ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP TIPE SINGLE SILINDER NON REHEAT DENGAN TEKANAN 86 BAR DAN KAPASITAS 65 MW DI PT PLN (PERSERO) SEKTOR BELAWAN
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi
Oleh CHRISNA NISSI SILITONGA 1005051010
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus, atas berkat dan kasih-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini merupakan syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III (D3) di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Tugas akhir ini diambil dari bidang mata kuliah Sistem Pembangkit Tenaga Listrik dengan judul “ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP TIPE SINGLE SILINDER NON REHEAT DENGAN TEKANAN 86 BAR DAN KAPASITAS 65 MW DI PT PLN (PERSERO) SEKTOR BELAWAN”. Dalam penyelesaian tugas akhir ini, penulis mendapat banyak bimbingan dan dukungan dalam penyelesaian perkuliahan dan tugas akhir ini. Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.
Bapak M. Syahruddin, S.T, MT, Direktur Politeknik Negeri Medan.
2.
Bapak Ir. Gidion Sembiring, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
3.
Bapak Ir. Isman Harianda, MT selaku Kepala Program Studi Teknik Energi.
4.
Bapak Ir. Rufinus Nainggolan, MT selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
5.
Bapak Ir. Hairanus Tarigan, MT selaku Dosen Wali Energi 6A
6.
Seluruh Dosen, Staff dan Karyawan Program Studi Teknik Konversi Energi di Politeknik Negeri Medan.
7.
Seluruh Staff dan Karyawan PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sektor Pembangkitan Belawan, khususnya kepada Teknisi Har. Turbin Uap yakni Bpk. Ricky Chandra.
8.
Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih kepada orang tua penulis, Ds. J. Silitonga, M.Th dan Ibunda M. Nababan, S.Pd yang
selalu memberikan dukungan doa, nasehat-nasehat, motivasi dan semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 9.
Abang dan kakak penulis David Justus Kitov Silitonga, S.Kom., Margaretha Simatupang, SS., Jonathan Vanter Titov Silitonga, ST., Peres Hinne Matop Silitonga, dan Agustinus Caesar Kitov Silitonga, serta seluruh keluarga yang selalu mendukung penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
10.
Sahabat – sahabat penulis,
CACADERS: Desi Natalia Siahaan,
Dimas Izzat Hamdany, Ira Mutiara M. Situmorang, Rony Kristian Silaen yang selalu bekerja sama dan memotivasi penulis selama berkuliah di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 11.
Rekan – rekan mahasiswa kelas EN – 6A Teknik Konversi Energi’ 10 terkhususnya Ebsan Simamora, Fenny Wahyuni Saragih, Maulidah Hayati Simamora dan semua teman-teman mahasiswa Teknik Konversi Energi ’10.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi pembaca.
Medan,
Agustus 2013
Hormat Penulis,
Chrisna Nissi Silitonga NIM. 1005051010
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ....................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ...........................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................
iv
KATA PENGANTAR .....................................................................
v
DAFTAR ISI ....................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................
x
DAFTAR TABEL ...........................................................................
xii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................
xiii
INTISARI ........................................................................................
xiv
ABSTRACT .....................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................
1
1.1 Latar Belakang .......................................................................
1
1.2 Batasan Masalah ....................................................................
2
1.3 Tujuan Penulisan ....................................................................
3
1.4 Manfaat Tugas Akhir .............................................................
3
1.5 Teknik Pengumpulan Data .....................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan Laporan ..............................................
4
BAB II LANDASAN TEORI ..........................................................
6
2.1 Sejarah Perkembangan Turbin Uap ......................................
6
2.2 Tinjauan Umum Turbin Uap ..................................................
9
2.3 Prinsip Kerja Turbin Uap .......................................................
10
2.4 Klasifikasi Turbin Uap ...........................................................
11
2.5 Komponen Utama Turbin Uap ..............................................
17
2.5.1 Rumah Turbin ..............................................................
17
2.5.2 Rotor ............................................................................
18
2.5.3 Thrust Bearing .............................................................
19
2.5.4 Journal Bearing ...........................................................
19
2.6 Komponen Pendukung Turbin Uap .......................................
20
2.6.1 Main Stop Valve ...........................................................
20
2.6.2 Main Steam Stainer ......................................................
20
2.6.3 Main Control Valve (MCV) .........................................
20
2.7 Siklus Rankine .......................................................................
21
2.8 Effisiensi Siklus Rankine .......................................................
23
2.9 Effisiensi Isentropik ...............................................................
25
BAB III KOMPONEN UTAMA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU) .....................................................................................
