Modul 1 Prinsip Konservasi Energi PD Industri [PDF]

Citation preview

MODUL PRINSIP PRINSIP PENGHEMATAN ENERGI PADA INDUSTRI



Oleh : Oleh : Ir. Parlindungan Marpaung - HAKE HIMPUNAN AHLI KONSERVASI ENERGI (HAKE)



DAFTAR ISI HAL KATA PENGANTAR --------------------------------------------------------------------------------DAFTAR ISI -------------------------------------------------------------------------------------------BAB I. PENDAHULUAN --------------------------------------------------------------------------1.1. Latar belakang 1.2 Tujuan dan manfaat Pembelajaran 1.3. Kompetensi Kerja Manajer Energi BAB II. PENINGKATAN EFISIENSI ENERGI DENGAN CARA MENGURANGI RUGI-RUGI ENERGI .....................................................……….…. 2.1. Pemanfaatan Energi yang Efisien 2.2. Prinsip penghematan energi 2.3. Mengendalikan Parameter Operasi 2.4. Meningkatkan efisiensi melaui inovasi teknologi BAB III. PRINSIP PRINSIP KONSERVASI ENERGI -------------------------------------3.1. Prinsip dasar konservasi energi 3.2. Prinsip konservasi energi pada sistem termal 3.2. Prinsip dasar konservasi energi pada sistem listrik 3.4. Prinsip dasar konservasi energi pada sistem konversienergi 3.5. konservasi energi dan dampak lingkungan REFERENSI -------------------------------------------------------------------------------------------



1



BAB I PENDAHULUAN



1.1. Latar belakang Energi sebagai kebutuhan dasar masyarakat muapun untuk pembangunan nasional harus dimanfaatkan secara hemat dan bijaksana. Keseimbangan antara penyediaan dan pemanfaatan energi harus selalu dijaga dengan pengelolaan energi berkelanjutan baik di sisi penyediaan (supply) maupun sisi pemanfaatan energi (demand). Pengelolaan energi di sisi penyediaan diterapkan dengan pendekatan teknikal dan manajerial dengan melibatkan peran berbagai pihak termasuk pemimpin puncak organisasi. Untuk itu campur tangan pemerintah dibutuhkan dengan menetapkan regulasi dan standar konservasi energi. Dalam Peraturan Pemerintah No 70 tahun 2009 tentang konservasi energi secara tegas disebutkan bahwa semua sektor pengguna energi baik yang ada di sisi penyediaan maupun di sisi pemanfaatan wajib menerapkan manajemen energi. Tujuan penerapan manajemen energi adalah meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi dan melestarikan sumber daya energi di dalam negeri. Sesuai peraturan pemerintah nomor 70 tahun 2009 tentang konservasi energi, manajemen energi adalah wajib bagi perusahaan mengkonsumsi energi sama atau lebih besar dari 6000 ton setara minyak per tahun. Implementasi manajemen energi di sisi konsumen memberi manfaat ganda yaitu menghemat energi/biaya produksi, menambah profit dan daya saing. Sedangkan secara nasional implementasi manajemen energi akan mengurangi beban investasi penyediaan energi, subsidi energi, serta mengurangi dampak emisi gas rumah kaca yang ditimbulkan dari pemanfaatan energi. Bagi industri yang intensip energi dimana biaya energi merupakan salah satu fraksi biaya produksi yang cukup besar, maka adanya perubahan harga energi berpengaruh signifikan terhadap biaya produksi. Untuk memperkecil dampak kenaikan harga energi maka perusahaan industri khususnya yang intensip energi menerapkan manajemen energi adalah pilihan yang tepat. Modul ini memberi pemahaman tentang prinsip-prinsip penghematan energi yang diperlukan oleh manajer energi dalam penerapan manajemen energi di industri sebagaimana standar kompetensi kerja nasional Indonesia pada jabatan kerja manajer energi di industri. Materi modul disesuaikan dengan unit kompetensi standar kompetensi kerja nasional Indonesia (SKKNI) sebagai berikut. KODE UNIT : M.749090.001.02 JUDUL UNIT : Menerapkan Prinsip-Prinsip Penghematan Energi di Industri DESKRIPSI UNIT: Unit kompetensi ini berkaitan dengan pengenalan dan pemahaman tentang prinsip-prinsip penghematan energi yang efisien dan rasional. ELEMEN KOMPETENSI 1.Mengurangi rugi-rugi energi



KRITERIA UNJUK KERJA 1.1



Pengendalian parameter operasi dilakukan berdasarkan parameter kritis pada peralatan/proses pemanfaat energi. 1.2 Pemeliharaan peralatan pemanfaat energi dilakukan secara reguler sesuai dengan prosedur dan persyaratan. 1.3 Keahlian operator disesuaikan dengan peralatan pemanfaat energi. 1.4 Rugi-rugi energi dikurangi sesuai dengan prosedur dan persyaratan.



2



2. Meningkatkan efisiensi peralatan pemanfaat energi



2.1 Metode daur ulang energi diidentifikasi berdasarkan potensi pemanfaatannya. 2.2 Inovasi teknologi hemat energi diidentifikasi berdasarkan potensi pemanfaatannya. 2.3 Optimasi sistem pengguna energi diidentifikasi berdasarkan metode yang sesuai. 2.4 Efisiensi peralatan pemanfaat energi ditingkatkan dengan cara implementasi hasil identifikasi yang dilakukan.



3. Mengurangi biaya energi



3.1 Satuan biaya energi diidentifikasi berdasarkan sumber energi yang digunakan. 3.2 Biaya pengadaan energi diidentifikasi sesuai dengan spesifikasi penggunaan energi. 3.3 Biaya energi dikurangi dengan pertimbangan biaya energi terendah.



Struktur penyusunan modul adalah bab I Pendahuluan, Bab II Meningatkan efisiensi energi dengan mengurangi rugi-rugi energi, Bab III Meningkatkan efisiensi peralatan pemanfaat energi, dan Bab III Mengurangi biaya energi industri. 1.2. Tujuan dan manfaat Pembelajaran Dengan mempelajari modul ini pembaca diharapkan memahami prinsip dasar penghematan energi di industri. Tujuan pembelajaran modul ini adalah membekali peserta pengetahuan tentang penghematan energi dan penerapannya sebagaimana diatur dalam SKKNI No.80 tahun 2015 untuk jabatan kerja manajer energi pada industri dengan kompetensi teknis sebagai berikut.  Prinsip penghematan energi dengan cara mengurangi rugi-rugi energi,  Meningkatkan efisiensi peralatan pemanfaat energi,  Mengurangi biaya energi. Indikator Keberhasilan : Setelah mengikuti materi pelajaran dalam modul ini pembaca diharapkan mampu menjelaskan penghematan energi dan meningkatkan efisiensi dengan cara :  Pengendalian parameter operasi, pemeliharaan dan menyiapkan kompetensi sumber daya manusia.  Pemanfaatan panas buangan, optimasi sistem pemanfaat energi dan inovasi teknologi peralatan pemanfaat energi.  Mengurangi biaya energi. Manfaat Modul Modul ini bermanfaat bagi petugas energi dalam penerapan manajemen energi di industri sebagaimana dimaksud dalam regulasi konservasi energi dan untuk meningkatkan kinerja energi perusahaan. Modul ini juga bermanfaat bagi mereka yang ingin mengikuti sertifikasi kompetensi kerja untuk jabatan manajer energi khususnya unit kompetensi “Menerapkan Prinsip-Prinsip Penghematan Energi” pada industri.



3



Dengan mempelajari materi modul ini pembaca diharapkan memahami prinsip dasar penghematan energi melalui pengendalian parameter operasi dan pemeliharaan peralatan pemanfaat energi di industri sebagaimana dimaksud dalam regulasi konservasi energi dimana pengguna energi sama atau lebih besar dari 6000 ton setara minyak per tahun wajib menerapkan manajemen energi dengan menunjuk manajer energi, menyusun program konservasi energi, melaksanakan audit energi secara berkala, melaksanakan rekomendasi hasil audit energi, dan melaporkan pelaksanaan konservasi energi kepada pemerintah. 1.3. Standar Kompetensi Kerja Manajer Energi Standar kompetensi kerja nasional Indonesia (SKKNI) pada jabatan kerja manajer energi diatur dalam keputusan menteri tenaga kerja & transmigrasi dengan N0.80 tahun 2015 yaitu pada industri dan bangunan gedung. Sedangkan untuk jabatan kerja auditor energi diatur dalam surat keputusan menteri tenaga kerja dan transmigrasi dengan nomor keputusan 614/MEN/IX/2012. Kompetensi kerja bidang manajer energi diatur dalam standar kompetensi kerja nasional Indonesia (SKKNI) dengan judul unit kompetensi sebagai berikut.



Unit Kompetensi Dalam SKKNI, unit kompetensi menjelaskan fungsi kunci atau peran manajer/auditor energi dalam melakukan pekerjaan. Unit kompetensi merupakan bentuk pernyataan yang menjelaskan secara singkat pekerjaan manajer energi. Komponen Unit Kompetensi. Standar kompetensi jabatan kerja manajer energi terdiri atas tujuh unit kompetensi. Setiap unit kompetensi menggambarkan fungsi utama (aktifitas kerja yang spesifik), kondisi-kondisi yang dikerjakan dan bukti yang mungkin dikumpulkan untuk memastikan bahwa kegiatan dilaksanakan sesuai dengan standar kompetensi pada saat uji kompetensi berlangsung. Elemen Kompetensi. Elemen kompetensi adalah bagian dari format standar kompetensi. Elemen kompetensi merupakan fungsi dasar yang perlu dilakukan manajer energi pada tiap unit kompetensi. Elemen kompetensi juga merupakan outcomes (ketrampilan) yang harus dicapai seorang manajer energi dalam mendemonstrasikan fungsi dasar unit kompetensinya. Kriteria unjuk kerja. Kriteria unjuk kerja dalam standar kompetensi adalah pernyataan evaluasi dalam suatu unit kompetensi yang menjelaskan level kinerja yang diperlukan dalam melakukan kegiatan manajer energi dalam organisasi lingkungan kerjanya. Peta standar kompetensi kerja nasional Indonesia untuk jabatan kerja manajer energi ditunjukkan sebagai berikut.



4



Pemetaan Kompetensi Manajer Energi TUJUAN UTAMA



FUNGSI KUNCI



FUNGSI UTAMA



FUNGSI DASAR



Meningkatkan kinerja pemanfaatan energi



Melakukan pengelolaan pemanfaata n energi di industri atau bangunan gedung



Menerapkan Prinsip-Prinsip Penghematan Energi di Industri, Bangunan Gedung.



Mengurangi rugi-rugi energi, Meningkatkan efisiensi peralatan pemanfaat Energi, Mengurangi intensitas energi melalui desain pasif Mengurangi intensitas energi melalui desain aktif Mengurangi intensitas energi melalui sistem kendali operasi Meningkatkan efisiensi peralatan pemanfaat energi Mengurangi biaya energi Membuat rencana strategis manajemen energi Menetapkan kebijakan Energi Melakukan tinjauan energi Menetapkan indikator kinerja energi pada organisasi Menetapkan Baseline Energi Menetapkan target penghematan energi Menetapkan rencana aksi peningkatan kinerja energi Menetapkan kebutuhan sumber daya manusia Menentukan kriteria kinerja energi pada proses desain Menentukan kriteria kinerja energi pada pengadaan jasa energi, produk, peralatan dan energi Mengendalikan parameter operasi yang berpengaruh terhadap kinerja energi Mengkomunikasikan kinerja energi dan sistem manajemen energi Menganalisis parameter kritis kinerja energi Evaluasi kepatuhan terhadap peraturan dan persyaratan lainnya Mengevaluasi kinerja pelaksanaan manajemen energi Menyiapkan input untuk tinjauan manajemen Membuat laporan tinjauan manajemen.



Menyiapkan kebijakan energi. P-D-C-A, serta Melaksanakan Tinjauan Manajemen.



Secara keseluruhan uraian unit kompetensi dan elemen kompetensi jabatan kerja manajer energi dapat dilihat dalam SKKNI. Dengan menerapkan fungsi utama dan fungsi dasar manajer energi sebagaimana diuraikan dalam SKKNI manajer energi di atas, diharapkan tujuan konservasi energi untuk melestarikan sumber daya energi dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi di dalam negeri sebagaimana diamanatkan dalam PP 70 tahun 2009 dapat diwujudkan.



5



BAB II MATERI POKOK 1 – PENINGKATAN EFISIENSI ENERGI DENGAN CARA MENGURANGI RUGI-RUGI ENERGI Indikator keberhasilan. Indikator keberhasilan materi pembelajaran 2 “Meningkatan Efisiensi Energi Dengan Cara Mengurangi Rugi-Rugi Energi” adalah sebagai berikut : Setelah mempelajari materi pembelajaran ini, pembaca diharapkan mampu menjelaskan cara mengurangi rugi-rugi energi dengan mengendalikan parameter operasi dan pemeliharaan pemanfaat energi, menentukan kebutuhan dan , serta kompetensi sumber daya manusia.



2.1 Pemanfaatan Energi yang Efisien Pemanfaatan energi diartikan sebagai kegiatan menggunakan energi baik langsung maupun tidak langsung dari sumber energi. Efisiensi energi diartikan sebagai perbandingan antara output yang dihasilkan dengan input energi yang digunakan pada sistem pemanfaatan energi. Efisien adalah nilai maksimal yang dihasilkan dari perbandingan antara keluaran dan masukan energi pada proses/peralatan pemanfaat energi.



Gambar : Sistem pemanfaatan energi Peralatan pemanfaat energi adalah piranti atau perangkat atau fasilitas yang dalam pengoperasiannya memanfaatkan sumber energi atau energi.



Gambar : Unit pemanfaat energi



6



Dari pengertian di atas berarti pemanfaatan energi yang efisien adalah pemakaian energi sesedikit mungkin untuk menghasilkan satu unit produk atau jasa. Nilai maksimal dari perbandingan antara keluaran (output) dan masukan energi (input) pada suatu proses atau sistem pemanfaat energi disebut dengan pemanfaatan energi yang efisien (lihat gambar berikut).



