ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP SEBAGAI PENGGERAK GENERATOR 7,5 MW DI SECTION 518 PT. ECOGREEN OLEOCHEMICALS BATAM
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 Program Studi Teknik Konversi Energi
Oleh ZAINUL MUSTAQIM 1305052113
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan baik. Laporan tugas akhir yang berjudul “Analisa Performansi Turbin Uap Sebagai Penggerak Generator 7,5 MW Di Section 518 PT. Ecogreen Oleochemicals Batam” ini merupakan syarat kelulusan untuk menyelesaikan studi Diploma, Prodi teknik Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. Selama menyelesaikan laporan tugas akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi maupun dari segi administrasi. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T, M.T, selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Idham Kamil, S.T,M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Ir.Abdul Razak, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi dan juga dosen pembimbing yang telah memberi bimbingan dan arahan kepada penulis. 4. Seluruh Dosen , Staff dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 5. Seluruh Staff dan Karyawan PT. Ecogreen Oleochemicals Batam, yang telah membantu penulis dalam pelaksanaan PKL dan riset dalam melengkapi data-data. 6. Dan secara khusus penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada kedua orangtua penulis, Ibunda Rafeah dan Ayahanda Dermawan yang selalu memberikan dukungan doa dan semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
vi
7. Suriya Ningsih, yang telah memberi semangat dan doa kepada penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 8. Rekan-rekan di Politeknik Negeri Medan, khususnya Program teknik Konversi Energi stambuk 2013. 9. Teman-teman seperjuangan EN-6D stambuk ’07, terima kasih bantuan dan kebersamaannya selama ini. 10. Dan kepada pihak lain yang telah membantu penulis selama pendidikan dan penyelesaian laporan tugas akhir ini. Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari kemungkinan terdapat kekurangan. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun yang dapat memperbaiki laporan tugas akhir ini. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi siapa pun yang membacanya.
Medan, Agustus 2016 Penulis,
Zainul Mustaqim NIM.1305052113
vii
ABSTRACT In line with the development of science and technology that was increasingly sophisticated, than improve also the development of the industry that increasingly the day increasingly increased. The development of this industry was industry. The number of requirements for this energy resulted in the source reduction of energy being availabel. The steaam turbine is a conversion implement that change potential energy become kinetic energy and then was changed into mechanics energy through the turbine axis. As for component the steam turbine is nozel, turbine blades, the rotor, casing and bearing. The power of steam is produced from the difference enthalpy that entered the turbine where as the energy loss was distinguished by above two parts that is mechanic loss and non mechanic loss. Energy of the steam turbine consist of kinetic energy and mechanic energy. From analysis data obtained by the: in load 7,5 MW, turbine power = 9977,77 kW, with the ṁ = 13,53 kg/s, rotor power = 10671,11 kW, power paddle = 3342,45 kW, thermal efficiency = 75,17%, paddle efficiency = 31,32% dan internal turbine efficiency = 83%. Keywords : Steam Turbine, Energy, Power, Efficiency.
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ............................................................................. ii LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... iv LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR .................................. v KATA PENGANTAR .............................................................................................. vi DAFTAR ISI............................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xii DAFTAR TABEL .................................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ xiv INTISARI ................................................................................................................. xv ABSTRACT .............................................................................................................. xvi BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ............................................................................................... 1 B. Batasan Masalah ............................................................................................ 3 C. Tujuan Penulisan ............................................................................................ 3 D. Manfaat Tugas Akhir ..................................................................................... 3 E. Teknik Pengumpulan Data ............................................................................. 4 BAB II TEORI DASAR A. Tinjauan Umum Turbin Uap .......................................................................... 5 B. Klasifikasi Turbin Uap ................................................................................... 8 1. Menurut Jumlah Tingkat Tekanan ..................................................... 8 2. Menurut Arah Aliran Uap .................................................................. 8 3. Menurut Jumlah Silinder.................................................................... 8 4. Menurut Metode Pengaturan.............................................................. 9
viii
