III. METODOLOGI PENELITIAN

             

III. METODOLOGI PENELITIAN     

3.1 

Waktu dan tempat 

  Penelitian   ini   dilaksanakan   di   PT   Energi   Alamraya   Semesta,   Desa   Kuta   Makmue,  kecamatan  Kuala,  kab  Nagan  Raya-  NAD.  Penelitian  akan  dilaksanakan  pada  bulan  April  –  Mei  2012.   

3.2 

Bahan dan alat 

  Objek   yang   dilakukan   pengujian   kinerja   pada   penelitian   ini   adalah   Pembangkit   Listrik  Tenaga Uap (PLTU) Energi Alam Raya Semesta yaitu boiler serta tungku pembakaran, turbin, dan  generator  .Alat  ukur  yang  dipergunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  semua  alat  ukur  sensor  yang  terpasang diruang pengendali (control room) dan alat ukur yang terpasang di lapangan. Bahan yang  dipergunakan dalam kegiatan uji kinerja ini adalah batubara, air dan udara.   

3.3 

Batasan sistem 

  Analisa efisiensi pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)  Energi Alam  Raya Semesta  dengan  bahan  bakar  batubara  ini  dibatasi  hanya  pada  peralatan  utama  seperti  boiler,  turbin  dan  generator  .  Peralatan  pendukung tidak dihitung karena menurut pengamatan  di lapangan, peralatan  pendukung tidak terlalu mempengaruhi nilai efisiensi suatu sistem PLTU. Sehingga, sub sistem yang  dihitung dalam penelitian ini adalah :    3.3.1   Sistem pembakaran pada Boiler yang dilengkapi dengan tungku bahan bakar  Untuk  menghitung  efisiensi  suatu  boiler  dengan  tungku  pembakaran  berdasarkan  perbandingan  total  output  yang  berupa  steam  dan  total  input  yang  berupa  jumlah  bahan  bakar  dan  udara.  Proses  pembakaran  perlu  untuk  memperhatikan  berbagai  faktor  yang  mempengaruhi efisiensi seperti :  -  Jumlah steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam Kg/jam  -  Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam Kg/jam  -  Tekanan kerja (bar)  -  Suhu air umpan (oC)  -  Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (GCV) dalam KKal/Kg  bahan bakar.  -  Entalpi steam jenuh dalam KKal/Kg steam  -  Entalpi air umpan dalam KKal/Kg air.  -  Massa udara sebenarnya yang dipasok /Kg bahan bakar (AAS)    3.3.2   Turbin dan generator  Untuk menghitung efisiensi turbin dan generator sebagai sebuah kesatuan, hal yang  harus  diperhatikan  adalah  efisiensi  yang  didapatkan  merupakkan  total  dari  hasil  konversi  listrik   dan   pemanfaatan   panas  dalam   persen   (%).  Faktor   –faktor   yang  mempengaruhi  efisiensi turbin uap dan generator adalah adalah :  -  Entalpi steam pada saluran masuk turbin, h1 (Kkal/Kg)  -  Entalpi steam pada ekstraksi tahap 1, h2 (Kkal/Kg)    27

              -  Entalpi steam pada ekstraksi tahap 2, h3(Kkal/Kg)  -  Entalpi steam pada kondensor, h4(Kkal/kg)  -  Entalpi steam yang masuk boiler (Kkal/Kg)  -  Efisiensi boiler (%)  -  Entalpi steam  keluar boiler (Kkal/Kg)  -  Input turbin (Kkal/Kg)  -  Ouput turbin = input generator (MW)  -  Output generator (MW) .  Catatan : 1 Kkal= 1.16 x 10-3 KWh3   

