## Analisis Kinerja Sistim Kompresor Udara di Jalur Produksi PT. X Melalui Audit Energi

## Dadang Suhendra Permana dan Yuriadi Kusuma
Dosen Peneliti Teknik Mesin (Universitas Mercu Buana Jakarta)
Email: dadangsp2012@gmail.com Fakultas Teknik Unversitas Mercubuana

## ABSTRAK
Analisis  dilakukan  untuk  mengetahui  kodisi  kinerja  kompresor  dan  bagaiman  tindakan  yang  harus dilakukan  untuk  mengantisipasi  permasalahan.  Diperlukan  data  premier,  data  sekunder  serta  data penunjang  lainnya  untuk  menganalisis  permasalahan.  Data-data  diperoleh  dari  hasil  pengukuran antara  lain  flow  rate,  tekanan  dan  daya  konsumsi  listrik.  Adapun  data  lainnya  diperoleh  dari  kondisi aktual  dilapangan  dan  informasi  dari  pengguna.  Hasil  analisis  memperlihatkan  penurunan  kinerja kompresor rata-rata antara 13% - 52%. Kompresor No. 4 paling rendah kinerjanya, karena perawatan general  overhaul  belum  dilaksanakan  secara  keseluruhan.  Kompresor  ini  direkomendasikan  untuk berhenti  beroperasian,  karena  menyebabkan  kerugian  biaya  listrik  sebesar  Rp192.714.120/tahun. Ditemukan perbedaan tekanan antara supply dan demand yang sangat besar pada kompresor no. 5, yakni 2,5 bar dengan estimasi kerugian financial sebesar Rp 226.720.000/tahun.
Kata kunci : Kinerja, tekanan,  financial, penurunan, udara

## PENDAHULUAN
Kompresor  dimasa  ini  sudah  menjadi mesin yang lazim digunakan di berbagai industri. Di  beberapa  industri  tertentu,  sistem  udara bertekanan  memegang  peranan  yang  sangat penting.  Sehingga  keseluruhan  sistemnya  tidak akan  dapat  beroperasi  tanpa  adanya  sistem kompresor udara.
Sistem  udara  bertekanan  dibangkitkan kompresor dengan tingkat konsumsi energi  yang sangat  bervariasi,  tergantung  besarnya  tekanan. Ternyata  70    sampai    90  persen  udara  tekan hilang  dalam  bentuk  kerugian  panas  dan gesekan,  salah  penggunaan  serta  kebisingan. Sehingga, bidang ini  menjadi  area penting untuk konservasi energi pada plant industri 7 .
Sistem  udara  bertekanan  memiliki  bagian supply  dan  bagian  demand.  Pengaturan  sisi supply  yang  baik,  akan  menghasilkan  udara bertekanan  yang  bersih,  kering  dan  stabil  untuk distribusikan  ke  pemakai  (demand).  Demikian juga  pengaturan  sisi  demand  yang  baik,  akan meminimalisir kerugian akibat terbuang percuma, karena  kebocoran  dan  penggunaan  yang  tak semestinya.  Untuk  improvisasi  dan  menjaga performa sistem udara bertekanan perlu diperhatikan  kedua  sisi  tersebut  agar  dapat bersinergi,  sehingga  diperoleh  sistem  kompresor udara  dengan  kinerja  optimal  dan  hemat  energi. Sistim  udara  tekan  yang  dimaintain  dengan  baik
dan  benar  tentunya  akan  dapat  menghemat energi,  mengurangi  perawatan,  menurunkan waktu  penghentian  operasi  (downtime),  serta meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi.
Sistim  udara  bertekanan  yang  digunakan Industri untuk proses produksi, sering dikeluhkan sebagai  penyebab  tingginya  biaya  produksi, terutama  dikarenakan  membengkaknya  biaya konsumsi  energi  penggeraknya  (listrik  atau BBM). Hal ini tentu saja membuat produk industri sulit  bersaing  dengan  produk  sejenis  dipasaran. Selain  itu  tingkat  kegagalan  produksi  yang disebabkan oleh suplai udara bertekanan kurang stabil  cukup  mempengaruhi  hasil  produksi.  Oleh karena itu perlu perbaikan  pada kinerja dan pola konsumsi  energi  kompresornya,  agar  dapat bersaing di pasar global.
Hal  penting  yang  harus  diingat  adalah biaya menjalankan sistim udara  tekan jauh lebih tinggi  dari  pada  harga  kompresor  itu  sendiri. Penghematan  energi  melalui  perbaikan  kinerja sistim  kompresor,  dapat  berkisar  dari  20  sampai 50  persen  atau  lebih  dari  total  penggunaan energi  listrik 7 .  Ini  menghasilkan  penghematan sangat  besar,  diatas  ratusan  ribu  dolar  dan bahkan  sangat  menyokong  usaha  pelestarian lingkungan  hidup  dari  bahaya  gas  buang  hasil pembakaran bahan bakar energi penggeraknya.
Kompresor Udara Oil Free Dry Screw
Kompresor Udara Oil free dry screw adalah salah satu dari jenis kompresor udara dengan simetrik rotor dan tidak menggunakan pelumas pada bagian screw.

