ANALISA PERFORMANSI KERJA TURBIN GAS TIPE GE DI LOT 3 DENGAN PUTARAN 3000 RPM PLTG SICANANG, BELAWAN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Oleh DARA PITA LOKA NIM. 1205052064 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
INTISARI Analisa Performansi Kerja Turbin Gas Tipe GE di Lot 3 Dengan Putaran 3000 rpm PLTG Sicanang, Belawan Turbin gas adalah mesin konversi energi yang sesuai dengan prinsip energi alternatif. Selain itu, turbin gas merupakan jenis pembangkit listrik yang dapat dibangun dengan waktu yang relatif cepat, walaupun secara effisiensi turbin gas lebih rendah dibanding dengan pembangkit lain. Namun, jenis pembangkit ini sangat disukai oleh sistem ketenagalistrikan karena kemampuan operasinya yang teramat cepat, sehingga sangat cocok pada beban puncak. Turbin gas terdiri dari kompresor, turbin gas dan ruang bakar pada satu poros sehingga semua komponen mempengaruhi kinerja masingmasing komponen. Semakin besar kerja kompresor maka daya yang dihasilkan turbin gas otomatis akan semakin kecil. Berdasarkan teori Bryton, turbin gas dapat dihitung secara teoritis ideal dan secara aktual pada saat beroperasi. Namun pada kenyataannya dilapangan banyak terjadi penyimpangan sehingga membuat kenaikkan efisiensi. Dari analisa di peroleh efisiensi ideal turbin gas sebesar 50,58 %. Sedangkan rata-rata efisiensi aktual sekitar 46,32 %. Kata kunci : Turbin Gas, Brayton, Kerja Turbin, Kerja Kompresor, Efisiensi
ABSTRACT Performance Analysis Work Of The Type of GE Gas Turbine Working in Lot 3 With a Rotation of 3000 rpm PLTG Sicanang, Belawan Gas turbine is energy conversion of machines which suitable with the principles of alternative energy. Otherwise a gas turbine power plant types that can be built relatively quickly, although the efficiency of gas turbine lower than another power plant, but the type of plants are highly favored by the electricity system because of the ability of its operations are very fast, so it is suitable to the peak load. The gas turbine consists of a compressor, turbine and combustion chamber on single shaft so that all effect the performance of that s component. If compressor work to larger so, the gas turbine power generated will automatically get smaller. Based on the theory of Bryton, the gas turbine can be calculated theoretically ideal and actual at the time of operation. However, in reality many irregularities field this making efficiency increase. Obtained from the analysis ideal of the gas turbine efficiency at 50,58 %. While the average actual efficiency of about 46,32 %. Keyword : Gas Turbine, Bryton, Turbine Work, Compressor Work, Efficiency.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia- Nya yang diberikannya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Laporan Tugas Akhir ini disusun dan diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. Sebagai manusia yang penuh dengan kekurangan, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan baik isi maupun bahasannya. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis menerima setiap saran dan kritik yang bersifat membangun, guna kesempurnaan dalam penulisan di masa yang akan datang. Dengan keterbatasan yang penulis miliki selama penyusunan Tugas Akhir ini, maka Tugas Akhir ini tidak terwujud tanpa bantuan dari pihak lain. Atas bantuan dan bimbingan yang diberikan maka dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang tulus ikhlas kepada : 1. M. Syahruddin, S.T.,M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Kamil, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. 4. Ir. Husin Ibrahim, M.T., selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Seluruh staff pengajar Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. 6. Para staff dan pegawai di PT. PLN (Persero) Pembangkitan Sektor Belawan dan staff di bagian HAR atas kerja samanya.
