ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP KAPASITAS 110MW PADA PLTP STAR ENERGY GEOTHERMAL WAYANG WINDU LTD
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh: RONI IRNAS GIRSANG NIM.1105052095
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan kasih karuniaNya Penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, Adapun judul dari tugas akhir penulis ini adalah “Analisa Performansi Turbin Uap Kapasitas 110 MW Pada PLTP Star Energy Geothermal Wayang Windu Ltd”. Tugas Akhir ini adalah tugas wajib yang diberikan kepada setiap mahasiswa sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan diploma III program studi teknik konversi energi, jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. Selesainya Tugas Akhir ini juga tidak lepas dari dukungan orang-orang yang ada di sekeliling saya. Untuk itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil,S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan; 3. Ir.Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Politeknik Negeri Medan 4. Rihat Sebayang, S.T., M.T., Kepala Laboratorium Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan; 5. Penteris R.P. Naibaho,B.Eng.,M.T., Selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis tugas akhir ini dapat selesai dengan baik; 6. Administrasi Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan; 7. Bapak/Ibu Dosen pengajar Politenik Negeri Medan khususnya prodi Teknik Konversi Energi 8. Kedua orang tua Penulis Bapak S.Girsang dan Mama M.Ginting yang selama ini banyak memberi Doa dan dukungan kepada penulis; 9. Kepada kakak Ita, Adek Yabes, Penta dan Juga kepada yang Selalu Mendoakan penulis Novia Suryaningsih Sinaga;
10. Seluruh rekan-rekan Penulis Kelas En-6C untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan Tugas Akhir ini tidak dapat selesai dengan sempurna karena keterbatasan kemampuan penulis.untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi kesempurnaan isi Tugas Akhir ini. Selanjutnya saya ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi yang membacanya khususnya rekan-rekan mahasiswa.
Medan,
September 2014 Penulis,
Roni Irnas Girsang
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR............................................................................i HALAMAN PERSETUJUAN.............................................................................ii HALAMAN PENGESAHAN..............................................................................iii KATA PENGANTAR..........................................................................................iv DAFTAR ISI..........................................................................................................v DAFTAR GAMBAR............................................................................................vi DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................vii INTISARI............................................................................................................viii ABSTRAK.............................................................................................................ix BAB I PENDAHULUAN.....................................................................................1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Latar Belakang..................................................................................................1 Batasan Masalah................................................................................................2 Tujuan Penulisan...............................................................................................2 Manfaat Tugas Akhir........................................................................................3 Teknik Pengumpulan Data...............................................................................3 Sistematika Penulisan Laporan.......................................................................3
BAB II DASAR TEORI........................................................................................5 2.1 2.2 2.3 2.4
Sejarah Perkembangan Turbin Uap...............................................................5 Tinjauan Umum Turbin Uap..........................................................................7 Prinsip Kerja Turbin Uap..................................................................................8 Komponen-komponen Turbin Uap...................................................................9 1. Komponen Utama.......................................................................................9 a. Nozel.....................................................................................................9 b. Sudu Turbin...........................................................................................9 c. Rotor Turbin........................................................................................10 d. Rumah Turbin (Casing)......................................................................11 e. Bantalan (bearing)..............................................................................11 2. Komponen Pembantu................................................................................12 a. Kopling................................................................................................12 b. Gear box..............................................................................................12 c. Governor.............................................................................................12
d. Katup Tekan Lebih..............................................................................12 e. Katup pengaman Kecepatan Lebih..................................................12 2.5 klasifikasi Turbin Uap....................................................................................13 1. Menurut Jumlah Tingkat Tekanan..........................................................13 2. Menurut Arah Aliran Uap.......................................................................14 3. Menurut Jumlah Silinder..........................................................................14 4. Menurut Kondisi Uap Yang Digunakan................................................14 5. Menurut kondisi Uap yang masuk Kedalam Turbin ...........................14 6. Menurut Sistem Pemanas Ulang Uap....................................................15 7. Menurut Lingkungan Pengoperasian.......................................................15 8. Menurut typenya.......................................................................................15 9. Menurut Prinsip Aksi Uap.......................................................................15 2.6 Perbedaan Turbin Implus dan Reaksi dari Segi Aliran.............................17 2.7 Siklus Rainkine..............................................................................................18 2.8 Siklus Penguapan Tunggal............................................................................20 2.9 Daya Turbin.....................................................................................................22 2.10 Efisiensi Turbin Isentropik...........................................................................23 BAB III KOMPONEN UTAMA PLTP..........................................................24 3.1 Sumur Produksi..............................................................................................24 1. Master control valve................................................................................24 2. Pipa Aliran 2 fasa.....................................................................................25 3. Pipa Uap (Main Steam).............................................................................25 4. Steam header..............................................................................................25 3.2 Sumur injeksi.................................................................................................26 3.3 Pemisah Uap atau Separator ........................................................................26 