Makalah Seminar Kerja Praktek
PERHITUNGAN EFISIENSI PADA TURBIN GENERATOR 51G1 KONDISI EKSTRAKSI DI UTILITIES SECTION AREA 50
PT PERTAMINA RU IV CILACAP
Tri Ujianto (21060111130059) , Dr.Ir. Djoko Windarto,MT (196405261989031002)
Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro , Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang
Email :
[email protected]
Abstrak
Minyak bumi merupakan salah satu sumber daya alam yang dapat menghasilkan energi, baik untuk bahan bakar maupun pembangkit tenaga listrik. Minyak bumi merupakan sumber daya alam yang penting. PT. PERTAMINA (PERSERO) merupakan suatu perusahaan BUMN yang bertugas mengelola minyak bumi di Indonesia, baik dalam hal eksplorasi minyak mentah maupun pengolahan minyak dan gas.
Produksi yang terus menerus pada PT. PERTAMINA (PERSERO) pasti akan menurunkan kualitas dan efisiensi dari tiap-tiap unit yang ada didalamnya. Oleh karena itu perlu diadakan evaluasi kenerja dari unit-unit pengolahan yang ada di PT.PERTAMINA (PERSERO) RU IV. Pada makalah kerja praktek ini akan dibahas mengenai perhitungan efisiensi pada turbin generator 51G1 kondisi ekstraksi di Utilities section area 50 PT.PERTAMINA (PERSERO) RU IV. Efisiensi dihitung dengan membandingkan nilai entalphi dan entrophi yang masuk dan keluar turbin yang di bandingkan dengan daya output generator karena turbin yang digunakan adalah extraction turbin.
Kata kunci : efisinesi turbin generator, entalphi dan entrophi, extraction turbin
PENDAHULUAN
Latar Belakang
PT. PERTAMINA (PERSERO) merupakan suatu perusahaan yang bertugas mengelola minyak bumi di Indonesia, baik dalam hal eksplorasi minyak mentah maupun pengolahan minyak dan gas.
Dalam mengemban tugas tersebut, PT. PERTAMINA (PERSERO) mengoperasikan beberapa Kilang minyak dalam negeri, antara lain RU I Pangkalan Brandan, RU II Dumai, RU III Plaju, RU IV Cilacap, RU V Balikpapan, RU VI Balongan, dan RU VII Kasim.
Sasaran utama pengadaan dan penyaluran BBM dalam menunjang pembangunan nasional adalah tersedianya BBM dalam jumlah yang cukup dengan kualitas yang memenuhi spesifikasi, suplai yang berkesinambungan, terjamin, dan ekonomis. Pemenuhan kebutuhan BBM merupakan tugas yang berat karena peningkatan kapasitas pengolahan minyak yang dimiliki PT. PERTAMINA (PERSERO) tidak sejalan dengan lonjakan konsumsi BBM yang dibutuhkan masyarakat.
Produksi yang terus menerus pada PT. PERTAMINA (PERSERO) pasti akan menurunkan kualitas dan efisiensi dari tiap-tiap unit yang ada didalamnya. Oleh karena itu perlu diadakan evaluasi kenerja dari unit-unit pengolahan yang ada di PT.PERTAMINA (PERSERO) RU IV. Pada makalah kerja praktek ini akan dibahas mengenai perhitungan efisiensi pada turbin generator 51G1 kondisi ekstraksi di Utilities section area 50 PT.PERTAMINA (PERSERO) RU IV.
Tujuan
Tujuan kerja praktek yang dilaksanakan antara lain:
1. Memberikan kesempatan kepada mahasiswa untuk memperdalam ilmu pengetahuan di luar perkuliahan.
2. Menerapkan teori yang telah didapat diperkuliahan dengan kondisi dilapangan.
3. Mengetahui sistem ketenaga listrikan di PT Pertamina RU IV Cilacap.
Batasan Masalah
Dalam laporan kerja praktek ini, pembahasan masalah akan dibatasi pada permasalahan mengenai efisiensi Turbin Generator 051-G1 di Utilities PT. PERTAMINA (PERSERO) RU IV Cilacap, khususnya pada efisiensi saat kondisi kondisi ekstraksi dengan menggunakan perhitungan entalphi dan entrophi.