5. Menurut Prinsip Aksi Uap ................................................................. 9 6. Menurut Prinsip Penurunan Kalor ..................................................... 10 7. Menurut Kondisi-kondisi Uap Pada Masuk Turbin ........................... 10 8. Menurut Pemakaian Di Bidang Industri ............................................ 11 C. Prinsip Operasi Dan Desain ........................................................................... 11 D. Prinsip Kerja Turbin Uap ............................................................................... 11 1. Prinsip Aksi-Aksi ............................................................................... 11 2. Prinsip Aksi-Reaksi ........................................................................... 12 3. Prinsip Radial-Reaksi......................................................................... 12 E. Komponen Turbin Uap .................................................................................. 14 1. Kompenen Utama .............................................................................. 15 a. Nosel ...................................................................................... 15 1) Nosel Konvergen ............................................................... 15 2) Nosel Divergen .................................................................. 15 3) Nosel Konvergen-Divergen ............................................... 16 b. Casing .................................................................................... 17 c. Poros Turbin........................................................................... 18 d. Sudu Turbin ........................................................................... 18 2. Komponen Pendukung ....................................................................... 19 a. Shaft Seals .............................................................................. 19 b. Bantalan Turbin ..................................................................... 20 c. Balance Piston ....................................................................... 21 d. Katup Ekstraksi Turbin .......................................................... 21 e. Turbine Stop Valve ................................................................. 22 f. Turning Divice ....................................................................... 23 g. Governor ................................................................................ 23 h. Pompa Oli Utama ................................................................... 25 F. Siklus Pembangkit Uap .................................................................................. 26 G. Segitiga Kecepatan......................................................................................... 29 1. Kecepatan Uap Memasuki Turbin ..................................................... 30 2. Kecepatan Uap Masuk Turbin Aktual ............................................... 30 3. Kecepatan Tangensial Sudu ............................................................... 31 4. Kecepatan Relatif Uap Masuk ........................................................... 31 5. Perbandingan Kecepatan .................................................................... 31
ix
H. Kerugian-kerugian Energi Pada Turbin Uap ................................................. 31 1. Bersifat Non-Mekanik ....................................................................... 32 a. Kerugian Pada Nosel.............................................................. 32 b. Kerugian Energi Dalam Sudu-sudu Gerak ............................ 33 c. Kerugian Aliran Keluar.......................................................... 33 d. Kerugian Ventilasi ................................................................. 33 e. Kerugian Energi karena Kelembapan .................................... 34 2. Bersifat Mekanik ................................................................................ 34 3. Energi Pada Turbin Uap..................................................................... 35 a. Energi Kinetik ........................................................................ 35 b. Energi Mekanik ...................................................................... 36 4. Daya-daya Pada Turbin Uap .............................................................. 36 a. Daya Netto Turbin ................................................................. 36 b. Daya Sudu .............................................................................. 36 c. Daya Rotor Kasar ................................................................... 36 5. Efisiensi Turbin Uap .......................................................................... 36 a. Efisiensi Thermal ................................................................... 36 b. Efisiensi Sudu ........................................................................ 36 c. Efisiensi Internal Turbin ........................................................ 36 I. Generator........................................................................................................ 37 1. Jenis-jenis Generator .......................................................................... 38 2. Bagian Generator ............................................................................... 39 3. Daya dan Efisiensi Generator ............................................................ 42 BAB III OPERASIONAL TURBIN UAP PT. ECOGREEN OLEOCHEMICALS BATAM A. Persiapan Sebelum Start Turbin .................................................................... 43 B. Turbin Terbebani ........................................................................................... 48 C. Penghentian Turbin ........................................................................................ 49 D. Menjalankan Turbin Dalam Keadaan Panas .................................................. 50 E. Masalah dan Penanganan pada Turbin .......................................................... 50 F. Pemberhentian turbin Karena Gangguan ....................................................... 51
