BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Tenaga Listrik - Perancangan Turbine Inlet Cooling Untuk Meningkatkan Efisiensi Pembangkit Listrik Tenaga Gas Dengan Menggunakan Refrigerasi Absorpsi

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik adalah sekumpulan pusat listrik dan gardu induk (pusat

beban) yang satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi sehingga merupakan

sebuah kesatuan interkoneksi.

Gambar 2.1 Sistem Kelistrikan [16]

Di dalam suatu sistem tenaga listrik terdapat beberapa komponen utama yaitu

sebagai berikut :

2.1.1 Pusat Pembangkit Listrik

Tempat dimana energi listrik pertama kali dibangkitkan dari berbagai macam

tenaga, bagian utama dari pembangkit listrik ini adalah generator, yakni mesin

berputar yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dengan menggunakan

menggunakan berbagai sumber energi yang sangat bemanfaat dalam suatu

pembangkit listrik. Berdasarkan uraian diatas, di dalam prakteknya terdapat

jenis-jenis pusat listrik sebagai berikut:

a. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA): pusat pembangkit listrik ini

menggunakan tenaga air sebagai sumber energi primer.

b. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD): pusat pembangkit listrik ini

menggunakan bahan bakar minyaksebagai sumber energi primer.

c. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU): pusat pembangkit listrik ini

menggunakan bahan bakar batubara, minyak atau gas sebagai sumber energi

primer.

d. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) :pusat pembangkit listrik ini

menggunakan bahan bakar gas atau minyak sebagai sumber energi primer.

e. Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) :pusat pembangkit listrik ini

kombinasi PLTG dan PLTU. Gas buang dari PLTG dimanfaatkan untuk

menghasilkan uap dalam ketel uap untuk tenaga penggerak.

f. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) : PLTN merupakan PLTU yang

menggunakan uranium sebagai bahan bakar yang menjadi sumber energi

primernya. Uranium menjalani proses fission ( fisi ) di dalam reaktor nuklir

yang menghasilkan energi panas yang digunakan untuk menghasilkan uap

dalam ketel uap. Uap ini selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin uap

penggerak generator.

2.1.2 Transmisi Tenaga Listrik

Merupakan proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga

listrik (power plant) hingga Saluran distribusi listrik (substation distribution)

2.1.3 Sistem Distribusi

Merupakan subsistem tersendiri yang terdiri dari :pusat pengatur (Distribution

Control Center), saluran tegangan menengah (6kV dan 20kV, yang juga biasa disebut

tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara atau kabel tanah, gardu

distribusi tegangan menengah yang terdiri dari panel-panel pengatur tegangan

menengah dan trafo sampai dengan panel-panel distribusi tegangan rendah (380V,

220V) yang menghasilkan tegangan kerja atau tegangan jala-jala untuk industri dan

konsumen.

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi

listrik yang menggunakan peralatan atau mesin turbin gas sebagai penggerak

generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana

dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah

menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi

lainnya sesuai dengan kebutuhannya.

Gambar 2.2 Sistem PLTG [17]

Energi untuk memutar turbin gas diperoleh dari gas hasil pembakaran yang

memiliki temperature sekitar 1100°C dan tekanan sekitar 14 bar absolut. Gas panas

berekspansi di dalam turbin gas sehingga mencapai tekanan disisi exchaust sebesar

dan enthalpy gas panas akan berubah menjadi energi mekanik pada rotor turbin.

Semakin tinggi temperatur gas masuk turbin akan semakin tinggi juga energi mekanis

yang dihasilkannya, akan tetapi temperatur gas perlu dibatasi mengingat keterbatasan

kemampuan material untuk bekerja pada temperatur tinggi. Sebagian energi mekanik

(± 20%) yang dihasilkan oleh turbin akan diberikan kepada kompresor aksial (untuk

memutar kompresor). Energi yang diberikan ke kompresor ini akan dikembalikan ke

turbin dalam bentuk udara bertekanan, akan tetapi jumlahnya berkurang karena

adanya losses. Sebagian besar energi mekanik yang dihasilkan oleh turbin diberikan

kepada generator untuk membangkitkan energi listrik. Kerugian energi yang paling

besar terjadi akibat terbawanya energi panas oleh gas buang kecerobong karena

temperatur gas masih cukup tinggi. Oleh karenanya banyak PLTG yang

dikombinasikan dengan PLTU menjadi PLTGU untuk memanfaatkan energi panas

yang terbuang dari cerobong PLTG.

