123dok Analisa Pengaruh Water Wash Terhadap Performansi Turbin Gas Pada PLTG Unit 7 Paya Pasir PT PLN S [PDF]

Citation preview

TURBIN UAP & GAS



ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT.PLN SEKTOR PEMBANGKITAN MEDAN



SKRIPSI



Skripsi ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik



FEBRI DWI SENJAYA PERANGIN ANGIN 100421019



PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



KATA PENGANTAR



Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas Rahmat dan Karunia yang diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini, mulai dari awal penyusunan hingga selesai karena untuk dapat menyelesaikan studi harus mengikuti dan melaksanakan persyaratan dan aturan yang berlaku di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi mahasiswa untuk menyelesaikan studinya di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, khususnya di Departemen Teknik Mesin Universitas sumatera Utara. Penulisan Tugas Sarjana ini penulis memilih Turbin Uap & Gas, dengan judul spesifikasi tugas : “ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP PERFORMANSI



TURBIN GAS



PADA PLTG



UNIT 7 PAYA PASIR



PT.PLN SEKTOR PEMBANGKITAN MEDAN “ . Dan dengan pembatasan masalah yang akan dibahas adalah analisa perbandingan



performansi PLTG



Sebelum menggunakan Water Wash dan Sesudah Menggunakan Water Wash. Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi maupun segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof.Dr.Ir.Farel H Napitupulu, DEA , selaku Pembimbing yang membimbing dan mengajari saya untuk dapat menyelesaikan sekripsi ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara; 3. Seluruh Staff Pengajar/Dosen dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, dan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara; 4. Teristimewa kepada Orangtua penulis



yaitu : Ayahanda Pdt.Soewara



Perangin – angin S.Th dan Ibunda Rehulina Sembiring S.Pd serta kakak serta adik dan seluruh keluarga yang telah memberikan doa dan bimbingannya selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan;



Universitas Sumatera Utara



5. Semua teman-teman penulis, yang telah banyak memberikan bantuan motivasi semangat bagi penulis terima kasih atas dukungannya selama ini.



Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih ada kekurangan. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis mengharapkan agar laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya.



Medan, 28 Mei 2013 Penulis,



Febri Dwi Senjaya P NIM: 100421019



Universitas Sumatera Utara



ABSTRAK



Turbin gas adalah mesin Pembakaran luar (eksternal Combustion Engine) dimana energi kinetik dari gas panas memutar sudu – sudu turbin menjadi energi mekanik. Pada saat ini instalasi turbin gas ditambah dengan cara baru yang disebut Water Wash. Water Wash adalah suatu cara yang digunakan untuk membersihkan kompresor sehingga daya keluaran turbin gas lebih besar. Proses penggunaan Water Wash beroperasi menggunakan pola semprotan air dari nozzle yang sangat dirancang untuk benar-benar masuk ke inti kompresor. Proses secara offline membersihkan inti seluruh pulih dan kinerja hilang Mengetahui komponen – komponen PLTG, cara kerja PLTG dengan menggunakan water wash, dan perhitungan perbedaan besarnya daya yang dibangkitkan oleh turbin gas. Dari analisa diperoleh bahwa daya dhasilkan turbin gas setelah water wash sebesar 42[MW] dan sebelumnya water wash sebesar 38 [MW]. Efisiensi siklus setelah water wash sebesar 26,85[%] dan sebelumnya water wash sebesar 26,4 [%] Kata kunci: turbin gas, water wash,PLTG



Universitas Sumatera Utara



DAFTAR ISI



PERSETUJUAN JUDUL SKRIPSI……………………………………… . i BIMBINGAN SKRIPSI................................................................................. ii SPESIFIKASI TUGAS ................................................................................. iii KESIMPULAN SEMINAR TUGAS SKRIPSI…………………………... iv PENGESAHAN SEMINAR TUGAS AKHIR …………………………… viii KATA PENGANTAR .................................................................................... ix ABSTRAK ..................................................................................................... xi DAFTAR ISI .................................................................................................. xii DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvii DAFTAR NOTASI ........................................................................................ xviii



BAB I



PENDAHULUAN ........................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1 1.2 Perumusan Masalah .................................................................... 3 1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................ 3 1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................... 3 1.5 Sistematika Penulisan ................................................................. 3



BAB II TINJAUAN PUSATAKA................................................................ 5 2.1 Turbin Gas ................................................................................... 5 2.1.1 Umum ................................................................................ 5 2.1.2 Prinsip Kerja Turbin Gas ................................................... 8 2.2 PLTG dengan menggunakan Water Wash ................................... 11



Universitas Sumatera Utara



2.2.1 Prinsip Kerja PLTG Sebelum Water Wash ........................ 19 2.2.2 Prinsip Kerja PLTG Sesudah Water Wash ......................... 19 2.3 Komponen Utama PLTG............................................................. 20 2.3.1 Air Inlet Section ................................................................. 20 2.3.1.1 Air Inlet Housing.................................................... 21 2.3.1.2 Inertia Separator…………………………………..21 2.3.1.3 Pre - Filter .............................................................. 21 2.3.1.4 Main Filter……………………………………….. 22 2.3.1.5 Inlet Bellmounth…………………………………. 22 2.3.1.6 Inlet Guide Vane…………………………………. 23 2.3.2 Kompresor……………………………………………….. 23 2.3.2.1 Kompresor Stator………………………………... 24 2.3.2.2 Exhaust Difusor Compressor……………………. 24 2.3.2.3 Sudu Putar Kompresor…………………………… 25 2.3.2.4 Sudu Tetap Kompresor…………………………... 25 2.3.3 Ruang Bakar ( Combustion Chamber)………………… ... 26 2.3.4 Turbin……………………………………………………. 29 2.3.5 Air Filter………………………………………………… . 31 2.3.6 Exhaust………………………………………………… ... 32 2.3.7 Load Gear ( Reduction Gear )…………………………… 34 2.4 Komponen Penunjang ................................................................. 35 2.4.1 Starting Equipment ............................................................ 35 2.4.2 Coupling dan Accessory .................................................... 36 2.4.3 Fuel System ...................................................................... 37 2.4.4 Lube Oil System ................................................................ 37 2.4.5 Cooling System……………………………………………38 2.5 Siklus Turbin Gas ........................................................................ 38 2.5.1 Siklus Terbuka (Open Cycle Gas Turbine)……………… 39



Universitas Sumatera Utara



2.5.1.1 Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung…………… 39 2.5.1.2 Siklus Turbin Gas Terbuka Tak langsung……… .. 39 2.5.2 Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine)……………. 40 2.5.2.1 Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung…………… 40 2.5.2.2 Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung………. 41 2.6 Siklus Brayton Ideal .................................................................... 41 2.7 Siklus Brayton Non Ideal……………………………………….44 2.8 Teori Kompresi............................................................................ 46 2.8.1 Hubungan Antara Tekanan dan Volume…………… ......... 46 2.8.2 Hubungan Antara Temperatur dan Volume…………… .... 47 2.8.3 Persamaan Keadaan……………………………………. .. 47 2.9 Proses Kompresi Gas………………………………………… .. 48 2.9.1 Cara kompresi…………………………………………… 48 2.9.2 Perubahan Temperatur…………………………………… 49 2.9.3 Pengaruh Temperatur Udara yang Dihisap Kompresor Terhadap Daya Yang Berguna Yang Dihasilkan Turbin Gas ……………………………………………………… 50



BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 52 3.1 Metode Penelitian ...................................................................... 52 3.2 Tempat dan Waktu ...................................................................... 52 3.2.1 Tempat ............................................................................... 52 3.2.2 Waktu ................................................................................. 52 3.3 Alat ............................................................................................. 53 3.3.1 Spesifikasi PLTG………………………………………… 53 3.3.2 Spesifikasi Kompresor…………………………………… 54 3.3.3 Alat Indikator……………………………………………. 54 3.4 Pengambilan Data ...................................................................... 57 3.5 Analisa Teoritis ........................................................................... 57



Universitas Sumatera Utara



3.6 Diagram Alir…………………………………………………… 58



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 60 4.1 Analisa Bahan Bakar ................................................................. 60 4.1.1 Komposisi Bahan Bakar Gas Cair ................................... 61 4.1.2 Perhitungan Kandungan C, H2 dan O2 ............................. 61 4.1.3 Perhitungan Nilai Kalor Bahan Bakar .............................. 63 4.2 Analisa Performansi Turbin Gas ................................................ 69 4.2.1 Sebelum Water Wash ......................................................... 69 4.2.2 Setelah Water Wash ........................................................... 73



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 80 5.1 Kesimpulan ............................................................................... 80 5.2 Saran ......................................................................................... 81



DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



DAFTAR TABEL



Universitas Sumatera Utara



Tabel 2.1. Harga konstanta gas (R) ………………………………………… 47 Tabel 4.1. Komposisi bahan bakar gas alam ……………………………….. 61 Tabel 4.2. Persentase C, H 2 , O 2 dalam gas alam …………………………. 62 Tabel 4.3. Harga (HHVv) P r , T r dan (LHVv) P r , T r bahan bakar gas untuk kondisi referensi 20 ºC dan 1 atm ……………………………… 64 Tabel 4.4. Nilai HHV dan LHV Pada kondisi 10 bar, 363 ºC dan 1 bar, 20ºC..68



Universitas Sumatera Utara



DAFTAR GAMBAR



Gambar 2.1. Turbin Gas ……………………………………………………….. 7 Gambar 2.2. Skema dari suatu instalasi gas turbin untuk industry ……………. 8 Gambar 2.3. Skematic diagram dari Turbin……………………………………. 10 Gambar 2.4. Diagram alir Turbin gas…………………………………………… 11 Gambar 2.5. Diagram Pencucian dengan system On-line / Off-line…………… 13 Gambar 2.6. Grafik Perbandingan Output Performance On-line dan Off –line... 14 Gambar 2.7. Instalasi Pipa Water Wash pada PLTG…………………………… 15 Gambar 2.8. Pipa Water Wash Tampak Depan………………………………… 15 Gambar 2.9. Proses Pembersihan Kompresor………………………………….. 20 Gambar 2.10. Air Inlet Section…………………………………………………. 20 Gambar 2.11. Air Inlet Housing………………………………………………… 21 Gambar 2.12. Inertia Separator…………………………………………………. 21 Gambar 2.13. Pre-Filter………………………………………………………… 22 Gambar 2.14. Main Filter………………………………………………………. 22 Gambar 2.15. Inlet Bellmouth………………………………………………….. 22 Gambar 2.16. Inlet Guide Vane………………………………………………… 23 Gambar 2.17. Axial Compressor……………………………………………….. 23 Gambar 2.18. Stator dan Rotor…………………………………………………. 24 Gambar 2.19. Exhaust Difuser………………………………………………….. 24 Gambar 2.20. Sudu Putar Kompresor………………………………………….. 25 Gambar 2.21. Sudu Tetap dan sudu gerak pada kompresor……………………. 25 Gambar 2.22. Combution Chamber Components………………………………. 26 Gambar 2.23. Pola aliran udara system pembakaran axial-flow………………... 28 Gambar 2.24. System Pembakaran pada Combution Chamber………………… 29



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.25. Second Stage nozzle, Second stage Turbine…………………….. 30 Gambar 2.26. Komponen – komponen Turbin…………………………………. 31 Gambar 2.27. Air Filter…………………………………………………………. 32 Gambar 2.28. Exhaust Frame…………………………………………………… 33 Gambar 2.29. Exhaust Diffuser………………………………………………… 34 Gambar 2.30. Load Gear (Reduction Gear)…………………………………….. 35 Gambar 2.31. Jaw Cluth………………………………………………………… 36 Gambar 2.32. Gear Coupling…………………………………………………… 36 Gamabr 2.33. Siklus Turbin gas terbuka……………………………………….. 39 Gambar 2.34. Siklus Turbin gas terbuka tak langsung…………………………. 40 Gambar 2.35. Siklus Turbin gas tertutup langsung…………………………….. 40 Gambar 2.36. Siklus Turbin gas tertutup tak langsung………………………… 41 Gambar 2.37. Siklus Brayton Ideal…………………………………………….. 42 Gambar 2.38. Siklus Non Ideal………………………………………………… 44 Gambar 2.39. Grafik perbandingan tekanan kompresi dalam kompresi adiabatic (untuk m = 1 dalam Kompresi satu tingkat)…………………………………..... 50 Gambar 2.40. Perubahan daya yang dihasilkan Instalasi turbin gas Pe pada waktu terjadi perubahan tempratur udara luar yang dihisap compressor, instalasi sudah ditentukan untuk bekerja dengan temperature udara luar 15oC, harga –harga informative……………………………………………………………………… 51 Gambar 3.1. Turbin Gas PG6581B ……………………………………………. 54 Gambar 3.2. Wash Skid ………………………………………………………… 55 Gambar 3.3. Wash Skid Control Panel ………………………………………… 56 Gambar 3.4. Pompa 88dm ……………………………………………………… 56 Gambar 3.5. Pompa 88tw ……………………………………………………… 56 Gambar 3.6. Alat Ukur Temperatur Water Tank …………………………….... 57



