BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
PLTGU ( Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap) terdiri dari PLTG, Boiler (HRSG) dan Steam Turbin generator. Operasional PLTGU dengan cara memanfaatkan gas buang dari PLTG untuk memanaskan boiler (HRSG) yang menghasilkan uap panas untuk menggerakan turbin dan genarator. Dalam operasi PLTGU pengoperasian HRSG terpisah dengan pengoperasian PLTG sehingga waktu pengoperasian PLTG dan HRSG tidak dilakukan bersamaan atau pengoperasian HRSG dapat dilakukan apabila PLTG telah lebih dulu beroperasi normal.
Konfigurasi 1 blok PLTGU dapat disusun sebagai berikut : 1PLTG + 1HRSG + 1Turbin Genarator
2PLTG + 2HRSG + 1Turbin Genarator 3PLTG + 3HRSG + 1Turbin Genarator
2.1 Diverter
Diverter (pengalih) berfungsi untuk mengatur arah aliran gas buang dari turbin gas apakah dialirkan ke ruang boiler HRSG atau langsung dibuang ke udara luar melalui cerobong pintas bypass stack, sehingga unit turbin gas masih dapat dioperasikan walaupun unit boiler HRSGnya perlu untuk distop. Diverter juga berfungsi untuk mengalihkan perlahan-lahan dan mengatur aliran gas buang dari by-pass stack ke ruang boiler HRSG pada saat mulai menjalankan (start-up) HRSG, atau sebaliknya pada saat stop operasi (shutdown) HRSG.Diverter harus benar-benar menutup rapat atau mengisolasi aliran gas buang sehingga tidak ada kebocoran gas panas ke by-pass stack saat HRSG beroperasi agar dicapai efisiensi maksimal; atau tidak ada kebocoran gas panas ke ruang boiler HRSG saat stop agar tidak merusak dan membahayakan HRSG.
Sumber : Literatur teori HRSG Pusdiklat Suralaya,2013
Gambar 2.1. Instalasi Damper HRSG
Di dalam diverter damper terdapat flap damper yang berfungsi untuk mengubah arah buangan gas turbin. Cara kerja flap damper dengan membuka dan menutup pada arah yang menuju HRSG atau menuju bypass stack. Untuk PLTGU operasi dalam kondisi open cycle atau hanya PLTG yang beroperasi sedangkan HRSG tidak beroperasi, posisi flap damper menutup arah ke HRSG dan membuka ke bypass stack. Namun bila PLTGU operasi dalam kondisi combine cycle PLTG
Gas Turbin HRSG exaust silincer Inlet air casing Intake Struckture Diverter Damperr Exhaust diffuser Expansion Joint Bypass Stack HRSG Exhaust Stack
dan HRSG keduanya beroperasi dengan posisi flap damper membuka ke arah HRSG dan menutup ke bypass stack. Untuk lebih jelas mengenai posisi dari flap damper pada saat sebelum dan sesudah beroperasi HRSG seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.2 Posisi pembukaan flap damper pada operasi open cycle
BYPASS STACK
OUT GAS
Flap Damper
Gas buangan
turbin
Posisi flap
menutup ke
HRSG
HRSG
Gambar 2.3 Posisi pembukaan flap damper pada operasi combine cycle
Sumber : Literatur teori HRSG Pusdiklat Suralaya,2013
BYPASS STACK
Flap Damper
Gas buangan
turbin
Gambar. 2.2 Flap Damper
Flap damper yang berfungsi sebagai komponen dari diverter damper untuk mengubah arah aliran gas buang turbin, flap damper digerakan dengan menggunakan poros yang diputar oleh piston hidrolik. Mekanisme kerja piston hidrolik ini diatur oleh sistem oli hidrolik yang menggunakan tekanan kerja 200 bar.
2.2 Hidraulik Damper
Hidraulik damper adalah sistem hidrolik yang menggunakan tekanan tinggi untuk menggerakan piston yang akan memutar shaft/poros flap damper. Sistem hidrolik damper ini memiliki 3 unit komponen utama, yaitu unit tenaga, unit penggerak/ actuator dan unit pengatur.
