desain awal dan analisis turbin helium untuk...

7
Sri Sudadiyo ISSN 0216 - 3128 63 Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 4 Juli 2012 DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK SIKLUS PCU TANPA INTERCOOLER PADA RGTT200K Sri Sudadiyo Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir - BATAN Kawasan Puspiptek, gedung 80 Serpong Email :[email protected] ABSTRAK DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK SIKLUS PCU TANPA INTERCOOLER PADA RGTT200K. Dari sudut pandang konservasi energi, konsep RGTT200K dengan daya termal 200 MWth mempunyai kemampuan kogenerasi untuk alat pembangkit listrik dan pembangkit panas untuk produksi hidrogen dan desalinasi. Teras RGTT200K ini didinginkan dengan gas helium yang disirkulasikan oleh siklus tertutup turbin helium tanpa intercooler yang disebut unit konversi daya (Power Conversion Unit / PCU) dengan daya listrik 60 MWe. Turbin merupakan komponen dari PCU untuk penghasil daya poros sebagai fungsi dari putaran dan diameter rotor. Dimensi dari diameter rotor harus dirancang agar mampu mengubah energi termal yang diterima turbin menjadi daya poros pada kondisi putaran tertentu. Makalah ini bertujuan untuk memperoleh dimensi diameter rotor yang sesuai untuk putaran 3600 rpm dan kemudian melakukan analisis untuk mengetahui performa turbin dan siklus PCU. Metode yang digunakan yaitu dengan menentukan data masukan dan keluaran turbin menggunakan perangkat lunak Cycle-Tempo Release 5.0 dan diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan Termodinamika untuk memperoleh dimensi diameter rotor turbin. Hasil desain berupa dimensi diameter rotor yaitu sebesar 2,58 m. Hasil perhitungan diperoleh laju aliran massa helium 107 kg/s, efisisensi turbin 95 %, dan efisiensi termal siklus PCU sekitar 34 %, sehingga dapat direkomendasikan untuk diterapkan untuk sistem pendingin RGTT200K. Kata kunci: Helium, Intercooler, Turbin, PCU, RGTT200K ABSTRACT PRELIMINARY DESIGN AND ANALYSES ON HELIUM TURBINE FOR NON INTERCOOLED CYCLE OF PCU WITHIN RGTT200K. From the viewpoint of energy conservation, the concept of RGTT200K with thermal power of 200 MWth has cogeneration potential for electricity generation device and heat generation for hydrogen production and desalination. This RGTT200K core is cooled by helium gas which be circulated by non intercooled closed cycle of helium turbine called Power Conversion Unit (PCU) with electricity power 60 MWe. Turbin is a component of PCU for yielding shaft power as function of rotational speed dan rotor diameter. The dimension of rotor diameter must be designed to be able to convert the thermal energy that be entered to turbine to shaft power under specific rotation condition. This paper aims to obtain the corresponding dimension of rotor diameter for rotation 3600 rpm and then conducted analyses to determine the performances of turbine and PCU cycle. The used method is by determining the input and output data of turbine using Cycle-Tempo Release 5.0 software and be processed by employing the fluid mechanics and thermodynamics equations to obtain dimension of turbine rotor diameter. Design result in dimension of rotor diameter was equal to 2.58 m. Calculation results were mass flow rate of helium 107kg/s, turbine efficiency 95 %, and thermal efficiency of PCU cycle 34 %, so that it can be recommended to applied for coolant system of RGTT200K. Keywords: Helium, Intercooler, Turbine, PCU, RGTT200K PENDAHULUAN i beberapa negara, riset tentang sistem pendingin teras reaktor gas temperatur tinggi masih terus dikembangkan hingga saat ini (1,2) . Sejalan dengan itu, Bidang Pengembangan Reaktor- Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir, Badan Tenaga Nuklir Nasioanal juga sedang mengembangkan konsep RGTT200K yang merupakan salah satu tipe reaktor gas dan mempunyai kemampuan kogenerasi. Daya termal yang dihasilkan oleh RGTT200K sebesar 200 MW. RGTT200K mempunyai sistem pendingin teras dengan media gas helium yang disirkulasikan oleh kompresor dalam siklus tertutup turbin helium. Temperatur keluar teras RGTT200K dirancang sebesar 950 ºC (1223 K) (3) karena itu diharapkan mampu kogenerasi untuk produksi hidrogen, listrik, dan desalinasi. Pendingin teras temperatur tinggi memerlukan alat sirkulasi yang mengaplikasikan siklus tertutup turbin helium yang disebut unit konversi daya (Power Conversion Unit / PCU). PCU ini mempunyai komponen utama yang terdiri dari turbin, kompresor, Intermediate Heat Exchanger (IHX), precooler, rekuperator, dan tidak menggunakan intercooler. Alasan utamanya adalah D

