ANALISA PERFORMANSI POMPA VAKUM DENGAN KAPASITAS 7390 M³/JAM DAN PUTARAN 472 RPM UNIT I PLTP SIBAYAK LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh :
DWI RIZKI ANANDA PUTRI NIM. 1205052068
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 POMPA VAKUM DENGAN KAPASITAS 7390 M³/JAM DAN PUTARAN 472 RPM UNIT I 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 tercinta Sukatno dan Halimah, 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. 4. Ir. Isman Harianda,M.T. selaku Dosen Pembimbing dalam Penyusunan Laporan Tugas Akhirini, serta motivasi dan nasehat yang diberikan kepada penulis. 5. 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 atasv
semua bimbingan, nasehat serta didikan yang Bapak/Ibu berikan kepada penulis selama dalam pengajaran. 6. Semua pihak di PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak yang telah membantu baik dalam pengambilan data atas dukungan dan bantuannya kepada penulis. 7. Teruntuk sahabat-sahabat penulis Susi Arningsih, Liliana SWK, Dian Winny Apni, Wahyuni Ramadhani, Riski Riama, Pafh Rizki, Suci, penulis sangat bersyukur karena anda telah memotifasi serta banyak memberikan pelajaran hidup yang sangat berharga dan luar biasa kepada penulis. 8. Rekan-rekan mahasiswa seperjuangan di kelas EN-6D angkatan tahun 2015. 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 Penulis,
Dwi Rizki Ananda Putri NIM . 1205052068
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ..........................................................................................
i
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ...................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ..........................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ...........................................................................
iv
KATA PENGANTAR ....................................................................................
v
DAFTAR ISI ................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
x
INTI SARI ...................................................................................................... xii ABSTRACT .................................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pemilihan Judul .........................................................
1
1.2. Pembatasan Masalah ...........................................................................
3
1.3. Tujuan Tugas Akhir ............................................................................
3
1.4. Manfaat Tugas Akhir ..........................................................................
3
1.5. Metode Pengmpupan Data ..................................................................
4
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Pompa .................................................................................................
5
2.2. Penggunaan Pompa .............................................................................
6
2.3. Klasifikasi Pompa ...............................................................................
6
2.3.1
Pompa Kerja Positif (Positive Displacement Pump) ..............
7
2.3.2
Pompa Kerja Dinamis (Dinamic Displacement Pump) .......... 11
2.4 Pompa Yang Menghisap Sendiri ....................................................... 21 2.5 Pompa Sentrifugal ............................................................................. 21 2.5.1
Prinsip Gelang Zat Cair .......................................................... 21
2.5.2
Prinsip Injeksi (Semprot) ........................................................ 23
2.5.3
Prinsip Denyutan ..................................................................... 26 vii
2.6 Gangguan-Gangguan Pompa ............................................................. 27 2.6.1
Kavitasi ................................................................................... 27
2.6.2
Benturan Air (Water Hummer) ............................................... 28
2.6.3
Surjing ..................................................................................... 28
2.6.4
Fluktuasi Tekanan ................................................................... 29
BAB III PEMBAHASAN POMPA VAKUM DI PLTP 3.1 Pemangkit Listrik Tenaga Panas Bumi(PLTP) .................................. 30 3.2 Kegiatn Produksi PLTP ..................................................................... 30 3.3 Prinsip Kerja PLTP ............................................................................ 31 3.4 Komponen-Komponen PLTP ............................................................ 33 3.5 Teori Aliran Fluida ............................................................................ 44 3.5.1
Aliran Laminer ....................................................................... 44
3.5.2
Aliran Turbulen ...................................................................... 45
3.5.3
Reynold Number .................................................................... 45
3.6 Head Pompa ....................................................................................... 46 3.6.1
Head Total Pompa .................................................................. 46
3.6.2
Head Kerugian ....................................................................... 47
3.7 Tekanan Dalam Pompa ...................................................................... 47 3.8 Putaran Spesifik Pompa ..................................................................... 48 3.8.1
Daya Pompa ........................................................................... 48
3.9 Net Positif Suction Head (NPSH) ..................................................... 49 3.9.1
Besar NPSH yang Tersedia .................................................... 50
3.9.2
Besar NPSH yang Dibutuhkan ............................................... 50
BAB IV ANALISA DATA DA PEMBAHASAN POMPA 4.1. Data .................................................................................................... 51 4.2. Gambar Instalasi Perpipaan dan Pompa ............................................ 52 4.3. Head Pompa ....................................................................................... 55 4.4. Tekan Didalam Pompa Vakum .......................................................... 62 4.5. Putaran Spesifik Pompa Vakum ........................................................ 62 viii
4.6. Daya Pompa ....................................................................................... 63 4.7. Net Positif Suction Head (NPSH) ..................................................... 63
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 66 5.2. Saran ................................................................................................... 66
DAFTAR PUSTKA ........................................................................................ 67 LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Data Produksi Geothermal di Indonesia..................................
