TESIS
KAJIAN UNJUK KERJA PEMBANGKIT ANGKIT LISTRIK TENAGA GAS G4 PT INDONESIA POWER UNIT U BISNIS ISNIS PEMBANGKITAN BALI
YON EKO SAPUTRO
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014
TESIS
KAJIAN UNJUK KERJA PEMBANGKIT ANGKIT LISTRIK TENAGA GAS G4 PT INDONESIA POWER UNIT U BISNIS ISNIS PEMBANGKITAN BALI
YON EKO SAPUTRO NIM : 0991961007
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014 i
KAJIAN UNJUK KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS G4 PT INDONESIA POWER UNIT BISNIN PEMBANGKITAN BALI
Tesis untuk memperoleh Gelar Magister pada Program Magister, Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Udayana
YON EKO SAPUTRO NIM : 0991961007
PROGRAM PASCASARJANA PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014 ii
LEMBAR PENGESAHAN
TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL 4 JULI 2014
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP : 19700607 199303 1 001
I Made Widiyanta, ST., M.Sc., Ph.D. NIP : 19710722 199803 1 003
Mengetahui Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Udayana
Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP : 19700607 199303 1 001
Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K). NIP : 19590215 198510 2 001
iii
Tesis Ini Telah Diuji dan Dinilai Oleh Panitia Penguji Pada Program Pascasarjana Universitas Udayana Pada Hari/Tanggal : Jumat/4 Juli 2014
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No. : 2070/UN14.4/HK/2014 Tanggal : 2 Juli 2014
Panitia Penguji Tesis adalah : Ketua : Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma Anggota : 1 I Made Widiyanta, ST., M.Sc., Ph.D. NIP : 19710722 199803 1 003 2 Dr. Eng. Made Sucipta, ST., MT NIP : 19741114 200012 1 001 3 Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT. NIP. 19651103 199203 1 002 4 Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg. NIP. 19650706 199103 1 002
iv
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
Nama
:
Yon Eko Saputro
NIM
:
0991961007
Program Studi
:
Teknik Mesin
Judul Tesis
:
Kajian Unjuk Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas G4 PT Indonesia Power Unit Bisnis Pembangkitan Bali
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat, apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan peraturan Mendiknas RI No. 17 Tahun 2010 dan peraturan perundang-undangan yang berlaku
Denpasar,
Juli 2014
Yang Menbuat Pernyataan
Yon Eko Saputro
v
UCAPAN TERIMA KASIH Segala puji bagi Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan kekuatan di dalam pelaksanaan penulisan tesis ini sehingga akhirnya bisa diselesaikan. Tesis ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan dari Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Udayana dan mendapatkan gelar Magister Teknik. Penelitian ini mengambil judul Kajian Unjuk Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas G4 PT Indonesia Power Unit Bisnis Pembangkitan Bali. Pada kesempatan ini ijinkan penulis untuk menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, selaku pembimbing Tesis dan pembimbing akademik, yang telah membimbing penulis selama sepuluh tahun. Bapak I Made Widiyanta, ST., M.Sc., Ph.D selaku dosen pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan dan
petunjuk yang berharga selama penyelesaian tesis ini. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Prof. dr. Ketut Suastika, Sp. PD-KEMD. selaku Rektor Universitas Udayana atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis selama menyelesaikan Program Magister Teknik Mesin ini. Ucapan terima kasih yang sama ditujukan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana, Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K). atas kesempatan yang diberikan untuk menjadi karyasiswa Program Magister Teknik Mesin. Kepada Bapak Dr. Eng made Sucipta, ST., MT., Bapak Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT. dan Bapak Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg. selaku dosen penguji penulis menyampaiakn banyak terima kasih atsa masukan
vi
dan kritik membangun terhadap tesis ini sehingga menjadi lebih baik. Kepada Seluruh dosem pengajar di lingkungan Program Studi Magister Teknik Mesin penulis mengucapkan terima kasih atas sharing ilmu dan pengalaman selama penulis menempuh pendidikan di program ini. Rekan-rekan angkatan pertama Program Magister yang telah mendahului selesai penulis sampaikan ucapakan terima kasih atas banyak hal yang sudah dilalui bersama dalam berproses menyelesaikan program ini. Kepada seluh staff administrasi S2 Teknik Mesin Penulis sampaikan terima kasih atas kerajinan menghubungi penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis ini. Terakhir kepada Istriku, Tuty Asraini Muhsyaf dan dua permata hati kami Calya dan Cetta penulis sampaikan terima kasih atas semangat dan motivasi yang selalu diberikan untuk menyelesaikan tesis ini. Keterbatasan yang penulis miliki membuat tesis ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis meminta saran dan kritik yang sifatnya membangun agar dalam penulisan dapat lebih baik lagi. Penulis mengucapkan banyak terima kasih dan mohon maaf apabila ada kekurangan dan kesalahan dalam penulisan tesis ini.
Denpasar, Juli 2014
Penulis
vii
ABSTRAK KAJIAN UNJUK KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS G4 PT INDONESIA POWER UNIT BISNIS PEMBANGKITAN BALI
Kebutuhan listrik rata-rata pulau Bali adalah sebesar 700 MW. Terdiri atas kapasitas pembangkit di Bali sebesar 427,59 MW, dan suplai daya dari Jawa melalui jaringan kabel laut sebesar 200 MW. Mengingat sangat pentingnya pemenuhan kebutuhan listrik dan mahalnya biaya investasi pembangunan pembangkit baru maka pembangkit-pembangkit yang sudah ada harus dimanfaatkan dengan maksimal, begitu juga dengan PLTG Pesanggaran. Salah satu cara untuk menjaga kehandalan sistem pembangkit adalah dengan melakukan over houl setelah pembangkit dioperasikan dalam satuan waktu tertentu. Dari Hasil pengujian yang dilakukan oleh PT PLN Jasa Sertifikasi diketahui bahwa setelah over houl pembangkit justru mengalami penurunan daya dan pemborosan bahan bakar, permasalahan inilah yang kemudian menjadi dasar dalam melakukan penelitian ini. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa penyebab penurunan performa dan pemborosan bahan bakar dikarenakan adanya kenaikan entalphi setelah proses kompresi secara rerata sebasar 2,69 kJ/kg yang memicu pemborosan bahan bakar. Besar penurunan performa pembangkit adalah 678,75 kW secara aktual dan 703,72 kW secara teoritis. Sedangkan pemborosan bahan bakar ditunjukan dengan peningkatan Spesifik fuel Consumtion pembangkit dari sebelum dan sesudah over houl yaitu 0,3271 menjadi 0,3480 secara aktual dan 0,3259 menjadi 0,3469 secara teoritis. Akibat adanya penuruan performa dan pemborosan bahan bakar potensi kerugian perusahaan mencapai Rp. 137.803.325 / hari. Kata kunci : pembangkit, bahan bakar, over houl
viii
ABSTRACT PERFORMANCE STUDY OF GAS POWER PLANT G4 PT INDONESIA POWER GENERATION BUSINESS UNIT OF BALI
Average electricity needs of the Bali island amounted to 700 MW. Consists of generating capacity of 427,59 MW in Bali, and the supply of power from Java via submarine cable network of 200 MW. Given the importance of meeting the demand for electricity and the high investment costs of new plants the plants that already exist should be exploited to the maximum, as well as Pesanggaran power plant. One way to maintain the reliability of power systems is to do over houl after operation plants within a certain time unit. From the results of testing conducted by PT PLN Jasa Sertifikasi known that after over hou l actually decreased power generation and waste fuels, the problem is then the basis for the conduct of this study. The result showed that the cause of the decline in performance and fuel wastage due to the increase in enthalpy after the compression process was average of 2,69 kJ/kg which trigger waste fuel. Large reduction in plant performance is 678,75 kW and 703,72 kW actually theoretically. While wasting fuel indicated by the increase in Specific fuel Consumed Plants from before and after the overhauled 0,3271 becomes 0,3480 and 0,3259 actually be theoretically 0,3469. Due to deterioration in performance and fuel wastage potential losses reached IDR. 137.803.325 / day. Keywords: plant, fuel, over houl
ix
RINGKASAN Kajian Unjuk Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas G4 PT Indonesia Power Unit Bisnis Pembangkitan Bali
Yon Eko Saputro Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, Pembimbing I I Made Widiyanta, ST., M.Sc., Ph.D., Pembimbing II
Kebutuhan listrik rata-rata pulau Bali adalah sebesar
700 MW.
Kebetuhan tersebut dipenuhi dari pembangkitan pembangkit listrik di Bali yang ada saat ini sebesar 427,59 MW, dan dari suplai daya dari jaringan interkoneksi Jawa-Bali melalui kabel laut sebesar 200 MW. Mengingat sangat pentingnya pemenuhan kebutuhan listrik dan mahalnya biaya investasi pembangunan pembangkit baru maka pembangkit-pembangkit yang sudah ada harus dimanfaatkan dengan maksimal, begitu juga dengan PLTG G4 Pesanggaran. Salah satu usaha untuk menjaga kehandalan sistem adalah dengan melakukan perawatan berkala dan over houl (OH) setelah pembangkit diporesikan dalam satuan waktu tertentu. PT. Indonesia Power Unit Bisnis Pembangkit
Bali pada tahun 2013
melakukan over houl terhadap pembangkit listrik tenga gas G4 dan G3. Dari hasil tes running dan comisioning terhadap kedua pembangkit yang dilakukan oleh PT PLN Jasa Sertifikasi diketahui adanya masalah penurunan performa pembangkit dan
pemborosan bahan bakar. Dalam penelitian ini akan dicari penyebab
penurunan performa dan pemborosan bahan bakar serta
solusi yang bisa
dilakukan untuk menyelesaikan kedua masalah tersebut. Penelitian ini akan dikerjakan degan melakukan observasi lapangan dan studi literatur. Dengan observasi lapangan akan mendapatkan data tekanan, temperatur pada titik-titik pengukuran yang telah ditetapkan, data mesin pembangkit, data lingkugan dan data-data lain yang dibutuhkan. Data-data lapangan itulah yang akan digunakan untuk menghitung nilai-nilai parameter yang akan digunakan untuk melakukan analisa energi secara termodinamika. Dari hasil x
perhitungan akan didapatkan parameter-parameter termodinamika yang bisa digunakan sebagai dasar untuk menyelesaikan masalah penurunan performa dan pemborosan bahan bakar. Penurunan performa pembangkit disebabkan karena adanya kenaikan kerja kompresor dan penurunan kerja turbin setelah dilakukan over houl. Adanya peningkatan kerja kompresor yang ditunjukan dengan adanya peningkatan temperatur fluida kerja setelah proses kompresi memicu kenaikan konsumsi bahan bakar. Kenaikan konsumsi bahan bakar tidak diimbangi dengan kenaikan pemanfaatan kerja berguna pada ruang bakar. Hal ini ditunjukan dengan relatif samanya temperatur tertinggi (T3) antara sebelum dan sesudah OH. Kelebihan konsumsi bahan bakar tidak berdampak pada naiknya temperatur tertinggi, sebagai akibatnya temperatur keluaran dari turbin mengalami kenaikan yang secara linier mengurangi kerja turbin secara keseluruhan. Kerja turbin mengalami penurunan sedangakan kerja kompresor mengalami kenaikan, akaibatnya terjadi penuruanan performa pembangkit secara keseluruhan. Daya Pembangkit diketahui dari alat ukur yang terpasang pada sistem. Daya ini adalah daya riil yang dihasilkan sistem. Daya yang dihasilkan secara aktual setelah over houl adalah 38.470 kW lebih kecil dari sebelum over houl yaitu sebesar 39.148,75 kW. Penurunan daya pembangkit yang terjadi adalah sebesar 678,25 kW. Koreksi daya ini bisa dilakukan dengan menghitung daya yang seharusnya dihasilkan sistem dengan pendekatan properties fluida kerja pada titiktitik pengukuran yang telah ditetapkan. Besar daya teoritis setelah over houl adalah 38.596,38 kW, lebih kecil dari daya sebelum over houl yaitu 39.300,10 kW. Ada pemborosan pembangkit 703,72 kW. Sedangkan pemborosan bahan bakar ditunjukan dengan peningkatan Spesifik fuel Consumtion pembangkit dari sebelum dan sesudah over houl yaitu 0,3271 menjadi 0,3480 secara aktual dan 0,3259 menjadi 0,3469 secara teoritis. Akibat adanya penuruan performa dan pemborosan bahan bakar potensi kerugian perusahaan mencapai Rp. 137.803.325 / hari.
xi
DAFTAR ISI
Halaman Halaman Sampul Dalam
......................................................................... i
Lembar Prasarat.............................................................................................
ii
Lembar Persetujuan Pembimbing .................................................................
iii
Lembar SK Panitia Penguji .......................................................................
iv
Surat Pernyataan Bebas Plagiat ................................................................
v
Ucapan Terima Kasih..................................................................................
vi
Abstrak ......................................................................................................... viii Abstact .......................................................................................................... ix Ringkasan ..................................................................................................... x Daftar Isi ....................................................................................................
xii
Daftar Gambar ...........................................................................................
xvi
Daftar Tabel ................................................................................................. xvii Daftar Lampiran ...................................................................................................
xviii
Daftar Singkatan Dan Arti Lambang .................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang …………………………………………………. 1 1.2 Permasalahan ............................................................................... 2 1.3 Tujuan Penelitian ......................................................................... 3 1.4 Manfaat Penelitian ....................................................................... 3 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Konsep Energi .............................................................................
4
2.1.1 Difinisi Energi .....................................................................
4
2.1.2 Bentuk-Bentuk Energi .........................................................
4
2.2 Konsep Dasar Thermodinamika .................................................
7
2.2.1 Difinisi dan Aplikasi Thermodinamika ...............................
7
2.2.2 Hukum Ke 0 Thermodinamika ............................................
9
xii
2.2.3 Hukum Pertama Thermodinamika ....................................... 11 2.2.4 Hukum Kedua Thermodinamika .........................................
12
2.3 Persamaan Gas Ideal ...................................................................
14
2.4 Pembakaran Bahan Bakar............................................................. 15 2.4.1 Prinsip-Prinsip Pembakaran ................................................. 15 2.4.2 Pembakaran 3 T ...................................................................
17
2.4.3 Kebutuhan Udara Pembakaran pada Turbin Gas (external Combution Engine) dan kekekalan Massa ..........................
18
2.5 Turbin Gas ...................................................................................
19
2.5.1 Siklus Turbin Gas.................................................................
19
2.5.2 Siklus Turbin Gas Sederhana................................................ 25 2.6 Pembangkit Tenaga Listrik Tenaga Gas (PLTG) ........................ 27 2.6.1 Kompresor (Compressor) ....................................................
28
2.6.2 Ruang Bakar (Combustion Clamber, Combustor basket atau Burner) ........................................................................
29
2.6.3 Turbin (turbine) ...........................................................
31
2.7 Menentukan Nilai Daya Pembangkit, Spesific Fuel Consumtion (SFC) dan Biaya Pembangkitan. ................................................... 32 2.8 Keuntungan dan Kerugian Penggunaan Turbin Gas Sebagai Pembangkit ................................................................................. 34 2.9 Tinjaun Umum Turbin Gas G-4 PT Indonesia Power UBP Bali
35
2.10 Penelitian Terdahulu .................................................................. 37
BAB III KERANGKA BERFIKIR, KONSEP DAN HIPOTESA PENELITIAN 3.1 Kerangka Berfikir......................................................................... 39 3.2 Konsep Penelitian ....................................................................... 39 3.3 Hipotesa Penelitian ...................................................................... 41
xiii
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Metode Penelitian......................................................................... 42 4.2 Metode Yang Digunakan.............................................................
45
4.3 Flow Chart Penelitian .................................................................
46
4.4 Pengolahan Data .......................................................................... 48 4.5 Tempat dan Waktu Penelitian .....................................................
48
4.5.1 Tempat Penelitian ..................................................................... 48 4.5.2 Waktu Penelitian ......................................................................
48
BAB V HASIL PENELITIAN 5.1 Data Hasil Penelitian ...................................................................
49
5.2 Data Pendukung ..........................................................................
49
5.2.1 Spesifikasi Teknis PLTG G4 .................................................... 49 5.2.2 Spesifikasi Bahan Bakar............................ ............................... 51 5.3 Perhitungan Mesin Pembangkit Setelah Over Houl .................... 51 5.3.1 Diskripsi Kondisi Pengambilan Data .......................................
51
5.3.2 Mengitung Nilai Entalphi (h) Pada Setiap Titik Pengukuran ... 51 5.3.3 Menghitung Kerja Per Satuan Berat Fluida Kerja .................... 54 5.3.4 Mnehitung Daya Netto Turbin .................................................
55
5.3.5 Menghitung Spesifik Fuel Consumtion (SFC) .........................
56
5.3.6 Mnegitung Biaya Pemabngkitan Listrik ................................... 57 5.3.7 Menghitung Produksi Listrik Harian......................................... 57 5.3.8 Menghitung Penyusutan Daya Pembangkit .............................. 58 5.4 Perhitungan Mesin Pembangkit Sebelum Over Houl .................. 59 5.4.1 Diskripsi Kondisi Pengambilan Data .......................................
59
5.4.2 Mengitung Nilai Entalphi (h) Pada Setiap Titik Pengukuran ... 59 5.4.3 Menghitung Kerja Per Satuan Berat Fluida Kerja .................... 61 5.4.4 Mnehitung Daya Netto Turbin .................................................
63
5.4.5 Menghitung Spesifik Fuel Consumtion (SFC) .........................
64
5.4.6 Mnegitung Biaya Pemabngkitan Listrik ................................... 64
xiv
5.4.7 Menghitung Produksi Listrik Harian......................................... 65 5.5. Menghitung Pemborosan Mesin Pembangkit.............................. 66 5.6 Analisa Keteknikan .....................................................................
68
5.7 Analisa Ekonomi..........................................................................
73
BAB VI PEMBAHASAN 6.1 Analisa Termodinamika .............................................................
