INTI
ANALISA PERFORMANSI TURBIN GAS UNIT 3
DI PLTG GLUGUR KAPASITAS 11,5 MW
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
oleh : KARTIKA NIM: 1005051028
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN 2013
SARI
Analisa Performansi Turbin Gas Unit 3 di PLTG GLUGUR Dengan Kapasitas 11,5 MW
Turbin gas adalah mesin konversi energi yang sesuai dengan energi alternatif. Selain itu turbin gas merupakan jenis pembangkit listrik yang dapat dibangun dengan waktu yang relatif cepat, walaupun secara efisiensi teramat rendah namun jenis pembangkit ini sangat disukai oleh sistem ketenagalistrikan karena kemampuan operasinya yang teramat cepat, sehingga sangat cocok pada beban puncak (peak load).
Berdasarkan teori Brayton, turbin gas dapat dihitung secara teoritis/ideal dan secara aktual/pada saat beroperasi. Namun pada kenyataannya dilapangan, banyak terjadi penyimpangan sehingga membuat perbedaan efisiensinya yang menurun sekitar 15,6%. Dari analisa diperoleh bahwa daya yang dihasilkan turbin gas sebesar 11,5 MW. Efisiensi siklus secara teoritis adalah 48,2 % dan secara aktual adalah 32,6 % .
ABSTRACT
Performance Analysis of Gas Turbine power plant Unit 3 in Glugur With a capacity of 11.5 MW
Gas turbine engine is the energy conversion in accordance with alternative energy. In addition it is a type of gas turbine power plants can be built relatively quickly, although the efficiency is extremely low, but the type of plant is highly favored by the electricity system because of the ability of its operations are very fast, so it's perfect at peak load (peak load).
Based on the theory of Brayton, gas turbines can be calculated theoretically / ideal and actual / during operation. But in fact the field, many irregularities that make a difference efficiency decreased by about 15,6%. Obtained from the analysis that the generated power of 11.5 MW gas turbine. Theoretical cycle efficiency is 48.2% and the actual was 32,6 %.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, atas rahmat dan hidayah-Nya memberi kekuatan, kesehatan, pengetahuan, pengalaman, dan kesempatan kepada penulis, sehingga penulis mampu menyelesaikan penulisan Laporan Tugas Akhir ini.
Laporan yang berjudul “ Analisa Performansi Turbin Gas Unit 3 di PLTG GLUGUR Kapasitas 11,5 MW “. Dimana maksud dan tujuan penulisan adalah untuk memenuhi salah satu persyaratan akademis bagi setiap mahasiswa yang akan menyelesaikan studinya dalam meraih gelar Ahli Madya di Politeknik Negeri Medan.
Dalam Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan serta dukungan yang berharga dari berbagai pihak baik material, moral, maupun spiritual, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak M. Syahruddin, S.T, M.T selaku Direktur Politeknik Negeri Medan.
2. Bapak Ir. Gidion Sembiring, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan.
3. Bapak Ir.Isman Harianda, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan.
4. Bapak Faisal Fahmi Hasan, S.T, M.T selaku dosen pembimbing. 5. Ir. Etty Rayuana Purba selaku Dosen Wali kelas EN – 6B.
6. Seluruh Staf pengajar Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan.
7. Bapak Rusdi, selaku Manajer unit PT. PLN (Persero) PLTG GLUGUR 8. Kak Adi, selaku Supervisor Operasi PT. PLN (Persero) PLTG GLUGUR 9. Kak Yudo dan Kak Rika, kak Rizky selaku kakak pembimbing lapangan
10.Teristimewa untuk kedua orang tua tercinta Ayahanda Bachtiar AR dan Ibunda yang telah mengasuh, membimbing, memberi perhatian dan do’anya selama ini.
11.Tersayang untuk saudari-saudari tercinta Novi Anggraini, Wina Sepriyanti dan Laras Sari, yang telah bersama-sama selalu memotivasi dan memberikan semangat.
