STUDI PENENTUAN KAPASITAS MOTOR LISTRIK UNTUK PENDINGIN DAN PENGGERAK POMPA AIR

HIGH PRESSURE PENGISI BOILER UNTUK MELAYANI KEBUTUHAN AIR PADA PLTGU BLOK III

(PLTG 3x112 MW & PLTU 189 MW) UNIT PEMBANGKITAN GRESIK

Oleh :ADITASA PRATAMA

NRP : 2205100019

Dosen Pembimbing :Ir. Teguh Yuwono

Ir. Syariffuddin M, M.Eng

LATAR BELAKANGLATAR BELAKANG

222

• Penggunaan motor induksi berkapasitas besar banyak digunakan dalam proses pembangkitan energi listrik.

• Sehingga diperlukan daya listrik yang sangat besar, yang berakibat biaya yang dikeluarkan juga ikut besar.

• Oleh karena itu diperlukan usaha untuk menekan besar daya listrik yang digunakan dengan meningkatkan efisiensi dari motor induksi tersebut.

• Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi motor induksi adalah pemilihan besar kapasitas motor induksi yang tepat.

PERPERMASALAHMASALAHAN (1)AN (1)

333

1. Di mana peran dan penggunaaan motor listrik jenis induksi pada proses pembangkitan listrik di PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik?

2. Bagaimana melakukan perhitungan agar bisa didapatkan nilai efisiensi dan kapasitas yang tepat pada motor induksi untuk penggerak pompa air high pressure pengisi boiler pada PLTGU?

3. Bagaimana melakukan perhitungan untuk mendapatkan kapasitas motor induksi untuk pendingin pada PLTGU?

PERPERMASALAHMASALAH (2)(2)

444

4. Bagaimana perbandingan nilai efisiensi motor induksi untuk penggerak pompa air high pressure pengisi boiler pada PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik dengan motor induksi untuk penggerak pompa air high pressure pengisi boiler pada pembangkit listrik tenaga panas matahari (Solar Thermal Power System) di Cambridge, Massachusetts,Amerika Serikat?

TEORI PENUNJANG =>A. Efisiensi motor lisrik (1)

555

Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban tertentu. Pada proses ini, kehilangan energi ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1 Losses Motor [2]

TEORI PENUNJANG =>A. Efisiensi motor lisrik (2)

666

Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah:1.Usia.2.Kapasitas.3.Kecepatan. 4.Jenis. 5.Suhu. 6.Beban

TEORI PENUNJANG =>A. Efisiensi motor lisrik (4)

777Gambar 2 Efisiensi Motor sebagai fungsi dari % efisiensi beban penuh [2]

TEORI PENUNJANG =>B. Menghitung kinerja pompa (1)

888

Daya batang torak pompa

Ps= Daya hidrolik hp Efisiensi pompa ?pump

atau

Efisiensi pompa ?pump

= Daya hidrolik .Daya batang torak pompaGambar 3 Sistim Pemompaan dalam sebuah

Industri

TEORI PENUNJANG =>B. Menghitung kinerja pompa (2)

999

Daya hidrolik hp= Q (m3/detik ) x (hd – hs dalam m)

x ? (kg/m3) x g (m/detik2) / 1000Dimana:Q = debit aliranHd = head pembuanganHs = head penghisapan? = massa jenis fluidaG = percepatan gravitasi

Head (dalam feet) = Tekanan (psi) x 2,31

Specific gravityGambar 4 Pompa Sentrifugal

KEGIATAN USAHA PT PJB UP GRESIK (1)

101010

Kegiatan inti dari PT PJB UP Gresik dalam memproduksi tenaga listrik. Dengan total daya terpasang 2280 MW, UP Gresik mampu memproduksienergi listrik sebesar 10.859 GWh per tahun yang disalurkan melalui saluran transmisi tegangan tinggi 150 KV dan tegangan ekstra tinggi 500KV.

