Pertemuan tmiah rahunan (Hn vil, o'1i::":trff:T ;::H;:: tt:;l

oPTIMALISASIKERJAMAINcooLtNGWATERPUMP(McwP)DENGAN VFD (VARIABLE FREQUENCY DRIVE) DALAM KERANGKA STRATEGI

EFFESIENSI PEMBANGKIT LISTRIK PANAS BUMI

(STUDI KASUS DI PT. INDONESIA POWER UBP KAMOJANG JAWA BARAT)

AbdutMajidZulkarnain,RulyHusnieRidwln'danKhasaniJurusan Teknik Mlsin dan lndustri, Fikultas Teknik universitas Gadjah Mada

PT. lndonesia Power UBP Kamojang

E-mail:akukiajid@Yahoo.com

ruly.ridwan@indonesiapower' co'idkhasani@ugm.ac'id

Abstract

Etectic power required by MCWP is the biggest energy consumption in PT'

lndonesia powei U-ep Xu*oiang. The MCWP operates at a constant speed in

every conditiont. There is an.opportunity to reduce the p'ower required by MQ,'W

that resutts in the tow operaiion cost. At night or o1 the special weather,. the.

ambient temperiture is low and the humidity is relatively high' The ambie.nt

temperature of environment in Kamoiang is so low a.nd very cold. lt causes the.

temperature of water in cold basin oi cooting tower beco.mes lower than that of

in normat conaition. This water witt be supptiea b condenser to condense fhe

steam cominj from turbine. The decrease'in water temperature will cause the

enthalpy aecie,aie. Based on the Energy Balance Equation in the condenser,

thewatersupptytothecondensercanbereducedbyreducing!|9.ca9?ci!y'?fMCW7 usiril-'naiable speed control instrument called as VFD (Variable

Frequency orivi) This instrument wiil change the pump speed. when lhecapacityofMCWPdecreases,ifcausesallthesystemchange.T-heret.sa'C6mpiter pWram KMJ u2.exe that can disptay the change of the heat

balance systeri when any change of MCWP capacity occurs. The purpose is

to find the retatio,nship be:tween lhe basin temperature change and the working

operation of MCWP'

Keywords:M^WP,lowtemperature'VFD,VariableSpeed,KMJU2.exe

PendahuluanMain cooting water Pump (MCWP) terdiri dari 2 buah pompa yang bekerja secara paralel'

MCWP berfungsi *"*lno"nran/mengalirkan air panas dari Kondenser menuju cooling

Towe r untu k didingin kan.Konsumsi daya tistrik Rs leemataian Sendiri) ole! McwP adalah yang terbesar di PT'

lndonesia Power UBF Kamojang. Selama ini MCWp beroperasi dengan putaran tetap dan

hanya satu titik kerja PomPaAda sebuah cenn yait Japat dimanfaatkan untuk melakukan penghematan konsumsi listrik'

pada malam hari atal pada cuaca tertentu, suhu lingkungan di Kamojang sangat dingin

dengan kelembaban yang relatif konstan. Kondisi ini menyebabkan suhu air pada cold basin

cooting tower iuga mengalami penurunan suhu. Air dingin pada basin ini akan disuplai

menuju kondenser r"Ougti-"it iengt<onOensasi uap darf turbin. Jika suhu air dingin yang

masuk kondenser turun,"mat<a 6ntaipinya juga turun. Berdasarkan persamaan energi pada

kondenser, maka jumlah air dingin yang-disuplal_[e kondenser dapat dikurangi' Skema

kondensasi pada Unit 2 PT.lnJonesia-po*ei UBP Kamojang secara umum ditunjukkan

pada gambar 1.