DASAR TEORI
Turbin Generatro Pada Kondisi Extraksi
Efisiensi berkaitan dengan entropi dan entalpi. Entropi berasal dari dua kata, yaitu trope = change dan en = energy. Jadi, entropi merupakan energi panas yang tidak menjadi kerja akibat adanya ketidak teraturan pergerakan molekul friksi dalam kerja mekanik.Hokum termodinamika kedua menyatakan bahwa "kerja seluruhnya dapat dikonversi menjadi panas, tetapi panas tidak dapat seluruhnya dikonversi menjadi kerja". Hukum ini mengartikan entropi sebagai ukuran tingkat degradasi energy yang terjadi disuatu system yang dilambangkan dengan "s"
Sedangkan entalpi adalah sejumlah panas yang diserap oleh air dari suhi 0 oC hingga mencapai suhu tertentu atau menjadi uap pada kondisi tertentu. Jika air dari suhu 0 oC dipanaskan pada tekanan tertentu hingga mencapai uap jenuh maka total panas yang di sertap sama dengan penjumlahan panas sensible (pengubah suhu) dan panas latennya (pengubah fasa), yang diberikan symbol "h".besarnya entalpi untuk setiap satuan berat disebut "entalpi spesifik", yang harganya dapat dilihat pada program SteamTab.
Ada beberapa metoda untuk mencari efisiensi turbin, salah satunya dengan perhitungan kesetimbangan massa dan energi, dimana kesetimbangan massa dan energi adalah perbandingan antara jumlah massa uap yang masuk dan keluar turbin dengan tekanan dan temperatur tertentu dengan daya yang dihasilkan oleh generator. Skema kesetimbangan massa dan energi pada steam turbin generator 51 G 1 dapat digambarkan sebagai berikut :
M3,h3m2,h2m1,h1
M3,h3
m2,h2
m1,h1
Gambar 1 Skema Kesetimbangan Massa dan Energi TG 51G1 pada Kondisi Extraksi
Dimana:
m1 = Flow rate HPS (kg/s)
h1 = Entalpi HPS (kJ/kg)
m2 = Flow rate MPS (kg/s)
h2s = Entalpi isentropik MPS (kj/kg)
m3 = flow rate keluaran LP stage (kg/s)
= m1 – m2
h3s = Entalpi isentropik keluaran LP stage (kJ/kg)
Pgen = Daya yang dihasilkan generator (MW)
Wti = m1.h1 - m2.h2s – m3.h3sm2 = m1 – m3Wti = m1 (h1 - h2s) + m3 (h2s – h3s)Maka,Wti = m1.h1 – (m1 – m3) h2s – m3.h3sWti = m1.h1 – m1.h2s + m3.h2s – m3.h3sWti = m1 (h1 - h2s) + m3 (h2s – h3s)Dengan mengacu skema kesetimbangan massa dan energi diatas, maka untuk menghitung daya turbin teoritis dapat dirumuskan sebagai berikut :
Wti = m1.h1 - m2.h2s – m3.h3s
m2 = m1 – m3
Wti = m1 (h1 - h2s) + m3 (h2s – h3s)
Maka,
Wti = m1.h1 – (m1 – m3) h2s – m3.h3s
Wti = m1.h1 – m1.h2s + m3.h2s – m3.h3s
Wti = m1 (h1 - h2s) + m3 (h2s – h3s)
Turbin Generator 51G1
Jenis turbin yang digunakan pada Pertamina RU IV Cilacap sendiri adalah jenis Extraction – Condensing Steam Turbine yaitu uap yang melakukan kerja dalam turbin, sebagian diambil pada stage tertentu kemudian dikeluarkan dari turbin dan dimasukan kedalam sistem, sedangkan sisanya dikondensasikan dalam Surface Condenser, dan dimasukkan dalam BFW Tank..
Tekanan steam yang masuk turbine adalah 60 kg/cm² dan temperatur 460 ºC. Extraction Steam Turbine biasanya digunakan pada industri yang menggunakan beberapa jenis tekanan steam, sehingga tidak perlu menyediakan boiler khusus untuk menyediakan beberapa jenis tekanan steam. Ketika penurunan tekanan steam mencapai 18,5 kg/cm² sebagian steam dikeluarkana atau di-ekstraksi menuju steam header dan sisanya melanjutkan ekspansi menuju Surface Condenser sambil menghasilkan kerja dengan memutar rotor turbin.
