STUDI PENENTUAN KAPASITAS MOTOR LISTRIK UNTUK PENDINGIN DAN PENGGERAK POMPA AIR HIGH PRESSURE PENGISI BOILER UNTUK MELAYANI KEBUTUHAN AIR PADA PLTGU BLOK III (PLTG 3x112 MW & PLTU 189 MW) UNIT PEMBANGKITAN GRESIK Aditasa Pratama (2205 100 019) Jurusan Teknik Elektro – FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih – Sukolilo, Surabaya – 60111
Deaerator ke HP economizer, maka daya listrik yang digunakan menjadi lebih efisien, sehingga rugi-rugi dalam energi listrik dapat ditekan. Dan untuk motor listrik untuk pendingin berfungsi mengkondensasikan uap air yang sudah digunakan di turbin uap yang kemudian hasilnya dialirkan ke preheater. Pada Tugas Akhir ini, data diambil dari PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik. Kemudian dilakukan perhitungan dan dianalisis semua data yang didapatkan agar dapat dipilih besar kapasitas motor listrik pendingin dan penggerak pompa air high pressure pengisi boiler yang memiliki nilai efisien yang lebih tinggi dari nilai efisien yang sekarang
Motor listrik untuk pendingin dan penggerak pompa air high pressure pengisi boiler memiliki peran yang sangat penting pada PLTGU. Motor listrik jenis induksi ini memindahkan air dalan jumlah yang sangat besar yang dapat mencapai ratusan ton/jam untuk setiap motor yang beroperasi secara terusmenerus, sehingga konsumsi daya yang diperlukan sangat besar. Terdapat tiga motor listrik penggerak pompa air high pressure pengisi boiler dan satu motor listrik yang mengkondensasikan uap yang telah digunakan di turbin uap pada PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik. Dengan menghitung besarnya debit air yang dialirkan oleh motor listrik ini per jam dan juga banyaknya uap yang dikondensasi yang mengalir per jam, bisa ditentukan kapasitas yang tepat pada motor listrik pendingin dan penggerak pompa air high pressure pengisi boiler, sehingga didapatkan nilai efisiensi yang tinggi. Pada Tugas Akhir ini, dibahas cara menghitung kapasitas motor listrik berdasarkan data yang didapatkan dari PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik. Hasil tugas akhir ini menunjukkan bahwa pada setiap pembebanan, motor listrik memiliki perbedaan pada daya masukan dan efisiensi.
2. TEORI PENUNJANG 2.1 Efisiensi motor lisrik [2] Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban tertentu. Pada proses ini, kehilangan energi ditunjukkan dalam Gambar 1.
Kata kunci : motor induksi dan aplikasi, pompa dan sistim permompaan
Gambar 1 Losses Motor
1.
PENDAHULUAN Dalam suatu pembangkit listrik, selain generator sebagai peralatan utama, dibutuhkan peralatan pendukung yang salah satunya motor listrik. Motor listrik memiliki peranan yang sangat penting dalam sebuah pembangkit listrik. Oleh karena itu, keandalan dari motor listrik harus tetap dijaga dengan memonitor terus-menerus parameter yang berubah-ubah pada motor listrik tersebut, misalnya besarnya getaran yang ditimbulkan motor dan arus listrik yang mengalir pada motor. Selain parameter-parameter yang terus dimonitor, yang tidak kalah penting adalah pemilihan besar kapasitas dari motor listrik. Dengan besar kapasitas yang tepat dengan daya mekanik yang dibutuhkan, di dalam tugas akhir ini daya mekanis yang dihasilkan motor listrik penggerak pompa air high pressure pengisi boiler digunakan untuk memindah air dari