74
6.2. Rekomendasai Penyelesaian Masalah ........................................
76
BAB VII SIMPULAN DAN SARAN 7.1 Simpulan ...................................................................................... 79 7.2 saran.............................................................................................. 79
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................
80
LAMPIRAN ................................................................................................. 81
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Analogi hukum ke 0 thermodinamika ………………..………
9
Gambar 2.2 Analogi perbandingan properties air pada satuan oC, oF, K dan R pada titik didih, beku dan nol absolute ………………… 10 Gambar 2.3 Diagram kesetimbangan energi ………………………………
12
Gambar 2.4 Pembakaran yang sempurna, baik dan tidak sempurna ………
18
Gambar 2.5 Siklus turbin gas sederhana (a) P-V (b), T-s (c) diagramnya ...
21
Gambar 2.6 Bagan PLTG G3 dan G4 PT IP UBP Bali, Pesanggaran …….. 36 Gambar 3.1 Gambar Sistem ……………………………………………….
41
Gambar 4.1 Skema yang akan dianalisa dari sebuah PLTG ………………
44
Gambar 4.2 T-s dan P-V diagram siklus ideal turbin gas …………………
45
Gambar 6.1 T-s Diagram PLTG G4 Pesanggaran ………………………… 74 Gambar 6.2 P-v Diagram PLTG G4 Pesanggaran ………………………… 75
xvi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Satuan Temperatur SI dan British ……………………………….. 10 Tabel 4.1 Jadwal Penelitian …………………………………………………
48
Tabel 5.1 Perbandingan parameter hasil perhitungan …………… ………...
68
Tabel 5.2 Perbandingan parameter ekonomi…………….. …………………… 73 Tabel 6.1 Parameter temperature dan entalphi rata-rata ……………………. 74
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1 Hasil Pengamatan tanggal 12 Desember 2013…………………. 81 Lampiran 2 Hasil Pengamatan Sebelum Over Houl………………………… 82 Lampiran 3 Hasil Perhitungan entalphi (h), Kerja Fluida, Daya Pembangkit, SFC, BPP dan penyusutan Pembangkit Sesudah Over Houl …….
83
Lampiran 4 Hasil Perhitungan entalphi (h), Kerja Fluida, Daya Pembangkit, SFC, BPP dan penyusutan Pembangkit Sesudah Over Houl …….. 85 Lampiran 5 Laporan Inspeksi Teknis ……………………………………….
87
Lampiran 6 Table A–17 Ideal-gas properties of air ………………………..
89
xviii
DAFTAR SINGKATAN DAN ARTI LAMBANG
SINGKATAN BTU
: British Thermal Unit
HSD : High Speed Diesel Oil IP
: Indonesia Power
KE
: Kinetik Energi
kg
: Kilo gram
kJ
: Kilo Juole
kW
: Kilo Watt
kWh
: Kilo Watt Hour
LHV : Low Heating Value LPM : Liter Per Minuite MW
: Mega Watt
PE
: Potensial Energi
PLN
: Perusahaan Listrik Negara
PLTD : Pembangkit Listrik Tenaga Diesel PLTG : Pembangkit Listrik Tenaga Gas PLTU : Pembangkit Listrik Tenaga Uap PT
: Perseroan Terbatas
RB
: Ruang Bakar
SFC
: Specifik Fuel Consumtion
UBP
: Unit Bisnis Pembangkitan
LAMBANG 0
C
: Derajat Celcius
T
: Temperatur
qin
: Kalor masuk
T
: Temperatur
h
: entalphi
w
: Kerja persatuan massa
xix
N
: Daya
s
: Entropi
v
: Volume spesifik
P
: Tekanan : efisiensi termis
xx
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Kebutuhan listrik pada saat beban puncak pada tahun 2013 Bali adalah sebesar
700 MW. Kebetuhan tersebut dipenuhi dari pembangkitan pembangkit listrik di Bali yang terdiri dari tiga lokasi pembangkit yaitu di Pesanggaran, Pemaron dan Gilimanuk. Di Power Plan Pesanggaran total daya terpasang adalah 196,19 MW, terdiri atas total PLTD sebesar 125,45 MW dan PLTG sebanyak 4 unit dengan total daya terpasang sebesar 70,74 MW, PLTG Pemaron 2 x 48,8 MW dan PLTG Gilimanuk sebesar 1 x 133,80 MW, sehingga total pembangkitan Bali sebesar
sebesar 427,59 MW serta
tambahan beberapa PLTD di Bali Kepulauan.. Untuk memenuhi kebutuhan saat beban puncak sisanya berasal dari jaringan interkoneksi Jawa-Bali melalui kabel bawah laut sebesar 200 MW lebih. Untuk menjaga keamanan pasokan lisrik di Bali, maka keberadaan pembangkit yang ada harus tetap dioperasikan dengan segala konsekuensi yang ada. Mengingat sangat pentingnya pemenuhan kebutuhan listrik dan mahalnya biaya investasi pembangunan pembangkit baru maka pembangkit-pembangkit yang sudah ada harus dimanfaatkan dengan maksimal, begitu juga dengan PLTG G4 Pesanggaran. Salah satu usaha untuk menjaga kehandalan sistem adalah dengan melakukan perawatan berkala dan over houl (OH) setelah pembangkit dioperasikan dalam satuan waktu tertentu. Untuk mengetahui kehandalan dan keadaan terkini pembangkit yang ada, hal pertama yang akan dilakukan adalah audit energi. Audit Energi adalah kegiatan penelitian
pemanfaatan
energi
untuk
1
mengetahui
keseimbangan
energi
dan
2 mengidentifikasi peluang-peluang penghematan energi. Audit itu dilakukan untuk memperoleh kepastian tentang kondisi masing-masing pembangkit dan kapasitasnya. Dari hasil audit itu, akan diketahui kapasitas terpasang dan terbangkitkan yang sebenarnya pada kondisi sekarang. Selama ini data yang dimiliki pemerintah adalah kapasitas terpasang berdasarkan hitungan pada kondisi dulu. Padahal ada sejumlah faktor yang bisa mempengaruhi perubahan hitungan itu. Sebuah pembangkit bisa mengalami penyusutan kapasitas, misalnya pembangkit yang sebelumnya diketahui 100 Mega Watt, bisa turun setelah mesin dioperasikan 20-25 tahun. Karena itu penghitungan kembali harus dilakukan untuk memperoleh angka yang pasti. Selain itu, audit juga bisa dilaksanakan untuk mengetahui pemborosan yang mungkin terjadi. Akibatnya ada biaya perawatan dan biaya lain yang seharusnya tidak dikeluarkan bisa dihilangkan. PT. Indonesia Power Unit Bisnis Pembangkit Bali pada tahun 2013 melakukan over houl terhadap pembangkit listrik tenaga gas G4 dan G3, dari hasil tes running dan comisioning terhadap kedua pembangkit yang dilakukan oleh PT PLN Jasa Sertifikasi diketahui adanya masalah penurunan performa pembangkit dan pemborosan bahan bakar. Hal inilah yang mendorong untuk dilakukan penelitian untuk mencari penyebab penurunan performa dan pemborosan bahan bakar tersebut serta
solusi yang bisa
tawarkan untuk menyelesaikan kedua masalah tersebut.
1.2
Permasalahan Dari urian di atas, maka akan diambil beberapa permasalahan sebagai berikut :
1.
Bagaimana penyebab terjadinya penurunan performa pembangkit?
2.
Bagaimana proses pemborosan bahan bakar terjadi?
3.
Bagaimana solusi-solusi untuk menyelesaikan masalah tersebut?
3 1.4
Tujuan Penelitian Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah untuk :
1.
Menganalisa dan mengetahui terjadinya penurunan performa pembangkit.
2.
Menganalisa dan mengetahui terjadinya pemborosan bahan bakar pada pembangkit.
1.4
Manfaat Penelitian Dari penelitian yang akan dilakukan diharapkan dapat memberikan beberapa
manfaat seperti tersebut dibawah ini: 1.
Memberikan solusi atas permasalahan penurunan performa dan pemborosan bahan bakar pada pembangkit.
2.
Memberikan dasar-dasar audit energy di PT Indoneia Power UBP Bali Khususnya ada pembangkit Gas G4.
4
BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1
Konsep Energi
2.1.1
Difinisi Energi Energi thermal adalah bentuk dasar dari energi. Artinya, semua bentuk
energi dapat dengan sempurna dikonversikan menjadi energi thermal. Sebenarnya, semua energi akan dikonversikan dalam bentuk energi thermal, kecuali disimpan dalam bentuk yang lain. Pengkorversian energi thermal menjadi energi yang lain adalah terbatas hingga suatu harga yang lebih kecil dari 100%. Proses konversi energi di dalam suatu pembangkit memerlukan suatu masukan (input), yang berupa bahan bakar (fuel) dan udara.
2.1.2 Bentuk-Bentuk Energi Energi dapat terwujud dalam berbagai bentuk, yaitu energi kimia, energi panas, energi mekanis, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnetik, energi gaya magnit, dan lain-lain. Suatu media pembawa energi dapat mengandung berbagai bentuk energi tersebut sekaligus, dan jumlah energinya disebut energi total (E). Dalam analisis thermodinamika sering digunakan energi total setiap satuan masa media (m), yang disebut sebagai energi per-satuan masa (e) yaitu, e=
E m
(2.1)
4
5
Berbagai bentuk energi di atas dapat pula dikelompokan menjadi dua bentuk, yaitu energi makroskopik dan energi mikroskopik. Energi makroskopik adalah keberadaan energi ditandai dari posisinya terhadap lingkungannya atau terhadap suatu referensi yang ditentukan. Contoh bentuk energi makroskopik adalah energi kinetik (KE) dan energi potensial (PE). Keberadaan energi mikroskopik ditentukan oleh struktur internal dari zat pembawa energi sendiri dan tidak tergantung kepada lingkungannya, yaitu struktur dan gerakan molekul zat tersebut. Energi mikroskopik ini disebut sebagai energi internal (U). Energi makroskopik berhubungan dengan gerakan masa pembawa energi, dan pengaruh luar seperti gaya gravitasi, pengaruh energi listrik, sifat magnit, dan tegangan pemukaan fluida. Energi kinetis KE adalah energi yang disebabkan oleh gerakan relatif terhadap suatu referensi, dan besarnya adalah:
KE =
mV 2 2
(2.2)
atau dalam bentuk energi per-satuan masa:
V2 ke = 2
(2.3)
dengan, m
=
satuan masa media pembawa energi
v
=
satuan kecepatan gerakan masa.
Energi potensial adalah energi yang disebabkan oleh posisi elevasinya dalam medan gravitasi, dan besarnya adalah (2.4)
PE = mgz
6
Atau dalam bentuk energi per-satuan masa,
pe = gz
(2.5)
dengan, g
=
gaya gravitasi
z
=
posisi elevasi terhadap suatu referensi.
Energi internal meliputi semua jenis energi mikroskopik, yaitu akibat dari struktur dan aktivitas molekul dalam masa yang ditinjau. Struktur molekul adalah jarak antar molekul dan besar gaya tarik antar molekul, sedang aktivitas molekul adalah kecepatan gerak molekul. Energi laten adalah energi yang merubah jarak dan gaya tarik antar molekul, sehingga masa berubah fase antara fase padat atau cair menjadi gas. Energi sensible merubah kecepatan gerak molekul, yang ditandai oleh perubahan temperatur dari masa yang ditinjau. Energi kimia adalah energi internal sebagai akibat dari komposisi kimia suatu zat, yang merupakan energi yang mengikat atom dalam molekul zat tersebut. Perubahan struktur atom menyebabkan perubahan energi pengikat atom dalam molekul, sehingga reaksinya dapat melepaskan energi (eksothermis) misalnya dalam reaksi pembakaran, atau memerlukan energi (indothermis). Bentuk energi internal lainnya adalah energi nuklir, yang merupakan energi ikatan antara atom dengan intinya. Dalam bahasan thermodinamika efek dari jenis energi makroskopik lain yaitu energi magnetik, dan tegangan permukaan fluida dapat diabaikan, sehingga energi total E dari masa pembawa energi tersebut adalah:
7
(2.6)
E = U + KE + PE mV 2 E =U + + mgz 2 e = u + ke + pe
atau dalam bentuk energi per-satuan masa,
V2 e=u+ + gz 2
(2.7)
Dalam aplikasi bidang teknik masa atau sistem thermodinamika yang ditinjau biasanya tidak bergerak selama proses berlangsung, sehingga perubahan energi potensial dan energi kinetisnya sama dengan nol
2.2
Konsep Dasar Thermodinamika
2.2.1
Definisi dan Aplikasi Thermodinamika Thermodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik
membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip ini disebut sebagai prinsip konservasi atau kekekalan energi. Prinsip thermodinamika tersebut sebenarnya telah terjadi secara alami dalam kehidupan sehari-hari. Bumi setiap hari menerima energi gelombang elektromagnetik dari matahari, dan di bumi energi tersebut berubah menjadi energi panas, energi angin, gelombang laut, proses pertumbuhan berbagai tumbuh-tumbuhan dan banyak proses alam lainnya. Proses di dalam diri manusia
8
juga merupakan proses konversi energi yang kompleks, dari input energi kimia dalam maka akan menjadi energi gerak berupa segala kegiatan fisik manusia, dan energi yang sangat bernilai yaitu energi pemikiran. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka prinsip alamiah dalam berbagai proses thermodinamika direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya. Mesin-mesin transportasi darat, laut, maupun udara merupakan contoh yang sangat dikenal dari mesin konversi energi, yang merubah energi kimia dalam bahan bakar atau sumber energi lain menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak atau perpindahan di atas permukaan bumi, bahkan sampai ke luar angkasa. Pabrik-pabrik dapat memproduksi berbagai jenis barang, digerakkan oleh mesin pembangkit energi listrik yang menggunakan prinsip konversi energi panas dan kerja. Untuk kenyamanan hidup, dimanfaatkan mesin air conditioning, mesin pemanas, dan refrigerators yang menggunakan prinsip dasar thermodinamika. Aplikasi thermodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena perkembangan ilmu thermodinamika sejak abad 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di Inggris, dan diikuti oleh para ilmuwan thermodinamika seperti Willian Rankine, Rudolph Clausius, dan Lord Kelvin pada abad ke 19. Pengembangan ilmu thermodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik, yaitu sifat thermodinamis didekati dari perilaku umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa energi, yang disebut pendekatan thermodinamika klasik. Pendekatan tentang sifat thermodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis yang merupakan perkembangan
9
ilmu thermodinamika modern, atau disebut thermodinamika statistik. Pendekatan thermodinamika
statistik
dimungkinkan
karena
perkembangan
teknologi
komputer, yang sangat membantu dalam menganalisis data dalam jumlah yang sangat besar.
2.2.2 Hukum ke ‘0’ Thermodinamika Hukum ke ‘0’ thermodinamika menyatakan bahwa jika benda A berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda B dan benda A berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda C maka benda B berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda C.
Gambar. 2.1. Analogi Hukum Thermodinamika ke 0 (sumber : Yosef Agung Cahyanta : Thermodinamika I hal. 8)
Jika : TA = TB TA = TC Maka TB = TC
10
Hal tersebut menjadi dasar dari thermometer. Skala suhu : Tabel 2.1 Satuan Temperatur SI dan British SI
British
Suhu
Celcius (oC)
Fahrenheit (oF)
Suhu Absolut
Kelvin (K)
Rankine (R)
Sumber : Yosef Agung Cahyanta : Thermodinamika I hal. 8
Konversi o
o
T ( K) = T ( C) + 273,15 o
o
T ( R) = T ( F) +459,67 o
o
T ( F) = 1,8 T ( C) + 32 o
o
T ( R) = 1,8 T ( K)
o
o
Gambar 2.2. Analogi perbandingan propertis air pada satuan C, F, K dan R pada titk didih, beku dan nol absolute Sumber : Yosef Agung Cahyanta : Thermodinamika I hal 8
11
2.2.3
Hukum Pertama Thermodinamika Hukum pertama thermodinamika merupakan hukum konservasi energi.
Pernyataannya menyebutkan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dihancurkan. Bila panas diberikan pada suatu sistem, maka sistem tersebut akan berekspansi dan memberikan kerja disekeliling sistem. Tetapi disamping itu, pemanasan terhadapan sistem akan memberikan pertambahan molekular dari zat dan pertambahan jarak antara molekul-molekul sistem karena berekspansi. Energi yang diperlukan dalam hal ini disebut energi dalam (internal energi).
Jadi
sebagian panas yang diberikan diubah untuk pertambahan energi dalam. Selain itu sistem mengalami pertambahan energi kinetik dan energi potensial, akibat dari gaya luar seperti gaya gravitasi dan lain-lain. Perubahan dalam energi keseluruhan di dalam suatu sistem dicerminkan dalam perubahan pada berbagai bentuk energi yang membentuk energi-dalam keseluruhan, sebagai berikut:
dE = (dU + …, dll) + d (EK) + d(EP)
(2.8)
Prinsip kekekalan massa pada sistem aliran juga dapat diterapkan dalam proses kesetimbangan energi yang digunakan untuk menunjukan adanya kebocoran aliran massa dari suatu proses atau perlengkapan yang nantinya dianggap sebagai kerugian energi.
