TUGAS AKHIR TM 141585 ANALISIS TERMODINAMIKA...
Transcript of TUGAS AKHIR TM 141585 ANALISIS TERMODINAMIKA...
TUGAS AKHIR – TM 141585
ANALISIS TERMODINAMIKA PENGARUH
VARIASI TEKANAN EKSTRAKSI HIGH PRESSURE
TURBINE TERHADAP PERFORMA PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA UAP SURALAYA 410 MW
DENGAN PEMODELAN GATE CYCLE
ACHMAD MARYONO
NRP. 2113 105 044
Dosen Pembimbing:
Ary Bachtiar K. P., ST, MT, Ph.D
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2015
FINAL PROJECT – TM 141585
THERMODYNAMICS ANALYSIS THE EFFECT
VARIATION OF PRESSURE EXTRACTION OF
HIGH PRESSURE TURBINE ON
PERFORMANCE STEAM POWER PLANT 410
MW SURALAYA BY USING MODEL OF GATE
CYCLE
ACHMAD MARYONO
NRP. 2113 105 044
Advisor Lecturer:
Ary Bachtiar K. P., ST, MT, Ph.D
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY
SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SURABAYA
2015
i
ANALISIS TERMODINAMIKA PENGARUH VARIASI
TEKANAN EKSTRAKSI HIGH PRESSURE TURBINE
TERHADAP PERFORMA PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA UAP SURALAYA 410 MW DENGAN
PEMODELAN GATE CYCLE
Nama : Achmad Maryono
NRP : 2113105044
Jurusan : Teknik Mesin FTI ITS
Dosen Pembimbing : Ary Bachtiar K. P., ST, MT, Ph. D
Abstrak
Selama tahun 2014, realisasi penambahan pembangkit di
di indonesia cukup besar. Indonesia Power sebagai salah satu
perusahaan pembangkit listrik di Indonesia mempunyai beragam
jenis pembangkit listrik. Pembangkit listrik tenaga uap adalah
penghasil energi listrik yang paling sering digunakan untuk
pemenuhan kebutuhan sumber energi listrik bagi kehidupan
masyarakat, mengalami banyak evaluasi di dalam proses kerja.
Hal tersebut dilakukan untuk meningkatkan performansi
pembangkit yang telah ada sehingga dengan pemakaian sejumlah
bahan bakar yang sama dapat diperoleh nilai efisiensi system
pembangkit yang lebih tinggi dan jumlah pasokan listrik ke
masyarakat lebih baik.
Penelitian dilakukan dengan cara membuat permodelan
powerplant dengan kondisi keadaan operasi normal.Pemodelan
powerplant dilakukan supaya kita dapat mengetahui efisiensi serta
biaya kebutuhan bahan bakar pada kondisi normal dan variasi
tekanan ekstraksi. Pemodelan powerplant menggunakan software
Gate Cycle, sedangkan perhitungan manual menggunakan analisa
thermodinamika. Adapun perhitungan yang akan dilakukan adalah
mencari heat rate, daya sistem pembangkit (∑𝑊𝑛𝑒𝑡) serta efisiensi
thermal system power plant (𝜂𝑡ℎ).
ii
Dengan melihat hasil pemodelan gate cycle, saat tekanan
inlet FWH 7 3961,89 kPa daya sistem pembangkit sebesar 410,01
MW dengan effisiensi sebesar 40,22% dan heat rate sebesar
8950,94 kJ/ kW-hr. Saat tekanan inlet FWH 7 4952,3 kPa daya
sistem pembangkit sebesar 406,83 MW dengan effisiensi sebesar
40,32% dan heat rate sebesar 8927,32 kJ/ kW-hr. Saat tekanan
inlet FWH 7 6190,3 kPa daya sistem pembangkit sebesar 403,79
MW dengan effisiensi sebesar 40,5% dan heat rate sebesar
8888,29 kJ/ kW-hr. saat tekanan inlet FWH 7 7737,8 kPa daya
sistem pembangkit sebesar 400,83 MW dengan effisiensi sebesar
40,53% dan heat rate sebesar 8882,42 kJ/ kW-hr. Saat tekanan
inlet FWH 7 9672,2 kPa daya sistem pembangkit sebesar 399,925
MW dengan effisiensi sebesar 40,54% dan heat rate sebesar
8879,1 kJ/ kW-hr. Kesimpulan dari penelitian ini adalah dengan
melakukan perubahan tekanan ekstraksi yang lebih besar
menyebabkan penurunan daya, heat rate dan kalor yang
dibutuhkan oleh boiler akan tetapi effisiensi sistem pembangkit
semakin meningkat .
Kata kunci : Power Plant, Variasi Tekanan Ekstraksi, Gate
Cycle, Efisiensi Thermal.
iii
THERMODYNAMICS ANALYSIS THE EFFECT
VARIATION OF PRESSURE EXTRACTION OF HIGH
PRESSURE TURBINE ON PERFORMANCE STEAM
POWER PLANT 410 MW SURALAYA BY USING MODEL
OF GATE CYCLE
Name : Achmad Maryono
NRP : 2113105044
Department : Teknik Mesin FTI ITS
Advisor Lecturer : Ary Bachtiar K. P., ST, MT, Ph. D
Abstract
Through 2014, there had been an increase in power plant
projects realization in Indonesia. Among many power plant
companies, Indonesia power is among those who owned various
power plants including Steam-powered power plants, which are
the most common source of electricity. Being used much, steam
power plants are often subjected to evaluation in order to improve
the performance of the power plants. After the evaluation is
conducted, it is expected that the power plants will operate with
better efficiencies, therefore; enabling them to turn the same
amount of fuels to produce more electricity to be used
This research is conducted by modelling the steam power
plant in normal operation condition. The intention of this
modelling is to obtain the efficiency of the system, cost for the fuel
at normal condition and the extraction pressure variations. The
modelling is conducted using Gate Cycle software while the
performance values are obtained through thermodynamic
calculations. Performance values calculated for the analysis are
iv
the incoming heat rate boiler, total power produced (∑𝑊𝑛𝑒𝑡) and
the thermal efficiency of the power plant system (𝜂𝑡ℎ).
From the modelling in Gate Cycle, with inlet pressure
FWH 7 3961, 89 kPa power of 410,01 MW with 40,22% efficiency
and 8950,94 kJ/kW-hr heat rate is produced. Inlet pressure FWH
7 4952,3 kPa power of 406,83 MW with 40,32% efficiency and
8927,32 kJ/kW-hr heat rate is produced. Inlet pressure FWH 7
6190,3 kPa power of 403,79 MW with 40,5% efficiency and
8888,29 kJ/kW-hr heat rate is produced. Inlet pressure FWH 7
7737.8 kPa power of 400,83 MW with 40,53% efficiency and
8882,42 kJ/kW-hr heat rate is produced. Inlet pressure FWH 7
9672,2 kPa power of 399,925 MW with 40,54% efficiency and
8879,1 kJ/kW-hr heat rate is produced. The conclusion from the
research is that by making bigger change in the extraction pressure
will result in power, heat rate and needed calorie drop while the
efficiency of the system will increase.
Kata kunci : Power Plant, Variasi Tekanan Ekstraksi, Gate
Cycle, Efisiensi Thermal.
v
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat
ALLAH SWT atas segala rahmat, hidayah, rizki, inayah-Nya serta
kasih sayang-Nya dan ijin-Nya yang diberikan kepada Penulis
sehingga penyusunan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada
kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada
pihak-pihak yang telah membantu penyelesaian tugas akhir ini
antara lain :
1. Bapak Ary Bachtiar K. P. ST, MT, Ph. D selaku dosen
pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu,
tenaga, pikiran serta nasihat dalam penyusunan Tugas Akhir
2. Bapak Ir. Bambang Pramujati, MSc, Eng, PhD selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS dan Bapak Arif Wahjudi selaku
koordinator Tugas Akhr di Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS
yang telah banyak membantu selama proses perkuliahan.
3. Bapak Ir. Kadarisman dan Bapak Prof. Dr. Ir. Djatmiko
Ichsani, M. Eng., selaku dosen penguji Sidang Tugas Akhir
saya terimakasih atas ilmu dan saran yang diberikan untuk
Tugas Akhir saya.
4. Seluruh dosen S1 Teknik Mesin FTI-ITS yang tidak dapat
Penulis sebutkan satu per satu.
5. Cak To, Ibu Sri, Mbak Sri, Pak No, Pak Jo, dan seluruh
karyawan Teknik Mesin FTI-ITS terimakasih atas bantuan
yang diberikan kepada Penulis selama kuliah.
6. Koordinator Lab Pendingin Pak Minto dan Mas Erdin atas
dukungan doa dan semangat kepada Penulis dalam
penyelesaian Tugas Akhir.
7. Partner Tugas Akhir Muh. Hasan Jauhari terimakasih atas
segala dukungan doa serta semangat dan juga susah senang
yang dilalui bersama dalam penyelesaian Tugas Akhir dan
pendidikan S1 di Teknik Mesin ITS ini.
vi
8. Anggota seperjuangan Tugas Akhir di Lab. Pendingin dan
Pengkondisian Udara: Teh Meilani, kang Agung, Sanna, Septi,
Dwina, Acan, Ruben, kang Asep, kang Ujik selalu semangat
dan semoga sukses.
9. Syarfian Nur Asyisyah, AM.d yang selalu memberikan
dukungan doa dan motivasi kepada Penulis dalam
penyelesaian Tugas Akhir.
10. Seluruh pihak yang belum disebutkan satu per satu terimakasi
atas bantuan, doa, dukungan, serta motivasi kepada Penulis
sehingga Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan
baik dan tepat waktu.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam
penyusunan Tugas Akhir ini, oleh karena itu saran dan masukan
dari semua pihak sangat penulis harapkan. Penulis berharap
semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat.
Surabaya, Juli 2015
Penulis
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
DAFTAR ISI . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Perumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Tujuan Penilitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Batasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5 Manfaat Penelitian . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Siklus Rankine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Analisa Termodinamika . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Perhitungan Sistem Pembangkit . . . . .. . . . . . . 9
2.3.1 Analisa Turbin Uap. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.2 Analisa Kondensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.3 Analisa Pompa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.4 Analisa Boiler . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Siklus Rankine Regenerative . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.1 Siklus Closed Feed Water Heater . . . . . . . 17
2.4.2 Siklus Open Feed Water Heater . . . . . . . . 22
2.5 Extraction Steam Turbine .. . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6 Software Gate Cycle . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.7 Penelitian Terdahulu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Sistematika Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2 Permodelan Powerplant dengan Process Flow
Diagram . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3 Analisa Sistem Pembangkit . . .. . . . . . . . . . . . . 37
3.4 Flowchart Analisa Termodinamika . . . .. . . . . . 39
3.5 Variasi Ekstraksi Uap Dari High Pressure
Turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
vi
3.6 Permodelan Powerplant dengan Gate
Cycle Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.7 Flowchart Permodelan dengan Gate Cycle
Software . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 50
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Sistem Pembangkit Suralaya . . . . . . . . . . 57
4.2 Data Sistem Pembangkit Dengan Perubahan
Tekanan Ekstraksi . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 67
4.3 Perhitungan Sistem Pembangkit Dengan
Menggunakan Analisa Secara Thermodinamika.. 68
4.3.1 Menentukan Entalphy Dan Entrophy
Spesifik Pada Kondisi Utama Dari Siklus
Penelitian. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.3.1.1 Menentukan Kualitas Dan Entalphy
Spesifik Keluaran Ekstraksi 3 Turbin 3. 70
4.3.1.2 Menentukan Kualitas Dan Entalphy
Spesifik Keluaran Ekstraksi 3 Turbin 4 . 70
4.3.1.3 Menentukan Kualitas Dan Entalphy
Spesifik Keluaran Turbin 3 Dan 4
Menuju Kondenser . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.3.2 Menentukan Entalphy Pada Pompa . . . . 75
4.3.3 Perhitungan Properties Keluaran 8
Feedwater Heater 6 . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.3.4 Perhitungan Properties Keluaran
Feedwater Heater 7 . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.3.5 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi . . . 78
4.3.5.1 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi
Pada Heater 7 . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 79
4.3.5.2 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi
Pada Heater 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.3.5.3 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi
Pada Heater 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.3.5.4 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi
Pada Deaerator . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 83
vii
4.3.5.5 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi
Pada Heater 3 . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 83
4.3.5.6 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi
Pada Heater 2 . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 85
4.3.5.7 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi
Pada Heater 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.3.6 Menghitung Daya Turbin . . . . . . . . . . 91
4.3.7 Menghitung Daya Pompa . . . . . . . . . 94
4.3.8 Menghitung Kalor Yang Dibutuhkan
Boiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.3.9 Menghitung Efisiensi Thermal Pada
System Powerplant . . . . . . . .. . . . . . . . . 97
4.3.10 Menghitung Daya Netto Pada System
Powerplant . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 99
4.3.11 Menghitung Heat Rate Pada System
Powerplant . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 99
4.4 Pemodelan Sistem Pembangkit Dengan Variasi
Tekanan Ekstraksi 4952,3 Kpa Dengan
Menggunakan Gate Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.5 Analisa Sistem Pembangkit Dengan Perubahan
Tekanan Ekstraksi High Pressure Turbine . .. . . 109
4.7 Bar Chart Beda Daya Serta Efisiensi Sistem
Pembangkit Di Berbagai Kondisi Pada
Pemodelan Gate Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 110
4.8 Bar Chart Kalor Yang Dibutuhkan Boiler Serta
Temperatur Inlet Boiler Pada Berbagai
Kondisi . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 114
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.2 Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 117
DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
LAMPIRAN .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Variasi tekanan ekstraksi dan dampaknya pada
performa pembangkit . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 47
Tabel 3.2 Tabel data input . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 49
Tabel 4.1 Data-Data Awal Sistem Pembangkit Yang
Digunakan Untuk Melakukan Perhitungan
Daya Dan Effisiensi Powerplant Secara
Teoritis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 57
Tabel 4.2 Data-Data Sistem Pembangkit Yang Telah
Dilakukan Perubahan Tekanan Ekstraksi Dan
Digunakan Untuk Melakukan Perhitungan
Daya Dan Effisiensi Powerplant Secara
Teoritis. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Tabel 4.3 Data Entalphy Pada Steam Turbin . .. . . . . . . . 68
Tabel 4.4 Komparasi data hasil simulasi pada software
gate cycle di setiap komponen pada kondisi
variasi tekanan ekstraksi 1 dengan perhitungan
secara thermodinamika . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 101
Tabel 4.5 Data hasil simulasi dari berbagai keadaan
variasi dengan menggunakan software Gate
Cycle . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Tabel 4.6 Nilai variasi tekanan ekstraksi dari turbin HP.. 106
Tabel 4.7 Properti Yang Diperoleh Dari Gatecycle
Berdasarkan 4 Titik Yang Ditinjau . . . . . . . . . 107
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema dan T-s Diagram Siklus Rankine .. 5
Gambar 2.2 Skema dan T-s Diagram Siklus Rankine
dengan Satu Closed Feed Water Heater. . 17
Gambar 2.3 T-x Diagram pada Closed Feed Water
Heater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Gambar 2.4 Skema dan T-s Diagram Siklus Rankine
dengan Satu Open Feed Water Heater.. . . 22
Gambar 2.5 (a) Condensing turbine (b) Back-pressure
turbine (c) Extraction turbine
(d) Induction turbine . . . . . . . . . . . . .. . . . 25
Gambar 2.6 Hubungan antara uncontrolled stage
extraction versus flow to following
stage . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 26
Gambar 2.7 (a) pemodelan power plant sederhana (b)
display hasil pengerjaan . . . . . . . . . . . . . 27
Gambar 2.8 Pengaruh Perbedaan Kerugian Ekstraksi
Turbin Uap Terhadap Efisiensi Internal
Relative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Gambar 2.9 (a) Nilai terbaik dari tekanan ekstraksi dari
turbin HP (b) Skema sistem pembangkit .. 29
Gambar 2.10 Nilai daya pembangkit dengan melakukan
variasi massa ekstraksi high pressure
turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 32
Gambar 3.1 Skema sistematika penelitian . . . . . . . . . 33
Gambar 3.2 Process Flow Diagram permodelan
power plant kondisi normal . . . . . . . . . . 34
Gambar 3.3 Diagram T-S sistem powerplant kondisi
normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Gambar 3.4 Process Flow Diagram permodelan
power plant variasi 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Gambar 3.5 Diagram T-S aktual sistem powerplant
kondisi 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37
Gambar 3.6 Model pembangkit listrik tenaga uap . . . . 38
viii
Gambar 3.7 Diagram T-S aktual sistem powerplant
kondisi normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Gambar 3.8 Flowchart perhitungan powerplant . . . . . 44
Gambar 3.9 Kondisi awal ekstraksi turbin . . . . . . . . . . 45
Gambar 3.10 Proses ekstraksi pada steam turbine . . . . 46
Gambar 3.11 Variasi tekanan ekstraksi turbine HP
pada tugas akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Gambar 3.12 Permodelan dengan Gate Cycle Software.. 48
Gambar 3.13 Gate Cycle Software dengan hasil build
review . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 52
Gambar 3.14 (a) Permodelan variasi tekanan ekstrasi
Turbin (b) Permodelan normal . . . . . .. . . 53
Gambar 3.15 Simulasi hasil permodelan Gate Cycle
Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Gambar 3.16 Flowchart permodelan dengan Gate
Cycle Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56
Gambar 4.1 Heat Balance PLTU Suralaya . . . . . . . . . . 61
Gambar 4.1 Process and Flow Diagram Sistem
Pembangkit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Gambar 4.3 Process and Flow Diagram Sistem
Pembangkit keadaan variasi ekstraksi
Tekanan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Gambar 4.4 Pemodelan Sistem Pembangkit Dengan
Ekstraksi Tekanan High Pressure Turbine
4952,3 kPa Dengan Menggunakan Gate
Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 100
Gambar 4.5 Variasi Tekanan Ekstraksi Uap Dari
Turbin HP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Gambar 4.6 Bagian Sistem Pembangkit yang
Ditinjau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Gambar 4.7 Diagram T-s Sistem Pembangkit Setelah
Dilakukan Proses Variasi Tekanan Ekstraksi
High Pressure Turbine . . . . . . . . . . . . . . 108
Gambar 4.8 Bar Chart Beda Daya yang Terjadi Pada
Setiap Keadaan Dengan Pemodelan Gate
ix
Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Gambar 4.9 Posisi Ekstraksi Pada Turbin HP . . . . . . . 110
Gambar 4.10 Bar Chart Efisiensi Sistem yang Terjadi
Pada Setiap Keadaan Dengan Pemodelan
Gate Cycle . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . 111
Gambar 4.11 Kondisi Sebelum Masuk Boiler . . . . . . . . 112
Gambar 4.12 Bar Chart Heat Rate yang Terjadi Pada
Setiap Keadaan Dengan Pemodelan Gate
Cycle . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Gambar 4.13 Bar Chart Beda Q Boiler yang Terjadi
Pada Setiap Keadaan Dengan Pemodelan
Gate Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
v
1
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan berkembangnya zaman dan berkembangnya
teknologi berbanding lurus dengan kebutuhan energi listrik.
Hampir seluruh aspek kehidupan di Indonesia bergantung pada
ketersediaan energi listrik. Indonesia Power sebagai salah satu
perusahaan pembangkit listrik di Indonesia mempunyai beragam
jenis pembangkit listrik, dengan PLTU-nya sebagai penyuplai
listrik terbesar tahun 2014 di Indonesia. PLTU adalah suatu
pembangkit listrik tenaga uap dimana energi listrik dihasilkan oleh
generator yang diputar oleh turbin uap yang memanfaatkan
tekanan uap hasil dari penguapan air yang dipanaskan oleh bahan
bakar di dalam ruang bakar (boiler). Menurut sumber energinya
PLTU terdiri dari berbagai macam jenis, salah satunya adalah
PLTU berbahan bakar batubara. PLTU berbahan bakar batubara
sangat vital penggunaannya di Indonesia maupun di dunia. PLTU
batubara merupakan sumber utama energi di dunia. Menurut situs
majalah energi
(http://www.manajemenenergi.org/2013/12/artikel-khusus-
renewable-energy) dimana 50 % pasokan listrik dunia masih
bertumpu pada PLTU berbahan bakar batubara. PLTU ini
merupakan suatu sistem yang saling terkait antara satu komponen
dengan komponen lainnya.
