plagiat merupakan tindakan tidak terpuji · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate...

86
i ANALISIS LAJU KERUSAKAN EXERGY DAN EFISIENSI EXERGY MESIN PLTGU PT. INDONESIA POWER UNIT PEMBANGKITAN SEMARANG SKRIPSI Untuk memenuhi persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin diajukan oleh AGUSTIAN PRATAMAHENDRA ISMANTORO NIM : 125214099 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Upload: lexuyen

Post on 08-Sep-2018

223 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

i

ANALISIS LAJU KERUSAKAN EXERGY DAN EFISIENSI

EXERGY MESIN PLTGU PT. INDONESIA POWER UNIT

PEMBANGKITAN SEMARANG

SKRIPSI

Untuk memenuhi persyaratan

Mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin

diajukan oleh

AGUSTIAN PRATAMAHENDRA ISMANTORO

NIM : 125214099

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 2: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

ii

ANALYSIS OF EXERGY DESTRUCTION RATE AND

EXERGY EFFICIENCY OF COMBINED CYCLE POWER

PLANT PT. INDONESIA POWER UNIT PEMBANGKITAN

SEMARANG

FINAL PROJECT

A requirement to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

presented by

AGUSTIAN PRATAMAHENDRA ISMANTORO

NIM : 125214099

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2016

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 3: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 4: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 5: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 6: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

vi

ABSTRAK

Parameter lingkungan dapat mempengaruhi performa kerja suatu mesinkalor. Analisis exergy merupakan sebuah metode analisis yang mengikut sertakanparameter lingkungan sebagai hitungan. Analisis exergy dapat menjabarkanseberapa besar laju kerusakan exergy dan seberapa besar efisiensi exergy padamesin pembangkit listrik tersebut. Penelitian pada mesin PLTGU PT.INDONESIA POWER UNIT PEMBANGKITAN SEMARANG akanmenganalisis pengaruh temperatur lingkungan antara 25oC hingga 35oC terhadapperforma kerja mesin.

Nilai laju kerusakan exergy dihitung dari perbedaan nilai laju exergy inputdan nilai laju exergy output sistem. Nilai laju exergy diperoleh dari pengukurantekanan dan temperatur sistem serta temperatur dan tekanan lingkungan. Nilaiefisiensi exergy diperoleh dari perbandingan antara nilai laju exergy outputterhadap nilai laju exergy input. Efisiensi exergy sistem diperoleh dariperhitungan exergy pada kompresor, combustion chamber, turbin gas, HRSG, HPtransfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump.

Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensiexergy mesin PLTGU memiliki nilai 41.3%. Combustion chamber berkontribusibesar terhadap laju kerusakan exergy yang nilainya 18.84% dari laju kerusakanexergy keseluruhan pada mesin PLTGU. Komponen yang memiliki nilai efisiensiexergy terendah terletak pada kondensor yang nilainya 57.59%. Analisis exergydapat menjelaskan suatu letak laju kerusakan exergy terbesar dan nilai efisiensiexergy terendah pada suatu komponen mesin pembangkit listrik. Hal tersebutsangat membantu dalam modifikasi atau pengembangan mesin tersebut.

Kata kunci: exergy, laju kerusakan exergy, efisiensi exergy, PLTGU

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 7: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

vii

ABSTRACT

Heat engine performance could be affected by its environmental parameters.Exergy analysis was a method that include the environmental parameters intoperformance calculation. Such calculation can explain the exergy destruction rateand the exergy efficiency of the engine. The research of environmentaltemperature influence to combined cycle power plant PT. INDONESIA POWERUNIT PEMBANGKITAN SEMARANG would have been done between 25oC to35oC.

Exergy destruction rate can be calculated from the difference of inputexergy rate and output exergy rate of system. Measurement were conducted on thesystem temperature and its pressure as well as the temperature and pressure of theenvironment. Exergy efficiency of system was calculated from the exergycomponents. They are compressors, combustion chambers, gas turbines, HRSGs,HP transfer pumps, steam turbine, condenser, and condensate pump.

Based on the research result, the exergy efficiency of combined cycle powerplant was 41.3%. The research found out that the combustion chamber has beencontributing 18.84% the exergy destruction rate of the overall exergy destructionrate on the power plant. Condenser was the component that had least exergyefficiency amongst all of the components which had the value 57.59%.While theexergy analysis can find the component which has the most exergy destructionrate and the minimum exergy efficiency, it would help to innovate the system orengine and the further research.

Keywords: exergy, exergy destruction rate, exergy efficiency, combined cycle

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 8: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 9: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi dengan judul

“ANALISIS LAJU KERUSAKAN EXERGY DAN EFISIENSI EXERGY

MESIN PLTGU PT. INDONESIA POWER UP SEMARANG”. Naskah skripsi

ini disusun sebagai salah satu syarat untuk lulus dalam studi Kesarjanaan Program

Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

Penulis menyadari bahwa penyusunan naskah skripsi ini dapat terselesaikan

dengan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu penulis

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik dan Kepala

Program Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta..

2. A. Prasetyadi, S.Si., M.Si. selaku Pembimbing I Skripsi.

3. Stefan Mardikus, S.T., M.T. selaku Pembimbing II Skripsi.

4. Seluruh Staff Pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

5. Seluruh Staff Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

6. Tarwaji selaku General Manager PT. INDONESIA POWER UP

SEMARANG.

7. Darmawan HS. selaku SPS. Keamanan dan Humas PT. INDONESIA

POWER UP SEMARANG.

8. Haryadi Adi Leksono selaku Ahli Madya Enjiniring Efisiensi PT.

INDONESIA POWER UP SEMARANG.

9. SPS. Operasi A, B, C, D, dan SPS. Perencanaan & Pengendalian Operasi &

Niaga yang telah membantu penulis dalam pencatatan data.

10. Pegawai dan karyawan PT. INDONESIA POWER UP SEMARANG.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 10: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

x

11. Keluarga penulis yang selalu memberi dukungan dan dorongan kepada

penulis dari awal hingga selesai.

12. Teman-teman penulis yang telah banyak mendukung.

13. Semua pihak yang telah membantu sehingga naskah skripsi ini dapat

terselesaikan.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini jauh dari kesempurnaan.

Oleh sebab itu penulis memohon kritik dan saran yang membangun demi

kesempurnaan penulisan skripsi ini. Semoga penulisan skripsi ini memberikan

manfaat bagi para pembaca.

Yogyakarta, 26 Februari 2016

Penulis

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 11: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL .................................................................................... i

HALAMAN JUDUL........................................................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... iii

HALAMAN PERSETUJUAN......................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN ......................................................................... v

ABSTRAK ....................................................................................................... vi

ABSTRACT..................................................................................................... vii

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI................................................... viii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... ix

DAFTAR ISI.................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL............................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xvii

DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL........................................................ xviii

BAB I PENDAHULUAN................................................................................ 1

1.1. Latar Belakang .................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah............................................................................... 3

1.3. Tujuan ................................................................................................. 3

1.4. Batasan Masalah ................................................................................. 3

1.5. Manfaat ............................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI................................. 4

2.1. Tinjauan Pustaka................................................................................. 4

2.2. Hukum Pertama Termodinamika dan Energi ..................................... 5

2.3. Hukum Kedua Termodinamika........................................................... 7

2.4. Exergy................................................................................................. 8

2.5. Analisis Exergy................................................................................... 8

2.6. Kerusakan Exergy............................................................................... 10

2.7. Analisis Energi dan Analisis Exergy .................................................. 11

2.8. Siklus-siklus pada Mesin PLTGU ...................................................... 12

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 12: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xii

2.9. Analisis Laju Kerusakan Exergy dan Efisiensi Exergy

Komponen Mesin PLTGU.................................................................. 17

2.10.Efisiensi Exergy Mesin PLTGU ........................................................ 29

2.11.Proses Pembakaran ............................................................................ 29

2.10.Air – Fuel Ratio (AFR) dan Fuel – Air Ratio (FAR)......................... 31

2.11.Air – Fuel Equivalence Ratio () dan Fuel – Air Equivalence

Ratio () ............................................................................................. 32

BAB III METODE PENELITIAN................................................................... 34

3.1. Alur Penelitian .................................................................................... 34

3.2. Variabel Penetian ................................................................................ 38

3.3. Pengambilan Data ............................................................................... 42

3.4. Analisis Data....................................................................................... 42

3.5. Tempat dan Jadwal Penelitian ............................................................ 43

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 44

4.1. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Kerja

Compressor ......................................................................................... 44

4.2. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Kerja

Combustion Chamber ......................................................................... 45

4.3. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Kerja Gas

Turbine ................................................................................................ 46

4.4. Nilai Laju Kerusakan Exergy dan Efisiensi Exergy Mesin

PLTGU................................................................................................ 58

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................... 60

5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 60

5.2. Saran ................................................................................................... 60

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 61

LAMPIRAN..................................................................................................... 62

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 13: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Natural Gas Properties ................................................................. 31

Tabel 2.2 Natural Gas Composition ............................................................. 32

Tabel 3.1 Tabel Variabel Terkait pada Penelitian......................................... 38

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 14: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skematik diagram T-S siklus Brayton pada sistem PLTG....... 12

Gambar 2.2 Skematik diagram P-V siklus Brayton pada sistem PLTG ...... 13

Gambar 2.3 Skematik diagram T-S siklus Rankine pada sistem PLTU ...... 14

Gambar 2.4 Skematik diagram P-V siklus Rankine pada sistem PLTU ...... 14

Gambar 2.5 Skematik diagram T – S siklus Brayton pada sistem PLTG .... 16

Gambar 2.6 Skematik diagram T – S siklus Rankine pada sistem PLTU.... 17

Gambar 2.7 Skematik Compressor .............................................................. 18

Gambar 2.8 Skematik Combustion chamber................................................ 19

Gambar 2.9 Skematik Gas turbine ............................................................... 21

Gambar 2.10 Skematik HRSG ....................................................................... 23

Gambar 2.11 Skematik Steam turbine............................................................ 24

Gambar 2.12 Skematik Condenser................................................................. 26

Gambar 2.13 Skematik Condensate pump ..................................................... 27

Gambar 2.14 Skematik HP Transfer pump .................................................... 28

Gambar 3.1 Diagram alir Penelitian............................................................. 34

Gambar 3.2 Skematik Mesin PLTGU .......................................................... 37

Gambar 4.1 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Compressor

terhadap temperatur lingkungannya. ........................................ 47

Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi Exergy Compressor terhadap

temperatur lingkungannya ........................................................ 47

Gambar 4.3 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Combustion

chamber terhadap temperatur lingkungannya. ......................... 48

Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi Exergy Combustion chamber

terhadap temperatur lingkungannya. ........................................ 48

Gambar 4.5 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Gas turbine

terhadap temperatur lingkungannya. ........................................ 49

Gambar 4.6 Grafik hubungan efisiensi Exergy Gas turbine terhadap

temperatur lingkungannya ........................................................ 49

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 15: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xv

Gambar 4.7 Grafik hubungan temperatur Discharge Compressor

terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 50

Gambar 4.8 Grafik hubungan temperatur produk pembakaran /

temperatur Inlet Gas turbine terhadap temperatur

lingkungannya .......................................................................... 50

Gambar 4.9 Grafik hubungan Air – Fuel Ratio (AFR) terhadap

temperatur lingkungannya ........................................................ 51

Gambar 4.10 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy HRSG terhadap

temperatur lingkungannya ........................................................ 51

Gambar 4.11 Grafik hubungan efisiensi Exergy HRSG terhadap

temperatur lingkungannya ........................................................ 52

Gambar 4.12 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy HP Transfer

pump terhadap temperatur lingkungannya ............................... 52

Gambar 4.13 Grafik hubungan efisiensi Exergy HP Transfer pump

terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 53

Gambar 4.14 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Steam turbine

terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 53

Gambar 4.15 Grafik hubungan efisiensi Exergy Steam turbine terhadap

temperatur lingkungannya ........................................................ 54

Gambar 4.16 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Condenser

terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 54

Gambar 4.17 Grafik hubungan efisiensi Exergy Condenser terhadap

temperatur lingkungannya ........................................................ 55