3.4 

Parameter pengukuran  Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :    3.4.1   Sub Sistem tungku pembakaran dan boiler  Parameter  yang  diukur  adalah  konsumsi  batu  bara  per  jam  (TPJ)  ,  jumlah  air  umpan (TPJ) dan  jumlah steam yang dihasilkan (TPJ). Data yang dibutuhkan adalah  suhu  air  umpan  (0C),  tekanan  steam  (Kg/cm2  (g)),  suhu  steam  (oC)  massa  udara  aktual  yang  dipasok  (Kg/Kg  bahan  bakar),  kebutuhan  udara  teoritis  (Kg/Kg  bahan  bakar),  suhu  udara  yang dipasok (0C), suhu gas buang (0C), suhu ambien (0C).    3.4.2   Sub Sistem turbin uap  Parameter  yang  diukur  adalah  daya  uap  (MW)  yang  dihasilkan  oleh  perputaran  sudu-sudu  turbin.  Data  yang  diperlukan  meliputi  konsumsi  steam  (TPJ),  tekanan  steam  (bar), suhu steam (0C) dan entalpi steam (BTU/lb).    3.4.3   Sub sistem generator  Parameter yang diukur adalah jumlah daya listrik yang dihasilkan (MW). Data yang  diperlukan adalah besarnya output turbin  yang berupa daya uap (MW) dan output generator  (MW).   

3.5  Metode pengambilan data    3.5.1   Tahap pendahuluan  Pada  tahap  ini  dilakukan  pengelompokan  sumber  data  yang  diperlukan  seperti  kondisi  dan  pola  produksi  steam  pada  boiler  dan  mengidentifikasi  data-data  tersebut.  Setelah  itu  dilakukan  analisi data untuk  mementukan metode pengambilan data dalam  kurun waktu 2 minggu (7-20 April  2012)  sampai  terbentuk  data  yang  berpola.  Sehingga  data  tersebut  dapat  dievaluasi  pada  tahap  pemeriksaan menyeluruh.    3.5.2   Pemeriksaan menyeluruh  Setelah ditemukan metode pengambilan data, selanjutnya dilakukan pemeriksaan menyeluruh  dengan  melakukan  pengamatan  terhadap  alat  ukur  yang  digunakan  dan  melakukan  analisa,  baik  terhadap   alat   yang   digunakan   secara   kontinu  maupun   alat   yang   bersifat  tidak   tetap.   Tahapan  selanjutnya  dari  pemeriksaan  menyeluruh  ini  adalah  melakukan  pemeriksaan  dan  pencacatan  atau  pengambilan data. Pengambilan data dilakukan dengan 2 (dua) cara yaitu :    1. 

Pengumpulan data primer  Pengumpulan  data  primer  dilakukan  dengan  cara  mengumpulkan  dan  menganalisa  data  –   data   yang   dibutuhkan  untuk   setiap   parameter   pada   setiap   sistem   dengan  28

              menggunakan berbagai alat ukur yang terdapat di lapangan. Waktu yang dibutuhkan untuk  pengamatan  dan  pengambilan  data  primer  serta  frekuensi  pengambilan  data  ditentukan  setelah dilakukan tahap pendahuluan yaitu selama 2 minggu (7-20 April) dengan frekuensi  pengambilan data per jam. Data-data yang diambil yaitu :     

2.   

Pengamatan  dan  pengukuran  pada  boiler  uap  dan  data  yang  diambil  adalah  suhu  uap,  tekanan   uap,  suhu  air   umpan,  laju   alir   massa  air  umpan,  laju   alir   massa  batubara.  Selengkapnya  data  yang  akan  digunakan  berdasarkan  parameter  (dalam  uraian  3.3).  Secara  umum,  alat  yang  digunakan  adalah  peralatan  pengukur  daya  listrik,  peralatan  untuk  analisa  pembakaran,  manometer,  termometer,  flowmeter,  tachometer,  alat  pendeteksi  kebocoran  dan  pengukur  lux  serta  alat  yang  terpasang  pada ruang kendali (control room).    Pengumpulan data sekunder 

Data sekunder merupakan data penunjang lainnya yang diperoleh dari pihak instansi  termasuk  data  yang  tidak  dapat  diukur  di  ruang  pengendali  (control  room)  seperti  data  komposisi batubara yang telah diuji di laboratorium oleh pihak instansi.   