26
3.1 Boiler......................................................................................
26
3.2 Turbin Uap .............................................................................
27
3.3 Generator ................................................................................
29
3.4 Kondensor ..............................................................................
30
3.5 Komponen PLTU Pada Siklus Air .........................................
32
3.5.1 Hotwell .........................................................................
32
3.5.2 Condesat Pump ............................................................
32
3.5.3 Gland Steam .................................................................
32
3.5.4 Low Pressure Heater 1 ................................................
33
3.5.5 Low Pressure Heater 2 ................................................
34
3.5.6 Low Pressure Heater 3 ................................................
34
3.5.7 Feed Water Tank ..........................................................
35
3.5.8 Feed Water Pump........................................................
37
3.5.9 High Pressure Heater .................................................
37
3.5.10 Economizer .................................................................
39
3.6 Komponen PLTU Pada Siklus Uap .......................................
39
3.6.1 Boiler Drum ................................................................
39
3.6.2 Water Wall ..................................................................
40
3.6.3 Low Temperatur Superheater .....................................
40
3.6.4 Desuperheater/Spray Superheater ..............................
41
3.6.5 High Temperatur Superheater ....................................
41
3.6.6 Turbin Uap ..................................................................
41
3.6.6 Condensor ...................................................................
42
BAB IV ANALISA DATA...............................................................
43
4.1 Spesifikasi Turbin Uap dan Kondensor .................................
43
4.2 Analisa Penghasilan Daya dan Efisiensi Pada Turbin Uap ...
44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...........................................
53
5.1 Kesimpulan ............................................................................
53
5.2 Saran.......................................................................................
53
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Mesin Uap Hero ...........................................................................6
Gambar 2.2
Turbin Branca ..............................................................................7
Gambar 2.3
Ilustrasi Kerja Turbin Uap ...........................................................11
Gambar 2.4
Skema Kerja Turbin Uap .............................................................11
Gambar 2.5
Prinsip Dasar Sudu Reaksi dan Sudu Impuls ...............................13
Gambar 2.6
Profil dan Karakteristik Sudu Reaksi dan Sudu Impuls...............14
Gambar 2.7a Turbin Aksial ...............................................................................15 Gambar 2.7b Rotor Turbin Aliran Aksial ..........................................................15 Gambar 2.7c Turbin Arah Aliran Radial ...........................................................16 Gambar 2.8
Rotor Turbin.................................................................................18
Gambar 2.9
Thrust Bearing .............................................................................19
Gambar 2.10 Journal Bearing ...........................................................................20 Gambar 2.11 Komponen Pendukung Turbin Uap .............................................21 Gambar 2.12a Diagaram T-S Siklus Rankine PLTU ..........................................22 Gambar 2.12b Siklus Rankine .............................................................................24 Gambar 2.13 Proses Konversi Energi ................................................................24 Gambar 3.1
Boiler............................................................................................26
Gambar 3.2a Turbin Uap ...................................................................................27 Gambar 3.2b Skema Single Silinder ..................................................................28 Gambar 3.2c Skema Turbin Non Reheat ...........................................................28 Gambar 3.3
Generator......................................................................................29
Gambar 3.4
Kondensor ....................................................................................30
Gambar 3.5
Siklus Air dan Uap PLTU Unit 3- 4 ............................................31
Gambar 3.6
Condensat Pump ..........................................................................32
Gambar 3.7
Gland Steam Condensor ..............................................................33
Gambar 3.8
Low Pressure Heater 1 ................................................................34
Gambar 3.9
Low Pressure Heater 2 ................................................................34
Gambar 3.10 Feed Water Tank ..........................................................................36 Gambar 3.11 Feed Water Pump ........................................................................37
Gambar 3.12 High Pressure Heater ................................................................ 38 Gambar 3.13 Economizer .................................................................................. 39 Gambar 3.14 Boiler Drum ................................................................................ 39 Gambar 3.15 Low Temperature Superheater .................................................... 40 Gambar 3.16 High Temperature Superheater................................................... 41 Gambar 3.17 Turbin Uap .................................................................................. 42 Gambar 3.18 Kondensor ................................................................................... 42 Gambar 4.1
Diagram T-S untuk Turbin Uap .................................................. 44
Gambar 4.2
Daya Uap Regeneratif dengan Pemanas Air Umpan Terbuka ... 50
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi Low Pressure Heater 3................................... Tabel 3.2 Spesifikasi High Pressure Heater ....................................
