EFEKTIVITAS AUDIT ENERGI

P2M DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
JL Salemba Raya 4
Telp. 021-3149720
Fax. 021-3144660
Jakarta Pusat 10430
Email : p2minfo@indosat.net.id
Website : www.p2mmesin.com
TECHNICAL TRAINING
EFISIENSI ENERGI
TERMAL DAN MEKANIK
2020

• Pengurangan biaya melalui efisiensi
penggunaan energi
• Mengurangi efek paparan dari fluktuasi suplai
energi, harga, serta pemadaman (blackout)
• Meningkatkan produktivitas dan kualitas produk
• Memperbaiki reputasi terhadap pelanggan dan
masyarakat melalui perlindungan lingkungan
• Memperbaiki motivasi, kesehatan, dan
keselamatan pekerja
Keuntungan dari Efisiensi Energi
Meningkatkan laba dan nilai pemegang
saham

Sistem Manajemen Energi
Source: ISO/FDIS 50001:2011(E)

Source: ISO/FDIS 50001:2011(E)
Audit Energi

Audit Energi
• Sebuah audit energi dapat didefinisikan sebagai suatu
proses untuk mengevaluasi di mana pabrik/plant
menggunakan energi dan mengidentifikasi kesempatan
untuk mengurangi konsumsi.
• Audit dan survei energi adalah investigasi penggunaan
energi pada suatu tempat yang bertujuan
mengidentifikasi langkah-langkah penghematan biaya,
penghematan energi, dan pengurangan emisi lingkungan.
Kedua metode tersebut memberikan informasi yang
diperlukan untuk membuat keputusan yang merupakan
langkah penghematan energi yang paling hemat biaya.
• Ada hubungan langsung dengan biaya audit, berapa
banyak data yang akan dikumpulkan dan dianalisis, dan
jumlah peluang konservasi energi yang diidentifikasi.
• Audit pabrik industri menekankan persyaratan proses.

Tujuan Audit Energi
• Untuk secara jelas mengidentifikasi jenis dan
biaya penggunaan energi;
• Untuk memahami bagaimana energi itu
digunakan — dan mungkin terbuang
• Untuk mengidentifikasi dan menganalisis
alternatif seperti peningkatan teknik operasional
dan / atau peralatan baru yang secara substansial
dapat mengurangi biaya energi, dan
• Untuk melakukan analisis ekonomi pada
alternatif-alternatif tersebut dan menentukan
mana yang lebih hemat biaya untuk bisnis atau
industri yang terlibat.

JANGAN PERKIRAKAN KAPAN ANDA BISA MENGHITUNG
JANGAN MENGHITUNG KAPAN ANDA BISA MENGUKUR

Peralatan Mekanikal dan Termal
• Kompresor & Sistem Udara
Terkompresi
• Pompa & Sistem Pemompaan
• Pendingin & Pendingin Udara (AC)
• Kipas & Blower
• Boiler & Pemanas Fluida Termis
Sumber:
www.energyefficiencyasia.org

Kompresor dan Sistem
Udara Terkompresi

10
Tipe-tipe Kompresor
Type of
compressor
Positive
displacement
Dynamic
Reciprocating Rotary Centrifugal Axial

11
• Kapasitas: volume aliran penuh dari gas tekan
• Laju aliran aktual: aliran udara bebas (FAD: Free Air
Delivery)
• FAD berkurang karena penuaan, perawatan yang buruk,
penukar kalor yang kotor dan ketinggian
• Kehilangan energi: persentase penyimpangan (deviasi)
kapasitas dari FAD
Kapasitas Kompresor
Penilaian (Assesment) Kompresor

12
• Mengisolasi kompresor dan receiver (penerima) dan
menutup outlet receiver
• Kosongkan receiver dan pipa saluran air
• Mulai nyalakan kompresor dan aktifkan stopwatch
• Catat waktu yang diambil untuk mencapai P2 tekanan
operasi normal (pada receiver) dari tekanan awal P1
• Menghitung kapasitas FAD:
Metode Penilaian Kapasitas Sederhana
P2 = Tekanan akhir setelah pengisian (kg/cm2a)
P1 = Tekanan awal (kg/cm2a) setelah aliran)
P0 = Tekanan atmosfer (kg/cm2a)
V = Volume penyimpanan dalam m3 yang mencakup
penerima, setelah pendingin dan pipa pengalir
T = Waktu yang dibutuhkan untuk meningkatkan
tekanan ke P2 dalam beberapa menit

13
Efisiensi Kompresor
• Paling praktis: konsumsi daya spesifik
(kW/laju aliran volume)
• Metode lain
• Isotermal
• Volumetrik
• Adiabatik
• Mekanikal

14
Efisiensi Isotermal
P1 = Tekanan masuk absolut kg / cm2
Q1 = Aliran udara bebas m3 / hr
r = Rasio tekanan P2/P1
Efisiensi Kompresor
Efisiensi isotermal =
Daya input terukur aktual / daya isotermal
Daya Isotermal (kW) = P1 x Q1 x loger / 36.7

15
Efisiensi Volumetrik
D = Lubang silinder, meter
L = Stroke silinder, meter
S = Kecepatan kompresor rpm
χ = 1 untuk aksi tunggal dan 2 untuk silinder aksi ganda
n = Jumlah silinder
Efisiensi Kompresor
Efisiensi Volumetrik
= Aliran udara bebas m3/min / Perpindahan kompresor
Perpindahan kompresor = Π x D2/4 x L x S x χ x n

16
• Akibat
• Pemborosan energi: 20 – 30% pada
keluarannya
• Penurunan tekanan sistem
• Lifetime peralatan menjadi lebih pendek
• Area kebocoran yang umum
• Kopling, selang, tabung, fittings
• Regulator tekanan
• Perangkap kondensat, katup penutup
• Sambungan pipa, pemutus, sealant ulir
Kebocoran

