SISTEM PENDINGIN GENERATOR TURBIN UAP MENGGUNAKAN HIDROGEN SEBAGAI MEDIA PENDINGIN (Studi Observasi Pada PLTU Teluk Balikpapan, Kalimantan

Timur, Indonesia )

DISUSUN OLEHHADI SUWARNO (H1F114019)

PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATBANJARBARU

2016

i

TERIMA KASIH KEPADA

ii

REKTOR UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATProf. Dr. H. Sutarto Hadi, M.Si., M.Sc

NIP. 19660331 199102 1 001

WAKIL REKTOR BIDANG AKADEMIKDr. Ahmad Alim Bachri, SE., M.Si

WAKIL REKTOR BIDANG UMUM DAN KEUANGAN

Dr. Hj Aslamiah, M.Pd., Ph.D

WAKIL REKTOR BIDANG KEMAHASISWAAN DAN ALUMNI

Dr. Ir. Abrani Sulaiman, M.Sc

WAKIL REKTOR BIDANG PERENCANAAN, KERJASAMA, DAN

HUMASProf. Dr. Ir. H. Yudi Firmanul Arifin, M.Sc

DEKAN FAKULTAS TEKNIKDr-Ing. Yulian Firmana Arifin, S.T., M.T

WAKIL DEKAN I FAKULTAS TEKNIKDr. Chairul Irawan, ST., MT

WAKIL DEKAN III FAKULTAS TEKNIKNurhakim, ST., MT

WAKIL DEKAN II FAKULTAS TEKNIKMaya Amalia, ST., M.Eng

KEPALA PRODI TEKNIK MESINAchmad Kusairi S, ST,. MT., MM

DOSEN PENGAMPUHProf. Dr. Qomariyatus Sholihah Amd. Hyp, ST, M.Kes.

MAHASISWA : Hadi Suwarno NIM. H1F114019

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa

yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas mata kuliah “Metode Penelitian” dengan tepat waktu.

Pembuatan proposal ini diajukan sebagai bahan salah satu syarat untuk

menyelesaikan program pendidikan Teknik Mesin di Univesitas Lambung

Mangkurat.

Dalam pembuatan proposal ini penulis banyak memperoleh bantuan dan

bimbingan dari berbagai pihak, sehingga terselesaikan sebagaimana mestinya.

Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada:

1. Achmad Kusairi S, ST., MT., MM selaku Ketua Prodi Teknik Mesin Dan

Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah S.T., M.Kes., serta Agustina Hotma Uli

Tumanggor, ST., MM., M.Sc., selaku Dosen Pembimbing Metode

Penelitian.

2. Dan semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan tugas proposal

ini.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan proposal ini

masih terdapat banyak kekurangan. Hal ini disebabkan keterbatasan

pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis. Oleh karena itu penulis

mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun tanpa mengurangi

fungsi dari pembuatan Proposal ini.

Akhirnya penulis berharap semoga pembuatan proposal ini dapat

bermanfaat bagi pembaca dan selanjutnya bagi kita semua. Amin.

Banjarbaru, Desember 2016

Penulis

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................i

UCAPAN TERIMA KASIH..............................................................................ii

KATA PENGANTAR ....................................................................................iii

DAFTAR ISI .................................................................................................iv

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

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

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

1.3 Batasan Masalah............................................................................3

1.4 Tujuan Penelitian............................................................................4

1.5 Manfaat Penelitian..........................................................................4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................5

2.1 Penelitian Terdahulu......................................................................5

2.2 Turbin Uap......................................................................................9

2.3 Konstruksi Generator Sinkron....................................................11

2.4 Prinsip Kerja Generator Sinkron................................................12

2.5 Sistem Pendingin Generator.......................................................13

BAB III. METODE PENELITIAN...................................................................16

3.1 Objek Penelitian...........................................................................16

3.2 Alat dan Bahan Penelitian...........................................................16

a. Alat .............................................................................................16

b. Bahan.........................................................................................16

iv

3.3 Proses Penelitian.........................................................................17

3.4 Flow Chart Penelitian...................................................................20

3.5 Jadwal Pelaksanaan Penelitian..................................................23

DAFTAR PUSTAKA

v

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi dari

sebuah sistem tertutup itu tidak berubah ia akan tetap sama. Energi tersebut

tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan; namun ia dapat berubah dari

satu bentuk energi ke bentuk energi lain contohnya merubah energi mekanik

menjadi energi listrik. Energi listrik tersebut dihasilkan oleh pusat-pusat

pembangkit listrik. Pada proses pembangkitan tenaga listrik tersebut

dibutuhkan suatu alat untuk mengkonversi energi mekanik menjadi energi

listrik, yang dikenal dengan sebutan generator. Untuk menghasilkan energi

listrik yang handal, generator tersebut harus bekerja sesuai dengan kapasitas

dan kemampuannya.