12
Gambar 2.3 Diagram Kesetimbangan Energi Pada diagram kesetimbangan energi (Gambar 2.3) menunjukan aliran massa dan jumlah energi yang masuk dan keluar dari diagram tersebut, didapatkan persamaan umum energi sebagai berikut:
2
2
mv mv m1 g1 z1 + 1 1 + U 1 + p1V1 + Q = m2 g 2 z 2 + 2 2 + U 2 + p 2V2 + W 2 2 dimana
mgz
= Energi Potensial
Q
= Panas yang masuk
mv 2 2
= Energi Kinetik
W
= Kerja luar
U
= Internal Energi
1,2
= Parameter masuk dan keluar
pV
= Energi tekanan
2.2.4
Hukum Kedua Thermodinamika
(2.9)
13
Hukum kedua menyatakan perbedaan kualitas diantara dua bentuk energi dan menerangkan mengapa beberapa proses dapat terjadi secara spontanitas, dimana yang lain tidak bisa terjadi. Ini menandakan suatu trend yang terjadi dan bisanya dinyatakan di dalam pertidaksamaan. Dari hukum kedua dapat diketahui bahwa suatu energi misalnya panas dapat diubah menjadi energi lain seperti kerja mekanik ataupun sebaliknya.
Tetapi dalam penerapannya, walaupun kerja
mekanik memang sepenuhnya dapat diubah menjadi panas, tetapi panas tidak dapat seluruhnya menjadi kerja (kerja yang dapat balik), ini menunjukan adanya panas yang terbuang percuma. Pernyataan Hukum Kedua Thermodinamika merupakan hal yang menjelaskan tetang hukum kedua thermodinamika. Walaupun ada beberapa variasi dari formula hukum kedua, dua diantaranya di kenal dengan pernyataan Clausius dan pernyataan Kevin-Planc. •
Pernyataan Clausius. Tidak memungkinkan untuk suatu sistem untuk memindahkan panas dari suatu reservoar bertemperatur rendah menuju reservoar bertemperatur tinggi. Secara sederhana, perpindahan panas hanya dapat terjadi spontanitas dalam arah dari penurunan temperatur.
•
Pernyataan Kelvin-Planck.
Tidak memungkinkan suatu sistem untuk
menerima panas yang diberikan dari reservoar temperatur tinggi dan menyediakan jumlah yang sama dari kerja yang keluar. Ketika suatu sistem merubah kerja menjadi energi yang sama yang pindah sebagai panas yang memungkinkan. Suatu alat yang merubah panas menjadi perpindahan energi
14
panas yang sama adalah tidak mungkin, contohnya, kita tidak dapat membuat suatu mesin dengan efisiensi thermal 100%.
2.3
Persamaan Gas Ideal Persamaan keadaan (equation of state) : persamaan yang menghubungkan
tekanan, temperatur dan volume jenis suatu zat. -
fase uap suatu zat disebut gas jika berada di atas temperatur kritis.
- vapor (uap) : gas yang tidak jauh dari keadaan kondensasi Robert Boyle (Inggris, 1662) :
P~
1 V
(2.10)
J. Charles dan J. Gay Lussac (Perancis 1810) : P=R
T V
( 2.11)
P v = R T ⇒ Persamaan gas ideal P = Tekanan absolut : Tekanan terukur + tekanan atmosfir T = Temperatur absolut ( K atau R) v = Volume jenis R = konstante gas : udara
R = 287 J/(kg K)
helium
R = 2077 J/(kg K)
argon
R = 208 J/(kg K)
nitrogen
R = 296 J/(kg K)
15
R=R
Ru M
R = konstanta gas umum = 8,314 kJ/(k mol K) U
= 1,986 Btu/(lb mol R) M = molar mass (berat molekul) massa sistem : m = M N ; V=mv mR=MNR=NR
U
V=Nv
N = jumlah molekul
⇒PV=mRT
⇒PV=NR T U
⇒Pv=R T U
v = volume jenis molekul ( volume tiap satuan mole ) Untuk fixed mass sistem :
P1V1 P2V2 = = mR T1 T2
2.4.
Pembakaran Bahan Bakar
2.4.1
Prinsip-Prinsip Pembakaran
(2.12)
Pembakaran merupakan oksidasi atau antara bahan bakar dan oksigen (O2) disertai dengan produksi panas, atau panas dan cahaya. Pembakaran sempurna bahan bakar terjadi hanya jika ada pasokan oksigen yang cukup. Oksigen yang dipakai biasanya dari udara. Oksigen merupakan salah satu elemen bumi paling umum yang jumlahnya mencapai 20,9% dari udara. Bahan bakar padat atau cair harus diubah ke bentuk gas sebelum dibakar. Biasanya diperlukan panas untuk mengubah cairan atau padatan menjadi gas. Bahan bakar gas akan terbakar pada
16
keadaan normal jika terdapat udara yang cukup. Hampir 79% udara (tanpa adanya oksigen) merupakan nitrogen, dan sisanya merupakan elemen lainnya. Nitrogen dianggap sebagai pengencer yang menurunkan suhu yang harus ada untuk mencapai oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran. Nitrogen mengurangi efisiensi pembakaran dengan cara menyerap panas dari pembakaran bahan bakar dan mengencerkan gas buang. Nitrogen juga mengurangi transfer panas pada permukaan alat penukar panas, juga meningkatkan volum hasil samping pembakaran, yang juga harus dialirkan melalui alat penukar panas sampai ke cerobong. Nitrogen ini juga dapat bergabung dengan oksigen (terutama pada suhu nyala yang tinggi) untuk menghasilkan oksida nitrogen (NOx), yang merupakan pencemar beracun. Karbon, hidrogen dan sulfur dalam bahan bakar bercampur dengan oksigen di udara membentuk karbon dioksida, uap air dan sulfur dioksida, melepaskan panas masing-masing 8.084 kkal, 28.922 kkal dan 2.224 kkal. Pada kondisi tertentu, karbon juga dapat bergabung dengan oksigen membentuk karbon monoksida, dengan melepaskan sejumlah kecil panas (2.430 kkal/kg karbon). Karbon terbakar yang membentuk CO2 akan menghasilkan lebih banyak panas per satuan bahan bakar daripada bila menghasilkan CO atau asap.
C + O2
→ CO 2 + 8.084 kkal/kg Karbon
(2.15)
2C + O2
→ 2 CO + 2.430 kkal/kg Karbon
(2.16)
2H 2 + O2
→ 2H2O + 28.922 kkal/kg Hidrogen
(2.17)
S + O2
→ SO2 + 2.224 kkal/kg Sulfur
(2.18)
17
Setiap kilogram CO yang terbentuk berarti kehilangan panas 5654 kKal (8084 – 2430). 2.4.2
Pembakaran Tiga T Tujuan dari pembakaran yang baik adalah melepaskan seluruh panas yang
terdapat dalam bahan bakar. Hal ini dilakukan dengan pengontrolan “tiga T” pembakaran yaitu (1) Themperature/suhu yang cukup tinggi untuk menyalakan dan menjaga penyalaan bahan bakar, (2) Turbulence/turbulensi atau pencampuran oksigen dan bahan bakar yang baik, dan (3) Time/waktu yang cukup untuk pembakaran yang sempurna. Bahan bakar yang umum digunakan seperti gas alam dan propan biasanya terdiri dari karbon dan hidrogen. Uap air merupakan produk samping pembakaran hidrogen, yang dapat mengambil panas dari gas buang, yang mungkin dapat digunakan untuk transfer panas lebih lanjut. Gas alam mengandung lebih banyak hidrogen dan lebih sedikit karbon per kg daripada bahan bakar minyak, sehingga akan memproduksi lebih banyak uap air. Sebagai akibatnya, akan lebih banyak panas yang terbawa pada pembuangan saat membakar gas alam. Terlalu banyak, atau terlalu sedikitnya bahan bakar pada jumlah udara pembakaran tertentu, dapat mengakibatkan tidak terbakarnya bahan bakar dan terbentuknya karbon monoksida. Jumlah O2 tertentu diperlukan untuk pembakaran yang sempurna dengan tambahan sejumlah udara (udara berlebih) diperlukan untuk menjamin pembakaran yang sempurna. Walau demikian, terlalu banyak udara berlebih akan mengakibatkan kehilangan panas dan efisiensi. Tidak seluruh
18
bahan bakar diubah menjadi panas dan diserap oleh peralatan pembangkit. Biasanya seluruh hidrogen dalam bahan bakar terbakar. Saat ini, hampir seluruh bahan bakar untuk boiler, karena dibatasi oleh standar polusi, sudah mengandung sedikit atau tanpa sulfur. Sehingga tantangan utama dalam efisiensi pembakaran adalah mengarah ke karbon yang tidak terbakar (dalam abu atau gas yang tidak terbakar sempurna), yang masih menghasilkan CO selain CO2.
Gambar 2.4 Pembakaran yang sempurna, yang baik dan tidak sempurna
2.4.3 Kebutuhan Udara Pembakaran pada Turbin Gas (external Combution Engine) dan kekekalan Massa Dari Proses persamaan energi yang umum untuk proses aliran tunak, untuk
∆PE≈ 0, dan w = 0, maka kalor yang menyebabkan keanikan h2 mejadi h3 adalah, Efisiensi pembakaran didifinisikan sebagai, =
(2.19)
≈ 95% QBB
=
Nilai kalor bawah bahan bakar, yaitu panas yang tersedia persatuan
berat bahan bakar.
=
+ mBB h3 −
h2
(2.20)
19
Dimana, m
= Laju aliran massa bahan bakar
m!"
= Laju aliran massa Udara
QRB
= Panas yang dihasilkan dari proses pembakaran per satuan berat bahan bakar, dalam keadaan sebenarnya.
h3
= Entalphi pada titik 3, setelah ruang bakar
h2
= Entalphi pada titik 2, sebelum ruang bakar.
Untuk f <<1,
=
(2.21)
Hukum kekekalan massa dalam pembakaran didifinisikan sebagai, #
%$#
=
&
%$&
(2.22)
Diamana, # &
= laju aliran massa bahan bakar pertama. (kg/s) = Laju aliran massa bahan bakar kedua (kg/s)
HVBB1 = Nilai kalor bahan bakar pertama, (kJ/kg) HVBB2 = Nilai kalor bahan bakar kedua, (kJ/kg)
2.5
Turbin Gas
2.5.1
Siklus Ideal Turbin Gas Pada siklus ideal gas berlaku anggapan sebagai berikut :
a.
Fluida kerja dianggap gal ideal dengan panas spesifik yang konstan.
b.
Laju aliran massa adalah konstan sepanjang siklus berlangsung, dan tidak berlaku komposisi dan sifat kimianya.
20
c.
Proses siklus berlangsug adiabatik, selisih energi potensial antara fluida masuk dan keluar setiap komponen dan sistem turbin gas, diabaikan karena relatif sangat kecil.
d.
Proses kompresi di dalam kompresor dan diffuser dan proses ekspansi di dalam turbin dan nozel dianggap isentropis.
e.
Proses pembakaran berlangsung kontinyu pada tekanan konstan dan adiabatik. Proses pembakaran dapat pula dianggap sebagai proses kenaikan temperatur yang terjadi oleh pemanasan fluida kerja dengan sejumlah panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar.
f.
Tidak ada kerugian tekanan tekanan pada pada aliran gas dalam saluran hisap, ruang bakar, penukar panas, saluran buang dan dalam saluran antara setiap kompresor.
g.
Perpindahan panas dalam penukar panas (regenerator) belangsung sempurna, sehingga panas yang dikeluarkan oleh fluida panas sama dengan panas yang dihisap oleh fluida dingin, atau penurunan fluida panas sama dengan kenaikan temperatur fluida dingain. Aliran fluida dalam prnukar panas tidak mengalamai penurunan tekanan.
2.5.2 Siklus Turbin Gas Sederhana Berdasarkan anggapan tersebut di atas maka siklus turbin ideal (Siklus Brayton) dapat di gambarkan dengan diagram entalpi versus entropi seperti tersebut pada gambar 2.5
21
Gambar 2.5 Siklus Turbin Gas Sederhana, Sederhana T-s dan P-v Diagramnya
Persamaan energi yang umum untuk proses aliran tunak akan digunakan dalam analisis setiap komponen komp turbin gas. Pada gambar 2.5,, menyatak tingkat keadaan fluida kerja masuk kompresor K, titik 2, tingkat keadaan fluida kerja keluar kompresor atau masuk ruang bakar RB, titik 3, tingkat keadaan fluida kerja keluar ruang bakar atau masuk turbin T, titik 4, tingkat keadaan fluida kerja keluar turbin. Sedangkan tambahan huruf ‘s’ di belakang angka menunjukan tingkat ti keadaan adaan yang dicapai melaui proses isentropik (ideal).
Kompresor membutuhkan kerja WK, dan turbin menghasilkan kerja WT, dimana :
w
Ks
= (h2 s − h1) = ∆hKs
= (T
k −1 k P 2 − T 1) = J cp T1 − 1 2s P1
k −1 k R P2 k = T1 − 1 k −1 M P 1
(2.23)
22
w
Ts
= (h3 − h 4 s ) = J∆hTs
= (T 3 − T
k −1 P4 k ) = J Cp T 3 − 1 4s P3
k R 1 T 3 1 − = k −1 k −1 M P3 k P4
k R = k −1 M
T3 P2 P1
k −1 k
k −1 k
k −1 P2 k T 3 − 1 P 1
(2.24)
Sehingga kerja yang dihasilkan oleh sistem turbin gas, untuk menggerakan beban, adalah :
w
= wTs − wKs = ( ∆hTs − ∆hKs )
P = CP − 2 P 1
k R = k −1 M
k −1 k
P2 P1
T3 s − 1 − T 1 k −1 P2 k P1
k −1 k
T3 s − 1 − T 1 k −1 k P2 P1
23
k R = k −1 M
P2 P1
k −1 k
T −T − 1 3 s k −21s P2 k P1
k −1 P 2 k − 1 P k R = (T1 − T2 s ) 1 k −1 k −1 M P k 2 P1
(2.25)
Dengan demikian efisiensi siklus turbin gas sederhana ideal :
η=
w energi _ masuk
η=
w Cp (T3 − T2 s )
η=
w k R (T3 − T2 s ) k −1 M
η = 1−
1 P2 P1
k −1 k
(2.26)
Persamaan 2.25 tersebut menunjukan besarnya kerja per satuan berat fluida kerja yang dihasilkan oleh sistem turbin gas yang sepenuhnya menghasilkan daya poros, yaitu bahwa semua energi yang tersedia diubah menjadi energi mekanis dengan mengekspansikan gas dari P3 = P2 ke P4s= P1 = tekanan udara sekitar (atmosfer). Maka daya yang dihasilkan turbin gas adalah
24
k −1 P 2 k − 1 P1 • • k R N = mw = m (T3 − T2 s ) k −1 k −1 M P k 2 P1
(2.27)
Dimana daya turbin, •
•
N Ts = m wTs = m ∆hTs k R P2 N =m T1 k − 1 M P1 •
k −1 k
− 1
(2.28)
Daya yang dibutuhkan kompresor,
'() = '() =
*+) =
,∆ℎ+)
89# 8
. 01 6& 3# 45 7 . − 12 6#
− 1: (2.29)
Dan, N = N Ts − N Ks
(2.30)
Dari persamaan 2.28 dapat dilihat bahwa daya turbin akan bertambah jika m atau ∆hTs besar. Laju aliran massa yang besar memerlukan luas penampang saluran yang lebih besar, sedangkan ∆hTs yang lebih besar dapat dicapai bila T3 tinggi ataupun perbandingan tekanan yang tinggi. Usaha memperkecil daya kompresor dilakukan dangan menurunkan T1 dari persamaan 2.26 dapat juga
25
dilihat bahwa daya (sistem) turbin gas juga tergantung dari kenaikan temperatur (T3-T2s) yaitu sesuai dengan bahan bakar yang dibakar. Dalam siklus turbin yang sederhana ini hanya digambarkan saja adanya satu kompresor yang bisa saja lebih dari satu; demikian juga halnya dengan ruang bakar dan turbin, dapat lebih dari satu. Maka apa yang ditunjukan pada pada diagram entalpi versus entropi adalah yang berkenaan dengan prosesnya, yaitu apa yang dialami fluida kerja selama siklus tersebut berlangsung. Selanjutnya perlu diketahui T3 adalah temperatur yang paling tinggi dalam siklus tersebut, oleh karena itu harus diwaspadai dan dibatasi sehingga sesui dengan kekuatan material turbin, atau umur pakai turbin yang relatif pendek. Karena prestasi kerja turbin gas sangat tergantung pada ketersediaan udara atmosfer, maka ketinggian tertentu dari muka laut, kerja atau daya yang dihasilkan turbin dikaitkan dengan parameter P1 dan T1. Dalam hubungan ini didifinisikan kerja atau daya spesifik N sp =
N •
mh1
=
N •
m C p T1
Sehingga berdasarkan persamaan 2.25 wsp =
w w = h1 C p T1
(2.31)
26
k −1 P 2 k − 1 T3 T2 s P1 − = − k −1 T1 T1 P k 2 P1
T3 1 P2 = 1 − − k −1 P T 1 P2 k 1 P1
k −1 k
− 1
(2.32)
Dengan demikian daya spesifik yang maksimum yang dapat dicapai untuk temperatur maksimum tertentu, atau (T3/T1) tertentu, dapat diketahui dengan P2 mendiferensiasikan persamaan 2.32 terhadap P1
k −1 k
dan menyamakanya dengan nol,
∂wsp P ∂ 2 P1
k −1 k
T3 P2 T1 P1
=0 (2.33)
k −1 k
−2
=1
Sehingga, T3 P2 = T1 P1 Atau,
2 ( k −1) k
T = 2 s T1
2
T = 3 T4 s
2
(2.34)
27
P2 P1
k
T3 2( k −1) = T1
(2.35)
Yaitu perbandingan tekanan yang optimal untuk (T3/T1) yang ditetapkan. Persamaan 2.34 menunjukan bahwa kondisi
T3 T2 s T3 T3 T2 s = x = x T1 T1 T4 s T1 T4 s Menentukan bahwa T2s = T4s yaitu kondisi perbandingan tekanan yang dapat menghasilkan wsp yang maksimum. Jadi, untuk semua harga (P2/P1) antara 1 dan k
T3 2( k −1) , T4s akan lebih besar dari T2s sehingga dapt digunakan alat penukar T1 panas atau regenerator, antara seksi keluar kompresor dan ruang bakar untuk meningkatkan efisiensi thermal.