2
Gambar 2.1
Reciprocating Pump .................................................................
8
Gambar 2.2
Skema prinsip kerja pompa torak kerha tunggal silinder tunggal ......................................................................................
8
Gambar 2.3
Karakteristik pompa roda gigi penggigian luar ........................
9
Gambar 2.4
Pompa roda gigi dengan lubang pelepas pada satu sisi sehingga arah putar tidak dapat dibalik .................................... 10
Gambar 2.5
Skema prinsip kerja pompa dinding (sliding vane pump) ........ 11
Gambar 2.6
Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal............................... 13
Gambar 2.7
Komponen Utama Pompa Sentrifugal ...................................... 13
Gambar 2.8
Pompa sentrifugal aliran radial ................................................. 15
Gambar 2.9
Pompa sentrifugal aliran campur .............................................. 15
Gambar 2.10 Pompa aliran aksial................................................................... 16 Gambar 2.11 Pompa volut .............................................................................. 16 Gambar 2.12 Pompa difuser ........................................................................... 17 Gambar 2.13 Pompa vortex ............................................................................ 17 Gambar 2.14 Pompa bertingkat banyak ......................................................... 18 Gambar 2.15 Pompa poros vertikal ................................................................ 19 Gambar 2.16 Pompa jenis belahan mendatar ................................................. 19 Gambar 2.17 Pompa isap ganda ..................................................................... 20 Gambar 2.18 Pompa positive displacement ................................................... 21 Gambar 2.19 Skema prinsip kerja pompa ulir berporos tunggal .................... 23 Gambar 2.20 Skema prinsip kerja pompa ulir berporos ganda (double screw pump) ................................................................ 23 Gambar 2.21 Poma sentrifugal menghisap sendiri menurut prinsip injeksi... 24 Gambar 2.22 Pembentukan gelang zat cair .................................................... 25 Gambar 2.23 pengisapan dan pengolahan udara serta pengaliran kembali zat cairdari selubung ke rumah pompa........................................... 25 Gambar 2.24 Pompa denyut ........................................................................... 27 x
Gambar 3.1
Sumur Produksi Steam ............................................................. 34
Gambar 3.2
Separator ................................................................................... 34
Gambar 3.3
Rock muffler.............................................................................. 35
Gambar 3.4
Demister ................................................................................... 35
Gambar 3.5
Main Stop Valve (MSV) ........................................................... 36
Gambar 3.6
Surge Tank................................................................................ 36
Gambar 3.7
Steam Gland Cooler ................................................................. 37
Gambar 3.8
Rotor Turbine ........................................................................... 38
Gambar 3.9
Generator .................................................................................. 38
Gambar 3.10 Kondensor................................................................................. 39 Gambar 3.11 Vacum Pump ............................................................................. 39 Gambar 3.12 Water Tank ............................................................................... 40 Gambar 3.13 Hot Water Pump (HWP) .......................................................... 40 Gambar 3.14 Cooling Tower .......................................................................... 41 Gambar 3.15 Cooling Water Pump ................................................................ 41 Gambar 3.16 Oil Cooler ................................................................................. 42 Gambar 3.17 Air Cooler ................................................................................. 42 Gambar 3.18 Chemical Dosing Pump ............................................................ 43 Gambar 3.19 Setlling Basin ............................................................................ 43 Gambar 3.20 Main Trafo ................................................................................ 44 Gambar 3.21 Percobaan Reynolds ................................................................. 45 Gambar 3.22 Efisiensi standar pompa ............................................................ 49 Gambar 4.1
