Post on 19-Jul-2020
i
ANALISIS LAJU KERUSAKAN EXERGY DAN EFISIENSI
EXERGY MESIN PLTGU PT. INDONESIA POWER UNIT
PEMBANGKITAN SEMARANG
SKRIPSI
Untuk memenuhi persyaratan
Mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin
diajukan oleh
AGUSTIAN PRATAMAHENDRA ISMANTORO
NIM : 125214099
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
ANALYSIS OF EXERGY DESTRUCTION RATE AND
EXERGY EFFICIENCY OF COMBINED CYCLE POWER
PLANT PT. INDONESIA POWER UNIT PEMBANGKITAN
SEMARANG
FINAL PROJECT
A requirement to obtain Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
presented by
AGUSTIAN PRATAMAHENDRA ISMANTORO
NIM : 125214099
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
ABSTRAK
Parameter lingkungan dapat mempengaruhi performa kerja suatu mesinkalor. Analisis exergy merupakan sebuah metode analisis yang mengikut sertakanparameter lingkungan sebagai hitungan. Analisis exergy dapat menjabarkanseberapa besar laju kerusakan exergy dan seberapa besar efisiensi exergy padamesin pembangkit listrik tersebut. Penelitian pada mesin PLTGU PT.INDONESIA POWER UNIT PEMBANGKITAN SEMARANG akanmenganalisis pengaruh temperatur lingkungan antara 25oC hingga 35oC terhadapperforma kerja mesin.
Nilai laju kerusakan exergy dihitung dari perbedaan nilai laju exergy inputdan nilai laju exergy output sistem. Nilai laju exergy diperoleh dari pengukurantekanan dan temperatur sistem serta temperatur dan tekanan lingkungan. Nilaiefisiensi exergy diperoleh dari perbandingan antara nilai laju exergy outputterhadap nilai laju exergy input. Efisiensi exergy sistem diperoleh dariperhitungan exergy pada kompresor, combustion chamber, turbin gas, HRSG, HPtransfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump.
Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensiexergy mesin PLTGU memiliki nilai 41.3%. Combustion chamber berkontribusibesar terhadap laju kerusakan exergy yang nilainya 18.84% dari laju kerusakanexergy keseluruhan pada mesin PLTGU. Komponen yang memiliki nilai efisiensiexergy terendah terletak pada kondensor yang nilainya 57.59%. Analisis exergydapat menjelaskan suatu letak laju kerusakan exergy terbesar dan nilai efisiensiexergy terendah pada suatu komponen mesin pembangkit listrik. Hal tersebutsangat membantu dalam modifikasi atau pengembangan mesin tersebut.
Kata kunci: exergy, laju kerusakan exergy, efisiensi exergy, PLTGU
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
ABSTRACT
Heat engine performance could be affected by its environmental parameters.Exergy analysis was a method that include the environmental parameters intoperformance calculation. Such calculation can explain the exergy destruction rateand the exergy efficiency of the engine. The research of environmentaltemperature influence to combined cycle power plant PT. INDONESIA POWERUNIT PEMBANGKITAN SEMARANG would have been done between 25oC to35oC.
Exergy destruction rate can be calculated from the difference of inputexergy rate and output exergy rate of system. Measurement were conducted on thesystem temperature and its pressure as well as the temperature and pressure of theenvironment. Exergy efficiency of system was calculated from the exergycomponents. They are compressors, combustion chambers, gas turbines, HRSGs,HP transfer pumps, steam turbine, condenser, and condensate pump.
Based on the research result, the exergy efficiency of combined cycle powerplant was 41.3%. The research found out that the combustion chamber has beencontributing 18.84% the exergy destruction rate of the overall exergy destructionrate on the power plant. Condenser was the component that had least exergyefficiency amongst all of the components which had the value 57.59%.While theexergy analysis can find the component which has the most exergy destructionrate and the minimum exergy efficiency, it would help to innovate the system orengine and the further research.
Keywords: exergy, exergy destruction rate, exergy efficiency, combined cycle
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi dengan judul
“ANALISIS LAJU KERUSAKAN EXERGY DAN EFISIENSI EXERGY
MESIN PLTGU PT. INDONESIA POWER UP SEMARANG”. Naskah skripsi
ini disusun sebagai salah satu syarat untuk lulus dalam studi Kesarjanaan Program
Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa penyusunan naskah skripsi ini dapat terselesaikan
dengan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik dan Kepala
Program Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta..
2. A. Prasetyadi, S.Si., M.Si. selaku Pembimbing I Skripsi.
3. Stefan Mardikus, S.T., M.T. selaku Pembimbing II Skripsi.
4. Seluruh Staff Pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta.
5. Seluruh Staff Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta.
6. Tarwaji selaku General Manager PT. INDONESIA POWER UP
SEMARANG.
7. Darmawan HS. selaku SPS. Keamanan dan Humas PT. INDONESIA
POWER UP SEMARANG.
8. Haryadi Adi Leksono selaku Ahli Madya Enjiniring Efisiensi PT.
INDONESIA POWER UP SEMARANG.
9. SPS. Operasi A, B, C, D, dan SPS. Perencanaan & Pengendalian Operasi &
Niaga yang telah membantu penulis dalam pencatatan data.
10. Pegawai dan karyawan PT. INDONESIA POWER UP SEMARANG.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
11. Keluarga penulis yang selalu memberi dukungan dan dorongan kepada
penulis dari awal hingga selesai.
12. Teman-teman penulis yang telah banyak mendukung.
13. Semua pihak yang telah membantu sehingga naskah skripsi ini dapat
terselesaikan.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini jauh dari kesempurnaan.
Oleh sebab itu penulis memohon kritik dan saran yang membangun demi
kesempurnaan penulisan skripsi ini. Semoga penulisan skripsi ini memberikan
manfaat bagi para pembaca.
Yogyakarta, 26 Februari 2016
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL .................................................................................... i
HALAMAN JUDUL........................................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN......................................................................... iv
HALAMAN PERNYATAAN ......................................................................... v
ABSTRAK ....................................................................................................... vi
ABSTRACT..................................................................................................... vii
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI................................................... viii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ix
DAFTAR ISI.................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL............................................................................................ xiii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xvii
DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL........................................................ xviii
BAB I PENDAHULUAN................................................................................ 1
1.1. Latar Belakang .................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah............................................................................... 3
1.3. Tujuan ................................................................................................. 3
1.4. Batasan Masalah ................................................................................. 3
1.5. Manfaat ............................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI................................. 4
2.1. Tinjauan Pustaka................................................................................. 4
2.2. Hukum Pertama Termodinamika dan Energi ..................................... 5
2.3. Hukum Kedua Termodinamika........................................................... 7
2.4. Exergy................................................................................................. 8
2.5. Analisis Exergy................................................................................... 8
2.6. Kerusakan Exergy............................................................................... 10
2.7. Analisis Energi dan Analisis Exergy .................................................. 11
2.8. Siklus-siklus pada Mesin PLTGU ...................................................... 12
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
2.9. Analisis Laju Kerusakan Exergy dan Efisiensi Exergy
Komponen Mesin PLTGU.................................................................. 17
2.10.Efisiensi Exergy Mesin PLTGU ........................................................ 29
2.11.Proses Pembakaran ............................................................................ 29
2.10.Air – Fuel Ratio (AFR) dan Fuel – Air Ratio (FAR)......................... 31
2.11.Air – Fuel Equivalence Ratio () dan Fuel – Air Equivalence
Ratio () ............................................................................................. 32
BAB III METODE PENELITIAN................................................................... 34
3.1. Alur Penelitian .................................................................................... 34
3.2. Variabel Penetian ................................................................................ 38
3.3. Pengambilan Data ............................................................................... 42
3.4. Analisis Data....................................................................................... 42
3.5. Tempat dan Jadwal Penelitian ............................................................ 43
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 44
4.1. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Kerja
Compressor ......................................................................................... 44
4.2. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Kerja
Combustion Chamber ......................................................................... 45
4.3. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Kerja Gas
Turbine ................................................................................................ 46
4.4. Nilai Laju Kerusakan Exergy dan Efisiensi Exergy Mesin
PLTGU................................................................................................ 58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................... 60
5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 60
5.2. Saran ................................................................................................... 60
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 61
LAMPIRAN..................................................................................................... 62
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Natural Gas Properties ................................................................. 31
Tabel 2.2 Natural Gas Composition ............................................................. 32
Tabel 3.1 Tabel Variabel Terkait pada Penelitian......................................... 38
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skematik diagram T-S siklus Brayton pada sistem PLTG....... 12
Gambar 2.2 Skematik diagram P-V siklus Brayton pada sistem PLTG ...... 13
Gambar 2.3 Skematik diagram T-S siklus Rankine pada sistem PLTU ...... 14
Gambar 2.4 Skematik diagram P-V siklus Rankine pada sistem PLTU ...... 14
Gambar 2.5 Skematik diagram T – S siklus Brayton pada sistem PLTG .... 16
Gambar 2.6 Skematik diagram T – S siklus Rankine pada sistem PLTU.... 17
Gambar 2.7 Skematik Compressor .............................................................. 18
Gambar 2.8 Skematik Combustion chamber................................................ 19
Gambar 2.9 Skematik Gas turbine ............................................................... 21
Gambar 2.10 Skematik HRSG ....................................................................... 23
Gambar 2.11 Skematik Steam turbine............................................................ 24
Gambar 2.12 Skematik Condenser................................................................. 26
Gambar 2.13 Skematik Condensate pump ..................................................... 27
Gambar 2.14 Skematik HP Transfer pump .................................................... 28
Gambar 3.1 Diagram alir Penelitian............................................................. 34
Gambar 3.2 Skematik Mesin PLTGU .......................................................... 37
Gambar 4.1 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Compressor
terhadap temperatur lingkungannya. ........................................ 47
Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi Exergy Compressor terhadap
temperatur lingkungannya ........................................................ 47
Gambar 4.3 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Combustion
chamber terhadap temperatur lingkungannya. ......................... 48
Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi Exergy Combustion chamber
terhadap temperatur lingkungannya. ........................................ 48
Gambar 4.5 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Gas turbine
terhadap temperatur lingkungannya. ........................................ 49
Gambar 4.6 Grafik hubungan efisiensi Exergy Gas turbine terhadap
temperatur lingkungannya ........................................................ 49
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
Gambar 4.7 Grafik hubungan temperatur Discharge Compressor
terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 50
Gambar 4.8 Grafik hubungan temperatur produk pembakaran /
temperatur Inlet Gas turbine terhadap temperatur
lingkungannya .......................................................................... 50
Gambar 4.9 Grafik hubungan Air – Fuel Ratio (AFR) terhadap
temperatur lingkungannya ........................................................ 51
Gambar 4.10 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy HRSG terhadap
temperatur lingkungannya ........................................................ 51
Gambar 4.11 Grafik hubungan efisiensi Exergy HRSG terhadap
temperatur lingkungannya ........................................................ 52
Gambar 4.12 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy HP Transfer
pump terhadap temperatur lingkungannya ............................... 52
Gambar 4.13 Grafik hubungan efisiensi Exergy HP Transfer pump
terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 53
Gambar 4.14 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Steam turbine
terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 53
Gambar 4.15 Grafik hubungan efisiensi Exergy Steam turbine terhadap
temperatur lingkungannya ........................................................ 54
Gambar 4.16 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Condenser
terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 54
Gambar 4.17 Grafik hubungan efisiensi Exergy Condenser terhadap
temperatur lingkungannya ........................................................ 55
Gambar 4.18 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Condensate pump
terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 55
Gambar 4.19 Grafik hubungan efisiensi Exergy Condensate pump
terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 56
Gambar 4.20 Diagaram efisiensi Exergy siklus PLTGU ............................... 56
Gambar 4.21 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy
setiap komponen Unit GTG I dan HRSG I .............................. 57
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
Gambar 4.22 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy
setiap komponen Unit GTG II dan HRSG II............................ 57
Gambar 4.23 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy
setiap komponen Unit GTG III dan HRSG III. ........................ 58
Gambar 4.24 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy
setiap komponen Unit STG. ..................................................... 68
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Tabel Hasil Analisis Exergy Compressor GTG I ............................................ 62
Tabel Hasil Analisis Exergy Compressor GTG II ........................................... 62
Tabel hasil Analisis Exergy Compressor GTG III........................................... 62
Tabel Hasil Analisis Exergy Combustion Chamber GTG I............................. 63
Tabel Hasil Analisis Exergy Combustion Chamber GTG II ........................... 63
Tabel Hasil Analisis Exergy Combustion Chamber GTG III .......................... 63
Tabel Hasil Analisis Exergy Gas Turbine GTG I............................................ 63
Tabel Hasil Analisis Exergy Gas Turbine GTG II........................................... 64
Tabel Hasil Analisis Exergy Gas Turbine GTG III ......................................... 64
Tabel Hasil Analisis Exergy HRSG I............................................................... 64
Tabel Hasil Analisis Exergy HRSG II ............................................................. 64
Tabel Hasil Analisis Exergy HRSG III............................................................ 65
Tabel Hasil Analisis Exergy HP Transfer Pump I ........................................... 65
Tabel Hasil Analisis Exergy HP Transfer Pump II.......................................... 65
Tabel Hasil Analisis Exergy HP Transfer Pump III ........................................ 65
Tabel Hasil Analisis Exergy Steam Turbine .................................................... 66
Tabel Hasil Analisis Exergy Condenser .......................................................... 66
Tabel Hasil Analisis Exergy Condensate Pump .............................................. 66
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xviii
DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL
Singkatan Keterangan
AFR air fuel ratio
AFRact air fuel ratio actual
AFRstoic air fuel ratio stoichiometric
CC combustion chamber
CCPP combined cycle power plant
Comp compresser
Cond condenser
Cond Pump condensate pump
FAR fuel air ratio
FARact fuel air ratio
FARstoic fuel air ratio
GT gas turbine
GTG gas turbine generator
HP high pressure
HP Trans. Pump high pressure transfer pump
HRSG heat recovery steam generator
LHV lower heating generator
LP low pressure
PLTG pembangkit listrik tenaga gas
PLTGU pembangkit listrik tenaga gas dan uap
PLTU pembangkit listrik tenaga uap
ST steam turbine
STG steam turbine generator
Simbol Keterangan
fuel air equivalence ratio
koefisien aktivitas
efisiensi
air fuel equivalence ratio
rasio antara exergy spesifik terhadap lower heating value
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xix
Nomenklatur Keterangan
A luasan
cp konstanta kalor spesifik
e energi spesifik
E energi
E laju energi
ex exergy spesifik
Ex exergy
xE laju exergy
H enlthalpi
H0 enthalpi lingkungan
I irreversibilitas / kersakan exergy
I laju kerusakan exergy
KE energi kinetik
m laju aliran massa
P tekanan
P0 tekanan lingkungan
PE energi potensial
Q kalor
Q laju kalor
R tetapan gas universal
S entropi
S0 entropi lingkungan
T temperatur
T0 temperatur lingkungan
U internal energi
V volum
W daya
W kerja
x fraksi mol
Superscript Keterangan
k konstanta rasio kalor spesifik tekanan terhadap kalor
spesifik volum
T komponen temperatur
P komponen tekanan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xx
Subscipt Keterangan
A luasan
air udara
CC combustion chamber
CCPP combined cycle power plant
ch kimiawi
Comp compressor
Cond condenser
Cond.pump condensate pump
cycle satu siklus / simple cycle
exh exhaust gas
fuel bahan bakar
GT gas turbine
HP.Trans.pump high pressure transfer pump
HRSG heat recovery steam generator
i komponen ke-i
II exergy / hukum kedua termodinamika
in inlet
j komponen ke-j
net netto
out outlet
ph fisik
ST steam turbine
sp superheated
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan energi sudah menjadi kebutuhan utama dalam kehidupan sehari-
hari. Permintaan energi yang terus meningkat tidak bisa terhindarkan dari masa ke
masa. Sumber energi yang tersedia di alam ada dua, yaitu energi tak terbarukan
dan energi terbarukan. Dewasa ini kebutuhan energi terus bertambah dari berbagai
sektor, seperti transportasi, industri, rumah tangga dan lain-lain. Meskipun energi
tersedia banyak di alam, dari energi tak terbarukan hingga energi baru terbarukan,
tetapi ada berbagai kendala untuk memperoleh energi tersebut, seperti jumlah
permintaan, keterbatasan teknologi, dan keterbatasan sumber daya. Meskipun
memiliki ketersediaan energi yang melimpah terutama energi yang bersumber dari
fosil, pemanfaatan energi harus digunakan secara efisien untuk kebutuhan di masa
mendatang.
Salah satu bentuk sumber energi adalah energi listrik, yang dihasilkan oleh
mesin pembangkit listrik. Sekarang ini pembangkit listrik di Indonesia masih
didominasi oleh mesin pembangkit sistem termal. Energi primer mesin
pembangkit listrik tersebut berasal dari energi fosil, panas bumi, dan reaksi nuklir.
Meskipun Indonesia masih banyak menggunakan energi fosil sebagai energi
primer mesin pembangkit listrik sistem termal, jumlah energi yang bersumber dari
fosil terbatas. Oleh sebab itu, perlu adanya alternatif energi yang dapat
menggantikan energi fosil untuk menghasilkan energi listrik. Pemanfaatan energi
alternatif sebagai penghasil energi listrik yang optimal membutuhkan waktu dan
proses. Selama penggunaan energi alternatif belum optimal, energi primer
pembangkit listrik akan tetap menggunakan energi fosil. Menurut Dewan Energi
Nasional, proyeksi energi listrik di Negara Indonesia dari tahun 2015 sampai
tahun 2050 diperoleh dari pembangkit listrik yang berbahan bakar fosil, maka
pemanfaatan energi fosil untuk menghasilkan energi listrik harus dimanfaatkan
secara efisien, agar pembangkit listrik energi fosil tidak kehabisan energi fosil
sebelum pemanfaatan energi alternatif belum maksimal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) adalah salah satu mesin
pembangkit listrik yang digunakan di Indonesia. PT. Indonesia Power UP
Semarang merupakan salah satu instansi yang bergerak dalam Pembangkitan
listrik yang menggunakan mesin PLTGU. Mesin PLTGU PT. Indonesia Power
UP Semarang beroperasi sejak tahun 1997 dengan menggunakan bahan bakar
natural gas sebanyak 2 blok. Setiap blok terdiri dari 3 unit mesin PLTGU (GTG),
3 unit Heat Recovery Steam Generator (penghasil uap untuk turbin uap), dan 1
unit Turbin Gas (STG), satu blok memiliki beban terpasang sebesar 516MW.
Mengetahui lama waktu beroperasi mesin PLTGU PT. Indonesia Power UP
Semarang, mesin tersebut perlu diteliti kemampuan kerjanya, karena semakin
lama bekerjanya suatu mesin pasti menurun performa kerjanya. Buruk atau
menurunnya performa kerja mesin pembangkit listrik biasanya diakibatkan oleh
rugi-rugi energi yang berlebihan. Hilangnya energi dengan jumlah yang besar
pada mesin pembangkit listrik, dapat terjadi di salah satu atau lebih pada
komponen mesin. Untuk mengetahui komponen-komponen tersebut, maka perlu
dilakukan analisis sistem mesin pembangkit listrik tersebut. Analisis sistem mesin
pembangkit listrik dapat menjadi deskripsi performa kerja mesin pembangkit
listrik. Analisis sistem pembangkit dapat dilakukan berdasarkan Hukum Pertama
dan Kedua Termodinamika. Analisis tersebut akan memasukkan parameter
lingkungan untuk menghitung nilai exergy sebagai indikasi performa kerja mesin
pembangkit listrik.
Analisis mesin tersebut akan digunakan sebagai skripsi mahasiswa. Hasil
analisis tersebut akan disusun menjadi sebuah naskah skripsi yang diharapkan
nantinya dapat membantu dalam pengembangan mesin dan sistem pembangkit
listrik serta menjadi sebuah rujukan untuk penelitian sistem pembangkit listrik
berikutnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.2. Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang, ada beberapa masalah dalam operasi mesin
pembangkit listrik adalah:
1. Seberapa besar nilai laju kerusakan exergy dan efisiensi exergy komponen
mesin pembangkit listrik.
2. Seberapa besar nilai efisiensi exergy mesin pembangkit listrik.
1.3. Tujuan
Ada beberapa tujuan diakukan penelitian pada mesin pembangkit listrik
adalah:
1. Mengetahui nilai laju kerusakan exergy terbesar dan efisiensi exergy
terendah pada komponen mesin pembangkit listrik tenaga gas.
2. Mengetahui performa sitem pembangkit dengan menghitung efisiensi
exergy pada kondisi simple cycle dan combined cycle.
1.4. Batasan masalah
Batasan-batasan yang diambil dalam penelitian adalah:
1. Sistem PLTGU merupakan sistem tertutup.
2. Aliran fluida diasumsikan steady state.
3. Analisis GTG menggunakan analisis standar udara dimodelkan gas ideal.
4. Perubahan energi potensial dan energi kinetik diabaikan.
1.5. Manfaat
Manfaat dari hasil penelitian mesin pembangkit listrik adalah:
1. Sebagai rujukan untuk melakukan pengembangan mesin dan sistem mesin
pembangkit listrik.
2. Sebagai rujukan untuk melakukan penelitian lebih lanjut tentang mesin
pembangkit listrik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Pembangkit listrik Tambak Lorok dengan sistem combined cycle
menggunakan bahan bakar natural gas. Tambak Lorok Blok I phase I merupakan
Pusat Listrik Tenaga Gas (Simple Cycle) beroperasi sejak tahun 1993 sampai
sekarang. Sedangkan Tambak Lorok Blok II phase I dan Blok I phase II
merupakan Pusat Listrik Sistem Kombinasi (Combined Cycle Power Plant) mulai
beroperasi tahun 1997.
Pusat Listrik Sistem Kombinasi Tambak Lorok Blok II phase I dan Blok I
phase II masing-masing berkapasitas 500MW dan tiap-tiap blok terdiri dari :
1. Tiga Unit Gas turbine Generator (GTG) dengan kapasitas 3 x 100MW
2. Tiga Unit Heat Recovery Steam Generator (HRSG)
3. Satu Unit Steam Turbine Generator (STG) kapasitas 1 x 150MW
Turbin gas tersebut buatan General Electric (GE) dengan kode MS9001E
GE. Turbin gas ini langsung memutar generator dengan putaran 3000rpm dan
tegangan keluar 11,5kV. Beban setiap unit generator dapat diamati di ruang
kontrol. Exhaust gas GTG dialirkan ke HRSG melalui Diverter Damper. Panas
exhaust gas dari GTG tersebut digunakan untuk menguapkan air di HRSG. Uap
tersebut kemudian digunakan untuk memutar STG.
Operasi pembangkit ini dapat dilakukan 2 cara yaitu simple cycle dan
combined cycle. Simple cycle dalam operasi pembangkitan listrik memiliki
pengertian bahwa pembangkit listrik beroperasi menggunakan 1 jenis mesin
pembangkit yaitu mesin PLTG. Exhaust gas hasil pembakaran akan langsung
dibuang ke atmosfir tanpa dimanfaatkan kembali. Sedangkan combined cycle
dalam operasi pembangkitan listrik memiliki pengertian pembangkit listrik
beroperasi menggunakan 2 jenis mesin pembangkit listrik yaitu mesin PLTG dan
mesin PLTU. Mesin PLTU memperoleh panas pada boiler diperoleh dari exhaust
gas dari PLTG, sehingga PLTU tidak mampu beroperasi sendiri tanpa
beroperasinya PLTG.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
PLTGU Tambak Lorok beroperasi sesuai permintaan beban dari P3B
(Penyaluran Pengaturan Pusat Beban di Ungaran). Pola operasi PLTGU Tambak
Lorok berdasarkan kondisi beban adalah sebagai berikut.
