SISTEM PENDINGIN GENERATOR TURBIN UAP MENGGUNAKAN HIDROGEN SEBAGAI MEDIA PENDINGIN (Studi Observasi Pada PLTU Teluk Balikpapan, Kalimantan
Timur, Indonesia )
DISUSUN OLEHHADI SUWARNO (H1F114019)
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATBANJARBARU
2016
i
TERIMA KASIH KEPADA
ii
REKTOR UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATProf. Dr. H. Sutarto Hadi, M.Si., M.Sc
NIP. 19660331 199102 1 001
WAKIL REKTOR BIDANG AKADEMIKDr. Ahmad Alim Bachri, SE., M.Si
WAKIL REKTOR BIDANG UMUM DAN KEUANGAN
Dr. Hj Aslamiah, M.Pd., Ph.D
WAKIL REKTOR BIDANG KEMAHASISWAAN DAN ALUMNI
Dr. Ir. Abrani Sulaiman, M.Sc
WAKIL REKTOR BIDANG PERENCANAAN, KERJASAMA, DAN
HUMASProf. Dr. Ir. H. Yudi Firmanul Arifin, M.Sc
DEKAN FAKULTAS TEKNIKDr-Ing. Yulian Firmana Arifin, S.T., M.T
WAKIL DEKAN I FAKULTAS TEKNIKDr. Chairul Irawan, ST., MT
WAKIL DEKAN III FAKULTAS TEKNIKNurhakim, ST., MT
WAKIL DEKAN II FAKULTAS TEKNIKMaya Amalia, ST., M.Eng
KEPALA PRODI TEKNIK MESINAchmad Kusairi S, ST,. MT., MM
DOSEN PENGAMPUHProf. Dr. Qomariyatus Sholihah Amd. Hyp, ST, M.Kes.
MAHASISWA : Hadi Suwarno NIM. H1F114019
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa
yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas mata kuliah “Metode Penelitian” dengan tepat waktu.
Pembuatan proposal ini diajukan sebagai bahan salah satu syarat untuk
menyelesaikan program pendidikan Teknik Mesin di Univesitas Lambung
Mangkurat.
Dalam pembuatan proposal ini penulis banyak memperoleh bantuan dan
bimbingan dari berbagai pihak, sehingga terselesaikan sebagaimana mestinya.
Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada:
1. Achmad Kusairi S, ST., MT., MM selaku Ketua Prodi Teknik Mesin Dan
Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah S.T., M.Kes., serta Agustina Hotma Uli
Tumanggor, ST., MM., M.Sc., selaku Dosen Pembimbing Metode
Penelitian.
2. Dan semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan tugas proposal
ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan proposal ini
masih terdapat banyak kekurangan. Hal ini disebabkan keterbatasan
pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis. Oleh karena itu penulis
mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun tanpa mengurangi
fungsi dari pembuatan Proposal ini.
Akhirnya penulis berharap semoga pembuatan proposal ini dapat
bermanfaat bagi pembaca dan selanjutnya bagi kita semua. Amin.
Banjarbaru, Desember 2016
Penulis
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................i
UCAPAN TERIMA KASIH..............................................................................ii
KATA PENGANTAR ....................................................................................iii
DAFTAR ISI .................................................................................................iv
BAB I. PENDAHULUAN.................................................................................1
1.1 Latar Belakang................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah..........................................................................3
1.3 Batasan Masalah............................................................................3
1.4 Tujuan Penelitian............................................................................4
1.5 Manfaat Penelitian..........................................................................4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................5
2.1 Penelitian Terdahulu......................................................................5
2.2 Turbin Uap......................................................................................9
2.3 Konstruksi Generator Sinkron....................................................11
2.4 Prinsip Kerja Generator Sinkron................................................12
2.5 Sistem Pendingin Generator.......................................................13
BAB III. METODE PENELITIAN...................................................................16
3.1 Objek Penelitian...........................................................................16
3.2 Alat dan Bahan Penelitian...........................................................16
a. Alat .............................................................................................16
b. Bahan.........................................................................................16
iv
3.3 Proses Penelitian.........................................................................17
3.4 Flow Chart Penelitian...................................................................20
3.5 Jadwal Pelaksanaan Penelitian..................................................23
DAFTAR PUSTAKA
v
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi dari
sebuah sistem tertutup itu tidak berubah ia akan tetap sama. Energi tersebut
tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan; namun ia dapat berubah dari
satu bentuk energi ke bentuk energi lain contohnya merubah energi mekanik
menjadi energi listrik. Energi listrik tersebut dihasilkan oleh pusat-pusat
pembangkit listrik. Pada proses pembangkitan tenaga listrik tersebut
dibutuhkan suatu alat untuk mengkonversi energi mekanik menjadi energi
listrik, yang dikenal dengan sebutan generator. Untuk menghasilkan energi
listrik yang handal, generator tersebut harus bekerja sesuai dengan kapasitas
dan kemampuannya.