Tabel 1 Pembangkitan PT PJB UP Gresik

Jenis Pembangkitan Unit Daya Terpasang

Bahan Bakar Mulai Beropersi

PLTU Gresik 1 1 1x100 MW MFO/Gas 31-08-1981PLTU Gresik 2 2 1x100 MW MFO/Gas 14-11-1981PLTU Gresik 3 3 1x200 MW MFO/Gas 15-03-1988PLTU Gresik 4 4 1x200 MW MFO/Gas 01-07-1988PLTU Gresik 600 MWPLTG Gresik 1 1 1x20,1 MW HSD/Gas 07-06-1978PLTG Gresik 2 2 1x20,1 MW HSD/Gas 09-06-1978PLTG Gilitimur 1 1 1x20,1 MW HSD 22-10-1999PLTG Gilitimur 2 2 1x20,1 MW HSD 04-11-1999PLTG Gresik 80,4 MW

KEGIATAN USAHA PT PJB UP GRESIK (2)

111111

Tabel 1 Pembangkitan PT PJB UP Gresik (lanjutan)

PLTGU Gresik (c/c) Blok 1

GT 11,12,13 3x112 MW HSD/Gas 10-04-1993ST 10 1x189 MW

PLTGU Gresik (c/c) Blok 2

GT 21, 22, 23

3x112 MW HSD/Gas 05-08-1993

ST 20 1x189 MWPLTGU Gresik (c/c) Blok 3

GT 31, 32, 33

3x112 MW Gas 30-11-1993

ST 30 1x189 MWPLTGU Gresik 1.575 MWTotal UP Gresik 2.255 MW

SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK (1)

121212

• PLTGU blok 1 dan 2 => - HSD /High Speed Diesel Oil (Rp 3232,85/kWh)

- Gas alam (Rp 1206,98/kWh)

• PLTGU blok 3 => - Gas alam (Rp 1206,98/kWh)

SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK (2)

131313

Spesifikasi umum PLTGU Gresik untuk setiap blok pembangkit adalah: a. Turbin : 4 Unit • Turbin gas : 3 Unit • Turbin uap : 1 Unit b. HRSG : 3 unit c. Generator : 4 Unit • Turbin gas : 3 x 112MW • Turbin uap : 1 x 189MW

PROSES DI TURBIN GAS

141414

Gambar 5 Diagram ilustratif proses pada turbin gas

PROSES DI HRSG (HEAT RECOVER STEAM GENERATOR)

151515Gambar 6 Proses di HRSG

PROSES DI TURBIN UAP

161616Gambar 7 Steam Turbine

PROSES KESELURUHAN DI PLTGU

171717

Gambar 8 Proses keseluruhan di PLTGU

PROSES UTAMA PLTGU GRESIK

181818Gambar 9 konfigurasi 3.3.1 pada PLTGU Gresik

BIAYA OPERASIONAL (1)

191919

Total biaya operasional per tahun = Rp 2.390.939.233 =>• Biaya bahan bakar (gas alam)=>Rp 2.201.437.700 (92%) • Biaya energi listrik untuk motor =>Rp 189.501.533 (8%)

BIAYA OPERASIONAL (2)

202020Tabel 2 Biaya operasional

PARAMETER WAKTU VOLUME SATUAN TOTAL

BIAYA OPERASI( Kwh , Kg ,

SCF )

BIAYA BIAYA

( Jenis Kegiatan Proses ) ( Menit ) ( Rupiah ) ( Rupiah )

START GT. OPEN CYCLE.I. Biaya Energi Listrik :

1. Pony Motor 1155 1.733 1206,98 2091092,85

2. Stating Motor 1155 27.913 1206,98 33689829,25

3. Auxiliary Control Oil Pump 1848 924 1206,98 1115249,52

4. Auxiliary Lub. Oil Pump 1848 2.310 1206,98 2788123,8

5. Motor Lain-lain 1848 931 1206,98 1123698,38

BIAYA OPERASIONAL (3)