Efisiensi motor dapat didefinisikan sebagai “perbandingan keluaran daya motor yang digunakan terhadap keluaran daya totalnya.” Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah: o Usia. Motor baru lebih efisien. o Kapastas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi motor meningkat dengan laju kapasitasnya. o Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih efisien. o Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih efisien daripada motor cincin geser o Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total (TEFC) lebih efisien daripada motor screen protected drip-proof (SPDP) o Beban, seperti yang dijelaskan sebagai berikut:
1
Terdapat hubungan yang jelas antara efisiensi motor dan beban. Pabrik motor membuat rancangan motor untuk beroperasi pada beban 50-100% dan akan paling efisien pada beban 75%. Tetapi, jika beban turun dibawah 50% efisiensi turun dengan cepat seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Mengoperasikan motor dibawah laju beban 50% memiliki dampak pada faktor dayanya. Efisiensi motor yang tinggi dan faktor daya yang mendekati satu sangat diinginkan untuk operasi yang efisien dan untuk menjaga biaya rendah untuk seluruh pabrik, tidak hanya untuk motor. Untuk alasan ini maka dalam mengkaji kinerja motor akan bermanfaat bila menentukan beban dan efisiensinya
Head (dalam feet) = Tekanan (psi) X 2,31 Specific gravity
(3)
3. DATA PLTGU Gresik blok III
3.1 Kegiatan Usaha PT PJB UP Gresik Kegiatan inti dari PT PJB UP Gresik dalam memproduksi tenaga listrik. Dengan total daya terpasang 2280 MW, UP Gresik mampu memproduksi energi listrik sebesar 10.859 GWh per tahun yang disalurkan melalui saluran transmisi tegangan tinggi 150 KV dan tegangan ekstra tinggi 500KV. Tabel 1 Pembangkitan PT PJB UP Gresik
Gambar 2 Efisiensi Motor Beban Sebagian (sebagai fungsi dari % efisiensi beban penuh)
Daya hidrolik hp (1) Efisiensi pompa ?pump
Daya hidrolik Daya batang torak pompa
PLTU Gresik 1 PLTU Gresik 2 PLTU Gresik 3 PLTU Gresik 4 PLTU Gresik PLTG Gresik 1
1
Daya Terpasan g (MW) 1x100
2
1x100
3
1x200
4
1x200
1
600 1x20,1
2
1x20,1
PLTG Gilitimur 1 1 PLTG Gilitimur 2 2 PLTG Gresik PLTGU GT Gresik (c/c) 11,12,1 Blok 1 3 ST 10 PLTGU GT 21, Gresik (c/c) 22, 23 Blok 2 ST 20 PLTGU GT 31, Gresik (c/c) 32, 33 Blok 3 ST 30 PLTGU Gresik Total UP Gresik
atau Efisiensi pompa ?pump =
Unit
PLTG Gresik 2
2.2 Menghitung kinerja pompa [3] Kerja yang ditampilkan oleh sebuah pompa merupakan fungsi dari head total dan berat cairan yang dipompa dalam jangka waktu yang diberikan. Daya batang torak pompa (Ps) adalah daya Hp yag dikirimkan ke batang torak pompa, dan dapat dihitung sebagai berikut: Daya batang torak pompa Ps=
Jenis Pembangkitan
(2)
Keluaran pompa, daya Hp air atau daya Hp hidrolik (hp) adalah daya Hp cairan yang dikirimkan oleh pompa, dan dapat dihitung sebagai berikut:
Bahan Bakar MFO/Ga s MFO/Ga s MFO/Ga s MFO/Ga s
1x20,1
HSD/Ga s HSD/Ga s HSD
1x20,1
HSD
80,4 3x112
1x189 3x112 1x189 3x112
Mulai Beroper si 31-081981 14-111981 15-031988 01-071988 07-061978 09-061978 22-101999 04-111999
HSD/Ga s
10-041993
HSD/Ga s
05-081993
Gas
30-111993
1x189 1.575 2.255
