ANALISA PERFORMANSI TURBIN GAS PADA TEKANAN 9 BAR PLTG MEREK ALSTHOM UNIT 4 PAYA PASIR

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III

Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik

Oleh

DITYA RAMANDA PUTRA

1105051012

JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN 2014

ABSTRAK

Analisa Performansi Turbin Gas Pada Tekanan 9 bar PLTG Merek Alsthom Unit 4 Paya Pasir

Turbin gas adalah mesin konversi energi yang sesuai dengan prinsip energi alternatif. Selain itu turbin gas merupakan jenis pembangkit listrik yang dapat dibangun dengan waktu yang relatif cepat, walaupun secara efisiensi turbin gas lebih rendah dibanding dengan pembangkit lain namun jenis pembangkit ini sangat disukai oleh sistem ketenagalistrikan karena kemampuan operasinya yang teramat cepat, sehingga sangat cocok pada beban puncak. Turbin gas terdiri dari kompresor, turbin gas dan ruang bakar. Kompresor dan turbin gas terletak pada 1 poros. Semakin besar kerja kompresor maka daya yang dihasilkan turbin gas otomatis akan semakin kecil. Berdasarkan teori Brayton, data turbin gas dapat dihitung secara teoritis ideal dan secara aktual pada saat beroperasi. Namun pada kenyataannya dilapangan banyak terjadi penyimpangan sehingga membuat penurunan efisiensi. Dari analisa di peroleh efisiensi ideal turbin gas sebesar 41,3%.

Kata kunci : Turbin Gas, Brayton, kerja turbin, kerja kompresor, Efisiensi.

ABSTRACT

Performance Analiysis of Gas Turbine Power Plant With a Pressure of 9 bar Alsthom Unit 4 at Paya Pasir

Gas turbine is energy conversion of machines which suitable with the principles of alternative energy. otherwise a gas turbine power plant types that can be built relatively quickly, although the efficiency of gas turbine lower than another power plant , but the type of plants are highly favored by the electricity system because of the ability of its operations are very fast, so it is suitable to the peak load. The gas turbine consists of a compressor, turbine and combustion chamber. Compressor and turbie on single shaft. If compressor work to larger so, the gas turbine power generated will automatically get smaller. Based on the theory of Brayton, the gas turbine can be calculated theoretically ideal and actual at the time of operation. However, in reality many irregularities field thus making efficiency decline. Obtained from the analysis of the ideal gas turbine efficiency at 41,3%.

Keywords : Gas Turbine, Bryton , Turbine Work, Compressor work, efficiency.

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah melimpahkan

Rahmat dan Hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas

Akhir ini. Penulisan laporan Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu

syarat untuk melengkapi program perkuliahan Diploma 3 (D3) pada Jurusan

Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Politeknik Negeri

Medan. Dari awal penulisan Tugas Akhir ini hingga penyelesaiannya penulis telah

memperoleh banyak dukungan dan bantuan dari berbagai pihak, baik secara

material maupun spiritual. Ucapan terima kasih penulis sampaikan terkhusus

kepada kedua orangtua tercinta yaitu Ayahanda Rahmad Syahputra dan Ibunda

Anim Asfiyanti yang telah memberikan semangat, dukungan serta doanya.

Dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada pihak pihak yang membantu penulis dalam menyeesaikan

tugas akhir ini yaitu:

1. M. Syahruddin, S.T.,M.T. Direktur Politeknik Negeri Medan.

2. Idham Kamil, S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik

Negeri Medan.

3. Aulia Salman, S.T.,M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Politeknik

Negeri Medan.

4. Ir. Abdul Razak,M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi

Mekanik.

5. Ir. Burhanuddin Tarigan, M.T. selaku Dosen Pembimbing

6. Seluruh staff pengajar Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi

Energi Politeknik Negeri Medan.

7. Seluruh staff Administrasi Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik

Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.

8. Para staff danpegawai di PT PLN Persero Sektor Pembangkitan Paya Pasir

dan staff di bagian HAR ataskerjasamanya.

ii

9. Kepada seluruh keluarga penulis yang banyak memberikan motivasi dalam

penulisan Tugas Akhir ini.

10. Seluruh teman-teman di Politeknik Negeri Medan khususnya kelas EN 6A

yang banyak memberikan dukungan moral untuk terselesaikannya Tugas

Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna dan terdapat

banyak kekurangan dan kesalahan yang masih perlu diperbaiki dan ditinjau ulang.

Atas dasar kekurangan pada laporan ini penulis mengharapkan kritik dan saran

yang membangun dari para pembaca agar Tugas Akhir ini dapat disempurnakan di

masa mendatang.

Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua

pihak yang membacanya dan dapat menjadi acuan dalam pembuatan Tugas Akhir

selanjutnya.