Generator dapat menghasilkan tenaga listrik ketika medan magnet

yang ada pada generator dieksitasi. Akibat arus yang mengalir pada

konduktor, panas terjadi. Generator memiliki banyak konduktor dan arus yang

mengalir melewati konduktor, menciptakan banyak panas. Jika panas itu

tidak “dihilangkan” maka dapat menyebabkan kumparan di generator menjadi

rusak (isolasi melepuh sehingga dapat terjadi short). Maka dari itu dibutuhkan

suatu sistem pendingin untuk “menghilangkan” panas pada generator

tersebut. Mesin pendingin hidrogen mulai diproduksi dan digunakan secara

besar-besaran sejak tahun 1950. Hidrogen memiliki karakteristik dimana

karakteristik tersebut akan menguntungkan apabila hidrogen digunakan

sebagai medium pendingin dibandingkan mendinginkan menggunakan udara

sebagai medium.

1

Menurut penelitian yang dilakukan oleh Haseli Y. dan Dincer I., Aliran

fluida incompressible seperti gas hidrogen memiliki laju perpindahan panas

(heat transfer rate) yang tinggi. Oleh karena itu, titik temperatur fluida dapat

digunakan sebagai faktor penentu dalam proses heat removal saat memasuki

heat exchanger. Maka semakin tinggi suhu fluida, semakin rendah

kemampuan “menghilangkan” panas fluida tersebut begitu juga sebaliknya.

Radiator yang dipasang di generator pembangkit listrik DEZ memiliki sebuah

NTU dimana heat removal dari radiator meningkat dari 215,7 kW pada 301oK

ke 289,7 kW pada 289oK. Dengan demikian, ketika suhu gas hidrogen di inlet

naik ke 12oC, kecepatan perpindahan panas pada radiator turun hingga

34,3%. Hasil yang dicapai dalam penelitian ini mengungkapkan bahwa

perubahan dalam laju aliran gas hidrogen di inlet hingga 40% dari nilai

nominal tidak dapat digunakan untuk penurunan heat removal radiator. Selain

itu, di NTU = 1, faktor efektivitas cooling flow turun sekitar 78% ketika titik

temperatur aliran gas hidrogen berubah dari 289oK ke 301oK disamping

perubahan karena meningkatnya laju aliran gas hidrogen. Koefisien efisiensi

eksergi juga akan berkurang pada kondisi ini. (Haseli Y., Dincer I., dkk, 2008)

Menurut penelitian yang dilakukan oleh Amalia Rahmawaty pada

tahun 2013, hidrogen memiliki beberapa karakteristik yang berbeda dengan

udara yaitu pada thermal conductivity dan heat transfer coefficient. Thermal

conductivity dan heat transfer coefficient hidrogen lebih tinggi dibanding

udara dengan perbandingan 7 : 1 untuk thermal conductivity dan 1,25 : 1

untuk heat transfer coefficient. Sehingga memungkinkan generator yang

menggunakan hidrogen sebagai medium pendingin memiliki kelebihan, yaitu:

nilai heat transfer rate lebih tinggi, generator menjadi lebih bersih, dan life

time generator menjadi lebih panjang. (Didik Aribowo dan Amalia

Rahmawaty, 2013)

2

PLTU Teluk Balikpapan merupakan salah satu sektor pembangkit

listrik PT.PLN Persero yang menggunakan tenaga uap yang dihasilkan oleh

boiler sebagai sumber energi mekanik dan dikonversikan menjadi energi

listrik oleh generator. Di PLTU Teluk Balikpapan terdapat sistem pendingin

generator dengan menggunakan hidrogen sebagai media pendingin, sistem

ini dipilih oleh perusahaan tersebut karena generator yang menggunakan

udara dan air sebagai media pendinginnya sering terjadi beberapa masalah

yaitu kecepatan pendinginan yang rendah, terdapat kotoran dari air dan

udara yang dapat mengurangi kinerja generator, dan life time generator yang

menjadi lebih pendek.

Dari latar belakang masalah tersebut perlu diadakan penelitian yang

berhubungan dengan kecepatan perpindahan panas (heat transfer rate) pada

sistem pendingin generator turbin uap, dengan mengambil judul “SISTEM

PENDINGIN GENERATOR TURBIN UAP MENGGUNAKAN HIDROGEN

SEBAGAI MEDIA PENDINGIN (Studi Observasi Pada PLTU Teluk

Balikpapan, Kalimantan Timur, Indonesia )”

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana kecepatan perpindahan panas (heat transfer rate) sistem

pendingin generator turbin uap menggunakan hidrogen sebagai media

pendingin yang terdapat di PLTU Teluk Balikpapan, Kalimantan Timur,

Indonesia.