Gambar : Efisiensi pemanfaatan energi Dengan memperhatikan gambar di atas, maka peningkatan efisiensi energi berarti mengurangi rugi-rugi energi. Upaya perbaikan efisiensi energi tersebut dilakukan melalui pencegahan rugi-rugi energi misalnya dengan mengendalikan parameter operasi, mendaur ulang panas buangan, dan menerapkan inovasi efisiensi atau aplikasi teknologi energi yang lebih efisien. Perkembangan teknologi hemat energi akhir-akhir dapat mendorong peningkatan efisiensi energi. Selain faktor teknologi, efisiensi pemanfaatan energi juga terkait dengan operasional dan perilaku/kompetensi sumber daya manusia. Sumber daya manusia adalah faktor penting yang berpengaruh dalam proses penggunaan energi misalnya dalam pengadaan peralatan, pengoperasian, pemeliharaan dan pengendalian peralatan/fasilitas pemanfaat energi. Perbaikan efisiensi energi adalah salah satu strategi penting dalam peningkatan kinerja perusahaan, namum implementasinya masih mengalami kendala antara lain karena : o Pengetahuan tentang prinsip penghematan energi dan hubungannya dengan kinerja energi masih terbatas. o Alat-alat ukur energi untuk pemantaatan unit-unit pengguna energi tidak tersedia. o Sistem manajemen energi belum sepenuhnya dipahami dan diterapkan. o Teknik audit energi belum dikuasai, kemampuan identifikasi potensi penghematan energi dan analisis data pemakaian energi masih lemah. o Konservasi energi yang bersifat best practice kurang dipahami. o Karakteristik operasi dan evaluasi kinerja energi belum dikuasai. Prinsip Dasar Penghematan Energi Prinsip dasar penghematan energi dapat dikelompokkan dalam lima katagori yaitu : o Pencegahan rugi-rugi energi dengan mengendalikan parameter operasi dan beban operasi peralatan/proses pemanfaatan energi. o Pemeliharaan, o Daur ulang panas buangan, o Inovasi efisiensi atau penggunaan teknologi energi yang efisien. o Optimasi peralatan energi



7



Gambar : Prinsip dasar konservasi energi



Pencegahan Rugi-Rugi Energi Peningkatan efisiensi energi melalui pencegahan rugi-rugi energi dapat diterapkan dimana saja dan oleh siapa saja. Prinsip pencegahan rugi-rugi energi dilakukan dengan menerapkan akal sehat (common sence) yaitu : 1. Mengendalikan parameter operasi kritis 2. Menjaga level beban operasi peralatan sesuai dengan kapasitas. 3. Pemeliharaan rutin 4. Menghindari buangan energi (daur ulang), 5. Menghindari gagal produksi dan peralatan idle.



Gambar : Beberapa faktor yang mempengaruhi rugi-rugi energi Kesadaran dan Pengetahuan. Rugi-rugi energi berkaitan dengan kesadaran dan pengetahuan sumber daya manusia yang mengadakan, mengoperasikan, memelihara, dan mengendalikan peralatan energi. Beberapa contoh pemborosan energi terkait dengan kesadaran dan pengetahuan sumber daya manusia.



8



Gambar : Penngoperasian dan instalasi peralatan energi.



Gambar : Pengoperasian motor tidak sesuai



Gambar : Pemeliharaan kurang 2.2 Mengendalikan Parameter Operasi Kritis Parameter operasi kritis adalah faktor dominan yang mempengaruhi besarnya penggunaan energi atau intensitas energi pada peralatan/proses pemaanfaat energi. Contoh parameter operasi kritis pada berbagai pemanfaat energi ditunjukkan pada tabel berikut ini. Pemanfaat energi Boiler



Chiller Kompressor



Parameter



Units



TDS O2 di stack Temp stack Chilled water temp in. Chilled water temp out Temp udara inlet. Tekanan



ppm % C C C C bar



Normal set point 3500 3 200 10 Berubah Sesuai kebutuhan



9



Upper limit 3800 3.5 220 12 -



Lower limit 3300 2 180 8 -



Yang perlu diberi tau Operator dan supervisor Operator dan supervisor Operator dan supervisor



Sistem pembakaran Pompa Genset Tturbin Uap



O2 di stack CO2 di stack Temp stack Head Debet Faktor beban



% % C m H2O m3/jam %



Temperatur uap masuk turbin Tekanan uap masuk turbin Vakum Kondenser



C Bar mmHg



3 BEP BEP 75



3.5



2



Operator dan supervisor



-



-



90



60



Operator dan supervisor Operator dan supervisor



.



Parameter Operasi Peralatan Termal Peralatan termal industri meliputi sistem pembakaran, konversi energi, dan sistem pemanfaat panas. Sistem pembakaran meliputi peralatan bakar dan alat control seperti dalam gambar berikut.



Gambar : Teknologi sistem pembakaran



Gambar : Proses pembakaran



Dulu sistem pembakaran didesain padasaat harga energi murah dimana efisiensi belum menjadi pertimbangan utama. Hal ini adalah salah satu penyebab pemborosan bahan bakar dalam praktek sehari-hari. Untuk mendapatkan pembakaran optimum pada sistem pembakaran, parameter operasi kritis pembakaran harus dikendalikan. Parameter operasi kritis sistem pembakaran adalah kadar O2 atau CO2 dan temperatur gas buang. Ciri-ciri pembakaran yang efisien adalah kadar O2 pada gas buang optimom, suhu gas buang serendah mungkin. Efisiensi pembakaran yang buruk ditandai dengan suhu stack gas yang relatif tinggi (di atas 150 C), pembakaran tak sempurna (adanya gas CO dan asap hitam pada cerobong). Indikator efisiensi pembakaran adalah ratio udara dengan parameter operasi kritis adalah O2 atau CO2, dan suhu gas buang.



10



Gambar: Parameter operasi pada pembakaran Suhu gas buang (C). Rasio udara adalah perbandingan antara udara pembakaran aktual dengan udara pembakaran teoritis. Kadar O2 pada gas buang mengindikasikan rasio udara pembakaran aktual. Dengan mengukur kadar oxygen (O2) pada gas buang maka rasio udara pembakaran dapat dihitung dengan formula berikut : Rasio udara = 21 / (21 – % O2) Pembakaran yang efisien diindikasikan oleh rasio udara, parameter operasinya adalah persen (%) O2 atau CO2 pada gas buang. Efisiensi pembakaran optimum diperoleh jika rasio udara atau O2 berada pada batas optimum sebagaimana ditunjukkan dalam tabel berikut. Tabel : Rasio Udara & O2 Optimum untuk berbagai bahan bakar Bahan Bakar Rasio Udara ( %) O2 pada Stack (%) Batubara



1.20 -1. 25



4 – 4,5



Biomassa Stoker firing



1.20 – 1.40 1.25 – 1.40



4-6 4,5 – 6,5



BBM Gas bumi/LPG



1.05 – 1.15 1.05 – 1.10



1-3 1-2



Black Liquor



1.05 – 1.10



1-2



Excess Air Excess air adalah cara lain menjelaskan efisiensi sistem pembakaran. Pembakaran stoichiometric adalah pembakaran ideal secara teoritis, namun dalam praktek kondisi stoichiometric tak mungkin untuk mendapatkan pembakaran sempurna. Agar bahan bakar terbakar sempurna, maka udara pembakaran yang dipasok ke ruang bakar harus lebih dari kebutuhan teoritis. Kelebihan udara tersebut disebut “excess air.” Besarnya excess air dapat dihitung berdasarkan data pengukuran komposisi gas buang CO2 dan O2 pada cerobong dengan formula berikut :



Excess air (E) = 378/100 - ( + )/  - 3.78 Dengan: • E adalah excess air (%) •  adalah konsentrasi CO2 pada gas buang (%) •  adalah konsentrasi O2 pada gas buang (%).



11



Excess air dapat juga dihitung dari data CO2 gas buang dengan formula berikut : Excess air (E) = (CO2 stochiometrik/CO2 aktual) – 1 x 100 %. CO2 stochiometrik adalah volume CO2 stochiometrik dalam flue gas kering. Besarnya CO2 stochiometrik () untuk berbagai bahan bakar adalah : o Natural gas and producer gas; CO2 stochiometrik : 11 <  < 12 %. o Commercial butane and propane; CO2 stochiometrik :  = 14 %. o Fuels; CO2 stochiometrik : 15 <  < 16 %. o Marketed coal; CO2 stochiometrik : 18 <  < 20 %. Efisiensi Pembakaran Efisiensi pembakaran didefinisikan sebagai energi input yang terkandung dalam bahan bakar (hasil pembakaran sempurna) dikurangi dengan rugi-rugi energi stack (rugi-rugi energi ke cerobong). Efisiensi pembakaran (%) = (100 – Rugi-rugi cerobong %). Dalam hal ini rugi-rugi cerobong dinyatakan dalam % bahan bakar input.



Gambar: Rugi-rugi energi ke stack fungsi dari parameter operasi Rugi-rugi energi ke stack (cerobong) adalah energi panas sensibel dar gas buang yang terbawa gas buang keluar ke cerobong. Besarnya rugi-rugi energi cerobong ditentukan oleh suhu gas buang dan rasio udara (O2 pada gas buang). Rugi energi cerobong sebagian besar terkandung pada gas CO2 dan N2. Gas CO2 terbentuk dari hasil pembakaran karbon (C) yang ada dalam bahan bakar dengan O2. Gas nitrogen (N2) sebetulnya tidak berperan dalam proses pembakaran tetapi gas ini terdapat di udara pembakaran dengan jumlah besar (79%) dan kehadirannya di ruang bakar sulit dihindari. Semakin rendah suhu gas buang dan semakin rendah excess air (udara lebih) semakin sedikit rugi-rugi energi ke cerobong (lihat grafik). Menjaga pembakaran selalu berada pada ratio udara rendah (low air ratio combustion) dapat dilakukan dengan manajemen pembakaran. Pembakaran Sempurna. Pembakaran sempurna dapat terjadi jika jumlah udara pembakaran yang dipasok ke ruang bakar lebih banyak dari kebutuhan teoritis (stoichiometric). Namun bila udara lebih (excess air) terlalu tinggi maka jumlah gas buang dan energi sensibel gas buang akan meningkat sehingga rugi-rugi energi ke stack menjadi besar. Pembakaran Sempurna Dengan Excess Air Pembakaran stoichiometric adalah pembakaran ideal secara teoritis. Dalam praktek



12



pembakaran pada kondisi stoichiometric jarang atau tak mungkin ditemukan untuk pembakaran normal. Untuk mendapatkan pembakaran sempurna dimana bahan bakar semuanya habis terbakar, maka udara pembakaran yang dipasok ke ruang bakar lebih dari kebutuhan teoritis (stoichiometric). Jumlah excess air atau rasio udara sebagaimana diuraikan di muka jumlahnua tidak boleh berlebih karena jika excess air semakin besar, maka rugi-rugi cerobong akan meningkat. Besarnya excess air dapat dihitung berdasarkan hasil pengukuran konsentrasi gas pembakaran yaitu CO2 dan O2 dalam gas buang. Excess air dapat dihitung dengan formula sebagai berikut : Excess air (E) = 378/100 - ( + )/  - 3.78 Dengan : E adalah excess air (%)  adalah konsentrasi CO2 pada gas buang (%)  adalah konsentrasi O2 pada gas buang (%). Untuk aplikasi di industri cara presisi mengestimasi excess air adalah sebagai berikut : Untuk bahan bakar fuel oil dengan kondisi excess air, ukur konsentrasi CO2. Untuk bahan bakar fuel oil dengan kondisi excess air rendah, ukur konsentrasi O2. Untuk bahan bakar gas, ukur konsentrasi O2. Untuk bahan bakar batubara dengan kobinasi pengukuran CO2 dan O2. Kelebihan udara (excess air) dapat juga dihitung dengan formula berikut : Excess air (E) = (CO2 stochiometrik/CO2 aktual) – 1 x 100 %. Dengan volume CO2 stochiometrik () dalam flue gas kering berbagai bahan bakar adalah sebagai berikut.  Natural gas and producer gas; CO2 stochiometrik : 11 <  < 12 %.  Commercial butane and propane; CO2 stochiometrik :  = 14 %.  Fuels; CO2 stochiometrik : 15 <  < 16 %.  Marketed coal; CO2 stochiometrik : 18 <  < 20 %.



Excess air dapat juga diperkirakan berdasarkan rasio udara. Sebagaimana diuraikan di muka, besarnya rasio udara pembakaran dapat dihitung dengan formula berikut :



Rasio udara (Ra) = 21/(21 – O2 %). Excess air = (rasio udara – 100) % = (Ra -100). Kadar O2 pada gas buang. Telah dijelaskan bahwa salah satu indikator efisiensi pembakaran adalah rasio udara. Rasio udara diindikasikan oleh kadar O2 atau CO2 pada gas buang. Gas analiser adalah alat ukur untuk mengetahui kadar O2 dan CO2 pada gas buang. Gas analiser portable saat ini telah tersedia di pasaran dengan harga yang terjangkau. Jika parameter operasi (rasio udara dan suhu gas buang) dikendalikan, maka efisiensi pembakaran sudah terkontrol dengan baik.



13



Gambar : Gas analiser O2&CO2 Semakin rendah ratio udara semakin sedikit energi yang terbuang, dengan kata lain efisiensi pembakaran semakin meningkat. Secara teoritis pembakaran optimum terjadi pada rasio udara sama dengan satu (1), tetapi kondisi tersebut tidak mungkin diterapkan dalam praktek karena apabila rasio udara dibuat 1, maka bahan bakar tidak terbakar sempurna yang ditandai dengan munculnya CO dan atau asap hitam dalam gas buang.



Gambar : Pembakaran tidak sempurna



Suhu Gas Buang. Selain rasio udara sebagaimana diuraikan di atas, parameter operasi yang mempengaruhi efisiensi pembakaran adalah suhu gas buang. Suhu gas buang perlu dimonitor terkait dengan efisiensi pembakaran. Semakin rendah temperatur gas buang semakin efektif pemanfaatan panas hasil pembakaran, dengan kata lain semakin sedikit energi terbuang ke cerobong. Besarnya energi terbuang ke cerobong berkaitan dengan panas sensibel gas buang hasil pembakaran yang keluar ke cerobong. Energi sensibel adalah fungsi dari suhu dan excess air. Konsep ini harus dipahami secara benar agar rugi-rugi energi dapat dicegah pada sistem pembakaran. Karena panas sensibel gas buang adalah fungsi dari suhu excess air, maka upaya menurunkan suhu stack gas keluar cerobong dan memperkecil excess air pada sistem pembakaran ke tingkat optimum adalah cara operasional untuk menghemat energi. Semakin rendah suhu gas buang dan semakin rendah excess air (udara lebih) sesuai dengan jenis bahan bakar yang digunakan semakin sedikit rugi-rugi energi ke cerobong (lihat grafik).