2.2.1 Prinsip Kerja PLTG

Turbin gas suatu PLTG berfungsi untuk mengubah energi yang terkandung

didalambahan bakar menjadi energi mekanis. Fluida kerja untuk memutar turbin gas

adalah gaspanas yang diperoleh dari proses pembakaran. Proses pembakaran

memerlukan tiga unsur utama yaitu : bahan bakar, udara, danpanas. Dalam proses

pembakaran ini bahan bakar diperoleh dari pompa bahan bakar (Fuel Oli Pump)

apabila digunakan bahan bakar minyak atau bisa diperoleh dari kompresor gas

apabila menggunakan bahan bakar gas alam.

Udara untuk pembakaran diperoleh dari kompresor utama, sedangkan panas

untuk awal pembakaran dihasilkan oleh busi. Proses pembakarannya dilaksanakan di

dalam combustion chamber (Ruang Pembakaran). Energi mekanis yang dihasilkan

oleh turbin gas digunakan untuk memutar generator listrik, sehingga diperoleh energi

listrik. Tentu untuk dapat berjalannya operasi PLTG dengan baik perlu dilengkapi

Gambar 2.3 Komponen Listrik Tenaga Gas [11]

Siklus Kerja Turbin Gas

Siklus ideal untuk kerja turbin gas adalah siklus brayton. Siklus turbin gas

disebut juga siklus tekanan tetap dan merupakan penerapan siklus brayton yang

terdiri dari :

1 –2 : Udara masuk dan ditekan dalam kompresor menghasilkanudara bertekanan (langkah kompresi).

2 - 3: Udara dari kompresor dan bahan bakar bereaksi didalam ruang pembakaran menghasilkan gas panas (langkah pembakaran atau heat input).

3 –4 : Gas panas hasil pembakaran masuk dan berekspansi dalam turbin (langkah ekspansi).

4 :Gas bekas dari turbin dibuang ke udara luar (langkah pembuangan atau exhaust)

2.2.2 Komponen PLTG

Komponen PLTG diantaranya adalah inlet filter dan inlet silence, kompresor

aksial, combustion chamber, turbin gas, exhaust silencer, load gear, generator,

exciter, starting device, alat bantu, kontrol, instrumentasi dan pengaman, peralatan

listrik, dan lain-lain.

Gambar 2.5 Komponen Utama Gas Turbin [7] Keterangan gambar:

1. Generator

2. Oil Reservoir with Mountings 3. Intake Structure

4. Compressor

5. Combustion Chamber 6. Turbine

Gambar 2.6 Turbin Gas Tipe V 94.2 Siemens [7] 2.2.2.1 Generator

Generator berfungsi merubah energi mekanik (putaran turbin) menjadi energi

listrik seperti konsep gaya gerak listrik, yang mana didalam medan magnet yang

diberi kumparan, jika ada gerakan didalam fluks magnet akan memunculkan arus

listrik dirancang untuk berperan sebagai motor diesel agar dapat menghidupkan gas

turbin.

Gambar 2.7 Generator [7] 2.2.2.2 Air Inlet Section

Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara

sebelum masuk ke kompresor. Aliran udara yang dibutuhkan di combustion chamber

masuknya pasir dan debu melalui filter yang di susun pada filter house. Sistem air

intake terdiri dari : weatherhood, bird screen, dan moisture separator / Filter

Fungsi inlet filter adalah untuk menyaring udara yang akan masuk ke dalam

kompresor utama (Kompresor Aksial) untuk proses pembakaran. Kotoran tidak boleh

terbawa ke dalam kompresor maupun turbin gas karena dapat mengakibatkan

pengotoran dan erosi pada komponen yang dilaluinya yang pada akhirnya dapat

mengurangi umur pakai (life time) serta menurunkan efisiensi. Pengotoran filter yang

berakibat turunnya tekanan udara disisi masuk kompresor mengakibatkan juga

turunnya tekanan dan besar aliran udara disisi keluar kompresor sehingga output

maksimum turbin gas menurun.

2.2.2.3 Compressor Section

Komponen utama bagian ini adalah aksial flow compressor, fungsi kompresor

aksial adalah untuk memasok udara bertekanan ke dalam ruang bakar yang sesuai

dengan kebutuhan. Alat ini berfungsi untuk memampatkan udara yang akan

digunakan sebagai fluida kerja hingga mencapai tekanan 10 bar dan temperatur 300

Kelvin. Kapasitas kompresor harus cukup besar karena pasokan udara lebih untuk

turbin gas dapat mencapai 350%, udara lebih ini digunakan untuk pendingin dan

menurunkan suhu gas hasil pembakaran.

Komponen – Komponen yang Mendukung Compressor :

a. Casing.

Casing merupakan pembungkus kompresor, dibuat dari baja cor carbon rendah.

