2. Komdisi udara keluar kompresor
Dari persamaan 2.13 diperoleh : Pr
2s
= r
p
x Pr
1
= 10 x 1,42 = 14,2
P
2s
= 10,03 bar
Maka setelah diintepolasi dari tabel property udara : h
2s
= 584 kJkg T
2s
= 578 K
3. Kerja kompresor 3.1 Kondisi ideal kompresor
Dari persamaan 2.1 : W
ks
= 584 – 302,34 = 281,66 kJkg
3.2 Kondisi aktual perencanaan
Untuk menentukan keadaa pada titik 2, yaitu keadaan aktual maka ditetapkan η
k
= 0,85 antara 0,85 – 0,90 [lit 1. hal 323]. Maka kerja aktual kompresor adalah :
kg kJ
W W
k ks
Ka
36 ,
331 85
, 66
, 281
= =
=
η
Universitas Sumatera Utara
Sehinga akan diperoleh h
2
: h
2
= W
Ka
+ h
1
h
2
=331,36 + 302,34 h
2
= 633,7 kJkg Sehinga temperature aktual perancanaan yaitu sebesar :
T
2
= 625,3 K
Proses pada Ruang Bakar
Daya yang dihasilkan turbin tergantung dari entalpi pembakaran.Untuk itu perlu di analisa reaksi pembakaran yang tejadi pada ruang bakar.dari analisa akan didapat
perbandingan bahan bakar dengan udara yang dibutuhkan FAR yang dipergunakan,sehinga diperoleh laju aliran massa yang dialirkan ke turbin.Bahan
bakar yang dipakai adalah gas alam dengan komposisi pada tabel 3.1
Tabel 3.1. Komposisi Bahan Bakar
No. Komposisi
Volume 1.
2. 3.
4. 5.
6. 7.
8. 9.
CO
2
N
2
CH
4
C
2
H
6
C
3
H
8
C
4
H
10
C
5
H
12
C
6
H
14
C
7
H
16
2,86 1,80
88,19 3,88
2,1 0,83
0,25 0,05
0,04 Σ = 100
LHV 45.700 kjkg
Sumber : PT. PLN Persero Sicanang
Universitas Sumatera Utara
Dengan reaksi pembakaran komponen bahan bakar adalah :
Untuk CH
4
0,8819 CH
4
+ a O
2
+ 3,76 N
2
→ b CO
2
+ c H
2
O + d N
2
Persamaa reaksi berikut diatas disetarakan sebagai berikut : Unsur C
: b = 0,8819
Unsur H : 2c
= 4b c
= 1,7638 Unsur O
: 2a = 2b + c
a = 1,7638
Unsur N
2
: d = 3,76 a
d = 6,6318
Sehingga persamaan reaksi stoikiometri yang terjadi : 0,8819 CH
4
+ 1,7638 O
2
+ 3,76 N
2
→0,8819 CO
2
+ 1,7638 H
2
O + 6,6318 N
2
Maka akan diperoleh massa bahan bakar CH
4
: Untuk massa CH
4
= 1,7638 x 16 = 14, 1104 kg
CH4
1 Mol bahan bakar
Dengan cara yang sama akan diperoleh hasil pada tabel 3.2 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.2. Kebutuhan Udara Pembakaran No.
Komposisi B. Bakar
Fraksi Mol B. Bakar
Volume Mol udara yang
dibutuhkan Massa B. Bakar
kg
CmHm
1 Mol BB
1. 2.
3. 4.
5. 6.
7. 8.
9.
