1
ANALISA TURBIN UAP PENGGERAK GENERATOR PADA PABRIK KELAPA SAWIT PTPN IV DOLOK SINUMBAH DENGAN KAPASITAS 30 TON TBS/JAM Abdi Syahfutra Siregar *), Ir.Muhammad Akhir, M.T Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan 2013 *) E-mail :
[email protected] Abstrak Pabrik pengolahan kelapa sawit membutuhkan mesin dan pembangkit daya, salah satu mesin yang berada dipabrik kelapa sawit adalah turbin uap. Dimana ‘’Turbin uap tersebut dioperasikan untuk menggerakkan generator listrik’’ dan berfungsi untuk pembangkit daya sehingga tegangannya dapat ditransfer pada peralatan-peralatan pengolahan. Keuntungannya adalah nilai ekonomi yang tinggi, karena uap yang dibutuhkan turbin dapat diperoleh dari ketel uap yang digunakan serat dan cangkang dari pengolahan yang tidak produktif untuk bahan bakarnya. Turbin dapat menghasilkan daya yang besar dan uap bekas, dari turbin ini dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan peralatan pengolahan seperti pada alat perebusan (sterilizer), bpv (back pressure vessel) dan ketel uap (boiller). Dari hasil data riset dapat diperoleh : 800 kW, putaran 5400 rpm sedangkan jenis turbin yang digunakan adalah turbin Dresser Rand. Kata kunci : Turbin uap Dresser Rand , back pressure vessel (bpv), rebusan (sterilizer), ketel uap (boiller). Abstract Palm oil mills require engine and power plant, one of the machines that are in the plant oil palm is a steam turbine. Where '' the steam turbine to drive an electric generator operated '' and serves for power generation so that the voltage can be transferred to the processing equipment. The advantage is that a high economic value, because the required steam turbine can be obtained from the boiler is used in fiber and shell of the processing that is not productive for fuel. The turbine can generate great power and steam the former, from the turbine can be used for the needs of processing equipment such as the boiling apparatus (sterilizer), BPV (back pressure vessel) and boiler (boiller). From the results of research data can be obtained: 800 kW, rotation 5400 rpm while the type of turbine used is turbine Dresser Rand. Keywords: steam turbines Dresser Rand, (back pressure vessel) BPV, decoction (sterilizer), boiler (boiller). Salah satu jenisnya adalah turbin uap. 1. Pendahuluan Dimana Turbin uap termasuk dalam kelompok Latar belakang Energi merupakan unsur yang sangat penting pesawat-pesawat konversi energi potensial uap dalam usaha meningkatkan kuantitas hidup menjadi energi mekanik pada poros turbin uap. masyarakat. Seiring dengan meningkatkan taraf Poros turbin uap langsung atau dengan bantuan hidup atau kuantitas dari masyarakat, kebutuhan roda gigi reduksi dihubungkan dengan terhadap energi sangat diperlukan, sekarang ini mekanisme yang digerakkan. Turbin uap dapat kosumsi energi sangat berhubungan langsung digunakan pada berbagai bidang industri, dengan tingkat kuantitas kehidupan penduduk trasportasi, penerangan lampu, serta untuk serta derajat industrilisasi suatu negara. Salah pembangkit bertenaga listrik. Adapun turbin uap digunakan merupakan satunya energi yang paling banyak digunakan oleh manusia dalam sehari-hari adalah energi sebagai fluida kerja, sehingga menghasilkan listrik, sebab sumber energi sangat efektif atau bahan bakar seperti pada pabrik kelapa sawit, efisien untuk dikoversikan menjadi bentuk bahan bakar pada turbin uap adalah untuk energi yang lain seperti suatu pembangkit tenaga membangkitkan besarnya tenaga uap sehingga turbin uap yaitu tubin uap penggerak generator.
2
mendistribusikan ke 3 bagian seperti melalui pipa-pipa rebusan, minyakan dan pressan dimana digunakan untuk proses pengolahan. Namun sebelum dimanfaatkan untuk proses pengolahan, terlebih dahulu berfungsi untuk menghidupkan panel-panel listrik yang digerakkan oleh generator listrik sehingga generator listrik memutarkan turbin uap, Dalam hal ini turbin uap menggerakkan berbagai peralatan yang berada didalam pabrik kelapa sawit dengan daya yang sangat besar sehingga generator menghasilkan energi kinetik menjadi energi listrik. Tujuan Penulisan Perencanaan ini untuk merencanakan sebuah turbin uap penggerak generator listrik untuk sebuah unit tenaga listrik pada sebuah pabrik pengolahan kelapa sawit yang mempunyai kapasitas 30 ton TBS/jam. Penulisan ini didasari pada data spesifikasi yang diperoleh dari hasil riset lapangan seperti: 1. Untuk menganalisa sistem kerja turbin uap yang digunakan untuk menggerakkan generator listrik 2. Besaran yang dibutuhkan turbin uap 3. Untuk mengetahui jenis turbin yang digunakan. Metodologi Penulisan Metodologi yang digunakan dalam penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut : Hasil riset lapangan di pabrik kelapa sawit PTPN IV Dolok Sinumbah, yang berupa Studi riset, studi kepustakaan, kajian dari buku-buku yang terkait dengan perencanaan ini. Diskusi berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjukkan oleh ketua jurusan Teknik Mesin, selama penyusunan skripsi ini. Batasan Masalah Dalam perencanaan ini akan dibahas tentang analisa turbin uap penggerak generator pada pabrik kelapa sawit dengan kapasitas 30 ton TBS/ jam. Pemilihan jenis turbin, kecepatan turbin, dan dimensi lainnya ditentukan berdasarkan besarnya daya turbin,
masa aliran uap turbin, putaran turbin, kondisi uap masuk dan keluar turbin.
TINJAUAN PUSTAKA 2. Tinjauan Umum Turbin uap sebagai mesin-mesin konversi energi yang merubah energi potensial uap menjadi energi kinetik pada nosel dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis pada sudu-sudu turbin yang dipasang pada poros turbin. Energi mekanis yang dihasilkan dalam bentuk putaran poros turbin dapat secara langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi yang dihubungkan dengan mekanisme untuk digerakkan. Untuk menghasilkan energi listrik, mekanisme yang digerakkan adalah poros turbin. Penggerak yang bertenaga listrik seperti turbin ini mempunyai kelebihan seperti : Menghasilkan panas yang baik. Pengontrolan putaran yang sangat efektif. Dapat menyesuaikan lingkungan sekeliling yang panas. Uap bekas untuk ketel uap dan rebusan. Analisis Thermodinamika Siklus rankine adalah siklus teoritis yang mendasari siklus kerja dari suatu pembangkit daya uap. Siklus rankine berbeda dengan siklus-siklus udara ditinjau dari fluida kerjanya yang mengalami perubahan fase selama siklus pada saat evaporasi dan kondensasi, oleh karena itu fluida kerja untuk siklus rankine harus merupakan uap yang terdiri dari dua jenis siklus yaitu: 1. Siklus terbuka, dimana sisa uap dari turbin langsung dipakai untuk keperluan proses 2. Sikus tertutup, dimana uap bekas dari turbin dimamfaatkan lagi dengan cara mendinginkannya pada kondensor, kemudian dialirkan kembali ke pompa dan seterusnya sehinga merupakan siklus tertutup. Menurut pembentukannya ada dua jenis uap, yaitu : 1. Uap air (kabut air) yaitu uap yang berbentuk diatas permukan air, sebagai akibat penurunan tekan diatas permukaan air sampai tekan penguapan yang sesuai
3