Gambar 2.5 Instalasi hidrolik damper 2.2.1 Unit Tenaga ( Power Unit )
Berfungsi sebagai sumber tenaga dengan menggunakan fluida kerja oli hidrolik. Pada sistem ini terdiri dari beberapa komponen :
a. Pompa Hidrolik berfungsi untuk memompa fluida hidrolik pada tekanan tertentu yang dibutuhkan sistem.Pompa ini digerakkan dengan motor listrik dan akan menghasilkan tekanan tinggi dengan debit aliran yang rendah.
b. Reservoir berfungsi sebagai tempat tangki penyimpanan oli/minyak hidrolik untuk mengakumulasi perubahan volume fluida pada saat sistem bekerja.
c. Akumulator berfungsi sebagai penyimpan energi tekanan pada fluida hidrolik dengan menggunakan gas. Fungsi penyimpanan energi tekanan tersebut adalah untuk menstabilkan tekanan fluida apabila terjadi penurunan tekanan tiba-tiba yang sesaat, agar tidak mengganggu aktuator yang sedang bekerja.
d. Fluida hidrolik yaitu minyak oli yang khusus hidrolik sebagai fluida kerja dan juga berfungsi sebagai pelumas pada komponen-komponen sistem hidrolik.
e. Filter berfungsi sebagai penyaring kotoran (biasanya berupa metal) pada fluida hidrolik yang muncul setiap sistem bekerja, agar tidak ikut bersikulasi yang menyebabkan kavitasi akibat sumbatan kotoran dan merusak komponen lainnya.
f. Pipa berfungsi sebagai tempat aliran fluida bersikulasi pada saat sistem bekerja dan material pipa memiliki ketahanan terhadap panas dan tekanan tertentu.
2.2.2 Unit Penggerak
Berfungsi untuk mengubah tenaga fluida menjadi tenaga mekanik. Hidrolik actuator dapat dibedakan menjadi dua macam :
a. Penggerak lurus ( linier actuator )
b. Penggerak putar : motor hidrolik ( rotary actuator )
Gambar 2.7. Silinder Hidrolik
Komponen actuator menggunakan silinder hidrolik yang berupa aktuator mekanik yang menghasilkan gaya searah melalui gerakan stroke yang searah. Alat ini menjadi salah satu bagian dari sistem hidrolik selain pompa dan motor hidrolik. Jika motor hidrolik mengubah tekanan fluida hidrolik menjadi gerakan putar, maka silinder hidrolik menghasilkan
gerakan stroke yang searah. Silinder hidrolik mendapatkan gaya dari fluida hidrolik bertekanan.
2.2.3 Unit Pengatur ( Control Unit )
Berfungsi sebagai pengatur gerak sistem hidrolik. Unit ini biasanya Diwujudkan dalam bentuk katup atau valve. Valve kontrol pada sebuah sistem hidrolik, selain berfungsi untuk mengatur besar tekanan yang digunakan, juga berfungsi sebagai pengatur arah aliran fluida hidrolik.
2.2.4 Cara kerja sistem hidrolik diverter damper
Cara kerja sistem hidrolik diverter damper seperti gambar pada dibawah ini berupa diagram line komponen hidrolik damper.
Sumber: Hidrolik-Scribd.www.scribd.com
Gambar 2.8. Diagram line komponen sistem hidrolik
Cara kerja :
1. Tekanan hidrolik menggunakan sebuah pompa ( gear piston No. 4) didalam tangki hidrolik atau reservoir yang digerakkan oleh sebuah motor yang terpasang vertikal diatas tangki hidrolik.
2. Minyak hidrolik didorong oleh radial piston pump (No.4) melalui sebuah check valve (No.9) yang berfungsi agar minyak hidrolik tidak kembali ke pompa penghisap menuju pressure control valve/ relief valve (No.7) melalui four way 2 ball valve-manifold block (No.5).
3. Minyak hidrolik yang berada di dalam pressure control valve dapat diatur secara manual oleh sebuah hand control valve (No.6) ini berfungsi mengatur dengan tangan terdapa posisi hidrolik silinder maju dan mundur apabila sistem otomatis tidak bisa bekera lagi atau rusak.
4. Tekanan minyak dalam pressure control valve (No.7) digabung dengan sebuah solenoid Unloading valve (No.8) yang dipasang diatas manifold block (No.5) mendapat perintah dari Amplifier Card ( Relay Control) untuk membuka katupnya pada saat beban screw press turun, sehingga sumbu silinder dapat maju mundur sesuai dengan yang disetting di relay control yang dapat mendeteksi ampere screw press melalui CT yang terpasang di dalam kotak starter.