Gambar 4.18 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Condensate pump

terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 55

Gambar 4.19 Grafik hubungan efisiensi Exergy Condensate pump

terhadap temperatur lingkungannya ......................................... 56

Gambar 4.20 Diagaram efisiensi Exergy siklus PLTGU ............................... 56

Gambar 4.21 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy

setiap komponen Unit GTG I dan HRSG I .............................. 57

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 16: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xvi

Gambar 4.22 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy

setiap komponen Unit GTG II dan HRSG II............................ 57

Gambar 4.23 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy

setiap komponen Unit GTG III dan HRSG III. ........................ 58

Gambar 4.24 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy

setiap komponen Unit STG. ..................................................... 68

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 17: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel Hasil Analisis Exergy Compressor GTG I ............................................ 62

Tabel Hasil Analisis Exergy Compressor GTG II ........................................... 62

Tabel hasil Analisis Exergy Compressor GTG III........................................... 62

Tabel Hasil Analisis Exergy Combustion Chamber GTG I............................. 63

Tabel Hasil Analisis Exergy Combustion Chamber GTG II ........................... 63

Tabel Hasil Analisis Exergy Combustion Chamber GTG III .......................... 63

Tabel Hasil Analisis Exergy Gas Turbine GTG I............................................ 63

Tabel Hasil Analisis Exergy Gas Turbine GTG II........................................... 64

Tabel Hasil Analisis Exergy Gas Turbine GTG III ......................................... 64

Tabel Hasil Analisis Exergy HRSG I............................................................... 64

Tabel Hasil Analisis Exergy HRSG II ............................................................. 64

Tabel Hasil Analisis Exergy HRSG III............................................................ 65

Tabel Hasil Analisis Exergy HP Transfer Pump I ........................................... 65

Tabel Hasil Analisis Exergy HP Transfer Pump II.......................................... 65

Tabel Hasil Analisis Exergy HP Transfer Pump III ........................................ 65

Tabel Hasil Analisis Exergy Steam Turbine .................................................... 66

Tabel Hasil Analisis Exergy Condenser .......................................................... 66

Tabel Hasil Analisis Exergy Condensate Pump .............................................. 66

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 18: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xviii

DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL

Singkatan Keterangan

AFR air fuel ratio

AFRact air fuel ratio actual

AFRstoic air fuel ratio stoichiometric

CC combustion chamber

CCPP combined cycle power plant

Comp compresser

Cond condenser

Cond Pump condensate pump

FAR fuel air ratio

FARact fuel air ratio

FARstoic fuel air ratio

GT gas turbine

GTG gas turbine generator

HP high pressure

HP Trans. Pump high pressure transfer pump

HRSG heat recovery steam generator

LHV lower heating generator

LP low pressure

PLTG pembangkit listrik tenaga gas

PLTGU pembangkit listrik tenaga gas dan uap

PLTU pembangkit listrik tenaga uap

ST steam turbine

STG steam turbine generator

Simbol Keterangan

fuel air equivalence ratio

koefisien aktivitas

efisiensi

air fuel equivalence ratio

rasio antara exergy spesifik terhadap lower heating value

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 19: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xix

Nomenklatur Keterangan

A luasan

cp konstanta kalor spesifik

e energi spesifik

E energi

E laju energi

ex exergy spesifik

Ex exergy

xE laju exergy

H enlthalpi

H0 enthalpi lingkungan

I irreversibilitas / kersakan exergy

I laju kerusakan exergy

KE energi kinetik

m laju aliran massa

P tekanan

P0 tekanan lingkungan

PE energi potensial

Q kalor

Q laju kalor

R tetapan gas universal

S entropi

S0 entropi lingkungan

T temperatur

T0 temperatur lingkungan

U internal energi

V volum

W daya

W kerja

x fraksi mol

Superscript Keterangan

k konstanta rasio kalor spesifik tekanan terhadap kalor

spesifik volum

T komponen temperatur

P komponen tekanan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 20: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

xx

Subscipt Keterangan

A luasan

air udara

CC combustion chamber

CCPP combined cycle power plant

ch kimiawi

Comp compressor

Cond condenser

Cond.pump condensate pump

cycle satu siklus / simple cycle

exh exhaust gas

fuel bahan bakar

GT gas turbine

HP.Trans.pump high pressure transfer pump

HRSG heat recovery steam generator

i komponen ke-i

II exergy / hukum kedua termodinamika

in inlet

j komponen ke-j

net netto

out outlet

ph fisik

ST steam turbine

sp superheated

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 21: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kebutuhan energi sudah menjadi kebutuhan utama dalam kehidupan sehari-

hari. Permintaan energi yang terus meningkat tidak bisa terhindarkan dari masa ke

masa. Sumber energi yang tersedia di alam ada dua, yaitu energi tak terbarukan

dan energi terbarukan. Dewasa ini kebutuhan energi terus bertambah dari berbagai

sektor, seperti transportasi, industri, rumah tangga dan lain-lain. Meskipun energi

tersedia banyak di alam, dari energi tak terbarukan hingga energi baru terbarukan,

tetapi ada berbagai kendala untuk memperoleh energi tersebut, seperti jumlah

permintaan, keterbatasan teknologi, dan keterbatasan sumber daya. Meskipun

memiliki ketersediaan energi yang melimpah terutama energi yang bersumber dari

fosil, pemanfaatan energi harus digunakan secara efisien untuk kebutuhan di masa

mendatang.

Salah satu bentuk sumber energi adalah energi listrik, yang dihasilkan oleh

mesin pembangkit listrik. Sekarang ini pembangkit listrik di Indonesia masih

didominasi oleh mesin pembangkit sistem termal. Energi primer mesin

pembangkit listrik tersebut berasal dari energi fosil, panas bumi, dan reaksi nuklir.

Meskipun Indonesia masih banyak menggunakan energi fosil sebagai energi

primer mesin pembangkit listrik sistem termal, jumlah energi yang bersumber dari

fosil terbatas. Oleh sebab itu, perlu adanya alternatif energi yang dapat

menggantikan energi fosil untuk menghasilkan energi listrik. Pemanfaatan energi

alternatif sebagai penghasil energi listrik yang optimal membutuhkan waktu dan

proses. Selama penggunaan energi alternatif belum optimal, energi primer

pembangkit listrik akan tetap menggunakan energi fosil. Menurut Dewan Energi

Nasional, proyeksi energi listrik di Negara Indonesia dari tahun 2015 sampai

tahun 2050 diperoleh dari pembangkit listrik yang berbahan bakar fosil, maka

pemanfaatan energi fosil untuk menghasilkan energi listrik harus dimanfaatkan

secara efisien, agar pembangkit listrik energi fosil tidak kehabisan energi fosil

sebelum pemanfaatan energi alternatif belum maksimal.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 22: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

2

Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) adalah salah satu mesin

pembangkit listrik yang digunakan di Indonesia. PT. Indonesia Power UP

Semarang merupakan salah satu instansi yang bergerak dalam Pembangkitan

listrik yang menggunakan mesin PLTGU. Mesin PLTGU PT. Indonesia Power

UP Semarang beroperasi sejak tahun 1997 dengan menggunakan bahan bakar

natural gas sebanyak 2 blok. Setiap blok terdiri dari 3 unit mesin PLTGU (GTG),

3 unit Heat Recovery Steam Generator (penghasil uap untuk turbin uap), dan 1

unit Turbin Gas (STG), satu blok memiliki beban terpasang sebesar 516MW.

Mengetahui lama waktu beroperasi mesin PLTGU PT. Indonesia Power UP

Semarang, mesin tersebut perlu diteliti kemampuan kerjanya, karena semakin

lama bekerjanya suatu mesin pasti menurun performa kerjanya. Buruk atau

menurunnya performa kerja mesin pembangkit listrik biasanya diakibatkan oleh

rugi-rugi energi yang berlebihan. Hilangnya energi dengan jumlah yang besar

pada mesin pembangkit listrik, dapat terjadi di salah satu atau lebih pada

komponen mesin. Untuk mengetahui komponen-komponen tersebut, maka perlu

dilakukan analisis sistem mesin pembangkit listrik tersebut. Analisis sistem mesin

pembangkit listrik dapat menjadi deskripsi performa kerja mesin pembangkit

listrik. Analisis sistem pembangkit dapat dilakukan berdasarkan Hukum Pertama

dan Kedua Termodinamika. Analisis tersebut akan memasukkan parameter

lingkungan untuk menghitung nilai exergy sebagai indikasi performa kerja mesin

pembangkit listrik.

Analisis mesin tersebut akan digunakan sebagai skripsi mahasiswa. Hasil

analisis tersebut akan disusun menjadi sebuah naskah skripsi yang diharapkan

nantinya dapat membantu dalam pengembangan mesin dan sistem pembangkit

listrik serta menjadi sebuah rujukan untuk penelitian sistem pembangkit listrik

berikutnya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 23: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

3

1.2. Rumusan masalah

Berdasarkan latar belakang, ada beberapa masalah dalam operasi mesin

pembangkit listrik adalah:

1. Seberapa besar nilai laju kerusakan exergy dan efisiensi exergy komponen

mesin pembangkit listrik.

2. Seberapa besar nilai efisiensi exergy mesin pembangkit listrik.

1.3. Tujuan

Ada beberapa tujuan diakukan penelitian pada mesin pembangkit listrik

adalah:

1. Mengetahui nilai laju kerusakan exergy terbesar dan efisiensi exergy

terendah pada komponen mesin pembangkit listrik tenaga gas.

2. Mengetahui performa sitem pembangkit dengan menghitung efisiensi

exergy pada kondisi simple cycle dan combined cycle.

1.4. Batasan masalah

Batasan-batasan yang diambil dalam penelitian adalah:

1. Sistem PLTGU merupakan sistem tertutup.

2. Aliran fluida diasumsikan steady state.

3. Analisis GTG menggunakan analisis standar udara dimodelkan gas ideal.

4. Perubahan energi potensial dan energi kinetik diabaikan.

1.5. Manfaat

Manfaat dari hasil penelitian mesin pembangkit listrik adalah:

1. Sebagai rujukan untuk melakukan pengembangan mesin dan sistem mesin

pembangkit listrik.

2. Sebagai rujukan untuk melakukan penelitian lebih lanjut tentang mesin

pembangkit listrik.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 24: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Pembangkit listrik Tambak Lorok dengan sistem combined cycle

menggunakan bahan bakar natural gas. Tambak Lorok Blok I phase I merupakan

Pusat Listrik Tenaga Gas (Simple Cycle) beroperasi sejak tahun 1993 sampai

sekarang. Sedangkan Tambak Lorok Blok II phase I dan Blok I phase II

merupakan Pusat Listrik Sistem Kombinasi (Combined Cycle Power Plant) mulai

beroperasi tahun 1997.

Pusat Listrik Sistem Kombinasi Tambak Lorok Blok II phase I dan Blok I

phase II masing-masing berkapasitas 500MW dan tiap-tiap blok terdiri dari :

1. Tiga Unit Gas turbine Generator (GTG) dengan kapasitas 3 x 100MW

2. Tiga Unit Heat Recovery Steam Generator (HRSG)

3. Satu Unit Steam Turbine Generator (STG) kapasitas 1 x 150MW

Turbin gas tersebut buatan General Electric (GE) dengan kode MS9001E

GE. Turbin gas ini langsung memutar generator dengan putaran 3000rpm dan

tegangan keluar 11,5kV. Beban setiap unit generator dapat diamati di ruang

kontrol. Exhaust gas GTG dialirkan ke HRSG melalui Diverter Damper. Panas

exhaust gas dari GTG tersebut digunakan untuk menguapkan air di HRSG. Uap

tersebut kemudian digunakan untuk memutar STG.

Operasi pembangkit ini dapat dilakukan 2 cara yaitu simple cycle dan

combined cycle. Simple cycle dalam operasi pembangkitan listrik memiliki

pengertian bahwa pembangkit listrik beroperasi menggunakan 1 jenis mesin

pembangkit yaitu mesin PLTG. Exhaust gas hasil pembakaran akan langsung

dibuang ke atmosfir tanpa dimanfaatkan kembali. Sedangkan combined cycle

dalam operasi pembangkitan listrik memiliki pengertian pembangkit listrik

beroperasi menggunakan 2 jenis mesin pembangkit listrik yaitu mesin PLTG dan

mesin PLTU. Mesin PLTU memperoleh panas pada boiler diperoleh dari exhaust

gas dari PLTG, sehingga PLTU tidak mampu beroperasi sendiri tanpa

beroperasinya PLTG.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 25: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

5

PLTGU Tambak Lorok beroperasi sesuai permintaan beban dari P3B

(Penyaluran Pengaturan Pusat Beban di Ungaran). Pola operasi PLTGU Tambak

Lorok berdasarkan kondisi beban adalah sebagai berikut.