Instalasi perpipaan pompa ........................................................ 54
xi
INTISARI
PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak adalah salah satu Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) yang dibangun untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat, terutama Tanah Karo dengan jumlah daya listrik yang dihasilkn sebesar 5,65 MW. PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak sendiri mempunyai sarana - sarana pendukung beroperasinya turbin uap untuk memutar generator. Salah satu sarana pendukungnya adalah pompa vakum. Performansi sebuah pompa dipengaruhi oleh kapasitas, head dan kecepatan.Pompa yang dibahas adalah pompa yang digunakan untuk membuang gas NCG yang tidak dapat di kondensasikan oleh kondensor. Dari hasil analisa, diperoleh daya operasional pompa vakum sebesar 22,5 kW, dengan Head total sebesar 1023,15 m dan besar tekanan di dalam pompa vakum sebesar 0,9 Bar.
Kata kunci : Pompa Vakum, Daya, Head Lossis, Head total, Tekanan.
xii
ABSTRACT
PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak is a geothermal power plants built to need a electricity of human, especially in Tanah Karo with electric power is 5,65 MW. It has a supporting properties to operate the steam turbine to rotate the generator. One of the supporting properties is vacuum pump. Pump performance is affected by the capacity, head and speed. Pumps covered are used to dispose pump gas NCG that can not be condensed by a condenser. From analysis is gotten power of vacuum pump operational is 22,5 kW, with head total (H) is 1023,15m and pressure a vacuum pump is 0,9 Bar.
Key words :vacuum pump, power, loses head, head total,pressure.
xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pembangkit listrik tenaga panas bumi merupakan salah satu alternatif pembangkit listrik yang sedang banyak dikembangkan di Indonesia beberapa tahun akhir. Indonesia memiliki letak geologis pada pertemuan tiga lempeng tektonik dunia yang berperan dalam terciptanya pembentukan gunung berapi. Terdapat 244 titik lokasi daerah panas bumi tersebar sepanjang jalur gunung berapi dari Aceh hingga Maluku dengan total daya (resources) energi sekitar 29 GW. Pada tahun 1998, Indonesia merupakan negara terbesar ke 5 di dunia yang memproduksi energi listrik dari sumber panas bumi dengan total produksi mencapai 589,5 MW yang terdiri dari pembangkit dry steam dan single flash . Energi panas bumi merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang sedang
dikembangkan
oleh
pemerintah
Indonesia
untuk
mengurangi
ketergantungan negara terhadap sumber energi minyak bumi. Keunggulan dari pembangkit listrik tenaga panas bumi yaitu mampu menghasilkan energi dalam jumlah yang cukup besar serta memilki kadar polusi CO2 relatif jauh lebih kecil sehingga tidak memberi kontribusi gas rumah kaca, disisi lain untuk mengembangkan pembangkit ini dibutuhkan biaya investasi yang besar pada proses pengeboran eksplorasi (wildcat) hingga pengembangannya. Hasil limbah termal atau brine yang dihasilkan pada proses pemisahan, dapat dimanfaatkan kembali sebagai pembangkit listrik skala kecil melalui siklus kerja organic rankine cycle (ORC). Pembangkit listrik tenaga panas bumi akan terus berkembang di Indonesia. Dengan masih banyaknya lokasi gunung-gunung berapi yang berpotensial memiliki cadangan sumber uap panas yang dapat dimanfaatkan sebagai energi listrik. Pemerintah Indonesia menargetkan pengembangan energi listrik panas bumi di Indonesia mencapai 9500 MW pada tahun 2025 Berikut ini data produksi geotermal di indonesia pada tahun 2010.