5. Silinder Hidrolik mempunyai dua jalur sambungan, satu didepan dan satu dibelakang. Tekanan minyak yang masuk ke jalur depan, sumbu silinder hidroliknya mundur, dan yang masuk ke jalur belakang sumbu hidroliknya maju.
6. Minyak hidrolik dapat disirkulasi secara otomatis dan teratur oleh pompa hidrolik de dalam tangki hidrolik, didinginkan melalui sebuah Integral Oil Cooler (No.17), kemudia disaring oleh Return Line Filter (No.12). Minyak hidrolik harus tetap bersih dan tidak berkurang.
7. Untuk menambah (atau berkurang) tekanan hidrolik dapat dibuka dengan cara memutar baut yang terdapat di Pressure Control Valve (No.7) secara perlahan-lahan hingga mencapai tekanan yang dibutuhkan. Untuk mengetahui besarnya tekanan minyak dapat dilihat dari indikator Pressure Gauge (No.11). PCV dan Solenoid Unloading Valve (No.11) berfungsi mengatur arus tekanan ke hidrolik silinder, dan Shut off valve (No.10) yang berfungsi untuk menutup tekanan hidrolik ke Pressure Gauge.
8. Ketinggian level dan suhu minyak dapat dilihat pada level dan temperature indikator.
9. Sebuah Pressure Switch dipasang untuk mengatur agar Elektro Motor Hidrolik (No.2) dpat berhenti (Unloading) kembali apabila tekanan kerja berkurang.
10. Untuk menstabilkan tekanan kerja agar tetap apabila elektro motor berhenti, harus dipasang akumulator.
2.3 Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik adalah komponen utama dalam sistem hidrolik yang berfungsi mensuplai tekanan dalam sistem. Energi mekanik dari pompa dihasilkan dari putaran motor sebagai daya input. Ada banyak jenis pompa hidrolik yang digunakan seperti bagan klasifikasi pompa hidrolik dibawah ini.
Sumber : Buku Pratical Hydraulic Systems
Gambar 2.9. Klasifikasi Pompa hidrolik
Rumus parameter pompa : Volumetric diplacement,
= ( - ).L ...Lit1.1 Theoretical Flow rate pump,
Q = xN... Lit1.2 Efisiensi volumetrik, Vt = x 100%... Lit1.3 Efisiensi mekanik, Pumps Positive Displacement Pumps Rotary
Gear Vane Screw
Reciprocating Axial
Piston
Inline Ben Axis Cylinder Block Radial Piston
Non Positive Displacement Pumps
Centrifugal Axial
Vm = x 100%... Lit1.3 Vm =
(Hp) atau x 100% Vm = x 100 % , Torque = x 100% = (HP) Overall efisiensi (Vo) = Dimana :
- P : Tekanan keluaran (Bar) - Qt adalah flow aliran ( ) - , adalah torque (N.m) - (rpm)/ (rad/s)
Tabel jenis dari faktor performansi pompa hidrolik
Pump Types Pressure Rating (Bar) Speed (rpm) Overall Efficiency Hp/lb Ratio Flow (lpm) Eksternal gear pump 130-200 1200-2500 80-90 2 5-550 Internal gear pump 35-135 1200-2500 70-85 2 5-750 Vane pump 70-135 1200-1800 80-95 2 5-300 Axial pump 135-800 1200-3000 90-98 4 5-750 Radial piston 200-800 1200-1800 85-95 3 5-750
pump
Sumber: Buku practical hydraulic systems
2.4 Alat Penukar Kalor
Alat penukar kalor merupakan suatu peralatan dimana terjadi perpindahan panas dari suatu fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur lebih rendah. APK berfungsi sebagai perantara dari fluida kerja dalam proses perpindahan energi dari panas ke dingin atau juga sebaliknya. Dimana terdapat dua fluida kerja yang masuk melalui APK sehingga terjadi perpindahan panas. Proses perpindahan panas ini biasanya terjadi dari fase cair ke cair atau dari cair ke uap dan proses perpindahan panas pada fluida tersebut dapat secara langsung maupun tidak langsung.
