BAB II(DASAR TEORI)

Laporan Kerja PraktekAG Kamojang

============================================BAB II

DASAR TEORI

2.1 Cooling Tower

Cooling tower merupakan suatu perangkat yang digunakan untuk

menurunkan suhu aliran uap sisa atau uap yang telah digunakan untuk

memutar turbin dengan cara mengontakkan uap panas dari proses dengan

air dingin, dengan pertemuan tersebut terjadilah pertukaran panas. Cooling

tower menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran

udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Sebagai

akibatnya, air yang panas akan berkurang.

Gambar 2.1 Diagram Skematik Sistem Cooling Tower

5


============================================2.1.1 Komponen Menara Pendingin

Komponen dasar sebuah cooling tower meliputi rangka dan

wadah, bahan pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk

udara, louvers, nosel dan fan.

1. Rangka dan Wadah, hampir semua menara memiliki rangka

berstruktur yang menunjang tutup luar (wadah/casing), motor fan, dan

komponen lainnya. Dengan rancangan yang lebih kecil, seperti unit

fiber glass, wadahnya dapat menjadi rangka.

2. Bahan Pengisi (fill), hampir seluruh cooling tower menggunakan

bahan pengisi (terbuat dari plastik atau kayu) untuk memfasilitasi

perpindahan panas dengan memaksimalkan kontak udara dan air.

3. Kolam Air Dingin (Cold-Water Basin), terletak pada atau dekat

bagian bawah menara, dan menerima air dingin yang mengalir turun

melalui menara dan bahan pengisi. Kolam biasanya memiliki sebuah

lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin. Dalam

beberapa desain, kolam air dingin berada di bagian bawah seluruh

bahan pengisi. Pada beberapa desain aliran yang berlawanan arah pada

forced draft, air di bagian bawah bahan pengisi disalurkan ke bak

yang berbentuk lingkaran yang berfungsi sebagai kolam air dingin.

Sudu-sudu fan dipasang di bawah bahan pengisi untuk meniup udara

naik melalui menara. Dengan desain ini, menara dipasang pada

landasannya, memberikan kemudahan akses bagi fan dan motornya.

4. Drift Eliminators, alat ini menangkap tetes-tetes air yang terjebak

dalam aliran udara supaya tidak hilang keatmosfir.

5. Air inlet (saluran udara masuk), ini merupakan titik masuk bagi udara

menuju menara. Saluran masuk bisa berada pada seluruh sisi menara

(desain aliran melintang) atau berada di bagian bawah menara (desain

aliran berlawanan arah).6


============================================6. Louvers, pada umumnya menara dengan aliran silang memiliki

saluran masuk louvers. Kegunaan louvers adalah untuk menyamakan

aliran udara ke bahan pengisi dan menahan air dalam menara.

Beberapa desain menara aliran berlawanan arah tidak memerlukan

louvers.

7. Nosel, alat ini menyemprotkan air untuk membasahi bahan pengisi.

Distribusi air yang seragam pada puncak bahan pengisi adalah penting

untuk mendapatkan pembasahan yang benar dari seluruh permukaan

bahan pengisi. Nosel dapat dipasang dan menyemprot dengan pola

bundar atau segi empat, atau dapat menjadi bagian dari rakitan yang

berputar seperti pada menara dengan beberapa potongan lintang yang

memutar.

8. Fan, fan aksial (jenis baling-baling) dan sentrifugal keduanya

digunakan dalam menara. Umumnya fan dengan

baling-baling/propeller digunakan pada menara induced draft dan baik

fan propeller dan sentrifugal dua-duanya ditemukan dalam menara

forced draft. Tergantung pada keukurannya, jenis fan propeller yang

digunakan sudah dipasang tetap atau dengan dapa diubah-ubah /

diatur. Sebuah fan dengan baling-baling yang dapat diatur tidak secara

otomatis dapat digunakan di atas range yang cukup luas sebab fan

dapat disesuaikan untuk mengirim udara yang dikehendaki pada

pemakaian tenaga terendah. Baling-baling yang dapat diatur secara

otomatis dapat beragam aliran udaranya dalam rangka merespon

perubahan kondisi beban.