17
• Perhitungan kebocoran total:
T = waktu on-load (menit)
t = waktu off-load (menit)
• Sistem terawat dengan baik: kebocoran kurang dari
10%
Metode Kuantifikasi Kebocoran
Kebocoran (%) = [(T x 100) / (T + t)]

18
• Matikan peralatan yang dioperasikan udara
tekan
• Jalankan kompresor untuk mengisi daya sistem
untuk mengatur tekanan operasi
• Jalankan kompresor untuk mengisi daya sistem
untuk mengatur tekanan operasi
• Hitung jumlah kebocoran (slide sebelumnya)
• Jika Q adalah udara bebas aktual yang dipasok
selama percobaan (m3/mnt), maka:
Mengukur kebocoran di lantai toko
Kebocoran sistem (m3/minute) = Q × T / (T + t)

19
• Kapasitas kompresor (m3/minute) = 35
• Tekanan cut-in, kg/cm2 = 6.8
• Tekanan cut-out, kg/cm2 = 7.5
• Load kW = 188 kW
• Unload kW = 54 kW
• Rata-rata waktu “Load” = 1.5 min
• Rata-rata waktu “Unload” = 10.5 min
Contoh
Kebocoran = [(1.5)/(1.5+10.5)] x 35 = 4.375 m3/minute

20
• Pengaruh signifikan pada penggunaan
energi
Peluang Efisiensi Energi
1. Lokasi
2. Elevasi
• Ketinggian (altitude) yang lebih tinggi =
efisiensi volumetrik yang lebih rendah

21
3. Udara Masuk
• Jaga udara masuk bebas dari
kontaminan, debu atau lembab
• Jaga temperatur udara masuk rendah
Setiap kenaikan temperatur udara masuk 4 oC =
konsumsi energi 1% lebih tinggi
• Pertahankan temperatur sekitar rendah
ketika filter udara masuk ditempatkan
di kompresor

22
4. Penurunan Tekanan di Filter Udara
• Pasang filter di lokasi sejuk atau
ambil udara dari lokasi sejuk
• Pertahankan penurunan tekanan di
filter udara masuk ke minimum
Setiap penurunan tekanan WC 250
mm = konsumsi energi 2% lebih
tinggi

23
5. Gunakan Inter dan After Coolers
• Suhu udara masuk naik pada setiap
tahap mesin multi-langkah
• Pendingin Inter: penukar kalor yang
menghilangkan panas antar langkah
• Setelah pendingin: kurangi temperatur
udara setelah langkah akhir
• Gunakan air pada langkah yang lebih
rendah: kurangi daya

24
• Tekanan Tinggi
• Lebih banyak daya oleh kompresor
• Efisiensi volumetrik lebih rendah
• Beroperasi di atas tekanan operasi
• Waste of energy
• Keausan berlebih
6. Pengaturan Tekanan

25
a. Mengurangi tekanan aliran
Mengoperasikan kompresor pada 120 PSIG dan
bukannya 100 PSIG: 10% lebih sedikit energi dan
mengurangi tingkat kebocoran
b. Modulasi kompresor dengan
pengaturan tekanan optimal
Berlaku ketika kompresor yang berbeda terhubung
c. Memisahkan persyaratan tekanan
tinggi/rendah
Katup pereduksi tidak lagi dibutuhkan

26
d. Desain untuk penurunan tekanan
minimum di jalur distribusi
• Penurunan tekanan: pengurangan tekanan
udara dari pelepasan kompresor ke titik
penggunaan
• Penurunan tekanan <10%
• Penurunan tekanan disebabkan oleh
• Korosi
• Pipa ukuran tidak memadai, selang kopling
• elemen filter tersedak

27
d. Desain untuk penurunan tekanan
minimum di jalur distribusi
Penurunan tekanan khas pada saluran udara terkompresi
untuk ukuran pipa yang berbeda (Konfederasi Industri
India)

28
7. Meminimalkan Kebocoran
• Gunakan detector akustik ultrasonik
• Kencangkan sambungan dan koneksi
• Ganti peralatan yang rusak
8. Pembuangan Kondensat
• Kondensat yang terbentuk sebagai after-cooler
mengurangi temperatur udara keluar
• Pasang perangkap pemisah kondensat untuk
menghilangkan kondensat

29
9. Penggunaan yang terkendali
• Jangan gunakan untuk aplikasi
tekanan rendah: agitasi, udara
pembakaran, pengangkutan pneumatic
• Gunakan blower sebagai gantinya
10. Kontrol Kompresor
• Secara otomatis mematikan kompresor
ketika tidak diperlukan

30
9. Praktek Pemeliharaan
• Pelumasan: Diperiksa secara teratur
• Filter udara: Diganti secara teratur
• Perangkap Kondensat : Pastikan
drainase
• Pengering udara: Periksa dan ganti
filter

Pompa dan Sistem Pemompaan

32
Pendahuluan
Tujuan Sistem Pemompaan
Apa itu Sistem Pemompaan?
(US DOE, 2001)
• Mentransfer fluida
dari sumber ke
tujuan
• Mensirkulasikan
fluida di sekitar
sistem

33
Pendahuluan
• Komponen utama pompa
• Pompa
• Penggerak utama: motor listrik, mesin diesel,
sistem udara
• Perpipaan untuk membawa fluida
• Katup untuk mengontrol aliran dalam sistem
• Alat kelengkapan lainnya, kontrol,
instrumentasi
• Peralatan penggunaan akhir (End-use)
• Penukar kalor, tangki, mesin hidrolik
Apa itu Sistem Pemompaan?

