TUGAS AKHIR TM 145502 (KE)
PENGARUH VARIASI BEBAN TERHADAP UNJUK KERJA
SISTEM TURBIN GAS GENERATOR di UTILITAS 1 PT.
PETROKIMIA-GRESIK
DEVINA UJIANTO NRP. 2114 030 018 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT. NIP. 19620216 199512 1 001
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN INDUSTRI Fakultas Vokasi
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017
i
TUGAS AKHIR TM 145502 (KE)
PENGARUH VARIASI BEBAN TERHADAP UNJUK KERJA
SISTEM TURBIN GAS GENERATOR di UTILITAS 1 PT.
PETROKIMIA- GRESIK
DEVINA UJIANTO NRP. 2114 030 018 Dosen Pembimbing
Dr.Ir. HERU MIRMANTO, MT NIP. 19620216 199512 1 001 PROGRAM STUDI DIPLOMA III
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN INDUSTRI Fakultas Vokasi
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017
ii
FINAL PROJECT TM 145502 (KE)
THE EFFECT OF LOAD VARIATION ON THE
PERFORMANCE OF GAS TURBINE GENERATOR SYSTEM
IN UTILITY 1 PT.PETROKIMIA GRESIK
DEVINA UJIANTO NRP. 2114 030 018 Counselor Lecturer Dr.Ir. HERU MIRMANTO, MT NIP. 19620216 199512 1 001 DIPLOMA III STUDY PROGRAM
INDUSTRIAL MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT Faculty of Vocational
Institute Technology of Sepuluh Nopember Surabaya 2017
v
PENGARUH VARIASI BEBAN TERHADAP UNJUK KERJA SISTEM TURBIN GAS GENERATOR di
UTILITAS 1 PT. PETROKIMIA- GRESIK Nama Mahasiswa : Devina Ujianto
NRP : 2114030018
Departemen : D3 Teknik Mesin Industri FV-ITS Dosen Pembimbing : Dr.Ir Heru Mirmanto, MT
Turbin Gas Generator merupakan salah satu power plant yang ada di PT. Petrokimia-Gresik, yang digunakan untuk memenuhi kekurang listrik dari PLN untuk kegiatan di pabrik 1 dan juga perumahan di PT.Petrokimia-Gresik. Oleh karena itu perubahan beban sering terjadi. Untuk menjaga performa dari turbin gas, peralatan dalam sistem turbin gas harus dijaga kondisinya agar dapat bekerja secara optimal.
Pada Tugas Akhir ini akan dilakukan perhitungan efisiensi sistem turbin gas terhadap beban operasi di GTG PT. Petrokimia-Gresik. Dari hasil perhitungan didapatkan efisiensi tertinggi pada pembebanan 22,61 MW dengan efisiensi siklus 31,79 %
vi
vii
THE EFFECT OF LOAD VARIATION ON THE PERFORMANCE OF GAS TURBINE GENERATOR SYSTEM IN UTILITY 1 PT. PETROKIMIA-GRESIK Name : Devina Ujianto
NRP : 2114030018
Departement : D3 Teknik Mesin Industri FV-ITS Counselor of Lecture : Dr.Ir Heru Mirmanto, MT
Gas turbine generator is one of the existing power plant in PT. Petrokimia-Gresik, which is used to meet the shortage of electricity from PLN for activites in Factory 1 and housing in PT. Petrokimia-Gresik. Therefore load changes is inevitable. To maintain the performance of gas turbine, equipments in gas turbine system must be kept in a proper condition in order to work optimally.
In this final project, the efficiency of gas turbine system to operating load in GTG PT. Petrokimia-Gresik will be calculated. From the calculation results, the highest efficiency which is 31,79% is obtained from the load of 22,61 MW.
viii
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kepada Tuhan yang Maha Esa yang telah melimpahkan karunia, rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul
”PENGARUH VARIASI BEBAN TERHADAP UNJUK KERJA SISTEM TURBIN GAS TURBIN GENERATOR DI UTILITAS 1 PT. PETROKIMIA-GRESIK”.
Tersusunnya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan dan kerja sama yang baik dari semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung terlibat di dalam Tugas Akhi ini. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT selaku dosen pembimbing tugas akhir dan kepala departemen Teknik mesin Industri FV-ITS
2. Ir. Suharianto, MT selaku koordinator tugas akhir Departemen Teknik Mesin Industri FV-ITS
3. Bapak arino selaku dosen wali yang telah membimbing selama perkuliahan
4. Bapak/Ibu dosen dan Karyawan Departemen Teknik Mesin Industri FV-ITS yang telah membimbing dan membantu selama perkuliahan
5. Bapak Frenky selaku pembimbing di PT. Petrokimia-Gresik dalam observasi lapangan untuk Tugas akhir ini. 6. Ujianto dan Listia Endang sebagai orang tua saya yang
telah memeberikan motivasi, dukungan moril dan materil, serta doa selama perkuliahan ini
7. Nadhifa Hidayati Island selaku partner tugas akhir ini. 8. Kartika, Nur Idzmi, Sulala, dan Filianti Suci yang
x
memberikan masukan, motivasi serta semangat selama perkuliahan dan pengerjaan tugas akhir ini.
9. Ninik, Nisrina, Prima, Pamuji, Hendri, Adams,
Aprilin, Hanif, Hafidh, Dendra ,dan Ghifari yang
memeberikan masukan, bantuan, semangat dalam perkuliahan, keseharian, dan tugas akhir ini.
10. Seluruh teman-teman angkatan 2014 yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terima kasih atas bantuan, kritik, saran dan motivasi selama ini.
11. Serta berbagai pihak yang belum tertulis tetapi sangat berarti dalam penulisan tugas akhir ini
Semoga segala keikhlasan dan kebaikan yang telah diberikan mendapatkan balasan yang terbaik dari Tuhan yang Maha Esa.
Tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, penulis berharap Tugas akhir ini dapat dikembangkan dan disempurnakan lebih lanjut.