Besarnya kemampuan transfer panas yang terjadi di dalam cooling

tower tergantung pada beberapa faktor seperti:

a. perbedaan suhu air masuk dan suhu wet bulb temperature udara

b. luas permukaan air yang kontak secara langsung dengan udara

7


============================================c. kecepatan relatif antara udara dan air

d. waktu terjadinya kontak antara air dan udara.

2.2 Motor Induksi 3 Fasa Fan Blower pada Cooling Tower

2.2.1 Pendahuluan

Motor induksi merupakan motor yang banyak ditemukan di

berbagai industri karena rancangannya sederhana, mudah didapatkan dan

langsung bisa disambungkan dengan sumber daya AC. Fan blower pada

cooling tower menggunakan motor induksi tiga fasa yang akan beroperasi

jika stator dicatu oleh sumber sehingga menghasilkan medan magnet.

Medan magnet ini berputar dengan kecepatan sinkron sesuai

dengan frekuensi listrik yang diberikan ke stator dan medan magnet ini

berinteraksi dengan kumparan yang ada di rotor. Induksi yang diberikan

medan magnet stator menghasilkan arus di rotor, dan kemudian arus yang

mengalir di kumparan rotor juga menghasilkan medan magnet kedua.

Interaksi antara medan magnet utama dari stator dan medan magnet rotor

mengakibatkan rotor berputar.

Walaupun begitu, rotor tidak akan pernah mampu menyamai

kecepatan putar medan magnet di stator karena pada prinsipnya arus yang

mengalir di rotor merupakan hasil induksi dari medan magnet stator, beda

halnya dengan motor yang dicatu terpisah bagian rotornya sehingga dapat

mengunci atau sinkron kecepatan putar medan magnet statornya dengan

kecepatan motor. Sehingga motor induksi ini juga disebut motor asinkron.

Terjadinya perbedaan antara kecepatan putar medan stator dan

kecepatan rotor sering disebut slip. Jika dilihat dari segi matematisnya slip

dapat dihitung dengan:

% Slip = Ns−Nb

Ns x 100%

8


============================================dimana, Ns : kecepatan medan putar stator

Nb: kecepatan putar rotor

2.2.2 Prinsip Kerja Motor Induksi

Motor induksi adalah mesin listrik yang mengubah energi listrik

menjadi energi mekanik. Listrik yang diubah adalah listrik 3 fasa. Motor

induksi sering juga disebut motor tidak serempak atau motor asinkron.

Prinsip kerja motor induksi dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Motor Induksi

Ketika tegangan fasa U masuk ke belitan stator menjadi kutub S,

garis-garis gaya magnet mengalir melalui stator, sedangkan dua kutub

lainnya adalah N untuk fasa V dan fasa W. Kompas akan saling tarik-

menarik dengan utub S.

Berikutnya kutub S pindah k fasa V, kompas berputar 1200,

dilanjutkan kutub S pindah ke fasa W, sehingga pada belitan stator timbul

medan magnet putar. Buktinya kompas akan memutar lagi menjadi 2400.

Kejadian berlangsung silih berganti membentuk medan magnet putar

sehingga kompas berputar dalam satu putaran penuh, proses ini

berlangsung terus menerus. Dalam motor induksi kompas digantikan oleh

rotor sangkar yang akan berputar pada porosnya. Karena ada perbedaan

9


============================================putaran antara medan putar stator dengan putaran rotor, maka disebut

motor induksi tidak serempak atau motor asinkron.

Gambar 2.3 Bentuk Gelombang Sinusoida dan Timbulnya Medan Putar

pada Stator Motor Induksi

2.2.3 Konstruksi Motor Induksi

Konstruksi motor induksi secara detail terdiri atas dua bagian,

yaitu: bagian stator dan bagian rotor. Stator adalah bagian motor yang

diam terdiri dari badan motor, inti satator, belitan stator, bearing, dan

terminal box. Bagian rotor adalah bagian motor yang berputar, terdiri dari

rotor sangkar dan poros rotor. Konstruksi motor induksi tidak ada bagian

rotor yang bersentuhan dengan bagian stator, karena dalam motor induksi

tidak digunakan komutator atau sikat arang.