14



Gambar : Total Energi Hilang ke Cerobong vs O2 (%) Dengan mengetahui kadar CO2 atau O2 pada gas buang dimungkinkan menghitung kerugian cerobong dan efisiensi pembakaran. Pembakaran tak Sempurna. Pembakaran tak sempurna ditandai dengan adanya asap (Carbon, CO & HC) pada gas buang. Pembakaran tak sempurna timbul akibat :  Supply udara kurang atau bahan bakar surplus  Distribusi bahan bakar tidak bagus/tdk merata. Untuk coal firing: Pembakaran tak sempurna timbul akibat distribusi udara yang buruk misalnya karena ukuran bahan bakar tidak sesuai spesifikasi.



Gambar : Pembakaran tak Sempurna



Asap hitam di cerobong Asap hitam dicerobong adalah ciri-ciri pembakaran tak sempurna. Kriteria indeks asap berdasarkan besaran angka 1 hingga 9 digunakan untuk mengevaluasi proses pembakaran. Indeks asap 1 berarti sangat baik, dan indeks asap 9 adalah yang terburuk (lihat tabel). Tabel : Indeks asap dan Performan Burner



15



Indeks Asap



Performance Burner



1



Terbaik



2



Baik



3



Cukup



4



Kurang



5



Sangat kurang



6



Buruk



7



Buruk sekali



8



Amat buruk



9



Terburuk



Dalam praktek nilai indeks 3 adalah batas toleransi yang dianggab wajar pada proses pembakaran. Secara visual kondisi pembakaran dengan indeks asap 3 sudah tampak pada cerobong yaitu warna abu-abu kehitaman pada gas buang. Indeks asap diukur dengan smoke tester (lihat gambar).



Gambar : Smoke tester. Adanya CO pada gas buang selain merupakan rugi-rugi energi juga berbahaya bagi kesehatan manusia. Oleh karena itu rasio udara harus dijaga selalu berada pada tingkat optimal untuk menghindari timbulnya CO dengan mengatur rasio udara sesuai bahan bakar. Pengaturan rasio udara pada sistem pembakaran/burner harus dilakukan secara hati-hati dengan berpedoman pada hasil monitoring analisis kadar O2 , CO2 gas buang. Jika hasil pengukuran pada gas buang menunjukkan adanya asap (karbon) dan gas CO, maka berarti batas rasio udara optimum telah dilewati dan pengurangan ratio udara ke tingkat yang lebih rendah tidak mungkin lagi dilakukan (lihat gambar berikut).



16



Gambar : Karakteristik Pembakaran



Perhitungan Rugi-Rugi Stack. Jika data suhu dan komposisi CO2 atau O2 pada stack gas sudah diketahui, maka rugi-rugi energi gas buang (gross HHV) dapat dihitung dengan menggunakan formula Seigert berikut.



Dengan : K dan C = Konstanta Seigert (untuk bahan bakar gas lihat tabel). ΔT = Beda suhu gas buang dan udara pembakaran (C). % CO2 = persentase volume kering CO2 pada gas buang. Tabel : Konstanta Seigert. Jenis Bahan Bakar  Gas bumi  BBM  Batubara



K 0.38 0.56 0.63



C 11.0 6.5 5.0



Contoh: Berdasarkan data operasi diperoleh suhu stack 176 C, kadar O2 = 4 %, untuk bahan bakar gas bumi rugi-rugi stack gas dapat dihitung dengan menggunakan grafik sebagai berikut:



17



Gambar : Rugi-rugi stack gas bumi Grafik rugi-rugi stack gas untuk bahan bakar minyak, batu bara, dan kayu bakar ditunjukkan pada grafik berikut.



Gambar : Rugi-rugi stack bahan bakar minyak



Gambar: Grafik rugi-rugi stack batubara



18



Gambar :Rugi-rugi stack kayu bakar



Rule of Thumb (patokan umum) Sistem Pembakaran. o o o o



Setiap excess air turun 5 %, akan meningkatkkan efisiensi pembakaran 1 %. Setiap O2 pada gas buang turun 1 %, efisiensi pembakaran naik 1 %. Setiap suhu gas buang turun 20 C, efisiensi pembakaran naik 1 %. Setiap suhu udara pembakaran naik 18 C, bahan bakar hemat 1 %.



Faktor Beban Operasi Beban operasi adalah salah satu faktor yang berpengaruh terhadap kinerja pemanfaatan energi. Pada umumnya beban rendah kurang dari 50 % membuat efisiensi peralatan turun sebagaimana ditunjukkan pada contoh berikut.



91



Efficiency(%)



90 89 88 87 86 85 10



20



30



40



50



60



70



80



90



100



Load Factor(%)



Gambar : Efisiensi Termal VS Beban Boiler



19



Oleh karena itu dalam pengoperasian pemanfaat energi faktor beban adalah salah satu parameter yang harus dikendalikan. Pada kondisi beban rendah kinerja energi akan turun ke level yang rendah.



Gambar : Contoh faktor beban Rendah



Parameter Operasi Peralatan Listrik Parameter operasi yang berkaitan dengan kinerja peralatan listrik adalah kwalitas daya. Parameter kualitas daya terdiri atas : o Ketidak-seimbangan arus. o Ketidak-seimbangan tegangan. o Kestabilan tegangan terhadap beban kejut. o Faktor Daya yang rendah. o Tingkat harmonik (THD) arus. o Tingkat harmonik (THD) tegangan. Ketidak-seimbangan Tegangan Motor tiga fase tidak toleran terhadap tegangan tidak seimbang. Ketidak seimbangan tegangan mengakibatkan aliran arus yang tidak merata antar fase-fase belitannya.



Gambar : Pengukuran kwalitas daya Pengaruh tegangan tak seimbang ini adalah pemanasan terhadap motor listrik dan rugi-rugi energi (rugi-rugi besi) meningkat. Tegangan tak seimbang antar fase didefinisikan sebagai berikut :



20



Vu = Vmax - VA x 100 % VA Vu adalah presentasi ketidakseimbangan tegangan ( % ), Vmax = tegangan maximum ( Volt ), VA = tegangan rata-rata ( Volt ), Pengaruh ketidakseimbangan terhadap rugi-rugi energi ditunjukkan dalam grafik berikut. Efek dari ketidak seimbangan tegangan sebagaimana diuraikan di atas jelas adalah penurunan kinerja motor, artinya efisiensi motor berkurang serta kemungkinan timbulnya vibrasi yang merusak bantalan motor. Dengan ketidakseimbangan sebesar 5 % sebagai contoh, dapat menaikan rugi-rugi motor sampai 33 % .



Gambar : Rugi-rugi energi karena ketidak-seimbangan tegangan Kenaikan suhu 10 0C diatas batas design maximum suhu motor, umur isolasinya menjadi tinggal setengahnya. Dan bila naik 20 0 C, maka umur isolasi akan tinggal 25 %. Kerusakan motor ahkirnya akan menyebabkan kerugian investasi.



Gambar: Pengaruh Ketidak- seimbangan tegangan Beban Tak Seimbang Ketidak-seimbangan beban tidak hannya berdampak buruk terhadap efisiensi energi tetapi juga efek buruk lainnya sebagaimana berikut :



21



o o o o o o o o o



Menimbukan arus sirkulasi. Meningkatkan arus pada penghantar netral. Meningkatkan tegangan Netral ke Pentanahan. Motor panas berlebihan jebolnya isolasi. Menurunkan efisiensi motor. Merusak bearing motor. Meningkatkan biaya pemeliharaan motor dan alat. Energi terbuang / biaya listrik naik kWD and kWH. Biaya investasi dan operasi.



Gambar : Contoh grafik arus / beban tak seimbang Harmonik. Cacat gelombang arus menunjukkan adanya harmonik di dalam gelombang arus listrik. Adanya harmonik dalam jaringan listrik akan menambah beban pemanasan di kabel dan peralatan listrik lain (ballast lampu, motor AC, dll), bisa memperpendek umur peralatan dan menjadi beban tambahan dalam rekening listrik. Apa dan mengapa ada harmonik dalam sistemkelistrikan dijelaskan dalam uraian dan gambar berikut.



22



23



24



Contoh rekaman data pengukuran harmonik arus pada sistem kelistrikan ditunjukkan dalam gambar berikut.



Gambar: Grafik data hasil pengukuran harmonik arus



Berdasarkan Per Men ESDM No. 04/2009 THD tegangan rata-rata adalah ≤ 5%. Faktor daya : Faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata / power ( kW ) dengan daya semu / power ( kVA ). Daya nyata adalah daya yang menghasilkan kerja, sedangkan daya semu adalah daya yang dihitung berdasarkan arus reaktif. Faktor daya :



kW , jika kurang dari 0,85 dikenakan pinalty PL.N. kVA



25



Gambar : Penjelasan Tentang Faktor Daya Faktor beban : Faktor beban mencerminkan pemanfaatan daya terpasang. Untuk periode tertentu faktor beban merupakan perbandingan antara pemakaian listrik ( kWh ) dan kebutuhan daya maximum ( kW ) selama periode tersebut. Faktor beban :



kWh kWxjamoperasi



Faktor beban :



kW kW x jam operasi



Pemborosan energi dapat terjadi misalnya karena faktor beban yang rendah. Oleh karena itu lakukan analisis pada beban aktual peralatan hasil pengukuran. Pengaruh faktor beban terhadap efisiensi motor listrik dapat dilihat pada gambar berikut.



Gambar : Pengaruh faktor beban terhadap efisiensi motor



Efisiensi Motor Ukuran motor yang terlalu besar menyebabkan motor beroperasi pada beban dan power factor yang rendah. Kondisi ini tentu menyebabkan efisiensi operasi dan power factor motor turun. Jika efisiensi motor existing diketahui, bandingkan datatefisiensi tersebut dengan efisiensi motor yang ada di pasaran saat ini. Besarnya potensi penghematan energi jika motor lama diganti dengan motor baru yang lebih efisien dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :



26



S = 0,746 x hp x L x C x N {100 -- 100 } Es Ee Dimana: S Hp L C N Es Ee



: Penghematan biaya listrik, Rupiah / tahun : Horsepower : Load factor : harga listrik, Rupiah / kwh : waktu operasi, jam/tahun : efisiensi motor yang lebih rendah (standard) : efisiensi motor yang lebih tinggi.



2.3. Pemeliharaan. Pemeliharaan adalah salah satu faktor yang mempengaruhi kinerja dan efisiensi operasi peralatan pemanfaat energi. Selain mempengaruhi efisiensi energi, pemeliharaan juga mempengaruhi umur operasi peralatan. Umur peralatan produksi akan lebih panjang jika dipelihara secara rutin sesuai prosedur. Pemeliharaan secara rutin membuat kondisi operasi sesuai yang diharapkan (bersih, dingin, kering, dengan pelumasan yang benarl). Maksud utama dari pemeliharaan secara tradisi adalah menjaga kehandalan dan ketersediaan. Jika peralatan dipelihara dengan baik, maka efisiensi penggunaan energi akan tetap terjaga baik. Pemeliharaan secara reaktif akan memboroskan energi, perlu disadari bahwa biaya energi umumnya lebih besar dari biaya pemeliharaan. Oleh karena itu semua pengguna energi (significant) harus diperiksa dan dipelihara secara regular



Gambar : Pemeliharaan rutin Pemeliharaan dapat dilakukan harian, bulanan atau tahunan tergantung peralatan yang dioperasikan. Kriteria pemeliharaan dan pemeriksaan disesuaikan dengan pengguna energi dan parameter operasi yang dikendalikan seperti ditunjukkan dalam tabel berikut. Tabel : Kriteria pemeliharaan Pengguna Energi



Tugas



Frekuensi



27



Yang perlu diinformasikan



Catatan



Sistem AC



Pemeliharaan indor outdor. Pemeriksaan suhu inlet outlet cooling tower.



6 bulanan harian



Sistem Pembakaran



Uji gas buang (O2;CO2)



mingguan



Sistem Uap



TDS air boiler



harian



Motor Listrik Data spesifikasi motor memberi gambaran tentang jenis motor, daya, service faktor, performance karakteristik dan disain motor. Disain letter motor ditulis dengan hurup A, B, C, D dan F. Motor dengan desain letter A misalnya adalah motor dengan torsi dan arus starting normal (normal torque, dan normal starting current). Sedangkan motor dengan desain letter B adalah motor dengan normal torque tetapi dengan arus starting rendah (low starting current). Jika desain letter adalah C berarti motor adalah dengan high torque, low starting currenr. Motor dengan disain letter D adalah motor dengan high slip motor. Motor dengan desain letter F berarti low torque, low starting current motor. Motor dengan desain letter B adalah motor yang paling populer di antara motor tersebut. Sistem Isolasi Motor Klasifikasi sistem isolasi belitan motor (winding) ditentukan berdasarkan kemampuan menahan suhu operasi (operating temperature capabilities). Klass isolasi ditandai dengan huruf A, E, B, F, dan H. Kemampuan masing-masing klass isolasi diperlihatkan dalam tabel berikut. Tabel : Suhu operasi klass sistem isolasi Klass isolasi Suhu operasi total (C)



A E 105 120



B 130



F 155



H 180



Kemampuan yang berbeda dari tiap klass menjadikan kenaikan suhu yang dibolehkan yang dapat ditahan motor juga berbeda. Kenaikan suhu yang dibolehkan pada masing-masing klass ditunjukkan pada tabel berikut. Tabel : Kenaikan suhu operasi yang dibolehkan Klass



A



E



Kenaikan suhu operasi total (C)



55 65



B



F



H



80 105 125



Klasifikasi menginformasikan tentang kemampuan sistem isolasi belitan motor menahan suhu operasi (operating temperature capabilities). Klasifikasi motor mengindikasikan kenaikan suhu yang dibolehkan dan suhu operasi maksimum sistem isolasi belitan dengan



28



asumsi motor beroperasi pada lingkungan dengan kondisi bersih, kering, bebas dari kotoran dan beroperasi hingga 40 jam per minggu. Pada kondisi demikian diharapkan umur operasi motor dapat mencapai 10 – 20 tahun sebelum isolasi mengalami deteriorasi (penurunan mutu) akibat panas yang merusak kemapuannya menahan tegangan yang timbul. Pemeriksaan suhu operasi motor dengan menggunakan thermography sering dilakukan dalam praktek. Informasi hasil thermography ini dibandingkan dengan kondisi yang dipersyaratkan dalam disain letter dan klass isolasi yang tertera pada name plate motor. Data pemeriksaan thermography merupakan indikasi adanya perubahan kinerja operasi system pompa - motor yang mengakibatkan daya operasi meningkat. Gambar berikut adalah contoh data hasil pemeriksaan termography pada motor.