Surabaya, Juli 2017
Penulis
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN... iii
ABSTRAK... v
KATA PENGANTAR... ix
DAFTAR ISI... xi
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL... xvii
BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Manfaat Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan ... 3 BAB II Dasar Teori... 5 2.1 Turbin Gas... 5
2.1.1 Pengertian Turbin Gas... 5
2.1.2 Klasifikasi Turbin Gas... 8
2.1.3 Komponen Utama Turbin Gas... 11
2.1.4 Komponen Penunjang Turbin Gas... 19
2.2 Siklus Turbin Gas... 21
2.2.1 Siklus Brayton... 21
2.3 Air Fuel Ratio, Spesific Fuel Consumption dan Effisiensi.. 26
2.3.1 Air Fuel Ratio... 26
2.3.2 Spesific Fuel Consumption... 26
xii
2.4 Prinsip Kerja Turbin Gas... 28
2.5 Maintenance Turbin Gas ... 29
BAB III METODOLOGI... 33
3.1 Metodologi Pengerjaan Tugas Akhir... 33
3.2 Penjelasan Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir... 35
3.2.1 Tahap Identifikasi... 35
3.2.2 Perumusan Masalah... 35
3.2.3 Tahap Pengumpulan Data... 35
3.2.4 Tahap Analisa Data... 35
3.2.5 Tahap Analisis dan Evaluasi... 36
3.2.6 Tahap Kesimpulan dan Saran... 36
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN... 37
4.1 Data Hasil Pengamatan... 37
4.2 Perhitungan Performa Turbin Gas Generator (GTG) Utilitas pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik... 39
4.2.1 Perhitungan Properties Pada Setiap Tingkat Keadaa.. 40
4.2.2 Perhitungan Performa Turbin Gas... 43
4.2.3 Perhitungan Properties dan Performa Turbin Gas Dengan Variasi Beban... 49
4.3 Hasil Perhitungan Performa Turbin Gas Generator Utilitas Pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik Dengan Variasi Beban... 49
4.3.1 Perbandingan Daya Kompresor, Daya Turbin dan Daya Netto Tiap Beban... 49
4.3.2 Perbandingan Massa Flow Rate Fuel Gas dan Mass Flow Rate Air Pada Tiap Beban... 50
4.3.3 Perbandingan Efisiensi Turbin, Efisiensi Kompesor dan Efisiensi Siklus Pada Tiap Beban... 51
xiii BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 53 5.2 Saran... 53 DAFTAR PUSTAKA... 55 LAMPIRAN
xiv
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Turbin Gas... 6
Gambar 2.2 Turbin Gas Berporos Tunggal... 9
Gambar 2.3 Turbin Gas Berporos Ganda... 10
Gambar 2.4 Turbin Gas Axial... 11
Gambar 2.5 Turbin Gas Radial... 11
Gambar 2.6 Komonen Utama Turbin Gas... 12
Gambar 2.7 Kompesor Turbin Gas... 13
Gambar 2.8 Ruang Bakar Turbin Gas... 14
Gambar 2.9 Combustion Chamber... 16
Gambar 2.10 Sistem Gas Turbin... 22
Gambar 2.11 Siklus Pada Turbin Gas... 22
Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas akhir ... 33
Gambar 4.1 Skema Turbin Gas PT. Petrokimia-Gresik... 37
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Daya Kompresor, Daya Turbin dan Daya Netto... 49
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Antara Mass Flow Rate Flue Gas dan Mass flow Rate Air... 50
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Efisiensi Turbin, Efisiensi Kompresor dan Efisiensi Siklus... 51
xvi
xvii
DAFTAR TABEL
Tabal 4.1 Data GTG bulan Februari 2016 ... 38 Tabel 4.2 Konversi Data GTG Pada Bulan Februari 2016... 39 Tabel 4.3 Data Properties Natural Gas dan Udara ... 45
xviii
1
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Energi merupakan kebutuhan yang mendasar dan tidak bisa dipisahkan dari kehidupan masyarakat, salah satunya adalah energi listrik, dengan kemajuan teknologi dan dunia industri sekarang, energi listrik paling banyak dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Dari hal tersebut banyak sekali didirikan pembangkit listrik untuk memenuhi kebutuhan energi listrik. Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) merupakan pembangkit yang besar di Indonesia, namun bahan bakar PLTU ini adalah batubara yang semakin lama akan habis seiring dengan meningkatnya kebutuhan listrik. Dengan perkembangan teknologi sekarang mulai diterapkan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) dengan gas sebagai bahan bakar utamanya yang masih banyak tersedia dibumi.
Desain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins yang berasal dari inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompesornya digerakan oleh turbin dengan perantara roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F.Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompesor aksial bertingkat ganda yang langsung digerakan oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsep H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran yang berubah sesuai beban. Hingga pada abat 20 ini, perkembangan turbin gas semakin pesat dan mulai digunakan sebagai alternatif pembangkit daya yang cukup menjanjikan.
PT. Petrokimia Gresik adalah salah satu perusahan yang menggunakan gas turbin sebagai power plant, dimana power
2
disupply dari PLN untuk kebutuhan industri dan perumahan yang ada di PT. Petrokimia Gresik, dikarenakan pada sistem turbin gas di PT. Petrokimia Gresik belum terdapat perhitungan efisiensi dari turbin gas tersebut, maka pada tugas akhir ini dipelajari bagaimana pengaruh variasi beban terhadap unjuk kerja turbin gas di PT. Petrokimia Gresik.
1.2. Rumusan Masalah
Dari latar belakang yang telah dipaparkan dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut.
1. Bagaimana prinsip kerja dari turbin gas?
2. Apa saja komponen yang terdapat dalam turbin gas? 3. Bagaimana menghitung performa turbin gas?
1.3 Tujuan
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini ditinjau dari latar belakang dan rumusan masalah adalah sebagai berikut:
1. Menghitung daya kompresor, daya turbin dan daya netto pada gas turbin generator di utilitas pabrik 1 PT. Petrokimia Gresik.
2. Mengetahui efisiensi sistem turbin gas diutilitas pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik dengan menggunakan variasi beban.
1.4 Batasan Masalah
Agar bahasan yang diangkat tidak melebar jauh, maka digunakan batasan masalah meliputi:
1. Analisa dilakukan berdasarkan data-data Turbin Gas Generator yang diambil di utilitas pabrik 1 PT. Petokimia-Gresik.
3
2. Perhitungan yang dilakukan menggunakan data dari GTG utilitas pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik dengan beban 9,43 MW, 15,36 MW, 22,61 MW.
3. Perhitungan unjuk kerja siklus brayton didasarkan pada analisa termodinamika dengan menggunakan beberapa asumsi.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penulis tugas akhir itu sendiri adalah :
1. Menambah pengetahuan dan wawasan mengenai Turbin Gas Generator (GTG).
2. Sebagai literatur bagi pembaca, khususnya
mahasiswa Departemen Teknik Mesin Industri pada bidang Konversi Energi.
3. Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai refrensi dalam pengoprasian GTG di Pabik 1 PT. Petrokimia-Gresik.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini terbagi menjadi beberapa bab sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan
Bab ini menjelaskan latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, manfaat serta sistematika penulisan.
Bab II Dasar Teori
Bab ini berisi teori-teori dari berbagai refrensi yang selanjutnya digunakan sebagai dasar dalam melakukan perhitungan dan analisa termodinamika.
4
Bab III Metodologi Penelitian
Bab ini terdiri dari tahapan yang digunakan dalam melaksanakan penelitian dan penyusunan tugas akhir.
Bab IV Perhitungan dan pembahasan
Bab ini terdiri dari tahap perhitugan unjuk kerja siklus Brayton unit dan efisiensi dengan analisis termodinamika dengan variasi beban.
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan dari hasil perhitungan yang telah dilakukan dan saran untuk pengoprasian dan penelitian selanjutnya.
5
BAB II DASAR TEORI
Pembangkit Listik Tenaga Gas atau yang sering disebut PLTG, adalah jenis pembangkit termal yang mulai digunakan secara luas dalam industri pembangkit, karena lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga Uap atau PLTU.
2.1 Turbin Gas
2.1.1 Pengertian Turbin Gas
Turbin adalah mesin penggerak mula dimana fluida kerjanya yang menghasilkan energi kinetis diarahkan langsung kesudu turbin untuk menghasilkan energi mekanis, fluida kerjanya dapat berupa air, udara panas maupun uap air (steam).
Turbin gas sendiri adalah mesin penggerak mula dimana fluida kerjanya yang menggunakan gas panas yang dihasilkan oleh ruang bakar , dari hal tersebut tubin gas diklasifikasikan dalam mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Prinsip dasar pengoprasian turbin ini adalah merubah energi kinetis berupa kecepatan aliran udara panas menjadi energi mekanis berupa putaran turbin sehingga menghasilkan daya.
Turbin gas merupakan salah satu komponen utama dari suatu sistem turbin gas, sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen utama yaitu kompesor, ruang bakar dan turbin. Oleh sebab itu didalam sistem turbin gas terjadi tiga proses utama untu memproduksi energi yaitu:
1. Proses pemampatan udara (kompresi). 2. Proses pembakaran udara-bahan bakar. 3. Proses ekspansi gas hasil pembakaran.
6
Gambar 2.1 Turbin Gas
(sumber: jaime lopez,gas turbine for Power Generation)
Turbin gas merupakan salah satu mesin pembangkit tenaga listrik yang dapat memproduksi sejumlah energi yang besar dengan ukuran yang tidak terlalu besar dan sistem yang relatif sederhana.
Menurut Dr. J. T. Retaliata, sistem turbin gas sudah dikenal pada jaman “Hero of Alexandria”. Desain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber seorang dari inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu dan minyak, kompresornya digerakan oleh turbin dengan perantara rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompesor aksial bertingkat ganda yang digerakan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihenikan karena terbentur pada konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah-ubah sesuai beban. Tahun 1904, “societe des turbomoteurs” di Paris,
7
membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasakan desain Armengaud dan lemante yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran sekitar 450 °C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakan oleh turbin.