35 38
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel Uap Lampiran 2 Diagram T-s
INTISARI Dalam menghasilkan listrik, peran turbin uap sangatlah penting. Hal ini dikarenakan turbin merupakan penggerak awal untuk menghasilkan energi listrik. Selain itu, pada alat Pembangkit Listrik Tenaga Uap ini juga diperlukan pembakaran yang sempurna sehingga dapat dihasilkan steam yang cukup tinggi agar dapat memutar sudu-sudu turbin yang akan menggerakan generator dan menghasilkan energi listrik. Dengan melakukan perhitungan pada turbin uap tipe single silinder non reheat dengan tekanan 86 bar dan kapasitas 65 MW, daya pada turbin uap dihasilkan dari selisih entalpi yang masuk ke turbin. Adapun hasil dari data analis yang diperoleh adalah : Daya Turbin = 55 MW dan efisiensi isentropik turbin uap = 65%.
Kata Kunci : Energi, Turbin Uap, Daya, Effisiensi.
ABSTRACT In generating electricity, steam turbine is very important roles. This is because the turbine is an earlymover for generating electical energy. In addition, the steam power tools are alsoneeded complete combustion of the ratio of air to fuel ratio so that steam can begenerates high enough to be able yo rotate the turbine blades that will drive the generator and produce electical energy. By performing calculations on steam turbine type with single cylinder non reheat with pressure 86 bar and capacities 0f 65 MW, the steam turbine power generated from the difference in enthalpy that enters the turbine. The results obtained from the data analysis : Power Turbine= 55 MW turbine and steam turbine Isentropic efficiency = 65%.
Keywords: Energy, Steam Turbine, Power, Efficiency
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini kata ”Energi” menjadi sebuah pembicaraan di seluruh negeri, karena saat ini terjadi krisis energi yang melanda hampir seluruh Negara di dunia ini. Kehidupan kita di bumi in tergantung pada energi, untuk membangkitkan tenaga listrik, memasak, mengantar kita menuju tempat lain dengan kendaraan, dan masih banyak kegiatan lain yang tergantung pada energi. Seiring dengan berkembangnya zaman dan mobilitas masyarakat dunia, maka taraf peningkatan hidup masyarakat akan penggunaan energi akan semakin meningkat. Penggunaan energi di semua sektor menampakkan besarnya peran energi dalam kehidupan maupun pengembangan suatu wilayah. Besarnya peranan tersebut mengharuskan masyarakat menjaga kelestarian sumber daya alam energi sehingga manfaatnya dapat dinikmati tidak hanya masa kini, tetapi juga masa depan. Energi alternatif merupakan istilah yang merujuk kepada semua energi yang dapat digunakan dan yang bertujuan untuk menggantikan bahan bakar konvensional tanpa akibat yang tidak diharapkan dari hal tersebut. Contoh dari energi alternatif seperti energi geothermal, energi surya, energi nuklir merupakan energi yang penting dan andalan dari energi lain di masa yang akan datang. Akan tetapi energi alternatif ini akan sulit untuk diterapkan dikarenakan energi ini membutuhkan biaya yang besar dan pengaman yang yang tinggi. Dalam hal ini energi alternatif lain sebagai pengganti dapat ditempuh dan dicapai dengan cara meningkatkan efisiensi suatu mesin sehingga dapat menghasilkan daya dengan pemakaian bahan bakar yang lebih diminimalisir yaitu dengan Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Dalam hal ini dapat dipergunakan mesin-mesin konversi energi sebagai penghasil energi listrik. Adapun mesin konversi energi penghasil energi listrik ini diantaranya adalah turbin uap. Penggunaan turbin uap untuk keperluan industri merupakan pilihan yang cukup menguntungkan karena mempunyai efisiensi yang relatif tinggi dan bahan bakar yang digunakan untuk pembangkitan uap dapat bervariasi. Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akan digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yang digunakan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi. Pada proses perubahan energi potensial menjadi energi mekanisnya yaitu dalam bentuk putaran poros dilakukan dengna berbagai cara. Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) PT PLN Persero Sektor Pembangkitan Belawan, turbin uap digunakan untuk membangkitkan