Generator dapat menghasilkan tenaga listrik ketika medan magnet
yang ada pada generator dieksitasi. Akibat arus yang mengalir pada
konduktor, panas terjadi. Generator memiliki banyak konduktor dan arus yang
mengalir melewati konduktor, menciptakan banyak panas. Jika panas itu
tidak “dihilangkan” maka dapat menyebabkan kumparan di generator menjadi
rusak (isolasi melepuh sehingga dapat terjadi short). Maka dari itu dibutuhkan
suatu sistem pendingin untuk “menghilangkan” panas pada generator
tersebut. Mesin pendingin hidrogen mulai diproduksi dan digunakan secara
besar-besaran sejak tahun 1950. Hidrogen memiliki karakteristik dimana
karakteristik tersebut akan menguntungkan apabila hidrogen digunakan
sebagai medium pendingin dibandingkan mendinginkan menggunakan udara
sebagai medium.
1
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Haseli Y. dan Dincer I., Aliran
fluida incompressible seperti gas hidrogen memiliki laju perpindahan panas
(heat transfer rate) yang tinggi. Oleh karena itu, titik temperatur fluida dapat
digunakan sebagai faktor penentu dalam proses heat removal saat memasuki
heat exchanger. Maka semakin tinggi suhu fluida, semakin rendah
kemampuan “menghilangkan” panas fluida tersebut begitu juga sebaliknya.
Radiator yang dipasang di generator pembangkit listrik DEZ memiliki sebuah
NTU dimana heat removal dari radiator meningkat dari 215,7 kW pada 301oK
ke 289,7 kW pada 289oK. Dengan demikian, ketika suhu gas hidrogen di inlet
naik ke 12oC, kecepatan perpindahan panas pada radiator turun hingga
34,3%. Hasil yang dicapai dalam penelitian ini mengungkapkan bahwa
perubahan dalam laju aliran gas hidrogen di inlet hingga 40% dari nilai
nominal tidak dapat digunakan untuk penurunan heat removal radiator. Selain
itu, di NTU = 1, faktor efektivitas cooling flow turun sekitar 78% ketika titik
temperatur aliran gas hidrogen berubah dari 289oK ke 301oK disamping
perubahan karena meningkatnya laju aliran gas hidrogen. Koefisien efisiensi
eksergi juga akan berkurang pada kondisi ini. (Haseli Y., Dincer I., dkk, 2008)
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Amalia Rahmawaty pada
tahun 2013, hidrogen memiliki beberapa karakteristik yang berbeda dengan
udara yaitu pada thermal conductivity dan heat transfer coefficient. Thermal
conductivity dan heat transfer coefficient hidrogen lebih tinggi dibanding
udara dengan perbandingan 7 : 1 untuk thermal conductivity dan 1,25 : 1
untuk heat transfer coefficient. Sehingga memungkinkan generator yang
menggunakan hidrogen sebagai medium pendingin memiliki kelebihan, yaitu:
nilai heat transfer rate lebih tinggi, generator menjadi lebih bersih, dan life
time generator menjadi lebih panjang. (Didik Aribowo dan Amalia
Rahmawaty, 2013)
2
PLTU Teluk Balikpapan merupakan salah satu sektor pembangkit
listrik PT.PLN Persero yang menggunakan tenaga uap yang dihasilkan oleh
boiler sebagai sumber energi mekanik dan dikonversikan menjadi energi
listrik oleh generator. Di PLTU Teluk Balikpapan terdapat sistem pendingin
generator dengan menggunakan hidrogen sebagai media pendingin, sistem
ini dipilih oleh perusahaan tersebut karena generator yang menggunakan
udara dan air sebagai media pendinginnya sering terjadi beberapa masalah
yaitu kecepatan pendinginan yang rendah, terdapat kotoran dari air dan
udara yang dapat mengurangi kinerja generator, dan life time generator yang
menjadi lebih pendek.