Gambar : Contoh hasil pemeriksaan suhu operasi motor. Pengoperasian dan pemeliharaan adalah salah satu faktor yang mempengaruhi kinerja dan efisiensi operasi peralatan energi. Selain mempengaruhi efisiensi, pengoperasian & pemeliharaan juga mempengaruhi umur operasi peralatan. Umur peralatan akan lebih panjang jika dioperasikan sesuai kapasitas disain dan dipelihara rutin sesuai dengan prosedur. Penerapan O& M yang benar tidak menimbulkan masalah karena kondisi operasi yang diharapkan (bersih, dingin, kering, dengan pelumasan yang benar, dll) dapat diperoleh. Efisiensi motor juga mempengaruhi umur operasinya. Umur motor akan lebih lama dan tidak menimbulkan banyak masalah apabila dipelihara dengan baik. Untuk daerah dengan kelembaban tinggi umur motor lebih pendek. Kerusakan bearing dapat disebabkan oleh pemeliharaan kurang, atau karena dioperasikan pada suhu ambient yang tinggi misalnya karena adanya sumber panas disekitar motor. Motor efisien rugi-rugi panasnya sedikit dan masih dalam toleransi yang diijinkan. Pelumasan memberi konstribusi terhadap umur bearing dan reliability. Karena sumber panas bearing kebanyakan berasal dari gulungan (winding) stator, ini berarti semakin rendah suhu winding semakin baik bagi bearing motor. Masalah lain yang sering muncul pada motor adalah kerusakan mekanikal misalnya akibat aligment problems. Dengan kata lain pemeliharaan dan efisiensi motor memberi konstribusi terhadap usia dan efisiensi motor. Sistem Uap. Uap bocor sering kita temukan dalam praktek, kerugian energi yang ditimbulkan dari kebocoran uap meskipun bocoran tersebut kecil jika dihitung dalam satu tahun biayannya



29



cukup besar mencapai angka yang jika dihitung dalam satu tahun nilainya cukup besar hingga jutaan rupiah per tahun.



Gambar : Pemborosan Uap Uap kedengaran bocor tetapi belum kelihatan semburan uap, kerugian energi akibat bocoran uapini dapat mencapai: 800 liter per tahun. Dan jika uap bocor sudah kelihatan tetapi semburan belum kencang, maka jumlah kerugian energi berkisat antara 2000 – 4000 liter per tahun. Perkiraan ini dibuat dengan asumsi 1 ton uap butuh 80 liter BBM atau 130 kg batubara. Besarnya jumlah kerugian akibat kebocoran uap tergantung pada tekanan uap dan besarnya lubang bocoran. Beberapa contoh bocoran uap secara visual dapat dilihat dari semburan dan suara yang ditimbulkan sebagi berikut.



Isolasi Instalasi Uap (Outdoor) Isolasi pipa khususnya instalasi uap yang berada di luar bangunan (outdoor) jika tidak dirawat dengan baik akan menimbulkan rugi-rugi panas cukup signifikan dari permukaan pipa khususnya pada musim hujan akibat bahan isolasi basah karena air hujan.



Air hujan membasahi insulasi



30



Gambar: Isolasi pipa uap tak terpelihara Insulasi sistem uap yang tidak terpelihara baik/rusak khususnya pada instalasi luar menimbulkan kerugian energi ganda yaitu rugi-rugi energi konveksi dan konduksi serta pendinginan akibat air hujan. Contoh kasus di atas menimbulkan konsumsi uap meningkat pada saat musim hujan karena sebagian energi dari uap panas digunakan untuk memanasi air hujan yang meresap ke bahan isolasi. Grafik berikut adalah contoh pengaruh isolasi pipa yang buruk terhadap konsumsi uap.



Musim hujan



Musim panas



Grafik Produksi Dan Konsumsi Steam (Musim hujan dan musim panas) Temperatur Proses Temperatur kerja suatu proses (misalnya temperatur tanur, temperatur air pemanas, temperatur pasterisasi makanan dan lain-lain) harus dijaga agar tetap berada pada range (rentang) sempit sekitar temperatur minimum yang dibutuhkan oleh proses bersangkutan. Rentang suhu yang diharapkan dapatterjaga jika peralatan terpelihara dengan baik Temperatur yang tinggi selain dapat membahayakan kualitas proses, juga menyebabkan peningkatan konsumsi energi dan penurunan efisiensi proses.



Gambar : Rugi-rugi panas dari ruang bakar furnace (suhu tinggi)



31



Temperatur Permukaan Temperatur permukaan peralatan atau bahan insulasi (pipa, steam trap, boiler, peralatan proses) menimbulkan adanya kehilangan panas dan mempengaruhi efisiensi bahan yang dipakai. Dengan menggunakan Infrared temperature gun salah satu alat pengukur suhu permukaan tanpa kontak dapat digunakan untuk mengukur suhu dengan jarak susah dijangkau. Dalam contoh data hasil pemeriksaan suhu permukaan ditunjukkan dalam gambar berikut.



Gambar : Suhu permukaan tanur hasil pemeriksaan termography Berdasarkan data suhu permukaan tersebut tampak ada perbedaan yang significant yaitu minimum 35.8 C dan maksimum 111 C. Ini mengindikasikan batu tahan api sudah rusak dan memerlukan pemeliharaan. Pemeliharaan pada Sistem Refigerasi Refrigrant bocor pada sistem refrigrasi berpengaruh significant terhadap kinerja energi sistem refrigerasi. Pengaruh refrigran bocor akan menimbulkan efek merugikan yaitu konsumsi daya meningkat,kapasitas pendinginan turun sehingga running cost akan meningkat tajam, tambahan biaya untuk servis (medeteksi bocor, menambah refrigran) atau replacement equipment, biaya operasi menjadi tinggi.



Gambar : Refrigrant bocor 32



Untuk industri retail (food storage), akibat refrigrant bocor akan lebih buruk karena suhu yang diinginkan tidak dapat dipenuhi dan menimbulkan stock losses dan kerugian biaya besar.



Gambar: Dampak refrigrant bocor



Pada tingkat kebocoran 15 %, kapasitas pendingin turun hingga 45 %, hal ini membuat konsumsi daya naik hampir dua kali lipat untuk efek pendinginan yang sama. Refrigrant bocor menimbulkan konsumsi daya (pada packaged air cooled chiller) meningkat tajam. Berdasarkan hasil pengujian lembaga independent oleh Department of Environment – Inggris, kebocoran refrigrant 15 %, konsumsi daya naik hingga 200 % sebagaimana gambar berikut.



Gambar : Pengaruh pemeliharaan pada sistem refrigrasi Gagal produksi Gagal produksi sering terjadi karena pemeliharaan yang kurang. Gagal produksi berarti mengurangi output (produksi) sementara konsumsi energi adalah sama. Karena output berkurang dan konsumsi energi adalah sama, ini berarti intensitas energi meningkat : Intensitas energi = Input energi / Output produksi



33



Gambar : Gagal produksi



2.4 Kesadaran dan Kompetensi Operator Langkah perbaikan efisiensi yang bersifat pengurangan rugi-rugi energi harus dibangun dari kesadaran/sikap dan keahlian operator. Keahlian operator sebagai tuntutan operasional harus diterapkan perusahaan secara berkelanjutan, bukan sebagai upaya sesaat dan terputus. Factor kunci suksesnya penerapan manajemen energi adalah dukungan aktif dan keterlibatan seluruh unit kerja/staf dalam manajemen energi. Untuk itu semua staf khususnya operator yang berhubungan langsung dengan pengoperasian dan pemeliharaan pemanfaata energi harus memahami prinsip dasar penghematan energi melalui pengendalian parameter kritis dan pemeliharaan rutin. Selain itu kariawan perusahaan juga perlu memahami kebijakan energi dan manfaat perbaikan kinerja energi untuk organisasi / perusahaan. Akan lebih baik jika staf terkait mengerti isu tentang efisiensi energi dan manfaatnya terhadap pengurangan biaya energi, keberhasilan efisiensi energi dan keamanan pasokan energi. Pengetahuan seperti disebut di atas akan memberi motivasi dan rasa percaya lebih baik bagi kariawan yang terlibat dalam implementasi sistem manajemen energi. Bidang keahlian operator yang diperlukan untuk meningkatkan kinerja pemanfaatan energi antara lain adalah yang berkaitan dengan operasi dan pemeliharaan: parameter operasi kritis dan identifikasi potensi penghematan energi melalui pengendalian parameter operasi kritis. Parameter kritis adalah faktor dominan yang mempengaruhi besarnya penggunaan energi dan intensitas energi peralatan/ proses pemaanfaat energi (lihat uraian sebelumnya tentang parameter kritis).



MATERI



POKOK



2



–



BAB III MENGURANGI



RUGI-RUGI



ENERGI



DENGAN



MENINGKATKAN EFISIENSI PERALATAN PEMANFAAT ENERGI 34



CARA



Indikator keberhasilan. Indikator keberhasilan materi pembelajaran 2 “Meningkatan Efisiensi Energi Dengan Cara Meningkatkan Efisiensi Peralatan Pemanfaat Energi” adalah sebagai berikut: Setelah mempelajari materi pembelajaran ini, pembaca diharapkan mampu menjelaskan cara mengurangi rugi-rugi energi dengan meningkatkan efisiensi melaui daur ulang panas, inovasi teknologi dan optimasi sistem pemanfaatan energi.



3.1 Daur Ulang Energi Daur ulang panas dimaksudkan untuk mengurangi rugi-rugi energi. Pemborosan energi pada sistem termal sering terjadi di industri. Hal ini antara lain karena peralatan energi seperti sistem pembakaran yang dioperasikan didisain pada saat harga energi murah dimana pertimbangan efisiensi energi belum menjadi prioritas. Kondisi saat ini sudah berubah dimana harga energi mahal dan langka sehingga efisiensi energi sudah menjadi pertimbangan penting dalam mendisain sistem/peralatan energi. Ciri-ciri boros energi pada sistem sistem pembakaran misalnya, rasio udara tinggi (excess air berlebihan) dan suhu gas buang yang relatif tinggi (di atas 200 C). Untuk mengurangi rugi-rugi energi tersebut diterapakan daur ulang panas dengan memanfaatkan kembali panas buangan untuk memanaskan udara pembakaran (preheat air) atau untuk keperluan lain yang bermanfaat. Metode daur ulang: Metode daur ulang yang biasa digunakan adalah melalui pertukaran energi dari satu sub sistem ke sub sistem lain termasuk pemanfaatan kembali energi yang terbuang. Energi dapat dalam bentuk apapun pada sub sistem yang dimaksud, tetapi kebanyakan sistem daur ulang adalah pertukaran panas baik dalam bentuk sensibel atau laten. Metode ini dapat meminimalkan input energi untuk sistem secara keseluruhan.



Gambar: Daur ulang panas



Potensi penghematan energi daur ulang panas pada reheating furnace untuk reheat udara pembakaran ditunjukkan pada grafik berikut.



35



Gambar : Penghematan energi vs Suhu udara Preheater Potensi pemanfaatan panas daur ulang melalui preheat udara pembakaran dan gabungan antara preheat udara pembakaran dan mengontrol rasio udara untuk berbagai temperatur gas buang furnace dijelaskan dengan formula sebagai berikut:



ST  ( Sp  SA  Sp.SA / 100)% Dengan : ST adalah efek penghematan gabungan Sp adalah penghematan akibat preheat udara SA adalah penghematan akibat optimasi rasio udara Potensi penghematan energi untuk perbaikan rasio udara dan daur ulang panas gas buang ditunjukkan dalam grafik berikut.



Sumber: Combustion Technology for Energy Conservation in Industry hal 96; Textbook forThe group Training Cource inEnergy Conservation Vol 2 ECC Japan.



Preheater Yaitu teknik daur ulang panas yang dilakukan dengan memanfaatkan energi panas gas buang (preheater) untuk menaikkan suhu udara pembakaran.



36



Menurunkan suhu stack gas melalui waste heat recovery akan mengurangi rugi-rugi energi stack gas. Setiap suhu udara pembakaran naik 20 C, bahan bakar hemat 1 %.



Gambar: Daur ulang panas – preheater udara



Ekonomiser Yaitu teknik daur ulang panas yang dilakukan untuk memanaskan air pengisi boiler. Ekonomiser dimaksudkan untuk memanfaatkan panas stack gas untuk memanaskan air pengisi boiler, cara ini akan menghemat energi. Setiap suhu air pengisi boiler naik 6 C, bahan bakar boiler hemat 1 %.



Gambar: Daur ulang panas – ekonomiser (preheat air pengisi boiler)



Kwalitas dan Potensi Pemanfaatan Panas Buangan Sumber dan besaran energi buangan yang tersedia adalah menentukan kwalitasnya dan kemungkinan pemanfaatannya. Pertimbangan untuk mengetahui kwalitas suatu sumber daur ulang panas antara lain adalah . o Panas dari flue gas, semakin tinggi suhunya semakin besar nilai potensi pemanfaatannya (kwalitas tiggi). o Panas dari vapor streams, seperti pada flue gas, namum jika dikondensasikan laten heat juga dapat dimanfaatkan. 37



o Panas buangan (heat losses) dari cooling water low grade – bermanfaat jika panas ditransfer misalnya ke incoming fresh water melalui penukar panas. o Panas buangan pada kondenser sistem mesin pendingin chilled water atau dalam disposal chilled water. o Panas dalam gaseous & liquid effluents leaving process. Kwalitas rendah jika heavily contaminated & memerlukan peralatan penukar panas khusus/alloy heat exchanger. Jumlah energi panas yang potensil dimanfaatkan dapat dihitung dengan formula sebagai berikut : Q = V x  x Cp x ΔT Dengan : Q adalah energi panas dalam kcal, V adalah laju alir material (gas) m3/hr,  adalah densitas flue gas in kg/m3,



Cp adalah specific heat material (gas) dalam kCal/kg oC, ΔT adalah beda temperatur dalam oC. Sumber Dan Kwalitas Energi Buangan Berbagai sumber panas buangan -high temperature range *) ditunjukkan dalam tabel berikut.