1
DATA PRODUKSi GEOTHERMAL DI INDONESIA 2010 1% Wayang Windu
5% 19%
Derajat
17%
Gunung Salak Dieng
5% 22% 31%
Kamojang Lahendong Sibayak
Gambar 1.1 Data produksi Geotermal di Indonesia Tahun 2010
Proses perubahan energi termal menjadi energi listrik dimulai dari proses pengaliran fluida panas menuju permukaan, setelah mencapai permukaan fluida panas yang terdiri dari brine dan uap akan dipisahkan melalui separator. Uap yang telah dipisahkan selanjutnya dialirkan menuju turbin, dari uap tersebut akan menggerakan sudu-sudu turbin sehingga menghasilkan energi listrik. Sisa uap keluaran turbin selanjutnya di kondensasikan di kondenser tetapi tidak semua uap dapat dikondensasikan. Untuk menjaga kevakuman kondenser, gas yang tak terkondensasi harus dikeluarkam secara kontinyu oleh sistem ekstraksi gas. Gasgas ini mengandung CO2 85-90% wt, H2S 3,5% wt, sisanya adalah N2 dan gas-gas lainnya. Maka dari itu dibutuhkan kerja dari pompa vakum untuk menyedot gasgas noncondensable gases (NCG) yang selanjutnya dialirkan menuju menara pendingin. Karena, dengan adanya pompa vakum pada kondensor akan membuat tekanan udara pada kondensor menjadi rendah, karena pompa vakum ini bekerja dengan menghisap udara pada kondensor. Dengan tekanan yang lebih rendah di kondensor, maka uap akan dapat turun bergerak dengan mudah dari turbin menuju kondensor. Disamping itu penggunaan pompa vakum juga membutuhkan konsumsi daya dalam pengoperasinanya sehingga berpengaruh terhadap daya yang di produksi sistem pembangkit.
2
Berdasarkan uraian di atas, penulis merasa tertarik untuk membahas dan ingin mengetahui lebih banyak lagi tentang hal-hal yang berkaitan dengan proses penggunaan pompa vakum dalam kondensasi uap tersebut. Dimana data-data yang penulis pergunakan untuk menyusun tugas akhir ini diambil dari data-data selama penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak.
1.2 BatasanMasalah Pada penulisan laporan tugas akhir ini penulis membatasi masalah yang akan di bahas yaitu : 1. Bagaimana prinsip kerja Pompa Vakum? 2. Bagaimana teori kevakuman? 3. Bagaimana performansi Pompa vakum?
1.3 Tujuan Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Sebagai syarat untuk menyelesaikan program Diploma III Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik di Politeknik Negeri Medan. 2. Agar dapat mengetahui cara kerja pompa vakum pada kondensor. 3. Mengetahui performansi pompa vakum.
1.4 Manfaat Beberapa manfaat dari penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang pump (pompa) yang nantinya dapat di terapkan di lapangan kerja. 2. Membandingkan hasil analisa teori dengan analisa aktual aktual. 3. Sebagai bahan perbandingan bagi mahasiswa lain yang akan membahas mengenai hal yang sama.
3
1.5 Metode Pengumpulan Data Dalam penyusunan laporan ini, penulis melakukan beberapa metode dalam pengumpulan data, diantaranya : 1. Observasi langsung ke lapangan. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing maupun pihak yang dapat membantu dan memahami mengenai vacum pump dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Studi literatur dengan mencari buku-buku yang ada di perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan pompa. 4. Website yang berhubungan dengan pompa.
4
