ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP TIPE SINGLE CASING KAPASITAS 5,65 MW PADA UNIT 1 PLTP SIBAYAK
LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh :
SUSI ARNINGSIH NIM. 1205052103
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis haturkan kehadirat ALLAH SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya telah memberikan pengetahuan dan kesehatan sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Analisa Performansi Turbin Uap Tipe Single Casing Kapasitas 5,65 MW pada Unit 1 PLTP Sibayak” disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Tentunya ucapan terima kasih penulis haturkan teristimewa untuk kedua orang tua penulis, ayahanda Poniran dan ibunda Ariyah yang tiada henti menyemangati secara moril dan materil kepada penulis sehingga Laporan Tugas Akhir ini bisa terselesaikan. Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, penulis menemukan hambatan dan tantangan. Namun berkat bantuan dari semua pihak, penulis mampu menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Kamil, S.T, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik dan Dosen Pembimbing dalam Penyusunan Laporan Tugas Akhir ini, serta motivasi dan nasehat yang diberikan kepada penulis. 4. Bapak dan Ibu staf pengajar di Jurusan Teknik Mesin, khususnya Dosen Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik yang telah memberikan ilmunya kepada penulis di Politeknik Negeri Medan. Terimakasih atas semua bimbingan, nasehat serta didikan yang Bapak/Ibu berikan kepada penulis selama dalam pengajaran.
v
5. Seluruh pihak perusahaan PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak, atas dukungan dan bantuan kesempatan mengambil data yang diberikan kepada penulis. 6. Abang dan kakakku tersayang Sopian, Suherman, Rohana, Mhd. Efrizal. Terima kasih telah bersedia menjadi abang dan kakak yang peduli. 7. Teman-temanku tercinta Dwi Rizki Ananda Putri, Liliana SWK, Risky Asrida, Silvia Nirwana, Dewi Irwana Sari, Dian Winny Apni, Riski Riama Gurning, Wahyuni Ramadhani Simanjuntak, Suci Oktavilia Sitepu dan Dara
Pitaloka.
Kalian
mengajarkanku
arti
persahabatan
yang
menakjubkan. 8. Teman-teman seperjuangan di kelas EN-6D angkatan 2012. Terimakasih untuk semua kenangan selama berkuliah di kampus POLMED tercinta. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan dari segi sistematika maupun referensi berhubung karena keterbatasan waktu, pengetahuan dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam menyumbangkan pikiran atau ide demi perbaikan ke arah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya.
Medan, 06 Agustus 2015 Hormat Penulis,
Susi Arningsih NIM.1205052103
vi
DAFTAR ISI
JUDUL SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .......................................................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iv KATA PENGANTAR ............................................................................................v DAFTAR ISI ........................................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR ..............................................................................................x INTISARI ........................................................................................................... xii ABSTRACT ........................................................................................................ xiii
BAB 1 PENDAHULUAN .....................................................................................1 1.1 Latar Belakang .......................................................................................1 1.2 Perumusan Masalah ...............................................................................2 1.3 Tujuan Tugas Akhir ...............................................................................2 1.4 Manfaat Tugas Akhir .............................................................................3 1.5 Metode Penelitian...................................................................................3 1.5.1
Metode Pengamatan .............................................................3
1.5.2
Metode Dokumentasi ...........................................................3
1.5.3
Metode Analisis Data ...........................................................4
1.6 Sistematika Penulisan Laporan ..............................................................4
BAB 2 LANDASAN TEORI .................................................................................6 2.1 Sejarah Perkembangan Turbin Uap ......................................................6 2.2 Definisi Turbin Uap ..............................................................................8 2.3 Prinsip Kerja Turbin Uap .....................................................................9 2.4 Komponen-komponen Turbin Uap .....................................................11
vii
