BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

(1)

Tugas Akhir

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Pendahuluan

Pada proses perhitungan dibutuhkan data-data yang berasal dari data

operasi. Hal ini dilakukan karena data operasi merupakan data performance harian

yang masih baik.

4.2 Proses perhitungan

4.2.1 Perhitungan berdasarkan data operasi pada tanggal 3 april 2008 pada beban Turbin 150 MW

 Heat Balance di HRSG 1.1

a. LP Economizer

(2)

Tugas Akhir

Temperatur keluar Economizer : 159,08 oC

Panas jenis air (Cp air) : 4,19

C kg kJ . Massa alir : 60,07 jam ton = 16,686111 s kg

QLP Eco = M x Panas jenis air x ΔT

= 16,686111 s kg x 4,19 C kg kJ o . x (159,08 – 78,52) o C = 5632,336698 s kJ b. LP Evaporator

Tekanan di LP Evaporator : 3,3 bar

Massa alir uap : 59,71

jam ton

= 16,5861

s kg

Dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 2153,5

kg kJ QLP Eva = M x Δh = 16,5861 s kg x 2153,5 kg kJ = 35718,16635 s kJ

(3)

Tugas Akhir

c. HP Economizer I

Temperatur masuk Economizer : 78,03 oC

C kg

kJ .

Massa alir air : 163,74

jam ton

= 45,48333

s kg

QHP Eco = M x Panas jenis air x ΔT

= 45,48333 s kg x 4,19 C kg kJ o . x (143,73 – 78,03) o C = 12520,78753 s kJ d. HP Economizer II

Temperatur masuk Economizer : 143,73oC

C kg

kJ .

jam ton

= 45,48333

s kg

= 45,48333 s kg x 4,19 C kg kJ o . x (271,66 – 143,73) o C = 24380,27928 s kJ

(4)

Tugas Akhir

e. HP Evaporator

Tekanan di HP Evaporator : 48,3 bar

Maka dari tabel uap jenuh dan interpolasi didapat Δh = 1651,77

kg kJ

jam ton = 44,65 s kg QHP Eva = M x Δh = 44,65 s kg x 1651,77 kg kJ = 73751,5305 s kJ f. Superheater (SH)

Tekanan di Superheater : 48,3 bar

Temperatur masuk SH : 272,06 oC

Dari tabel uap jenuh dan interpolasi didapat enthalpy (h) masuk SH

sebesar 22828,30548

kg kJ

. Temperatur keluar SH 451,09 oC, dari tabel

uap panas lanjut dan interpolasi didapat enthalpy (h) keluar SH sebesar

3385,13782

kg kJ

jam ton

= 44,65

s kg

(5)

Tugas Akhir QSH = M x Δh = 44,65 s kg x (3385,13782 – 2828,30548) kg kJ = 25031,22846 s kJ g. Total output HRSG

Qoutput = QLP Eco + QLP Eva + QHP Eco1 + QHP Eco2 + QHP Eva + QSH

= (5632,336698 + 35718,16635 + 12520,78753 + 24380,27928 + 73751,5305 + 25031,22846) = 177034.3288 s kJ h. Total input HRSG Temperature masuk HRSG : 532,94 oC ≈> 805,94 °K Tekanan masuk HRSG : 1 bar

Dari tabel gas asap dan interpolasi didapat, h = 828,48588

kg kJ

Temperature keluar HRSG : 143,73 oC ≈> 416,73 °K Tekanan keluar HRSG : 1 bar

kg kJ

Flow bahan bakar (mbb) : 5,10494111 s kg

(6)

Tugas Akhir

Flow udara (mU) : 491

s kg

Flow gas asap (M) : 496,10494111

s kg Qinput = M x Δh = 496,10494111 s kg x (828,48588 – 417,94422) kg kJ = 203671,746 s kJ i. Efficiency HRSG 1.1 adalah :

η

HRSG = input output Q Q = 746 , 203671 8 177034,328 = 0.8692 = 86,92 %  Heat Balance di HRSG 1.2 a. LP Economizer

(7)

Tugas Akhir

= 17,7111 s kg x 4,19 C kg kJ o . x (162,14 – 78,62) o C = 6197,978192 s kJ b. LP Evaporator

Tekanan di LP Evaporator : 3,2 bar

jam ton

= 18,4638889 s kg

Maka dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 2156,7

kg kJ QLP Eva = M x Δh = 18,4638889 s kg x 2156,7 kg kJ = 39821,06725 s kJ c. HP Economizer I