x
BAB V ANALISA DATA A. DATA YANG DIPEROLEH DARI DESAIN .............................................. 61 1. Turbin ....................................................................................................... 61 2. Generator.................................................................................................. 61 B. ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP PADA KONDISI IDEAL (BERDASARKAN DATA DESAIN) .............................................. 62 BAB VI PENUTUP A. KESIMPULAN .............................................................................................. 77 B. SARAN .......................................................................................................... 77 DAFTAR PUSTAKA
xi
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Di tengah-tengah munculnya penemuan-penemuan baru hasil penelitian oleh para ahli dalam bidang teknologi, khususnya kreasi mesin, membaca permasalahan lingkungan sekitar adalah sebuah tuntutan yang tidak terelakan. Artinya teknologi diciptakan untuk membawa masyarakat ke arah peradaban yang lebih baik dan maju. Kemudahan dalam beraktifitas adalah alas an utama dalam pengembangan teknologi. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi yang canggih maka bertambah pula perkembangan industri yang sangat pesat yang telah mempengaruhi segi kehidupan manusia baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Untuk mengimbangi perkembangan teknologi di bidang industri, maka sangat perlu dikembangkan energi baru untuk menunjang pembangunan dengan memanfaatkan sumber daya alam demi kepentingan manusia. Semua kekayaan alam yang ada di bumi tidak berarti apa-apa adanya teknologi karena sebagian besar energi yang dikandung oleh bumi ini telah mampu dikonversikan untuk membantu kehidupan manusia. Banyak Negara-negara di berbagai belahan dunia terutama negara maju yang mendukung program pengembangan penelitian. Indikasi dari hal ini terwujud munculnya nama-nama peneliti tersebut di berbagai media atas kemanfaatanya bagi masyarakat. Salah satunya adalah turbin uap sebagai penggerak generator untuk menghasilkan energi listrik. Turbin uap adalah salah satu mesin yang sering digunakan dalam bidang industri atau pabrik maupun di pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Turbin uap merupakan salah satu mesin konversi yang mengubah energy potensial uap menjadi energi kinetik di dalam nosel, sudu pengarah dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran pada poros turbin. Alat ini dapat
1
digunakan untuk menggerakkan bermacam-macam peralatan penggerak mekanik, contohnya pompa, kompresor, dan generator listrik. Kebutuhan listrik pada saat ini dirasa cukup banyak. Sebagai negara kepulauan, Indonesia memiliki luas wilayah yang cukup besar. Seiring dengan tidak meratanya jumlah kelahiran dan persebaran penduduk pada setiap wilayah atau pulau yang ada di Indonesia mengakibatkan konsentrasi kepadatan penduduk hanya terdapat pada beberapa tempat saja, secara khusus hanya terdapat pada kota-kota besar saja. Inilah yang menyebabkan industri-industri membangun pembangkit listriknya sendiri untuk memenuhi kebutuhan listrik industri tersebut. Salah satunya adalah PT. Ecogreen Oleochemicals Batam. Peranan turbin uap sangat penting untuk menggerakkan generator agar menghasilkan listrik guna kelancaran proses produksi. Dengan memperhatikan pentingnya peranan tersebut, penulis mengadakan peninjauan khusus tentang turbin uap, spesifikasi turbin uap, operasional turbin uap dan menganalisa performansi turbin uap tersebut. Hal ini yang mendasari penulis untuk judul “ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP DENGAN DAYA 7,5 MW DI SECTION 518 PT. ECOGREEN OLEOCHEMICALS BATAM” sebagai laporan tugas akhir.
2
B. Batasan Masalah Berbicara tentang turbin uap, sebenarnya banyak hal yang penting dan menarik untuk dibahas. Namun, karena keterbatasan ilmu yang dimiliki penulis maka dalam laporan tugas akhir ini penulis hanya membahas perumusan masalah tentang turbin uap sebagai penggerak generator listrik. Untuk meyederhanakan permasalahan penulis menentukan beberapa permasalahan antara lain: 1. Bagaimana gambaran umum dan spesifikasi turbin uap? 2. Bagaimana operasional turbin uap di section 518 PT. Ecogreen Oleochemcals Batam? 3. Bagaimana performansi turbin uap tersebut?
C. Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Untuk mengetahui gambaran umum dan spesifikasi turbin uap pada section 518 PT. Ecogreen Oleohemicals Batam. 2. Mengetahui operasional turbin uap tersebut. 3. Untuk mengetahui performansi turbin uap tersebut.
D. Manfaat Tugas Akhir adapun manfaat tugas akhir ini adalah: 1. Bagi penulis, untuk memperluas wawasan ilmu pengetahuan khususnya tentang turbin uap. 2. Bagi pembaca, untuk menambah penegetahuan tentang topik yang dbahas pada tugas akhir ini.
3
3. Menjadi bahan pembanding bagi mahasiswa yang akan menyusun tugas akhir pada masa yang akan datang khususnya mahasiswa yang ingin membahas topik yang sama.
E. Teknik Pengumpulan Data Dalam menyelesaikan penulisan tugas akhir ini, penulis melakukan beberapa metode dalam penulisan tugas akhir diantaranya: 1. Studi literatur dengan buku-buku yang ada didalam perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun dari sumber lain yang berkaitan dengan penulisan tugas akhir ini. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing yang bersangkutan maupun
dengan
pihak-pihak
yang
dapat
membantu
dalam
menyelesaikan tugas akhir ini yang memahami dan mengerti tentang topic yang dibahas. 3. Mengumpulkan data atau informasi melalui Praktek Kerja Lapangan (PKL) yang langsung dibantu dan diawasi oleh pembimbing lapangan.
4
