Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 Kajian Sistem Pendinginan ...eprints.ulm.ac.id/600/1/KE-19.pdf ·...

11
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 KE-19 Kajian Sistem Pendinginan Udara Masuk Turbin Gas Untuk Menaikkan Daya Luaran Pembangkit Listrik Tenaga Gas Yang Beroperasi Pada Beban Puncak Budihardjo 1,a* , Agung Subagio 2,b , Muhammad Hizbullah 3,c 1,2,3 Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus Baru – UI, Depok 16424, Telp. 021-7270032 a [email protected], b [email protected], c [email protected] Abstrak Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki temperatur udara rata-rata berkisar antara 27 °C sampai dengan 34 °C pada kelembaban udara relatif yang cukup tinggi yaitu antara 75% - 90%. Temperatur dan kelembaban udara yang tinggi ini berpengaruh kepada kinerja turbin gas PLTG yang ada di Indonesia. Temperatur udara standar masuk kompresor yang ditetapkan oleh pabrik pembuat turbin adalah 15 °C dengan kelembaban udara 60% (kondisi ISO). Semakin tinggi temperatur udara yang masuk ke kompresor maka berpengaruh kepada semakin menurunnya daya output yang dihasilkan. Oleh karena itu diperlukan suatu sistem pendingin udara masuk kompresor agar penurunan daya tersebut dapat diminimakan. Kajian yang dilakukan akan membahas sistem pendinginan udara masuk turbin gas untuk menaikkan daya output sebuah Pembangkit Listrik tenaga Gas PLTG di pulau Bali yang beroperasi pada waktu beban puncak. Data yang diolah merupakan data cuaca disekitar lokasi PLTG dan data karakteristik dari turbin gas. Hasil pengolahan data dijadikan bahan pertimbangan dalam memilih sistem pendingin. Data pengolahan lain berupa cooling load selanjutnya digunakan untuk merancang komponen-komponen dari sistem pendingin yang akan diterapkan. Hasil kajian menunjukkan bahwa dengan menurunkan temperatur udara luar masuk kompressor turbin gas sampai 22 °C, dapat menaikkan daya output turbin gas PLTG lebih dari 10 MW. Kata kunci: Cooling load, daya luaran turbin, PLTG, sistem pendingin, temperatur udara masuk kompresor. Pendahuluan Saat ini Bali memiliki daya listrik sebesar 820 MegaWatt yang terdiri dari pasokan sistem interkoneksi jaringan Jawa-Bali 200 MegaWatt, PLTD dan PLTG Sanggaran 280 MegaWatt, PLTG Pemaron 210 MegaWatt dan PLTG Gilimanuk 130 MegaWatt. Seiring bertumbuhnya perekonomian di Bali, maka kebutuhan listrik pun selalu meningkat dari tahun ke tahun, Kementrian ESDM memperkirakan dari tahun 2013 hingga tahun 2022 pertumbuhan kebutuhan energi listrik sistem Jawa-Bali sebesar 7,6% per tahun. Untuk memenuhi kebutuhan listrik yang terus meningkat ini kementerian ESDM berencana melakukan pembangunan pembangkit-pembangkit listrik baru di area Bali dan mengoptimalkan kapasitas pembangkit listrik yang telah ada. PLTG Gilimanuk merupakan salah satu pembangkit yang akan dioptimalkan kapasitas dayanya. PLTG Gilimanuk beroperasi pada rata-rata temperatur harian yang tinggi

Transcript of Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 Kajian Sistem Pendinginan ...eprints.ulm.ac.id/600/1/KE-19.pdf ·...

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Kajian Sistem Pendinginan Udara Masuk Turbin Gas UntukMenaikkan Daya Luaran Pembangkit Listrik Tenaga Gas Yang

Beroperasi Pada Beban PuncakBudihardjo 1,a* , Agung Subagio 2,b , Muhammad Hizbullah 3,c

1,2,3Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Kampus Baru – UI, Depok 16424, Telp. [email protected],b [email protected], [email protected]