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl)

rsBN 978.979 -17724-5-5

73

Optimalisasi Keria Main Cooling Water Pump (MCWP) Dengan VFD

(Variable Frequency Drive) Dalam Kerangka StrategiEfisiensi Pembangkit Listrik Panas Bumi Abdul Majid Zulkarnain, Ruly Husnie Ridwan,

KhasaniKasus di PT. lndonesia Power UBP Kamoiang Jawa

Jika suhu air pada Cold Basin (Te) turun, maka entalpi (he, h1o , h11) juga akan turun'

Berdasarkan persamaan keseimbangan enetgi pada Kondenser, maka kapasitas aliran Qro

dapat dikurangi. Untuk mengurangi Q,o, langkah yang dilakukan adalah mengurangi Qo Yang

tidak lain adalah kapasitas Oari MCWp operasi paralel. Selama ini MCWP bekerja dengan

kapasitas tetap pada kondisi apapun. Hal ini menyebabkan Ts dan T6 mengalami penurunan

dari suhu standar (45 "C), padahal sistem berjalan normal cukup dengan suhu Ts dan To

sebesar45 oC. Dengan kiia'lain, selama ini kerja dari MCWP dengan pemakaian daya listrik

yang sangat besar iOatah sia-sia. Jika MCWP bekerja sesuai dengan kebutuhan, maka hal

ini a-kan menghemat pemakaian daya listrik yang sangat besar itu.

rin\_./------>

Keterangan:'l.Uap dariTurbin2.Uncondensable Steam3. Air dari lntercondenser4. Air dari Aftercondenser5.Air panas keluar dari Kondenser6.Air panas menuju CoolingTower9. Air dingin dari Cold Basin10. Air dingin menuju Kondenser11. Air dingin menuju lntercooler,lntercondenser. dan

Gambar 'l . Skema kondensasi uaP

Penghematan daya listrik dilakukan dengan pengaturan putaran MCWP yang akan

menlubah kapasitas sesuai kebutuhan. Pengaturan kapasitas dapat juga dilakukan dengan

men!gunakan katup, akan tetapi pengaturan putaran lebih menguntungkan seperti

ditunjukkan pada kurva berikut:

Gambar 3. Pengaturan Putaran

Kondisi 2 merupakan kondisi saat kapasitas yang dibutuhkan sebesar Qz. Kebutuhan daya

(pnl - eH) ditunjukkan oleh bagian yang diarsir. Tampak jelas bahwa kebutuhan daya pada

pengaturan putaran jauh lebih kecil sehingga dapat menghemat pemakaian listrik.

benlaturan putaran pompa dilakukan dengan menggunakan alat YFD (Variable Frequency

Oriv61. Alat ini akan mengubah frekuensi arus stator pada motor penggerak MCWP sesuai

kebuiuhan. Perubahan frekuensi arus stator ini akan menyebabkan perubahan kecepatan

putar motor penggerak MCWP. lnstrumen VFD ini tidak murah dan instalasinya cukup rumit.

Asosiasi Panasbumi Indonesia (APl)

f sBN 978.979.177 24-S-5

Gambar 2. Pengaturan katuP

Optimalisasi Kerja Main Cooting Water Pump (MCWP) Dengan VFD

(iariable Frequency Drive) Datan Kerangka StrategiAbdul Majid Zulkarnain, Ruly Husnia Ridwan,

KhasaniEfisiensi Pembangkit Listnk Panas Bumi

Dibutuhkan investasi yang besar untuk menjalankan aplikasi ini' Oleh karena itu' untuk

mefinat kelayakan aptifusi'inidari sisi ekonomi, perlu dilakukan analisis kelayakan proyek'

ir1r;; dari'studi f<isui ini adalah mendapatkan sebuah hubungan jika terjadi perubahan

suhu paoa cotd basin maka MCWP harus mengubah operasinya dengan mengubah

prt"rrhny". Untuk menampilkan hubungan itu, dibuat sebuah program komputer untuk

bemoJefi*simulasi sistem sirkulasi air. Program ini .akan,menampilkan perubahan heat

'batance sistem iif<a -te6aOi

perubahan suhJ air pada cotd basin yang diiringi dengan

perubahan kaPasitas MCWP.