2.4.1 Klasifikasi Alat Penukar Kalor
Ada beberapa jenis alat penukar kalor yang dapat digunakan berdasarkan beberapa keadaan,yaitu :
a. Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan panas - Tipe kontak tidak langsung :
1. Satu fasa 2. Dua fasa
3. Yang ditimbun (Strorage Type) - Tipe kontak langsung
1. Gas dengan cairan 2. Cairan dengan uap
b. Klasifikasi berdasarkan jumlah fluida yang mengalir - Dua jenis fluida
- Tiga jenis fluida - N-jenis fluida
c. Klasifikasi berdasarkan konstruksi - Tubular(Shell and Tube) : - Tipe plat (Plate Type)
- Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface):
1. Sirip plat (plate fin) 2. Sirip Pipa (Tube fin)
d. Klasifikasi berdasarkan aliran - Aliran dengan satu pass :
1. Aliran berlawanan 2. Aliran paralel 3. Aliran melintang 4. Aliran dibagi (divided) - Aliran multi pass :
1. Permukaan diperbesar :
Aliran berlawanan menyilang
Aliran paralel menyilang 2. Shell and tube
Aliran paralel berlawanan (M pass pada shell dan N pass pada tube)
Aliran dibagi (divided) 3. Multipass plat
2.4.2 APLIKASI APK PADA INDUSTRI
2. Kondensor 5. Heater 8. Chiller 3. Radiator 6. Evaporator 9. Ekonomizer
2.4.3 APK JENIS AIR COOLER
Alat penukar kalor ini banyak digunakan untuk pendinginan atau memanaskan suatu fluida. Fluida cair dengan suhu tinggi atau panas masuk melalui pipa coil sedangkan fluida udara mengalir melalui permukaan luar pipa. Pada aliran dalam pipa dapat dibedakan menjadi 2, aliran laminar dan aliran turbulen yang ditentukan dari besaran bilangan Reynold pada aliran fluida sepanjang pipa.
Bagian-bagian komponen : 1. Finned Tube atau Coil Heater
2. Finned Tube Sheet atau plat penyangga pipa 3. Air Inlet Filter
4. Air Propeller
5. Motor Penggerak Propeller : a. Direct Drive
b. Belt Drive
Keuntungan Tipe Air Cooler dalam fungsi pada HI damper HRSG 22 dibandingkan tipe Shell and Tube
a. Perawatan lebih mudah dilakukan dikarenakan apk memiliki konstruksi yang lebih besar.
b. Waktu perawatan tidak lama. meliputi : 1. Perbersihan fouling pada pipa coil 2. Pembersihan filter udara inlet
c. Sistem pendinginan disumplai langsung dari udara sekitar tampa membutuhkan sistem perpipaan tambahan.
d. Lebih efisien karena tidak menggunakan air demin
e. Dapat menghidari gangguan tekanan supplai fluida pendingin dibanding menggunakan air pendingin.
Lintasan Aliran Fluida APK
Adalah banyak lintasan yang dilalui fluida pada heat exchanger. Pada jenis air cooler lintasan fluida ini terbagi atas lintasan dalam tube dan lintasan luar tube. Untuk lintasan dalam, adalah banyaknya lintasan yang dilalui oli melalui diameter dalam pipa yang dipengaruhi oleh jumlah pipa sedangkan pada lintasan luar adalah lintasan fluida udara melewati pipa-pipa coil (Tube Bank) pada diamter luar pipa dipengaruhi susunan tabung.
Sumber: Heat Transfer Yunus.A.Cengel
Gambar 2.11. Susunan Pipa in-line dan Staggered
2.4.3 Rumus Alat Penukar Kalor
1. Metode LMTD, ( ) nilai tengah beda temperatur rata-rata perpindahan panas pada fluida dicari untuk menghitung perpindahan panas menyeluruh pada suatu alat penukar kalor.
LMTD ( ) =
... Lit2.1
2. Perpindahan panas pada fluida tertentu.
̇ = ( ̇ x Cp x T ) ...Lit2.2
̇ = ( ̇ x Cp x T )fluida panas = (m x Cp x T )fluida dingin ̇ = ̇x ρ = ....Kg/s (laju aliran fluida panas/dingin)
3. Metode NTU (number of transfer unit) adalah metode untuk menentukan perpindahan panas dengan menggunakan efektivitas.
= Merupakan kapasitas panas fluida dingin = ̇ x Cph = Merupakan kapasitas panas fluida panas = ̇ x Cph
efektivitas , ̇ Lit2.3