3.2 Spesifikasi Teknis PLTGU Gresik Kapasitas total Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Gresik dapat mencapai 1575 MW. PLTGU Gresik blok 1 dan blok 2 dapat menggunakan dua macam bahan bakar yaitu HSD (High Speed Diesel Oil) yang dipasok oleh PERTAMINA dan gas alam yang dipasok langsung dari lapangan gas milik MKS dan KODECO yang disalurkan melalui pipa bawah laut dari wilayah Madura utara. Kedua bahan bakar ini digunakan secara
Daya hidrolik hp = Q (m3/detik ) x (hd – hs dalam m) x ? (kg/m3) x g (m/detik2) / 1000 Dimana: Q = debit aliran hd = head pembuangan hs = head penghisapan ? = massa jenis fluida g = percepatan gravitasi
2
bergantian sesuai dengan tingkat ketersediaan bahan bakar. Sedangkan PLTGU Gresik blok 3 didesain hanya dapat menggunakan bahan bakar gas alam saja yang dipasok oleh pemasok yang sama dengan blok 1 dan blok 2. Spesifikasi umum PLTGU Gresik untuk setiap blok pembangkit adalah: a. Turbin : 4 Unit • Turbin gas : 3 Unit • Turbin uap : 1 Unit b. HRSG : 3 unit c. Generator : 4 Unit • Turbin gas : 3 x 112MW • Turbin uap : 1 x 189MW
3.4
Data input motor penggerak Extraction Pump (CEP)
Condensate
Tabel 4 Data input motor penggerak Condensate Extraction Pump (CEP)
Pembebanan
pressure input output (kg/cm2) (kg/cm2)
flow (kg/m3)
100%
0,956
13,07
685,66
75%
0,965
13,7
566,33
50%
0,971
14,7
482,33
Data pada tabel 4 diambil dari satu buah motor pengerak Condensate Extraction Pump (CEP). Walaupun ada dua buah motor Condensate Extraction Pump (CEP), tetapi hanya satu yang dioperasikan. Sisanya cadangan. 3.5 Biaya pembangkit rata-rata per Kwh Tabel 5 Biaya pembangkit rata-rata per Kwh tahun 2008 Biaya Operasi Rata-Rata per kWH(Rp/kWH) Jenis Penyusu Lai Bahan Pemelihar Pega Jumla tan nPembang Bakar aan wai h Aktiva lain kit PLTA
10,69
22,21
79,29
4,60
14,82
131,6 0
PLTU
518,1 6
18,53
53,01
2,63
4,936
597,2
PLTGU Gresik belum dapat bekerja secara maksimal sesuai dengan kapasitasnya apabila pasokan bahan bakar utama yaitu berupa gas alam masih kurang atau belum dapat memenuhi kebutuhan optimal PLTGU.
PLTD **)
3232, 85
177,63
89,69
13,4 2
64,65
3.578, 25
PLTG
3.084, 26
92,31
107,18
3,96
10,31
3.298, 03
3.3
PLTP
659,7 0
23,47
49,75
2,30
11,38
746,6 1
Tabel 2 Data input motor penggerak High Pressure Boiler Feed Pump (HP BHP)
PLTGU
1.206, 98
22,98
43,47
2,59
2,56
1.278, 45
pressure input output (kg/cm2) (kg/cm2)
Rata-rata
950
32,01
56,82
3,41
8,63
1.051, 84
Gambar 3 Area PLTGU Gresik
Data masukan motor High Pressure Boiler Feed Pump (HP BHP)
Pembeban an
flow (kg/m3)
100%
2,5
111
186,261
75%
2,5
113,9
133,463
50%
2,5
120
112,095
*) Termasuk pelumas **) Termasuk PLTMG Tabel 5 menjelaskan besar biaya pembangkit ratarata per Kwh tahun 2008 untuk beberapa jenis pembangkit listrik.
Data pada tabel 2, diambil dari data pada saat 3 motor HP BHP beroperasi secara bersamaan. Namun, data pada tabel 2 adalah bukan data total ketiga motor HP BHP, tetapi data masing-masing motor HP BHP.
3.6 Besar efisiensi motor induksi untuk penggerak pompa pengisi boiler di pembangkit listrik tenaga panas matahari (Solar Thermal Power System) di Cambridge, Massachusetts, Amerika Serikat [6] Dari hasil Thesis mahasiswi S3 Massachusetts Institute of Technology yang bernama Cyntia Lin, didapatkan besar efisiensi motor induksi untuk penggerak pompa pengisi boiler di pembangkit listrik tenaga panas matahari (Solar Thermal Power System) di Cambridge, Massachusetts, Amerika Serikat sebesar 70%.