2.5 Klasifikasi Turbin Uap .......................................................................14 2.5.1
Menurut Transformasi Energi Uap .................................14
2.5.2
Menurut Arah Aliran Uap ...............................................15
2.5.3
Menurut Jumlah Casing ..................................................15
2.5.4
Menurut Jumlah Silinder .................................................17
2.5.5
Menurut Metode Pengaturan ...........................................17
2.5.6
Menurut Proses Penurunan Kalor ...................................18
2.5.7
Menurut Kondisi-kondisi Uap pada Sisi Masuk turbin ..19
2.5.8
Menurut Pemakaiannya di Bidang Industri ....................19
2.6 Azas Impuls dan Reaksi .....................................................................20 2.7 Turbin Impuls .....................................................................................23 2.7.1
Turbin Impuls Satu Tahap...............................................23
2.7.2
Turbin Impuls Gabungan ................................................24 2.7.2.1 Turbin Impuls Curtiss ........................................25 2.7.2.2 Turbin Impuls Rateau ........................................27
2.8 Turbin Reaksi .....................................................................................29 2.9 Kerugian Energi pada Turbin Uap......................................................31
BAB 3 SISTEM PEMBANGKIT TENAGA PANAS BUMI SIBAYAK ........33 3.1 Energi Panas Bumi............................................................................33 3.2 Bentuk-Bentuk Energi Panas Bumi ..................................................36 3.2.1 Sistem Dominasi Uap ....................................................36 3.2.2 Sistem Dominasi Cairan ................................................36 3.2.3 Sistem Batuan Panas Kering ..........................................36 3.3 Sejarah PLTP Sibayak .........................................................................37 3.4 Prinsip Kerja PLTP Sibayak ...............................................................39 3.5 Komponen-Komponen Utama PLTP Sibayak ....................................42 3.5.1
Supply Sumur Pertamina ................................................42
3.5.2
Separator........................................................................43
3.5.3
Rock Muffler...................................................................43
viii
3.5.4
Demister .........................................................................44
3.5.5
Main Stop Valve(MSV) ..................................................44
3.5.6
Surge Tank .....................................................................45
3.5.7
Steam Gland Cooler .......................................................45
3.5.8
Turbin ............................................................................46
3.5.9
Generator .......................................................................48
3.5.10 Kondensor .....................................................................49 3.5.11 Vaccum Pump ................................................................50 3.5.12 Water Tank .....................................................................50 3.5.13 Hot Water Pump (HWP) ................................................51 3.5.14 Cooling Tower ...............................................................52 3.5.15 Cooling water Pump (CWP) ..........................................53 3.5.16 Oil Cooler ......................................................................54 3.5.17 Air Cooler ......................................................................55 3.5.18 Chemical Dosing System................................................55 3.5.19 Settling Basin .................................................................56 3.5.20 Main Trafo .....................................................................57
BAB 4 ANALISA DATA .....................................................................................58 4.1 Spesifikasi Turbin Uap ..........................................................................58 4.2 Pembahasan ...........................................................................................58 4.3 Perhitungan ............................................................................................61
BAB 5 PENUTUP.................................................................................................66 5.1 Kesimpulan ............................................................................................66 5.2 Saran ......................................................................................................66
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 67 LAMPIRAN ix
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul Gambar
Halaman
2.1
Mesin Uap Hero
1
2.2
Ilustrasi Kerja Turbin Uap
10
2.3
Bagian-Bagian Turbin Uap
11
2.4.