Konstruksi motor induksi lebih sederhana dibandngkan motor DC,

dikarenakan tidak ada komutator atau sikat arang. Sehingga pemeliharaan

motor induksi hanya bagian mekanik saja, dan konstruksinya yang

sederhana menjadikan motor induksi sangat handal dan jarang sekali rusak

secara elektrik. Bagian motor induksi yang perlu dipelihara rutin adalah

pelumasan bearing, dan pemeriksaan kekencangan baut-baut kabel pada

terminal box karena kendor atau bahkan lepas akibat pengaruh getaran

secara terus menerus.

10


============================================

Gambar 2.4 Gambar Outline Cooling Tower Fan Motor

2.2.4 Hubungan Antara Beban, Kecepatan dan Torque

Gambar 2.4 menunjukkan grafik torque-kecepatan motor induksi

AC tiga fasa dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor mulai

menyala ternyata terdapat arus awal yang tinggi dan torque yang rendah

(pull-up torque). Setelah mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada

pada tingkat tertinggi (pull-out torque) dan arus mulai turun. Dan ketika

kecepatan penuh, atau kecepatan mendekati sinkron, arus torque dan stator

turun ke nol.

11


============================================

Gambar 2.5 Grafik Torque-Kecepatan Motor Induksi

AC Tiga Fasa Dengan Arus

Torsi awal terjadi saat motor pertama kali dijalankan (slip 1.0),torsi

pull-up terjadi saat slip 0.7, torsi maksimum terjadi slip 0.2 dan torsi kerja

berada ketika slip 0.05. Torsi beban harus lebih kecil dari torsi motor. Bila

torsi beban lebih besar dari torsi motor, akibatnya motor dalam kondisi

kelebihan beban dan berakibat belitan stator terbakar. Untuk mengatasi

kondisi beban berlebih dalam rangkaian kontrol dilengkapi dengan

pengaman beban lebih disebut thermal overload, yang dipasang dengan

kontaktor.

Karakteristik torsi juga bisa disajikan dalam bentuk lain,kita kenal

karakteristik putaran = fungsi torsi, n = f (torsi). Gambar 2.5, garis vertikal

menunjukkan parameter putaran, garis horizontal menunjukkan parameter

torsi. Ketika motor berputar pada garis n’ didapatkan torsi di titik M’.

Ketika putaran berada di nn didapatkan torsi motor di Mn. Daerah kerja

putaran motor induksi berada pada area n’ dan nn sehingga torsi kerja

12


============================================motor induksi juga berada pada area M’ dan Mn. Berdasarkan grafik n =

fungsi (torsi) dapat disimpulkan ketika putaran rotor turun dari n’ ke nn

pada torsi justru terjadi peningkatan dari M’ ke Mn.

Gambar 2.6 Karakteristik Putaran Fungsi Torsi Beban

Karakteristik motor induksi lainnya dapat dilihat pada Gambar 2.6

mencakup parameter efisiensi, faktor kerja, ratio arus, dan ratio putaran.

Dengan membaca karakteristik motor induksi dapat diketahui setiap

parameter yang dibutuhkan. Saat torsi mencapai 100% dapat dibaca ratio

arus I/Io = 1; faktor kerja cosφ = 0.8; efisiensi motor 0.85; dan putaran n/ns

= 0.92.

Gambar 2.7 Karakteristik Parameter Efisiensi, Putaran, Faktor Kerja, dan

Arus Beban.

13


============================================2.2.5 Spesifikasi Motor P-400-M A, B, C & D

Pada nameplate yang tertera pada motor menunjukkan spesifikasi

motor induksi tiga fasa dengan jenis rotor sequirrel cage (sangkar tupai)

adalah sebagai berikut:

Output : 186 kW

Frequency/phase : 50Hz / 3phase

Full load speed : 1484 rpm

Rated voltage : 380 volt

L.R. Amperes (I starting) : 2074.8 A (3000 A)

Rated Current (In) : 345.8 A

Lock rotor test : 27.40 A,

Power : 11.88 kW

Connection : Delta

Insulation class : F

2.3 Kabel

2.3.1 Konduktor dan Isolator

Kabel merupakan salah satu bagian penting dalam instalasi listrik.