Untuk memudahkan pembuatan, pemasangan serta pembongkarannya, casing

kompresor terdiri dari beberapa segmen pada bidang bagi horisontal maupun

vertikal.Pada bidang horisontal terdiri atas upper casing (casing atas) dan lower

casing (casing bawah), sedangkan pada bidang vertikal casing tersebut dapat terbagi

dalam tiga segmen. Inlet Casing terbuat dari plat baja dibentuk sedemikian rupa

sehingga aliran udara masuk ke dalam kompresor dengan halus tanpa terjadinya

b. Compressor Stationary Blade Assembly

Alat ini berfungsi untuk melindungi stationary blade rings, menjaga agar

stationary blade tetap pada posisinya dan mentransmisikan gaya reaksi dan tekanan

yang terjadi akibat aliran udara ke casing terluar (outler casing)

Gambar 2.8 Compressor Stationary Blade Assembly [7] Keterangan :

1. Center Casing 6. Seal Plug

2. Compressor Bearing Housing 7. Hydraulic Cylinder 3. Stationary Blade Carrier II 8. Eccentric Bolt 4. Stationary Blade Carrier III 9. Eccentric Bolt I5. Round Bar Steel A. Air Bleed

c. Rotor

Alat ini berfungsi untuk merubah tenaga putaran (torque) menjadi energi

kinetik.

Gambar 2.9 Rotor Kompressor [7] Keterangan :

1. Front Hollow Shaft 5. Turbine Wheel 2. Balancing Planes 6. Rear Hollow Shaft 3. Compressor Wheel 7. Tie Rod

d. Compressor Outlet Diffuser

Alat ini berfungsi untuk merubah energi kinetik yang dihasilkan dari

pemampatan aliran udara menjadi tekanan statis dengan kemungkinan effisiensi

tertinggi.

Gambar 2.10 Compressor Outlet Difusser [7] Keterangan :

1. Compressor Stationary Blade Carrier III 2. Compressor Stationary Blade Ring 3. Outer Shell

4. Flow Baffle

e. Compressor Rotor Blades

Alat ini berfungsi untuk merubah energi mekanis menjadi energi kinetik dan

energi potensial, dan jika dihubungkan dengan stator blades akan meningkatkan

tekanan udara.

Gambar 2.11 Compressor Rotor Blade [7] Keterangan :

1. Blade Root 3. Rotor Blade 5.Wheel

2. Airfoil 4. Caulked End

f. Compressor Stator Blades

Alat ini berfungsi untuk membelokkan aliran udara yang melewati blade

passages dalam arah yang berlawanan menjadi searah dengan putaran rotor.

g. Compressor Shaft Glands

Pada compressor inlet, alat ini berfungsi untuk mencegah pipa saluran masuk

h. Compressor Bearing Housing

Alat ini berfungsi untuk melindungi rotor dan berfungsi juga sebagai pondasi

untuk compressor/turbin

Gambar 2.12 Combined Journal Bearing [7]

2.2.2.3 Combustion Chamber

Pada setiap gas turbin, energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar harus

terlebih dahulu diubah menjadi energi panas. Kemudian panas yang dihasilkan dari

perubahan energi kimia tersebut di konversikan menjadi energi mekanik pada turbin.

Energi mekanik yang dihasilkan turbin digunakan untuk menggerakkan kompresor

dan generator untuk menghasilkan energi listrik. Proses perubahan energi kimia yang

tersimpan dalam bahan bakar menjadi energi panas berlangsung di ruang

pembakaran yang disebut dengan combustion chamber. Dua buah combustion

chamber terletak pada posisi vertikal yang berada di kedua sisi turbin dan

disambungkan ke lateral flanges pada casing turbin. Desain ini memungkinkan udara

bertekanan yang berasal dari kompressor terkumpul ke combustion chambers lalu ke

turbin. Udara bertekanan dari kompressor mengalir melalui rongga udara panas yang

terdapat diantara pressure jacket dan inner cassing .Udara panas tersebut menjadi

Combustion chamber mempunyai enam unit burner yang terpisah satu sama

lain dan dapat dioperasikan dengan menggunakan bahan bakar gas, HSD maupun

dengan keduanya. Konsumsi bahan bakar untuk bahan bakar gas pada kondisi beban

rendah yaitu 9,16 kg/s sedangkan pada beban puncak yaitu 9,56 kg/s. Dan konsumsi

bahan bakar untuk bahan bakar HSD pada kondisi beban rendah yaitu 9,63 kg/s

sedangkan pada kondisi beban puncak sebesar 10,05 kg/s. Data teknis dari komponen

combustion chamber dengan seluruh komponennya didapat berat keseluruhan yaitu

23.608 kg. Panas yang dihasilkan pada proses pembakaran di combustion chamber

berkisar 1100ºC.