## Tekanan
Tekanan merupakan parameter penting  yang harus dikontrol dalam sistem udara  bertekanan. Setiap  kenaikan  1  bar tekanan  udara  memerlukan  7%  -  9% energi listrik dari kapasitas yang tersedia 10 .

## Profil beban
Profil beban merupakan kunci penting
dalam
mendisain dan
mengoperasikan udara bertekanan. Variasi kebutuhan  udara  pada  suatu  industri menjadi pertimbangan utama dalam mendesain  sistem  udara  bertekanan, apabila  kebutuhan  udara  yang  berubah- ubah
sebaiknya
menggunakan “ sequencing control / central controller ”
untuk mendapatkan operasional kompresor lebih ekonomis. Dan kebutuhan udara  yang  cenderung  konstan  dapat menjaga  konsumsi  energi  listrik  pada  titik optimum sehingga lebih efisien.

## Kinerja Kompresor
Cara paling tepat untuk menentukan kinerja kompresor
adalah
dengan mengukur  secara  langsung input  power (kW) dan kapasitas flow udara bertekanan (m 3 /min). Kinerja/effisiensi kompresor lebih sering  dikenal  dengan Specific  Power Consumption  (SPC). SPC  dapat  dihitung dengan persamaan berikut:
(1) Dimana: SPC = (kW/m 3 /min)
P = Power/Daya (kW)
Q  =  Laju  aliran  volume  udara
(m 3 /min)
Saat ini SPC untuk tipe kompresor  screw  adalah  6,4  kW/m 3 /min hingga 7,8 kW/m 3 /min 11 . Dengan  membandingkan  antara  name plate  (SPC 1 )  dengan  hasil  pengukuran (SPC 2 ),  maka  akan  diperoleh  deviasi kinerja kompresor udara ( 𝜂 ) dan selanjutnya  dapat  dihitung  biaya  energi listrik (Energy Cost) yang terbuang dengan menggunakan persamaan berikut:
(2) Dimana: 𝜂 =   Effisiensi kinerja kompresor
udara (%) SPC 1 =  Specific power consumption spek/nameplate (kW/m 3 /min)
SPC 2 =  Specific power consumption
perhitungan (kW/m 3 /min)
Dan  energy  cost  dapat  dihitung  dengan persamaan berikut:
Energy Cost = 𝜂 x P x n                         (3)
Dimana:
Energy  Cost  =  Biaya  energi  listrik  yang dikeluarkan (Rupiah/Rp)
𝜂 = Effisiensi kinerja kompresor (%) P  = Daya listrik yang digunakan (kWh) n  = harga energi listrik per kWh = IDR   1300/kWh

## Pola Konsumsi Udara Bertekanan
Pola  konsumsi  udara  bertekanan  yang tidak menguntungkan
biasanya
disebabkan oleh kebocoran, keausan pada peralatan,  proses  produksi  yang  tidak diatur  sedemikian  rupa  dan  penggunaan udara bertekanan tidak tepat. Membagi sistem udara bertekanan menjadi  beberapa  bagian  dapat  dilakukan untuk mengurangi konsumsi udara, seperti contoh  pola  pemakaian  pada  siang  hari lebih  besar  dari  pada  malam  hari, sehingga perlu dibagi dengan memisahkan sistem udara bertekanan.

## Spesifikasi Kompresor Udara
Pengambilan  data  dilakukan  pada  ruang kompresor,  sistem  pemipaan  pada  ruang kompresor  dan  pipa  distribusi  udara bertekanan.    Spesifikasi  kompresor  udara yang  akan  diukur  untuk  pengambilan  data adalah sebagai berikut :
Tabel 1. Spesifikasi ( Nameplate ) ke lima kompresor udara yang akan diukur

