BAB II

URAIAN PROSES

2.1 Bahan baku

Bahan baku pada proses di unit Pembangkit Listrik Tenaga Gas adalah gas

alam yang berasal dari PT. Medco E&P Indonesia Field Rambutan dan udara

yang diperoleh dari lingkungan sekitar. Sedangkan pada Pembangkit Listrik

Tenaga Uap, bahan baku merupakan flue gas dari Pembangkit Listrik Tenaga Gas

dan air demin yang diperoleh dari hasil pengolahan air Sungai Kelekar.

2.1.1 Gas Alam

Gas Alam adalah campuran dari beberapa gas hidrokarbon yang berupa

methane, ethane, propane, butane dan lainnya. Lebih dari 70% komponen utama

gas alam adalah methane. Gas alam yang diperoleh merupakan gas kering.

Komponen gas alam di Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap Indralaya dapat

dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Komponen Gas Alam

Komponen % mol

C6H14 0,3482

C3H8 3,1195

i-C4H10 0,6092

n-C4H10 0,748

i-C5H12 0,3156

n-C5H12 0,1673

CH4 84,1617

C2H6 5,931

CO2 3,5126

N2 1,0869

Total 100

Sumber: PT. Medco E&P Indonesia Field Rambutan

9

10

Sifat fisik dan kimia gas alam adalah sebagai berikut :

a. Tidak berwarna

b. Tidak berbau

c. Mudah terbakar

d. Merupakan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 60-90% hidrokarbon

ringan, hidrokarbon berat dan gas pengotor/inert.

2.1.2 Udara

Udara pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas digunakan untuk proses

pembakaran. Udara proses dipasok dari kompressor yang mengambil udara dari

atmosfer dan kemudian disaring dengan filter udara untuk menghilangkan debu

atau kotoran lainnya.

2.1.3 Air

Pada proses di Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap, air digunakan

sebagai umpan pada HRSG (Heat Recovery Steam Generator) untuk

menghasilkan uap. Uap tersebut akan digunakan untuk memutar turbin. Hasil

perputaran turbin akan menghidupkan generator sehingga dihasilkan listrik.

2.2 Deskripsi proses

Secara umum siklus kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap ini

merupakan siklus kombinasi Brayton dan Rankine yaitu memanfaatkan gas buang

dari turbin gas untuk mengoperasikan turbin uap. Unit Pembangkit Listrik Tenaga

Gas dan Uap Indralaya memiliki 2 unit turbin gas, 2 unit HRSG, dan 1 unit turbin

uap.

Pada unit Pembangkit Listrik Tenaga Gas, udara masuk ke kompresor

pada tekanan 1,013 bar dan temperatur 32oC (1). Di dalam kompresor, udara

dinaikkan tekanan dan temperaturnya menjadi 9,52 bar dan 327,18oC dan

dialirkan ke ruang bakar untuk dibakar dengan gas alam (2). Gas alam memasuki

ruang bakar pada temperatur 25,7oC dan tekanan 20,6 bar (2). Gas alam dan udara

dibakar, gas hasil pembakaran tersebut memasuki turbin gas (3). Gas hasil

11

pembakaran yang terbentuk kemudian dimasukkan ke dalam turbin sehingga akan

menghasilkan gaya dorong untuk memutar turbin. Hasil perputaran dari turbin

akan diubah oleh gas turbine generator untuk menghasilkan listrik sebesar 50

MW (4). Sisa gas panas hasil pembakaran dengan temperatur 484oC dan tekanan

9,52 bar dialirkan menuju HRSG (Heat Recovery Steam Generator) untuk

memanaskan air (5).

Air berasal dari kondensat yang kondisinya sudah dalam keadaan murni.