2.6
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) PLTG menyokong sekitar 11% dari total produksi listrik PLN di tahun
2013, persentasi ini kemungkinan besar dalam tahun-tahun ke depan akan mengalami kenaikan secara signifikan karena setidaknya disebabkan oleh dua hal yaitu melimpahnya sumber gas alam Indonesia dan sesuai dengan rencana pemerintah untuk mengalihkan pembangkit-pembangkit berbahan bakar minyak menjadi non BBM. Sebuah PLTG mempunyai empat komponen utama yaitu : kompresor, ruang bakar, turbin dan generator.
28
2.6.1
Kompresor (Compressor) Fungsi dari kompresor adalah untuk menaikan densitas dari udara yang
masuk ke ruang bakar. Beberapa kerugian terjadi selama kompresi berlangsung. Prinsipnya dikarenakan oleh kompresor tidak dapat berporasi pada efisiensi 100%.
Konsekuansinya kenaikan secara normal pada temperatur udara
kompresor diimbangi oleh penambahan temperatur.
Penambahan temperatur
pada kompresor mengakibatkan penurunan tekanan dibandingkan tekanan yang akan dicapai. Pada Umumnya PLTG menggunakan kompresor tipe axial (axial flow compressor). Pada kompresor ini aliran udara berlangsung dalam arah aksial (sejajar dengan poros), yang digunakan untuk turbin besar dan mempunyai sejumlah tigkat sudu. Energi ditambahkan ke udara oleh sudu rotor dan diarahkan kembali oleh sudu stator (stationary vane) ke sudu rotor berikutnya. Untuk menghindari kecepatan yang berlebihan, udara di lewatkan diffuser pada setiap tingkat. Karena laluan udara semakin menyempit pada tingkat-tingkat berikutnya, maka volume udara yang semakin berkurang, menyebabkan menaikkan tekanan semakin tinggi. Secara struktural rumah kompresor terdiri dua bagian atas dan bawah hal ini bertujuan untuk mempermudah perawatan. Pada sisi masuk (air inlet) diberikan inlet guide vane untuk pengaturan jumlah udara sesuai dengan kebutuhan dan mengarahkannya.
29
Temperatur sewaktu beroperasi 3000C tidak akan menimbulkan pengaruh yang berarti terhadap material kompresor. Stator dibuat dari besi tuang atau baja. Sudu tetap dibuat dari chromium alloy yang dipasang pada diaphragma secara las atau pen pada ring setengah lingkaran. Sudu putar kompresor (rotor) dibuat dari baja tahan erosi dan korosi serta mempunyai sifat mekanis yang baik dan dipasang pada disc (roda). Roda-roda rotor dipasang pada poros rotor dengan cara dibaut bersama-sama memakai pen pengunci atau dilas. Rotor kompresor dan rotor turbin dipasang seporos (disambung dengan cara dibaut sehingga merupakan rotor tunggal) dan ditumpu oleh bantalan. Udara kompresor yang digunakan untuk membangkitkan energi listrik hanya 15-30% saja, sisanya 70-85% digunakan untuk mendinginkan bagianbagian turbin dan ruang bakar. Kerugian tekanan pada inlet kompresor terjadi pada filter udara dan alat peredam suara.
2.6.2
Ruang Bakar (Combustion chamber, Combustor basket atau Burner) Dalam proses pembakaran, 15- 20% udara dimasukkan disekitar fuel jet
atau nozzle bahan bakar dalam primary zone (reaction zone) untuk proses pembakaran. 30% udara dimasukkan melalui lubang di flame tube atau cross fire tube kedalam secondary zone (soaking
zone) untuk menyempurnakan
pembakaran. Udara sisanya dicampurkan dengan gas pembakaran pada tertiary zone atau dilution zone, untuk pendinginan sampai tercapai temperatur yang diizinkan untuk sisi inlet turbin.
30
Combustion sistem terdiri dari :. Combustor basket, merupakan tempat berlangsungnya proses pembakaran, dan dipasang melingkar diantara outlet kompresor dan inlet turbin Cross fire tube, merupakan pipa interkoneksi diantara ruang bakar untuk nyalakan ruang bakar berikutnya serta mempertahankan keseimbangan tekanan ketika mesin sedang berjalan. Spark plug adalah unit penyala pembakaran, yang terdiri unit penyala dengan capasitor berenergi tinggi, ignition lead dan ignition plug (busi). Fuel nozzle, merupakan alat untuk mengabutkan bahan bakar yang terletak dikepala setiap combustor basket. Ultraviolet flame detector digunakan untuk mendeteksi adanya nyala api dalam ruang bakar. Efisiensi
pembakaran
didefinisikan
sebagai
perbandingan
panas
sesungguhnya yang dikembangkan sewaktu pembakaran (dari jumlah bahan bakar yang diberikan) terhadap total panas ekivalen dari jumlah bahan bakar yang sama, yang mengalir ke ruang bakar. Suatu sistem pembakaran yang efektif harus memenuhi kriteria sebagai berikut: •
penyalaan yang baik
•
drop tekanan rendah
•
stabil
•
berumur panjang
•
profil temperatur seragam pada nozzle tingkat pertama
•
tak ada pembentukan karbon, asap sedikit
31
2.6.3
Turbin (Turbine)
Turbin gas adalah turbin dengan gas sebagai fluida kerjanya. Sebenarnya turbin gas hanyalah merupakan komponen dari suatu sistem turbin gas. Turbin gas merubah energi panas menjadi energi mekanik berupa putaran poros, gaya angkat, gaya dorong dan lain-lain, tergantung orientasi output yang dikehendaki . Desain turbin gas akan memperhatikan hal-hal berikut: putaran poros, laju aliran gas, temperatur masuk dan keluar turbin dan daya turbin. Dalam beberapa turbin, sudu putarnya terbuka atau diberi shrouds yang membentuk suatu band di sisi luar roda turbin dan memberikan pengurangan vibrasi sudu serta memperbaiki karakteristik aliran udara dan menambah efisiensi turbin dengan kebocoran gas di sekitar blade. Massa udara yang terbakar, membentuk gas panas, dipaksa melalui transition piece dan diarahkan ke first stage turbine stationary vane (first stage nozzle). Vane yang berbentuk convergent ini mempercepat aliran massa dan diarahkan ke first stage turbine wheel (sudu jalan tingkat pertama). Kecepatan massa yang membentur sudu jalan, menyebabkan turbin berputar pada porosnya, tapi kecepatan massa gas menjadi turun. Massa gas kemudian memasuki stationary vane tingkat dua (menaikkan kembali kecepatannya) dan kemudian dibenturkan ke sudu jalan tingkat kedua. Selanjutnya ke tingkat ketiga dan keluar dari turbin gas melalui divergent exhaust diffuser ke atmosfer. Rotor dan casing didinginkan dengan udara dari keluaran kompresor. Pendinginan memberikan life time yang lebih panjang serta efisiensi kerja yang tinggi. First stage vane (nozzle) didinginkan oleh udara kompresor melalui blade
32
ring. Udara pendingin (cooling air) melewati slot-slot pada trailing edge dari tiaptiap vane (nozzle). Udara dingin ini ditarik dari combuster shell, dilewatkan ke penukar kalor (jika ada) di sebelah luar, lalu dicampurkan dengan udara combuster yang belum didinginkan, sebelum memasuki blade ring tingkat kedua. Udara yang melewati ke vane, mempunyai dua fungsi: •
sebagai udara untuk memasok seals, sehingga tetap mempertahankan disc cavity pada level temperatur lingkungan dan mencegah airan gas panas memasuki daerah seals
•
mempertahankan seals ring pada temperatur kerja yang optimum. Udara ini kemudian membelok kearah aliran gas, bercampur dengan gas
pembakaran dan keluar lewat exhaust. Udara sisanya mendinginkan vane dan keluar lewat slots pada trailing edge tiap-tiap vane (nozzle). Udara pendingin juga melewati sudu-sudu jalan (buckets) melalui lubanglubang udara pada akar sudu (air inlet) menuju ke puncak sudu.
2.7
Menentukan Nilai Daya Pembangkit, Spesific Fuel Consumtion (SFC) dan Biaya Pembangkitan. - Daya Pembangkit ditentukan dengan persamaan,
';<== =
>
+
??
*;<==
Dimana, Nnett
= Daya Netto turbin, kJ/s = kW
Wnett
= Kerja persatuan berat, (wT – wK), kJ/kg
(2.36)
33
mBB
= Laju aliran massa bahan bakar, (kg/s)
mUD
= Laju aliran massa udara pembakaran (kg/s)
-
Spesific Fuel Consumtion (SFC) SFC merupakan perbandingan konsumsi bahan bakar sebuah mesin
pembakaran dengan total daya netto yang dihasilkan mesin tersebut.
@AB =
∑
DD ∑'
2.37
Diamana, ∑
∑' -
DD = Totol konsusumsi bahan bakar dalam waktu tertentu = Total daya yang dihasilkan mesin dalam satuan waktu tertentu.
Menghitung Biaya Pembangkitan Biaya pebangkitan merupakan hasil pembagian antara total biaya bahan
bakar dengan total energi yang dihasilkan oleh pembangkit, secara umum didifinikan, DGHIH 6J KHLM.GNHL OGPNQG. 6JQ .Rℎ = @AB
2.8
$HQMH DD
3.38
Keuntungan dan Kerugian Penggunanan Turbin Gas Sebagai Pembangkit
34
Pemakaian turbin gas untuk pembangkit tenaga listrik (PLTG) mempunyai beberapa keuntungan dan kerugian, yaitu: a.
Keuntungan turbin gas: Harga pemasangan, pemeliharaan dan perbaikan rendah juga dapat dilakukan dengan cepat serta lebih mudah. Waktu start yang cepat (5 menit sudah paralel), turbin gas dapat memenuhi kebutuhan akan beban puncak. Tidak memerlukan banyak operator untuk mengoperasikannya. Dapat dipasang di semua tempat, sehingga dapat dipasang di pusat beban secara langsung untuk mengurangi losses karena transmisi. Untuk efisiensi lebih lanjut dapat dimodifikasi dengan pengkombinasian dengan turbin uap yaitu memanfaatkan temperatur gas buang turbin untuk membangkitkan uap panas lanjut. Ukuran dan spesifikasinya yang ringkas.
b. Kerugian turbin gas: Karena turbin bekerja pada temperatur tinggi (lebih 1000 0C di dalam ruang bakar) diperlukan spare part yang khusus dan mahal. Usia peralatan yang dilalui gas panas (hot gas path) menjadi lebih pendek daripada turbin uap PLTU. Efisiensi pembakaran yang rendah dikarenakan banyaknya kalor yang terbuang bersama gas buang.
35
Untuk turbin gas yang menggunakan bahan bakar berjenis peak load seperti HSD, biaya operasinya relatif mahal (liter/kwh tinggi). Juga hanya menyampaikan 1/3 daya totalnya yang disuplai keluar (ke konsumen) sedang 2/3 daya totalnya digunakan sendiri untuk menggerakkan kompresor, alat bantu dan generator. Konsumsi bahan bakar (SFC) dari mesin turbin gas ini sangat tinggi dibanding dengan mesin-mesin konversi energi yang lainnya.
2.9
Tinjauan Umum Turbin Gas G-4 PT. Indonesia Power UBP Bali PT. Indonesia Power UBP Bali menggunakan mesin turbin gas sebagai
pembangkitnya sejak tahun 1985, turbin gas yang digunakan adalah merupakan sebuah siklus turbin gas terbuka sederhana yang terdiri dari kompresor, ruang bakar dan turbin ditambah pengubah energi yaitu generator listrik. Untuk UBP Bali sektor Pesanggaran terdapat 4 unit PLTG yang terdiri dari 3 jenis/merk, yaitu: Alsthom pada PLTG 1, General Elektric pada PLTG 2 serta Westinghouse pada PLTG 3 dan 4. Cara kerja pembangkit selengkapnya dapat dilihat pada gambar 2.6
36
Gambar 2.6. Bagan PLTG G3 dan G4 UBP Bali, Pesanggaran Sistem di atas adalah dari PLTG G3 dan G4 yang ada di PT. Indonesia Power UBP Bali dengan merk Westing House: a. Kompresor terdiri dari 19 tingkat. b. Ruang bakar terdiri dari 8 ruang bakar dan terdiri dari 2 ignition dan pada masing-masing ruang bakar terhubung pipa nyala api. c. Turbin terdiri dari 3 tingkat. d. Sistim udara pendingin untuk ruang bakar dan untuk sudu-sudu turbin berasal dari udara kompresor. e. Rotor terdiri dari satu poros dari turbin sampai dengan generator dan terdapat alat pengubah putaran di antara kompresor dan generator. f. Mekanisme penggerak awal berasal dari mesin diesel untuk start yang dikopel langsung dengan poros turbin. g. Bahan bakar yang digunakan berjenis HSD yang ditampung di tangki harian.
37
Udara masuk melalui air inlet filter menuju kompresor, kemudian udara tersebut dimampatkan, selanjutnya udara mampat dialirkan ke ruang bakar. Di dalam ruang bakar kemudian disemprotkan bahan bakar ke dalam arus udara tersebut sehingga terjadi proses pembakaran. Gas hasil pembakaran yang terbentuk ini kemudian dimasukkan ke dalam turbin sehingga akan menghasilkan daya dorong yang memutar turbin. Tubin akan berputarar yang pada giliranya akan memutar kompresor kembali dan generator listrik sebagai daya yang dimanfaatkan lebih lanjut. Gas hasil pembakaran akan keluar dari exhaust silencer.
2.10
Penelitian Terdahulu Dunov (2006). Penelitian dilakukan terhadap PLTG G4 PT. Indonesia
Power UBP Bali. Salah satu metoda untuk menurunkan kerugian energi adalah dengan menambahkan regenerator, dimana penambahan regenerator mampu menaikkan efisiensi siklus thermal sebesar 6%. Santoso ; Basri (2011), dari penelitian Analisis eksergi siklus kombinasi turbin gas-uap unit PLTGU Inderalaya didapatkan hasil bahwa Siklus kombinasi meningkatkan effisiensi, jika dibandingkan dengan effisiensi siklus gas sederhana (29,3%) maka efisiensi siklus kombinasi lebih tinggi (38,6%). Hal ini dapat diaplikasikan pada PLTG G4 PT Indonesia Power UBP Bali yang saat ini belum menerapkan teknologi ini. Astra, I Made dkk; (2010), dari penelitana berjudual Hasil Perhitungan Efisiensi Termal PLTGU dan Peluangnya Sebagai Penyumbang Pemanasan Udara
38
(Studi Pada PLTGU Priok Dengan Pola Operasi 2-2-1 Menggunakan Metode Newton-Raphson). Hasil simulasi perhitungan Newton-Raphson menunjukkan nilai efisiensi optimum sebesar 42,644% untuk daya output sebesar 311,5 MW. Hal ini menunjukkan bahwa simulasi perhitungan Newton-Raphson dan perhitungan data eksperimen memiliki selisih yang kecil, yakni sebesar 0,023%. Sedangkan pada uji efisiensi yang kedua efisiensi optimum 42,623% tercapai ketika daya output total sebesar 310,7 MW. Hasil simulasi perhitungan Newton Raphson menunjukkan nilai efisiensi optimum sebesar 42,644% untuk daya output sebesar 310,7 MW. Hal ini menunjukkan bahwa simulasi perhitungan Newton-Raphson dan perhitungan data eksperimen memiliki selisih yang kecil, yakni sebesar 0,021%. Metode ini memungkinkan untuk menghitung agar didapatkan hasil yang lebih presisi.
39
BAB III KERANGKA BERFIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN
3.1
Kerangka Berfikir Adanya Penurunan performa dan pemaborosan bahan bakar PLTG
Pesanggaran setelah dilakukan over houl menunjukan adanya permasalah yang timbul sebagai akibat dari kesalahan dalam prosesnya. Salah satu cara yang bisa dilakukan untuk mengkoreksi adalah dengan memandingkan parameter-parameter thermodinamika pada setiap titik pengamatan. Ada empat titik pengukuran dan pengamatan yaitu pada titik udara akan memasuki kompresor, udara setalah kompresor, udara dan bahan bakar meninggalkan ruang bakar serta udara dan bahan bakar meninggalkan turbin. Dari hasil pengamatan dan pengukuran tersebut dilakukan analisa secara termodinamika untuk mendapatkan penyebab terjadinya penurunan performa dan pemborosan bahan bakar yang terjadi.
3.2
Konsep Penelitian Konsep penelitian dijelaskan dengan gambar sistem. Gambar sistem
adalah merupakan istrumen penjelas dari sistem atau bagian sistem yang akan dianalisa dalam penelitian. Berikut ini adalah gambar sistem yang di maksud
39
40
Gambar 3.1 Sekema lengkap dari sebuah PLTG (sumber : www.pln.go.id) www.pln.go.id
Nama masing-masing masing bagian : 1.
Barge / Kapal : Alat pengangkut bahan bakar minyak (BBM).
2.
Rumah Pompa
3.
Pompa Minyak
4.
Diesel
5.
Penyaring Udara : Penyaring udara agar partikel debu tidak ikut masuk ke dalam kompresor.
6.
Kompresor : Allat untuk menaikkan tekanan udara gara dibakar bersama dengan Bahan bakar.
7.
Combustion system : Membakar Membakar bahan bakar & udara serta menghasilkan gas bersuhu dan bertekanan tinggi yang berenergi.
8.
Turbin Gas : mengubah energi gas menjadi energi gerak yang memutar generator.
41
9.
Stack / Pipa Pembuangan : membuang sisa gas panas dari turbin.
10.
Generator Utama : Menhasilkan energi listrik.
11.
Pengubah Utama : Alat pengubah utama untuk menjadi energi listrik.
12.
Switch Yard
13.
Jalur transmisi : Penyalur energi listrik ke konsumen.