dengan temperatur permukaan air tersebut. 2. Uap air ( uap didih), adalah uap yang terbentuk akibat pendidihan air. Air akan mendidih bila tekanan dan temperatur berada pada kondisisi didih, yaitu pada tekanan dan temperatur didih. Pada peristiwa mendidih, maka pembentukkan uap terjadi pada seluruh bagian fluida, kadar uap naik dari 0 s/d 1. uap yang terbentuk pada tekanan dan temperatur didih disebut uap jenuh (saturated steam). Apabila uap jenuh dipanaskan pada tekanan tetap, maka uap akan menerima panas lanjut (temperatur naik), uap yang demikian disebut uap panas lanjut ( superheated steam). Analisa pembangkit tenaga dari perencanaan turbin uap (sesuai dengan hasil riset yang di survey). Untuk membangkitkan energi listrik pada turbin dibutuhkan sejumlah uap pada kondisi tertentu. Berdasarkan penetapan data spesifikasi analisa dapat diperoleh keadaan uap sebagai berikut: 1. Tekanan uap masuk turbin 2. Tekanan uap keluar turbin 3. Temperatur uap masuk turbin Klasifikasi Turbin Uap Turbin uap dibagi menjadi bermacam– macam jenis menurut kontruksinya, proses panas dalam kondisi awal dan akhir yang dipakai didalam industri. Menurut jumlah tingkat tekanan : Turbin uap tingkat tekanan tunggal atau untuk beberapa tingkat tekanan kecepatan, pada umumnya digunakan untuk menggerakkan kompresor Turbin dresser rand dengan satu tingkat, dibuat untuk kapasitas bertenaga kecil sampai yang lebih besar. Menurut arah aliran uapnya : Turbin aksial dimana uap mengalir pada arah sejajar melalui sumbu turbin. Turbin radial dimana uap mengalir pada arah tegak lurus melalui arah sudu turbin. Menurut jumlah silinder : Turbin silinder tunggal. Turbin silinder ganda
Turbin silinder tiga Turbin dengan silinder lebih dari tiga ( multi silinder) Menurut Kontruksi Porosnya : Turbin as tunggal ( turbin multi silinder) yang rotornya dipasang pada satu poros yang sama dan dihubungkanke generator tunggal. Turbin multi aksial, turbin dengan as rotor yang dipisah untuk tiap-tiap silinder ditempatkan sejajar satu dengan yang lain. Menurut metode pengaturan: Turbin dengan pengaturan pencekikan (throtling) dimana uap segar masuk melalui satu atau lebih( tergantung daya yang dihasilkan), katub pencekik yang dioperasikan serempak. Turbin dengan pengaturan nozel( pemancar ) dimana uap masuk melalui dua atau lebih pengatur pembuka ( opening regulator) yang berurutan. Turbin dengan pengaturan langkah ( by-pass governing) dimana uap di alirkan ketingkat pertama juga langsung dialirkan kesatu, dua atau bahkan tiga tingkat menengah turbin tersebut. Menurut prinsip kerja uap : Turbin dresser rand( turbin aksi) dimana energi pontensial uapdiubah menjadi energy kinetic sehingga menjadi energi listrik. Turbin reaksi aksial ,dimana ekspansi uap antara sudu-sudu juga sudu-sudu gerak pada tiap tingkat terjadi pada luas yang sama. Turbin reaksi radial atau tanpa sudusudu pengarah yang diam. Menurut pemakaian uap bekas : Turbin kondensasi regulator, turbin uap tekanan yang lebih kecil dimasukkan ke kondensor. Turbin kondensasi satu atau dua penarikan tingkat dari tengah dengan tekanan tertentu untuk proses dan pemanasan dalam industri. Turbin tekanan belakang, uap bekas digunakan untuk tujuan pemanasan dalam industri.
4
Tropping adalah turbin uap bekas untuk menggerakkan turbin dibelakangnya. TurbinTekanan rendah dimana uap bekas mesin adalah uap torak, mesin kempa, mesin press dipakai untuk turbin yang digunakan membangkitkan tenaga. Menurut besarnya tekanan uap masuk Turbin tekanan rendah memakai uap pada tekanan 1,2 ÷ 2 atm Turbin tekanan sedang ( medium) memakai uap pada tekanan sampai 40 atm Turbin tekanan sedang( medium) memakai uap pada tekanan sampai lebih dari 40 atm. Turbin tekanan sangat tinggi dengan uap bertekanan 170 atm dan temperature 550 ˚C atau lebih. Turbin tekanan super kritis pada tekanan lebih dari 225 atm. Menurut pemakaian dalam industri : Turbin tetap dengan putaran konstan sangat diutamakan untuk menggerakkan altenator. Turbin uap dengan putaran konstan adalah untuk menggerakkan generator listrik agar menghidupkan aliran listrik yang berada di panelpanel listrik Turbin uap dengan kecepatan variable adalah untuk menggerakkan turbo blower, sikulator udara dan pompa Turbin non stasioner ( tidak tetap) dengan kecepatan variabel, digunakan untuk mesin-mesin uap seperti kapal, kereta api (lokomotif). Pemilihan Jenis Turbin Dalam merencanakan suatu turbin uap, sangat dibutuhkan kecermatan dalam penentuan jenis turbin supaya kelangsungan operasi pabrik tidak mengalami kerugian yang sangat besar. Penentuan jenis turbin ini sangat penting, sebab bukan hanya dari faktor teknis tetapi juga dari faktor ekonomis.