12.Wak Marni dan Wak Berutu, yang telah memberikan rumahnya, dipakai sementara oleh penulis, Bu Serik dan “keluaraga cendana” sebutan Sepupu-sepupu tercinta, Kak Anim, Kak Yuyun, Kak Titin, Putra, Putri, Desi, T.U.T.I, Bang Ade, Bang Wawan yang rela menasihati penulis. 13.Abangda Tersayang Sahrul Aulia Rahman, Amd yang selalu
mengingatkan dan menyemangati penulis agar mempercepat penulisan ini. 14.Bu Serik dan Bu Fitri yang telah memotivasi dan memberikan semangat,
saat berada di perpustakaan Jurusan Teknik Mesin.
15.Seluruh rekan-rekan EN 6A, 6B,6C,6D yang telah mewarnai perjalanan dan kisah-kisah kampus penulis.
Laporan tugas akhir ini adalah hasil karya penulis, bukan plagiat.
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin agar laporan Tugas Akhir ini memenuhi harapan semua pihak. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini terdapat kekurangan dan kesilapan, oleh karena itu dengan rendah hati penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Penulis berharap Tugas Akhir ini bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya, khususnya mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan.
Medan, Juli 2013 Hormat Penulis,
Kartika
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
INTISARI ... v
ABSTRACT ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN... xiv
DAFTAR SIMBOL ... xv BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1Latar Belakang ... 1 1.2Batasan Masalah ... 2 1.3Tujuan ... 2 1.4Manfaat ... 3
1.5Metode Pengumpulan Data ... 3
1.6 Sistem Pembahasan………... 3
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1Defenisi dan Fungsi Turbin Gas... ………… 5
2.2Komponen-KomponenUtama PLTG ... 6
A. Kompresor ... 6
1. Kompresor Sentrifugal ... 7
2. Kompresor Axial ... 14
B. Ruang Bakar ... 16
1. Ruang Bakar Terbuka ... 16
2. Ruang Bakar Kamar Muka ... 17
3. Ruang Bakar Turbulen ... 18
4. Ruang Bakar Lanova ... 19
C. Turbin Gas ... 20
1. Menurut siklusnya turbin gas ... 20
A. Turbin gas siklus tertutup (Close cycle) ... 21
B. Turbin gas siklus terbuka (Open cycle) ... 21
2. Menurut kontruksinya turbin gas ... 22
A. Turbin Gas Poros Tunggal ... 22
B. Turbin Gas Poros Ganda ... 22
3. Menurut Aliran Fluidanya turbin gas ... 22
A. Turbin Gas Aksial ... 22
B. Turbin Gas Radial ... 23
2.3Prinsip dan Cara Kerja Turbin Gas ... 24
1. Siklus Brayton Ideal/Teoritis ... 25
2. Siklus Brayton Non Ideal/ Aktual ... 27
BAB III KOMPONEN-KOMPONEN PLTG GLUGUR ... 29
3.1 Kompresor PLTG GLUGUR ... 30
3.2 Ruang Bakar PLTG GLUGUR ... 32
3.3 Turbin Gas PLTG GLUGUR ... 33
BAB IV ANALISA PERFORMANSI TURBIN GAS ... 36
4.1 Analisa Bahan Bakar ... 36
4.2 Analisa Performansi Turbin Gas Aktual ... 45
4.3 Analisa Performansi Turbin Gas Ideal ... 48
BAB V PENUTUP ... 50
5.1 Kesimpulan ... 50
5.2 Saran ... 50 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skematik Turbin Gas ... 6
Gambar 2.2 Kompressor Sentrifugal ... 7
Gambar 2.3 Casing Compressor ... 8
Gambar 2.4. Inlet Wall Compressor ... 9
Gambar 2.5. Guide vane Compressor ... 9
Gambar 2.6. Eye Seal Compressor ... 10