Selanjutnya, perkembangan sistem turbin gas berjalan lambat hingga pada tahun 1935 sistem turbin gs mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar ± 15%. Turbin gas yang pertama diselesaikan oleh “British
Thomson Houston Co”, pada tahun 1937. Saat ini sistem turbin
gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan sebagai pesawat penggerak mula, salah satunya untuk sistem pembangkit daya.
Terdapat dua faktor yang mempengaruhi efisiensi turbin gas, yaitu rasio tekanan dan temperatur. Kompresor aksial yang memproduksi gas bertekanan tinggi akan mengalami perubahan yang cukup signifikan ketika rasio tekanan meningkat dari 7:1 ke 40:1. Kenaikan rasio tekanan dapat meningkatkan efisiensi termal yang berkolerasi dengan temperatur gas hasil pembakaran melewati turbin. Namun perlu diketahui, rasio tekanan yang terlalu tinggi dapat meyebabkan pembakaran sebelum ruang bakar sehingga dapat mebahayakan kondisi mesin.
Kenaikan efisiensi termal dan daya turbin gas juga didominasi oleh temperatur gas hasil pembakaran. Sebagaimana telah disebutkan pada buku Gas Turbine Engineering Handbook halaman 12, setiap kenaikan temperatur gas hasil pembakaran sebesar 55,5 °C akan menaikan daya turbin gas sebesar 10% dan memberikan kenaikan efisiensi termal sebesar 1,5%.
8
2.1.2 Klasifikasi Turbin Gas
Sistem turbin gas dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis antara lain :
Klasifikasi sistem turbin gas berdasarkan siklusnya.
Klasifikasi turbin gas berdasarkan konstruksi porosnya.
Klasifikasi turbin gas berdasarkan alirannya.
A. Klasifikasi Sistem Turbin Gas Berdasarkan Siklusnya 1. Siklus Terbuka (Open cycle)
Pada sistem siklus terbuka dimana fluida kerja (udara) dikompresikan dari udara bebas, kemudian mengalami proses pembakaran diruang bakar, berekspansi di Turbin dan akhirnya keluar lagi keudara bebas walaupun terbentuk gas hasil sisa pembakaran atau dengan kata lain sistem ini terbuka terhadap udara bebas.
2. Siklus Tertutup (Close cycle)
Sistem kerja turbin gas dengan siklus tertutup prosesnya hampir sama dengan siklus terbuka, namun gas buang dari turbin dimasukan kembali kekompresor untuk dikompresikan kembali, tetapi sebelum mendekati kompresor gas hasil pembakaran tersebut mengalami
pendinginan hingga temperatur awal memasuki
kompresor pada sebuah alat penukar kalor.
3. Siklus Kombinasi (Combination cycle)
Siklus kombinasi ini sangat mempengaruhi efisiensi dan penghematan energi yang berasal dari gas buang yang merupakan kerugian besar jika gas buang dengan temperatur yang masih tinggi keluar dari turbin tidak dimanfaatkan, bahkan dibuang diudara bebas.
9
Siklus sistem regeneratif.
Siklus reheat.
Siklus gabungan turbin gas dan turbin uap.
B. Klasifikasi Sistem Turbin Gas Berdasarkan Konstruksinya
1. Turbin Gas Berporos Tunggal (Single shaft)
Gambar 2.2 Turbin Gas Berporos Tunggal
(sumber:gas turbine driven generator)
Turbin gas ini hanya memiliki satu poros saja, tetapi pada poros tersebut terdiri dari beberapa komponen utama turbin gas, seperti turbin dan kompresor. Jenis ini banyak digunakan untuk pembangkit listrik maupun industri, karena digunakan pada daya beban torsi yang konstan.
10
2. Turbin Gas Berporos Ganda (Multy shaft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakan beban yang berubah seperti kompresor pada unit. Turbin gas ini menggunakan poros ganda atau lebih dan biasanya digunakan untuk beban torsi yang tinggi dan bervariasi.
Gambar 2.3 Turbin Gas Berporos Ganda
(sumber: Gas Turbine Driven Generator)
C. Klasifikasi Turbin Gas Menurut Alirannya
1. Turbin Axial
Disebut turbin axial karena arah aliran fluida kerjanya sejajar dengan poros turbin.
11
Gambar 2.4 Turbin Gas Axial
(sumber: www.wartasila.com )
2. Turbin Gas Radial
Disebut turbin gas radial karena arah aliran gas ( fluida kerja) menyilang poros turbin atau dalam arah tegak lurus terhadap poros turbin.
Gambar 2.5 Turbin Gas Radial
(sumber: Gas Turbine Driven Generator)
2.1.3 Komponen Utama Turbin Gas
Terdapat tiga komponen utama turbin gas, antara lain : 1. Kompresor
2. Ruang bakar 3. Turbin
12
Gambar 2.6 Komponen utama turbin gas
(sumber: susilo,R.T. 201. Puballatack)
1. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk menghasilkan udara
bertekanan tinggi dengan jumlah yang besar untuk proses pembakaran didalam ruang bakar. Kompresor berputar seporos dengan turbin dan generator sehingga kebutuhan daya putar kompresor dapat mengurangi daya putar yang dihasilkan oleh turbin.
Kompresor aksial mengkompresi fluida melalui dua langkah kerja yaitu, langkah akselerasi dan difusi. Fluida diakselerasi melewati rotor, kemudian fluida didifusikan melalui sudu-sudu tetap (stator). Kompesor aksial terdiri dari beberapa tingkatan, masing-masing terdiri dari satu rotor dan satu stator. Selain itu, terdapat inlet guide vane didalam rangkaian konstruksi kompresor yang berfungsi sebagai pengarah aliran udara masuk menuju tingkatan pertama pada kompresor. Gambar dibawah ini menunjukan rangkaian tingkatan dalam kompresor aksial.
13
Gambar 2.7 Kompresor Turbin Gas
(sumber: Boyce, meherwan P. 2002. Gas Turbine engineering handbook 2nd edition)
2. Ruang Bakar
Komponen ini berfungsi untuk mempertemukan
campuran udara dengan bahan bakar dengan perbandingan yang setimbang. Lalu dibakar dengan pematik sehingga terjadi pembakaran yang baik. Terdapat beberapa komponen pendukung didalam sisi ruang bakar, antara lain diffuser
duct, fuel nozzle dan transition duct. Diffuser duct berfungsi
untuk merubah aliran udara menjadi turbulen sebelum masuk ke dalam ruang bakar. Hal ini bertujuan agar udara dan bahan bakar bercampur dengan sempurna. Fuel nozzle berfungsi untuk mengkabutkan bahan bakar kedalam ruang bakar. Transition duct berfungsi untuk mengarahkan aliran gas hasil pembakaran menuju sudu-sudu turbin untuk menghasilkan putaran poros turbin gas. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin.
14
Gambar 2.8 Ruang bakar turbin gas
(Sumber : Boyce, meherwan P. 2002. Gas turbines engineering handbook 2nd edition)
Sistem turbin ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen tersebut adalah:
a. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat
terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar (Natural Gas) yang masuk.
b. Combustion Liners, terdapat di dalam combustion
chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya
pembakaran.
c. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liners.
d. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
e. Transition Pieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran
15
f. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
g. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi api dari proses pembakaran yang terjadi.
Combustion chamber yang ada disusun kosentris
mengelilingi kompresor aksial dan disambungkan dengan keluaran udara terkompresi yang dialirkan langsung ke masing-masing chambers. Zona pembakaran pada combustion chamber ada tiga, yaitu :
1. Primary Zone, merupakan tempat dimana bahan bakar
berdifusi dengan udara kompresor untuk membentuk campuran udara bahan bakar yang siap dibakar.
2. Secondary zone, adalah zona penyempurnaan pembakaran sebagai kelanjutan pembakaran pada primary
zone.
3. Dilution zone, adalah zona untuk mereduksi temperatur
gas hasil pembakaran pada keadaan yang diinginkan pada saat masuk ke first stage nozzle.
