Untuk mengakhiri pengujian matikan mesin dengan mematikan sumber

listrik.

b. Menggunakan Kapasitor

1) Pastikan Katup terbuka 100 %

2) Sambungkan sumber listrik menggunakan kapasitor seperti gambar 2.

a) Lakukan variasi bukaan katup hingga 0 %

b) Data diambil setiap 5 menit, data yang harus diambil adalah sebagai

berikut:

Tegangan Input (V)

Arus Input (A)

Cos phi

Daya Semu (VA)

Daya Pompa (W)

Faktor Daya

Bukaan Katup (%)

Debit air (m3/s)

c) Untuk mengakhiri pengujian matikan mesin dengan mematikan sumber

listrik.

6. Gambar Rangkaian

Gambar 5.1. Rangkaian Input Pompa Tanpa kapasitor

Gambar 5.2. Rangkaian Input Pompa Dengan kapasitor

Gambar 5.3. Sistem Pompa Air

7. Pertanyaan.

a. Buatlah tabel data yang akan digunakan!

- Tanpa KapasitorTabel 1. Tabel data tanpa menggunakan Kapasitor.

Bukaan (%)

V (V) I (A) P (kW)

S (kVa)

Q (m3/s)

Head (m)

cos phi Intensitas( kWh/m3 )

25 228,7 1,63 0,330 0,374 0,00003

1,5

0,884 3,4850 229,1 1,42 0,245 0,325 0,00025 0,755 0,2775 229,5 1,37 0,209 0,313 0,00037 0,668 0,16

100 229,4 1,36 0,205 0,312 0,00038 0,655 0,15

- Menggunakan KapasitorTabel 2. Tabel data menggunakan Kapasitor.

Bukaan (%)

V(V)

I(A)

P (kW)

S (kVa)

Q (m3/s)

Head (m)

cos phi

Intensitas( kWh/m3 )

25 220,3 1,61

0,318 0,335 0,00003

1,5

0,897 3,45

50 220,8 1,38

0,248 0,304 0,00022 0,815 0,31

75 221,2 1,28

0,205 0,284 0,00034 0,720 0,17

100 221,2 1,26

0,190 0,280 0,00037 0,678 0,14

b. Buat kurva karakteristik pompa

1) Perbandingan Intensitas Pompa

0 25 50 75 1000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Perbandingan Intensitas Pompa

tanpa ka-pasitorLinear (tanpa kapasitor)Menggu-nakan ka-pasitor

kWh

Bukaan (%)

Gambar 1. Kurva Perbandingan Hubungan kWh terhadap Bukaan Katup(Pembebanan)

Gambar 1. Menunjukkan bahwa intensitas pompa saat percobaan tanpa kapasitor dan

dengan menggunakan kapasitor terjadi penurunan yang sedikit yaitu sebesar 1%

penurunan intensitas nya.

2) Perbandingan Debit terhadap Bukaan

0 25 50 75 1000

0.00005

0.0001

0.00015

0.0002

0.00025

0.0003

0.00035

0.0004

Grafik Debit terhadap Bukaan

Tanpa KapasitorLogarith-mic (Tanpa Kapasitor)Menggu-nakan Kapasitor

Bukaan (%)

Debi

t (m

3/s)

Gambar 2. Debit aliran terhadap beban

Gambar 2. Menunjukkan Debit yang berubah sebanding dengan setiap perubahan

bukaan katup. Sehingga semakin besar bukaan katup maka semakin besar juga debit

yang dialirkan, begitupun sebaliknya semaki kecil bukaan katup maka semakin keci

juga debitnya.

3) Perbandingan Daya Listrik terhadap Bukaan

0 25 50 75 1000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Grafik Daya terhadap Bukaan

Tanpa Kap-asitorPolynomial (Tanpa Kap-asitor)Menggunakan KapasitorPolynomial (Menggunakan Kapasitor)

Bukaan (%)

Day

a L

istr

ik (k

W)

Gambar 3. Daya Listrik terhadap Bukaan

Gambar 3. Menunjukkan bahwa daya listrik yang diguakan pompa dipengaruhi

oleh besar bukaan katup. Setiap makin besar bukaan katup maka daya listrikyang

digunakan semakin rendah, sedangkan jika semakin rendah bukaan katup maka

daya listrik yang digunakan semakin tinggi.

c. Analisis data hasil bercobaan berdasarkan grafik yang didapat!

Berdasarkan data hasil percobaan dapat diketahui bahwa nilai cos phi

semakin menurun seiring dengan besarnya bukaan katup. Pada Gambar 1.

pengamatan sebelum konservasi (tanpa kapasitor) dapat dilihat bahwa nilai kWh

lebih besar dibandingkan dengan setelah konservasi (menggunakan kapasitor).

Selain itu dapat dilihat pula intensitas pompa setelah konservasi (menggunakan

kapasitor) pada saat bukaan 100% memiliki intensitas pompa yang lebih kecil

dibanding sebelum konservasi yaitu dari 0,15 kWh menjadi 0,14 kWh. Dapat

diketahui bahwa nilai kWh yang rendah pada pompa menghasilkan intensitas

pompa yang baik.

d. Bandingkan peluang penghematan yang terjadi pada percobaan pompa tanpa

kapasitor dengan percobaan pompa yang menggunakan kapasitor!

Pemasangan kapasitor pada pompa ditujukan untuk menaikkan nilai cos phi

yang dapat berpengaruh terhadap nilai intensitas pompa. Dapat dilihat perbedaan

nilai cos phi, setelah konservasi (pemasangan kapasitor) pada tabel 2 lebih besar

dibanding dengan nilai cos phi sebelum konservasi (tanpa kapasitor) pada tabel 1.

Selain itu, nilai kWh yang didapatkan berpengaruh terhadap konsumsi energi

pompa. Pada percobaan pompa tanpa kapasitor, nilai kWh saat beroperasi besar

sehingga menunjukkan konsumsi energi yang besar. Sedangkan pada percobaan

pompa yang menggunakan kapasitor, nilai kWh-nya menjadi menurun sehingga

menunjukkan konsumsi energi yang lebih rendah dibanding pompa tanpa kapasitor

serta denda PLN dapat dihindari.

Mencari Besarnya kapasitor dengan menggunakan persamaan berikut

C= Qc

V 2×2πf ×10−9

Qc = P (Tan α1 – Tan α2)

P rata-rata = 0,25 kW

Cos phi rata-rata = 0,741 α = 42,183

Cos phi yang diinginkan = 0,95 α = 18,195

Qc = 0,25 (Tan 42,183 – Tan 18,195)

Qc = 0,25 x 0,577

Qc = 0,144 kVAR

C= Qc

V 2×2πf ×10−9

C= 0,144

229,22×2π 50×10−9

C=8,7 μF

Terdapat pengurangan rugi-rugi jaringan yang diperoleh setelah konservasi (pemasangan kapasitor) pada beban, dengan perhitungan sebagai berikut:

% pengurangan rugi-rugi = 1 - cos phi awal2

cos phi sesudahkonservasi2

% pengurangan rugi-rugi = 1 - 0,8842

0,9042 = 4,37 %

e. Berikan kesimpulan saudara!

Setelah melakukan praktikum pompa dapat disimpulkan, yaitu :

a. Faktor daya dapat diperbaiki dengan memasang kapasitor

b. Nilai faktor daya masih cukup rendah dengan rata-rata faktor daya 0,741

setelah dilakukan pemasangan kapasitor faktor daya rata-rata 0,803.

c. Pemasangan kapasitor akan meningkatkan nilai cos phi sebesar 0,1

d. Bukaan 100% memiliki daya aktif yang terendah.