3.3
Hipotesis Penelitian Berdasarkan kajian pustaka, kerangka, konsep berfikir hasil eksperimental
dan analisa-analisa yang akan dilakukan maka dapat diambil hipotesis penelitiaan bahwa performa pembangkit dapat ditingkatkan dan pemborosan bahan bakar dapat dikurangi dengan melakukan upaya perbaikan sistem secara termodinamika dan mekanis.
42
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN
4.1
Metode Penelitian Dalam menyelesaikan tesis ini langkah–langkah yang dilakukan adalah
sebagai berikut : 1.
Studi literatur, dengan mengumpulkan informasi-informasi yang berkaitan dengan topik yang dibahas. Informasi dikumpulkan melalui buku, internet, surat kabar dan lain-lain.
2.
Pelaksanaan penelitian yang dilakukan meliputi audit energi, analisa penurunan performa, pemborosan bahan bakar dan rekomendasi penyelesaian masalah.
3.
Data yang diambil adalah a.
Temperatur udara luar (T∞)
b.
Tekanan udara luar (P∞)
c.
Temperatur masuk kompresor (T1)
d.
Tekanan masuk kompresor (P1)
e.
Temperatur discharge kompresor (T2)
f.
Tekanan masuk kompresor (P2)
g.
Temperatur masuk Turbin (T3)
b.
Tekanan masuk turbin (P3)
c.
Temperatur gas buang (T4)
d.
Mass fuel flow (m)
42
43
e. 4.
Daya Output (N)
Audit energy, analisa penurunan performa dan pemborosan bahan bakar, langkah-langkahnya adalah sebagai berikut : a.
Mendefenisikan sistem dengan teliti dan lengkap dengan menunjukan batas-batas di dalam suatu sketsa.
Gambar 4.1 Sekema yang akan dianalisa dari sebuah PLTG
Keterangan Gambar C = Kompresor RB = Ruang Bakar T = Turbin Titik 1 = Udara memasuki akan kompresor Titik 2 = Udara keluar dari kompresor dan akan memasuki ruang bakar Titik 3 = Campuran udara dan bahan bakar keluar dari runang bakar dan memasuki turbin Titik 4 = Gas sisa pembakaran keluar dari exhaust gas.
44
b.
c.
Menuliskan daftar idealisasi yang benar. -
Gas kerja adalah gas ideal
-
Turbin dan kompresor bekerja pada tekanan konstan. Menunjukan berbagai aliran energi yang akan diikutsertakan dalam analisa energi dan mencantumkan tanda berbagai aliran energi tersebut pada sketsa sistem, menyatakan basis waktu bagi analisa energi dan membuat sketsa pernyataan proses.
Gambar 4.2 T-s dan P-V Diagram siklus ideal turbin gas
Kerja yang dibutuhkan kompresor (wK)
w
K
= J (h2 − h1)
Kerja yang dihasilan turbin (wT)
w
T
= J ( h3 − h 4 )
Kalor yang dimasukkan dari bahan bakar (qin) Qin= J(h3-h2)
45
Kerja netto sistem (wnett)
w
nett
c.
Mengitung efisiensi pembangkit dengan menggunakan persamaan =
5.
100%
Meneghitung daya terbangkitkan pembangkit, dengan persamaan 2.36 =(
6.
= wT − w K
+
)
Menghitung Biaya Pembangkitan listrik per kWh dengan bahan bakar HSD Biaya Pembangkitan Listrik = SFCaktual x Harga BB
7.
Menanalisa penyebab penurunan performa
8.
Menganalisa penyebab pemborosan bahan bakar
9.
Memberikan rekomendasi penyelesaian masalah.
4.2
Metode yang Digunakan Penulisan Tesis yang akan dilakukan menggunakan metode studi literatur
dan pengambilan data pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas PT. Indonesia Power UBP Bali.
46
4.3
Flow Chart Penelitian START Studi Literatur
Pelaksanaan Penelitian
INPUT Data dari mesin Daya Terbangkitkan (MW) (P,T)1,2,3,4
-
PROSES Distribusi Energi pada mesin dengan HSD = J (h2 − h1) - wK - wT = J (h3 − h4) -
Qin= J(h3-h2)
-
w
= wT − wK
PROSES Menghitung Efisiensi -
=
100%
PROSES Mengitung Daya Terbangkitkan dan pemborosan =(
+
)
47
PROSES Mengitung SFC dengan BB HSD !" =
∑ $$ ∑
PROSES Biaya Pembangkitan Listrik per kWh $%&'& () *. ,%-./%0 1)/ 02ℎ =
!"
4&/5& 4 6
OUTPUT -
-
Efesiensi Penyusutan daya pembangkit pemborosan poses Pembangkitan SFC Biaya Pembangkitan per kWh
Analisa Teknik Penyebab penurunan performa pembangkit dan pemborosan bahan bakar setelah over houl Rencana kerja untuk mengilangkan penurunan performa dan pemborosan bahan bakar setelah over houl
Rekomendasi
END
48
4.4
Pengolahan Data Data-data yang diperoleh kemudian dilakukan analisa perhitungan energi
yang tersedia maupun kerugian yang terjadi setiap proses dan aliran fluida. Dari data energi yang tersedia dan kerugian energi, maka ditentukan efesiensi dari sistem. Kemudian ditentukan alternatif-alternatif untuk mengurangi kerugiankerugian yang terjadi. Dan semua hasilnya akan dituliskan pada tabel analisa.
4.5
Tempat dan Waktu Penelitian
4.5.1
Tempat Penelitian Studi literatur dilakukan diperpustakaan Universitas Udayana, Internet,
perpustakaan PT indonesia Power UBP Bali dan sumber – sumber lain yang relevan. Data yang diambil adalah data operasi harian mesin pembangkit listrik tenaga gas.
4.5.2
Waktu Penelitian Penelitian akan dilaksanakan sesuai dengan tabel di bawah ini
Tabel 4.1 Jadwal Penelitian No Kegiatan Sept 13 1
Study literature
2
Pengambilan Data
3
Analisa Data
4
Penyusunan Laporan
Okto 13
Nov 13
Des 13
Jan 14
49
BAB V HASIL PENELITIAN
5.1. Data Hasil Penelitian Hasil pengamatan terhadap PLTG G4 PT IP UBP Bali unit pembangkit Pesanggaran sebelum dilakukan over houl ditampilkan dalam Tabel lampiran 1 sedangkan hasil pengamatan terhadap pembangkit sebelum dilakukan over houl ditampilkan pada tabel pada lampiran 2.
5.2. Data Pendukung Data pendukung meliputi spesifikasi teknis pembangkit, data bahan bakar dan kondisi lingkungan pada saat dilakukan penelitian.
5.2.1
Spesifikasi Teknis PLTG G4
a.
Kompresor
b.
Tipe
: Axial Flow
Jumlah Tingkat
: 19
Rasio Kompresi
: 14:1
Efisiensi Kompresor
: 85,87 %
Sistem Pembakaran Tipe Ruang Bakar
: Can Annular
Jumlah Pembakar
:8
49
50
c.
d.
e.
Turbin Jumlah Tingkat
:3
Air Flow
: 165,2 kg/s
Efisiensi Turbin
: 86,10 %
Mesin Pembangkit Merk
: Westhing House
Type
: 251B11
No. Pabrik
: 4658127
Daya
: 42.070 kW
Putaran
: 5427 RPM
Tahun Pembuatan
: 1993
Tgl mulai Operasi
: 27 Agustus 1994
Generator Merk
: SYNCRONOUS.M
No. Pabrik
: 6128A-2G
No. Seri
: BDAX7-290ER
Tegangan
: 11.500 Volt
Arus
: 3.081 Ampere
Frekuensi
: 50 Hz
KVA Terpasarng
: 61.375 KVA
KW Terpasang
: 49.100 kW
Cos φ
: 0,80
51
5.2.2. Spesifikasi Bahan Bakar a.
Bahan bakar : minyak solar / HSD
b.
LHV
: 19.606,00 BTU/Lbm
c.
SG
: 0,8420 kg/ltr
5.3
Perhitungan Mesin Pembangkit Setelah Over Houl
5.3.1
Deskripsi Kondisi Pengambilan Data
a.
Data diambil pada tanggal 12 Desember 2013 – 17 Desember 2013
b.
Kondisi cuaca cerah sepanjang hari (siang dan malam)
c.
Data diambil selama 1 hari penuh (24 Jam)
d.
Data disalin dari monitor control di control room PLTG Pesanggaran
e.
Data yang diambil adalah pada PLTG 4, mengingat unit ini yang dijalankan 24 jam penuh
5.3.2
Mengitung Nilai Entalphi (h) Pada Setiap Titik Pengukuran Data yang dicantumkan dalam cara penghitunganya adalah data rata-rata
pada tanggal 12 Desember 2013. Titik pengukuran 1, udara sebelum memasuki kompresor - T1 = 27,65 0C ↔300,65 K - Dari tabel Gas-ideal properties udara didapatkan Temperatur 300 K,
h= 300,19 kJ/kg
Temperatur 305 K,
h= 305,22 kJ/kg
Dengan cara iterasi kemudian didapatkan nilai entalphi (h1) untuk temperatur
52
300,65 K, yaitu : 300,65 − 300 ℎ1 − 300,19 = 305 − 300 305,22 − 300,19 ℎ1 = 300,19 +
(0,65 5,3) 5
h1 = 300,84 kJ/kg
Titik pengukuran 2, udara keluar dari kompresor - T2 = 431,10 0C ↔ 704,10 K - Dari tabel Gas-ideal properties udara didapatkan Temperatur 700 K,
h = 713,27 kJ/kg
Temperatur 710 K,
h = 724,04 kJ/kg
Dengan cara iterasi kemudian didapatkan nilai entalphi (h2) untuk temperatur 702,20 K adalah: ℎ2 − 713,27 704,10 − 700 = 724, 04 − 713,27 710 − 700 ℎ2 = 713,27 +
(4,10 10,77) 10
h2 = 717,68 kJ/kg.
Titik pengukuran 3, campuran udara dan bahan bakar setelah ruang bakar, sebelum memasuki turbin T3
=
1105,46 0C ↔ 1379,40 K
Dari tabel Gas-ideal properties udara didapatkan
53
Temperatur 1360 K,
h = 1467,49 kJ/kg
Temperatur 1380 K,
h = 1491,44 kJ/kg
Dengan cara iterasi kemudian didapatkan nilai entalphi (h3) untuk temperatur 1378,46 K 1378,46 − 1360 ℎ3 − 1467,49 = 1380 − 1360 1491,44 − 1467,49 ℎ3 = 1467,49 +
(18,46) (23,95) 20
h3 = 1489,60 kJ/kg
Titik pengukuran 4, campuran udara dan bahan bakar meninggalkan turbin (exhaust gas) T4 = 522,32 0C ↔ 795,32 K Dari tabel Gas-ideal properties udara didapatkan Temperatur 780 K,
h = 800,03 kJ/kg
Temperatur 800 K,
h = 821,95 kJ/kg
Dengan cara iterasi kemudian didapatkan nilai entalphi (h4) untuk temperatur 795,32 K 795,32 − 780 ℎ4 − 800,03 = 800 − 780 821,95 − 800,03
ℎ4 = 800,03 +
(15,32) (21,92) 20
h4 = 816,83 kJ/kg
54
5.3.3 Menghitung Kerja Persatuan Berat Fluida Kerja Kerja Kompresor (wK) Wk
= h2 – h1 = 717,68 kJ/kg – 300,84 kJ/kg = 416,84 kJ/kg
Dari data teknis mesin pemangkit diketahui efisiensi kompresor adalah 85,61%, maka wK
= ηK (h2 – h1) = 0,8561 x 417,40 kJ/kg = 356,86 kJ/kg
Kerja Turbin (wT) wT
= h3 – h4 = 1489,60 kJ/kg – 816,83 kJ/kg = 672,77 kJ/kg
Dari data teknis mesin pemangkit diketahui efisiensi turbin adalah 89,87 %, jadi kerja Turbin wT
= ηT (h3 – h4) = 0,8987 x 672,77 kJ/kg = 604,61 kJ/kg
Kerja Kerja Netto (wnett) wnett
= wT - wk
55
= 604,61 kJ/kg - 356,86 kJ/kg = 247,75 kJ/kg
Kalor Masuk Sistem (qin) Qin
= h3 – h2 = 1489,60 kJ/kg – 717,68 kJ/kg = 771,91 kJ/kg Efisiensi Thermis (ηth) =
100 % 247,75
=
771,91
100 %
= 32,10 %
5.3.4
Menghitung Daya Netto Turbin (Nnett) Berdasarkan spesifikasi teknis pembangkit diketahui bahwa :
a.
Laju aliran udara di kompresor adalah 165,20 kg/s, dan
b.
Laju konsumsi bahan bakar HSD adalah 223,5342 lpm = 3,1388 kg/s, Daya turbin netto, Nnett rata-rata ditentukan dengan persamaan di bawah
ini. : Nnett
= ( mud + mbb ) wnett
Nnett
= ( mud + mbb ) Wnett
Nnett
= ( 165,20 kg/s + 3,1388 kg/s ) x 247,75 kJ/kg
56
= 41.569,58 kJ/s = 41.569,58 kW Karena efisiensi generator adalah sebesar 92,544%, sehingga daya output keluaran generator adalah Ngenerator
= 41.705,98 kW x 92,544% = 38.596,38 kW
5.3.5 Menghitung Spesifik Fuel Consumtion (SFC) Toritis !"# =
∑ %& '' ∑ ( )* + 3,14
!"# =
0,8435
, 3600 01/ 23% /./ 38.596,38
SFC = 0,347 lt/kWh
Aktual !"# =
∑ %& '' ∑ (56 789 3,14
!"# =
0,8435
, 3600 01/ 23% /./ 38.470 :
= 0,348 lt/kWh
57
= 0,326 lt/kWh
5.3.6
Menghitung Biaya Pembangkitan Listrik Teoritis Biaya Pembangkitan per kWh
=
SFC x Harga BBM
=
0,347 lt/kWh x Rp. 9.800,-
=
Rp. 3.401 /kWh
=
SFC x Harga BB
=
0,348 lt/kWh x Rp 9.800,-/lt
=
Rp 3.410 /kWh
Aktual Biaya Pembangkitan per kWh
5.3.7
Menghitung Produksi Listrik Harian Dari hasil perhitungan didapatkan :
a.
Daya terbangkitkan secara teoritis
= 38.596,38 kW
b.
Daya terbangkitkan secara aktual
= 38.470,00 kW
Toritis Produksi listrik harian
= NTeoritiis x 24 jam = 38.596,38 kW x 24 jam = 926.313 kWh
Aktual Produksi listrik harian
= NAktual x 24 jam
58
= 38.470,00 kW x 24 jam = 923.280 kWh
5.3.7
Menghitung Penyusutan Daya Pembangkit Dari data mesin pembangkit dan hasil perhitungan didapatkan :
a.
Daya awal pembangkit
= 42.070,00 kW
b.
Daya terbangkitkan secara teoritis
= 38.596,38 kW
c.
Daya terbangkitkan secara aktual
= 38.470,00 kW
Toritis Penyusutan
= NPerencanaan – NTeoritiis
Penyusutan
= 42.070 kW – 38.596,38 kW = 3473,62
Aktual Penyusutan
= NPerencanaan - NAktual
Penyusutan
= 42.070 kW – 38.470 kW = 3600 kW
Hasil perhitungan entalpi (h), kerja persatuan massa fluida, kerja pembangkit dan daya terbangkitkan di tampilkan dalam lampiran 3.
59
5.4
Perhitungan Mesin Pembangkit Sebelum Over Houl
5.4.1
Deskripsi Kondisi Pengambilan Data
a.
Data diambil pada bulan Desember 2013
b.
Kondisi cuaca cerah sepanjang hari (siang dan malam)
c.
Data diambil selama 1 hari penuh (24 Jam)
d.
Data disalin dari monitor control di control room PLTG Pesanggaran
e.
Data yang diambil adalah pada PLTG 4, mengingat unit ini yang dijalankan 24 jam penuh
5.4.2
Mengitung Nilai Entalphi (h) Pada Setiap Titik Pengukuran Data yang dicantumkan dalam cara penghitunganya adalah data rata-rata
Titik pengukuran 1, udara sebelum memasuki kompresor - T1 = 26,19 0C ↔299,19 K - Dari tabel Gas-ideal properties udara didapatkan Temperatur 298 K,
h= 298,18 kJ/kg
Temperatur 300 K,
h= 300,19 kJ/kg
Dengan cara iterasi kemudian didapatkan nilai entalphi (h1) untuk temperatur 299,19 K, yaitu : ℎ1 − 298,18 299,19 − 298 = 300 − 298 300,19 − 298,18 ℎ1 = 300,19 +
(1,19 2,01) 2
h1 = 299,38 kJ/kg
60
Titik pengukuran 2, udara keluar dari kompresor - T2 = 428,40 0C ↔ 701,40 K - Dari tabel Gas-ideal properties udara didapatkan Temperatur 700 K,
h = 713,27 kJ/kg
Temperatur 710 K,
h = 724,04 kJ/kg
Dengan cara iterasi kemudian didapatkan nilai entalphi (h2) untuk temperatur 702,20 K adalah: 701,40 − 700 ℎ2 − 713,27 = 710 − 700 724, 04 − 713,27 ℎ2 = 713,27 +
(1,40 10,77) 10
h2 = 714,78 kJ/kg.