Combustion liners, terdapat didalam combustion chamber
yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.
Fuel nozzle terdapat pada ujung combustion chamber dan
masuk ke combustion liners. Fungsi dari fuel nozzle ini adalah untuk mengabutkan bahan bakar dan mengarahkannya ke
reaction zone pada ruang bakar.
Transition piece terdapat diantara combustion liners dan first stage nozzle. Alat ini digunakan untuk mengarahkan udara
panas yang dihasilkan pada combustion section ke first stage
nozzle.
Spark plug terdapat pada bagian samping combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Spark plug berfungsi
16
untuk memantik campuran bahan bakar dan udara pada saat turbin gas start up. Pembakaran akan terus terjadi selama suplai bahan bakar dan udara terus berlangsung. Terdapat mekanisme pegas pada alat ini, setelah proses pembakaran terjadi, tekanan yang dihasilkan meningkat dan akan memaksa plug naik menuju
casing.
Cross fire tube berfungsi untuk menghubungkan semua combustion chamber. Tabung ini digunakan untuk mengirimkan
pengapian dari satu combustion liner ke yang berikutnya selama
start up.
Gambar 2.9 Combustion Chamber
(Sumber : Black & Veatch, Power Plant Engineering)
Prinsip Kerja Combuster
Dari kompresor, udara bertekanan dibawa ke ruang bakar (combuster). Di ruang bakar, udara bertekanan dibakar bersama dengan fuel/bahan bakar. Bahan bakar yang umum dipakai adalah gas alam (natural gas). Selain gas alam, bahan bakar yang biasa dipakai sebagai bahan bakar adalah fuel oil/minyak (dengan efisiensi tinggi). Pebakaran bahan bakar berfungsi untuk menaikkan temperatur. Combuster didesain
17
pendinginan sehingga gas yang keluar dari ruang bakar merupakan temperatur rata-rata dari campuran. Panjang dari ruang bakar didesain dengan mempertimbangkan waktu dan tempat yang cukup untuk bahan bakar bisa terbakar sempurna dan memudahkan pemantik untuk membakar bahan bakar menjadi lebih mudah. Desain ruang bakar juga mempertimbangkan masalah residu pembakaran. Desain ruang bakar harus mempertimbangkan bagaimana mereduksi gas NOx.
3. Turbin
Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak kompresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.
Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :
1. Turbin Rotor Case
2. First Stage Nozzle, berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.
3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk
mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
5. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage
18
turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.
Prinsip Kerja Turbin
Pada turbin gas, temperature and preassure drop, dikonversi diubah menjadi energi mekanik. Konversi energi berlangsung dalam dua tahap. Pada bagian nosel, gas panas mengalami proses ekspansi. Hampir 2/3 dari kerja yang dibutuhkan dari siklus ini diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Oleh karena itu, kerja output dari turbin, dipakai untuk menggerakkan poros penggerak beban, hanya mempresentasikan 1/3 dari kerja siklus.
Pada turbin, khususnya pada 1st stage, yang
menggerakkan bucket dan disc, harus mampu menahan
temperature yang cukup tinggi (2200°F/1204°C).
Temperatur yang sangat tinggi ini juga bercampur dengan kotoran/kontaminan dari udara dan bahan bakar sehingga sangat rawan terkena korosi. Kontaminasi ini sangat sulit untuk dikontrol,sehingga dibutuhkan bahan paduan/alloys dan proses coating yang cukup bagus untuk melindungi material dari korosi dan memaksimalkan umur dari komponen ini.
4. Exhaust Section
Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Exhaust Frame Assembly. 2. Exhaust Diffuser Assembly.
19
Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip.
2.1.4 Komponen Penunjang Turbin Gas
Ada beberapa komponen penunjang yaitu :
1. Starting Equipment
Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah :
1. Diesel Engine, (PG –9001A/B)
2. Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)
3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
2. Coupling dan Accessory Gear
Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:
1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.
2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan
accessory gear dengan HP turbin rotor.
3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompresor dan beban.
20
3. Fuel System
Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas
system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang
digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini
dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.
4. Lube Oil System
Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari:
1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir) 2. Oil Quantity
3. Pompa 4. Filter System 5. Valving System 6. Piping System 7. Instrumen untuk oil
Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu:
1. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.
2. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.
21
3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
5. Cooling System
Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen utama dari cooling system adalah:
a. Off base Water Cooling Unit b. Lube Oil Cooler
c. Main Cooling Water Pump d. Temperatur Regulation Valve e. Auxilary Water Pump
f. Low Cooling Water Pressure Switch
2.2 Siklus pada Turbin Gas 2.2.1 Siklus Brayton
Siklus ini merupakan siklus termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine dalam analisa untuk meningkatkan performance. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut:
22
Gambar 2.10 Sistem Gas Turbin
(sumber : Michael J dan Howard N Saphiro. 2014.
“Fundamental of Engineering Thermodynamics”)
Gambar 2.11 Siklus pada Turbin Gas
(sumber : Michael J dan Howard N Saphiro. 2014.
“Fundamental of Engineering Thermodynamics”)
Proses 1 → 2, kompresi isentropik.
Udara atmosfer masuk ke dalam sistem turbin gas melalui sisi inlet kompresor. Oleh kompresor, udara
23
dikompresikan sampai tekanan tertentu diikuti dengan volume ruang yang menyempit. Proses ini tidak diikuti dengan perubahan entropi, sehingga disebut proses isentropik. Proses ini ditunjukan dengan angka 1-2 pada kurva di atas.
Karena proses (1-2) merupakan proses isentropik, maka:
𝑝𝑟2= 𝑝𝑟1 𝑝2 𝑝1
Kerja yang dibutuhkan kompresor,dalam hal ini adalah sebagai berikut :
𝑊̇𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = 𝑚̇𝑎𝑖𝑟(ℎ2− ℎ1)
Proses 2 → 3, pembakaran isobarik
Pada tahap 2-3, udara terkompresi masuk ke ruang bakar. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar, dan diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut. Energi panas hasil pembakaran diserap oleh udara (qin),
meningkatkan temperatur udara, dan menambah volume udara. Proses ini tidak mengalami kenaikan tekanan udara, karena udara hasil proses pembakaran bebas berekspansi ke sisi turbin. Karena tekanan yang konstan inilah maka proses ini disebut isobarik. Suatu bentuk sederhana dari persamaan tingkat keadaan gas ideal diperoleh apabila Cp konstan, dalam hal ini juga diketahui bahwa Cv juga konstan, maka diperoleh persamaan tingkat keadaan sebagai berikut:
𝑃𝑣 = 𝑅𝑇
𝑢3= 𝐶𝑣× 𝑇3 ℎ3= 𝐶𝑝× 𝑇3
24
Dengan mengasumsikan tidak ada loss pada perpindahan kalor dalam artian kalor terserap penuh dan pada gas turbine tidak ada energi yang dibangkitkan. Kesetimbangan massa dan energi pada kondisi steady
steate tunak volume atur sebagai berikut
𝑄𝐶𝑉+ 𝑚̇ (ℎ𝑖𝑛+𝑣𝑖𝑛 2 2 + 𝑔𝑧1) = 𝑚̇ (ℎ𝑜𝑢𝑡+ 𝑣𝑜𝑢𝑡2 2 + 𝑔𝑧2) + 𝑤̇𝑐𝑣 𝑄𝑐𝑣= 𝑚̇(ℎ𝑜𝑢𝑡− ℎ𝑖𝑛) 𝑄𝑖𝑛= 𝑚̇𝑓𝑢𝑒𝑙+ 𝑚̇𝑎𝑖𝑟(ℎ3− ℎ2)
Dengan Qcv merupakan masukan Q yang terdapat
pada pembakaran yang dihasilkan oleh bahan bakar Q . yang dihasilkan bahan bakar didapat dari persamaan:
𝑚̇𝑓𝑢𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠= 𝑄𝑓𝑢𝑒𝑙 × 𝜌𝑓𝑢𝑒𝑙 Jadi, dari persamaan di atas dapat diperoleh:
𝑄𝑖𝑛 = 𝑚̇𝑓𝑢𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠( 𝐺𝐻𝑉 𝜌𝑓𝑢𝑒𝑙)
Proses 3 → 4, ekspansi isentropik.