Pembangkit listrik tenaga uap telah banyak dilakukan evaluasi
di dalam proses kerjanya. Hal tersebut dilakukan untuk
meningkatkan performansi pembangkit yang telah ada sehingga
dengan pemakaian sejumlah bahan bakar yang sama dapat
diperoleh nilai efisiensi system pembangkit yang lebih tinggi dan
jumlah pasokan listrik ke masyarakat lebih baik.
Menurut GE (General Electric)Power Systems untuk
meningkatkan efisiensi pembangkit listrik, sebelum fluida kerja
2
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
yaitu air yang dipompa menuju boiler, air-umpan dinaikkan
suhunya. Pemanasan tersebut dilakukan dengan heater (heat
exchanger) yang memanfaatkan uap panas yang diambil
(diekstraksi) dari turbin.
Kondisi fisik dari steam turbine memungkingkan untuk
melakukan ekstraksi pada tiap tingkatan sudu yang ada pada steam
turbine, hal tersebut juga memudahkan dalam penentuan tekanan
yang diekstraksi, namun semakin besar tekanan yang diekstraksi
berpengaruh pada efisiensi dari pembangkit tersebut. Sehingga
diperlukan studi lebih lanjut mengenai hubungan tekanan ekstraksi
turbin uap terhadap performa dari pembangkit listrik tenaga uap.
Pada tugas akhir kali ini penulis akan membahas sebuah
permasalahan yaitu pengaruh tekanan ekstraksi high pressure
turbine terhadap efisiensi thermal dan heat rate pembangkit 410
MW dengan pemodelan gate cycle. Judul ini diambil berdasarkan
keadaan aktual di PLTU Suralaya.
1.2 Perumusan Masalah
Sistem pembangkit tenaga uap secara umum terdiri dari boiler,
turbin uap, kondenser dan juga pompa. Peningkatan efisiensi dari
sistem pembangkit tenaga uap bisa dengan cara menambahkan
economizer dan superheaters pada boiler dan setelah itu dapat
dilakukan dengan penambahan feedwater heater yang berasal dari
ekstraksi turbin uap. Turbin uap bisa terdiri dari beberapa tingkatan
ekstraksi yang tergantung sesuai kebutuhan. Analisa dalam tugas
akhir ini bermaksud mencari tahu pengaruh besaran tekanan
ekstraksi high pressure turbine pada sistem pembangkit tenaga uap
terhadap unjuk kerja pembangkit secara keseluruhan.
1.3 Batasan Masalah
Batasan dalam pembahasan tugas akhir ini terdapat beberapa
batasan yang diambil guna menjaga alur permasalahan utama agar
3
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
tidak melenceng dari tujuan yang ada. Adapun batasan masalah
yang di gunakan diantaranya adalah:
1. Analisa berdasarkan data operasi PLTU Suralaya.
2. Variasi tekanan ekstraksi dilakukan pada high pressure
turbine dengan pressure ratio sebesar 0,8.
3. Siklus yang bekerja di asumsikan dalam keadaan tunak
(steady state).
4. Perubahan energi kinetik dan energi potensial di
asumsikan di abaikan.
5. Rugi-rugi panas pada instalasi pipa tidak di perhitungkan.
6. Kebocoran pada sistem di asumsikan tidak ada.
7. Sesuatu yang berhubungan dengan analisa kimiawi di
abaikan.
8. Fluida kerja yang digunakan adalah air
9. Laju aliran massa pada sistem pembangkit di berbagai
keadaan sama.
1.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah di atas maka
tujuan penelitian ini adalah:
1. Dapat membuat analisa perhitungan manual sistem
pembangkit dengan menggunakan pendekatan analisa
secara thermodinamika.
2. Mengetahui efisiensi thermal sistem pembangkit pada
kondisi sebelum dan sesudah dilakukan perubahan tekanan
ekstraksi high pressure turbine dengan menggunakan
pemodelan sistem pembangkit di gate cycle.
3. Mengetahui daya sistem pembangkit pada kondisi sebelum
dan sesudah dilakukan perubahan tekanan ekstraksi high
pressure turbine dengan menggunakan pemodelan sistem
pembangkit di gate cycle.
4. Mengetahui heat rate sistem pembangkit pada kondisi
sebelum dan sesudah dilakukan perubahan tekanan
4
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
ekstraksi high pressure turbine dengan menggunakan
pemodelan sistem pembangkit di gate cycle.sebelumnya.
1.5 Manfaat Penelitian
Dalam pelaksanaan Tugas akhir ini di harapkan dapat
memberikan manfaat sebagai berikut:
1. Dapat mengetahui efisiensi thermal sistem pembangkit
dengan menggunakan pendekatan secara themodinamika.
2. Dapat membuat dan mengetahui pengaruh variasi
ekstraksi tekanan terhadap daya, efisiensi thermal dan heat
rate sistem pembangkit dengan menggunakan software
gate cycle.
3. Dapat digunakan sebagai data pembanding dalam
penentuan tekanan ekstraksi turbin uap.
v
5
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Siklus Rankine
Siklus Rankine merupakan siklus teoritis paling sederhana
yang menggunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana
digunakan pada sebuah PLTU. Dikatakan siklus teoritis paling
sederhana, karena setelah terjadi satu siklus, fluida kerja kembali
kepada keadaan/sifat semula. Pada siklus rankine, komponen-
komponen utama yang bekerja dapat dilihat seperti gambar 2.1 di
bawah ini.
Gambar 2.1 Skema dan T-s Diagram Siklus Rankine
Gambar diatas adalah gambar dari siklus rankine.Terdapat 4
proses prinsip kerja siklus Rankine, setiap siklus mengubah
keadaan fluida (tekanan dan atau wujud). yaitu :
• Proses 1 - 2 : Uap melakukan kerja sehingga tekanan
dan temperaturnya turun. Langkah ini adalah langkah
ekspansi isentropis, dan terjadi didalam turbin.
• Proses 2 – 3 : Pembuangan panas laten uap sehingga
berubah menjadi air kondensat. Langkah ini adalah isobar
isothermis, dan terjadi didalam kondensor.
6
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
• Proses 3 – 4 : Air dipompa dari tekanan P2
menjadi P1. Langkah ini adalah langkah kompresi isentropis,
dan proses ini terjadi pada pompa air pengisi.
• Proses 4 – 1 : Air bertekanan ini dinaikkan
temperaturnya hingga mencapai titik cair jenuh Lalu air
berubah wujud menjadi uap jenuh, setelah itu uap dipanaskan
lebih lanjut hingga uap mencapai temperature kerjanya
menjadi uap panas lanjut. Langkah ini adalah isobar
isothermis, dan terja didalam boiler.
Efisiensi siklus Rankine
Efisiensi siklus Rankine mengukur seberapa banyak energi
yang masuk ke dalam fluida kerja melalui boiler yang dikonversi
menjadi keluaran kerja netto. Efisiensi siklus Rankine dijelaskan
dalam bentuk rumus sebagai berikut :
η =�̇�𝑡
�̇�⁄ −
�̇�𝑝�̇�
⁄
�̇�𝑖𝑛�̇�
⁄
(2.1)
dimana :
�̇�𝑡�̇�
⁄ = Laju kerja yang dihasilkan per unit massa uap yang
melalui turbin
�̇�𝑝�̇�
⁄ = Tenaga masuk per unit massa yang melalui pompa
Laju kalor (heat rate) pada siklus Rankine
Laju kalor (heat rate) adalah jumlah energi yang ditambahkan
melalui perpindahan kalor ke dalam siklus, biasanya dalam Btu,
untuk menghasilkan satu unit keluaran kerja netto, biasanya dalam
7
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
kW-h. Oleh karena itu, laju kalor berbanding terbalik dengan
efisiensi thermal, memiliki satuan Btu/kW-h.
𝐻𝑒𝑎𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑒 = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑓𝑢𝑒𝑙 ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 (𝐵𝑡𝑢)
𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (𝑘𝑊−ℎ) (2.2)
Parameter lain yang digunakan untuk mengukur kinerja
pembangkit tenaga adalah rasio kerja balik (back work ratio) atau
bwr, yang didefinisikan sebagai rasio masukan kerja pompa
terhadap kerja yang dihasilkan oleh turbin. Melalui persamaan,
rasio kerja balik untuk siklus pembangkit tenaga adalah :
𝑏𝑤𝑟 =
�̇�𝑝
�̇�⁄
�̇�𝑡�̇�
⁄ (2.3)
Selain siklus Rankine ideal terdapat juga siklus uap lain yaitu
siklus regeneratif. Siklus ini merupakan salah satu metode untuk
meningkatkan efisiensi thermal dari pembangkit listrik tenaga uap
(PLTU) yaitu dengan cara meningkatkan temperatur rata-rata
fluida yang akan masuk ke dalam boiler. Peningkatan temperatur
ini dapat dilakukan dengan menggunakan suatu alat yang disebut
dengan feedwater heater.
2.2 Analisa Termodinamika
Meskipun peralatan – peralatan seperti turbin, pompa,
kompresor dan heat exchanger dapat dilakukan analisa system
tertutup terhadap laju aliran massa yang melewati peralatan
peralatan tersebut. Namun hal tersebut lebih mudah dilakukan
dengan menggunakan sudut pandang control volume. Control
volume merupakan suatu daerah yang akan dilakukan analisa
secara detail.
Dalam sistem teknik keadaan steady state merupakan keadaan
yang ideal yang berarti semua sifat tidak berubah seiring dengan
8
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
berubahnya waktu. Begitu juga dengan laju aliran massa laju serta
perpindahan energi oleh kalor dan kerja juga konstan terhadap
waktu, dengan demikian 𝑑𝐸𝑐𝑣
𝑑𝑡= 0.
Persamaan Energi dengan hukum Termodinamika:
Untuk enthalpy :
ℎ = 𝑢𝑡 + 𝑝𝑣 (2.4)
�̇�(ℎ𝑖𝑛 − ℎ𝑜𝑢𝑡) = �̇�𝑐𝑝((𝑢𝑖𝑛 + 𝑝𝑣𝑖𝑛) − (𝑢𝑖𝑛 + 𝑝𝑣𝑖𝑛))
�̇� − �̇� + �̇�(ℎ𝑖𝑛 − ℎ𝑜𝑢𝑡) = 0
(2.5)
(2.6)
Dimana: cp = kalor spesifik
T = temperatur
Hal diatas dijelaskan bahwa energi kinetik dan energi
potensial dapat diabaikan dikarenakan kecepatan aliran fluida yang
masuk sama dengan kecepatan aliran fluida yang keluar.
Sedangkan energi potensial diabaikan karena tidak ada pengaruh
ketinggian antara fluida di dalam sistem karena masih dalam
volume atur yang sama.
2.3 Perhitungan Sistem Pembangkit
Seperti halnya pada Rankine Cycle, hukum pertama maupun
kedua termodinamika dapat diterapkan untuk mengetahui
performa dari sistem powerplant. Untuk mendapatkan kerja output
9
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
dan meningkatkan efisiensi dapat ditentukan dengan menggunakan
hukum keseimbangan energi. Perpindahan energi ini dianggap
positif ke arah tanda panah. Perpindahan kalor yang tidak dapat
dihindari antara komponen pembangkit dan sekelilingnya
diabaikan untuk memudahkan analisis. Perubahan energi kinetik
dan potensial juga diabaikan. Dengan menggunakan penerapan
kesetimbangan laju massa dan energi pada volume atur dari tiap
bagian peralatan utama dapat dijelaskan sebagai berikut :
2.3.1 Analisa Turbin Uap
Turbin uap adalah alat yang mengekstraksi uap air yang
bertekanan menjadi kerja. Cara kerja pada turbin uap ini yaitu
fluida kerja berupa air yang mempunyai massa dan tekanan
dinaikkan temperaturnya dalam boiler sehingga berubah fase uap
panas lanjut (superheat) dan memiliki energi yang besar. Energi
dalam uap panas lanjut ini diekspansikan secara adiabatic
(isentropic) sehingga menjadi kerja. Setelah diekspansikan oleh
turbin, tekanan dan temperatur uap akan mengalami penurunan
karena energinya digunakan untuk menggerakkan sudu-sudu
turbin. Dengan analisa hukum thermodinamika pertama persamaan
energi pada turbin adalah :
𝑑𝐸𝑐𝑣
𝑑𝑡= �̇�𝑐𝑣 − �̇�𝑐𝑣 + ∑ �̇�𝑖 (𝒉𝒊 +
𝑽𝒊𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒊) − ∑ �̇�𝑒 (𝒉𝒆 +
𝑽𝒆𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒆)
Asumsi : 1. Steady state
2. ∆𝐸𝐾diabaikan
10
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
0(1)
3. ∆𝐸𝑃 diabaikan
4. Qcv= 0
Maka :
Balance massa
𝑑𝑀𝑐𝑣
𝜕𝑡= ∑ �̇�𝑖 − ∑ �̇�𝑜
�̇�𝑖 = 𝑦1′ . �̇�𝑖 + 𝑦2
′ . �̇�𝑖 + �̇�𝑜 = �̇� �̇�𝑖 = 𝑦1
′ . �̇�𝑖 + 𝑦2′ . �̇�𝑖 + (1 − 𝑦1
′ − 𝑦2′ )�̇�𝑖 = �̇�
Balance Energi
11
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
�̇�𝑐𝑣
�̇�= (𝒉𝒊 − 𝒉𝒆𝒙𝟏) + (𝟏 − 𝒚𝟏
′ )(𝒉𝒆𝒙𝟏 − 𝒉𝒆𝒙𝟐)
+(𝟏 − 𝒚𝟏′ − 𝒚𝟐
′ )(𝒉𝒆𝒙𝟏 − 𝒉𝒐)
(2.7)
2.3.2 Analisa Kondenser
Kondensor merupakan alat penukar panas yang berfungsi
mengkondensasi fluida kerja. Agar tidak mengurangi efisiensi
suatu pembangkit turbin uap, sejumlah uap yang telah digunakan
untuk menggerakan turbin harus dukembalikan dalam bentuk air
yang disebut kondensat. Uap yang keluar dari turbin tekanan
rendah terkondensasi menjadi air yang mengeluarkan panas laten
dari uap. Sebagai akibat dari kehilangan panas, uap hasil ekstrasi
dari turbin mula-mula didinginkan menjadi uap jenuh atau
campuran, kemudian mengembun berubah menjadi cair. Dengan
analisa hukum thermodinamika pertama persamaan energi pada
kondenser adalah :
𝑑𝐸𝑐𝑣
𝑑𝑡= �̇�𝑐𝑣 − �̇�𝑐𝑣 + �̇� (𝒉𝒊 +
𝑽𝒊𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒊) − �̇� (𝒉𝒐 +
𝑽𝒐𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒐)
Asumsi : 1. Steady state
2.∆𝐸𝐾diabaikan
3. ∆𝐸𝑃 diabaikan
4. �̇�𝑐𝑣 ≈ 0
12
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
0(1)
Maka :
Balance massa
𝑑𝑀𝑐𝑣
𝜕𝑡= ∑ �̇�𝑖 − ∑ �̇�𝑜
�̇�𝑖 = �̇�𝑜 = �̇�
Balance energi
�̇�𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟
�̇� = −
�̇�𝑐𝑣
�̇�= (𝒉𝒊 − 𝒉𝒐) (2.8)
2.3.2 Analisa Pompa
Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk
memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui
suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada
cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus.
Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan
antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge).
Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari
suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis
(kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan
dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran.
Pompa pada siklus rankine ini berfungsi untuk mengalirkan
dan menaikkan tekanan air kondensat yang telah di kondensasi
sampai tekanan operasi kerja high pressure turbine. Air kondensat
13
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
0(1)
ini selanjutnya dinaikkan temperaturnya pada boiler sehingga
memiliki tekanan dan temperatur yang cukup untuk menggerakkan
turbin. Poma ini bekerja secara isetropis dimana secara ideal tidak
terjadi perubahan entropi antara aliran masuk dan keluarnya.
𝑑𝐸𝑐𝑣
𝑑𝑡= �̇�𝑐𝑣 − �̇�𝑐𝑣 + �̇� (𝒉𝒊 +
𝑽𝒊𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒊) − �̇� (𝒉𝒐 +
𝑽𝒐𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒐)
Asumsi : 1. Steady state
2.∆𝐸𝐾diabaikan
3. ∆𝐸𝑃 diabaikan
4. pompa diisolasi
Maka :
Balance massa
𝑑𝑀𝑐𝑣
𝜕𝑡= ∑ �̇�𝑖 − ∑ �̇�𝑜
�̇�𝑖 = �̇�𝑜 = �̇�
Balance energi
𝑊𝑐𝑣̇ = �̇�(ℎ𝑖 − ℎ𝑜)
14
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑊𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎
�̇�= −
�̇�𝑐𝑣
�̇�= (ℎ𝑜 − ℎ𝑖)
(2.9)
2.3.2 Analisa Boiler
Boiler adalah suatu alat yang digunakan untuk dapat
menghasilkan uap bertekanan yang mempunyai temperatur tinggi,
dimana fluida kerjanya adalah air. Pada siklus rankine ideal, fluida
kerja menyelesaikan siklus ketika uap yang terkondensasi menjadi
cair, dipompakan kemudian dipanaskan sampai keadaan jenuh dan
diuapkan didalam boiler. Uap panas tersebut dapat dimanfaatkan
sebagai penggerak turbin untuk membangkitkan tenaga listrik.
Dengan analisa hukum thermodinamika pertama persamaan energi
pada boiler adalah :
𝑑𝐸𝑐𝑣
𝑑𝑡= �̇�𝑐𝑣 − �̇�𝑐𝑣 + ∑ �̇�𝑖 (𝒉𝒊 +
𝑽𝒊𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒊)
− ∑ �̇�𝑜 (𝒉𝒐 +𝑽𝒐
𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒐)
Asumsi : 1. Steady state
2. ∆𝐸𝐾diabaikan
3. ∆𝐸𝑃 diabaikan
4. �̇�𝑐𝑣 = 0
15
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
0(1)
Maka :
Balance massa
𝑑𝑀𝑐𝑣
𝜕𝑡= ∑ �̇�𝑖 − ∑ �̇�𝑜
�̇�𝑠𝑡−𝑖 = �̇�𝑠𝑡−𝑜 = �̇�
�̇�𝑟𝑒−𝑖 = �̇�𝑟𝑒−𝑜 = �̇�𝑟𝑒
Balance massa
�̇�𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 = �̇�𝑖𝑛 = �̇�𝑠𝑡(ℎ𝑠𝑡𝑜 − ℎ𝑠𝑡𝑖)
+ �̇�𝑟𝑒(ℎ𝑟𝑒𝑜 − ℎ𝑟𝑒𝑖)
(2.10)
2.4 Siklus Rankine Regenerative
Siklus Rankine regenerative adalah modifikasi siklus Rankine
dimana air sebagai fluida kerja dinaikkan temperaturnya dengan
memanfaatkan uap ekstraksi dari turbin sehingga kalor yang
dibutuhkan untuk memanaskan fluida kerja pada boiler berkurang.
Hal ini tentu saja akan menaikkan efisiensi siklus.
Regenerasi tidak hanya meningkatkan efisiensi siklus tetapi
juga salah satu cara deareasi. Dearasi yaitu menghilangkan kadar
oksigen dalam air yang bisa menyebabkan korosi pada jalur
16
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
perpipaan. Proses regenerasi umumnya dengan menggunakan alat
yang biasanya disebut feed water heater dengan prinsip kerja
seperti heat exchanger. Feed water heater ada 2 jenis yaitu tipe
terbuka dan tertutup. Open feed water heater atau bisa disebut
juga pemanas kontak langsung secara prinsip adalah sebuah
ruangan pencampur antara uap ekstraksi dengan fluida kerja (air).
Tipe selanjutnya adalah Close Feedwater Heater atau biasa disebut
pemanas sistem tertutup. Prinsip kerjanya adalah panas dari uap
ekstraksi dipindahkan ke air pengisi namun tanpa terjadi kontak
langsung
2.4.1 Siklus Closed Feed Water Heater
Untuk sebuah siklus tenaga uap regenerative yang memiliki
satu pemanas air pengisian tertutup, siklus ini, fluida kerja
mengalir secara isentropic melalui tingkat tingkat turbin dan
pompa, dan aliran yang melewati generator uap, condenser, dan
pemanas air pengisian terjadi tanpa adanya penurunan tekanan di
setiap komponen tersebut.
Gambar 2.2 Skema dan T-s Diagram Siklus Rankine dengan
Satu Closed Feed Water Heater
17
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Pada gambar 2.2 diatas, menunjukkan bahwa kondensat
dialirkan melalui sebuah pompa yang berfungsi memompa
kondensat ke depan hingga mencapai titik didalam siklus dengan
tekanan yang lebih tinggi.
