Kondisi aktual perencanaan STUDI LAPANGAN DAN

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