1.3 Batasan Masalah

Dalam penilitian ini dilakukan pembatasan masalah agar pelaksanaan

serta hasil yang diperoleh sesuai dengan pelaksanaannya. Adapun batasan

masalahnya adalah sebagai berikut:

3

a. Penelitian ini dilakukan di PLTU Teluk Balikpapan Kota Balikpapan,

Kalimantan Timur, Indonesia.

b. Penelitian ini berfokus pada sistem pendingin generator turbin uap di

PLTU Teluk Balikpapan yang menggunakan gas hidrogen (H2),

karakteristik dan perbandingan heat transfer rate media pendingin

hidrogen dengan media pendingin udara.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari karakteristik hidrogen,

kelebihan dan kekurangannya sebagai media pendingin, serta perbandingan

heat transfer rate media pendingin hidrogen dengan media pendingin udara.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini memiliki manfaat bagi beberapa pihak yang terkait

didalamnya, yaitu sebagai berikut:

a. Bagi Peneliti: Penelitian ini memberikan manfaat bagi peneliti bagaimana

cara mengetahui kemampuan sistem pendingin generator turbin uap

menggunakan hidrogen sebagai media pendingin di PLTU Teluk

Balikpapan.

b. Bagi Program Studi Teknik Mesin: Hasil penelitian ini dapat dijadikan

referensi tambahan bagi civitas akademik Program Studi Teknik Mesin

Universitas Lambung Mangkurat.

c. Bagi PLTU Teluk Balikpapan: Penelitian tentang sistem pendingin

generator turbin uap menggunakan hidrogen sebagai media pendingin ini

dapat dijadikan bahan pertimbangan atas pengaplikasian sistem

pendingin di generator pembangkit listrik lainnya.

4

BAB II

Dasar Teori

1

2

2.1 Penelitian Terdahulu

Penelitian ini merujuk pada beberapa penelitian yang telah dilakukan

sebelumnya yaitu oleh :

Didik Aribowo dan Amalia Rahmawaty dari Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa pada bulan juni tahun

2013 dengan judul SISTEM PENDINGINAN GENERATOR PT INDONESIA

UBP SURALAYA MENGGUNAKAN HIDROGEN, didapatkan hasil sebagai

berikut :

a. Generator menghasilkan panas pada konduktor yang diakibatkan arus

yang mengalir. Panas harus “dihilangkan” agar generator bisa tetap

bekerja secara efisien. Maka itu dibutuhkan suatu sistem pendingin

generator yang handal diantara sistem pendingin yang lainnya, yaitu

sistem pendingin generator menggunakan hidrogen.

b. H2 memiliki karakteristik sebagai berikut :

Characteristic Air Hydrogen

Density 1.00 0.07

Thermal Conductivity 1.00 7.00

Heat Transfer Coeficient 1.00 1.25

Explosive No Yes

Oxidizing Agent Yes No

5

Sehingga memungkinkan generator yang menggunakan hidrogen

sebagai medium pendingin memiliki kelebihan, yaitu:

1. Heat transfer temperatur cepat.

2. Generator menjadi lebih bersih.

3. Life time generator menjadi lebih panjang.

Dan kekurangannya adalah:

1. Pemeliharaan yang sulit.

2. Biaya pemeliharaan tinggi.

3. Hidrogen bersifat eksplosif jika bercampur dengan udara.

c. Dibutuhkan suatu sistem yang handal untuk mencegah hidrogen keluar

dari rumah generator, yang dikenal dengan seal oil system

memungkinkan hidrogen tetap tinggal di dalam rumah generator dengan

cara memberikan tekanan yang telah diatur pada kedua sisi rumah,

dimana poros generator berada.

Febri Dwi Senjaya dan Farel H. Napitupulu dari Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara pada bulan Desember tahun

2013 dengan judul ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP

PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT.PLN

SEKTOR PEMBANGKITAN MEDAN, didapatkan hasil sebagai berikut :

Setelah mengganalisa Performansi Turbin Gas dengan menggunakan

Water Wash, maka diperoleh Water Wash kapasitas udara masuk kompresor

(udara ) Sebesar 493200 kg/jam lebih banyak dari pada sebelum Water

Wash sebesar 432000 kg/jam. Daya keluaran turbin gas setelah Water Wash

sebesar 42,015 [MW] dan efesiensi siklus sebesar 26,85 [%], sedangkan

daya keluaran turbin gas sebelum Water Wash sebesar 38,81 [MW] dan

efisiensi siklus sebesar 26,4 [%]. (F. Dwi Senjaya dan F. H. Napitupulu, 2013)

6

Bambang Winardi dari Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Diponegoro pada bulan Juni tahun 2007 dengan judul

PEMAKAIAN HYDROGEN COOLING SYSTEM PADA GENERATOR UNIT 1

PLTU TAMBAK LOROK PT INDONESIA POWER UBP SEMARANG,

didapatkan hasil sebagai berikut :

a. Sistem pendinginan pada generator PT. Indonesi Power unit I

menggunakan gas hidrogen yang disirkulasikan didalam casing

generator.

b. Proses sirkulasi gas hidrogen sebanding dengan putaran rotor generator

karena sirkulasi gas dilakukan dengan bantuan kipas yang terpasang

dibagian ujung lilitan rotor generator sisi eksitasi dan sisi turbin

c. System pendinginan hidrogen dipantau dan dikontrol melalui hidrogen

control cabinet untuk menjaga bahwa sistem pendinginan berjalan normal

d. Gas hidrogen yang disirkulasikan perlu dilakukan pendinginan untuk

melepaskan panas yang diikatnya dari sistem dengan media air berada

pada gas cooler

e. Perbedaan tekanan antara minyak dan hidrogen (tekanan differensial)

dapat dijadikan indikator kemurnian hidrogen dimana semakin rendah

kemurnian hidrogen maka tekanan differensialnya akan menurun.

Annis Khoiri Wibowo dan Bambang Arip Dwiyantoro dari Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh

November (ITS) pada tahun 2014 dengan judul STUDI NUMERIK

PENINGKATAN COOLING PERFORMANCE PADA LUBE OIL COOLER

GAS TURBINE YANG DISUSUN SECARA SERI DAN PARALEL DENGAN

VARIASI KAPASITAS AlIRAN LUBE OIL, Dari hasil simulasi Computational

Fluid Dynamics pada susunan lube oil cooler secara seri dan paralel

diperoleh :

7

a. Susunan cooler dipasang seri menghasilkan cooling capacity lebih besar

dibandingkan susunan cooler dipasang paralel. Namun pada susunan

seri memiliki pressure drop lebih tinggi

b. Semakin besar kapasitas lube oil maka temperatur keluaran cooler dan

pressure drop yang terjadi akan semakin besar

c. Susunan cooler seri menghasilkan tingkat keseragaman flow rate yang

lebih baik jika dibandingkan dengan susunan cooler paralel. Hal tersebut

ditunjukkan dengan lebih kecilnya nilai standard deviasi dari flow ratio,

sehingga dapat menghasilkan cooling load yang lebih besar. Cooling load

terbesar dihasilkan pada susunan cooler seri dengan kapasitas 74 gpm

d. Semakin besar kapasitas lube oil maka tingkat keseragaman flow rate

pada masing-masing tube akan semakin rendah, begitu juga sebaliknya.

F. Gatot Sumarno dan Slamet Priyoatmojo dari Program Studi Teknik

Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang pada 3

September 2015 dengan judul PERPINDAHAN PANAS PADA GAS

TURBINE CLOSED COOLING WATER HEAT EXCHANGER DI SEKTOR

PEMBANGKITAN PLTGU CILEGON, Hasil dari tugas akhir ini dapat

disimpulkan sebagai berikut:

a. Laju Perpindahan Panas terbesar dihasilkan sebesar 2914486,227 W

dengan Number Of Transfer Unit (NTU) sebesar 0,77 dan Laju

Perpindahan Panas terkecil dihasilkan sebesar 2582780,941 W dengan

Number Of Transfer Unit (NTU) sebesar 0,53

b. Semakin besar laju perpindahan panas pada Gas Turbine Closed Cooling

Water Heat Exchanger menyebabkan semakin besar nilai efektvitas pada

Gas Turbine Closed Cooling Water Heat Exchanger

8

c. Efektivitas terbesar pada Gas Turbine Closed Cooling Water Heat

Exchanger sebesar 43,13 % dan dihasilkan efektivitas terkecil sebesar

34,2 %

d. Efektivitas Gas Turbine Closed Cooling Water Heat Exchanger kecil

disebabkan oleh besarnya temperatur air sebagai media pemanas dan

besarnya temperatur udara ambient sebagai media pendingin sehingga

menyebabkan Laju perpindahan panas semakin kecil, artinya sedikitnya

panas yang dipindahkan oleh alat heat exchanger tersebut.

2.2 Turbin Uap

Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit

listrik tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut yaitu : Ketel,

kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi

sebagai fluida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi

untuk mengubah air menjadi uap.

Gambar 1.1 Siklus rankine( Sumber : Gas turbine Engineering Handbook Edisi 2, 2002 )

9

WTWP

4

32

1

Q out

Q in

konderser

BOILER

Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air

pada siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik s1 = s2 masuk ke

Boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi Boiler

menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari

boiler masuk ke turbin dengan kondisi super panas h3 = h4 dan keluaran

dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang masuk ke

turbin sama dengan laju aliran massa keluar dari turbin, ini dapat

digambarkan dengan menggunakan diagram T-s berikut:

3

T Cp

2

4

1

SGambar 1.2 Diagram Temperatur (T) – Entropi (s)

( Sumber : Gas turbine Engineering Handbook Edisi 2, 2002 )

Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh

suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada

fluida kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses

Siklus 1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1

Dengan rumus:

W = T dS

W = Kerja per satuan berat fluida kerja

Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram ( T – s )

Dalam kenyataan Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus

Ideal (Siklus Rankine ) antara lain karena faktor tersebut dibawah ini :

10

a. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan

dan kerugian kalor ke atmosfer disekitarnya .

b. Kerugian tekanan dalam ketel uap

c. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida kerja

dan bagian-bagian dari turbin. (Boyce Meherwan P., 2002)

2.3 Kontruksi Generator Sinkron

Generator terdiri dari dua bagian yang paling utama, yaitu:

a. Bagian yang diam (Stator):

1. Inti stator berupa cincin laminasi yang diikat serapat mungkin untuk

menghindari rugi-rugi arus eddy (eddy current losses)

2. Belitan stator terdiri dari beberapa batang konduktor yang terdapat di

dalam slot dan ujung kumparan.

3. Alur stator merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat

belitan stator ditempatkan.

4. Rumah stator merupakan bagian dari stator yang umumnya terbuat

dari besi tuang yang berbentuk silinder.

Gambar 1.3 Konstruksi Generator Sinkron Tipe THW-210-2( Sumber : Gas turbine Engineering Handbook Edisi 2, 2002 )

b. Bagian yang bergerak (Rotor)

11

Rotor adalah bagian generator yang bergerak atau berputar,

antara rotor dan stator dipisahkan oleh celah udara (air gap). Rotor terdiri

dari dua bagian umum yaitu inti kutub dan Kumparan medan. Bagian inti

kutub memiliki poros dan inti rotor yang memiliki fungsi sebagai jalan atau

jalur fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan medan. Kumparan

medan juga memiliki dua bagian, yaitu bagian penghantar sebagai jalur

untuk arus pemacuan dan bagian yang diisolasi. Isolasi pada bagian ini

harus benar-benar baik dalam hal kekuatan mekanisnya, ketahanannya

akan suhu yang tinggi dan ketahanannya terhadap gaya sentrifugal yang

besar. Konstruksi rotor untuk generator yang memiliki nilai putaran relatif

tinggi biasanya menggunakan konstruksi rotor dengan kutub silindris

(cylinderica poles) dan jumlah kutubnya relatif sedikit (2, 4, 6) Konstruksi

ini dirancang tahan terhadap gaya yang lebih besar akibat putaran yang

tinggi. (Annis Khoiri.W dan Bambang Arip.D, 2014)

`

Gambar 1.4 Konstruksi Rotor Tipe Salient Silinder(Sumber : Gas turbine Engineering Handbook Edisi 2, 2002)

2.4 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Prinsip kerja generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut:

12

a. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan

medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan

medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu

adalah tetap.

b. Penggerak mula (prime mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.

c. Perputaran tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada

rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada

kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik

yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks

magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi

pada ujung-ujung kumparan tersebut. (F. Gatot Sumarno dan Slamet

Priyoatmojo, 2015)

2.5 Sistem Pendingin Generator

Generator berfungsi merubah energi mekanik yang dihasilkan oleh

turbin menjadi energi listrik. Medan magnet yang melalui inti stator dan juga

arus listrik yang melalui kumparan stator dan rotor generator akan

menimbulkan panas. Agar kerusakan akibat panas pada isolasi dapat

dicegah, maka panas tersebut harus dihilangkan. Untuk itu diperlukan media

pendingin generator yaitu :

a. Sistem Pendinginan Generator Menggunakan Udara Langsung

Untuk mendinginkan temperatur (suhu) pada belitan stator dan

rotor digunakan udara dari luar yang ditarik oleh fan rotor melalui filter,

13

kemudian dihembuskan melalui celah-celah (lubang udara) baru ke

atmosfir, begitu seterusnya.

Kelebihan generator jenis ini:

1. Sistem pemeliharaannya sangat mudah karena generator jenis ini

lebih sederhana.

2. Biaya pemeliharaan murah.

Kekurangan generator jenis ini:

1. Kondisi belitan rotor dan stator sangat kotor karena menggunakan

udara langsung yang membawa berbagai jenis debu dan kotoran.

2. Proses heat transfer temperatur berlangsung lambat karena

menggunakan udara langsung.

3. Kelembaban udara tinggi karena penggunaan udara langsung

menyebabkan kelembaban udara tidak dapat diatur, sehingga

dapat membahayakan komponen generator tersebut.

4. Life time generator lebih pendek

b. Sistem Pendinginan Generator Menggunakan Udara Tetap

Pada generator jenis ini, mendinginkan temperatur belitan stator

dan rotor menggunakan udara tetap yang berada di dalam generator.

Udara tersebut ditarik oleh fan rotor dan dihembuskan ke celah-celah

belitan stator dan rotor, sehingga menimbulkan sirkulasi udara secara

terus-menerus melalui alat pendingin udara.