C kg

kJ .

jam ton

= 48,68333

s kg

(8)

Tugas Akhir

= 48,68333 s kg x 4,19 K kg kJ o . x (144,71 – 78,83) o C = 13438,4101 s kJ d. HP Economizer II

C kg

kJ .

jam ton

= 48,68333

s kg

= 48,68333 s kg x 4,19 C kg kJ o . x (270,57 – 144,71) o C = 25673,3196 s kJ e. HP Evaporator

Dari tabel uap jenuh dan interpolasi didapat Δh sebesar 1653,81

kg kJ

jam ton

= 46,619444

s kg

(9)

Tugas Akhir QHP Eva = M x Δh = 46,619444 s kg x 1653,81 kg kJ = 77099,70268 s kJ f. Superheater (SH)

Tekanan di Superheater :47,9 bar

sebesar 2835,04428

kg kJ

. Temperatur keluar SH 457,38 oC, dari tabel uap

panas lanjut dan interpolasi didapat enthalpy (h) keluar SH sebesar

3337,09148

kg kJ

jam ton = 46,619444 s kg QSH = M x Δh = 46,619444 s kg x (3337,09148 – 2835,04428) kg kJ = 23405,16133 s kJ g. Total output HRSG

(10)

Tugas Akhir = (6197,978192 + 39821,06725 + 13438,4101 + 25673,3196 + 77099,70268 + 23405,16133) = 185635,6402 s kJ h. Total input HRSG Temperature masuk HRSG : 529,40 oC ≈> 802,40 °K Tekanan masuk HRSG : 1 bar

kg kJ

Flow bahan bakar (mbb) : 5,043689

s kg

Flow udara (mU) : 491 s kg

Flow gas asap (M) : 496,043689

s kg Qinput = M x Δh = 496,043689 s kg x (824,5848 – 393,6373) kg kJ = 213768,8221 s kJ

(11)

Tugas Akhir i. Efficiency HRSG 1.2 adalah :

η

HRSG = input output Q Q = 8221 , 213768 2 185635,640 = 0.8683 = 86,83 %  Heat Balance di HRSG 1.3 a. LP Economizer

= 16,2805556 s kg x 4,19 C kg kJ . x (131,74 – 78,24) o C = 3649,530746 s kJ b. LP Evaporator

(12)

Tugas Akhir

jam ton

= 16,775

s kg

Maka dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 2156,7

kg kJ QLP Eva = M x Δh = 16,775 s kg x 2156,7 kg kJ = 36178,6425 s kJ c. HP Economizer I

C kg

kJ .

jam ton

= 46,247222

s kg

= 46,247222 s kg x 4,19 C kg kJ . x (150,46 – 79,71) o C = 13709,64211 s kJ d. HP Economizer II

(13)

Tugas Akhir

C kg

kJ .

jam ton

= 46,247222

s kg

= 46,247222 s kg x 4,19 C kg kJ . x (270,82 – 150,46) o C = 23322,86253 s kJ e. HP Evaporator

Dari tabel uap jenuh dan interpolasi didapat Δh sebesar 1646,09

kg kJ

jam ton = 34,55 s kg QHP Eva = M x Δh = 34,55 s kg x 1646,09 kg kJ = 56872,4095 s kJ f. Superheater (SH)

(14)

Tugas Akhir

sebesar 2834,45486

kg kJ

. Temperatur keluar SH 481,7 oC, dari tabel uap

panas lanjut dan interpolasi didapat enthalpy (h) keluar SH sebesar

3392,3985

kg kJ

jam ton = 34,55 s kg QSH = M x Δh = 34,55 s kg x (3392,3985 – 2834,45486) kg kJ = 19276,95276 s kJ g. Total output HRSG

Qoutput = QLP Eco + QLP Eva + QHP Eco1 + QHP Eco2 + QHP Eva + QSH

= (3649,530746 + 36178,6425 + 13709,64211 + 23322,86253 + 56872,4095 + 19276,95276) = 153010,0401 s kJ h. Total input HRSG Temperature masuk HRSG : 539 oC ≈> 812,71 °K

(15)

Tugas Akhir

kg kJ

Flow bahan bakar (mbb) : 8,212225

s kg

Flow udara (mU) : 491

s kg

Flow gas asap (M) :496,212225

s kg Qinput = M x Δh = 496,212225 s kg x (835,94371 – 462,38889) kg kJ = 185362,4683 s kJ i. Efficiency HRSG 1.3 adalah :