Metodologistudi kasus ini tidak membahas secara detail dari instrumen vFD (Variable Frequency Drive)

dan instalasinya. secara umum studi kasus ini membahas mengenai perubahan operasi

MCWP jika terjadi p"tU"n"n suhu air pada cotd basin cooting tower dengan mencari

persamaan-persamaan dan fungsi pada sistem tersebut'' Berikut adalah urutan kerja dari penelitian ini

1, Analisis Diagram Keseim-bangan Energi/Heat Balance Diagram'

2. Penyesuaian dengan kondisi aktual'

3. Analisis Karakteristik MCWP.4. Kalkulasi p"tuttn"n operasi MCWP jika terjadi perubahan suhu air pada cold basin

cooting tower.iiruoanan operasi MSWP berupa perubahan kapasitas MSWP sesuai

kebutuhan yang dilakukan dengan pengaturan putaran MCWP'

5. Pembuatan pro-gram komputer untuk simulasi/pemodelan sistem'

6. Analisis biaya dan kelayakan proyek'

Dasar TeoriDasar teori utama pada studi kasus ini adalah mengenai pengaturan kapasitas pompa

dengan cara pengaturan putaran pompa. Untuk mengubah kecepatan putar motor

penggerat< pompa dapat dilakukan' dengan mengubah frekuensi arus stator sesuai

persamaan:

(sfudiKasus di PT. lndonesia PoygtlEt

. _t20f (1)n, = _v_

dengan:ri" : kecepatan putaran dari medan putar stator (rpm)

/ : frekuensi arus stator (Hz)

P :jumlah kutubHubungan antara putaran motor dengan kapasitas pompa adalah:

Q., -'rd,t (z)

Q, nrdrtdengan:

Q : kapasitas 1m3/s1

n : Putaran PomPa (rPm)

d : diameter imPeller (m)

Dalam hal ini diameter impeller d, = d, maka persamaan (2) diatas menjadi:

Q, -ntQ, n2

(3)

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl)

tsBN 978-979 -177 24-9-5

perubahan kurva karakteristik pompa jika terladi perubahan putaran, ditunjukkan pada

gambar 4. Gambar tersebut menunjukk-an perubahan kurva H-Q pompa u.ntuk perubahan

put"run dari no menjadi nr, dan nz. Jika putaran pompa diturunkan, maka titik potong antara

kurvakarakteristikpompadengankurvakarakteristikinstalasibergeserkearahkapasitasyang tebih kecil. sedanilrn

"rGi"nsi. pompa nitainya tetap seperti ditunjukkan pada gambar

diatas. Tujuan dari pengaturan ini tidak hanya Jtru* hal'pengaturan kapasitas pompa saja

akan tetapiluga mempe-rtahantan kerja pompa pada efisiensi maksimum'

Optimalisasi Kerja Main Cooting Water Punp !UC.WI) Dengan VFD

liariaOle Frequency Drive) Dalam Kerangka StraIegtAbdut Maiid Zutkarnain' Ruly Husnie Ndwat.

Gambar 6. KMJ lJ2.exe menampilkan detail kerja

dari MCWP dan motor Penggerak

'Efisiensi Pembangkit Lisfik Panas Bumi

k "it i P7. Indonesia Potg!]lEZ

Gambar 5. Tampilan utama Program KMJ 2'exe

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl)

lsBN 978-979 -177 24'9'5

Gambar 4. perubahan kurva karakteristik pompa jika terjadi perubahan putaran

Hasildan Pembahasana.Analisis,PerhitungandanPembuatanProgramSimulasi/PemodelanSetelah melakukan tahap analisis dan p"rnii'in!"n (metodologi tahap 1 s.d 4), maka pada

tahap 5 dilakukan p"*riu.t"n program t<omputer untuk simulasi/pemodelan sistem yang

diberi nama KMJ tJ2.exe. Program ini akan menampilkan perubahan heat balance sistem jika

terjadi perubahan ruf'tu "iii,, da cold Oasrn yang diiri.ngi d.engan perubahan kapasitas