1. Kondisi Beban Luar Puncak

PLTGU beroperasi dengan pola 2-2-1 yang berarti 2 unit GTG beroperasi, 2

unit HRSG beroperasi, dan 1 unit STG beroperasi.

2. Kondisi Waktu Beban Puncak

PLTGU beroperasi dengan pola 3-3-1 yang berarti 3 unit GTG beroperasi, 3

unit HRSG beroperasi, dan 1 unit STG beroperasi.

3. Kondisi Waktu Weekend

PLTGU beroperasi dengan pola 1-1-1 yang berarti 1 unit GTG beroperasi, 1

unit HRSG beroperasi, dan 1 STG beroperasi.

Sehingga PLTGU Tambak Lorok merupakan PLTGU dengan pola operasi

start stop setiap hari.

2.2. Hukum Pertama Termodinamika dan Energi

Hukum Pertama Termodinamika membahas tentang kekekalan energi yaitu

energi tidak dapat diciptakan maupun dihancurkan. Pernyataan pada Hukum

Pertama Termodinamika tersebut dapat diungkapkan pada suatu proses, yaitu

kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika ( U ) sama dengan

jumlah energi panas yang diberikan ke dalam sistem (Q) dikurangi dengan kerja

yang dilakukan oleh sistem (W). Pernyataan tersebut dapat dituliskan dalam

persamaan (2.1).

(2.1)

Hukum Pertama Termodinamika tidak memberikan informasi mengenai arah

suatu proses yang berlangsung, yaitu proses reversible atau proses irreversible.

Hukum Pertama Termodinamika juga tidak menjelaskan bahwa suatu proses

konversi energi terdapat rugi-rugi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 26: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

6

Pembahasan energi mencangkup semua bentuk energi di dalam sebuah

E system.

Total energi (E) dapat dijabarkan sebagai jumlah dari energi dalam (U), energi

kinetik (KE), dan energi potensial (PE). Total energi dapat dituliskan dalam

persamaan (2.2)

(2.2)

Energi dapat berpindah dalam bentuk panas, kerja dan aliran massa. Interaksi

energi diketahui saat energi melintasi batas suatu sistem. Interaksi energi

menunjukan adanya energi yang ditambahkan atau energi yang hilang dari sistem

selama sebuah proses berlangsung. Keseimbangan energi dapat dituliskan di

persamaan (2.4).

(2.4)

Persamaan (2.4) dapat diungkapkan bahwa perubahan energi total dari sistem

sepanjang proses (Esystem) sama dengan perbedaan antara energi masuk total (Ein)

dan energi keluar total (Eout) dari sistem selama proses berlangsung.

Ada 2 bentuk dari energi yang sangat erat dengan sistem tertutup yaitu

perpindahan kalor dan kerja. Suatu siklus sistem tertutup memiliki kondisi awal

dan kondisi akhir yang bernilai sama, Esystem = E2 E1 = 0.

Keseimbangan untuk siklus tersebut menjadi Ein Eout = 0 atau Ein = Eout.

Keseimbangan energi untuk sebuah siklus dapat tuliskan dalam hal terkait kalor

dan kerja sebagai berikut (2.5).

(2.5)

Itu berarti dalam sebuah siklus memiliki nilai output kerja netto sama dengan nilai

kalor input netto.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 27: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

7

2.3. Hukum Kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika memberikan batasan-batasan tentang arah

suatu proses, apakah proses tersebut reversible atau irreversible dan salah satu

akibat dari hukum kedua termodinamika adalah perkembangan dari suatu sifat

fisik alam yang disebut entropi. Ada 2 rumusan umum mengenai hukum kedua

termodinamika yaitu pernyataan Clausius dan pernyataan Kelvin-Planck. Clausius

menyatakan bahwa dalam suatu sistem tidak mungkin kalor dipindahkan dari

reservoar yang temperatur lebih rendah ke reservoar yang memiliki temperatur

lebih tinggi. Kelvin-Planck menyatakan bahwa tidak mungkin sebuah sistem

siklus termodinamika menghasilkan sejumlah kerja sementara sistem hanya

memperoleh kalor pada satu reservoar.

Entropi sangat berperan penting dalam konsep hukum kedua

termodinamika. Entropi adalah adalah nilai suatu energi spesifik tiap satu satuan

temperatur. Entropi pada suatu sistem termodinamika merupakan sebuah indikator

ketidak beraturan suatu sistem dalam skala mikroskopis. Suatu sistem tertutup

yang diberi energi, nilai entropi pada sistem tersebut akan terus meningkat. Suatu

sistem akan selalu menuju ke dalam suatu kesetimbangan termal terhadap

lingkungannya (hukum kenol termodinamika), yaitu dengan melalui

kesetimbangan entropi. Hal tersebut disebabkan oleh perubahan entropi sistem

terhadap lingkungan. Kesetimbangan tersebut terjadi dengan berpindahnya entropi

pada sistem ke lingkungan. Berpindahnya entropi akan disertai dengan

perpindahan panas.

Berdasarkan pernyataan pada hukum kedua termodinamika, R.J.E. Clausius

menulis sebuah pertidaksamaan yang dikenal dengan nama Clausius Inequality.

Pertidaksamaan tersebut mengungkapkan sebuah proses reversible atau

irreversible sebagai berikut.

1. Stotal = Ssystem + Ssuround = 0 , maka proses tersebut reversible.

2. Stotal = Ssystem + Ssurround > 0 , maka proses tersebut irreversible.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 28: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

8

Dengan perubahan Ssystem) memiliki nilai positif dan

perubahan Ssurround) memiliki nilai negatif.

2.4. Exergy

Kata exergy berasal dari bahasa Yunani yaitu ex dan ergon yang berarti dari

(from) dan kerja (work). Exergy dapat didefinisikan sebagai kerja maksimum

yang mampu dilakukan oleh suatu sistem terhadap lingkungan sekitar sistem.

Umumnya, lingkungan dispesifikasikan oleh kondisi temperatur, tekanan, dan

komposisi kimia. Exergy suatu sistem akan meningkat jika terjadi kerja pada

sistem. Exergy itu kekal hanya ketika semua proses dari sistem dan lingkungan

dalam keadaan reversible. Namun, exergy dapat dihancurkan bila terjadi sebuah

proses irreversible. Seperti energi, exergy dapat berpindah melewati batas dari

sebuah sistem. Perpindahan exergy berlangsung bersama dengan perpindahan

panas tergantung temperatur sistem terhadap temperatur lingkungan.

2.5. Analisis Exergy

Suatu laju exergy berkaitan dengan laju perpindahan panas iQ dapat

dihitung dengan persamaan (2.6).

iA

ox

(2.6)

A adalah luasan perpindahan kalor, To adalah temperatur lingkungan, T adalah

temperatur terjadinya perpindahan kalor. Ketika ada sebuah keseragaman

temperatur , persamaan (2.6) menjadi persamaan (2.7).

T

TQE o

Ax 1(2.7)

Dengan adalah nilai laju perpindahan kalor pada suatu luasan, To adalah nilai

temperatur lingkungan, dan T adalah nilai temperatur terjadinya perpindahan

kalor.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 29: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

9

Dalam analisis sistem termal terdapat 2 macam exergy yaitu exergy fisik

dan exergy kimia. Exergy fisik adalah kerja yang diperoleh melalui substansi

melewati proses reversible dari kondisi temperatur dan tekanan awal ke kondisi

yang ditentukan berdasarkan temperatur dan tekanan lingkungan. Exergy fisik

dapat dihitung dengan persamaan (2.8).

(2.8)

Dengan ex adalah nilai exergy spesifik, Ho ,To, dan So berturut-turut adalah entalpi,

temperatur, dan entropi lingkungan, sedangkan H dan S adalah entalpi dan entropi

pada sistem. Subscript ph menandakan fisik . Exergy fisik dapat dipisah menjadi 2

komponen, yaitu sebuah komponen termal dan sebuah komponen tekanan atau

dapat disebut juga dengan komponen mekanis. Dengan menggunakan Hukum Gas

Ideal dalam persamaan (2.8) dan mengasumsikan konstanta kapasitas kalor

spesifik isobarik (cp), persamaan (2.8) menjadi persamaan (2.11).

ooop

Tx

(2.9)

oo

Px

(2.10)

0000. phx (2.11)

Dengan Pxe , T

xe , phxe , berturut-turut adalah nilai exergy spesifik komponen

tekanan, nilai exergy spesifik komponen temperatur, nilai exergy spesifik fisik, R

adalah konstanta gas ideal, T0 adalah nilai temperatur lingkungan, P0 adalah nilai

tekanan lingkungan, T adalah nilai temperatur sistem, dan P adalah nilai tekanan

sistem. Exergy kimia adalah kerja yang diperoleh ketika substansi di bawah

pertimbangan dibawa dari kondisi lingkungan, didefinisikan sebagai parameter

temperatur dan tekanan lingkungan ke kondisi referensi yang melibatkan proses

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 30: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

10

perpindahan kalor dan pergantian substansi hanya dengan lingkungan. Untuk

menghitung exergy kimia (ech) (bahan bakar, campuran gas, dan produk hasil

pembakaran) dapat dihitung dengan persamaan (2.12).

n

i

n

iiiiichxichx

1 10,,,

(2.12)

Dengan xi adalah fraksi mol komponen ke-i, R adalah konstanta gas ideal, dan i

adalah koefisien aktivitas. Untuk ideal solution, nilai koefisien aktivitas bernilai 1.

Untuk mempermudah perhitungan, exergy kimia bahan bakar dapat diperoleh

berdasarkan Lower Heating Value (LHV) bahan bakar tersebut. Hubungan antara

LHV dan exergy kimia dijabarkan dalam persamaan (2.13). Persamaan (2.12)

dapat digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih teliti.

(2.13)

Dengan ex,fuel adalah nilai exergy spesifik bahan bakar, nilai rasio exergy terhadap

Lower Heating Value (LHV) bahan bakar ( fuel) dapat dihitung dengan persamaan

dasar komposisi atom. Nilai rasio exergy spesifik bahan bakar hidrokarbon (baHC

) terhadap nilai LHV bahan bakar tersebut dapat dihitung dengan persamaan

(2.14).

(2.14)

2.6. Kerusakan Exergy

Ireversibilitas juga dapat disebut kerusakan exergy atau exergy loss. Jadi,

ketika suatu sistem terjadi proses irreversible, maka pada sistem tersebut ada

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 31: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

11

kerusakan exergy atau exergy loss. Kerusakan exergy dihitung dengan cara

mengambil perbedaan antara exergy yang masuk dan exergy yang keluar sistem,

dapat dituliskan dalam persamaan (2.15).

(2.15)

Dengan I adalah nilai irreversibilitas. Subscript i adalah komponen ke-i dan j

adalah komponen ke-j. Cara lain menghitung ireversibilistas dapat dilakukan

dengan peramaan Gouy-Stodola, yang melalui perubahan entropi dikalikan

temperatur lingkungan, hal tersebut dituliskan dalam persamaan (2.16).

oin

iout

jo

(2.16)

Dengan I adalah nilai irreversibilitas, To adalah nilai temperatur lingkungan, Sj ,

Si S berturut-turut adalah nilai entropi ke-j, nilai entropi ke-i, dan perubahan

nilai entropi.