Upload: hadien

Post on 05-Feb-2018

230 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/AP-02_Sri_Sudadiyo.pdf · diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan

Sri Sudadiyo ISSN 0216 - 3128 63

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 4 Juli 2012

DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK SIKLUS PCU TANPA INTERCOOLER PADA RGTT200K

Sri Sudadiyo Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir - BATAN Kawasan Puspiptek, gedung 80 Serpong Email :[email protected]

ABSTRAK DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK SIKLUS PCU TANPA INTERCOOLER PADA RGTT200K. Dari sudut pandang konservasi energi, konsep RGTT200K dengan daya termal 200 MWth mempunyai kemampuan kogenerasi untuk alat pembangkit listrik dan pembangkit panas untuk produksi hidrogen dan desalinasi. Teras RGTT200K ini didinginkan dengan gas helium yang disirkulasikan oleh siklus tertutup turbin helium tanpa intercooler yang disebut unit konversi daya (Power Conversion Unit / PCU) dengan daya listrik 60 MWe. Turbin merupakan komponen dari PCU untuk penghasil daya poros sebagai fungsi dari putaran dan diameter rotor. Dimensi dari diameter rotor harus dirancang agar mampu mengubah energi termal yang diterima turbin menjadi daya poros pada kondisi putaran tertentu. Makalah ini bertujuan untuk memperoleh dimensi diameter rotor yang sesuai untuk putaran 3600 rpm dan kemudian melakukan analisis untuk mengetahui performa turbin dan siklus PCU. Metode yang digunakan yaitu dengan menentukan data masukan dan keluaran turbin menggunakan perangkat lunak Cycle-Tempo Release 5.0 dan diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan Termodinamika untuk memperoleh dimensi diameter rotor turbin. Hasil desain berupa dimensi diameter rotor yaitu sebesar 2,58 m. Hasil perhitungan diperoleh laju aliran massa helium 107 kg/s, efisisensi turbin 95 %, dan efisiensi termal siklus PCU sekitar 34 %, sehingga dapat direkomendasikan untuk diterapkan untuk sistem pendingin RGTT200K. Kata kunci: Helium, Intercooler, Turbin, PCU, RGTT200K

ABSTRACT PRELIMINARY DESIGN AND ANALYSES ON HELIUM TURBINE FOR NON INTERCOOLED CYCLE OF PCU WITHIN RGTT200K. From the viewpoint of energy conservation, the concept of RGTT200K with thermal power of 200 MWth has cogeneration potential for electricity generation device and heat generation for hydrogen production and desalination. This RGTT200K core is cooled by helium gas which be circulated by non intercooled closed cycle of helium turbine called Power Conversion Unit (PCU) with electricity power 60 MWe. Turbin is a component of PCU for yielding shaft power as function of rotational speed dan rotor diameter. The dimension of rotor diameter must be designed to be able to convert the thermal energy that be entered to turbine to shaft power under specific rotation condition. This paper aims to obtain the corresponding dimension of rotor diameter for rotation 3600 rpm and then conducted analyses to determine the performances of turbine and PCU cycle. The used method is by determining the input and output data of turbine using Cycle-Tempo Release 5.0 software and be processed by employing the fluid mechanics and thermodynamics equations to obtain dimension of turbine rotor diameter. Design result in dimension of rotor diameter was equal to 2.58 m. Calculation results were mass flow rate of helium 107kg/s, turbine efficiency 95 %, and thermal efficiency of PCU cycle 34 %, so that it can be recommended to applied for coolant system of RGTT200K. Keywords: Helium, Intercooler, Turbine, PCU, RGTT200K