MCWp. program tni juga dapat *"nttpitffin -detail -kerja dari MCWP dan motor

penggeraknya, kurya t<iiit<teristit< Mcwp, kondisi fluida pada setiap perangkat, tabel dan

grafiknya, juga dapat .*nghitung pengr,emaian biaya pada kondisi yang di-inputkan' lnput

pada program ini aOalah sinu aiiOingin paia cotd 6asjn (Tg). Dengan menginputkan angka

suhu Tg maka ptog;.n -"["n

meigei<set<usi input dan..menghasilkan output,,berupa

perubahan heat oataii pala sistem irii. Berikut adalah tampilan dari Program KMJ U2'exe

76

oltimatisasi Keria Main Cooling Water Pump (MCWP) Dengan VFD

(Variable Frequency Drive) Dalam KerangRa Strarcgt

perhitungan dengan menggunakT Kyl lJ2.exe menghasllkan hubungan antara perubahan

suhu basin dengan perubahan pada sistem. Sun, Oas]n On) divariasikan antara range 30 oC

; i0 "c i;sit iernitungannya'ditunjukkan pada gambar.T d3n.8:

Tampak jetas dari h";il';il;iJao"tr"n oiJtas n"anwa: jika terjadi penurunan suhu air pada

cotd basin dan putaran'ffiil diturunkan, maka MCWP,. daRaj melakukan penghematian

dalampemakaiandayalistrik'rarena'oayaYang..digunakansangatbesar,makap"ngh";tt.n ini menlaili sangat penting dan perlu dipertimbangkan'

'Efisiensi Penibangiit tistri* Panas Bumi Abdul Maiid Zulkarnain, Ruly Husnie Ridwan'Khasani

Kasus di PT. tndonesia PoYg!]E!

Gambar ?. Grafik hubungan antara suhu air Grafik 8. Grafik hubungan antara suhu air

pada cold basln dengan kapasitas MCWP pada cotd basln dengan daya input motor

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl)

lsBN 97S-979 -177 24-S'5

b. Analisis biaya dan kelayakan proyek

Berikut ini akan oitunjur<r<in p"rnitungrn perbandingan biaya listrik sebelum dan setelah

menggunakan aPlikasi VFD'F;;hiir; g;. ti ayaltarif I i stri k men gg u n akan pe rsirm.aa n, beri kut:

Biaya Listrik = Daya (kW) x waktu operasi (jami x Tarlf per kWh (4)

' Sebelum menggunakan VFD

selama ini MCWP beroperasi dengan putaran konstan untuk segala kondisi' Berikut ini

adalah biaya listrik op"i"5i fvfCWP jilia bekerja dengan putaran konstan (n = 595 rpm):

Diketahui:6"'Vt fnprt ftACWp = 726,83 kW (1 Pompa)

iutlf p"i f,Wh = !p,6-O!,0! (Tarif listrik untuk industri)

a[yJiistr* = 726,83 x2zi x 600 = Rp'10 466 352'00

ei"i; li.t'ir, Untuk 2 p"'''piilH9 33? 113:33 3::iil.

= nb.z.oao +96.960,00 Per tahun

' Setelah menggunakan VFDpada malam nari atau faii kondisi/cuaca tertentu, suhu basin mengalami penurunan suhu

hingga mencapai ,ata-[t" .uhu Tg = 22 "C. Kondisi ini dialami dengan durasi sekitar 30%

datam 1 tahun (109,5 hari). Maka biaya lisirik operasi MCWP jika bekerja pada konndisi ini

adalah:Diketahui:O"V"lnprt ftfCWp = 417 '02kW (1 Pompa)

.

i"rirp"itwn=noo!!,0!(Tariflistrikuntukindustri)eiayJ r-istrir< = 417,02x24 x 600 = Rp 6'005 088'00

ei"i,; l-itttiL Untuk 2 pompa = lp- 12 010 ]J6'00 per hari

Biaya Listrik p", irr.,-ri- " = (oe_ ql^np.12.OrO.iZO,OO) + (255.5 x Rp.20.932.704,00)

= Rp.6.663.420.144,00 Per tahun -Penghematan ristrik per tahun

'' - - = nlgryg,,:13i.:3btt

- Rp 6 663'420 144'00

Prosentase penghematan listrik adalah 12'79 % per tahun'