2.7. Analisis Energi dan Analisis Exergy

Menganalisis suatu sistem termal dapat dilakukan dengan cara menganalisis

energi dan exergy pada sistem. Energi dan exergy merupakan suatu hal yang

berbeda. Analisis energi menerapkan konsep hukum pertama termodinamika,

semua bentuk energi itu sama nilainya. Hilangnya kualitas suatu energi tidak

termasuk dalam perhitungan. Analisis exergy memiliki hal lebih dari analisis

energi, yaitu analisis exergi menerapkan konsep hukum pertama termodinamika

dan hukum kedua termodinamika. Dalam kondisi aktual sebuah sistem, exergy

akan rusak/hancur sebagian ataupun seluruhnya, karena selalu ada irreversibilitas

pada sebuah sistem. Analisis exergy menunjukan ketidak idealan dari sebuah

proses (irreversibility), termasuk semua kehilangan kualitas dari materi (massa)

dan energi. Energi tidak dapat hilang atau musnah, sesuai permyataan Hukum

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 32: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

12

Pertama Termodinamika tentang konsevasi energi. Energi itu kekal, yang ada

adalah perpindahan energi ke lingkungan. Namun, energi yang berpindah ke

lingkungan adalah energi yang sia-sia.

2.8. Siklus-siklus pada mesin pembangkit listrik tenaga uap dan gas

Pembangkit listrik tenaga gas dan uap (PLTGU) sering juga disebut dengan

Combined Cycle Power Plant (CCPP). Mesin pembangkit listrik tersebut

menggunakan kombinasi dari 2 siklus termodinamika, yaitu siklus Brayton dan

siklus Rankine. Siklus Brayton adalah siklus yang digunakan pada mesin PLTG

dengan udara sebagai fluida kerjanya, sedangkan siklus Rankine adalah siklus

yang digunakan pada mesin PLTU dengan air sebagai fluida kerjanya.

a) Siklus Brayton

Siklus yang digunakan dalam pembangkitan listrik tenaga gas adalah siklus

Brayton. Skematik siklus Brayton ideal dapat disajikan dalam T-S dan P-V

diagram pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2.

Gambar 2.1 Skematik diagram T-S siklus Brayton pada sistem PLTG

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 33: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

13

Gambar 2.2 Skematik diagram P-V siklus Brayton pada sistem PLTG

Proses-proses yang terjadi pada siklus Brayton sesuai T-S dan P-V diagram

yaitu:

1) Proses 1-2

Proses 1-2 merupakan kompresi isentropik. Udara atmosfir masuk sistem

turbin gas melalui inlet kompresor. Kompresor mengkompresi udara

tersebut sampai tekanan tertentu disertai penyempitan volum.

2) Proses 2-3

Proses 2-3 merupakan proses pembakaran isobarik. Udara terkompresi

masuk ke ruang bakar lalu bahan bakar diinjeksikan. Proses pembakaran

terjadi menghasilkan energi panas, energi panas tersebut diserap oleh udara

bertekanan dari kompresor. Proses ini terjadi pertambahan volume tetapi

tidak terjadi pertambahan tekanan.

3) Proses 3-4

Proses 3-4 merupakan proses ekspansi isentropik. Udara bertekanan yang

memiliki energi panas dari hasil pembakaran berekspansi melewati turbin.

Ketika terjadi proses ini udara bertekanan mengalami pertambahan volum.

4) Proses 4-1

Proses 4-1 merupakan proses pembuangan panas ke atmosfir.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 34: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

14

b) Siklus Rankine

Siklus yang digunakan dalam pembangkitan listrik tenaga uap adalah siklus

Rankine. Skematik siklus Rankine ideal dapat disajikan dalam T-S dan P-V

dagram pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4.

Gambar 2.3 Skematik diagram T-S siklus Rankine pada sistem PLTU

Gambar 2.4 Skematik diagram P-V siklus Rankine pada sistem PLTU

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 35: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

15

Proses yang terjadi pada siklus Rankine sesuai P-V diagram sebagai

berikut:

1) Proses 7-9

Proses 7-9 adalah ekspansi isentropik dari fluida kerja melalui turbin dari uap

panas lanjut (superheated vapor) tekanan tinggi hingga mencapai uap panas

lanjut tekanan rendah.

2) Proses 9-10

Proses 9-10 adalah ekspansi isentropik dari fluida kerja melalui turbin dari

uap panas lanjut tekanan rendah hingga mencapai tekanan kondenser.

3) Proses 10-1

Proses 10-1 adalah perpindahan kalor dari fluida kerja ketika mengalir pada

tekanan konstan menjadi cairan jenuh.

4) Proses 1-2

Proses 1-2 adalah kompresi isentropik dalam pompa menuju ke kondisi titik

2.

5) Proses 2-3

Proses 2-3 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi

pada tekanan konstan.

6) Proses 3-4

Proses 3-4 adalah kompresi isentropik dalam pompa menuju ke kondisi titik

4.

7) Proses 4-5

Proses 4-5 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi

pada tekanan konstan.

8) Proses 5-6

Proses 5-6 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi

pada tekanan konstan. Kondisi pada proses ini air dipanaskan menjadi uap

basah tekanan tinggi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 36: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

16

9) Proses 6-7

Proses 6-7 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi

pada tekanan konstan. Kondisi pada proses ini uap basah tekanan tinggi

dipanaskan menjadi uap kering (superheated vapor) tekanan tinggi.

10) Proses 3-8

Proses 3-8 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi

pada tekanan konstan. Kondisi pada proses ini air dipanaskan menjadi uap

basah.

11) Proses 8-9

Proses 8-9 adalah proses perpindahan kalor pada fluida kerja yang terjadi

pada tekanan konstan. Kondisi pada proses ini uap basah tekanan rendah

dipanaskan menjadi uap kering (superheated vapor) tekanan rendah.

Gambar 2.5 Skematik diagram T S siklus Brayton pada sistem PLTG

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 37: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

17

Gambar 2.6 Skematik diagram T S siklus Rankine pada sistem PLTU

Analisis exergy pada mesin PLTGU, siklus Brayton dan siklus Rankine

tidak ideal ditunjukan seperti Gambar 2.5 dan Gambar 2.6. Poin 1-2, dan 3-4 pada

Gambar 2.5, proses terjadi pada entropi yang sama (isentropi) dan poin 7-10 pada

Gambar 2.6, proses terjadi pada entropi yang sama (isentropi). Proses pada poin

tersebut menjadi seperti pada Gambar 2.5 dan Gambar 2.6. Perubahan poin-poin

S > 0.

Siklus Brayton dan siklus Rankine sistem menjadi seperti Gambar 2.5 dan

Gambar 2.6.

2.9. Analisis Laju Kerusakan Exergy dan Efisiensi Exergy Komponen

Mesin PLTGU

Satu blok Mesin PLTGU PT. INDONESIA POWER UNIT

PEMBANGKITAN SEMARANG terdiri dari 3 bagian besar unit, yaitu GTG

berjumlah 3 unit, HRSG berjumlah 3 unit dan STG berjumlah 1 unit. Komponen

yang akan dianalisis pada unit GTG adalah Compressor, Combustion Chamber,

dan Gas Turbine. Komponen yang akan dianalisis pada unit HRSG adalah HRSG

dan HP Transfer pump. Komponen yang akan dianalisis pada unit STG adalah

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 38: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

18

Steam turbine, Condenser, dan Condensate pump. Komponen-komponen mesin

PLTGU tersebut akan dianalisis nilai laju kerusakan exergy dan efisiensi untuk

mengetahui tingkat keoptimalan mesin.

a) Compressor

Compressor adalah komponen yang berfungsi memasukan udara dari

lingkungan ke dalam sistem dan meningkatkan tekanan udara tersebut. Udara

tersebut akan dikompresi pada tekanan tertentu, sehingga udara pada combustion

chamber memiliki tekanan tinggi. Hal tersebut dimaksudkan agar kondisi udara di

combustion chamber memiliki tekanan yang cukup tinggi.

Gambar 2.7 Skematik Compressor

Berdasarkan Gambar 2.7, poin 1 adalah udara luar masuk ke compressor, poin 2

adalah udara yang keluar dari compressor yang telah ditingkatkan tekanannya.

Nilai laju aliran massa udara ( airm ) yang dimasukan ke dalam sistem dapat

dihitung dengan persamaan (2.15).

(2.15)

Dengan compW adalah nilai daya compressor, cp adalah nilai kalor spesifik gas

ideal, Tcomp.out adalah nilai temperatur dishcharge compressor, dan Tcomp.in adalah

nilai temperatur inlet compressor. Nilai laju kerusakan exergy pada compressor

mesin PLTG dapat dihitung dengan persamaan (2.16).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 39: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

19

outcompxcompcompincompx .,., (2.16)

Dengan incompx ., adalah nilai laju exergy udara yang masuk ke compressor,

compW adalah nilai daya pompa, outcompx ., adalah nilai laju exergy udara yang

keluar dari compressor, dan adalah nilai laju kerusakan exergy compressor.

Nilai efisiensi exergy compressor ( II.comp) dapat dihitung dengan persamaan

(2.17).

inCompxComp

outCompxcompII EW

E

.,

.,,

(2.17)

Dengan outCompxE ., adalah nilai laju exergy udara keluar dari compressor, CompW

adalah nilai daya compressor, dan inCompxE ., adalah nilai laju exergy udara yang

masuk ke compressor.

b) Combustion Chamber

Combustion Chamber adalah komponen dimana terjadinya proses

pembakaran. Udara bertekanan dari compressor akan bercampur dengan bahan

bakar dan bereaksi. Proses pembakaran tersebut terjadi dengan bantuan percikan

api dari spark plug. Proses pembakaran tersebut dimaksudkan untuk

menambahkan nilai kalor gas.

Gambar 2.8 Skematik Combustion chamber

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 40: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

20

Berdasarkan Gambar 2.8, poin 3 adalah udara discharge compressor yang masuk

ke combustion chamber, poin 4 adalah bahan bakar yang dimasukan ke

combustion chamber, dan poin 5 adalah udara panas bertekanann tinggi yang

keluar dari combustion chamber. Besarnya temperatur produk pembakaran atau

temperatur gas keluar dari combustion chamber ( outCC. ) dapat diketahui dengan

persamaan (2.18).

exhk

k

compoutCC TPT1

. (2.18)

Dengan Pcom adalah nilai tekanan compressor, Texh adalah nilai temperatur exhaust

gas, dan superscript k adalah konstanta rasio cp terhadap cv. Nilai laju kerusakan

exergy pada combustion chamber mesin PLTG dapat dihitung dengan persamaan

(2.19).

(2.19)

Dengan inCCxE ., adalah nilai laju exergy udara yang masuk ke combustion

chamber, fuelxE , adalah nilai laju exergy bahan bakar yang masuk ke combustion

chamber, outCCxE ., adalah nilai laju exergy produk dari gas hasil pembakaran, dan

CCI adalah nilai laju kerusakan exergy pada combustion chamber. Nilai efisiensi

exergy combustion chamber ( II.CC) dapat dihitung dengan persamaan (2.20).

fuelxinCCx

outCCxCCII

,.,

.,,

(2.20)

Dengan adalah nilai laju exergy gas produk pembakaran keluar dari

combustion chamber, inCCxE ., adalah nilai laju exergy udara yang masuk ke

combustion chamber, dan fuelxE , adalah nilai laju exergy bahan bakar.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 41: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

21

c) Gas turbine

Gas turbine adalah komponen yang berfungsi untuk memutar poros

generator. Energi mekanis untuk memutar turbin diperoleh dari gas panas

bertekanan tinggi yang dialirkan dari combustion chamber. Tekanan dan

temperatur gas panas turun setelah memutar turbin.

Gambar 2.9 Skematik Gas turbine

Berdasarkan Gambar 2.9, poin 6 adalah udara panas bertekanan tinggi yang

masuk ke gas turbine dan poin 7 adalah exhaust gas yang keluar dari gas turbine.

Nilai laju kerusakan exergy pada gas turbine mesin PLTG dapat dihitung dengan

persamaan (2.21).

GTGToutGTxinGTx .,., (2.21)

Dengan inGTxE ., adalah nilai laju exergy gas hasil pembakaran yang masuk ke gas

turbine, outGTxE ., adalah nilai laju exergy gas hasil pembakaran yang keluar dari

gas turbine, GTW adalah daya yang dihasilkan oleh gas turbine, dan GTI adalah

nilai laju kerusakan exergy pada gas turbine.

