BAB I PENDAHULUAN 1.1 Pengenalan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Panasbumi (PLTP) Darajat Unit II milik Chevron Geothermal Indonesia memiliki sistem sirkulasi air dari kondensor menuju cooling tower (CT) kemudian kembali lagi ke kondensor. Sistem sirkulasi air memiliki dua saluran (A dan B) untuk mengalirkan air kondensat dari kondensor ke CT. Masing-masing saluran memiliki sebuah pompa Hot Well Pump (HWP) untuk memompa air. Tiap HWP beroperasi 75% dari kapasitas totalnya pada kondisi operasi normal. Kedua saluran kemudian bergabung menjadi satu sebelum masuk ke CT. Skema sistem sirkulasi air disajikan pada Gambar 1.1. Ketinggian permukaan air di kondensor merupakan parameter yang penting. Ketinggian air dikendalikan dengan cara mengatur debit air yang keluar dari kondensor. Debit air yang mengalir pada tiap saluran diatur dengan menggunakan butterfly valve (LCV2A dan LCV2B). Dengan kata lain, bukaan LCV ditentukan oleh ketinggian permukaan air di kondensor. Saluran sirkulasi balik juga merupakan komponen yang penting dalam sistem ini. Saluran ini berfungsi untuk mengalirkan kembali sebagian dari air yang keluar dari kondensor untuk kembali ke kondensor. Debit aliran yang mengalir dikendalikan menggunakan butterfly valve FCV15A dan FCV15B. Bukaan FCV15 dikendalikan sebagai fungsi yang mengacu pada bukaan LCV. Produk dari CT berupa air dengan temperatur yang rendah yang kemudian dikirimkan kembali ke kondensor. Air ini digunakan sebagai pendingin untuk mengkondensasikan uap keluaran turbin yang terdapat di kondensor. Air ini mengalir dengan sendirinya dengan memanfaatkan kevakuman kondensor dan perbedaan ketinggian. Debit aliran air dikendalikan menggunakan butterfly valve FCV1. Bukaan FCV1 tidak dikendalikan sebagai fungsi terhadap suatu nilai, melainkan hanya ditetapkan pada nilai tertentu saja. 1
Uap air Dari Turbin LT LC Air NCG (Gas) FCV1 Kondensor HWP FCV15B LCV2B Air + NCG (kondensat) HWP LCV2A FCV15A Cooling Tower Gambar 1.1 Skema sistem sirkulasi air 1.2 Latar Belakang Masalah Semua katup butterfly digerakkan oleh aktuator hidrolik. Aktuator-aktuator hidrolik mendapatkan suplai tekanan hidrolik dari Hydraulic Power Unit (HPU). Pada HPU terdapat Solenoid Valve (SV) dan Programable Logic Control (PLC) untuk mengatur pergerakan aktuator. Besarnya bukaan LCV bergantung dari sinyal perintah yang berasal dari PLC di HPU. Sinyal perintah adalah hasil dari pembandingan sinyal masukan dari Digital Control System (DCS) dan Position Transmitter yang terpasang di LCV. Sinyal perintah PLC akan dikirim ke SV untuk mengatur pergerakan SV. Pembukaan SV akan mengatur pergerakan aktuator, dan pada akhirnya mengatur pembukaan katup LCV. Secara skematik sederhana, sistem pengaturan LCV disajikan pada Gambar 1.2. Sistem pengendali posisi katup yang digunakan adalah tipe diskrit. Sistem kontrol ini memiliki dead band. PLC hanya mengirimkan sinyal perintah berupa arus listrik apabila perbedaan antara posisi yang diperintahkan DCS dan posisi yang terdeteksi lebih dari dead band. SV hanya akan membuka jika diberi arus listrik, oleh karena itu perubahan permintaan posisi yang kurang dari dead band tidak akan menyebabkan pergerakan dari SV (akan tetap menutup dalam kondisi normal). Sistem pengendali tipe diskrit yang digunakan menyebabkan pergerakan LCV menjadi tidak halus. 2
Setting point Level control F 1 (x) Position control (bermasalah) F 2 (x) Level Transmitter F 3 (x) Position Transmitter SV oil line Kondensor aktuator HWP LCV FCV15 Gambar 1.2 Sistem pengaturan katup Pergerakan LCV yang tidak halus mengakibatkan terjadinya pembebanan tiba-tiba pada komponen yang berhubungan langsung dengannya (misalnya HWP). Pembebanan ini terdeteksi dalam bentuk peningkatan getaran pada HWP. Getaran HWP meningkat setiap penutupan LCV. Getaran yang tinggi mengakibatkan umur pakai HWP menurun dari umur pakai menurut buku manual. Turunnya umur pakai berarti meningkatnya kerusakan dan waktu perbaikan (down time) HWP. Kerusakan yang cukup sering mengakibatkan biaya perawatan menjadi lebih tinggi, sedangkan down time yang bertambah mengakibatkan kerugian produksi yang besar. Besarnya kerugian yang dialami perusahaan mendorong dilakukannya pengembangan sistem yang ada. Rencana pengembangan sistem yang menjadi wacana di Chevron Geothermal Indonesia saat ini adalah penggantian sistem aktuasi LCV dan FCV15 dari diskrit menjadi analog. Untuk dapat mengambil keputusan yang tepat, diperlukan pengetahuan yang memadai tentang fenomena yang terjadi pada HWP akibat 3