energi listrik dengan cara mengubah energi panas yang terkandung dalam uap menjadi energi mekanik yang diberikan dalam bentuk putaran yang terjadi pada poros. Dengan pemanfaatan uap bebas ini dapat meningkatkan efisiensi, sebab kehilangan energi panas yang terbawa oleh uap bebas dapat digunakan untuk pemanasan air. Dengan alasan tersebut maka penulis tertarik untuk membahas lebih rinci dan spesifik lagi mengenai “ Performansi Turbin Uap Tipe Single Silinder, Non Reheat Unit 3 dan 4 dengan Tekanan 86 Bar dan Kapasitas 65 MW di PT PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Belawan “ yang akan membahas mengenai efisiensi pada turbin uap yang dimanfaatkan sebagai penunjang kinerja dari turbin uap. 1.2 Batasan Masalah Dalam hal ini penulis menitikberatkan pada masalah performansi turbin uap yang berdasarkan spesifikasi turbin uap tersebut. Adapun permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas akhir ini adalah : 1. Bagaimana prinsip kerja turbin uap pada PLTU. 2. Bagaimana penetapan kapasitas turbin yang dihasilkan. 3. Bagaimana penetapan kapasitas uap dan energi yang dihasilkan. 4. Bagaimana perhitungan daya dan effisiensi turbin uap. 5. Gambar kerja. 1.3 Tujuan Penulisan Berdasarkan masalah yang di sebutkan di atas maka tujuan penulisan dari tugas akhir ini adalah : 1. Untuk mengetahui prinsip kerja dari turbin uap pada PLTU 2. Untuk mengetahui penetapan kapasitas turbin, kapasitas uap dan energi yang dihasilkan 3. Untuk mengetahui fungsi dari komponen-komponen turbin uap 4. Untuk mengetahui fungsi komponen-komponen PLTU 5. Untuk mengetahui perhitungan daya dan effisiensi turbin uap
1.4 Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat tugas akhir ini adaah : 1. Sebagai wahana untuk menambah pengetahuan dan pengalaman penulis mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Uap khususnya dalam bidang Turbin Uap.
2. Sebagai masukan bagi pembaca yang akan membahas masalah yang sama dengan topik yang menjadi bahasan penulis. 3. Sebagai masukan bagi perusahaan industri yang akan menggunakan turbin uap guna untuk peningkatan efisiensi. 1.5 Teknik Pengumpulan Data 1. Survey lapangan yakni berupa peninjauan langsung ke lokasi tempat pengambilan data dimana unit pembangkit itu berada. 2. Pengambilan data langsung ke lapangan. 3. Studi literature yakni berupa studi kepustakaan, kajian dari buku dan tulisan-tulisan yang terkait dengan penulisan tugas akhir ini. 4. Metode diskusi yakni berupa diskusi antara mahasiswa dengan dosen pembimbing mengenai
sistem
kerja
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 penulisan, tujuan dan manfaat tugas akhir, batasan masalah, teknik pengumpulan data serta sistematika penulisan laporan tugas akhir. BAB II : LANDASAN TEORI Bab ini berisi tentang sejarah perkembangan turbin uap, tinjauan umum turbin uap, prinsip kerja turbin uap, klasifikasi pada turbin uap, penjelasan secara khusus mengenai turbin uap, siklus rankine, efisiensi siklus rankine, efisiensi isentropik. BAB III : KOMPONEN UTAMA PLTU Bab ini berisi tentang gambaran secara teknis Pembangkit Listrik Tenaga Uap yakni penjelasan tentang prinsip kerja komponen utama PLTU, spesifikasi dari masing-masing komponen PLTU dan prinsip kerja dari masing-masing komponen pendukung PLTU.
BAB IV : ANALISA DATA Bab ini berisi tentang perhitungan efisiensi dari turbin uap dan analisa pembangkitan daya turbin uap. BAB V : PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran yang didapat selama penulis menyelesaikan tugas akhir.