*)Sumber : Thermal Energy Equipment: Waste Heat Recovery. Energy Efficiency Guide for Industry in Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 14



Berbagai sumber panas buangan - medium temperature range *) ditunjukkan dalam tabel berikut.



Berbagai Sumber Panas Buangan - Low Temperature Range *)



38



Teknologi Daur Ulang Panas. Secara umum teknologi daur ulang panas yang banyak digunakan adalah seperti ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar : Teknologi daur ulang panas



Waste Heat Boiler (WHB) Energi panas pada gas buang dapat dimanfaatkan dengan cara memasang waste heat boiler (WHB) untuk menghasilkan uap. Jenis WHB disesuaikan dengan banyaknya energi tersedia pada gas buang serta jumlah kebutuhan uap yang diperlukan. Contoh aplikasi WHR genset ditunjukkan sebagai berikut



Gambar : WHB Diesel Generator



39



Energi buang yang terbuang melaui genset besarnya tergantung pada jenis mesin, beban genset dan suhu gas buang. Untuk genset mesin dua langkah jumlah gas buang lebih banyak sekitar 10 % dibandingkan dengan mesin empat langkah. Gas buang mesin dua langkah berkisar pada 8.3 kg/kWjam, sedangkan mesin empat langkah sekitar 7.6 kg/kWjam. Sebaliknya suhu gas buang mesin empat langkah lebih tinggi kira-kira 75 C. Suhu gas buang mesin empat langkah: 300 - 400 C, sedangkan mesin dua langkah: 240285 C. Daur ulang panas yang sesuai untuk menghasilkan uap dengan kapasitas produksi 500-2000 kg/jam adalah WHB jenis pipa asap, sedangkan untuk kapasitas (produksi uap) lebih besar 1500 -2000 kg/jam atau lebih WHB yang cocok digunakan adalah jenis pipa air. Panas yang dapat direcover sebagai steam atau air panas dari sejumlah gas panas buangan (ton/jam) dengan temperatur akhir gas ke sink (gas buang keluar WHB) sebesar 170 C ditunjukkan dalam grafik berikut



Gambar : Potensi Pemanfaatan Panas Melalui Waste Heat Boiler (WHB)



Plate Heat Exchanger Type heat exchanger ini cocok untuk low pressure fluid. Heat exchanger ini terdiri dari plat perpindahan panas multiple layer. Tipe ini dapat memanaskan air hingga (40-50) C dari sumber gas buang dengan suhu rendah sekitar (50-60) C.Karakteristik heat exchanger ini cocok diaplikasikan untuk memanfaatkan energi buangan dengan suhu rendah. Gambar heat exchanger jenis plate ditunjukkan sebagai berikut.



Gambar : Plate Heat Exchanger Rekuperator Keramik Pada rekuperator perpindahan panas terjadi antara gas buang dan udara pembakaran melalui dinding logam atau ceramic. Dalam hal ini ada dua ducks atau tubes saluran gas, satu sisi ducks dilalui udara untuk dipreheated, dan sisi lain untuk saluran gas buang. Aliran



40



gas buang dan udara preheatet dibuat saling bergantian pada periode tertentu, dengan demikian perpindahan panas dari gas buang ke udara pembakaran melalui dinding logam atau ceramic recuperator dapat berlangsung efektif. Untuk aplikasi suhu tinggi s/d 1300 OC, udara dapat dipanaskan s/d 850OC. Recuperator keramik ini umumnya memerlukan biaya investasi tinggi. Konstruksi rekuperator ditunjukkan seperti gambar berikut.



Gambar : Recuperator keramik



Recu-burner Recu-burner adalah jenis heat recovery unit yang cocok untuk mengendalikan air fuel ratio dan sekaligus mendaur ulang panas buangan stack gas pada industri yaitu pada heater, boiler maupun furnnace. Tipe baru dan efisien energi (new type of energy-efficient gas burner) saat ini sudah tersedia di pasaran. Jenis burner ini merupakan kombinasi antara burner, recoperator, exhaust eductor, air fuel ratio controller, ignition device dan savety device dalam satu unit yang mudah dioperasikan.



Gambar : Recu-burner



Rotary regenerative air preheater



Rotary regenerative air preaheater adalah jenis preheater yang banyak digunakan saat ini. Preheater ini terdiri atas dua komponen utama yaitu rotor dan housing. Rotor terdiri dari penukar panas yang terbuat dari corrugated thin metal plates. Housing adalah dimaksudkan untuk memisahkan udara pembakaran dingin dengan gas buang yang panas.



Gambar : Rotary regenerative air preheater



41



Jenis preheter rotary regenerative air preheater ini disainnya kompak dan efisiensinya dapat mencapai 75 %. Tipe heat exchanger berputar seperti ini mengambil panas dari gas buang dan digunakan untuk memanasi udara pembakaran. Aplikasi heat exchanger berputar tersebut adalah untuk temperatur rendah-medium (30-250) C. Heat recovery rate yang tinggi dari heat exchanger berputar ini dapat mengurangi konsumsi bahan bakar secara significant. Dengan asumsi bahwa bahan bakar mengandung sulfur tidak lebih dari 1 %, dan dewpoint untuk SO3 adalah 270 F, maka suhu gas buang yang dapat diturunkan adalah sekitar 300 F (148C).



Gambar : Aplikasi rotary preheater



Absorption chillers. Absorption chillers adalah satu teknologi daur ulang panas untuk keperluan proses pendinginan. Dalam hal ini panas digunakan sebagai pengganti tenaga mekanik pada sistem mesin pendingin (AC). Fungsi kompressor mekanik (mechanical vapor compressor) digantikan oleh kompressor termal yang terdiri atas absorber, generator, pump, dan throttling device (lihat gambar berikut).



Gambar: Blok diagram komponen utama sistem refrigrasi absorpsi



42



Gambar berikut adalah blok diagram dan flow chart untuk lithium bromide-water absorption refrigerator. Dalam hal ini air (water) adalah refrigrant (R-718) dan lithium bromida adalah absorber. Sistem ini dikenal dengan tow shell arragement of components.Generotor dienergized dengan steam, tekanan dan suhu dalam hal ini hanyalah approximate. Kelemahan sistem absorbsi antara lain kinerja (COP) relatif rendah dibandingkan sistem kompressi. Namun sistem absorsi ini memiliki biaya operasi rendah karena sistem tersebut digerakkan panas buangan grade rendah (low-grade waste heat).



Gambar : Blok Diagram Li Br Absorption Chiller Kapasitas Besar



Absorption chillers tersedia secara commersial. Low-pressure, steam-driven absorption chillers saat ini tersedia dengan kapasitas berkisar antara 100 hingga 1,500 tons. Absorption chillers tersedia secara commersial dengan designs: single-effect dan double-effect. Singleeffect absorption machine berarti semua energi panas condensasi berlangsung semuanya di condenser dan dilepaskan pada cooling water. Double-effect machine menerapkan kondensasi dengan efisiensi panas lebih tinggi dan generator dibagi menjadi generator temperatur tinggi dan generator temperatur rendah. Single-effect mempunyai COP termal 0.7 dan memerlukan sekitar 18 lbs (8 kg) uap dengan tekanan 15 psig (1.05 kg/cm2) per ton-hour efek pendinginan (cooling). Double-effect sekitar 40% lebih efisien, namun butuh input dengan grade of thermal lebih tinggi yaitu membutuhkan sekitar 10 lbs uap dengan tekanan sekitar 100- 150 psig (0.7 – 10.5 kg/cm2) per ton-hour efek pendinginan.



3.2 Inovasi Teknologi Konversi Energi Teknologi sistem konversi energi adalah rangkaian peralatan yang mengubah energi dari suatu bentuk ke bentuk energi lainnya. Sistem ini diperlukan untuk memanfaatkan kandungan energi secara efektif dengan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat



43



dimanfaatkan sesuai dengan tujuan. Misalnya, energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar diubah menjadi bentuk energi panas dalam ruang bakar dan energi panas ini oleh boiler dimanfaatkan kembali untuk memproduksi uap, uap digunakan menggerakkan turbin, turbin menggerakkan generator, generator menghasilkan listrik dan listrik danfaatkan untuk berbagai keperluan di konsumen (cahaya, panas, pendingin,dll).



Gambar : Konversi energi Siklus Panas Dan Tenaga. Sistem energi merupakan serangkaian proses-proses individu yang membentuk siklus tertutup atau terbuka. Pada siklus tertutup fluida kerja tetap berada di dalam sistem tertutup, interface dengan sekeliling terletak pada boundry dimana panas atau kerja dipindahkan. Misalnya pada lemari es konvensional, pembangkit listrik yang menggunakan sistem uap konvensional dimana fluida kerja tetap berada di dalam sistem. Pada sistem terbuka, fluida kerjanya adalah udara sekitar yang menutup siklus tersebut, misalnya pada mesin jet pesawat terbang dimana udara ditarik menuju mesin untuk mengalami proses pembakaran untuk bisa menghasilkan kerja dan selanjutnya dibuang kembali ke udara. Ada pula sistem yang menggabungkan siklus tertutup dan siklus terbuka dengan berbagai cara dengan maksud untuk menghasilkan kerja secara lebih ekonomis. Sistem siklus yang lain adalah cogenerasi tenaga/listrik dan panas untuk keperluan proses pada sistem yang sama. Siklus Carnot. Siklus Carnot seperti ditunjukkan dalam gambar berikut merupakan siklus paling efisien antara dua temperatur yang berbeda. Prosesnya adalah : 1-2 Proses isotermal, dimana panas masuk ke dalam sistem pada temperatur konstan 2-3. Proses isentropik, dimana proses berlangsung pada entropi konstan, dan temperatur turun karena ada kerja yang ditandai denga perubahan internal energi. 3-4 Proses isotermal, dimana panas mengalir dari sistem pada temperatur konstan. 4-1 Proses isentropik, proses berlangsung pada entropi konstan, temperatur naik karena kompressi menaikkan internal energi. Efisiensi siklus Carnot adalah :



Carnot



= (QA – QR)/ QA = (T1- T2) / T1



= 1 – T2 / T1



T1 : adalah temperatur tinggi pada titik 1dimana energi panas berasal. T2 : adalah temperatur rendah pada titik 2 dimana energi panas dibuang QA : adalah panas yang ditambahkan pada T1 QR : adalah panas yang dibuang pada T2.



44



Siklus Carnot :



Gambar : Siklus Carnot Ideal



Mesin Konversi Energi 1. Turbin Turbin adalah perangkat yang mengubah energi mekanis yang terdapat di dalam fluida menjadi energi mekanis rotational yang selanjutnya digunakan untuk berbagai keperluan antara lain menggerakkan generator untuk menghasikan tenaga listrik. Ada beberapa jenis turbin yang dikenal antara lain turbin uap, turbin gas, turbin air dan turbin angin.  Turbin Uap. Dari sisi termodinamika turbin uap dapat digolongkan berdasarkan tekanan uap bekasnya seperti: o Turbin nonkondensasi (back pressure turbine) o Turbin kondensat (condensing turbine) Pada turbin nonkondensasi tekanan uap bekas sama dengan atau diatas atmosfer dan sistem ini dapat beroperasi dengan atau tanpa kondensor. Sedangkan turbin kondensasi, uap bekas dikondensasikan pada kondenser dengan tekanan vacum guna meningkatkan efisiensi.



Gambar : Blok diagram Turbin nonkondensasi (back pressure turbine)



45



Gambar : Turbin uap kapasitas besar Jenis turbin uap yang banyak digunakan adalah turbin kondensasi, yaitu uap keluar turbin dikondensasi langsung pada kondenser dengan tekanan vakum. Turbin uap kondensasi yang banyak dikenal adalah dalam system pembangkit yaitu : 1. Siklus Kondensing Sederhana 2. Siklus kondensing-superheat-regenerative 3. Siklus kondensing-superheat-reheat-regenerative PLTU siklus Kondensing Sederhana yaitu PLTU dimana uap keluar Boiler adalah jenuh (saturated) dan air pengisi Boiler tanpa dilengkapi pemanasan mula (regenerative). Siklus jenis ini jarang digunakan sebagai pembangkit komersial, tetapi banyak digunakan untuk laboratorium ketenagalistrikan.



Gambar : PLTU Siklus kondensing sederhana Jika sistem PLTU tersebut bekerja dengan tekanan inlet 10 bar saturated steam, 0.05 bar 0.9 dry pada outlet turbin, dan efisiensi boiler 80 %, efisiensi mekanikal turbin uap 95 %, efisiensi generator 97 %, maka efisiensi termal (Eff termal) = (h2-h3) / ((h2 – h1) = 17.3 %, dan Plant efisiensi = E term x Eff mech x Eff gen = 15.9 %.



46



Siklus Kondensing- Superheat Untuk contoh sama dengan kasus di atas jika menggunakan superheted steam masuk turbin 300 C, dan dryness uap pada outlet turbin naik dari 0.9 menjadi 95 %, maka efisiensi ttermal turbin naik menjadi = 21 %, dan effisiensi plant menjadi 19.4 %.



Gambar: Siklus Kondensing - Superheat



Siklus Kondensing- Superheat-Regenerative. Turbin jenis ini banyak ditemukan pada PLTU dimana uap keluar ketel adalah uap kering (superheated) dan air pengisi sebelum masuk Ketel dipanasi lebih dahulu oleh uap extraksi turbin. Pemanasan air pengisi menggunakan Feedwater Heater Tekanan Tinggi (setelah BFP) dan Feedwater Heater Tekanan Rendah (sebelum BFP). Kapasitas maximum PLTU siklus ini umumnya berkisar 100 MW. Siklus ini lebih efisien jika uap keluar boiler superheat dan diekstrak memanasi air pengisi. Gambar dibawah ini adalah contoh PLTU siklus condensing-superheat-regenerative. Pada kenyataannya jumlah Feedwater Heater bisa mencapai 5 buah termasuk 1 buah Deaerator, yaitu Feedwater Heater jenis contact (extraksi uap dan air pengisi bercampur, dipasang tepat sebelum BFP).