34
Pendahuluan
• Head
• Resistansi sistem
• Dua jenis: statis dan gesekan
• Head statis
• Perbedaan ketinggian antara
sumber dan tujuan
• Independen dari aliran
Karakteristik sistem pemompaan
destination
source
Stati
c
head
Static
head
Flow

35
Pendahuluan
• Head statis terdiri dari:
• Suction head statis (hS): mengangkat fluida
relatif ke garis tengah pompa
• Discharge head statis (hD): jarak vertikal antara
garis tengah dan permukaan fluida di tangki
tujuan
• Head statis pada tekanan tertentu
Head (feet) = Tekanan (psi) X 2.31
Berat jenis

36
Pendahuluan
• Head gesekan
• Resisten mengalir di pipa dan alat
kelengkapan
• Tergantung pada ukuran, pipa, alat
kelengkapan pipa, laju aliran, sifat fluida
• Sebanding dengan kuadrat laju aliran
• Sistem loop tertutup hanya
memiliki head gesekan
(tidak ada head statis)
Friction
head

37
Pendahuluan
Pada kasus umumnya:
Total head = Head statis + head gesekan
System
head
Flow
Static head
Friction
head
System
curve
System
head
Flow
Static head
Friction
head
System
curve

38
Pendahuluan
Kurva performa pompa
• Hubungan antara head
dan aliran
• Aliran meningkat
• Resistansi sistem meningkat
• Head meningkat
• Aliran berkurang menjadi nol
• Tingkat aliran nol : resiko
pompa terbakar
Head
Flow
Kurva performa untuk
pompa sentrifugal

39
Pendahuluan
Titik operasi pompa
• Titik tugas (Duty
point) : laju aliran
di head tertentu
• Titik operasi
pompa :
persimpangan
kurva pompa dan
kurva sistem
Flow
Head
Static
head
Pump performance
curve
System
curve
Pump
operating
point

40
Pendahuluan
Performa hisap pompa (NPSH)
• Kavitasi atau penguapan : gelembung di dalam pompa
• Jika gelembung uap runtuh
• Erosi permukaan baling-baling
• Peningkatan kebisingan dan getaran
• Bagian impeller tersedak (choking)
• Net Positive Suction Head (NPSH)
• NPSH Available: berapa banyak hisapan pompa
melebihi tekanan uap cair
• NPSH Required: hisapan pompa yang diperlukan
untuk menghindari kavitasi

41
Penilaian Pompa
• Daya poros pompa (Ps) adalah tenaga kuda yang
sebenarnya dikirim ke poros pompa
• Output pompa/Tenaga Hidrolik/Air (Hp) adalah
tenaga kuda fluida yang dihasilkan oleh pompa
Cara Menghitung Performa Pompa
Daya hidrolik (Hp):
Hp = Q (m3/s) x Total head, hd - hs (m) x ρ (kg/m3) x g (m/s2) / 1000
Daya poros pompa (Ps):
Ps = Daya hidrolik Hp / efisiensi pompa ηPump
Efisiensi pompa (ηPump):
ηPump = Daya hidrolik / Daya poros pompa
hd - discharge head hs – suction head,
ρ – massa jenis fluida g – percepatan gravitasi

42
Penilaian Pompa
• Tidak adanya data spesifikasi pompa
untuk menilai kinerja pompa
• Kesulitan dalam pengukuran aliran
dan aliran sering diperkirakan
• Kalibrasi pengukur tekanan &
instrumen pengukuran yang tidak
tepat
• Kalibrasi tidak selalu dilakukan
• Faktor koreksi yang digunakan
Kesulitan dalam Penilaian Pompa

43
Peluang Energi Efisiensi
1. Memilih pompa yang tepat
2. Mengontrol laju aliran dengan variasi
kecepatan
3. Pompa paralel untuk memenuhi
berbagai permintaan
4. Menghilangkan katup kontrol aliran
5. Menghilangkan kontrol by-pass
6. Mulai/hentikan kontrol pompa
7. Pemangkasan impeller

44
1. Pemilihan pompa yang benar
Kurva performa pompa untuk pompa
sentrifugal
BEE India,
2004

45
1. Pemilihan pompa yang benar
• Memperbesar pompa
• Membutuhkan kontrol aliran (katup throttle
atau jalur by-pass)
• Menyediakan head tambahan
• Kurva sistem bergeser ke kiri
• Efisiensi pompa berkurang
• Solusi jika pompa sudah dibeli
• VSD atau drive dua kecepatan
• RPM yang lebih rendah
• Impeler yang lebih kecil atau dipangkas

46
2. Mengontrol aliran : variasi kecepatan
Menjelaskan efek kecepatan
• Hukum afinitas: kecepatan hubungan
N dan
• Laju aliran Q  N
• Head H  N2
• Daya P  N3
• Pengurangan kecepatan kecil (mis.
½) = pengurangan daya yang besar
(mis. 1/8)

47
Variable Speed Drives (VSD)
• Penyesuaian kecepatan pada rentang
kontinu
• Konsumsi daya juga berkurang!
• Dua tipe
• Mekanis: kopling hidrolik, kopling fluida, belt
dan katrol yang bisa disetel
• Listrik: clutch arus eddy, pengendali motor
wound-rotor, Variable Frequency Drives (VFDs)

48
Manfaat dari VSD :
• Penghematan energi (bukan hanya
pengurangan aliran!)
• Kontrol proses yang ditingkatkan
• Peningkatan keandalan sistem
• Mengurangi biaya modal dan
pemeliharaan
• Kemampuan starter yang lunak