Abstrak

Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki temperatur udara rata-rata berkisarantara 27 °C sampai dengan 34 °C pada kelembaban udara relatif yang cukup tinggi yaituantara 75% - 90%. Temperatur dan kelembaban udara yang tinggi ini berpengaruh kepadakinerja turbin gas PLTG yang ada di Indonesia. Temperatur udara standar masuk kompresoryang ditetapkan oleh pabrik pembuat turbin adalah 15 °C dengan kelembaban udara 60%(kondisi ISO). Semakin tinggi temperatur udara yang masuk ke kompresor maka berpengaruhkepada semakin menurunnya daya output yang dihasilkan. Oleh karena itu diperlukan suatusistem pendingin udara masuk kompresor agar penurunan daya tersebut dapat diminimakan.Kajian yang dilakukan akan membahas sistem pendinginan udara masuk turbin gas untukmenaikkan daya output sebuah Pembangkit Listrik tenaga Gas PLTG di pulau Bali yangberoperasi pada waktu beban puncak.

Data yang diolah merupakan data cuaca disekitar lokasi PLTG dan data karakteristikdari turbin gas. Hasil pengolahan data dijadikan bahan pertimbangan dalam memilih sistempendingin. Data pengolahan lain berupa cooling load selanjutnya digunakan untukmerancang komponen-komponen dari sistem pendingin yang akan diterapkan.

Hasil kajian menunjukkan bahwa dengan menurunkan temperatur udara luar masukkompressor turbin gas sampai 22 °C, dapat menaikkan daya output turbin gas PLTG lebihdari 10 MW.

Kata kunci: Cooling load, daya luaran turbin, PLTG, sistem pendingin, temperatur udaramasuk kompresor.

PendahuluanSaat ini Bali memiliki daya listrik

sebesar 820 MegaWatt yang terdiri daripasokan sistem interkoneksi jaringanJawa-Bali 200 MegaWatt, PLTD danPLTG Sanggaran 280 MegaWatt, PLTGPemaron 210 MegaWatt dan PLTGGilimanuk 130 MegaWatt. Seiringbertumbuhnya perekonomian di Bali,maka kebutuhan listrik pun selalumeningkat dari tahun ke tahun,Kementrian ESDM memperkirakan daritahun 2013 hingga tahun 2022

pertumbuhan kebutuhan energi listriksistem Jawa-Bali sebesar 7,6% per tahun.Untuk memenuhi kebutuhan listrik yangterus meningkat ini kementerian ESDMberencana melakukan pembangunanpembangkit-pembangkit listrik baru diarea Bali dan mengoptimalkan kapasitaspembangkit listrik yang telah ada. PLTGGilimanuk merupakan salah satupembangkit yang akan dioptimalkankapasitas dayanya.

PLTG Gilimanuk beroperasi padarata-rata temperatur harian yang tinggi

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

yaitu 33oC, hal ini jauh lebih tinggi daritemperatur yang biasa diterapkan ISOyaitu 15oC. Temperatur lingkungan yanglebih tinggi ini merupakan salah satu halyang menyebabkan penurunan kapasitasluaran yang cukup besar dari turbin gas,kapasitas luaran turbin saat ini berkisar 88MW, daya tersebut jauh lebih kecil daridaya optimum pabrikan yang bernilai133,8 MW.

Oleh karena itu perlu diupayakan carauntuk mengatasi penurunan kapasitastersebut, yaitu dengan metoda menurunkantemperatur udara yang akan masukkompressor turbin gas dengan bantuansuatu sistem pendingin.

Aspek yang akan dibahas pada tulisanini yaitu mengenai kondisi cuaca diGilimanuk, pengaruh temperatur udaramasuk kompresor terhadap kerja outputturbin serta pemilihan sistem pendingin.

Pembangkit Listrik Tenaga Gas

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG)merupakan sebuah pembangkit energilistrik yang menggunakan turbin gassebagai penggerak generatornya. Turbingas dirancang dan dibuat dengan prinsipkerja dimana energi panas yang dihasilkandari proses pembakaran bahan bakardiubah menjadi energi mekanis danselanjutnya diubah menjadi energi listrik.Turbin gas ini bekerja atas dasar siklusBrayton.

Siklus ideal Brayton terdiri dari 4 proses reversibel seperti pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram p-υ dan T-s untuk siklus ideal Brayton

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Penjelasan dari diagram p-υ dan T-s padaGambar 1 diatas :

1-2 Kompresi isentropik (terjadi dikompressor).