CO
2
N
2
CH
4
C
2
H
6
C
3
H
8
C
4
H
10
C
5
H
12
C
6
H
14
C
7
H
16
0,0286 0,018
0,8819 0,0388
0,021 0,1162
0,05 0,0135
0,014 -
- 1,7638
0,194 0,189
0,1162 0,05
0,0135 0,014
1,2584 0,504
14,1104 1,164
0,924 0,4814
0,18 0,043
0,04 Σ = 1
Σ = 2,3405 Σ = 18,7052
Sedangkan massa udara yang dibutuhkan adalah : Massa = mol x Mr
= 2,3405 x 32 + 3,76 . 28 = 321, 3038 kg
maka,
bakar bahan
udara TH
kg kg
Bakar Bahan
Massa MassaUdara
AFR
177 ,
17 7025
, 18
3038 ,
321 =
= =
Untuk menghitung perbandingan bahan bakar aktual, dapat dilihat dari gambar3.2 berikut, dengan menghitung temperature udara keluar dari kompresor
Universitas Sumatera Utara
352,3
o
C dan dengan pertimbangan bahan yang dipakai sudu, ditetapkan temperature gas masuk turbin 1007
C. Maka dapat ditentukan factor kelebihan udara excess air sebesar 3,409 sehingga :
0132 ,
73 ,
75 177
, 17
177 ,
17 409
, 3
100 177
, 17
177 ,
17 9
, 340
100
= =
+ =
− =
− =
AKT AKT
AKT AKT
TH th
AKT
AFR AFR
x AFR
x AFR
x AFR
AFR AFR
λ
Gambar 3.2 Grafik Faktor Kelebihan Udara Sumber : turbin Pompa dan Kompresor, Fritz Dietzel
Kerugian tekanan pada ruang bakar gambar 3.3 sebesar 0,01 – 0,02 bar [lit. 1. hal. 286], diambil 0,02 bar.
Maka : P
3
= P
2s
- ∆Pb
= 10,03 – 0,02 … lit. 1 hal. 285
= 10,01 bar
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Kerugian Tekanan Pada Ruang Bakar Sehingg keadaan pada titik 3 :
T
3
= 1007 + 273 = 1280 K
Dengan menggunakan tabel property udara lamp. 1 maka diperoleh : h
3
= 1372,24 kJkg Pr
3
= 310,4
3.2.3. Analisa Termodinamika pada Turbin 1. Temperatur dan Tekanan Udara Keluar Turbin
Tekanan keluar turbin ideal sama dengan tekanan atmosfir, sehingga : P
4s
= P
a
= 1,013 bar Dari persamaan 2.13 diperoleh :
Universitas Sumatera Utara
4 ,
31 4
, 310
01 ,
10 013
, 1
Pr Pr
3 3
4 4
= =
= x
x P
P
s s
Dengan demikian diperoleh enthalpi dan temperatur keluar turbin : h
4s
= 730,74 kJkg T
4s
= 716,22 K
2. Kerja Turbin
•
Kondisi kerja ideal turbin
W
Ts
= 1372,24 – 730,74 = 641,5 kJkg
•
Kondisi kerja aktual turbin
Untuk menentukan kerja turbin yang sebenarnya, maka ditentukan effisiensi isentropis turbin yakni dipilih 0,85 antara 0,85 – 0,90 [Lit. 1 Hal. 302]
η
T
= effisiensi turbin = 0,85
maka : W
Ta
= 0,85 x 641,5 kJkg = 545,275 kJkg
Sehingga diperoleh entalpi dan temperature perencanaan : h
4
= h
3
- W
Ta
= 1372,24 – 545,275 = 826,96 kJkig
T
4
= 804,58 K
Universitas Sumatera Utara
3.2.4 Generator Listrik
Dalam suatu proses pembebanan listrik arus bolak- balik ada dua unsur yang terlihat dalam proses konversi daya, yaitu :
1. Daya nyata yang diukur dengan Watt. Dikatakan daya nyata karena besaran
inilah yang terlibat dalam proses konversi daya. 2.
Daya reaktif yang sebenarnya tidak mempengaruhi suatu proses konversi daya, tetapi adalah suatu kebutuhan yang harus dilayani. Secara ekonomis
dapat dikatakan bahwa daya reaktif hanya membebani biaya investasi dan bukan biaya operasi.
Suatu beban membutuhkan daya reaktif yang besar karena dua hal, yaitu : a
Karakteristik beban itu sendiri yang tidak bias dielakkan. b
Proses konversi daya didalam alat itu sendiri. Dari kesimpulan diatas diperoleh bahwa daya yang harus disuplai oleh turbin
kepada generator harus dapat memenuhi kebutuhan daya nyata dan daya reaktif. Gambar 3.4 berikut menggambarkan daya yang bekerja pada generator.
Universitas Sumatera Utara
Daya Nyata MW
φ
Gambar 3.4 Daya Pada Generator •
Daya keluar nyata generator : P
G
= 120 MW •
Daya semu generator :
MVA Cos
P P
G S
150 8
, 120
= =
= φ
• Daya netto turbin :
φ η
η
Cos P
P
Tr G
G E
. .