3.6 

Pengolahan data dan analisis 

  Uji  kinerja  yang dilakukan  pada  boiler  di  pembangkit listrik  tenaga  uap  ini  dilakukan  pada  setiap  tahapan  yang  telah  ditentukan.  Semua  perhitungan  akhir  energi  dikonversikan  ke  dalam  satuan energi yang sama.    1.   Energi bahan bakar batubara  Energi  bahan  bakar  batubara  dalam  proses  produksi  uap  untuk  menghasilkan  listrik  dapat dihitung dengan persamaan berikut :    EB=MB * LHV  Dimana :  EB  = energi batubara (KJ/jam)  MB  = laju aliran massa batubara (lb/jam)  LHV  = Low Heating Value batubara (KJ/lb)  Pada perhitungan energi bahan bakar batubara, satuan yang digunakan untuk laju aliran  massa adalah lb/jam dikarenakan nilai LHV yang diperoleh memiliki satuan KJ/lb.    2.   Energi oksigen yang terkandung dalam udara  Kebutuhan energi oksigen yang terkandung dalam udara pada proses pembakaran dapat  dihitung dengan persamaan berikut :            Eudara = Mudara *    Dimana :  Eudara  = Energi udara (KJ/jam)  Mudara = laju aliran massa oksigen yang terkandung dalam udara secara teoritis (Kg.mol/jam)  Cpu   = Panas jenis udara (KJ/Kg.mol)  T1  = Suhu reference (298  oK)  T2  = Suhu udara (oK)  29 

                Nilai panas jenis udara merupakan fungsi integral terhadap suhu, nilai Cp dapat dihitung  dengan menggunakan tabel Heat Capacity for Inorganic Compounds and Elements .    3.   Energi air umpan boiler  Kebutuhan  energi air  umpan  boiler  dalam proses  produksi  steam  dapat  dihitung  dalam  persamaan berikut :        Eair = Mair *    Dimana :  Eair  = energi air umpan ketel (KJ/jam)  Cpa  = panas jenis air umpan ketel (KJ/Kg.mol)  T1  = suhu reference (298  oK)  T2  = suhu air umpan ketel (oK)  Nilai  panas  jenis  air  umpan  boiler  merupakan  fungsi  integral  terhadap  suhu,  nilai  Cp  dapat  dihitung  dengan  menggunakan  tabel  Heat  Capacity  for  Inorganic  Compounds  and  Elements .    4.   Energi uap  Energi uap yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan berikut :    Es = Ms * h  Dimana :  Es   = Energi uap (KJ/jam)  Ms = laju aliran massa uap (Kg/jam)  h  = Entalpi uap pada tekanan dan suhu tertentu (KJ/Kg)    5.   Efisiensi penggunaan energi  Efisiensi  penggunaan  energi  dalam  proses  produksi  uap  panas  (steam)  adalah  sebagai  berikut :    a.   Efisiensi rill  Efisiensi rill yaitu perbandingan antara jumlah energi berguna dengan jumlah energi  input. Energi rill dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :   = (Eberguna  / Ein ) x 100 %  Dimana :  = efisiensi rill (%)  Eberguna   = Energi berguna (KJ/jam)  Ein  = Energi input (KJ/jam)   

 

b.  Efisiensi teknis  Efisiensi   teknis   yaitu   perbandingan   efisiensi   terukur   (      dengan   efisiensi  alat/mesin  terpasang.  Efisiensi  teknis  dapat  dihitung  dengan   persamaan   sebagai  berikut :         /  Dimana : 

    

 

 

  

   ) x 100 %  = Efisiensi teknis (%)  = Efisiensi alat / mesin menurut spesifikasi (%)  = Efisiensi rill (%)  30 