3.4 Scrubber..........................................................................................................28 3.5 Kontrol tekan uap dan katup vent..............................................................28 3.6 Pompa Injeksi..................................................................................................28 3.7 Turbin..............................................................................................................28 3.8 Generator.........................................................................................................30 3.9 Transformator..................................................................................................31 3.10 Switch Yard...................................................................................................31 3.11 Komponen Pendingin...................................................................................32 1. Condenser...................................................................................................33 2. Menara Pendingin (Cooling Tower)..........................................................34 3.12 komponen Pendukung..................................................................................35 1. Gas Removal Sistem................................................................................35 2. Pipa kondensat(injction)............................................................................36
3. Kolam Penampung (pond)........................................................................36 4. Blade Washing..........................................................................................36 5. Air compresor.............................................................................................36 3.13 Hot Well Pump............................................................................................37 3.14 Lube and Oil Sytem....................................................................................38 1. Lube oil console.........................................................................................38 2. Oil cooler...................................................................................................38 3. Bioside dosing plant...................................................................................38 3.15 Caustic Dosing Plant....................................................................................38 3.16 Vacuum Pump..............................................................................................39 3.17 Siphon Breaker............................................................................................40 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN.........................................41 4.1 Data............................................................................................................41 4.2 Pembahasan................................................................................................42 BAB V KESIMPULAN SARAN......................................................................45 5.1 5.2
Kesimpulan................................................................................................45 Saran...........................................................................................................45
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................46 LAMPIRAN............................................................................................................x
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Turbin Uap HERO............................................................................5 Gambar 2.1 Nozel...................................................................................................9 Gambar 2.2 Sudu- sudu implus pada rotor turbin.............................................10 Gambar 2.3 Rotor Turbin.....................................................................................10 Gambar 2.4 Casing................................................................................................11 Gambar 2.5 Bearing..............................................................................................11 Gambar 2. 6 Gear Box..........................................................................................12 Gambar 2.7 perbedaan turbin impus dan reaksi................................................17 Gambar 2.8 skematik system liquid domiated single flash..............................18 Gambar 2.9 skema diagram siklus penguaapan tunggal.....................................20 Gambar 2.10 Diagram T - S Untuk Siklus Penguapan Tunggal.........................22 Gambar 3.1 skema PLTP.....................................................................................24 Gambar 3.2 sumur produksi.................................................................................25 Gambar 3.3 SS1 – Station Separator....................................................................27 Gambar 3.4 Turbin................................................................................................29 Gambar 3.5 Generator...........................................................................................30 Gambar 3.6 Transformater....................................................................................31 Gambar 3.7 Switch Yard......................................................................................32 Gambar 3.8 Condenser..........................................................................................33 Gambar 3.9 Cooling Tower..................................................................................34 Gambar 3.10 Hot Well Pump...............................................................................37 Gambar 3.11 vacum Pump.....................................................................................39
INTISARI Turbin uap adalah penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Turbin uap merupakan komponen utama pembangkit tenaga listrik. Kinerja turbin uap akan mempengaruhi kinerja sistem pembangkit listrik tenaga uap ditandai efisiensi. Penurunan kinerja turbin uap dapat terjadi akibat penggunaan atau pengoperasian peralatan yang melebihi kapasitas dan lamanya tingkat operasional peralatan atau sistem. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) menggunakan uap sebagai fluida kerja. Uap air yang digunakan terbentuk dari penguapan air didalam perut bumi. Berbeda dengan Pembangkit Listik Tenaga Uap (PLTU), kualitas uap PLTP tidak diatur seperti pada PLTU. Pada PLTP, uap yang digunakan untuk memutar turbin mengandung unsur-unsur kimia penyebab kerak, korosi,dan erosi pada turbin. Untuk mempertahankan kinerja turbin uap, maka pihak Star Energy Geothermal Wayang Windu melakukan penjadwalan pada sistem pemeliharaan dan perbaikan secara berkala yang disesuaikan dengan petunjuk dari buku manual operasi.
Kata kunci : Turbin, Daya, Efisiensi.
ABSTRACT The steam turbine is a first mover that converts the potential energy of steam into mechanical energy in the form of rotation the turbin shaft. Steam turbine is a main component of the power plant. Steam turbine performance will affect system performance steam generator marked effeciency. Steam turbine performance degradation may occur due to the user or operation level of equipment that exceeds the capacity of the work and the length of the operational level equipment or systems. Geothermal Power Plant using steam as the working fluid. Water vapor formed form the evaporation of the water used in the bowels of the earth. Unlike the steam power plant, the quality of the steam geothermal power plant can not be set as the power plant. In geotermal power plant, the steam is used ti trun turbine contain chenical elements cause scale, corrosion and erosion on the turbine. To maintain the performance of a steam turbine, then the Star Energy Geothermal perform shceduling on system maintenace and repair periodically adjusted to the instruction of the operating manual.