Gambar : PLTU Siklus Kondensing - Superheat-Reheat-Regenerative.



47



PLTU Siklus Kondensing – Superheat Regenerative PLTU dimana uap dari boiler (superheat) dimasukan ke Turbin Tekanan Tinggi (HP Turbine) dan langsung ke Turbin Tekanan Menengah (IP turbine) disebut dengan siklus Kondensing -Superheat-Reheat-Regenerative. Uap tersebut kemudian dipanasi ulang di Reheater hingga mencapai temperatur semula, kemudian dimasukan ke Turbin Tekanan Rendah (LP Turbine). Gambar dibawah ini adalah adalah contoh PLTU siklus Kondensing Superheat Reheat Regenerative yang disederhanakan. Jumlah Feedwater Heater pada kenyataannya adalah banyak-bisa mencapai 12 buah termasuk Dearator. PLTU siklus ini umumnya berkapasitas diatas 100 MW dan mempunyai efisiensi termal lebih tinggi daripada jenis siklus PLTU lainnya.



Gambar : PLTU Siklus Kondensing-Superheat- Reheat Regenerative



 Turbin Gas Turbin gas adalah adalah salah satu perangkat konversi energi yang merubah energi mekanik fluida gas hasil pembakaran menjadi energi gerak yang digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Mesin pembangkit ini banyak digunakan pada pembangkit listrik khususnya pada waktu beban puncak. Proses kerja turbin gas adalah sebagai berikut. Udara pembakar (1) ditekan oleh Kompresor masuk ke Combustion Chamber (2). Bahan bakar disemprotkan disini dan terjadilah pembakaran bahan bakar. Gas hasil pembakaran keluar dari Combustion Chamber (3) masuk ke group nozzle di turbin mengakibatkan kecepatannya naik lalu diarahkan memutar sudu-sudu turbin. Terjadilah daya turbin (3 – 4) yang dibagi sebagian untuk memutar kompresor dan sebagian lagi untuk memutar generator.



Gambar : Siklus PLTG (Brayton Cycle)



48



Gambar : Siklus PLTG dan T-S Diagram



Gambar : Turbin gas pembangkit listrik kapasitas besar



 Mesin Diesel Cara kerja mesin diesel dapat ditunjukkan pada gambar siklus kerja diagram PV (pressurevolume) mesin diesel ideal.



Gambar : Mesin diesel



49



Gambar : Siklus PV Diagram mesin Diesel



Cara Kerja Mesin Diesel: Gambar di atas adalah skematik fisik mesin diesel generator. Sebagaimana ditunjukkan pada diagram siklus kerja mesin diesel di atas, langkah pertama dalam siklus kerja tersebut adalah kompressor menekan udara pembakaran masuk ke dalam saluran ruang bakar.



Gambar : Skema & Fisik Mesin Diesel Sebelum udara masuk ke dalam ruang bakar mesin, udara tersebut didinginkan oleh cooler dan setelah dingin diteruskan masuk ke dalam silinder melalui manifold. Udara di dalam silinder ditekan dengan gerakan piston ke atas dan seterusnya bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Di ruang pembakaran proses pembakaran terjadi menjadikan tekanan gas pembakaran naik secara mendadak. Tekanan gas tersebut mendorong piston kembali bergerak ke bawah dan menggerakkan crank shaft. Selanjutnya piston kembali berkerak ke atas mendorong gas buang ke luar dan pada saat ini gas buang memutar turbin untuk menggerakkan kompressor. Kompressor menekan udara pembakaran dan proses kembali ke posisi semula. Ruang bakar. Ruang bakar ialah komponen peralatan yang memproses pembakaran dari bahan bakar yang diinputkan. Parameter operasi yang mempengaruhi proses pembakaran bahan bakar



50



adalah turunnya tekanan pembakaran dan temperatur pembakaran. Untuk mengatasinya dapat diupayakan :  Mengembalikan kompression ratio pada angka desainnya dengan cara memeriksa dan melakukan perbaikan kebocoran pada katup-katup masuk dan katup keluar.  Memeriksa dan memperbaiki turbocharger agar tekanan udara pembakar sesuai dengan desainnya.  Melakukan setting ulang pada timing pembakaran.  Memeriksa dan memperbaiki pompa bahan bakar dan injector agar tekanan bahan bakar sesuai dengan desainnya. Ketiga parameter di atas harus sesuai dengan ketentuan mesin yang bersangkutan, yaitu dengan menyetel kembali dan mengganti komponen jika ada yang rusak. Sistem pemasukan udara pembakar. Sistem pemasukan udara pembakar meliputi filter udara dan turbocharger. Parameter operasi yang mempengaruhi adalah tekanan udara masuk ruang bakar (keluar turbocharger) turun. Upaya untuk mengatasi turunya tekanan udara masuk ruang pembakaran adalah memeriksa dan memperbaiki turbocharger, membersihkan atau mengganti filter udara pembakar Sistem pendingin udara pembakar. Sistem pendinginan udara pembakar mesin diesel disebut intercooler. Alat ini berfungsi mendinginkan udara pembakaran sebelum dimasukan ke ruang bakar. Tujuan mendinginkan udara pembakaran sebelum dimasukkan ke ruang bakar adalah menambah kerapatan udara pembakar agar daya yang dihasilkan mesin bertambah. Parameter operasi yang dipengaruhi sistem pendingin udara adalah: temperatur udara masuk ruang bakar. Upaya untuk mengatasi masalah sistem pendingin udara adalah:  membersihkan dan memperbaiki intercooler (sisi air dan sisi udara)  Menjaga agar air pendingin yang digunakan bersih dan tidak korosif. Sistem air pendingin. Sistem air pendingin yang dimaksud disini ialah sistem pendinginan mesin dengan air dan air yang didinginkan oleh radiator. Parameter operasi yang dapat dipengaruhi sistem air pendingin adalah temperatur jacket water naik. Upaya mengatasinya adalah dengan:  Melakukan pembersihan radiator (sisi air dan sisi udara)  Melakukan pengecekan rutin tekanan air masuk dan keluar mesin  Menggunakan air pendingin yang bersih dan tidak korosif. Cogeneration (Cogen) Cogeneration (Cogen) yang juga dikenal dengan istilah Combined Heat Power (CHP) atau Total Energy (T/E) adalah cara membangkitkan dua jenis energi yang bermanfaat secara serentak dari satu sumber energi primer di industri maupun pusat pembangkit daya. Kedua jenis energi bermanfaat dimaksud dapat berupa listrik atau termal (misalnya uap), atau tenaga mekanik dan energi termal. Dengan menggunakan cogenersi maka kebutuhan listrik



51



dan energi panas untuk kebutuhan proses di industri dapat dipenuhi dengan cara yang lebih efisien. Dengan teknologi cogenerasi dimana listrik dan panas dibangkitkan secara simultan, maka efisiensi energi keseluruhan industri akan meningkat. Contoh pembangkit termal dan listrik terpisah, serta pembangkit listrik dan termal dengan sistem cogenerasi di industri masing-masing ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar : Sistem Pembangkit Terpisah Pembangkit termal dan listrik dengan sistem cogenerasi ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar : Sistem Cogenerasi Mengapa Cogenerasi Perlu. Secara definisi efisiensi energi diartikan sebagai perbandingan output (keluaran) dengan input energi yang digunakan. Efisiensi = Output/Input. Efisiensi energi dapat juga dihitung dengan cara tidak langsung yaitu dengan terlebih dahulu menghitung rugi-rugi energi yang terjadi dalam persen energi input. Efisiensi = (Input – Rugi-rugi) / Input = 100 - Σ Rugi-rugi % input.



52



Dari pengertian efisiensi di atas, maka meningkatkan efisiensi energi dapat dilakukan dengan cara menambah output dengan input energi tetap, mengurangi rugi-rugi energi dengan output tetap. Mengurangi rugi-rugi energi dapat dilakukan dengan cara memanfaatkan kembali energi terbuang (waste heat recovery - WHR) dan dengan teknologi cogenerasi. Cogen adalah teknologi efisien energi bermanfaat untuk mengurangi konsumsi energi primer. Penggunaan teknologi cogenerasi akan meningkatkan efisiensi energi dan mengurangi biaya energi dengan jumlah maupun mutu dari dua bentuk energi yang dibangkitkan dapat dipenuhi sesuai keperluan proses dan utilitas industri. Dengan manfaat sebagaimana diuraikan menyebabkan cogenenerasi akhir-akhir ini banyak dimanfaatkan dan industri yang menerapkan akan memperoleh manfaat dari peningkatan efisiensi pemanfaatan energinya akibat dari sistem cogen tersebut. Saat harga energi semakin mahal dan persaingan usaha semakin ketat maka menerapkan teknologi cogen adalah salah satu solusinya. Teknologi cogen cocok digunakan untuk industri yang memerlukan dua jenis energi sacara bersamaan yaitu energi listrik dan energi termal (panas/uap) misalnya pada industri kertas, plywood dan tekstil. Selama ini kebutuhan akan kedua jenis energi tersebut dilakukan dengan membangkitkannya secara terpisah. Uap dibangkitkan di boiler dengan membakar bahan bakar, sedangkan listrik diperoleh dari jaringan PLN atau dibangkitkan sendiri dengan menggunakan genset. Konfigurasi pembangkitan secara terpisah ini belum menghasilkan efisiensi pemanfaatan energi maksimum. Padahal jika kebutuhan listrik dan energi panas untuk proses industri dipenuhi dengan teknologi cogenerasi (cogen), maka efisien energi keseluruhan akan meningkat mencapai 80 % (lihat contoh gambar berikut).



Gambar : Gogen (KPD).



Gambar : Konvensional (Biasa).



Contoh 1. Jika diperhatikan contoh gambar di atas yang menunjukkan perbandingan unjuk kerja dari suatu sistem pembangkit bukan konvensional/biasa (pembangkit daya dan pembangkit panas/uap berdiri sendiri/stand alone) dan cogen atau pembangkit KPD. Andaikaan energi listrik dan termal yang dibutuhkan adalah sama masing-masing 30 dan 50, maka dengan cara (1) sistem pembangkit gogen (KPD) energi input yang diperlukan adalah 100 unit satuan, dan panas yang terbuang dengan KPD adalah hanya 20 satuan. Bandingkan dengan cara (2) sistem konvensional biasa bukan KPD akan menghasilkan sama sama 30



53



satuan listrik, 50 satuan panas yang dapat dipakai tetapi membutuhkan energi input sebesar 142 unit satuan dan 62 satuan panas yang terbuang. Dengan perkataan lain, suatu pembangkit dengan sistem konvensional memerlukan energi 42 unit satuan lebih besar dibandingkan dengan sistem cogen untuk menghasilkan energi bermanfaat yang sama sebesar 50 unit satuan untuk energi termal dan 30 unit satuan untuk energi listrik.



Tabel : Manfaat suatu Sistem Pembangkit KPD dan bukan KPD Kondisi



Input Energi



Listrik



Panas Terpakai



Terbuang



KPD



200



56



104



40



Bukan KPD



200



35



80



85



+ 21



+ 24



- 45



Manfaat KPD vs Bukan KPD



KPD merupakan pilihan alternatif yang dapat diaplikasikan di sektor industri untuk menambah keandalan supply energi. Selain itu panas buang yang berasal dari suatu pembangkit dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan tambahan catu daya, panas dan uap. Tambahan daya dan panas ini dapat dimanfaatkan untuk keperluan proses industri. Dengan demikian baik efisiensi keseluruhan sistem pembangkit maupun penggunaan bahan bakar dapat ditingkatkan. Dengan lain kata biaya untuk energi dapat dikurangi. Contoh praktis penerapan sistem cogen dapat dilihat pada uraian berikut. Contoh 3. Suatu perusahaan industri membutuhkan energi bermanfaat total sebesar 11.7 MW, 10.75 ton/jam uap tekanan rendah dan 4.7 MW daya listrik. Energi primer yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan tersebut dengan cara konvensional (pembangkitan terpisah) adalah 21.7 MW. Jika menggunakan sistem pembangkitan dengan teknologi cogen, maka untuk menghasilkan energi bermanfaat yang sama (11.7 MW) hanya memerlukan energi primer sebesar 15.9 MW. Tabel berikut memperlihatkan sistem konvensional mensupply kebutuhan energi perusahaan. Tabel : Supply energi Sistem Konvensional. Energi



Kebutuhan Energi



Energi Bermanfaat (MW)



Input Energi (MW)



Efisiensi Sistem (%)



 Termal



10.75 ton/Jam Uap.



7



8.2



85



 Listrik



4.7 MW



4.7



13.5



35



11.7



21.7



54



Total



-



Sistem Konvensional :



54



Pada sistem konvensional energi listrik dipasok dari jaringan PLN dengan efisiensi sistem sekitar 35 % termasuk transmissi dan distribusi. Uap dihasilkan dengan boiler sendiri dengan efisiensi termal sekitar 85 %. Total efisiensi sistem konvensional adalah 54 %.



Gambar : Sistem Biasa - Konvensional



Sistem Cogenerasi. Pada sistem cogenerasi dimana daya listrik diproduksi sendiri dengan menggunakan turbin generator berbahan bakar gas bumi. Gas buang dari turbin dimanfaatkan dengan waste heat recovery boiler untuk memproduksi uap tekanan rendah. Uap tekanan rendah dari waste heat recovery boiler dimanfaatkan ke proses dan jaringan uap di perusahaan. Dengan demikian efisiensi keseluruhan sistem cogen lebih tinggi dibandingkan sistem konvensional yaitu mencapai 74 %.



