Gambar 3.7 Screenshoot Software Computer Aided Thermodynamic Table
• Software Refprop, Digunakan untuk membuat digram T-S Siklus Rankine Aktual dari sistem Pembangkit Tenaga Uap di PT. Pertamina Persero RU IV Cilacap.
Gambar 3.8 berikut merupakan gambar Screenshot Software Refprop
Gambar 3.8 Screenshot Software Refprop
3.2.2 Bahan
Bahan yang digunakan adalah data yang diperoleh dari unit Utilities complex dan unit Energy Conservation and Loss ControlPT. Pertamina PERSERO Refinery Unit IV Cilacap,
serta data-data dari pustaka yang dibutuhkan untuk mendukung penelitian. Data yang digunakan dalam penelitian ini terbagi dua, yaitu
a. Data primer, merupakan data yang diperoleh dari SPTU PT. Pertamina PERSERO
Refinery Unit IV Cilacap, seperti: spesifikasi lengkap turbin dan generator, spesifikasi boiler, spesifikasi kondensor, spesifikasi deaerator, spesifikasi pompa, dan data
tekanan,suhu,dan flow rate pada masing-masing komponen SPTU. b.
Data sekunder, merupakan data yang bersumber dari pustaka-pustaka yang mendukung penelitian, seperti tabel sifat yang diperlukan dalam perhitungan, rumus-
rumus dalam menghitung analisis energi dalam sistem pembangkit tenaga uap, dan rumus menghitung efisiensi termal pada siklus pembangkit tenaga uap.
3.3Prosedur Penelitian
Dalam melakukan penelitian tugas akhir ini metode yang penulis gunakan adalah metode survey. Dimana didalam hal ini penulis langsung melakukan survey kePLTU PT.
Pertamina PERSERO Refinery Unit Cilacap IV untuk mengumpulkan data-data dalam menghitung daya dan efisiensi pada siklus rankine sistem pembangkit tenaga uap. Langkah-
langkah yang penulis lakukan dalam penelitian ini adalah : 1.
Studi Literatur Studi literatur yang penulis lakukan adalah mencari bahan-bahan yang berkaitan dengan
sistem pembangkit tenaga uap dan komponen-komponen utama pada pembangkit tenaga uap.
2. Pengumpulan Data
Dalam melakukan pengumpulan data dalam penelitian ini penulis melakukan survey ke SPTU PT. Pertamina PERSERO Refinery Unit Cilacap IV untuk mendapatkan data-data
yang diperlukan dalam penulisan skripsi ini. Dimana data-data yang penulis butuhkan adalah sebagai berikut :
• Spesifikasi kompenen utama pada SPTU • Data suhu, tekanan dan flow rate pada turbin uap dan generator
• Data suhu, tekanan dan flow rate pada boiler • Data suhu, tekanan dan flow rate pada kondensor
• Data suhu, tekanan dan flow rate pada pompa • Data suhu, tekanan dan flow ratepada deaerator
Pengambilan data berdasarkan kerja yang dilakukan siklus pada saat kondisi beban yang sudah ditentukan.
