Persamaan diatas dapat disubtitusikan ke dalam bentuk persamaan efisiensi thermal yang lebih sederhana :
η
th, Brayton
= 1 -
k k
P k
k
r P
P
1 1
1 2
1 1
1
− −
− =
.........................................2-49
BAB III ANALISA THERMODINAMIKA
3.1 Spesifikasi Teknis Perancangan
Perancangan Heat Recovery Steam generator ini berdasarkarkan besarnya temperatur buangan gas turbin. Parameter dari perancangan ini berdasarkan
survey yang dilakukan di PT. PLN Persero sektor belawan. Adapun spesifikasi data yang diperoleh dari hasil survey yang akan
dipergunakan dalam perancangan HRSG adalah : a.
Daya maksimum Turbin Gas :130 MW 130000 kW
b. Perbandingan tekanan pada kompresor
: 10,04 c.
Temperatur masuk Kompresor : 30
o
C d.
Tekanan barometer : 1,013 bar
e. Temperatur keluar turbin Gas
: 525
o
C f.
Laju aliran massa gas : 671,43 kgs
g. Temperatur air umpan feed water tank
: 166,4
o
C
3.2 Perhitungan Termodinamika Turbin Gas
Siklus yang digunakan pada turbin gas adalah siklus Brayton sederhana seperti pada gambar berikut.
Gambar 3.1 Diagram alir pada Turbin Gas
Gambar 3.2 Diagram T-S
Pada sistem turbin gas ini akan dianalisa berdasarkan pada titik yang terdapat pada gambar. Analisa ini tentunya didukung dengan adanya faktor harga
yang ditentukan berdasarkan literatur yang ada. Sehingga data yang diperoleh akan di analisa bersamaan dengan acuan-acuan yang terdapat pada literatur.
Menurut Michael J. Moran Termodinamika Teknik jilid 2; hal 80 efisiensi turbin dan kompresor berkisar 80 ÷ 90 .
3.2.1 Kompresor Adapun perhitungan termodinamika pada Kompresor
a. Keadaan titik 1 : Temperatur masuk Kompresor : T
1
= 30
o
C = 303 K P
1
= 1,013 bar r
p
= 10,04 maka dari tabel diperoleh : h
1
= 303.21 kJkg Pr
1
= 1,436
b. Keadaan titik 2 : Pr
2
= r
p
. Pr
1
= 10,04 . 1,436 = 14.42
maka dari tabel akan di peroleh : T
2
= 579,55 K = 306,55
o
C h
2
= 585.57 kJkg
maka untuk memperoleh kerja spesifik kompresor : W
k act
=
k
h h
η
1 2
−
Dimana effisiensi kompresor η
k
= 85
W
k act
= 85
, 21
, 303
57 ,
585 kg
kJ kg
kJ −
= 332,19 kJkg
Analisa kondisi temperatur keluar kompresor pada perancangan ini h
2 ’
h
2 ’
= W
k act
+ h
1
Yunus A Cengel, Thermodynamics; hal 477 = 332,19 kJkg + 303,21 kJkg
= 635,4 kJkg maka dari tabel diperoleh temperatur : T
2 ’
= 626,93 K = 353.93
o
C
3.2.2 Turbin Gas Perhitungan termodinamika pada turbin gas ini bertujuan untuk
menentukan temperatur keluar turbin. Berbagai pertimbangan metallurgi membatasi temperatur pemasukan turbin, dimana menurut P.K. Nag hal 765 dan
M.J Moran Termodinamika Teknik, jilid 2; hal 77 dapat mencapai temperatur limit 1300
o
C 1623 K hingga 1427
o
C 1700 K. Dari hasil survey pada PT. PLN Persero sektor Belawan PLTGU P.
Sicangan didapat bahwa temperatur gas buang turbin gas adalah 525
o
C. Menurut Richard Harman Gas Turbine Engineering Applications; hal 37 diketahui bahwa
perbandingan antara tekanan keluar turbin dengan udara atmosfer pada instalasi turbin gas siklus terbuka adalah 1,1 – 1,2. Dalam perhitungan termodinamika ini
diasumsikan 1,1 dengan alasan tekanan gas buang yang akan dihasilkan lebih besar dari tekanan atmosfer.