Keywords : Turbine, Power, Effciency
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Kebutuhan terhadap energi merupakan hal mendasar yang dibutuhkan dalam usaha meningkatkan taraf hidup masyarakat. Seiring dengan meningkatnya taraf hidup serta kuantitas dari masyarakat maka semakin meningkat kebutuhan akan energi. Pada saat ini kebutuhan energi berhubungan langsung dengan tingkat kehidupan masyarakat serta kemajuan industri di suatu negara. Dalam hal ini energi listrik yang menjadi salah satu bentuk energi yang paling banyak digunakan oleh masyarakat dalam kehidupan karena energi listrik dapat denagan mudah dan efisien diubah kebentuk energi yang lainnya. Untuk mengikuti kemajuan industri di suatu negara maka sangat perlu dikembangkan penghasil energi baru untuk menunjang pembangunan dengan memamfaatkan sumber daya alam demi kelangsungan hidup manusia yang akan datang. Pemanfaatan teknologi sangat bekaitan dengan pengguanaan energi listrik, dengan pemanfaatan yang luas dapat menjadi sauatu alat yang baik untuk mendorong perkembangan perekonomian suatu negara. Energi alternatif seperti surya, geothermal, nuklir meruapakn energi andalan di masa yang akan datang. Tetapi dalam perjalanannya energi alternatif sulit untuk diterapkan karena membutuhkan biaya yang besar dan pengaman yang tinggi. Dalam hal ini alternatif lain dapat ditempuh dengan cara meningkatkan efisiensi suatu mesin sehingga dapat menghasilkan daya dengan tidak menggunakan bahan bakar yaitu Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP). Mesin-mesin konversi energi yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik diantaranya yaitu turbi uap. Dimana turbin uap merupakan pesawatpesawat konversi. Dengan mengubah energi potensial uap menjadi energi listrik pada nosel (turdin implus) dan sudu-sudu gerak (turbin reaksi) dan diubah menjadi energi mekanik pada poros turbin dengan bantuan gigi reduksi dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Turbin uap dapat digunakan
1
pada berbagai bidang industri, rumah tangga, instansi, komunikasi, transportasi, dan untuk pembangkit tenaga listrik. Pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) PT. Star Energy Wayang Windu LTD, turbin uap digunakan untuk membangkitkan energi listrik. Dengan pemanfaatan uap dari perut bumi efisiensi semakin besar, dan mengurangi pencemaran lingkungan karena gas buang yang dihasilkan sangat rendah. Dengan alasan tersebut maka penulis tertarik membahas lebih rinci lagi mengenai “ Performansi Turbin Uap dengan Kapasitas 110 MW”yang akan membahas mengenai efisiensi turbin uap sebagai penunjang kinerja dari turbin uap tersebut.
1.2 Batasan Masalah Dalam hal ini penulis menitikberatka pada masalah performansi bedasarkan spesifikasi turbin uap tersebut tersebut. Adapun permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas akhir ini adalah: 1. Bagaimana unjuk kerja turbin uap 2. Bagaimana perhitungan daya dan efisiensi turbin uap 3. Bagaimana prinsip kerja komponen-komponen utama turbin uap 4. Bagaimana prinsip kerja komponen-komponen utama PLTP 1.3 Tujuan Penulis Berdasarkan masalah diatas maka tujuan penulis dari tugas akhir ini adalah: 1. Untuk unjuk kerja turbin uap 2. Untuk perhitungan daya dan efisiensi turbin uap 3. Untuk prinsip kerja komponen-komponen utama turbin uap 4. Untuk prinsip kerja komponen-komponen utama PLTP
2
1.4 Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat dari penulisan tugas akhir adalah: 1. Sebagai wahana untuk pengetahuan dan pengalaman penulis dalam bidang turbin uap 2. Sebagai masukan bagi pembaca yang akan membahas masalah yang sama dengan topik bahasan penulis. 3. Sebagai masukan pada industri yang menggunakan turbin uap guna peningkatan efisiensi. 1.5 Teknik Pengumpulan Data 1. Survey lapangan yakni berupa peninjauan langsung ke lokasi tempat unit pembangkit itu berada. 2. Pengambilan data ke lapangan . 3. Studi literatur yakni berupa studi ke perpustakaan, kajian dari buku dan tulisan-tulisan yang terkaiat dengan penulisan tugas akhir. 4. Metode diskusi yakni berupa diskusi antara mahasiswa dengan dosen pembimbing mengenai sistem kerja dari turbin uap dan komponen pendukungnya.
1.6 Sistematika penulisan laporan Untuk memudahkan penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I :
PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang penulis, tujuan dan manfaat tugas akhir, batasan masalah, teknik pengumpulan data serta sistematika penulisan laporan tugas akhir
BAB II :
LANDASAN TEORI Bab ini berisi tentang tinjauan umum turbin uap, prinsip kerja turbin uap, klasifikas turbin uap, termodinamika turbin uap, effisiensi isentropik, prinsip operasi dan desain turbin uap
BAB III :
KOMPONEN UTAMA PLTP
3
Bab ini berisi tentang gambaran secara teknis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi yakni penjelasan tentang prinsip kerja komponen utama PLTP dan penunjang dari masing-masing komponen. BAB IV :
ANALISA DATA Bab ini berisi tentang spesifikasi turbin uap dan analisa pembangkitan daya turib uap
BAB V :
PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran
selama penulis
menyelesaikan tugas akhir
4