2-3 Penambahan panas pada tekanankonstan (terjadi di ruang bakar)

3-4 Ekspansi isentropik (terjadi diturbin).

4-1 Pembuangan panas pada tekanankonstan (terjadi di heat exchangertambahan)

Pengaruh Temperatur Udara TerhadapDaya Luaran Turbin Gas

Pada saat pengujian kinerja turbin gas,pabrikan melakukannya dalam kondisi ujiISO, yaitu kondisi pada temperatur drybulb 15oC, temperatur wet bulb 7,2 oC,relative humidity 60% dan pada tekanan 1bar. Hasil pengujian pada kondisi inikemudian dijadikan acuan pada kondisi-kondisi yang lain.

Indonesia memiliki temperatur drybulb dan RH rata-rata harian yang lebih

tinggi dari standard ISO, dengantemperatur dry bulb sekitar 27-33 oC danRH 80%. Temperatur yang lebih tinggitersebut menjadikan daya output turbinmenjadi lebih kecil jika dibandingandengan kondisi ISO.

Perhitungan daya output turbin gasmerupakan perkalian antara aliran massaudara masuk dengan beda enthalpi gasyang masuk dan keluar turbin gas. Aliranmassa udara bergantung pada nilaitemperatur lingungan, udara dengantemperatur yang lebih rendah memilikimassa jenis udara yang lebih besardibandingkan dengan udara yang memilikitemperatur yang lebih tinggi, T2 < T1 ,maka ρ2 > ρ1

Sedangkan beda enthalpi gasmasuk/keluar turbin gas, merupakan nilaiyang sudah definitif sesuai temperatur dantekanan udara.

Berikut merupakan karakteristik darivariabel-variabel lain yang nilainya akanterpengaruh dengan adanya perubahantemperatur udara yang masuk kompressor

.

Gambar 2. Pengaruh temperatur udara masuk kompressor

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Cuaca Tahunan di Gilimanuk

Berikut ini merupakan grafiktemperatur udara harian yang mewakili 1

bulan yang diambil dari PLTU Gilimanukselama tahun 2013:

Gambar 3. Grafik temperatur udara ambient tahun 2013 di Gilimanuk

Pada grafik tersebut terlihat bahwabulan april memiliki temperatur udaraambient tertinggi dari bulan-bulan yanglainnya. Hal ini menyebabkan nilai coolingload pada bulan April akan memiliki nilaiyang paling tinggi. Sehingga sistempendingin yang akan mengatasi coolingload pada bulan April akan mampu pulamengatasi cooling load pada bulan-bulanyang lain. Sehingga kami mengambil datapada bulan April ini pada perhitungan dataselanjutnya,

PLTG Gilimanuk bekerja saat waktubeban puncak pemakaian listrik yaitumulai pukul 18.00 hingga 22.00 WITA.Sehingga cooling load-nya hanyabergantung pada nilai temperatur padarentang waktu tersebut (jika diasumsikannilai massa alir dan nilai kalor spesifikudara bernilai tetap). Sehingga grafik daritemperatur selama 4 jam tersebut dapatmenggambarkan pula tentang besarcooling load-nya.

Gambar 4. Grafik temperatur udara pada waktu beban beban puncak pemakaian listrik

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Temperatur rata-rata udara di PLTGGilimanuk berdasarkan dari perhitungandan grafik di atas yaitu sebesar 31,375 oC.

Berdasarkan data yang diperoleh, nilairelatif humidity di Gilimanuk berkisar 74-87%. Nilai RH tersebut relatif sama sepertidi wilayah Indonesia yang lain, yang manamemiliki nilai yang relatif tinggi.

Pengaruh Temperatur UdaraLingkungan Terhadap Daya OutputTurbin Gas PLTG Gilimanuk.

Berikut merupakan grafik dari hasilperhitungan yang menunjukkan pengaruhtemperatur udara masuk kompresorterhadap daya output turbin PLTGGilimanuk:

Gambar 5. Pengaruh temperatur udara masuk kompresor terhadap daya output turbin PLTGGilimanuk

Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwasemakin tinggi temperatur udara masuk kekompresor maka akan semakin rendahdaya output yang dibangkitkan oleh turbinPLTG.