Qparalel vs T9

/

-/

1400013000120001 1000

a 10000; 9000

9 8000ts

= 7000

fi oooo

3 soooo aooo

300020001000

020

Suhu Basin T9 (oC)

Pm vs T9700

600

^ 500

=; 4ooe; 300do

2oo

100

0

77

oDtimalisasi Keria Main Cooling Water Pump (MCWP) Dengan VFD

tiirii"ite Frequency Drive) Datam Kerangka strategiAbdul Majid Zulkarnain, Ruly Husnie Ridwan'

Khasani'Efisiensi

Pembangkit tistrik Panas Bumi(sfudi Kasus di Pr' !4p!9ti3!o*e'uP! t Jawa Barat)

Pada kondisi yang lain, hasilnya berbeda. oleh karena itu, perlu dilakukan analisis

sensitivitas penghemaian. Analisis sensitivitas bertujuan untuk mengetahui seberapa besar

penghematan yang "f". i"ti"Ji jika dilakukan variasi durasi perubahan operasi dalam 1

tahun. Gambar o menampitt<dn pengnematan yang didapatkan jika durasi perubahan operasi

divariasikan 10% s.d 40o/o pet tahun'

1 400000000

G 1200000000u_

5 roooooooood

b 800000000eF eooooooooEE3 +oooooooot,t

d zoooooooo

Camnir 9. Grafik sensitivitas penghematan per tahun

Kelayakan aplikasi VFD pada sistem ini dari sisi ekonomi perlu diuji. oleh karena itu, perlu

dilakukan analisis f<erayeii<an- proyek. Analisis dilakukan dengan metode NPV (Net Present

Value)Analisis Nef Presenf Value (NPV)

+- CFtNpv =I*- r. (5)

i=t \L+r)Keterangan:CFt : cash flow Pada tahun ketlo , investasi awal (initial investment)i : discount rafe (tingkat bunga diskonto)

n : umur proyek (totit numOer of year for project)

Proyek dinilai layak dan menarik jika NPV>0

Diperkirakan investasi untuk proyek aplikasi VFD ini adalah sebesar Rp'7'000'000'000,00 (7

MilyaQ dan nilai keuntungan peitanun pada kasus ini adalah nilai penghematan biaya listrik

per tahun. Kasus V"ng ,iiirbil adalah'padi liondisi suhu air pada cotd basin (Ts = 22 oC)

i;.g;il;*si 30"1, da'iam 1 tahun. Bunga bank 9,5 % (Bl rate per 7 Oktober 2008)' Analisis

NPV ini bertujuan untuk mencari waktu saat NPV>Q Atau dengan kata lain' waktu saat

keuntungan/penghematan dapat menutup biaya inve-stasi' ^i"iii V""[g

'OiOipafl<an Vaiirj paOa tanun k6-tg, Total Cash lnflow telah melebihi nilai

investasi r*atyaitu np.ZnOO.OO0.000,00. Pada tahun ke-13 NPV>o (bernilai positif)'

NPV I np.z.tza.603.o57,72- Rp'7.000.000'000'00

= RP. 123.603'057,72

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl)

tsBN 978.979 -177 24-9-5

78

ootimatisasi Keria Main Cooling Water Pump (MCWP) Dengan VFD

iiriaote Frequency Drive) Dalam Kerangka StrategiAbdut Maiid Zulkarnain, P,uly Husnie Ridwan,

Khasani'Efisiensi

Pembangkit Listrik Panas Bumi(Sfudi Kasus di Pl. lndonesia Power UBP

Kesimpulan1. Penurunan suhu air pada cold basin cooling tower pada malam hari dan cua€ tertentu

Oapat Jimanfaatt<an deOagal upaya pelghery!n pemakaian listrik oleh MCWP'

2. penghematan oay"- J#"r."itn tistrlti oitat<ukan dengan mengubah putaran motor

penggerak MCWit sesuai kebutuhan dengan menggunakan alat VFD (Vaiable'r.e, qi u n