Tabel 3 Data pada masukan motor HP BFP
Pembebanan 100%
Tegangan (kV)
Arus (I) 6
84
Pf 0,88
Tabel 3 merupakan data masukan masing-masing motor pada saat pembebanan maksimum pada PLTGU Blok III.
3
fluks listrik, sehingga menjadi energi listrik sebesar 10,5 KV yang dibangkitkan oleh turbin gas. Sebelum gas hasil pembakaran mampu memutar poros turbin dan generator, poros turbin diputar terlebih dahulu oleh starting motor dan pony motor sampai putaran 2100 rpm. Putaran turbin terus naik sampai 3000 rpm, dan selajutnya generator menghasilkan energi listrik untuk paralel dengan jaringan interkoneksi jawabali. Sisa gas dari turbin gas yang masih bertemperatur tinggi sekitar 500 derajat celcius akan masuk ke HRSG untuk digunakan sebagai pemanas air agar berubah fase menjadi uap melalui exaust damper, akan tetapi bila exaust damper tertutup maka sisa gas akan masuk ke bypass stack untuk kemudian dibuang ke udara. Dan demikian combined cyle akan berubah menjadi open cycle atau tanpa siklus di turbin uap.
4. HASIL PERHITUNGAN DAN ANALISIS 4.1 Proses Utama PLTGU PLTGU memiliki dua sistem yaitu PLTG dan PLTU, kedua sistem ini digabungkan membentuk rangkaian sistem dengan siklus kombinasi antara siklus Bryton dan siklus rankine untuk mengefisienkan energi. Efisiensi siklus jika digunakan sistem open cycle (sistem turbin gas) maksimal 28% sedangkan jika digunakan combined cycle efisiensi siklus dapat mencapai 44% pada beban operasi maksimum dengan konfigurasi 3.3.1 (3 GT 3 HRSG 1 ST). PLTGU Gresik terdiri dari 3 bilik dengan masing-masing blok 3 GT, 3 HRSG, 1 ST lebih jelasnya lihat pada gambar 4.
4.1.2 Proses di HRSG (Heat Recover Steam Generator)
Gambar 4 konfigurasi 3.3.1 pada PLTGU Gresik
4.1.1 Proses di Turbin Gas
Gambar 6 Proses di HRSG
Gas buang dari keluaran turbin gas dimanfaatkan untuk membangkitkan kukus dalam HRSG. Pertukaran panas antara gas buang dengan air umpan boiler menjadi tubi-tubi yang ada HRSG. Proses pemanasan secara berurutan mulai dari HP Super Heater II, HP Super Heater I, HP Evaporator, HP Economizer II, LP Evaporator, HP Economizer I, LP Economizer dan bagan atas yaitu preHeater. 1. Kondensor Air kondensor dan air make up sebagai air umpan boiler (boiler feed water) dipompa dengan Condensate extraction pump (CEP) untuk dipanaskan preheater (bagian paling atas HRSG). Kondensor dari boiler digunakan untuk dipanaskan preheater. 2. Preheater Di preheater pemanasan air pengisi mencapai temperatur 130 derajat celcius dan tekanan 3,5 bar. Air yang keluar dari preheater dimasukkan ke deaerator. 3. Deaerator Di deaerator terjadi proses pembuangan gas yang tidak terkondensasi yang terbawa oleh air pengisi dan dikeluarkan melalui Vent di sisi atas deaerator. Air pengisi yang mendapatkan pemanasan dari
Gambar 5 Diagram ilustratif proses pada turbin gas
Udara digunakan untuk membakar bahan bakar gas (natural gas) setelah dikompresi mencapai 72 bar dengan temperatur kompresor sekitar 435 derajat celcius. Pembakaran terjadi di Combustion Chamber, penyala pertama campuran bahan bakar dan udara di dalam Combustion Chamber diawali dengan percikan bunga api dari igniter. Sehingga terjadi kenaikan temperatur dan tekanan dalam ruang bakar. Temperatur pembakaran dalam combuster dan tekanan tinggi ini akan menekan sudu-sudu turbin gas untuk membangkitkan energi mekanik dari sumber energi panas proses pembakaran, energi mekenik ini dikopel ke generator menimbulkan