PENDAHULUAN i beberapa negara, riset tentang sistem pendingin teras reaktor gas temperatur tinggi

masih terus dikembangkan hingga saat ini(1,2). Sejalan dengan itu, Bidang Pengembangan Reaktor-Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir, Badan Tenaga Nuklir Nasioanal juga sedang mengembangkan konsep RGTT200K yang merupakan salah satu tipe reaktor gas dan mempunyai kemampuan kogenerasi. Daya termal yang dihasilkan oleh RGTT200K sebesar 200 MW. RGTT200K mempunyai sistem pendingin teras

dengan media gas helium yang disirkulasikan oleh kompresor dalam siklus tertutup turbin helium. Temperatur keluar teras RGTT200K dirancang sebesar 950 ºC (1223 K)(3) karena itu diharapkan mampu kogenerasi untuk produksi hidrogen, listrik, dan desalinasi. Pendingin teras temperatur tinggi memerlukan alat sirkulasi yang mengaplikasikan siklus tertutup turbin helium yang disebut unit konversi daya (Power Conversion Unit / PCU). PCU ini mempunyai komponen utama yang terdiri dari turbin, kompresor, Intermediate Heat Exchanger (IHX), precooler, rekuperator, dan tidak menggunakan intercooler. Alasan utamanya adalah

D

Page 2: DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/AP-02_Sri_Sudadiyo.pdf · diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan

64

karensehingdiutambahwaefisien

dalamkonfigyang bantalkinetiuntukdimanmenghmengmemudihasiuntukBangksikluspertamPCU persyaterlebturbinkompmenydan g(inputanalisyang mengRelea25 kasehingcocokMetodanalispersamdan Tturbinkemuperhithelium

siklusinstalamempiterasikonseRGTTRGTTturbinberulaparamdiingikuat setiap

Prosiding Pert

a PCU diragga kekompamakan walaupa penggunaannsi termal sikl

Secara mem PCU untuk pgurasi satu po

diletakkan lan (bearingik dari ekspank memutar rotnfaatkan untukhasilkan dayagerakkan koutar generator ilkan oleh PC

k ditempatkanka Belitung. s termodinamma dalam m

untuk RGaratan pertam

bih dahulu akn dilakukan ponen dari ediakan daya

generator listrt and output sis proses termdiawali dengagunakan pe

ase 5.0(4) dengali yang memgga diperolehk buat siklus Pdologi yang sis yaitu demaan yang teTermodinamikn berupa ddian dilanjtungan untuk m dengan vari

Gambar 1s tertutup turasi RGTTperlihatkan dii perhitungan

ep desain T200K. KoT200K yang n helium tanang-ulang (25

meter terminkan(4). Sifatmempengaruh

p komponen

temuan dan PrPus

ancang dalaakan komponpun telah dikn intercooler lus dari PCU. ekanis, konfigpembangkit lioros untuk turhorizontal d

g) Turbin mnsi helium settor. Kerja yank memutar poa mekanik yaompresor dalistrik. Daya

CU ini sebesn di daerah s

Konservasi mika merup

melakukan desGTT200K. Uma tersebut, dkan dibahas te

karena tPCU yangyang diperluk

rik. Data masdata) turbin dmodinamika uan membuat serangkat lungan iterasi permpunyai keteh parameter dPCU untuk k

digunakan engan menerersedia dalamka. Hasil desdimensi diamnjutkan den

analisis perfiasi putaran. 1 memperliharbin helium (

T200K. Gaiagram T-s tinn yang telasiklus PCU

onsep desaimenggunak

npa intercoole5 kali iterasi) modinamika t (properties) hi ukuran, tdari PCU te

resentasi Ilmiasat Teknologi A

Y

m bentuk mnen utamanya ketahui denganakan meningk

gurasi yang distrik menggurbin dan komdan ditumpu

mengekstrak telah melewatng dihasilkanoros sehinggaang berguna an sisanya listrik yang m

sar 60 MW, seperti Madur

dari karaktepakan persysain konsep Untuk memdalam makalaentang desainturbin meru bertugas kan oleh komsukan dan kediperoleh dariuntuk konsepskenario dari nak Cycle-Trhitungan seb

elitian hinggadesain turbin

konsep RGTTuntuk desain

rapkan persam Mekanika Fsain awal geometer rotor ngan melaforma siklus

atkan skematik(siklus PCU)

ambar 1 ngkat keadaanah dilakukan

U untuk inin PCU an siklus teer telah dilauntuk memp

seperti gas helium

tipe, dan perermasuk turbi

ISSN0216 -

h - Penelitian DAkselerator daYogyakarta, 4 J

modul lebih

n baik katkan

dipakai unakan

mpresor oleh

energi ti IHX n rotor a dapat

untuk untuk

mampu cocok

ra dan ristika

yaratan siklus

menuhi ah ini

n awal upakan

untuk mpresor

luaran i hasil

p PCU siklus

Tempo banyak a 10-4 n yang T200K. n dan amaan-Fluida ometri

yang akukan

turbin

k dari ) pada

juga n hasil n dari nstalasi

untuk ertutup akukan eroleh

yang secara rforma in. Ini

- 3128

Dasar Ilmu Penan Proses BahaJuli 2012

berarti bahwdiantara gaseperti turbPerubahan dapat dituliyang berbandiameter rodapat digun