Udara bertekanan yang telah menyerap panas hasil pembakaran, berekspansi melewati turbin. Sudu-sudu turbin yang merupakan nozzle-nozzle kecil berfungsi untuk mengkonversikan energi panas udara menjadi energi kinetik. Sebagian energi tersebut dikonversikan turbin untuk memutar kompresor. Pada sistem pembangkit listrik turbin gas, sebagian energi lagi dikonversikan turbin untuk memutar generator listrik. Sedangkan pada mesin turbojet, sebagian energi panas dikonversikan menjadi daya dorong pesawat oleh sebentuk nozzle besar pada ujung keluaran turbin gas.
25 𝑃3𝑘−1 𝑇3𝑘 =𝑃4 𝑘−1 𝑇4𝑘 (𝑇3 𝑇4 ) 𝑘 = (𝑃3 𝑃4 ) 𝑘−1 𝑇3 𝑇4 = (𝑃3 𝑃4 ) 𝑘−1 𝑘
Kerja yang dibutuhkan kompresor,dalam hal ini adalah sebagai berikut :
𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛= (𝑚̇𝑎𝑖𝑟+ 𝑚̇𝑓𝑢𝑒𝑙)(ℎ3− ℎ4)
Proses 4 → 1, pembuangan panas.
Tahap selanjutnya adalah pembuangan udara kembali ke atmosfer. Pada siklus Brayton ideal, udara yang keluar dari turbin ini masih menyisakan sejumlah energi panas. Panas ini diserap oleh udara bebas, sehingga secara siklus udara tersebut siap untuk kembali masuk ke tahap 1-2 lagi.
𝑃𝑣 = 𝑅𝑇
𝑢4 = 𝐶𝑣× 𝑇4 ℎ4= 𝐶𝑝× 𝑇4
Pembuangan kalor pada tekanan konstan (P = c). Kalor yang dilepas:
26
2.3 Air Fuel Ratio, Spesific Fuel Consumption, dan Efisiensi 2.3.1 Air Fuel Ratio
Bahan Bakar ( natural gas ) yang hendak dimasukan kedalam ruang bakar haruslah dalam keadaan yang mudah terbakar, hal tersebut agar bisa didapatkan efisiensi turbin gas yang maksimal. Campuran bahan bakar yang belum sempurna akan sulit dibakar oleh percikan bunga api dari spark plug.
Bahan bakar tidak dapat terbakar tanpa adanya udara (O2),
tentunya dalam keadaan yang homogen. Bahan bakar atau natural gas yang dipakai dalam pembakaran sesuai dengan ketentuan atau aturan, sebab bahan bakar yang melimpah pada ruang bakar justru tidak meningkatkan tenaga yang dihasilkan turbin gas tersebut namun akan merugikan turbin gas sendiri. Perbandingan campuran udara dan bahan bakar sangat dipengaruhi oleh pemakaian bahan bakar. Perbandingan udara dan bahan bakar dinyatakan dalam bentuk volume atau berat dari bagian udara dan natural gas. Air Fuel Ratio adalah faktor yang mempengaruhi kesempurnaan proses pembakaran didalam ruang bakar. Merupakan komposisi campuran natural gas dan udara. Misalkan AFR bernilai 14,7 artinya campuran terdiri dari 1 natural gas dan 14,7 udara biasa disebut Stoichiometry. Air fuel ratio dapat dicari menggunakan persamaan :
𝐴
𝐹=
𝑚̇𝑎𝑖𝑟 𝑚̇𝑓𝑢𝑒𝑙
2.3.2 Spesific Fuel Consumption
Jumlah bahan bakar yang dikonsumsi untuk
menghasilkan satu satuan daya dalam satu satuan waktu. Di mesin piston, SFC adalah sama dengan rasio massa bahan bakar/poros tenaga kuda. Dalam mesin turbin gas, SFC adalah sama dengan rasio massa bahan bakar/dorongan. Kondisi
27
terbaik adalah ketika nilainya minimum. Nilai SFC menurun dengan tinggi saat dalam kondisi suhu dingin.
𝑆𝐹𝐶 =𝑚̇𝑓𝑢𝑒𝑙 𝑊𝑛𝑒𝑡𝑡 2.3.3 Efisiensi 1. Efisiensi Kompresor 𝜂𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = 𝑖𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑐 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 = ℎ2𝑠− ℎ1 ℎ2− ℎ1 × 100% 2. Efisiensi Turbin 𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛= 𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝐼𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑐 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 = ℎ3− ℎ4 ℎ3− ℎ4𝑠 × 100% 3. Efisiensi Siklus 𝜂𝑠𝑖𝑘𝑙𝑢𝑠= 𝑊̇𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 𝑄𝑖𝑛 × 100 % 4. Efisiensi Generator 𝜂𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑊̇𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 × 100 %
2.4 Prinsip Kerja Turbin Gas
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistim turbine gas adalah sebagai berikut:
28
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar. 3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai
dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle)
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal tetap terjadi kerugian-kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performansi turbin gas itu sendiri.
Kerugian-kerugia tersebut dapat terjadi pada ketiga
komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
Adanya gesekan fluida yang menyebabkan
terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi
yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat
terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
Adanya mechanical loss, dsb.
Untuk memperkecil kerugian ini hal yang dapat kita lakukan antara lain dengan perawatan (maintanance) yang teratur atau dengan memodifikasi peralatan yang ada.
2.5 Maintenance Turbin Gas
Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal
29
semua peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi maupun yang berfungsi sebagai suku cadang. Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah.
Maintenance pada turbin gas selalu tergantung dari
faktor-faktor operasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional turbin gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional. Semua pabrik pembuat turbin gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam pengoperasian sehingga turbin selalu dalam batas kondisi aman dan tepat waktu untuk melakukan maintenance.
Faktor-faktor penyebab kerusakan diantaranya adalah :
Design dan material
Pengoperasian
Pemeliharaan
Kondisi lingkungan
Program pemeliharan yang berhasil selain akan
memperlambat terjadinya kerusakan, juga akan dapat
meningkatkan kemampuan dari peralatan/instalasi yang
dipelihara.
Efisiensi Turbin Gas sangat mempengaruhi daya mampu unit PLTG. Oleh karenanya stop berkala (periodic shut-down) akan hilangnya kesempatan produksi yang tidak direncanakan terlebih dahulu dan mungkin juga akan berarti suatu kondisi yang berbahaya. Stop terencana (scheduled shut-down) harus dikoordinasikan dengan unit pembangkit lainnya sehingga tidak terjadi kekurangan cadangan unit pembangkit. Turbin Gas memerlukan Periodic Inspection, perbaikan dan penggantian parts-nya.
30
Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah:
1. Preventive Maintenance
Preventive maintenance adalah suatu kegiatan
perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan mengurangi down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:
Running Maintenance, adalah suatu kegiatan perawatan
yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap melakukan kegiatan.
Turning Around Maintenance, adalah perawatan terhadap
peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya. 2. Predictive Maintenance
Predictive Maintenance merupakan kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak.
3. Corrective Maintenance
Corrective Maintenance adalah perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok.
31 4. Break Down Maintenance.
Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.
5. Shut Down Maintenance
Shut Down adalah kegiatan perawatan yang dilakukan
terhadap peralatan yang sengaja dihentikan
pengoperasiannya. Shutdown maintenance pada turbine gas terdiri dari Boroscope Inspection, Combustion Inspection, Hot Gas Path Ispection dan Major Inspection.
