ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP KAPASITAS 60 MW DI PLTU PEMBANGKITAN LISTRIK SEKTOR BELAWAN

Transkripsi

1 ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP KAPASITAS 60 MW DI PLTU PEMBANGKITAN LISTRIK SEKTOR BELAWAN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Oleh BUDI SANTOSO JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan Kepada Allah SWT. Yang senantiasa melimpahkan rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis mampu menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini berjudul : Analisa Performansi Turbin Uap Kapasitas 60 MW Di PLTU Pembangkitan Listrik Sektor Belawan. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Dalam meyelesaikan Tugas akhir ini, penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk mendapatkan hasil yang baik dengan menggunakan berbagai literatur, internet dan pengetahuan yang diperoleh dalam perkuliahan serta bantuan dari dosen pembimbing. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T, M.T. sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Bapak Idham Kamil, S.T, MT. sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Bapak Ir.Abdul Razak, M.T., sebagai Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan dan Dosen Pembimbing; 4. Bapak Ir. Suprapto, M.T., sebagai wali kelas EN-6B 5. Dosen-dosen Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada Penulis; 6. Secara khusus saya ucapkan kepada kedua orangtua tercinta Ayahanda dan Ibunda yang telah berjuang untuk membimbing dan memberi dorongan moril serta buat semua doa-doanya selama ini kepada penulis. 7. Bapak Ricky Chandra & Bapak M.Amin Hasibuan selaku pembimbing kerja praktekdi PT.PLN (Persero) Sektor Belawan dan Paya Pasir; v

3 8. Rekan-rekan mahasiswa kelas EN-6B Teknik Konversi Energi Mekanik 2011 dan semua teman-teman mahasiswa Teknik Konversi Energi Mekanik 2011 atas persahabatan, bantuan dan solidaritas sehingga harihari yang sulit dalam menghadapi tantangan di teknik konversi energi menjadi lebih ringan; Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini mungkin masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati Penulis mengharapkan koreksi, kritik dan saran yang bersifat membangun, demi kesempurnaan tugas Akhir ini. Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat untuk seluruh pihak yang membaca dan semoga dapat membantu bagi yang memerlukannya. Medan, 13 Agustus 2014 Penulis, Budi Santoso Nim vi

4 DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii INTISARI... xiv ABSTRACT... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Perumusan Masalah... 2 C. Tujuan Tugas Akhir... 2 D. Manfaat Tugas Akhir... 3 E. Teknik Pengumpulan Data... 3 F. Sistematika Penulisan Laporan... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 5 A. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Keunggulan dan Kekurangan PLTU Prinsip Kerja PLTU Siklus PLTU... 8 B. Analisa Thermodinamika pada Sistem Turbin Uap... 9 vii

5 BAB III PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP SICANANG A. Komponen-Komponen PLTU A.1. Komponen PLTU pada Siklus Air Hotwell Condensat Pump Gland Steam Low Pressure Heater Low Pressure Heater Feed Water Tank Feed Water Pump High Pressure Heater High Pressure Heater Economizer A.2. Komponen PLTU pada Siklus Uap Boiler Drum Water Wall Low Temperatur Superheater Desuperheater / spray Superheater High Temperatur Superheater A.3. Komponen Utama PLTU A.3.1 Turbin Uap a. Spesifikasi Turbin Uap b. Prinsip Kerja Turbin Uap c. Klasifikasi Turbin Uap c.1. Klasifikasi Turbin Berdasarkan Prinsip Kerjanya Turbin Impulse Turbin Reaksi c.2. Klasifikasi Turbin Uap Berdasarkan pada Tingkat Penurunan Tekanan Dalam Turbin Turbin Tunggal ( Single Stage ) Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ) viii

6 c.3. Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap Turbin Kondensasi Turbin Tekanan Lawan Turbin Ekstraksi d. Komponen Utama Turbin Rumah Turbin Rotor Thrust Bearing Journal Bearing Sistem Pelumasan Turbin A.3.2 Boiler A.3.2 Kondensor A.3.2 Generator BAB IV ANALISA DATA...29 A. Spesifikasi Turbin Uap dan Kondensor...29 B. Analisa Penghasil Daya pada Turbin Uap BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...41 A. Kesimpulan...41 B. Saran...41 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix

7 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Proses konversi energi pada PLTU 5 Gambar 2.2 Siklus Air dan Uap PLTU Unit Gambar 2.3 Diagram T s Siklus PLTU (Siklus Rankine) 8 Gambar 2.4 Diagram air PLTU sederhana 9 Gambar 3.1 Siklus Air dan Uap PLTU Unit Gambar 3.2 Feed Water Tank 13 Gambar 3.3 High Pressure Heater 5 14 Gambar 3.4 Economizer 14 Gambar 3.5 Boiler Drum 15 Gambar 3.6 Low Temperatur Superheater 16 Gambar 3.7 High Temperatur Superheater 16 Gambar 3.8 Turbin Uap 17 Gambar 3.9 Skema Turbin Uap 17 Gambar 3.10 Prinsip Kerja Turbin Impuls 19 Gambar 3.11 Prinsip Kerja Turbin Reaksi 19 Gambar 3.12 Rumah Turbin 21 Gambar 3.13 Rotor 21 Gambar 3.14 Thrust Bearing 23 Gambar 3.15 Journal bearing 24 Gambar 3.16 Boiler PLTU Unit I dan II 25 x

8 Gambar 3.17 Condensor Unit I dan II 26 Gambar 3.18 Generator PLTU Unit Idan II 27 Gambar 4.1 Siklus Air dan Uap PLTU Unit Gambar 4.2 Diagram T- s untuk Turbin Uap xi

9 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi turbin uap 18 xii

10 Lampiran 1 Kartu Bimbingan Mahasiswa Lampiran 2 Tabel Uap DAFTAR LAMPIRAN xiii

11 INTISARI Adapun mesin konversi energi penghasil energi listrik ini diantaranya adalah turbin uap. Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang berfungsi mengubah energi entalpi uap menjadi energi kinetik uap yang selanjutnya diubah menjadi energi mekanik berupa putaran poros. Dimana dalam industri pertanian turbin uap sering dipakai untuk pembangkit daya. Daya pada turbin uap dihasilkan dari selisih entalpi yang masuk ke turbin. Adapun hasil dari data analisa yang diperoleh adalah : Daya Turbin = 41,9 MW dan efisiensi thermal turbin uap = 81 % Kata Kunci : Energi, Turbin Uap, Daya, Effisiensi, xiv

12 ABSTRACT The energy conversion engine producing electrical energy of which this is a steam turbine. Steam turbine is a first mover which serves to change the enthalpy of the steam energy into kinetic energy is converted into steam which then turns the mechanical energy of the shaft. Where in the agricultural industry is often used for steam turbine power plant. The steam turbine power generated from the difference in enthalpy that enters the turbine. The results obtained from the data analysis : Power Tutbine = 41,9 MW and steam turbine Thermal efficiency = 81 % Keywords: Energy, Steam Turbine, Power, Efficiency, xv

13 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Untuk menggerakkan suatu mesin dibutuhkan energi. Kata energi hampir setiap hari terdengar diantara kita, tetapi kadangkala tidak mengerti apa arti kata tersebut. Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Seseorang dikatakan berenergi jika ia mampu melakukan gerak fisik tertentu. Darimana ia memperoleh energinya? Tentu saja energi diperoleh dari makanan yang ia makan atau suatu aksi kimia. Energi dapat disimpan dalam berbagai bentuk, tetapi untuk dapat dimanfaatkan oleh kita energi harus diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Ketika membuat segelas teh, maka kita merebus air dengan cara menyalakan kompor. Proses yang terjadi adalah merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi panas untuk memanaskan (diberikan) pada air hingga mendidih. Apabila kemudian air panas dibiarkan mendingin, maka energi panas ini diserahkan ke udara sekitarnya. Dari contoh diatas dapat disimpulkan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk menjadi bentuk lain. Pusat pembangkit listrik adalah salah satu contoh bagaimana proses konversi energi itu terjadi. Pada dasarnya semua pembangkit mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Pada saat ini kebutuhan energi berhubungan langsung dengan tingkat kehidupan masyarakat serta kemajuan industrisasi di suatu negara. Salah satu bentuk energi pada era teknologi dan globalisasi seperti sekarang ini yang sulit dipisahkan dari kehidupan manusia ialah energi listrik. Oleh karena itu pembangkit tenaga listrik memiliki kontribusi yang sangat penting di antara penyedia energi yang lainnya. Selain untuk mengikuti kemajuan industri di suatu negara pengembangan penghasil energi juga dapat menunjang pembangunan dengan memanfaatkan sumber daya alam demi kelangsungan hidup manusia sekarang dan dan yang akan datang. Dengan pemanfaatan teknologi yang luas dapat menjadi suatu 1