7. Kepada seluruh keluarga penulis, terutama kedua orang tua Papa Mama, Kakak Putri Widya Sari dan Abang Andrea Maulana Tanoto yang telah memberikan semangat dan dukungan yang sangat berharga untuk penulis. 8. Seluruh teman-teman Teknik Konversi Energi Mekanik, khususnya kelas EN- 5A dan EN-5C. Akhir kata semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan karunia-nya dan membalas segala amal budi serta kebaikan pihak-pihak yang membantu penulis dalam penyusunan Tugas Akhir ini dan semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan. Medan, 08 Agustus 2015 Penulis, Dara Pita Loka NIM. 1205052064
DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL LEMBAR SPESIFIKASI LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PENGESAHAN INTISARI ABSTRACT KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Tugas Akhir... 3 1.4 Manfaat Tugas Akhir... 3 1.5 Metode Pengumpulan Data... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB 2 DASAR TEORI... 6 2.1 Prinsip Kerja Turbin Gas... 6 2.2 Klasifikasi Turbin Gas... 8 2.2.1 Klasifikasi Berdasarkan Siklus Kerja... 9 2.2.1.1 Siklus Terbuka... 9
2.2.1.2 Siklus Tertutup... 11 2.2.1.3 Siklus Kombinasi... 12 2.2.2 Klasifikasi Berdasarkan Kontruksi... 13 2.2.2.1 Turbin Gas Poros Tunggal... 13 2.2.2.2 Turbin Gas Poros Ganda... 14 2.2.3 Klasifikasi Berdasarkan Aliran Fluidanya... 15 2.2.3.1 Aliran Aksial... 15 2.2.3.1.1 Turbin Aksial Reaksi... 15 2.2.3.1.2 Turbin Aksial Impuls... 16 2.2.3.2 Aliran Radial... 17 2.3 Siklus-siklus pada Turbin Gas... 17 2.3.1 Siklus Bryton... 18 2.3.1.1 Siklus Bryton Ideal... 18 2.3.1.2 Siklus Bryton Non-Ideal... 19 2.3.2 Siklus Ericson... 20 2.3.3 Siklus Stirling... 21 2.4 Bahan Bakar Turbin Gas... 21 2.4.1 Bahan Bakar Gas... 21 2.4.2 Bahan Bakar Cair... 23 2.4.2.1 HSD (High Speed Diesel)... 23 2.4.2.2 MFO (Marine Fuel Oil)... 23 2.5 Pengoperasian Turbin Gas... 24 2.6 Kelebihan dan Kekurangan Turbin Gas... 24
2.6.1 Kelebihan Turbin Gas... 24 2.6.2 Kekurangan Turbin Gas... 25 BAB 3 TURBIN GAS... 26 3.1 Komponen-komponen Utama Turbin Gas... 26 3.1.1 Air Inlet Section... 26 3.1.1.1 Rumah Masukan Udara... 27 3.1.1.2 Inersia Separator... 27 3.1.1.3 Pre Filter... 28 3.1.1.4 Main Filter... 28 3.1.1.5 Inlet Bellmouth... 29 3.1.2 Kompresor... 29 3.1.2.1 Rotor Kompresor... 30 3.1.2.2 Stator Kompresor (Cashing Compressor)... 31 3.1.2.3 Blade... 31 3.1.2.4 Sudu Pengarah (Variable Inlet Guide Van)... 32 3.1.3 Ruang Bakar (Combustion Chamber)... 32 3.1.3.1 Rumah Ruang Bakar... 34 3.1.3.2 Liner... 34 3.1.3.3 Nozel Bahan Bakar... 35 3.1.3.4 Busi (Spark Flugs)... 36 3.1.3.5 Transition Pieces... 36 3.1.3.6 Cross Fire Tubes... 36 3.1.3.7 Flame Detector... 37
3.1.4 Turbin... 38 3.1.4.1 Stator Turbin... 39 3.1.4.1.1 Nozel Tingkat Pertama... 39 3.1.4.1.2 Nozel Tingkat Kedua... 40 3.1.4.1.3 Nozel Tingkat Ketiga... 40 3.1.4.1.4 Rumah Turbin... 41 3.1.4.2 Rotor Turbin... 41 3.1.5 Saluran Buang (Exhaust Gas)... 42 3.2 Spesifikasi Turbin Gas... 43 3.3 Analisa Performansi Turbin Gas... 44 3.3.1 Analisa Ideal... 44 3.1.2 Analisa Aktual... 46 BAB 4 ANALISA DATA... 48 4.1 Data Penelitian... 48 4.2 Analisa Data Ideal... 48 4.3 Analisa Data Aktual... 50 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 54 5.1 Kesimpulan... 54 5.2 Saran... 54 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema Sederhana Turbin Gas... 7 Gambar 2.2 Turbin Gas Siklus Terbuka... 