Gambar : Sistem Cogen Dari contoh di atas tampak bahwa sejumlah energi primer dapat dihemat dengan menggunakan sistem cogen pada industri atau fasilitas lain yang membutuhkan energi termal dan listrik secara bersamaan. Jenis Sistem Cogen



55



Secara teknis terdapat 2 jenis sistem cogen berdasarkan prioritas produk (listrik atau energi thermal) yang dipakai sebagai produk utama. Kedua jenis cogen dimaksud adalah Topping Cycle dan Bottoming Cycle akan dibahas berikut ini. Topping Cycle Pada sistem ini, listrik merupakan produk utama (pada puncak dari siklus) sedangkan energi thermal adalah hasil sampingan yang pada umumnya berbentuk uap dengan tekanan dan temperatur rendah. Aplikasi dari panas dengan suhu rendah atau uap ini antara lain: untuk pemanasan, pendinginan, pengeringan, distilasi di dalam industri seperti industri makanan, kertas dan pulp, penyulingan minyak dan tekstil. Contoh dari topping cycle misalnya adalah pembangkit listrik turbin gas, mesin diesel dan turbin uap. Bottoming Cycle Pada cycle ini yang pertama dilakukan adalah bahan bakar dibakar untuk melayani kebutuhan energi termal di proses, buangan energi dari proses dimanfaatkan untuk menghasilkan daya listrik atau tenaga mekanik. Dalam cycle ini utilisasi energi termal adalah yang menjadi prioritas utama misalnya (suhu tinggi atau tekanan tinggi) seperti pada furnace dan kiln, kemudian pemanfaatan panas buang dari proses ini dimanfaatkan dengan berbagai cara untuk menghasilkan listrik. Contoh dari sistem cogenerasi siklus bottoming ini dapat ditemui di industri gelas, semen, baja dan industtri kimia. Misalnya : - Uap dibangkitkan oleh waste heat recovery boiler (WHRB) pada furnace untuk selanjutnya digunakan membangkitkan listrik dengan menggunakan turbin uap. - Organic Rankine cycle yang menggunakan suatu fluida organik kerja yang mudah mendidih pada temperatur dan tekanan rendah untuk menggerakkan turbin. Konfigurasi Sistem Cogen Ada enam (6) konfigurasi dari sistem cogen yang umum dijumpai di industri, masing-masing konfigurasi dapat dipakai untuk aplikasi spesifik tergantung dari end user nya. Ke enam konfigurasi tersebut dapat dilihat pada gambar berikut. a. Gas turbine topping cycle b. Reciprocating (diesel) topping cycle c. Steam bottiming cycle d. Combined cyle e. Steam bottoming cycle f. Organic bottoming cycle Ke empat pertama gambar (a – d) dari konfigurasi di atas termasuk jenis topping cycle, sedang gambar kedua terakhir (e dan f) adalah jenis bottoming cycle. Seperti disebutkan sebelumnya bahwa topping cycle lebih banyak dipakai di industri, pemilihan dari konfigurasi-konfigurasi ini didasarkan atas ratio antara panas dan daya (heat to power ratio) dari penggerak mula yang dipakai, serta jenis industri maupun utility yang tersedia. Untuk lebih jelasnya perhatikan berbagai macam konfigurasi system KPD sebagaimana gambar berikut : Keterangan gambar : A : Cerobong B : Waste heat Boiler C : Uap untuk proses



56



D : Feed water E : Generator F : Daya listrik G : Tungku, incinerator atau Boiler H : Sumber panas dengan temperatur sedang atau rendah.



Gambar : a) Gas Turbin Topping Cycle



Gambar : b) Diesel Topping Cycle



Gambar : c) Steam Topping Cycle



57



Gambar : d) Combined Cycle



Gambar : e) Steam Bottoming Cycle



Gambar : f) Organic Bottoming Cycle



58



Gambar a) di atas menunjukkan suatu cycle sederhana yang terdiri dari turbin gas dan WHRB (Waste Heat recovery Boiler) dimana gas buang dari suatu turbin gas dimanfaatkan kembali oleh WHRB. Untuk ukuran turbin gas yang kecil, gas buang mempunyai suhu sekitar (860-900oF) atau sekitar (460o - 482oC) dimanfaatkan energi panasnya hingga suhunya turun hingga sekitar 300oF (148,8oC). Temperatur tersebut merupakan besaran suhu minimum yang direkomendasikan untuk gas buang dari WHRB, hal ini dimaksudkan untuk mencegah kondensasi kelembaban yang akan berakibat terjadinya korosi. Panas buang tersebut dapat berasal dari panas langsung, uap tekanan tinggi dan rendah atau air panas. Daya listrik yang dibangkitkan dengan konfigurasi ini relatif lebih besar dari pada energi panas/uap. Oleh karenanya cycle ini cocok untuk instalasi di mana kebutuhan listrik besar sedangkan kebutuhan panas relatif sedikit. a.



Reciprocating topping cycle (Diesel – WHRB)



Lihat gambar b) di atas. Cycle ini sebenarnya serupa dengan gas turbine cycle gambar a) kecuali bahwa reciprocating engine yang dimaksud adalah mesin diesel yang dipakai untuk memutar generator listrik, sedang energi panas dibangkitkan dari gas buang mesin diesel dengan menggunakan WHRB. Daur ulang panas buangan mesin diesel dapat diperoleh langsung dari gas buang maupun dari air pendingin mesin dan dimanfaatkan untuk keperluan pemanasan di proses. Pemanfaatan panas buangan dapat juga dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan terlebih dahulu menghasilkan air panas dan uap bertekanan rendah di WHRB, uap atau air panas ini selanjutnya dimanfaatkan untuk keperluan energi panas di proses industri. Cycle ini memiliki ratio antara daya dan panas yang tertinggi dibandingkan dengan konfigurasi lainnya. Namun uap yang dihasilkan dari cycle ini bertekanan lebih rendah dari pada cycle lainnya. Kelemahan cycle ini adalah ukurannya lebih rendah dari pada ukuran efektif yang minimum dalam memenuhi kebutuhan daya dan panas yang relatif kecil. b.



Steam topping cycle (Boiler – turbin uap)



Jenis ini merupakan kombinasi panas dan daya dari boiler – turbin uap sebagaimana ditunjukan pada gambar c). Sistem ini terdiri dari pembangkit uap atau boiler yang dirancang untuk membangkitkan superheated uap bertekanan tinggi secara efisien, sedangkan backpressure turbine atau extration turbine untuk membangkitkan daya poros. Dalam cycle ini ada dua (2) variasi yang tergantung dari jenis turbine yang digunakan yaitu: back-pressure steam turbine dan extraction steam turbine. Back–pressure steam turbine, dipakai bila output uap/panas jumlanya relatif besar dibandingkan dengan daya listrik. Untuk penyederhanaan cycle dalam hal ini tidak diperlukan suatu condenser. Extraction steam turbine, dipakai dalam hal daya listrik yang dibangkitkan relatif lebih besar dari pada output uap. Dasar pemilihan antara back pressure dan extraction condensing turbin sangat tergantung pada jumlah daya listrik dan panas, serta kwalitas panas yang diperlukan. Extraction condensing turbine juga cocok jika level suhu dan panas yang diperlukan di proses lebih dari satu.



59



Konfigurasi steam topping cycle ini memiliki ratio antara listrik – panas terendah dibandingkan dengan konfigurasi yang lain. Oleh karena itu cycle ini cocok untuk aplikasi dimana kebutuhan panas/uap sangat besar. Kelemahan dari cycle ini hanyalah pada biaya investasi yang diperlukan cukup mahal dan kurang menguntungkan jika kapasitasnya kurang dari 1 MW. Konfigurasi KPD dengan sistem ini dikenal sebagai sistem yang fleksibel dalam hal bahan bakar seperti batubara, gas alam, minyak dan limbah-limbah padat biomassa dapat digunakan. c.



Combined cycle (Turbin gas – WHRB – Turbin uap)



Konfigurasi jenis cogen ini dapat dianggap sebagai salah satu variasi dari gas turbine topping cycle gambar a). Di dalam suatu industri bilamana kebutuhan listrik jauh lebih besar dari kebutuhan panas, maka penggunaan turbin gas untuk membangkitkan daya listrik pada topping cycle dapat diterapkan. Panas buang yang relatif tinggi dapat dipulihkan dalam suatu WHRB untuk membangkitkan uap bertekanan tinggi, yang kemudian dimanfaatkan oleh turbin uap untuk menambah pembangkitan daya listrik yakin dengan mengkombinasikan turbin gas/turbin uap, yang umum di kenal sebagai combined cycle gambar d). Sebagai contoh turbin gas yang besar (di atas 10 MW) memiliki efisiensi thermal kira-kira 30 %. Bila dengan pemulihan panas buang dan penggunaan turbin condensing yang menghasilkan uap pada tekanan sangat rendah (1-2 psia), maka efisiensi thermal akan meningkat mendekati 50% sehingga efisiensi total kira-kira 45% dapat tercapai. d. Steam bottoming cycle (Sumber panas – WHRB – Turbin uap) Konfigurasi terdiri dari kombinasi sumber panas dari misalnya tungku/incinerator/ boiler dengan WHRB dan turbin uap.gambar e). Di sini pemulihan panas awal diperoleh dari panas buangan dari tungku atau incinerator ataupun boiler, yang selanjutnya digunakan WHRB untuk penyediaan uap bagi turbin uap. Hanya daya yang dibangkitkan. Keuntungan dari sistem ini adalah dapat memanfaatkan panas yang terbuang dari suatu tungku/incinerator (tempat pembakaran sampah) ataupun gas buang dari suatu boiler untuk menghasilkan daya tanpa menimbulkan polusi udara pada lokasi tersebut. e. Organic bottoming cycle (sumber panas – boiler – turbin organik) Salah satu alternatif dalam memanfaatkan panas buang dengan suhu yang rendah sekitar (140-450o F atau (60 - 232oC) untuk membangkitkan daya. Sistem ini melibatkan pemakaian suatu fluida organik di dalam Rankine cycle. Pemilihan fluida organik yang sesuai dapat mempertinggi efisiensi konversi energi. Dalam cycle ini, fluida kerja organik diuapkan dan disuperheated di bagian keluaran daur ulang panas buang. Fluida yang telah disuperheated diekspansikan pada suatu turbin untuk membangkitkan daya, dan akhirnya fluida dikondensasikan di dalam kondenser yang berisikan air. Selanjutnya fluida yang telah terkondensasi tersebut dialirkan kembali ke vapouriser dengan menggunakan pompa dan begitu seterusnya sebagimana tampak pada gambar f). Kelemahan dari cycle ini adalah pada biaya instalasi yang sangat mahal dibandingkan dengan cycle lainnya. Potensi Aplikasi KPD di Industri Potensi aplikasi KPD di sektor industri sangatlah besar. Industri-industri yang memiliki potensi/peluang menerapkan sistem KPD antara lain penyulingan minyak, pupuk dan pestisida, pabrik gula, petrokomia, tekstil, pulp dan kertas, besi dan baja, makanan dan



60



minuman. Dari beberapa industri di atas, industri penyulingan minyak, pupuk dan pestisida, pulp & kertas, dan pabrik gula memiliki potensi yang terbesar. Teknologi cogen menjanjikan untuk diaplikasikan khususnya untuk pelanggan industri sebagaimana dalam tabel berikut : Tabel : Pelanggan Teknologi Cogen Teknologi



Pelanggan



1. Gas turbin



2. Mesin diesel



3. Turbin uap



•



Industri



•



Pembangkit



•



Bangunan komersil



•



Industri



•



Pembangkit



•



Industri



Dari teknologi cogen yang ada, gas turbin adalah yang paling berkembang dan banyak digunakan. Hal ini karena efisiensinya yang semakin meningkat dan harga semakin bersaing. Komponen dasar turbin gas ditunjukkan seperti pada gambar berikut.



Gambar : Komponen Turbin Gas



Performance data turbin gas MS 7001 FA dari GE.Company ditunjukkan sebagaimana tertera pada tabel berikut. Tabel : Performance Data Turbin Gas Point



Suhu (C)



Tekanan (bar)



1



14



1.0



2



366



14.7



3



1288



14.7



4



593



1.0



61



Harga gas turbin bervariasi tergantung ukuran dan manufaktur. Harga FOB gas turbin (tidak termasuk shipment dan instalasi ) untuk keperluan industri ditunjukkan pada grafik berikut.



Gambar : Harga gas turbin Efisiensi gas turbin umumnya dinyatakan dengan “Heat Rate”. Heat rate diartikan sebagai perbandingan antara energi panas yang dibutuhkan untuk menghasilkan satu unit output (kJ/kWh). Heat rate gas turbin berkisar antara : (9000 – 14 000) kJ/kWh. Power Efisiensi gas turbin didefinisikan sebagai berikut : Power Efisiensi = Power Output Turbin (kW) / Fuel Input Gas Turbin (kW). Performance operasi aktual turbin gas tergantung suhu dan tekanan udara ambient (point 1 tabel di atas). Karena kondisi udara berubah-ubah dari hari per hari dan per lokasi, maka kondisi standar (ISO) untuk gas turbin ditentukan pada suhu ambient 15 C, tekanan 1.013 bar (14.7 psia) dan 60 % relatif humidity. ISO power efisiensi turbin gas ditunjukkan sebagaimana gambar berikut.



Gambar : Power Efisiensi Turbin gas



Jika suhu ambient semakin tinggi, maka output turbin akan turun dan jika tekanan ambient semakin tinggi, maka output turbin gas akan meningkat (lihat gambar berikut).



Gambar : Output Daya vs Suhu ambient



62



Heat Recovery Steam Generator (HRSG) HRSG merupakan komponen sistem cogenerasi gas turbin. HRSG didisain untuk menghasilkan uap (air panas) dari flue gas suatu gas turbin untuk keperluan proses. Flue gas dengan suhu 500 – 550 C didinginkan pada HRSG hingga menjadi 150 C dan menghasilkan uap atau air panas.



Gambar : Heat Recovery Steam Generator (HRSG) Rasio antara Heat & power (heat to power ) pada turbin gas umumnya sekitar 2. Untuk meningkatkan heat to power ratio digunakan suplementary firing. Suplementary Firing terdiri dari burner tambahan untuk meningkatkan output energi (heat) seluruh sistem. Dengan suplementary firing, tambahan sedikit bahan bakar dapat meningkatkan produksi uap secara significant sebagaimana tampak pada gambar berikut.