2

4Dh ω

Δ =

dimana Δh rotasi, dan D

Dadituliskan se

TW m h= Δ

dimana WTpersatuan wproposionalaliran mass(2), dapat daya yang diameter rot

Gambar 1.

ngetahuan dan an - BATAN

wa terjadi pers helium dan

bin dengan laenergi persatskan sebagai nding lurus de

otor seperti tenakan persama

2D

adalah beda eD adalah diamaya yang dihebagai berikut

h

T adalah daywaktu. Ini bl terhadap pesa gas heliumdiketahui bahdihasilkan oltor untuk laju

Konsep RGPCU berikut

Teknologi Nuk

rtukaran energn komponen yaju aliran matuan massa mperubahan enengan kecepa

erlihat pada Gaan (1) dibawa

entalpi, ω adameter rotor. hasilkan oleh t(6) :

ya dan m aberarti bahwerubahan enta

m. Dari persamhwa kecepataleh turbin tergaliran massa

GTT200K dediagram T-s.

Sri Sudadiyo

klir 2012

gi yang samayang berotasiassa tertentu.

melalui turbinntalpi spesifikatan putar danGambar 2 danah(5) :

(1)lah kecepatan

turbin dapat

(2)adalah massaa daya jugaalpi dan lajumaan (1) danan rotasi dangantung padakonstan.

engan siklus

a i . n k n n

n

t

a a u n n a

s

Page 3: DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/AP-02_Sri_Sudadiyo.pdf · diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan

Sri Sudadiyo ISSN 0216 - 3128 65

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 4 Juli 2012

Gambar 2. Rotor turbin helium buatan EVO-

Jerman(7).

Gambar 2 menunjukkan diameter rotor turbin helium dengan aliran aksial yang pernah dibuat oleh perusahaan Energie Versorgung Oberhausen (EVO) dari Jerman(7). Parameter lain dalam desain turbin yang perlu diperhatikan yaitu putaran spesifik seperti ditunjukkan pada persamaan (3)(8) :

0,75svn

=Δ (3)

dengan ns adalah putaran spesifik poros turbin dan V adalah laju aliran gas helium. Putaran spesifik merupakan parameter tak berdimensi yang dapat dipakai untuk memperkirakan performa poros rotor turbin yang mampu dicapai pada putaran tertentu.Dalam desain awal turbin putaran spesifik ditentukan terlebih dahulu agar dimensi diameter rotor turbin dapat diketahui (dapat dihitung).

Merujuk hasil skenario termodinamika seperti diperlihatkan pada Gambar 1 diatas, dapat diketahui tingkat keadaan setiap titik pada kondisi masukan dan keluaran dari setiap komponen utama (termasuk turbin) untuk siklus PCU pada sistem RGTT200K, sehingga performa (unjuk kerja) dari turbin helium juga dapat diketahui dengan cara menganalisis beberapa parameter seperti yang ditunjukkan pada persamaan-persamaan(6) di bawah. Daya aktual turbin :

( ) ( )T T Taktual idealW Wη=

(4) Daya aktual kompresor :

( ) ( )C idealc aktual

c

WW

η=

(5) Efektivitas IHX :

( )1

1 3,59IHX Qε =

+ Δ (6)

Efisiensi termal siklus PCU :

( ) ( ) ( )T Caktual aktualth PCU

IHX R R

W WQ

ηη η

−=

(7) dimana WC adalah daya yang dibutuhkan kompresor, ΔQ adalah kerugian panas (heat loss) melalui IHX, ηIHX (= 89 %) adalah performa IHX, ηR (=89 %) adalah performa teras RGTT200K, dan QR (= 200 MWth) adalah energi termal yang dihasilkan teras RGTT200K.