Nilai efisiensi exergy gas turbine ( II.GT) dapat dihitung dengan persamaan

(2.22).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 42: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

22

inGTx

outGToutGTxGTII E

WE

.,

..,,

(2.22)

Dengan outGTxE ., adalah nilai laju exergy exhaust gas keluar dari gas turbine, GTW

adalah daya output gas turbine, dan inGTxE ., adalah laju exergy gas panas masuk

ke gas turbine.

d) Saluran Exhaust

Saluran Exhaust adalah komponen yang berfungsi sebagai sisi keluaran gas

panas yang telah melewati gas turbine. Gas tersebut dikeluarkan ke lingkungan

sekitar. Saluran exhaust terpasang sebuah komponen yang disebut diverter

damper. Diverter damper berguna sebagai katup untuk mengalirkan exhaust gas

dari PLTG ke HRSG.

e) HRSG

HRSG atau Heat Recovery Steam Generator dapat dikatakan sebagai boiler

pada PLTGU. Komponen ini adalah penghasil uap panas pada mesin PLTGU.

Panas HRSG diperoleh dari panas sisa exhaust gas dari mesin PLTG. Sebuah

HRSG menghasilkan 2 macam uap dengan tekanan yang berbeda yaitu uap kering

bertekanan tinggi (HP superheated vapor) dan uap kering bertekanan rendah (LP

superheated vapor). Berdasarkan Gambar 2.10, poin 8 adalah exhaust gas masuk

ke HRSG, poin 9 adalah air masuk ke HRSG melalui bagian Low Pressure, poin

10 adalah air keluar dari HRSG dari bagian Low Pressure (LP), Poin 13 adalah air

masuk ke HRSG dari bagian High Pressure (HP), poin 14 adalah LP superheated

vapor keluar dari HRSG,dan poin 15 adalah HP superheated vapor keluar dari

HRSG.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 43: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

23

Gambar 2.10 Skematik HRSG

Nilai laju kerusakan exergy pada HRSG mesin PLTU dapat dihitung dengan

persamaan (2.23).

HRSGoutexhxoutvapspHPxoutvapspLPxoutHRSGLPx

inHRSGHPxinHRSGLPxinexhx

IEEEE

EEE

.,...,...,..,

..,..,.,

(2.23)

Dengan inexhxE ., adalah nilai laju exergy exhaust gas yang masuk ke HRSG,

inHRSGLPx .., adalah nilai laju exergy air yang masuk ke LP HRSG, inHRSGHPxE ..,

adalah nilai laju exergy air yang masuk ke HP HRSG, outHRSGLPxE .., adalah nilai laju

exergy air yang keluar dari LP HRSG, outvapspLPx ..., adalah nilai laju exergy LP

superheated vapor yang keluar dari LP HRSG, outvapspHPxE ..., adalah nilai laju

exergy HP superheated vapor yang keluar dari HP HRSG, outexhxE ., adalah nilai

laju exergy exhaust gas yang keluar dari HRSG, HRSGI adalah nilai laju kerusakan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 44: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

24

exergy HRSG. Nilai efisiensi exergy HRSG ( II.HRSG) dapat dihitung dengan

persamaan (2.24).

inHRSGHPinHRSGLPinexhx

HRSGGTII EEE

I

.....,, 1

(2.24)

Dengan HRSG adalah nilai laju kerusakan exergy HRSG, inexhxE ., adalah nilai laju

exergy exhaust gas yang masuk ke HRSG, adalah nilai laju exergy air

yang masuk ke LP HRSG, dan adalah laju exergy air yang masuk ke

HP HRSG.

f) Steam turbine

Steam Turbine adalah komponen yang berfungsi untuk memutar poros

generator. Energi mekanik untuk memutar turbin tersebut berasal dari uap yang

berasal dari HRSG yang dialirkan ke steam turbine. Tekan dan temperatur uap

menurun setelah melewati steam turbine.

Gambar 2.11 Skematik Steam turbine

Berdasarkan Gambar 2.11, poin 17 adalah HP superheated vapor memasuki HP

steam turbine, poin 16 adalah LP superheated vapor memasuki sudu terakhir dari

HP steam turbine, poin 18 adalah LP superheated vapor keluar dari sudu terakhir

dari HP steam turbine, poin 19 adalah LP superheated vapor memasuki LP steam

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 45: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

25

turbine, dan poin 20 adalah uap keluar dari LP steam turbine. Nilai laju kerusakan

exergy pada steam turbine mesin PLTU dapat dihitung dengan persamaan (2.25).

(2.25)

Dengan inSTLPxE .., adalah nilai laju exergy LP superheated vapor yang masuk ke

LP steam turbine, inSTHPxE .., adalah nilai laju exergy HP superheated vapor yang

masuk ke HP steam turbine, outSTLPx .., adalah nilai laju exergy uap yang keluar

dari LP steam turbine, outSTHPxE .., adalah nilai laju exergy uap yang keluar dari HP

steam turbine, STW adalah nilai daya yang dihasilkan steam turbine, dan ST

adalah nilai laju kerusakan exergy steam turbine. Nilai efisiensi exergy steam

turbine ( II.ST) dapat dihitung dengan persamaan (2.26).

(2.26)

Dengan ST adalah nilai laju kerusakan exergy pada steam turbine,

adalah nilai laju exergy uap yang masuk ke HP steam turbine, dan

adalah nilai laju exergy yang masuk ke LP steam turbine.

g) Condenser

Condenser adalah komponen yang berfungsi untuk melepas kalor dan

mengubah uap yang keluar dari turbin menjadi air sehingga dapat disirkulasikan

ke HRSG.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 46: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

26

Gambar 2.12 Skematik Condenser

Berdasarkan Gambar 2.12, poin 21 adalah uap memasuki condenser dan poin 22

adalah air keluar dari condenser. Nilai laju kerusakan exergy pada condenser

mesin PLTU dapat dihitung dengan persamaan (2.27).

(2.27)

Dengan inCondx ., adalah nilai laju exergy uap yang masuk ke condenser, outCondxE .,

adalah nilai laju exergy air yang keluar dari condenser, dan adalah nilai laju

kerusakan exergy condenser. Nilai efisiensi exergy condenser ( II.Cond) dapat

dihitung dengan persamaan (2.28).

inCondx

outCondxCondII

.,

,,,

(2.28)

Dengan outCondxE ,, adalah nilai laju exergy air yang keluar dari condenser dan

inCondxE ., adalah nilai laju exergi uap yang masuk ke condenser.

h) Pompa

Pompa adalah komponen yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan air

dan mengalirkan air ke dalam sistem. Ada 2 pompa dalam sistem PLTU, yaitu

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 47: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

27

1) Condensate Pump

Condensate pump adalah pompa yang berfungsi mengalirkan dan

meningkatkan tekanan air dari condenser ke HRSG.

Gambar 2.13 Skematik Condensate pump

Poin 23 adalah air memasuki condensate pump dan poin 24 adalah air keluar dari

condensate pump. Nilai laju kerusakan exergy pada condensate pump mesin

PLTGU dapat dihitung dengan persamaan (2.29).

(2.29)

Dengan inPumpCondxE .., adalah nilai laju exergy air yang masuk ke condensate pump,

pumpcondW . adalah nilai daya condensate pump, outPumpCondx .., adalah nilai laju

exergy air yang keluar dari condensate pump, dan PumpCondI . adalah nilai laju

kerusakan exergy condensate pump. Nilai efisiensi exergy condensate pump

( II.HP.Trans.Pump) dapat dihitung dengan persamaan 2.30.

PumpCondinPumpCondx

PumpCondPumpCondII

WE

I

....

.., 1

(2.30)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 48: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

28

Dengan PumpCondI . adalah nilai laju kerusakan exergy condensate pump,

inPumpCondxE ... adalah nilai laju exergy air yang masuk ke condensate pump, dan

PumpCond. adalah daya condensate pump.

2) HP Tranfer Pump

HP Transfer pump adalah pompa yang berfungsi mengalirkan air panas dari

bagian LP HRSG menuju bagian dari HP HRSG pada tingkatan output High

Pressure Vapor.

Gambar 2.14 Skematik HP Transfer pump

Berdasarkan Gambar 2.14, poin 11 adalah air memasuki HP transfer pump dan

poin 12 adalah air keluar dari HP tranfer pump. Nilai laju kerusakan exergy pada

HP transfer pump mesin PLTU dapat dihitung dengan persamaan (2.31).

(2.31)

Dengan inPumpTransHPx ..., adalah nilai laju exergy air yang masuk ke HP transfer

pump, PumpTransHPW .. adalah nilai daya HP transfer pump, adalah

nilai laju exergy air yang keluar dari HP transfer pump, dan PumpTransHP .. adalah

nilai laju kerusakan exergy HP transfer pump. Nilai efisiensi exergy HP transfer

pump ( II.,HP.Trans.Pump) dapat dihitung dengan persamaan (2.32)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 49: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

29

PumpTransHPinPumpTransHPx

outPumpTransHPxPumpTransHPII WE

E

......

......,

(2.32)

Dengan outPumpTransHPx .... adalah nilai laju exergy air yang keluar dari HP transfer

pump, inPumpTransHPx .... adalah nilai laju exergy air yang masuk ke HP transfer

pump, dan PumpTransHPW .. adalah nilai daya HP transfer pump.

2.10. Efisiensi Exergy Mesin PLTGU

Mesin PLTGU dapat beroperasi dengan 2 cara, yaitu simple cycle dan

combined cycle. Efisiensi exergy mesin PLTG ( cycleII , ) dan efisiensi exergy mesin

PLTGU ( ) dapat dihitung dengan cara persamaan (2.33) dan (2.34).

fuelx

outGTcycleII E

W

,

.,

(2.33)

(2.34)

Dengan outGT . adalah nilai daya output PLTG dan fuelxE , adalah nilai laju exergy

bahan bakar, sedangkan outSTW . adalah nilai daya output PLTU.

2.10. Proses Pembakaran

Pembakaran dapat terjadi ketika bahan bakar dan udara bereaksi. Ada 2

macam proses pembakaran, yaitu pembakaran sempurna dan pembakaran tidak

sempurna. Pembakaran sempurna dapat terjadi apabila seluruh bahan bakar

bereaksi dengan udara dengan komposisi campuran stoikiometri. Pembakaran

tidak sempurna terjadi apabila ada sejumlah bahan bakar yang tidak bereaksi

dengan udara yang dicampurkan, hal tersebut dapat disebabkan proses

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 50: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

30

pembakaran kekurangan jumlah udara sehingga produk pembakaran ada

kandungan bahan bakarnya.

Ada 3 jenis campuran bahan bakar dan udara dalam proses pembakaran

yaitu rich mixture, stoichiometric mixture dan lean mixture. Rich mixture adalah

proses pembakaran dengan jumlah udara yang kurang sehingga bahan bakar tidak

terbakar seluruhnya. Stoichiometric mixture adalah proses pembakaran dengan

jumlah udara yang tepat untuk membakar seluruh bahan bakar. Lean mixture

adalah proses pembakaran dengan jumlah udara yang berlebih sehingga produk

pembakaran terdapat kandungan oksigen.

Combustion chamber adalah komponen mesin PLTG yang berfungsi

sebagai tempat berlangsungnya proses pembakaran terjadi. Unit PLTG PT

Indonesia Power UP Semarang menggunakan bahan bakar natural gas sebagai

bahan bakar mesin PLTG. Karakteristik natural gas yang digunakan dijabarkan

pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2.

Tabel 2.1 Natural Gas Properties

Temperature 29,2056 oCPressure 24,8354 BarDensity 0,74399 kg/m3

Heating Value 40592.5 kJ/m3

Proses pembakaran gas alam pada mesin PLTG diasumsikan sebagai pembakaran

gas metana. Reaksi pembakaran gas metana dan udara dapat dituliskan pada

persamaan 2.35. Udara diasumsikan terdiri dari 21% O2 dan 79% N2. Produk

pembakaran sempurna gas metana tidak menghasilkan oksigen dan metana.

CH4 + 2O2 + 7.52N2 CO2 + 2H2O + 7.52N2 (2.35)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 51: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

31

Tabel 2.2 Natural Gas Composition

Gas Components Mol (%)Methane 93.7410Nitrogen 0.4193Carbon Dioxide 0.0011Ethane 3.4591Propane 1.2142i-Butane 0.2487n-Butane 0.3201i-Pentane 0.1268n-Pentane 0.1139

n-Hexane 0.3550Water 0.0009Hidrogen Sulfida 0.0000

2.11. Air Fuel Ratio (AFR) dan Fuel Air Ratio (FAR)

Air Fuel Ratio (AFR) adalah perbandingan jumlah udara terhadap jumlah

bahan bakar dalam proses pembakaran. Jumlah udara dan jumlah bahan bakar

yang dibandingkan adalah jumlah yang dicampurkan, meskipun campuran

tersebut bereaksi atau tidak. Nilai Air Fuel Ratio dapat dihitung dengan

persamaan 2.36.

fuel

air

(2.36)

Dengan AFR adalah nilai Air Fuel Ratio, adalah nilai laju aliran massa

udara, dan fuelm adalah nilai laju aliran massa bahan bakar. Fuel Air Ratio

(FAR) adalah perbandingan jumlah bahan bakar terhadap jumlah udara dalam

proses pembakaran. Jumlah bahan bakar dan jumlah udara yang dibandingkan

adalah jumlah yang dicampurkan, meskipun campuran tersebut bereaksi atau

tidak. Nilai Fuel Air Ratio dapat dihitung dengan persamaan (2.37).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 52: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

32

air

fuel

m

mFAR

(2.37)

Dengan FAR adalah nilai Fuel Air Ratio, fuelm adalah nilai laju aliran massa

bahan bakar, dan adalah nilai laju aliran massa udara.

2.12. Air Fuel Equivalence Ratio ( ) dan Fuel Air Equivalence Ratio ( )

Air Fuel Equivalence Ratio adalah rasio antara nilai Air Fuel Ratio

aktual proses pembakaran terhadap Air Fuel Ratio stoichiometric proses

pembakaran. Nilai Air Fuel Equivalence Ratio dapat di hitung dengan persamaan

(2.38).

stoic

act

AFR

AFR(2.38)

Dengan adalah nilai Air Fuel Equivalence Ratio, AFRact adalah nilai Air

Fuel Ratio aktual, dan AFRstoic adalah nilai Air Fuel Ratio stoichiometric. Jenis

campuran proses pembakaran dapat diketahui dengan menghitung nilai Air Fuel

Equivalence Ratio. Nilai < 1 merupakan rich mixture, nilai = 1 merupakan

soichiometric mixture, dan nilai > 1 merupakan lean mixture. Fuel Air

Equivalence Ratio adalah rasio antara nilai Fuel Air Ratio aktual proses

pembakaran terhadap Fuel Air Ratio stoichiometric proses pembakaran. Nilai

Fuel Air Equivalence Ratio dapat dihitung dengan persamaan (2.39).

stoic

act

FAR

FAR(2.39)

Dengan adalah nilai Fuel Air Equivalence Ratio, FARact adalah nilai Fuel

Air Ratio aktual, dan FARstoic adalah nilai Fuel Air Ratio stoichiometric. Nilai

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 53: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

33

> 1 merupakan rich mixture, nilai = 1 merupakan soichiometric mixture, dan

nilai < 1 merupakan lean mixture.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 54: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

34

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Alur Penelitian

Penelitian mesin PLTGU PT. INDONESIA POWER UNIT

PEMBANGKITAN SEMARANG melalui serangkaian proses dari awal hingga akhir

yang dapat dideskripsikan melalui diagram alir pada Gambar 3.1.

Mulai

Survey PembangkitTenaga Gas dan Uap

Perumusan Masalah

Menentukan TujuanPenelitian

Studi Literatur

A

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 55: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

35

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

A

Pengambilan Data:11. Parameter Sistem

Pembangkit Listrik12. Parameter Lingkungan

Sistem Pembangkit Listrik

Lengkap?

Perhitungan dan Analisis

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Tidak

Ya

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 56: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

36

Keterangan Diagram Alir Penelitian pada Gambar 3.1 adalah sebagai berikut.

1. Survey

Survey pembangkit listrik tenaga gas dan uap dilakukan untuk mengetahui

operasi dan pola operasi sistem PLTGU.

2. Perumusan Masalah

Perumusan masalah adalah munculnya permasalah yang ada pada PLTGU,

sehingga perlu diketahui penyebabnya.

3. Menentukan Tujuan

Menentukan target akhir dari penelitian yang akan dilaksanakan.

4. Studi Literatur

Mencari informasi dan mempelajari materi yang berhubungan dengan objek

penelitian.

5. Pengambilan Data

Melakukan pengambilan data kuantitatif pada objek penelitian.

6. Meneliti kelengkapan data yang telah diambil.

Apabila belum lengkap, harus melakukan pengambilan data kembali.

7. Perhitungan dan Analisis

Perhitungan adalah proses menghitung yang dilakukan setelah semua data

terkumpul dengan metode yang ditentukan. Analisis dilakukan untuk

mendeskripsikan permasalahan dengan indikasi-indikasi yang diperoleh dari

perhitungan.

8. Kesimpulan dan Saran

Peneliti dapat menyimpulkan suatu permasalahan dari hasil dari Perhitungan

dan Analisis dan memberikan beberapa saran yang mampu mengatasi

permasalahan tersebut dengan baik.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 57: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

37

Gambar 3.2 Skematik Mesin PLTGU

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 58: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

38

3.2. Variabel Penelitian

Penelitian ini dilakukan pada mesin PLTGU yang beroperasi pada pola 3-3-1

pada blok I phase II. Ada beberapa macam variabel pada penelitian ini, yaitu variabel

terikat dan variabel bebas.

a) Variabel terikat

Variabel terikat sering juga disebut variabel criteria dan respond an output

(hasil). Variabel terkait merupakan variabel yang dipengaruhi atau yang menjadi

akibat, karena adanya variabel bebas.

Ada beberapa variabel terikat pada penelitian ini, variabel tersebut disajikan

pada tabel (3.1).

Tabel 3.1 Tabel Variabel Terkait pada Penelitian

No. Variabel Terkait Simbol

1 a. Laju aliran massa udara masuk ke kompressor.

b. Tekanan udara masuk ke kompresor.

c. Temperatur udara masuk ke kompresor.

a.

b.

c.

2 a. Laju aliran massa udara keluar dari kompressor.

b. Tekanan udara keluar dari kompresor.

c. Temperatur udara keluar dari kompresor.

a.

b.

c.

3 a. Laju aliran massa udara masuk ke combustion

chamber.

b. Tekanan udara masuk ke combustion chamber.

c. Temperatur udara masuk ke combustion chamber.

a.

b. inCC,

c.

4 a. Laju aliran massa bahan bakar masuk ke combustion

chamber.

a. fuel

5 a. Laju aliran massa gas hasil pembakaran keluar dari

combustion chamber.

b. Tekanan gas hasil pembakaran keluar dari combustion

a.

b. outCC,

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 59: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

39

chamber.

c. Temperatur gas hasil pembakaran keluar dari

combustion chamber.

c.

6 a. Laju aliran massa gas hasil pembakaran masuk ke

turbin gas.

b. Tekanan gas hasil pembakaran masuk ke turbin gas.

c. Temperatur gas hasil pembakaran masuk ke turbin

gas.

a.

b.

c.

7 a. Laju aliran massa gas hasil pembakaran keluar dari

turbin gas.

b. Tekanan gas hasil pembakaran keluar dari turbin gas.

c. Temperatur gas hasil pembakaran keluar dari turbin

gas.

a.

b.

c.

8 a. Laju aliran massa gas buang masuk ke HRSG.

b. Tekanan gas buang masuk ke HRSG.

c. Temperatur gas buang masuk ke HRSG.

a.

b. inexh,

c.

9 a. Laju aliran massa air masuk ke LP HRSG.

b. Tekanan air masuk ke LP HRSG.

c. Temperatur air masuk ke LP HRSG.

a.

b.

c.

10 a. Laju aliran massa air panas keluar dari LP HRSG.

b. Tekanan air panas keluar dari LP HRSG.

c. Temperatur air panas keluar dari LP HRSG.

a.

b.

c.

11 a. Laju aliran massa air panas masuk ke HP transfer

pump.

b. Tekanan air panas masuk ke HP transfer pump.

c. Temperatur air panas masuk ke HP transfer pump.

a.

b.

c.

12 a. Laju aliran massa air keluar dari HP transfer pump. a.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 60: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

40

b. Tekanan air keluar dari HP transfer pump.

c. Temperatur air keluar dari HP transfer pump.

b.

c.

13 a. Laju aliran massa air panas masuk ke HP HRSG.

b. Tekanan air panas masuk ke HP HRSG.

c. Temperatur air panas masuk ke HP HRSG.

a.

b.

c.

14 a. Laju aliran massa LP superheated vapor keluar dari

LP HRSG.

b. Tekanan LP superheated vapor keluar dari LP HRSG.

c. Temperatur LP superheated vapor keluar dari LP

HRSG.

a.

b.

c.

15 a. Laju aliran massa HP superheated vapor keluar dari

HP HRSG.

b. Tekanan HP superheated vapor keluar dari HP HRSG.

c. Temperatur HP superheated vapor keluar dari HP

HRSG.

a.

b.

c.

16 a. Laju aliran massa gas buang keluar dari HRSG.

b. Tekanan gas buang keluar dari HRSG.

c. Temperatur gas buang keluar dari HRSG.

a.

b.

c.

17 a. Laju aliran massa HP superheated vapor masuk ke HP

turbin uap.

b. Tekanan HP superheated vapor masuk ke HP turbin

uap.

c. Temperatur HP superheated vapor masuk ke HP

turbin uap.

a.

b.

c.

18 a. Laju aliran massa HP superheated vapor keluar dari

HP turbin uap.

a.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 61: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

41

b. Tekanan HP superheated vapor keluar dari HP turbin

uap.

c. Temperatur HP superheated vapor keluar dari HP

turbin uap.

b.

c.

19 a. Laju aliran massa LP superheated vapor masuk ke LP

turbin uap.

b. Tekanan LP superheated vapor masuk ke LP turbin

uap.

c. Temperatur LP superheated vapor masuk ke LP turbin

uap.

a.

b.

c.

20 a. Laju aliran massa LP superheated vapor keluar dari

LP turbin uap.

b. Tekanan LP superheated vapor keluar dari LP turbin

uap.

c. Temperatur LP superheated vapor keluar dari LP

turbin uap.

a.

b.

c.

21 a. Laju aliran massa uap masuk ke kondensor.

b. Tekanan uap masuk ke kondensor.

c. Temperatur uap masuk ke kondensor.

a.

b.

c.

22 a. Laju aliran massa air keluar dari kondensor.

b. Tekanan air keluar dari kondensor.

c. Temperatur air keluar dari kondensor.

a.

b.

c.

23 a. Laju aliran massa air masuk ke condensate pump.

b. Tekanan air masuk ke condensate pump.

c. Temperatur air masuk ke condensate pump.

a.

b.

c.

24 a. Laju aliran massa air keluar dari condensate pump.

b. Tekanan air keluar dari condensate pump.

a.

b.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 62: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

42

c. Temperatur air keluar dari condensate pump. c.

b) Variabel bebas

Variabel bebas sering disebut juga variabel predictor, stimulus, input,

antencendent atau variabel yang mempengaruhi. Variabel bebas merupakan variabel

yang menjadi sebab timbulnya atau berubahnya variabel terikat. Sehingga variabel

bebas dapat dikatakan sebagai variabel yang mempengaruhi. Variabel bebas dalam

penelitian ini adalah temperatur lingkungan sekitar mesin PLTGU.

3.3. Pengambilan Data

Keperluan pengambilan data pada sistem mesin pembangkit listrik dapat

diperoleh dengan mencatat data pada logsheet mesin pembangkit listrik yang

digunakan untuk menganalisis mesin pembangkit listrik. Setelah data-data yang

diperlukan sudah lengkap, data tersebut dapat dihitung kemudian dianalisis.