212121

Tabel 2 Biaya operasional (lanjutan)

II. Biaya Bahan Bakar

Gas :6636 5.556 59,7 2.201.437.700

START HRSG C/C To

ST.I. Biaya Energi Listrik :

1. Motor Hydrolik

Damper6636 2.986 1206,98 3.604.284

2. LP & HP BCP 6636 0.784 1206,98 13.015.469

3. LP & HP BFP 6636 107.835 1206,98 130.154.689

4. Motor-Motor Valve 6636 1.590 1206,98 1.919.099

Biaya total 2.390.939.233

Perhitungan dan Analisis =>A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (1)

222222

Untuk mencari kapasitas dari motor High Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP), maka digunakan data pada saat PLTGU beroperasi pada beban 100%:

Pressure input = 2,5 kg/cm2

Pressure output = 111 kg/cm2

Flow (Debit air) = 186261 kg/h = 183,261 m3/hDifferential Pressure =

=111 kg/cm2 - 2,5 kg/cm2

108,5 kg/cm2

Differential Head ===

10 x Differential Pressure / SG10 x 108,5 kg/cm2 / 1 m1085 m

2% Safety factor ==

1085 m x 0,0554,25 m

Perhitungan dan Analisis =>A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (2)

232323

Required Differential Head ==

1085 m + 54,25 m1139,25m

Water Horse Power (WHP) atau daya output motor High Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) :WHP = (rho x g x Q x H / (1000 x 3600)) kW

= 1000 x 9,8 x 186,261 x 1139,25(1000 x 3600)

= 578 kW

Perhitungan dan Analisis =>A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (3)

242424

Setelah diketahui besar daya output motor, dicari besar daya input motordengan menggunakan cara di bawah dengan data pada masukan motorHP BFP pada saat PLTGU bekerja pada beban penuh atau 100% :I = 84 Ampere V = 6 kV= 6000 VPf = 0,88 laggingDaya input motor pada saat PLTGU bekerja pada beban penuh:

1113 CosIVPin = 6000 * 84 * 0,88

= 768.199,1742 Watt

= 770 kW

Perhitungan dan Analisis =>A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (4)

252525

Setelah daya input dan daya output didapat, bisa diketahui efisiensi dari motor HP BFP, yaitu: Efisiensi motor HP BFP = Pout / Pin

= 576kW / 770kW= 0,748

= 75%

Perhitungan dan Analisis =>A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (5)

262626

Tabel 3 data masukan motor HP BFP tiap pembebanan

Pembebananpressure flow

(kg/m3)in (kg/cm2) out ((kg/cm2)100% 2,5 111 186,26175% 2,5 113,9 133,46350% 2,5 120 112,095

Tabel 4 Daya output HP BFP tiap pembebanan

i (kg/m3) g (m/s2) Q (m3/jam) H (m) WHP (kW)1000 9,8 186,261 1139,25 5781000 9,8 133,463 1169,7 4251000 9,8 112,095 1233,75 377

Perhitungan dan Analisis =>A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (6)

272727

Pin (kW)kWh untuk setiap Percent full

load motorpersen pembebanan770 7,68199 85%566 7,53540 63%501 10,01327 56%

Tabel 5 daya input motor HP BFP tiap pembebanan

Perhitungan dan Analisis =>A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (7)

282828

Gambar 10 Hubungan daya input motor HP BHP terhadap debit air

Perhitungan dan Analisis =>A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (8)

292929

Gambar 11 hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan

Perhitungan dan Analisis =>B. Condensate Extraction Pump / CEP (1)

303030

Pembebananpressure flow

(kg/m3)in (kg/cm2) out (kg/cm2)100% 0,956 13,07 685,6675% 0,965 13,7 566,3350% 0,971 14,7 482,33

Tabel 6 data masukan motor CEP tiap pembebanan

Tabel 7 Daya output HP BHP tiap pembebanan

i (kg/m3) g (m/s2) Q (m3/jam) H (m) WHP (kW)1000 9,8 697,67 127,197 2421000 9,8 566,33 133,7113 2071000 9,8 482,33 144,1542 190