49
3. Pompa Paralel untuk Memvariasikan
Permintaan
• Beberapa pompa: beberapa dimatikan selama
permintaan rendah
• Digunakan saat head statis> 50% dari total
head
• Kurva sistem
tidak berubah
• Laju aliran lebih
rendah dari jumlah
laju aliran individu (BPMA)

50
4. Menghilangkan Katup Kontrol Aliran
• Menutup / membuka katup pelepasan
("throttling") untuk mengurangi aliran
• Head meningkat:
tidak mengurangi
penggunaan daya
• Getaran dan
korosi: biaya
perawatan tinggi
dan masa pakai
pompa berkurang
(BPMA)

51
5. Menghilangkan Kontrol Bypass
• Debit pompa dibagi menjadi dua
aliran
• Satu pipa mengirimkan fluida ke tujuan
• Pipa kedua mengembalikan fluida ke
sumbernya
• Pemborosan energi karena sebagian
fluida dipompa ke sekitar tanpa
alasan

52
6. Mulai/Hentikan Kontrol Pompa
• Hentikan pompa jika tidak diperlukan
• Contoh :
• Mengisi tangki penyimpanan
• Pengontrol dalam tangki untuk
memulai/menghentikan
• Sesuai jika tidak dilakukan terlalu sering
• Metode untuk menurunkan permintaan
maksimum (memompa pada jam-jam
non-puncak)

53
7. Pemangkasan Impeller
• Mengubah diameter: perubahan
kecepatan
• Pertimbangan
• Tidak dapat digunakan dengan aliran yang
bervariasi
• Tanpa pemangkasan> 25% dari ukuran impeler
• Pemangkasan impeller sama di semua sisi
• Mengganti impeller adalah opsi yang lebih baik
tetapi lebih mahal dan tidak selalu
memungkinkan

54
7. Pemangkasan Impeller
Impeller trimming and centrifugal pump performance
(BEE India,
2004)

55
Membandingkan Pilihan Efisiensi
Energi
Parameter Perubahan
kontrol katup
Pemangkasan
impeller
VFD
Diameter
impeller
430 mm 375 mm 430 mm
Head pompa 71.7 m 42 m 34.5 m
Efisiensi pompa 75.1% 72.1% 77%
Laju aliran 80 m3/hr 80 m3/hr 80 m3/hr
Konsumsi daya 23.1 kW 14 kW 11.6 kW

Pendingin & Pendingin Udara
(AC)

57
COP meningkat dengan
meningkatnya temperatur
evaporator (Te)
COP meningkat dengan
penurunan temperatur
kondensasi (Tc)
Penilaian Pendingin & Pendingin Udara (AC)
Penilaian Pendingin

58
Mengukur:
• Aliran Udara Q (m3/s) di Fan Coil Units (FCU) atau
Air Handling Units (AHU): anemometer
• Massa jenis udara  (kg/m3)
• Temperatur dry bulb and wet bulb : psychrometer
• Entalpi (kCal/kg) udara masuk (hin) dan udara
keluar (Hout): grafik psikrometrik
Menghitung TR  
3024
h
h
ρ
Q
TR out
in 



Penilaian Pendingin

59
Profil beban TR indikatif :
• Kabin kantor kecil : 0.1 TR/m2
• Kantor ukuran sedang (10 – 30 orang)
dengan AC sentral: 0.06 TR/m2
• Kompleks kantor bertingkat besar
dengan AC sentral : 0.04 TR/m2
Penilaian Pendingin

60
• Akurasi pengukuran
• Temperatur masuk/keluar air chiller dan
kondenser
• Aliran air dingin dan kondenser
• Integrated Part Load Value (IPLV)
• kW/TR untuk beban 100% tetapi sebagian besar
peralatan beroperasi antara 50-75% dari beban
penuh
• IPLV menghitung kW/TR dengan muatan parsial
• Empat poin dalam siklus: 100%, 75%, 50%, 25%
Pertimbangan Penilaian

61
1. Mengoptimalkan pertukaran panas proses
2. Pertahankan permukaan penukar panas
3. Sistem multi-langkah (staging)
4. Kapasitas yang cocok dengan beban sistem
5. Kontrol kapasitas kompresor
6. Pendinginan multi-tingkat untuk kebutuhan
pabrik
7. Penyimpanan air dingin
8. Fitur desain sistem

62
Margin tinggi keselamatan kompresor :
kehilangan energi
1. Area perpindahan kalor pada penukar
kalor dan evaporator yang tepat
•Koefisien perpindahan kalor pada sisi
pendingin: 1400 - 2800 Watt/m2K
•Sisi refrigeran area transfer kalor:> 0,5 m2/TR
2. Kekuatan pendorong yang optimal
(perbedaan Te dan Tc): Kenaikan 1oC di Te =
3% penghematan daya
1. Optimasi Proses Pertukaran Kalor

63
Temperatur
Evaporasi (0C)
Kapasitas
refrijerasi
*(tons)
Konsumsi daya
spesifik (kW/TR)
Peningkat
an kW/TR
(%)
5.0 67.58 0.81 -
0.0 56.07 0.94 16.0
-5.0 45.98 1.08 33.0
-10.0 37.20 1.25 54.0
-20.0 23.12 1.67 106.0
(National Productivity Council)
Temperatur kondenser 40◦C
Temperatur
Kondensasi (0C)
Kapasitas
refrijerasi (tons)
Konsumsi daya spesifik
(kW /TR)
Peningkat
an kW/TR
(%)
26.7 31.5 1.17 -
35.0 21.4 1.27 8.5
40.0 20.0 1.41 20.5
* Kompresor reciprocating menggunakan refrigeran R-22. Temperatur evaporator -10◦ C