Medan, Agustus 2014

Penulis

Ditya Ramanda Putra

NIM. 1105051012

iii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Senyawa Alkana .................................................................................... 24

Tabel 4.1 Data Konservasi .................................................................................... 47

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 MesinPembakaranDalamTurbin Gas ................................................ 5

Gambar 2.2 Sketsa PLTG ..................................................................................... 6

Gambar 2.3 Sistem Turbin Gas, Diagram P-v, Diagram T-s ................................ 9

Gambar 2.4 Siklus Bryton Ideal ........................................................................... 10

Gambar 2.5 Siklus Bryton Non Ideal ................................................................. 11

Gambar 2.6 Sketsa Siklus Terbuka pada PLTG.................................................... 13

Gambar 2.7 Siklus Tertutup .................................................................................. 15

Gambar 2.8 Siklus Kombinasi .............................................................................. 16

Gambar 2.9 Turbin Gas Poros Tunggal ................................................................ 16

Gambar 2.10 Turbin Gas Poros Ganda ................................................................. 17

Gambar 2.11 Skema Sederhana dari Turbin Poros Ganda .................................... 18

Gambar 2.12 Sketsa Aliran Aksial Reaksi ............................................................ 19

Gambar 2.13 Sketsa Aliran Aksial Impuls ............................................................ 19

Gambar 2.14 Karakteristik Turbin Aliran Radial ................................................. 20

Gambar 2.15 Turbin Industrial Heavy Duty ......................................................... 22

Gambar 2.16 Turbin Gas Aircraft Devirative ....................................................... 23

Gambar 3.1 Air Inlet Housing ............................................................................... 28

Gambar 3.2 Inersia Separator ................................................................................ 29

Gambar 3.3 Komponen Filter ............................................................................... 29

Gambar 3.4 Rotor Kompresor ............................................................................... 31

Gambar 3.5 Variabel Inlet Guide Van .................................................................. 33

Gambar 3.6 RuangBakar ....................................................................................... 34

Gambar 3.7 Casing Ruang Bakar .......................................................................... 34

Gambar 3.8 Liner .................................................................................................. 35

Gambar 3.9 Nozel Bahan Bakar............................................................................ 36

Gambar 3.10 Busi (Spark flugs) ............................................................................ 36

Gambar 3.11 Flame Detector ................................................................................ 38

v

Gambar 3.12 Stage Nozzle .................................................................................... 40

Gambar 3.13 Rumah Turbin ................................................................................. 40

Gambar 3.14 Rotor Turbin .................................................................................... 41

Gambar 4.1 Siklus Terbuka .................................................................................. 48

Gambar 4.2 Siklus Bryton Non Ideal ................................................................. 48

vi

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL

LEMBAR SPESIFIKASI TUGAS AKHIR

LEMBAR PERSETUJUAN

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK

ABSTRACT

KATA PENGANTAR ......................................................................................... i

DAFTAR TABEL ............................................................................................... iii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... iv

DAFTAR ISI ........................................................................................................ vi

BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ....................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................. 2

1.3 Tujuan Tugas Akhir ................................................................ 3

1.4 Manfaat Tugas Akhir .............................................................. 3

1.5 Metode Pengambilan Data ..................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ............................................................. 4