14 alat yang baik untuk mendorong perkembangan perekonomian suatu negara yang erat kaitannya dengan pengguna energi listrik. PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya baik dan bahan bakarnya mudah didapat sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi energi yang merubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik. Dalam hal ini dapat di pergunakan mesin-mesin konversi energi sebagai penghasil energi listrik. Adapun mesin konversi energi penghasil energi listrik diantaranya adalah turbin uap. Turbin uap merupakan mesin rotasi yang berfungsi untuk mengubah energi panas yang terkandung dalam uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Dengan mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik pada nosel (turbin impuls) dan sudu-sudu gerak (turbin reaksi) dan di ubah menjadi energi mekanik pada poros turbin. Dengan bantuan roda gigi reduksi dihubungkan dengan mekanisme yang di gerakkan. Tergantung dengan mekanisme yang di gerakkan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri, untuk transportasi, dan untuk pembangkit tenaga listrik. Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) PT.PLN Persero Sektor Pembangkitan Belawan, turbin uap digunakan untuk membangkitkan energi listrik dengan cara mengubah energi panas yang terkandung dalam uap menjadi energi mekanik yang diberikan dalam bentuk putaran yang terjadi pada poros. Dengan pemanfaatan uap bebas ini dapat meningkatkan efisiensi, sebab kehilangan energi panas yang terbawa oleh uap bebas dapat digunakan untuk pemanasan air. Dengan alasan tersebut maka penulis tertarik untuk membahas lebih rinci dan spesifik lagi mengenai Analisa Performansi Turbin Uap Kapasitas 60 MW Di PLTU Pembangkitan Listrik Sektor Belawan yang akan membahas mengenai efisisensi pada turbin uap yang di manfaatkan sebagai penunjang kinerja dari turbin uap. 2

15 B. Perumusan Masalah Dalam hal ini penulis menitikberatkan pada maslah performansi turbin uap yang berdasarkan spesifikasi turbin uap tersebut. Adapun permasalahan yang akan di bahas dalam laporan tugas akhir ini adalah : 1. Bagaimana sistem kerja pada PLTU. 2. Bagaimana prinsip kerja dan fungsi komponen-komponen utama turbin uap. 3. Bagaimana perhitungan daya dan performansi turbin uap. C. Tujuan Tugas Akhir Berdasarkan masalah yang di sebutkan di atas maka tujuan penulisan dari tugas akhir ini adalah : 1. Untuk mengetahui sistem kerja pada PLTU. 2. Untuk mengetahui prinsip kerja dan fungsi komponen-komponen utama turbin uap. 3. Untuk mengetahui perhitungan daya dan performansi turbin uap. D. Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat tugas akhir ini adalah : 1. Sebagai sarana untuk menambah pengetahuan penulis mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Uap khususnya dalam bidang Turbin Uap. 2. Sebagai bahan refrensi bagi pembaca yang akan membahas masalah yang sama dengan topik yang menjadi bahasan penulis. 3. Sebagai masukan bagi perusahaan industri yang akan menggunakan turbin uap guna untuk peningkatan efisiensi. 3

16 E. Teknik Pengumpulan Data 1. Survey lapangan yakni berupa peninjauan langsung ke lokasi tempat pengambilan data dimana unit pembangkit itu berada. 2. Pengambilan data langsung ke lapangan. 3. Studi literatur yakni berupa studi kepustakaan, kajian dari buku dan tulisan-tulisan yang terkait dengan penulisan tugas akhir ini. 4. Metode diskusi yakni berupa diskusi antara mahasiswa dengan dosen pembimbing mengenai sistem kerja dari turbin uap dan komponen pendukungnya. F. Sistematika Penulisan Laporan Untuk memudahakan penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I: PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang penulisan, tujuan dan manfaat tugas akhir, batasan masalah, teknik pengumpulan data, serta sistematika penulisan laporan tugas akhir. BAB II: LANDASAN TEORI Bab ini berisi tentang pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), prinsip kerja PLTU, siklus PLTU, analisa thermodinamika pada sistem turbin uap, efisiensi isentropik. BAB III: PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP SICANANG Bab ini berisi tentang komponen PLTU pada siklus air, komponen PLTU pada siklus uap, komponen utama pada PLTU. BAB IV: ANALISA DATA 4

17 Bab ini berisi tentang perhitungan performansi dari turbin uap dan analisa pembangkitan daya turbin uap. BAB V: PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran yang di dapat selama penulis menyelesaikan tugas akhir. 5