64
3. Pemilihan kondenser
• Pilihan:
• Kondenser berpendingin udara
• Berpendingin udara dengan kondenser
semprotan air
• Kondenser shell & tube dengan pendingin air
• Kondensor shell & tube berpendingin air
• Menurunkan tekanan debit
• TR lebih tinggi
• Konsumsi daya yang lebih rendah

65
• Perawatan yang buruk = peningkatan
konsumsi daya
• Merawat kondenser dan evaporator
• Pemisahan minyak pelumas dan refrigeran
• Defrosting kumparan tepat waktu
• Peningkatan kecepatan pendingin sekunder
• Memelihara cooling tower
• Pengurangan 0,55◦C dalam air yang kembali dari
cooling tower = daya berkurang 3,0%
2. Memelihara Permukaan Penukar
Kalor

66
Efek pemeliharaan yang buruk pada
konsumsi daya kompresor
2. Memelihara Permukaan Penukar
Kalor
(National Productivity Council)
Kondisi
Te
(0C)
Tc
(0C)
Kapasitas
refrijerasi*
(TR)
Konsumsi
daya spesifik
(kW/TR)
Peningk
atan
kW/TR
(%)
Normal 7.2 40.5 17.0 0.69 -
Kondenser kotor 7.2 46.1 15.6 0.84 20.4
Evaporator kotor 1.7 40.5 13.8 0.82 18.3
Kondenser dan
kompresor kotor
1.7 46.1 12.7 0.96 38.7

67
• Cocok untuk :
• Aplikasi temperatur rendah dengan kompresi tinggi
• Kisaran temperatur yang luas
• Dua jenis untuk semua jenis kompresor
• Gabungan
• Cascade
3. Sistem Multi-Langkah

68
a. Gabungan
• Dua rasio kompresi rendah = 1 tinggi
• Kompresor tahap pertama memenuhi beban
pendinginan
• Kompresor tahap kedua memenuhi beban
evaporator dan gas flash
• Refrigeran tunggal
b. Cascade
• Lebih disukai untuk -46 oC hingga -101oC
• Dua sistem dengan refrigeran yang berbeda
3. Sistem Multi-Langkah

69
• Sebagian besar aplikasi memiliki beragam
muatan
• Konsekuensi dari operasi beban sebagian
• COP naik
• tetapi efisiensi lebih rendah
• Mencocokkan kapasitas refrijerasi dengan
beban membutuhkan pengetahuan :
• Kinerja kompresor
• Variasi dalam kondisi sekitar
• Beban pendinginan
4. Kapasitas yang Cocok untuk
Sistem Beban

70
5. Kontrol Kapasitas Kompresor
• Pembongkaran silinder, baling-baling, dan
katup
• Kompresor reciprocating: langkah-demi-langkah
melalui pembongkaran silinder
• Kompresor sentrifugal: modulasi kontinyu
melalui kontrol baling-baling
• Kompresor sekrup: katup geser
• Kontrol kecepatan
• Kompresor reciprocating: memastikan
sistem pelumasan tidak terpengaruh
• Kompresor sentrifugal:> 50% dari kapasitas

71
5. Kontrol Kapasitas Kompresor
• Pemantauan Temperatur
• Kompresor reciprocating: mengembalikan
air (jika beban bervariasi), air meninggalkan
chiller (beban konstan)
• Kompresor sentrifugal: temperatur keluar air
• Kompresor sekrup: temperatur keluar air
• Aplikasi beban sebagian: kompresor
sekrup lebih efisien

72
Penyimpanan kompresor pada plant sentral
• Monitor pendinginan dan beban chiller: beban
penuh 1 chiller lebih efisien daripada 2 chiller di
bagian-beban
• Sistem distribusi: pendingin individu memberi
makan semua jalur cabang; Katup isolasi; Katup
untuk mengisolasi bagian
• Muat kompresor individu ke kapasitas penuh
sebelum mengoperasikan kompresor kedua
• Berikan chiller berkapasitas lebih kecil untuk
memenuhi permintaan puncak
6. Pendinginan Multi-Tingkat

73
Unit yang dikemas (bukan plant sentral)
• Beragam aplikasi dengan rentang temperatur
yang luas dan jarak jauh
• Manfaat: ekonomis, fleksibel, dan andal
• Kerugian: plant sentral menggunakan lebih
sedikit daya
Alur kontrol
• Mengurangi aliran
• Operasi pada aliran normal dengan periode mati
6. Pendinginan Multi-Tingkat

74
• Fasilitas chilled water storage dengan
insulasi
• Hanya cocok jika variasi temperatur
dapat diterima
• Ekonomis karena :
• Pendingin beroperasi selama jam permintaan
puncak rendah: mengurangi biaya permintaan
puncak
• Pendingin beroperasi di malam hari:
mengurangi tarif dan meningkatkan COP
7. Chilled Water Storage

75
• Impeler FRP, pengisi film, eliminator drift PVC
• Air lunak (softened water) untuk kondenser
• Ketebalan isolasi yang ekonomis
• Pelapis atap dan langit-langit yang salah
• Perangkat pemulihan panas yang efisien secara energi
• Sistem volume udara bervariasi
• Aplikasi film matahari (sun film) untuk refleksi panas
• Mengoptimalkan beban pencahayaan
8. Fitur Desain Sistem

Fan & Blower

77
1. Pilih fan yang tepat
2. Kurangi resistensi sistem
3. Beroperasi dekat dengan BEP
4. Pelihara fan secara teratur
5. Kontrol aliran udara fan

78
• Pertimbangan untuk pemilihan fan
• Kebisingan
• Kecepatan rotasi
• Karakteristik aliran udara
• Range temperatur
• Variasi dalam kondisi operasi
• Kendala ruang dan tata letak sistem
• Biaya pembelian/operasi dan masa operasi
• “Pendekatan sistem” yang paling
penting!
1. Pilih Fan yang Tepat