Kelebihan generator jenis ini:

1. Sistem pemeliharaannya mudah.

2. Biaya pemeliharaannya murah.

3. Risiko terjadi kebakaran relatif kecil.

14

4. Relatif bersih jika dibandingkan dengan generator yang

menggunakan udara langsung.

Kekurangan generator jenis ini:

1. Heat transfer temperatur lebih lambat karena menggunakan udara

dan proses pendinginannya juga lambat.

2. Kelembaban udara tinggi karena generator jenis ini tidak bisa

mengatur kelembaban udara di dalam generator.

3. Life time generator lebih pendek.

c. Sistem Pendinginan Generator Menggunakan Hidrogen

Cara lain untuk mendinginkan generator adalah dengan

mensirkulasikan gas hidrogen (H2) di dalam rumah generator dan di

sekitar rotor. H2 tujuh sampai sepuluh kali lipat lebih baik dalam menyerap

dan mentransfer panas dibandingkan dengan udara. Artinya untuk ukuran

generator yang sama, lebih banyak arus yang dapat dialirkan pada

kumparan stator dan rotor jika didinginkan menggunakan H2. H2 bersifat

ekplosif jika tercampur dengan udara dengan perbandingan 4-76%. Pada

saat overhaul atau pada saat-saat tertentu ketika housing generator harus

dibuka, H2 yang berada dalam generator tidak boleh tercampur dengan

udara langsung. Maka dari itu dibutuhkan suatu medium untuk

memisahkan H2 dan udara. Digunakan karbon dioksida atau CO2 untuk

membersihkan generator sebelum dimasuki baik oleh H2 maupun udara.

Di dalam generator terdapat blower yang berfungsi mengarahkan

H2 ke bagian-bagian generator yang perlu didinginkan. Untuk kumparan

stator, gas hidrogen masuk dari arah exciter dan keluar dari sisi turbin.

Untuk kumparan rotor, gas masuk dari kedua ujung kumparan dan keluar

dari tengah kumparan. Temperatur gas hidrogen sebelum menyerap

panas adalah sekitar 45ºC, kemudian gas diarahkan oleh blower ke gas

15

cooler yang berfungsi mendinginkan gas yang membawa panas

generator. Gas didinginkan menggunakan air tawar yang memiliki

temperatur 35ºC yang dialirkan pada pipa-pipa di dalam gas cooler.

Kenaikan kelembaban didalam generator akan mengalami kerugian maka

dari itu apabila kemurnian H2 jatuh dibawah 90%, H2 diatur agar

bersirkulasi melalui gas dryer yang berfungsi menjaga kelembaban gas.

(Bambang Winardi, 2007)

BAB III

METODE PENELITIAN

3

3.1 Objek Penelitian

Objek penelitian ini merupakan data berupa temperatur keluar dan

masuk media pendingin pada generator serta tekanan differensialnya. Data

yang diperoleh merupakan data hasil dari Main Control Room PLTU Teluk

Balikpapan.

3.2 Alat dan Bahan Penelitian

a. Alat

Alat yang digunakan dalam pengambilan data terdiri diri :

1. Generator sinkron tipe THW 210-2, berfungsi sebagai alat

mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik. Alat ini

merupakan objek utama pada penelitian ini

2. Komputer / Alat pengolah data, berfungsi untuk mengumpulkan data

yang dikirim dari thermocople dan pressure switch

16

3. Thermocople, berfungsi untuk mengetahui suhu keluar dan masuk

fluida pendingin generator

4. Pressure Switch, berfungsi untuk mengetahui tekanan differensial

pada Seal Oil System.

b. Bahan

Bahan yang menjadi objek pada penelitian in terdiri dari :

1. Gas hidrogen dan udara yang berfungsi sebagai media pendingin

2. Air yang berfungsi sebagai pendingin dan pemurnian gas hidrogen

3. Oli yang berfungsi sebagai pembatas antara hidrogen dan udara

3.3 Proses Penelitian

Proses yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Observasi

Observasi merupakan proses pertama yang dilakukan pada

penelitian ini karena penelitian ini termasuk ragam penelitian empiris

dimana terdapat studi kasus dan studi lapangan didalamnya. Observasi

penelitian ini dilakukan di PLTU Teluk Balikpapan, Kalimantan Timur,

Indonesia. Objek observasi di PLTU Teluk Balikpapan pada penelitian ini

adalah sistem pendingin generator turbin uap yang menggunakan

hidrogen sebagai media pendinginnya.

b. Studi Literatur

Teori serta konsep penelitian yang telah dikembangkan dan ada

hubungannya dengan masalah yang dihadapi dikemukakan sebagai

dasar menuju tahapan selanjutnya dilakukan pada tahap ini, studi

literature dilakukan dengan mempelajari teori – teori yang akan digunakan

untuk mencapai tujuan penelitian yang hendak dicapai. Studi literatur

yang dilakukan mengenai PLTU, generator, dan sistem pendingin. Studi

literatur ini diperoleh dari sumber yaitu beberapa buku dan jurnal.