Air dipompa dengan laju alir massa 77,69 ton/jam, temperatur 32°C dan tekanan

15,04 bar menggunakan pompa kondensat menuju deaerator (6). Deaerator

berfungsi untuk memisahkan air yang akan dialirkan ke HRSG dari uap dan

oksigen murni (O2). Oksigen harus dipisahkan dan dibuang ke udara luar melalui

pipa agar tidak menimbulkan kerak dan karat didalam pipa-pipa. Di dalam

deaerator, uap air yg telah menjadi cair (air) dikumpulkan dan dipompa untuk

dialirkan ke LP Drum (7). LP Drum berfungsi sebagai tempat penampungan air

dan uap. Selanjutnya, air akan bersirkulasi di dalam LP Evaporator sehingga

terjadi pemanasan awal pada air (8), di LP Evaporator air akan berubah fasa

menjadi uap basah.

Setelah melewati LP Evaporator, uap basah akan dialirkan kembali

menuju LP Drum dan akan melewati HP Economizer (9) yang berfungsi untuk

memanaskan uap basah sebelum masuk ke dalam HP Drum. Uap basah akan

ditampung di dalam HP Drum (10) dan kemudian menuju HP Evaporator (11)

yang berfungsi untuk mengubah uap basah menjadi uap kering. Uap

meninggalkan drum melalui pipa yang menuju ke HP Superheater 1 (12) dan HP

Superheater 2 (13). Uap yang masuk ke HP Superheater merupakan uap kering

karena jika uap basah yang masuk maka kandungan partikulat padat yang terlarut

dalam uap akan mengendap di dalam tube pada HP Superheater dan dapat

mengakibatkan temperatur logam tube akan meningkat sehingga akan terjadi

kegagalan tube. Uap kering akan menuju HP Superheater 3 (14) dalam keadaan

benar-benar kering dan keluar dari HRSG yang kemudian digunakan untuk

memutar sudu turbin uap.

12

Uap kering dari HRSG 1 digabungkan dengan uap kering dari HRSG 2

dan memasuki turbin uap dengan laju alir massa sebesar 62,65 ton/jam,

temperatur 394,6oC dan tekanan 30,1 bar (15). Uap akan menggerakkan sudu-

sudu turbin dan perputaran sudu-sudu turbin ini akan menghidupkan steam

turbine generator sehingga menghasilkan listrik sebesar 35 MW (16). Uap basah

hasil perputaran turbin akan meninggalkan turbin dan menuju kondensor pada

tekanan 0,1 bar untuk dikondensasi (17). Kondensat yang masih panas memasuki

menara pendingin pada temperatur 46,91oC untuk didinginkan (18). Di menara

pendingin, suhu kondensat diturunkan dengan cara mengekstraksi panas dari

kondensat dan mengemisikannya ke atmosfir. Air yang telah dingin akan dipompa

kembali memasuki kondenser dengan menggunakan circulating water pump pada

temperatur 15oC dan laju alir massa 6,585 ton/jam (19). Air akan keluar dari

kondensor pada tekanan 0,07 bar dan selanjutnya dipompakan menuju HRSG

untuk kembali diuapkan.

Diagram alir siklus gabungan Brayton dan Rankine pada PT. Perusahaan

Listrik Negara (Persero) Unit PLTGU Indralaya dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Diagram alir proses di PT. Perusahaan Listrik Negara (Persero) Unit PLTGU Indralaya

14

Keterangan gambar:

1. Kompressor

2. Ruang bakar

3. Turbin gas

4. Gas Turbine Generator (GTG)

5. Heat Recovery Steam Generator (HRSG)

6. Deaerator

7. LP Drum

8. LP Evaporator

9. HP Economizer

10. HP Drum

11. HP Evaporator

12. HP Superheater 1

13. HP Superheater 2

14. HP Superheater 3

15. Turbin uap

16. Steam Turbine Generator (STG)

17. Kondensor

18. Menara pendingin

19. Circulating water pump

15

2.3 Exergi

Exergi adalah potensi penggunaan energi, exergi juga dapat diartikan

sebagai kerja maksimum teoritis yang mampu diperoleh saat sistem berinteraksi

dalam mencapai kesetimbangan, exergi perlu ditentukan lingkungan referensi

yang menununjukkan bagaimana nilai numerik didapat (Sutini, 2011)