79
• Hindari membeli fan yang terlalu
besar
• Jangan beroperasi di Titik Efisiensi Terbaik
• Risiko operasi tidak stabil
• Kelebihan aliran energi
• Kebisingan aliran udara yang tinggi
• Tekankan pada fan dan sistem
1. Pilih Fan yang Tepat

80
• Peningkatan resistensi sistem
dapat mengurangi efisiensi fan
2. Kurangi Resistensi Sistem
• Periksa secara
berkala
• Periksa setelah
modifikasi sistem
• Kurangi jika
memungkinkan
(BEE India, 2004)

81
• Titik Efisiensi Terbaik = efisiensi
maksimum
• Biasanya dekat dengan nilai kapasitas
fan
• Penyimpangan dari BEP
menghasilkan inefisiensi dan
kehilangan energi
3. Beroperasi dekat dengan BEP

82
• Inspeksi berkala untuk semua
komponen sistem
• Pelumasan dan penggantian bantalan
• Pengencangan dan penggantian
sabuk
• Perbaikan atau penggantian motor
• Pembersihan fan
4. Pelihara Fan secara Teratur

83
a) Perubahan pulley
b) Peredam/Dampers
c) Inlet guide vanes
d) Variable pitch fans
e) Variable speed drives (VSD)
f) Multiple speed drive
g) Throttle disk
h) Fan beroperasi secara paralel
i) Fan beroperasi secara seri
5. Kontrol Aliran Udara Fan

84
a) Perubahan pulley: mengurangi
ukuran pulley motor/drive
• Keuntungan
• Penurunan kecepatan
permanen
• Pengurangan energi
nyata
• Kerugian
• Fan harus menangani perubahan kapasitas
• Hanya berlaku jika sistem atau motor V-belt
(BEE India, 2004)

85
b) Damper: mengurangi aliran dan
meningkatkan tekanan hulu
• Keuntungan
• Murah
• Mudah dipasang
• Kerugian
• Penyesuaian terbatas
• Kurangi aliran tetapi bukan konsumsi energi
• Biaya operasi dan pemeliharaan yang lebih
tinggi

86
c) Inlet guide vanes
• Membuat pusaran dalam arah fan
• Mengurangi sudut udara dan bilah fan
• Menurunkan beban fan, tekanan, aliran udara
• Keuntungan
• Meningkatkan efisiensi: mengurangi beban dan
aliran udara
• Hemat biaya pada 80-100% pada aliran udara penuh
• Kerugian
• Kurang efisien pada <80% pada aliran udara penuh

87
d) Variable pitch fan : mengubah sudut
aliran udara masuk dan bilah
• Keuntungan
• Efisiensi tinggi di berbagai kondisi operasi
• Tidak ada masalah resonansi
• Tidak ada masalah pada aliran yang berbeda
• Kerugian
• Hanya berlaku untuk fan aksial
• Risiko masalah busuk
• Mengurangi efisiensi pada beban rendah

88
e) Variable speed drive (VSD): mengurangi
kecepatan fan dan aliran udara
• 2 Tipe :
• VSD Mekanikal
• VSD Elektrikal (termasuk VFD)
• Keuntungan
• Kontrol kecepatan yang paling meningkat dan efisien
• Penyesuaian kecepatan pada rentang kontinu
• Kerugian: biaya tinggi

89
e) Variable frequency drives (VFD)
• Ubah kecepatan rotasi motor dengan
menyesuaikan frekuensi daya listrik
• Keuntungan
• Kontrol aliran yang efektif dan mudah
• Peningkatan efisiensi pada rentang operasi yang
luas
• Dapat dipasang ke motor yang ada
• Kompak
• Tidak ada masalah
• Mengurangi kerugian dan biaya energi

90
f) Multiple speed drive
• Mengubah kecepatan fan dari satu
kecepatan ke kecepatan lainnya
• Keuntungan
• Kontrol aliran yang efisien
• Cocok jika hanya membutuhkan 2 kecepatan
• Kerugian
• Perlu melompat dari kecepatan ke kecepatan
• Biaya investasi tinggi

91
g) Throttle disk:
Throttle geser yang mengubah lebar
baling-baling yang terkena aliran udara
• Keuntungan
• Desain sederhana
• Kerugian
• Layak di beberapa penerapan saja

92
h) Mengoperasikan lebih banyak fan
secara paralel (buka satu fan besar)
• Keuntungan
• Efisiensi tinggi pada berbagai permintaan
• Resiko downtime dihindari
• Lebih murah dan kinerjanya lebih baik daripada
satu kipas besar
• Dapat dilengkapi dengan kontrol aliran lainnya
• Kerugian
• Hanya cocok untuk sistem resistansi rendah

93
i) Mengoperasikan fan secara seri
• Keuntungan
• Tekanan saluran rata-rata yang lebih rendah
• Lebih sedikit noise
• Diperlukan dukungan struktural/listrik yang
lebih rendah
• Kerugian
• Tidak cocok untuk sistem dengan resistansi
rendah

94
(BEE India, 2004)
Membandi
ngkan Fan
dalam
Paralel
dan Seri

95
(BEE India, 2004)
Membandingk
an dampak
berbagai jenis
kontrol aliran
pada
penggunaan
daya

Boiler &
Pemanas Fluida Termis

97
Apa itu Boiler?
Pendahuluan
• Bejana yang memanaskan air
menjadi air panas atau uap
• Pada tekanan atmosfer, volume air
meningkat 1.600 kali
• Air panas atau uap digunakan untuk
mentransfer panas ke suatu proses