17

c. Pengumpulan Data

Pengumpulan data merupakan prosedur yang sistematik dan

standar untuk memperoleh data yang diperlukan. Metode pengumpulan

data yang dilakukan adalah dengan mencatat suhu – suhu yang menjadi

objek penelitian. Data – data yang diperlukan antara lain :

1. Temperatur masuk hidrogen dalam generator (Tin)

2. Temperatur keluar hidrogen dalam generator (Tout)

3. Temperatur masuk udara dalam generator (tin)

4. Temperatur keluar udara dalam generator (tout)

5. Temperatur permukaan generator (T∞)

6. Temperatur sekitar generator (Ts)

7. Koefisien panas hidrogen (hhydrogen)

8. Koefisien panas udara (hair)

9. Luas permukaan generator (A)

10. Emmisivitas permukaaan generator (ε)

11. Koefisien radiasi (σ = 5.67 x 10-8 W/m2 . K4)

d. Pengolahan Data

Data yang sudah dikumpulkan kemudian diolah agar dapat

digunakan dalam penelitian. Metode perhitungan kecepatan perpindahan

panas (heat transfer rate) yang digunakan pada pengolahan data adalah

sebagai berikut :

1. Laju perpindahan panas konveksi : Qc = h . A(Tout – Tin)

2. Laju perpindahan panas radiasi : Qr = σ . A . ε(Ts3 - T∞

4)

3. Laju perpindahan panas total : Qtotal = Qc + Qr

e. Analisis Data

Analisis data adalah proses mengatur urutan data,

mengorganisasikanya ke dalam suatu pola, kategori, dan satuan uraian

18

dasar. Teknik analisis data yang digunakan pada penelitian ini adalah

teknik analisis data secara deskriptif dimana penyajian data heat transfer

rate yang telah diolah sebelumnya disajikan dalam bentuk grafik, tabel,

presentasi, ataupun diagram.

f. Kesimpulan

Kesimpulan adalah pernyataan singkat tentang hasil analisis

deskripsi dan pembahasan tentang hasil pengetesan hipotesis yang telah

dilakukan sebelumnya. Kesimpulan yang akan diambil dari penelitian ini

adalah hasil perbandingan total heat transfer rate hidrogen dengan udara.

Berikut ini merupakan diagram alir penelitian dari proses penelitian ini :

19

Mulai

Observasi

Studi Literatur

Pengumpulan Data (Tin, Tout, tin, tout, dll)

Pengolahan Data (1)Perhitungan Heat Transfer Rate total (Qtotal) sistem pendingin generator turbin uap menggunakan hidrogen (H2) sebagai media pendingin

Pengolahan Data (2)Perhitungan Heat Transfer Rate total (Qtotal) sistem pendingin generator turbin uap menggunakan udara sebagai media pendingin

3.4 Flow Chart Penelitian

Langkah – langkah yang dilakukan pada penelitia ini adalah sebagai

berikut :

a. Persiapan Alat dan Bahan

Langkah pertama yang dilakukan pada penelitian ini adalah

mempersiapkan alat dan bahan. Alat dan bahan yang diperlukan untuk

penelitian ini yaitu :

1. Komputer / Alat pengolah data pada Main Control Room

2. Generator Sinkron Tipe THW 210-2

3. Thermocople

4. Pressure Switch

5. Media Pendingin Hidrogen

6. Media Pendingin Udara

7. Air

8. Oli

b. Pengukuran Temperatur

20

Langkah kedua yang dilakukan pada penelitian ini adalah

pengukuran temperature. Pengukuran temperature dilakukan

menggunakan thermocople pada 4 titik yaitu :

1. Inlet generator, untuk mengetahui temperatur media pendingin yang

masuk

2. Outlet generator, untuk mengetahui temperatur media pendingin yang

keluar

3. Permukaan generator, untuk mengetahui temperatur rata - rata pada

permukaan generator

4. Daerah sekitar generator, untuk mengetahui temperatur fluida yang

terdapat di sekitar generator

c. Pengukuran Tekanan

Langkah ketiga yang dilakukan pada penelitian ini adalah

pengukuran tekanan. Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan pada

penelitian ini adalah pressure switch. Objek yang diukur oleh pressure

switch adalah tekanan oli dan tekanan hidrogen yang akan digunakan

untuk menghitung tekanan differensial untuk dijadikan indikator

kemurnian gas hidrogen.

d. Pengukuran Dimensi Generator

Langkah keempat yang dilakukan pada penelitian ini adalah

pengukuran dimensi generator Tipe THW 210-2. Pengukuran ini

dilakukan untuk mengetahui luas permukaan generator dengan cara

melihat data spesifikasi dari komputer / alat pengolah data yang terdapat

di Main Control Room.