4
uap temperatur naik dan bercampur dengan air dari pengembunan uap bantu, lalu ditampung di deaerator drum air yang keluar dari deaerator drum dipisah menjadi dua aliran HP dan LP untuk mendapatkan tekanan rendah dan tekanan tinggi digunakan LP BFP dan HP BFP 4. LP econimizer Menampung air yang keluar dari LP BHP kemudian memanaskan kembali dalam LP economizer. Setelah itu masuk ke LP drum di mana air dipompa dengan LP BWCP melewati pipa penguapan (LP evaporator) 5. LP evaporator Mengalirkan kembali campuran air yang terbentuk di dalam sebelumnya ke LP drum dan uap yang dihasilkan dipisahkan dari air boiler untuk selanjutnya bersama LP steam dari unit lain digunakan sebagai penggerak turbin bertekanan rendah dan sebagian digunakan oleh unit desalinasi steam ejector. 6. HP economizer Memanaskan kembali air yang keluar dari HP BFP sebelum ditampung dalam HP drum. Dari HP drum air disirkulasikan dengan HP BWCP melewati HP evaporator. 7. HP evaporator Cairan dan uap yang dihasilkan dari HP evaporator selanjutnya dimasukkan ke dalam HP drum untuk melakukan pemisahan antara uap dan air. 8. HP Super Heater Memanaskan kembali uap dari hasil HP evaporator sampai kondisi memenuhi untuk ditampung di HP drum. Uap dari HP drum untuk selanjutnya dipisah antara uap dan air. Uap yang dihasilkan dipanaskan lagi di dalam HP Super Heater sampai kondisi Super Heater untuk meningkatkan kandungan energi panas dan uap.
dan kukus didinginkan di dalam kondensor dengan kondensor ditambah air make up untuk menjaga kuantitas air yang disirkulasikan karena adanya blow down tekanan operasi sekitar 697 mmHg di dalam.
Gambar 8 Gambar keseluruhan proses PLTGU
4.2 Biaya operasional Dalam pengoperasian suatu pembangkit listrik diperlukan biaya. Pada tabel berikut ini bisa dilihat perincian biaya-biaya produksi PLGU Gresik dalam satu tahun yang meliputi biaya bahan bakar, pada PLTGU ini digunakan bahan bakar gas alam dengan harga 5,5 $US per MMBTU dengan 9400 Kurs/$US. Selain itu di tabel ini juga dihitung jumlah biaya yang dikeluarkan untuk mengoperasikan motor-motor listrik dengan harga per kWh, yaitu Rp 1206,98. Tabel 6 Biaya operasional PARAMETER BIAYA
Steam keluaran dai HP turbin 5,2 bar 182 derajat celcius digabungkan dengan steam yang berasal dari LP drum 5,5 bar untuk menggerakan LP turbin. Daya yang dihasilkan dari HP steam turbin generator 188,91 MW. Keluaran turbin yang berupa campuran antara kondensor
TOTAL BIAYA
(Menit)
( Rupiah )
( Rupiah )
1. Pony Motor
1155
1.733
1206,98
2.091.092
2. Stating Motor
1155
27.913
1206,98
33.689.829
1848
924
1206,98
1.115.249
1848
2.310
1206,98
2.788.123
1848
931
1206,98
1.123.698
6636
5.556
59,7
2.201.437.700
6636
2.986
1206,98
3.604.284
6636
10.784
1206,98
13.015.469
6636
107.835
1206,98
130.154.689
6636
1.590
1206,98
1.919.099
Biaya total
5
SATUAN BIAYA
3. Auxiliary Control Oil Pump 4. Auxiliary Lub. Oil Pump 5. Motor Lainlain II. Biaya Bahan Bakar Gas : START HRSG C/C To ST. I. Biaya Energi Listrik : 1. Motor Hydrolik Damper. 2. LP & HP BCP 3. LP & HP BFP. 4. Motor-Motor Valve.