Tabel 1 Nameplate Turbin 51G1
Nama Unit
51 G 1
Pabrikasi
GEPS Oil & Gas
Model
ENK 32/36
Tipe
Extraction Condensing
Maksimum speed
10000 RPM
Putaran Kritis
4800 RPM
Putaran Kritis
5300 RPM
Inlet Steam Pressure
Minimum 48 kg/cm
Normal 60 kg/cm
Maksimum
66 kg/cm
Inlet Steam Temperature
Minimum 430°C
Normal 460°C
Maksimum 482°C
Extraction Steam Press
Minimum 16 kg/cm
Normal 19.5 kg/cm
Maksimum 22 kg/cm
Condensing
Pressure 100 mmHg
Temperature 53°C
Steam Turbine Generator 51-G1 adalah generator dengan tipe Synchronous Generator TEWAC-Brushless Excitation, dimana system penguatannya tanpa menggunakan sikat.
Generator dengan system penguat Brushless Exciter yang dipakai di Pertamina RU IV Cilacap (khusus Utilities 05) ini memiliki kapasitas 20 MW.
Tabel 2 Nameplate Generator 51G1
Output
10000 kVA
Power Faktor
0,80
Voltage
13800 (±5%) V
Frequency
50 (±2%) Hz
Speed
1500 RPM
Current
418 A
Exciter Type
GLB 600B
Excitation
84/9 V/A
Program SteamTab
SteamTab adalah sebuah perangkat lunak yang menyediakan data yang akurat dari daftar lengkap sifat termodinamika dan fisik untuk air dan uap, seperti nilai Entalphi dan Entropi pada kondisi Saturated dan Superheated.
Gambar 2 Running Program SteamTab
PERHITUNGAN EFISIENSI
Sistem di Pertamina membutuhkan Steam MP untuk penggerak beberapa turbin kecil, maka dari itu Turbin Generator 51 G 1 bekerja pada kondisi extraksi.
Tabel 4.1 Data Turbin Generator 51G1 pada 26 Januari 2014 untuk HP Steam
Waktu
HP STEAM
PRESS
PRESS
PRESS
kg/cm2
kg/cm2
kg/cm2
18:00
57.94
448.5
29.80
19:00
58.02
447.3
28.18
20:00
58.08
449.8
27.85
21:00
58.03
448.6
27.96
22:00
58.00
447.6
27.85
23:00
58.12
448.0
27.79
Tabel 4.1 Data Turbin Generator 51G1 pada 26 Januari 2014 untuk MP Steam
Waktu
MP STEAM
PRESS
PRESS
PRESS
kg/cm2
kg/cm2
kg/cm2
18:00
19.78
348.5
12.41
19:00
19.78
348.5
11.13
20:00
19.78
347.3
10.83
21:00
19.79
349.2
10.82
22:00
19.78
349.0
10.70
23:00
19.78
348.9
10.76
Tabel 4.1 Data Turbin Generator 51G1 pada 26 Januari 2014 untuk Condensat
Waktu
HP STEAM
PRESS
PRESS
PRESS
kg/cm2
kg/cm2
kg/cm2
18:00
0.28
57.50
17.39
19:00
0.28
57.00
17.05
20:00
0.28
57.30
17.02
21:00
0.28
57.40
17.14
22:00
0.28
57.40
17.14
23:00
0.28
57.40
17.03
Dan untuk daya yang di hasilkan dapat dilihat tabel dibawah
Waktu
DAYA
GENERATOR
MW
18:00
4.85
19:00
4.83
20:00
4.85
21:00
4.82
22:00
4.86
23:00
4.86
Perhitunggan Efisiensi Turbin Aktual
Untuk pengambilan pada tanggal 26 Januari 2014 pada pukul 18.00 didapatkan data tekanan, temperatur, dan aliran steam sebagai berikut:
P1 = 57.94 kg/cm2
= 56.82 bar
T1 = 448.5 oC
m1 = 29.80 ton/jam
P2 = 19.78 kg/cm2
= 19.40 bar
T2 = 348.5 oC
m2 = 12.41 ton/jam
P3 = 0.28 kg/cm2
= 0.27 bar
T3 = 57.50 oC
m3 = 17.39 ton/jam
Perhitungan efisiensi memerlukan data entropi (s) dan entalpi (h).data ini diambil berdasarkan tekana dan temperatur baik pada kondisi superheated maupun kondisi uap jenuh dengan menggunakan software SteamTab.exe agar didapatkan data yang akurat.