penutupan LCV. Oleh karena itu, pada tugas sarjana ini dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh dari penutupan LCV terhadap gaya di impeller HWP. 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mengetahui besarnya pengaruh penutupan LCV yang bersifat diskrit terhadap gaya pada impeller HWP. 2. Memberikan masukan kepada Chevron Geothermal Indonesia sehubungan dengan rencana penggantian sistem aktuasi LCV dan FCV15. 3. Mendapatkan alternatif sistem aktuasi katup yang optimal. 1.4 Batasan Masalah Sistem yang dievaluasi adalah sistem sirkulasi air dari kondensor menuju cooling tower. Untuk menyederhanakan masalah, hanya satu saluran dari dua saluran keluaran kondensor yang dianalisa. Saluran yang dianalisa dibatasi sampai dengan keluaran LCV. Skema sistem yang dianalisa dapat dilihat di dalam batas lingkaran merah pada gambar 1.1. Keterbatasan alat ukur yang ada di lapangan mengakibatkan tidak tersedianya parameter aliran yang diinginkan. Oleh karena itu dilakukan perhitungan dan iterasi untuk mendapatkan data yang diinginkan. Untuk menyelesaikan beberapa perhitungan senantiasa diperlukan penerapan beberapa asumsi. Simulasi aliran pada sistem menggunakan perangkat lunak FLUENT 6.2. Simulasi dilakukan pada kondisi transien. Kondisi batas sistem yang digunakan sebagai masukan FLUENT menerapkan beberapa asumsi, antara lain: 1. Tekanan statik keluaran LCV dianggap tetap. 2. Tekanan statik keluaran FCV15 dianggap tetap. 3. Tekanan total (penjumlahan statik dan dinamik) masukan pompa dianggap tetap. Bukaan LCV sebesar 50% digunakan sebagai acuan evaluasi. Pengambilan data dan perhitungan dilakukan pada saat bukaan LCV 50%. Simulasi penutupan katup juga dilakukan mulai dari bukaan LCV 50% sampai dengan 49% ditambah overshoot. Keterbatasan data dimensi pompa menyebabkan model pompa yang dibuat memiliki dimensi yang berbeda dari dimensi sebenarnya. Untuk mendapatkan model yang dianggap mewakili pompa yang sebenarnya, dilakukan validasi model. Validasi model 4
pompa dilakukan berdasarkan laju aliran massa yang dihasilkan pompa pada kondisi batas tekanan yang sesuai dengan perhitungan. Apabila laju aliran massa keluaran pompa memiliki perbedaan kurang dari 5% terhadap hasil perhitungan, maka model dapat dianggap sesuai. Keterbatasan perangkat lunak mengakibatkan kesulitan dalam melihat efek penutupan LCV terhadap HWP secara makro. Oleh karena itu, efek penutupan LCV terhadap HWP hanya dilihat dari besarnya kenaikan gaya pada impeller HWP. Pencarian alternatif hanya sebatas anjuran perbaikan atau pengembangan terhadap sistem yang ada untuk mengatasi masalah yang terjadi. Anjuran alternatif tidak diikuti dengan perancangan secara mendetail. 1.5 Metodologi Peneltian Langkah awal yang dilakukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini adalah pendefinisian masalah yang terjadi di PLTP Darajat II milik CGI dan pengumpulan data. Pada tahap ini dilakukan studi permasalahan melalui diskusi dengan pembimbing di Chevron, pengumpulan data, dan survei lapangan. Dari hasil studi permasalahan, ditentukan batasan masalah yang harus diselesaikan. Setelah mendapatkan gambaran yang jelas mengenai permasalahan yang ada, dilakukan diskusi dengan pembimbing, studi literatur, dan pembelajaran perangkat lunak yang terkait dalam penyusunan TA ini. Media pembelajaran dapat berupa buku referensi, jurnal penelitian ilmiah, tugas sarjana terdahulu, dan informasi dari internet. Setelah memiliki dasar pengetahuan yang memadai, dilakukan evaluasi sistem yang ada. Evaluasi kemudian diikuti dengan pamodelan aliran menggunakan perangkat lunak FLUENT 6.2. Pemodelan ini bertujuan untuk menggambarkan besarnya efek dari penutupan katup yang dikendalikan secara diskrit