Titik pengukuran 3, campuran udara dan bahan bakar setelah ruang bakar, sebelum memasuki turbin T3
=
1105,35 0C ↔ 1379,35 K
Dari tabel Gas-ideal properties udara didapatkan Temperatur 1360 K,
h = 1467,49 kJ/kg
Temperatur 1380 K,
h = 1491,44 kJ/kg
Dengan cara iterasi kemudian didapatkan nilai entalphi (h3) untuk temperatur 1378,46 K 1378,35 − 1360 ℎ3 − 1467,49 = 1380 − 1360 1491,44 − 1467,49
61
ℎ3 = 1467,49 +
(18,35) (23,95) 20
h3 = 1489,46 kJ/kg
Titik pengukuran 4, campuran udara dan bahan bakar meninggalkan turbin (exhaust gas) T4 = 518,66 0C ↔ 791,66 K Dari tabel Gas-ideal properties udara didapatkan Temperatur 780 K,
h = 800,03 kJ/kg
Temperatur 800 K,
h = 821,95 kJ/kg
Dengan cara iterasi kemudian didapatkan nilai entalphi (h4) untuk temperatur 791,66 K 791,66 − 780 ℎ4 − 800,03 = 800 − 780 821,95 − 800,03
ℎ4 = 800,03 +
(11,66) (21,92) 20
h4 = 812,82 kJ/kg
5.4.3 Menghitung Kerja Persatuan Berat Fluida Kerja Kerja Kompresor (wK) Wk
= h2 – h1 = 714,78 kJ/kg – 299,38 kJ/kg
62
= 415,40 kJ/kg Efisiensi Kompresor adalah 85,61%, maka wK
= ηK (h2 – h1) = 0,8561 x 417,40 kJ/kg = 355,63 kJ/kg
Kerja Turbin (wT) wT
= h3 – h4 = 1489,46 kJ/kg – 812,82 kJ/kg = 676,64 kJ/kg
Efisiensi Turbin adalah 89,87 %, jadi kerja Turbin wT
= ηT (h3 – h4) = 0,8987 x 672,77 kJ/kg = 608,10 kJ/kg
Kerja Kerja Netto (wnett) wnett
= wT - wk = 608,10 kJ/kg – 355,63 kJ/kg = 252,47 kJ/kg
Kalor Masuk Sistem (qin) Qin
= h3 – h2 = 1489,46 kJ/kg – 714,78 kJ/kg
63
= 774,68 kJ/kg Efisiensi Thermis (ηth) =
100 % 252,47
=
774,68
100 %
= 32,59 %
5.4.4. Menghitung Daya Netto Turbin (Nnett) Berdasarkan spesifikasi teknis diketahui bahwa : a.
Laju aliran udara di kompresor adalah 165,20 kg/s, dan
b.
Laju konsumsi bahan bakar HSD adalah 213,81 lpm = 3,00 kg/s, Daya turbin netto, Nnett rata-rata ditentukan dengan persamaan di bawah
ini. : Nnett
= ( mud + mbb ) wnett
Nnett
= ( mud + mbb ) Wnett
Nnett
= ( 165,20 kg/s + 3,00 kg/s ) x 247,75 kJ/kg = 42.466,39 kJ/s = 42.466,39 kW
Karena efisiensi generator adalah sebesar 92,544%, sehingga daya output keluaran generator adalah
64
Ngenerator
= 42.466,39 kW x 92,544% = 39.300,10 kW
5.4.5 Menghitung Spesifik Fuel Consumtion (SFC) Toritis ∑ %& '' ∑ ( )* +
!"# =
3,00 0,8435
!"# =
, 3600 01/ 23% /./ 39.300,10
SFC = 0,3259 lt/kWh
Aktual ∑ %& '' ∑ (56 789
!"# =
3,14 0,8435
!"# =
, 3600 01/ 23% /./ 39.148,75 :
= 0,3271 lt/kWh
5.4.6
Menghitung Biaya Pembangkitan Listrik Teoritis Biaya Pembangkitan per kWh = SFC x Harga BBM = 0,3259 lt/kWh x Rp. 9.800,-
65
= Rp. 3.194 /kWh Aktual Biaya Pembangkitan per kWh
= SFC x Harga BB = 0,3271 lt/kWh x Rp 9.800,-/lt = Rp. 3.206 /kWh
5.4.7
Menghitung Produksi Listrik Harian Dari hasil perhitungan didapatkan :
c.
Daya terbangkitkan secara teoritis
= 39.300,10 kW
d.
Daya terbangkitkan secara aktual
= 39.148,75 kW
Toritis Produksi listrik harian
= NTeoritiis x 24 jam = 39.300,10 kW x 24 jam = 943.202 kWh
Aktual Produksi listrik harian
= NAktual x 24 jam = 39.148,75 kW x 24 jam = 939.570 kWh
5.4.8
Menghitung Penyusutan Daya Pembangkit Dari data mesin dan hasil perhitungan didapatkan :
e.
Daya Awal Pembangkit
= 42.070,00 kW
f.
Daya terbangkitkan secara teoritis
= 39.300,10 kW
g.
Daya terbangkitkan secara aktual
= 39.148,75 kW
66
Toritis Penyusutan
= NPerencanaan – NTeoritiis
Penyusutan
= 42.070 kW – 39.300,10 kW = 2.769,90
Aktual Penyusutan
= NPerencanaan - NAktual
Penyusutan
= 42.070 kW – 39.148,75 kW = 2.921,25 kW
Hasil perhitungan entalpi (h), kerja persatuan massa fluida, kerja pembangkit dan daya terbangkitkan di tampilkan dalam lampiran 4
5.5
Menghitung Pemborosan Mesin Pembangkit Toritis Pemborosan = Nsebelum OH – Nsesudah
OH
= 39.300,10 kW– 38.596,38 kW = 703,72 kW Jika dinyatakan dalam persen
D
Pemborosan = 1 − D EFGHIJK LM
EFNFOHP LM
Pemborosan = 1 −
38.596,38 39.300,10
Pemborosan = 1 – 0,982
67
Pemborosan = 0,0128 = 1,28 % Aktual Pemborosan = Nsebelum OH – Nsesudah
OH
= 39.148,75 kW– 38.470 kW = 678,75 kW Jika dinyatakan dalam persen (%) D
Pemborosan = 1 − D EFGHIJK LM
EFNFOHP LM
Pemborosan = 1 −
38.470,00 39.148,75
Pemborosan = 1 – 0,982 Pemborosan = 0,0173 = 1,73 %
68
5.6
Analisa Keteknikan
Tabel 5.1 Perbandingan parameter hasil perhitungan Setelah Over houl No
Sebelum Over houl
Uraian Teoritis
1 LHV HSD (kJ/kg)
Aktual
Teoritis
45.564,34
2 h1 (kJ/kg)
300,84
299,38
3 h2 (kJ/kg)
717,69
714,78
4 h3 (kJ/kg)
1489,60
1489.46
5 h4 (kJ/kg)
816,83
812,82
6 wK (kJ/kg)
356,86
355,63
7 wT (kJ/kg)
604,61
608,10
8 qin (kJ/kg)
771,91
774,68
9 wnett (kJ/kg)
247,75
252,47
32,10
32,59
223,53
213,69
10 ηTh (%) 11 Laju Aliran BB (lpm) 12 Laju Aliran udara (kg/det) 13 Daya (kW)
Aktual
165,2 38.596,38
38.470,00
39.300,10
39.148,75
0,3469
0,3480
0,3259
0,3271
15 Penyusutan (kW)
3473,62
3600,00
2921,25
2.769,90
16 Pemborosan (kW)
703,72
678,75
926.313
923.280
943.202
939.570
14 SFC (lt/kWh)
17 Produksi Listrik (kWh/Hari)
69
Dari tabel 5.1 di atas dapat dijelaskan dengan analisis sebagai berikut, a.
Entalpi Sistem Entalpi, (h) dari 1 sampai 4 adalah nilai-nilai yang didasarkan pada
penentuan asumsi fluida kerja adalah gas ideal. b.
Kerja kompresor (wK) Kerja kompresor (wK) adalah kerja yang dibutuhkan kompresor. Kerja
kompresor merupakan selisih dari nilai entalpi dari fluida kerja sebelum dan sesudah meninggalkan kompresor. Secara teoritis kerja kopresor dapat diturunkan dengan menaikan h1 atau menurunkan h2. Cara pertama dapat dijalankan dengan melakukan pemanasan awal udara yang akan memasuki kompresor, sedangkan cara kedua dapat dilakukan dengan pendinginan casing dari kompresor. Cara pertama lebih rasional untuk dijalankan,dengan menggunakan exhaust gas untuk pemanasan awal, atau menggunakan gas buang yang sudah dilewatkan regenerator. sedangkan cara kedua hampir tidak bisa dikerjakan karena kerja untuk menggerakan massa udara yang harus dihembuskan untuk mendinginkan casing akan lebih besar dari efek kerja yang didapatkan.
c.
Kerja turbin (wT) Kerja turbin merupakan selisih dari entalpi fluida kerja sebelum dan
sesudah turbin. Kerja turbin digunakan untuk menggerakan komproser dan peralatan lainya. Sisa kerja turbin kemudian digunakan untuk memutar generator.
70
Kerja turbin yang bias dimanfaatkan untuk menggerakan generator mempunyai range antara 30-40 %., sisanya digunakan untuk menggerakan sistem lainnya. Dari hasil perhitungan kerja netto (wnett) : wnett
= wT – wK = 581,61 kj/kg – 356,64 kj/kg = 224,97 kJ/kg
Jika dinyatakan dalam presentase adalah % 1Q23 /RQSTU S1Q RU3 =
% 1Q23 /RQSTU S1Q RU3 =
VWXYY VY
100 %
6^ Z[\,\] 6_ 6^ `a[,`b 6_
100 %
= 40,98 % Kerja netto dari turbin akan semakin besar apabila kerja kompresor diperkecil, temperatur fluida masuk turbin dinaikkan, atau temperatur keluar turbin diturunkan. Memperkecil kerja kompresor sudah dijelaskan dalam poin b di atas. Menaikkan temperatur fluida masuk turbin bisa dilakukan dengan memperbaiki kinerja ruang bakar atau menambahkan laju aliran massa bahan bakar. Temperatur maksimal harus disesuaikan dengan ketahanan material bahan, mengingat turbin, khususnya turbin gas industri beroperasi dalam waktu yang lama. Cara memaksimalkan fluida kerja lebih rasional dilaksanakan dengan memaksimalkan kinerja turbin atau dengan menambahkan regenerator.
71
d.
Panas masuk sitem (qin) Panas masuk sitem (qin) dihitung berdasarkan perbedaan entalpi dari
fluida kerja saat sebelum dan sesudah ruang bakar. Panas masuk sistem merupakan fungsi dari temperatur masuk ruang bakar, nilai kalor bahan bakar dan efisiensi ruang bakar. Untuk menghasilkan temperatur T3 yang sama dengan asumsi laju aliran massa bahan bakar dan efisiensi ruang bakar konstan, bisa dilakukan dengan menaikkan temperatur udara sebelum memasuki ruang bakar. Cara ini lebih dikenal dengan penambahan regenerator atau reheater.
e.
Efisiensi thermis Efisiensi thermis merupakan perbandingan antara kalor yang dibutuhkan
sistem untuk menghasikan kerja dibandingakan dengan kerja berguna, atau kerja yang bisa dihasikan sistem.
f.
Penyusutan Daya Pembangkit. Hal ini terjadi salah satunya karena umur pakai. Jika dioperasikan terus,
maka semakin tahun akan semakin bertambah tingkat penyusutannya (efisiensi berkurang). Hal ini apabila terus dibiarkan akan berakibat pada semakin merugikan perusahaan pembangkit.
72
g.
Daya Pembangkit Daya Pembangit diketahui dari alat ukur yang terpasang pada sistem. Daya
ini adalah daya riil yang dihasilkan sistem. Daya yang dihasilkan dengan secara aktual setelah over houl adalah 38.470 kW, lebih kecil dari sebelum over houl yaitu sebesar 39.148,75 kW. Ada penurunan daya pemabngkir sebesar 678,25 kW atau jika dinyatakan dalam persen adalah 1,73%. Koreksi daya ini bisa dilakukan dengan menghitung daya yang seharusnya dihasilkan sistem dengan pendekatan properties fluida kerja pada titik-titik pengukuran yang telah ditetapkan. Nilai ini tidak terlalu jauh berbeda dengan hasil pendekatan dari hasil pengukuran pada titik-titik pengukuran yang telah ditetapkan. Besar daya setelah over houl adalah 38.596,38 kW, lebih kecil dari daya sebelum over houle yaitu 39.300,10 kW. Ada pemborosan pembangkir 703,72 kW. Dari cara kedua unutk mengetahui daya pembangkit yang seharusnya dihasilkan dapat digunakan untuk menetapkan dasar pemborosan, atau peluang penghematan yang dapat dilakukan. Dari hasil perhitungan diketahui bahwa besar potensi penghematan sebelum dan seudah over houl adalah 1,29% hingga 1,73%. Hal ini terjadi karena telah terjadi peningkatan laju aliran massa bahan bakar diruang bakar, yang berakibat pada tetap terjaganya temperature tertinggi (T3), namaun berdampak pada meningkatnya temperatur gas buang.
73
h.
Specifik Fuel Consumtion (SFC) SFC merupakan perbandingan antara bahan bakar yang digunakan sistem
dengan daya yang dihasilkan sistem. SFC pada umumnya dinyatakan dalam satuan yang bisa menggambarkan nilai ekonomisnya. Misalnya, dalam penggunaan BBM pernyataan SFC pada umumnya dinyatakan dalam liter/kWh, hal ini dipilih karena BBM dalam penjualannya dalam satuan volume bukan satuan massa. BBM tidak mengalami perubahan yang mencolok akibat perubahan temperatur lingkungan.
5.7
Analisa Ekonomi
Tabel 5.2 Perbandingan Parameter Ekonomi No 1 2 3
4
Uraian Biaya Pembangkitan (Rp/kWh) Produksi Listrik (kWh/Hari) Biaya Pembangkitan (Rp/hari) Pemborosan (Rp/hari)
Setelah Over houl Teoritis Aktual
Sebelum Over houl Teoritis Aktual
3.401
3.410
3.194
3.206
926.313
923.280
943.202
939.570
3.150.390.513
3.148.384.800
3.012.587.188
3.012.261.420
137.803.325
136.123.380
Dari tabel 5.2 di atas dapat dilakukan analisa bahwa ada potensi pemborosan sebelum dan sesudah over houl terhadap biaya pembangkitan secara aktual yaitu Rp. 136.123.380,- dan secara toritis sebesar Rp. 137.803.325,-.
74
BAB VI PEMBAHASAN
6.1
Analisa Termodinamika Berdasarkan perhitungan pada titik-titik pengukuran di dapatkan nilai-nilai
parameter yang dapat dibandingkan yaitu Tabel 6.1 Parameter Temperatur dan Entalpi Rata-Rata Temperatur
Entalpi
Parameter Sesudah OH
Sebelum OH
Sesudah OH
Sebelum OH
Titik 1
27,65
26,19
300,84
299,38
Titik 2
431,10
428,40
717,78
714,78
Titik 3
1105,46
1105,35
1489,60
1489,46
Titik 4
522,32
518,66
816,83
812,82
Dari tabel 6.1 di atas dibuat Grafik P-v dan T-s diagram sebagai berikut T-s Diagram PLTG G4 Pesangaran Sesudah dan Sebelum Over Houl 1200 1000 T (0C)
800 600 Sesudah OH
400
Sebelum OH 200 0 0
1
2
3
4
S ( kJ/kg K)
Gambar 6.1 Gambar T-s Diagram PLTG G4 Pesanggaran 74
75
P-v Diagram PLTG G4 Pesangaran Sesudah dan Sebelum Over Houl 250
P (psi)
200 150 100
Sesudah OH
50
Sebelum OH
0 0
200
400
600
800
v Gambar 6.2 Gambar P-v Diagram PLTG G4 Pesanggaran
Pada Titik pengukuran 1, diukur nilai tekanan dan temperatur. Yang diukur adalah kondisi lingkungan. Temperatur dan tekanan ini dipengaruhi oleh waktu, cuaca, musim, posisi matahari, kecepatan angin dan hal-hal lain. Pada tabel 6.1, gambar 6.1 dan 6.2 diatas dapat dilihat bahwa secara rata-rata ada perbedaan temperatur yang di maksud pada dua data hasil pengamatan sebelum dan seudah over houl yaitu sebesar 1,46 0C yang secara liner juga meningkatkan entalphi pada titik pengukuran yang dimaksud. Besar kenaikan entalphi adalah sebesar 1,45 kJ/kg. Pada titik pengukuran 2 diukur nilai temperatur dan tekanan. Jika dilihat pada titik pengukuran 2 temperatur keluaran kompresor sesudah OH menjadi lebih tinggi yaitu sebesar 431,10 0C dibandingkan dengan nilai sebelum OH yaitu 428,40 0C terjadi selisih temperatur sebesar 2,69 0C. Secara langsung juga menyebabkan adanya selisih entalphi yaitu sebesar 2,69 kJ/kg. Adanya kenaikan
76
entalphi setelah proses kompresi memicu kenaikan konsusmsi bahan bakar. Hal ini terjadi sebagai konsekuesni agar pembakaran dalam ruang bakar sempurna sesuai dengan kesetimbangan reaksi kima pembakaran. Besar kenaikan konsumsi bahan bakar adalah sebesar 9,72 liter per menit atau 0,14 kg/s. Pada titik pengukuran 3 teramati bahwa tidak ada kenaikan temperatur yang signifikan yaitu 1105,46 0C dan 1105,350C. Adanya kenaikan konsumsi bahan bakar tidak diimbangi dengan naiknya temperatur fluida kerja setelah proses pembakaran. Entalphi yang dibawa dari kelebihan bahan bakar tidak mampu diubah menjadi kerja berguna yang bisa dimanfaatkan turbin. Hal ini karena adanya batas maksimal temperature yang diijinkan pada ruang bakar. Temperatur kerja diruang bakar harus dibatasi karena bekerja dalam tekanan dan temperatur sangat tinggi. Pada titik pengukuran 4 teramati adanya kenaikan tempatur jika di bandingkan konsisi sebelum dan sesudah OH. Selisih kenaikan temperatur yang dimaksud adalah sebesar 5,730C. Kenaikan temperatur pada titik pengukuran 4 adalah sebagai akibat dari adanya kelebihan konsumsi bahan bakar yang gagal diubah menjadi kerja berguna.
