Abstrak

Sebagai peralatan transportasi fluida yang sangat efisien yang banyak digunakan dalam proyek konservasi air, industri petrokimia, dan sistem pasokan air perkotaan, pompa turbin vertikal multitahap menyumbang 30%-50% dari total konsumsi energi sistem. Metode kontrol kecepatan konstan tradisional mengalami pemborosan energi karena ketidakmampuannya untuk secara dinamis menyesuaikan permintaan aliran. Dengan kematangan teknologi kontrol kecepatan frekuensi variabel (VFS), penerapannya dalam penghematan energi untukpompa turbin vertikal multitahaptelah menjadi titik fokus dalam industri. Makalah ini membahas nilai inti sistem VFS dari prinsip teknis, efek penghematan energi praktis, dan perspektif ekonomi.

I. Prinsip Teknis dan Kemampuan Adaptasi Sistem Kontrol Kecepatan Frekuensi Variabel pada Pompa Turbin Vertikal Multitahap

1.1 Prinsip Dasar Kontrol Kecepatan Frekuensi Variabel

Sistem VFS menyesuaikan frekuensi pasokan daya motor (0.5–400 Hz) untuk mengatur kecepatan pompa (N∝f), sehingga mengendalikan laju aliran (Q∝N³) dan tekanan (H∝N²). Pengontrol inti (misalnya, VFD) menggunakan algoritma PID untuk kontrol tekanan aliran yang presisi melalui penyesuaian frekuensi dinamis.

1.2 Karakteristik Operasional Pompa Turbin Vertikal Multitahap dan Kemampuan Adaptasinya terhadap VFS

Fitur Utamainclude:
• Rentang efisiensi tinggi yang sempit: Rentan terhadap penurunan efisiensi saat beroperasi jauh dari titik desain
• Fluktuasi aliran besar: Memerlukan penyesuaian kecepatan atau operasi start-stop yang sering karena sistem variasi tekanan
• Keterbatasan struktur poros panjang: Pembatasan katup tradisional menyebabkan hilangnya energi dan masalah getaran

VFS secara langsung menyesuaikan kecepatan untuk memenuhi persyaratan aliran, menghindari zona efisiensi rendah dan meningkatkan efisiensi sistem secara signifikan.

II. Analisis Efektivitas Penghematan Energi pada Sistem Kontrol Kecepatan Frekuensi Variabel

2.1 Mekanisme Utama untuk Peningkatan Efisiensi Energi

(Di mana ΔPkatup menunjukkan kehilangan tekanan akibat pembatasan katup)

2.2 Data Kasus Aplikasi Praktis

• **Proyek Renovasi Instalasi Penyediaan Air:**

· Peralatan: 3 pompa vertikal multitahap XBC300-450 (masing-masing 155 kW)

· Sebelum Retrofit: Konsumsi listrik harian ≈ 4,200 kWh, biaya tahunan ≈$39,800

· Setelah Retrofit: Konsumsi harian berkurang menjadi 2,800 kWh, penghematan tahunan ≈$24,163, periode pengembalian < 2 tahun

III. Evaluasi Ekonomi dan Analisis Pengembalian Investasi

3.1 Perbandingan Biaya Antara Metode Kontrol

3.2 Perhitungan Payback Period (Periode Pengembalian Investasi)

Contoh: Peningkatan biaya peralatan$27,458, penghematan tahunan$24,163 → ROI ≈ 1.14 tahun

3.3 Manfaat Ekonomi Tersembunyi

• Memperpanjang umur peralatan: siklus perawatan 30%-50% lebih panjang karena berkurangnya keausan bantalan
• Pengurangan emisi karbon: Emisi CO₂ tahunan dari satu pompa berkurang sekitar 45 ton per 50,000 kWh yang dihemat
• Insentif kebijakan: Sesuai dengan kebijakan Tiongkok Pedoman Diagnosis Konservasi Energi Industri, memenuhi syarat untuk mendapatkan subsidi teknologi hijau

 IV. Studi Kasus: Perbaikan Grup Pompa Multitahap Perusahaan Petrokimia

4.1 Latar Belakang Proyek

• Masalah: Seringnya pompa transfer minyak mentah menyala dan mati menyebabkan biaya perawatan tahunan >$109,832 disebabkan oleh sistem fluktuasi tekanan
• Solusi: Pemasangan 3×315 kW VFD dengan sensor tekanan dan platform pemantauan cloud

4.2 Hasil Implementasi

• Metrik energi: Konsumsi daya per pompa berkurang dari 210 kW menjadi 145 kW, efisiensi sistem meningkat sebesar 32%
• Biaya operasional: Waktu henti kegagalan berkurang hingga 75%, biaya pemeliharaan tahunan berkurang hingga$27,458.
• Manfaat ekonomi: Biaya perbaikan penuh diperoleh kembali dalam 2 tahun, laba bersih kumulatif >$164,749

V. Tren dan Rekomendasi Masa Depan

1. Peningkatan Cerdas:Integrasi algoritma IoT dan AI untuk kontrol energi prediktif

2. Aplikasi Tekanan Tinggi: Pengembangan VFD yang cocok untuk pompa multitahap 10 kV+

3. Manajemen Siklus Hidup: Pembentukan model kembaran digital untuk optimasi siklus hidup hemat energi

Kesimpulan
Sistem kontrol kecepatan frekuensi variabel menghasilkan peningkatan efisiensi energi yang signifikan dan pengurangan biaya operasional pada pompa turbin vertikal multitahap dengan mencocokkan persyaratan head aliran secara tepat. Studi kasus menunjukkan periode pengembalian modal tipikal selama 1–3 tahun dengan manfaat ekonomi dan lingkungan yang substansial. Dengan kemajuan digitalisasi industri, teknologi VFS akan tetap menjadi solusi utama untuk pengoptimalan energi pompa.