21

Berikut ini merupakan langkah – langkah (Flow Chart) penelitian yang dilakukan :

22

Mulai

Persiapan Alat dan Bahan

Pengukuran Temperatur

Pendingin Hidrogen

Masuk

Permukaan Generator

THW 210-2

Pendingin Hidrogen

Keluar

Pendingin Udara Masuk

Pendingin Udara Keluar

Fluida Sekitar

Generator

Pengukuran Tekanan

3.5 Jadwal Pelaksanaan Penelitian

Penelitian ini akan dilakukan sesuai dengan jadwal yang yang telah

ditentukan, Jadwal pelaksanaan peneltian tersebut dapat dilihat pada tabel

berikut :

No Kegiatan Sept 2016 Oktober 2016

21-30 1-7 8-15 16-19 20-25

1. Tahap persiapan penelitian

a. Mencari judul

b. Penyusunan kerangka

2. Tahap pelaksanaan

a. Pengumpulan data

b. Pengolahan data

3. Tahap penyusunan proposal

23

HidrogenOli

Pengukuran Dimensi

Generator

Selesai

DAFTAR PUSTAKA

Aribowo D., Rahmawaty A., 2013, Sistem Pendinginan Generator PT Indonesia Power UBP Suralaya Menggunakan Hidrogen, Volume 2, No.1

Arismunandar,Wiranto, 2002 Pengantar turbin Gas dan. Motor Propulsi. Penerbit ITB. Bandung

Boyce Meherwan P., 2002, Gas Turbine Engineering Handbook, Edisi 2, Butterworth-Heinemann, Texas

Differential fan-pressure gage hydrogen-cooled generator, GEK-27193, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan

Diktat Pusat Pelatihan dan Pendidikan PT. PLN (Persero), Pendingin Generator.

Diktat Pusat Pelatihan dan Pendidikan PT. PLN (Persero), Perapat Generator.

Dinser, I., Rosen, M.A. (2007). Exergy: Energy, Environment and Sustainable Development. Elsevier, Oxford

24

Dwi Senjaya F., H. Napitupulu F., 2013, Analisa Pengaruh Water Wash Terhadap Performansi Turbin Gas Pada PLTG Unit 7 Paya Pasir PT.PLN Sektor Pembangkitan Medan, Volume 7, No.3

Gas leakage test, GEK-27190, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan

Gatot Sumarno F., Priyoatmojo S., 2015, Perpindahan Panas Pada Gas Turbine Closed Cooling Water Heat Exchanger di Sektor Pembangkitan PLTGU Cilegon, Volume 11, No.3

Giampaolo, A. 2000. Gas Turbine Handbook Principles and Practices. Lilburn: The Fairmont Press Inc.

Haseli, Y., Dincer, I. and Naterer, G.F,. 2008, Optimum Temperatures in a Shell and Tube Condenser with Respect to Exergy. International Journal of Heat and Mass Transfer, 51, 2462-2470

Holman, J.P. 1994. Perpindahan Kalor. E. Jasjfi. Jakarta : Erlangga.

Hydrogen leakage and purity formulas, GEI26599D, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan

Khoiri Wibowo A., Arip Dwiyantoro B., 2014, Studi Numerik Peningkatan Cooling Performance pada Lube Oil Cooler Gas Turbine yang Disusun Secara Seri dan Paralel dengan Variasi Kapasitas Aliran Lube Oil, Volume 3, No.2

Kreith, Frank. 1991. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas. Arko Prijono. Jakarta : Erlangga.

Lemberg, Alex. 2012. Oil Ingress in Medium GE Generators. GE Energy: Power Generation Services.

Lynn hydrogen-cooled turbine generator electrical and mechanical features, GEI-5394, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan

Mitsubishi. 1984. Teluk Balikpapan Steam Power Plant Units 1 & 2 Design Manual Volume TD 03 Generator & Ancillary.

Operation Lynn hydrogen-cooled turbine generator, GEI-53947D, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan

Shaft sealing system, GEK-33039A, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan

Sholihah, Q dkk, 2005, “Analysis of Implementation of OHAS School counseling to knowledge, Learning Achievement and Risk Factors of Accident”, International Journal of Health Sciences and Research (IJHSR), Volume 5.

Winardi B., 2007, Pemakaian Hydrogen Cooling System Pada Generator Unit 1 PLTU Tambak Lorok PT. Indonesia Power UBP Semarang, Jilid 9, No.1

25

Wuryanti, Sri. 1995. Perpindahan Panas. Bandung : Penerbit Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik

Wu, S.-Y., Yuan, X.-F. Li, Y.-R. and Xiao, L. (2007) Exergy Transfer Effectiveness on Heat Exchanger for Finite Pressure Drop. Energy, 32, 2110-2120.

Yunus, A. Cengel. 2003. Heat and Mass Transfer. A Practical Approach, 2nd, New York : Mc.Graw-Hill

26