32
33
BAB III METODOLOGI 3.1. Metodologi Pengerjaan Tugas Akhir
Adapun metodologi yang digunakan dalam pengerjaan tugas akhir ini dituliskan dalam bentuk flow chart atau diagram alir sebagai berikut
START
A
Studi Pustaka Studi lapangan
Perumusan Masalah Tahap Identifikasi Pencarian Topik Pembahasan
Tahap Pengumpulan Data
Data yang dibutuhkan yakni temperatur, tekanan, laju aliran massa, properti bahan bakar, dan beberapa data
34 ya
tidak ya
Gambar 3.1 Diagram alir pengerjaan Tugas Akhir A
FINISH
Tahap Perhitungan dan Pembahasan Analisa performa kerja turbin gas Pada beban 9,43 MW, 15,36 MW
dan 22,61MW Tahap Analisa Data
Data yang didapat dianalisa dan mulai dipetakan untuk perhitungan selanjutnya
Kesimpulan dan Saran
Penarikan kesimpulan dari pengerjaan tugas akhir dan beberapa saran kekurangan dari tugas
akhir
Penyelesaian Buku
35
3.2. Penjelasan Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir
Berikut ini merupakan penjelasan proses dalam pengerjaan tugas akhir:
3.2.1. Tahap Identifikasi
Tahap identifikasi merupakan tahap awal atau langkah awal
dari proses penelitian. Pada tahap ini dilakukan
pengidentifikasian masalah yang kemudian dirumuskan menjadi rumusan masalah serta menetapkan tujuan dan manfaat penelitian.
3.2.2. Perumusan Masalah
Tahap kedua adalah perumusan masalah, yakni mencari beberapa permasalahan atau kasus yang akan diselesaikan. Tahap ini berhubungan dengan tahap identifikasi yang mana mencari tema atau topik masalah. Setelah dirumuskan beberapa masalah, kemudian dijadikan beberapa bentuk kalimat tanya pada penulisan buku, kemudian dilakukan suatu studi pustaka dai berbagai literatur untuk mendapatkan teori pendukung untuk menyelesaikan permasalahan tersebut. Studi lpangan dilakukan di Utilitas Pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik.
3.2.3. Tahap Pengumpulan Data
Tahap ketiga adalah pengumpuan data. Data didapatkan dari studi lapangan yang berdasarkan data operasional harian dan
control room unitilitas pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik, dari pihak
produksi, data manual book dari turbin gas dan wawancara pekerja sebagai data pendukung sehingga dari data tersebut didapatkan perhitungan energi instalasi turbin gas.
3.2.4. Tahap Analisa Data
Pada tahap ini, data-data yang dikumpulkan dipetakan terlebih dahulu dan dikaji ulang apakah sudah cukup utuk analisa
36
lebih lanjut. Data yang ada kemudian disusun dan diurutkan dalam pengerjaannya.
3.2.5. Tahap Analisis dan Evaluasi
Tahap ini Merupakan tahap dalam analisa dan perhitungan dimana hasil perhitungan tersebut dianalisis bagaimana performa kerja baik pada sistem (siklus) maupun turbin gas. Tahap ini menghitung mulai dari daya kompresor hingga turbin dan kemudian dimasukan pada persamaan efisensi.
3.2.6. Tahap Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan perhitungan dan analisis didapatkan
kesimpulan hasil pengerjaan tugas akhir dan dibukukan menjadi buku Tugas Akhir. Kemudian dalam tahap ini juga terdapat pencarian beberapa masalah yang terjadi selama pengerjaan tugas akhir dan dicarikan beberapa solusi yang akhirnya menjadi saran dari penulis untuk masalah-masalah tersebut
37
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dijelaskan langkah-langkah
perhitungan unjuk kerja siklus Brayton Gas Turbin Generator dan hasil perbandingan perfoma turbin gas dengan variasi beban yang berbeda, dengan menggunakan:
1. Data kerja dari Gas Turbin Generator (GTG) utilitas pabrik 1 PT. Petrokimia Gresik.
2. Perhitungan yang dilakukan menggunakan data dari GTG dengan beban 9,43 MW, 15,36 MW, dan 22,61 MW.
3. Data yang diambil adalah data pada bulan februari 2016.
4.1 Data Hasil Pengamatan
Setelah dilakukan pengamatan di plant didapatkan data Gas turbin Generator (GTG) Utilitas Pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik. Untuk mempermudah dalam melakukan perhitungan ada baiknya diketahui properties di tiap-tiap stage yang ada pada skema turbin gas. Adapun skema turbin gas itu sendiri adalah sebagai berikut:
Gambar 4.1 skema Turbin Gas PT. Petrokimia-gresik
T2,P2 T3,P3
T1,P1
T2,P2
38 Keterangan gambar 4.1:
T1 : Temperatur udara masuk kompresor
P1 : Tekanan udara masuk kompresor
T2 : Temperatur udara keluar kompresor
P2 : Tekanan udara keluar kompresor
T3 : Temperatur gas pembakaran masuk turbin
P3 : Tekanan gas pembakaran masuk turbin
T4 : Temperatur keluar turbin
P4 : Tekanan keluar turbin
Setelah melakukan pengamatan diplant didapat data yang dapat dilihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data GTG pada bulan Februari 2016 Beban 15,36 MW
T1 (Temperatur masuk kompresor ) 89,6 °F
P1 (Tekanan masuk kompresor ) 14,7 Psia
T2 (Temperatur masuk kompresor ) 583,83 °F
P2 (Temperatur masuk kompresor ) 115,16 Psia
T3 (Temperatur masuk kompresor ) 756,98 °F
T4 (Temperatur masuk kompresor ) 307,91 °F
GHV (Gross heating value) 1017,65 𝐵𝑇𝑈𝑆𝐶𝐹
Qf (Kapasitas bahan bakar ) 5,07 MMSCFD
Untuk mempermudah dalam perhitungan dilakukan konversi satuan ke satuan baku matric units yang dapat dilihat pada tabel 4.2.
39
Tabel 4.2 Konversi Data GTG pada bulan Februari 2016
Metode perhitungan didasarkan pada beberapa asumsi untuk menyederhanakan perhitungan, asumsi yang digunakan diantaranya adalah :
1. Keadaan steady state steady flow.
2. Perhitungan performa turbin gas didasarkan pada temperatur udara dan laju aliran massa yang masuk dan keluar sistem saja, tidak menghitung tentang perpindahan panas pada setiap stage yang ada dalam turbin gas. 3. Proses yang terjadi pada turbin dan kompresor
merupakan proses isentropik.
4. Proses yang terjadi didalam turbin gas mengacu pada data operasi atau performance test sheet yang ada.
5. Energi kinetik dan energi potensial diabaikan.
4.2 Perhitugan Performa Turbin Gas Generator (GTG) Utilitas Pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik
Pada sub bab ini akan dijabarkan cara perhitungan performa Turbin Gas Generator (GTG) utilitas pabrik 1 PT. Petrokimia-Gresik. Data yang digunakan dalam contoh
Beban 15,36 MW
T1 (Temperatur masuk kompresor ) 305,15 K
P1 (Tekanan masuk kompresor ) 1013529 Pa
T2 (Temperatur masuk kompresor ) 579,72 K
P2 (Temperatur masuk kompresor ) 844676,716 Pa
T3 (Temperatur masuk kompresor ) 675,92 K
T4 (Temperatur masuk kompresor ) 426,43 K
GHV (Gross heating value) 37914,55 𝐾𝑗𝑚3
40
perhitungan adalah data pada pembebanan 15,36 MW pada bulan februari 2016.
4.2.1 Perhitungan Properties Pada Setiap Tingkat Keadaan.
a. State 1
Pada keadaan ini udara dari luar (udara ruangan/atmosfir) masuk melalui Inlet Guide Vane. Dari tabel operasi didapat data :
T1 = 305,15 K
P1 =1013429 Pa
Untuk mencari entalphi fluida dan pressure ratio
digunakan tabel termodinamika dari “Fundamental of
Engineering Thermodynamics” 8th edition karangan Michael J. Moran dan Howard N. Saphiro pada bagian tabel A-22 Ideal Gas Property of Air. (terdapat pada lampiran).