Energi bersifat kekal, dalam setiap peralatan maupun proses, energi

tidak dapat dimusnakan. Energi terdapat dalam bahan bakar minyak, listrik,

aliran materi dan sebagainya yang dapat diperhitungkan dalam bentuk produk

dan produk sampingan. berbeda dengan exergi, exergi tidak bersifat kekal

exergi dapat dimusnahkan melalui sifat irreversible tapi dapat juga dipindahkan

ke atau dari dalam suatu sistem ( Sutini, 2011).

Pengertian Exergi, exergi sebagai potensi kerja maksimum dalam bentuk

materi atau energi ketika berinteraksi dengan lingkungannya. Potensi kerja ini

diperoleh melalui proses reversible. Exergi dapat ditransfer diantara sistem dan

dapat dihancurksn oleh proses irreversible didalam sistem. Exergi adalah kerja

maksimum teoritis yang mampu diperoleh saat sistem tersebut berinteraksi

dalam mencapai kesetimbangnan ( Sutini, 2011).

Menurut E Jhon dkk, 2008 “Exergi dapat didefinisikan sebagai kerja yang

terdapat pada gas, cairan, atau massa yang tidak kesetimbangan kondisi relatif

dengan kondisi lingkungan”.

Analisis exergi mempunyai kelebihan bila dibandingkan dengan analisis energi,

yaitu :

- Lebih akurat dalam membentuk desain optimal, baik proses industri maupun

pembangkit listrik.

- Lebih teliti dalam menentukan energi yang hilang dalam proses maupun

yang dibuang keudara.

Lingkungan referensi exergi atau lingkungan dapat diasumsikan sebagai

sistem kompresibel sederhana yang berukuran besar dan memiliki temperatur

yang sama pada T0 dan tekanan P0. Walaupun sifat intensif lingkungan tidak

berubah, tetapi sifat ekstensif lingkungan dapat berubah karena interaksi dengan

sistem lain. Besarnya exergi sebuah sistem dapat dinyatakan dengan persamaan:

16

Dimana:

E : Exergi spesifik dalam satuan massa

T0 : Temperatur lingkungan, °C

U : Energi sistem, KJ/Kg

U0 : Energi dalam pada T0, KJ/Kg

P0 : Tekanan lingkungan, Bar

V : Volume sistem, m3/Kg

V0 : Volume sistem pada T0, m3/Kg

S : Entropi sistem, KJ/Kg.K

S0 : Entropi sistem pada T0, KJ/Kg.K

(sumber: Sutini P.L., Modul Termodinamika Teknik 2, 2011)

2.4 Kehancuran Exergy penukar kalor

Penukar kalor adalah komponen utama dalam sistem dan merupakan

komponen yang signifikan dalam kehilangan exergi. Heat exchanger tidak efisien

dalam nilai exergi karena didesain untuk temperatur minimum atau didisain pada

perbedaan temperatur yang maximal (Kotas TJ, 1995).

2.5 Rumus – rumus yang digunakan untuk menghitung exergi pada penukar

panas

Gambar 4. KondenserSumber : (E Jhon dkk, 1995)

17

Persamaan exergi sistem terbuka

Ed = ṁh (ef1 - ef2 ) - ṁc (ef4 - ef3)

Dimana :

ṁh = laju alir massa steam

ṁc = laju alir massa fluida pendingin

ef1 - ef2 = laju perpindahan exergi dari keadaan 1 ke keadaan 2

ef4 - ef3 = laju perpindahan exergi dari keadaan 3 ke keadaan 4

Ed = kehancuran exergi

h = enthapi

S = entropi

T0 = temperatur refrense

(sumber : E Jhon dkk, 1995)

dfcfhfcfhCVj

j

mmmmWQT

TEeeee10 4231

0