BAB 2 DASAR TEORI ....................................................................................... 5

2.1 Pengertian Turbin Gas ............................................................ 5

2.2 Prinsip Kerja Turbin Gas ........................................................ 6

2.3 Siklus Siklus Pada Turbin Gas ............................................ 8

2.3.1 Siklus Ericson ............................................................... 8

2.3.2 Siklus Stirling ............................................................... 9

2.3.3 Siklus Bryton ................................................................ 9

2.3.3.1 Siklus Bryton Ideal .................................................... 10

2.3.3.2 Siklus Bryton Non Ideal ......................................... 11

2.4 Klasifikasi Turbin Gas ............................................................ 12

vii

2.4.1 Klasifikasi Berdasarkan Siklus Kerja ............................ 12

2.4.1.1 Siklus Terbuka ........................................................... 12

2.4.1.2 Siklus Tertutup ........................................................... 14

2.4.1.3 Siklus Kombinasi ...................................................... 15

2.4.2 Klasifikasi Berdasarkan Konstruksi ............................. 16

2.4.2.1 Turbin Gas Poros Tunggal ........................................ 16

2.4.2.2 Turbin Gas Poros Ganda ........................................... 17

2.4.3 Klasifikasi Berdasarkan Aliran Fluidanya ................... 18

2.4.3.1 Aliran Aksial ............................................................. 18

2.4.3.1.1 Turbin Aksial Reaksi .............................................. 18

2.4.3.1.2 Turbin Aksial Impuls .............................................. 19

2.4.3.2 Aliran Radial ............................................................. 20

2.4.4 Klasifikasi Berdasarkan Kapasitasnya ......................... 20

2.4.4.1 Turbin Gas Berdaya Besar ........................................ 20

2.4.4.2 Turbin Gas Berdaya Sedang ...................................... 21

2.4.4.3 Turbin Gas Berdaya Kecil ......................................... 21

2.4.5 Klasifikasi Berdasarkan Tujuan Pembangkitannya ...... 21

2.4.5.1 Turbin Gas Industrial Heavy Duty ............................ 21

2.4.5.2 Turbin Gas Aircraft Devirative ................................. 22

2.5 Bahan Bakar Turbin Gas ........................................................ 23

2.5.1 Bahan Bakar Gas ........................................................... 23

2.5.2 Bahan Bakar Cair ......................................................... 25

2.5.2.1 HSD (High Speed Diesel) ......................................... 25

2.5.2.2 MFO (Marine Fuel Oil) ............................................. 25

2.6 Pengoperasian Turbin Gas ..................................................... 25

2.7 Kelebihan dan Kekurangan Turbin Gas .............................................. 26

2.7.1 Kelebihan Turbin Gas .................................................... 26

2.7.2 Kekurangan Turbin Gas ................................................. 27

BAB 3 TURBIN GAS .......................................................................................... 28

3.1 Komponen Komponen Utama Turbin Gas ....................... 28

viii

3.1.1 Masukan Udara .......................................................... 28

3.1.1.1 Rumah Masukan Udara .......................................... 28

3.1.1.2 Inersia Separator .................................................. 29

3.1.1.3 Pre Filter ....................................................... 29

3.1.1.4 Main Filter ...................................................... 29

3.1.1.5 Inlet Bellmouth .................................................. 30

3.1.2 Kompresor .................................................................. 30

3.1.2.1 Rotor Kompresor ............................................ 30

3.1.2.2 Stator Kompresor (Cashing Kompresor) ....... 31

3.1.2.3 Blade .............................................................. 32

3.1.2.4 Sudu Pengarah (Variable Inlet Guide Van) .... 32

3.1.3 Ruang Bakar ............................................................... 33

3.1.3.1 Rumah Ruang Bakar ............................................ 34

3.1.3.2 Liner ............................................................... 35

3.1.3.3 Nozel Bahan Bakar .............................................. 35

3.1.3.4 Busi (Spark Flugs) ......................................... 36

3.1.3.5 Transition Pieces .................................................. 37

3.1.3.6 Cross Fire Tubes ................................................. 37

3.1.3.7 Flame Detector .................................................. 37

3.1.4 Turbin ......................................................................... 38

3.1.4.1 Stator Turbin .................................................... 39

3.1.4.1.1 Nozel Tingkat Pertama .................... 39

3.1.4.1.2 Nozel Tingkat Kedua ...................... 39

3.1.4.1.4 Rumah Turbin ................................................ 40

3.1.4.2 Rotor Turbin .................................................... 41

3.1.5 Saluran Buang ( Exhaust ) .......................................... 41

3.2 Spesifikasi Turbin Gas ......................................................... 42

3.3 Analisa Performasi Turbin Gas ............................................ 43

3.3.1 Analisa Ideal .............................................................. 43

3.3.2 Analisa Aktual ............................................................ 46

ix

BAB 4 ANALISA DATA .................................................................................... 47

4.1 Data Penelitian ..................................................................... 47

4.2 Pengolahan Data .................................................................. 49

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 54

5.1 Kesimpulan ........................................................................... 54

5.2 Saran .................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan ilmu pengetahuan memiliki dampak yang sangat besar terhadap dunia industri khususnya dunia kerja yang mengakibatkan meningkatnya kebutuhan daya listrik. Kemudian jumlah penduduk yang semakin bertambah dan keinginan setiap individu untuk praktis dalam melakukan setiap kegiatan dengan menggunakan bantuan barang barang elektronik akan mengakibatkan juga menaiknya beban listrik yang harus dipenuhi oleh PLN ( Perusahaan Listrik Negara ).

Karena alasan tersebutlah maka banyak pembangkit yang di ciptakan oleh PLN untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia, salah satunya adalah pembangkitan dengan menggunakan gas sebagai bahan bakarnya. Turbin gas merupakan salah satu pembangkitan yang memberikan pengaruh besar dalam perkembangan listrik di Indonesia.