1. Kondisi Beban Luar Puncak
PLTGU beroperasi dengan pola 2-2-1 yang berarti 2 unit GTG beroperasi, 2
unit HRSG beroperasi, dan 1 unit STG beroperasi.
2. Kondisi Waktu Beban Puncak
PLTGU beroperasi dengan pola 3-3-1 yang berarti 3 unit GTG beroperasi, 3
unit HRSG beroperasi, dan 1 unit STG beroperasi.
3. Kondisi Waktu Weekend
PLTGU beroperasi dengan pola 1-1-1 yang berarti 1 unit GTG beroperasi, 1
unit HRSG beroperasi, dan 1 STG beroperasi.
Sehingga PLTGU Tambak Lorok merupakan PLTGU dengan pola operasi
start stop setiap hari.
2.2. Hukum Pertama Termodinamika dan Energi
Hukum Pertama Termodinamika membahas tentang kekekalan energi yaitu
energi tidak dapat diciptakan maupun dihancurkan. Pernyataan pada Hukum
Pertama Termodinamika tersebut dapat diungkapkan pada suatu proses, yaitu
kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika ( U ) sama dengan
jumlah energi panas yang diberikan ke dalam sistem (Q) dikurangi dengan kerja
yang dilakukan oleh sistem (W). Pernyataan tersebut dapat dituliskan dalam
persamaan (2.1).
(2.1)
Hukum Pertama Termodinamika tidak memberikan informasi mengenai arah
suatu proses yang berlangsung, yaitu proses reversible atau proses irreversible.
Hukum Pertama Termodinamika juga tidak menjelaskan bahwa suatu proses
konversi energi terdapat rugi-rugi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
Pembahasan energi mencangkup semua bentuk energi di dalam sebuah
E system.
Total energi (E) dapat dijabarkan sebagai jumlah dari energi dalam (U), energi
kinetik (KE), dan energi potensial (PE). Total energi dapat dituliskan dalam
persamaan (2.2)
(2.2)
Energi dapat berpindah dalam bentuk panas, kerja dan aliran massa. Interaksi
energi diketahui saat energi melintasi batas suatu sistem. Interaksi energi
menunjukan adanya energi yang ditambahkan atau energi yang hilang dari sistem
selama sebuah proses berlangsung. Keseimbangan energi dapat dituliskan di
persamaan (2.4).
(2.4)
Persamaan (2.4) dapat diungkapkan bahwa perubahan energi total dari sistem
sepanjang proses (Esystem) sama dengan perbedaan antara energi masuk total (Ein)
dan energi keluar total (Eout) dari sistem selama proses berlangsung.
Ada 2 bentuk dari energi yang sangat erat dengan sistem tertutup yaitu
perpindahan kalor dan kerja. Suatu siklus sistem tertutup memiliki kondisi awal
dan kondisi akhir yang bernilai sama, Esystem = E2 E1 = 0.
Keseimbangan untuk siklus tersebut menjadi Ein Eout = 0 atau Ein = Eout.
Keseimbangan energi untuk sebuah siklus dapat tuliskan dalam hal terkait kalor
dan kerja sebagai berikut (2.5).
(2.5)
Itu berarti dalam sebuah siklus memiliki nilai output kerja netto sama dengan nilai
kalor input netto.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
2.3. Hukum Kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika memberikan batasan-batasan tentang arah
suatu proses, apakah proses tersebut reversible atau irreversible dan salah satu
akibat dari hukum kedua termodinamika adalah perkembangan dari suatu sifat
fisik alam yang disebut entropi. Ada 2 rumusan umum mengenai hukum kedua
termodinamika yaitu pernyataan Clausius dan pernyataan Kelvin-Planck. Clausius
menyatakan bahwa dalam suatu sistem tidak mungkin kalor dipindahkan dari
reservoar yang temperatur lebih rendah ke reservoar yang memiliki temperatur
lebih tinggi. Kelvin-Planck menyatakan bahwa tidak mungkin sebuah sistem
siklus termodinamika menghasilkan sejumlah kerja sementara sistem hanya
memperoleh kalor pada satu reservoar.
Entropi sangat berperan penting dalam konsep hukum kedua
termodinamika. Entropi adalah adalah nilai suatu energi spesifik tiap satu satuan
temperatur. Entropi pada suatu sistem termodinamika merupakan sebuah indikator
ketidak beraturan suatu sistem dalam skala mikroskopis. Suatu sistem tertutup
yang diberi energi, nilai entropi pada sistem tersebut akan terus meningkat. Suatu
sistem akan selalu menuju ke dalam suatu kesetimbangan termal terhadap
lingkungannya (hukum kenol termodinamika), yaitu dengan melalui
kesetimbangan entropi. Hal tersebut disebabkan oleh perubahan entropi sistem
terhadap lingkungan. Kesetimbangan tersebut terjadi dengan berpindahnya entropi
pada sistem ke lingkungan. Berpindahnya entropi akan disertai dengan
perpindahan panas.
Berdasarkan pernyataan pada hukum kedua termodinamika, R.J.E. Clausius
menulis sebuah pertidaksamaan yang dikenal dengan nama Clausius Inequality.
Pertidaksamaan tersebut mengungkapkan sebuah proses reversible atau
irreversible sebagai berikut.
1. Stotal = Ssystem + Ssuround = 0 , maka proses tersebut reversible.
2. Stotal = Ssystem + Ssurround > 0 , maka proses tersebut irreversible.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Dengan perubahan Ssystem) memiliki nilai positif dan
perubahan Ssurround) memiliki nilai negatif.
2.4. Exergy
Kata exergy berasal dari bahasa Yunani yaitu ex dan ergon yang berarti dari
(from) dan kerja (work). Exergy dapat didefinisikan sebagai kerja maksimum
yang mampu dilakukan oleh suatu sistem terhadap lingkungan sekitar sistem.
Umumnya, lingkungan dispesifikasikan oleh kondisi temperatur, tekanan, dan
komposisi kimia. Exergy suatu sistem akan meningkat jika terjadi kerja pada
sistem. Exergy itu kekal hanya ketika semua proses dari sistem dan lingkungan
dalam keadaan reversible. Namun, exergy dapat dihancurkan bila terjadi sebuah
proses irreversible. Seperti energi, exergy dapat berpindah melewati batas dari
sebuah sistem. Perpindahan exergy berlangsung bersama dengan perpindahan
panas tergantung temperatur sistem terhadap temperatur lingkungan.
2.5. Analisis Exergy
Suatu laju exergy berkaitan dengan laju perpindahan panas iQ dapat
dihitung dengan persamaan (2.6).
iA
ox
(2.6)
A adalah luasan perpindahan kalor, To adalah temperatur lingkungan, T adalah
temperatur terjadinya perpindahan kalor. Ketika ada sebuah keseragaman
temperatur , persamaan (2.6) menjadi persamaan (2.7).
T
TQE o
Ax 1(2.7)
Dengan adalah nilai laju perpindahan kalor pada suatu luasan, To adalah nilai
temperatur lingkungan, dan T adalah nilai temperatur terjadinya perpindahan
kalor.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Dalam analisis sistem termal terdapat 2 macam exergy yaitu exergy fisik
dan exergy kimia. Exergy fisik adalah kerja yang diperoleh melalui substansi
melewati proses reversible dari kondisi temperatur dan tekanan awal ke kondisi
yang ditentukan berdasarkan temperatur dan tekanan lingkungan. Exergy fisik
dapat dihitung dengan persamaan (2.8).
(2.8)
Dengan ex adalah nilai exergy spesifik, Ho ,To, dan So berturut-turut adalah entalpi,
temperatur, dan entropi lingkungan, sedangkan H dan S adalah entalpi dan entropi
pada sistem. Subscript ph menandakan fisik . Exergy fisik dapat dipisah menjadi 2
komponen, yaitu sebuah komponen termal dan sebuah komponen tekanan atau
dapat disebut juga dengan komponen mekanis. Dengan menggunakan Hukum Gas
Ideal dalam persamaan (2.8) dan mengasumsikan konstanta kapasitas kalor
spesifik isobarik (cp), persamaan (2.8) menjadi persamaan (2.11).
ooop
Tx
(2.9)
oo
Px
(2.10)
0000. phx (2.11)
Dengan Pxe , T
xe , phxe , berturut-turut adalah nilai exergy spesifik komponen
tekanan, nilai exergy spesifik komponen temperatur, nilai exergy spesifik fisik, R
adalah konstanta gas ideal, T0 adalah nilai temperatur lingkungan, P0 adalah nilai
tekanan lingkungan, T adalah nilai temperatur sistem, dan P adalah nilai tekanan
sistem. Exergy kimia adalah kerja yang diperoleh ketika substansi di bawah
pertimbangan dibawa dari kondisi lingkungan, didefinisikan sebagai parameter
temperatur dan tekanan lingkungan ke kondisi referensi yang melibatkan proses
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
perpindahan kalor dan pergantian substansi hanya dengan lingkungan. Untuk
menghitung exergy kimia (ech) (bahan bakar, campuran gas, dan produk hasil
pembakaran) dapat dihitung dengan persamaan (2.12).
n
i
n
iiiiichxichx
1 10,,,
(2.12)
Dengan xi adalah fraksi mol komponen ke-i, R adalah konstanta gas ideal, dan i
adalah koefisien aktivitas. Untuk ideal solution, nilai koefisien aktivitas bernilai 1.
Untuk mempermudah perhitungan, exergy kimia bahan bakar dapat diperoleh
berdasarkan Lower Heating Value (LHV) bahan bakar tersebut. Hubungan antara
LHV dan exergy kimia dijabarkan dalam persamaan (2.13). Persamaan (2.12)
dapat digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih teliti.
(2.13)
Dengan ex,fuel adalah nilai exergy spesifik bahan bakar, nilai rasio exergy terhadap
Lower Heating Value (LHV) bahan bakar ( fuel) dapat dihitung dengan persamaan
dasar komposisi atom. Nilai rasio exergy spesifik bahan bakar hidrokarbon (baHC
) terhadap nilai LHV bahan bakar tersebut dapat dihitung dengan persamaan
(2.14).
(2.14)
2.6. Kerusakan Exergy
Ireversibilitas juga dapat disebut kerusakan exergy atau exergy loss. Jadi,
ketika suatu sistem terjadi proses irreversible, maka pada sistem tersebut ada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
kerusakan exergy atau exergy loss. Kerusakan exergy dihitung dengan cara
mengambil perbedaan antara exergy yang masuk dan exergy yang keluar sistem,
dapat dituliskan dalam persamaan (2.15).
(2.15)
Dengan I adalah nilai irreversibilitas. Subscript i adalah komponen ke-i dan j
adalah komponen ke-j. Cara lain menghitung ireversibilistas dapat dilakukan
dengan peramaan Gouy-Stodola, yang melalui perubahan entropi dikalikan
temperatur lingkungan, hal tersebut dituliskan dalam persamaan (2.16).
oin
iout
jo
(2.16)
Dengan I adalah nilai irreversibilitas, To adalah nilai temperatur lingkungan, Sj ,
Si S berturut-turut adalah nilai entropi ke-j, nilai entropi ke-i, dan perubahan
nilai entropi.
2.7. Analisis Energi dan Analisis Exergy
Menganalisis suatu sistem termal dapat dilakukan dengan cara menganalisis
energi dan exergy pada sistem. Energi dan exergy merupakan suatu hal yang
berbeda. Analisis energi menerapkan konsep hukum pertama termodinamika,
semua bentuk energi itu sama nilainya. Hilangnya kualitas suatu energi tidak
termasuk dalam perhitungan. Analisis exergy memiliki hal lebih dari analisis
energi, yaitu analisis exergi menerapkan konsep hukum pertama termodinamika
dan hukum kedua termodinamika. Dalam kondisi aktual sebuah sistem, exergy
akan rusak/hancur sebagian ataupun seluruhnya, karena selalu ada irreversibilitas
pada sebuah sistem. Analisis exergy menunjukan ketidak idealan dari sebuah
proses (irreversibility), termasuk semua kehilangan kualitas dari materi (massa)
dan energi. Energi tidak dapat hilang atau musnah, sesuai permyataan Hukum
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
Pertama Termodinamika tentang konsevasi energi. Energi itu kekal, yang ada
adalah perpindahan energi ke lingkungan. Namun, energi yang berpindah ke
lingkungan adalah energi yang sia-sia.
