TURBIN UAP GAS ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT.PLN SEKTOR

TURBIN UAP & GAS

ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT.PLN SEKTOR

PEMBANGKITAN MEDAN

SKRIPSI

Skripsi ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

FEBRI DWI SENJAYA PERANGIN ANGIN 100421019

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas Rahmat dan Karunia yang diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini, mulai dari awal penyusunan hingga selesai karena untuk dapat menyelesaikan studi harus mengikuti dan melaksanakan persyaratan dan aturan yang berlaku di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi mahasiswa untuk menyelesaikan studinya di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, khususnya di Departemen Teknik Mesin Universitas sumatera Utara.

Penulisan Tugas Sarjana ini penulis memilih Turbin Uap & Gas, dengan judul spesifikasi tugas : “ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT.PLN SEKTOR PEMBANGKITAN MEDAN “ . Dan dengan pembatasan masalah yang akan dibahas adalah analisa perbandingan performansi PLTG Sebelum menggunakan Water Wash dan Sesudah Menggunakan Water Wash.

Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi maupun segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof.Dr.Ir.Farel H Napitupulu, DEA , selaku Pembimbing yang membimbing dan mengajari saya untuk dapat menyelesaikan sekripsi ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik

Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;

3. Seluruh Staff Pengajar/Dosen dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, dan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;

5. Semua teman-teman penulis, yang telah banyak memberikan bantuan motivasi semangat bagi penulis terima kasih atas dukungannya selama ini.

Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih ada kekurangan. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis mengharapkan agar laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya.

Medan, 28 Mei 2013 Penulis,

ABSTRAK

Turbin gas adalah mesin Pembakaran luar (eksternal CombustionEngine) dimana

energi kinetik dari gas panas memutar sudu – sudu turbin menjadi energi mekanik. Pada saat ini instalasi turbin gas ditambah dengan cara baru yang disebut Water

Wash. Water Wash adalah suatu cara yang digunakan untuk membersihkan

kompresor sehingga daya keluaran turbin gas lebih besar. Proses penggunaan Water Wash beroperasi menggunakan pola semprotan air dari nozzle yang sangat dirancang untuk benar-benar masuk ke inti kompresor. Proses secara offline membersihkan inti seluruh pulih dan kinerja hilang Mengetahui komponen – komponen PLTG, cara kerja PLTG dengan menggunakan water wash, dan perhitungan perbedaan besarnya daya yang dibangkitkan oleh turbin gas. Dari analisa diperoleh bahwa daya dhasilkan turbin gas setelah water wash sebesar 42[MW] dan sebelumnya water wash sebesar 38 [MW]. Efisiensi siklus setelah water wash sebesar 26,85[%] dan sebelumnya water wash sebesar 26,4 [%]