Universitas Sumatera Utara



Gambar 3.7. Alat Ukur Tekanan Aliran Wash Skid …………………………… 57 Gambar 3.8. Alat Ukur Temperatur …………………………………………..... 57 Gambar 3.9. Nozzel Spray Water Wash ……………………………………….. 58 Gambar 3.10. Aliran Pembuangan Air Water Wash …………………………… 58 Gambar 3.11. Bagan Alir Metode Eksperimen ………………………………... 59



Universitas Sumatera Utara



DAFTAR NOTASI



SIMBOL



KETERANGAN



SATUAN



BM



Berat Molekul



kg / mol



BM I



Berat Molekul dari gas ke I



kg / mol



�̇



Laju aliran massa udara



kg / s



M



Jumlah Tingkat Kompresi



---



k



Cp / Cv



---



P



Tekanan Mutlak



Pa



V



Vol ume



m3



υ



Volume Spesifik



m3



G



Berat Gas



kg f atau N



T



Temperatur Mutlak



o



K



Td



Temperatur mutlak gas keluar kompresor



o



K



Ts



Temperatur isap gas masuk kompresor



o



K



R



Konstanta Gas



mol / o K



Ru



Konstanta Gas Universal



bar m3/kg mol



rp



Perbandingan Tekanan Turbin



---



�̇bb



Massa Bahan Bakar



kg / s



LHV



Nilai Kalor Pembakaran Bawah



kj / kg



WT



Kerja Turbin



kj / kg



Wnet



Kerja Netto



kj / kg



Wc



Kerja Kompresor



kj / kg



Qin



Panas yang ditambahkan



kj / kg



Universitas Sumatera Utara



ABSTRAK



Turbin gas adalah mesin Pembakaran luar (eksternal Combustion Engine) dimana energi kinetik dari gas panas memutar sudu – sudu turbin menjadi energi mekanik. Pada saat ini instalasi turbin gas ditambah dengan cara baru yang disebut Water Wash. Water Wash adalah suatu cara yang digunakan untuk membersihkan kompresor sehingga daya keluaran turbin gas lebih besar. Proses penggunaan Water Wash beroperasi menggunakan pola semprotan air dari nozzle yang sangat dirancang untuk benar-benar masuk ke inti kompresor. Proses secara offline membersihkan inti seluruh pulih dan kinerja hilang Mengetahui komponen – komponen PLTG, cara kerja PLTG dengan menggunakan water wash, dan perhitungan perbedaan besarnya daya yang dibangkitkan oleh turbin gas. Dari analisa diperoleh bahwa daya dhasilkan turbin gas setelah water wash sebesar 42[MW] dan sebelumnya water wash sebesar 38 [MW]. Efisiensi siklus setelah water wash sebesar 26,85[%] dan sebelumnya water wash sebesar 26,4 [%] Kata kunci: turbin gas, water wash,PLTG



Universitas Sumatera Utara



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Perkembangan dan semakin pesatnya teknologi dewasa ini memberikan konsekuensi pada kebutuhan akan tenaga listrik yang semakin meningkat, baik kebutuhan dibidang industri, perdagangan,maupun kebutuhan listrik rumah tangga. Bahkan hampir bisa dikatakan bahwa energi listrik tidak dapat dipisahkan dari kehidupan masyarakat. Tenaga listrik kini merupakan landasan bagi kehidupan modern, dan tersedianya dalam jumlah dan mutu yang memadai, menjadi syarat bagi suatu masyarakat yang memiliki taraf kehidupan yang baik dan perkembangan industri yang maju. Perkembangan tenaga listrik di Indonesia berlangsung dengan cepat. Hal ini seiring dengan bertambahnya permintaan beban dan pertumbuhan ekonomi masyarakat kita. Tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat-pusat listrik seperti, Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG), kemudian disalurkan melalui saluran transmisi untuk selanjutnya mengalami proses perubahan tegangan sampai akhirnya dapat disalurkan ke pusat-pusat beban. Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya.



Universitas Sumatera Utara



Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) mempunyai beberapa peralatan utama seperti : •



Turbin Gas (Gas Turbine)



•



Kompresor (Compressor)



•



Ruang Bakar (Combustor) Di PLTG unit 7 PT PLN Paya Pasir Medan, terdapat cara baru



untuk meningkatkan performansi pada turbin gas. Cara tersebut adalah WATER WASH. Yang berfungsi untuk membersihkan kompresor dimana dengan adanya pembersihan pada kompresor meningkatkan daya kerja kompresor sehingga performansi pada turbin gas juga meningkat, sangat berpengaruh pada daya keluaran turbin gas yg menanggulangi kebutuhan akan energi listrik dan pada waktu beban puncak PLTG Paya Pasir merupakan sebuah sektor yang termasuk diantaranya pusat pembangkit tenaga listrik yang dibagian Pembangkit Listrik Tenaga Gas, PLTG Paya Pasir adalah bagian dari PT PLN ( Persero) sektor Pembangkit Medan, yang saat ini memiliki daya terpasang ± 100 MW. Sistem pengoperasian dari PLTG Paya Pasir ini di interkoneksikan langsung dengan sentral pembangkit lain melalui transmisi 150 KV dan pengaturan operasinya berada pada Unit Pengaturan Beban (UPB) di glugur yang berada dalam sistem medan. Karena hal tersebut penulis merasa tertarik untuk membahas mengenai : “ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT PLN SEKTOR PEMBANGKITAN MEDAN .



Universitas Sumatera Utara



1.2. Perumusan Masalah Pada penulisan tugas akhir ini hanya mencakup pada perumusan masalah: 1. Bagaimana prinsip kerja turbin gas ,Bagaimana prinsip kerja water wash 2. Mengetahui Komponen - komponen utama yang berada pada PLTG 4. Menghitung analisa bahan bakar., analisa Performansi Turbin Gas Sebelum dan sesudah menggunakan Water Wash, Analisa energi gas asap dan Analisa bahan bakar 1.3. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah: 1.



Mendapatkan kapasitas udara masuk kompresor sesudah water wash dan sebelum water wash.( Dari data operasional PLTG yang diperoleh dari Unit 7 Paya Pasir PT.PLN Sektor Pembangkit Medan)



2.



Mendapatkan daya turbin sesudah dan sebelum water wash



3.



Mendapatkan efisiensi turbin sesudah dan sebelum water wash.



1.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari hasil penelitian yang dilakukan adalah mendapatkan informasi-informasi yang bermanfaat berkaitan dengan pengaruh Water Wash terhadap performansi



Turbin Gas, sebelum dan setelah menggunakan Water



Wash. 1.5 Sistematika Penulisan Sebagai gambaran singkat mengenai isi tugas akhir ini, penulis sampaikan sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN ,Bab ini menyajikan latar belakang, perumusan



Universitas Sumatera Utara



masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. BAB II STUDI LITERATUR ,Bab ini membahas tentang teori dasar. gambaran umum turbin gas, Komponen - komponen utama PLTG, siklus turbin gas, siklus brayton ideal, dan siklus brayton non ideal, teori kompresi, proses kompresi gas. BAB



III METODOLOGI



PENELITIAN ,Bab ini berisi tentang



metodologi yang/dilaksanakan, urutan proses analisis untuk pengolahan data serta Tempat dan waktu , data survey yang meliputi spesifikasi PLTG, gambar,diagram alir. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN, Bab ini berisi tentang data yang diperoleh dari hasil penelitian dan meliputi analisa bahan bakar, nilai kalor Pembakaran, kerja kompresor, daya keluaran turbin, energi gas asap.. Bab V KESIMPULAN DAN SARAN,Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa yang dilakukan dan saran untuk untuk meningkatkan daya yang dihasilkan pada pembangkitan listrik tenaga gas.



Universitas Sumatera Utara



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1 Turbin Gas 2.1.1 Umum Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Turbin gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor,ruang bakar dan turbin gas[1]. Menurut Dr. J. T. Retaliatta[2], sistim turbin gas ternyata sudah dikenal pada jaman Hero of Alexanderia. Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber seorang Inggris pada tahun 1791[3]. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak , kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan r antai roda gigi. Pada tahun 1872,[4] Dr.F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908,[5] sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada



Universitas Sumatera Utara



volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904,[6] Societe desTurbomoteurs´ di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang instruksinya berdasarkan disain Armen gaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin. Selanjutnya, perkembangan sistem turbin gas berjalan lambat hingga pada tahun 1935 sistem turbin gas. Mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar lebih kurang 15 %. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh British Thomson Houston Co´ pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930)[7]. Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang dan lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasi yang relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk pusat tenaga listrik. Turbin gas merupakan Pesawat kalori yang tergolong dalam Internal Combusition Engine ( ICE) atau sering disebut dengan mesin pembakar didalam. Sebagai sumber energy dan turbin gas adalah fluida gas yang diperoleh, dan gas hasil pembakaran bahan bakar diruang bakar ( Combustion Chambers). Bahan bakar yang digunakan untuk turbin gas antar lain bahan bakar cair (Distilate) seperti HSD atau IDO juga dapat digunakan gas bumi atau gas alam ( LNG = Lequid Natural Gas). Gambar Turbin Gas dapat dilihat seperti gambar berikut [8] :



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.1 Turbin Gas



Untuk mendapat proses pembakaran yang baik pada combustion chambers diperlukan 3 ( tiga ) komponen utama, antara lain : 1. Udara pembakaran 2. Bahan bakar 3. Ignition/ busi Udara pembakaran didapat dari kompresor utama yang seporos dengan turbin dan digerakkan oleh turbin. Bahan bakar yang dimasukkan kedalam ruang bakar yang jumlahnya diatur oleh governor agar dapat diperoleh putaran yang konstan atau tetap walaupun beban mesin berubah-ubah, naik atau pun turun.



Universitas Sumatera Utara



Sedangkan untuk mendapatkan temperatur pembakaran yang pertama sekali adalah dari penyala busi yang akan menyala pada saat permulaan pembakaran atau periode firing.



2.1.2 Prinsip Kerja Turbin Gas Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor ini berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, akibatnya temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara yang telah dikompresi ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar sehingga bercampur dengan udara tadi dan menyebabkan proses pembakaran. Gambar Skema dari suatu instalasi gas turbin untuk industry dapat dilihat seperti gambar berikut ; [9]



Gambar 2.2 Skema dari suatu instalasi gas turbin untuk industry



Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar han ya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang



Universitas Sumatera Utara



berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistim turbine gas adalah sebagai berikut: 1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan 2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar. 3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle) 4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Gas(PLTG) yaitu ; JBE, AEG dan Alsthom jumlah busi yang digunakan hanyalah 2 (dua) buah untuk 10 ruang bakar, dan penyalaan ruang bakar (combustion Chamber) yang tidak memiliki busi akan dapat penyebaran api yang menyebarkan melalui cross (X) fire turbin. Untuk turbin, Wescan (Westhing Hause Canada) yang memilki enam buah combustion chamber dimana tiap combustion chamber diperlengkapi dengan satu buah busi. Ruang bakar untuk PLTG Wescan tidak dihubungkan dengan cross (X) fire tube. Berarti bila ada salah satu busi yang pada combustion chamber maka pada



saat start ada combustion chamber yang tidak terbakar ( padam ).



Universitas Sumatera Utara



Sedangkan untuk PLTG yang memiliki cross (X) fire tube hal ini jarang terjadi, karena walaupun salah satu busi ada yang padam tetapi pembakaran masih dapat terjadi pada seluruh ruang bakar. Gambar Skematic Diagram dari Turbin dapat dilihat seperti gambar berikut : [10]



Gambar 2.3. Skematic Diagram dari Turbin Fluida kerja yang digunakan pada proses ini adalah gas. Udara dimampatkan dengan cara dihisap dan ditekan oleh kompresor kemudian dimasukkan ke ruang bakar untuk bersama - sama dibakar dengan bahan bakar, dari hasil pembakaran diteruskan ke turbin, dimana dalam ruang bakar terjadi proses politropik. Udara hasil kompresor dicampur dengan bahan bakar, sehingga terjadi pembakaran dimana penyalaannya berasal dari sistem penyalaan busi. Turbin turbin gas, kompresor dan generator dibuat seporos sehingga ketika turbin berputar, maka turbin juga memutar kompresor dan generator yang menghasilkan listrik. Pada turbin gas media pendingin berupa udara guna menjaga keamanan material atau sudu - sudu turbin.



Universitas Sumatera Utara



Adapun keuntungan - keuntungan dari turbin gas adalah : a. Jumlah komponen jauh lebih sedikit dan tidak memerlukan daerah luas, sehingga. menguntungkan. b. Getaran halus. c. Dapat dioperasikan pada jarak dekat. d. Mudah dan cepat diopersikan. e. Biaya investasi rendah. f. Fleksibel dalam memenuhi kebutuhan instalasi.