2.8. Siklus-siklus pada mesin pembangkit listrik tenaga uap dan gas
Pembangkit listrik tenaga gas dan uap (PLTGU) sering juga disebut dengan
Combined Cycle Power Plant (CCPP). Mesin pembangkit listrik tersebut
menggunakan kombinasi dari 2 siklus termodinamika, yaitu siklus Brayton dan
siklus Rankine. Siklus Brayton adalah siklus yang digunakan pada mesin PLTG
dengan udara sebagai fluida kerjanya, sedangkan siklus Rankine adalah siklus
yang digunakan pada mesin PLTU dengan air sebagai fluida kerjanya.
a) Siklus Brayton
Siklus yang digunakan dalam pembangkitan listrik tenaga gas adalah siklus
Brayton. Skematik siklus Brayton ideal dapat disajikan dalam T-S dan P-V
diagram pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2.
Gambar 2.1 Skematik diagram T-S siklus Brayton pada sistem PLTG
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Gambar 2.2 Skematik diagram P-V siklus Brayton pada sistem PLTG
Proses-proses yang terjadi pada siklus Brayton sesuai T-S dan P-V diagram
yaitu:
1) Proses 1-2
Proses 1-2 merupakan kompresi isentropik. Udara atmosfir masuk sistem
turbin gas melalui inlet kompresor. Kompresor mengkompresi udara
tersebut sampai tekanan tertentu disertai penyempitan volum.
2) Proses 2-3
Proses 2-3 merupakan proses pembakaran isobarik. Udara terkompresi
masuk ke ruang bakar lalu bahan bakar diinjeksikan. Proses pembakaran
terjadi menghasilkan energi panas, energi panas tersebut diserap oleh udara
bertekanan dari kompresor. Proses ini terjadi pertambahan volume tetapi
tidak terjadi pertambahan tekanan.
3) Proses 3-4
Proses 3-4 merupakan proses ekspansi isentropik. Udara bertekanan yang
memiliki energi panas dari hasil pembakaran berekspansi melewati turbin.
Ketika terjadi proses ini udara bertekanan mengalami pertambahan volum.
4) Proses 4-1
Proses 4-1 merupakan proses pembuangan panas ke atmosfir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
b) Siklus Rankine
Siklus yang digunakan dalam pembangkitan listrik tenaga uap adalah siklus
Rankine. Skematik siklus Rankine ideal dapat disajikan dalam T-S dan P-V
dagram pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4.
Gambar 2.3 Skematik diagram T-S siklus Rankine pada sistem PLTU
Gambar 2.4 Skematik diagram P-V siklus Rankine pada sistem PLTU
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
Proses yang terjadi pada siklus Rankine sesuai P-V diagram sebagai
berikut:
1) Proses 7-9
Proses 7-9 adalah ekspansi isentropik dari fluida kerja melalui turbin dari uap
panas lanjut (superheated vapor) tekanan tinggi hingga mencapai uap panas
lanjut tekanan rendah.
2) Proses 9-10
Proses 9-10 adalah ekspansi isentropik dari fluida kerja melalui turbin dari
uap panas lanjut tekanan rendah hingga mencapai tekanan kondenser.
3) Proses 10-1
Proses 10-1 adalah perpindahan kalor dari fluida kerja ketika mengalir pada
tekanan konstan menjadi cairan jenuh.
4) Proses 1-2
Proses 1-2 adalah kompresi isentropik dalam pompa menuju ke kondisi titik
2.
5) Proses 2-3
Proses 2-3 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi
pada tekanan konstan.
6) Proses 3-4
Proses 3-4 adalah kompresi isentropik dalam pompa menuju ke kondisi titik
4.
7) Proses 4-5
Proses 4-5 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi
pada tekanan konstan.
8) Proses 5-6
Proses 5-6 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi
pada tekanan konstan. Kondisi pada proses ini air dipanaskan menjadi uap
basah tekanan tinggi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
9) Proses 6-7
Proses 6-7 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi
pada tekanan konstan. Kondisi pada proses ini uap basah tekanan tinggi
dipanaskan menjadi uap kering (superheated vapor) tekanan tinggi.
10) Proses 3-8
Proses 3-8 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi
pada tekanan konstan. Kondisi pada proses ini air dipanaskan menjadi uap
basah.
11) Proses 8-9
Proses 8-9 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi
pada tekanan konstan. Kondisi pada proses ini uap basah tekanan rendah
dipanaskan menjadi uap kering (superheated vapor) tekanan rendah.
Gambar 2.5 Skematik diagram T S siklus Brayton pada sistem PLTG
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Gambar 2.6 Skematik diagram T S siklus Rankine pada sistem PLTU
Analisis exergy pada mesin PLTGU, siklus Brayton dan siklus Rankine
tidak ideal ditunjukan seperti Gambar 2.5 dan Gambar 2.6. Poin 1-2, dan 3-4 pada
Gambar 2.5, proses terjadi pada entropi yang sama (isentropi) dan poin 7-10 pada
Gambar 2.6, proses terjadi pada entropi yang sama (isentropi). Proses pada poin
tersebut menjadi seperti pada Gambar 2.5 dan Gambar 2.6. Perubahan poin-poin
S > 0.
Siklus Brayton dan siklus Rankine sistem menjadi seperti Gambar 2.5 dan
Gambar 2.6.
2.9. Analisis Laju Kerusakan Exergy dan Efisiensi Exergy Komponen
Mesin PLTGU
Satu blok Mesin PLTGU PT. INDONESIA POWER UNIT
PEMBANGKITAN SEMARANG terdiri dari 3 bagian besar unit, yaitu GTG
berjumlah 3 unit, HRSG berjumlah 3 unit dan STG berjumlah 1 unit. Komponen
yang akan dianalisis pada unit GTG adalah Compressor, Combustion Chamber,
dan Gas Turbine. Komponen yang akan dianalisis pada unit HRSG adalah HRSG
dan HP Transfer pump. Komponen yang akan dianalisis pada unit STG adalah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Steam turbine, Condenser, dan Condensate pump. Komponen-komponen mesin
PLTGU tersebut akan dianalisis nilai laju kerusakan exergy dan efisiensi untuk
mengetahui tingkat keoptimalan mesin.
a) Compressor
Compressor adalah komponen yang berfungsi memasukan udara dari
lingkungan ke dalam sistem dan meningkatkan tekanan udara tersebut. Udara
tersebut akan dikompresi pada tekanan tertentu, sehingga udara pada combustion
chamber memiliki tekanan tinggi. Hal tersebut dimaksudkan agar kondisi udara di
combustion chamber memiliki tekanan yang cukup tinggi.
Gambar 2.7 Skematik Compressor
Berdasarkan Gambar 2.7, poin 1 adalah udara luar masuk ke compressor, poin 2
adalah udara yang keluar dari compressor yang telah ditingkatkan tekanannya.
Nilai laju aliran massa udara ( airm ) yang dimasukan ke dalam sistem dapat
dihitung dengan persamaan (2.15).
(2.15)
Dengan compW adalah nilai daya compressor, cp adalah nilai kalor spesifik gas
ideal, Tcomp.out adalah nilai temperatur dishcharge compressor, dan Tcomp.in adalah
nilai temperatur inlet compressor. Nilai laju kerusakan exergy pada compressor
mesin PLTG dapat dihitung dengan persamaan (2.16).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
outcompxcompcompincompx .,., (2.16)
Dengan incompx ., adalah nilai laju exergy udara yang masuk ke compressor,
compW adalah nilai daya pompa, outcompx ., adalah nilai laju exergy udara yang
keluar dari compressor, dan adalah nilai laju kerusakan exergy compressor.
Nilai efisiensi exergy compressor ( II.comp) dapat dihitung dengan persamaan
(2.17).
inCompxComp
outCompxcompII EW
E
.,
.,,
(2.17)
Dengan outCompxE ., adalah nilai laju exergy udara keluar dari compressor, CompW
adalah nilai daya compressor, dan inCompxE ., adalah nilai laju exergy udara yang
masuk ke compressor.
b) Combustion Chamber
Combustion Chamber adalah komponen dimana terjadinya proses
pembakaran. Udara bertekanan dari compressor akan bercampur dengan bahan
bakar dan bereaksi. Proses pembakaran tersebut terjadi dengan bantuan percikan
api dari spark plug. Proses pembakaran tersebut dimaksudkan untuk
menambahkan nilai kalor gas.
Gambar 2.8 Skematik Combustion chamber
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Berdasarkan Gambar 2.8, poin 3 adalah udara discharge compressor yang masuk
ke combustion chamber, poin 4 adalah bahan bakar yang dimasukan ke
combustion chamber, dan poin 5 adalah udara panas bertekanann tinggi yang
keluar dari combustion chamber. Besarnya temperatur produk pembakaran atau
temperatur gas keluar dari combustion chamber ( outCC. ) dapat diketahui dengan
persamaan (2.18).
exhk
k
compoutCC TPT1
. (2.18)
Dengan Pcom adalah nilai tekanan compressor, Texh adalah nilai temperatur exhaust
gas, dan superscript k adalah konstanta rasio cp terhadap cv. Nilai laju kerusakan
exergy pada combustion chamber mesin PLTG dapat dihitung dengan persamaan
(2.19).
(2.19)
Dengan inCCxE ., adalah nilai laju exergy udara yang masuk ke combustion
chamber, fuelxE , adalah nilai laju exergy bahan bakar yang masuk ke combustion
chamber, outCCxE ., adalah nilai laju exergy produk dari gas hasil pembakaran, dan
CCI adalah nilai laju kerusakan exergy pada combustion chamber. Nilai efisiensi
exergy combustion chamber ( II.CC) dapat dihitung dengan persamaan (2.20).
fuelxinCCx
outCCxCCII
,.,
.,,
(2.20)
Dengan adalah nilai laju exergy gas produk pembakaran keluar dari
combustion chamber, inCCxE ., adalah nilai laju exergy udara yang masuk ke
combustion chamber, dan fuelxE , adalah nilai laju exergy bahan bakar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
c) Gas turbine
Gas turbine adalah komponen yang berfungsi untuk memutar poros
generator. Energi mekanis untuk memutar turbin diperoleh dari gas panas
bertekanan tinggi yang dialirkan dari combustion chamber. Tekanan dan
temperatur gas panas turun setelah memutar turbin.
Gambar 2.9 Skematik Gas turbine
Berdasarkan Gambar 2.9, poin 6 adalah udara panas bertekanan tinggi yang
masuk ke gas turbine dan poin 7 adalah exhaust gas yang keluar dari gas turbine.
Nilai laju kerusakan exergy pada gas turbine mesin PLTG dapat dihitung dengan
persamaan (2.21).
GTGToutGTxinGTx .,., (2.21)
Dengan inGTxE ., adalah nilai laju exergy gas hasil pembakaran yang masuk ke gas
turbine, outGTxE ., adalah nilai laju exergy gas hasil pembakaran yang keluar dari
gas turbine, GTW adalah daya yang dihasilkan oleh gas turbine, dan GTI adalah
nilai laju kerusakan exergy pada gas turbine.