Proses pada closed feedwater heater ini terjadi dengan
ekspansi tekanan yang cukup signifikan dengan entalphy yang
konstan atau dapat dikatakan entalphy pada keadaan 1 memiliki
nilai yang sama besar dengan entalphy pada keadaan 2. Fraksi dari
aliran total yang diekstraksi y dapat dihitung dengan menerapkan
prinsip-prinsip konservasi massa dan konservasi energi pada
volume atur di sekeliling pemanas tertutup. Dengan
mengasumsikan tidak terjadi perpindahan kalor antara pemanas air
pengisian dan lingkungan sekelilingnya dan mengabaikan efek
energi kinetik dan potensial, kesetimbangan laju massa dan energi
pada kondisi steady state dapat disederhanakan menjadi
𝑑𝐸𝑐𝑣
𝑑𝑡= �̇�𝑐𝑣 − �̇�𝑐𝑣 + �̇�𝑢𝑖𝑛
(𝒉𝒖𝒊𝒏+
𝑽𝒖𝒊𝒏
𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒖𝒊𝒏
)
+�̇�𝑓𝑤𝑖𝑛(𝒉𝒇𝒘𝒊𝒏
+𝑽𝒇𝒘𝒊𝒏
𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒇𝒘𝒊𝒏
)
18
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
0(1)
−�̇�𝑢𝑜𝑢𝑡(𝒉𝒖𝒐𝒖𝒕
+𝑽𝒖𝒐𝒖𝒕
𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒖𝒐𝒖𝒕
)
−�̇�𝒇𝒘_𝒐𝒖𝒕 (𝒉𝒇𝒘_𝒐𝒖𝒕 +𝑽𝒇𝒘_𝒐𝒖𝒕
𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒇𝒘_𝒐𝒖𝒕)
Asumsi : 1. Steady state
2. ∆𝐸𝐾diabaikan
3. ∆𝐸𝑃 diabaikan
4. �̇�𝑐𝑣 = 0
5. �̇�𝑐𝑣 = 0, Perpindahan panas
hanya
terjadi pada fluida
Maka :
Balance massa
𝑑𝑀𝑐𝑣
𝜕𝑡= ∑ �̇�𝑖 − ∑ �̇�𝑜
�̇�𝑢_𝑖𝑛 = �̇�𝑢_𝑜𝑢𝑡 = �̇�𝑒𝑘𝑠𝑡𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖
�̇�𝑓𝑤_𝑖𝑛 = �̇�𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡 = �̇�𝑚𝑎𝑖𝑛_𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚
19
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
0 = �̇�𝑒𝑘𝑠𝑡𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖(ℎ𝑢_𝑖𝑛 − ℎ𝑢_𝑜𝑢𝑡) + �̇�𝑚𝑎𝑖𝑛_𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚(ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡)
0 =�̇�𝑒𝑘𝑠𝑡𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖
�̇�𝑚𝑎𝑖𝑛_𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚
(ℎ𝑢_𝑖𝑛 − ℎ𝑢_𝑜𝑢𝑡) +�̇�𝑚𝑎𝑖𝑛_𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚
�̇�𝑚𝑎𝑖𝑛_𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚
(ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡)
0 = 𝑦′(ℎ𝑢_𝑖𝑛 − ℎ𝑢_𝑜𝑢𝑡) + (ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡)
Maka menyelesaikan y
𝑦′ = ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡
(ℎ𝑢_𝑜𝑢𝑡 − ℎ𝑢_𝑖𝑛)
(2.11)
Berdasarkan arah alirannya, closed feedwater heater
terdiri dari paralel flow dan counter flow. Perpindahan panas yang
terjadi pada feedwater heater adalah dimana energi dalam bentuk
panas dari fluida panas atau steam diterima oleh fluida dingin atau
water sehingga akan terjadi kesetimbangan energi seperti
persamaan dibawah ini :
𝑞𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = 𝑞𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟
�̇�𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚(ℎ𝑖 − ℎ𝑜) = �̇�𝑓𝑤(ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡 − ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛)
Sesuai hukum kedua thermodinamika tentang proses
reversible diketahui bahwa panas yang dilepas oleh steam tidak
diterima seratus persen oleh water sehingga feedwater heater
tersebut mempunyai efektifeness yaitu sesuai persamaan berikut :
20
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Ԑ =𝑞𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
𝑞𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚
Gambar 2.3 T-x Diagram pada Closed Feed Water Heater
Gambar diatas merupakan diagram perpindahan panas yang
terjadi pada feedwater heater. Perpindahan panas maksimal (qmax)
pada feedwater heater adalah selisih antara temperatur steam
dengan temperatur water dimana
𝑞𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 = 𝐶𝑚𝑖𝑛. (𝑇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚−𝑖𝑛 − 𝑇𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟−𝑖𝑛)
Dimana
𝐶𝑚𝑖𝑛 = perbandingan yang terkecil antara
𝐶𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 dan 𝐶𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟
𝐶𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = �̇�𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚. 𝐶𝑝𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚
𝐶𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 = �̇�𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟. 𝐶𝑝𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟
Sehingga efectifeness menjadi berikut :
21
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Ԑ =𝑞𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
𝐶𝑚𝑖𝑛. (𝑇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚−𝑖𝑛 − 𝑇𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟−𝑖𝑛) (2.12)
2.4.2 Siklus Feedwater Heater (Open Feed)
Untuk sebuah siklus tenaga uap regenerative yang memiliki
satu pemanas air pengisian terbuka, siklus ini, fluida kerja mengalir
secara isentropic melalui tingkat tingkat turbin dan pompa, dan
aliran yang melewati generator uap, condenser, dan pemanas air
pengisian terjadi tanpa adanya penurunan tekanan di setiap
komponen tersebut.
Gambar 2.4 Skema dan T-s Diagram Siklus Rankine dengan
Satu Open Feed Water Heater
Dari gambar 2.4 di atas, Energi yang di ekstraksi dapat
dihitung dengan menerapkan prinsip-prinsip konservasi massa dan
konservasi energi pada volume atur di sekeliling pemanas tertutup.
Dengan mengasumsikan tidak terjadi perpindahan kalor antara
pemanas air pengisian dan lingkungan sekelilingnya dan
mengabaikan efek energi kinetik dan potensial, kesetimbangan laju
massa dan energi pada kondisi steady state dapat disederhanakan
menjadi.
22
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
0(1)
𝑑𝐸𝑐𝑣
𝑑𝑡= �̇�𝑐𝑣 − �̇�𝑐𝑣 + ∑ �̇�𝑖 (𝒉𝒊 +
𝑽𝒊𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒊)
− ∑ �̇�𝑜 (𝒉𝒐 +𝑽𝒐
𝟐
𝟐+ 𝒈𝒛𝒐)
Asumsi : 1. Steady state
2. ∆𝐸𝐾diabaikan
3. ∆𝐸𝑃 diabaikan
4. �̇�𝑐𝑣 = 0
5. �̇�𝑐𝑣 = 0, Perpindahan
panas hanya
terjadi pada fluida
Balance massa
𝑑𝑀𝑐𝑣
𝜕𝑡= ∑ �̇�𝑖 − ∑ �̇�𝑜
�̇�𝑢_𝑖𝑛 + �̇�𝑓𝑤_𝑖𝑛 = �̇�𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡
23
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
0 = �̇�𝑢_𝑖𝑛(ℎ𝑢_𝑖𝑛) + �̇�𝑓𝑤_𝑖𝑛(ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛) − (�̇�𝑢_𝑖𝑛 + �̇�𝑓𝑤_𝑖𝑛)(ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡)
0 = �̇�𝑢_𝑖𝑛(ℎ𝑢_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡) + �̇�𝑓𝑤_𝑖𝑛(ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡)
0 =�̇�𝑢_𝑖𝑛
�̇�𝑓𝑤_𝑖𝑛
(ℎ𝑢_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡) +�̇�𝑓𝑤_𝑖𝑛
�̇�𝑓𝑤_𝑖𝑛
(ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡)
0 = 𝑦′(ℎ𝑢_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡) + (ℎ𝑓𝑤_𝑖𝑛 − ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡)
Maka menyelesaikan y
𝑦′ = (ℎ𝑓𝑤𝑖𝑛
− ℎ𝑓𝑤𝑜𝑢𝑡)
(ℎ𝑓𝑤_𝑜𝑢𝑡 − ℎ𝑢_𝑖𝑛)
(2.13)
2.4.3 Extraction Steam Turbine
Turbin uap adalah alat yang mengekstraksi uap air yang
bertekanan menjadi kerja. Jenis turbin uap terdiri dari berbagai
macam yaitu condensing turbine, back-pressure turbine, induction
turbine dan extraction turbine seperti yang ditunjukkan pada
gambar 2.5 di bawah ini :
24
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
(a) (b) (c) (d)
Gambar 2.5 (a) Condensing turbine (b) Back-pressure
turbine (c) Extraction turbine (d) Induction turbine
Extraction turbine memanfaatkan tekanan diantara
tekanan masuk turbin dengan tekanan keluaran utama turbine.
Tekanan ekstraksi ini akan digunakan untuk berbagai kebutuhan
proses industri. Pada Pembangkit listrik tenaga uap, tekanan
ekstraksi tersebut digunakan untuk memanaskan fluida kerja
sebelum masuk boiler. Proses pemanasan tersebut terjadi pada
feedwater heater.
Extraction steam turbine terdiri dari dua tipe yaitu steam
turbine dengan laju aliran massa uap yang dapat dikontrol
(automatic steam turbine extraction) dan steam turbine dengan
laju aliran massa uap yang tidak dapat dikontrol (uncntrolled steam
turbine extraction). Pada uncontrolled steam turbine terdapat
hubungan laju aliran massa yang keluar ekstraksi dengan tekanan
ekstraksi. Semakin besar tekanan ekstraksi yang di inginkan maka
semakin besar pula laju aliran massa steam yang keluar dari
ekstraksi tersebut. Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar 2.6 yaitu
hubungan antara tekanan ekstraksi dengan laju aliran massa.
25
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 2.6 Hubungan Antara Uncontrolled Stage Extraction
Versus Flow To Following Stage
2.4.4 Software Gate Cyle
Gate Cycle adalah software yang digunakan untuk
menganalisa unjuk kerja dari sebuah power plant. Gate Cycle
menggunakan proses termodinamika, perpindahan panas dan
mekanika fluida dalam menjalankan perhitungan simulasinya.
Gate cycle yang digunakan dalam penelitian ini adalahversi 5.4.1.r
tahun 2004.
Software ini dapat membuat sebuah pembangkit listrik dengan
desain yang kita inginkan ataupun sesuai template yang sudah
disediakan oleh Gate Cycle. Selain itu, kita juga dapat menentukan
properties yang akan bekerja pada tiap komponen dalam desain
26
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
pembangkit listrik tersebut. Hasil yang didapatkan dari software
Gate Cycle ini antara lain efisiensi, heat rate, load yang dihasilkan,
kadar polutan yang dilepas keudara, losses yang terjadi, konsumsi
bahanbakar, suhu, tekanan, kelembaban udara sekitar dan lain-lain.
Selain itu juga, kita dapat langsung mendapatkan grafik yang kita
inginkan hasil iterasi software Gate Cycle ini.
Selainitu, Gate cycle mempunyai proses yang disebut Cycle
Link,dimana proses ini digunakan untuk menentukan input dan
output parameter apa yang ingin diketahui dari power plant yang
telah dimodelkan sebelumnya.
Berikut ini adalah hasil dari pengerjaan dari software Gate
Cycle ditunjukkan oleh gambar 2.7 dibawah ini :
Gambar 2.7 Pemodelan Power Plant Sederhana Dan Display
Hasil Pengerjaan
2.5 Software Gate Cyle
27
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 2.8 Pengaruh Perbedaan Kerugian Ekstraksi Turbin
Uap Terhadap Efisiensi Internal Relative
Yong Li dan Chao Wang dalam Jurnalnya yang berjudul
“Study on The Effect of Regenerative System on Power Type
Relative Internal Efficiency of Nuclear Steam Turbine”
menyimpulkan bahwa perubahan nilai efisiensi suatu pembangkit
pasti terjadi ketika pada turbin uap dilakukan proses ekstraksi.
Perubahan beberapa bagian pada sebuah system regenerative
mengakibatkan perubahan pada jumlah aliran massa ekstraksi
turbin uap, perubahan ektraksi itu akan mengakibatkan daya turbin
dan pembakaran pada boiler berubah, dan akhirnya perubahan daya
pada turbin dan boiler mengakibatkan efisiensi internal relative
berubah. Sehingga dapat disimpulkan bahwa dalam melihat
perubahan efisiensi pembangkit juga perlu diperhatikan perubahan
efisiensi pada turbin uap serta boiler yang berada pada sistem,
dimana kesimpulan dari hal itu ditunjukkan pada gambar 2.8.
28
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
( a )
( b )
Gambar 2.7 (a) Nilai terbaik dari tekanan ekstraksi dari
turbin HP (b) Skema sistem pembangkit
M. M. Rashidi, A. Aghagoli, dan M. Ali dalam jurnal
penelitian yang berjudul “Thermodynamic Analysis of a Steam
Power Plant with Double Reheat and Feed Water Heaters”
menyimpulkan bahwa ketika tekanan HP turbin meningkat, entalpi
keluaran turbin menurun dan beban kalor condenser menurun
karena entalpi inlet dan outlet pada condenser konstan dan laju
aliran massa menurun. Dari gambar 2.8 a terlihat bahwa daya
turbin dan kalor bolier awalnya meningkat sampai maksimum dan
kemudian menurun karena tekanan inlet HP turbin meningkat. Hal
tersebut dapat diperhatikan bahwa penurunan entalpi lewat turbin
dan laju aliran massa ekstraksi meningkat seiring tekanan inlet HP
turbin meningkat, sehingga daya keluaran turbin meningkat.
Namun, akibat perubahan gradient garis uap jenuh, daya turbin
menurun dan hal tersebut menjelaskan perilaku dari efisiensi
termal yang mana meningkat dan kemudian menurun seiring
peningkatan tekanan ekstraksi turbin. Di dalam jumlah tertentu
29
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
aliran massa ekstraksi dari turbin HP ke HPH akan menaikkan nilai
efisiensi pembangkit sampai optimal namun akan semakin turun
karena bila terlalu banyak yang diekstraksi justru mengurangi
peforma dari turbin tersebut karena fungsi awal dari uap yang
untuk memutar turbin tidak tercapai optimal sehingga efisiensi
secara keseluruhan akan menurun.
v
31
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
BAB III
METODOLOGI
3.1 Sistematika Penelitian
Sistematika penelitian digunakan untuk mengetahui
gambaran umum tentang proses penelitian yang akan dilakukan.
Berikut ini merupakan gambaran umum sistematika penelitian
yang akan dilakukan.
START
Perumusan
Masalah
Study Literatur
Mencari data input semua komponen yang
dibutuhkan dari salah satu power plant
A
32
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Analisa Power Plant secara thermodinamika
dengan keadan normalPermodelan Power Plant dengan Gate Cycle
Keadaan NormalVariasi tekanan
ekstraksi
· Daya, Heat rate dan
Efisiensi thermal sistem
Power Plant normal
· Daya, Heat rate dan
Efisiensi thermal sistem
Power Plant dengan variasi
tekanan ekstraksi turbin
END
Kesimpulan
A
Gambar 3.1 Diagram alir langkah penelitian
3.2 Perumusan Masalah
Salah satu cara untuk mempermudah permahaman proses alur
pembangkit tenaga adalah dengan pembuatan PFD. Berikut ini
adalah Proses Flow Diagram (PFD) sebagai berikut :
33
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 3.2 Process Flow Diagram permodelan power plant
keadaan normal
34
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Dari skema diatas dapat digambarkan distribusi temperaturnya
pada T-S diagram pada gambar 3.3 sebagai berikut :
Gambar 3.3 Diagram T-S sistem powerplant kondisi normal
ideal
Untuk mempermudah proses variasi tekanan ekstraksi high
pressure turbine, maka dilakukan perubahan skema instalasi
Process Flow Diagram dari keadaan normal menjadi seperti
gambar dibawah ini :
35
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 3.4 Process Flow Diagram permodelan power plant
keadaan variasi ekstraksi tekanan 1
36
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Dengan skema instalasi process flow diagram dengan keadaan
variasi tekanan ekstraksi high pressure turbine maka dapat
digambarkan distribusi temperaturnya pada T-S diagram pada
gambar 3.5 sebagai berikut :
Gambar 3.5 Diagram T-S sistem powerplant kondisi variasi 1
ideal
37
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
3.3 Studi Literatur
Fuel
Air
Preheater
Burner
Reheater
Primarry
Superheater
Secondary
Superheater
Economizer
Steam
Drum
Ke
Cerobong
HP Turbin
IP Turbin LP Turbin 1 LP Turbin 2Generator
Condenser
Condenser Pump
FWH Pump
Boiler Feed
Pump
Deaerator
FWH 7
FWH 6
FWH 5
FWH 1
FWH 3
FWH 3
1
2
3
4
5 6
7
7"7'
8
9
10 11
12
1314
17
15
18
16
34
35
19
20
32
33
26
27
28
29
30
31
21
22
23
24
25
Gambar 3.6 Model pembangkit listrik tenaga uap
Model pembangkit yang digunakan adalah pembangkit listrik
410 MW Suralaya, dimana model tersebut menggunakan dua
turbin single case yang terdiri dari High Pressure Turbine (HP
Steam Turbine), Intermediate Pressure Turbine(IP Steam Turbin)
dan dua double flow turbine pada Low Pressure Turbine(LP Steam
Turbine). HP Turbine memiliki 1 main outlet yang kemudian
massa steam tersebut dibagi untuk pemanasan ulang (reheat) dan
untuk feedwater heater. IP Turbine memiliki 2 ekstraksi dan 1 main
outlet dimana ekstraksi 1 menuju feedwater heater 6 dan ekstraksi
2 menuju feedwater heater 5. Untuk tingkat low pressure, terdapat
2 LP Turbine dengan jenis double flow yang masing-masing
memiliki 3 ekstraksi dan 1 main outlet.
Pada gambar 3.3 grafik T-S diagram kondisi eksisting tiap
komponen tidak terjadi secara ideal karena peninjauan berdasarkan
software Gate Cycle. Komponen-komponen tersebut
disimulasikan berkerja di dalam kondisi riil sehingga terdapat
kehilangan atau losses.Selain itu, proses kompresi dan ekspansi
38
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
tidak dapat secara ideal isentropic dan juga proses penambahan dan
pelepasan panas tidak secara ideal isobar. Siklus pembangkit
tenaga uap menggunakan fluida kerja dua fase berupa cairan dan
uap air (steam).
Gambar 3.7 Diagram T-S aktual sistem powerplant kondisi
normal
Setelah merumuskan masalah studi literatur dalam sebuah
penelitian dilakukan untuk mendapatkan gambaran yang
menyeluruh tentang apa yang sudah dikerjakan orang lain dan
bagaimana orang mengerjakannya, kemudian seberapa berbeda
penelitian yang akan kita lakukan.
39
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
3.4 FlowChart Analisa Performa Termodinamika Powerplant
Start
Data :
· Steam turbin : P1, P2, P3, P3, P4,
P5, P6, P7, P8, P9, P10, P11, P12,
T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9,
T10, T11, T12
· Daya : 410000 KW
Mencari Entalphy,
Entrophy, Specific
volume
Menghitung kualitas keadaan 10 :
Menghitung kualitas keadaan 11 :
Menghitung kualitas keadaan 12 :
Menghitung entalphy keadaan 10 :
A
40
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Menghitung entalphy keadaan 11 :
Menghitung entalphy keadaan 12 :
Menghitung entalphy keluaran
pompa 1
:
A
Menghitung entalphy keluaran
pompa 2 :
Menghitung entalphy keluaran
pompa 3 :
Mencari fraksi massa FWH 6
Mencari fraksi massa FWH 7
B
41
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Mencari fraksi massa FWH 5
Mencari fraksi massa Daerator
B
Menghitung Kerja high pressure turbine
persatuan massa :
Menghitung Kerja intermediate pressure turbine persatuan massa :
Menghitung Kerja low pressure turbine 1 persatuan massa :
C
42
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Menghitung Kerja pompa 1 persatuan massa :
Menghitung Kerja pompa 2 persatuan massa :
Menghitung Kerja pompa 3 persatuan massa :
Menghitung panas yang dibutuhkan boiler persatuan
massa :
Menghitung Kerja low pressure turbine 2 persatuan massa :
C
D
43
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Menghitung laju aliran massa :
Menghitung efisiensi thermal siklus power plant :
Hasil Perhitungan :
· Daya netto power
plant
· Efisiensi thermal
powerplant
· Kalor yang dibutuhkan
boiler
End
D
Gambar 3.8 Flowchart perhitungan performa powerplant
44
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
3.5 Variasi Ekstraksi Uap dari High Pressure Turbine
High Pressure TurbineIntermediete Pressure Turbine
FWH 7FWH 6FWH 5
Boiler
Splitter
Reheat
P = 3961,89 kPa
T = 326,35 C
M = 36,78 kg/s
P = 3961,89 kPa
T = 326,35 C
M = 302,26 kg/s
P = 3961,89 kPa
T = 538 C
M = 302,26 kg/s
P = 16671 kPa
T = 538 C
M = 339,04 kg/s
P = 1833,8 kPa
T = 425 C
M = 15,27 kg/s
P = 1029,7 kPa
T = 332,77 C
M = 13,93 kg/s
P = 922,73 kPa
T = 322,16 C
M = 273,06 kg/s
Low Pressure Heater
Gambar 3.9 Kondisi awal ekstraksi turbin
Pada tugas akhir ini akan diteliti mengenai dampak dari variasi
tekanan ekstraksi steam pada High Pressure Turbine. Variasi
tekanan tersebut berpedoman pada standar dari General Electric.
Pembangkit Suralaya menggunakan sistem ekstraksi turbin
otomatis atau terkontrol sehingga estimasi variasi tekanan ekstraksi
steam yang akan dilakukan pada penelitian tugas akhir ini yaitu
dengan rasio tekanan 0,8 dari tekanan aliran uap main outlet. Pada
tingkatan selanjutnya dengan rasio tekanan maksimum adalah 0,8
dari variasi tekanan ekstraksi steam yang pertama.
Kondisi awal PLTU adalah untuk tekanan yang akan masuk
pada turbin HP sebesar 16771 kPa dengan laju aliran massa steam
1220540 kg/jam. Kemudian tekanan yang keluar dari main outlet
pada turbin HP sebesar 3961,98 kPa dan massa steam dibagi masuk
reheater sebesar 1063692 kg/jam serta untuk feedwater heater 7
sebesar 132749 kg/jam. Tekanan yang akan masuk pada turbin IP
sebesar 3961,98 kPa dengan laju aliran massa steam 1063692
kg/jam. Kemudian tekanan yang keluar dari ekstraksi 1 turbin IP
45
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
(feedwater heater 6) adalah 1833,8 kPa dengan laju aliran massa
steam 55042 kg/jam, tekanan yang keluar dari ekstraksi 2
(feedwater heater 5) turbin IP adalah 1029,7 kPa dengan laju aliran
massa steam 50182 kg/jam dan main outlet pada turbin IP sebesar
922,73 kPa dan laju aliran massa steam 979751 kg/jam.
Port 1Port 2Port 3Port 4
Main InletMain Outlet Steam Turbine
Gambar 3.10 Proses ekstraksi pada steam turbine
Pada tugas akhir ini, variasi tekanan ekstraksi turbin HP sesuai
dengan standar GE yaitu ekstraksi yang diijinkan untuk steam
turbine adalah 4 port ceratan dengan ratio pressure maksimal 0,8
antar port ceratan. Untuk variasi pertama yaitu port 4 yang
digunakan untuk memanaskan feedwater heater 7 dimana hanya
terdapat satu ekstraksi saja pada high pressure turbine dengan ratio
pressure 0,8 dari tekanan main outlet. Untuk variasi kedua yaitu
pada port 3 saja yang digunakan untuk memanaskan feedwater
heater 7 dimana hanya terdapat satu ekstraksi pada high pressure
turbine dengan ratio pressure 0,8 dari tekanan port 4. Untuk variasi
ketiga yaitu pada port 2 saja yang digunakan untuk memanaskan
feedwater heater 7 dimana hanya terdapat satu ekstraksi pada high
pressure turbine dengan ratio pressure 0,8 dari tekanan port 3.
Untuk variasi keempat yaitu pada port 1 saja yang digunakan untuk
memanaskan feedwater heater 7 dimana hanya terdapat satu
ekstraksi pada high pressure turbine dengan ratio pressure 0,8 dari
tekanan port 2. Dari variasi tersebut digambarkan pada gambar
46
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
3.11 dimana high pressure turbine ekstraksi dengan satu ekstraksi
dan tekanan dari ekstraksi tersebut divariasikan dengan pressure
ratio sebesar 0,8.
High Pressure TurbineIntermediete Pressure Turbine
FWH 6 FWH 7FWH 5
Boiler
V-2
Reheater
P = 3961,89 kPa
T = 326,35 C
M = 15,27 kg/s
P = 3961,89 kPa
T = 326,35 C
M = 286,99 kg/s
P = 3961,89 kPa
T = 538 C
M = 286,99 kg/s
P = 16671 kPa
T = 538 C
M = 339,04 kg/s
P Variasi
M = 36,78 kg/s
P = 1029,7 kPa
T = 349,77 C
M = 13,93 kg/s
P = 922,73 kPa
T = 335,16 C
M = 273,06 kg/s
Low Pressure Heater
P variasi 1 = 0,8 P main outlet
P variasi 2 = 0,8 P variasi 1
P variasi 3 = 0,8 P variasi 2
P variasi 4 = 0,8 P variasi 3
M = 10,71 kg/s
Gambar 3.11 Variasi tekanan ekstraksi turbin HP pada tugas
akhir
47
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Tabel 3.1 Variasi tekanan ekstraksi dan dampaknya pada
performa pembangkit
Pembangkit
Daya
netto
Efisisensi
Thermal
Heat
Rate
Netto
MW % kJ/MW hr
Variasi tekanan ekstraksi
1
Ratio pressure 0,8 dari
main outlet
( 4952,3 kPa)
Variasi tekanan ekstraksi
2
Ratio pressure 0,8 dari
ekstraksi 1
( 6190,3 kPa )
Variasi tekanan ekstraksi
1
Ratio pressure 0,8 dari
ekstraksi 2
( 7737,8 kPa )
Variasi tekanan ekstraksi
1
Ratio pressure 0,8 dari
ekstraksi 3
( 9672,2 kPa )
3.6 Pemodelan Powerplant dengan Gate Cycle Software
Adapun langkah-langkah dalam pemodelan dan simulasi
adalah sebagai berikut
1. Membuat model power plant sesuai dengan heat balance PLTU
seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.12 di bawah ini :
48
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 3.12 Permodelan dengan Gate Cycle
Software
2. Menjalankan Gate Cycle, masukkan properties yang dibutuhkan
kedalam masing-masing komponen seperti yang ditunjukkan oleh
tabel tabel 3.2 dibawah ini :
Gambar 3.13 Gate Cycle Software dengan hasil build
review
49
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Berikut ini data yang akan diinput :
Tabel 3.2 Tabel data input
No Komponen Metode Data
Input
Satuan
1 Boiler Desired Flow
Exit Temperatur
1220540
538
Kg/h oC
2 HP-Turbine Input Pressure
Exit Pressure
16671
3961,89
kPa
kPa
3 IP-Turbine Input Pressure
Pressure
Extraction 1
Pressure
Extraction 2
Exit Pressure
3961,89
1833,8
1029,7
922,73
kPa
kPa
kPa
kPa
4 LP-Turbine 1 Input Pressure
Pressure
Extraction 1
Pressure
Extraction 2
Pressure
Extraction 3
Exit Pressure
922,73
467,78
184,37
55,45
6
kPa
kPa
kPa
kPa
kPa
5 LP-Turbine 2 Input Pressure
Pressure
Extraction 1
922,73
467,78
184,37
24,37
kPa
kPa
kPa
kPa
50
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Pressure
Extraction 2
Pressure
Extraction 3
Exit Pressure
6 kPa
6 Condenser Operating
Pressure
6 kPa
7 Pump 1 (CEP-
1)
Desired Mass
Flow
Outlet Pressure
799848
467,78
kg/h
kPa
8 Pump 2 (CEP-
2)
Desired Mass
Flow
Outlet Pressure
121212
467,78
kg/h
kPa
9 Pump 3 (BFP-
1)
Desired Mass
Flow
Outlet Pressure
1220540
16671
kg/h
kPa
10 LP Heater 1
(FWH1)
Terminal
Temperatur
Differential
2,6 oC
11 LP Heater 2
(FWH2)
Terminal
Temperatur
Differential
1,2 oC
12 LP Heater 3
(FWH3)
Terminal
Temperatur
Differential
3 oC
13 Deaerator Simple Constant
Pressure
467,78 kPa
51
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
14 HP Heater 5
(FWH5)
Terminal
Temperatur
Differential
-2,4 oC
15 HP Heater 6
(FWH6)
Terminal
Temperatur
Differential
-2,8 oC
17 HP Heater 7
(FWH7)
Terminal
Temperatur
Differential
-4,6 oC
3. Menjalankan Gate Cycle, kemudian dicekapakah convergence atau
tidak. Jika tidak convergence, cek kembali list error dan ikuti
perintah yang terdapat di dalamnya.
4. Jika convergence, maka kita dapat mengetahui nilai daya yang
dihasilkan, heat rate, efisiensi serta data-data performa lain yang
dapat dihasilkan oleh power plant tersebut.
5. Melakukan permodelan saat kondisi variasi yaitu dengan ratio
pressure 0,8 dari setiap ekstraksi high pressure turbine.
52
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 3.14 Permodelan variasi tekanan ekstraksi high
pressure turbine
53
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 3.15 Permodelan normal
54
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 3.16 Simulasi hasil permodelan Gate Cycle Software
6. Setelah convergence pada semua kondisi yang dibutuhkan, model
tersebut sudah dapat digunakan untuk simulasi dengan
menggunakan proses Cycle Link dimana proses ini merupakan
hasil kerja dari Gate Cycle yang dituangkan dalam Microsoft Excel.
Dari hasil yang didapatkan pada permodelan software gate cycle
selanjutnya dianalisis lebih lanjut untuk menghitung kebutuhan
bahanbakar.
55
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
3.7 Flowchart Pemodelan dengan Gate Cycle Software
START
INPUT :
Pembuatan Pemodelan Power Plant
dengan Gate Cycle
Penginputan data serta metode yang
dibutuhkan pada setiap komponen
Power Pant
Running Gate
Cycle
Converged
Variasi i ≤ 3
No
No
Yes
Yes
A
56
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
END
Output :
· Efisiensi thermal Power Plant
· Power yang dihasilkan dalam keadaan
normal
· Kalor bahan bakar yang dibutuhkan
dalam keadaan normal
· Heat Rate Power Plant keadaan
normal
A
Gambar 3.17 Flowchart permodelan dengan Gate Cycle Software
v
57
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Dalam perancangan sistem pembangkit perlu diketahui data
awal sistem pembangkit tersebut. Hal ini dilakukan agar
mendapatkan efisiensi dan daya yang sesuai sistem pembangkit.
Berikut ini adalah data awal sistem pembangkit yang didapatkan
dari lapangan.
Tabel 4.1 Data-data awal sistem pembangkit yang digunakan
untuk melakukan perhitungan daya dan effisiensi
powerplant secara teoritis :
No Nama Komponen Fluida Kerja
1
Boiler Inlet Outlet
Flowrate kg/s 339,04 339,04
Temperature C 235,3 538
Entalphy kJ/kg 984,74 3397,17
2
Turbine 1 Inlet Outlet Outlet
(FWH 7)
Flowrate kg/s 339,04 302,16 36,88
Temperature C 538 340,8 340,8
Entalphy
kJ/kg
3397,17
3066,412
3066,412
3
Reheater Inlet Outlet
Flowrate kg/s 302,16 302,16
Temperature C 340,8 538
Entalphy kJ/kg 3066,412 3532,4
58
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
4
Turbine 2 Inlet Outlet Ekstraksi 1
(FWH 6)
Ekstraksi 2 (FWH
5)
Flowrate kg/s 302,16 272,43 15,29 13,94
Temperature C 538 332,8 425,9 334,8
Entalphy kJ/kg 3532,4 3122,93 3302,13 3123,77
5
Turbine 3 Inlet Outlet Ekstraksi 1 (Deaerator)
Ekstraksi 2(FWH 3)
Ekstraksi 3(FWH 2)
Flowrate kg/s 136,98 113,18 7,68 7,57 8,55
Temperature C 332,8 40,35 247,2 155,3 81,27
Entalphy kJ/kg 3122,93 2325,77 2957,97 2782,13 2597,49
6
Turbine 4 Inlet Outlet Ekstraksi 1 (Deaerator)
Ekstraksi 2(FWH 3)
Ekstraksi 3(FWH 1)
Flowrate kg/s 135,45 113,18 7,68 7,57 7,02
Temperature C 332,8 40,35 247,2 155,3 62,13
Entalphy kJ/kg 3122,93 2325,77 2957,97 2782,13 2486,54
7
Condensor Inlet Outlet
Flowrate kg/s 226,35 226,86
Temperature C 40,35 40,35
Entalphy
kJ/kg
2325,77
168,85
8
Feedwater Heater 1 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 226,86 226,86 7,02 30,71 23,69
Temperature C 40,35 58,55 62,13 61,01 64,11
Entalphy kJ/kg 168,85 245,01 2486,54 255,35 268,29
59
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
9
Feedwater Heater 2 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 257,57 257,57 8,55 23,69 15,14
Temperature C 58,55 77,22 81,27 64,11 82,77
Entalphy kJ/kg 245,01 323,26 2597,49 268,29 346,58
10
Feedwater Heater 3 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet
Flowrate kg/s 257,57 257,57 15,14 15,14
Temperature C 77,22 109,7 155,3 82,77
Entalphy kJ/kg 323,26 460,13 2782,13 346,58
11
Deaerator Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 257,57 339,04 15,37 66,1
Temperature C 109,7 147,5 247,2 153,1
Entalphy kJ/kg 460,13 633,46 2957,97 645,61
12
Feedwater Heater 5 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 339,04 339,04 13,94 66,1 52,16
Temperature C 147,5 174,7 332,8 153,1 180,2
Entalphy kJ/kg 633,46 749,44 3123,77 645,61 764,09
13
Feedwater Heater 6 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 339,04 339,04 15,29 52,16 36,88
Temperature C 174,7 203,1 435,9 180,2 208,6
Entalphy kJ/kg 749,44 873,37 3302,13 764,09 891,37
14 Feedwater Heater 7 Inlet Outlet
Ekstraksi Inlet
Ekstraksi Outlet
Flowrate kg/s 339,04 339,04 36,88 36,88
60
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Temperature C 203,1 246,3 340,8 208,6
Entalphy kJ/kg 873,37 1060,09 3066,41 891,37
Berikut ini adalah heat balance yang penulis dapat dari PLTU
Suralaya.
Gambar 4.1 Heat Balance di PLTU Suralaya
61
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar dibawah ini merupakan heat and mass balance yang
penulis gambarkan dalam bentuk PFD yang akan digunakan pada
software gate cycle.
Gambar 4.2 Process and Flow Diagram pada Sistem
Pembangkit
62
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Selain data-data diatas diperlukan data tambahan yang
diperoleh dari melihat tabel thermodinamika ataupun referensi
yang lain. Data-data pendukung lain pada sistem pembangkit
antara data heat balance PLTU Suralaya dengan PFD yang akan
dimodelkan pada software gate cycle dapat dilihat pada bagian
lampiran.
4.2 Flowchart Perhitungan
Setelah dilakukan perubahan tekanan ekstraksi high pressure
turbine, maka ada sejumlah properties yang mengalami perubahan
seperti tekanan ekstraksi dan temperatur ekstraksi. Dalam
perhitungan sistem pembangkit perlu diketahui data properties
sistem pembangkit tersebut. Hal ini dilakukan agar mendapatkan
efisiensi dan daya yang sesuai sistem pembangkit. Berikut ini
adalah data sistem pembangkit tersebut :
Tabel 4.2 Data-data sistem pembangkit yang telah dilakukan
perubahan tekanan ekstraksi dan digunakan
untuk melakukan perhitungan daya dan effisiensi
powerplant secara teoritis :
No Nama Komponen Fluida Kerja
1
Boiler Inlet Outlet
Flowrate kg/s 339,04 339,04
Temperature C 235,3 538
Entalphy
kJ/kg
984,74
3397,17
2 Turbine 1 Inlet Outlet
Ekstraksi 1 (FWH 7)
Flowrate kg/s 339,04 302,16 36,88
63
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Temperature C 538 340,8 340,8
Entalphy
kJ/kg
3397,17
3066,412
-
3
Reheater Inlet Outlet
Flowrate kg/s 302,16 302,16
Temperature C 340,8 538
Entalphy kJ/kg 3066,412 3532,4
4
Turbine 2 Inlet Outlet Ekstraksi 1
(FWH 6)
Ekstraksi 2 (FWH
5)
Flowrate kg/s 302,16 272,43 15,29 13,94
Temperature C 538 332,8 425,9 334,8
Entalphy kJ/kg 3532,4 3122,93 3302,13 3123,77
5
Turbine 3 Inlet Outlet Ekstraksi 1 (Deaerator)
Ekstraksi 2(FWH 3)
Ekstraksi 3(FWH 2)
Flowrate kg/s 136,98 113,18 7,68 7,57 8,55
Temperature C 332,8 40,35 247,2 155,3 81,27
Entalphy kJ/kg 3122,93 2325,77 2957,97 2782,13 2597,49
6
Turbine 4 Inlet Outlet Ekstraksi 1 (Deaerator)
Ekstraksi 2(FWH 3)
Ekstraksi 3(FWH 1)
Flowrate kg/s 135,45 113,18 7,68 7,57 7,02
Temperature C 332,8 40,35 247,2 155,3 62,13
Entalphy kJ/kg 3122,93 2325,77 2957,97 2782,13 2486,54
7
Condensor Inlet Outlet
Flowrate kg/s 226,35 226,86
Temperature C 40,35 40,35
64
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Entalphy
kJ/kg
2325,77
168,85
8
Feedwater Heater 1 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 226,86 226,86 7,02 30,71 23,69
Temperature C 40,35 58,55 62,13 61,01 64,11
Entalphy kJ/kg 168,85 245,01 2486,54 255,35 268,29
9
Feedwater Heater 2 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 257,57 257,57 8,55 23,69 15,14
Temperature C 58,55 77,22 81,27 64,11 82,77
Entalphy kJ/kg 245,01 323,26 2597,49 268,29 346,58
10
Feedwater Heater 3 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet
Flowrate kg/s 257,57 257,57 15,14 15,14
Temperature C 77,22 109,7 155,3 82,77
Entalphy kJ/kg 323,26 460,13 2782,13 346,58
11
Deaerator Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 257,57 339,04 15,37 66,1
Temperature C 109,7 147,5 247,2 153,1
Entalphy kJ/kg 460,13 633,46 2957,97 645,61
12
Feedwater Heater 5 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 339,04 339,04 13,94 66,1 52,16
Temperature C 147,5 174,7 332,8 153,1 180,2
Entalphy kJ/kg 633,46 749,44 3123,77 645,61 764,09
65
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
13
Feedwater Heater 6 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet Drain Inlet
Flowrate kg/s 339,04 339,04 15,29 52,16 36,88
Temperature C 174,7 - 435,9 - -
Entalphy kJ/kg 749,44 - 3302,13 - -
14
Feedwater Heater 7 Inlet Outlet Ekstraksi
Inlet Ekstraksi
Outlet
Flowrate kg/s 339,04 339,04 36,88 36,88
Temperature C 203,1 - 340,8 -
Entalphy kJ/kg 873,37 - 3066,41 -
Untuk mempermudah proses variasi tekanan ekstraksi high
pressure turbine, maka dilakukan perubahan skema instalasi
Process Flow Diagram dari keadaan normal menjadi seperti
gambar dibawah ini :
66
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 4.3 Process Flow Diagram permodelan power plant
keadaan variasi ekstraksi tekanan
4.3 Perhitungan Sistem Pembangkit Dengan menggunakan
Analisa Secara Termodinamika
Analisis efisiensi sistem powerplant secara thermodinamika
dilakukan pada sistem powerplant kondisi variasi ekstraksi 1
dengan tujuan crosscheck hasil efisiensi yang didapatkan pada
software gate cycle. Untuk mengetahui daya dan efisiensi dari
siklus maka harus diketahui properties pada setiap keadaan yang
masuk dan keluar komponen pada sistem pembangkit.
67
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
4.3.1 Menentukan Enthalphy Spesifik Pada Kondisi Utama
Dari Siklus Penelitian
Dengan menggunakan tabel A-4 dan interpolasi, penulis dapat
mengetahui nilai entalphy spesifik dari tekanan dan temperature
yang telah diketahui. Berikut ini merupakan tabel entalphy di setiap
keadaan.
Tabel 4.3 Data entalphy pada steam turbin
No
Komponen Tekanan
(P) kg/cm2
Tekanan (P) MPa
Temperatur (T) oC
Entalpi (h) kJ/kg
1 High
Pressure Turbine
Inlet 170 16,671 538 3397,17
Outlet 39,7 3,9618 340,8 3043,3
2
Intermediate
Pressure Turbine
Inlet 39,7 3,9618 538 3532,4
Ekstraksi 1 10,8 1,0591 332,1 3158,07
Outlet 9,41 0,9228 322,8 3122,93
3 Low
Pressure Turbine 1
Inlet 9,41 0,9228 332,8 3122,93
Ekstraksi 1 4,76 0,4667 247,2 2957,97
Ekstraksi 2 1,67 0,1637 155,3 2782,13
Ekstraksi 3 0,56 0,0549 81,27 -
Outlet 0,07 0,0068 40,35 -
4 Low
Pressure Turbine 2
Inlet 9,41 0,9228 332,8 3122,93
Ekstraksi 1 4,76 0,4667 247,2 2957,97
Ekstraksi 2 1,67 0,1637 155,3 2782,13
Ekstraksi 3 0,51 0,0500 62,13 -
Outlet 0,07 0,0068 40,35 -
68
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Dengan asumsi turbin bekerja secara isentropis 𝑠1 = 𝑠2, maka
temperatur dan enthalphy pada ekstraksi turbin 1 dapat diperoleh
sebagai berikut : 𝑠1 = 𝑠2 = 6,4 kJ/ kg oC dengan tekanan ekstraksi P = 4952,3 kPa Maka dari tabel A-4 dan interpolasi didapat : T = 355,27 oC
h = 3083,01 kJ/kg
4.3.1.1 Menentukan Kualitas Dan Entalphy Spesifik Keluaran
Ekstraksi 3 Turbin 3
Kualitas pada kondisi 10
Dengan menggunakan 𝑠10 = 𝑠9′ , kualitas pada kondisi 10 dapat
diperoleh sebagai berikut:
𝑥10 = 𝑠9
′ −𝑠𝑓10
𝑠𝑔10−𝑠𝑓10
𝑥10 = 7,401−1,12
7,561−1,12= 0.974
Dimana : 𝑥10 = kualitas pada keadaan 10
𝑠10 = entrophy pada keadaan 10
𝑠𝑓10 = entrophy cair jenuh pada keadaan 10
𝑠𝑔10 = entrophy uap jenuh pada keadaan 10
Entalphy spesifik pada ekstraksi 3 turbin 3
Dengan menggunakan tabel A-2 dan melakukan interpolasi maka
nilai entalphy cair jenuh pada tekanan 0,56 Kg/cm2 dengan
x=0,974 sebesar 2597,49 kJ/kg.
69
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
4.3.1.2 Menentukan Kualitas Dan Entalphy Spesifik Keluaran
Ekstraksi 3 Turbin 4
Kualitas pada kondisi 11
Dengan menggunakan 𝑠11 = 𝑠9", kualitas pada kondisi 11 dapat
diperoleh sebagai berikut:
𝑥11 = 𝑠11−𝑠𝑓11
𝑠𝑔11−𝑠𝑓11
𝑥11 = 7,401−1,091
7,593−1,091= 0.9704
Dimana : 𝑥11 = kualitas pada keadaan 11
𝑠11 = entrophy pada keadaan 11
𝑠𝑓11 = entrophy cair jenuh pada keadaan 11
𝑠𝑔11 = entrophy uap jenuh pada keadaan 11
Entalphy spesifik pada keluaran kondensor
Dengan menggunakan tabel A-2 dan melakukan interpolasi maka
nilai entalphy cair jenuh pada tekanan 0,51 Kg/cm2 dengan
x=0,9704 sebesar 2486,54 kJ/kg.
4.3.1.3 Menentukan Kualitas Dan Entalphy Spesifik Keluaran
Turbin 3 dan 4 Menuju Kondenser
Kualitas pada kondisi 12
Dengan menggunakan 𝑠12 = 𝑠11, kualitas pada kondisi 12 dapat
diperoleh sebagai berikut:
𝑥12 = 𝑠12−𝑠𝑓12
𝑠𝑔12−𝑠𝑓12
𝑥12 = 7,401−0,5448
8,2947−0,5448= 0.885
70
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Dimana : 𝑥12 = kualitas pada keadaan 12
𝑠12 = entrophy pada keadaan 12
𝑠𝑓12 = entrophy cair jenuh pada keadaan 12
𝑠𝑔12 = entrophy uap jenuh pada keadaan 12
Entalphy spesifik pada keluaran kondensor
Dengan menggunakan tabel A-2 dan melakukan interpolasi maka
nilai entalphy cair jenuh pada tekanan 0,07 Kg/cm2 dengan
x=0,885 sebesar 2310,6 kJ/kg.
4.3.2 Menentukan Entalphy pada Pompa
Pompa 1
Berikut adalah data yang dibutuhkan untuk menentukan
entalphy spesifik pada bagian keluaran pompa :
𝑃13 = 0,07Kg
cm2= 6.86 𝑘𝑃𝑎
𝑃14 = 4,76Kg
cm2= 466.79 𝑘𝑃𝑎
𝜈13 = 1,0075 𝑥 10−3 𝑚3
𝑘𝑔⁄
ℎ13 = 168,05 𝑘𝐽/𝑘𝑔
71
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
setelah mendapatkan data awal yang dibutuhkan, penulis dapat
diperoleh entalphy spesifik sebagai berikut:
Pompa diasumsikan bekerja secara internal reversible sehingga
(�̇�𝑝1
�̇�)
𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
= ∫ 𝑣 𝑑𝑝14
13
(�̇�𝑝1
�̇�)
𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
= ν13(𝑃14 − 𝑃13)
Dimana persamaan untuk kerja pada pompa adalah
�̇�𝑝1
�̇�= ℎ14 − ℎ13
Sehingga persamaan menjadi ℎ14 − ℎ13 = ν13(𝑃14 − 𝑃13)
ℎ14 = ℎ13 + ν13(𝑃14 − 𝑃13)
ℎ14 = 168,05𝑘𝐽
𝑘𝑔+ 1,0075 𝑥 10−3 𝑚3
𝑘𝑔⁄ (466,79 − 6,86) 𝑁𝑚2⁄
ℎ14 = 168,5134 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Pompa 2
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan
entalphy spesifik pada bagian keluaran pompa sebagai berikut
:
𝑃16 = 0,47 Kg/cm2 = 46.091 kPa
𝑃17 = 4,76 Kg/cm2 = 466.79 𝑘𝑃𝑎
Ѵ16 = 1,02 𝑥 10−3 𝑚3
𝑘𝑔⁄
ℎ16 = 255,48 𝑘𝐽/𝑘𝑔
72
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
setelah mendapatkan data awal yang dibutuhkan, penulis
dapat diperoleh entalphy spesifik sebagai berikut:
Pompa diasumsikan bekerja secara internal reversible
sehingga
(�̇�𝑝2
�̇�)
𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
= ∫ 𝑣 𝑑𝑝17
16
(�̇�𝑝2
�̇�)
𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
= ν16(𝑃17 − 𝑃16)
Dimana persamaan untuk kerja pada pompa adalah
�̇�𝑝2
�̇�= ℎ17 − ℎ16
Sehingga persamaan menjadi ℎ17 − ℎ16 = ν16(𝑃17 − 𝑃16) ℎ17 = ℎ16 + ѵ16(𝑃17 − 𝑃16)
ℎ17 = 255,48𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔+ 1,02 𝑥 10−3 𝑚3
𝑘𝑔⁄ (466.79 − 46.091) 𝑁𝑚2⁄
ℎ17 = 255,9091 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Pompa 3
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan
entalphy spesifik pada bagian keluaran pompa sebagai berikut
:
𝑃21 = 4.76Kg
cm2= 466.796 kPa
𝑃22 = 170Kg
cm2= 16671𝑘𝑃𝑎
73
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝜈21 = 1,0905 𝑥 10−3 𝑚
3
𝑘𝑔⁄
ℎ21 = 633,46 𝑘𝐽/𝑘𝑔
setelah mendapatkan data awal yang dibutuhkan, penulis
dapat diperoleh entalphy spesifik sebagai berikut:
(�̇�𝑝3
�̇�)
𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
= ∫ 𝑣 𝑑𝑝22
21
(�̇�𝑝3
�̇�)
𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
= ν21(𝑃22 − 𝑃21)
Dimana persamaan untuk kerja pada pompa adalah
�̇�𝑝3
�̇�= ℎ22 − ℎ21
Sehingga persamaan menjadi ℎ22 − ℎ21 = ν21(𝑃22 − 𝑃21)
ℎ22 = ℎ21 + ѵ21(𝑃22 − 𝑃21)
ℎ22 = 633,46 𝑘𝐽
𝑘𝑔+ 1,0905 𝑥 10−3 𝑚3
𝑘𝑔⁄ (16671 −
466,796) 𝑘𝑁𝑚2⁄
ℎ22 = 652,431 𝑘𝐽/𝑘𝑔
4.3.3 Perhitungan Properties Keluaran Feedwater Heater 6
Berikut adalah data untuk melakukan perhitungan terhadap
temperatur yang keluar dari feedwater heater 6 :
Ԑ = 0,801 T Drain Cooling Approach = 5 oC
Properties Steam
T inlet = 339,59 oC P inlet = 39,7 kg/cm2
Properties Water
T inlet = 174,7 oC �̇� = 1263677 kg/jam
P inlet = 170 kg/cm2
Temperatur maksimal water out = 339,59 oC
74
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Temperatur rata − rata water out = T max + T inlet
2
= 339,59 + 174,7
2
= 257,145 oC
= 530,145 K
Dari tabel A-6 incropera dan intepolasi water T = 530,145 K maka
Cpc = 4,98 kJ/kg.K
Kondisi hot steam mengalami perubahan fase sehingga Cph = ∞
Cc = �̇�. 𝐶𝑝𝑐 = 1263677 𝑘𝑔
𝑗𝑎𝑚
𝑗𝑎𝑚
3600 𝑠 4,98
𝑘𝐽
𝑘𝑔.𝐾 = 6293111,46
𝑘𝐽
𝑠.𝐾
Ch = �̇�. 𝐶𝑝ℎ = ∞ 𝑘𝐽
𝑠.𝐾
Sehingga Cmin = 6293111,46 𝑘𝐽
𝑠.𝐾
Ԑ = 𝑞𝑎𝑐𝑡
𝑞𝑚𝑎𝑥
Ԑ = �̇�.𝐶𝑝𝑐.(𝑇𝑐𝑜−𝑇𝑐𝑖)
𝐶𝑚𝑖𝑛.(𝑇h𝑖−𝑇𝑐𝑖)
Tco = Ԑ.𝐶𝑚𝑖𝑛.(𝑇h𝑖−𝑇𝑐𝑖)
�̇�.𝐶𝑝𝑐+ 𝑇𝑐𝑖
= 0,801.6293111,46
𝑘𝐽
𝑠.𝐾.(612,59𝐾−447,7𝐾)
1263677 𝑘𝑔
𝑗𝑎𝑚
𝑗𝑎𝑚
3600 𝑠 4,98
𝑘𝐽
𝑘𝑔.𝐾
+ 447,7𝐾
= 484,34 K
= 211,34 oC
Dengan menggunakan tabel A-2 dan melakukan interpolasi
maka nilai entalphy cair jenuh pada temperatur 211,34 oC sebesar
903,77 kJ/kg
Dengan selisih DCA = 5 oC maka Tho keluaran feedwater heater 6
adalah
Tho = Tci + 5 oC
= 174,7 oC + 5 oC
= 179,7 oC
75
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Dengan menggunakan tabel A-2 dan melakukan
interpolasi maka nilai entalphy cair jenuh pada temperatur 179,7 oC sebesar 761,92 kJ/kg
4.3.4 Perhitungan Properties Keluaran Feedwater Heater 7
Berikut adalah data untuk melakukan perhitungan terhadap
temperatur yang keluar dari feedwater heater 7 :
Ԑ = 0,832 T Drain Cooling
Approach = 5 oC
Properties Steam
T inlet = 355.27 oC P inlet = 49,5 kg/cm2
Properties Water
T inlet = 211,34 oC �̇� = 1263677 kg/jam
P inlet = 170 kg/cm2
Temperatur maksimal water out = 355,27 oC
Temperatur rata − rata water out = T max + T inlet
2
= 355,27 + 211,34
2
= 283,31 oC
= 556,31 K
Dari tabel A-6 incropera dan intepolasi water T = 556,31 oC maka
Cpc = 5,36 kJ/kg.K
Kondisi hot steam mengalami perubahan fase sehingga Cph = ∞
kJ/kg.K
Cc = �̇�. 𝐶𝑝𝑐 = 1263677 𝑘𝑔
𝑗𝑎𝑚
𝑗𝑎𝑚
3600 𝑠 5,36
𝑘𝐽
𝑘𝑔.𝐾
= 6773308,72 𝑘𝐽
𝑠.𝐾
Ch = �̇�. 𝐶𝑝ℎ = ∞ 𝑘𝐽
𝑠.𝐾
Sehingga Cmin = 6773308,72 𝑘𝐽
𝑠.𝐾
Ԑ = 𝑞𝑎𝑐𝑡
𝑞𝑚𝑎𝑥
Ԑ = �̇�.𝐶𝑝𝑐.(𝑇𝑐𝑜−𝑇𝑐𝑖)
𝐶𝑚𝑖𝑛.(𝑇h𝑖−𝑇𝑐𝑖)
76
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Tco = Ԑ.𝐶𝑚𝑖𝑛.(𝑇h𝑖−𝑇𝑐𝑖)
�̇�.𝐶𝑝𝑐+ 𝑇𝑐𝑖
= 0,832.186,36
𝑘𝐽
𝑠.𝐾.(628,27𝐾−484,34𝐾)
1263677 𝑘𝑔
𝑗𝑎𝑚
𝑗𝑎𝑚
3600 𝑠 5,36
𝑘𝐽
𝑘𝑔.𝐾
+ 484,34𝐾
= 553,4 K
= 280,4 oC
Dengan menggunakan tabel A-2 dan melakukan interpolasi
maka nilai entalphy cair jenuh pada temperatur 280,84 oC sebesar
1240,47 kJ/kg
Dengan selisih DCA = 5 oC maka Tho keluaran feedwater heater
6 adalah
Tho = Tci + 5 oC
= 211,34 oC + 5 oC
= 216,34 oC
Dengan menggunakan tabel A-2 dan melakukan interpolasi
maka nilai entalphy cair jenuh pada temperatur 216,34 oC sebesar
926,66 kJ/kg
4.3.5 Perhitungan Fraksi Massa Ekstraksi
Perhitungan fraksi massa ekstraksi dilakukan dengan
menggunakan hukumthermodinamika I dengan asumsi adiabatis,
energi kinetik dan energi potensial diabaikan serta tidak terdapat
kerja yang keluar masuk sistem
4.3.5.1 Menentukan fraksi massa pada Feedwater heater 7
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan fraksi
massa pada Feedwater heater 7 sebagai berikut:
Pada sisi steam
ℎ2 = 3083,01𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ26 = 926,66
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Pada sisi water
ℎ24 = 903,77𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ25 = 1240,47
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Berikut gambar control volume pada feedwater heater 7:
77
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan fraksi massa yang dibutuhkan pada feedwater heater
7 sebagai berikut:
𝑦1′ (ℎ2 − ℎ26) = ℎ25 − ℎ24
𝑦1′ =
ℎ25−ℎ24
ℎ2−ℎ26
𝑦1′ =
1240,47−903,77
3085,12−926,66= 0,105
4.3.5.2 Menentukan fraksi massa pada Feedwater heater 6
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan fraksi
massa pada Feedwater heater 6 sebagai berikut:
Pada sisi steam/drain
ℎ4 = 3302,13𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ28 = 761,92
𝑘𝐽
𝑘𝑔
ℎ27 = 926,66 𝑘𝐽
𝑘𝑔
Pada sisi water
ℎ23 = 749,44𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ24 = 903,77
𝑘𝐽
𝑘𝑔
ℎ2
ℎ24 ℎ25
ℎ26
𝑦1′
𝑦1′
78
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Berikut gambar control volume pada feedwater heater 7:
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan fraksi massa yang dibutuhkan pada feedwater heater
6 sebagai berikut:
𝑦2′ (ℎ4 − ℎ28) + 𝑦1
′ (ℎ27 − ℎ28) = ℎ24 − ℎ23
𝑦2′ =
(ℎ24−ℎ23)−𝑦1′(ℎ27−ℎ28)
ℎ4−ℎ28
𝑦2′ =
(903,77−749,44)−0,1503(926,66−791,92)
(3302,13−761,92)
𝑦2′ =
38,38−5,89
550,5
𝑦2′ = 0,053
4.3.5.3 Menentukan fraksi massa pada Feedwater heater 5
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan fraksi
massa pada Feedwater heater 5 sebagai berikut:
Pada sisi steam
ℎ6 = 3123,77 𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ29 = 761,92
𝑘𝐽
𝑘𝑔
ℎ30 = 645,61𝑘𝐽
𝑘𝑔
ℎ4
ℎ23 ℎ24
ℎ28
𝑦2′
ℎ27
𝑦1′
𝑦1′ + 𝑦2
′
𝑦2′
79
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Pada sisi Water
ℎ22 = 633,46𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ23 = 749,44
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Berikut gambar control volume pada feedwater heater 5:
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan fraksi massa yang dibutuhkan pada feedwater heater
5 sebagai berikut:
𝑦3′ (ℎ6 − ℎ30) + (𝑦1
′ +𝑦2′ )(ℎ29 − ℎ30) = ℎ23 − ℎ22
𝑦3′ =
(ℎ23−ℎ22)−(𝑦1′+𝑦2
′)(ℎ29−ℎ30)
ℎ6−ℎ30
𝑦3′ =
(749,44−633,46)−(0,1503 +0,053)(761,92−645,61)
3123,77−645,61
𝑦3′ =
115,98−23,64
2478,16
𝑦3′ = 0,03679
4.3.5.4 Menentukan fraksi massa pada Deaerator
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan fraksi
massa pada Deaerator sebagai berikut:
Pada sisi steam
ℎ8 = 706,5𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
ℎ6
ℎ22 ℎ23
ℎ30
𝑦3′
ℎ29
𝑦1′ + 𝑦2
′
𝑦2′
𝑦1′ + 𝑦2
′ + 𝑦3′
𝑦2′
80
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Pada sisi Drain Inlet
ℎ31 = 109,9𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
Pada sisi Water
ℎ20 = 109,9𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
Keluaran
ℎ21 = 109,9𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
Berikut gambar Control Volume pada feedwater heater 4:
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan fraksi massa yang dibutuhkan pada feedwater heater
4 sebagai berikut:
(𝑦1′ + 𝑦2
′ + 𝑦3′ )(ℎ31 − ℎ21) + 𝑦4
′(ℎ8 − ℎ21) = (1 − 𝑦1′ − 𝑦2
′ −𝑦3
′ − 𝑦4′)(ℎ21 −
ℎ20)
𝑦4′(ℎ21 − ℎ20) + 𝑦4
′(ℎ8 − ℎ21) = (1 − 𝑦1′ − 𝑦2
′ − 𝑦3′ )(ℎ21 −
ℎ20) − (𝑦1′ + 𝑦2
′ +𝑦3
′ )(ℎ31 − ℎ21)
𝑦4′ =
(1−(𝑦1′+𝑦2
′+𝑦3′))(ℎ21−ℎ20)−(𝑦1
′+𝑦2′+𝑦3
′)(ℎ31−ℎ21)
(ℎ21−ℎ20)+(ℎ8−ℎ21)
81
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑦4
′ =
(1−(0,1503+0,053+0,0367))(151,3−109,9)−(0,1503+0,059+0,0367)(154,2−151,3)
(151,3−109,9)+(706,5−151,3)
𝑦4′ =
31,2156−0,7134
596,6
𝑦4′ = 0,05113
4.3.5.5 Menentukan fraksi massa pada Feedwater heater 3
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan fraksi
massa pada Feedwater heater 3 sebagai berikut:
Pada sisi steam
ℎ9 = 2782,13𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ32 = 346,58
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Pada sisi water
ℎ19 = 323,26𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ20 = 460,13
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Berikut gambar Control Volume pada feedwater heater 3:
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan fraksi massa yang dibutuhkan pada feedwater heater
3 sebagai berikut:
𝑦5′ (ℎ9 − ℎ32) = (1 − 𝑦1
′ − 𝑦2′ − 𝑦3
′ − 𝑦4′)(ℎ20 − ℎ19)
𝑦5′ =
(1−𝑦1′−𝑦2
′ −𝑦3′−𝑦4
′ )(ℎ20−ℎ19)
ℎ9−ℎ32
82
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑦5′ =
(1−0,105−0,053−0,0367−0,05113)(460,13−323,26)
2782,13−346,58= 0,0424
4.3.5.6 Menentukan fraksi massa pada Feedwater heater 2
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan fraksi
massa pada Feedwater heater 2 sebagai berikut:
Pada sisi steam
ℎ10 = 2597,49𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ34 = 268,29
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
ℎ33 = 346,58 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
Pada sisi water
ℎ18 = 245,01𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔 ℎ19 = 323,26
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
Berikut gambar Control Volume pada feedwater heater 2 :
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan fraksi massa yang dibutuhkan pada feedwater heater
2 sebagai berikut:
𝑦6′ (ℎ10 − ℎ34) + 𝑦5
′ (ℎ33 − ℎ34) = (1 − 𝑦1′ − 𝑦2
′ − 𝑦3′ −
𝑦4′)(ℎ19 − ℎ18)
𝑦6′ =
(1−𝑦1′−𝑦2
′−𝑦3′−𝑦4
′)(ℎ19−ℎ18)−𝑦5′ (ℎ33−ℎ34)
(ℎ10−ℎ34)
𝑦6′ =
(1−0,105−0,053−0,0367−0,05113)(323,26−245,01)−0,0424(346,58−268,29)
2597,49−268,29
83
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑦6
′ =59,014−3,319
2329,2
𝑦6′ = 0,0239
4.3.5.7 Menentukan fraksi massa pada Feedwater heater 1
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menentukan fraksi
massa pada Feedwater heater 1sebagai berikut:
Pada sisi steam
ℎ11 = 2486,54𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ16 = 255,35
𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ35 =
268,29 𝑘𝐽
𝑘𝑔
Pada sisi water
ℎ14 = 168,85𝑘𝐽
𝑘𝑔 ℎ15 = 245,01
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Berikut gambar Control Volume pada feedwater heater 1 :
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan fraksi massa yang dibutuhkan pada feedwater heater
1 sebagai berikut:
𝑦7′ (ℎ11 − ℎ16) + (𝑦6
′ + 𝑦5′ )(ℎ35 − ℎ16) = (1 − 𝑦1
′ − 𝑦2′ − 𝑦3
′ − 𝑦4′ −
𝑦5′ − 𝑦6
′ −𝑦7
′ )(ℎ15 − ℎ14)
𝑦7′ =
(1−𝑦1′−𝑦2
′−𝑦3′ −𝑦4
′−𝑦5′−𝑦6
′)(ℎ15−ℎ14)−(𝑦6′+𝑦5
′ )(ℎ35−ℎ16)
(ℎ11−ℎ16)+(ℎ15−ℎ16)
84
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑦7′ =
(1−0,105−0,053−0,0367−0,05113−0,0424−0,0239(245,01−168,85)−(0,02180+0,0562)(268,29−255,35)
(2486,54−255,35)+(245,01−168,85)
𝑦7′ =
52,3882−1,00464
2307,35
𝑦7′ = 0,0223
4.3.6 Menghitung Daya Turbin
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menghitung
daya yang dihasilkan oleh turbin sebagai berikut:
Steam turbin 1
ℎ1 = 3397,17 𝐾𝐽/𝑘𝑔
ℎ2 = 3083,01 𝐾𝐽/𝑘𝑔
ℎ3 = 2988,12𝐾𝐽/𝑘𝑔
𝑦1′ = 0,105
Berikut gambar control volume pada steam turbin 1 :
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan daya yang dihasilkan pada steam turbin 1 per unit
massa sebagai berikut:
85
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑊𝑇1
�̇�= (ℎ1 − ℎ2) + (1 − 𝑦1
′ )(ℎ2 − ℎ3)
𝑊𝑇1
�̇�= (3397,17 − 3083,01) + (1 −
0,105)(3083,01 − 3043,3)
𝑊𝑇1
�̇�= 349,7
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Steam turbin 2
Entalphy yang akan masuk dan keluar pada steam turbin 2
ℎ5 = 3532,4 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ6 = 3158,07 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ7 = 3122,93 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Fraksi massa pada ekstraksi steam turbin 2
𝑦1′ = 0,105
𝑦2′ = 0,053
𝑦3′ = 0,0367
Berikut gambar control volume pada steam turbin 2 :
86
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan daya yang dihasilkan pada steam turbin 2 per unit
massa sebagai berikut:
𝑊𝑇2
�̇�= (1 − 𝑦1
′ − 𝑦2′ )(ℎ5 − ℎ6) + (1 − 𝑦1
′ − 𝑦2′ −
𝑦3′ )(ℎ6 − ℎ7)
𝑊𝑇2
�̇�= (1 − 0,105 − 0,053)(3532,4 − 3158,07) + (1 −
0,105 − 0,053 − 0,0367)(3158,07 − 3122,93)
𝑊𝑇2
�̇�= 316,28 + 28,087
𝑊𝑇2
�̇�= 343,47 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Steam turbin 3 (LP_1)
Entalphy yang akan masuk dan keluar pada steam turbin 3
ℎ7" = 3122,93 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
ℎ8" = 2957,97 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
ℎ9" = 2782,13 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
ℎ10 = 2597,49 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
ℎ12" = 2310,6 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
Fraksi massa pada ekstraksi steam turbin 3
𝑦1′ = 0,105
𝑦2′ = 0,053
𝑦3′ = 0,0367
𝑦4′ = 0,05113
𝑦5′ = 0,0424
𝑦6′ = 0,0239
Berikut gambar control volume pada steam turbin 3 :
87
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan daya yang dihasilkan pada steam turbin 3 per
unit massa sebagai berikut: 𝑊𝑇3
�̇�= (
1−𝑦1′−𝑦2
′ −𝑦3′
2) (ℎ7" − ℎ8") +
(1−𝑦1
′−𝑦2′−𝑦3
′−𝑦4′
2) (ℎ8" − ℎ9")+
(1−𝑦1
′−𝑦2′−𝑦3
′−𝑦4′−𝑦5
′
2)(ℎ9" −
ℎ10)+(1−𝑦1
′−𝑦2′−𝑦3
′−𝑦4′−𝑦5
′
2− 𝑦6
′ )(ℎ10 − ℎ12")
𝑊𝑇3
�̇�= (
1−0,105−0,053−0,0367
2) (3122,93 − 2957,97) +
(1−0,105−0,053−0,0367−0,05113
2) (2957,97 −
2782,13) +
(1−0,105−0,053−0,0367−0,05113−0,0422
2) (2782,13 −
2597,49) +
(1−0,105−0,053−0,0367−0,05113−0,0562
2−
0,0239)(2597,49 − 2310,6) 𝑊𝑇3
�̇�= 65,523 + 65,379 + 62,882 + 91,105
𝑊𝑇3
�̇�= 284,889 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Steam turbin 4 (LP_2)
Entalphy yang akan masuk dan keluar pada steam turbin 4
ℎ7′ = 3122,93 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ8′ = 2957,97 𝑘𝐽/𝑘𝑔
88
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
ℎ9′ = 2782,13 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ11 = 2486,54 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ12′ = 2310,6 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Fraksi massa pada ekstraksi steam turbin 4
𝑦1′ = 0,105
𝑦2′ = 0,053
𝑦3′ = 0,0367
𝑦4′ = 0,05113
𝑦5′ = 0,0424
𝑦7′ = 0,0223
Berikut gambar control volume pada steam turbin 4 :
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan daya yang dihasilkan pada steam turbin 4 per
unit massa sebagai berikut:
𝑊𝑇4
�̇�= (
1−𝑦1′ −𝑦2
′−𝑦3′
2) (ℎ7′ − ℎ8′) + (
1−𝑦1′−𝑦2
′ −𝑦3′ −𝑦4
′
2) (ℎ8′ −
ℎ9′)+ (1−𝑦1
′−𝑦2′−𝑦3
′−𝑦4′−𝑦5
′
2)(ℎ9′ −
ℎ11)+(1−𝑦1
′−𝑦2′ −𝑦3
′−𝑦4′−𝑦5
′
2− 𝑦7
′ )(ℎ11 − ℎ12′)
𝑊𝑇4
�̇�= (
1−0,105−0,053−0,0367
2) (3122,93 − 2957,97) +
(1−0,105−0,053−0,0367−0,05113
2) (2957,97 − 2782,13) +
(1−0,105−0,053−0,0367−0,05113−0,0424
2) (2782,13 −
89
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
2486,54) + (
1−0,105−0,053−0,0367−0,05113−0,0424
2−
0,0223)(2486,54 − 2310,6)
𝑊𝑇4
�̇�= 65,523 + 65,379 + 85,017 + 55,049
𝑊𝑇4
�̇�= 270,968 𝑘𝐽/𝑘𝑔
4.3.7 Menghitung Daya Pompa
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menghitung daya
yang dibutuhkan oleh pompa sebagai berikut:
Pompa 1
Entalphy fluida pada sisi inlet dan outlet
ℎ13 = 168,05 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ14 = 168,5134 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Fraksi massa
𝑦1′ = 0,105
𝑦2′ = 0,053
𝑦3′ = 0,0367
𝑦4′ = 0,05113
𝑦5′ = 0,0562
𝑦6′ = 0,0218
𝑦7′ = 0,033099
Berikut gambar control volume pada pompa 1 :
90
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan daya yang dibutuhkan oleh pompa 1 per unit
massa sebagai berikut:
𝑊𝑝1
�̇�= (1 − 𝑦1
′ − 𝑦2′ − 𝑦3
′ − 𝑦4′ − 𝑦5
′ − 𝑦6′ − 𝑦7
′ )(ℎ14 −
ℎ13)
𝑊𝑝1
�̇�= (1 − 0,105 − 0,053 − 0,0367 − 0,05113 −
0,0562 − 0,0218 − 0,033099)(168,5134 −168,05)
𝑊𝑝1
�̇�= 0,6621 𝑥 0,4634
𝑊𝑝1
�̇�= 0,3068 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Pompa 2
Entalphy fluida pada sisi inlet dan outlet
ℎ16 = 255,48 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ17 = 255,9091 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Fraksi massa yang dibutuhkan pada feedwater heater 1,2,
dan 3
𝑦5′ = 0,0562
1 − 𝑦1′ − 𝑦2
′ − 𝑦3′
−𝑦4′ − 𝑦5
′ − 𝑦6′ − 𝑦7
′
+
1 − 𝑦1′ − 𝑦2
′ − 𝑦3′
−𝑦4′ − 𝑦5
′ − 𝑦6′ − 𝑦7
′
+
91
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑦6
′ = 0,0218
𝑦7′ = 0,033099
Berikut gambar control volume pada pompa 2 :
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan daya yang dibutuhkan oleh pompa 2 per unit
massa sebagai berikut :
𝑊𝑝2
�̇�= (𝑦5
′ + 𝑦6′ + 𝑦7
′ )(ℎ17 − ℎ16)
𝑊𝑝2
�̇�= (0,0562 + 0,0218 + 0,033099)(255,9091 −
255,48)
𝑊𝑝2
�̇�= 0,1101 𝑥 0,4291
𝑊𝑝2
�̇�= 0,0456 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Pompa 3
Entalphy fluida pada sisi inlet dan outlet
ℎ12 = 633,46 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ13 = 652,431 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Berikut gambar control volume pada pompa 3 :
𝒚𝟓′ + 𝒚𝟔
′ + 𝒚𝟕′
𝒚𝟓′ + 𝒚𝟔
′ + 𝒚𝟕′
92
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan daya yang dibutuhkan oleh pompa 3 per unit
massa sebagai berikut:
𝑊𝑝3
�̇�= (ℎ13 − ℎ12)
𝑊𝑝3
�̇�= (652,431 − 633,46)
𝑊𝑝3
�̇�= 18,971 𝑘𝐽/𝑘𝑔
4.3.8 Menghitung Kalor yang Dibutuhkan Boiler
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menghitung
kalor yang dibutuhkan oleh boiler sebagai berikut:
Entalphy fluida kerja pada sisi inlet dan outlet serta fraksi massa
ℎ1 = 3397,17 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑦1′ = 0,105
ℎ25 = 984,74 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑦2′ = 0,053
ℎ3 = 3066,412 𝑘𝐽/𝑘𝑔
ℎ5 = 3532,4 𝑘𝐽/𝑘𝑔
93
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan penulis dapat
menentukan daya yang dibutuhkan oleh boiler per unit massa
sebagai berikut:
�̇�𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟
�̇�= (ℎ1 − ℎ25)+ (1 − 𝑦1
′ − 𝑦2′ )(ℎ5 − ℎ3)
�̇�𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟
�̇�= (3397,17 − 984,74)+ (1 − 0,105 − 0,053 )(3532,4 −
3066,412)
�̇�𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟
�̇� = 2978,418 kJ/kg
4.3.9 Menghitung Effisiensi Thermal Dari Sistem Powerplant
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menghitung
effisiensi thermal dari sistem powerplant tersebut sebagai berikut:
Daya yang dihasilkan oleh steam turbin
𝑊𝑇1
�̇�= 349,7 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑊𝑇2
�̇�= 343,47 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑊𝑇3
�̇�= 284,889 𝑘𝐽/𝑘𝑔
94
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑊𝑇4
�̇�= 270,968 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Daya total Turbin
𝑊𝑇𝑡𝑜𝑡
�̇�=
𝑊𝑇1
�̇�+
𝑊𝑇2
�̇�+
𝑊𝑇3
�̇�+
𝑊𝑇4
�̇�
𝑊𝑇𝑡𝑜𝑡
�̇�= 349,7 + 343,47 + 284,889 + 270,968
𝑊𝑇𝑡𝑜𝑡
�̇�= 1249,027 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Daya yang dibutuhkan oleh pompa
𝑊𝑝1
�̇�= 0,3068 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑊𝑝2
�̇�= 0,0456 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑊𝑝3
�̇�= 18,971 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Daya total pompa
𝑊𝑃𝑡𝑜𝑡
�̇�=
𝑊𝑃1
�̇�+
𝑊𝑃2
�̇�+
𝑊𝑃3
�̇�
𝑊𝑃𝑡𝑜𝑡
�̇�= 0,3068 + 0,0456 + 18,971
𝑊𝑃𝑡𝑜𝑡
�̇�= 19,3234 kJ/kg
Kalor yang dibutuhkan oleh boiler dan reheat
�̇�𝑖𝑛
�̇�= 2878,418 kJ/kg
Dengan menggunakan nilai-nilai diatas, effisiensi thermal
adalah :
95
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝜂 = 𝑊𝑇𝑡𝑜𝑡
�̇� −
𝑊𝑃𝑡𝑜𝑡�̇�
�̇�𝑖𝑛�̇�
x 100%
𝜂 = 1249,027
𝑘𝐽
𝑘𝑔−19,3234
kJ
kg
2978,418kJ
kg
𝜂 = 0,4102
4.3.10 Menghitung Daya Netto Dari Sistem Powerplant
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menghitung
effisiensi thermal dari sistem powerplant tersebut sebagai berikut:
Daya yang dihasilkan oleh steam turbin
𝑊𝑇1
�̇�= 349,7 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑊𝑇2
�̇�= 343,47 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑊𝑇3
�̇�= 284,889 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑊𝑇4
�̇�= 270,968 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Daya total Turbin
𝑊𝑇𝑡𝑜𝑡
�̇�=
𝑊𝑇1
�̇�+
𝑊𝑇2
�̇�+
𝑊𝑇3
�̇�+
𝑊𝑇4
�̇�
𝑊𝑇𝑡𝑜𝑡
�̇�= 349,7 + 343,47 + 284,889 + 270,968
𝑊𝑇𝑡𝑜𝑡
�̇�= 1249,027 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Daya yang dibutuhkan oleh pompa
𝑊𝑝1
�̇�= 0,3068 𝑘𝐽/𝑘𝑔
96
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
𝑊𝑝2
�̇�= 0,0456 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑊𝑝3
�̇�= 18,971 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Daya total pompa
𝑊𝑃𝑡𝑜𝑡
�̇�=
𝑊𝑃1
�̇�+
𝑊𝑃2
�̇�+
𝑊𝑃3
�̇�
𝑊𝑃𝑡𝑜𝑡
�̇�= 0,3068 + 0,0456 + 18,971
𝑊𝑃𝑡𝑜𝑡
�̇�= 19,3234 kJ/kg
Diketahui main steam pada boiler adalah :
�̇� = 1220540 𝐾𝑔
ℎ𝑟
Jadi daya netto yang dihasilkan sistem powerplant adalah :
Daya Netto = �̇� (𝑊𝑇𝑡𝑜𝑡
�̇�−
𝑊𝑃𝑡𝑜𝑡
�̇� )
Daya Netto = 1220540 𝐾𝑔
ℎ𝑟
ℎ𝑟
3600 (1249,027
𝑘𝐽
𝑘𝑔− 19,3234 kJ/kg )
Daya Netto = 416917,3422 kW
4.3.11 Menghitung Heat Rate Dari Sistem Powerplant
Adapun data awal yang dibutuhkan untuk menghitung heat
rate dari sistem powerplant tersebut sebagai berikut:
Dari Appendix A-1 The Greenhouse Gases, Regulated Emissions,
and Energy, National Laboratory, Argonne, IL, released August
26, 2010
LHV coal = 26479 kJ/kg �̇�𝑏𝑏 = 38,1 kg/s
97
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Daya Netto = 416917,3422 kW
Heat Rate = �̇�𝑏𝑏 . 𝐿𝐻𝑉
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟
Heat Rate = 38,1
𝑘𝑔
𝑠 3600𝑠
ℎ𝑟 (26479
𝑘𝑗
𝑘𝑔)
416917,3422 𝑘𝑊
Heat Rate = 8807,52 kJ/ kW-hr
4.4 Pemodelan Sistem Pembangkit Dengan Variasi Tekanan
Ekstraksi 4952,3 kPa Dengan Menggunakan
Software Gate Cycle
Sebelum menganalisa PLTU dengan menggunakan software
Gatecycle, model Powerplant dibangun berdasarkan data eksisting
pembangkit PLTU Suralaya
Gambar 4.4 Pemodelan Sistem pembangkit dengan ektraksi
tekanan high pressure turbine 4952,3 kPa Dengan
Menggunakan Software Gate Cycle
Pada sistem pembangkit diatas menggunakan acuan yang
telah penulis buat berdasarkan PFD pada sistem pembangkit di
98
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Suralaya. Pemodelan diatas telah mengalami perubahan jalur
perpipaan yaitu pada bagian ekstraksi high pressure turbine.
Perubahan tersebut dilakukan dimana pada kondisi normal tidak
terdapat ekstraksi turbine. Tekanan ekstraksi tersebut di variasikan
dengan pressure ratio sebesar 0,8 dari tekanan main outlet. Setelah
menyusun komponen dan mengisi data properties, maka dapat
diketahui daya yang dikeluarkan serta effisiensi yang dapat dicapai
pada sistem pembangkit dengan menggunakan software gate cycle
tersebut.
Pada pemodelan diatas didapatkan daya sebesar 407,873
MW dengan effisiensi sebesar 40,428%. Adapun variabel yang
dibuat tetap pada pemodelan diatas adalah temperature keluaran
dari boiler sebesar 538 C dan laju aliran massa yang sama dengan
keadaan sistem pembangkit dalam keadaan normal yaitu 1220540
kg/hr. hal ini menunjukkan bahwa jika dilakukan tekanan ekstraksi
yang masuk pada feedwater heater 7, maka daya yang dihasilkan
pada sistem pembangkit mengalami penurunan serta effisiensi
pada sistem tersebut mengalami kenaikan yang tidak signifikan
dari pemodelan sistem pembangkit normal. Hal ini disebabkan
tekanan ekstraksi high pressure turbine yang meningkat, dimana
secara kerja isentropis yaitu dimana tekanan ekstraksi maka
temperatur keluaran ekstraksi turbin juga meningkat. Ketika
temperatur steam semakin tinggi saat memasuki feedwater heater
7 dan efectiveness dianggap konstan, maka temperatur water yang
akan masuk boiler akan semakin meningkat serta kalor yang
dibutuhkan pada boiler menurun karena beda temperature inlet
yang masuk pada boiler yang tidak sama dengan kondisi normal.
Berikut ini data yang dihasilkan pada sistem pembangkit
dengan menggunakan software gate cycle adalah:
99
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Tabel 4.4 Komparasi data hasil simulasi pada software gate
cycle di setiap komponen pada kondisi variasi tekanan
ekstraksi 1 dengan perhitungan secara thermodinamika
No
Nama
Komponen Satuan
Hasil
Gate Cycle
Analisa
Thermodinamika
1
Steam
Turbine 1 kW 117193
118562
2
Steam
Turbine 2 kW 116503
116450
3
Steam
Turbine 3 kW 96686
96588
4
Steam
Turbine 4 kW 91767
91868
5 Pump 1 kW -120,51 -104,017
6 Pump 2 kW -15,85 -15,46
7 Pump 3 kW -6744,2 -6431,93
8 Boiler kJ/kG 1008850 975898
9 Effisiensi % 40,32 41,03
10 Net Power kW 407873 416917
11 Heat Rate
kJ/kW-
hr 8927,32 8807,52
Tabel diatas merupakan hasil perhitungan secara detail pada
tiap komponen dengan menggunakan gate cycle. Perhitungan tiap
komponen tersebut digunakan sebagai komparasi terhadap
perhitungan manual secara analisis termodinamika. Dari hasil
perhitungan gate cycle dengan perhitungan analisa
thermodinamika terdapat selisih yang tidak terlalu signifikan. Dari
perbedaan nilai diatas penulis dapat membuat dan mengetahui
selisih suatu sistem pembangkit dengan daya 410 MW antara
metode perhitungan secara thermodinamika dengan pemodelan
menggunakan software gate cycle. Adapun selisih perhitungan
tersebut terjadi dikarenakan oleh beberapa hal yaitu pada software
gate cycle, laju aliran massa yang tidak bisa disetting sesuai dengan
keadaan aktualnya dan penulis mengambil langkah dengan
100
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
menetapkan keluaran daya pada sistem pembangkit sama dengan
data aktual yaitu 410 MW.
Adapun efisiensi yang didapatkan pada perhitungan
thermodinamika berdasarkan data yang didapatkan dari PLTU
Suralaya adalah 41,03 %, sedangkan efisiensi dari hasil simulasi
yang dilakukan pada gate cycle adalah 40,22 %. Dari hasil yang
telah kita dapatkan diatas, adanya selisih antara perhitungan
thermodinamika dari data PLTU Suralaya dengan hasil simulasi
pada software gate cycle yang disebabkan oleh beberapa faktor
antara lain:
1. Penyettingan (adjustment) semua komponen di sistem
pembangkit pada pemodelan gate cycle tidak dapat dilakukan
dengan keadaan aktual yang ada dilapangan.
2. Laju aliran massa pada gate cycle tidak dapat disetting sama
dengan keadaan aktual di PLTU Suralaya.
3. Efisiensi pada masing-masing komponen di sistem pembangkit
yang tidak penulis ketahui. Hal ini mempengaruhi hasil simulasi
yang didapat pada gate cycle.
Setelah melihat delta entalphy pada masing-masing komponen
di sistem pembangkit di software gate cycle dan aktual di PLTU
Suralaya terlihat bahwa perbedaan delta entalphynya sangat kecil.
Sehingga penulis menyimpulkan penggunaan pemodelan sistem
pembangkit dengan menggunakan software gate cycle dapat
digunakan. Hal ini dilakukan untuk mempermudah pengerjaan
selanjutnya untuk memodelkan sistem pembangkit dengan variasi
tekanan ekstraksi high pressure turbine.
Tabel 4.5 Data hasil simulasi dari berbagai keadaan variasi
dengan menggunakan software Gate Cycle
No Nama Komponen Satuan Normal
Variasi 1
Variasi 2
Variasi 3
Variasi 4
1 Steam Turbine 1 kW 118969 117193 110647 109742 109160
2 Steam Turbine 2 kW 115641 116503 116628 117197 116739
101
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
3 Steam Turbine 3 kW 95213 96686 98603 97010 96130
4 Steam Turbine 4 kW 95569 91767 92193 91647 92054
6 Pump 1 kW -121,47 -120,51 -121,73 -120,81 -
120,21
7 Pump 2 kW -17,83 -15,85 -15,85 -15,85 -15,85
8 Pump 3 kW -6732,5 -6744,2 -6345,3 -6314,2 -6294
9 Boiler kJ/kG 1019440 1008850 995610 988991 985019
10 Effisiensi % 40,22 40,32 40,50 40,53 40,54
11 Net Power kW 410012 407873 403226 400833 399370
12 Heat Rate kJ/kW-hr 8950,94 8927,32 8888,8 8882,42 8879,1
Tabel 4.6 merupakan hasil perhitungan secara detail pada
tiap komponen dengan menggunakan gate cycle. Perhitungan tiap
komponen tersebut dihitung melalui balance massa dan balance
energy sesuai thermodinamika. Dari hasil tabel diatas diketahui
bahwa terjadi penurunan daya pada steam turbine 1 (high pressure
turbine). Penurunan daya pada high pressure turbine ini terjadi
dikarenakan oleh massa ektraksi uap dan selisih entalphy antara
steam yang masuk turbin dengan ektraksi turbin sesuai hukum
thermodinamika pertama. Oleh karena itu dengan adanya proses
ektraksi dan selisih entalpi akibat adanya proses ekstraksi akan
menurunkan energi sisa untuk memutar turbin karena uap sisa yang
diguanakan turbin berkurang. Untuk daya pompa, intermediete
pressure turbine dan low pressure turbine cenderung konstan
karena proses ekstraksi yang dilakukan tetap sehingga massa dan
selisih entalpi konstan. Sehingga proses ekstraksi pada steam
turbine menyebabkan turunnya daya sistem pembangkit. Dari tabel
diatas juga kita ketahui bahwa proses ekstraksi akan menurunkan
kebutuhan bahan bakar pada boiler sehingga efisiensi siklus yang
dihasilkan akan terus naik sementara heat rate akan berkurang.
4.5 Analisa Pembangkit dengan Variasi Tekanan Ekstraksi
High Pressure Turbine
102
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 4.5 Variasi tekanan ekstraksi uap dari turbin HP
Proses selanjutnya adalah menganalisa sistem PLTU
dengan memvariasikan tekanan ekstraksi pada turbin HP yang
akan menuju FWH 7. Variasi yang dilakukan berdasarkan aturan
standar GE General Electric) dengan jenis ekstraksi yang berlaku
pada turbin HP adalah seperti di gambar 4.5.Tahap penting pertama
yang harus dilakukan adalah mengatur variasi tekanan ekstraksi
uap yang diambil dari turbin HP untuk dialirkan menuju FWH7.
Ratio pressure tekanan ektraksi uap dari turbin HP tersebut
berdasarkan acuan dari uap utama yang keluar dari turbin HP.
Kombinasi nilai variasi tekanan ekstraksi yang menuju FWH7
dapat dilihat seperti pada tabel berikut:
Keterangan :
- Pipa merah kondisi eksisting - Pipa biru perubahan kondisi dengan variasi - Tekanan yang divariasikan adalah pipa biru nomer 2
Variasi :
1. Ratio Pressure 0,8 dari main outlet 2. Ratio Pressure 0,8 dari variasi 1 3. Ratio Pressure 0,8 dari variasi 2 4. Ratio Pressure 0,8 dari variasi 3
103
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Tabel 4.6 Nilai variasi tekanan ekstraksi dari turbin HP
Nama Variasi
Nilai Tekanan Ekstraksi Yang Masuk FWH 7
Keterangan
Eksisting 3861,89 kPa Main outlet
Var 1 3961,89 kPa / 0,8 = 4952,3 kPa
Ratio Pressure 0,8 dari tekanan main outlet high pressure turbine
Var 2 4952,3 kPa / 0,8 = 6190,3 kPa
Ratio Pressure 0,8 dari tekanan
ekstraksi variasi 1
Var 3 6190,3 kPa / 0,8 = 7737,8 kPa
Ratio Pressure 0,8 dari tekanan
ekstraksi variasi 2
Var 4 7737,8 kPa / 0,8 = 9672,25 kPa
Ratio Pressure 0,8 dari tekanan
ekstraksi variasi 3
Gambar 4.6 merupakan bagian pembangkit yang diidentifikasi
berikut dengan nilai entalpi, tekanan, dan temperature tiap titik
tersebut.
Gambar 4.6 Bagian system pembangkit yang ditinjau
104
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Tabel 4.7 Properti yang diperoleh dari Gatecycle
berdasarkan 4 titik yang ditinjau
1. Steam masuk turbine 2. FWH 7
Massa Tekanan Temper
atur Entalpi Massa Tekanan Temperatur Entalpi
1179756 16671 538 3397,17 128736 4952,3 356,58 3083,01
1111428 16671 538 3397,17 54000 6190,3 386,96 3139,13
1105380 16671 538 3397,17 54000 7737,8 418,81 3194,11
1101528 16671 538 3397,17 54000 9672,2 450,93 3248,18
3. FWH 6 4. Water masuk boiler
Massa Tekanan Temper
atur Entalpi Massa Tekanan Temperatur Entalpi
38556 3961,89 326,35 3032,69 117975
6 16671 250,12 1086,04
38556 3961,89 326,35 3032,69 111142
8 16671 219,4 944,96
38556 3961,89 325,57 3030,67 110538
0 16671 220,86 951,51
38556 3961,89 324,8 3028,65 110152
8 16671 221,97 956,52
Tabel diatas adalah data yang didapat dari setiap kondisi variasi
setelah dilakukan running pada software Gatecycle. Kemudian,
nilai daya netto, heat rate tiap pembangkit dari hasil variasi
ekstraksi uap diperoleh berdasarkan data hasil pemodelan
pembangkit pada program gatecycle. Diketahui bahwa dengan
massa ekstraksi yang hampir sama tetapi dengan semakin
tingginya tekanan yang masuk high pressure turbine maka
temperatur yang keluar feedwater semakin tinggi. Hal ini
disebabkan sesuai kerja turbin secara isentropis bahwa semakin
tinggi keluaran ekstraksi turbin maka semakin besar pula
temperatur ekstraksi tersebut. Dengan semakin tingginya
temperatur dan tekanan sehingga entalpi yang masuk feedwater
heater sesuai persamaan perpindahan panas �̇�𝑐 . 𝐶𝑝𝑐. (𝑇𝑐𝑜 −𝑇𝑐𝑖) = �̇�ℎ(ℎℎ𝑖 − ℎℎ𝑜) sehingga temperatur feedwater keluaran
feedwater heater akan semakin tinggi.
105
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 4.7 Diagram T-s sistem pembangkit setelah
dilakukan proses variasi tekanan ekstraksi high pressure
turbine
Gambar diatas adalah perubahan titik pada proses variasi
yang dimana dalam keadaan normal steam yang masuk FWH 7
adalah 3961,89 kPa dan setelah dilakukan proses variasi dengan
tekanan masuk FWH 7 sebesar 4952,3 kPa sehingga juga terjadi
perubahan temperatur inlet boiler.
106
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
4.6 Bar Chart Beda Daya Serta Effisiensi Sistem Pembangkit
Di Berbagai Kondisi Pada Pemodelan Gate Cycle
Gambar 4.8 Bar chart beda daya yang terjadi pada tiap
keadaan dengan Pemodelan Gate Cycle
Gambar 4.8 merupakan tren grafik daya pembangkit
karena pengaruh tekanan ekstraksi uap dari turbin HP. Gambar
tersebut dilihat bahwa tren grafik adalah landai dengan nilai daya
tertinggi dihasilkan pada pembangkit dengan variasi tekanan
ekstraksi 3961,89 kPa yaitu 400,01 MW dan grafik terus landai
sampai pada variasi tekanan ekstraksi 9672,3 kPa dengan daya
yang dihasilkan sebesar 399,37 MW.
390
395
400
405
410
415
NormalVariasi 1
Variasi 2Variasi 3
Variasi 4
410,01
406,83
403,79
400,83
398,25
MW
Daya Pembangkit
107
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 4.9 Posisi Ekstraksi pada turbin HP
Proses ekstraksi uap dari turbin HP untuk FWH7 dan
FWH6 berdasarkan skema pada Gambar 4.9. Berdasarkan
persamaan 2.7, hal yang paling berperan didalam turunnya daya
yang dihasilkan pembangkit adalah adanya massa ektraksi uap dan
selisih entalphy antara steam yang masuk turbin dengan ektraksi
turbin. Dimana 𝑊𝑡 = (�̇�)(ℎ𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 − ℎ𝑓𝑤ℎ7) + (�̇� −
�̇�. 𝑦1′ )(ℎ𝑓𝑤ℎ7 − ℎ𝑜𝑢𝑡) membuktikan bahwa dengan adanya nilai
𝑦1′ dan naiknya ℎ𝑓𝑤ℎ7 akan menurunkan energi sisa untuk memutar
turbin karena uap sisa yang diguanakan turbin berkurang. Misalnya
variasi tekanan ektraksi uap 3961,89 kPa, dimana uap ekstraksi
yang masuk FWH7 secara isentropis maka temperatur yang masuk
FWH7 adalah sebesar 340,8 0C dengan laju aliran massa 36,88
kg/s. Apabila dihitung berdasarkan persaman tersebut daya yang
dihasilkan adalah sebesar 410012,4067 kW. Sedangkan, tekanan
uap diekstraksi untuk FWH7 adalah sebesar 9672,3 kPa maka daya
yang dihasilkan adalah sebesar 399370 kW. Berdasarkan dua
perhitungan tersebut dapat diketahui bahwa daya yang dihasilkan
untuk variasi ekstraksi tekanan 3961,89 kPa lebih besar daripada
variasi 9672,3 kPa.
𝑦1′ 𝑦2
′ 1 − 𝑦1′ − 𝑦2
′
108
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 4.10 Bar chart Effisiensi sistem pembangkit yang
terjadi pada tiap keadaan dengan Pemodelan Gate Cycle
Gambar 4.10 merupakan tren grafik effisiensi pembangkit
karena pengaruh tekanan ekstraksi uap dari turbin HP. Dari gambar
tersebut dilihat bahwa tren grafik adalah landai dengan nilai
effisiensi yang dihasilkan pada pembangkit dengan variasi tekanan
ekstraksi 3961,89 kPa yaitu 40,22% dan grafik terus naik secara
landai sampai pada variasi tekanan ekstraksi 9672,3 kPa dengan
effisiensi yang dihasilkan sebesar 40,54%.
40
40,1
40,2
40,3
40,4
40,5
40,6
NormalVariasi 1
Variasi 2Variasi 3
Variasi 4
40,2240,32
40,5 40,53 40,54
η
Effisiensi Pembangkit
109
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 4.11 kondisi sebelum masuk boiler yang terjadi pada
tiap keadaan variasi dengan Pemodelan Gate Cycle
Pada gambar 4.11 dengan berdasarkan persamaan 2.1, hal yang
menyebabkan effisiensi sistem pembangkit meningkat adalah
temperatur water sebelum memasuki boiler telah memiliki
temperatur yang lebih tinggi yang menyebabkan turunnya kalor
yang masuk pada boiler. Dimana 𝜂 = 𝑊𝑡+𝑊𝑝
𝑄𝑖𝑛 membuktikan
bahwa dengan turunnya Qin akan menaikkan effisiensi. Misalnya
variasi tekanan ektraksi uap 3961,89 kPa, dimana uap ekstraksi
yang masuk FWH7 secara isentropis maka temperatur yang masuk
FWH7 adalah sebesar 340,8 0C dengan laju aliran massa 36,88
kg/s. Apabila dihitung berdasarkan persaman tersebut, maka
effisiensi pembangkit tersebut adalah 40,22%. Sedangkan, tekanan
uap yang diekstraksi untuk FWH7 adalah sebesar 9672,3 kPa maka
effisiensi pembangkit tersebut adalah 40,54%. Berdasarkan dua
perhitungan tersebut dapat diketahui bahwa effisiensi yang
dihasilkan untuk variasi ekstraksi tekanan 9672,3 kPa lebih besar
daripada variasi 3961,89 kPa.
110
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Gambar 4.12 Bar chart Heat Rate yang terjadi pada tiap
keadaan dengan Pemodelan Gate Cycle
Gambar 4.12 merupakan tren grafik Heat Rate pembangkit
karena pengaruh tekanan ekstraksi uap dari turbin HP. Gambar
tersebut dilihat bahwa tren grafik adalah landai dengan nilai Heat
Rate tertinggi dihasilkan pada pembangkit dengan variasi tekanan
ekstraksi 3961,89 kPa yaitu 8950,94 kJ/ kW-hr dan grafik terus
turun secara landai sampai pada variasi tekanan ekstraksi 9672,3
kPa dengan heat rate yang dihasilkan sebesar 8880,26 kJ/ kW-hr.
Tren grafik Heat rate dapat terbentuk menurut pola seperti pada
gambar 4.11 karena berdasarkan persamaan heat rate = (�̇�𝑓𝑢𝑒𝑙 . 𝐿𝐻𝑉𝑓𝑢𝑒𝑙)
𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟𝑁𝑒𝑡𝑡𝑜. Heat rate yang memilki nilai terbaik adalah yang
memiliki nilai rendah. Artinya penggunaan bahan bakar untuk
proses pembakaran di boiler terjadi secara efektif dan daya yang
dihasilkan optimal untuk pemakaian sejumlah bahan bakar
tersebut. Nilai heat rate diawali dari variasi tekanan ekstraksi
3961,8 kPa yaitu sebesar 8950,94 kJ/ kW-hr. Kemudian, tren nilai
heat rate landai dari variasi tekanan ekstraksi 4952,3 kPa sebesar
8927,32 kJ/ kW-hr sampai dengan variasi tekanan ekstraksi 9672,2
8840
8860
8880
8900
8920
8940
8960
NormalVariasi 1
Variasi 2Variasi 3
Variasi 4
8950,94
8927,32
8888,298882,42
8880,26
kJ/ kW-hr
Heat Rate
111
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
kPa sebesar 8820,26 kJ/kW. Tren grafik dari 3961,8 kPa sampai
9672,2 kPa landai karena, berdasarkan persamaan heat rate
dimana temperatur yang masuk pada feedwater heater 7 dengan
kondisi 3961,8 kPa lebih rendah jika dibandingkan dengan kondisi
9672,2 kPa. Sehingga dengan effektifeness feedwater heater yang
sama, maka itemperature water setelah melewati feedwater heater
7 dengan kondisi 9672,2 kPa akan memiliki temperatur sebelum
masuk boiler yang tinggi sehingga kalor yang dibutuhkan boiler
untuk memanaskan water akan berkurang.
4.7 Bar Chart Kalor Yang Dibutuhkan Boiler Pada Berbagai
Kondisi
Berikut ini adalah bar chart beda Q boiler di berbagai kondisi
pada pemodelan gate cycle :
Gambar 4.13 Bar Chart beda Q boiler yang terjadi pada tiap-
tiap keadaan
Dari bar chart diatas terlihat bahwa kalor yang dibutuhkan boiler
pada sistem pembangkit mengalami penurunan secara landai yaitu
pada tekanan ekstraksi 3961,98 kPa adalah sebesar 1019440 kJ/s.
960000
970000
980000
990000
1000000
1010000
1020000
NormalVariasi 1
Variasi 2Variasi 3
Variasi 4
1019440
1008850
995610
988991985019
kJ / s
Q boiler
112
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Pada kondisi tekanan ekstraksi 4952,3 kPa, kalor boiler adalah
sebesar 1008850 kJ/s, pada sistem pembangkit dengan kondisi
tekanan ekstraksi 6190,3 kPa, kalor boiler adalah sebesar 995610
kJ/s, pada sistem pembangkit dengan kondisi tekanan ekstraksi
7737,8 kPa, kalor boiler adalah sebesar 988991 kJ/s, pada sistem
pembangkit dengan kondisi tekanan ekstraksi 9672,2 kPa, kalor
boiler adalah sebesar 985019 kJ/s . Hal ini dipengaruhi oleh
besarnya nilai temperature inlet yang akan masuk ke boiler
sehingga mempengaruhi beban kerja pada boiler di masing-
masing.
v
117
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari studi yang dilakukan serta pembahasan terhadap
data yang didapatkan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Pemodelan sistem pembangkit pada gate cycle adalah
convergent
2. Data hasil simulasi gate cycle di setiap komponen pada semua
keadaan sebagai berikut :
Beberapa hasil pemodelan sistem pembangkit di gate cycle
yang penulis buat :
Tekanan Ekstraksi 3961,89 kPa
Daya : 410,012 MW
Eff. Sistem pembangkit : 40,22 %
Q boiler yang dibutuhkan : 1019440 kJ/s
Heat Rate : 8950,94 kJ/ kW-hr
Tekanan Ekstraksi 4952,3 kPa
Daya : 406,83 MW
Eff. Sistem pembangkit : 40,32 %
Q boiler yang dibutuhkan : 1008850 kJ/s
Heat Rate : 8927,32 kJ/ kW-hr
Tekanan Ekstraksi 6190,3 kPa
Daya : 403,79 MW
Eff. Sistem pembangkit : 40,5 %
Q boiler yang dibutuhkan : 995610 kJ/s
Heat Rate : 8888,29 kJ/ kW-hr
118
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
Tekanan Ekstraksi 7737,8 kPa
Daya : 400,83 MW
Eff. Sistem pembangkit : 40,53 %
Q boiler yang dibutuhkan : 988991 kJ/s
Heat Rate : 8882,42
Tekanan Ekstraksi 9160,3 kPa
Daya : 399,925 MW
Eff. Sistem pembangkit : 40,54 %
Q boiler yang dibutuhkan : 985019 kJ/s
Heat Rate : 8879,1 kJ/ kW-hr
3. Effisiensi tertinggi sistem pembangkit yaitu pada variasi
tekanan ekstraksi 9160,3 kPa sebesar 40,54 % dengan
kebutuhan kalor boiler sebesar 985019 kJ/s, heat rate sebesar
8879,1 kJ/ kW-hr serta daya sebesar 399,923 MW.
4. Daya tertinggi sistem pembangkit yaitu pada variasi tekanan
ekstraksi 3961,89 kPa sebesar 410,012 MW dengan kebutuhan
kalor boiler sebesar 1019440 kJ/s, heat rate 1019440 kJ/s serta
effisiensi sistem pembangkit sebesar 40,22 %.
5. Adanya proses ekstraksi turbin menyebabkan penurunan daya
yang signifikan.
6. Tekanan ekstraksi turbin yang semakin tinggi mempengaruhi
naiknya temperatur steam inlet feedwater heater serta naiknya
temperatur inlet boiler. Dengan naiknya temperatur inlet boiler
menyebabkan turunnya kebutuhan kalor boiler.
119
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan untuk penyempurnaan penelitian yang
sejenis antara lain :
1. Sebaiknya penulis perlu mendapatkan training software gate
cycle di sebuah lembaga yang bersertifikat. Hal ini dilakukan
untuk mengetahui lebih luas penggunaan software gate cycle.
Sehingga dapat membuat keadaan yang lebih real dengan
keadaan aktual sekarang.
2. Sebaiknya ada data pendukung yang lebih spesifik pada semua
komponen dalam sistem pembangkit yang akan di modelkan
dalam software gate cycle.
3. Sebaiknya ada data yang lebih spesifik pada feedwater heater,
sehingga penulis dapat mengukur dan mengetahui keadaan pada
zona desuperheating, zona condensing dan zona subcolling.
4. Referensi (baik manual book maupun jurnal) yang khusus
membahas desain turbin dan metode ekstraksi jumlahnya sangat
kurang. Oleh karena itu perlu adanya penelitian lebih lanjut
tentang ekstraksi uap pada turbin.
v
121
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
DAFTAR PUSTAKA
[1] Moran, M.J and Howard N. Shapiro, 2000, Fundamental of
Engineering Thermodynamics. John Wiley & Sons Inc.
Chicester.
[2] P.K. Nag, 2008, Power Plant Engineering. Tata Mc Graw
Hill Publishing Company Limited. New Delhi
[3] P.Incropera, Frank.,P.Dewitt, David.,L.Bergman,
Theodore.,S.Lavine, Adrienne.,2007,Fundamental of Heat
and Mass Transfer,Asia, John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd.
[4] Michael Erbes Enginomix, LLC. GateCycle & CycleLink:
Software for Thermal System Design and Analysis, Florida
Power & Light. ; 2010.
[5] R K Kapooria, S Kumar, K S Kasana. An analysis of a thermal
power plant working on a Rankine cycle: A theoretical
investigation, Journal of Energy in Southern Africa Vol.19
No.1; 2008.
[6] Dendi Junaidi, I Made Suardjaja, dan Tri Agung Rohmat.
Kesetimbangan Massa dan Kalor Serta Efisiensi Pembangkit
Listrik Tenaga Uap Pada Berbagai Perubahan Beban
dengan Menvariasikan Jumlah Feedwater Heater,
Yogyakarta ; 2011.
[7] Anooj G. Sheth, Alkesh M. Mavani. Determining
Performance of Super Critical Power Plant with the help of
“GateCycleTM” IOSR Journal of Engineering Vol. 2(4) ; 2012.
[8] Yong Li, Chao Wang. Study on The Effect of Regenerative
System on Power Type Relative Internal Efficiency of
Nuclear Steam Turbine. Journal Science Direct Energy
Procedia 17 (2012) 906-912.
[9] M. M. Rashidi, A. Aghagoli, M. Ali. Thermodynamic
Analysis of a Steam Power Plant with Double Reheat and
Feed Water Heaters. Journal Advances in Mechanical
Engineering Volume 2014, Article ID 940818.
122
Jurusan Teknik Mesin
FTI – ITS
Tugas Akhir
Bidang Studi Konversi Energi
[10] J.S. Wright, Steam Turbine Cycle Optimization,
Evaluation, and Performance Testing Consideration.
GE Power Systems. Schenectady New York. GER-3642E.
[11] R.S. Couchman, K.E Robbins, P. Schofield. GE Steam
Turbine Design Philosophy and Technology Programs.
GE Power Systems. Schenectady New York. GER-3705.
[12] Nurahman Irham. 17 Desember 2013.
<http://www.manajemenenergi.org/2013/12/artikel-khusus-
07-renewable-energy_17.html>.
123
LAMPIRAN
Lampiran A
LAMPIRAN A-2
LAMPIRAN A-2
LAMPIRAN A-3
Kondisi Normal
GateCycle Report - Case Report
Model: SUKSES Case: SUKSES 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Model ID SUKSES
Case ID SUKSES
Case Description NORMAL
Date & Time of Last Run 04/27/32 06:55
Execution Status Quit Execution
Power: --------------------------------------------------------------
Shaft Power Generator Output Net Power
Steam Cycle 425391 kW 416884 kW 410012
kW
Gas Turbine 0.0 MW 0.0 MW
Plant Total 410.01
MW
Losses: -------------------------------------------------------------
Generator Losses Aux & BOP Losses
Steam Cycle 8507.8 kW 6871.8 kW
Gas Turbine 0.0 kW 0.0 kW
LHV Energy Input: ---------------------------------------------------
Total LHV Fuel Cons. 1.01944e+006 kJ/sec
Fuel Cons. in Duct Burners 1.01944e+006 kJ/sec
Efficiency: ---------------------------------------------------------
LHV Efficiency LHV Heat Rate
Gas Turbine 0.0
Net Cycle 40.22 8950.9 kJ/kW-hr
Adjusted 40.22 8950.9 kJ/kW-hr
Credits Applied for Adjusted Eff. & HR: -----------------------------
Equivalent Power Equivalent Fuel
Credit 0.0 kW 0.0 kJ/sec
Ambient Conditions: -------------------------------------------------
Dry Bulb Wet Bulb Dew Point
Temperature -9.44443 C -10.80 C -15.89 C
Absolute Pressure Equivalent Altitude
Pressure 101.32 kPa 0.4518 m
Relative Humidity Water Mole Fraction in Air
Humidity 0.6000 0.0018184
User-Defined Variables: ---------------------------------------------
Index Description Value
BOP Calculations and Losses Settings: -------------------------------
Ignore Comp. Power Requ. No
ST Generator Efficiency 0.9800
BOP Loss as ST Pwr Frac. 0.0
BOP Loss as Fixed Value 0.0 kW
User Settings: ------------------------------------------------------
Steam Property Method TPSI book (from Stanford
Univers
Gas Property Method JANAF Table data curves
Turn All Macros Off Flag No
Use Perf. Factors Flag No
GateCycle Report - Case Report
Model: SUKSES Case: SUKSES 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Program Data: -------------------------------------------------------
Case Design Mode 0
Execution Status Quit Execution
Iterations Used 5
Final Iteration Residual 9.69107e-007
System Tolerance 0.001
Property Calcs. Tolerance 0.0001
Final Iteration Errors 0
Final Iteration Warnings 0
No. of Active Macros Used 0
Max. Macro Residual 0.0
Execution Time 00:00:02
---------------------------------------------------------------------
Variasi 1
GateCycle Report - Case Report
Model: ZIP1 Case: ZIP1 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Model ID ZIP1
Case ID ZIP1
Case Description VARIASI 1
Date & Time of Last Run 04/29/32 04:25
Execution Status Converged
Power: --------------------------------------------------------------
Shaft Power Generator Output Net Power
Steam Cycle 423209 kW 414745 kW 407873 kW
Gas Turbine 0.0 MW 0.0 MW
Plant Total 407.87
MW
Losses: -------------------------------------------------------------
Generator Losses Aux & BOP Losses
Steam Cycle 8464.2 kW 6872.1 kW
Gas Turbine 0.0 kW 0.0 kW
LHV Energy Input: ---------------------------------------------------
Total LHV Fuel Cons. 1.00885e+006 kJ/sec
Fuel Cons. in Duct Burners 1.00885e+006 kJ/sec
Efficiency: ---------------------------------------------------------
LHV Efficiency LHV Heat Rate
Gas Turbine 0.0
Net Cycle 40.43 8904.4 kJ/kW-hr
Adjusted 40.43 8904.4 kJ/kW-hr
Credits Applied for Adjusted Eff. & HR: -----------------------------
Equivalent Power Equivalent Fuel
Credit 0.0 kW 0.0 kJ/sec
Ambient Conditions: -------------------------------------------------
Dry Bulb Wet Bulb Dew Point
Temperature -9.44443 C -10.80 C -15.89 C
Absolute Pressure Equivalent Altitude
Pressure 101.32 kPa 0.4518 m
Relative Humidity Water Mole Fraction in Air
Humidity 0.6000 0.0018184
User-Defined Variables: ---------------------------------------------
Index Description Value
BOP Calculations and Losses Settings: -------------------------------
Ignore Comp. Power Requ. No
ST Generator Efficiency 0.9800
BOP Loss as ST Pwr Frac. 0.0
BOP Loss as Fixed Value 0.0 kW
User Settings: ------------------------------------------------------
Steam Property Method TPSI book (from Stanford
Univers
Gas Property Method JANAF Table data curves
Turn All Macros Off Flag No
Use Perf. Factors Flag No
GateCycle Report - Case Report
Model: ZIP1 Case: ZIP1 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Program Data: -------------------------------------------------------
Case Design Mode 0
Execution Status Converged
Iterations Used 5
Final Iteration Residual 1.90158e-005
System Tolerance 0.001
Property Calcs. Tolerance 0.0001
Final Iteration Errors 0
Final Iteration Warnings 0
No. of Active Macros Used 0
Max. Macro Residual 0.0
Execution Time 01:46:21
---------------------------------------------------------------------
Variasi 2
GateCycle Report - Case Report
Model: ZIP2 Case: ZIP2 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Model ID ZIP2
Case ID ZIP2
Case Description VARIASI 2
Date & Time of Last Run 04/29/32 15:40
Execution Status Converged
Power: --------------------------------------------------------------
Shaft Power Generator Output Net Power
Steam Cycle 419995 kW 411595 kW 405145 kW
Gas Turbine 0.0 MW 0.0 MW
Plant Total 405.15 MW
Losses: -------------------------------------------------------------
Generator Losses Aux & BOP Losses
Steam Cycle 8399.9 kW 6449.5 kW
Gas Turbine 0.0 kW 0.0 kW
LHV Energy Input: ---------------------------------------------------
Total LHV Fuel Cons. 996934 kJ/sec
Fuel Cons. in Duct Burners 996934 kJ/sec
Efficiency: ---------------------------------------------------------
LHV Efficiency LHV Heat Rate
Gas Turbine 0.0
Net Cycle 40.64 8858.5 kJ/kW-hr
Adjusted 40.64 8858.5 kJ/kW-hr
Credits Applied for Adjusted Eff. & HR: -----------------------------
Equivalent Power Equivalent Fuel
Credit 0.0 kW 0.0 kJ/sec
Ambient Conditions: -------------------------------------------------
Dry Bulb Wet Bulb Dew Point
Temperature -9.44443 C -10.80 C -15.89 C
Absolute Pressure Equivalent Altitude
Pressure 101.32 kPa 0.4518 m
Relative Humidity Water Mole Fraction in Air
Humidity 0.6000 0.0018184
User-Defined Variables: ---------------------------------------------
Index Description Value
BOP Calculations and Losses Settings: -------------------------------
Ignore Comp. Power Requ. No
ST Generator Efficiency 0.9800
BOP Loss as ST Pwr Frac. 0.0
BOP Loss as Fixed Value 0.0 kW
User Settings: ------------------------------------------------------
Steam Property Method TPSI book (from Stanford
Univers
Gas Property Method JANAF Table data curves
Turn All Macros Off Flag No
Use Perf. Factors Flag No
GateCycle Report - Case Report
Model: ZIP2 Case: ZIP2 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Program Data: -------------------------------------------------------
Case Design Mode 0
Execution Status Converged
Iterations Used 16
Final Iteration Residual 0.000281116
System Tolerance 0.001
Property Calcs. Tolerance 0.0001
Final Iteration Errors 0
Final Iteration Warnings 0
No. of Active Macros Used 0
Max. Macro Residual 0.0
Execution Time 00:00:06
---------------------------------------------------------------------
Variasi 3
GateCycle Report - Case Report
Model: ZIP3 Case: ZIP3 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Model ID ZIP3
Case ID ZIP3
Case Description VARIASI 2
Date & Time of Last Run 04/29/32 15:42
Execution Status Converged
Power: --------------------------------------------------------------
Shaft Power Generator Output Net Power
Steam Cycle 417913 kW 409555 kW 403127 kW
Gas Turbine 0.0 MW 0.0 MW
Plant Total 403.13 MW
Losses: -------------------------------------------------------------
Generator Losses Aux & BOP Losses
Steam Cycle 8358.3 kW 6427.9 kW
Gas Turbine 0.0 kW 0.0 kW
LHV Energy Input: ---------------------------------------------------
Total LHV Fuel Cons. 988991 kJ/sec
Fuel Cons. in Duct Burners 988991 kJ/sec
Efficiency: ---------------------------------------------------------
LHV Efficiency LHV Heat Rate
Gas Turbine 0.0
Net Cycle 40.76 8831.9 kJ/kW-hr
Adjusted 40.76 8831.9 kJ/kW-hr
Credits Applied for Adjusted Eff. & HR: -----------------------------
Equivalent Power Equivalent Fuel
Credit 0.0 kW 0.0 kJ/sec
Ambient Conditions: -------------------------------------------------
Dry Bulb Wet Bulb Dew Point
Temperature -9.44443 C -10.80 C -15.89 C
Absolute Pressure Equivalent Altitude
Pressure 101.32 kPa 0.4518 m
Relative Humidity Water Mole Fraction in Air
Humidity 0.6000 0.0018184
User-Defined Variables: ---------------------------------------------
Index Description Value
BOP Calculations and Losses Settings: -------------------------------
Ignore Comp. Power Requ. No
ST Generator Efficiency 0.9800
BOP Loss as ST Pwr Frac. 0.0
BOP Loss as Fixed Value 0.0 kW
User Settings: ------------------------------------------------------
Steam Property Method TPSI book (from Stanford
Univers
Gas Property Method JANAF Table data curves
Turn All Macros Off Flag No
Use Perf. Factors Flag No
GateCycle Report - Case Report
Model: ZIP3 Case: ZIP3 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Program Data: -------------------------------------------------------
Case Design Mode 0
Execution Status Converged
Iterations Used 13
Final Iteration Residual 0.000380903
System Tolerance 0.001
Property Calcs. Tolerance 0.0001
Final Iteration Errors 0
Final Iteration Warnings 0
No. of Active Macros Used 0
Max. Macro Residual 0.0
Execution Time 00:00:03
---------------------------------------------------------------------
151
Variasi 4
GateCycle Report - Case Report
Model: ZIP4 Case: ZIP4 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Model ID ZIP4
Case ID ZIP4
Case Description VARIASI 4
Date & Time of Last Run 04/27/32 23:33
Execution Status Converged
Power: --------------------------------------------------------------
Shaft Power Generator Output Net Power
Steam Cycle 415516 kW 407205 kW 400872 kW
Gas Turbine 0.0 MW 0.0 MW
Plant Total 400.87 MW
Losses: -------------------------------------------------------------
Generator Losses Aux & BOP Losses
Steam Cycle 8310.3 kW 6333.6 kW
Gas Turbine 0.0 kW 0.0 kW
LHV Energy Input: ---------------------------------------------------
Total LHV Fuel Cons. 982371 kJ/sec
Fuel Cons. in Duct Burners 982371 kJ/sec
Efficiency: ---------------------------------------------------------
LHV Efficiency LHV Heat Rate
Gas Turbine 0.0
Net Cycle 40.81 8822.1 kJ/kW-hr
Adjusted 40.81 8822.1 kJ/kW-hr
Credits Applied for Adjusted Eff. & HR: -----------------------------
Equivalent Power Equivalent Fuel
Credit 0.0 kW 0.0 kJ/sec
Ambient Conditions: -------------------------------------------------
Dry Bulb Wet Bulb Dew Point
Temperature -9.44443 C -10.80 C -15.89 C
Absolute Pressure Equivalent Altitude
Pressure 101.32 kPa 0.4518 m
Relative Humidity Water Mole Fraction in Air
Humidity 0.6000 0.0018184
User-Defined Variables: ---------------------------------------------
Index Description Value
BOP Calculations and Losses Settings: -------------------------------
Ignore Comp. Power Requ. No
ST Generator Efficiency 0.9800
BOP Loss as ST Pwr Frac. 0.0
BOP Loss as Fixed Value 0.0 kW
User Settings: ------------------------------------------------------
Steam Property Method TPSI book (from Stanford Univers
Gas Property Method JANAF Table data curves
Turn All Macros Off Flag No
Use Perf. Factors Flag No
GateCycle Report - Case Report
Model: ZIP4 Case: ZIP4 04/30/2032
Prepared using GateCycle Version 5.40.0.r
Overall System Results
Program Data: -------------------------------------------------------
Case Design Mode 0
Execution Status Converged
Iterations Used 5
Final Iteration Residual 0.000169882
System Tolerance 0.001
Property Calcs. Tolerance 0.0001
Final Iteration Errors 0
Final Iteration Warnings 0
No. of Active Macros Used 0
Max. Macro Residual 0.0
Execution Time 00:00:02
---------------------------------------------------------------------
RIWAYAT PENULIS
Achmad Maryono adalah anak kedua dari
tiga bersaudara, yang lahir pada 8 januari
1991 di Surabaya. Penulis memulai
pendidikan TK di Surabaya. Penulis
melanjutkan pendidikan sekolah dasar di
SDN Ketintang IV/421 Surabaya. Lalu
penulis melanjutkan jenjang pendidikannya
ke SMPN 22 Surabaya pada tahun 2003.
Pada tahun 2006, penulis meneruskan
pendidikannya di SMA KHADIJAH Surabaya. Penulis
melanjutkan studinya ke jenjang perkuliahan pada tahun 2010 di
Jurusan D3 Teknik Mesin ITS, Surabaya. Pada tahun 2013 penulis
melanjutkan pendidikan S1 di Jurusan Teknik Mesin ITS. Di
kampus ini penulis mendapatkan banyak pengalaman dan ilmu
yang berharga sebagai bekal menjalani kehidupan. Semasa kuliah
di D3 Teknik Mesin FTI ITS, Hima Jurusan D3 Teknik Mesin ITS
dan juga menjadi asisten di Laboratorium Pompa dan Mekanika
Fluida. Dan semasa kuliah di S1 Teknik Mesin kemandirian harus
dijalani ketika kuliah sehingga akan membentuk karakter dan
kepribadian penulis.
Untuk segala informasi dan saran yang ditujukan kepada penulis
dapat menghubungi penulis melalui e-mail