Gambar 7 Steam Turbine
VOLU ME (Kwh , Kg , SCF)
( Jenis Kegiatan Proses ) START GT. OPEN CYCLE. I. Biaya Energi Listrik :
4.1.3 Proses di Turbin Uap
WAK TU OPER ASI
2.390.939.233
Pada tabel 6, biaya untuk mengoperasikan pembangkit listrik per tahun sangat besar yaitu Rp 2.390.939.233. Oleh karena itu, perlu biaya-biaya tersebut perlu dikurangi agar bisa digunakan untuk kepentingan yang lain. Salah satu caranya yaitu dengan meningkatkan efisiensi dari motor-motor listrik, terutama yang memiliki daya yang besar seperti motor penggerak pompa High Pressure Boiler Feed Pump (HP BHP) dan motor penggerak pompa Condensate Extraction Pump (CEP). Masing-masing motor tersebut memiliki kapasitas 900 kW untuk motor HP BHP dan 400 kW untuk motor CEP.
Pin 3 V1 I1 Cos1 = 3 6000 84 0,88 = 768.199,1742 Watt = 770 kW Setelah daya input dan daya output didapat, bisa diketahui efisiensi dari motor HP BFP, yaitu: Efisiensi motor HP BFP = Pout / Pin = 576 kW / 767kW = 0,748 = 75%
4.3 High Pressure Boiler Feed Pump (HP BHP) Di dalam satu unit PLTGU ada 4 pompa High pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) dan 4 Low Pressure Boiler Feed Pump (LP BFP) , namun hanya dioperasikan 3 pompa untuk masing-masing HP BFP dan LP BHP operasi jika semua HRSG dalam satu blok dioperasikan, dan sisanya untuk cadangan. Untuk mencapai efisiensi motor yang tinggi, maka perlu dilakukan pemilihan kapasitas motor yang sesuai dengan kebutuhan. Untuk mencari kapasitas dari motor High Pressure Boiler Feed Pump (HP BHP), maka digunakan data pada saat PLTGU beroperasi pada beban 100%: Pressure input Pressure output Flow (Debit air)
Pembebanan
2
flow (kg/m3)
in (kg/cm2)
out (kg/cm2)
100%
2,5
111
186,261
75%
2,5
113,9
133,463
50%
2,5
120
112,095
Tabel 8 Daya output HPBHP tiap pembebanan
i (kg/m3)
g (m/s2)
Q (m3/jam)
1000
9,8
186,261
1139,25
578
1000
9,8
133,463
1169,7
425
1000
9,8
112,095
1233,75
377
H (m)
WHP (kW)
2
=111 kg/cm - 2,5 kg/cm = 108,5 kg/cm2
Differential Head
= 10 x Differential Pressure / SG = 10 x 108,5 kg/cm2 / 1 m = 1080,5 m
Setelah didapatkan besar daya output untuk setiap pembebanan 50%, 75%, dan 100%, bisa dicari besar daya input motor HP BFP, kemudian dicari besar kWh utuk setiap persen pembebanan untuk bisa diketahui posisi persentase kerja motor yang paling efisien.
= 1080,5 m x 0,05 = 54,25 m
Required Differential Head
pressure
Dengan data dari tabel 7, kemudian diolah dengan cara yang sama untuk mencari daya output, maka hasilnya bisa dilihat pada tabel 8.
= 2,5 kg/cm2 = 111 kg/cm2 =186261 kg/h = 183,261 m3/h
Differential Pressure
2% Safety factor
Tabel 7 data masukan motor HP BHP tiap pembebanan
= 1080,5 m + 54,25 m = 1139,25m
Tabel 9 daya input motor HP BHP tiap pembebanan
Water Horse Power (WHP) atau daya output motor High Pressure Boiler Feed Pump (HP BHP) : WHP = (rho x g x Q x H / (1000 x 3600)) kW = 1000 x 9,8 x 183,261 x 1134,525 (1000 x 3600) = 576 kW
Pin (kW)
kWh untuk setiap
Percent full load motor
persen pembebanan
Setelah diketahui besar daya output motor, dicari besar daya input motor dengan menggunakan cara di bawah dengan data pada masukan motor HP BFP pada saat PLTGU bekerja pada beban penuh atau 100% : I = 84 Ampere V = 6 kV= 6000 V Pf = 0,88 lagging Daya input motor pada saat PLTGU bekerja pada beban penuh:
770
7,68199
85%
566
7,53540
63%
501
10,01327
56%
Untuk mengetahui hubungan antara daya motor HP BHP dengan debit air bisa dilihat pada gambar 9.