Tabel 3.1
Data Pengamatan Boiler Unit
Sistem Jenis data
Data Pengamatan Satuan
15 MW 16 MW 17 MW 18 MW
Boiler Temperatur air
masuk 157,6
157,8 159
160
o
C Tekanan air masuk
boiler 60,9
59,86 59,73
59,7 Kg
��
2
Tekanan uap keluar boiler
60,9 59,86
59,73 59,7
Kg ��
2
Temperatur uap keluar boiler
460,5 461,98
462,73 463,86
o
C Flow rate uap
keluar boiler 81,45
85,79 92,19
95,8 Tonjam
Flow rate uap masuk boiler
81,45 85,79
92,19 95,8
Tonjam
Tabel 3.2 Data Pengamatan Turbin Uap
Unit Sistem
Jenis data Data Pengamatan
Satuan 15 MW 16 MW 17 MW 18 MW
Turbin Uap
Temperatur uap masuk turbin
460,5 461,98
462,73 463,86
o
C Tekanan uap
masuk turbin 60,9
59,86 59,73
59,7 Kg
��
2
Flow rate uap masuk turbin
81,45 85,79
92,19 95,8
Tonjam Temperatur uap
ekstraksi 265
265 265
265
o
C Tekanan uap
ekstraksi 4
4 4
4 Kg
��
2
Flow rate uap ekstraksi
11,55 12,1
13,12 13,66
Tonjam Temperatur
kondensat keluar turbin
52 52,05
51,95 52
o
C
Tekanan kondensat keluar
turbin - 67,81
- 68,28 - 67,50
- 68,08 cmHg
Flow rate kondensat keluar
turbin 69,9
73,69 79
82,14 Tonjam
Tabel 3.3 Data Pengamatan Kondenser
Unit Sistem
Jenis data Data Pengamatan
Satuan 15 MW 16 MW 17 MW 18 MW
Konde nsor
Temperatur kondensat masuk
52 52,05
51,95 52
o
C Tekanan kondensat
masuk -67,81
- 68,28 - 67,50
-68,08 cmHg
Flow rate kondensat masuk
69,9 73,69
79 82,14
Tonjam Temperatur keluar
kondensor 47,6
47,8 48
48
o
C Tekanan keluar
kondensor 1,75
1,75 1,75
1,75 Kg
��
2
Flow rate keluar kondensor
69,67 73,46
78,74 81,86
Tonjam
Tabel 3.4 Data Pengamatan Pompa BFW
Unit Sistem
Jenis data Data Pengamatan
Satuan 15 MW 16 MW 17 MW 18 MW
Pompa BFW
Tekanan suction 1,75
1,75 1,75
1,75 Kg
��
2
Tekanan discharge
4,0876 4,173
4,395 4,395
Kg ��
2
Flow rate 69,67
73,46 78,74
81,86 Tonjam
Tabel 3.5 Data Pengamatan BFW Tank
Unit Sistem
Jenis data Data Pengamatan
Satuan 15 MW 16 MW
17 MW 18 MW
BFW Tank
Temperatur di dalam tank
47,67 47,87
48,06 48,08
o
C Flow rate masuk
tank 69,67
73,46 78,74
81,86 Tonjam
Level BFW tank 48,19
48,18 48,31
49,35 Flow rate make
up water 0,23
0,23 0,26
0,28 Tonjam
Flow rate keluar tank
69,9 73,69
79 82,14
Tonjam
Tabel 3.6 Data Pengamatan Pompa Deaerator
Unit Sistem
Jenis data Data Pengamatan
Satuan 15 MW 16 MW 17 MW 18 MW
Pompa Deaerator
Tekanan suction 0,221
0,221 0,222
0,222 Kg
��
2
Tekanan discharge
7,6 7,63
7,85 7,77
Kg ��
2
Flow rate 69,9
73,69 79
82,14 Tonjam
Tabel 3.7 Data Pengamatan Deaerator
Unit Sistem
Jenis data Data Pengamatan
Satuan 15 MW 16 MW 17 MW 18 MW
Deaerator Temperatur air
masuk 47,67
47,87 48
48
o
C Flow rate air
masuk deaerator
69,6 73,69
79 82,14
Tonjam
Tekanan uap pemanas
deaerator 3,92
3,92 3,92
3,92 Kg
��
2
Flow rate uap pemanas
deaerator 11,55
12,1 13,12
13,66 Tonjam
Temperatur uap pemanas
deaerator 265
265 265
265
o
C
Temperatur air keluar
deaerator 142,4
142 142,8
143
o
C
Flow rate air keluar
deaerator 81,45
85,79 92,12
95,80 Tonjam
Tabel 3.8
Data Pengamatan Pompa Boiler Unit
Sistem Jenis data
Data Pengamatan Satuan
15 MW 16 MW 17 MW 18 MW
Pompa Boiler
Tekanan suction 3,92
3,92 3,92
3,92 Kg
��
2
Tekanan discharge
85,64 86,25
89,48 89,5
Kg ��
2
Flow rate 81,45
85,79 92,12
95,8 Tonjam
Tabel 3.9 Data Pengamatan Economizer
Unit Sistem Jenis data
Data Pengamatan Satuan
15 MW 16 MW 17 MW 18 MW