6.2
Rekomendasi Penyelesaian Masalah Pembangkit Listrik Tenaga Gas G4 Pesanggaran mengalami pemborosan
bahan bakar dan penurunan performa hal ini dapat diatasi dengan melakukan perlakuan-perlakuan terhadap subsistem sebgai berikut
77
Kompresor Kerja yang dibutuhkan kompresor sesudah dilakukan OH mengalami kenaikkan sebesar 1,23 kJ/kg. Pada titik pengukuran 1 diketahui nilai temperatur masuk kompresor lebih tinggi anatara sebelum dan sesudah OH, seharusnya secara liner dapat menurunkan kerja kompresor, tetapi pada kondisi ini justru sebaliknya. Hal ini menunjukan adanya permasalah pada mekanikal kompresor. Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan memperbaikai atau mengatur ulang rapat-longgar dari sudu-sudu kompresor. Untuk memperkecil kerja kompresor dapat dilakukan pemanasan awal udara yang memasuki kompresor. Pada Studi yang telah dilakukan sebelumnya pemanasan awal udara yang akan memasuki kompresor dapat meningkatkan efisiensi termis sebesar 6%.
Ruang Bakar Sebagai Akibat dari naiknya temperature dari fluida kerja setelah dikompresi memicu kenaikan konsumsi bahan bakar, tetapi kelebihan bahan bakar yang dimasukan ke ruang bakar tidak mampu menaikan temperature tertinggi (T3). Hal ini terjadi karena dalam pengoperasinya temperaut tertinggi dibatasi, pembatasan ini dilakukan untuk menjaga material ruang bakar agar lebih tahan lama. Akibatnya energi yang lebih dari kelebihan konsumsi bahan bakar dikelurkan melaui fluida kerja tanpa sempat diubah menjadi kerja berguna. Untuk menjaga agar proses pembakaran pada ruang bakar sesuai dengan kondisi pengaturan awal dapat dilakukan degan menjaga properties bahan bakar
78
yang meliputi massa jenis dan kekentalan dapat dijaga dengan melakukan pemanasan awal terhadap bahan bakar yang akan diinjeksikan ke ruang bakar. Semakin encer sebuah bakan bakar secara linier akan menyebabkan bahan bakaar menjadi mudah untuk dicampurkan.
Turbin Secara Keseluruhan kerja turbin mengalami penurunan sebesar 3,49 kJ/kg sesudah melakukan over houl. Hal ini karena temperatur yang keluar dari turbin mengalami peningkatan sebagai akibat dari kelebihan konsumsi bahan bakar.
74
BAB VII SIMPULAN DAN SARAN
7.1
Simpulan Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut:
1.
Penurunan performa pembangkit terjadi karena adanya peningkatan temperatur
pada
fluida kerja keluar dari kompresor (T2) secara rerata sebesar 2,69 0C dan temperatur keluar turbin (T4) secara rerata sebesar 3,66 0C. Hal ini menyebakan adanya penurunan kerja netto sebesar 4,72 kJ/kg, penurunan kerja netto menyebabkan penurunan daya pembangkit secara katual sebesar 678,75 kW secara aktual dan secara teoritis 703,72 kW. 2.
Peningkatan konsumsi bahan bakar dipicu oleh adanya peningkatan temperatur setelah proses kompresi. agar terjadi rasio udara-bahan bakar yang tepat di ruang bakar maka penambahan laju aliran bahan bakar harus ditambahkan agar terjadi pembakaran yang sempurna. Sebagai akibatnya terjadi peningkatan laju konsumsi bahan bakar sebesar 0,1388 kg/s atau setara dengan 0.165 liter/s.
3.
Penyusan daya pembangkit dan peningkatan konsumsi bahan bakar menyebabkan adanya potensi pemborosan perusahaan hingga Rp. 137.803.325/hari.
7.2. Saran Untuk mendapatkan hasil yang lebih presisi sebaiknya pengambilan atau penggunaan data dipilih dalam waktu yang lebih panjang, misalnya selama satu bulan atau satu tahun. Selain itu asumsi-asumsi dalam perhitungan harus dihindari selama dengan cara empiris masih bisa dicari. 79
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, (2012), Laporan Tahunan PT Indonesia Power 2012 Arismunandar, W. (2002), Pengantar Turbin Gas dan Motor Propulsi, Penerbit ITB, Bandung Astra,I Made dkk., (2010). Hasil Perhitungan Efisiensi Termal PLTGU dan Peluangnya Sebagai Penyumbang Pemanasan Udara (Studi pada PLTGU Priok dengan Pola Operasi 2-2-1 Menggunakan Metode Newton-Raphson). Jurnal Meteorologi dan Geofisika Volume 11 Nomor 1 Tahun 2010 : pp. 58 – 65 Cahyanto, Yosef Agung : Termodinamika I diakses dari http://termodinamika1.files.wordpress.com/2008/07/termo1bab1.pdf tanggal 10 September 2013 Dietzel, Fritz Prof. Dipl, Ing. Alih Bahasa Ir. Dakso Sriyono (1980), Seri Paket Buku Pelajaran Teknik-Kamprath, Turbin, pompa dan Kompresor, Penerbit Eralangga, Jakarta Kenneth Wark, (1983) Thermodynamics, 4th ed. pp. 785–86. McGraw-Hill, New York Reynolds, William C. dan Perkins, Henry C. Alih Bahasa DR. Ir. Filino Harahap, M.Sc (1986), Termodinamika Teknik Edisi Ke Dua, Penerbit Erlangga, Jakarta Rumabutar, Elfraim Dunov. (2006), Kajian Penambahan Regenerator pada Sistem Tyrbin Gas Terhadap Efisiensi Siklus (Studi Kasus : PT Indonesia Power UPB Bali), Skipsi, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana, Denpasar.
Santoso, Dyos dan Basri , Hasan. 2011. Analisis Eksergi Siklus Kombinasi Turbin GasUap Unit PLTGU Inderalaya. Prosiding Seminar Nasional AVoER ke-3. Palembang, 26-27 Oktober 2011 Sudjito, Ir. ,PhD. dkk, Diktat Termodinamika Dasar, Program Semi Que IV Fakultas Teknik Jurusan Mesin Universitas Brawijaya diakases dari http://www.mesin.brawijaya.ac.id/diktat_ajar/data/02_c_bab1n2_termo1.pdf www.indonesiapower.co.id diakses tanggal 12 September 2013 www.pln.go.id diakses tanggal 10 Agustus 2013
PUBLIKASI
Saputro, Y.E, Wijaya K., 2011. Audit Energi Pembangkitan Pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas PT Indonesia Power UBP Bali. Proseding Koverensi Nasional Engineering Perhotelan II. Denpasar, 10 September 2011
Saputro, Y.E, Wijaya K., Widiarta. M., 2014. Kajian Unjuk Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas G4 PT Indonesia Power Unit Bisnis Pembangkitan Bali. Jurnal Logic, Politeknik Negeri Bali 2014.
Lampiran 1
Tabel hasil pengamatan PLTG G4 12 Desember 2013 Tekanan Psi
Temperatur ( ⁰C ) Jam Wita
T1
T2
T3
T4
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Rata
27,17 27,17 27,17 26,67 26,5 25,5 25,67 25,33 26.00 28,17 28,17 28,99 29.00 29,17 29,50 29,50 29,33 28,33 28,33 28,00 27,83 27,67 27,17 27,17 27,65
431,72 431,05 431,22 430,04 430,21 429,88 429,71 429,61 429,21 429,48 429,91 430,00 430,55 430,63 429,97 432,55 433,23 433,90 434,56 433,23 432,39 431,22 431,05 431,05 431,10
1104,36 1104,41 1104,45 1104,82 1105,10 1105,56 1105,56 1105,11 1105,74 1105,90 1106,11 1106,18 1106,21 1106,45 1106,51 1106,51 1106,11 1105,87 1105,56 1105,41 1105,41 1104,77 1104,51 1104,41 1105,46
521,00 521,17 521,83 521,67 521,67 521,17 521,87 522,00 522,83 522,83 522,83 523,00 523,50 523,50 523,70 523,50 523,33 523,50 523,33 523,33 521,67 520,83 520,83 520,83 522,32
80
P₁ = P₄ 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69 14,69
P₂ = P₃ 212,00 211,83 212,00 211,67 211,50 211,17 210,67 210,17 209,83 209,33 208,83 208,33 207,83 207,80 207,70 208,50 209,33 210,83 210,83 210,50 212,67 211,17 211,67 212,67 210,37
ṁ BB ( Ipm ) 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53 223,53
Power Output ( MW ) 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47 38,47
Lampiran 2
Hasil pengamatan PLTG G4 sebelum over houl Temperatur ( OC ) Tekanan (psi) Jam P1 = wita T1 T2 T3 T4 P2 = P3 P4 0 27,17 428,71 1104,25 519,96 14,69 212,00 1 27,17 428,04 1104,30 518,13 14,69 211,83 2 27,17 428,21 1104,34 517,79 14,69 212,00 3 26,67 427,05 1104,71 517,63 14,69 212,67 4 26,50 427,21 1104,99 517,63 14,69 212,50 5 25,50 426,89 1105,45 517,13 14,69 213,17 6 25,67 426,72 1105,45 517,13 14,69 213,67 7 25,33 425,55 1105,00 516,96 14,69 213,17 8 25,35 426,22 1105,63 517,79 14,69 212,83 9 25,33 425,89 1105,79 518,29 14,69 211,33 10 25,31 425,92 1106,00 518,29 14,69 212,33 11 25,28 426,01 1106,07 518,96 14,69 211,33 12 25,17 430,53 1106,10 519,46 14,69 210,33 13 25,09 431,70 1106,34 518,96 14,69 210,50 14 25,06 431,53 1106,40 520,13 14,69 209,83 15 25,09 431,53 1106,40 520,46 14,69 209,50 16 25,33 431,20 1106,00 520,29 14,69 209,33 17 26,11 430,87 1105,76 519,46 14,69 210,83 18 26,75 429,54 1105,45 519,29 14,69 210,83 19 27,81 428,21 1105,30 519,29 14,69 210,50 20 27,72 429,38 1105,30 518,63 14,69 212,67 21 27,67 428,21 1104,66 518,79 14,69 211,17 22 27,17 428,04 1104,40 518,79 14,69 211,67 23 27,17 428,54 1104,30 518,79 14,69 212,67 Rata 26,19 428,40 1105,35 518,67 14,69 211,61
81
m (BB) Lpm 213,69 213,92 213,70 213,87 213,89 213,90 213,76 213,78 213,69 213,92 213,70 213,80 213,83 213,91 213,77 213,79 213,89 213,90 213,74 213,89 213,82 213,83 213,70 213,78 213,81
Power Output (MW) 38,66 39,04 39,08 39,27 39,27 39,33 39,38 39,45 39,42 39,71 39,74 39,75 39,03 39,00 38,90 38,85 38,83 38,83 39,00 39,12 39,03 39,05 38,96 38,87 39.15
Lampiran 3. Hasil Perhitungan entalphi (h), Kerja Fluida, Daya Pembangkit, SFC, BPP dan penyusutan Pembangkit Sesudah Over Houl Laju Aliran Massa Entalphi (h) kJ/kg Kerja Netto (w) kJ/kg Wnett = wT – Jam (kg/s) ηTh (%) Wita wK (kJ/kg) Bahan h1 h2 h3 h4 wK wT w nett q in Udara Bakar 3.14 246.89 00.00 300.36 718.35 1,488.28 815.38 357.84 604.73 246.89 769.93 32.07 165.20 01.00 3.14 247.40 300.36 717.63 1,488.34 815.57 357.22 604.62 247.40 770.71 32.10 165.20 02.00 3.14 246.63 300.36 717.81 1,488.39 816.29 357.38 604.01 246.63 770.57 32.01 165.20 03.00 3.14 247.84 299.86 716.55 1,488.83 816.12 356.73 604.57 247.84 772.28 32.09 165.20 04.00 3.14 247.84 299.69 716.73 1,489.17 816.12 357.03 604.87 247.84 772.43 32.09 165.20 05.00 3.14 248.27 298.68 716.37 1,489.72 815.57 357.59 605.86 248.27 773.34 32.10 165.20 06.00 3.14 247.89 298.85 716.19 1,489.72 816.33 357.28 605.17 247.89 773.53 32.05 165.20 07.00 3.14 247.07 298.51 716.08 1,489.18 816.48 357.48 604.56 247.07 773.09 31.96 165.20 08.00 3.14 247.88 299.19 715.65 1,489.93 817.39 356.54 604.42 247.88 774.28 32.01 165.20 09.00 3.14 249.67 301.37 715.94 1,490.12 817.39 354.92 604.59 249.67 774.18 32.25 165.20 10'00 3.14 249.50 301.37 716.41 1,490.37 817.39 355.32 604.81 249.50 773.97 32.24 165.20 11.00 3.14 250.03 302.19 716.50 1,490.46 817.57 354.69 604.72 250.03 773.95 32.31 165.20 12.00 3.14 249.08 302.20 717.09 1,490.49 818.12 355.19 604.26 249.08 773.41 32.20 165.20 13.00 3.14 249.41 302.37 717.17 1,490.78 818.12 355.11 604.52 249.41 773.61 32.24 165.20 14.00 3.14 250.16 302.70 716.47 1,490.85 818.34 354.23 604.39 250.16 774.38 32.30 165.20 15.00 3.14 247.98 302.70 719.25 1,490.85 818.12 356.61 604.58 247.98 771.60 32.14 165.20 16.00 3.14 246.95 302.53 719.98 1,490.37 817.94 357.37 604.32 246.95 770.40 32.05 165.20 17.00 3.14 245.04 301.53 720.70 1,490.09 818.12 358.85 603.90 245.04 769.39 31.85 165.20 18.00 3.14 244.26 301.53 721.41 1,489.72 817.94 359.47 603.73 244.26 768.30 31.79 165.20 19.00 3.14 245.05 301.19 719.98 1,489.54 817.94 358.52 603.57 245.05 769.56 31.84 165.20 20.00 3.14 247.30 301.02 719.08 1,489.54 816.12 357.90 605.20 247.30 770.46 32.10 165.20 21.00 3.14 248.39 300.86 717.81 1,488.77 815.19 356.95 605.34 248.39 770.96 32.22 165.20 22.00 3.14 247.84 300.36 717.63 1,488.46 815.19 357.22 605.06 247.84 770.83 32.15 165.20 23.00 3.14 247.73 300.36 717.63 1,488.34 815.19 357.22 604.95 247.73 770.71 32.14 165.20
Rata
300.84
717.68
1,489.60
816.83
356.86
604.61
247.75
771.91
32.10
3.14
165.20
247.75
Lampiran 3. Hasil Perhitungan entalphi (h), Kerja Fluida, Daya Pembangkit, SFC, BPP dan penyusutan Pembangkit Sesudah Over Houl Nnett Turbin (kW) MBB + Ud x wnett
WPembangkit (kW) Teoritis
Aktual
41,560.58 41,645.85 41,517.12 41,720.72 41,720.34 41,793.22 41,728.21 41,591.46 41,727.29 42,028.49 41,999.53 42,088.75 41,928.55 41,984.19 42,110.97 41,743.66 41,570.36 41,249.43 41,118.62 41,250.18 41,630.39 41,813.04 41,720.36 41,702.25
38,461.82 38,540.73 38,421.60 38,610.03 38,609.67 38,677.12 38,616.96 38,490.40 38,616.10 38,894.85 38,868.05 38,950.62 38,802.35 38,853.85 38,971.17 38,631.25 38,470.87 38,173.87 38,052.81 38,174.57 38,526.42 38,695.46 38,609.69 38,592.93
38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00 38,470.00
41,705.98
38,596.38
38,470.00
SFC
BPP (Rp/kWh)
Penyusutan (kW)
Teoritis Aktual Teoritis Aktual Teoritis Aktual 0.3481 0.3480 3,411.22 3,410.50 3,608.18 3,600.00 0.3474 0.3480 3,404.24 3,410.50 3,529.27 3,600.00 0.3484 0.3480 3,414.80 3,410.50 3,648.40 3,600.00 0.3467 0.3480 3,398.13 3,410.50 3,459.97 3,600.00 0.3468 0.3480 3,398.16 3,410.50 3,460.33 3,600.00 0.3461 0.3480 3,392.24 3,410.50 3,392.88 3,600.00 0.3467 0.3480 3,397.52 3,410.50 3,453.04 3,600.00 0.3478 0.3480 3,408.69 3,410.50 3,579.60 3,600.00 0.3467 0.3480 3,397.60 3,410.50 3,453.90 3,600.00 0.3442 0.3480 3,373.25 3,410.50 3,175.15 3,600.00 0.3444 0.3480 3,375.57 3,410.50 3,201.95 3,600.00 0.3437 0.3480 3,368.42 3,410.50 3,119.38 3,600.00 0.3450 0.3480 3,381.29 3,410.50 3,267.65 3,600.00 0.3446 0.3480 3,376.81 3,410.50 3,216.15 3,600.00 0.3435 0.3480 3,366.64 3,410.50 3,098.83 3,600.00 0.3466 0.3480 3,396.26 3,410.50 3,438.75 3,600.00 0.3480 0.3480 3,410.42 3,410.50 3,599.13 3,600.00 0.3507 0.3480 3,436.96 3,410.50 3,896.13 3,600.00 0.3518 0.3480 3,447.89 3,410.50 4,017.19 3,600.00 0.3507 0.3480 3,436.89 3,410.50 3,895.43 3,600.00 0.3475 0.3480 3,405.50 3,410.50 3,543.58 3,600.00 0.3460 0.3480 3,390.63 3,410.50 3,374.54 3,600.00 0.3468 0.3480 3,398.16 3,410.50 3,460.31 3,600.00 0.3469 0.3480 3,399.64 3,410.50 3,477.07 3,600.00 0.3469