9 Gambar 2.3 Turbin Gas Siklus Tertutup... 11 Gambar 2.4 Siklus Kombinasi... 12 Gambar 2.5 Turbin Gas Poros Tunggal... 13 Gambar 2.6 SkemaTurbin Gas Poros Tunggal... 13 Gambar 2.7 Turbin Gas Poros Ganda... 14 Gambar 2.8 Skema Sederhana Dari Turbin Gas Poros Ganda... 15 Gambar 2.9 Sketsa Aliran Aksial Reaksi... 16 Gambar 2.10 Sketsa Aliran Aksial Impuls... 16 Gambar 2.11 Karakteristik Turbin Aliran Radial... 17 Gambar 2.12 Siklus Bryton Ideal... 18 Gambar 2.13 Siklus Bryton Non - Ideal... 19 Gambar 3.1 Filter Udara... 26 Gambar 3.2 Air Inlet Housing... 27 Gambar 3.3 Inersia Separator... 28 Gambar 3.4 Komponen Filter... 28 Gambar 3.5 Rotor Kompresor... 31 Gambar 3.6 Variable Inlet Guide Van... 32 Gambar 3.7 Ruang Bakar (Combustion Chamber)... 33 Gambar 3.8 Cashing Ruang Bakar... 34 Gambar 3.9 Liner... 35 Gambar 3.10 Nozel Bahan Bakar... 35 Gambar 3.11 Busi (Spark Flugs)... 36 Gambar 3.12 Flame Detector... 37
Gambar 3.13 Turbin... 39 Gambar 3.14 Stage Nozzel... 41 Gambar 3.15 Rumah Turbin... 41 Gambar 3.16 Rotor Turbin... 42 Gambar 3.17 Exhaust Gas... 43
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan Turbin Gas Siklus Terbuka dengan SiklusTertutup... 8 Tabel 2.2 Senyawa Alkana... 22 Tabel 4.1 Data Spesifikasi Turbin Gas... 48 Tabel 4.2 Data Operasional Turbin Gas... 49 Tabel 4.3 Hasil Performansi Kerja Turbin Gas perjam... 53
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Di dalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Turbin gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar, dan turbin gas. Perkembangan IPTEK pada saat ini memberikan pengaruh besar dan mengakibatkan timbulnya banyak persaingan dan tantangan yang mengharuskan kita untuk dapat membuka diri terhadap datangnya perubahanperubahan dalam negeri maupun di luar negeri. Kita juga dituntut untuk berbuat sesuatu yang lebih sempurna jika tidak ingin tertinggal dengan negara-negara lain. Di samping itu, perkembangan ilmu pengetahuan juga memiliki dampak yang sangat besar terhadap dunia industri khususnya dunia kerja yang mengakibatkan meningkatnya kebutuhan daya listrik. Kemudian jumlah penduduk yang semakin bertambah dan keinginan setiap individu untuk praktis dalam melakukan setiap kegiatan dengan menggunakan bantuan barang barang elektronik akan mengakibatkan juga menaiknya beban listrik yang harus dipenuhi oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara). Karena alasan tersebutlah maka banyak pembangkit yang diciptakan oleh PLN untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia, salah satunya adalah Pembangkitan dengan menggunakan gas sebagai bahan bakarnya. Turbin gas merupakan
salah satu pembangkitan yang memberikan pengaruh besar dalam perkembangan listrik di Indonesia. Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang dan lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasi yang relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk pusat tenaga listrik. Turbin gas merupakan sistem pembangkitan listrik yang paling sederhana. Karena kesederhanaan ini maka banyak ditemukan PLTG di Indonesia. Salah satunya di sektor pembangkitan Belawan. Jika berbicara dari aspek effesiensinya maka turbin gas adalah pembangkitan yang memiliki effesiensi paling rendah. Sehingga pada umumnya PLTG hanya dioperasikan saat beban puncak saja. Dengan alasan ini maka saya selaku penulis mengambil judul Tugas Akhir Analisa Performansi Kerja Turbin Gas Tipe GE di Lot 3 dengan Putaran 3000 rpm PLTG Sicanang, Belawan. Dengan demikian maka akan diketahui apa apa saja penyebab kerendahan effesiensi pada operasi turbin gas dan bagaimana cara penanggulangannya. 