6
Differential Head
= 10 x Differential Pressure / SG = 10 x 12,114 kg/cm2 / 1 m = 121,14 m
2% Safety factor
= 121,14 m x 0,05 = 6,057m
Required Differential Head
= 121,14 m + 6,057m = 127,197 m
Water Horse Power (WHP) WHP = (rho x g x Q x H / (1000 x 3600)) kW = 1000 x 9,8 x 697,67 x 127,197 / (1000 x 3600) = 242 kW
Gambar 9 Hubungan daya input motor HP BHP terhadap debit air
Pada gambar 9, debit air meningkat seiring dengan meningkatnya daya motor HP BHP. hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan (gambar 10). Sebab semakin tinggi beban PLTGU, debit air yang dibutuhkan untuk dikonversi jadi uap, juga semakin banyak.
Diasumsikan efisiensi motor CEP = 75% Pin = Pout / efisiensi = 241,574 / 75% = 323 kW Tabel 10 data masukan motor CEP tiap pembebanan
pressure
Pembebanan
Gambar 10 hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan
Differential Pressure
= 13,07 kg/cm2 - 0,956 kg/cm2 = 12,114 kg/cm2
flow (kg/m3)
in (kg/cm )
out (kg/cm )
100%
0,956
13,07
685,66
75%
0,965
13,7
566,33
50%
0,971
14,7
482,33
Tabel 11 Daya output HPBHP tiap pembebanan
4.4 Condensate Extraction Pump (CEP) Setelah uap air keluar dari turbin uap, uap air di kondensasi di kondenser yang kemudian hasil kondensasi yang berupa air dikembalikan ke boiler. Untuk bisa memindahkan air dari kondenser ke boiler diperlukan pompa yang bernama Condensate Extraction Pump (CEP). Pada satu blok PLTGU, ada 2 buah Condensate Extraction Pump (CEP). Namun, hanya satu yang dioperasikan, dan sisanya sebagai cadangan. Untuk mencari kapasitas motor penggerak CEP bisa digunakan cara yang sama seperti cara mencari kapasitas motor penggerak HP BHP. DataCEP pada saat 100% pembebanan: = 703 mmhg = 0,956 kg/cm2 = 13,07 kg/cm2 = 697670 kg/h = 697,67 m3/h
2
Pada tabel 10, flow(debit air) hasil kondensasi meningkat seiring dengan meningkatnya beban. Namun, tekanan air hasil kondensasi tidak banyak berubah.
Pada gambar 10, pembebanan meningkat diiringi dengan meningkatnya daya motor HP BHP. Selisih daya input pada pembebanan 50% dengan 75% tidak begitu jauh. Namun, selisih daya input motor HP BHP pada 75% pembebanan dengan pembebanan 100% cukup jauh.
Pressure input Pressure output Flow
2
i (kg/m3)
g (m/s2)
Q (m3/jam)
1000
9,8
697,67
127,197
242
1000
9,8
566,33
133,7113
207
1000
9,8
482,33
144,1542
190
WHP (kW)
H (m)
Dari setiap pembebanan tersebut dapat dicari besar daya output motor CEP. Untuk kemudian dicari besar daya input (Pin), kWh untuk setiap persen pembebanan, dan percent full load motor (lihat tabel 12) agar bisa diketahui posisi beban yang memiliki nilai efisiensi yang tinggi. Tabel 12 daya input motor CEP tiap pembebanan
Pin (kW)
kWh untuk setiap persen pembebanan
Percent full load motor
323
3,22098890
81%
275
3,66470353
69%
253
5,04739085
63%
Setelah semua data yang diperlukan diolah, dibuat grafik agar bisa lebih jelas untuk mengetahui hubungan
7
antara daya motor CEP dengan debit air dan daya motor dengan pembebanan.