PLTG difungsikan untuk mengatasi kebutuhan energi listrik saat beban puncak. Alasan pemilihan jenis pembangkit ini adalah operasi penyediaan daya dibangkitkan lebih cepat. Kelebihan lain yang dimiliki yaitu untuk menghasilkan daya yang besar dibutuhkan ruangan yang kecil. Konsumsi energi pada peralatan PLTG bersumber dari putaran turbin gas. Daya poros yang dihasilkan turbin gas digunakan untuk memutar accessory gear. Alat ini digunakan untuk memutar alat-alat pendukung, yaitu pompa dan kompresor pengabut.

Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin

2

yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya).

Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang dan lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasi yang relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk pusat tenaga listrik.

Turbin gas merupakan sistem pembangkitan listrik yang paling sederhana. Karena kesederhanaan ini maka banyak ditemukan PLTG di Indonesia salah satunya di Sektor Pembangkitan Paya Pasir. Jika berbicara dari aspek efisiensinya maka turbin gas adalah pembangkitan yang memiliki efisiensi paling rendah. Sehingga pada umumnya PLTG hanya dioperasikan saat beban puncak saja.

Dengan alasan ini maka saya selaku penulis mengambil judul Tugas Akhir ANALISA PERFORMANSI TURBIN GAS PADA TEKANAN 9 BAR PLTG MEREK ALSTHOM UNIT 4 PAYA PASIR . Dengan demikin maka akan diketahui apa apa saja penyebab kerendahan efisiensi pada operasi turbin gas dan bagaimana cara penanggulangannya.

1.2 Rumusan Masalah

Pembahasan mengenai Turbin Gas sangatlah luas, mengingat hal tersebut dalam pengerjaan tugas akhir ini penulis merumuskan beberapa hal yang akan dibahas, antara lain :

1. Bagaimana prinsip kerja turbin gas di PLTG Paya Pasir? 2. Apa apa saja komponen komponen utama turbin gas dan apa fungsi

dari setiap komponen tersebut ? 3. Bagaimana analisa performansi turbin gas di PLTG Paya Pasir?

3

1.3 Tujuan Tugas Akhir

Secara akademik sesuai kurikulum penulisan Tugas Akhir adalah untuk memenuhi syarat menyelesaikan Program D3 di Politeknik Negeri Medan. Sebagai ilmu pengetahuan teknik penulisan ini mempunyai tujuan sebagai berikut:

1. Mengetahui secara jelas tentang prinsip kerja dari sebuah turbin gas di PLTG Paya Pasir.

2. Mengetahui komponen komponen yang terdapat pada turbin gas dan mengetahui fungsi dari setiap komponen tersebut.

3. Mengerti tentang menganalisa performansi turbin gas di PLTG Paya Pasir.

1.4 Manfaat Tugas Akhir

1. Bermanfaat terhadap penulis untuk mendapatkan pengetahuan dan pengalaman mengenai turbin gas sehingga dapat menjadi modal sebelum memasuki dunia kerja.

2. Laporan ini dapat menjadi sumber referensi dalam menganalisa performansi turbin gas baik di perpustakaan Politeknik Negeri Medan dan di Arsip PLTG Paya Pasir.

3. Sebagai wahana tambahan belajar yang menjadi masukan dan menambah wawasan bagi mahasiswa Politeknik Negeri Medan yang mempelajari turbin gas khususnya mahasiswa program studi Teknik Konversi Energi.

1.5 Metode Pengumpulan Data

Data data yang diperoleh dan diolah dalam laporan tugas akhir berikut di kumpulkan dari beberapa metode, yaitu sebagai berikut : 1. Riset dan Tinjauan Lapangan

Melakukan peninjauan secara langsung ke lapangan untuk melihat, mengamati dan mempelajari secara langsung keadaan dari sistem dan komponen turbin gas dengan tekanan 9 bar di PLTG Paya Pasir.

4

2. Studi Kepustakaan Mempelajari buku dan karya ilmiah yang berhubungan dengan performansi turbin gas.

3. Diskusi

Melakukan diskusi langsung mengenai topik performansi turbin gas secara intens dengan staff lapangan yang berkaitan dengan objek penelitian dan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh jurusan Teknik Mesin, program studi Teknik Konversi Energi.

1.6 Sistematika Penulisan

BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini berisi pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, batasan masalah, tujuan, manfaat, metodologi penulisan dan sistematika penulisan dari laporan tugas akhir ini.

BAB 2 DASAR TEORI Bab ini berisi tentang cakupan konsep dan teori teori pendukung yang menjadi landasan dari tugas akhir ini.

BAB 3 PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang komponen komponen utama yang terdapat pada turbin gas.

BAB 4 PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA Bab ini berisi tentang perhitungan data data parameter yang digunakan sebagai bahan perhitungan yang diolah menjadi data hasil penelitian.

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pengamatan yang penulis dapatkan dan saran dari penulis berikan untuk perkembangan di masa yang akan datang.