                Setelah  itu  dilakukan  perhitungan  untuk  mengetahui  tingkat  efisiensi  boiler  berdasarkan  tingkat kehilangan (losses) panas dalam boiler. Terdapat beberapa tahapan proses yaitu :    Tahap 1. Menghitung kebutuhan udara teoritis  =[(11,43 x C)+{34,5 x (H2-02/8)}+(4,32 x S)]/100 Kg/Kg bahan bakar    Tahap 2. Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA)  =persen O2 x 100/(21-persen O2)    Tahap 3. Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok / Kg bahan bakar (AAS)  ={1 + EA/100} x udara teoritis    Tahap 4. Menghitung seluruh kehilangan panas  i.  Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oleh gas buang yang kering    = (m x Cp x (Tf-Ta) x 100) / (CGV bahan bakar )    Dimana 

ii. 

: m  = massa gas buang kering dalam Kg/Kg bahan bakar  m  =  (massa  hasil  pembakaran  kering  /  Kg  bahan  bakar)  +  (massa N2 dalam massa udara pasokan yang sebenarnya).  Cp   = Panas jenis gas  buang (0.23 kkal/kg)   

Persen kehilangan panas karena penguapan air  yang terbentuk karena adanya H2  dalam bahan bakar    =[9 x H2 {584+Cp(Tf-Ta)} x 100] / GCV bahan bakar    Dimana  : H2  = Persen H2 dalam 1 Kg bahan bakar  Cp  = panas jenis superheated steam (0,45 Kkal/Kg)   

iii.   

Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar  =[M {584 + Cp (Tf-Ta)} x 100] / GCV bahan bakar    Dimana 

iv. 

: M  = persen kadar air dalam 1 Kg bahan bakar  Cp  =  panas  jenis  steam  lewat  jenuh  /  superheated  steam  (0.45  Kkal/Kg)   

Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara  = [AAS x faktor kelembaban x Cp (Tf-Ta) x 100] / GCV bahan bakar  Dimana  :  Cp  =  panas  jenis  steam  lewat  jenuh  /  superheated  steam  (0.45  Kkal/Kg)   

v. 

Persen  kehilangan  panas  karena  bahan   bakar   yang  tidak  terbakar  dalam  abu  terbang / fly ash  =  [Total  abu  terkumpul  /  Kg  bahan  bakar  yang terbakar   x GCV  abu  terbang  x  100] / GCV bahan bakar    31

                vi. 

Persen  kehilangan  panas  karena  bahan   bakar   yang  tidak  terbakar  dalam  abu  bawah / bottom ash  = [Total abu terkumpul per Kg bahan bakar terbakar x GCV abu bawah x 100]  / GCV bahan bakar   

vii.   

Persen kehilangan panas karena radiasi 

Tahap 5. Menghitung efisiensi boiler (%) dan rasio penguapan boiler  Efisiensi boiler (n)  = 100 – (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)  Rasio  penguapan  =  panas  yang  digunakan  untuk  pembangkitan  steam  /  panas  yang  ditambahkan ke steam.    Tahap 6. Menghitung efisiensi turbin uap (%)    Efisiensi total      Dimana :  Output turbin  Input turbin   

= 

    

 

   x 100% 

= energi panas yang digunakan turbin  (Kkal/jam)  = energi panas yang dibutuhkan turbin (Kkal/jam) 

Tahap 7. Menghitung efisiensi generator    Terdapat  beberapa  metode  yang  dapat  digunakan  dalam  menentukan  efisiensi  generator.   Metode   yang   dipilih   tergantung   pada   kondisi   dan   data   yang   tersedia   di  lapangan. Beberapa jenis metode tersebut adalah :     = ( output generator / input generator ) x 100 % 

    Dimana :  Input generator  = output turbin (Watt) = tekanan (N/m2) x debit uap (m3/s)  Output generator = daya listrik yang dihasilkan (Watt)     = ( output generator / input generator ) x 100 % 

  Dimana :  Input generator (Watt)   =  Torsi (N m) x   (rad/s)  Output generator  (Watt)= daya listrik yang dihasilkan                       

32