Perhitungan termodinamika pada turbin gas : Temperatur gas aktual keluar turbin T
4
’ = 525
o
C = 798 K Maka dapat diperoleh dari tabel A-17
h
4
’ = 819,76 kJkg
P
r4
’ = 47,31
Perbandingan antara tekanan keluar turbin dengan tekanan udara atmosfer pada instalasi turbin gas siklus terbuka diasumsikan 1,1 maka :
P
4
= P
1
1,1 = 1,013 1,1
= 1,1143 bar
Maka dapat diperoleh temperatur masuk turbin T
3
Pr
4
’ =
3
Pr 1
p
r Yunus A Cengel, Thermodynamics; hal 475
47,31 =
3
. 04
, 10
1
r
P P
r3
= 474,99
Maka dari tabel ideal gas di peroleh : T
3
= 1417,81 K = 1144,81
o
C h
3
= 1536,81 kJkg
Maka diperoleh kerja turbin aktual W
T act
= h
3
– h
4 ’
Yunus A Cengel, Thermodynamics; hal 477 = 1536,81 kJkg - 819,76 kJkg
= 717,05 kJkg
Dari analisa tersebut maka diperoleh temperatur aktual dari turbin gas : W
T act
= h
3
– h
4
. η
T
Yunus A Cengel, Thermodynamics; hal 476 Dimana effisiensi turbin η
T
= 90 717,05 kJkg = 1536,81 – h
4
kJkg . 0,90 h
4
= 740,09 kJkg
Maka dari tabel A-17 diperoleh temperatur ideal keluar turbin gas : T
4
= 724,88 K = 451,88
o
C
Dari perhitungan tesebut dapat dilihat bahwa temperatur yang berdasarkan data survey merupakan temperatur aktual gas turbin 525
o
C, sedangkan temperatur ideal dari turbin gas 451,88
o
C. Dan dalam perancangan ini temperatur keluar turbin yang digunakan untuk memperoleh daya yang di bangkitkan HRSG adalah
temperatur keluar aktual turbin gas 525
o
C dan juga dalam perhitungan pemipaan HRSG. Temperatur ideal akan selalu lebih kecil dari temperatur aktual, sebab
karena kecinya temperatur kompresor pada kondisi ideal dan rugi-rugi yang terjadi pada instalasi turbin gas keluar. Namun, semakin kecil temperatur keluar
maka daya yang dibangkitkan akan semakin besar pada turbin gas tersebut sebab pemanfaat heat drop yang semakin besar.
Kalor yang bekerja pada siklus Kondisi aktual :
q
in act
= h
3
- h
2 ’
= 1536,81 kJkg - 635,4 kJkg = 901,41 kJkg
Kondisi ideal : q
in
= h
3
- h
2
= 1536,81 kJkg - 585,57 kJkg = 951,24
Kerja Turbin Gas W
net
= W
T act
- W
k act
= 717,05 kJkg - 332,19 kJkg = 384,86 kJkg
Maka dapat diperoleh effisiensi thermal ideal 100
x q
W
in net
th
= η
= 100
24 ,
951 86
, 384
x kg
kJ kg
kJ
= 40,45
Maka dapat diperoleh effisiensi thermal aktual
100 x
q W
act in
net act
th
= η
= 100
41 ,
901 86
, 384
x kg
kJ kg
kJ
= 42,70
3.3 Parameter Analisa Perencanaan
Dalam perencanaan HRSG ini yang memanfaatkan temperatur gas buang turbin gas akan menggunakan satu tingkat saja. Data temperatur dan tekanan uap
yang akan dihasilkan harus pula sesuai dengan kondisi gas buang turbin gas yang ada, dan penentuan turbin uap yang akan digunakan dalam perancangan ini
Kondisi gas buang dari data dan tabel gas diperoleh : P
gas buang TG
= 1,1143 bar h
gas buang TG
= 819,76 kJkg T
gas buang TG
= 525
o
C = 798 K