"V D rive) ya n g d a pat me ng ubah f re kuen si a ru s stato r'

3. program simulasi tiit"t KMJ -lJ2.exe dapat menampilkan kondisi sistem secara

keseluruhan ;iru iutC-perubahan suhu pada-cot!..!as!n cooting fower (Te)' Selain itu

juga dapat ,n"nu,,niilt"n cetrit operasi/kerja MCWP dan ,motor penggeraknya' kurva

karakteristik MCWp: k;disi ftuida i:ada seti|p perangkat, tabel dan grafiknya, juga dapat

t.nghitrng penghematan biaya pada kondisi yang di-inputkan'

4. Dengan 1.nunggrn"kan data rata-rata bahwa padi malam hari atau pada kondisilcuaca

tertentu, suhu basin mengalami penurunan suhu hingga melcapairata-rata. suhu Tg = 22

oC. KondisiinioraiamiJ"ig"n durasi sekitar30% dalbm 1 tahun (109'.5 hari)' maka:

. Daya lnput MCWP = 417,02kW (1 Pompa)

. Biaya Listrik per tahun = Rp 6'663'420 144'00 per tahun

. Penghematan listrik per tahun = Rp'977'016'816'00

.Prosentasepenghematanlistrikadalahl2,T9o/opertahun.

. Analisis kelayakln proyek: NPV>O dicapai pada tahun ke-13

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl)

tsBN 978.979 -1-l 7 24 -S -5

79

Efisiensi Pembangkit Listik Panas Bumi(Sfudl Kasus di PT. lndonesia Power UBP

Optimalisasi Kerja Main Cooting Water Pump (MCWP) Dengan VFD

(Variable Frequency Drive) Dalan Kerangka StralegiAbdul Majid Zulkarnain, Ruly Husnie Ridwan,

Daftar PustakaVolk, M., 2005, Pump Characteistics and Apptications, 2nd edition, Taylor and Francis

Group, California.

Li, Kam W dan Priddy A.P., 1985, Power Plant System Design, John Wiley and Sons, lnc,

USA.

El-wakil, M.M., 1985, PowerPtantTechnology,Mc Graw-Hill Book co, usA.

cengel, YA dan Boles, MA., '1994, Thermodynamics an Engineering Approach,

2nd edition, Mc Graw-Hill lnc, USA.

Kulshrestha, SK,. 1 989, Termodinamika Terpakai Teknik l,lap dan Panas, Ul Press, Jakarta.

Smith, EM., 1 9g7, Thermat Design of Heat Exchanger, John Wiley and Sdns Ltd, Chichester.

Karasik, lgor J., 1976, Pump Handboook, McGraw-Hill Book, lnc', New York'

Pudjanarsa, Astu., 2006, Mesi n Konversi Energi, Penerbit ANDI, Yogyakarta.

Sularso., 1g83, Pompa dan Kompresor: Pemitihan, Pemakaian, dan Pemeliharaan, PT.

Pradnya Paramita, Jakarta.

church, Austin H., 1993, Pompa dan Blower sentifugal, Erlangga, Jakarta.

Mott, Robert L., 1gg0, Apptied Fluid Mechanlcs, Macmillan Publishing Company, New York.

White, FM., 1986, Mekanika Fluida, Edisi 2, Erlangga, Jakarta'

Muslimin, M., 1979, TeknikTenaga Listrik, Armico, Bandung.

Berahim, H., 1 994, Penga ntar Teknik Ten aga Listi k, Andi offset, Yogyakarta.

Wahana Komputer Semarang., 2001, Pemrograman Visual Basic 6.0, Penerbit Andi,

Yogyakarta.

Kusumo, A.S.,2000, Buku Latihan MicrosoftVisual Basic 6.0, PT. Elex Media Komputindo,

Jakarta.

Rangkuti, F.,2000, Busslness Plan: Teknik Membuat Perencanaan Br'snis dan Analisis

Kasus, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Asosiasi Panasbumi lndonesia (APl)

tsBN 978-979.17 7 24-9 -5

80