Gambar 2.4 Turbin Dresser Rand Turbin uap dreseer rand sangat cocok untuk pompa untuk sejumlah alasan. Pertama adalah kemampuannya untuk beroperasi mempercepat jangkauan. METODE PENELITIAN 3. Waktu dan Tempat Penelitian yang dilakukan di Pabrik Kelapa Sawit di Dolok Sinumbah, dan dari hasil riset lapangan dalam menganalisa turbin uap penggerak generator ini dapat dilakukan di ruang mesin. Dengan menggunakan beberapa data–data atau buku yang di berikan oleh asisten juga pada operator dengan memberi defenisi sebenarnya seperti apa kerja dari pada suatu mesin yang berada didalam ruang mesin terutama pada turbin uap. Untuk dapat mengetahui berapa tekanan dan putaran kecepatan yang di gunakan oleh turbin uap dresser rand. Selama proses riset lapangan yang dilakukan di Dolok Sinumba selama satu bulan dengan waktu pagi pukul 07:00 s/d 18:00 wib. Studi Literatur Hasil survey dilakukan berupa kajiankajian buku panduan yang dilakukan langsung dalam ruang mesin untuk melihat tekanan-tekanan turbin uap secara langsung dalam tekanan berapakah yang digunakan atau putaran turbin dalam 5400 rpm dengan waktu 30 menit dalam sekali putaran turbin dan akan dapat berubah sewaktu-waktu dalam kondisi, dari hasil riset lapangan yang langsung dipraktekkan akan diuji oleh asisten lapangan kemudian berupa tanya jawab supaya lebih memahami.
5
Spesifikasi Peralatan Turbin Uap : a. Merek : Ape Allen KKK, b. Type : CF 5 GS, c. Made In : Germany d. No. Inventaris : 15/005.15/0001/1978 e. No. Series : 825 – 070 f. apasitas ( kW - PK ) : 500 / 680 g. utaran ( rpm )
h. i. j. k.
l. m.
P
: 5400 rpm Tek Uap masuk : 20 kg/cm2 Suhu Uap masuk : 3000 c Turbine Speed ( rpm ) : 1725 Trip Speed ( rpm ) : 02 bar : 204 kg/cm2Back Pressure Normal : 2,9 bar : 2,29 kg/cm2 Normal : 3,4 bar : 3,47 kg/cm2 Tahun Pemakaian : 1978
Turbin uap Pada stasiun pembangkit tenaga ini terdapat beberapa mesin yang digerakkan oleh electromotor dengan daya sebagai berikut : a. Turbin Uap : 800 kW b. Mesin Diesel : 400 kW c. Generator : 500 kW d. Hydraulick Power Pack : 4 kW e. Altenator : 800 kW f. Hydraulick Power Pack: 5,5 kW g. Pompa Blow Down : 15 kW Maka total daya listrik pada stasiun ini adalah 2524,5, kW Daya diatas berasal dari generator sebesar 500 kW sedangkan sisanya diambil dari PLN. Generator Generator yang digunakan dalam pabrik kelapa sawit dengan daya 1000-1500 rpm, setelah diperkecil dari governor dapat melihat berapa besar daya yang dikeluarkan untuk per jamnya. Kemudian daya yang dihasilkan sewaktu-waktu mendapat daya yang kecil sehingga hasil dari generator sebesar 500 kW. PERHITUNGAN UKURAN TURBIN 4. Perhitungan Daya Turbin Stasiun pembangkit tenaga ini adalah untuk melihat daya listrik pada pabrik kelapa sawit dalam seharinya bila dengan menggunakan kapasitas dan daya secara normal per jamnya dengan putaran 5400 rpm yang akan dikeluarkan dalam perharinya untuk dari hidup
sampai mati mesin atau Triip adalah sebagai berikut : a. Turbin Uap = 800 kW b. Mesin Diesel = 400 kW c. Generator = 500 kW d. Hydraulick Power Pack = 4 kW e. Alternator = 800 kW K f. Hydraulick Power Pack = 5,5 kW g. Pompa Blow Down = 15 kW Maka total daya listrik pada stasiun ini adalah 2524,5 kW Daya diatas berasal dari turbin uap sebesar 500 kW sedangkan sisanya diambil dari PLN dengan jumlah hasil akhir. Perencanaan Kapasitas Kapasitas turbin ditentukan berdasarkan kebutuhan daya listrik tiap 30 ton TBS perharinya yang diolah. Hasil data diatas telah diuraikan dari beberapa hasil jumlah daya listrik untuk kapasitas produksi 30 Ton TBS/ Jam sebesar 2524,5 kW Dengan rujukan pada hasil riset lapangan maka perencanaan mengikuti jumlah daya yang dihasilkan turbin uap di PKS dimana turbin yang beroperasi hanya satu unit saja dengan kapasitas turbin uap sebesar 800 kW. Oleh karena itu turbin uap memakai kapasitas dengan 800 kW, maka dengan daya yang diperoleh pada turbin sebesar 0,9 Ns = Ns =
= 888 Kva
3. Putaran Turbin Unit generator listrik : Jumlah Kutup, P = 2
Frekuensi . f = 52 Hz
Maka putaran generator Ng = = = 5400 rpm Dengan menetapkan reduksi roda gigi transmisi sebesar I = 3,327 maka putaran poros turbin adalah: nt = 1 x ng nt = 3.327 x 5400 rpm nt = 17965,8 rpm Data hasil riset diambil putaran turbin sebesar 5400 rpm.