Kabel digunakan sebagai penghantar arus dari sumber ke beban-beban

terpasang, selain berguna sebagai bahan penghantar kabel juga harus

memiliki kemampuan sebagai isolator yang baik.

Sebagai bahan penghantar digunakan tembaga atau alumunium.

Tembaga yang digunakan merupakan tembaga elektroms, dengan

kemurnian sekurang-kurangnya 99%. Luas penampang hantaran tembaga

telah dibakukan secara internasional. Alumunium yang dipakai pada kabel

14


============================================berisolasi haruslah alumunium murni, umumnya digunakan dengan

sekurang-kurangnya 99.5%.

Kabel power merupakan media untuk menyalurkan energi listrik.

Sebuah kabel listrik terdiri dari isolator dan konduktor. Isolator merupakan

bahan yang membungkus kabel yang biasanya terbuat dari karet atau

plastik, sedangkan konduktornya terbuat dari serabut tembaga ataupun

tembaga pejal.

Konduktor (inti) kabel biasanya terbuat dari bahan tembaga, baja,

dan alumunium. Dalam kabel-kabel PVC terdapat penghantar-penghantar

concentric yang berfungsi sebagai kawat netral yang digroundkan atau

penghantar pengaman (PE dan PEN) dan juga sebagai pengaman kejut.

Penghantar-penghantar concentric biasanya terletak dibawah selubung

plastik kabel PVC, untuk melindungi dari akibat pengaruh lingkungan.

Kemampuan hantar sebuah kabel listrik ditentukan oleh KHA

(kemampuan hantar arus) yang dimilikinya, sebab parameter hantaran

listrik ditentukan dalam satuan Ampere. Kemampuan hantar arus

ditentukan oleh luas penampang konduktor yang berada dalam kabel

listrik, adapun ketentuan mengenai KHA kabel listrik diatur dalam

spesifikasi.

Sedangkan bahan isolasi harus memenuhi sifat-sifat dielektris

seperti:

1. Tahanan isolasi yang tinggi

2. Kekuatan dielektris yang tinggi

3. Sifat mekanis yang baik

4. Tidak bereaksi terhadap asam dan lembab

Bahan isolasi yang digunakan dalam konduktor atau penghantar

adalah bahan PVC (polyvinilclorida). Agar bahan ini fleksibel maka

dicampur dengan bahan pelunak (plasticer). Isolasi konduktor dengan

15


============================================bahan PVC tahan terhadap suhu sampai 700C secara terus menerus dan ada

juga kabel yang dibuat khusus isolasinya dengan ketahanan hingga suhu

1050C.

Isolasi kabel tegangan tinggi dan menengah tidak saja berfungsi

sebagai penyekat (isolator) atau pengaman, tetapi juga berfungsi sebagai

pelengkap atau pendukung kerja transmisi tenaga listrik pada saluran kabel

itu sendiri.

2.3.2 Kerugian Daya pada Penghantar

Dalam proses penyaluran tenaga listrik, terjadi rugi-rugi teknis

(losses) yaitu rugi daya dan rugi energi. Rugi teknis terjadi pada

penghantar saluran, adanya tahanan dari penghantar yang dialiri arus

sehingga timbullah rugi teknis (I2R) pada jaringan tersebut. Rugi energi

(rugi kWh) biasanya dinyatakan dalam bentuk biaya. Biaya untuk mencatu

kerugian ini dapat dibagi dalam 2 bagian yang utama :

komponen energi atau biaya produksi untuk membangkitkan

kehilangan kWh.

komponen demand/beban atau biaya tahunan yang tercakup di dalam

sistem investasinya yang diperlukan mencatu rugi beban puncak.

Rugi daya lebih mudah dihitung daripada rugi energi karena pada

rugi energi perlu diketahui kurva pambebanannya dan kondisi

pengoperasianya pada selang waktu pembebanan tersebut. Rugi daya dapat

dihitung dengan teliti hanya oleh perancangnya saja, karena ia yang

mengetahui seluk beluk mengenai komponen tersebut yang mencakup

berat, kualitas, rugi besi, rapat fluks, dan sebagainya dan juga penghantar

tembaganya yang meliputi penampang, kerapatan arus dan sebagainya.

