Analisa Efektivitas Pendingin Rotor Generator Menggunakan Gas Hidrogen (Studi Kasus Pada Pltu Pangkalan Susu)
TUGAS AKHIR
ANALISA EFEKTIVITAS PENDINGIN ROTOR GENERATOR
MENGGUNAKAN GAS HIDROGEN
(STUDI KASUS PADA PLTU PANGKALAN SUSU)
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
OLEH:
ENDRAWAN SURBAKTI
NIM: 110402008
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ABSTRAK
Kemampuan daya keluaran generator sinkron tidak lepas dari proses
timbulnya panas yang disebabkan oleh rugi-rugi stator maksimum, rugi-rugi rotor
maksimum, dasn rugi-rugi inti. Sedangkan faktor-faktor yang memengaruhi
kenaikan temperatur pada generator sinkron yang beroperasi adalah faktor yang
menimbulkan panas yaitu rugi-rugi tembaga, rugi-rugi inti besi dan dan rugi-rugi
gesek atau angin. Dan dipengaruhi oleh faktor pendingin yaitu ketebalan isolasi
belitan. Perpindahan panas juga dilakukan secara konveksii paksa yaitu secara
radial dan secara aksial.
Studi ini mengkhususkan menganalisa pada efektivitas pendinginan rotor
generator menggunakan gas hidrogen (studi kasus pada PLTU Pangkalan Susu),
dengan membandingkan antara temperatur aktual di rotor sebelum diberikan
hidrogen dengan temperatur yang telah diberikan pendingin hidrogen pada
1
1
generator dengan menggunakan rumus � = � (235 + �� )� 15 )-235. Apakah
�
kemampuan pendingin hidrogen tersebut dapat mengurangi panas pada rotor
generator. Dari percobaan tersebut penulis berusaha menganalisis pengaruhpengaruh yang terjadi pada saat generator didinginkan oleh hidrogen juga berapa
efektivitas dari pendinginan generator tersebut.
KATA PENGANTAR
ب
ِس
ْ يِحَّرلا ِن َمْحَّرلا ِهّللا ِم
ْ ِم
Alhamdulillah atas izin dan ridho Allah SWT, penulis dapat menyusun dan
menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat beriring salam penulis haturkan kepada
Rasulullah Muhammad SAW yang menjadi teladan bagi penulis untuk selalu
belajar dan mencari ilmu.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus penulis
penuhi untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik
Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir penulis adalah :
“ANALISA EFEKTIVITAS PENDINGIN ROTOR GENERATOR
MENGGUNAKAN
GAS
HIDROGEN(STUDI
KASUS
PADA
PLTU
PANGKALAN SUSU)”
Dalam penulisan Tugas Akhir inipenulistidakbisa terlepasdaribanyakpihak,
makapadakesempatan kali inipenulismengucapkanterimakasihkepada :
1. AyahdanIbutercintayang
senantiasaberdoauntukkeberhasilanpenulisdanbanyakmemberikandukungan
morilmaupunspiritualkepadapenulisdarikecilhinggasaatini.
2. Bapak Ir. Surya TarmiziKasim, M.SiselakuKetuaDepartemenTeknikElektro
FT. USU. Serta dosen penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan
masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Rachmad Fauzi S.T., M.T. selaku sekretaris Departemen Teknik
Elektro FT USU yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan
Tugas Akhir ini dan senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
ii
4. Bapak Ir. Syamsul Amien, MS., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan
bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan
hingga penyusunan Tugas Akhir ini.
5. Ibu Syiska Yana, ST. MT selaku dosen walipenulis.
6. Bapak Ir. Edy Warman, MT., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
7. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang
Sarjana.
8. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
membantu penulis dalam pengurusan administrasi.
9. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberi
dukungan dan bantuan.
10. Terima kasih kepada Wahyoe Yoga, Angga Himawan, Muhammad Zein,
Abdullah Rais, Aspar Nasution, Muhammad Fikry, Fandi Again, dan
seluruh teman – teman 2011 yang tidak bisa di tuliskan namanya. yang
telah membantu saya dan memberikan semangat selama ini.
11. Terima kasih kepada pak Gatot dan ibu Ayu sebagai orang tua angkat saya,
yang telah memberikan saya arahan yang baik dan semangat untuk tugas
akhir ini.
12. Terima kasih kepada Andini Mentari Tarigan yang telah memberikan
semangat kepada penulis.
13. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
iii
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum sempurna karena masih
banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran
dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan
kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap
semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan
bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT lah penulis menyerahkan diri.
Medan,
September 2015
Penulis
Endrawan Surbakti
Nim. 110402008
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK .............................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ...........................................................................................
ii
DAFTAR ISI..........................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vii
DAFTAR TABEL .................................................................................................
ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LatarBelakang................................................................................................
1
1.2
Perumusan Masalah .......................................................................................
2
1.3
Tujuan ............................................................................................................
2
1.4
Batasan Masalah ............................................................................................
3
1.5
Manfaat ..........................................................................................................
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Generator Sinkron .........................................................................................
4
2.2
Konstruksi Generator Sinkron .......................................................................
5
2.2.1 Rotor ....................................................................................................
7
2.2.2 Stator....................................................................................................
11
2.3
Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron ........................................................
13
2.4
Prinsip Kerja ..................................................................................................
17
2.5
Kecepatan Putar Generator Sinkron ..............................................................
17
2.6
Generator Sinkron Tanpa Beban ...................................................................
19
2.7
Generator Sinkron Berbeban ........................................................................
20
2.8
Faktor yang Mempengaruhi Pemanasan .....................................................
22
2.8.1 Batas Rugi – Rugi Penyebab Pemanasan .........................................
2.8.2 Panas Pada Rotor .........................................................................
2.8.3 Pengaruh Perubahan Beban Rotor...................................................
22
23
25
v
2.9
Sistem Pendinginan Generator ......................................................................
27
2.10 Kerugian Bila Tidak Ada Sistem Pendinginan .............................................
27
2.11 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sistem Pendinginan Generator .............
30
2.12 Pendinginan Generator dengan Gas Hidrogen ..............................................
32
2.13 Resistansi ............................................................................................. 37
BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Tempat dan Waktu ........................................................................................
38
3.2
Bahan dan Peralatan ......................................................................................
38
3.3
Variabel yang Diamati ...................................................................................
38
3.4
Prosedur Penelitian ........................................................................................
39
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1
Umum ................................................................................................
42
4.2 Data Hasil Percobaan ....................................................................................
43
4.3
Perhitungan Temperatur Belitan Rotor .........................................................
44
4.4
Perhitungan Efektivitas Pendingin Rotor Generator .....................................
49
4.5 Performansi Hasil Survey Lapangan............................................................ 53
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan ....................................................................................................
55
5.2
Saran ..............................................................................................................
56
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................
57
LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
(a) Diagram Generator AC Satu Fasa Dua Kutub........................
(b) Diagram Generator AC TigaFasaDuaKutub.......................
5
5 Gambar 2.2
Konstruksi Generator Sinkron Secara Umum............................
7
Gambar 2.3
Rotor Generator Sinkron.............................................................
8
Gambar 2.4
Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron.................................
9
Gambar 2.5
Rotor Kutub Silinder Generator Sinkron....................................
11
Gambar 2.6
Stator Generator Sinkron............................................................
12
Gambar 2.7
Bentuk-bentuk Alur...................................................................
12
Gambar 2.8
Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron....................................
13
Gambar 2.9
Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa..................
15
Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Rotor pada Generator Sinkron...................
16
Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Perphasa......................
16
Gambar 2.12 (a) Kurva Karakteristik Generator Sinkron Tanpa Beban..........
20
.
(b) Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tanpa Beban........
20
Gambar 2.13 (a)Kurva Karakteristik Generator Berbeban.............................
21.
.
(b)Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Berbeban................
21
Gambar 2.14
Sistem Sirkulasi Hidrogen Pendingin Alternator Secara
.
Konvensional..........................................................................
34
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian..........................................................
39
Gambar 4.1
Grafik Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Temperatur pada Rotor
Generator................................................................................
48
vii
Gambar 4.2
Grafik Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Efektivitas Pendingin
Rotor Generator..................................................................... .
52
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Karakteristik Gas Hidrogen .....................................................
32
Tabel 2.2
Data Percobaan Untuk Beban 100% .......................................
45
Tabel 2.3
Data Percobaan Untuk Beban 75% .........................................
46
Tabel 2.4
Data Percobaan Untuk Beban 50% .........................................
47
Tabel 2.5
Data Temperatur Beban 100% ................................................
49
Tabel 2.6
Data Temperatur Beban 75% ..................................................