=
Dimana : η
G
= effisiensi generator direncanakan 0,98 [Lit. 8 Hal 27] η
Tr
= effisiensi transmisi direncanakan 0,96 [Lit. 8 Hal. 27] Cos Φ = 0,8 – 0,9 dipilih 0,8
Universitas Sumatera Utara
Maka :
MW x
x P
E
160 8
, 96
, 98
, 120
= =
3.2.5 Laju Aliran Massa Udara dan Bahan Bakar
Ka Ta
a f
E a
W W
m m
P m
−
+
=
1 Dengan ,
P
E
= 160 MW 0132
, =
=
AKT a
f
FAR m
m
dan, AFR
AKT
= 75,73 Sehingga :
s kg
m
a
24 ,
738 36
, 331
275 ,
545 ]
0132 ,
1 [
160000 =
− +
=
Sedangkan :
s kg
x FAR
x m
m
AKT a
f
74 ,
9 0132
, 24
, 738
= =
=
Maka kapasitas udara yang dokonversikan :
ρ
a
m Q
=
Universitas Sumatera Utara
Dimana : Q
= Kapasitas udara m
3
s ma
= Laju aliran massa udara ρ
= Kerapatan kgm
3
T R
P ..
=
ρ
Dimana : P
= Tekanan R
= Konstanta Gas = 287 Jkg K T
= Suhu K Dalam hal ini kapasitas berbeda pada setiap kondisi yang berbeda pula, untuk
itu hanya dibuat pada kondisi masuk dan kondisi keluar. Untuk kondisi masuk kompresor Qi.
3 5
156 ,
1 14
, 302
287 10
003 ,
1 m
kg x
x =
= ρ
Sehingga : Qi =
156 ,
1 24
, 738
= 638,6 m
3
s Untuk kondisi keluar kompresor Qo :
ρ = 3
, 625
287 10
3 ,
10
5
x x
= 5,74 kgm
3
Universitas Sumatera Utara
Sehingga : Qo =
1 ,
62 24
, 738
= 11,88 m
3
s Maka daya untuk masing-masing instalasi komponen turbin gas adalah :
1. Daya kompresor :
P
k
=
k a
W m .
= 738,24 x 281, 66
= 207,932 MW 2.
Daya turbin : P
t
=
t f
a
W m
m
+
= 738,24 + 9,74 x 545,275 = 407,854 MW
3. Panas suplai ruang bakar :
Qrb =
f a
m m
+
qrb
Universitas Sumatera Utara
Dari hasil perhitungan diatas maka kondisi perubahan temperatur dan tekanan kompresor, ruang bakar dan turbin dapat dilihat pada table berikut ini.
Tabel 3.2.1 Temperatur Dan Tekanan Pada Komponen Instalasi Turbin Gas
No Parameter
Notasi Harga
1. 2.
3. 4.
5. 6.
7. 8.
9. 10
Tekanan udara masuk kompresor Tekanan udara keluar kompresor
Tekanan udara masuk turbin Tekanan udara keluar turbin
Temperatur udara masuk kompresor Temperatur udara keluar kompresor
Temperatur udara keluar kompresor aktual Temperatur udara masuk turbin
Temperatur udara keluar turbin Temperatur udara keluar turbin aktual
P
1
P
2
P
3
P
4
T
1
T
2
T
2 ’
T
3
T
4
T
4 ’
1,013 bar 10,03 bar
10,1 bar 1,013 bar
302,14 K 578 K
625,3 K 1280 K
716,22 K 804,58 K
Dari analisa diatas,dengan tekanan udara keluar kompresor P
2
=10.3 bar,kapasitas udara pada sisi masuk Qi=684,6 m
3
s = 2464560 m
3
jam.maka jenis kompresor yang digunkan adalah kompresor aksial,seperti yang ditunjukan pada
pada gambar 3.4 berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
III.2.6 Jumlah Tingkat Kompresor
Untuk menghitung jumlah tingkat kompresor……………….. Lit. 4 hal.164
1
1 1
2 01
−
∆
=
− y
y s
P P
T T
N
Dimana :
Ts ∆
= Cp
U
2
Ψ
= 1005
350 3
.
2
= 36.5
o
C Maka:
N =
1 013
, 1
3 ,
10 5
, 36
14 ,
302
4 ,
1 1
4 ,
1
−
−
= 7,8 Tingkat = 8 Tingkat
Universitas Sumatera Utara
BAB IV UKURAN-UKURAN UTAMA KOMPRESOR