DAFTAR ISI

PERSETUJUAN JUDUL SKRIPSI……… . i

BIMBINGAN SKRIPSI ... ii

SPESIFIKASI TUGAS ... iii

KESIMPULAN SEMINAR TUGAS SKRIPSI………... iv

PENGESAHAN SEMINAR TUGAS AKHIR ……… viii

KATA PENGANTAR ... ix

ABSTRAK ... xi

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR TABEL ... xvi

DAFTAR GAMBAR ... xvii

DAFTAR NOTASI ... xviii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

2.2.1 Prinsip Kerja PLTG Sebelum Water Wash ... 19

2.2.2 Prinsip Kerja PLTG Sesudah Water Wash ... 19

2.3 Komponen Utama PLTG ... 20

2.3.1 Air Inlet Section ... 20

2.3.1.1 Air Inlet Housing ... 21

2.3.1.2 Inertia Separator……….. 21

2.3.1.3 Pre - Filter ... 21

2.3.1.4 Main Filter……….. 22

2.3.1.5 Inlet Bellmounth………. 22

2.3.1.6 Inlet Guide Vane………. 23

2.3.2 Kompresor……….. 23

2.3.2.1 Kompresor Stator………... 24

2.3.2.2 Exhaust Difusor Compressor………. 24

2.3.2.3 Sudu Putar Kompresor……… 25

2.3.2.4 Sudu Tetap Kompresor………... 25

2.3.3 Ruang Bakar ( Combustion Chamber)……… ... 26

2.3.4 Turbin………. 29

2.3.5 Air Filter……… . 31

2.3.6 Exhaust……… ... 32

2.3.7 Load Gear ( Reduction Gear )……… 34

2.4 Komponen Penunjang ... 35

2.4.1 Starting Equipment ... 35

2.4.2 Coupling dan Accessory ... 36

2.4.3 Fuel System ... 37

2.4.4 Lube Oil System ... 37

2.4.5 Cooling System………38

2.5 Siklus Turbin Gas ... 38

2.5.1.1 Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung……… 39

2.5.1.2 Siklus Turbin Gas Terbuka Tak langsung……… .. 39

2.5.2 Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine)………. 40

2.5.2.1 Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung……… 40

2.5.2.2 Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung………. 41

2.6 Siklus Brayton Ideal ... 41

2.7 Siklus Brayton Non Ideal………. 44

2.8 Teori Kompresi... 46

2.8.1 Hubungan Antara Tekanan dan Volume……… ... 46

2.8.2 Hubungan Antara Temperatur dan Volume……… .... 47

2.8.3 Persamaan Keadaan………. .. 47

2.9 Proses Kompresi Gas……… .. 48

2.9.1 Cara kompresi……… 48

2.9.2 Perubahan Temperatur……… 49

2.9.3 Pengaruh Temperatur Udara yang Dihisap Kompresor Terhadap Daya Yang Berguna Yang Dihasilkan Turbin Gas ……… 50

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 52

3.1 Metode Penelitian ... 52

3.2 Tempat dan Waktu ... 52

3.2.1 Tempat ... 52

3.6 Diagram Alir……… 58

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 60

4.1 Analisa Bahan Bakar ... 60

4.1.1 Komposisi Bahan Bakar Gas Cair ... 61

4.1.2 Perhitungan Kandungan C, H2 dan O2 ... 61

4.1.3 Perhitungan Nilai Kalor Bahan Bakar ... 63

4.2 Analisa Performansi Turbin Gas ... 69

4.2.1 Sebelum Water Wash ... 69

4.2.2 Setelah Water Wash ... 73

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 80

5.1 Kesimpulan ... 80

5.2 Saran ... 81

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

Tabel2.1.Hargakonstantagas(R) ……… 47

Tabel4.1.Komposisibahanbakargasalam ……….. 61

Tabel4.2.PersentaseC,H2 ,O2 dalamgasalam ………. 62

Tabel4.3.Harga(HHVv)P r,T rdan(LHVv)P r,T rbahan bakar gas untuk

kondisireferensi20ºCdan1atm ……… 64

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Turbin Gas ……….. 7

Gambar 2.2. Skema dari suatu instalasi gas turbin untuk industry ………. 8

Gambar 2.3. Skematic diagram dari Turbin………. 10

Gambar 2.4. Diagram alir Turbin gas……… 11

Gambar 2.5. Diagram Pencucian dengan system On-line / Off-line……… 13

Gambar 2.6. Grafik Perbandingan Output Performance On-line dan Off –line... 14

Gambar 2.7. Instalasi Pipa Water Wash pada PLTG……… 15

Gambar 2.8. Pipa Water Wash Tampak Depan……… 15

Gambar 2.9. Proses Pembersihan Kompresor……….. 20

Gambar 2.10. Air Inlet Section………. 20

Gambar 2.11. Air Inlet Housing……… 21

Gambar 2.12. Inertia Separator………. 21

Gambar 2.13. Pre-Filter……… 22

Gambar 2.14. Main Filter………. 22

Gambar 2.15. Inlet Bellmouth……….. 22

Gambar 2.16. Inlet Guide Vane……… 23

Gambar 2.17. Axial Compressor……….. 23

Gambar 2.18. Stator dan Rotor………. 24

Gambar 2.19. Exhaust Difuser……….. 24

Gambar 2.20. Sudu Putar Kompresor……….. 25

Gambar 2.21. Sudu Tetap dan sudu gerak pada kompresor………. 25

Gambar 2.22. Combution Chamber Components………. 26

Gambar 2.23. Pola aliran udara system pembakaran axial-flow………... 28

Gambar 2.25. Second Stage nozzle, Second stage Turbine……….. 30

Gambar 2.26. Komponen – komponen Turbin………. 31

Gambar 2.27. Air Filter………. 32

Gambar 2.28. Exhaust Frame……… 33

Gambar 2.29. Exhaust Diffuser……… 34

Gambar 2.30. Load Gear (Reduction Gear)……….. 35

Gambar 2.31. Jaw Cluth……… 36

Gambar 2.32. Gear Coupling……… 36

Gamabr 2.33. Siklus Turbin gas terbuka……….. 39

Gambar 2.34. Siklus Turbin gas terbuka tak langsung………. 40

Gambar 2.35. Siklus Turbin gas tertutup langsung……….. 40

Gambar 2.36. Siklus Turbin gas tertutup tak langsung……… 41

Gambar 2.37. Siklus Brayton Ideal……….. 42

Gambar 2.38. Siklus Non Ideal……… 44

Gambar 2.39. Grafik perbandingan tekanan kompresi dalam kompresi adiabatic (untuk m = 1 dalam Kompresi satu tingkat)………... 50

Gambar 2.40. Perubahan daya yang dihasilkan Instalasi turbin gas Pe pada waktu terjadi perubahan tempratur udara luar yang dihisap compressor, instalasi sudah ditentukan untuk bekerja dengan temperature udara luar 15oC, harga –harga informative……… 51

Gambar 3.7. Alat Ukur Tekanan Aliran Wash Skid ……… 57

Gambar 3.8. Alat Ukur Temperatur ………... 57

Gambar 3.9. Nozzel Spray Water Wash ……….. 58

Gambar 3.10. Aliran Pembuangan Air Water Wash ……… 58

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

BM Berat Molekul kg / mol

BM I Berat Molekul dari gas ke I kg / mol

𝑚̇ Laju aliran massa udara kg / s

M Jumlah Tingkat Kompresi ---

k Cp / Cv ---

P Tekanan Mutlak Pa

V Vol ume m3

υ Volume Spesifik m3

G Berat Gas kg f atau N

T Temperatur Mutlak o K

Td Temperatur mutlak gas keluar kompresor o K Ts Temperatur isap gas masuk kompresor o K

R Konstanta Gas mol / o K

Ru Konstanta Gas Universal bar m3/kg mol

rp Perbandingan Tekanan Turbin ---