Adapun kelemahan dari tubin gas : a. Effisiensi turbin gas sangat rendah ( 20-30 % ). b. Suaranya sangat bising, sehinnga menimbulkan lingkungan kerja yang kurang baik. Gambar Diagram alir Turbin gas dapat dilihat seperti gambar berikut :[11]



Dimana



:K



= Kompresor = Turbin Gas



TG



Gambar 2.4. Diagram alir Turbin Gas



2.2 PLTG dengan menggunakan Water Wash Operation dan maintenence pembangkit listrik bertujuan untuk menjaga agar performa pembangkit listrik yang di jalankan tetap maksimal, terdapat



Universitas Sumatera Utara



banyak sekali kegiatan yang berkaitan dengan operation dan maintenence pembangkit listrik, mulai dari kegiatan yang sifatnya harian, mingguan dan bulanan. Salah satu kegiatan bulanan yang rutin dilakukan dalam upaya menjaga performa turbine ialah water wash atau jika kita terjemahkan bebas kedalam bahasa indonesia kurang lebih berarti mencuci turbine, pengertian water wash sendiri dapat kita sederhanakan yaitu mencuci turbine khususnya blade - blade pada compressor dan turbine. untuk menjaga performance turbin gas, juga untuk mengurangi tingkat pertambahan fouling pada sudu-sudu kompresor turbin gas [12] Kebersihan Compressor dapat dipertahankan dengan menggunakan program rutin mencuci air. Ada dua macam tipe water wash yang dapat dilakukan yaitu online dan offline water wash . Sebuah manuver offline dilakukan dengan turbin gas dalam keadaan didinginkan menggunakan kecepatan cranking kecepatan 2000-3000 rpm, pada pembersihan model ini juga digunakan campuran soap (sabun). sementara manuver secara online dilakukan dengan mesin pada suhu operasi ( maksimal beban digeneratornya itu 5 MW) dan menggunakan air saja tanpa soap (sabun). Kedua operasi menggunakan pola semprotan air dari nozzle yang sangat dikabutkan dirancang untuk benar-benar masuk ke inti kompresor. Proses secara offline membersihkan inti seluruh pulih dan kinerja hilang, sedangkan online membersihkan tahap awal dan memaksimalkan periode waktu antara diperlukan antara mencuci offline untuk menyediakan ketersediaan puncak. Gambar Diagram Pencucian dengan system On-line / Off – line dapat dilihat sebagai berikut :[13]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.5 Diagram Pencucian dengan system On-line / Off – line Penentuan model pembersihan mana yang lebih baik tentunya sesuai dengan kebutuhan, jikalau kita tetap ingin turbine dalam kondisi berbeban, maka dapat digunakan online water wash. dan jika kita menginginkan hasil permbersihan yang lebih bersih, kita gunakan offline water wash. Gambar grafik perbanding Grafik Perbandingan Output performance On-line dan Off – line dapat dilihat seperti gambar berikut ; [14]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.6 Grafik Perbandingan Output performance On-line dan Off - Line Tujuan dasar dari pembersihan secara online adalah untuk menjaga kebersihan kompresor setelah mencuci offline, untuk mempertahankan daya dan efisiensi dengan meminimalkan kerugian yang sedang berlangsung, dan untuk memperpanjang periode beroperasi antara shut downs diperlukan untuk offline (Engkol) mencuci. Mencuci online untuk kontrol fouling telah menjadi semakin penting dengan tanaman beban dasar siklus gabungan dan gabungan panas dan daya produksi (CHP) tanaman. Hal ini juga penting untuk turbin gas di layanan drive mekanis, di mana sedikit atau redundansi diinstal dan dimana downtime yang terkait dengan mencuci engkol harus diminimalkan. Gambar Skema Perpipaan Water Wash pada PLTG dapat dilihat seperti gambar berikut : [15]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.7 Instalasi Pipa Water Wash Pada PLTG



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.8 Pipa Water Wash Tampak Depan



Water wash yang dilakukan secara On-line dengan menggunakan air demineralisasi. Prosesnya sebagai berikut : a. Persiapan Water Wash Yang perlu diperhatikan sebelum water wash antara lain sebagai berikut : 1. Pengecekan peralatan. 2. Pengurasan tanki water wash. 3. Flushing pipa air dari water washing skid ke turbin gas. 4. Pengisian air demin. 5. Pemanasan air. 1. Pengecekan peralatan Ada beberapa peralatan yang harus dipastikan bekerja dengan baik sebelum water wash dilakukan antara lain : motor pompa transfer water 88WT , motor pompa dosing 88DM dan tanki heater. Peralatan tersebut berada seluruhnya di dalam water washing skid, suplay daya untuk water washing skid akan otomatis tersalurkan dengan melakukan change over suplay dari 10,5 kV back feeding ke 20 kV. (Gambar motor pompa transfer water 88WT , motor pompa dosing 88DM dapat dilihat pada gambar 3.5)



2. Pembersihan tanki water wash Ketika manhole dibuka, ditemukan tanki dalam keadaan kotor dan memerlukan pembersihan langsung. Tanki water wash kemudian di drain dan dibersihkan (hand cleaned).



Universitas Sumatera Utara



3. Flushing pipa. Segmen pipa dari water washing skid telah terendam, sehingga dilakukan flusing dengan menggunakan air dari sumur bor. 4. Pengisian Air Demin. Pengisian air di tanki water wash dilakukan dengan menggunakan air demin. 5. Pemanasan Air. Setelah tanki terisi oleh air demin sebanyak 15 kL, kemudian air dipanaskan dengan menggunakan heater yang sudah terpasang di tanki hingga mencapai temperatur diatas 80 ºC. Pemanasan air diperlukan untuk menghindari thermal shock karena perbedaan temperature yang sangat jauh antara material panas dengan air. Dengan menggunakan air yang dipanaskan hingga 80 ºC, maka temperatur wheelspace maksimum untuk water wash ( Water Wash Permitive ) adalah 149 ºC. b. Pelaksanaan Water Wash. Pelaksanan water wash dimulai dengan pembukaan beberapa valve dan menutup beberapa valve lainnya. Valve yang dibuka adalah drain valve yang membuang air limbah water wash dari compressor casing, inlet plenum dan combustion chamber. Valve yang ditutup adalah valve udara pendingin dari kompresor (compressor extraction) dan valve udara sealing dari kompresor ke baring. Valve flame detector juga ditutup sedangkan bleed valve akan menutup otomatis dengan pengaturan dari control system. Pada dasarnya water wash turbin gas dilakukan dengan menyemprot air ke kompresor bersamaan dengan proses cranking. Injeksi air ke kompresor



Universitas Sumatera Utara



dilakukan dengan menyalakan motor-pompa



88TW di water washing skid



setelah turbin terlebih dahulu di crank. Cranking speed wash adalah 1195 rpm. Pada awal penyemprotan air yang keluar dari drain combustion chamber sangat kotor. Beberapa saat setelah penyemprotan air dilakukan chemical dicampur ke dalam air menuju kompresor. Injeksi chemical dilakukan dengan menyalakan pompa dosing 88DM. Setelah injeksi air + chemical dihentikan kompresor dibiarkandalam keadaan basah oleh air + chemical . Proses rising dilakukan dengan menyemprotkan air ke kompresor hingga air drain dari kompresor bersih secara visual. Penyemprotan air terus dilakukan hingga crank di stop dan turbin gas pada kondisi 0 rpm. c. Proses Pengeringan. Proses



pengeringan kompresor dan ruang bakar dilakukan



2 (dua)



tahap. Proses tahap pertama pengeringan dilakukan dengan cara cranking turbin gas setelah proses rising. Proses cranking dilakukan mengeluarkan sisa - sisa yang masih terdapat pada inlet plenum, kompresor dan ruang bakar. Sebelum tahap kedua pengeringan dilakukan, Seluruh valve yang sebelumnya dikondisikan untuk water wash di kembalikan seperti semula.Proses pengeringan tahap ke dua adalah dengan mengoperasikan turbin hingga mencapai kondisi full speed



(5163 rpm). Pada proses ini harus



diperhatikan temperature wheel spaceuntuk memastikan seluruh valve telah di kembalikann ke operasi semula dan turbin beroperasi dengan normal. Setelah water wash selesai dilaksanakan, pengoperasian dilaksanakan dan ditandai dengan perubahan pada beberapa parameter seperti Temperature exhaust turun menjadi 533 ºC, CPD (compressor pressure discharge) naik



Universitas Sumatera Utara



menjadi 10,48 kg/cm menjadi



363



2



, CTD



(compressor temperature discharge) turun



ºC dan turbin gas mampu beroperasi dengan daya keluaran



generator lebih dari set point 34,1 MW.



2.2.1. Pr insip Kerja PLTG sebelum Water Wash Temperatur udara masuk kompresor 30 ºC dimampatkan oleh kompresor hingga udara tersebut bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi. Setelah itu masuk ke ruang bakar, pada saat beban telah mencapai 38 MW temperatur gas buang turbin 581 ºC dan ini telah menyentuh TLC (temperature Limit Control). Sehingga beban tidak dapat dinaikkan lagi Penurunan peformansi dari turbin gas disebabkan



oleh



penurunan



peforma pada sudu - sudu kompresornya yang ditandai dengan perubahan pada beberapa parameter seperti CPD (Compresor pressure Discharge) menjadi 9,3 kg / cm 2 dan CTD (Compressor Temperature Discharge) yang naik hingga 380 ºC.



2.2.2. Pr insip Ker ja PLTG setelah Water Wash Temperatur



udara



masuk



kompresor



udara



atmosfir



dengan



temperature ambient 30 ºC dimampatkan oleh kompresor hingga udara tersebut bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi. Setelah itu masuk ke ruang bakar ,pada saat beban mencapai 38 MW temperatur gas buang turbin naik 581 ºC. Sehingga di ruang bakar ditambah terus bahan bakar agar temperatur gas buang turbin turun menjadi 533 ºC di kontrol oleh temperatur control system, Disini berupaya untuk menjaga temperatur karena temperatur gas buang turbin sudah terlampau tinggi sehingga dilakukan water wash agar performansi kerja



Universitas Sumatera Utara



kompresor tidak deposit, yang ditandai dengan perubahan pada parameter seperti CPD (Compressor Pressure Discharge) naik menjadi 10 kg / cm 2 dan CTD (Compressor Temperatur Discharge) turun menjadi 363 ºC. menyebabkan beban dapat naik menjadi



42 MW. Gambar proses Penyemprotan air



dimineralisasi dari nozel ke Kompresor dapat dilihat seperti gambar berikut : [16]



Gambar.2.9 : Proses Pembersihan Kompresor



2.3 Komponen Utama PLTG Adapun yang menjadi komponen - komponen utama dalam PLTG antara lain sebagai berikut: 2.3.1. Air Inlet Section Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Gambar Air Inlet Section dapat dilihat seperti gambar berikut : [17]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.10. Air Inlet Section



Bagian ini terdiri dari:



2.3.1.1 Air Inlet Housing, Air Inlet Housing merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara. Gambar Air Inlet Housing dapat dilihat seperti gambar berikut : [18]



Gambar 2.11 Air inlet housing 2.3.1.2. Inertia Separator, Inertia Separator berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk. Gambar Inertia separator dapat dilihat seperti gambar berikut; [19]



Gamabar 2.12 Inertia Separator 2.3.1.3 Pre-Filter,



Universitas Sumatera Utara



Pre-Filter merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house. Gambar Pre-Filter dapat dilihat seperti gambar berikut ; [20]



Gambar 2.13 Pre-filter 2.3.1.4 Main Filter, Main Filter merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial. Gambar Main Filter dapat dilihat seperti gambar berikut ; [21]



Gambar 2.14 Main Filter 2.3.1.5 Inlet Bellmouth, Inlet Bellmouth berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasukiruang kompresor. Gambar Inlet Bellmouth dapat dilihat seperti gambar berikut ; [22]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.15 Inlet Bellmouth



2.3.1.6 Inlet Guide Vane, Inlet Guide Vane merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan. Gambar Inlet Guide Vane dapat dilihat seperti gambar berikut : [23]



Gambar.2.16 Inlet Guide Vane



2.3.2. Kompresor Kompresor adalah suatu alat atau mesin yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dengan proses kompresi isentropis. Sebelum memasuki kompresor, udara harus melewati saringan, agar partikel - partikel kasar tidak masuk sehingga sudu sudu kompresor dan turbin tidak cepat aus dan rusak. Kompresor yang digunakan adalah kompresor rotary aliran aksial multisage yang terpasang satu poros dengan turbin dan generator. Daya untuk memutar kompresor diperoleh dari kerja turbin dengan perbandingan 60% - 70% kerja turbin digunakan untuk memutar kompresor. Gambar Axial compressor dapat dilihat seperti gambar berikut ; [24]



Universitas Sumatera Utara



Gamabar 2.17 Axial compressor Pada saat start awal daya untuk memutar kompresor diperoleh dari generator yang dioperasikan sebagai motor dengan prinsip membalikkan arus penguatnya. Pada saat putaran tertentu arus penguat akan lepas secara otomatis dan selanjutnya arus penguatan generator akan masuk sehingga generator mensuplai energi listrik. Bagian - bagian utama kompresor : 2.3.2.1 Kompresor stator berfungsi untuk menjamin ring sudu - sudu tetap berada kokoh pada posisinya dan memindahkan gaya reaksi karena aliran dan tekanan ke casing (pelapis) luar. Gambar Stator dan Rotor dapat dilihat seperti gambar berikut; [25]