Gambar : Efek Suplementary Firing terhadap produksi Uap HRSG Untuk meningkatkan output daya, maka steam dengan tekanan tinggi dari HRSG diinjeksikan ke combustion chamber. Dengan injeksi steam, maka massa alir ke turbin meningkat, dengan demikian output turbin menjadi naik hingga 15 %. Dengan sistem



Injeksi ini, maka fleksibilitas operasi antar perubahan kebutuhan uap dan daya listrik dimungkinkan.



63



Gambar : Sistem Injeksi pada Cogen untuk Meningkatkan Daya Output. Waste Heat Recovery Mesin Diesel engine Pada mesin pembakaran dalam (diesel) waste heat boiler (WHB) adalah yang umum digunakan untuk mendaur ulang panas buangan untuk dimanfaatkan memproduksi uap atau air panas sehingga efisiensi energi overall meningkat. Panas dari gas buang dan air pendingin mesin diesel direcover dengan menggunakan WHB. Dengan cara ini efisiensi sistem keseluruhan meningkat sebagaimana ditunjukkan dalam neraca energi berikut.



Gambar : Neraca Energi Mesin Diesel



Gas Engine Cogeneration Aplikasi gas engine cogeneration ini cocok untuk :  Daya atau prosesnya bersifat cyclical atau tidak kontinyu 



Tekanan steam rendah atau medium, atau membutuhkan air panas suhu rendah







Kalor rendah untuk menghasilkan power demand ratio



Keuntungan dengan menggunakan gas engine cogeneration adalah :  Efisiensi daya tinggi untuk berbagai daerah pembebanan



64







Biaya investasi per kW e electrical output relatif rendah







Mampu menggunakan multi-fuel







Emisi gas buang rendah.



Sedangkan kerugian menggunakan gas engine cogeneration adalah:  Low frequency noise – pada level yang tinggi 



Biaya perawatan mahal



Gambar : Gas Engine Cogeneration Prinsip dasar dari penggunaan dan cara kerja gas engine cogeneration adalah seperti ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar : Prinsip Dasar Gas Engine Cogeneration Pemilihan dan Evaluasi Cogen Dalam bab sebelumnya telah diuraikan keuntungan dari aplikasi KPD di industri pada umumnya. Berikut ini akan dibicarakn pemilihan investasi, unit KPD yang tersedia dipasaran, serta langkah-langkah evaluasi suatu proyek KPD untuk industri. Untuk operasi dari sistem cogen akan tergantung pada bagaimana cara atau perlakuan dari suatu pembangkit tersebut dioperasikan, logikanya adalah sistem KPD harus diopersikan secara



65



terus menerus dengan beban penuh. Untuk operasi yang ekonomis dari suatu pembangkit KPD ada beberapa faktor yang saling berkaitan yaitu: (a) Kebutuhan beban thermal dan listrik setempat (b) Harga /tarif bahan bakar fosil dan listrik yang berlaku di tempat. (c) Kebutuhan dari pemakai akhir (end user) (d) Kinerja dari pembangkit KPD (e) Perlakuan/ cara-cara pembangkit itu dioperasikan Parameter Teknik Penting. Dari uraian di atas maka dalam desain dan pemilihan suatu sistem KPD parameter teknik penting yang perlu dipertimbangkan adalah:  Ratio antara panas dan daya.  Efisiensi dari keseluruhan pembangkit.  Perubahan efisiensi pada beban sebagian.  Temperatur panas buang dan kwalitas panas.  “ Turndown limit”  Jenis dari bahan bakar yang dibutuhkan.  Harga. Ratio antara panas dan listrik Ratio antara panas dan listrik didefinisikan dengan berbagai cara dengan unit berbeda antara termal dan energi listrik seperti BTU/kWh, kcal/kWh dan lain-lain. Namun semua definisi tersebut menggambarkan perbandingan antara energi termal dengan listrik yang dibutuhkan oleh fasilitas konsumen. Ratio antara panas dan listrik adalah salah satu parameter teknikal penting yang menentukan pemilihan jenis sistem cogen. Ratio antara panas dan listrik dari suatu fasilitas industri harus sesuai dengan sistem cogen yang akan dipasang. Berikut adalah parameter teknik yang dapat digunakan sebagai dasar pertimbangan dalam berbagai sistem cogen. Dalam hal ini rasio panas dan listrik digunakan dengan basic satuan energi yang sama yaitu kW.



Tabel : Ratio antara panas dan listrik Sistem Cogen Sistem Cogen



Basic Heat-Power Ratio (kWth/kWe) 4.0 – 14.3



Output Power (% Input Bahan Bakar)



Efisiensi Overall (%) 84 - 92



Back-Pressure 14 -28 Steam Turbine Ekstraksi 2.0 – 10.0 22 – 40 60 -80 Condensing Steam Turbine Gas Turbine 1.3 – 2.0 24 – 35 70 -85 Combined Cycle 1.0 – 1.7. 34 - 40 69 – 83 I.C. Eengine 1.1 – 2.5 33 - 53 75 - 85 *) Sumber : Fundamental of Cogeneration, Brahmanad Mohanthy, Aung Naing Oo, Asian Institute of Technology, Bangkok Thailand. 1997



66



3.3. Optimasi Sistem Pemanfaatan Energi Penghematan energi yang besar dapat diperoleh melalui optimasi sistem yaitu dengan mengkaji seluruh sistem pemanfaatan energi, bukan komponen individual peralatan saja seperti pengoperasian, tetapi juga di sisi lai seperti jumlah kebutuhan dan spesifikasi di sisi pengguna termasuk peluang pada sisi distribusi dan perbaikan/inovasi teknologi yang mungkin dilakukan. Sebagai contoh optimasi pada sistem pompa, penghematan energi pada



sistem pompa dapat diperoleh dengan memastikan bahwa komponen sistem pompa dioperasikan dan dipelihara sesuai prinsip hemat energi. Meskipun masalah pengoperasian ini tidak sulit, namun sering diabaikan dalam praktek. . Komponen Sistem Pompa. Sistem pompa terdiri atas sub sistem sebagai berikut: supply daya, Motor & controller, mekanikal (tranmissi, pompa, pipa), konsumen (proses pengguna), dan lain – lain (valve, fitting, peralatan di pengguna- heat exchanger, tangki) lihat gambar berikut.



Gambar : Komponen sistem pompa Peluang penghematan energi pada sistem pompa dapat diperoleh pada beberapa titik area yaitu supply daya (kwalitas daya listrik), motor & kontroer, mekanikal (pompa itu sendiri transmissi dan sistem distribusi), dan pengguna akhir sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar: Peluang penghematan energi pada sistem pompa



67



Kwalitas daya Kwalitas daya yang dipasok ke motor mempengaruhi kinerja operasinya. Parameter kwalitas daya terdiri atas ketidak-seimbangan tegangan, ketidakseimbangan arus, faktor daya, harmonik (THD) arus, dan harmonik (THD) tegangan.



Gambar : Kwalitas daya ke motor Motor tiga fase tidak toleran terhadap kwalitas daya yang buruk khususnya tegangan tidak seimbang. Ketidak seimbangan tegangan akan mengakibatkan aliran arus yang tidak merata antar fase-fase belitannya dan menimbulkan rugi-rugi energi (lihat uraian sistem kelistrikan sebelumnya). Menghemat energi pada sistem pompa dapat dilakukan dengan cara : Mengurangi konsumsi air (sesuai kebutuhan) Pilih jenis pompa yang efisien (Ns di atas 1000) Pilih (head &flow) pompa yang sesuai kebutuhan. Pilih motor efisiensi tinggi dengan kapasitas (kW) sesuai dengan beban aktual. Monitor parameter operasi seluruh system: Input (kwalias daya motor, daya (kW), pump (head, flow, temperatur). Gunakan variable speed drives untuk flow yang bervariasi akibat permintaan proses yang berubah –ubah. Untuk kasus dengan head - flow lebih tinggi (5- 15) % dari yang diperlukan, impeller pompa dapat dipotong, atau diganti dengan impeller diameter lebih kecil. "BEP" - Best Efficiency Point adalah operating point dengan efisiensi tertinggi. Jika operating point bergerak dari Best Efficiency Point, maka akan menimbulkan pemborosan energi, gaya - radial thrust, dan defleksi pada poros pompa, excess load pada bearings. Sebaiknya tidak menambah safety margins berlebihan, dan jangan pula menentukan pilihan berdasarkan informasi yang tak akurat. Komfirmasi operating point pompa (aktual) setelah operasi berlangsung yaitu dengan cara mengukur aliran dan pressure gauge. 3.4. Sumber Dan Jenis Energi



Analisis data penggunaan energi dimaksudkan untuk mengetahui pemakaian energi berdasarkan sumber dan jenis energi, berdasarkan unit pengguna energi, distribusi energi, neraca energi, harga energi per satuan unit energi (Rp/kcal) maupun rantai pasokan energi.



68



Berikut adalah contoh hasil analisis data energi berdasarkan sumber energi dan kelompok pengguna.



Gambar : Analisis data energi berdasarkan jenis sumber energy



Gambar : Analisis data energi berdasarkan unit pengguna energi



Gambar: Analisis data energi berdasarkan unit pengguna dan jenis energi.



69



Contoh distribusi pemakaian energi berdasarkan unit pengguna dan jenis energi ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar : Distribusi konsumsi energi berdasarkan unit pengguna dan jenis energi



Distribusi Biaya Energi Banyak kalangan operasional beranggapan bahwa energi adalah sekedar memberi pelayanan atau services, namun untuk industri tertentu tidaklah demikian. Bagi kalangan usaha, pengelolaan energi selalu dikaitkan dengan keuntungan (benefit), kepedulian mereka terhadap keuntungan lebih penting atau merupakan prioritas utama dibandingkan kelangkaan penyediaan sumber daya energi. Oleh karena itu manager energi disamping mengelola sumber daya energi sebagaimana panas atau kcal, fungsi biaya energi yang disediakan adalah penting untuk dipahami. Seperti ditunjukkan dalam contoh dibawah ini. Pada motor listrik area pemanfaat energi dengan porsi energi yang tidak terlalu besar (12 %) tetapi tidak mungkin diabaikan dalam skala keseluruhan perusahaan karena biaya pemakaian energinya cukup besar (34 %). Dalam hal ini manager energi harus



mempertimbangkan aspek biaya energi seperti halnya juga persentasi pemanfaatan energi diperhatikan. Area Pemanfaat Energi



Motor listrik



Biaya Energi (Rp millyard)



Biaya Energi (%)



20



34



70



Persentase Energi (kcal) 12



Bahan baku/feedstocks



15



30



34



Sistem Uap



7



13



24



Pembakaran langsung



4



7



13



Pemanasan



4



7



13



Elektrolisis



4



7



3



AC dan penerangan



1



1



1



Total



55



100



100



Distribusi biaya energi berdasarkan unit pengguna energi ditunjukkan pada gambar berikut. Dalam gambar tersebut tampak hirarki pengguna energi sehingga pengguna energi signifikan (utama) dapat didiketahui.



Gambar : Contoh distribusi biaya energi berdasarkan unit pengguna energi



Pengguna Sumber Energi Signifikan Konsumen energi terbesar (significant energy user) dapat ditentukan dengan analisis data penggunaan energi. Pada contoh di atas, pengguna energi significant adalah unit III (30 %), sedangkan unit pengguna energi terbesar ke dua dan ke 3 berturut-turut adalah unit I (25 %), unit II (10 %), dan sisanya unit IV (15 %) & unit V(10 %). Berdasarkan sumber energi pada contoh di atas diperoleh sumber energi terbesar adalah listri (42 %), Gas (38 % dan BBM (20 %). Contoh lain analisis data berdasarkan area pemanfaatan pada proses pengolahan gula sebagaimana digambarkan pada bagan alur proses berikut.



71



Gambar : Congtoh alur proses pengolahan (industry gula). Area pengguna energi signifikan pada proses pengolahan gula adalah : Boiler, stasion gilingan, penguapan, masakan dan pemurnian.



Gambar : Pengguna energi Signifikan pengolahan gula. Neraca Energi Contoh neraca energi ditunjukkan pada rotary kiln proses pembuatan clinker industry semen sebagaimana pada table berikut. Tabel : Neraca energi proses pembuatan klinker industry semen. Heat Input (kcal/kg)



Out put Heat (kcal/kg)



Pembakaran Bahan bakar : 850



Klinker (burning)



: 425



Sensibel heat row material : 20



Output klinker



:



23



Cooling fan exhaust : 80 Preheater exhaust : 140



Total



: 870



Radiasi



: 200



Total



: 870



72



Dari neraca energi tersebut dapat dilihat jumlah energi masuk total (input) sebesar 870 kcal/kg terdiri dari 850 kcal berasal dari pembakaran bahan bakar dan 20 kcal berasal dari sensible heat bahan baku. Sedangkan energi keluar (output) terdiri atas 425 kcal digunakan untuk pembakaran klinker, 23 kcal pada klinker, 80 kcal terbawa oleh udara pendingin, 140 kcal ke preheater exhaust dan sisanya 200 kcal terbuang melaui radiasi. Dengan neraca energi maka dapat diketahui jumlah energi input, energi yang digunakan dan yang terbuang. Sketsa rotary kiln pada industry semen ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar: Kiln industry semen



73



DAFTAR REFERENSI 1. SKKNI manajer energi industry, KEPUTUSAN MENTERI TENAGA KERJA DAN TRANSMIGRASI NOMOR KEP. 321 /MEN/X[/2O11 2. SNI 3 – Prosedur audit energi. BSN 2011. 3. Peraturan pemerintah tahun 2009 tentang konservasi energi 4. F.William Payne, John J.McGowan; Energy Manajement for Buildings Handbook, The Falmont Press Inc, 1988. 5. Hanbook Of Energy Audits. Albert Thuman, P.E, C.E.M and William J. Younger, C.E.M.Seventh Edition 2008. 6. Optimizing Energy Efficiencies in Industry. GG Rajan, Deputy General Manger Reseach and Development Kochi Refineries Limited, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited New Delhi 2001. 7. Handbook of ENERGY AUDITS 6th EDITION. GORDON A. PAYNE, February 1980. 8. Fundamental of Cogeneration, Brahmanad Mohanthy, Aung Naing Oo, Asian Institute of Technology, Bangkok Thailand. 1997. 9. Berbagai Laporan Audit Energi , Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi energi, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, Jakarta.



74