Pada saat turbin beroperasi pada waktubeban puncak (temperatur udara31,375oC), didapatkan daya output yangdihasilkan besarnya 109,95MW ataumengalami penurunan daya dibandingkondisi ISO sebesar 23,85MW.

Penurunan daya tersebut cukup besar,yaitu 17,86% dari kapasitas maksimalpada kondisi ISO. Untuk mengatasipenurunan daya output tersebut makadibutuhkan sistem pendingin udara masukagar dapat menurunan temperatur udaramasuk ke kompresor.

Jika diinginkan temperatur yang masukkompresor sebesar 22oC, maka turbin akan

menghasilkan daya output sebesar123,13MW atau mengalami kenaikan dayaoutput sebesar 13,18 MW dibandingkansebelum menggunakan sistem pendingin.

Pemilihan Sistem Pendingin UdaraMasuk Turbin Gas

Beberapa jenis sistem pendingin yangdapat diterapkan untuk menurunkantemperatur udara lingkungan:

1. Evaporative Air Cooling System2. Fog Inlet Ait Cooling System3. Mechanical Refrigeration – Direct

system4. Mechanical Refrigeration –

Indirect system5. Mechanical Refrigeration - Ice

storage6. Mechanical refrigeration – Chilled

Water Storage

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

7. Absorption chiller inlet air coolingsystem

Proses pendinginan udara dari jenis-jenis sistem pendingin diatas terlihat dalamdiagram Psychrometric pada gambar 6.

Pada diagram Psychrometric tersebutterdapat 2 proses pendinginan udara yaitu

menggunakan Evaporative CoolingProcess dan Inlet Chilling Process. Jenissistem pendingin nomor 1 dan 2 diatasmenggunakan Evaporative CoolingProcess, sedangkan nomor 3 sampai 7menggunakan prinsip Inlet ChillingProcess.

Gambar 6. Proses evaporative cooling dan chilling system, GE Power System GER-3567H

Daerah Gilimanuk memiliki kondisiudara dengan RH tinggi atau temperaturtabung basah yang tinggi, maka prosespendinginannya terbatas hanya sampaitemperatur tabung basah, RH 100%,sehingga penurunan temperatur tabungkering tidak besar sehinngga jikaditerapkan pada PLTG, kenaikan dayaoutputnya kurang berarti.Oleh karenanya, maka sistem pendingindengan proses evaporating tidak dipilihuntuk mendinginkan temperatur udaramasuk turbin gas PLTG Gilimanuk.

Mechanical refrigeration – Chilledwater storage dipilih sebagai sistempendingin yang akan di terapkan di PLTGGilimanuk. Hal ini dikarenakanmechanical refrigeration sytem dapatmenurunkan temperatur udara yang lebih,sehingga akan berdampak pada kenaikandaya output yang signifikan. Chilled WaterStorage diperlukan karena PLTG

Gilimanuk tidak bekerja sepanjang hari,waktu turbin tidak beroperasi yaitu 20 jamper hari sehingga tidak terdapatnya bebankalor selama 20 jam tersebut, hal tersebutdapat menjadi potensi untuk menyimpanair dingin di dalam Chilled Water Storage.Sehingga kapasitas Chiller yang akandipakai akan lebih kecil dibanding Chilleryang mengatasi beban secara langsungpada waktu beban puncak. Pembebananyang stabil pada Chiller menjadi alasanlain dalam memilih menggunakan ChilledWater Storage ini.

Skema Mechanical Refrigeration–Chilled Water Storage yang AkanDipasang di PLTG Gilimanuk.Berikut merupakan usulan skemamechanical refrigeration-chilled waterstorage tank yang dipasang di PLTGGilimanuk.

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Gambar 7. Skema sistem pendingin mechanical chiller – CWST

Penjelasan skema pada Gambar 7. diatasdapat dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. Saat turbin PLTG beroperasi

Saat turbin PLTG beroperasi makadibutuhkan udara dari lingkungan kedalam ruang bakar untuk terjadinya prosespembakaran, yang mana pada akhirnyahasil dari pembakaran ini akandikonversikan menjadi energi listrik.