terhadap kondisi aliran. Hasil dari simulasi aliran akan menjadi masukan bagi pemodelan pompa. Pemodelan pompa dilakukan untuk mengetahui besarnya pengaruh perubahan kondisi aliran akibat penutupan katup terhadap gaya pada impeller HWP. Sistem aktuasi katup yang digunakan saat ini kemudian dibandingkan dengan sistem aktuasi terdahulu. Perbandingan ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan pengaruh penutupan LCV terhadap gaya pada impeller HWP antara sistem aktuasi saat ini dan terdahulu. Selain perbandingan sistem aktuasi saat ini dan terdahulu, dilakukan juga pencarian alternatif untuk mendapatkan sistem aktuasi yang lebih baik. Hasil perbandingan 5
dan pencarian alternatif kemudian digunakan sebagai dasar untuk memberikan masukan kepada Chevron Geothermal Indonesia dalam melakukan pengembangan sistem aktuasi katup. Metodologi penelitian secara keseluruhan disajikan dengan diagram alir pada Gambar 1.3. Mulai Pendefinisian masalah Pengambilan data Pemodelan aliran Pemodelan pompa Perbandingan sistem aktuasi saat ini dan terdahulu Pencarian sistem aktuasi yang optimal Masukan kepada Chevron Selesai Gambar 1.3 Diagram alir metodologi penelitian 1.6 Sistematika Pembahasan Laporan tugas sarjana ini terdiri dari enam bab. Urutan enam bab laporan tugas sarjana ini adalah: pendahuluan, dasar teori, pemodelan aliran dan analisas, pemodelan pompa dan analisis, perbandingan sistem aktuasi katup, kesimpulan dan saran. Pendahuluan sebagai bab pertama berisi tentang pengenalan sistem, latar belakang masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika pembahasan. Bab kedua membahas dasar teori yang mendukung penelitian tugas sarjana ini. Pada bab ini diulas teori tentang aliran fluida inkompresibel dalam pipa. Bab ini juga 6
menjelaskan penggunaan perangkat lunak FLUENT 6.2 sebagai alat untuk mensimulasikan aliran. Bab ketiga berisi pemodelan aliran menggunakan perangkat lunak FLUENT 6.2 dan analisis. Untuk dapat melakukan simulasi menggunakan FLUENT, dibutuhkan model dari sistem yang akan dianalisis. Model dibuat dengan menggunakan perangkat lunak GAMBIT. Model sistem yang dianalisis diusahakan agar mendekati kondisi sebenarnya, oleh karena itu digunakan data dimensi dari gambar sistem yang sebenarnya. Pembuatan model mencakup beberapa tahap, antara lain: penggambaran sistem, proses meshing, dan pendefinisian zona. Langkah selanjutnya adalah menentukan kondisi batas di masukan dan keluaran dari sistem perpipaan yang dianalisis. Kondisi batas ini diperoleh melalui perhitungan menggunakan persamaan-persamaan aliran. Setelah didapatkan seluruh kondisi batas yang dibutuhkan, simulasi FLUENT kondisi transien dilakukan untuk mendapatkan aliran yang periodik. Setelah aliran dianggap periodik, dilakukan simulasi untuk menggambarkan penutupan katup sebesar 1%. Karena pada saat penutupan katup terjadi overshoot, maka simulasi diteruskan selama selang waktu overshoot. Terakhir, dilakukan analisis terhadap hasil pemodelan aliran. Pada bab keempat, dilakukan pemodelan pompa untuk mengetahui akibat dari perubahan kondisi aliran yang disebabkan oleh penutupan katup terhadap pompa. Dari pemodelan yang dilakukan, dapat diketahui perubahan gaya yang terjadi pada impeller pompa. Analisis kemudian dilakukan terhadap hasil dari pemodelan. Bab kelima berisi perbandingan sistem aktuasi katup. Sistem aktuasi katup yang digunakan saat ini dibandingkan dengan sistem aktuasi katup sebelum dilakukan penggantian DCS. Selain membandingkan dengan sistem terdahulu, sistem aktuasi katup saat ini juga dibandingkan dengan sistem aktuasi yang lebih baik dan dapat digunakan sebagai alternatif. Terakhir, dilakukan analisis terhadap hasil perbandingan sistem aktuasi katup. Sebagai penutup, terdapat bab keenam yang berisi kesimpulan dan saran. Kesimpulan berisi hasil penelitian yang telah dilaksanakan, masukan kepada Chevron Gothermal Indonesia sehubungan dengan rencana penggantian sistem aktuasi katup, dan alternatif yang sesuai untuk diterapkan. Saran merupakan masukan untuk melakukan pengembangan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh penutupan LCV terhadap HWP. 7