Perbedaan Turbin Impuls dan Reaksi
15
2.5
Turbin Single Casing
15
2.6
Turbin Susunan Tandem Compound
16
2.7
Turbin Susunan Cross Compound
17
2.8
Azas impuls pada plat datar dan sudu
20
2.9
Sudu impuls pada rotor turbin uap
21
2.10
Mesin uap Branca dengan turbin impuls
21
2.11
Mesin uap Newton gaya aksi reaksi
22
2.12
Gaya aksi reaksi pada balon
22
2.13
Bentuk sudu tetap turbin impuls
23
2.14
Turbin uap impuls satu tahap
24
2.15
Susunan turbin uap Curtiss
26
2.16
Segitiga kecepatan turbin uap Curtiss
27
2.17
Segitiga kecepatan turbin uap Rateau
28
2.18
Susunan turbin uap Rateau
29
2.19
Susunan turbin uap Rateau
30
2.20
Susunan turbin uap Rateau
31
3.1
Diagram T-s
35
3.2
Skema Prinsip Kerja PLTP
39
3.3
Sumur Produksi Steam
42
3.4
Separator
43
3.5
Rock muffler
44
3.6
Demister
44
3.7
Main Stop Valve (MSV)
45
x
3.8
Surge Tank
45
3.9
Steam Gland Cooler
46
3.10
Rotor Turbin
47
3.11
Generator
48
3.12
Kondensor
49
3.13
Vaccum Pump
50
3.14
Water Tank
51
3.15
Hot Water Pump (HWP)
51
3.16
Cooling Tower
52
3.17
Cooling Water Pump (CWP)
53
3.18
Oil Cooler
54
3.19
Air Cooler
55
3.20
Chemical Dosing System
56
3.21
Settling Basin
56
3.22
Main Trafo
57
4.1
Proses Aliran
59
4.2
Diagram T-s
60
xi
INTISARI
Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Putaran ini digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan energi listrik. Turbin uap tipe single casing merupakan konstruksi turbin yang paling sederhana yang hanya dapat diterapkan pada turbin-turbin kapasitas kecil seperti pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Sibayak sebesar 5,65 MW. Perhitungan turbin uap pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Sibayak diselesaikan dengan sistem pembangkitan Sistem Dominasi Uap. Turbin uap pada PLTP Sibayak mempunyai efisiensi yang lumayan baik, yaitu ηt = 75,53%.
Kata Kunci : turbin uap, single casing, sistem dominasi uap, efisiensi
xii
ABSTRACT
The steam turbine is a first mover that converts potential energy into kinetic energy and the steam is then converted into mechanical energy in the form of a turbine shaft rotation. This round is used to drive a generator, thereby generating electrical energy. Steam turbine-type single turbine casing is the simplest construction that can only be applied to small capacity turbines like the Geothermal Power Plant (PLTP) Sibayak at 5.65 MW. Calculation of the steam turbine at the Geothermal Power Plant (PLTP) Sibayak resolved Domination System Steam generation system. Geothermal steam turbine at Sibayak have a fairly good efficiency, that is ηt = 75,53%.
Keywords : steam turbine, single casing, vapor-dominated system, efficiency
xiii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Kebutuhan terhadap energi merupakan hal mendasar yang dibutuhkan dalam usaha meningkatkan taraf hidup masyarakat. Seiring 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 dapat dengan mudah dan efisien diubah kebentuk energi yang lainnya. Untuk mengikuti kemajuan industri di suatu negara maka sangat perlu
dikembangkan
pembangunan
dengan
penghasil
energi
memanfaatkan
baru
sumber
untuk daya
menunjang alam
demi
kelangsungan hidup manusia yang akan datang. Pemanfaatan teknologi sangat berkaitan dengan penggunaan energi listrik, dengan pemanfaatan yang luas dapat menjadi suatu alat yang baik untuk mendorong perkembangan perekonomian suatu negara. Energi alternatif seperti surya, geothermal, nuklir merupakan andalan di masa yang akan datang. Tetapi dalam perjalanan energi alternatif sulit untuk diterapkan karena membutuhkan biaya yang besar dan pengaman yang tinggi. Dalam hal ini alternatif lain dapat ditempuh 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 tubin uap. Dimana turbin uap merupakan pesawat-pesawat konversi. Dengan mengubah energi potensial uap menjadi energi listirk pada nosel ( turbin impuls ) dan sudu-sudu gerak
1
( turbin reaksi ) dan diubah menjadi energi mekanik pada poros turbin dengan bantuan gigi reduksi dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Turbin uap digunakan pada berbagai bidang industri, rumah tangga, instansi, komunikasi, transportasi, dan untuk pembangkit tenaga listrik. Pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi ( PLTP ) PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak, 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
“Analisa
Performansi Turbin Uap Tipe Single Casing Kapasitas 5,65 MW pada Unit 1 PLTP Sibayak” yang membahas mengenai efisiensi turbin uap sebagai penunjang kinerja dari turbin uap tersebut.