3.5. Analisis Data

Analisis data akan dilakukan dengan cara menghitung nilai laju kerusakan

exergy dan nilai efisiensi exergy serta dihubungkan terhadap temperatur lingkungan

dari sistem. Analisis tersebut akan menjabarkan pada komponen apa yang nilai laju

kerusakan exergy terbesar dan pada komponen apa yang nilai efisiensi exergy

terendah. Hubungan nilai laju kerusakan exergy dan nilai efisiensi exergy terhadap

temperatur lingkungan untuk mengetahui pengaruh parameter lingkungan terhadap

nilai laju kerusakan exergy dan nilai efisiensi exergy komponen mesin PLTGU.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 63: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

43

3.6. Tempat dan Jadwal Penelitian

a) Tempat Penelitian

Penelitian mesin PLTGU akan dilakukan di PT. INDONESIA POWER UNIT

PEMBANGKITAN SEMARANG yang beralamat di Jalan Ronggowarsito Komplek

Pelabuhan Tanjung Emas, Semarang, Jawa Tengah.

b) Jadwal Penelitian

Waktu dan pelaksanaan penelitian dilakukan pada tanggal 7 Oktober hingga 23

Oktober 2015.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 64: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

44

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil analisis akan dibahas dalam bentuk diagram dan grafik. Hasil

penelitian yang akan dibahas adalah hubungan hubungan performa kerja

compressor, combustion chamber, turbin terhadap temperatur lingkungannya dan

nilai laju kerusakan exergy dan nilai efisiensi exergy mesin PLTGU. Penelitian

unit GTG dilakukan pada kondisi beban output 90MW, unit HRSG dan STG

dialkukan pada kondisi beban output 114MW.

4.1. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Compressor

Gambar 4.1 menunjukkan bahwa nilai laju kerusakan exergy Compressor I

terus meningkat dari nilai 10003,456kW pada temperatur lingkungan 25oC sampai

sebesar 10387,425kW pada temperatur lingkungan 35oC, laju kerusakan exergy

Compressor II meningkat nilainya dari 10089,469kW pada temperatur lingkungan

25oC sampai sebesar 10585,002kW pada temperatur lingkungan 35oC, dan laju

kerusakan exergy Compressor III meningkat nilainya dari 9564,145kW pada

temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 10132,389kW pada temperatur

lingkungan 35oC. Meningkatnya laju kerusakan compressor disebabkan oleh

meningkatnya temperatur discharge compressor ketika temperatur lingkungan

meningkat (Gambar 4.7). Entropi akan meningkat ketika temperatur meningkat,

sehingga nilai ΔSsystem > 0. Semakin besar nilai ΔSsystem maka tingkat

irreversibilitas semakin besar.

Gambar 4.2 menunjukkan nilai efisiensi exergy compressor meningkat

ketika temperatur lingkungan meningkat. Meningkatnya efisiensi compressor di

setiap kenaikan temperatur lingkungan disebabkan oleh menurunya nilai laju

exergy yang rusak di setiap kenaikan temperatur lingkungan. Gambar 4.2

menunjukkan nilai efisiensi Compressor I menurun nilainya dari 88,9% pada

temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 88,5% pada temperatur lingkungan

35oC, nilai efisiensi exergy Compressor II menurun nilainya dari 88,8% pada

temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 88,2% pada temperatur lingkungan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 65: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

45

35oC, dan nilai efisiensi exergy Compressor III menurun nilainya dari 89,4% pada

temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 88,7% pada temperatur lingkungan

35oC.

4.2. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa CombustionChamber

Gambar 4.3 menunjukkan bahwa nilai laju kerusakan exergy Combustion

Chamber I terus meningkat dari nilai 155885,760kW pada temperatur lingkungan

25oC sampai sebesar 164698,192kW pada temperatur lingkungan 35oC, laju

kerusakan exergy Combustion Chamber II meningkat nilainya dari

164108,331kW pada temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 176058,347kW

pada temperatur lingkungan 35oC, dan laju kerusakan exergy Combustion

Chamber III meningkat nilainya dari 55893,420kW pada temperatur lingkungan

25oC sampai sebesar 74154,912kW pada temperatur lingkungan 35oC.

Meningkatnya nilai nilai kerusakan exergy pada combustion chamber disebabkan

oleh menurunnya nilai AFR (Gambar 4.9). Meningkatnya temperatur produk

pembakaran (Gambar 4.8) juga menjadi faktor meningkatnya laju kerusakan

exergy combustion chamber. Semakin besar nilai ΔSsystem (perubahan entropi

sistem) terhadap ΔSsurround (perubahan entropi lingkungan), maka akan semakin

besar tingkat irreversibilitas.

Gambar 4.4 menunjukkan nilai efisiensi exergy combustion chamber

menurun ketika temperatur lingkungan meningkat. Menurunnya efisiensi

combustion chamber di setiap kenaikan temperatur lingkungan disebabkan oleh

meningkatnya nilai laju exergy yang rusak di setiap kenaikan temperatur

lingkungan. Gambar 4.4 menunjukkan nilai efisiensi Combustion chamber I

menurun nilainya dari 62,8% pada temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar

60,4% pada temperatur lingkungan 35oC, nilai efisiensi exergy Combustion

chamber II menurun nilainya dari 61,3% pada temperatur lingkungan 25oC

sampai sebesar 58,5% pada temperatur lingkungan 35oC, dan nilai efisiensi

exergy Combustion chamber III menurun nilainya dari 82,6% pada temperatur

lingkungan 25oC sampai sebesar 77,3% pada temperatur lingkungan 35oC.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 66: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

46

4.3. Pengaruh Temperatur Lingkungan terhadap Performa Gas turbine

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa nilai laju kerusakan exergy Gas turbine I

terus menurun dari nilai 105901,948kW pada temperatur lingkungan 25oC sampai

sebesar 99646,979kW pada temperatur lingkungan 35oC, laju kerusakan exergy

Gas turbine II menurun nilainya dari 105199,426kW pada temperatur lingkungan

25oC sampai sebesar 98967,361kW pada temperatur lingkungan 35oC, dan laju

kerusakan exergy Gas turbine III menurun nilainya dari 108111,274kW pada

temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 100877,356kW pada temperatur

lingkungan 35oC. Menurunnya laju kerusakan exergy gas turbine disebabkan oleh

meningkatnya temperatur inlet gas turbine (Gambar 4.8). Hal tersebut

meneyebabkan nilai perubahan entropi pada sistem terhadap nilai perubahan

entropi lingkungan semakin kecil.

Gambar 4.6 menunjukkan nilai efisiensi exergy gas turbin meningkat ketika

temperatur lingkungan meningkat. Meningkatnya efisiensi gas turbine disebabkan

oleh berkurangnya nilai laju exergy pada gas turbine. Gambar 4.6 menunjukkan

nilai efisiensi Gas turbine I meningkat nilainya dari 59,7% pada temperatur

lingkungan 25oC sampai sebesar 60,3% pada temperatur lingkungan 35oC, nilai

efisiensi exergy Gas turbine II menurun nilainya dari 59,6% pada temperatur

lingkungan 25oC sampai sebesar 60,1% pada temperatur lingkungan 35oC, dan

nilai efisiensi exergy Gas turbine III menurun nilainya dari 59,2% pada

temperatur lingkungan 25oC sampai sebesar 59,9% pada temperatur lingkungan

35oC.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 67: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

47

24 26 28 30 32 34 36

9600

9800

10000

10200

10400

10600

Laju

Ker

usak

an E

xerg

y (k

W)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

Comp IComp IIComp III

Gambar 4.1 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Compressor terhadaptemperatur lingkungannya.

24 26 28 30 32 34 36

0.882

0.884

0.886

0.888

0.890

0.892

0.894

Efis

iens

i Exe

rgy

Temperatur Lingkungan (Celcius)

Comp IComp IIComp III

Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi Exergy Compressor terhadap temperaturlingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 68: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

48

24 26 28 30 32 34 36

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

Laju

Ker

usak

an E

xerg

y (k

W)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

CC ICC IICC III

Gambar 4.3 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Combustion chamberterhadap temperatur lingkungannya.

24 26 28 30 32 34 36

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

Efis

iens

i Exe

rgy

Temperatur Lingkungan (Celcius)

CC ICC IICC III

Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi Exergy Combustion chamber terhadaptemperatur lingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 69: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

49

24 26 28 30 32 34 3698000

100000

102000

104000

106000

108000

Laju

Ker

usak

an E

xerg

y (k

W)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

GT IGT IIGT III

Gambar 4.5 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Gas turbine terhadaptemperatur lingkungannya.

24 26 28 30 32 34 36

0.592

0.594

0.596

0.598

0.600

0.602

Efis

iens

i Exe

rgy

Temperatur Lingkungan (Celcius)

GT IGT IIGT III

Gambar 4.6 Grafik hubungan efisiensi Exergy Gas turbine terhadap temperaturlingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 70: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

50

24 26 28 30 32 34 36

608

616

624

632

640

Tem

pera

tur D

isch

arge

Kom

pres

or (K

elvi

n)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

Comp IComp IIComp III

Gambar 4.7 Grafik hubungan temperatur Discharge Compressor terhadaptemperatur lingkungannya.

24 26 28 30 32 34 36

1425

1430

1435

1440

1445

Tem

pera

tur P

rodu

k Pe

mba

kara

n /

Tem

pera

tur I

nlet

Tur

bin

(Kel

vin)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

GTG IGTG IIGTG III

Gambar 4.8 Grafik hubungan temperatur produk pembakaran / temperatur InletGas turbine terhadap temperatur lingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 71: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

51

24 26 28 30 32 34 36

40

45

50

55

60

Air

Fuel

Rat

io (A

FR)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

GTG IGTG IIGTG III

Gambar 4.9 Grafik hubungan Air – Fuel Ratio (AFR) terhadap temperaturlingkungannya.

24 26 28 30 32

17500

20000

22500

25000

27500

30000

Laju

Ker

usak

an E

xerg

y (k

W)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

HRSG IHRSG IIHRSG III

Gambar 4.10 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy HRSG terhadap temperaturlingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 72: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

52

24 25 26 27 28 29 30 31 32 330.78

0.80

0.82

0.84

0.86

Efis

iens

i Exe

rgy

Temperatur Lingkungan (Celcius)

HRSG IHRSG IIHRSG III

Gambar 4.11 Grafik hubungan efisiensi Exergy HRSG terhadap temperaturlingkungannya.

24 26 28 30 32

300

600

900

1200

1500

Laju

Ker

usak

an E

xerg

y (k

W)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

HP Trans Pump IHP Trans Pump IIHP Trans Pump III

Gambar 4.12 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy HP Transfer pump terhadaptemperatur lingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 73: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

53

24 26 28 30 320.88

0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

Efis

iens

i Exe

rgy

Temperatur Lingkungan (Celcius)

HP Trans Pump IHP Trans Pump IIHP Trans Pump III

Gambar 4.13 Grafik hubungan efisiensi Exergy HP Transfer pump terhadaptemperatur lingkungannya.

24 26 28 30 3242000

42500

43000

43500

44000

Laju

Ker

usak

an E

xerg

y (k

W)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

ST

Gambar 4.14 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Steam turbine terhadaptemperatur lingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 74: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

54

24 26 28 30 320.784

0.785

0.786

0.787

0.788

Efis

iens

i Exe

rgy

Temperatur Lingkungan (Celcius)

ST

Gambar 4.15 Grafik hubungan efisiensi Exergy Steam turbine terhadaptemperatur lingkungannya.

24 26 28 30 32

13500

15000

16500

18000

19500

21000

Laju

Ker

usak

an E

xerg

y (k

W)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

Cond

Gambar 4.16 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Condenser terhadaptemperatur lingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 75: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

55

24 26 28 30 320.56

0.58

0.60

0.62

0.64

0.66

0.68

Efis

iens

i Exe

rgy

Temperatur Lingkungan (Celcius)

Cond

Gambar 4.17 Grafik hubungan efisiensi Exergy Condenser terhadap temperaturlingkungannya.

24 25 26 27 28 29 30 31 32 331500

2000

2500

3000

3500

4000

Laju

Ker

usak

an E

xerg

y (k

W)

Temperatur Lingkungan (Celcius)

Cond Pump

Gambar 4.18 Grafik hubungan laju kerusakan Exergy Condensate pump terhadaptemperatur lingkungannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 76: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

56

24 25 26 27 28 29 30 31 32 330.93

0.94

0.95

0.96

0.97

Efis

iens

i Exe

rgy

Temperatur Lingkungan (Celcius)

Cond Pump

Gambar 4.19 Grafik hubungan efisiensi Exergy Condensate pump terhadaptemperatur lingkungannya.

SCPP CCPP0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Exer

gy E

ffici

ency

Cycles

Gambar 4.20 Diagaram efisiensi Exergy siklus PLTGU

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 77: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

57

Comp I CC I GT I HRSG I HP Trans Pump I0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Para

met

er

Komponen

Efisiensi ExergyLaju Kerusakan Exergy

Gambar 4.21 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy setiapkomponen Unit GTG I dan HRSG I.

Comp II CC II GT II HRSG II HP Trans Pump II0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Para

met

er

Komponen

Efisiensi ExergyLaju Kerusakan Exergy

Gambar 4.22 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy setiapkomponen Unit GTG II dan HRSG II.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 78: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

58

Comp III CC III GT III HRSG IIIHP Trans Pump III0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Para

met

er

Komponen

Efisiensi ExergyLaju Kerusakan Exergy

Gambar 4.23 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy setiapkomponen Unit GTG III dan HRSG III.

ST Cond Cond Pump0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Para

met

er

Komponen

Efisiensi ExergyLaju Kerusakan Exergy

Gambar 4.24 Diagram nilai laju kerusakan Exergy dan efisiensi Exergy setiapkomponen Unit STG.

4.4. Nilai Laju Kerusakan Exergy dan Nilai Efisiensi Exergy Mesin PLTGU

Nilai efisiensi exergy dari simple cycle dan combined cycle dijabarkan pada

Gambar 4.20. Nilai efisiensi exergy mesin beroperasi pada kondisi simple cycle

adalah 29,1% dan pada kondisi combined cycle adalah 41,3%. Berdasarkan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 79: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

59

Gambar 4.20, pemanfaatan panas exhaust gas dapat meningkatkan efisiensi

exergy pembangkitan listrik sebesar 10,4%.

Nilai laju kerusakan exergy dan efisiensi exergy komponen mesin PLTGU

dijabarkan pada Gambar 4.21, Gambar 4.22, Gambar 4.23, dan Gambar 4.24. Laju

kerusakan exergy terbesar terletak pada combustion chamber I yang besarnya

18,8% dari keseluruhan laju kerusakan exergy sistem. Besarnya nilai laju

kerusakan exergy combustion chamber dapat disebabkan oleh proses pembakaran

bahan bakar dan perpindahan kalor. Dari Gambar 4.3 dan Gambar 4.9 dapat

menunjukan bahwa semakin rendah nilai AFR maka nilai kerusakan exergy pada

combustion chamber semakin besar. Ketika nilai AFR menurun, temperatur

produk gas panas meningkat, sehingga perbedaan entropi sistem terhadap

lingkungan yang besar ketika proses pembakaran berlangsung (Gambar 4.8 dan

Gambar 4.9). Efisiensi exergy terendah terletak pada condenser yang besarnya

57,6%. Hal tersebut disebabkan karena kalor dari dalam sistem dipindahkan

keluar dari sistem, sehingga terjadi laju kerusakan exergy besar, dapat dikatakan

juga bahwa nilai perubahan entropi pada proses kondensor sangat besar.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 80: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

60

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Ada beberapa kesimpulan yang diperoleh dari hasil dan pembahasan, yaitu

1. Berdasarkan Gambar 4.21, Gambar 4.22, Gambar 4.23, dan Gambar 4.24,

nilai laju kerusakan exergy terbesar terletak pada combustion chamber I

(CC I) sebesar 18,8% dari laju kerusakan keseluruhan pada sistem. Hal

tersebut dapat disebabkan oleh proses pembakaran bahan bakar dan

perpindahan panas saat proses pembakaran. Berdasarkan Gambar 4.25,

nilai efisiensi exergy terendah terletak pada kondensor sebesar 57,6%. Hal

tersebut disebabkan oleh perpindahan panas dari sistem ke lingkungan.

2. Berdasarkan Gambar 4.20, dapat diketahui bahwa nilai efisiensi operasi

mesin pada kondisi simple cycle sebesar 29,1% dan combined cycle

sebesar 41,3%.

5.2. Saran

Ada beberapa saran dari penulis untuk mesin pembangkit listrik yang telah

diteliti, yaitu

1. Untuk dapat meningkatkan performa kerja yang lebih baik dalam

pembangkitan listrik dapat dilakukan dengan cara mendinginkan udara

inlet compressor dan memanaskan udara discharge compressor.

2. Melakukan inovasi sistem insulasi pada combustion chamber untuk

mengurangi terjadinya kerusakan exergy yang disebabkan oleh

perpindahan panas ke lingkungan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 81: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

61

DAFTAR PUSTAKA

Cornelissen, R.L.(1997)."Thermodynamics and Sustainable Development".Enschede: FEBODRUK BV.

Dincer, I. dan Cengel, Y. A.(2001). entropy. "Energy, Entropy, dan ExergyConcepts and Their Roles in Thermal Engineering".3.116-149.

Dunbar, W.R. dan Lior, N. (1994). Combust. Sci. and Tech. "Source ofCombustion irreversibility". 103. 41-46.

Ersayin, E. dan Ozgener, L.(2015). Renwable and Sustainable Energy Reviews."Performance Analysis of Combined Cycle Power Plants: A Case Study".43.832-842.

Heywood, J.B. (1988). “Internal Combustion Engine Fundamentals”.USA:McGraw-Hill, Inc.

Moran, M.J. dan Saphiro H.N.(2006). "Fundamental of EngineeringThermodynamics”. Edisi ke-5. Chichester: John Wiley & Sons Ltd.

Samosir, W.L. dan Martin, A. (2015). Jom FTEKNIK. "Analisis Exergy padaRuang Bakar pada PLTG Teluk Lembu 30 MW”.2.

Santoso, D. dan Basri, H. (2011). Prosiding Seminar Nasional AVoER ke-3.“Analisis Eksergi Siklus Kombinasi Turbin Gas - Uap Unit PLTGUInderalaya”.

Kotas, T.J. (1995). “The Exergy Method of Thermal Plant Analysis”. Florida:Krieger Publishing Company.

Zed, F. et al. (2014). “Outlook Energi Indonesia 2014”. Jakarta: Dewan EnergiNasional.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 82: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

62

LAMPIRAN

Tabel Hasil Analisa Exergy Compressor GTG I

Tabel Hasil Analisa Exergy Compressor GTG II

Tabel hasil Analisa Exergy Compressor GTG III

Tabel Hasil Analisa Exergy Combustion Chamber GTG I

COMPRESSOR I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 3,990 80000,535 10003,456 0,889

27 0,000 79817,913 10182,087 0,887

29 0,433 79769,134 10231,299 0,886

32 0,000 78831,317 10168,683 0,886

35 0,412 79612,987 10387,425 0,885

COMPRESSOR II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 3,867 79914,398 10089,469 0,888

27 1,693 79695,056 10306,636 0,885

29 0,420 79628,091 10372,329 0,885

32 0,414 79456,765 10543,649 0,883

35 0,000 79414,998 10585,002 0,882

COMPRESSOR III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 4,004 80439,859 9564,145 0,894

27 1,752 80147,453 9854,300 0,891

29 0,433 80031,458 9968,975 0,889

32 0,429 79899,082 10101,346 0,888

35 0,412 79868,023 10132,389 0,887

COMBUSTOR I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 418741,043 226150,523 192590,520 0,540

27 416862,690 222830,192 194032,498 0,535

29 415128,069 221047,867 194080,203 0,532

32 414736,607 216165,359 198571,248 0,521

35 415478,366 213583,729 201894,637 0,514

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 83: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

63

Tabel Hasil Analisa Exergy Combustion Chamber GTG II

Tabel Hasil Analisa Exergy Combustion Chamber GTG III

Tabel Hasil Analisa Exergy Gas Turbine GTG I

Tabel Hasil Analisa Exergy Gas Turbine GTG II

COMBUSTOR II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 424196,851 223688,205 200508,647 0,527

27 425081,658 220278,189 204803,469 0,518

29 424448,960 218937,631 205511,329 0,516

32 420909,123 216101,696 204807,427 0,513

35 424176,775 211243,342 212933,434 0,498

COMBUSTOR III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 321195,048 228232,368 92962,680 0,711

27 326491,641 225420,331 101071,310 0,690

29 326367,484 223109,896 103257,588 0,684

32 326231,941 208902,322 106136,575 0,675

35 326164,862 214615,458 111549,404 0,658

GAS TURBINE I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 226150,523 72480,430 63670,093 0,586

27 222830,192 70860,531 61969,661 0,592

29 221047,867 69971,567 61076,300 0,596

32 216165,359 67974,170 59191,189 0,601

35 213583,729 66330,159 57253,569 0,611

GAS TURBINE II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 223688,205 70245,784 63442,421 0,587

27 220278,189 68695,766 61582,423 0,594

29 218937,631 68047,950 60889,681 0,596

32 216101,696 66691,877 59409,818 0,602

35 211243,342 64179,498 57063,844 0,612

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 84: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

64

Tabel Hasil Analisa Exergy Gas Turbine GTG III

Tabel Hasil Analisa Exergy HRSG I

Tabel Hasil Analisa Exergy HRSG II

Tabel Hasil Analisa Exergy HRSG III

GAS TURBINE III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 228232,368 72737,016 65495,351 0,579

27 225420,331 71541,702 63878,628 0,585

29 223109,896 70399,398 62710,498 0,589

32 220095,366 69012,543 61082,823 0,596

35 211243,342 64179,498 57063,844 0,612

HRSG I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 27438,604 139602,847 132947,204 0,469

27 27616,894 139985,835 131296,446 0,472

29 26232,077 138916,898 129500,105 0,476

32 26475,264 132438,564 138138,242 0,445

35 26382,858 139714,166 130084,075 0,475

HRSG II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 59143,913 165905,100 149437,296 0,417

27 59815,304 171171,266 145968,369 0,433

29 59637,622 156467,040 159931,989 0,377

32 59895,933 163403,921 149875,873 0,409

35 60301,566 165383,619 151679,354 0,409

HRSG III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 62090,248 165017,913 49129,810 0,677

27 63066,817 166173,023 54580,513 0,654

29 62880,223 163697,957 56868,985 0,639

32 63573,258 160357,165 60902,813 0,614

35 61765,974 165432,930 54019,763 0,657

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 85: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

65

Tabel Hasil Analisa Exergy HP Transfer Pump I

Tabel Hasil Analisa Exergy HP Transfer Pump II

Tabel Hasil Analisa Exergy HP Transfer Pump III

Tabel Hasil Analisa Exergy Steam Turbine

TRANSFER PUMP I To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 12342,926 11532,624 1282,802 0,900

27 12527,545 11669,275 1330,770 0,898

29 12291,429 11351,362 1412,567 0,889

32 12258,130 11295,767 1434,862 0,887

35 12610,551 11513,533 1569,518 0,880

TRANSFER PUMP II To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 12885,531 12330,890 1027,140 0,923

27 12999,719 12410,523 1061,696 0,921

29 12910,738 12299,561 1083,677 0,919

32 12951,401 12277,115 1146,786 0,915

35 13170,271 12411,693 1231,078 0,910

TRANSFER PUMP III To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 11715,317 11945,782 242,036 0,980

27 12195,678 12418,799 249,380 0,980

29 11910,371 12125,461 257,410 0,979

32 12066,883 12298,159 241,225 0,981

35 11837,392 12057,479 252,412 0,979

STEAM TURBINE To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 198911,901 40986,561 42925,340 0,728

27 200047,210 42258,399 43788,811 0,722

29 197720,434 44498,577 40221,857 0,737

32 204637,324 46975,608 43661,716 0,723

35 206399,588 47404,129 44995,459 0,717

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Page 86: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI · transfer pump, turbin uap, kondenser, dan condensate pump. Berdasarkan penelitian pada mesin pembangkit listrik tersebut, efisiensi

66

Tabel Hasil Analisa Exergy Condenser

Tabel Hasil Analisa Exergy Condensate Pump

CONDENSER To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 47404,129 27911,853 19492,276 0,589

27 46975,608 28358,041 18617,567 0,604

29 44498,577 28070,016 16428,561 0,631

32 42258,399 29117,512 13140,887 0,689

35 40986,561 29684,371 11302,190 0,724

To Ein (kW) Eout (kW) I (kW) II

25 59478,588 57729,289 1749,299 97,06%

27 59973,337 57350,442 2622,895 95,63%

29 61097,645 58084,459 3013,186 95,07%

32 61483,884 57439,988 4043,897 93,42%

35 62271,689 57428,439 4843,249 92,22%

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI