JURNAL TEKNIK POMITS 1 Abstrak— Salah satu jenis pembangkit yang banyak di gunakan adalah pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) yang bekerja dengan siklus rankine. Salah satu cara meningkatkan effisiensi dari sebuah PLTU adalah dengan menambahkan fee d w a t e r he a t ers(FWH) kedalam sistem, yang bermaksud meningkatkan temperatur air yang akan dipanaskan boiler , sehingga uap keluaran dari bo i ler bisa memiliki temperatur yang lebih tinggi dibandingkan tanpa FWH. Energi yang digunakan FWH berasal dari ekstraksi turbin uap, dengan jumlah aliran massa dan tekanan tertentu . Proses ektrak si yang kurang tepat dapat mengakibatkan effisiensi turbin dan pembangkit, sehingga diperlukan studi lebih lanjut untuk mengetahui komposisi yang tepat pada ekstraksi turbin uap. Penilitian mengenai pengaruh aliran massa dan tekanan ekstraksi turbin uap ini dilakukan dengan perhitungan yang digunakan menggunakan standar ASME PTC 6 untuk Performa Turbin Uap dan ASME PTC 46 untuk performa pembangkit secara keseluruhan. Perhitungan performa pertama dilakukan pada model PLTU 100 MW dengan 2 buah turbin (high pressure dan low p r e ssur e ) dengan 5 FWH. Aliran massa untuk HPH1 dan HPH2 yang diambilkan dari ekstrasi uap high pressure turbin divariasikan dengan kenaikan 25% untuk HPH2 dan pengurangan 25% untuk HPH1, sehingga total didapatkan 5 variasi. Tiap perubahan variasi dilakukan perhitungan performa pembangkit yang meliputi effisiensi boiler , effisiensi pembangkit serta daya pembangkit (netto). Hasil penelitian yang didapatkan adalah komposisi ekstraksi uap untuk pembangkit listrik tenaga uap 100 MW adalah ketika komposisi HPH1 dan HPH2, dan perubahan aliran massa ekstraksi turbin uap dapat meningkatkan daya pembangkit hingga 5.32 MW. Kata Kunci —Ali ran Mass a E kstraksi Tur bin Uap , F ee d w ater H e ate r s, P erf orma Pemba ngk i t I.PENDAHULUAN iklus Rankine merupakan siklus ideal untuk menjelaskan proses turbin uap. Siklus Rankine terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada kondisi tekanan konstan. Feed Water Heater Berguna untuk menaikkan temperatur air yang akan di panaskan di dalam boiler, sehingga dalam peng aturan boiler dapat ditentukan apakah untuk menaikkan suhu dari main steam menuju Steam Turbine atau menurunkan konsomsi dari bahan bakar yang digunakan. Sumber energi Feed Water Heater berasal dari hasil ekstraksi Steam turbine, dimana pengekstarksiana tersebut dapat menurunkan efisiensi dari turbine. Kondisi Fisik dari Steam Turbine memungkinkan untuk melakukan ekstraksi pada tiap tingkatan Sudu yang ada pada Steam Turbine, hal tersebut juga memudahkan dalam penentuan jumlah volume yang akan diekstraksi, namun semakin besar ekstraksi dan penentuan tempat ekstraksi berpengaruh besar kepada effisiensi dari Pembangkit itu sendiri, sehingga diperlukan studi lebih lanjut mengenai hubungan aliran massa ekstraksi turbin uap untuk pemakanan feedwater heater terhadap performa dari pembangkit tenaga uap sede rhana. Gambar 1Perbandingan ekstraksi turbin uap Vs Effesiensi Boiler Penelitian terkait tentang pengaruh ekstraksi turbin uap pernah dilakukan oleh Yong Li dan Chao Wang (2012) [1]. Hasil penelitiannya (gambar 1) menujukkan bahwa proses ekstraksi turbin uap mengurangi effisiensi dari boiler, yaitu semakin besar ekstraksi berarti semakin besar penurunan effisiensi boiler, namun penurunan effisiensi boiler tidak selalu berbanding lurus dengan effisiensi pembangkit dan daya pembangkit yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi ketika ekstraksi turbin uap dilakukan dengan dan untuk tujuan yang tepat seperti menjadi sumber energy untuk feedwater heaters. Gambar 2 Perbandingan Jumlah FWH Vs Effesiensi Desain Sedangkan pada penelitian yang lain, oleh Dendi Junaidi dkk (2010) [2] melakukan penambahan FWH untuk sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir. Hasil penelitiannya (gambar 2) menyebutkan bahwa penambahan FWH pada Analisa Termodinamika Pengaruh Aliran Massa Ekstraksi Turbin Uap Untuk Feedwater He atersT erhadap Performa Pembangkit Listrik T enaga Uap 100 MW Ari Fadlansyah Jaya Subrata dan Prabowo Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected]S
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Abstrak — Salah satu jenis pembangkit yang banyak di
gunakan adalah pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) yang
bekerja dengan siklus rankine. Salah satu cara meningkatkan
effisiensi dari sebuah PLTU adalah dengan menambahkan
feedwater heaters (FWH) kedalam sistem, yang bermaksud
meningkatkan temperatur air yang akan dipanaskan boiler ,
sehingga uap keluaran dari boiler bisa memiliki temperaturyang lebih tinggi dibandingkan tanpa FWH. Energi yang
digunakan FWH berasal dari ekstraksi turbin uap, dengan
jumlah aliran massa dan tekanan tertentu. Proses ektraksi
yang kurang tepat dapat mengakibatkan effisiensi turbin dan
pembangkit, sehingga diperlukan studi lebih lanjut untuk
mengetahui komposisi yang tepat pada ekstraksi turbin uap.
Penilitian mengenai pengaruh aliran massa dan tekanan
ekstraksi turbin uap ini dilakukan dengan perhitungan yang
digunakan menggunakan standar ASME PTC 6 untuk
Performa Turbin Uap dan ASME PTC 46 untuk performa
pembangkit secara keseluruhan. Perhitungan performa
pertama dilakukan pada model PLTU 100 MW dengan 2 buah
turbin (high pressure dan low pr essure ) dengan 5 FWH. Aliran
massa untuk HPH1 dan HPH2 yang diambilkan dari ekstrasi
uap high pressure turbin divariasikan dengan kenaikan 25%
untuk HPH2 dan pengurangan 25% untuk HPH1, sehingga
total didapatkan 5 variasi. Tiap perubahan variasi dilakukan
perhitungan performa pembangkit yang meliputi effisiensi
boiler , effisiensi pembangkit serta daya pembangkit (netto).
Hasil penelitian yang didapatkan adalah komposisi ekstraksi
uap untuk pembangkit listrik tenaga uap 100 MW adalah
ketika komposisi HPH1 dan HPH2, dan perubahan aliran
massa ekstraksi turbin uap dapat meningkatkan daya
pembangkit hingga 5.32 MW.
Kata Kunci — Al ir an Massa Ekstraksi Turbin Uap, Feedwater
Heaters, Performa Pembangki t
I.
PENDAHULUAN
iklus Rankine merupakan siklus ideal untuk menjelaskan proses turbin uap. Siklus Rankine terdiri dari proseskompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan
panas pada kondisi tekanan konstan. Feed Water HeaterBerguna untuk menaikkan temperatur air yang akan di panaskan di dalam boiler, sehingga dalam pengaturan boilerdapat ditentukan apakah untuk menaikkan suhu dari mainsteam menuju Steam Turbine atau menurunkan konsomsidari bahan bakar yang digunakan. Sumber energi Feed
Water Heater berasal dari hasil ekstraksi Steam turbine,dimana pengekstarksiana tersebut dapat menurunkanefisiensi dari turbine.
Kondisi Fisik dari Steam Turbine memungkinkan untukmelakukan ekstraksi pada tiap tingkatan Sudu yang ada pada
Steam Turbine, hal tersebut juga memudahkan dalam penentuan jumlah volume yang akan diekstraksi, namunsemakin besar ekstraksi dan penentuan tempat ekstraksi berpengaruh besar kepada effisiensi dari Pembangkit itu
sendiri, sehingga diperlukan studi lebih lanjut mengenaihubungan aliran massa ekstraksi turbin uap untuk
pemakanan feedwater heater terhadap performa dari pembangkit tenaga uap sederhana.
Gambar 1Perbandingan ekstraksi turbin uap Vs Effesiensi Boiler
Penelitian terkait tentang pengaruh ekstraksi turbin uap pernah dilakukan oleh Yong Li dan Chao Wang (2012) [1].
Hasil penelitiannya (gambar 1) menujukkan bahwa prosesekstraksi turbin uap mengurangi effisiensi dari boiler, yaitusemakin besar ekstraksi berarti semakin besar penurunan
effisiensi boiler, namun penurunan effisiensi boiler tidakselalu berbanding lurus dengan effisiensi pembangkit dandaya pembangkit yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi
ketika ekstraksi turbin uap dilakukan dengan dan untuktujuan yang tepat seperti menjadi sumber energy untuk feedwater heaters.
Gambar 2 Perbandingan Jumlah FWH Vs Effesiensi Desain
Sedangkan pada penelitian yang lain, oleh Dendi Junaididkk (2010) [2] melakukan penambahan FWH untuk sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir. Hasil penelitiannya
(gambar 2) menyebutkan bahwa penambahan FWH pada
Analisa Termodinamika Pengaruh Aliran Massa
Ekstraksi Turbin Uap Untuk Feedwater Heaters
Terhadap Performa Pembangkit Listrik Tenaga
Uap 100 MWAri Fadlansyah Jaya Subrata dan Prabowo
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
sebuah pembangkit dapat meningkatkan effesiensi pembangkit, namun penambahan FWH lebih dari 7 buah pada pembangkit tidak akan memberikan peningkataneffesiensi yang signifikan, dan cenderung bisa mengurangi
effesiensi dari pembangkit itu sendiri.
Gambar 3 Perbandingan jumlah Ekstraksi Turbin Uap Vs Effesiensi
Pembangkit
Penelitian dari segi jumlah ekstraksi turbin uap pernahdilakukan oleh T. Srinivas dkk (2007) [3]. Hasil
penelitiannya menyebutkan bahwa Persentasi uap yang diekstrak optimal ketika 20%-40% dari jumlah total aliranmassa yang masuk kedalam turbin uap seperti ditunjukkan pada gambar 3.
II. URAIAN PENELITIAN
Pada penelitian ini, untuk mengetahui pengaruh aliran massaekstraksi turbin uap untuk pemanasan Feedwater Heaters,analisa dilakukan menggunakan pendekatan analisa
termodinamika dan evaluasi pembangkit secara keseluruhanmenggunakan standar ASME PTC 46 untuk PembangkitListrik Tenaga Uap.
Tahap pertama adalah menentukan data teknis model pembangkit listrik tenaga uap 100MW dan mencari propertidari tiap kondisi yang ada, setelah itu menggambarkan T-sDiagram untuk model pembangkit 100 MW seperti
ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4 Model Pembangkit 100 MW
Tahap Kedua menghitung performa dari pembangkit tenagauap 100 MW dengan acuan T-s diagram pada gambar 5,
dimana performa yang dihitung meliputi effisiensi boiler,effisiensi pembangkit dan daya pembangkit (netto).Perhitungan dilakukan dengan bebarapa langkah, langkah pertama mencari fraksi ekstraksi y’ hingga y’’’’’ dengan
Gambar 6 Ilustrasi Variasi Ekstraksi HPH2 dan HPH1
Tahap ketiga yaitu merubah aliran massa ekstraksi turbinuap untuk HPH2 dan HPH1 dari 0% hingga 100% dengankenaikan dan penurunan tiap 25%. Ilustrasi perhitunganvariasi ekstraksi ditunjukkan gambar 3 dan dihitung dengan
persamaan sebagai berikut:
........................................... (17)Dimana nilai fraksi massa y’ dan y’’ diubah menjadi 5
variasi sebagai berikut:
Variasi A :
Variasi B :
Variasi C :
Variasi D :
Variasi E :
III.
ANALISA DAN PEMBAHASAN
A.
Data Teknis Pembangkit Tenaga Uap 100 MW
Langkah pertama yaitu menentukan data teknis model pembangkit yang akan digunakan sehingga didapatkan property tiap kondisi sebagai berikut:
Tabel 1 Properti tiap kondisi Model 100 MW
Dengan acuan data teknis pada tabel 1 dan denganmenggunakan acuan model pembangkit 100 MW sepertiditunjukkan pada gambar 4 maka perhitungan performa
pembangkit dapat dilaksanakan.
B. Perhitungan Effesiensi Boiler
Gambar 7 Effesiensi Boiler tiap Variasi
Gambar 7 menunjukkan bahwa effisiensi boiler untukvariasi perubahan ekstraksi turbin uap untuk HPH2 danHPH1 mengalami penurunan ketika pada scenario AAliran Massa ekstraksi dari High Pressure Steam Turbine
hanya untuk HPH2 hingga komposisi variasi 50%-50%aliran massa ekstraksi turbin uap untuk HPH2 dan HPH1.Setelah mengalami penurunan hingga komposisi 50%-
50% untuk HPH2 dan HPH1 Effisiensi Boiler mengalami peningkatan kembali hingga akhirnya ekstraksi dari high pressure steam turbin 100% hanya untuk HPH1 saja.
C.
Perhitungan Daya Pembangkit (Netto)
Gambar 8 Daya Pembangkit (netto) tiap Variasi
Gambar 8 menunjukkan bahwa daya pembangkit untukvariasi perubahan aliran massa ekstraksi turbin uap untukHPH2 dan HPH1 mengalami tren peningkatan ketika pada
scenario A Aliran Massa ekstraksi dari High Pressure SteamTurbine hanya untuk HPH2 hingga komposisi variasi 50%-50% aliran massa ekstraksi turbin uap untuk HPH2 dan
HPH1. Setelah mengalami peningkatan hingga puncaknya pada komposisi 50%-50% untuk HPH2 dan HPH1, daya pembangkit mengalami penurunan setelah mengalamai puncaknya hingga ekstraksi dari high pressure steam turbine
100% hanya untuk HPH1 saja.
D. Perhitungan Effesiensi Pembangkit
Gambar 9 menunjukkan bahwa effisiensi pembangkit untukvariasi perubahan aliran massa ekstraksi turbin uap untukHPH2 dan HPH1 mengalami peningkatan ketika padascenario A Aliran Massa ekstraksi dari High Pressure Steam
Turbine hanya untuk HPH2 hingga komposisi variasi 50%-50% aliran massa ekstraksi turbin uap untuk HPH2 danHPH1. Setelah mengalami peningkatan hingga puncaknya pada komposisi 50%-50% untuk HPH2 dan HPH1.
Effisiensi pembangkit mengalami penurunan setelahmengalamai puncaknya hingga ekstraksi dari high pressure steam turbine 100% hanya untuk HPH1 saja.
Gambar 9 Effesiensi Pembangkit tiap Variasi
E.
Evaluasi Performa Pembangkit
Effesiensi Boiler yang ditunjukkan hasil perhitunganmenunjukkan trend yang berbanding terbalik dengan trendgrafik yang ditunjukkan oleh daya pembangkit maupun
effesiensi pembangkit. Hal ini menunjukkan bahwaeffesiensi boiler dengan menggunakan BHI yang konstanuntuk tiap variasi berubah-ubah Δh antara air masuk boilerdan uap keluar boiler, dimana semakin tinggi temperatur air
masuk bearati memerlukan energi (BHI) yang lebih besar pula untuk menghasilkan Δh yang sama, berarti hal inisesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Yong Li danChao Wang.
Grafik daya pembangkit (netto) dan effesiensi pembangkit
menunjukkan tren yang berbanding lurus, hal ini sesuaidengan teori dimana dengan meningkatnya daya pembangkit
maka effesiensi pembangkit yang merupakan perbandingan
antara daya pembangkit dengan , dan pada penelitian ini
nilai dari dijaga konstan.Dari 5 variasi yang dilakukan, variasi D diangga sebagaikondisi eksisting, dikarenakan jumlah aliran massa yang
digunakan mendekati dengan eksisting, dan biladibandingkan dengan tiap kondisi maka untuk Variasi Amengalami penurunan Daya pembangkit sebesar 0.033 MW,
untuk Variasi B mengalami penurunan 0.00043 MW, untukvariasi C mengalami kenaikan 2.44 MW dan untuk variasi Emengalami penurunan 1.57 MW.
IV.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat disampaikan dari penuliasan iniadalah sebagai berikut :
1.
Perbandingan komposisi aliran Ekstraksi Turbin uapterbaik untuk HPH2 dan HPH1 adalah 50%:50% dengan
total ekstraksi turbin uap sebesar 20%;2.
Penambahan FWH akan meningkatkan effisiensi boiler,namun penambahan FWH mengalami penurunan
effisiensi pembangkit dan daya pembangkit dari 5 FWHhingga 7 FWH.
3.
Penambahan ekstraksi turbin uap untuk FWH dan perubahan aliran massa ekstraksi turbin uap dapatmeningkatkan daya pembangkit netto dari kondisieksisting hingga 2.44 MW
V. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Eng.Ir. Prabowo, M.Eng selaku dosen yang selalu membimbing,memberi motivasi dan banyak masukan yang baik hingga
terselesaikannya artikel ilmiah ini. Kementrian Agamamelalui program PBSB yang telah membiayai biaya kuliah penulis hingga selesai dan semua pihak yang karena
bantuannya baik secara langsung maupun tidak langsung
membantu penulis menyelesaikan Jurnal ini.
VI.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Li, Yong & Wang Chao. Study on The Effect of Regenerative System
on Power Type Relative Internal Efficiency of Nuclear Steam
Turbine. 2012 International Conference on Future Electrical Power an
Energy Systems, Energy Procedia 17 (2012) 906-912: 2012
[2] Dendi Junaidi, I Made Suardjaja, Tri Agung Rohmat. Kesetimbangan
Massa dan Kalor Serta Efisiensi Pembangkit Listrik Tenaga Uap pada
Berbgai Perubahan Beban dengan Menvariasikan Jumlah Feedwater
Heater. Seminar Nasional VI SDM Teknologi Nuklir Yogyakarta ;
2010
[3] Srinivas T., Gupta A. V. S. S. K. S., Reddy B.V. Generalized
Thermodynamic Analysis of Steam Power Cycles with ‘n’ Number of
Feedwater Heaters. International Journal of Thermodynamics, Vol.10, No. 4, pp 177-185 ; 2007