## METODE RISET
Sistematika  penelitian  ini  digambarkan  dalam diagram alir seperti yang terlihat pada Gambar 3.

## Alat Ukur
1. Orifice Flowmeter
Orifice  Flowmete r  adalah  alat  pengukur volume  aliran  udara.  Alat  ini  memiliki  beberapa orifice  didalamnya,  masing-masing  orifice  akan menghasilkan laju aliran volume udara tertentu.
Tujuan  dari  pengukuran  ini  adalah  untuk mengetahui  laju  aliran  volume  udara  bertekanan yang dihasilkan oleh kompresor.
Orifice  flowmeter yang  digunakan  untuk pengambilan  data  ini  menggunakan flowmeter dengan merek IMPACTRM tipe LP07 nomor seri 16-2199-A1-A6. Dengan Range 0.28 s/d 45m 3 /menit, tingkat akurasi ±2% (Impactrm LP07 calibration certificate, 2016).
2.  Pengukur Daya ( Power Meter ) Pengukur  daya  / Power  meter adalah  alat ukur    yang  digunakan  untuk    mengukur  energi listrik  yang  diperlukan  oleh  kompresor  untuk menghasilkan udara bertekanan.
Power meter
yang digunakan untuk pengambilan data ini menggunakan merek Fluke tipe  1730,  dengan range tegangan  maksimum 1000 Volt, tingkat akurasi ±0.2%
( www.en.us.fluke.com )
3.  Pengukur Tekanan ( Pressure Gauge ) Pressure gauge adalah alat  yang   digunakan untuk  mengukur      tekanan      udara      yang dihasilkan  oleh  kompresor  dan  juga  tekanan pada area mesin produksi.
Pressure  gauge dipasang  pada flowmeter untuk mengetahui  dan  memonitor  tekanan  udara  yang dihasilkan oleh kompresor. Pressure gauge yang digunakan  merek  Fluke  tipe  700G27  dengan range pengukuran  -0.83  s/d  20  Bar  ( www.en- us.fluke.com ).

## 5.  Thermal Mass Flowmeter
Thermal  mass  flowmeter adalah  alat  yang digunakan  untuk  mengukur  laju  aliran  volume udara yang mengalir pada pipa distribusi, thermal mass  flowmeter digunakan  untuk  mengetahui konsumsi  udara  yang  digunakan  untuk  proses produksi.
Tipe thermal mass flowmeter yang digunakan S400  dengan range pengukuran  0.2  m 3 /jam- 19815m 3 /jam.

## 5.  Data Logger
Data Logger adalah alat yang berfungsi untuk membaca  dan  mencatat  hasil  pengukuran  dari sensor thermal mass flow meter.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data pengukuran diambil sebanyak dua belas kali  pengukuran  untuk  setiap  kompresor  udara dan data diambil selang waktu setiap lima menit. Parameter  yang  diukur  yaitu  daya  ( kW )  dengan Power  meter ,  laju  aliran  udara  (m 3 /min)  dengan Orifice  Flowmete r  dan  tekanan  udara  (Bar) dengan Pressure gauge. Berikut hasilnya :
Tabel 2. Hasil pengukuran kompresor udara No. 1
Rata-
17:45 17:50 17:55 18:00 18:05 18:10 18:15 18:20 18:25 18:30 18:35 18:40 rata 1 Daya kW 32,17 32,28 32,43 32,46 32,25 32,19 32,32 32,25 32,19 32,34 32,36 32,39 32,28 2 Laju Aliran Udara m3/min 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3 Tekanan Udara Barg 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
No Deskripsi
Satuan Waktu Pengukuran
Pengukuran  pada  kompresor  No.  1,  memperlihatkan  nilai  konsumsi  daya  listrik  rata-rata  sebesar 32,28 kW, lebih besar dibanding daya nameplate kompresornya sendiri. (30 kW)