TATA KERJA Tata kerja yang digunakan untuk

penyelesaian masalah dilakukan sebagai berikut : − Melakukan pemodelan termodinamika memakai

perangkat lunak Cycle-Tempo Release 5.0(4), seperti terlihat pada Gambar 3 untuk siklus tertutup turbin helium (siklus PCU) pada RGTT200K. Hasil skenario dituliskan dalam Tabel 1 dan digunakan sebagai data masukan (input data) untuk memperoleh output data dalam desain awal turbin.

− Menghitung dimensi diameter rotor turbin pada putaran tertentu dengan Persamaan (1) dan Persamaan (2).

− Menghitung putaran spesifik poros turbin menggunakan Persamaan (3).

− Menghitung daya ideal untuk turbin dan kompresor dengan Cycle-Tempo Release 5.0(4).

− Menghitung efisiensi turbin dan kompresor dengan Cycle-Tempo Release 5.0(4).

− Menghitung parameter lain termasuk daya aktual turbin dan kompresor dengan Persamaan (4) dan Persamaan (5), efektivitas IHX dengan Persamaan (6), dan efisiensi termal siklus PCU dengan Persamaan (7).

− Memplotkan hasil analisis pada diagram dan tabel.

Tabel 1. Input data untuk desain awal turbin helium.

TitikLaju alir

[m3/s]

Tekanan[bar]

Temperatur [°C]

Laju alir

massa[kg/s]

Entalpi[kJ/kg]

1 25,84 27,00 40,00 107 77,90 2 18,19 50,00 135,00 107 571,243 38,51 49,99 590,93 107 2938,934 54,53 49,98 950,00 107 4803,585 50,08 49,97 850,00 107 4284,286 73,81 27,02 621,93 107 3099,917 36,14 27,01 165,00 107 727,03

Page 4: DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/AP-02_Sri_Sudadiyo.pdf · diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan

66

HAS

entrop1 danadalahprosesatau spada Gisentrhasil dan pPerbetermodihasiperhitberbamenunterhad60 Hzspesifdigunrasio perhitantaramasukprogramemprasio putara3600 mempkecepdapat persamputaraTurbinberpudapat sebesa

Prosiding Pert

Gambar

SIL DAN PDiagram

pi (diagram Tn pemodelan h sangat bes-proses melasiklus PCU pGambar 1 bahopic dimana perkalian antaperubahan en

edaan temperaodinamika berilkan oleh tutungan putaragai dimensi dnjukkan kesdap putaran 36z) dan rasio pfik pada freknakan untuk

putaran dantungan menuna keduanya kan dan keam Cycle-Teperlihatkan pe

antara diaman tertentu da

rpm. Perpertahankan rpatan sudu pad

dilihat bahwmaan eksponan spesifik, din untuk PCU

utar dengan dihitung d

ar 2,58 m. S

temuan dan PrPus

r 3. Pemodela

PEMBAHAdari perubah-s) seperti terlsiklus seper

erguna dalamalui siklus tertpada RGTT2hwa proses m

daya yang ara laju aliranntalpi melaluatur yang diperbanding lurusurbin.Tabel 2an spesifik diameter rotorsetaraan anta600 rpm (sesuputaran spesifkuensi 60 Hmengetahui

n rasio putarnjukkan kecodan sesuai

eluaran yangempo Releaseengaruh putar

meter rotor yan diameter rhitungan d

rasio tekanan da rotor 487 ma trendline da

nensial dimaniameter rotor aU pada RGTkecepatan 36

dimensi diamSumbu vertik

resentasi Ilmiasat Teknologi A

Y

an siklus PCU

ASAN han temperatulihat dalam Grti pada Gamm menggambtutup turbin h00K. Dapat d

melalui turbin adiproduksi a

n massa gas hui proses tereroleh dari sks dengan daya2 merupakan yang terjadi r turbin. Gamara rasio puai denganfrekfik terhadap pHz. Gambar

kecocokan ran spesifik. ocokan yang

dengan parag dihasilkan e 5.0. Gambran turbin teryang didapat rotor pada p

dilakukan dkompresi 1,8

m/s. Dari Gamari kurva berbna semakin akan semakinTT200K dira600 rpm seh

meter rotor kal pada Gam

ISSN0216 -

h - Penelitian DAkselerator daYogyakarta, 4 J

U untuk RGTT

ur dan Gambar mbar 3 barkan helium dilihat adalah adalah helium rsebut.

kenario a yang

hasil pada

mbar 4 utaran kuensi utaran 4 ini antara Hasil tinggi

ameter oleh

bar 5 rhadap

pada utaran

dengan 85 dan mbar 5 bentuk tinggi

n kecil. ancang hingga turbin

mbar 5

- 3128

Dasar Ilmu Penan Proses BahaJuli 2012

T200K dengan

dibuat tak analisis dimputaran sperotor turbindimensi rosebenarnya.