0.3480
3,399.45
3,410.50
3,473.62
3,600.00
Lampiran 4. Hasil Perhitungan entalphi (h), Kerja Fluida, Daya Pembangkit, SFC, BPP dan penyusutan Pembangkit Sebelum Over Houl Laju Aliran Massa Entalphi (h) kJ/kg Kerja Netto (w) kJ/kg Wnett = wT – Jam (kg/s) ηTh (%) wK (kJ/kg) Wita Bahan h1 h2 h3 h4 wK wT w nett q in Udara Bakar 3.00 250.58 00.00 300.36 715.11 1,488.15 814.23 355.07 605.65 250.58 773.04 32.42 165.20 01.00 3.00 253.05 300.36 714.39 1,488.21 812.23 354.45 607.50 253.05 773.81 32.70 165.20 02.00 3.00 253.27 300.36 714.57 1,488.25 811.85 354.61 607.88 253.27 773.68 32.74 165.20 03.00 3.00 254.47 299.86 713.32 1,488.70 811.68 353.96 608.44 254.47 775.38 32.82 165.20 04.00 3.00 254.47 299.69 713.50 1,489.03 811.68 354.27 608.74 254.47 775.53 32.81 165.20 05.00 3.00 254.90 298.68 713.15 1,489.58 811.13 354.82 609.72 254.90 776.44 32.83 165.20 06.00 3.00 255.20 298.85 712.96 1,489.58 811.13 354.52 609.72 255.20 776.62 32.86 165.20 07.00 3.00 255.67 298.51 711.71 1,489.05 810.95 353.74 609.41 255.67 777.34 32.89 165.20 08.00 3.00 254.93 298.53 712.43 1,489.80 811.85 354.34 609.27 254.93 777.37 32.79 165.20 09.00 3.00 254.90 298.51 712.07 1,489.99 812.40 354.05 608.95 254.90 777.92 32.77 165.20 10'00 3.00 255.08 298.49 712.11 1,490.24 812.40 354.09 609.18 255.08 778.14 32.78 165.20 11.00 3.00 254.39 298.46 712.20 1,490.33 813.14 354.20 608.59 254.39 778.12 32.69 165.20 12.00 3.00 249.66 298.35 717.08 1,490.36 813.68 358.47 608.13 249.66 773.29 32.29 165.20 13.00 3.00 249.27 298.27 718.33 1,490.65 813.14 359.62 608.88 249.27 772.32 32.28 165.20 14.00 3.00 248.31 298.24 718.15 1,490.72 814.42 359.49 607.80 248.31 772.57 32.14 165.20 15.00 3.00 248.01 298.27 718.15 1,490.72 814.78 359.46 607.47 248.01 772.57 32.10 165.20 16.00 3.00 248.26 298.51 717.80 1,490.24 814.59 358.95 607.21 248.26 772.45 32.14 165.20 17.00 3.00 249.79 299.30 717.44 1,489.96 813.68 357.97 607.77 249.79 772.51 32.33 165.20 18.00 3.00 251.41 299.94 716.00 1,489.58 813.50 356.19 607.60 251.41 773.58 32.50 165.20 19.00 3.00 253.38 301.00 714.57 1,489.40 813.50 354.06 607.44 253.38 774.83 32.70 165.20 20.00 3.00 252.87 300.91 715.83 1,489.40 812.77 355.21 608.09 252.87 773.57 32.69 165.20 21.00 3.00 253.06 300.86 714.57 1,488.64 812.95 354.18 607.24 253.06 774.06 32.69 165.20 22.00 3.00 252.51 300.36 714.39 1,488.33 812.95 354.45 606.96 252.51 773.93 32.63 165.20 23.00 3.00 251.94 300.36 714.93 1,488.21 812.95 354.91 606.85 251.94 773.28 32.58 165.20 Rata 299.38 714.78 1,489.46 812.82 355.63 608.10 252.47 774.68 32.59 3.00 165.20 252.47
Lampiran 4. Hasil Perhitungan entalphi (h), Kerja Fluida, Daya Pembangkit, SFC, BPP dan penyusutan Pembangkit Sebelum Over Houl Nnett Turbin (kW) MBB + Ud x wnett 42,147.39 42,563.55 42,599.97 42,802.68 42,802.55 42,874.87 42,925.26 43,003.69 42,879.42 42,874.62 42,904.32 42,788.26 41,993.20 41,927.15 41,765.93 41,715.76 41,757.57 42,015.36 42,286.62 42,618.45 42,533.51 42,564.94 42,471.70 42,376.57 42,466.39
WPembangkit (kW) Teoritis 39,004.88 39,390.01 39,423.71 39,611.31 39,611.19 39,678.12 39,724.75 39,797.34 39,682.33 39,677.89 39,705.37 39,597.97 38,862.19 38,801.06 38,651.86 38,605.43 38,644.13 38,882.70 39,133.73 39,440.82 39,362.22 39,391.30 39,305.01 39,216.98 39,300.10
Aktual 38,660.00 39,040.00 39,080.00 39,270.00 39,270.00 39,330.00 39,380.00 39,450.00 39,420.00 39,710.00 39,740.00 39,750.00 39,030.00 39,000.00 38,900.00 38,850.00 38,830.00 38,830.00 39,000.00 39,120.00 39,030.00 39,050.00 38,960.00 38,870.00 39,148.75
SFC Teoritis 0.3281 0.3253 0.3247 0.3234 0.3234 0.3229 0.3223 0.3217 0.3225 0.3229 0.3224 0.3234 0.3295 0.3302 0.3312 0.3317 0.3315 0.3295 0.3271 0.3248 0.3253 0.3251 0.3256 0.3265 0.3259
BPP (Rp/kWh)
Aktual 0.3311 0.3282 0.3275 0.3262 0.3262 0.3257 0.3251 0.3246 0.3247 0.3226 0.3221 0.3221 0.3281 0.3285 0.3291 0.3296 0.3299 0.3299 0.3282 0.3275 0.3281 0.3280 0.3285 0.3294 0.3271
Teoritis 3,215.66 3,187.64 3,181.64 3,169.09 3,169.40 3,164.20 3,158.42 3,152.95 3,160.76 3,164.51 3,159.07 3,169.12 3,229.58 3,235.88 3,246.24 3,250.45 3,248.71 3,228.93 3,205.82 3,183.09 3,188.40 3,186.20 3,191.25 3,199.61 3,193.61
Aktual 3,244.34 3,216.22 3,209.63 3,196.64 3,196.94 3,192.21 3,186.07 3,180.71 3,181.79 3,161.96 3,156.32 3,157.00 3,215.69 3,219.37 3,225.53 3,229.99 3,233.16 3,233.31 3,216.81 3,209.19 3,215.54 3,214.04 3,219.51 3,228.17 3,205.84
Penyusutan (kW) Teoritis 3,065.12 2,679.99 2,646.29 2,458.69 2,458.81 2,391.88 2,345.25 2,272.66 2,387.67 2,392.11 2,364.63 2,472.03 3,207.81 3,268.94 3,418.14 3,464.57 3,425.87 3,187.30 2,936.27 2,629.18 2,707.78 2,678.70 2,764.99 2,853.02 2,769.90
Aktual 3,410.00 3,030.00 2,990.00 2,800.00 2,800.00 2,740.00 2,690.00 2,620.00 2,650.00 2,360.00 2,330.00 2,320.00 3,040.00 3,070.00 3,170.00 3,220.00 3,240.00 3,240.00 3,070.00 2,950.00 3,040.00 3,020.00 3,110.00 3,200.00 2,921.25
cen84959_ch18-ap01.qxd 8/11/06 1:21 PM Page 936
936
|
Thermodynamics
TABLE A–17 Ideal-gas properties of air T K
h kJ/kg
Pr
u kJ/kg
vr
s° kJ/kg · K
T K
h kJ/kg
Pr
u kJ/kg
vr
s° kJ/kg · K
200 210 220 230 240
199.97 209.97 219.97 230.02 240.02
0.3363 0.3987 0.4690 0.5477 0.6355
142.56 149.69 156.82 164.00 171.13
1707.0 1512.0 1346.0 1205.0 1084.0
1.29559 1.34444 1.39105 1.43557 1.47824
580 590 600 610 620
586.04 596.52 607.02 617.53 628.07
14.38 15.31 16.28 17.30 18.36
419.55 427.15 434.78 442.42 450.09
115.7 110.6 105.8 101.2 96.92
2.37348 2.39140 2.40902 2.42644 2.44356
250 260 270 280 285
250.05 260.09 270.11 280.13 285.14
0.7329 0.8405 0.9590 1.0889 1.1584
178.28 185.45 192.60 199.75 203.33
979.0 887.8 808.0 738.0 706.1
1.51917 1.55848 1.59634 1.63279 1.65055
630 640 650 660 670
638.63 649.22 659.84 670.47 681.14
19.84 20.64 21.86 23.13 24.46
457.78 465.50 473.25 481.01 488.81
92.84 88.99 85.34 81.89 78.61
2.46048 2.47716 2.49364 2.50985 2.52589
290 295 298 300 305
290.16 295.17 298.18 300.19 305.22
1.2311 1.3068 1.3543 1.3860 1.4686
206.91 210.49 212.64 214.07 217.67
676.1 647.9 631.9 621.2 596.0
1.66802 1.68515 1.69528 1.70203 1.71865
680 690 700 710 720
691.82 702.52 713.27 724.04 734.82
25.85 27.29 28.80 30.38 32.02
496.62 504.45 512.33 520.23 528.14
75.50 72.56 69.76 67.07 64.53
2.54175 2.55731 2.57277 2.58810 2.60319
310 315 320 325 330
310.24 315.27 320.29 325.31 330.34
1.5546 1.6442 1.7375 1.8345 1.9352
221.25 224.85 228.42 232.02 235.61
572.3 549.8 528.6 508.4 489.4
1.73498 1.75106 1.76690 1.78249 1.79783
730 740 750 760 780
745.62 756.44 767.29 778.18 800.03
33.72 35.50 37.35 39.27 43.35
536.07 544.02 551.99 560.01 576.12
62.13 59.82 57.63 55.54 51.64
2.61803 2.63280 2.64737 2.66176 2.69013
340 350 360 370 380
340.42 350.49 360.58 370.67 380.77
2.149 2.379 2.626 2.892 3.176
242.82 250.02 257.24 264.46 271.69
454.1 422.2 393.4 367.2 343.4
1.82790 1.85708 1.88543 1.91313 1.94001
800 820 840 860 880
821.95 843.98 866.08 888.27 910.56
47.75 52.59 57.60 63.09 68.98
592.30 608.59 624.95 641.40 657.95
48.08 44.84 41.85 39.12 36.61
2.71787 2.74504 2.77170 2.79783 2.82344
390 400 410 420 430
390.88 400.98 411.12 421.26 431.43
3.481 3.806 4.153 4.522 4.915
278.93 286.16 293.43 300.69 307.99
321.5 301.6 283.3 266.6 251.1
1.96633 1.99194 2.01699 2.04142 2.06533
900 920 940 960 980
932.93 955.38 977.92 1000.55 1023.25
75.29 82.05 89.28 97.00 105.2
674.58 691.28 708.08 725.02 741.98
34.31 32.18 30.22 28.40 26.73
2.84856 2.87324 2.89748 2.92128 2.94468
440 450 460 470 480
441.61 451.80 462.02 472.24 482.49
5.332 5.775 6.245 6.742 7.268
315.30 322.62 329.97 337.32 344.70
236.8 223.6 211.4 200.1 189.5
2.08870 2.11161 2.13407 2.15604 2.17760
1000 1020 1040 1060 1080
1046.04 1068.89 1091.85 1114.86 1137.89
114.0 123.4 133.3 143.9 155.2
758.94 776.10 793.36 810.62 827.88
25.17 23.72 23.29 21.14 19.98
2.96770 2.99034 3.01260 3.03449 3.05608
490 500 510 520 530
492.74 503.02 513.32 523.63 533.98
7.824 8.411 9.031 9.684 10.37
352.08 359.49 366.92 374.36 381.84
179.7 170.6 162.1 154.1 146.7
2.19876 2.21952 2.23993 2.25997 2.27967
1100 1120 1140 1160 1180
1161.07 1184.28 1207.57 1230.92 1254.34
167.1 179.7 193.1 207.2 222.2
845.33 862.79 880.35 897.91 915.57
18.896 17.886 16.946 16.064 15.241
3.07732 3.09825 3.11883 3.13916 3.15916
540 550 560 570
544.35 555.74 565.17 575.59
11.10 11.86 12.66 13.50
389.34 396.86 404.42 411.97
139.7 133.1 127.0 121.2
2.29906 2.31809 2.33685 2.35531
1200 1220 1240
1277.79 1301.31 1324.93
238.0 254.7 272.3
933.33 951.09 968.95
14.470 13.747 13.069
3.17888 3.19834 3.21751
cen84959_ch18-ap01.qxd 8/11/06 1:21 PM Page 937
Appendix 1
|
937
TABLE A–17 Ideal-gas properties of air (Concluded) T K
h kJ/kg
Pr
u kJ/kg
vr
s° kJ/kg · K
T K
h kJ/kg
1260 1280
1348.55 1372.24
290.8 310.4
986.90 1004.76
12.435 3.23638 11.835 3.25510
1600 1757.57 1620 1782.00
1300 1320 1340 1360 1380
1395.97 1419.76 1443.60 1467.49 1491.44
330.9 352.5 375.3 399.1 424.2
1022.82 1040.88 1058.94 1077.10 1095.26
11.275 10.747 10.247 9.780 9.337
3.27345 3.29160 3.30959 3.32724 3.34474
1640 1660 1680 1700 1750
1806.46 878.9 1830.96 925.6 1855.50 974.2 1880.1 1025 1941.6 1161
1335.72 1354.48 1373.24 1392.7 1439.8
5.355 5.147 4.949 4.761 4.328
3.55381 3.56867 3.58335 3.5979 3.6336
1400 1420 1440 1460 1480
1515.42 1539.44 1563.51 1587.63 1611.79
450.5 478.0 506.9 537.1 568.8
1113.52 1131.77 1150.13 1168.49 1186.95
8.919 8.526 8.153 7.801 7.468
3.36200 3.37901 3.39586 3.41247 3.42892
1800 1850 1900 1950 2000
2003.3 2065.3 2127.4 2189.7 2252.1
1310 1475 1655 1852 2068
1487.2 1534.9 1582.6 1630.6 1678.7
3.994 3.601 3.295 3.022 2.776
3.6684 3.7023 3.7354 3.7677 3.7994
1500 1520 1540 1560 1580
1635.97 1660.23 1684.51 1708.82 1733.17
601.9 636.5 672.8 710.5 750.0
1205.41 1223.87 1242.43 1260.99 1279.65
7.152 6.854 6.569 6.301 6.046
3.44516 3.46120 3.47712 3.49276 3.50829
2050 2100 2150 2200 2250
2314.6 2377.7 2440.3 2503.2 2566.4
2303 2559 2837 3138 3464
1726.8 1775.3 1823.8 1872.4 1921.3
2.555 2.356 2.175 2.012 1.864
3.8303 3.8605 3.8901 3.9191 3.9474
Pr
u kJ/kg
vr
791.2 1298.30 5.804 834.1 1316.96 5.574
s° kJ/kg · K 3.52364 3.53879
Note: The properties Pr (relative pressure) and vr (relative specific volume) are dimensionless quantities used in the analysis of isentropic processes, and should not be confused with the properties pressure and specific volume. Source: Kenneth Wark, Thermodynamics, 4th ed. (New York: McGraw-Hill, 1983), pp. 785–86, table A–5. Originally published in J. H. Keenan and J. Kaye, Gas Tables (New York: John Wiley & Sons, 1948).
BIOGRAFI PENULIS Yon Eko Saputro, Lahir di Cilacap pada tanggal 20 Agustus 1983 merupakan anak ke tiga dari pasangaan petani padi yaitu Bapak Suyanto dan Ibu Rilem. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar dan menengah di Kabupaten Cilacap dan Banyumas Jawa Tengah. Walaupun berasal dari keluarga sederhana penulis memilih memaksakan untuk tetap melanjutkan pendidikan tinggi. Jurusan yang dipilih adalah S1 Teknik Mesin Universitas Udayana dengan mengambil konsentrasi Konversi Energi, jauh berbeda dengan jurusan Budidaya Ternak yang diambil pada saat menyelesaikan sekolah di SMK N 1 Kalibagor Banyumas. Ketertarikan akan konversi energi membawa penulis pada S2 Teknik Mesin dengan konsentrsai yang sama. Tesis sebagai laporan akhir studi S2 dapat diselesaikan pada tahun 2014 sekaligus sebagai penutup dari Studi di S2 Teknik Mesin Universitas Udayana. Mata Kuliah, penelitian dan hal-hal lain yang didapatkan saat menempuh pendidikan baik S1 maupun S2 sangat bermanfaat bagi keseharian penulis sebagai kontraktor dan konsultan pada proyek-proyek MEP Comersial Building yang ada di Bali. Hitungan dinamika fluida dan kekekalan energi menjadi modal dasar yang biasa penulis gunakan untuk menyakikinkan owener proyek dan menyelesaikan permasalahan-permasalah yang muncul di lapangan. Selain kuliah dan bekerja penulis juga aktif dalam organisasi-organisasi kemahasiswaan dan Ormas. Penulis tercatat pernah menjadi Ketua Umum Dewan Pimpinan Daerah Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah Provinsi Bali periode 2010-2012 dan beberapa organisasi mahasiswa lainya. Dalam perjalananya penulis juga aktif dalam kegitan-kegitan pemberdayaan masyarakat seperti pendikan, pelatihan tanggap flu burung dan pernah menjadi bagian dari tim penyusun Rencana Tanggap Bencana Provinsi Bali pada tahun 2011.