Perhitungan dan Analisis =>B. Condensate Extraction Pump / CEP (2)

313131

Tabel 8 daya input motor CEP tiap pembebanan

Pin (kW)kWh untuk setiap Percent full

load motorpersen pembebanan323 3,22098890 81%275 3,66470353 69%253 5,04739085 63%

Perhitungan dan Analisis =>B. Condensate Extraction Pump / CEP (3)

323232

Gambar 12 Hubungan daya input motor CEP terhadap debit air

Perhitungan dan Analisis =>B. Condensate Extraction Pump / CEP (4)

333333

Gambar 13 Hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan

Kesimpulan (1)

343434

1. Dalam proses pembangkitan listrik di PLTGU Gresik blok III, motor listrik jenis induksi memiliki banyak peran. Beberapa peran motor induksi dalam proses pembangkitan listrik, yaitu:

• Sebagai pemutar turbin gas sampai putaran 2100 rpm (starting motor1450 kW dan pony motor 90 kW).

• Penggerak pompa pengisi boiler (motor High Pressure Boiler Feed Pumpatau motor HP BFP 900 kW dan motor Low Pressure Boiler Feed Pumpatau motor LP BFP 75 kW)

• Penggerak pompa yang memindahkan air dari HP drum ke HP evaporator (motor High Pressure Circulating Water Pump atau motor HP BCWP)

• Penggerak pompa yang memindahkan air dari LP drum ke LP evaporator(motor Low Pressure Circulating Water Pump atau motor LP BCWP).

• Penggerak pompa yang memindahkan air dari kondenser ke preheater(motor Condensate Extraction Pump atau motor CEP 400 kW).

Kesimpulan (2)

353535

2. Motor HP BHP yang sekarang digunakan di PLTGU Gresik Blok III memiliki efisiensi sebesar 75% yang hampir mencapai efisiensi maksimum. Hal ini ditunjukkan pada tabel 9 di kolom percent full load motor, bahwa besar kerja motor untuk beban 75% sampai 100% berada pada 63% sampai 85% percent full load motor. Sedangkan beban rata-rata pada PLTGU adalah 80% sampai 90%. Menurut teori, motor mencapai efisiensi tertinggi pada saat percent full load motor berada pada 75%. Sehingga tidak perlu dilakukan pergantian motor dengan motor dengan kapasitas yang lebih kecil atau yang lebih besar.

3. Motor CEP yang sekarang digunakan di PLTGU Gresik Blok III sudah memenuhi standar dalam penentuan kapasitas motor listrik, yaitu motor bekerja pada beban 75%. Hal ini biasa dilihat di tabel 12. Percent full load motor pada beban 75% dan 100%, yaitu 69% dan 81%.

Kesimpulan (3)

363636

4. Efisiensi motor listrik jenis induksi untuk pengerak pompa High pressure pengisi boiler pada PLTGU blok III Unit Pembangkitan Gresik memiliki nilai efisiensi yang lebih tinggi yaitu, 75% dibandingkan efisiensi motor induksi untuk penggerak pompa pengisi boiler di pembangkit listrik tenaga panas matahari (Solar Thermal Power System) di Cambridge, Massachusetts, Amerika Serikat yang sebesar 70%6.

SARAN(1)

373737

1. Penerapan perhitungan yang digunakan pada tugas akhir ini, selain bisa menghitung besar kapasitas motor High pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) dan motor Condensate Extraction Pump (CEP), tetapi bisa juga digunakan untuk menghitung besar kapasitas motor lain yang memiliki fungsi yang sama seperti motor HP BHP dan motor CEP atau motor yang berfungsi memindahkan air. Salah satu contohnya adalah motor untuk sirkulasi air atau motor Circulating Water Pump (CWP).