η

HRSG = input output Q Q = 3 185362,468 1 153010,040 = 0.8254 = 82,54 %

(16)

Tugas Akhir

 Proses di Turbin Uap

a. Massa alir Uap

Massa alir HP

Massa alir uap yang masuk ke turbin uap tekanan tinggi (high

pressure) adalah jumlah dari uap panas lanjut yang berasal dari pipa HP ke tiga HRSG yang menyatu didalam header HP:

mHP = mHP1 + mHP2 + mHP3 = (160,74 + 167,83 + 124,38) jam ton = 452,95 jam ton = 125,819444 s kg

Massa alir uap LP

Massa alir uap yang masuk ke turbin uap tekanan rendah (low

pressure) adalah jumlah uap jenuh yang berasal dari pipa LP ke tiga HRSG yang menyatu didalam header LP ditambah dengan jumlah uap

yang keluar dari turbin HP:

mLP = ( mLP1 + mLP2 + mLP3 ) + mHP = (59,71 + 66,47 + 60,93) jam ton + 452,95 jam ton = 640,06 jam ton = 177,7944 s kg b. Daya Turbin

(17)

Tugas Akhir

Effisiensi generator : 0,96

Maka, daya actual turbin uap adalah :

PTurbin_Uap = Generator Generator P = 96 , 0 150000 kW = 156250 kW = 156250 s kJ

c. Kualitas Uap Keluar Turbin LP

Dari turbin HP Dari ke 3 HRSG pipa LP Turbin LP m_LP

(18)

Tugas Akhir Entropy (s) E n ta lp y ( h ) (S1,h1 ) s3' X2' s3 X2 Gambar 4.2 diagram h vs s

Karena turbin bersifat revesibel adiabatik, maka garis ekspansi

adalah isentropik, atau s1 = s3’.sehingga untuk mencari kualitas uap aktual

yang keluar dari turbin LP terlebih dahulu cari kualitas uap yang keluar

secara teoritis.

Diketahui :

Uap masuk pada tekanan 47,6 bar dan temperatur 471,33 oC dari

tabel panas lanjut dan interpolasi didapat enthalpy (h) sebesar 3370,2923

kg kJ

dan entropy (s) sebesar 6,9152097

C kg

kJ

. Uap keluar turbin LP pada

tekanan 0,11 bar. Dari tabel uap jenuh didapat:

Entalpy cair (hf3) = 199,7 kg kJ Enthalpy campuran (hfg) = 2388,4 kg kJ

(19)

Tugas Akhir Entropy cair (sf3’) = 0,6738 C kg kJ Entropy campuran (sfg3’) = 7,4439 C kg kJ S3’ = ( sf3 + X3 · sfg3 ) 6,9152097 C kg kJ = ( 0,6738 + X3 · 7,4439 ) C kg kJ (7,4439 · X3 ) C kg kJ = ( 6,9152097 – 0,6738) C kg kJ X3’ = 0,8384 h3’ = ( hf3 + X3’ · hfg3 ) = ( 199,7 kg kJ + ( 0,8384 · 2388,4 ) kg kJ ) = 2202,13456 kg kJ

Secara teoritis kualitas uap yang didapat sebesar 0,8384 dan

enthalpy ( h3’) didapat sebesar 2202,13456

kg kJ . hWTs = h1 – h3’ = 3370,2923 kg kJ – 2202,13456 kg kJ = 1168,15774 kg kJ

(20)

Tugas Akhir hWT = hWTs · ηT = 1168,15774 kg kJ · 0,8973 = 1048,18794 kg kJ h3 = h1 - hWT = 3370,2923 kg kJ - 1048,18794 kg kJ = 2322,10436 kg kJ h3 = ( hf3 + X3 · hfg3 ) 2322,10436 kg kJ = 199,7 kg kJ + (X3 · 2388,4 kg kJ ) X3 = C kg kJ C kg kJ 4 , 2388 7 , 199 8 , 2324 X3 = 0,8897

Jadi uap yang keluar turbin LP memiliki kualitas uap

sebesar 0,8897 dan enthalpy (h3) sebesar 2322,10436

kg kJ

.

d. Efisiensi Turbin

Kondisi uap masuk turbin uap tekanan tinggi :

(21)

Tugas Akhir

Dari tabel uap panas lanjut dan interpolasi didapat, enthalpy (h) sebesar

3370,2923

kg kJ

dan entropy (s) sebesar 6,9152097

K kg

kJ

. .

Dan jika uap berekspansi secara isentropis sampai tekanan 3,1 bar, maka

dari tabel uap jenuh didapat, enthalpy (h) sebesar 2726,1

kg kJ

.

Kemudian uap yang keluar dari turbin uap tekanan tinggi masuk ke

turbin uap tekanan rendah dan berekspansi secara isentropis sampai pada

tekanan 0,09 bar dengan kualitas uap secara teoritis sebesar 0,8384 dan h3’

sebesar 2202,13456

C kg

kJ

.

Effisiensi Turbin Uap adalah sebagai berikut :

η

Turbin_Uap = ) ( ) ( ) ( ) ( _ _ _ _ isentropis LP isentropis HP actual LP actual HP h m h m h m h m = ) ( ) ( _{_} _{_} _ isentropis LP isentropis HP Uap Turbin h m h m P = kg kJ s kg kg kJ s kg s kJ ) 13456 , 2202 1 , 2726 ( 6444 , 177 ) 1 , 2726 2923 , 3370 ( 819444 , 125 156250 = 0,8973 = 89,73 % e. Work ratio (Wr)

Sebelum mencari work ratio terlebih dahulu mencari daya pompa

(22)

Tugas Akhir

Daya pompa LP

Diketahui :

Tekanan air sebelum masuk pompa (P1) = 0,44 bar

Tekanan air sesudah keluar pompa (P2) = 11,2 bar

Dari tabel uap jenuh dan dan interpolasi pada ΔP = 10,76 bar di dapat volume spesifik (v) = 0,001131756

kg m3

.

Massa alir air yang keluar pompa LP sama dengan jumlah

massa alir air yang masuk ke dalam pipa LP pada ke 3 HRSG :

Massa alir pompa LP (mLP) = mLP 1 + mLP2 + mLP3

=(60,07 + 63,76 + 58,61) jam ton = 182,44 jam ton = 50,67778 s kg

Maka daya pompa adalah:

WPLP = v (P1 – P2) · mLP WPLP = 0,001131756 kg m3 · ( 0,44 – 11,2 ) bar · 50,67778 s kg WPLP = 0,001131756 kg m3 (10,76. 105 2 m N ) · 50,67778 s kg WPLP = 1,217769456 kg kJ · 50,67778 s kg WP = 61,71385258 kJ

(23)

Tugas Akhir

Daya pompa HP

Diketahui :

Tekanan air sebelum masuk pompa (P1) = 0,44 bar

Tekanan air sesudah keluar pompa (P2) = 88 bar

Dari tabel uap jenuh dan dan interpolasi pada ΔP = 87,56 bar di

dapat volume spesifik (v) = 0,001409604 kg m3

.

Massa alir air yang keluar pompa HP sama dengan jumlah

massa alir air yang masuk ke dalam pipa HP pada ke 3 HRSG :

Massa alir pompa HP (mHP) = mHP 1 + mHP2 + mHP3

= (163,74 + 175,26 + 166,49) jam ton = 505,49 jam ton = 140,4138889 s kg

Maka daya pompa adalah:

WPLP = v (P1 – P2) · mLP WPLP = 0,001409604 kg m3 · ( 0,44 – 88 ) bar · 140,4138889 s kg WPLP = 0,001409604 kg m3 (87,56. 105 ₂ m N ) · 140,413889 s kg WPLP = 12,34249262 kg kJ · 140,4138889 s kg WPLP = 133,057388 s kJ

(24)

Tugas Akhir

Jadi total daya pompa :

WPt = WPHP + WPLP = 61,71385258 s kJ + 1733,057388 s kJ = 1794,771241 s kJ

Jadi work ratio :

Wr = aktual turbin daya total pompa daya aktual turbin daya Wr = s kJ s kJ s kJ 156250 771241 , 1794 156250 Wr = 0,9885 f. Efisiensi PLTU

Sebelum menghitung efisiensi PLTU terlebih dahulu mencari QB. QB

adalah jumlah panas yang digunakan untuk merubah air menjadi uap yang

berasal dari ketiga (3) HRSG.

QB = QB 1.1 + QB1.2 + QB1.3 QB = (177034,3288 + 185635,6402 + 153010,0401) s kJ QB = 515680,0091 ηPLTU = B total pompa aktual turbin Q W W

(25)

Tugas Akhir ηPLTU = s kJ s kJ s kJ 0091 , 515680 771241 , 1794 156250 ηPLTU = s kJ s kJ 0091 , 515680 2288 , 154455 = 0,2995 ηPLTU = 0,2995 x 100 % = 29,95 %

dengan perhitungan yang sama, dari data operasi pada tanggal 7 april

2008, maka akan didapat hasil sebagai berikut :

NO Nama Satuan Nilai

1 Qoutput HRSG 1.1 kJ/s 172360,5949 2 Qoutput HRSG 1.2 kJ/s 180814,9053 3 Qoutput HRSG 1.3 kJ/s 146737,3229 4 Efisiensi HRSG 1.1 % 85,56 5 Efisiensi HRSG 1.2 % 85,33 6 Efisiensi HRSG 1.3 % 81,45 7 Produksi uap ton/jam 621,02

8 Efisiensi turbin % 88,74

9 Kualitas uap keluar turbin LP % 89,11

10 Work Ratio 0,9879

11 Panas yang diserap kJ/s 499912,8231

(26)

Tugas Akhir

dengan perhitungan yang sama dari data operasi pada tanggal 7 april 2008,

maka akan didapat hasil sebagai berikut :

NO Nama Satuan Nilai

1 Qoutput HRSG 1.1 kJ/s 162655,2649 2 Qoutput HRSG 1.2 kJ/s 175136,6968 3 Qoutput HRSG 1.3 kJ/s 138954,5244 4 Efisiensi HRSG 1.1 % 84,26 5 Efisiensi HRSG 1.2 % 84,09 6 Efisiensi HRSG 1.3 % 79,14

7 Produksi uap ton/jam 592,98

8 Efisiensi turbin % 84,93

9 Kualitas uap keluar turbin LP % 90,81

10 Work ratio 0,9870

11 Panas yang diserap (Qb) kJ/s 476746,4861

(27)

Tugas Akhir

4.2.4 Pembahasan

a. Pengaruh pembebanan terhadap efisiensi HRSG

74 76 78 80 82 84 86 88 150 MW 145 MW 132 MW Pem bebanan (MW) E fi s ie n s i (% ) HRSG 1.1 HRSG 1.2 HRSG 1.3

Gambar 4.3 Efisiensi dan pembebanan

Pada gambar 4.3 memperlihatkan pengaruh pembebanan terhadap efisiensi

dari masing masing HRSG. Dari gambar dilihat bahwa untuk HRSG 1.3 memiliki

efisiensi yang terendah dibandingkan dengan efisiensi HRSG 1.1.dan HRSG 1.2.

Ini disebabkan karena pada turbin gas 1.3 menggunakan bahan bakar HSD,

sedangkan pada turbin gas 1.1 dan turbin gas 1.2 menggunakan bahan bakar gas.

Bahan bakar gas lebih baik dari HSD karena bahan bakar gas dapat terbakar

secara sempurna, sedangkan bahan bakar HSD tidak dapat terbakar secara

sempurna sehingga kandungan yang tidak terbakar secara sempurna akan

(28)

Tugas Akhir

b. Pengaruh Produksi uap terhadap efisiensi

560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 150 145 132 Pem bebanan (MW) P ro d u k s i u a p ( to n /h )

Gambar 4.4 Produksi uap terhadap efisiensi turbin

Pada gambar 4.4 memperlihatkan pengaruh produksi uap terhadap

efisiensi turbin uap. Produksi uap yang dihasilkan HRSG akan semakin turun

karena panas yang diserap oleh HRSG dan aliran air yang mengalir masuk

kedalam HRSG berkurang. Penyebabnya adalah daya pembebanan PLTU yang

(29)

Tugas Akhir

c. Pengaruh Pembebanan terhadap Efisiensi PLTU

27.5 28 28.5 29 29.5 30 30.5 150 145 132 Pe m be banan (M W)

E

fi

si

en

si

P

L

T

U

(

%

)

Gambar 4.5 pembebanan (MW) terhadap Produksi uap (ton/h)

Pada gambar 4.5 memperlihatkan bahwa semakin tinggi beban turbin uap

maka semakin tinggi efisiensi PLTU, hal ini disebabkan karena naiknya tekanan

yang dihasilkan oleh HRSG. Dengan naiknya tekanan uap yang dihasilkan HRSG

maka entalpi uap masuk turbin uap meningkat sehingga output turbin uap juga

akan meningkat, dan akhirnya akan meningkatkan efisiensi PLTU .pada sistem