Stage 1 :
Kondisi 1
P1= 57.94 kg/cm2= 56.82 Bar,
T1 = 448.5 oC
Dengan menggunakan perhitungan program ChemicalLogic SteamTab Companion untuk kondisi superheated berdasarkan Tekanan P1 dan Temperatur T1, didapat :
h1 = 3303.86 Kj/kg dan
s1 = 6.74 kJ/kg.K
Kondisi 2
P2= 19.78 kg/cm2= 19.40 Bar,
T2 = 348.5 oC
dengan menggunakan perhitungan program ChemicalLogic SteamTab Companion untuk kondisi superheatedberdasarkan Tekanan P2 dan Temperatur T2, maka :
H2 = 3135.57 kJ/kg dan
s2 = 6.96 kJ/kg.K
Kondisi 2s
Terjadi proses ekspansi isentropic pada stage 1, maka :
s2s= s1 =6.74 kJ/kg.K
dengan menggunakan perhitungan program ChemicalLogic SteamTab Companion untuk kondisi uap jenuh berdasarkan Tekanan P2, didapatkan :
hg= 2797.64 kJ/kg
sg = 6.35 kJ/kg.K
maka, h2s = hg + s2s-sg(h2-hg)s2-sg
= 2797.64 + 6.74-6.35(3135.57-2797.87)6.96-6.35
= 3013.18 kJ/kg
Stage 2 :
Kondisi 3s
P3 = 0.28 kg/cm2= 0.27 bar
T3 = 57.50 oC
Terjadi proses ekspansi isentropic pada stage, maka :
s3s = s2 = 6.96kJ/kg.K
dengan menggunakan perhitungan program ChemicalLogic SteamTab Companion untuk kondisi uap jenuh berdasarkan Tekanan P3, didapatkan :
sf3= 0.91 kJ/kg.K
sg3 = 7.80 kJ/kg.K
sehingga kualitas uap pada kondisi 3s adalah
maka, x3s = s3s-sf3sg3-sf3
= 6.96-0.917.80-0.91
= 0.87
Dengan perhitungan program ChemicalLogic SteamTab Companion untuk kondisi uap jenuh, didapatkan :
h3f= 279.2 kJ/kg
h3fg = 2316.07 kJ/kg
maka entalphi pada kondisi 3s didapat :
h3s = h3f + (x3s.h3fg)
= 279.2 + (0.87 x 2316.07
= 2312.90 kJ/kg
Maka pada pengambilan data pukul 18.00 pada tanggal 26 januari 2014, diketahui
m1 = 29.80 kg/cm2
h1 = 3303.89 Kj/kg
m2 = 12.41kg/cm2
h2s =3013.18 kJ/kg
m3 = 17.39kg/cm2
h3s = 2312.90 kJ/kg
Beban = 4.85 MW
Dengan memasukan ke dalam rumus perhitungan, maka didapatkan energi yang digunakan oleh turbin:
dimana m3 = m1 – m2
Wti = m1 (h1-h2s) + m3 (h2s - h3s)
= 29.80 ( 3303.89 – 3013.18 ) + 12.14( 3013.18 – 2312.90 )
= 5775.09 KW
= 5.77 MW
Dengan mengasumsikan efisiensi mekanik 0.92 dan efisiensi generator 0.98 didapatkan efisiensi overall :
η 0verall = η Mekanik x η generator
= 0.92 x 0.98 = 0.9016
Daya turbin actual adalah :
Wta = Wti x η overall
= 5786.45 x 0.9016
= 5206.82 KW
= 5.2 MW
Efisiensi turbin generator :
η aktual = BebanWta x 100%
= 4.855.21 x100 %= 93.14%
Tabel 4.2 Efisiensi Operasi Aktual 51G1 pada tanggal 26 Januari
Waktu
Wti (MW)
Wta (MW)
Ef. TG Aktual (%)
18:00
5.775
5.206
93.14
19:00
5.555
5.008
96.43
20:00
5.557
5.010
96.79
21:00
5.599
5.048
95.47
22:00
5.551
5.004
97.10
23:00
5.529
4.985
97.47
Perbandingan Efisiensi Aktual dan Efisiensi Desain
Untuk mengetahui efisiensi secara desain, maka digunakan grafik desain turbin (pada lampiran). Dari grafik, maka akan diketahui daya generator secara desan berdasarkan flow HPS dan MPS
Waktu
Daya Turbin Aktual
Wta (MW)
Daya Turbin Desain
WTD (MW)
18:00
5.206
4.9
19:00
5.008