Gambar 2.18. Stator dan Rotor 2.3.2.2



Exhaust Difusor Compressor, berfungsi mengubah energi kinetik dari udara kompresor menjadi tekanan dengan efisiensi sebaik mungkin. Gambar Exhaust Diffuser dapat dilihat seperti gambar berikut; [26]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.19 : Exhaust Diffuser 2.3.2.3 Sudu putar kompresor, berfungsi untuk mengubah energi mekanik udara menjadi energi kinetik dan energi potensial secara bersamaan dengan sudu tetap menaikkan tekanan udara. Gambar sudu putar kompresor dapat dilihat seperti gambar berikut; [27]



Gambar 2.20. Sudu Putar Kompresor 2.3.2.4 Sudu tetap kompresor, berfungsi untuk merubah aliran udara melalui haluan sudu dalam arah yang berlawanan dengan putaran rotor. Akibat dari perlambatan disertai dengan naiknya tekanan udara. Gambar Sudu Tetap dan Sudu Gerak pada kompresor; [28]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.21. Sudu Tetap dan Sudu Gerak pada kompresor



2.3.3. Ruang Bakar (Combustion Chamber) Ruang bakar (combustion chamber) adalah suatu tempat dimana bahan bakar baik gas atau minyak atau campuran keduanya melalui burner dibakar. Bahan bakar ini dibakar dengan menggunakan udara pembakar disuplai dari kompresor. Gas panas hasil pembakaran kemudian dialirkan ke turbin. Pada turbin gas ini terdapat dua buah combustion chamber ruang bakar tipe silo yang dipasang di kanan dan di kiri unit. Udara dari kompresor memasuki ruang bakar melalui ruang antara pressure jacket dan inner liner atau mixing chamber mengalir sebagai udara primer ke burner. Di bagian bawah flame tube ada beberapa lubang. Udara tertekan melalui lubang - lubang ini memasuki mixing chamber sebagain udara sekunder. Untuk memeriksa ke bagian dalam combustion chamber dan bagian inlet turbin di



pasang



manhole



di



bagian



bawah.



Gambar



Combustion



Chamber



Componentsdapat dilihat seperti gambar berikut: [29]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.22. Combustion Chamber Components Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen- komponen itu adalah : •



Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.



•



Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.



•



Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner



•



Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.



•



Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.



•



Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.



Universitas Sumatera Utara



•



Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi. Combustion chamber yang ada disusun kosentris mengelilingi aksial flow



compressor dan disambungkan dengan keluaran kompresor udara dari aksial flow compressor yang dialirkan langsung ke masing-masing chambers. Zona pembakaran pada combustion chamber ada tiga yaitu: 1. Primary Zone, merupakan tempat dimana bahan bakar berdifusi dengan udara kompresor untuk membentuk campuran udara bahan bakar yang siap dibakar. 2. Secondary Zone, adalah zona penyempurnaan pembakaran sebagai kelanjutan pembakaran pada primary zone. 3. Dilution Zone, merupakan zona untuk mereduksi temperatur gas hasil pembakaran pada keadaan yang diinginkan pada saat masuk ke first stage nozzles. Combustion liners didesain dengan satu seri lubang dan louvers yang ditempatkan didalam chambers. Digunakan untuk mencampurkan bahan udara dari kompresor dan bahan bakar dari nozel yang membakar campuran ini. Fuel nozzle terdapat pada ujung combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Fungsi dari fuel nozzle ini adalah untuk mengabutkan bahan bakar dan mengarahkannya ke reaction zone pada ruang bakar. Transition piece terdapat antara combustion liners dan first stage nozzle. Alat ini digunakan untuk mengarahkan udara panas yang dihasilkan pada combustion section ke first stage nozzle. Gambar Pola aliran udara sistem pembakaran axial-flow dapat dilihat seperti gambar berikut: [30]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.23. Pola aliran udara sistem pembakaran axial-flow Spark plugs terdapat pada bagian samping combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Spark plugs berfungsi untuk menyulut campuran bahan bakar dan udara pada saat turbin gas star up. Pembakaran akan terus terjadi selama suplai bahan bakar dan udara terus berlangsung. Spark plugs terpasang pada sebuah pegas setelah proses pembakaran terjadi, tekanan yang dihasilkan meningkat dan akan memaksa plugs naik menuju casing dan mengeluarkan gas panas. Cross fire tube berfungsi untuk menghubungkan semua combustion chamber. Tabung ini digunakan untuk mengirimkan pengapian dari satu combustion liners ke yang berikutnya selama start up. Gambar System Pembakaran pada Combution chamber dapat dilihat seperti gambar berikut ; [31]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.24. System Pembakaran pada Combution chamber 2.3.4. Turbin Bagian ini merupakan tempat terjadinya perubahan energi kinetik kecepatan menjadi energi mekanik putar yang digunakan untuk menggerakan kompresor aksial dan juga sebagai penggerak beban. Proses ekspansi gas pembakaran pada turbin gas terjadi pada turbin, karena proses tersebut, terjadi perubahan energi kinetik gas pembakaran menjadi energi mekanik poros turbin, energi ini akan menggerakan kompresor dan peralatan lainnya. Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut : 1. Turbin Rotor Case 2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel. 3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaranrotor.



Universitas Sumatera Utara



4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel. Gambar Second Stage Nozzle, Second Stage Turbine dapat dilihat seperti gambar berikut; [32]



Gambar 2.25 Second Stage Nozzle, Second Stage Turbine 5. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar. Gambar Second Stage Turbine dapat dilihat seperti gambar diatas. Gambar Komponen – komponen Turbin dapat dilihat seperti gambar dibawah ini : [33]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.26 Komponen – komponen Turbin.



2.3.5. Air Filter Air filter berfungsi sebagai penyaring udara yang masuk ke kompresor (agar debu atau bahan lain tidak ikut karena dapat mengotori sudu - sudu kompresor). •



Inlet Screens, untuk mencegah binatang ataupun kotoran/sampah berukuran besar masuk



•



Guard Filter, merupakan filter sekali pakai,yang menyaring sebagianbesar kontaminan yang dibawa udara.



•



Barrier Filter, adalah filter udara utama yang menyaring kotoransetelah guard filter, biasanya berupa bag filter atau canister filter. Udaramengalir dari bagian dalam keluar,sehingga kotoran terperangkap didalam.



•



FOD (Foreign Object Damage) Screens, yaitu penyaring terakhir sebelum masuk ke inlet bellmouth, berukuran sekitar 1200 microns dandidukung oleh stainless-steel mesh. Gambar Air Filter dapat dilihat seperti gambar berikut ini; [34]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.27. Air Filter



2.3.6. Exhaust Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu : 1. Exhaust Frame Assembly. 2. Exhaust Diffuser Assembly.



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.28 Exhaust Frame Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly,



[35]



lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan



dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperature trip. Gambar Exhaust Frame dapat dilihat pada gambar diatas sedangkan, gambar Exhaust Diffuser dapat dilihat seperti gambar berikut; [36]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.28.Exhaust Diffuser 2.3.7 Load Gear (Reduction Gear) Reduction gear adalah alat penghubung turbin dengan generator yang fungsinya adalah untuk menurunkan kecepatan putaran poros turbin. Pada satsiun pembangkit, penurunan putaran dilakukan dengan menggunakan roda gigi. Reduction gear diletakkan antara poros turbin dengan poros generator. Jadi reduction gear berfungsi untuk memindahkan daya yang dihasilkan turbin ke generator. Karena pada umumnya putaran turbin dan generator tidak sama, maka reduction gear selain memindahkan daya juga berfungsi untuk menyesuaikan putaran turbin agar sesuai dengan putaran generator. Gambar Load Gear (Reduction Gear) dapat dilihat seperti gambar berikut; [37]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.30 Load Gear (Reduction Gear). Poros turbin dan poros reduction gear disambungkan dengan sebuah kopling. Kopling ini pada umumnya disebut kopling beban. Sebelum pemasangan kopling ini diperiksa terlebih dahulu apakah poros turbin dengan poros load gear sudah lurus. Karena apabila tidak terjadi kelurusan, maka vibrasi yang terjadi pada saat pembangkit beroperasi akan sangat besar. 2.4 Komponen Penunjang Ada beberapa komponen penunjang pada turbin gas,antara lain sebagai berikut : 2.4.1 Starting Equipment Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah : 1. Diesel Engine, (PG –9001A/B) 2. Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03) 3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)



Universitas Sumatera Utara



2.4.2 Coupling dan Accessory Gear Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu: 1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor. Gambar Jaw Cluth dapat dilihat seperti berikut : [38]



Gambar 2.31. Jaw Cluth 2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor. Gambar Gear Coupling dapat dlihat seperti gambar berikut ini: [39]



Gambar 2.32 Gear Coupling 3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.



Universitas Sumatera Utara



2.4.3 Fuel System. Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.



2.4.4



Lube Oil System Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu



pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagianbagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari: 1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir) 2. Oil Quantity 3. Pompa 4. Filter System 5. Valving System 6. Piping System 7. Instrumen untuk oil. Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu: 1. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil. 2. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.



Universitas Sumatera Utara



3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.



2.4.5 Cooling System Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen – komponen utama dari cooling system adalah: 1. Off base Water Cooling Unit 2. Lube Oil Cooler 3. Main Cooling Water Pump 4. Temperatur Regulation Valve 5. Auxilary Water Pump 6. Low Cooling Water Pressure Swich



2.5. Siklus Tur bin Gas. Berdasarkan klasifikaasi turbin gas terbagi menjadi 2



[40]



: Siklus Terbuka



(Open Cycle Gas Turbine) dan Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine): 1. Siklus Terbuka (Open Cycle Gas Turbine) •



Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung



•



Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung



2. Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine) •



Siklus Turbin Gas Tertutup Langsung



•



Siklus Turbin Gas Tertutup Tak Langsung.



Universitas Sumatera Utara



2.5.1 Siklus Terbuka (Open Cycle Gas Turbine) 2.5.1.1 Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung Pada siklus turbin gas terbuka adalah bentuk yang paling sederhana yang komponen - komponen utamanya : kompresor, ruang bakar, sebuah turbin gas yang menggerakan kompresor dan generator. Pertama udara dihisap dari atmosfir dan kemudian kompresi adiabatik dan udara dibakar di ruang bakar. Udara yang dikompresi bercampur dengan bahan bakar kemudian bertekanan masuk menjadi proses pembakaran dan keluar dalam bentuk gas panas yang digunakan untuk memutar sudu turbin gas. Di turbin gas panas tersebut diekspansikan dan dibuang ke atmosfer. Fluida kerja yang hanya dapat digunakan adalah hanya udara. Gambar Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung dapat dilihat seperti gambar berikut ; [41]



Dimana



:K TG G



= Kompresor = Turbin Gas = Generator



Gambar 2.33. Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung 2.5.1.2. Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung Komponen - komponen siklus ini sama dengan siklus terbuka langsung, kecuali disini udara merupakan fluida kerja sekunder yang menerima kalor dari bahan pendingin primer di dalam penukar kalor. Gambar Siklus Turbin Gas



Universitas Sumatera Utara



Terbuka Tak Langsung dapat dilihat seperti gambar berikut [42]



Dimana



:K TG G



= Kompresor = Turbin Gas = Generator



Gambar .2.34. Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung 2.5.2 Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine) 2.5.2.1. Siklus Turbin Gas Tertutup Langsung Siklus



tertutup langsung gas pendingin dipanaskan di dalam reaktor,



berekspansi melalui turbin, didinginkan dalam pnukar kalor dan dikompresikan kembali ke 24reactor. Siklus ini juga dapat menggunakan gas lain, bukan hanya udara. Tidak ada buangan gas radioaktif yang dibuang ke atmosfir dalam operasi normal. Gambar Siklus Turbin Gas Tertutup Langsung dapat dilihat seperti gambar berikut ; [43]



Dimana



:K TG G



= Kompresor = Turbin Gas = Generator



Gambar 2.35. Siklus Turbin Gas Tertutup Langsung



Universitas Sumatera Utara



2.5.2.2. Siklus Turbin Gas Tertutup Tak Langsung Siklus tertutup tak langsung merupakan siklus gabungan siklus terbuka tak langsung dan siklus tertutup langsung karena reaktornya terpisah dari fluida kerja oleh suatu penukar kalor, sedangkan gas kerja membuang kalor ke atmosfir melalui penukar kalor. Gambar Siklus Turbin Gas Tertutup tak Langsung dapat dilihat seperti gambar berikut ; [44]



Dimana



:K TG G



= Kompresor = Turbin Gas = Generator



Gambar 2.36. Siklus Turbin Gas Tertutup Tak Langsung.