Perhitungan Termodinamika Analisa pembangkit tenaga dari perencanaan turbin uap (sesuai dengan hasil riset yang di survey).
6
Untuk membangkitkan energi listrik pada turbin dibutuhkan sejumlah uap pada kondisi tertentu. Berdasarkan penetapan data spesifikasi analisa dapat diperoleh keadaan uap sebagai berikut: Tekanan uap masuk turbin
Tekanan uap keluar turbin
Temperatur uap masuk turbin
Gambar 3.2 T-S. Diagram Siklus Pembangkit Tenaga Uap 1-2 : Proses pada pompa 2-3 : Proses pada ketel uap 3-4-5 : Proses pada turbin ideal 3-6 : Prose pada turbin aktual 6-5-1 : proses pada kondensor
KESIMPULAN DAN SARAN 5. Kesimpulan Hasil riset lapangan yang dilakukan di pabrik kelapa sawit berdasarkan data-data hasil penelitian awal dan akhir sehingga komponenkomponen yang terdapat didalam mesin-mesin pabrik kelapa sawit dapat diketahui sehingga sistem kerja yang secara langsung dapat dilihat dalam peralatan-peralatannya dan dengan awal dari pengolahan sampai akhir pengolahan pabrik hinga proses, dan dapat di ambil dari hasil kesimpulan ini adalah sebagai berikut : Dalam kehidupan sehari-hari turbin uap telah digunakan untuk melakukan suatu pekerjaan khususnya dibidang industri. Untuk menggunakan turbin uap dengan baik dan benar, maka kita harus mengetahui cara kerja dari turbin uap tersebut, agar kesalahan yang mungkin terjadi bisa diminimalisir. Turbin uap dapat diklasifikaasikan menjadi berbagai macam yaitu menurut prinsip kerjanya, menurut penurunan tekanan dalam turbin dan menurut penurunan tekanan uap. Turbin uap harus digunakan sesuai dengan kegunaan turbin tersebut, dan tidak untuk digunakan yang tidak sesuai penggunaannya. Turbin uap merupakan buatan manusia, jadi alat tersebut ada kelebihan dan kekurangannya dalam pengoperasian. Sedangkan komponen-komponen yang di lakukan riset lapangan yaitu: 1. Generator 2. Turbin uap Proses yang dilakukan : 1. Generator : 1000-1200 kWdan1500 rpm setelah diperkecil dan governor 2. Turbin uap : Dengan putaran 5400 rpm yang diperlukan, Tekanan uap masuk 20 kg/cm2, uap keluar 22 kg dan suhu uap masuk 300° dengan jenis turbin dresser rand Saran Untuk lebih menyempurnakan proses hasil riset lapangan, adapun saran penulis sebagai berikut: 1. Melakukan pemeriksaan lapangan terhadap hasil pengolahan yang telah dilakukan di pabrik kelapa sawit secara rutin. 2. Proses pengolahan kelapa sawit cenderung lebih diperhatikan dan dirawat agar mampu pegoperasian yang baik. 3. Untuk mengoperasikan sarana dipabrik kelapa sawit riset lapangan harus lebih
7
diterapkan dengan mengontrol peralatan agar mesin-mesin terjaga. DAFTAR PUSTAKA [1]. Sunyoto, Karnowo, Bondan Respati, S.M., 2008, teknik mesin industri jilid II. [2]. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia. [3]. PT.Geoteknik Indonesia, bahan pelatihan operator ketel uap. [4]. Muin A Syamsir (1998), pesawat-pesawat konversi energi (ketel uap) edisi pertama, jakarta;rajawali. [5]. Michael Elonka Stephen, Lawrance Kohan Anthony (1969), standart heating and Power Boiller Plant Question and Answer, McgrowHill Book Company. [6]. Shlyakhin.P (1990), turbin uap, jakarta;erlangga. [7]. W.Clup Archie Jr (1991), prinsip-prinsip konversi energi,jakarta;erlangga. [8]. Reynolds C.William, perkins c. henry dialih bahasakan harahap filino (1987) thermodinamika teknik edisi kedua, jakarta;erlangga. [9]. El-Wakil.MM (1992), instalasi pembangkit daya jilid 1, jakarta;erlangga. [10].Djokosetyardja. M.J (1989) , ketel uap cetakan kedua, jakarta;pradnya paramita. [11]. Shlyakhin, P, Turbin Uap (Steam Turbines) Teori dan Rancangan, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1990.