4.85
20:00
5.010
4.9
21:00
5.048
4.85
22:00
5.004
4.9
23:00
4.985
4.9
Perhitunggan pada pukul 18.00
HPS Flow = 29.80 Ton/jam
MPS Flow = 12.41 Ton/jam
Daya Turbin Aktual (Wta) = 5.21 MW
Daya Turbin Desain (Wtd) = 4.9 MW
Dengan daya desain turbin dapat dihitung nilai efisiensi terhadap desain
Maka, η = η aktualη desain
= loadWtd x 100%loadWtd x 100% x 100%
= Wtdwtax 100%
η = 4.95.217 x 100%
= 93.92 %
Tabel 4.4 Efisiensi Kondisi Aktual dari Desain
Waktu
Efisiensi Aktual (%)
Efisiensi Desain
(%)
18:00
93.14
94.10
19:00
96.43
96.83
20:00
96.79
97.79
21:00
95.47
96.06
22:00
97.10
97.90
23:00
97.47
98.27
Rata-rata
94.89
95.78
Rata-rata efisiensi aktual turbin generator adalah 94.89% dan efisiensi turbin generator dari desain adalah 95.78%.hal ini berarti turbin generator masih dalam kondisi baik
Gambar 4.23 Grafik Perbandingan Efisiensi Aktual dengan Efisiensi Desain
Dari hasil perhitunggan didapat nilai efisiensi aktual terbesar senilai 97.47% dan terkecil senilai 92.47%, sedangkan untuk efisiensi desain didapat nilai efisiensi terbesar senilai 98.27% dan terkecil senilai 92.47%.
4.PENUTUP
Kesimpulan
Turbin Generator 51 G 1 mengunakan jenis turbin uap ekstraksi kondensasi (extraction condensing turbine), dimana uap keluaran turbin ada dua macam yaitu uap yang tekanannya lebih rendah dari uap masuk seperti pada turbin tekanan balik dan uap yang bertekanan lebih rendah dari atmosfer seperti pada turbin kondensasi. Hal ini karena adanya kebutuhan steam MP dipertamina.
Berdasarkan perhitungan Rata-rata efisensi aktual dari Turbin Generatro 51 G 1 senilai 94.89 % dan Rata-rata efisensi desain dari Turbin Generatro 51 G 1 senilai 95.78 % ,hal ini berarti turbin generator masih dalam kondisi baik.
4.2 Saran
Untuk mendapatkan nilai efisiensi turbin generator yang baik seharusnya pemeliharaan dan pengujian dilakukan secara berkala terhadap semua komponen dari turbin generator
DAFTAR PUSTAKA
Moran, Michael J,et all.2000. Termodinamika Teknik, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Tjahjo P, Tetro.2008. Rotating Equipment (Steam Turbin), PT Pertamina (Persero) UP IV Cilacap, Cilacap
Teguh Nugroho.2012. Evaluasi Kinerja Turbin Generator 051 G 101 Di Utilities II Pertamina RU IV Cilacap
Zaenal Arifin.2009. Evaluasi Kinerja Turbin Generator 51 G
Widi Satria Nugraha. 2013. Sistem Pengoperasian Dan Perawatan Steam Turbin Generator 051-G101 Di Utilities Area 05 Pertamina RU IV Cilacap
BIODATA
Tri Ujianto
NIM:21060111130059
Lahir di Cilacap tanggal 20 November 1993. Riwayat pendidikan SD Negeri 06 Sidanegara Cilacap, SMP Negeri 1 Cilacap, SMA Negeri 1 Cilacap. Pada tahun 2011 penulis melanjutkan studi di Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang, konsentrasi Ketenagaan dan saat ini masih menempuh pendidikan Strata 1 (S-1).
Menyetujui,
Dosen Pembimbing
Dr.Ir. Djoko Windarto,MT NIP.196405261989031002