Rugi tembaga atau rugi-rugi lainnya berbanding lurus dengan

kuadrat beban dan dengan adanya kurva beban versus waktu atau kurva

lamanya pembebanan, maka dapatlah dibuat kurva rugi daya/ waktu atau

16


============================================kurva lamanya rugi daya dimana setiap ordinatnya berbanding lurus

dengan kuadrat setiap ordinat kurva bebannya. Dari kurva lamanya rugi

daya, dapat pula ditentukan rugi daya rata-ratanya selama periode tersebut.

Luas dari kurva lamanya rugi daya merupakan rugi energi selama periode

tersebut.

2.3.3 Resistansi Arus Bolak-Balik

Jika konduktor membawa arus bolak-balik yang besar, maka

distribusi arus tidak sama pada saat melalui konduktor tersebut. Hal ini

mengakibatkan skin effect dan proximity effect. Skin effect ialah suatu

fenomena yang timbul akibat tingginya frekuensi arus sehingga seolah-

olah arus hanya lewat tepi konduktor. Pada frekuensi 50-60 Hz faktor skin

effect cukup kecil daripada 150 mm2. Untuk itu cara penentuan dari skin

effect yaitu :

yhs = X s

4

192+(0.8 X s4)

dan

xs2 =

8 л f

R' 10-7 ks

dimana,

R’ : resistansi dari konduktor saat temperatur operasi maksimum

(Ω/m)

f : frekuensi (Hz)

ks : koefisien skin effect untuk tipe kabel sesuai IEC 287

Proximity effect (efek sekitar) ialah pengaruh dari kawat lain yang

berada disamping kawat yang pertama (yang ditinjau) sehingga distribusi

fluks tidak simetris lagi. Tetapi bila radius konduktor kecil terhadap jarak

antara kedua kawat maka efek sekitar ini sangat kecil dan bisa diabaikan.

17


============================================

yhp =

x p4

192+(0.8 X p4)(

dc

s )2

[0.312( dc

s )2

+1.18

x p4

192+(0.8 X p4)

+0.27 ]xp

2 = 8 л f

R' 10-7 kp

dimana,

R’ : resistansi dari konduktor saat temperatur operasi maksimum

(Ω/m).

f : frekuensi (Hz)

ks : koefisien proximity effect untuk tipe kabel sesuai IEC 287

dc : diameter konduktor (mm)

s : jarak antar pusat konduktor (mm)

2.3.4 Induktansi

Induktansi L per-inti kabel pada kabel berinti 3 atau pada kabel

berinti satu yang berjumlah tiga, mempunyai 2 bagian yaitu induktansi

sendiri dan induktansi bersama antar inti kabel.

L = K + 0.2 loge 2 Sd

(Mh/km)

dimana,

K : konstanta konduktor (berinti 3, K= 0.0778)

S : jarak konduktor (mm)

d : diameter konduktor (mm)

18


============================================2.3.5 Reaktansi

Reaktansi X pada kabel berinti 3 atau pada kabel berinti satu yang

berjumlah tiga dapat dihitung melalui

X = 2лf L x 10-3 (Ω/km)

dimana,

f : frekuensi (Hz)

L : induktansi (mH/km)

2.3.6 Impedansi

Impedansi Z pada kabel berinti 3 atau pada kabel berinti satu yang

berjumlah tiga dapat dihitung dengan :

Z = (R2 + X2)1/2 (Ω/km)

dimana, R = resistansi arus bolak-balik (Ω/km)

X = reaktansi (Ω/km)

Untuk pemilihan kabel didasarkan pada arus yang mengalir pada

penghantar itu. Arus bolak-balik tiga fasa yang mengalir melalui kabel

sebesar :

I = P

√3 E cosφ

dimana, I : Arus (A)

P : daya/beban (watt)

E : tegangan antar fasa

cos φ : faktor daya

19


============================================

20

Documents

BAB II(DASAR TEORI)