Nilai efisiensi exergy gas turbine ( II.GT) dapat dihitung dengan persamaan
(2.22).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
inGTx
outGToutGTxGTII E
WE
.,
..,,
(2.22)
Dengan outGTxE ., adalah nilai laju exergy exhaust gas keluar dari gas turbine, GTW
adalah daya output gas turbine, dan inGTxE ., adalah laju exergy gas panas masuk
ke gas turbine.
d) Saluran Exhaust
Saluran Exhaust adalah komponen yang berfungsi sebagai sisi keluaran gas
panas yang telah melewati gas turbine. Gas tersebut dikeluarkan ke lingkungan
sekitar. Saluran exhaust terpasang sebuah komponen yang disebut diverter
damper. Diverter damper berguna sebagai katup untuk mengalirkan exhaust gas
dari PLTG ke HRSG.
e) HRSG
HRSG atau Heat Recovery Steam Generator dapat dikatakan sebagai boiler
pada PLTGU. Komponen ini adalah penghasil uap panas pada mesin PLTGU.
Panas HRSG diperoleh dari panas sisa exhaust gas dari mesin PLTG. Sebuah
HRSG menghasilkan 2 macam uap dengan tekanan yang berbeda yaitu uap kering
bertekanan tinggi (HP superheated vapor) dan uap kering bertekanan rendah (LP
superheated vapor). Berdasarkan Gambar 2.10, poin 8 adalah exhaust gas masuk
ke HRSG, poin 9 adalah air masuk ke HRSG melalui bagian Low Pressure, poin
10 adalah air keluar dari HRSG dari bagian Low Pressure (LP), Poin 13 adalah air
masuk ke HRSG dari bagian High Pressure (HP), poin 14 adalah LP superheated
vapor keluar dari HRSG,dan poin 15 adalah HP superheated vapor keluar dari
HRSG.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Gambar 2.10 Skematik HRSG
Nilai laju kerusakan exergy pada HRSG mesin PLTU dapat dihitung dengan
persamaan (2.23).
HRSGoutexhxoutvapspHPxoutvapspLPxoutHRSGLPx
inHRSGHPxinHRSGLPxinexhx
IEEEE
EEE
.,...,...,..,
..,..,.,
(2.23)
Dengan inexhxE ., adalah nilai laju exergy exhaust gas yang masuk ke HRSG,
inHRSGLPx .., adalah nilai laju exergy air yang masuk ke LP HRSG, inHRSGHPxE ..,
adalah nilai laju exergy air yang masuk ke HP HRSG, outHRSGLPxE .., adalah nilai laju
exergy air yang keluar dari LP HRSG, outvapspLPx ..., adalah nilai laju exergy LP
superheated vapor yang keluar dari LP HRSG, outvapspHPxE ..., adalah nilai laju
exergy HP superheated vapor yang keluar dari HP HRSG, outexhxE ., adalah nilai
laju exergy exhaust gas yang keluar dari HRSG, HRSGI adalah nilai laju kerusakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
exergy HRSG. Nilai efisiensi exergy HRSG ( II.HRSG) dapat dihitung dengan
persamaan (2.24).
inHRSGHPinHRSGLPinexhx
HRSGGTII EEE
I
.....,, 1
(2.24)
Dengan HRSG adalah nilai laju kerusakan exergy HRSG, inexhxE ., adalah nilai laju
exergy exhaust gas yang masuk ke HRSG, adalah nilai laju exergy air
yang masuk ke LP HRSG, dan adalah laju exergy air yang masuk ke
HP HRSG.
f) Steam turbine
Steam Turbine adalah komponen yang berfungsi untuk memutar poros
generator. Energi mekanik untuk memutar turbin tersebut berasal dari uap yang
berasal dari HRSG yang dialirkan ke steam turbine. Tekan dan temperatur uap
menurun setelah melewati steam turbine.
Gambar 2.11 Skematik Steam turbine
Berdasarkan Gambar 2.11, poin 17 adalah HP superheated vapor memasuki HP
steam turbine, poin 16 adalah LP superheated vapor memasuki sudu terakhir dari
HP steam turbine, poin 18 adalah LP superheated vapor keluar dari sudu terakhir
dari HP steam turbine, poin 19 adalah LP superheated vapor memasuki LP steam
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
turbine, dan poin 20 adalah uap keluar dari LP steam turbine. Nilai laju kerusakan
exergy pada steam turbine mesin PLTU dapat dihitung dengan persamaan (2.25).
(2.25)
Dengan inSTLPxE .., adalah nilai laju exergy LP superheated vapor yang masuk ke
LP steam turbine, inSTHPxE .., adalah nilai laju exergy HP superheated vapor yang
masuk ke HP steam turbine, outSTLPx .., adalah nilai laju exergy uap yang keluar
dari LP steam turbine, outSTHPxE .., adalah nilai laju exergy uap yang keluar dari HP
steam turbine, STW adalah nilai daya yang dihasilkan steam turbine, dan ST
adalah nilai laju kerusakan exergy steam turbine. Nilai efisiensi exergy steam
turbine ( II.ST) dapat dihitung dengan persamaan (2.26).
(2.26)
Dengan ST adalah nilai laju kerusakan exergy pada steam turbine,
adalah nilai laju exergy uap yang masuk ke HP steam turbine, dan
adalah nilai laju exergy yang masuk ke LP steam turbine.
g) Condenser
Condenser adalah komponen yang berfungsi untuk melepas kalor dan
mengubah uap yang keluar dari turbin menjadi air sehingga dapat disirkulasikan
ke HRSG.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Gambar 2.12 Skematik Condenser
Berdasarkan Gambar 2.12, poin 21 adalah uap memasuki condenser dan poin 22
adalah air keluar dari condenser. Nilai laju kerusakan exergy pada condenser
mesin PLTU dapat dihitung dengan persamaan (2.27).
(2.27)
Dengan inCondx ., adalah nilai laju exergy uap yang masuk ke condenser, outCondxE .,
adalah nilai laju exergy air yang keluar dari condenser, dan adalah nilai laju
kerusakan exergy condenser. Nilai efisiensi exergy condenser ( II.Cond) dapat
dihitung dengan persamaan (2.28).
inCondx
outCondxCondII
.,
,,,
(2.28)
Dengan outCondxE ,, adalah nilai laju exergy air yang keluar dari condenser dan
inCondxE ., adalah nilai laju exergi uap yang masuk ke condenser.
h) Pompa
Pompa adalah komponen yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan air
dan mengalirkan air ke dalam sistem. Ada 2 pompa dalam sistem PLTU, yaitu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
1) Condensate Pump
Condensate pump adalah pompa yang berfungsi mengalirkan dan
meningkatkan tekanan air dari condenser ke HRSG.
Gambar 2.13 Skematik Condensate pump
Poin 23 adalah air memasuki condensate pump dan poin 24 adalah air keluar dari
condensate pump. Nilai laju kerusakan exergy pada condensate pump mesin
PLTGU dapat dihitung dengan persamaan (2.29).
(2.29)
Dengan inPumpCondxE .., adalah nilai laju exergy air yang masuk ke condensate pump,
pumpcondW . adalah nilai daya condensate pump, outPumpCondx .., adalah nilai laju
exergy air yang keluar dari condensate pump, dan PumpCondI . adalah nilai laju
kerusakan exergy condensate pump. Nilai efisiensi exergy condensate pump
( II.HP.Trans.Pump) dapat dihitung dengan persamaan 2.30.
PumpCondinPumpCondx
PumpCondPumpCondII
WE
I
....
.., 1
(2.30)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
Dengan PumpCondI . adalah nilai laju kerusakan exergy condensate pump,
inPumpCondxE ... adalah nilai laju exergy air yang masuk ke condensate pump, dan
PumpCond. adalah daya condensate pump.
2) HP Tranfer Pump
HP Transfer pump adalah pompa yang berfungsi mengalirkan air panas dari
bagian LP HRSG menuju bagian dari HP HRSG pada tingkatan output High
Pressure Vapor.
Gambar 2.14 Skematik HP Transfer pump
Berdasarkan Gambar 2.14, poin 11 adalah air memasuki HP transfer pump dan
poin 12 adalah air keluar dari HP tranfer pump. Nilai laju kerusakan exergy pada
HP transfer pump mesin PLTU dapat dihitung dengan persamaan (2.31).
(2.31)
Dengan inPumpTransHPx ..., adalah nilai laju exergy air yang masuk ke HP transfer
pump, PumpTransHPW .. adalah nilai daya HP transfer pump, adalah
nilai laju exergy air yang keluar dari HP transfer pump, dan PumpTransHP .. adalah
nilai laju kerusakan exergy HP transfer pump. Nilai efisiensi exergy HP transfer
pump ( II.,HP.Trans.Pump) dapat dihitung dengan persamaan (2.32)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
PumpTransHPinPumpTransHPx
outPumpTransHPxPumpTransHPII WE
E
......
......,
(2.32)
Dengan outPumpTransHPx .... adalah nilai laju exergy air yang keluar dari HP transfer
pump, inPumpTransHPx .... adalah nilai laju exergy air yang masuk ke HP transfer
pump, dan PumpTransHPW .. adalah nilai daya HP transfer pump.
2.10. Efisiensi Exergy Mesin PLTGU
Mesin PLTGU dapat beroperasi dengan 2 cara, yaitu simple cycle dan
combined cycle. Efisiensi exergy mesin PLTG ( cycleII , ) dan efisiensi exergy mesin
PLTGU ( ) dapat dihitung dengan cara persamaan (2.33) dan (2.34).
fuelx
outGTcycleII E
W
,
.,
(2.33)
(2.34)
Dengan outGT . adalah nilai daya output PLTG dan fuelxE , adalah nilai laju exergy
bahan bakar, sedangkan outSTW . adalah nilai daya output PLTU.
2.10. Proses Pembakaran
Pembakaran dapat terjadi ketika bahan bakar dan udara bereaksi. Ada 2
macam proses pembakaran, yaitu pembakaran sempurna dan pembakaran tidak
sempurna. Pembakaran sempurna dapat terjadi apabila seluruh bahan bakar
bereaksi dengan udara dengan komposisi campuran stoikiometri. Pembakaran
tidak sempurna terjadi apabila ada sejumlah bahan bakar yang tidak bereaksi
dengan udara yang dicampurkan, hal tersebut dapat disebabkan proses
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
pembakaran kekurangan jumlah udara sehingga produk pembakaran ada
kandungan bahan bakarnya.
Ada 3 jenis campuran bahan bakar dan udara dalam proses pembakaran
yaitu rich mixture, stoichiometric mixture dan lean mixture. Rich mixture adalah
proses pembakaran dengan jumlah udara yang kurang sehingga bahan bakar tidak
terbakar seluruhnya. Stoichiometric mixture adalah proses pembakaran dengan
jumlah udara yang tepat untuk membakar seluruh bahan bakar. Lean mixture
adalah proses pembakaran dengan jumlah udara yang berlebih sehingga produk
pembakaran terdapat kandungan oksigen.
Combustion chamber adalah komponen mesin PLTG yang berfungsi
sebagai tempat berlangsungnya proses pembakaran terjadi. Unit PLTG PT
Indonesia Power UP Semarang menggunakan bahan bakar natural gas sebagai
bahan bakar mesin PLTG. Karakteristik natural gas yang digunakan dijabarkan
pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2.
Tabel 2.1 Natural Gas Properties
Temperature 29,2056 oCPressure 24,8354 BarDensity 0,74399 kg/m3
Heating Value 40592.5 kJ/m3
Proses pembakaran gas alam pada mesin PLTG diasumsikan sebagai pembakaran
gas metana. Reaksi pembakaran gas metana dan udara dapat dituliskan pada
persamaan 2.35. Udara diasumsikan terdiri dari 21% O2 dan 79% N2. Produk
pembakaran sempurna gas metana tidak menghasilkan oksigen dan metana.
CH4 + 2O2 + 7.52N2 CO2 + 2H2O + 7.52N2 (2.35)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Tabel 2.2 Natural Gas Composition
Gas Components Mol (%)Methane 93.7410Nitrogen 0.4193Carbon Dioxide 0.0011Ethane 3.4591Propane 1.2142i-Butane 0.2487n-Butane 0.3201i-Pentane 0.1268n-Pentane 0.1139
n-Hexane 0.3550Water 0.0009Hidrogen Sulfida 0.0000
2.11. Air Fuel Ratio (AFR) dan Fuel Air Ratio (FAR)
Air Fuel Ratio (AFR) adalah perbandingan jumlah udara terhadap jumlah
bahan bakar dalam proses pembakaran. Jumlah udara dan jumlah bahan bakar
yang dibandingkan adalah jumlah yang dicampurkan, meskipun campuran
tersebut bereaksi atau tidak. Nilai Air Fuel Ratio dapat dihitung dengan
persamaan 2.36.
fuel
air
(2.36)
Dengan AFR adalah nilai Air Fuel Ratio, adalah nilai laju aliran massa
udara, dan fuelm adalah nilai laju aliran massa bahan bakar. Fuel Air Ratio
(FAR) adalah perbandingan jumlah bahan bakar terhadap jumlah udara dalam
proses pembakaran. Jumlah bahan bakar dan jumlah udara yang dibandingkan
adalah jumlah yang dicampurkan, meskipun campuran tersebut bereaksi atau
tidak. Nilai Fuel Air Ratio dapat dihitung dengan persamaan (2.37).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
air
fuel
m
mFAR
(2.37)
Dengan FAR adalah nilai Fuel Air Ratio, fuelm adalah nilai laju aliran massa
bahan bakar, dan adalah nilai laju aliran massa udara.
2.12. Air Fuel Equivalence Ratio ( ) dan Fuel Air Equivalence Ratio ( )
Air Fuel Equivalence Ratio adalah rasio antara nilai Air Fuel Ratio
aktual proses pembakaran terhadap Air Fuel Ratio stoichiometric proses
pembakaran. Nilai Air Fuel Equivalence Ratio dapat di hitung dengan persamaan
(2.38).
stoic
act
AFR
AFR(2.38)
Dengan adalah nilai Air Fuel Equivalence Ratio, AFRact adalah nilai Air
Fuel Ratio aktual, dan AFRstoic adalah nilai Air Fuel Ratio stoichiometric. Jenis
campuran proses pembakaran dapat diketahui dengan menghitung nilai Air Fuel
Equivalence Ratio. Nilai < 1 merupakan rich mixture, nilai = 1 merupakan
soichiometric mixture, dan nilai > 1 merupakan lean mixture. Fuel Air
Equivalence Ratio adalah rasio antara nilai Fuel Air Ratio aktual proses
pembakaran terhadap Fuel Air Ratio stoichiometric proses pembakaran. Nilai
Fuel Air Equivalence Ratio dapat dihitung dengan persamaan (2.39).
stoic
act
FAR
FAR(2.39)
Dengan adalah nilai Fuel Air Equivalence Ratio, FARact adalah nilai Fuel
Air Ratio aktual, dan FARstoic adalah nilai Fuel Air Ratio stoichiometric. Nilai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
> 1 merupakan rich mixture, nilai = 1 merupakan soichiometric mixture, dan
nilai < 1 merupakan lean mixture.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Alur Penelitian
Penelitian mesin PLTGU PT. INDONESIA POWER UNIT
PEMBANGKITAN SEMARANG melalui serangkaian proses dari awal hingga akhir
yang dapat dideskripsikan melalui diagram alir pada Gambar 3.1.
Mulai
Survey PembangkitTenaga Gas dan Uap
Perumusan Masalah
Menentukan TujuanPenelitian
Studi Literatur
A
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
A
Pengambilan Data:11. Parameter Sistem
Pembangkit Listrik12. Parameter Lingkungan
Sistem Pembangkit Listrik
Lengkap?
Perhitungan dan Analisis
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Tidak
Ya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Keterangan Diagram Alir Penelitian pada Gambar 3.1 adalah sebagai berikut.
1. Survey
Survey pembangkit listrik tenaga gas dan uap dilakukan untuk mengetahui
operasi dan pola operasi sistem PLTGU.
2. Perumusan Masalah
Perumusan masalah adalah munculnya permasalah yang ada pada PLTGU,
sehingga perlu diketahui penyebabnya.
3. Menentukan Tujuan
Menentukan target akhir dari penelitian yang akan dilaksanakan.
4. Studi Literatur
Mencari informasi dan mempelajari materi yang berhubungan dengan objek
penelitian.
5. Pengambilan Data
Melakukan pengambilan data kuantitatif pada objek penelitian.
6. Meneliti kelengkapan data yang telah diambil.
Apabila belum lengkap, harus melakukan pengambilan data kembali.
7. Perhitungan dan Analisis
Perhitungan adalah proses menghitung yang dilakukan setelah semua data
terkumpul dengan metode yang ditentukan. Analisis dilakukan untuk
mendeskripsikan permasalahan dengan indikasi-indikasi yang diperoleh dari
perhitungan.
8. Kesimpulan dan Saran
Peneliti dapat menyimpulkan suatu permasalahan dari hasil dari Perhitungan
dan Analisis dan memberikan beberapa saran yang mampu mengatasi
permasalahan tersebut dengan baik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Gambar 3.2 Skematik Mesin PLTGU
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
3.2. Variabel Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada mesin PLTGU yang beroperasi pada pola 3-3-1
pada blok I phase II. Ada beberapa macam variabel pada penelitian ini, yaitu variabel
terikat dan variabel bebas.
a) Variabel terikat
Variabel terikat sering juga disebut variabel criteria dan respond an output
(hasil). Variabel terkait merupakan variabel yang dipengaruhi atau yang menjadi
akibat, karena adanya variabel bebas.
Ada beberapa variabel terikat pada penelitian ini, variabel tersebut disajikan
pada tabel (3.1).
Tabel 3.1 Tabel Variabel Terkait pada Penelitian
No. Variabel Terkait Simbol
1 a. Laju aliran massa udara masuk ke kompressor.
b. Tekanan udara masuk ke kompresor.
c. Temperatur udara masuk ke kompresor.
a.
b.
c.
2 a. Laju aliran massa udara keluar dari kompressor.
b. Tekanan udara keluar dari kompresor.
c. Temperatur udara keluar dari kompresor.
a.
b.
c.
3 a. Laju aliran massa udara masuk ke combustion
chamber.
b. Tekanan udara masuk ke combustion chamber.
c. Temperatur udara masuk ke combustion chamber.
a.
b. inCC,
c.
4 a. Laju aliran massa bahan bakar masuk ke combustion
chamber.
a. fuel
5 a. Laju aliran massa gas hasil pembakaran keluar dari
combustion chamber.
b. Tekanan gas hasil pembakaran keluar dari combustion
a.
b. outCC,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
chamber.
c. Temperatur gas hasil pembakaran keluar dari
combustion chamber.
c.
6 a. Laju aliran massa gas hasil pembakaran masuk ke
turbin gas.
b. Tekanan gas hasil pembakaran masuk ke turbin gas.
c. Temperatur gas hasil pembakaran masuk ke turbin
gas.
a.
b.
c.
7 a. Laju aliran massa gas hasil pembakaran keluar dari
turbin gas.
b. Tekanan gas hasil pembakaran keluar dari turbin gas.
c. Temperatur gas hasil pembakaran keluar dari turbin
gas.
a.
b.
c.
8 a. Laju aliran massa gas buang masuk ke HRSG.
b. Tekanan gas buang masuk ke HRSG.
c. Temperatur gas buang masuk ke HRSG.
a.
b. inexh,
c.
9 a. Laju aliran massa air masuk ke LP HRSG.
b. Tekanan air masuk ke LP HRSG.
c. Temperatur air masuk ke LP HRSG.
a.
b.
c.
10 a. Laju aliran massa air panas keluar dari LP HRSG.
b. Tekanan air panas keluar dari LP HRSG.
c. Temperatur air panas keluar dari LP HRSG.
a.
b.
c.
11 a. Laju aliran massa air panas masuk ke HP transfer
pump.
b. Tekanan air panas masuk ke HP transfer pump.
c. Temperatur air panas masuk ke HP transfer pump.
a.
b.
c.
12 a. Laju aliran massa air keluar dari HP transfer pump. a.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
b. Tekanan air keluar dari HP transfer pump.
c. Temperatur air keluar dari HP transfer pump.
b.
c.
13 a. Laju aliran massa air panas masuk ke HP HRSG.
b. Tekanan air panas masuk ke HP HRSG.
c. Temperatur air panas masuk ke HP HRSG.
a.
b.
c.
14 a. Laju aliran massa LP superheated vapor keluar dari
LP HRSG.
b. Tekanan LP superheated vapor keluar dari LP HRSG.
c. Temperatur LP superheated vapor keluar dari LP
HRSG.
a.
b.
c.
15 a. Laju aliran massa HP superheated vapor keluar dari
HP HRSG.
b. Tekanan HP superheated vapor keluar dari HP HRSG.
c. Temperatur HP superheated vapor keluar dari HP
HRSG.
a.
b.
c.
16 a. Laju aliran massa gas buang keluar dari HRSG.
b. Tekanan gas buang keluar dari HRSG.
c. Temperatur gas buang keluar dari HRSG.
a.
b.
c.
17 a. Laju aliran massa HP superheated vapor masuk ke HP
turbin uap.
b. Tekanan HP superheated vapor masuk ke HP turbin
uap.
c. Temperatur HP superheated vapor masuk ke HP
turbin uap.
a.
b.
c.
18 a. Laju aliran massa HP superheated vapor keluar dari
HP turbin uap.
a.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
b. Tekanan HP superheated vapor keluar dari HP turbin
uap.
c. Temperatur HP superheated vapor keluar dari HP
turbin uap.
b.
c.
19 a. Laju aliran massa LP superheated vapor masuk ke LP
turbin uap.
b. Tekanan LP superheated vapor masuk ke LP turbin
uap.
c. Temperatur LP superheated vapor masuk ke LP turbin
uap.
a.
b.
c.
20 a. Laju aliran massa LP superheated vapor keluar dari
LP turbin uap.
b. Tekanan LP superheated vapor keluar dari LP turbin
uap.
c. Temperatur LP superheated vapor keluar dari LP
turbin uap.
a.
b.
c.
21 a. Laju aliran massa uap masuk ke kondensor.
b. Tekanan uap masuk ke kondensor.
c. Temperatur uap masuk ke kondensor.
a.
b.
c.
22 a. Laju aliran massa air keluar dari kondensor.
b. Tekanan air keluar dari kondensor.
c. Temperatur air keluar dari kondensor.
a.
b.
c.
23 a. Laju aliran massa air masuk ke condensate pump.
b. Tekanan air masuk ke condensate pump.
c. Temperatur air masuk ke condensate pump.
a.
b.
c.
24 a. Laju aliran massa air keluar dari condensate pump.
b. Tekanan air keluar dari condensate pump.
a.
b.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
c. Temperatur air keluar dari condensate pump. c.
b) Variabel bebas
Variabel bebas sering disebut juga variabel predictor, stimulus, input,
antencendent atau variabel yang mempengaruhi. Variabel bebas merupakan variabel
yang menjadi sebab timbulnya atau berubahnya variabel terikat. Sehingga variabel
bebas dapat dikatakan sebagai variabel yang mempengaruhi. Variabel bebas dalam
penelitian ini adalah temperatur lingkungan sekitar mesin PLTGU.
3.3. Pengambilan Data
Keperluan pengambilan data pada sistem mesin pembangkit listrik dapat
diperoleh dengan mencatat data pada logsheet mesin pembangkit listrik yang
digunakan untuk menganalisis mesin pembangkit listrik. Setelah data-data yang
diperlukan sudah lengkap, data tersebut dapat dihitung kemudian dianalisis.