Gambar 2.7. Return BendCompressor ... 10
Gambar 2.8. Diafragma Compressor ... 11
Gambar 2.9. Diffuser Compressor ... 11
Gambar 2.10 Shaft and Shaft Sleeve Compressor ... 12
Gambar 2.11 Impeller Compressor ... 12
Gambar 2.12 Impeller Compressor ... 15
Gambar 2.13 Ruang Bakar Terbuka ... 17
Gambar 2.14 Ruang Bakar Kamar Muka ... 18
Gambar 2.15 Ruang Bakar Turbulen ... 19
Gambar 2.16 Ruang Bakar Lanova ... 20
Gambar 2.17 Turbin Gas Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup ... 20
Gambar 2.18 Turbin Aliran Axial ... 23
Gambar 2.19 Turbin Aliran Radial ... 24
Gambar 2.20 Skema Turbin Gas Sederhana ... 24
Gambar 2.21 Diagram p-V dan diagram T-s Siklus Ideal/Teoritis ... 25
Gambar 3.1 Penulis sedang meninjau PLTG GLUGUR ... 29
Gambar 3.2 Komponen Stator dan Rotor Pada Kompresor Axial ... 30
Gambar 3.3 Kompresor Stator ... 31
Gambar 3.4 Kompresor Rotor ... 32
Gambar 3.5 Ruang Bakar ... 33
Gambar 3.5 Proses Kerja Turbin Gas ... 34
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Data Compressor ... 30
Tabel 3.2. Data Ruang Bakar ... 32
Tabel 3.3. Data Turbin ... 35
Tabel 4.1. Komposisi Bahan Bakar Gas Alam ... 36
Tabel 4.2. Persetase dari C, H2 dan O2 dalam gas alam ... 38
Tabel 4.3. Harga (HHVV) Pr, Tr dan (LHVV) Pr, Tr Bahan Bakar Gas Untuk Kondisi Referensi 200C dan 1 atm ... 40
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data-Data Unit Pembangkitan PT PLN (Persero) Pembangkit Sumbagut Sektor Pembangkitan Medan
Lampiran 2. Data Teknik Turbin Gas
Lampiran 3. Sifat-Sifat Udara pada Tekanan Atmosfer Lampiran 4. Nilai HHV dan LHV Bahan Bakar
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengembangan turbin gas hingga bisa dibuat seperti sekarang ini, yaitu sampai bisa ekonomis untuk dipakai sebagai mesin penggerak pesawat terbang dan untuk instalasi darat yang dapat dipakai untuk membangkitkan tenaga listrik, sudah menghabiskan waktu yang cukup lama.
Sejak abad yang lalu sudah dimulai usaha untuk mengembangkan turbin gas, tetapi kurang berhasil dan perkembangan selanjutnyapun dapat dikatakan agak lambat bila dibandingkan dengan tenaga uap yang mencapai kemajuan pesat dengan makin tingginya tekanan dan temperatur uap, dan nilai efisiensi turbin gas sudah jauh ketinggalan. Konstruksi dan cara kerjanya turbin gas adalah sangat mudah bila hanya didalam kertas (gambar desain), tetapi kenyataannya bila diwujudkan sangat sukar karena ada hubungannya dengan pemakaian bahan bakar yang hemat.
Akhir-akhir ini efisiensi dan daya yang dihasilkan turbin gas naik, karena gas yang bertemperatur tinggi, telah bisa digunakan dan bekerjanya turbin langsung tergantung pada keadaan gasnya. Sekarang efisiensi turbin, sudah bisa mencapai sekitar 33 % dengan temperatur diruang bakar. Sementara itu temperatur untuk turbin yang dipakai di industri adalah 950
o
C. Disamping itu turbin gas sudah mempunyai arti yang sangat besar. Untuk penggerak pesawat terbang dengan daya yang besar harus memakai turbin gas dan sudah tidak bisa diganti lagi. Hal ini karena berat turbin gas tidak bisa disaingi oleh motor bakar torak.
Keuntungan penggunaan turbin gas sebagai pembangkit tenaga listrik dan sebagai penyedia panas di industri adalah mudah diinstal, proses kerjanya tidak ruwet terutama cocok untuk menanggulangi beban puncak dan dimensinya kecil. Untuk suatu hubungan antara turbin gas dengan proses peredaran turbin uap efisiensinya bisa mencapai lebih dari 42 %, dilihat dari segi ekonominya keadaan ini sudah cukup baik. Akhirnya perlu diketahui bahwa kenyataannya proses turbin gas dengan daya yang sangat besar terdapat pada teknik tenaga nuklir dengan Helium sebagai fluida kerjanya. Pada kesempatan ini, dianalisa perbandingan performansi teoritis dan aktual turbin gas dengan daya 11,5 MW di PLTG GLUGUR.
Turbin gas merupakan salah satu mesin konversi energi yang sesuai sebagai salah satu alternatif karena dapat menghasilkan energi listrik dengan daya yang cukup besar serta efisiensi yang tinggi. Untuk kebutuhan yang sama turbin gas memiliki keunggulan dibandingkan instalasi sejenis yang lainnya seperti dalam hal ukuran, massa dan satuan keluaran daya turbin gas juga dapat mencapai beban pucak dalam waktu yang relatif singkat. Konstruksinya juga dapat dibuat untuk menghasilkan daya rendah (± 20 MW) sampai daya tinggi (± 100 MW) (Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Turbin, hal 48).
1.2 Batasan Masalah
Pembahasan mengenai Turbin ini sangatlah luas, mengingat hal tersebut dalam peran tugas akhir ini penulis akan membatasinya, adapun hal yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Prinsip Kerja Turbin Gas
2. Komponen – komponen utama PLTG
3. Analisa kerja kompresor 4. Analisa daya keluaran turbin
1.3 Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir
Adapun tujuan penulisan dan pembuatan dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui dan menghitung performansi turbin gas dengan daya 11,5 MW di PLTG GLUGUR.
2. Membandingkan performansi teoritis dan aktual turbin gas dengan daya 11,5MW di PLTG GLUGUR.
1.4 Manfaat Tugas Akhir
Adapun manfaat dari penulisan dan pembuatan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Bermanfaat terhadap penulis untuk menambah pengetahuan, pengalaman, dan wawasan komprehensif baik secara teori maupun praktek, sehingga menjadi bekal untuk memasuki dunia kerja baik industri maupun bidang yang lain, dan juga untuk bidang kewirausahaan.
2. Dapat merupakan salah satu referensi dalam menganalisa performansi turbin gas di PLTG GLUGUR maupun di Politeknik Negeri Medan.
3. Masukan yang menambah wawasan dan ilmu pengetahuan bagi mahasiswa Politeknik Negeri Medan yang mempelajari materi turbin gas pada PLTG, khususnya Program Studi Teknik Konversi Energi.
1.5 Metode Pengumpulan Data
Data-data yang digunakan dalam laporan tugas akhir ini, dikumpulkan dari beberapa sumber, yaitu sebagai berikut :
1. Riset dan tinjauan lapangan.
Meninjau secara langsung ke lapangan untuk melihat, mengamati dan mempelajari secara langsung keadaan dan sistem kerja komponen – komponen turbin gas dengan daya11,5 MW di PLTG GLUGUR.
2. Studi kepustakaan.
Mempelajari buku dan jurnal ilmiah yang berhubungan dengan topik pembahasan.
3. Diskusi
Dilakukannya diskusi langsung mengenai topik pembahasan tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh Jurusan Teknik Mesin, program studi Teknik Konversi Energi.
1.6 Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan Tugas Akhir ini disusun dalam beberapa bab, yaitu sebagai berikut :
Bab ini berisi pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat Tugas Akhir, metodologi pembuatan Tugas Akhir dan sistematika laporan.
BAB II Dasar Teori
Bab ini memuat konsep dan teori pembelajaran yang menjadi landasan pembuatan Tugas Akhir.
BAB III Metode Penelitian
Bab ini menguraikan tentang data-data yang ada diPLTG GLUGUR. BAB IV Perhitungan dan Analisa Data.
Bab ini berisi tentang contoh perhitungan data-data parameter unjuk kerja yang akan digunakan sebagai analisa data hasil penelitian.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan penulis tentang Tugas Akhir dan saran yang dapat penulis berikan untuk pengembangan sistem di masa yang akan datang.