Keterangan :

B. Annular Space for Compressor Air

C. Variable Air Openings

D. Annular Space for Primary Air E. Annular Space for Primary Air a. Fuel Oil Supply Flow/Cooling Air Supply

b. Fuel Oil Return Flow c. Hot Gas Inlet for Diffusion

Komponen – Komponen yang Mendukung Combustion Chamber a. Pressure Jacket

Pressure jacket terletak pada bagian terluar dari combustion chamber. Pressure

jacket memiliki ketahanan terhadap tekanan dalam dan menjadi penentu dari letak

komponen - komponen dibagian dalam.Udara bertekanan yang berasal dari

kompressor di alirkan melalui rongga antara pressure jacket dan inner casing. Udara

Gambar 2.14 Pressure Jacket[7]

Keterangan :

1. Nozzle 13. Nozzle

2. Dome 14. Nozzle for lights receivers 3. Lifting Eye 15. Centering Piece

4. Protective Liner 16. Bolt 5. Flanged Pipe 17. Guide Pin 6. Support Leg

7. Flange A.Penetration For Burner Assembly 8. Flange B. Manhole

9. Hex Nut C. Air Inlet 10. Bolt

11. Stud

b. Internal Parts

Internals parts dari combustion chamber berfungsi mengisolasi ruangan dimana

gas pembakaran dihasilkan, dicampur dan diteruskan ke inlet turbine. Permukaan

dalam dari ruang bakar dilapisi oleh lapisan keramik/batu tahan api.

Gambar 2.15 Internal Parts [7]

Keterangan :

1. Outer Top Plate A. Hot Gas Outlet

2. Inner Top Plate B.Openinng Of Burner Assembly

3. Insert C. Manhole

4. Frame Work D. Variable Secondary Opening 5. Flame Tube Top Plate

6. Flame Tube 7. Rib

9. Tile

10. Sealing Plate 11. Ring

12. Guide Piece 13. Mixing Chamber 14. Trunions

15. Brick Holder 16. Adjusting Ring 17. Brick Holder 18. Trunions

c. Burner Assembly

Burner assembly digunakan untuk mendistribusikan bahan bakar dengan takaran

yang tepat sehingga memudahkan pencampuran dengan udara bertekanan sehingga

pembakaran yang dihasilkan sempurna. Burner assembly dapat dioperasikan dengan

menggunakan dua jenis bahan bakar yaitu bahan bakar gas dan HSD maupun

Gambar 2.16 Burner Assembly For Liquid And Gaseous Fuels [7] a. fuel oil return flow b. fuel oil supply

c. ignition gas inlet

d. gas outlet from the igniter

e. gas outlet from the fuel gas burner f. air inlet into the diagonal swirler g. air inlet into the axial swirler h. gas inlet into the fuel gas burner A.ring zone for fuel gas

d. Air Mixing Adjustment

Air mixing adjustment berfungsi mengontrol campuran udara yang memasuki

ruang bakar/combustion chamber sebagai udara primer.

Gambar 2.17 Air Mixing Adjustment [7] Ketearangan

1. Adjusting Ring 2. Lever

3. Gearbox

e. Manhole With Inspecting Tube

Manhole berfungsi agar operator dalam melakukan inspeksi dapat melihat bagian

dalam dari ruang bakar dan bagian atas dari turbin. Lubang untuk inspeksi pada

manhole cover memungkinkan proses pembakaran dapat diamati.

Gambar 2.18 Manhole With Inspecting Tube [7]

Keterangan

1. Mixing Chamber 8. Inspecting Tube 2. Pressure Jacket 9. Packing

3. Manhole Cover 10. Packing

4. Bolt 11. Quartz Lens I

5. Support Arm 12. Quartz Lens Ii 6. Funnel

2.2.2.4 Turbine

Fungsi dari turbin adalah mengubah energi dari gas yang dibangkitkan dari

ruang bakar menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin

Komponen – komponen yang mendukung Turbin :

a. Rotor

Alat ini berfungsi untuk merubah energi kinetik menjadi tenaga putaran (torque).

Gambar 2.19 Turbine Rotor [7] Keterangan :

1. Front hollow shaft 2. Balancing planes 3. Compressor wheel 4. Central hollow shaft 5. Turbine wheel 6. Rear hollow shaft 7. Tie rod

b. Turbine Stationary Blade Assembly

Alat ini berfungsi untuk mengatur/menjaga agar stationary blade tetap pada

posisinya dan meneruskan atau mentransmisikan gaya reaksi dan tekanan yang

dihasilkan akibat aliran udara ke casing terluar (outler casing).

a. Turbine Rotor Blade

Alat ini berfungsi untuk merubah energi thermal dari uap panas menjadi energi

mekanis.

Gambar 2.21 Turbine Rotor Blade [7] Keterangan :

1. Cooling air inlet, 1st stage rotor blade 2. Trailing edge holes, 1st stage rotor blade 3. Air foil

4. Blade platform 5. Blade root

b. Turbine Stator Blades

Bersama dengan rotor blades turbine, stator blades merubah energi yang

dihasilkan dari fluida kerja menjadi energi mekanis.

Gambar 2.22 Turbine Stator Blade [7] KeteranganGambar :

1. Outer shroud 2. Airfoil 3. Inner shroud 4. Holes 5. Paritition

c. Turbine Shaft Glands

Alat ini berfungsi untuk meminimalisasi kehilangan jarak dan mencegah uap

panas keluar melewati ruangan antara stationary blade assembly dan rotor.

d. Turbine Bearing Housing

e. Exhaust Gas Diffuser

Alat ini berfungsi sebagai saluran gas buang dari turbin menuju cerobong asap

(stack).

Gambar 2.23 Exhaust Gas Diffuser [7] Keterangan:

1. Bellows expansion joint 2. Blow off pipe

connection

3. Conical shell course

4. Bellows expansion joint 5. Blow off pipe

2.3Refrigerasi

2.3.1Sejarah Refrigerasi

Sejarah awal refrigerasi dahulu sangat lekat dengan upaya manusia untuk

mengawetkan makanannya, setidaknya sampai ditemukannya refrigerasi mekanik

yang kemudian membawa refrigerasi dari satu topik isu ke topik isu lainnya. Di masa

lalu (diantaranya) manusia menyimpan makanannya di dalam gua atau batu-batu

yang dindingnya dingin secara alami. Dalam koleksi puisi China kuno, Shi Ching,

terdapat catatan penggunaan gudang es bawah tanah pada tahun 1000 SM.

Orang-orang Yunani dan Romawi dulu telah membuat gudang salju bawah tanah, di mana

mereka menyimpan salju yang telah dipadatkan danmenginsulasinya dengan rumput,

tanah, dan pupuk kotoran hewan. Pada tahun 1823, Cagniar De La Tour (seorang

berkebangsaan Prancis) melakukan penelitian tentang tingkat keadaan kritis dari gas

eter. Setahun kemudian, Humphrey Davy dan asistennya M. Faraday (dari Inggris)

berhasil menemukan cara mencairkan gas ammonia, mereka adalah orang yang

pertama kali menemukan hal itu. Kemudian pada tahun 1824, prinsip dasar siklus

refrigerasi dikembangkan oleh N.L.S.Carnot yang mempublikasikan tentang teori

termodinamikanya. Beberapa tahun kemudian, yaitu pada tahun 1897 Joseph Mc.

Creaty membuat dan memantapkan instalasi alat pendingin. Pada waktu itu, instalasi

tersebut diberi nama mesin pencuci udara (air washer), yaitu suatu sistem pendingin

yang mempergunakan percikan air. Sedangkan Dr. Willis Haviland Carrier (USA,

1906), merupakan orang pertama yang berhasil membuat alat temperatur dan

kelembaban udara. Dia berhasil menyagarkan udara dari sebuah percatakan dengan

menggunakan sistem pencuci udara dengan cara mendinginkan dan menjenuhkan

udara sampai mencapai mencapai titik embunnya. Teori termodinamika yang

dihasilkan olehnya itu dikemukakan pada pertemuan The American Society of

2.3.2Sistem Refrigerasi

Sistem Refrigerasi adalah suatu proses penarikan atau pemindahan panas dari

suatu benda atau ruangan sehingga temperatur benda atau ruangan tersebut lebih

rendah dari temperatur lingkungannya, sistem ini akan selalu berhubungan dengan

proses aliran dan perpindahan panas.

Gambar 2.24 Proses Pemindahan Panas [26]

Secara prinsip sistem ini merupakan kebalikan dari siklus mesin kalor (heat

engine) dan jika dilihat dari tujuannya maka alat dengan siklus refrigerasi dibagi

menjadi dua yaitu refrigerator yang berfungsi untuk mendinginkan media dan heat

pump yang berfungsi untuk memanaskan media.

Sistem refrigerasi jika dibagi menurut metode pendinginannya adalah:

a) Refrigerasi Mekanik

Refrigerasi yang dalam proses sistem pendinginannya menggunakan sumber utama

tenaga mesin penggerak atau alat mekanik lainnya

Contoh: Refrigerasi Kompresi Uap, Siklus Udara, Kriogenik dan Siklus Sterling

b) Refrigerasi Non Mekanik

Refrigerasi yang dalam proses sistem pendinginannya tidak menggunakan mesin

penggerak sebagai sumber utama tenaganya.

Contoh : Refrigerasi Absorpsi, Thermoelektrik, Thermoakustik, steam jet, heat pipe

2.4Refrigerasi Absorpsi

Sistem refrigerasi yang palingsering ditemukan adalah yang menggunakan

kompresor atau lebih dikenal dengan refrigerasi kompresi uap, metode-metode

refrigerasi lain menjadi jarang dikenal. Diantara banyak tipe yang kurang dikenal,

mungkin sekali ada yang praktis dan layak dipakai, sekaligu sekonomis, salah

satunya adalah sistem refrigerasi absorpsi yang dikembangkan oleh Ferdinand Carré

dari Perancis, yang kemudian mendapat paten di Amerika Serikat pada tahun 1860.

Sejarah mesin pendingin absorbsi dimulai pada abad ke-19 mendahului jenis

kompresi uap dan telah mengalami masa kejayaannya sendiri. Siklus pendinginan

absorbsi mirip dengan siklus pendinginan kompresi uap. Perbedaan utama kedua

siklus tersebut adalah gaya yang menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan antara

tekanan penguapan dan tekanan kondensasi serta cara perpindahan uap dari wilayah

bertekanan rendah ke wilayah bertekanan tinggi. Jika siklus refrigerasi menggunakan

satu jenis fluida kerja sebagai refrigeran, maka pada siklus absorpsi menggunakan

larutanyang terdiri dari dua zat, masing masing disebut pelarut dan terlarut. Zat yang

umum di pakai sebagai pelarut adalah air (H2O) dan zat terlarut biasanya Amonia

atau Garam Bromida LiBr (Lithium Bromide). Sistem absorpsi hampir sama dalam

beberapa hal dengan sistem kompresi uap. Sistem kompresi uap menggunakan

kompressor untuk keperluan tersebut dengan menggunakan energi listrik, jika sistem

absorpsi menggunakan absorber, generator, katup throttle dan pompa untuk fungsi

yang sama seperti kompressor, tetapi energi yang digunakan adalah energi panas.

2.4.1Prinsip Kerja Refrigerasi Absorpsi

Prinsip kerja dari sistem refrigerasi absorpsi pada dasarnya sama seperti sistem

kompresi uap, tetapi untuk menggantikan fungsi kompresor (yang memerlukan energi

terbesardalam kompenen sistem refrigerasi kompresi uap) seperti yang digunakan di

dalam sikluskompresi uap, digunakan tiga komponen di dalam siklus absorpsi; yakni

refrigerasi konvensional, energi mekanik yang diperlukan oleh refrigerasi absorpsi

sangat kecil. Diagram refrigerasi absorpsi efek tunggal dapat dilihat pada berikut ini:

Gambar 2.25 Siklus Refrigerasi Absorpsi [18]

Pada Gambar 2.26 seperti halnya siklus refrigerasi kompresi uap, efek

pendinginan pada siklus absorpsi juga terjadi pada sisi evaporator. Untuk

menggantikan kompresor seperti yang digunakan di dalam siklus kompresi uap,

digunakan tiga komponen di dalam siklus absorpsi; yakni absorber, pompa, dan

generator. Absorber berfungsi untuk menyerap uap refrigeran ke dalam absorben,

sehingga keduanya bercampur menjadi larutan. Karena reaksi di dalam absorber

adalah eksotermik (mengeluarkan panas), maka perlu dilakukan proses pembuangan

panas dari absorber. Tanpa dilakukannya proses pembuangan panas, kelarutan

(solubility) uap refrigeran ke dalam absorben akan rendah. Selanjutnya, larutan

tersebut dipompa ke generator. Dalam perjalanan menuju generator, larutan

dilewatkan di dalam penukar kalor untuk meningkatkan temperatur (preheating).

Daya pompa yang diperlukan sangat kecil, sehingga dalam perhitungan COP siklus

absorpsi, daya ini biasanya diabaikan. Di dalam generator, larutan dipanaskan hingga

memasuki kondensor. Proses selanjutnya tidak berbeda dengan siklus kompresi uap,

yakni kondensasi, penuruan tekanan (melalui mekanisme penghambat aliran - flow

restrictor), dan evaporasi.

2.4.2Keuntungan Refrigerasi Absorpsi

Hanya refrigeran dan absorben yang bergerak, sehingga operasi siklus tenang

dan tahan lama. Motor pompa, mesin, atau turbin yang digunakan lebih kecil

dibanding yang digunakan pada sistem kompresi untuk kapasitas yang sama. Tidak

dibutuhkan daya listrik yang besar meskipun biasanya pompa yang digunakan

digerakkan oleh motor. Unit refrigerasi absorpsi dapat dioperasikan pada tekanan dan

temperatur evaporator yang lebih kecil, dengan penurunan yang kecil dan pada sistem

kompresi, penurunan tekanan evaporator mengakibatkan penurunan kapasitas sistem

secara signifikan. Pada beban refrigerasi yang lebih kecil, unit absorspi memiliki

efisiensi yang sama besarnya dengan kapasitas penuh. Pengendalian variasi beban

dilakukan dengan pengaturan jumlah refrigeran dan absorben yang disirkulasikan di

dalam system, jika refrigeran tidak sepenuhnya diuapkan di evaporator, tidak terjadi