1.2 Perumusan Masalah Pembahasan mengenai Turbin Gas sangatlah luas, mengingat hal tersebut dalam pengerjaan Tugas Akhir ini penulis merumuskan beberapa hal yang akan dibahas, antara lain : 1. Apa-apa saja komponen utama turbin gas dan apa saja fungsi dari setiap komponen tersebut? 2. Bagaimana analisa performansi kerja turbin gas di PLTG Sicanang, Belawan? 3. Berapa effisiensi thermal kerja turbin gas di PLTG Sicanang, Belawan? 4. Berapa hitungan kerja turbin gas aktual setiap jamnya di PLTG Sicanang, Belawan?
1.3 Tujuan Tugas Akhir Adapun tujuan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui komponen-komponen yang terdapat pada turbin gas dan mengetahui fungsi dari setiap komponen tersebut. 2. Mengetahui tentang menganalisa performansi turbin gas di PLTG Sicanang, Belawan. 3. Untuk mengetahui effisiensi thermal kerja turbin gas di PLTG Sicanang, Belawan. 4. Mengetahui hasil hitungan kerja turbin gas aktual per jamnya di PLTG Sicanang, Belawan. 1.4 Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat dari penulisan dan pembuatan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bermanfaat terhadap penulis untuk mendapatkan pengetahuan dan pengalaman mengenai turbin gas sehingga dapat menjadi modal sebelum memasuki dunia kerja. 2. Laporan ini dapat menjadi sumber referensi dalam menganalisa performansi turbin gas baik di perpustakaan Politeknik Negeri Medan dan di Arsip PLTG Sicanang, Belawan. 3. Sebagai wahana tambahan belajar yang menjadi masukan dan menambah wawasan bagi mahasiswa Politeknik Negeri Medan yang mempelajari turbin gas khususnya mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. 1.5 Metode Pengumpulan Data Data-data yang diperoleh dan diolah dalam laporan Tugas Akhir berikut dikumpulkan dari beberapa metode, yaitu sebagai berikut : 1. Riset dan Tinjauan Lapangan
Melakukan peninjauan secara langsung kelapangan untuk melihat, mengamati dan mempelajari secara langsung keadaan sistem dan komponen turbin gas dengan putaran 3000 rpm di PLTG Sicanang, Belawan. 2. Studi Kepustakaan Mempelajari buku dan karya ilmiah yang berhubungan dengan performansi turbin gas. 3. Diskusi Melakukan diskusi langsung mengenai topic performansi turbin gas secara intens dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir disusun dalam beberapa bab, yaitu sebagai berikut : BAB 1 BAB 2 PENDAHULUAN Bab ini berisi pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan masalah, tujuan, manfaat, metode pengumpulan data dan sistematika penulisan dari laporan tugas akhir ini. DASAR TEORI Bab ini berisi tentang cakupan konsep dan teori-teori pendukung yang menjadi landasan dari tugas akhir ini. BAB 3 TURBIN GAS Bab ini berisi tentang data-data hasil pengamatan yang diperoleh dari pengamatan langsung di lapangan.
BAB 4 ANALISA DATA Bab ini berisi tentang perhitungan data-data parameter yang digunakan sebagai bahan perhitungan yang diolah menjadi data hasil penelitian. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pengamatan yang penulis dapatkan dan saran dari penulis untuk perkembangan di masa yang akan datang.