50
Tabel 2.7
Data Temperatur Beban 50% ..................................................
51
ix
ANALISA EFEKTIVITAS PENDINGIN ROTOR GENERATOR
MENGGUNAKAN GAS HIDROGEN
(STUDI KASUS PADA PLTU PANGKALAN SUSU)
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
OLEH:
ENDRAWAN SURBAKTI
NIM: 110402008
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ABSTRAK
Kemampuan daya keluaran generator sinkron tidak lepas dari proses
timbulnya panas yang disebabkan oleh rugi-rugi stator maksimum, rugi-rugi rotor
maksimum, dasn rugi-rugi inti. Sedangkan faktor-faktor yang memengaruhi
kenaikan temperatur pada generator sinkron yang beroperasi adalah faktor yang
menimbulkan panas yaitu rugi-rugi tembaga, rugi-rugi inti besi dan dan rugi-rugi
gesek atau angin. Dan dipengaruhi oleh faktor pendingin yaitu ketebalan isolasi
belitan. Perpindahan panas juga dilakukan secara konveksii paksa yaitu secara
radial dan secara aksial.
Studi ini mengkhususkan menganalisa pada efektivitas pendinginan rotor
generator menggunakan gas hidrogen (studi kasus pada PLTU Pangkalan Susu),
dengan membandingkan antara temperatur aktual di rotor sebelum diberikan
hidrogen dengan temperatur yang telah diberikan pendingin hidrogen pada
1
1
generator dengan menggunakan rumus � = � (235 + �� )� 15 )-235. Apakah
�
kemampuan pendingin hidrogen tersebut dapat mengurangi panas pada rotor
generator. Dari percobaan tersebut penulis berusaha menganalisis pengaruhpengaruh yang terjadi pada saat generator didinginkan oleh hidrogen juga berapa
efektivitas dari pendinginan generator tersebut.
KATA PENGANTAR
ب
ِس
ْ يِحَّرلا ِن َمْحَّرلا ِهّللا ِم
ْ ِم
Alhamdulillah atas izin dan ridho Allah SWT, penulis dapat menyusun dan
menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat beriring salam penulis haturkan kepada
Rasulullah Muhammad SAW yang menjadi teladan bagi penulis untuk selalu
belajar dan mencari ilmu.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus penulis
penuhi untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik
Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir penulis adalah :
“ANALISA EFEKTIVITAS PENDINGIN ROTOR GENERATOR
MENGGUNAKAN
GAS
HIDROGEN(STUDI
KASUS
PADA
PLTU
PANGKALAN SUSU)”
Dalam penulisan Tugas Akhir inipenulistidakbisa terlepasdaribanyakpihak,
makapadakesempatan kali inipenulismengucapkanterimakasihkepada :
1. AyahdanIbutercintayang
senantiasaberdoauntukkeberhasilanpenulisdanbanyakmemberikandukungan
morilmaupunspiritualkepadapenulisdarikecilhinggasaatini.
2. Bapak Ir. Surya TarmiziKasim, M.SiselakuKetuaDepartemenTeknikElektro
FT. USU. Serta dosen penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan
masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Rachmad Fauzi S.T., M.T. selaku sekretaris Departemen Teknik
Elektro FT USU yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan
Tugas Akhir ini dan senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
ii
4. Bapak Ir. Syamsul Amien, MS., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan
bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan
hingga penyusunan Tugas Akhir ini.
5. Ibu Syiska Yana, ST. MT selaku dosen walipenulis.
6. Bapak Ir. Edy Warman, MT., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
7. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang
Sarjana.
8. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
membantu penulis dalam pengurusan administrasi.
9. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberi
dukungan dan bantuan.
10. Terima kasih kepada Wahyoe Yoga, Angga Himawan, Muhammad Zein,
Abdullah Rais, Aspar Nasution, Muhammad Fikry, Fandi Again, dan
seluruh teman – teman 2011 yang tidak bisa di tuliskan namanya. yang
telah membantu saya dan memberikan semangat selama ini.
11. Terima kasih kepada pak Gatot dan ibu Ayu sebagai orang tua angkat saya,
yang telah memberikan saya arahan yang baik dan semangat untuk tugas
akhir ini.
12. Terima kasih kepada Andini Mentari Tarigan yang telah memberikan
semangat kepada penulis.
13. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
iii
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum sempurna karena masih
banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran
dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan
kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap
semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan
bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT lah penulis menyerahkan diri.
Medan,
September 2015
Penulis
Endrawan Surbakti
Nim. 110402008
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK .............................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ...........................................................................................
ii
DAFTAR ISI..........................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vii
DAFTAR TABEL .................................................................................................
ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LatarBelakang................................................................................................
1
1.2
Perumusan Masalah .......................................................................................
2
1.3
Tujuan ............................................................................................................
2
1.4
Batasan Masalah ............................................................................................
3
1.5
Manfaat ..........................................................................................................
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Generator Sinkron .........................................................................................
4
2.2
Konstruksi Generator Sinkron .......................................................................
5
2.2.1 Rotor ....................................................................................................
7
2.2.2 Stator....................................................................................................
11
2.3
Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron ........................................................
13
2.4
Prinsip Kerja ..................................................................................................
17
2.5
Kecepatan Putar Generator Sinkron ..............................................................
17
2.6
Generator Sinkron Tanpa Beban ...................................................................
19
2.7
Generator Sinkron Berbeban ........................................................................
20
2.8
Faktor yang Mempengaruhi Pemanasan .....................................................
22
2.8.1 Batas Rugi – Rugi Penyebab Pemanasan .........................................
2.8.2 Panas Pada Rotor .........................................................................
2.8.3 Pengaruh Perubahan Beban Rotor...................................................
22
23
25
v
2.9
Sistem Pendinginan Generator ......................................................................
27
2.10 Kerugian Bila Tidak Ada Sistem Pendinginan .............................................
27
2.11 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sistem Pendinginan Generator .............
30
2.12 Pendinginan Generator dengan Gas Hidrogen ..............................................
32
2.13 Resistansi ............................................................................................. 37
BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Tempat dan Waktu ........................................................................................
38
3.2
Bahan dan Peralatan ......................................................................................
38
3.3
Variabel yang Diamati ...................................................................................
38
3.4
Prosedur Penelitian ........................................................................................
39
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1
Umum ................................................................................................
42
4.2 Data Hasil Percobaan ....................................................................................
43
4.3
Perhitungan Temperatur Belitan Rotor .........................................................
44
4.4
Perhitungan Efektivitas Pendingin Rotor Generator .....................................
49
4.5 Performansi Hasil Survey Lapangan............................................................ 53
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan ....................................................................................................
55
5.2
Saran ..............................................................................................................
56
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................
57
LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
(a) Diagram Generator AC Satu Fasa Dua Kutub........................
(b) Diagram Generator AC TigaFasaDuaKutub.......................
5
5 Gambar 2.2
Konstruksi Generator Sinkron Secara Umum............................
7
Gambar 2.3
Rotor Generator Sinkron.............................................................
8
Gambar 2.4
Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron.................................
9
Gambar 2.5
Rotor Kutub Silinder Generator Sinkron....................................
11
Gambar 2.6
Stator Generator Sinkron............................................................
12
Gambar 2.7
Bentuk-bentuk Alur...................................................................
12
Gambar 2.8
Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron....................................
13
Gambar 2.9
Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa..................
15
Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Rotor pada Generator Sinkron...................
16
Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Perphasa......................
16
Gambar 2.12 (a) Kurva Karakteristik Generator Sinkron Tanpa Beban..........
20
.
(b) Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tanpa Beban........
20
Gambar 2.13 (a)Kurva Karakteristik Generator Berbeban.............................
21.
.
(b)Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Berbeban................
21
Gambar 2.14
Sistem Sirkulasi Hidrogen Pendingin Alternator Secara
.
Konvensional..........................................................................
34
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian..........................................................
39
Gambar 4.1
Grafik Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Temperatur pada Rotor
Generator................................................................................
48
vii
Gambar 4.2
Grafik Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Efektivitas Pendingin
Rotor Generator..................................................................... .
52
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Karakteristik Gas Hidrogen .....................................................
32
Tabel 2.2
Data Percobaan Untuk Beban 100% .......................................
45
Tabel 2.3
Data Percobaan Untuk Beban 75% .........................................
46
Tabel 2.4
Data Percobaan Untuk Beban 50% .........................................
47
Tabel 2.5
Data Temperatur Beban 100% ................................................
49
Tabel 2.6
Data Temperatur Beban 75% ..................................................
50
Tabel 2.7
Data Temperatur Beban 50% ..................................................
51
ix