98
Pendahuluan
BURNER
WATER
SOURCE
BRINE
SOFTENERS
CHEMICAL FEED
FUEL
BLOW DOWN
SEPARATOR
VENT
VENT
EXHAUST GAS
STEAM TO
PROCESS
STACK DEAERATOR
PUMPS
Figure: Schematic overview of a boiler room
BOILER
ECO-
NOMI-
ZER

99
1. Boiler
2. Boiler blow down
3. Boiler feed water treatment
Penilaian Boiler

100
Penilaian Boiler
1. Performa Boiler
• Penyebab performa boiler yang buruk
-Pembakaran yang buruk
-Pengotoran permukaan perpindahan panas
-Pengoperasian dan pemeliharaan yang buruk
-Memburuknya kualitas bahan bakar dan air
• Keseimbangan panas: identifikasi
kehilangan panas
• Efisiensi boiler: tentukan penyimpangan
dari efisiensi terbaik

101
Assessment of a Boiler
Heat Balance
An energy flow diagram describes geographically
how energy is transformed from fuel into useful
energy, heat and losses
Stochiometric
Excess Air
Un burnt
FUEL INPUT STEAM
OUTPUT
Stack Gas
Ash and Un-burnt parts
of Fuel in Ash
Blow
Down
Convection &
Radiation

102
Heat Balance
Balancing total energy entering a boiler against
the energy that leaves the boiler in different forms
Heat in Steam
BOILER
Heat loss due to dry flue gas
Heat loss due to steam in fuel gas
Heat loss due to moisture in fuel
Heat loss due to unburnts in residue
Heat loss due to moisture in air
Heat loss due to radiation & other
unaccounted loss
12.7 %
8.1 %
1.7 %
0.3 %
2.4 %
1.0 %
73.8 %
100.0 %
Fuel
73.8 %

103
Heat Balance
Goal: improve energy efficiency by reducing avoidable losses
Avoidable losses include:
- Stack gas losses (excess air, stack gas
temperature)
- Losses by unburnt fuel
- Blow down losses
- Condensate losses
- Convection and radiation

104
Boiler Efficiency
Thermal efficiency: % of (heat) energy input that is
effectively useful in the generated steam
BOILER EFFICENCY
CALCULATION
1) DIRECT METHOD: 2) INDIRECT METHOD:
The efficiency is the
different between losses
and energy input
The energy gain of the
working fluid (water and steam)
is compared with the energy
content of the boiler fuel.

105
hg -the enthalpy of saturated steam in kcal/kg of steam
hf -the enthalpy of feed water in kcal/kg of water
Boiler Efficiency: Direct Method
Boiler efficiency () =
Heat Input
Heat Output
x 100 Q x (hg – hf)
Q x GCV
x 100
=
Parameters to be monitored:
- Quantity of steam generated per hour (Q) in
kg/hr
- Quantity of fuel used per hour (q) in kg/hr
- The working pressure (in kg/cm2(g)) and
superheat temperature (oC), if any
- The temperature of feed water (oC)
- Type of fuel and gross calorific value of the fuel

106
Advantages
• Quick evaluation
• Few parameters for computation
• Few monitoring instruments
• Easy to compare evaporation ratios with
benchmark figures
Disadvantages
• No explanation of low efficiency
• Various losses not calculated
Boiler Efficiency: Direct Method

107
Efficiency of boiler () = 100 – (i+ii+iii+iv+v+vi+vii)
Boiler Efficiency: Indirect Method
Principle losses:
i) Dry flue gas
ii) Evaporation of water formed due to H2 in fuel
iii) Evaporation of moisture in fuel
iv) Moisture present in combustion air
v) Unburnt fuel in fly ash
vi) Unburnt fuel in bottom ash
vii) Radiation and other unaccounted losses

108
Required calculation data
• Ultimate analysis of fuel (H2, O2, S, C, moisture
content, ash content)
• % oxygen or CO2 in the flue gas
• Fuel gas temperature in ◦C (Tf)
• Ambient temperature in ◦C (Ta) and humidity of air in
kg/kg of dry air
• GCV of fuel in kcal/kg
• % combustible in ash (in case of solid fuels)
• GCV of ash in kcal/kg (in case of solid fuels)

109
Advantages
• Complete mass and energy balance for each
individual stream
• Makes it easier to identify options to improve
boiler efficiency
Disadvantages
• Time consuming
• Requires lab facilities for analysis

110
• Controls ‘total dissolved solids’ (TDS) in the
water that is boiled
• Blows off water and replaces it with feed water
• Conductivity measured as indication of TDS
levels
• Calculation of quantity blow down required:
2. Boiler Blow Down
Blow down (%) =
Feed water TDS x % Make up water
Maximum Permissible TDS in Boiler water

111
Two types of blow down
• Intermittent
• Manually operated valve reduces TDS
• Large short-term increases in feed water
• Substantial heat loss
• Continuous
• Ensures constant TDS and steam purity
• Heat lost can be recovered
• Common in high-pressure boilers
Boiler Blow Down

112
Benefits
• Lower pretreatment costs
• Less make-up water consumption
• Reduced maintenance downtime
• Increased boiler life
• Lower consumption of treatment
chemicals
Boiler Blow Down

113
• Quality of steam depend on water
treatment to control
• Steam purity
• Deposits
• Corrosion
• Efficient heat transfer only if boiler
water is free from deposit-forming
solids
3. Boiler Feed Water Treatment

114
Deposit control
• To avoid efficiency losses and
reduced heat transfer
• Hardness salts of calcium and
magnesium
• Alkaline hardness: removed by boiling
• Non-alkaline: difficult to remove
• Silica forms hard silica scales
Boiler Feed Water Treatment