Sebelum masuk ke ruang bakar, udaradari lingkungan mengalami beberapaproses terlebih dahulu. Seperti prosespembersihan dari partikel-partikel padafilter, menurunkan temperatur padacooling coil dan menaikkan tekanan padakompressor.

Air Cooling coil berfungsi sebagai alatpertukaran kalor yang menjadikan udarayang melewatinya memiliki temperaturyang lebih rendah. Di dalam cooling coilterdapat cairan refrigerant yang manaberperan penting dalam mengambil kalordari udara. Pada kasus kali ini refrigerantdi dalam cooling coil yang dipakai adalahair.

Selama turbin beroperasi dalam waktu4 jam, air sejuk dengan bantuan pompa

diambil dari bagian bawah chilled waterstorage tank. Air sejuk kemudiandialirkan ke cooling coil. Setelahmengambil kalor dari udara, air sejuk yangkeluar dari cooling coil akan memilikitemperatur yang lebih tinggi dibangkansebelum masuk cooling coil. Setelahkeluar dari cooling coil, air sejuk tersebutkemudian masuk kembali ke dalam CWSTdibagian atas.

b. Saat turbin PLTG tidak beroperasi

Saat turbin tidak beroperasi, denganbantuan pompa, air yang ada di bagian atasCWST dialirkan ke chiller, air yang adadibagian atas ini memiliki temperatur yanglebih tinggi dari temperatur yang ada dibawah tank. Setelah air melewati chillertemperatur air menjadi lebih rendahdibanding saat sebelum masuk chiller. Airyang telah dingin kemudian dimasukkanke dalam bagian bawah tank. Begituseterusnya selama 20 jam chiller terus-menerus bekerja untuk mendinginkan airyang ada di dalam CWST.

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Perhitungan Perkiraan Cooling Loadpada Sistem Pendingin

Setelah nilai temperatur rata-rataudara ambient diketahui, dapat diperolehnilaibeban pendinginan sensibel udara yangmasuk ke kompressor dengan rumus:

s udara = ṁ udara Cp udara Tdimana :ṁ udara = laju alir massa udara (kg/s)Cp udara = koefisien panas jenis udara(kJ/kg.K)

T = beda temperatur (oC atau K)Dari data Turbin Gas merk Alstom 13

E 2 yang digunakan oleh PLTGGilimanuk, diketahui aliran masa udarasebesar (ṁ) 385 kg/detik. Nilai Cp udaraadalah sebesar 1,0071 kJ/kg,K. Sehingganilai sudara menjadi :

s udara = 385 1,0071

= 3635 kWSensible cooling load, latent cooling loaddan total cooling load dapat dihubungkandengan rumus:

Total cooling load = Sensible cooling load+ latent cooling load

total udara = s udara + L udara

Karena massa alir udara telahdiketahui, maka total cooling load dapatditentukan nilainya jika telah didapat nilaientalphy udara saat sebelum dan setelahmelewati cooling coil. Nilai entalpy dapatdiketahui nilainya dari diagrampsychrometric jika 2 parameter laindiketahui nilainya

Kondisi 1 yaitu temperatur udarasebelum masuk cooling coil 31,375oC,RH sebesar 76%, nilai entalphy yangdidapat nilainya 86,698 kJ/kg. Kondisi 2yaitu temperatur udara setelah keluarcooling coil, 22oC dan nilai RHdiasumsikan 95%, nilai entalphy yangdidapat nilainya sebesar 62,231 kJ/kg.

Total cooling load udara dapatdihitung:

total udara = ṁ (h2-h1)maka,

total udara = 385 (86,688 - 62,231)

= 9416 kWLatent cooling load dapat cari darihubungan:Latent cooling load = Total coolingload – Sensible cooling loadsehingga,

L udara = 9416 – = 5781 kWBeban pendinginan yang harus diatasi

oleh mesin pendingin tidak hanya bebanpendinginan yang berasal dari udara yangmasuk kompressor saja, heat losses padaperpipaan, Thermal Energy Storage danpompa perlu diperhatikan sebagai bebantambahan pada chiller.