1.2
Perumusan Masalah Dalam hal ini penulis menitikberatkan pada masalah performansi berdasarkan spesifikasi turbin uap tersebut. Adapun permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas akhir ini adalah : a. Apa definisi turbin uap? b. Bagaimana prinsip kerja turbin uap? c. Bagaimana perhitungan kerja turbin isentropik ? d. Bagaimana perhitungan kerja turbin aktual ? e. Bagaimana perhitungan daya teoritis turbin? f. Bagaimana perhitungan efisiensi turbin uap?
1.3
Tujuan Tugas Akhir Berdasarkan masalah diatas maka tujuan penulis dari tugas akhir ini adalah : a. Mengetahui definisi turbin uap b. Mengetahui prinsip kerja turbin uap
2
c. Menghitung kerja turbin isentropik d. Menghitung kerja turbin aktual e. Menghitung daya teoritis turbin f. Menghitung efisiensi turbin uap
1.4
Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat dari penulisan Tugas Akhir ini adalah : a. Sebagai wahana untuk pengetahuan dan pengalaman menulis dalam bidang turbin uap. b. Sebagai masukan bagi pembaca yang akan membahas masalah yang sama dengan topik bahasan penulis. c. Sebagai masukan pada industri yang menggunakan turbin uap guna peningkatan efisensi.
1.5
Metode Penelitian Pengumpulan data dilakukan untuk mendapatkan berbagai informasi yang berhubungan dengan kinerja turbin uap di unit 1 PLTP Sibayak. Pengumpulan data dilakukan dengan tiga cara, yaitu: 1.5.1
Metode Pengamatan Metode pengamatan dilakukan untuk mendapatkan datadata fisik yang bekaitan dengan sarana dan fasilitas pembangkit energi panas bumi di PLTP Sibayak. Pengamatan dimulai dari steam supply (pasokan uap) hingga mesin turbin yang mengonversi energi panas bumi menjadi energi listrik.
1.5.2
Metode Dokumentasi Metode dekomentasi dilakukan untuk menghimpun semua data empirik yang diperlukan dalam penelitian yaitu survei lapangan untuk mendapatkan data tentang: a. Tekanan masuk turbin; b. Temperatur masuk turbin; c. Tekanan keluar turbin;
3
d. Temperatur keluar turbin; e. Putaran turbin; f. Daya aktual turbin. 1.5.3
Metode Analisis Data Metode analisis adalah mengolah data hasil penelitian sehingga mendapatkan nilai unjuk kerja turbin meliputi: a. Menentukan daya turbin b. Menentukan efisiensi turbin
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 memilih judul, tujuan dan manfaat tugas akhir, perumusan masalah, metode penelitian
serta sistematika penulisan laporan
Tugas Akhir. BAB II :
LANDASAN TEORI Bab ini berisi tentang sejarah perkembangan turbin uap, definisi turbin uap, prinsip kerja turbin uap, klasifikasi turbin uap, komponen-komponen turbin uap, azas impuls dan reaksi, turbin impuls, turbin reaksi, dan kerugian energi pada turbin uap.
BAB III :
SISTEM PEMBANGKIT TENAGA PANAS BUMI SIBAYAK Bab ini berisi tentang energi panas bumi, gambaran secara teknis sejarah PLTP, prinsip kerja PLTP, dan komponenkomponen utama PLTP.
BAB IV :
ANALISA DATA Bab ini berisi tentang spesifikasi turbin uap, pembahasan dan perhitungan daya serta efisiensi turbin uap.
4
BAB V :
PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran selama penulis menyelesaikan Tugas Akhir.
5