3.5. Analisis Data
Analisis data akan dilakukan dengan cara menghitung nilai laju kerusakan
exergy dan nilai efisiensi exergy serta dihubungkan terhadap temperatur lingkungan
dari sistem. Analisis tersebut akan menjabarkan pada komponen apa yang nilai laju
kerusakan exergy terbesar dan pada komponen apa yang nilai efisiensi exergy
terendah. Hubungan nilai laju kerusakan exergy dan nilai efisiensi exergy terhadap
temperatur lingkungan untuk mengetahui pengaruh parameter lingkungan terhadap
nilai laju kerusakan exergy dan nilai efisiensi exergy komponen mesin PLTGU.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
3.6. Tempat dan Jadwal Penelitian
a) Tempat Penelitian
Penelitian mesin PLTGU akan dilakukan di PT. INDONESIA POWER UNIT
PEMBANGKITAN SEMARANG yang beralamat di Jalan Ronggowarsito Komplek
Pelabuhan Tanjung Emas, Semarang, Jawa Tengah.
b) Jadwal Penelitian
Waktu dan pelaksanaan penelitian dilakukan pada tanggal 7 Oktober hingga 23
Oktober 2015.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis akan dibahas dalam bentuk diagram dan grafik. Hasil
penelitian yang akan dibahas adalah hubungan hubungan performa kerja
compressor, combustion chamber, turbin terhadap temperatur lingkungannya dan
nilai laju kerusakan exergy dan nilai efisiensi exergy mesin PLTGU. Penelitian
unit GTG dilakukan pada kondisi beban output 90MW, unit HRSG dan STG
dialkukan pada kondisi beban output 114MW.
4.1. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Compressor
Gambar 4.1 menunjukkan bahwa nilai laju kerusakan exergy Compressor I
terus meningkat dari nilai 10003,456kW pada temperatur lingkungan 25oC sampai
sebesar 10387,425kW pada temperatur lingkungan 35oC, laju kerusakan exergy
Compressor II meningkat nilainya dari 10089,469kW pada temperatur lingkungan
25oC sampai sebesar 10585,002kW pada temperatur lingkungan 35oC, dan laju
kerusakan exergy Compressor III meningkat nilainya dari 9564,145kW pada
temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 10132,389kW pada temperatur
lingkungan 35oC. Meningkatnya laju kerusakan compressor disebabkan oleh
meningkatnya temperatur discharge compressor ketika temperatur lingkungan
meningkat (Gambar 4.7). Entropi akan meningkat ketika temperatur meningkat,
sehingga nilai ΔSsystem > 0. Semakin besar nilai ΔSsystem maka tingkat
irreversibilitas semakin besar.
Gambar 4.2 menunjukkan nilai efisiensi exergy compressor meningkat
ketika temperatur lingkungan meningkat. Meningkatnya efisiensi compressor di
setiap kenaikan temperatur lingkungan disebabkan oleh menurunya nilai laju
exergy yang rusak di setiap kenaikan temperatur lingkungan. Gambar 4.2
menunjukkan nilai efisiensi Compressor I menurun nilainya dari 88,9% pada
temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 88,5% pada temperatur lingkungan
35oC, nilai efisiensi exergy Compressor II menurun nilainya dari 88,8% pada
temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 88,2% pada temperatur lingkungan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
35oC, dan nilai efisiensi exergy Compressor III menurun nilainya dari 89,4% pada
temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 88,7% pada temperatur lingkungan
35oC.
4.2. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa CombustionChamber
Gambar 4.3 menunjukkan bahwa nilai laju kerusakan exergy Combustion
Chamber I terus meningkat dari nilai 155885,760kW pada temperatur lingkungan
25oC sampai sebesar 164698,192kW pada temperatur lingkungan 35oC, laju
kerusakan exergy Combustion Chamber II meningkat nilainya dari
164108,331kW pada temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 176058,347kW
pada temperatur lingkungan 35oC, dan laju kerusakan exergy Combustion
Chamber III meningkat nilainya dari 55893,420kW pada temperatur lingkungan
25oC sampai sebesar 74154,912kW pada temperatur lingkungan 35oC.
Meningkatnya nilai nilai kerusakan exergy pada combustion chamber disebabkan
oleh menurunnya nilai AFR (Gambar 4.9). Meningkatnya temperatur produk
pembakaran (Gambar 4.8) juga menjadi faktor meningkatnya laju kerusakan
exergy combustion chamber. Semakin besar nilai ΔSsystem (perubahan entropi
sistem) terhadap ΔSsurround (perubahan entropi lingkungan), maka akan semakin
besar tingkat irreversibilitas.
Gambar 4.4 menunjukkan nilai efisiensi exergy combustion chamber
menurun ketika temperatur lingkungan meningkat. Menurunnya efisiensi
combustion chamber di setiap kenaikan temperatur lingkungan disebabkan oleh
meningkatnya nilai laju exergy yang rusak di setiap kenaikan temperatur
lingkungan. Gambar 4.4 menunjukkan nilai efisiensi Combustion chamber I
menurun nilainya dari 62,8% pada temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar
60,4% pada temperatur lingkungan 35oC, nilai efisiensi exergy Combustion
chamber II menurun nilainya dari 61,3% pada temperatur lingkungan 25oC
sampai sebesar 58,5% pada temperatur lingkungan 35oC, dan nilai efisiensi
exergy Combustion chamber III menurun nilainya dari 82,6% pada temperatur
lingkungan 25oC sampai sebesar 77,3% pada temperatur lingkungan 35oC.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
4.3. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Gas turbine
Gambar 4.5 menunjukkan bahwa nilai laju kerusakan exergy Gas turbine I
terus menurun dari nilai 105901,948kW pada temperatur lingkungan 25oC sampai
sebesar 99646,979kW pada temperatur lingkungan 35oC, laju kerusakan exergy
Gas turbine II menurun nilainya dari 105199,426kW pada temperatur lingkungan
25oC sampai sebesar 98967,361kW pada temperatur lingkungan 35oC, dan laju
kerusakan exergy Gas turbine III menurun nilainya dari 108111,274kW pada
temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 100877,356kW pada temperatur
lingkungan 35oC. Menurunnya laju kerusakan exergy gas turbine disebabkan oleh
meningkatnya temperatur inlet gas turbine (Gambar 4.8). Hal tersebut
meneyebabkan nilai perubahan entropi pada sistem terhadap nilai perubahan
entropi lingkungan semakin kecil.
Gambar 4.6 menunjukkan nilai efisiensi exergy gas turbin meningkat ketika
temperatur lingkungan meningkat. Meningkatnya efisiensi gas turbine disebabkan
oleh berkurangnya nilai laju exergy pada gas turbine. Gambar 4.6 menunjukkan
nilai efisiensi Gas turbine I meningkat nilainya dari 59,7% pada temperatur
lingkungan 25oC sampai sebesar 60,3% pada temperatur lingkungan 35oC, nilai
efisiensi exergy Gas turbine II menurun nilainya dari 59,6% pada temperatur
lingkungan 25oC sampai sebesar 60,1% pada temperatur lingkungan 35oC, dan
nilai efisiensi exergy Gas turbine III menurun nilainya dari 59,2% pada
temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 59,9% pada temperatur lingkungan
35oC.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
24 26 28 30 32 34 36
9600
9800
10000
10200
10400
10600
Laju
Ker
usak
an E
xerg
y (k
W)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
Comp IComp IIComp III
Gambar 4.1 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Compressor terhadaptemperatur lingkungannya.
24 26 28 30 32 34 36
0.882
0.884
0.886
0.888
0.890
0.892
0.894
Efis
iens
i Exe
rgy
Temperatur Lingkungan (Celcius)
Comp IComp IIComp III
Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi Exergy Compressor terhadap temperaturlingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
24 26 28 30 32 34 36
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
Laju
Ker
usak
an E
xerg
y (k
W)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
CC ICC IICC III
Gambar 4.3 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Combustion chamberterhadap temperatur lingkungannya.
24 26 28 30 32 34 36
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
Efis
iens
i Exe
rgy
Temperatur Lingkungan (Celcius)
CC ICC IICC III
Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi Exergy Combustion chamber terhadaptemperatur lingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
24 26 28 30 32 34 3698000
100000
102000
104000
106000
108000
Laju
Ker
usak
an E
xerg
y (k
W)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
GT IGT IIGT III
Gambar 4.5 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Gas turbine terhadaptemperatur lingkungannya.
24 26 28 30 32 34 36
0.592
0.594
0.596
0.598
0.600
0.602
Efis
iens
i Exe
rgy
Temperatur Lingkungan (Celcius)
GT IGT IIGT III
Gambar 4.6 Grafik hubungan efisiensi Exergy Gas turbine terhadap temperaturlingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
24 26 28 30 32 34 36
608
616
624
632
640
Tem
pera
tur D
isch
arge
Kom
pres
or (K
elvi
n)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
Comp IComp IIComp III
Gambar 4.7 Grafik hubungan temperatur Discharge Compressor terhadaptemperatur lingkungannya.
24 26 28 30 32 34 36
1425
1430
1435
1440
1445
Tem
pera
tur P
rodu
k Pe
mba
kara
n /
Tem
pera
tur I
nlet
Tur
bin
(Kel
vin)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
GTG IGTG IIGTG III
Gambar 4.8 Grafik hubungan temperatur produk pembakaran / temperatur InletGas turbine terhadap temperatur lingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
24 26 28 30 32 34 36
40
45
50
55
60
Air
Fuel
Rat
io (A
FR)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
GTG IGTG IIGTG III
Gambar 4.9 Grafik hubungan Air – Fuel Ratio (AFR) terhadap temperaturlingkungannya.
24 26 28 30 32
17500
20000
22500
25000
27500
30000
Laju
Ker
usak
an E
xerg
y (k
W)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
HRSG IHRSG IIHRSG III
Gambar 4.10 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy HRSG terhadap temperaturlingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
24 25 26 27 28 29 30 31 32 330.78
0.80
0.82
0.84
0.86
Efis
iens
i Exe
rgy
Temperatur Lingkungan (Celcius)
HRSG IHRSG IIHRSG III
Gambar 4.11 Grafik hubungan efisiensi Exergy HRSG terhadap temperaturlingkungannya.
24 26 28 30 32
300
600
900
1200
1500
Laju
Ker
usak
an E
xerg
y (k
W)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
HP Trans Pump IHP Trans Pump IIHP Trans Pump III
Gambar 4.12 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy HP Transfer pump terhadaptemperatur lingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
24 26 28 30 320.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.98
Efis
iens
i Exe
rgy
Temperatur Lingkungan (Celcius)
HP Trans Pump IHP Trans Pump IIHP Trans Pump III
Gambar 4.13 Grafik hubungan efisiensi Exergy HP Transfer pump terhadaptemperatur lingkungannya.
24 26 28 30 3242000
42500
43000
43500
44000
Laju
Ker
usak
an E
xerg
y (k
W)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
ST
Gambar 4.14 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Steam turbine terhadaptemperatur lingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
24 26 28 30 320.784
0.785
0.786
0.787
0.788
Efis
iens
i Exe
rgy
Temperatur Lingkungan (Celcius)
ST
Gambar 4.15 Grafik hubungan efisiensi Exergy Steam turbine terhadaptemperatur lingkungannya.
24 26 28 30 32
13500
15000
16500
18000
19500
21000
Laju
Ker
usak
an E
xerg
y (k
W)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
Cond
Gambar 4.16 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Condenser terhadaptemperatur lingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
24 26 28 30 320.56
0.58
0.60
0.62
0.64
0.66
0.68
Efis
iens
i Exe
rgy
Temperatur Lingkungan (Celcius)
Cond
Gambar 4.17 Grafik hubungan efisiensi Exergy Condenser terhadap temperaturlingkungannya.
24 25 26 27 28 29 30 31 32 331500
2000
2500
3000
3500
4000
Laju
Ker
usak
an E
xerg
y (k
W)
Temperatur Lingkungan (Celcius)
Cond Pump
Gambar 4.18 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Condensate pump terhadaptemperatur lingkungannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
24 25 26 27 28 29 30 31 32 330.93
0.94
0.95
0.96
0.97
Efis
iens
i Exe
rgy
Temperatur Lingkungan (Celcius)
Cond Pump
Gambar 4.19 Grafik hubungan efisiensi Exergy Condensate pump terhadaptemperatur lingkungannya.