Besar entalphi dan pressure ratio didapat dengan menggunakan proses interpolasi:
T (K) h (kj/kg) pr
305 305,22 1,4686
304,52 h1 pr1
310 310,24 1,5546
Dari proses interpolasi didapatkan: h1 = 305,37 𝐾𝑗
𝐾𝑔 Pr1 = 1,4711
41 b. State 2
Pada tingkat keadaan ini udara keluar dari kompresor dikompresikan keruang bakar, dimana udara tersebut mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi. Dari tabel data operasi didapatkan data yaitu:
T2 = 579,72 K
P2 = 844676,716 Pa
Untuk mencari entalphi fluida digunakan tabel termodinamika
dari “Fundamental of Engineering Thermodynamics” 8th edition
karangan Michael J. Moran dan Howard N. Saphiro pada bagian tabel A-22 Ideal Gas Property of Air. (terdapat pada lampiran).
Besar entalphi didapat dengan menggunakan proses interpolasi:
Dari proses interpolasi didapatkan : h2 = 585,7474 𝐾𝑔𝐾𝑗
Karena pada kondisi ideal state 2 ini berlangsung proses kompresi isentropik maka:
𝑝𝑟2 = 𝑝𝑟1× ( 𝑝2 𝑝1 ) = 1,4711 × (844676,716 𝑃𝑎 1013529 𝑃𝑎 ) = 11,52
Maka dengan proses interpolasi pr2 dengan h2s didapatkan
entalphi h2s :
T (K) h (kj/kg)
570 575,59
579,72 h2
42
Dari Hasil interpolasi didapatkan : h2s = 550,091 𝐾𝑗
𝐾𝑔
c. State 3
Pada tingkat keadaan ini terjadi proses pembakaran didalam ruang bakar (combustion chamber)dan fluida bahan bakar natural gas diinjeksikan sehingga bercampur dengan udara.
Dengan 𝐶𝑃𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡 = 2,22 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑗 dan ℎ = 𝐶𝑝 × 𝑇3 maka didapatkan h3 adalah
ℎ3= 𝐶𝑝× 𝑇3
= 2,22 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑗 × 675,929 𝐾 =1500,5424 𝑘𝑔𝑘𝑗
d. State 4
Pada tingkat keadaan ini terjadi ekspansi gas buang hasil pembakaran dari dalam turbin. Pada proses ini terjadi gesekan antaragas hasil pembakaran dengan sudu urbin sehingga temperature gas buang yang keluar darri turbin menjadi lebih tinggi dari gas idealnya ( isentropis)
Dengan 𝐶𝑝 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡 = 2,22 dan ℎ = 𝐶𝑝 × 𝑇3
maka didapatkan h4 adalah
pr2s h (kj/kg)
11,10 544,35
11,52 h2s
43 ℎ4 = 𝐶𝑝× 𝑇4
= 2,22 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑗 × 426,43𝐾 =946,674 𝑘𝑔𝑘𝑗
Karena pada kondisi ideal state 4 ini berlangsung proses kompresi isentropis dengan asumsi cold air-standart analysis k= konstan, maka: 𝑇4𝑠 = 𝑇3( 𝑃1 𝑃2 ) 𝑘−1 𝑘 = 675,92 𝐾 ( 14,7 𝑃𝑠𝑖𝑎 115,16 𝑃𝑠𝑖𝑎) 1,3−1 1,3 = 420,33 𝐾 Dengan 𝐶𝑝𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡 = 2,22 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 dan ℎ = 𝐶𝑝 × 𝑇4𝑠 maka: ℎ4𝑠= 𝐶𝑝𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡 × 𝑇4𝑠 = 2,22𝑘𝑗 𝑘𝑔 𝐾 × 420,33 𝐾 = 933,13 𝑘𝑔𝑘𝑗
4.2.2. Perhitungan Performa Turbin Gas
a. Perhitungan Daya yang Dibutuhkan Kompresor
Untuk perhitungan 𝑊̇𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 pada beban 15,36 MW,
digunakan data-data properties pada beban 15,36 MW. Perhitungan tersebut menggunakan persamaan:
44
Diperlukan hasil perhitungan dari 𝑚̇𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 maka dapat
dicari dengan menggunakan persamaan:
𝑚̇𝑎𝑖𝑟 =
𝑄𝑖𝑛−𝑚̇𝑓× 𝑐𝑝 (𝑇3− 𝑇𝑓) ℎ3− ℎ2
Untuk mendapatkan harga dari 𝑚̇𝑓 maka dapat digunakan
persamaan sebagai berikut:
𝑚̇𝑓 = 𝑄𝑓𝑢𝑒𝑙 × 𝜌𝑓
Berdasarkan data komposisi bahan bakar, didapatkan harga specific gravity bahan bakar yaitu sebesar 0,6. Massa jenis bahan bakar dapat dihitung dengan cara sebagai berikut:
𝜌𝑎𝑖𝑟 = 𝑃 𝑅 × 𝑇 = 101325 𝑃𝑎 286,9 𝐾𝑔.𝐾𝑁𝑚 ×305,15 𝐾 =1,15 𝐾𝑔𝑚3 𝜌𝑓 = 𝑆𝐺 × 𝜌𝑎𝑖𝑟 = 0,6 × 1,15 𝑘𝑔 𝑚3 = 0,69 𝑘𝑔 𝑚3
Harga properties bahan bakar (natural gas) dan udara yang digunakan pada perhitungan ini, dapat dilihat pada tabel 4.3.
45
Tabel 4.3 Data properties natural gas dan udara
Input K P Cp Cv
Udara 1,4 1,2 1,01 0,718
Natural Gas 1,3 0,9 2,4 1,85
Unit Kg/m3 kJ/kg.K kJ/kg.K
Data harga properties tersebut diambil pada sumber
Engineering Toolbox 2013, untuk lebih detailnya dapat dilihat
pada lampiran.
Dari hasil perhitungan 𝜌𝑓 maka harga 𝑚̇𝑓 dapat diperoleh
dengan cara sebagai berikut: 𝑚̇𝑓 = 𝑄𝑓𝑢𝑒𝑙 × 𝜌𝑓 = 1,66 𝑚 3 𝑠 × 0,69 𝑘𝑔 𝑚3 = 1,145 𝑘𝑔 𝑠
Dari hasil perhitungan GHV dan 𝑚̇𝑓 dapat diperoleh
dengan 𝑄𝑖𝑛cara sebagai berikut:
𝑄𝑖𝑛 = 𝑚̇𝑓( 𝐺𝐻𝑉 𝜌𝑓 ) = 1,22 𝑘𝑔 𝑠 ( 37914,55 𝐾𝑗 𝑚⁄ 3 0,69 𝑘𝑔 𝑚⁄ 3 ) = 62916,173 Kw
Dari hasil perhitungan 𝑄𝑖𝑛 dan 𝑇𝑓 dengan cara sebagai berikut didapatkan 𝑚̇𝑎𝑖𝑟 sebagai berikut :
46 𝑄𝑖𝑛 = 𝑚̇𝑎𝑖𝑟(ℎ3− ℎ2) + 𝑚̇𝑓× 𝑐𝑝(𝑇3− 𝑇𝑓) 𝑚̇𝑎𝑖𝑟 = 𝑄𝑖𝑛− 𝑚̇𝑓× 𝐶𝑝(𝑇3− 𝑇𝑓) ℎ3− ℎ2 =62916,173 𝑘𝑗 𝑠−1,145 𝐾𝑔 𝑠×2,22 𝐾𝑗 𝐾𝑔.𝐾 ×334,36 𝐾 (1500,5424−590,053)𝑘𝑔𝑘𝑗 =68,16 𝐾𝑔 𝑠
Setelah itu maka harga 𝑊̇𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 dapat dicari dengan cara
sebagai berikut: 𝑊̇𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = 𝑚̇𝑎𝑖𝑟 × (ℎ2− ℎ1) 𝑊̇𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = 68,16 𝑘𝑔 𝑠 (585,7474 𝑘𝐽 𝑘𝑔− 305,37 𝑘𝐽 𝑘𝑔) 𝑊̇𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = 19110,52 𝑘𝐽 𝑠
b. Perhitungan Daya yang Dihasilkan Turbin
Untuk perhitungan daya turbin pada Gas Turbin 1.2 dengan beban 15,36 MW dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut:
Combustion chamber
𝑚̇𝑓
𝑚̇(𝑓+𝑎𝑖𝑟) 𝑚̇𝑎𝑖𝑟
47 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = (𝑚̇𝑎𝑖𝑟+ 𝑚̇𝑓) × (ℎ3− ℎ4) = (68,12 𝑘𝑔 𝑠 + 1,145 𝑘𝑔 𝑠 ) × (1500,54 𝑘𝐽 𝑘𝑔− 946,47 𝑘𝐽 𝑘𝑔) = 38399,8213𝑘𝐽 𝑠 c. Daya Netto yang Dihasilkan Turbin
Daya netto adalah selisih antara daya yang dihasilkan turbin dengan kerja kompresor, daya netto selanjutnya digunakan untuk menentukan nilai efisiensi siklus.
𝑊̇𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 = 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛− 𝑊̇𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = 38399,8213𝑘𝑗 𝑠 − 19110,52 𝑘𝑗 𝑠 = 19289,3013𝑘𝑗 𝑠 d. Specific Fuel Consumption (SFC)
Untuk mengetahui besarnya konsumsi bahan bakar yang digunakan pada Gas Turbin dengan beban 15,36 MW maka digunakan perhitungan sebagai berikut :
𝑆𝐹𝐶 = 𝑚̇𝑓 𝑊̇𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 = 1,145 𝐾𝐺 𝑠 ×3600 𝑠 ℎ 19289,3013 𝐾𝑗𝑠 = 0,2136 𝑘𝑊ℎ𝐾𝑔 e. Back Work Ratio
Back work ratio adalah nilai presentase kerja spesifik yang digunakan untuk menggerakan kompresor. Back Work Ratio dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut :
48 𝐵𝑊𝑅 =𝑊̇𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑊̇𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 19110,52 𝑘𝑗 𝑠 38399,8213𝑘𝑗𝑠 = 0,49 f. Effisiensi Turbin 𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛= ℎ3− ℎ4 ℎ3− ℎ4𝑠 × 100% = 1500,54 𝑘𝑗 𝑘𝑔− 946,47 𝑘𝑗 𝑘𝑔 1500,54 𝑘𝑔𝑘𝑗− 933,13 𝑘𝑔𝑘𝑗× 100% = 97,61 % g. Effisiensi Kompresor 𝜂𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟= ℎ2𝑠−ℎ1 ℎ2−ℎ1 × 100% =550,091 𝑘𝑗 𝑘𝑔− 305,37 𝑘𝑗 𝑘𝑔 585,7474𝑘𝑔𝑘𝑗− 305,37𝑘𝑔𝑘𝑗× 100% = 87,28 % h. Effisiensi Siklus
Dengan 𝑊̇netto dan Qin yang sudah diketahui, maka
effisiensi siklus dapat diperoleh :
𝜂𝑠𝑖𝑘𝑙𝑢𝑠= 𝑊̇𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 𝑄𝑖𝑛 𝑥 100 % = 19319,9058 𝑘𝑗 𝑠 62933,009𝑘𝑗𝑠 𝑥 100% = 30,6%
49
4.2.3 Perhitungan Properties dan Performa Turbin Gas Dengan Variasi Beban.
Data operasi dengan variasi beban dapat dilihat pada lampiran. Dengan mengacu pada data operasi maka kita menerapkan cara yang sama seperti pada sub bab 4.2.2, hasil perhitungan performa untuk variasi beban yang berbeda dapat disederhanakan dalam bentuk tabel untuk mempermudah dalam pembacaan. Tabel performa degan variasi beban berbeda dapat dilihat pada lampiran.
4.3 Hasil perhitungan Performa Turbin Gas Generator Utilitas Pabrik 1 PT. Petrokimia Gresik Dengan Variasi Beban
4.3.1 Perbandingan Daya Kompresor, Daya Turbin dan Daya Netto pada Tiap Beban
Untuk mempermudah pembacaan kita bisa lihat pada grafik berikut:
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Daya Kompresor, Daya Turbin dan Daya Netto
20 35 50 65 80 0 10 20 30 40 9,43 15,36 22,61 Day a Tu rb in ( M W) D ay a Ko mp re so r ( M W) d an Da ya N e tto ( M W) Beban (MW)
Grafik Perbandingan Daya Kompresor, Daya Turbin, dan Daya Netto
50
Hasil grafik perbandingan kerja diatas menunjukan bahwa :
Daya kompresor pada beban 22,61 MW sebesar 27,964
MW
Daya kompresor pada beban 15,36 MW sebesar 19,099
MW
Daya kompresor pada beban 9,43 MW sebesar 13,632
MW
Daya turbin pada beban 22,61 MW sebesar 57,326 MW
Daya turbin pada beban 15,36 MW sebesar 38,419 MW
Daya turbin pada beban 9,43 MW sebesar 24,097 MW
Daya netto pada beban 22,61 MW sebesar 29,36 MW
Daya netto pada beban 15,36 MW sebesar 19,31 MW
Daya netto pada beban 9,43 MW sebesar 10,46 MW
4.3.2 Perbandingan Mass Flow Rate Fuel Gas dan Mass Flow Rate Air pada Tiap Beban
Untuk mempermudah pembacaan kita bisa lihat pada grafik gambar 4.3 berikut :
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Antara Mass Flow Rate Fuel Gas dan Mass Flow Rate Air.
0 20 40 60 80 100 0 0,5 1 1,5 2 2,5 9,43 15,36 22,61 M ass Fl o w R ate ai r ( kg /s) M ass Fl o w R ate fu e l g as ( kg /s) Beban (MW)
Grafik Perbandingan Mass Flow Rate fuel gas dan Mass Flow Rate air
51
Hasil grafik perbandingan diatas menunjukan bahwa:
Pada beban 22,61 MW mass flow rate udara adalah
94,42𝐾𝑔𝑠 dan mass flow rate bahan bakar 1,79 𝐾𝑔𝑠
Pada beban 15,36 MW mass flow rate udara adalah
68,12𝐾𝑔𝑠 dan mass flow rate bahan bakar 1,22 𝐾𝑔𝑠
Pada beban 22,61 MW mass flow rate udara adalah
50,36𝐾𝑔𝑠 dan mass flow rate bahan bakar 0,76 𝐾𝑔𝑠
4.3.3 Perbandingan Efisiesi Turbi, Efisiensi Kompresor dan Efisiensi Siklus pada Tiap Beban
Untuk mempermudah pembacaan kita bisa lihat pada grafik berikut :
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Antara Efisiensi Turbin, Efisiensi Kompresor dan Efisiensi thermal Hasil grafik perbandingan diatas menujukan :
Efisiensi Kompresor pada beban 22,61 MW sebesar
86,2% 26 28 30 32 34 80 85 90 95 100 9,43 15,36 22,61 Beban (MW) Ef isi e n si Th e rmal ( % ) Ef isi e n si Tu rb in ( % ) d an Ef isi e n si Ko mp re so r ( % )
Grafik Perbandingan Efisiensi Turbin, Efisiensi Kompresor dan Efisiensi Thermal
Efisiensi Turbin Efisiensi Kompresor Efisiensi Therrmal
52
Efisiensi Kompresor pada beban 15,36 MW sebesar
87,26%
Efisiensi Kompresor pada beban 9,43 MW sebesar
88,06%
Efisiensi Turbin pada beban 22,61 MW sebesar 98,47%
Efisiensi Turbin pada beban 15,36 MW sebesar 97,61%
Efisiensi Turbin pada beban 9,43 MW sebesar 95,99%
Efisiensi Thermal pada beban 22,61 MW sebesar
31,79%
Efisiensi Thermal pada beban 15,36 MW sebesar 30,6%