preheater oleh motor Condensate Extraction Pump atau motor CEP 400 kW. 2. Motor HP BHP yang sekarang digunakan di PLTGU Gresik Blok III memiliki efisiensi sebesar 75% yang hampir mencapai efisiensi maksimum. Hal ini ditunjukkan pada tabel 9 di kolom percent full load motor, bahwa besar kerja motor untuk beban 75% sampai 100% berada pada 63% sampai 85% percent full load motor. Sedangkan beban rata-rata pada PLTGU adalah 80% sampai 90%. Menurut teori, motor mencapai efisiensi tertinggi pada saat percent full load motor berada pada 75% [2]. Sehingga tidak perlu dilakukan pergantian motor dengan motor dengan kapasitas yang lebih kecil atau yang lebih besar. 3. Motor CEP yang sekarang digunakan di PLTGU Gresik Blok III sudah memenuhi standar dalam penentuan kapasitas motor listrik, yaitu motor bekerja pada beban 75%. Hal ini biasa dilihat di tabel 12. percent full load motor pada beban 75% dan 100%, yaitu 69% dan 81%. 4. Efisiensi motor listrik jenis induksi untuk pengerak pompa High pressure pengisi boiler pada PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik memiliki nilai efisiensi yang lebih tinggi yaitu, 75% dibandingkan efisiensi motor induksi untuk penggerak pompa pengisi boiler di pembangkit listrik tenaga panas matahari (Solar Thermal Power System) di Cambridge, Massachusetts, Amerika Serikat yang sebesar 70% [6].
Gambar 11 Hubungan daya input motor CEP terhadap debit air
Dari gambar 11, debit air meningkat diiringi dengan meningkatnya daya input motor CEP. Begitu juga Hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan. Beban PLTGU meningkat, maka daya input motor CEP meningkat juga (gambar 12). Hal itu disebabkan oleh semakin besarnya debit air yang keluar dari kondenser hasil kondensasi uap air dari turbin uap.
DAFTAR PUSTAKA 1. Soebagio, “Diktat Kuliah Mesin Arus Bolak-Balik,” Surabaya, 2008. 2. Motor Listrik,
3. Pompa dan Sistem Pemompaan, 4. Mitsubishi, Fatec Panduan Interver. 5. Fitzgerald, A. E. dkk, “Electric Machinery Third Edition,” McGraw-Hill Book Company, New York, 1971. 6. Lin, Cyntia, “Feasibility of Using Power Steering Pumps in Small-Scale Solar Thermal Electric Power System”. Thesis Jurusan Teknik Mesin Massachusetts Institute of Technology, Massachusetts, Amerika Serikat 2008.
Gambar 12 Hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan
5. KESIMPULAN Dari hasil perhitungan dan kemudian dianalisis, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Dalam proses pembangkitan listrik di PLTGU Gresik blok III, motor listrik jenis induksi memiliki banyak peran. Beberapa peran motor induksi dalam proses pembangkitan listrik adalah sebagai pemutar turbin gas sampai putaran 2100 rpm yang dilakukan oleh starting motor 1450 kW dan pony motor 90 kW. Selain untuk memutar turbin gas, motor induksi digunakan untuk menggerakkan pompa pengisi boiler (motor High Pressure Boiler Feed Pump atau motor HP BHP 900 kW dan motor Low Pressure Boiler Feed Pump atau motor LP BHP 75 kW), untuk menggerakkan pompa yang memindahkan air dari HP drum ke HP evaporator (motor High Pressure Circulating Water Pump atau motor HP BCWP) dan untuk menggerakkan pompa yang memindahkan air dari LP drum ke LP evaporator (motor Low Pressure Circulating Water Pump atau motor LP BCWP). Gas yang keluar dari turbin uap masuk ke kondenser yang kemudian hasil kondensasi dipindahakan ke
DAFTAR RIWAYAT HIDUP Aditasa Pratama dilahirkan di Jakarta pada tahun 1987. Lulusan dari SD Islam Ar-Rahman Bekasi, SLTPN 9 Bekasi, dan SMAN 2 Bekasi. Penulis menjadi mahasiswa Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh November angkatan 2005 dan mengambil bidang studi teknik sistem tenaga.
8