SCPP CCPP0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
Exer
gy E
ffici
ency
Cycles
Gambar 4.20 Diagaram efisiensi Exergy siklus PLTGU
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
Comp I CC I GT I HRSG I HP Trans Pump I0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Para
met
er
Komponen
Efisiensi ExergyLaju Kerusakan Exergy
Gambar 4.21 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy setiapkomponen Unit GTG I dan HRSG I.
Comp II CC II GT II HRSG II HP Trans Pump II0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Para
met
er
Komponen
Efisiensi ExergyLaju Kerusakan Exergy
Gambar 4.22 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy setiapkomponen Unit GTG II dan HRSG II.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
Comp III CC III GT III HRSG IIIHP Trans Pump III0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
Para
met
er
Komponen
Efisiensi ExergyLaju Kerusakan Exergy
Gambar 4.23 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy setiapkomponen Unit GTG III dan HRSG III.
ST Cond Cond Pump0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Para
met
er
Komponen
Efisiensi ExergyLaju Kerusakan Exergy
Gambar 4.24 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy setiapkomponen Unit STG.
4.4. Nilai Laju Kerusakan Exergy dan Nilai Efisiensi Exergy Mesin PLTGU
Nilai efisiensi exergy dari simple cycle dan combined cycle dijabarkan pada
Gambar 4.20. Nilai efisiensi exergy mesin beroperasi pada kondisi simple cycle
adalah 29,1% dan pada kondisi combined cycle adalah 41,3%. Berdasarkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
Gambar 4.20, pemanfaatan panas exhaust gas dapat meningkatkan efisiensi
exergy pembangkitan listrik sebesar 10,4%.
Nilai laju kerusakan exergy dan efisiensi exergy komponen mesin PLTGU
dijabarkan pada Gambar 4.21, Gambar 4.22, Gambar 4.23, dan Gambar 4.24. Laju
kerusakan exergy terbesar terletak pada combustion chamber I yang besarnya
18,8% dari keseluruhan laju kerusakan exergy sistem. Besarnya nilai laju
kerusakan exergy combustion chamber dapat disebabkan oleh proses pembakaran
bahan bakar dan perpindahan kalor. Dari Gambar 4.3 dan Gambar 4.9 dapat
menunjukan bahwa semakin rendah nilai AFR maka nilai kerusakan exergy pada
combustion chamber semakin besar. Ketika nilai AFR menurun, temperatur
produk gas panas meningkat, sehingga perbedaan entropi sistem terhadap
lingkungan yang besar ketika proses pembakaran berlangsung (Gambar 4.8 dan
Gambar 4.9). Efisiensi exergy terendah terletak pada condenser yang besarnya
57,6%. Hal tersebut disebabkan karena kalor dari dalam sistem dipindahkan
keluar dari sistem, sehingga terjadi laju kerusakan exergy besar, dapat dikatakan
juga bahwa nilai perubahan entropi pada proses kondensor sangat besar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Ada beberapa kesimpulan yang diperoleh dari hasil dan pembahasan, yaitu
1. Berdasarkan Gambar 4.21, Gambar 4.22, Gambar 4.23, dan Gambar 4.24,
nilai laju kerusakan exergy terbesar terletak pada combustion chamber I
(CC I) sebesar 18,8% dari laju kerusakan keseluruhan pada sistem. Hal
tersebut dapat disebabkan oleh proses pembakaran bahan bakar dan
perpindahan panas saat proses pembakaran. Berdasarkan Gambar 4.25,
nilai efisiensi exergy terendah terletak pada kondensor sebesar 57,6%. Hal
tersebut disebabkan oleh perpindahan panas dari sistem ke lingkungan.
2. Berdasarkan Gambar 4.20, dapat diketahui bahwa nilai efisiensi operasi
mesin pada kondisi simple cycle sebesar 29,1% dan combined cycle
sebesar 41,3%.
5.2. Saran
Ada beberapa saran dari penulis untuk mesin pembangkit listrik yang telah
diteliti, yaitu
1. Untuk dapat meningkatkan performa kerja yang lebih baik dalam
pembangkitan listrik dapat dilakukan dengan cara mendinginkan udara
inlet compressor dan memanaskan udara discharge compressor.
2. Melakukan inovasi sistem insulasi pada combustion chamber untuk
mengurangi terjadinya kerusakan exergy yang disebabkan oleh
perpindahan panas ke lingkungan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
DAFTAR PUSTAKA
Cornelissen, R.L.(1997)."Thermodynamics and Sustainable Development".Enschede: FEBODRUK BV.
Dincer, I. dan Cengel, Y. A.(2001). entropy. "Energy, Entropy, dan ExergyConcepts and Their Roles in Thermal Engineering".3.116-149.
Dunbar, W.R. dan Lior, N. (1994). Combust. Sci. and Tech. "Source ofCombustion irreversibility". 103. 41-46.
Ersayin, E. dan Ozgener, L.(2015). Renwable and Sustainable Energy Reviews."Performance Analysis of Combined Cycle Power Plants: A Case Study".43.832-842.
Heywood, J.B. (1988). “Internal Combustion Engine Fundamentals”.USA:McGraw-Hill, Inc.
Moran, M.J. dan Saphiro H.N.(2006). "Fundamental of EngineeringThermodynamics”. Edisi ke-5. Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
Samosir, W.L. dan Martin, A. (2015). Jom FTEKNIK. "Analisis Exergy padaRuang Bakar pada PLTG Teluk Lembu 30 MW”.2.
Santoso, D. dan Basri, H. (2011). Prosiding Seminar Nasional AVoER ke-3.“Analisis Eksergi Siklus Kombinasi Turbin Gas - Uap Unit PLTGUInderalaya”.
Kotas, T.J. (1995). “The Exergy Method of Thermal Plant Analysis”. Florida:Krieger Publishing Company.
Zed, F. et al. (2014). “Outlook Energi Indonesia 2014”. Jakarta: Dewan EnergiNasional.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
LAMPIRAN
Tabel Hasil Analisa Exergy Compressor GTG I
Tabel Hasil Analisa Exergy Compressor GTG II
Tabel hasil Analisa Exergy Compressor GTG III
Tabel Hasil Analisa Exergy Combustion Chamber GTG I
COMPRESSOR I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 3,990 80000,535 10003,456 0,889
27 0,000 79817,913 10182,087 0,887
29 0,433 79769,134 10231,299 0,886
32 0,000 78831,317 10168,683 0,886
35 0,412 79612,987 10387,425 0,885
COMPRESSOR II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 3,867 79914,398 10089,469 0,888
27 1,693 79695,056 10306,636 0,885
29 0,420 79628,091 10372,329 0,885
32 0,414 79456,765 10543,649 0,883
35 0,000 79414,998 10585,002 0,882
COMPRESSOR III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 4,004 80439,859 9564,145 0,894
27 1,752 80147,453 9854,300 0,891
29 0,433 80031,458 9968,975 0,889
32 0,429 79899,082 10101,346 0,888
35 0,412 79868,023 10132,389 0,887
COMBUSTOR I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 418741,043 226150,523 192590,520 0,540
27 416862,690 222830,192 194032,498 0,535
29 415128,069 221047,867 194080,203 0,532
32 414736,607 216165,359 198571,248 0,521
35 415478,366 213583,729 201894,637 0,514
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
63
Tabel Hasil Analisa Exergy Combustion Chamber GTG II
Tabel Hasil Analisa Exergy Combustion Chamber GTG III
Tabel Hasil Analisa Exergy Gas Turbine GTG I
Tabel Hasil Analisa Exergy Gas Turbine GTG II
COMBUSTOR II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 424196,851 223688,205 200508,647 0,527
27 425081,658 220278,189 204803,469 0,518
29 424448,960 218937,631 205511,329 0,516
32 420909,123 216101,696 204807,427 0,513
35 424176,775 211243,342 212933,434 0,498
COMBUSTOR III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 321195,048 228232,368 92962,680 0,711
27 326491,641 225420,331 101071,310 0,690
29 326367,484 223109,896 103257,588 0,684
32 326231,941 208902,322 106136,575 0,675
35 326164,862 214615,458 111549,404 0,658
GAS TURBINE I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 226150,523 72480,430 63670,093 0,586
27 222830,192 70860,531 61969,661 0,592
29 221047,867 69971,567 61076,300 0,596
32 216165,359 67974,170 59191,189 0,601
35 213583,729 66330,159 57253,569 0,611
GAS TURBINE II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 223688,205 70245,784 63442,421 0,587
27 220278,189 68695,766 61582,423 0,594
29 218937,631 68047,950 60889,681 0,596
32 216101,696 66691,877 59409,818 0,602
35 211243,342 64179,498 57063,844 0,612
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
64
Tabel Hasil Analisa Exergy Gas Turbine GTG III
Tabel Hasil Analisa Exergy HRSG I
Tabel Hasil Analisa Exergy HRSG II
Tabel Hasil Analisa Exergy HRSG III
GAS TURBINE III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 228232,368 72737,016 65495,351 0,579
27 225420,331 71541,702 63878,628 0,585
29 223109,896 70399,398 62710,498 0,589
32 220095,366 69012,543 61082,823 0,596
35 211243,342 64179,498 57063,844 0,612
HRSG I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 27438,604 139602,847 132947,204 0,469
27 27616,894 139985,835 131296,446 0,472
29 26232,077 138916,898 129500,105 0,476
32 26475,264 132438,564 138138,242 0,445
35 26382,858 139714,166 130084,075 0,475
HRSG II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 59143,913 165905,100 149437,296 0,417
27 59815,304 171171,266 145968,369 0,433
29 59637,622 156467,040 159931,989 0,377
32 59895,933 163403,921 149875,873 0,409
35 60301,566 165383,619 151679,354 0,409
HRSG III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 62090,248 165017,913 49129,810 0,677
27 63066,817 166173,023 54580,513 0,654
29 62880,223 163697,957 56868,985 0,639
32 63573,258 160357,165 60902,813 0,614
35 61765,974 165432,930 54019,763 0,657
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
65
Tabel Hasil Analisa Exergy HP Transfer Pump I
Tabel Hasil Analisa Exergy HP Transfer Pump II
Tabel Hasil Analisa Exergy HP Transfer Pump III
Tabel Hasil Analisa Exergy Steam Turbine
TRANSFER PUMP I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 12342,926 11532,624 1282,802 0,900
27 12527,545 11669,275 1330,770 0,898
29 12291,429 11351,362 1412,567 0,889
32 12258,130 11295,767 1434,862 0,887
35 12610,551 11513,533 1569,518 0,880
TRANSFER PUMP II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 12885,531 12330,890 1027,140 0,923
27 12999,719 12410,523 1061,696 0,921
29 12910,738 12299,561 1083,677 0,919
32 12951,401 12277,115 1146,786 0,915
35 13170,271 12411,693 1231,078 0,910
TRANSFER PUMP III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 11715,317 11945,782 242,036 0,980
27 12195,678 12418,799 249,380 0,980
29 11910,371 12125,461 257,410 0,979
32 12066,883 12298,159 241,225 0,981
35 11837,392 12057,479 252,412 0,979
STEAM TURBINE To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 198911,901 40986,561 42925,340 0,728
27 200047,210 42258,399 43788,811 0,722
29 197720,434 44498,577 40221,857 0,737
32 204637,324 46975,608 43661,716 0,723
35 206399,588 47404,129 44995,459 0,717
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
66
Tabel Hasil Analisa Exergy Condenser
Tabel Hasil Analisa Exergy Condensate Pump
CONDENSER To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 47404,129 27911,853 19492,276 0,589
27 46975,608 28358,041 18617,567 0,604
29 44498,577 28070,016 16428,561 0,631
32 42258,399 29117,512 13140,887 0,689
35 40986,561 29684,371 11302,190 0,724
To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II
25 59478,588 57729,289 1749,299 97,06%
27 59973,337 57350,442 2622,895 95,63%
29 61097,645 58084,459 3013,186 95,07%
32 61483,884 57439,988 4043,897 93,42%
35 62271,689 57428,439 4843,249 92,22%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI