ANALISA EFISIENSI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK KAPASITAS 800 kw DI PKS TANJUNG GARBUS PT PERKEBUNAN NUSANTARA II PAGAR MERBAU

Transkripsi

1 ANALISA EFISIENSI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK KAPASITAS 800 kw DI PKS TANJUNG GARBUS PT PERKEBUNAN NUSANTARA II PAGAR MERBAU LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK Oleh TEGUH WIBOWO NIM JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan berkat dan kuasa-nya sehingga laporan Tugas Akhir ini selesai tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul Analisa Efisiensi Pembangkit Tenaga Listrik Kapasitas 800 kw di PKS Tanjung Garbus PT Perkebunan Nusantara II Pagar Merbau. Laporan ini dimaksud sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Laporan Tugas akhir ini disusun berdasarkan hasil pengamatan dan pengambilan data langsung di PT Perkebunan Nusantara II PKS Pagar Merbau dan juga dari beberapa buku referensi. Dalam proses analisa ini, dibutuhkan beberapa data penunjang baik berupa data spesifikasi maupun data operasi. Tentunya rangkaian ucapan terima kasih penulis haturkan teristimewa untuk orang tua penulis, ibunda tercinta, Rostio Br. Sijabat dan tante tercinta, Faridawati Br. Sijabat yang tiada henti menyemangati secara moril dan materil kepada penulis sehingga Laporan Tugas Akhir ini bisa terselesaikan. Serta kepada inspirasi terbesar penulis, ayahanda luar biasa Alm. Relman Zakarias Sinabutar. Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan hambatan dan tantangan, namun berkat bantuan dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini tepat pada waktunya. Pada kesempatan ini pula penulis mengucapkan terima kasih : 1. M. Syahruddin, S.T.,M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Idham Kamil, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik 4. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan, saran dan ide kepada penulis dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. 5. Seluruh staff lapangan PT Perkebunan Nusantara II PKS Pagar Merbau atas bantuannya dalam pengambilan data Generator Sinkron di PTPN II. v

3 6. Seluruh dosen pengajar dan staff pegawai di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, penulis ucapkan terima kasih atas semua bimbingan, nasehat, serta didikan yang diberikan kepada penulis selama tiga tahun mengenyam pendidikan di Politeknik Negeri Medan. 7. Saudara/i kandung penulis Thomson Parulian S., Alwin Johanes S., dan Ayu Surya Maria S. yang telah banyak memberi dukungan doa, nasehat, moril, dan materil yang tiada pernah surut sedikit pun kepada penulis. 8. Saudara seperjuangan (Ronaldo, Martin, Andri R, Neil, Cristina, Zuhri, Bofas, Nova, Rindang, Citra) dan para senior (bang Enos, bang Frengki, kak Rut, bang Habibi, bang Ari) 9. Keluarga besar energi EN-6A terimakasih untuk kebersamaannya selama 3 tahun ini, susah, senang, konflik sudah kita rasakan sama-sama, sukses buat kita semua sahabat-sahabatku. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih kurang sempurna dari segi sistematika maupun referensi, disebabkan keterbatasan waktu, pengetahuan, dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam menyumbang saran, ide, dan kritikan yang bersifat membangun kearah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya. Medan, Agustus 2015 Hormat penulis, Teguh Wibowo NIM vi

4 DAFTAR ISI JUDUL... i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xi INTISARI... xii ABSTRACT... xiii BAB I PENDAHULUAN...1 A. Latar Belakang... 1 B. Batasan Masalah... 3 C. Tujuan Tugas Akhir... 3 D. Manfaat Tugas Akhir... 3 E. Teknik Pengumpulan Data... 4 F. Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI...6 A. Pendahuluan... 6 B. Konstruksi Generator Sinkron Stator... 9 a. Belitan Satu Lapis (Single Layer Winding) b. Belitan Dua Lapis (Double Layer Winding) Rotor (Magnetic Field) C. Prinsip Kerja Generator Sinkron Generator Sinkron Tanpa Beban Generator Sinkron Berbeban a. Resistansi Jangkar vii

5 b. Reaktansi Bocor Jangkar c. Reaksi Jangkar D. Siklus Rankine Ideal E. Efisiensi Generator BAB III Pusat Pembangkit Tenaga (Power Plant) pada PT Perkebunan Nusantara II PKS Pagar Merbau...32 A. Diminelarisasi (De-min Plant) Tangki Air Umpan (Feed Water Tank) Tangki Pembuangan Gas (Deaerator) Pompa Bahan Kimia (Chemical Pump) Pompa Pengisi Air Ketel (Feed Water Pump) a. Pompa Air Tenaga Listrik (Electric Pump) b. Pompa Air Tenaga Uap (Steam Pump) Konveyor Bahan Bakar (Fuel Conveyor) B. Ketel Uap (Boiler) Ruang Pembakaran Drum Atas Pipa Uap Pemanas (Superheater Pipe) Drum Bawah Pipa pipa Air Pembuangan abu (Ash Hopper) Pembuangan Gas Bekas Alat alat Pengaman Lain lain C. Turbin Uap/Genset Bejana Uap Bekas (Back Pressure Vessel) Diesel Genset Lemari Pembagi Listrik (Switch Board) BAB IV PERHITUNGAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON A. Data Spesifikasi Generator B. Data Pembebanan Generator viii

6 C. Perhitungan Efisiensi Generator Data Pembebanan Data Pembebanan Analisa Efisiensi Generator BAB V PENUTUP...59 A. Simpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix

7 DAFTAR GAMBAR No. Judul Gambar Halaman 1. Diagram Generator Sinkron 1 fasa dan 3 Fasa Dua Kutub 7 2. Konstruksi Generator Sinkron 8 3. Konstruksi Bagian Stator dan Rotor dari Generator Ginkron 8 4. Inti Stator dan Alur pada Stator Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa Bentuk Rotor Kurva Karakteristik dan Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tanpa Beban Rangkaian Generator Sinkron Berbeban Diagram Phasor Pengaruh X L terhadap V Φ (beban induktif) Model Reaksi Jangkar Generator Sinkron Diagram Phasor Generator Sinkron saat lagging, leading dan unity Skema Siklus Rankine Ideal Sederhana Diagram T-s untuk Siklus Rankine Ideal Sederhana Diagram Aliran Daya Generator Sinkron Tangki Kation dan Anion Feed Water Tank Tangki Deaerator Konveyor Bahan Bakar Boiler Back Pressure Vessel Nameplat Generator Sinkron pada PT PN II 50 x

8 DAFTAR TABEL No. Judul Tabel Halaman 1. Syarat syarat air umpan dan air ketel Hasil analisa data Generator sinkron berdasarkar data harian 57 PTPN II PKS Pagar Merbau xi

9 INTISARI Generator sinkron adalah mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik dengan perantara induksi medan magnet. Secara umum generator sinkron terdiri atas stator (bagian yang diam), rotor (bagian yang berputar), dan celah udara (ruang antara stator dan rotor). Prinsip kerja dari generator sinkron adalah jika kumparan rotor yang terletak di antara kutub magnit utara dan selatan diputar oleh prime mover, maka pada kumparan rotor akan timbul medan magnit atau fluks yang bersifat bolak-balik. Fluks ini akan memotong kumparan stator sehingga pada ujung-ujung kumparan stator timbul gaya gerak. Gaya gerak listrik (ggl) yang timbul pada kumparan stator juga bersifat bolak-balik, atau berputar dengan kecepatan sinkron terhadap kecepatan putar rotor. Selain PLN pada PT Perkebunan Nusantara II PKS Pagar Merbau, generator sinkron juga digunakan sebagai pusat Pembangkit Tenaga Listrik. Sesuai dengan data harian pada hari Senin, 27 April 2015, maka diperoleh nilai efisiensi generator sinkron yang tertinggi di PT Perkebunan Nusantara II PKS Pagar Merbau adalah pada pukul : dengan nilai efisiensi sebesar %, serta nilai efisiensi generator sinkron yang terendah adalah pada pukul : dengan nilai efisiensi sebesar %.. Kata kunci: Generator Sinkron, Efisiensi. xii

10 ABSTRACT Synchronous generator is an electric machine that is used to convert mechanical energy (motion) into electrical energy by magnetic field induction intermediaries. In general, a synchronous generator consists of a stator (stationary part), rotor (rotating part), and the air gap (the space between the stator and rotor). The working principle of synchronous generators is if the rotor coil which is located between the north and south magnetic poles rotated by a prime mover, then the rotor will arise coil magnetic field or flux that is back and forth. This flux will cut the stator coil so that the ends of the stator coil arises force. Electromotive force (emf) that arise in the stator coil also be alternating or rotating at synchronous speed to the rotational speed of the rotor. Besides PLN PT PTPN II PKS Fence Merbau, a synchronous generator is also used as the center of the Power Plant. According to the daily data on Monday, April 27, 2015, the obtained values are the highest efficiency synchronous generators in PT PTPN II PKS Fences Merbau is at: 00:00 to 01:00 with an efficiency of 75.35%, and the value of the lowest efficiency synchronous generator is at: 1:00 p.m. to 14:00 with an efficiency of 47.49%. Keywords: Synchronous Generator, Efficiency. xiii

11 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Dalam era modern saat ini yang salah satunya ditandai dengan meningkatnya angka pertumbuhan penduduk di dunia, maka sejalan dengan itu kebutuhankebutuhan manusia di dunia pula ikut meningkat dan beragam. Untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan tersebut maka didirikanlah industri-industri baik industri besar maupun industri kecil. Salah satu dari berbagai macam industri tersebut adalah industri kelapa sawit yang menghasilkan minyak sawit dan/atau inti sawit, PT Perkebunan Nusantara II Pagar Merbau contohnya. Minyak sawit dan inti sawit tersebut berasal dari buah kelapa sawit yang telah matang atau sering disebut sebagai tandan buah sawit (TBS). Untuk mendapatkan minyak sawit dan inti sawit tersebut dilakukan proses pengolahan di Pabrik Kelapa Sawit (PKS), pada proses pengolahan kelapa sawit tersebut diperlukan beberapa tahapan, dimana setiap tahapan tersebut membutuhkan uap yang berasal dari ketel uap. Beberapa contoh proses pengolahan kelapa sawit yang memerlukan uap adalah proses perebusan daging kelapa sawit pada stasiun perebusan, pemisah minyak dan lumpur/kotoran pada stasiun biji, dan untuk keperluan-keperluan yang lainnya. Namun demikian uap yang dihasilkan dari ketel uap tersebut tidak semuanya dipergunakan untuk proses pengolahan kelapa sawit, melainkan juga dipergunakan untuk Pembangkitan Listrik Tenaga Uap (PLTU) pada PT Perkebunan Nusantara II Pagar Merbau. Uap yang dipakai untuk proses pengolahan adalah uap sisa dari system PLTU nya, dan uap yang dipakai untuk sistem PLTU tersebut adalah uap kering saturasi yang langsung berasal dari ketel uap. 1

12 Daya listrik yang dihasilkan dari sistem PLTU PT Perkebunan Nusantara II tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan listrik secara keseluruhan sehingga dibutuhkan pasokan listrik tambahan dari PLN ketika PKS sedang beroperasi. Salah satu bagian yang paling penting dari sistem PLTU di PT Perkebunan Nusantara II adalah generator sinkron. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik dengan perantara induksi medan magnet. Alternator ini disebut generator sinkron (sinkron = serempak) karena kecepatan perputaran medan magnet yang terjadi sama dengan kecepatan perputaran rotor generator. Alternator ini menghasilkan energi listrik bolak balik (alternating current, AC). Dalam pengoperasian sehari-hari, effisiensi generator diusahakan semaksimal mungkin. Namun demikian tentulah tidak mungkin berhasil menghasilkan effisiensi generator mencapai nilai 100% seperti yang diharapkan, dimana dalam pengoperasian tersebut pasti ada terjadi kehilangan daya berupa panas dari generator tersebut. Dan atas dasar hal tersebutlah penulis memilih untuk menulis tugas akhir dengan judul Analisa Efisiensi Pembangkit Tenaga Listrik Kapasitas 800 kw di PKS Tanjung Garbus PT Perkebunan Nusantara II Pagar Merbau. 2

13 B. Batasan Masalah Memahami keterbatasan waktu yang dimiliki penulis dalam mengerjakan karya tulis ini, maka penulis merasa perlu melakukan pembatasan masalah agar karya tulis ini memiliki arah yang jelas dan mudah untuk dipahami. Batasan masalah yang akan dibahas dalam karya tulis ini adalah : 1. Bagaimana prinsip kerja generator sinkron? 2. Bagaimana fungsi generator sinkron pada PT Perkebunan Nusantara II Pagar Merbau? 3. Bagaimana perhitungan efisiensi generator sinkron pada PT Perkebunan Nusantara II Pagar Merbau? C. Tujuan Tugas Akhir Adapun beberapa tujuan dari karya tulis ini adalah sebagai berikut : 1. Agar pembaca dapat memahami prinsip kerja generator sinkron secara terperinci. 2. Agar pembaca dapat mengetahui fungsi dari generator sinkron pada PT Perkebunan Nusantara II Pagar Merbau. 3. Agar pembaca dapat mengetahui perhitungan efisiensi generator sinkron pada PT Perkebunan Nusantara II Pagar Merbau. D. Manfaat Tugas Akhir Penulis berharap melalui karya tulis ini dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Bermanfaat bagi penulis sendiri untuk menambah ilmu pengetahuan, wawasan serta pengalaman agar dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari penulis terutama didunia pekerjaan nantinya. 2. Karya tulis ini diharapkan dapat menjadi bahan refrensi bagi mahasiswa/i yang ingin mencari tahu informasi mengenai generator sinkron. 3

14 E. Teknik Pengumpulan Data Adapun teknik pengumpulan data yang dilakukan oleh penulis untuk memperoleh data dan informasi yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah: 1. Penelitian Lapangan a. Observasi yaitu dengan melakukan studi pengamatan langsung terhadap objek penelitian serta menganalisis data yang berhubungan dengan objek penelitian. b. Interview yaitu mengadakan wawancara secara langsung kepada staff lapangan yang berkaitan dengan objek penelitian. 2. Penelitian Kepustakaan yaitu melakukan pengumpulan data dan informasi tentang objek penelitian melalui kutipan buku-buku refrensi, internet, pendapat/pernyataan para ahli dan lain sebagainya. F. Sistematika Penulisan Dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini, maka penulis membuat sistematika penulisan yang diharapkan akan mempermudah dan memahami maksud yang ingin disampaikan kepada pembaca. Adapun isi sistematika penulisan ini adalah: BAB I BAB II PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penulisan, teknik pengumpulan data dan sistematika penulisan. LANDASAN TEORI Bab ini memberikan penjelasan mengenai teori teori dasar yang diperlukan dalam tugas akhir diantaranya menjelaskan dan menguraikan tentang generator sinkron. 4

15 BAB III PUSAT PEMBANGKIT TENAGA (POWER PLANT) PADA PT PERKEBUNAN NUSANTARA II Pada bab ini menguraikan tentang bagaimana Pusat Pembangkitan Tenaga Listrik pada PT Perkebunan Nusantara II. BAB IV PERHITUNGAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON Pada bab ini menguraikan tentang spesifikasi generator sinkron yang terdapat di PT Perkebunan Nusantara II dan menghitung efisiensi generator tersebut. BAB V PENUTUP Bagian ini berisikan beberapa simpulan dan saran dari penulis tugas akhir. 5