Diasumsikan bahwa heat loss darikomponen-komponen sistem pendingintadi besarnya 5% (safety margin) dari totalcooling load udara masuk ke kompressor.Sehingga total cooling load system:Total cooling loadsystem

= 9416 + (5% × 9416)= 9887 kW

Total cooling load dari sistem inikemudian akan diolah untuk merancangkomponen-komponen sistem pendinginyang akan dibuat di PLTG Gilimanuk

Pemilihan Chiller

Telah diketahui pada bahwa nilai totalcooling load pada PLTG Gilimanuksebesar 9887 kW. PLTG Gilimanuk inibekerja selama 4 jam yaitu pukul 18.00hingga 20.00 WITA, sehingga totalcooling load selama 4 jam adalah:Cooling Load (4 jam) = 9887 kW × 4jam

= 39547 kWhDengan dipasangnya thermal energy

storage, chiller akan bekerja selama 20jam (diluar waktu beban puncak).Sehingga total cooling load diatas akandibagi selama 20 jam tersebut, nilai yangakan didapat merupakan kapasitas chiller.

Kapasitas chiller = 39547 kWh/20jam

= 1977 kW

= 562 TR

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Setelah mendapatkan nilai darikapasitas chiller tersebut, penuliskemudian mencari chiller lewat katalogproduk melalui internet. Setelahmenyesuaikan dengan beban pendinginmaka dipilihlah ammonia chiller dengankapasitas pendinginan 317 TR pada COP4.9. Chiller yang dibutuhkan berjumlah 2buah, sehingga kapasitas Chiller total =634 TR.

Perancangan awal Chilled Water StorageTank

Berdasarkan skema sebelumnya,terlihat bahwa air yang keluar dari chilledwater storage tank atau disebut jugathermal energi storage akan menerimakalor disepanjang perjalanannya, kaloryang diterima berasal dari perbedaantemperatur yang terjadi antara di dalamdan di luar pipa, kalor dari pompa dankalor dari udara yang melewati coolingcoil. Selain itu pada thermal energystorage pun akan terjadi pertukaran kalordari lingkungan, hal ini disebabkan olehisolasi yang tidak sempurna. Beban-bebankalor tersebut menyebabkan temperatur airyang masuk ke thermal energy storage(setelah proses mendinginkan udara) akan

memiliki temperatur yang lebih tinggidibanding temperatur air saat keluar darithermal energy storage. Berdasarkan ruleof thumb yang biasa terjadi selama ini,perbedaan temperatur air antara yangmasuk dan keluar thermal energy storagesebesar 5oC.

Sehingga persamaan energinyamenjadi :

ṁair Cpair Tair= Total coolingload

ṁair =

ṁair =

ṁair = 473 kg/sJika dianggap massa jenis air adalah

1000 kg/m3, maka volume thermal energystorage yang dibutuhkan untukmenampung air selama PLTG beroperasisaat waktu beban puncak (4 jam) adalah :

VTES = × (4 × 3600 detik)

VTES = 6811 m3

Untuk menjaga ketersediaan air yangmungkin akan berkurang, maka perluditambahkan volume margin sebesar 5%,sehingga volume thermal energy storagemenjadi 7152 m3.

Berikut merupakan spesifikasi tentang thermal energy storage yang akan dibuat:

Total water volume : 7152 m3

Required tank radius : 10 m Required tank diamete: 20 m Total usable height : 22,78 m Thermocline : 0,6 m Dead space margin : 2 × 0,25 m (diffuser) +0,2 m free board Tank total height : 24,08 m

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Pemilihan Pompa

Terdapat 2 jenis pompa yangdibutuhkan pada sistem kali ini, yaitupompa yang digunakan untukmendinginkan air menuju ke chiller, danpompa yang digunakan untuk mengalirkanair sejuk ke cooling coil agar dapatmendinginkan udara yang masuk kekompressor.

Debit pompa yang dibutuhkan dapatdiketahui dengan menggunakan nilaivolume air yang dibutuhkan yaitu sesuaidengan ukuran thermal energy storagesebesar 7152 m3. Untuk pompa yang akandigunakan untuk mengalirkan air kechiller, pompa ini bekerja selama 20 jam.Maka total debit pompa yang dibutuhkan:

Debit = 7152 : 20= 357,6 m3/jam

Dari katalog pompa yang tersedia, dipilihpompa sentrifugal dengan kapasitas 400m3/jamDebit pompa yang diperlukan untukmengalirkan air ke cooling coil yangbekerja selama 4 jam adalah:

Debit = 7152 : 4= 1788 m3/jam

Dari katalog pompa yang tersedia, dipilih4 buah pompa sentrifugal dengan kapasitasmasing-masing 450 m3/jam

Perancangan Cooling Coil

Perhitungan dimensi cooling coildilakukan dengan menggunakan bantuansoftware cooler yang didapat dariwww.zcs.ch. Dengan memasukkan datayang sesuai dengan kondisi lapangan,diperoleh hasil sebagai berikut :

Given

Height (altitude) 20 m Chilled water in temperature, oC 7

Inlet air temperature, oC 31,4 Chilled water out temperature, oC 12

Outlet air temperature, oC 22 Frame height, mm 4,000

Air flow rate (humid), m3/h 1,155,000 Frame width, mm 5,500

Output

Tubes total 520 Finned width,mm 4961

Tubes blanc 12 Finned depth,mm 415

Tube rows on the depth 8 Fin spacing,mm 2

Tube rows on the height 65 Fin thickness,mm 0,5

Number of circuit 254 Tube diameter 22,4

Frame height,mm 4000 Tube thickness,mm 0,4

Frame width,mm 5500 Tube interval height,mm 60

Frame depth,mm 720 Tube interval depth,mm 52

Finned height,mm 3900

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-19

Kesimpulan

1. Berdasarkan kondisi iklim setempat,maka sistem pendingin yang sesuaiuntuk diterapkan pada PLTGGilimanuk yang beroperasi pada waktubeban puncak adalah sistemmechanical refrigeration – chilled waterstorage.

2. Dengan diterapkannya sistem pendinginudara masuk kompressor pada turbingas, diharapkan akan menaikkan dayaoutput turbin gas PLTG Gilimanukyangsebesar 13,18 MW.

3. Cooling load dari udara yangdidinginkan besarnya yaitu 3635 kWuntuk sensibel cooling load dan 5781kW untuk latent cooling load. sehinggatotal dari cooling loadnya sebesar 9416kW.

4. Kapasitas chiller yang dibutuhkannilainya sebesar 1977 kW atau 562 TR.Dipilih Ammonia Chiller dengankapasitas 317 TR sebanyak 2 buah.

5. Sebagai media penyimpanan air dingin,besarnya volume chilled water storagetank (CWST) adalah 7152 m3.

6. Total debit pompa untuk mengalirkanair dari CWST menuju chiller besarnya357,6 m3/jam sedangkan total debitpompa untuk mengalirkan air dariCWST menuju cooling coil besarnya1788 m3/jam.

7. Kapasitas pompa yang digunakan untukmengalirkan air dari CWST menujuchiller sebesar 400 m3/jam sebanyak 1buah.

8. Kapasitas pompa yang digunakan untukmengalirkan air dari CWST menujucooling coil sebesar 450 m3/jam.

Daftar Pustaka

1. Badan Perencanaan PembangunanDaerah dan Penanaman Modal. 2013,Profil Kabupaten Jembrana Tahun2013, Negara, Pemerintah KabupatenJembrana.

2. Brown, DR. Katipamula, S &Koynenbelt, J.H. 1996, A ComparativeAssesment of Alternative Combustion

Turbine Cooling System, US, PacificNorthwest National Laboratory.

3. Kavanaugh, Stephen P. 2006, HVACSimplified, Atlanta ,American Societyof Heating, Refrigerating and AirConditioning Engineers, Inc.

4. Mansour , M Khamis. Hassab, M. 2012,Thermal Design of Cooling Coil andDehumidifying Coils.

5. Marzouk, Ali & Hanafi, Abdalla,Thermo-Economic Analysis of Inlet AirCooling In Gas Turbine Plants. Giza ,Mechanical Power Department CairoUniversity.

6. Moran, Michael J & Shapiro, HowardN., Termodinamika Teknik, Jakarta,Erlangga.

7. Musser, Amy, Thermal Performance ofa Full-Scale Stratified Chilled-WaterThermal Storage Tank, ASHRAE.

8. Santos, Ana Paula & Andrade, ClaudiaR, 2012,Analysis of Gas TurbinePerformance with Inlet Air CoolingTechniques Applied to Brazilian Sites,Brazil.