efek yang buruk selain membuat sistem sedikit tidak stabil secara temporer. Namun,

pada sistem kompresor, hal itu dapat membahayakan kompresor dan membutuhkan

pengukuran preventif yang mendalam; Unit absorpsi dapat dibuat dengan kapasitas

lebih besar dari 1000 ton— nilai kapasitas terbesar dari unit kompresor. Dengan

pengecualian untuk aplikasi rumah tangga, secara umum sistem absorpsi butuh ruang

lebih besar. Namun, unit dapat diletakkan di luar ruangan dan disusun vertikal

2.5Hubungan Temperatur Udara Lingkungan dengan Gas Turbin 2.5.1 Energi Yang Terjadi Pada Gas Turbin

Hukum Kekekalan Energi

Hukum kekekalan energi (Hukum Termodinamika 1) menyatakan bahwa energi tidak

dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk energi

yang satu ke berntuk energi yang lain.

Proses Perubahan Energi.

Proses perubahan energi dari energi yang dikandung oleh bahan bakar, seperti High

Speed Diesel (HSD), Marine Fuel Oil (MFO) maupun gas pada PLTG menjadi energi

listrik mengalami beberapa proses. Bahan bakar yang merupakan bentuk dari energi

kimia dirubahkan dalam ruang bakar menjadi energi panas. Energi panas tersebut

diterima oleh udara sehingga udara + bahan bakar tersebut berubah wujud menjadi

gas. Gas yang mempunyai energi panas selanjutnya mendorong sudu-sudu turbin

sehingga menjadi energi kinetik. Sudu-sudu turbin memutar poros turbin memutar

poros turbin poros generator. Putar poros generator (rotor) mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik.

Gambar 2.26 Proses Konversi Energi pada PLTG [12]

Menurut Hukum Gas Charles (Charles Law), tentang gas menyatakan bahwa

kerapatan udara akan berbandinglurus dengan tekanan pada temperatur konstan dan

Dimana,

ρ = Kerapatan udara (kg/m3) P = Tekanan udara statis (hpa)

T =Temperatur absolute 287 (J/Kmol) R= Konstanta Gas (J/K mol).

Tekanan statis (Static Pressure) adalah tekanan udara di sekeliling kita, dalam udara

terbuka dan dalam kondisi diam. Tekanan statis ini akan bekerja kesegala arah

dengan besar yang sama.

Dari Hukum Gas Charles diatas, bisa kita simpulkan pada tekanan udara statis

dan konstanta gas tetap, jika temperatur udara mengalami penurunan maka kerapatan

udara akan meningkat. Jika kerapatan udara semakin tinggi, maka energi kinetik yang

terjadi pada kompressor akan semakin besar dan kerja turbin untuk memutar

kompressor akan berkurang. Pengurangan kini berdampak langsung pada kenaikan

kerja turbin untuk memutar generator dan hal ini langsung mempengaruhi daya

output yang dihasilkan. Berikut grafik efek temperatur lingkungan dengan kondisi

ISO terhadap gas turbin:

2.6Siklus Thermodinamika Gas Turbin

Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga

saat inisiklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau

manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri

dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada

tekanan konstan.

Gambar 2.28 Sistem Gas Turbin [1]

Jika kita asumsikan efisiensi kompresor

η

c dan efisiensi turbin

η

t pada siklus

Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut:

Gambar 2.30 Diagram TS Turbin Gas Sederhana [1] Untuk rasio kompresi:

r

p = ...(1)

dimana P1 = inlet kompresor

P2 = outlet kompresor.

Untuk isentropic efficiency kompresor dan turbin dibesaran 85 dan 90% (Rahman et

al., 2011):

ɳ

c = ……….(2)

dimana T1 : temperatur in compressor

T2 : temperatur out compressor

T2s: temperatur isentropic compressor output

……….(3)

……….(4)

Dimana

γ

a : 1.4 dan

γ

g : 1.33

Untuk kerja kompressor (Wc) dimana faktor pendinginan pada blade tidak dihitung:

….(5)

Dimana Cpa adalah panas spesifik dari udara yang didapatkan dari persamaan (6) dan

η

m adalah efisiensi mekanik kompresor dan turbin (Rahman et al., 2011).

= 1.0189x103–0.13784 +1.9843x10-4 2+4.2399x10-7 3–3.7632x10-10 4..(6)

dimana

in Kelvin

Untuk panas spesifik pada gas buang (Cpg) (Naradasu et al 2007)

= 1.8083-2.3127x10-3T+4.045x10-6T2-1.7363x10-9T3…(7)

Untuk kesetimbangan energi di combustion chamber adalah:

ṁ +ṁ xLHV+ṁ =(ṁ ṁ ) xTIT...(8)

Dimana

ṁ = laju aliran masa udara (Kg/s) LHV = low heating value

T3 = TIT = Turbine Inlet Temperature Cpf = Panas spesifik bahan bakar Tf = Temperatur bahan bakar

Setelah menggunakan persamaan 8, nilai rasio bahan bakar bisa didapatkan dengan:

f =ṁ

ṁ

=

…(9)

Temperatur exhaust gas turbin didapatkan dari persamaan:

...(10)

Kerja shaft turbin (Wt) didapatkan dari persamaan:

..(11)

Untuk kerja besih turbin (Wnet) didapatkan dari persamaan:

= - !…(12)

Untuk power output gas turbin:

P = ṁ - …(13)

Untuk menentukan Spesific Fuel Consumtion (SFC) didapat dari persamaan:

SFC ="#$$

%&'(

Panas yang terjadi:

..(15)

Untuk efisiensi gas turbin(Ibrahim et al., 2010):

ɳth =

%&'(

) _**…(16)

Heat Rate adalah panas yang dikonsumsi untuk menghasilkan energi listrik dapat

dihitung dengan (Saravanamuttoo et al., 2009):

HR ="#$$

ɳth …(17)

Dari perhitungan secara termodinamika diatas, dapat terlihat pengaruh dari

turunnya nilai temperatur ambient (T1) terhadap kenaikan efisiensi gas turbin

a) Naiknya daya output turbin (MW)

b) Penurunan Heat Rate yang berdampak pada penurunan nilai SFC yang

berdampak langsung kepada penurunan konsumsi bahan bakar (Kg/s)

c) Penurunan nilai emisi gas buang Cox dan CO2

d) Meminimalisir pengaruh lingkungan terhadap performance turbin

e) Menurunkan temperatur exhaust turbin

2.7 Emisi Gas Buang

Pencemaran udara atau emisi gas buang disebabkan oleh sumber bergerak dan

sumber tidak bergerak yang meliputi sektor transportasi, industri, dan domestik.

Faktor lainnya yang secara tidak langsung berpengaruh terhadap terjadinya

pencemaran udara adalah pertumbuhan penduduk, laju urbanisasi. yang tinggi,

masyarakat mengenai pencemaran udara. Pencemaran udara merupakan salah satu

permasalahan lingkungan yang serius di Indonesia saat ini, sejalan dengan semakin

meningkatnya jumlah kendaraan bermotor dan peningkatan ekonomi transportasi.

Pencemaran udara adalah masuknya atau tercampurnya unsur-unsur berbahaya ke

dalam atmosfir yang dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan lingkungan sehingga

menurunkan kualitas lingkungan. Dengan demikian akan terjadi gangguan pada

kesehatan manusia. Terdapat dua jenis sumber pencemaran udara, yang pertama

adalah pencemaran akibat sumber alamiah (natural sources) seperti letusan gunung

berapi dan yang kedua berasal dari kegiatan manusia (anthropogenic sources) seperti

yang berasal dari transportasi, emisi pabrik, dan lain-lain.

Menurut Harssema dalam Mulia (2005), pencemaran udara diawali olehadanya

emisi.Emisi merupakan jumlah polutan atau pencemar yang dikeluarkan

keudaradalam satuan waktu. Emisi dapat disebabkan oleh proses alam

maupunkegiatan manusia.

Ada beberapa jenis pencemaran udara, yaitu (Sunu, 2001):

1. Berdasarkan bentuk

a. Gas, adalah uap yang dihasilkan dari zat padat atau zat cair

karenadipanaskan atau menguap sendiri. Contohnya: CO2, CO, SOx,

NOx.

b. Partikel, adalah suatu bentuk pencemaran udara yang berasal dari

zarah-zarahkecil yang terdispersi ke udara, baik berupa padatan, cairan,

maupunpadatan dan cairan secara bersama-sama. Contohnya: debu, asap,

kabut danlain-lain.

2. Berdasarkan gangguan atau efeknya terhadap kesehatan

a. Irritansia, adalah zat pencemar yang dapat menimbulkan iritasi

jaringantubuh, seperti SO2, Ozon, dan Nitrogen Oksida.

b. Aspeksia, adalah keadaan dimana darah kekurangan oksigen dan

tidakmampu melepas Karbon Dioksida. Gas penyebab tersebut seperti

c. Anestesia, adalah zat yang mempunyai efek membius dan

biasanyamerupakan pencemaran udara dalam ruang. Contohnya;

Formaldehide danAlkohol.

d. Toksis, adalah zat pencemar yang menyebabkan keracunan.

Zatpenyebabnya seperti Timbal, Cadmium, Fluor, dan Insektisida.

Karena sistem penurunan temperatur udara masuk kompresor berbanding lurus

dengan konsumsi bahan bakar, maka berdampak juga pada emisi gas buang yang