Economizer Tekanan
masuk economizer
60,9 59,86
59,73 59,7
Kg ��
2
Temperatur masuk
economizer 142,4
142 142,8
143
o
C
Flow rate masuk
economizer 81,45
85,79 92,12
95,8 Tonjam
Temperatur keluar
economizer 157,6
157,8 159
160
o
C
Flow rate keluar
economizer 81,45
85,79 92,12
95,8 Tonjam
3.4 Analisa Data
Setelah mendapatkan data-data yang diperlukan penulis kemudian melakukan analisa dari data yang didapat sesuai dengan study literatur yang sudah dibuat sebelumnya. Dari hasil
analisa data kemudian akan didapatkan efisiensi termal siklus rankine dan faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi siklus rankine SPTU .Kemudian faktor-faktor yang mempengaruhi
efisiensi ini akan dianalisa lagi untuk mendapatkan efisiensi maksimum dari SPTU. Setelah menganalisa data-data dan mendapatkan hasil penulis juga tidak lupa memberikan saran
untuk perbaikan untuk meningkatkan efisiensi termal pada SPTU tersebut. Beberapa hal yang penulis analisa didalam skripsi ini adalah sebagai berikut :
• Menentukan daya yang dihasilkan oleh turbin uap • Menganalisa kondisi aliran pada siklus rankine turbin uap
• Menentukan efisiensi termal SPTU • Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi siklus rankine SPTU
• Menganalisa pengaruh jumlah bahan bakar dalam pembebanan pada SPTU
3.5 Skema Alur Pengerjaan Skripsi
Gambar 3.9 Alur pengerjaan skripsi Mulai
Survey
Analisa data
• Menentukan daya yang dihasilkan turbin uap
• Mnganalisis kondisi aliran pada siklus rankine
• Menghitung efisiensi siklus • Menganalisa jumlah pemakaian bahan
bakarpadaSPTU
Hasil
Kesimpulan
Selesai
Ya
Tidak Study
Literatur
Pengambilan Data
BAB IV ANALISIS DATA
4.1 Siklus Rankine Aktual
Sebuah pembangkit daya uap tidak dapat bekerja dalam keadaan ideal seperti yang digambarkan pada siklus Rankine Ideal, Sebab pada kenyataannya terdapatpenyimpangan
dalam siklus rankine akibat adanya kerugian-kerugian yang terjadi karena : • Kerugian dalam tube
• Kerugian dalam boiler • Kerugian energi dalam turbin
• Kerugian dalam pompa • Kerugian dalam kondenser
Pada siklus rankine ideal hal-hal tersebut diabaikan untuk mempermudah proses perhitungan dan analisis energi.
Siklus Rankine aktual pada SPTU di PT. Pertamina RU IV terdiri dari 10 tahapan proses yaitu :
1-2 Proses pemompaan fluida dari tanki pemanas air umpan ke deaerator 2-3 Proses deaerasi pada deaerator
3-4 Proses pemompaan fluida dari deaerator ke boiler 4-5 Proses pemanasan pada economizer
5-6 Proses penambahan kalor pada boiler 6-7 Proses ekspansi pada turbin
6-8 Proses ekstraksi pada turbin uap 8-9 Proses pelepasan kalor pada kondensor
9-10Proses pemompaan fluida dari kondensor ke tanki pemanas air umpan 11 Proses penambahan make up water ke tanki pemanas air umpan
Penjelasan Proses Yang Terjadi Pada Siklus Rankine • 1-2
Proses pemompaan air pada pompa
Pada kondisi 1 air berada pada suhu 47,87
o
C dan tekanan 21,719 kPa akan dimasukkan ke dalam deaerator dengan menggunakan pompa. Setelah keluar dari
pompa maka kondisi air menjadi berubah.Tekanannnya berubah menjadi 7,63 kgcm
2
748,247 kPa. Sedangkan suhu nya diasumsikan konstan. Sehingga kondisi air dapat dikatakan pada kondisi compressed liquid. Dalam proses ini terjadi kenaikan
nilai entalpi.