SARAN(2)

383838

2. Untuk mencapai efisiensi maksimum pada motor High pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) dan motor Condensate Extraction Pump (CEP), pembebanan pada PLTGU sebaiknya terus beroperasi di atas pembebanan 75%. Sebab pada saat pembebanan berada pada 50%, efisiensi motor High pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) dan Condensate Extraction Pump (CEP) sangat rendah. Hal ini bisa dilihat pada tabel 5 dan tabel 8. pada kolom kwh setiap persen pembebanan dan pada baris ketiga atau pada pembebanan 50%, besarnya kwh setiap persen pembebanan jauh di atas besarnya kwh setiap persen pembebanan pada saat pembebanan ada pada 75% dan 100%.

SARAN(3)

393939

3. PLN sebagai penyedia energi listrik yang dibutuhkan oleh masyarakat banyak, semestinya diprioritaskan dalam mendapatkan bahan bakar gas dari pada minyak, karena dengan bahan bakar gas mampu menghasilkan daya output yang lebih baik dan pemeliharaan peralatanpun lebih mudah. Selain itu harga gas lebih murah dibanding dengan harga minyak untuk menghasilkan daya yang sama, jadi bahan bakar gas lebih efisien dari pada minyak.

DAFTAR PUSTAKA

404040

1. Soebagio, “Diktat Kuliah Mesin Arus Bolak-Balik,”Surabaya, 2008.

2. Motor Listrik, <URL: http:// www.energyefficiencyasia.org>3. Pompa dan Sistem Pemompaan, <URL: http://

www.energyefficiencyasia.org>4. Mitsubishi, Fatec Panduan Interver.5. Fitzgerald, A. E. dkk, “Electric Machinery Third Edition,”

McGraw-Hill Book Company, New York, 1971.6. Lin, Cyntia, “Feasibility of Using Power Steering Pumps in

Small-Scale Solar Thermal Electric Power System”. Thesis Jurusan Teknik Mesin Massachusetts Institute of Technology, Massachusetts, Amerika Serikat 2008.

414141

TERIMA KASIH

TEORI PENUNJANG =>A. Efisiensi motor lisrik

424242

Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah:1.Usia. Motor baru lebih efisien.2.Kapasitas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi motor meningkat dengan laju kapasitasnya.3.Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih efisien.4.Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih efisien daripada motor cincin geser5.Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total (TEFC) lebih efisien daripada motor screen protected drip-proof (SPDP)

TEORI PENUNJANG =>A. Efisiensi motor lisrik

434343

6. Beban, seperti yang dijelaskan dibawahTerdapat hubungan yang jelas antara efisiensi motor dan beban.

Pabrik motor membuat rancangan motor untuk beroperasi pada beban 50-100% dan akan paling efisien pada beban 75%. Tetapi, jika beban turun dibawah 50% efisiensi turun dengan cepat seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Mengoperasikan motor dibawah laju beban 50% memiliki dampak pada faktor dayanya. Efisiensi motor yang tinggi dan faktor daya yang mendekati 1 sangat diinginkan untuk operasi yang efisien dan untuk menjaga biaya rendah untuk seluruh pabrik, tidak hanya untuk motor. Untuk alasan ini maka dalam mengkaji kinerja motor akan bermanfaat bila menentukan beban dan efisiensinya

SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK

444444

Kapasitas total Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) Gresik dapat mencapai 1575 MW. PLTGU Gresik blok 1 dan blok 2 dapat menggunakan dua macam bahan bakar yaitu HSD (High Speed Diesel Oil) yang dipasok oleh PERTAMINA dan gas alam yang dipasok langsung dari lapangan gas milik MKS dan KODECO yang disalurkan melalui pipa bawah laut dari wilayah Madura utara. Kedua bahan bakar ini digunakan secara bergantian sesuai dengan tingkat ketersediaan bahan bakar. Sedangkan PLTGU Gresik blok 3 didesain hanya dapat menggunakan bahan bakar gas alam saja yang dipasok oleh pemasok yang sama dengan blok 1 dan blok 2.