## Tabel 3. Hasil pengukuran kompresor udara No. 2
Rata- 14:50 14:55 15:00 15:05 15:10 15:15 15:20 15:25 15:30 15:35 15:40 15:45 rata 1 Daya kW 31,38 31,6 31,65 31,8 31,93 31,81 31,84 31,88 31,84 31,86 31,82 31,95 31,78 2 Laju Aliran Udara m3/min 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3,53 3 Tekanan Barg 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 No Deskripsi Satuan Waktu Pengukuran
Pengukuran  pada  kompresor  No.  2,  memperlihatkan  nilai  konsumsi  daya  listrik  rata-rata  sebesar 31,82 kW, lebih besar dibanding daya nameplate kompresornya sendiri. (30 kW)
Tabel 4. Hasil pengukuran kompresor udara No. 3
Rata- 11:00 11:05 11:10 11:15 11:20 11:25 11:30 11:35 11:40 11:45 11:50 11:55 rata
1 Power kW 33,82 34,45 34,08 34,33 34,37 34,45 34,46 34,77 35,05 35,01 35,19 35,33 34,61 2 Laju Aliran Udara m3/min 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3 Tekanan Barg 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 No Deskripsi Satuan Waktu Pengukuran
Pengukuran  pada  kompresor  No.  3,  memperlihatkan  nilai  konsumsi  daya  listrik  rata-rata  sebesar 34,60 kW, lebih besar dibanding daya nameplate kompresornya sendiri. (30 kW)
Tabel 5. Hasil pengukuran kompresor udara No. 4
Rata-
14:55 15:00 15:05 15:10 15:20 15:25 15:30 15:35 15:40 15:45 15:50 15:55 rata 1 Daya kW 35,12 35,51 35,51 35,53 35,43 35,54 35,86 35,54 35,55 35,86 36,11 36,11 35,64 2 Laju Aliran Udara m3/min 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 3 Tekanan Barg 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 No Deskripsi
Satuan
Waktu Pengukuran
Pengukuran  pada  kompresor  No.  4,  memperlihatkan  nilai  konsumsi  daya  listrik  rata-rata  sebesar 35,54 kW, lebih besar dibanding daya nameplate kompresornya (37 kW)
Tabel 6. Hasil pengukuran kompresor udara No. 5
Rata-
11:00 11:05 11:10 11:15 11:20 11:25 11:30 11:35 11:40 11:45 11:50 11:55 rata 1 Daya kW 61,62 61,54 61,43 61,44 61,4 61,4 62,34 61,61 61,33 61,34 61,29 61,33 61,53 2 Laju Aliran Udara m3/min 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 7,08 3 Tekanan Barg 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 No Deskripsi
Satuan Waktu Pengukuran
Pengukuran  pada  kompresor  No.  5,  memperlihatkan  nilai  konsumsi  daya  listrik  rata-rata  sebesar 61,50 kW, lebih besar dibanding daya nameplate kompresornya sendiri (55 kW)

## B.  Analisis Penurunan Kinerja Kompresor
Berdasarkan  pengukuran  laju  aliran  volume udara  dan  daya  yang  dihitung  pada  lampiran  G,
maka  diperoleh  kinerja  setiap  kompresor  pada tabel 7 sebagai berikut;
Tabel 7. Diviasi Kinerja Kompresor Nameplate Pengukuran 1 Kompresor 1 7,14 9,14 21% 2 Kompresor 2 7,14 9,00 21% 3 Kompresor 3 7,89 9,10 13% 4 Kompresor 4 6,16 12,72 52% 5 Kompresor 5 7,23 8,69 17% Specific Power Consumption (kW/m3/min) No Deskripsi
Deviasi Kinerja
Dari  tabel  7  terlihat,  bahwa Specific  Power  Consumtion (konsumsi  energi  listrik)  Kompresor  No.4 adalah yang paling tinggi dibandingkan dengan konsumsi energi listrik ke empat kompresor lainnya. Hal ini terbaca dari nilai Deviasi kinerjanya, merupakan yang paling besar (52%).
Tabel 8. Estimasi kerugian listrik dalam 1 tahun
Dari tabel 8, terlihat potensi kerugian listrik paling besar  ada  pada  kompresor  4  dan  5,  sebesar lebih dari 100 juta. Permasalahan ini kemungkinan  besar  disebabkan  oleh  bagian airend/screw pada  kompresor  sudah  mengalami penurunan  ukuran,  karena clearance antara
male-female rotor dan rumah airend sudah cukup besar .  Clearance antara male - female  rotor sangat  memengaruhi  kemampuan  kompresor dalam mengkompresi udara.

## Sistim Pengontrolan Kompresor Udara
Saat ini belum dipasang sistem pengontrolan terpusat, masing-masing kompresor  hanya  dikontrol  oleh  pengontrol  yang ada  pada  kompresor  dengan  menggunakan sistem  bertingkat  (cascade).  Kekurangan  dari sistem  bertingkat  ini  adalah  pressure  band menjadi besar.