Tabel 2. Htu

n [rpm] 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

Gambar 4.

ngetahuan dan an - BATAN

n Cycle-Temp

berdimensi umensi diametesifik 0,26 dipe

n sebesar 1 arotor turbin .

Hasil perhitungurbin.

ω [rad/s] 157,00 209,33 261,67 314,00 366,33 418,67 471,00 523,33 575,67 628,00

Diagram kesturbin.

Teknologi Nuk

o Release 5.0

untuk memuder rotor turbineroleh harga rrtinya dalam

sesuai den

gan dimensi d

D [m] 6,20 4,65 3,72 3,10 2,66 2,33 2,07 1,86 1,69 1,55

etaraan rasio p

Sri Sudadiyo

klir 2012

(4).

dahkan dalamn. Pada posisirasio diametermenganalisis

ngan ukuran

diameter rotor

ns 0,11 0,14 0,18 0,22 0,25 0,29 0,32 0,36 0,39 0,43

putaran

m i r s n

r

Page 5: DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/AP-02_Sri_Sudadiyo.pdf · diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan

Sri Su

Tabeln [rp

300310320330340350360370380390400410420430440

Gamb

outpudaya diberitekanadan tem. DaputaraturbinkompPerhitkompdiplotkisaraPada turbinwalaumaksiditingdan eHal indan t

udadiyo

Prosiding Pert

l 3. Variasi ppm] Δh [J/k00 78147500 8344400 88914400 94558400 10037600 10636700 11253200 11887100 12538300 13206900 13892800 14596200 15316900 16054900 168103

bar 5. Variasiterhada

Tabel 3 ut data termasu

kompresor ikan. Perhituan kompresi erdiri dari 5 tinari Tabel 3 daan yang terjan akan menpresor per stungan rasio

presor, efisienstkan dalam Gan putaran da

putaran 3600n mencapai tupun efisiensiimum (ηC

gkatkan, efisieefisiensi kompni dapat dimetemperatur ga

temuan dan PrPus

performa turbikg] (WT)id5,0 81,6 84,9 94,7 1061,2 1074,3 1124,0 1210,3 1233,2 1392,7 1488,9 1421,6 1591,0 1697,0 1739,5 18

i rasio diametap putaran spe

merupakan uk beda ental

berdasarkanungan dilak1,85, laju alirngkat dengan

apat dilihat bahadi maka dayningkat dansatuan waktu

antara dayasi turbin, dan

Gambar 6 danari 3000 rpm 0 rpm, terlihtitik maksimu kompresor b= 92 %).

ensi turbin mepresor terlihaengerti bahwaas helium ak

resentasi Ilmiasat Teknologi A

Y

in helium paddeal [MW] (3,82 9,50 5,37 01,42 07,66 14,09 20,70 27,50 34,48 41,65 49,01 56,56 64,29 72,20 80,30

ter rotor turbinesifik.

hasil perhitpi, daya turbin putaran

kukan pada ran massa 107diameter rotohwa semakin ya yang dihan berakibat u semakin a turbin dan efisiensi kom

n Gambar 7 dhingga 4400

hat bahwa efium (ηT = 9belum pada k

Apabila pengalami penuat bertambah a kenaikan tekan mengakib

ISSN 0216

h - Penelitian DAkselerator daYogyakarta, 4 J

da putaran spe(WT)aktual [M

72,25 79,39 86,59 93,81

100,99107,93114,67120,87126,68132,16136,94140,59144,08145,86147,31

n

tungan in, dan

yang rasio

7 kg/s, or 2,58

tinggi asilkan

kerja besar. daya

mpresor dengan 0 rpm. fisiensi 95 %) kondisi utaran

urunan besar.

ekanan batkan

- 3128

Dasar Ilmu Penan Proses BahaJuli 2012

sifik 0,26. MW] (WC)

volumenya massa tetap

Gambar 6.