115
Internal water treatment
• Chemicals added to boiler to prevent scale
• Different chemicals for different water types
• Conditions:
• Feed water is low in hardness salts
• Low pressure, high TDS content is tolerated
• Small water quantities treated
• Internal treatment alone not recommended

116
External water treatment:
• Removal of suspended/dissolved solids and
dissolved gases
• Pre-treatment: sedimentation and settling
• First treatment stage: removal of salts
• Processes
a) Ion exchange
b) Demineralization
c) De-aeration
d) Reverse osmoses

117
a) Ion-exchange process (softener plant)
• Water passes through bed of natural zeolite of
synthetic resin to remove hardness
• Base exchange: calcium (Ca) and magnesium (Mg)
replaced with sodium (Na) ions
• Does not reduce TDS, blow down quantity and
alkalinity
b) Demineralization
• Complete removal of salts
• Cations in raw water replaced with hydrogen ions
External Water Treatment

118
c) De-aeration
• Dissolved corrosive gases (O2, CO2)
expelled by preheating the feed water
• Two types:
• Mechanical de-aeration: used prior to addition
of chemical oxygen scavangers
• Chemical de-aeration: removes trace oxygen

119
Stea
m
Storage
Section
De-aerated
Boiler Feed
Water
Scrubber
Section
(Trays)
Boiler Feed
Water
Vent
Spray
Nozzles
( National Productivity Council)
Mechanical
de-aeration
• O2 and CO2 removed by
heating feed water
• Economical treatment
process
• Vacuum type can reduce
O2 to 0.02 mg/l
• Pressure type can
reduce O2 to 0.005 mg/l

120
Chemical de-aeration
• Removal of trace oxygen with scavenger
• Sodium sulphite:
• Reacts with oxygen: sodium sulphate
• Increases TDS: increased blow down
• Hydrazine
• Reacts with oxygen: nitrogen + water
• Does not increase TDS: used in high pressure
boilers

121
d) Reverse osmosis
• Osmosis
• Solutions of differing concentrations
• Separated by a semi-permeable membrane
• Water moves to the higher concentration
• Reversed osmosis
• Higher concentrated liquid pressurized
• Water moves in reversed direction

122
d) Reverse osmosis
External water treatment
More
Concentrated
Solution
Fresh Water
Water Flow
Semi Permeable
Membrane
Feed
Water
Concentrate
Flow
Pressure

123
1. Stack temperature control
2. Feed water preheating using
economizers
3. Combustion air pre-heating
4. Incomplete combustion
minimization
5. Excess air control
6. Avoid radiation and convection
heat loss
7. Automatic blow down control
8. Reduction of scaling and soot
losses
9. Reduction of boiler steam
pressure
10. Variable speed control
Energy Efficiency Opportunities

124
1. Stack Temperature Control
• Keep as low as possible
• If >200°C then recover waste heat
2. Feed Water Preheating
Economizers
• Potential to recover heat from 200 – 300 oC flue
gases leaving a modern 3-pass shell boiler
3. Combustion Air Preheating
• If combustion air raised by 20°C = 1% improve
thermal efficiency

125
4. Minimize Incomplete Combustion
• Symptoms:
• Smoke, high CO levels in exit flue gas
• Causes:
• Air shortage, fuel surplus, poor fuel distribution
• Poor mixing of fuel and air
• Oil-fired boiler:
• Improper viscosity, worn tops, cabonization on
dips, deterioration of diffusers or spinner plates
• Coal-fired boiler: non-uniform coal size

126
5. Excess Air Control
• Excess air required for complete combustion
• Optimum excess air levels varies
• 1% excess air reduction = 0.6% efficiency rise
• Portable or continuous oxygen analyzers
Fuel Kg air req./kg fuel %CO2 in flue gas in practice
Solid Fuels
Bagasse
Coal (bituminous)
Lignite
Paddy Husk
Wood
3.3
10.7
8.5
4.5
5.7
10-12
10-13
9 -13
14-15
11.13
Liquid Fuels
Furnace Oil
LSHS
13.8
14.1
9-14
9-14

127
7. Automatic Blow Down Control
6. Radiation and Convection Heat
Loss Minimization
• Fixed heat loss from boiler shell, regardless of
boiler output
• Repairing insulation can reduce loss
• Sense and respond to boiler water conductivity
and pH

128
9. Reduced Boiler Steam Pressure
8. Scaling and Soot Loss Reduction
• Every 22oC increase in stack temperature = 1%
efficiency loss
• 3 mm of soot = 2.5% fuel increase
• Lower steam pressure
= lower saturated steam temperature
= lower flue gas temperature
• Steam generation pressure dictated by process

129
11. Control Boiler Loading
10. Variable Speed Control for Fans,
Blowers and Pumps
• Suited for fans, blowers, pumps
• Should be considered if boiler loads are
variable
• Maximum boiler efficiency: 65-85% of rated load
• Significant efficiency loss: < 25% of rated load

130
13. Boiler Replacement
12. Proper Boiler Scheduling
• Optimum efficiency: 65-85% of full load
• Few boilers at high loads is more efficient than
large number at low loads
Financially attractive if existing boiler is
• Old and inefficient
• Not capable of firing cheaper substitution fuel
• Over or under-sized for present requirements
• Not designed for ideal loading conditions

Conclusions :
The Company Energy Efficiency
Methodology helps companies to:
• Save energy
• Reduce costs
• Protect the environment
Now and in the future!

EFEKTIVITAS AUDIT ENERGI

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to EFEKTIVITAS AUDIT ENERGI

Similar to EFEKTIVITAS AUDIT ENERGI (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (6)

EFEKTIVITAS AUDIT ENERGI