• 2-3 Proses deaerasi pada deaerator
Pada kondisi ini terjadi proses deaerasi. Air yang dipompakan ke dalam deaerator akan mengalami kenaikan suhu hingga 141,4
o
C karena terjadinya proses deaerasi. Proses deaerasi adalah proses pelepasan gas yang terkandung pada air
dengan cara menyemprotkan uap panas ke permukaan air. Proses deaerasi dilakukan bertujuan untuk menaikkan suhu air supaya kerja boiler untuk tidak terlalu berat.Di
dalam deaerator air berada pada tekanan 4 bar. • 3-4 Proses pemompaaan air pada pompa
Pada proses ini, air keluar dari deaerator dengan kondisi suhu 141,4
o
C dan tekanan 4 bar untuk selanjutnya akan dipompakan ke dalam economizer dan
boiler.Setelah keluar dari pompa tekanan air menjadi 86,25kgcm
2
.Pada proses ini air juga akan melewati pressure valve sebelum memasuki economizer.
• 4-5 Proses pemanasan air pada economizer
Air yang setelah melewati pressure valve berada pada kondisi tekanan 59,86 kgcm
2
dan suhu141,4
o
C. Di dalam economizer suhu air menjadi naik. Gas buang boiler yang memiliki suhu tinggi dimanfaatkan untuk menaikkan suhu air dengan cara
melewatkan gas ke dalam economizer yang di dalamnya terdapat pipa air sehingga suhu air setelah melewatieconomizer menjadi T = 157,8
o
C.
• 5-6 Proses Penambahan kalor pada boiler
Pada proses ini air secara bertahap akan berubah fasa menjadi uap superheated karena adanya penambahan kalor. Kalor berasal dari pembakaran di dalam dapur
pembakaran yang merubah air menjadi uap. Kondisi setelah keluar dari boiler yaitu uap superheated dengan temperatur
461,98
�
� dengan tekanan 59,86 kg��
2
.
• 6-7 Proses ekstraksi pada turbin
Pada kondisi 7 terjadi proses ekstraksi pada turbin uap. Uap dikeluarkan sebagian untuk keperluan proses deaerasi. Uap yang dikeluarkan ini kemudian akan
dimasukkan ke dalam deaerator. Di dalam deaerator terjadi proses deaerasi sehingga kandungan gas di dalam air akan hilang. Uap hasil ekstraksi berada dalam suhu T =
265
o
C dan tekanan P = 4 bar . Sehingga uap panas ini berada pada fase superheated.
• 6-8 Proses ekspansi pada turbin uap
Pada prose ini uap akan memutar turbin untuk menghasilkan kerja turbin. Kondisi uap masuk turbin adalahdengan temperatur
461,98
�
� dengan tekanan 59,86 kg
��
2
.sedangkan kondisi uap keluar turbin adalah dengan suhu T = 52,05
�
� dan tekanan vacuumP = -68,28 cmHg. Uap yang keluar dari turbin masih berada pada fase
superheated.
• 8-9 Proses pelepasan kalor pada condenser
Uap keluar turbin kemudian dialirkan menuju condenser untuk dikondensasi menjadi cair kembali. Kondenser yang digunakan adalah jenis tube and shell. Pada
condenser,uap dari turbin dikondensasikan dengan menggunakan air pendingin hingga fasanya berubah dari air menjadi uap.Kondisi uap masuk ke condenser adalah
dengan suhu T = 52,05
�
� dan tekanan vacuumP = -68,28 cmHg. Sedangkan kondisi keluar adalah dengan tekanan P = 1,75kgcm
2
dan suhu T = 47,6
o
C.
• 9-10 Proses pemompaan air pada pompa
Uap yang sudah berubah menjadi air setelah melewati condenser selanjutnya akan dimasukkan ke dalam tank. Air pada kondisi tekanan P = 1,75kgcm
2
dan suhu T = 47,6
o
C dipompakan ke dalam tank dengan pompa. Kondisi air setelah melewati pompa tekanannya berubah menjadi P = 4,0876 kgcm
2
.
4.2 Perhitungan Siklus Rankine Aktual 4.2.1 Perhitungan Beban 15 MW
Pada Kondisi 9
Pada kondisi 9, kondensat keluar dari kondensor dengan tekanan P = 1,75kgcm
2
dan suhu T = 47,6
o
C.Dengan kondisi tersebut, fluida berada pada kondisi saturated. Flow rate air
ṁ = 69,67 tonhr. Dengan menggunakan perhitungan program ChemicalLogic SteamTab Companion untuk kondisi saturated pada T = 47,6
o
C maka didapatkan nilai enthalphy dan entrophy kondisi 9