2.6. Siklus Br ayton Ideal Siklus ini terdiri dari dua proses isentropi mampu balik (isentropik) dan dua proses tekanan tetap. Gas tersebut dimampatkan secara 26sentropik dari titk 1 ke 2, dipanaskan pada tekanan konstan dari titik 2 ke 3, dan kemudian diekspansikan secara isentropik melalui turbin dari titik 3 ke 4, pendinginan berlangsung dari ttik 4 ke 1, baik dalam penukar kalor (siklus tertutup) atau atmosfir terbuka (siklus terbuka).Gambar siklus Brayton Ideal sebagai berikut; [44]



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.37 Siklus Brayton Ideal Kerja output/keluaran netto siklus Brayton adalah kerja output turbin dikurang kerja input compressor [46]. Wnet = WT –WC = �̇ ( h 3 - h 4 ) – �̇ (h 2 – h1 )…………….…..…...(2.1) Karena dh = Cpdt, harga Cp konstan Maka : = �̇. Cp .(T3 – T4)…………………………………...(2.2)



WT dimana : cp



= panas spesifik pada tekanan konstan. Untuk gas ideal, nyata bahwa dalam kompresi adibatis , maka



perbandingan temperatur gas terkompresi dengan temperatur awalnya adalah.[47] ��



��



= rp(k-1)/k…………………………….…………..………………………...(2.3)



Wc = �̇ .Cp.T3 �1 −



�4 �3



�



Universitas Sumatera Utara



Wc = �̇ .Cp. T2 �1 −



dimana :



WT



1



��(�−1)/�



�



= Kerja turbin [kJ/s]



�̇



= laju aliran massa udara [kg/s]



rp



= perb. Teknan turbin, P 3 /P 4



k



= Cp/Cv (Cv = panas spesifik pada volume konstan).



Cp = k . Cv Dengan cara yang sama untuk kerja kompresor adalah WC = �̇.Cp .[T1 – T 2 ]



Wc = �̇ . Cp , T2 �1 −



Dimana :



1



��(�−1)/�



�……………..……………………………...(2.4)



Kerja netto siklus Brayton : Wnet = WT - Wc = [ �̇ Cp [T3 – T2] �1 −



Panas input



= �̇. Cp (T3 - T 4 )



Efisiensi siklus =



1



��(�−1)/�



�………………………….(2.5)



����



= 1dimana :



Q��



1



��(�−1)/�



…………………………………………….…(2.6)



Wnet = kerja netto [kJ/s] WT



= kerja turbin [kJ/s]



WC



= kerja kompresor [kJ/s]



Qin



= panas yang ditambahkan [kJ/s]



�̇



= laju aliran massa udara [kg/s]



rp



= perb. Teknan turbin, P 3 /P 4



Universitas Sumatera Utara



k



= Cp/Cv (Cv = panas spesfik pada volume konstan.



2.7 Siklus Brayton Non Ideal Siklus Brayton non ideal ditunjukkan garis putus – putus dan tanda (‘) diatas. Pada masing – masing proses kompresi terjadi gesekan fluida (1-2’) dan proses ekspansi terjadi gesekan fluida (3-4’) menunjukkan kenaikan entropi penurunan – penurunan tekanan selama proses pemasukan panas (2-3) dan proses pembuagan panas (4-1) bisa diabaikan .Keperluan tekanan ini diikuti hanya terhadap kasus –kasus perbandingan tekanan rendah. [48] Efisiensi masing – masing proses kompresi dan ekspansi dapat dihitung sebagai berikut : Untuk kompresor : η cp



=



����� ������



η cp



=



����� �����



����� �����



����� ������



……….………………………………………………(2.7)



……………………………………………………….(2.8)



Gambar 2.38 Siklus Brayton Non Ideal Untuk Turbin : ηT



=



����� ������ ����� �����



………………………………………………...(2.9)



Universitas Sumatera Utara



Dimana temperatur berkaitan denagan panas spesifik konstan. Maka kerja output turbin dan kerja input yang dibutuhkan kompresor sebagai berikut :



WT



= �̇ gb . Cp (�3 – T’4) ………………………………………..(2.10)



Wc



= �̇ . Cp (T2’ – T1 )……………………...…………………...(2.11)



Kerja netto keluran siklus adalah perbedaan antara kerja output turbin dan kerja input yang dibutuhkan kompresor. Jadi kerja netto : Wnet



= WT - Wc



Daya spesifik siklus dapat digunakan sebagai salah satu pengukuran performansi siklus tersebut, yaitu :



Daya spesifik =



���� �̇



……………………………..……………..…..(2.12)



Daya spesifik ini adalah bergantung pada panas spesifik dari fluida kerja yang diguakan pada siklus dan perbedaan tekanan yang terjadi, dimana harga optimum dapat tercapai. Panas masuk atau energi yang diberikan kedalam siklus QA : QA = �̇bb . LHV………………………………………………………….(2.13) Dimana : �̇bb = Massa bahan bakar [kg/s]



LHV = Nilai kalor pembakaran bawah [kJ/kg]



Universitas Sumatera Utara



Effisiensi dapat ditentukan dari penggambaran standart untuk effisiensi thermal total (overall) , berikut :



η ov =



���� ��



………………………………………………………….(2.14)



Effisiensi termal total gabungan pada effisiensi kompressor dan effisiensi turbin.



2.8. Teor i Kompresi 2.8.1. Hubungan Antara Tekanan dan Volume Hubungan antara tekanan dan volume gas dalam proses kompresi tersebut dapat diuraikan sebaai berikut. Jika selama kompresi, temperatur gas dijaga tetap (tidak bertambah panas) maka pengecilan volume terjadi setengah kali akan menikkan tekanan menjadi dua kali lipat. Demikian juga volume menjadi sepertiga kali, maka tekanan menjadi tiga kali lipat dan seterusnya.jadi dapat disimpulkan : “Jika gas dikompresikan atau diekspansikan pada temperatur tetap, maka tekanan akan berbanding terbalik dengan volume”. Pada hukum Boyle :



P 1 V1 = P 2 V2 = tetap………………………………………………..(2.15)



2.8.2 Hubungan Antara Temperatur dan Volume . Gas mempunyai koefesien yang lebih besar daripada zat cair dan zat padat. Dari pengukuran koefesien muai berbagai gas diperoleh kesimpulan sebagai berikut : “semua macam gas apabila diturunkan temperaturnya sebesar 1 ºC, akan mengurangi volume dengan proporsi yang sama dan apabila temperaturnya dinaikkan sebesar 1 ºC, pada tekanan tetap akan mengalami pertambahan volume



Universitas Sumatera Utara



sebesar 1 / 273 dari volumenya pada 0 oC. Menurut hokum Charles [49] : “Pada proses tekanan tetap volume gas berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya”. �1 �2



=



�1 �2



……………………………...……………..…...…………….(2.16)



2.8.3 Persamaan Keadaan. Hukum Boyle dan Hukum Charles digabung menjadi hokum Boyle - Charles dapat dinyatakan : pV = GRT ……………………………..……………..……………….(2.17) Dimana : P = Tekanan mutlak (Pa) V = Volume (m3 ) G = Berat gas (Kgf) atau N T = Temperatur mutlak (ºK) R = Konstanta gas (mol / ºK) Konstanta R berbeda – beda untuk masing – masing gas. Tabel 2.1 Harga - harga R



Persamaan diatas dapat ditulis : pυ = RT ………………………............................................................(2.18) Dimana :



Universitas Sumatera Utara



υ



= V/G



υ



= Volume Spesifik



�� �



= � = Tetap …………………………………………………………….....(2.19)



Gas yang memenuhi persamaan ini disebut gas ideal.



2.9. Proses Kompresi Gas 2.9.1 Cara Kompresi Kompresi gas dibagi menurut tiga cara yaitu [50] : proses isothermal, proses adiabatik dan politropik. a. Kompresi Isothermal Kompresi isothermal dapat dapat disebut jika gas dikompresi maka gas tersebut mendapat energi mekanik dan diubah menjadi energi panas sehingga temperatur gas naik dan tekanan naik, namun jika proses dibarengi pendingin untuk mengeluarkan panas yang terjadi dan temperatur tetap dijaga.



pV = Tetap p1V1 = p2.V2 = Tetap……………………………….…………….………(2.20) b. Kompresi Adiabatik Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk ke dalam gas. Proses tersebut disebut adiabatik.



p .V



k



= tetap atau p1 . V1k = p 2 . V2 k = tetap ……………….…….…(2.21)



Dimana k = Cp / Cv



Universitas Sumatera Utara



c. Kompresi Politropik Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isothermal, karena kenaikan temperatur. Namun juga bukan proses adiabatic karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses kompresi sesungguhnya, ada diantara keduanya disebut proses politropik. P . V n = Tetap Atau p1 .V1n = p 2 .V2n = Tetap …………………………………..……..(2.22)



2.9.2. Perubahan Temperatur Pada proses isothermal temperatur dijaga tetap sehingga tidak berubah pada proses adiabatik tidak ada panas yang dibuang dari kompresor [51] .



…………………………………………….….(2.23) Dimana : Td



= Temperatur mutlak gas keluar kompresor (ºK)



Ts



= Tempertur isap gas masuk kompresor (ºK)



M



= Jumlah tingkat kompresi ; m = 1, 2, 3,….



Pd / Ps = K



������� ������ ������ ������� ���� ������



= Perbandingan Tekanan



= Cp / Cv



Kompresor bertingkat digunakan untuk memperoleh perbandingan tekanan (rc) yang tinggi. Kompresi dengan perbandingan kompresi yang besar, jika dilakukan hanya dengan satu tingkat akan kurang efektif karena efesiensi



Universitas Sumatera Utara



volumertiknya akan rendah. Namun jika jumlah tingkat terlalu banyak, kerugian gesekan menjadi terlalu banyak dan harganya menjadi terlalu mahal. Gambar Grafik perbandingan Tekanan Kompresi dalam Kompresi Adiabatik (untuk m = 1 dalam Kompresi Satu Tingkat) dapat dilihat sebagai berikut;[52]



Gambar 2.39:



Grafik perbandingan Tekanan Kompresi dalam Kompresi



Adiabatik (untuk m = 1 dalam Kompresi Satu Tingkat)



2.9.3. Pengaruh Temperatur Udara yang dihisap Kompresor Terhadap Daya yang berguna yang Dihasilkan Turbin Gas. Temperatur udara yang dihisap kompresor mempunyai pengaruh yang besar terhadap daya yang berguna yang dihasilkan turbin gas. Sebab kapasitas atau massa udara ( �̇ � ) yang mengalir masuk berubah. Dari persamaan untuk



gas m = pv / RT. Bila temperatur udara kerja, maka ( �̇� ) menjadi besar, berarti



udara yang masuk kedalam instalasi menjadi lebih banyak. Selain itu daya usaha



Universitas Sumatera Utara



instalasi menjadi lebih besar, karena perbandingan T3 / T1 lebih besar sedangkan T3 sebelum turbin dijaga tetap dengan demikian terjadi perbaikan efisiensi thermal proses. Gambar Perubahan Daya yang Dihasilkan Instalasi Turbin Gas Pe pada Waktu Terjadi Perubahan Temperatur Udara Luar yang Dihisap Kompressor ,Instalasi sudah Ditentukan untuk Bekerja dengan Temperatur Udara Luar 15 ºC, harga – harga Informatif. [53]



Gambar 2.40. Perubahan Daya yang Dihasilkan Instalasi Turbin Gas Pe pada Waktu Terjadi Perubahan Temperatur Udara Luar yang Dihisap Kompressor ,Instalasi sudah Ditentukan untuk Bekerja dengan Temperatur Udara Luar 15 ºC, harga – harga Informatif. (sumber : Turbin Pompa dan Kompresor, Fritz Dietzel)



Universitas Sumatera Utara



BAB III METODOLOGI PENELITIAN



3.1 Metode Penelitian Pada pengerjaan tugas akhir ini metode penelitian yang dilakukan yaitu sebagai berikut :  Studi literature, yaitu dengan mempelajari beberapa referensi yang mampu menunjang untuk melakukan penelitian. Referensi yang digunakan antara lain bersumber dari buku-buku, artikel, sumber dari internet, serta sumber-sumber lain yang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan.  Metode eksperimen, yaitu melakukan penelitian terhadap perbandingan penggunaan water wash, baik sebelum maupun sesudah water wash,dalam performansi turbin gas serta data-data pendukung lainnya.



3.2 Tempat dan Waktu 3.2.1 Tempat Penelitian dilakukan di PT PLN ( Persero ) Sektor Pembangkit Medan, Jl. Pembangkit Listrik No. 1 Medan - Marelan 20255, Paya Pasir



3.2.2 Waktu Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Oktober 2012 sampai dengan 11 Januari 2013



Universitas Sumatera Utara



3.3 Alat 3.3.1 Spesifik PLTG Spersifikasi PLTG : a. Type



: PG6581B



b. Manufacture



: Nanjing Turbine & Electric Machinery (Group) CO.,LDT



c. Putaran



: 5163 rpm



d. Tingkat sudu



: 3 tingkat



Gambar 3.1 Turbin Gas PG6581B



Universitas Sumatera Utara



3.3.2 Spersifikasi Kompresor spesifikasi peralatan teknik kompresor : a. Jenis kompresor



= Kompresor axial



b. Jumlah tingkat sudu



= 17 tingkat



c. Temperatur udara masuk



= 30 ºC



d. Temperatur udara keluar



= 368 ºC



e. Tekanan udara masuk



= 1,01325 bar



f. Tekanan udara keluar



= 10,8 bar



g. Perbandingan Kompresi



= 10



3.3.3. Alat indikator



Gambar 3.2 : Wash skid Merupakan tempat pencampuran deterjen kimia dengan air pada rasio yang tepat dan transfer cairan ini ke nozel injeksi pada suhu, tekanan dan aliran yang tepat.



Universitas Sumatera Utara



Gambar 3.3 : Wash skid control panel Was Skid Control Panel Merupakan alat yang berfungsi mengontrol penggunaan water wash secara On-line atau Off-Line.



Gambar 3.4 : pompa 88dm Pompa 88dm merupakan alat yang berfungsi memompakan aliran dengan cara injeksi chemical dengan menyalahkan pompa dosing 88dm



Gambar 3.5: pompa 88tw Pompa 88tw merupakan alat yang berfungsi memompakan aliran air yang sudah dimineralisasi dari water tank ketika Pencucian compressor.



Universitas Sumatera Utara



Gambar 3.6 : alat ukur temperature / Thermometer Thermometer alat yang berfungsi mengukur panas, Thermometer juga digunakan pada water tank,hal ini dilakukan agar mengetahui Suhu pada water tank



Gambar 3.7 : alat ukur daya ,Watt meter Watt Meter ialah alat untuk menggukur daya pada compressor maupun pada turbin



Gambar 3.8 alat ukur tekanan,flow meter Flow meter yang berfungsi untuk mengukur tekanan yang masuk pada kompresor maupun Turbin



Universitas Sumatera Utara



Gambar 3.8 Nozzel Spray Water Wash Nozzel Spray Water Wash merupakan alat yang berfungsi menyemprotkan air ke kompresor



Gambar 3.9 pembuangan air Water Wash Pembuangan limbah air sisa dari proses penyemprotan water wash 3.4 Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan pada waktu penelitian baik dilakukan sebelum menggunakan Water Wash dan ketika sudah menggunakan Water Wash serta seluruh data yang diperlukan dalam keperluan analisa data. 3.5 Analisa Teoritis Analisa dan perhitungan yang dilakukan untuk mengetahui besarnya pengaruh Water Wash terhadap performansi Turbin gas. Baik dilakukan sebelum menggunakan Water Wash dan ketika sudah menggunakan Water Wash.



Universitas Sumatera Utara



3.6 Diagram Alir Penelitian :



Mulai



Survey Lapangan



Study Literatur



Pengumpulan Data



Analisa •



•



•



Kapasitas Udara masuk ke Kompresor sebelum dan sesudah Water Wash Daya Turbin sebelum water Wash,Daya Turbin Sesudah Water Wash Efisiensi Turbin sesudah dan sebelum water wash



Hasil



Selesai



Gambar 3.8 Bagan Alir Metode Eksperimen



Universitas Sumatera Utara



Dari gambar 3.6 bagan alir metode eksperimen diatas, penulis memulai pertama survey ke lapangan yaitu ke PLTG Unit 7 Paya Pasir ,PT PLN Sektor Pembangkit Medan yaitu dari bulan Oktober 2012 sampai bulan Januari 2013 kemudian penulis menentukan judul Tugas Sarjana ini adalah Analisis Pengaruh Water Wash Terhadap Performansi Turbin Gas Pada PLTG Unit 7 Paya Pasir PT PLN Sektor Pembangkit Medan. Setelah menentukan judul kemudian penulis melakukan studi pustaka demi menunjang teori-teori yang berkaitan dengan judul Tugas Sarjana ini. Penulis melakukan penelitian ini yaitu pertama pengenalan alat-alat yang berhubungan dengan instalasi Turbin Gas, Serta PLTG umumya Kemudian penulis mencatat spesifikasi PLTG dan kompresor dan tanya jawab atau konsultasi dengan pegawai yang bekerja dibagian instalasi PLTG Unit 7 tersebut berkaitan dengan sistem instalasi, alat-alat yang dipakai seperti alat ukur tekanan dan tempratur , Pompa 88DW , Pompa 86 TW, wash kind , Kemudian penulis mencatat pemakaian air pada water tank tiap jamnya dan data-data pendukung lainnya. Setelah semua data yang diperlukan diperoleh maka penulis memulai untuk menganalisa pengaruh Water Wash terhadap performansi turbin gas. Kemudian dari hasil analisa maka penulis dapat memperoleh kesimpulan dari pengaruh Water Wash terhadap performansi turbin gas. Dari hasil penelitian penulis dapat menarik kesimpulan dan memberikan saran dari hasil penelitian.



Universitas Sumatera Utara



BAB IV ANALISA PERFORMANSI TURBIN GAS



4.1.Analisa Bahan Bakar



Bahan bakar yang digunakan dalam turbin gas adalah gas alam (natural gas). Sebagai bahan bakar cadangannya pada sistem ini juga dilengkapi dengan sistem pembakaran dengan menggunakan bahan bakar solar. Minyak solar ini digunakan bila sistem bahan bakar gas alam mengalami suatu gangguan atau gas alam sudah habis dari sumbernya[54]. Dalam hal ini, penulis tidak membahas bila mana sistem tersebut menggunakan bahan bakar solar. Jadi analisa yang dilakukan penulis hanya untuk bahan bakar gas alam. Gas alam digunakan sebagai bahan bakar dalam turbin gas karena keefektifan yang diperoleh turbin gas, yaitu : a) Pembakaran



gas



alam



jelaga, maka memperkecil



tidak menghasilkan abu dan kerusakan yang akan dialami oleh



sudu - sudu turbin gas. b) Pembakaran dengan gas alam dapat dikatakan akan berlangsung sempurna , sehingga



bahan



bakar



ini



cenderung



dapat



mengurangi polusi yang dihasilkan dari gas buang turbin gas. c) Nilai kalor gas alam lebih besar dari pada bahan bakar solar, sehingga meninggkatkan effisiensi dari turbin gas tersebut.



Universitas Sumatera Utara



4.1.1 Komposisi Bahan Bakar Gas Alam Tabel 4.1 Komposisi Bahan Bakar [55]



No



Komposisi Gas Alam



% Volume



1



N2(Nitrogen)



0,1384



2



CO2 (Karbondioksida)



10,469



3



CH4 (Metana)



85,2047



4



C 2 H 6 (Etana)



7,9726



5



C 2H 8 (propana)



3,6036



6



i-C 4H 10 (Iso-butana)



0,8386



7



n-C 4H 10 (Normal-butana)



0,7551



8



i-C 5 H 12 (Iso-pentana)



0,2772



9



n-C 5H 12 (Normal-pentana)



0,1629



4.1.2. Per hitungan kandungan C, H 2 dan O 2 dalam gas alam Dari buku Archie W. Culp Jr (Prinsip- prinsip Konversi Energi) [56 ] berat Kandungan senyawa - senyawa dalam campuran tersebut. BM campuran = ∑(��) i x (Vi )…………………………..………….……….(4.1.)



Dimana : BM i = berat molekul dari gas ke - i Vi



= fraksi volumetrik dari gas ke –i



Sehingga dari persamaan (1) dieroleh : BM campuran = ∑(��) i x (Vi )………………………………………………(4.2.) = 0,001384 (28) + 0,010469 (44) + 0,852047 (16) +0,07972



Universitas Sumatera Utara



(30) + 0,036036 (44) + 0,008386 (58) + 0,007551 (58) + 0,002772 (72) + 0,001629 (72) = 19,350722 [kg / kg mol]



Per sentase C, H dan O 2 dalam gas alam : a. Berat C



= 0,010469 (12) + 0,852047 (12) + 0,07972(24) +0,036036 (36) + 0,008386 (48) + 0,002772 (60) + 0,001629 (60) = 14,6 [kg/kg mol] = 14,6 / 19,350722 x 100 % = 75,50 %



b. Berat H 2



= 0,852047 (4) + 0,079726 (6) + 0,036036 (8) +0,008386 (10) + 0,007551 (10) + 0,002772 (12) + 0,001629 (12) = 4,4 [kg/kg mol] = 4,4 /19,350722 x 100 % = 22,74 %



c. Berat O 2



= 0,010469 (32) = 0,34 [kg/kg mol] = 0,34 / 19,350722 x 100 % = 1,76 %



Universitas Sumatera Utara



Maka dapat disimpulkan persentase dari C, H



2



dan O



2



dalam gas alam dapat



dilihat pada table 4.2 berikut ini. NO



Nama Senyawa



% Berat



1



C (karbon)



75,50



2



H 2(hidrogen)



22,74



3



O 2(oksigen)



1,76



4.1.3. Per hitungan Nilai Kalor Bahan Bakar. Proses pembakaran merupakan reaksi antara bahan bakar dengan udara yang dimasukkan ke dalam proses pembakaran dan menghasilkan kalor secara kontiniu selama proses pembakaran di ruang bakar (combustion chamber) turbin gas.Karena bahan bakar tergantung pada temperature dan tekanan pada saat terjadinya proses pembakaran. Adapun nilai kalor pembakaran ada dua yaitu :



a. Nilai pembakaran atas (HHV) yaitu banyaknya panas yang diperoleh selama pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar dengan menghitung panas kondensasi uap air ( air yang dikandung hasil pembakaran dalam bentuk cair). b. Nilai pembakaran bawah (LHV) yaitu banyaknya panas yang diperoleh selama pembakaran



sempurna 1 kg



bahan



bakar



tanpa



memperhitungkan panas kondensasi uap air 1. Rumus yang digunakan untuk menghitung HHV Menurut Archie W. Culp. Jr (Prinsip - prinsip konversi energi)[57], ada tiga cara yang dapat digunakan untuk menghitung HHV, yaitu :



Universitas Sumatera Utara



( HHVV campuran ) Pr , Tr = (HHV v ,1 ) Pr , Tr x (Vi ) …. ……………………...(4.3) ����



( HHVm ) P,T = (HHV v campuran ) Pr , Tr x �� � � ……..…………………..….(4.4) (HHVm) P,T = ( HHV v) P,T x ( V ) P,T = ( HHVv ) P,T x Dimana : •



( HHVV



campuran



) Pr , Tr



= Nilai kalor pembakaran



atas volumetric



campuran pada tekanan atau temperature referensi. •



Pr , Tr = Tekanan, Temperatur Referensi.



•



(HHV v ,1 ) Pr , Tr = Nilai pembakaran atas volumetric dari komponen gas ke-1 pada tekanan, temperature referensi.



•



( HHVv ) P,T = Nilai kalor



pembakaran atas volumetric pada tekanan



temperature absolute udara pembakaran. •



P,T = Tekanan / temperature absolute udara pembakaran.



•



(HHVm) P,T = Nilai kalor pembakaran gavimetrik pada temperature tekanan absolute udara pembakaran.



•



Ru = Konstanta gas universal (0,08314 bar m3 / kg mol K).



•



BM= Berat molekul bahan bakar (19,350722 kg / kg mol)



Harga (HHV v ) P r ,T r dan (LHVv ) P r , T r untuk kondisi referensi 20 ºC dan 1 atm untuk masing - masing jenis senyawa bahan bakar dapat dilihat pada table berikut ini :



Universitas Sumatera Utara



Tabel 4.3 Harga (HHVv ) P



r



,T



r



dan (LHV



v



) P



r



, T



r



bahan bakar gas



untukkondisi referensi 20 ºC dan 1 atm.[58]



( HHVv ) P,T No



( LHVv ) P,T



Bahan Bakar [kJ / m 3]



1



CO2 (Karbon Dioksida)



2



[kJ / m3]



0



0



CH 4 (Metana)



37204



33496



3



C 2 H 6 (Etana)



65782



60168



4



C 3 H 8 (Propana)



95103



87501



5



I-C 4 H 10 (Isobutana)



123435



113901



6



n-C 4 H 10 (Normalbutana)



123725



114191



7



I -C 5 H 12 (Isopentana)



147003



135911



8



n-C 4 H 10 (Normalpentana)



147337



136246



Dari persamaan (2) diperoleh : ( HHV vcampuran) P r , T r



= (HHV v , 1 ) P r , T r x ( Vi )………………….(4.6.) = 0,852047 (37204) + 0,079725 (65782) + 0,036036



(95103) + 0,008386 (123435) + 0,007551 (123725) 0,002772 (147003) + 0,001629 (147337) = 42908,98 [kJ/m 3 ] Dari persamaan (3) di peroleh : (HHVv) P,T = ( HHV v campuran ) Pr ,Tr x



����



�� � �



…………….……………(4.7)



Dari hasil pengamata kondisi operasional turbin gas dengan kapasitas = adalah :



Universitas Sumatera Utara



a. Tekanan pembakaran



= 10 bar



b. Temperature pembakaran = 363 o C = 636 K Maka diperoleh :



(HHVv ) 10,636



= 42908,98 x



(10 � 293) 1 � 636



= 197678,1626 [kJ / m3]



(HHVm )10,636



= (HHVv) P , T x



�� � �



� � (��)



= 197678,1626 [kJ / m3] x



0,08314 � 636



10 � 19,350722



= 54016,775 [kJ / kg] Untuk kondisi pembakaran 1 bar dan 30 ºC, maka nilai pembakaran gas dapat dihitung dengan mengulangi perhitungan diatas. Dari persamaan (3) : (HHVv ) 1, 303



= 42908,98 [kJ / m3 ] x



1 � 293



1 � 303



= 41492,84205 [kJ / m3 ] (HHVm ) 1, 303



= 41492,84205 x



0,08314 � 303 1 � 19,350722



= 54016,775 [kJ / kg] 2.



Rumus yang digunakan untuk menghitung LHV Menurut Archie W. Culp. Jr (Prinsip – prinsip konversi energi) [59], ada tiga



cara yang dapat digunakan untuk menghitung LHV, yaitu : a.(LHVv campuran ) P r , Tr = (LHV v, 1 ) P r ,T r x ( Vi )……………….(4.8)



Universitas Sumatera Utara



b.(LHVv ) P,T = (LHVv campuran ) P r ,T r



c. (LHVm ) P,T = (LHVv ) P, T x Dimana : •



�� � �



� � (��)



(LHVv campuran ) P r , Tr



����



x



�� � �



………………...…..(4.9)



………………………......……(4.10)



= Nilai kalor pembakaran bawah volumetric



campuran pada tekanan temperature referensi. •



P r , Tr =Tekanan, temperature referensi.



•



( LHVv , i )P r , Tr = Nilai pembakaran atas volumetrik dari komponen gas kepada tekanan , temperature referensi.



•



(LHVv )P, T=Nilai kalor



pembakaran atas volumetric pada tekanan



temperatur absolut udara pembakaran. •



P, T =Tekanan / temperatur absolut udara pembakaran.



•



(LHVm



)P,



T



=Nilai



kalor



pembakaran



gavimetrik



pada



temperatur/tekanan absolut udara pembakaran. •



Ru = Konstanta gas universal (0,08314 bar m3/kg molK).



•



BM= Berat molekul bahan bakar (19,350722 kg/kg mol).



Dari persamaan (5) diperoleh :



1.(LHVv campuran ) P r , Tr =(LHV v, 1 ) P r , Tr x ( Vi )……………….(4.11) (LHVv campuran ) 1, 293 = 0,852047 (33496) + 0,079726 (60108) + 0,036036 (87501) + 0,008386 (11390) 0,007531 (105863) + 0,0027772 (135911) + 0,001629 (136246) = 38843,5 [kJ/m3 ]



Universitas Sumatera Utara



Dari persamaan (6) diperoleh : 2. (LHVv ) P,T (LHVv )10 , 636



= (LHVv campuran ) P r ,T r x = 38843,5 kJ/m3



x



10 � 293 1 � 636



����



�� � �



……….…(4.12)



= 178948,8286 [kJ/m3 ]



Dari persamaan (7) diperoleh : 3.(LHVm ) P,T



= (LHVv ) P, T x



�� � �



� � (��)



(LHVm ) 10, 636 = 178948,8286 kJ/m3 x = 48898,869 [kJ/kg]



……………………….....(4.13)



0,08314 bar m3 / kg mol K x 636 10 bar x 19,350722kg / kg mol



Untuk kondisi pembakaran 1 bar dan 30 ºC, maka nilai pembakaran gas dapat dihitung dengan mengulang dari persamaan (6). 4. (LHVv ) P,T



(LHVv ) 1, 303



= (LHVv campuran ) P r ,T r 1 � 293



= 38843,5 kJ/m3 x



x



����



�� � �



1 � 303



= 37561,5363 [kJ/m3 ]



5. (LHVm ) P,T



(LHVm ) 1, 303



= (LHVv ) P, T x



�� � �



� � (��)



=37561,5363kJ/�3 x = 4889,8869 [kJ/kg]



0,08314 bar m3 / kg mol K x 636 1 bar x 19,350722kg / kg mol



Maka dapat disimpulkan nilai HHV dan nilai LHV dari tiap – tiap langkah diatas dapat dilihat pada table berikut ini.



Universitas Sumatera Utara



Tabel 4.4 Nilai HHV dan LHV pada kondisi 10 bar, 363 ºC dan 1 bar Heating



Kondisi Pembakaran



NO Value



10 bar , 363 o C



1



( HHVv )



197678,1626 kJ/m3



41492,84205 kJ/m3



2



( HHVm )



54016,775



5401,6775



3



( LHVv )



1780940,31 kJ/m3



37561,5363 kJ/m3



4



( LHVm )



48898,869



4889,8869



kJ/kg



kJ/kg



1 bar , 30 o C



kJ/kg



kJ/kg



4.2. Analisa Performansi Turbin Gas 4.2.1. Sebelum water wash Dari data operasional PLTG,[60] yang diperoleh dari Unit 7 Paya Pasir PT.PLN Sektor Pembangkit Medan : �̇ udara



=



432000 [kg/h] = 120 [kg/s]



�̇b.bakar



=



10800 [kg/h] = 3 [kg/s]



�̇ gas buang



=



460800 [kg/h] = 128 [kg/s]



Tin kom



=



30 ºC



rp



=



10



T2



=



371 ºC



T4



=



557 ºC



PG (generator )



=



31,1 MW (Daya keluaran generator)



Aktual : a.



Kerja kompresor ( Wk') : Wk '



= �̇ x cp x ( T2 – T1 )



= 120 [kg/s] x 1,005898 [kJ/kgºC] x (371 – 30) [ºC]



Universitas Sumatera Utara



= 41161,34 [kW] T3



= T 4 (rp) k - 1 / k = 557 [ºC] (10) 0,4 /1,4 = 1075,39 [ºC]



b.



Kerja turbin ( Wt’ ) : Wt'



= �̇ g.b x cp x ( T3 – T4 )



= 128 [kg/s] x 1,205226 [kJ/kgºC] x (1075,39 – 557) [ºC] = 79971,4 [kw]



c.



Panas yang ditambahkan (Qin ) : Qin



= �̇ bb xLHV



= 3 [kg/s] x 48898,869 [kJ/kg] = 146696,6 [kw]



d.



Kerja netto turbin (Wnet ) : Wnet turbin



= Wt ' - Wk ' = 79971,4 – 41161,34 = 38810,06 [kW] = 38,81 [MW]



e.



Daya keluaran generator (PG) : PG ηG



= 31,1 [MW] =



��



����



=



x 100%



31100



38810,06



x 100%



= 80,13 %



Universitas Sumatera Utara



Ideal : = T1 (rp) k - 1/ k



T2



= 303 (10 ) 0,4 /1,4 = 585 [K] = 312 oC a. Kerja Kompresor (Wk ) Wk



= �̇ u x cp x (T2 – T1)



= 120 kg/s x 1,005898 [kJ/kg ºC] x (312 – 30 ) [ºC] = 34039,58 [kw] T4



= T3 / rp k-1 / k = 1348,39 / (10) 0,4 /1,4 = 689,39 [K]



b. Kerja turbin (Wt ) : Wt



= �̇ gb x cp x ( T3 – T4 )



= 128 [kg/s] x1,205226 [kJ/kgºC] x (1075,39 – 416,39)[ºC] = 100245,49 [kw] η politropi komp =



=



�� ��′



x 100 %



34039,58



41161,34



x 100 %



= 82,69 % η politropi turb = = η ideal



�� ′ ��



x 100%



79971,4



100245,49



=1-



x 100% = 79,7 %



1



(10)0,4 / 1,4



= 48,2 %



Universitas Sumatera Utara



ηactual



=



����



=



38810,06



���



x 100%



146696,6



x 100%



= 26,4 %



Energi Gas Asap Sebelum Water Wash



dimana :



Q in = �̇g x cp x Tg �̇g



cpg



= 1,10482 [kJ/kgºC]



Tg



= 557 ºC = 830 [K]



Q in



= 128 [kg/s] x 1,10482 [kJ/kgºC] x557 [ºC]



= 128 [kg/s]



Maka :



= 78769,24 [kJ/kg]



Entalpi gas asap (h)



= cpg



.Δt



= 1,10482 [kJ/kgºC] x 557 ºC = 615,38 [kJ/kg]



Kapasitas udara(�̇udara kom)



=



=



��′



�� (�2−�1)



41161,34 [��]



1,005898 ( 371 − 30 )[� �]



= 120 [k/s] = 432000[kg/s]



Universitas Sumatera Utara



Dapat disimpulkan bahwa dengan �̇udara = 120 kg / s, �̇b.bakar = 3kg/s,



�̇gasbuang = 128kg/s, Tin komp = 30 ºC, T 2 = 371 ºC, T 4 = 557 ºC, P G



(Generator ) = 31,1 MW. Mengasilkan Wk ' = 41161,34 [kW], Wt ' = 79971,4 [kW], Wnet = 38810,06 [kW] dan efesiensi generator (η G ) = 80,13 %.



Penurunan performansi turbin gas tersebut disebabkan karena adanya deposit/fouling pada sudu – sudu kompresor aksial, yang ditandai dengan temperatur keluar turbin yang tinggi 557 ºC, CTD (compressor temperature discharge) yang naik hingga 371 ºC mengakibatkan efesiensi turbin gas secara keseluruhan menurun.



4.2.2. Setelah Water Wash Dari data operasional PLTG yang diperoleh dari Unit 7 Paya Pasir PT.PLN Sektor Pembangkit Medan [61] : �̇ udara



= 493200 [kg/h] = 137 [kg/s]



�̇ gas buang



= 532800 [kg/h] = 148 [kg/s]



�̇ b.bakar



= 11520 [kg/h] = 3,2 [kg/s]



T in komp



= 30 ºC = 303 °K



rp



= 10



T2



= 363 ºC = 636 °K



T4



= 533 ºC = 806 °K



PG(generator)



= 34,1 MW (daya keluaran generator)



Universitas Sumatera Utara



Aktual : a. Kerja kompresor ( W� ′ ) : W� ′



= �̇u x cp x ( T2 – T1 )



= 137 [kg/s] x 1,005898 [kJ/kgºC] x (363 – 30) [ºC] = 45890,07 [kW]



T3



= T 4 (rp) k – 1 / k = 533 [ºC] (10) 0,4 /1,4 = 1029,06 [ºC]



b. Kerja turbin ( Wt’ ) : W� ′



= �̇gb x cp x ( T3 – T’4 )



= 148 [kg/s] x 1,1973502 [kJ/kgºC] x (1029,06 – 533) [ºC] = 87905,7 [kw]



c. Panas yang ditambahkan (Qin ) : Qin



= �̇bb xLHV



= 3,2 [kg/s] x 48898,869 [kJ/kg] = 156476,38 [kw]



d. Kerja netto turbin (Wnet ) : Wnet turbin



= Wt ' - Wk ´ = 87905,7 – 45890,07 = 42015,07 [kw] = 42,015 [MW]



Universitas Sumatera Utara



e. Daya keluaran generator (P G ) : PG



= 34,1 [MW]



η



=



g



=



��



����



x 100%



34100



42015,63



x 100%



= 81,16 % Ideal : T2



= T1 (rp)k – 1 / k = 303 (10 ) 0,4 /1,4 = 585 [K]



a. Kerja kompresor (Wk) : Wk



= �̇u x cp x ( T’2 – T1 )



= 137 kg/s x 1,005898 x (312 – 30 ) [ºC] = 38861,8 [kW]



T4



= T3 / rp k – 1 / k = 1302,06 / (10) 0,4 /1,4 = 683,33 [k]



b. Kerja turbin (Wt) : Wt



= ṁgb x cp x ( T3 – T4 ) = 148 [kg/s] x 1,973502 [kJ/kgºC] x (1029,06 – 410,33) [ºC] = 109643,8 [kw]



Universitas Sumatera Utara



η politropik kom



=



=



�� ��′



x 100%



38861,8



x 100%



45890,07



= 84,68%



η politropik turbin = =



�� ′ ��



x 100 %



87905,7



109643,8



x 100 %



= 80,17 %



η ideal



=1



1



(10)0,4/1.4



= 48,2 %



η actual



=



����



=



42015,63



���



x 100%



156476,38



x 100%



= 26,85%



Energi Gas Asap Setelah Water Wash Qin = �̇g



dimana :



x cp x Tg



�̇ g



= 148 [kg/s]



cpg



= 1,099204 [kJ/kgºC]



Tg



= 533 ºC = 806 [K]



Universitas Sumatera Utara



Maka : Qin



= 148 [kg/s] x 1,099204 [kJ/kgºC] x533 [ºC] = 86709,6 [kJ/kg]



Entalpi gas asap (h)



= cpg . Δ t = 1,099204 [kJ/kgºC] x 533 ºC = 585,87 [kJ/kg]



Kapasitas Udara(�̇udara kom)



=



=



��′



�� (�2−�1)



45890,07 [��]



1,005898 (363−30 )� �



= 137 [kg/s] = 493200 [kg/h]



Maka dapat disimpulkan dengan �̇udara = 137 kg/s, �̇b.bakar= 3,2 kg/s,



�̇gasbuang = 148kg/s, Tin komp = 30 ºC, T2 = 363 ºC, T4 = 533 ºC, PG



(Generator ) = 34,1 MW. Mengasilkan Wk ' = 45890,07 [kW], Wt ' = 87905,7 [kW], Wnet = 42015,07[kW] dan efesiensi generator (� G ) = 81,16 %.



Secara umum menjadi lebih baik setelah pelaksanaan water wash, dimana temperatur keluar turbin gas turun menjadi 533 ºC, CTD (compressor temperature discharge) turun menjadi 363 ºC. Sehingga mengakibatkan efesiensi turbin gas secara keseluruhan akan meningkat



Universitas Sumatera Utara



Analisa Performansi :  Sebelum Water Wash Kerja netto turbin (Daya ) : Wnet turbin



= Wt ' - Wk ' = 79971,4 – 41161,34 = 38810,06 [kW] = 38,81 [MW]



Kapasitas Udara ( �̇) :



(�̇udara kom)



=



=



��′



�� (�2−�1)



41161,34 [��]



1,005898 ( 371 − 30 )[� �]



= 120 [k/s] = 432000[kg/s] Efisiensi siklus turbin ηactual ηactua



=



����



=



38810,06



���



x 100%



146696,6



x 100%



= 26,4 %  Setelah Water Wash Kerja netto turbin (Daya) : Wnet turbin



= Wt ' - Wk ´ = 87905,7 – 45890,07 = 42015,07 [kw] = 42,015 [MW]



Kapasitas Udara(�̇udara kom)



�̇udara kom



=



��′



�� (�2−�1)



Universitas Sumatera Utara



=



45890,07 [��]



1,005898 (363−30 )� �



= 137 [kg/s] = 493200 [kg/h]



Efisiensi siklus turbin ηactual η actual



=



=



���� ���



x 100%



41877,9



156476,38



x 100%



= 26,85%



Daya keluaran turbin gas yang dihasilkan 42.015 [MW] > 38.81 [MW] setelah menggunakan water wash dan Kapasitas udara (�̇) yang dihasilkan



493200 [kg/jam] > 432000 [kg/jam] setelah menggunakan water wash , Efesiensi siklus( ηactual) yang dihasilkan 26.85 [%] > 26.4 [%] setelah menggunakan water wash. Sehingga secara umum menjadi lebih baik dan meningkatkan efisiensi turbin gas secara keseluruhan setelah menggunakan water wash. Ter’jadinya peningkatan kapasitas udara mengakibatkan daya bertambah besar , Dapat dibuktikan dari persamaan untuk gas



m = pv/RT. Bila temperatur udara kerja



masuk maka �̇u menjadi besar, berarti udara yang masuk kedalam instalasi



menjadi lebih banyak Selain itu daya usaha instalasi menjadi lebih besar, karena perbandingan T3 / T1 lebih besar sedangkan T3 sebelum turbin dijaga tetap dengan demikian terjadi perbaikan “efisiensi thermal proses”



Universitas Sumatera Utara



BAB 5 KESIMPULAN dan SARAN



5.1.



Kesimpulan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit



energi listrik yang menggunakan peralatan / mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya . Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana, dimana Turbin gas merupakan suatu mesin konversi dimana energi kinetik dari gas panas yang keluar dari ruang bakar memutar sudu – sudu turbin sehingga menjadi energi mekanik. Siklus PLTG ini adalah siklus terbuka langsung dimana gas buang turbin gas akan keluar dan bercampur dengan udara atmosfer diluar siklus. Operation dan maintenence pembangkit listrik bertujuan untuk menjaga agar performa pembangkit listrik yang di jalankan tetap maksimal, terdapat banyak sekali kegiatan yang berkaitan dengan operation dan maintenence pembangkit listrik, antara lain dengan menggunakan Water Wash, Water Wash merupakan cara baru yang digunakan untuk membersihkan kompresor agar performansi pada turbin gas meningkat sehingga daya keluar turbin lebih besar. Water wash yang dilakukan secara On-line dengan menggunakan air demineralisasi. Setelah mengganalisa Performansi Turbin Gas dengan menggunakan Water Wash, maka diperoleh Water Wash kapasitas udara masuk kompresor (�̇



udara ) Sebesar 493200 kg/jam lebih banyak dari pada sebelum Water Wash sebesar 432000 kg/jam. Daya keluaran turbin gas setelah Water Wash sebesar



Universitas Sumatera Utara



42,015 [MW] dan efesiensi siklus sebesar 26,85 [%], sedangkan daya keluaran turbin gas sebelum Water Wash sebesar 38,81 [MW] dan efisiensi siklus sebesar 26,4 [%].



5.2.



Saran Untuk meningkatkan daya yang dihasilkan pada pembangkitan listrik tenaga



gas sebaiknya dilakukkan ; 1. Memperhatikan air yang disemprotkan agar menggunakan air yg dimineralisasi. 2. Melaksanakan Water Wash rutin, agar kebersihan kompresor terjaga. 3. Untuk mendapatkan kebersihan compressor yang lebih maksimal disarankan menggunakan proses Off-line untuk 3 bulan sekali.



Universitas Sumatera Utara



DAFTAR PUSTAKA



[1]



Arismunandar,Wiranto, Pengantar turbin Gas dan Motor Propulsi. Penerbit ITB. Bandung 2002. Hal 1.



[2]



ibid. Hal 1



[3]



ibid. Hal 1



[4]



ibid. Hal 1



[5]



ibid. Hal 1



[6]



ibid. Hal 1



[7]



ibid. Hal 1



[8]



http://www.crayonpedia.org//BAB_18_Konstruksi_Turbin_gas_Sunyoto diakses 23 Desember 2013



[9]



Dietzel, F.. Turbin,Pompa, dan Kompresor. Edisi ke-3. Penerbit Erlangga.Jakarta 1992.Hal 153



[10]



Dr,Ir.Chailullh Rangkuty,Msc. Siklus Kombinasi Pembangkit Tenaga Turbin – gas.1997.Hal 45



[11]



ibid.hal 46



[12]



Industry Mee, inc. Gas Turbin Compressor Cleaning. 2010



[13]



http://www.crayonpedia.org//axial_Compressor_on/off-line washing diakses 13 januari 2013



[14]



ibid.diakses 14 januari 2013



[15]



http://www. Faqs.org/patents/imgfull/20110197923_14// STAGED_COMPRESSOR_WATER_WASH_SYSTEM. Diakses 20 januari 2013



[16]



http://www.tsb.gc.ca/eng/rappots-report/aviation/2002. Diakses 17 januari 2013



[17]



http://www.aircav.com/huey/airinlanet.html. Diakses 17 januari 2013



[18]



ibid.diakses 18 januari 2013



[19]



ibid.diakses 19 januari 2013



[20]



http://www.pure-airtech.com/products.asp?classid=8 . Diakses 19 januari



Universitas Sumatera Utara



2013 [21]



ibid. diakses 20 januari 2013



[22]



http://www.aircav.com/geninlet.html. diakses 22 januari 2013



[23]



http://www.indiamart.com/ezhil-industries/products.html. diakses 22 januari 2013



[24]



http://ge 10-photos.blogspot.com/2010_12_01_archive.html. diakses 22 januari 2013



[25]



http://baiuanggara.wordpress.com/2009/01/04/57/ diakses 22 januari 2013



[26]



http://www.aircav.com/huey/exhaust.html. Diakses 22 januari 2013



[27]



hhtp://smkkunjangbogor.blogspot.com/2011/03/compressor-rotary.html. diakses 22 januari 2013



[28]



Airsmunandar, wiranto, Pengantar turbin gas dan motor propulsi. Hal 461



[29]



ibid.hal 469



[30]



ibid.hal 471



[31]



http://inisiator_Aceh_Power_invenstment. Diakses 22 januari 2013



[32]



http://www.tsb.gc.ca/eng/rapports-reports/aviation/2002/a02p0168/.asp. Diakses 24 januari 2013



[33]



Richard T.C.Harman, Gas Turbine Engineering, 1992. Hal 423



[34]



http://id.scribd.com/doc/68477699/Basic-Turbine. Diakses 25 januari 2013



[35]



http://sulthonyusuf.blogspot.com/2010/01/turbin-gas-1.html. Diakses 25 januari 2013



[36]



ibid.diakses 25 januari 2013



[37]



http://firecontrolman.tpub.com/14104/css/14104_122.htm. Diakses 25 januari 2013



[38]



www.wallacemachine.com Diakses 25 januari 2013



[39]



ibid.Diakses 25 januari 2013



[40]



Dr,Ir. Chailullh Rangkuty,Msc. Siklus kombinasi Pembangkit Tenaga Turbin-gas. 1997 Hal 78



Universitas Sumatera Utara



[41]



ibid. Hal 79



[42]



ibid. Hal 80



[43]



ibid. Hal 81



[44]



ibid. Hal 83



[45]



ibid. Hal 84



[46]



ibid. Hal 85



[47]



Dietzel, F.. Turbin, pompa, dan Kampressor. Edisi ke-3. Hal 55



[48]



ibid. Hal 57



[49]



Dr,Ir. Chailullh Rangkuty,Msc. Siklus Kombinasi pembangkit Tenaga. Hal 45



[50]



El-Wakil, M.M. Instalasi Pembangkit Daya. Edisi ke-3. Penerbit Erlangga. Jakarta 1992. Hal 68



[51]



Michael.J.Moran, howard. Thermodinamika Teknik. 2004. Hal 23



[52]



ibid. Hal 56



[53]



Industries Mee, inc. Gas Turbin compressor Cleaning.2010. Hal 1



[54]



Clup, Archie.W. prinsip – prinsip Konversi Energi. Edisi ke-3. Penerbit Erlangga. Jakarta 2010 Hal 51



[54]



ibid. Hal 51



[55]



ibid. Hal 51



[56]



ibid. Hal 52



[57]



ibid. Hal 52



[58]



ibid. Hal 435



[59]



ibid. Hal 52.



[60]



Data Oprasional PLTG Paya Pasir Unit 7



[61]



Data Oprasional PLTG Paya Pasir Unit 7



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Lampiran 1 Sifat – sifat udara pada tekanan atmosfer



Universitas Sumatera Utara



Lampiran 2



Nilai HHV dan LHV bahan bakar



Semua harga gas telah dikoreksi pada 1 atm dan 20ºC (68ºF) b. b = bahan bakar



Universitas Sumatera Utara



Lampiran 3 Faktor konversi Massa : 1 kilogram = 1kg = 1000 gram = 2,205 pound-massa = 6,023 x 10 26 amu = 0,001 metrik ton = 0,001102 short ton Panjang : 1 meter = 1 m



= 1010 Angstrom = 10 6 mikrometer = 1000 millimeter = 100 sentimeter = 39,37 inchi = 3,281 feet



Luas : 1 meter persegi = 1m = 10 28 barn = 10 4 cm 2 = 1550 in 2 = 10,76 ft 2 = 2,471 x 10 −4 are = 3,861 x 10 −7 mill i persegi Isi : 1 mter kubik = 1 m 3



Kerapatan :1 kilogram/meter kubik



= 10 6 cm 3 = 10 3 liter = 264,2 U.S. gallon = 35,31 ft 3 = 1,308 yd 3 = 1kg/m 3



= 10 −3 = 0,00



gm/cm 3



8345 lbm/U.S. gallon = 0,06 243 lbm/ft Viskositas : 1 poise 3



= 100 cP = 0,1 kg/det.m = 241,9 lbm/ft.jam = 0,002089 lbf.det/ft 2



Tekanan : 1 paskal = 1 Pa = 1 newton/meter persegi = 1 kg/ m.det



2



= 10 −5 bar = 0,9867 x 10 −5 atm = 1,450 x 10 −4 lbf/in 2



Universitas Sumatera Utara



= 2,953 x 10 −4 1nchi Hg = 0,004018 inchi air (H 2 O) = 0,007502 torr = 0,007502 µ m Temperatur : 1 derajat Celcius



= 1 ºC = 1 derajat Kelvin = 1 K = 1 derajat Fahrenheit = 1,8 ºF = 1 derajat Rankine = 1,8 ºR



ºR = ºF + 459,67 ºF = 32 + 1,8 (ºC)



ºK = ºC + 273,16 ºC = 5 (ºF – 32)/9



Konduktivitas panas : 1 W/m. ºC = 1 J/(s . m . ºC) = 1 N/ (s . m . ºC) = 1 kg . m/(s . ºC) 3



= 0,2388 cal/(s . m . ºC) = 0,5778 Btu/(h . ft 2 .ºF/ft) Energi : 1 joule = 1 J



= 1 W . s = 1 N.m = 1 kg . m 2 /s 2 = 6,242 x 1018 eV = 6,242 x 1012 MeV = 10 7 ergs = 0,7376 ft . lbf = 0,2388 cal = 9,478 x 10 ฀4 Btu = 3,725 x 10 ฀7 hp . h = 2,778 x 10 ฀7 kW. h



Daya : 1 watt = 1W



= 1 J/s = 1 kg . m 2 /s 2 = 0,001 kW = 3,413 Btu/h = 0,003141 hp = 6,242 x 1018 eV / s Kerapatan daya dan laju pembentukan panas volumetris : 1 W / m 3 = 1 kg /m . s 3 = 0,0966 Btu/h . ft 3 Harga spesifik dan nilai pembakaran massa : 1 kJ/kg = 1 J/gm = 1000 m 2 /s 2 = 0,430 Btu /lbm



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara



Universitas Sumatera Utara