BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan manusia akan tenaga listrik terus meningkat. Tenaga listrik digunakan pada berbagai lini kehidupan seperti rumah tangga, perkantoran, industri baik home industry, menengah maupun besar dan lain lain. Kebutuhan tenaga listrik di Indonesia tumbuh rata-rata sebesar 8,4% per tahun. Seperti dilaporkan Harian Tempo, Selasa (1/4) untuk memenuhi kebutuhan tersebut, setiap tahun dibutuhkan tambahan pasokan listrik sekitar 5.700 Mega Watt (MW). Hingga 2022 dibutuhkan tambahan pasokan listrik 60 Giga Watt (GW), jaringan transmisi 58 ribu kilo meter sirkit (kms), dan gardu induk 134 ribu Mega Volt Ampere (MVA) [1]. Kebutuhan tenaga listrik yang terus meningkat menuntut penambahan pembangkit listrik di Indonesia. Ditinjau dari faktor geografi, sosial, ekonomi tidak semua daerah memungkinkan untuk pembangunan pembangkit skala besar.pembangunan pembangkit listrik skala kecil merupakan solusi dari permasalahan tersebut. Pembangkit listrik skala kecil (minipower plant) dirancang untuk menghasilkan daya sebesar 1 MW. Salah satu skema pembangkit listrik skala kecil yang ditunjukkan oleh Gambar 1.1. Pembangkit listrik skala kecil menggunakan uap air untuk memutar turbin. Uap air dihasilkan dari proses pemanasan dalam steam drum boiler oleh energi panas yang dialirkan oleh burner. Energi panas tersebut merupakan hasil pembakaran antara udara dan bahan bakar. 1
2 Turbin Generator Boiler P-13 Kondenser Cooling Tower Natural water body Keterangan gambar : f = laju massa umpan air (feedwater) yang berasal dari pompa s = laju massa uap yang dihasilkan steam drum menuju turbin = kalor masuk yang dihasilkan burner. Gambar 1.1 Skema alir dari minipower plant Untuk menghasilkan daya listrik, turbin harus diputar oleh uap air dengan laju massa uap yang dihasilkan steam drum di boiler sebesar s. Sisa uap air dari turbin akan diembunkan di kondenser dan didinginkan kembali menggunakan aliran air dingin yang dialirkan oleh cooling tower. Sisa uap tersebut berubah fase dari uap jenuh menjadi air subcooled. Laju aliran air subcooled sebesar dipompa kembali menuju steam drum boiler, selanjutnya akan turun menuju pipa downcomer karena perbedaan densitas antara air dan uap. Air subcooled dipanaskan oleh panas yang dihasilkan oleh burner di pipa riser sebesar, air akan mendidih dan menghasilkan uap jenuh. Massa uap jenuh yang lebih ringan daripada massa air subcooled mengakibatkan uap akan naik ke permukaan steam drum dan keluar menuju turbin dengan laju massa uap sebesar s Proses pembentukan uap air di steam drum ditunjukkan oleh Gambar 1.2. f
3 menujut turbin Steam Drum Z,X dari pompa Burner Mud Drum Keterangan gambar : f = laju massa umpan air (feedwater) yang berasal dari pompa s = laju massa uap yang dihasilkan steam drum menuju turbin = laju kalor masuk yang dihasilkan burner. Z = ketinggian pada steam drum X = kualitas uap keluaran pada steam drum Gambar 1.2 Proses pembentukan uap air di steam drum Level pada steam drum boiler dijaga pada kondisi Normal Water Level (NWL) sebesar 40 % dari ketinggian drum keseluruhan. Jika terjadi kenaikan permintaan massa uap,, level steam drum boiler, Z, akan menurun. Kondisi tersebut dapat mengakibatkan overheated pada pipa-pipa di boiler dan mengancam keselamatan operator. Sementara itu, penurunan permintaan massa uap,, mengakibatkan kenaikan level steam drum boiler. Kondisi tersebut, mengakibatkan uap yang dihasilkan basah dan korosi pada blade turbin.
4 Kualitas uap (X) adalah kualitas uap kering yang dihasilkan steam drum yang digunakan untuk memutar turbin, kualitas uap didefinisikan sebagai rasio antara laju massa uap dan laju massa total. Kualitas uap dijaga tetap atau tidak mengalami perubahan sebesar 10 %. Jika level steam drum boiler naik, kualitas uap yang dihasilkan akan turun. Kondisi tersebut dikarenakan uap yang dihasilkan terlalu basah dan mengakibatkan korosi pada blade. Sebaliknya, jika level steam drum boiler turun mengakibatkan kualitas uap naik karena uap yang dihasilkan terlalu kering. Kondisi tersebut mengakibatkan overheated pada pipa-pipa di boiler.. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang sudah dijelaskan, maka perumusan masalah sebagai berikut : 1. Bagaimana proses pembentukan uap dan pemisahan uap dari campuran air-uap? 2. Jenis pengendalian apa yang sesuai untuk pengendalian level dan kualitas uap di steam drum boiler? 1.3 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Memodelkan fenomena fisis yang terjadi dalam steam drum dalam mini power plant sehingga terbentuk persamaan proses. 2. Merancang sistem pengendalian level dan kualitas uap di minipower plant sehingga didapatkan respon sistem sesuai dengan tuntutan desain
5 1.4 Batasan Masalah 1. Minipower plant menggunakan siklus rankine sederhana sehingga uap yang dihasilkan bersifat jenuh. 2. Tekanan pada steam drum dianggap konstan karena perubahan tekanan pada steam drum sekitar 0,01 bar sehingga tekanan total pada steam drum tetap 4 bar. 3. Tidak ada kerugian panas yang terjadi ke lingkungan karena steam drum bersifat isolated termal menggunakan bahan SA 285 C dengan material carbon steel untuk steam drum di boiler pada ASME section IV. 4. Laju massa di pipa downcomer dan pipa riser diasumsikan memilki laju massa yang sama karena steam drum yang digunakan adalah natural circulation. 1.5 Manfaat Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Nilai level dan kualitas uap pada steam drum boiler sesuai dengan set point yang diberikan dan respon yang sesuai dengan nilai yang diinginkan. 2. Mengetahui bagaimana pengaruh jika diberikan load terhadap perubahan nilai level dan kualitas uap yang dihasilkan di steam drum. 3. Mengetahui pengaruh perubahan level dan kualitas uap di steam drum boiler terhadap minipower plant secara keseluruhan.