## Gambar Skema Pengontrolan secara Bertingkat
Dari  Skema  Pengontrolan  secara  Bertingkat dapat  dihitung  potensi  kerugian  energi  listrik akibat perbedaan pressure band, dengan asumsi tekanan di area produksi sebesar 6 bar,  tekanan supply 7 bar,  dan setiap kenaikan 1 bar tekanan akan  menaikan  konsumsi  energi  listrik  sebesar 7% dari motor terpasang 2 , maka;
No. Deskripsi Kompresor Diff. Pressure (Bar) Energi terbuang (kW) 1 No.1 1 2,1 2 No.2 1 2,1 3 No.3 2 4,2 4 No.4 1,5 3,8 5 No.5 2,5 9,6 Total Energi terbuang (kW) 21,8
Dari  perhitungan  estimasi  kerugian  energi  listrik, maka  kerugian  biaya  dapat  dihitung  dalam  satu tahun  dengan  asumsi  kompresor  beroperasi 8000jam/tahun,  maka  estimasi  kerugian  biaya energi listrik didapat sebesar:
Total  Energi  terbuang  dari  5  kompresor  tersebut adalah 21,8 kWh, maka:
Potensi kerugian/tahun = 21,8kWh x Rp1300/jam x 8000 jam/tahun  = Rp 226.720.000/tahun

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisis  kinerja  dari setiap  kompresor  yang  bekerja  sama  untuk menyuplai udara bertekanan, maka disimpulkan:
1.  Kinerja setiap kompresor pada sistim kompresor  sudah  turun  terlalu  rendah  (13% sampai  dengan  52%)  dibandingkan  batas toleransi penurunan standar (3%-10%).
2.  Karena  batas  toleransi  penurunan  kinerja kompresor  sudah  jauh  terlewati  oleh  ke  lima kompresor  dalam  sistim  tersebut,  maka keseluruhan  kompresor  sudah  seharusnya segera  dilakukan  service  general  overhaul untuk  mengembalikan  kinerja  kompresor tersebut.
3.  Untuk  mengurangi  potensi  kerugian  energi listrik  yang  terlalu  besar,  maka  sebaiknya  : kompresor No. 4 dihentikan pengoperasiannya,  karena  konsumsi  energi listriknya ( Specific Power Consumtion ) boros, terpantau  dari  kinerjanya  yang  hanya  tinggal 48%.  Sehingga  hal  ini  dapat  menyebabkan kerugian biaya listrik sebesar Rp192.714.120 /tahun. 4.  Adapun  kompresor  No.  5  juga  sebaiknya dihentikan pengoperasiannya, karena kerugian akibat kehilangan tekanan
menyebabkan kerugian energi yang terbuang sebesar  9,6  kW  per  jam.  Sehingga  hal  ini dapat  menyebabkan  kerugian  biaya  listrik sebesar Rp 226.720.000/tahun

## REFERENSI
1. Ahza, Hendri. (2017). Potensi Penghematan Energi pada  Kompresor  di  PT.  ABC.  Jurnal  PASTI Volume IX No 1, 72 – 82.
2. Atlas  Copco.  (2015). Basic  Air  Compressor Handbook 8 th edition. Wilrijk: Atlas Copco.
3. BPPT.  (2013).  Perencanaan  Efisiensi  dan Intensitas Energi.
4. ECompressedAir. Compressed Air Audits. http://ecompressedair.com/air.shtml http://superiorsignal.com/usndacr.pdf
5. Hutapea,  Maritje.  (2013). Energy  Efficiency  and Conservation  Policy  in  Indonesia,  ESDM Republik Indonesia.
6. CEA Technology Inc. (CEATI) (2014). Compressed  Air  Energy  Efficiency  Reference Guide .
7. Compressed  Air & Gas Institute (CAGI) (2016). Air  Compressor  Selection  and  Application. Air Compressor Performance and Installation .
8. Dwi Susanto, Agustinus. & Hamdi Azwir, Hery.
(2018).  Perencanaan  Perawatan  Pada  Unit
Kompresor  TipeScrew  dengan  Metode  RCM  di Industri Otomotif
9. Energy  Management  Association  of  New Zealand. Compressed  Air  Systems  Audit  (CAS) Audit Standard (Version 1.0).
10. Fusheng. (2016). Design Compressed Air System,
2 nd edition. Taipei: Fusheng
11.Marshall,  Ron.  (2017). Compressed  Air  System Costs  Meet  Real  World .  Compressed  air challenge.
12.Stiaccini,  Isacco,  et  all2016,.  A  Reciprocating Compressor  Hybrid  Model  With  Acoustic  FEM Characterization  .University  of  Florence,  Italy.
ScienceDirect- International Journal
of Refrigeration 63 , pp 171–183.
13.Visnu,  R.,  &  Prof.  Vasanthakumar,  D.  (2015). Performance  analysis  and  modification  of  air compressor  system. International  Research Journal of Engineering and Technology. 2, 1171- 1174. Diambil dari http://www.irjet.net
14.Zolkowski,  J.  (2017).  Using  excel  to  evaluate  air compressor  performance. Journal of Energy
Engineering . 114 , 51-63. Diambil dari http://www.tandfonline.com