Gambar 7.

ngetahuan dan an - BATAN

)ideal [MW] 29,65 33,88 38,16 42,48 46,84 51,25 55,70 60,19 64,72 69,29 73,90 78,55 83,24 87,97 92,73

bertambah be.

Pengaruh put

Pengaruh putkompresor d

Teknologi Nuk

(WC)aktua36,340,244,248,252,356,460,564,768,973,177,481,886,190,594,9

esar pada kond

taran pada efi

taran pada efian rasio WC /

67

klir 2012

al [MW] 2

25 23 25 1

41 4

72 93 9

47 80 6 5

98

disi laju aliran

isiensi turbin.

isiensi / WT.

n

Page 6: DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/AP-02_Sri_Sudadiyo.pdf · diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan

68 ISSN0216 - 3128 Sri Sudadiyo

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 4 Juli 2012

Tabel 4 merupakan hasil analisis energi termasuk rasio antara daya kompresor dan daya turbin dan rasio kerugian panas (heat loss) dari IHX terhadap energi termal yang ditransfer ke turbin dan energi termal dari teras RGTT200K. Dari Tabel 4 terlihat bahwa pada putaran 3600 rpm, heat loss (ΔQ) yang terjadi pada IHX sebesar 21,6 MW yang berarti besarnya kerugian panas 10,8 % dari daya termal dihasilkan teras RGTT200K atau sekitar 18,4 % dari daya termal yang ditransfer ke turbin. Dapat dilihat juga bahwa harga rasio WC/WT semakin naik dengan semakin tingginya putaran dan harga-harga ΔQ/WT dan ΔQ/QR semakin besar dengan berkurangnya putaran.Hal ini dapat dijelaskan bahwa dengan semakin besarnya energi termal yang dialirkan ke turbin mengakibatkan semakin cepatnya putaran rotor yang terjadi. Dari Gambar 6, penurunan efisiensi turbin mengakibatkan daya yang ditransfer ke kompresor dan generator semakin berkurang. Untuk kondisi pada putaran sama dan daya ideal yang dibutuhkan kompresor bernilai tetap, maka akan dihasilkan efisiensi kompresor yang lebih tinggi (semakin baik) akibat menurunnya daya yang dihasilkan turbin, seperti terlihat pada Gambar 7. Dari hasil perhitungan efisiensi termal untuk siklus tertutup turbin helium (sistem PCU) pada RGTT200K diperoleh nilai sekitar 34 % untuk proses siklus pendinginan teras tanpa mengaplikasikan intercooler. Harga efisiensi termal ini lebih rendah dibandingkan dengan siklus pendinginan teras RGTT200K yang menggunakan intercooler yang mempunyai harga efisiensi termal sekitar 43 %(9). Dapat dikatakan bahwa siklus PCU tanpa intercooler mengalami penurunan performa sekitar 21 % dibandingkan dengan yang mengapikasikan intercooler. Tabel 4. Hasil analisis rasio energi pada putaran

spesifik 0,26.

n [rpm] WC / WT [%] ΔQ [MW]

ΔQ / WT [%]

ΔQ / QR [%]

3000 50,3 53,6 74,2 26,8 3100 50,7 46,0 57,9 23,0 3200 51,1 41,0 47,3 20,5 3300 51,4 35,6 37,9 17,8 3400 51,8 30,0 29,7 15,0 3500 52,3 25,6 23,7 12,8 3600 52,8 21,6 18,8 10,8 3700 53,5 17,4 14,4 8,7 3800 54,4 14,4 11,4 7,2 3900 55,4 11,6 8,8 5,8 4000 56,6 9,6 7,0 4,8 4100 58,2 8,0 5,7 4,0 4200 59,8 7,2 5,0 3,6 4300 62,1 7,2 4,9 3,6 4400 64,5 7,0 4,8 3,5

KESIMPULAN Dari bahasan diatas, dapat ditarik

kesimpulan bahwa siklus tertutup turbin helium (atau siklus PCU) tanpa intercooler mempunyai efisiensi termal 34 % yang berarti mampu digunakan sebagai sistem pendingin teras RGTT200K. Pada kondisi putaran tetap (3600 rpm) diperoleh desain awal turbin dengan dimensi diameter rotor sebesar 2,58 m. Hasil analisis dengan menggunakan nilai dari dimensi diameter rotor ini, dapat diketahui bahwa turbin mampu menghasilkan efisiensi sebesar 95 % pada laju aliran massa gas helium sekitar 107 kg/s.

UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kami sampaikan kepada

rekan-rekan di Bidang Pengembangan Reaktor (BPR) dan kepada semua pihak yang telah membantu dalam perbaikan makalah ini.

DAFTAR PUSTAKA 1. IAEA, High Temperature Gas Cooled Reactor

Technology Development, (TECDOC No. 988), IAEA, Vienna, 1996.

2. ABRAMS, B., A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems, U.S. DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee and the Generation IV International Forum, 2002.

3. PURWADI, MD., Desain Konseptual Sistem Reaktor Daya Maju Kogenerasi Berbasis RGTT, Prosiding Seminar Nasional ke-16 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir, Surabaya, 28 Juli 2010.

4. Perangkat lunak Cycle-Tempo Release 5.0. 5. FOX, RW., McDONALD, AT., Introduction to

Fluid Mechanics, 3rd Edition, John Wiley and Sons, New York, 1985.

6. REYNOLD, WC., PERKINS, HC., Engineering Thermodynamics, 2nd Edition, McGraw Hill, 1977.

7. NO, HC., KIM, JH., KIM, HM., A Review of Helium Gas Turbine Technology for High Temperature Gas Cooled Reactors, Nuclear Engineering and Technology, Vol. 39, No. 1, February 2007.

8. BOYCE, MP.,Gas Turbine Engineering Handbook, 2nd Edition, Gulf Professional Publishing, Texas, 2002.

9. SUDADIYO, S.,Analisis Termal Siklus Turbin Helium Untuk RGTT200K Pada Kondisi Spesifik Daya Maksimum, Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir, Yogyakarta, 2011.

Page 7: DESAIN AWAL DAN ANALISIS TURBIN HELIUM UNTUK …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/AP-02_Sri_Sudadiyo.pdf · diolah dengan memakai persamaan-persamaan dalam Mekanika Fluida dan

Sri Su

TAN

Djoko− Moh

mensetin

Sr• E

ammpPsR

udadiyo

Prosiding Pert

NYAJAWA

o Heri Nugrohon dapat dijnigkatkan efisinggi-tingginya

ri Sudadiyo Efisiensi termadalah 34%. mampu dihamenaikkan efpeningkatan dPCU yang bsemakin baiRGTT200K.

temuan dan PrPus

AB

oho jelaskan bagaiensi turbin gaa (>34%)?

mal yang dEfisiensi turb

asilkan adalaefisiensi turbidalam efisiensberarti kemaik untuk m

resentasi Ilmiasat Teknologi A

Y

aimana untuk as agar dicapa

dicapai oleh bin gas heliumah 95%. Din akan dipsi termal dari ampuan alat endinginkan

ISSN 0216

h - Penelitian DAkselerator daYogyakarta, 4 J

dapat ai nilai

PCU m yang Dengan

eroleh siklus PCU teras

- 3128

Dasar Ilmu Penan Proses BahaJuli 2012

Dari gperbaikheliumtemperefisien

Dr. Abu Kh− Mengapa

siklus Pkeunggula

Sri Suda• Dalam

dalam kompodan awalauppengguefisienKeung

Dig(mo

Efi Leb

maKekura

Uktida

Efi Sul

ma

ngetahuan dan an - BATAN

gambar diagrakan atau pen

m dapat dicratur keluar tu

nsi turbin gas h

halid Rivai dalam desain

PCUnya taan dan kekura

adiyo m desain kon

bentuk modonen utama (tealat penukar pun telah dikunaan inter

nsi termal sikluggulan: gunakan uodularity) isiensi termal bih mudah un

aintenance angan:

kuran PCU meak kompak) isiensi termal lit untuk d

aintenance

Teknologi Nuk

am T-S dapat ningkatan eficapai denganurbin. Jadi T2helium semak

n ini turbin hanpa intercoanganya?

nsep PCU indul sehingga ermasuk turbikalor) lebih

ketahui denganrcoolerakan us dan PCU.

untuk bent

PCU menjadintuk di-manufa

enjadi lenih be

PCU lebih redi-manufactur

69

klir 2012

dilihat bahwafisiensi turbinn penurunan2≈T2s, berartikin baik.

helium untukooler? Apa

ni dirancangkekompakan

in, kompresorh diutamakann baik bahwamenigkatkan

tuk modul

i lebih baik acture dan di-

esar (menjadi

endah re dan di-

a n n i

k a

g n r n a n

l

-

i

-