Dari latar belakang masalah tersebut perlu diadakan penelitian yang
berhubungan dengan kecepatan perpindahan panas (heat transfer rate) pada
sistem pendingin generator turbin uap, dengan mengambil judul “SISTEM
PENDINGIN GENERATOR TURBIN UAP MENGGUNAKAN HIDROGEN
SEBAGAI MEDIA PENDINGIN (Studi Observasi Pada PLTU Teluk
Balikpapan, Kalimantan Timur, Indonesia )”
1.2 Rumusan Masalah
Bagaimana kecepatan perpindahan panas (heat transfer rate) sistem
pendingin generator turbin uap menggunakan hidrogen sebagai media
pendingin yang terdapat di PLTU Teluk Balikpapan, Kalimantan Timur,
Indonesia.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penilitian ini dilakukan pembatasan masalah agar pelaksanaan
serta hasil yang diperoleh sesuai dengan pelaksanaannya. Adapun batasan
masalahnya adalah sebagai berikut:
3
a. Penelitian ini dilakukan di PLTU Teluk Balikpapan Kota Balikpapan,
Kalimantan Timur, Indonesia.
b. Penelitian ini berfokus pada sistem pendingin generator turbin uap di
PLTU Teluk Balikpapan yang menggunakan gas hidrogen (H2),
karakteristik dan perbandingan heat transfer rate media pendingin
hidrogen dengan media pendingin udara.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari karakteristik hidrogen,
kelebihan dan kekurangannya sebagai media pendingin, serta perbandingan
heat transfer rate media pendingin hidrogen dengan media pendingin udara.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini memiliki manfaat bagi beberapa pihak yang terkait
didalamnya, yaitu sebagai berikut:
a. Bagi Peneliti: Penelitian ini memberikan manfaat bagi peneliti bagaimana
cara mengetahui kemampuan sistem pendingin generator turbin uap
menggunakan hidrogen sebagai media pendingin di PLTU Teluk
Balikpapan.
b. Bagi Program Studi Teknik Mesin: Hasil penelitian ini dapat dijadikan
referensi tambahan bagi civitas akademik Program Studi Teknik Mesin
Universitas Lambung Mangkurat.
c. Bagi PLTU Teluk Balikpapan: Penelitian tentang sistem pendingin
generator turbin uap menggunakan hidrogen sebagai media pendingin ini
dapat dijadikan bahan pertimbangan atas pengaplikasian sistem
pendingin di generator pembangkit listrik lainnya.
4
BAB II
Dasar Teori
1
2
2.1 Penelitian Terdahulu
Penelitian ini merujuk pada beberapa penelitian yang telah dilakukan
sebelumnya yaitu oleh :
Didik Aribowo dan Amalia Rahmawaty dari Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa pada bulan juni tahun
2013 dengan judul SISTEM PENDINGINAN GENERATOR PT INDONESIA
UBP SURALAYA MENGGUNAKAN HIDROGEN, didapatkan hasil sebagai
berikut :
a. Generator menghasilkan panas pada konduktor yang diakibatkan arus
yang mengalir. Panas harus “dihilangkan” agar generator bisa tetap
bekerja secara efisien. Maka itu dibutuhkan suatu sistem pendingin
generator yang handal diantara sistem pendingin yang lainnya, yaitu
sistem pendingin generator menggunakan hidrogen.
b. H2 memiliki karakteristik sebagai berikut :
Characteristic Air Hydrogen
Density 1.00 0.07
Thermal Conductivity 1.00 7.00
Heat Transfer Coeficient 1.00 1.25
Explosive No Yes
Oxidizing Agent Yes No
5
Sehingga memungkinkan generator yang menggunakan hidrogen
sebagai medium pendingin memiliki kelebihan, yaitu:
1. Heat transfer temperatur cepat.
2. Generator menjadi lebih bersih.
3. Life time generator menjadi lebih panjang.
Dan kekurangannya adalah:
1. Pemeliharaan yang sulit.
2. Biaya pemeliharaan tinggi.
3. Hidrogen bersifat eksplosif jika bercampur dengan udara.
c. Dibutuhkan suatu sistem yang handal untuk mencegah hidrogen keluar
dari rumah generator, yang dikenal dengan seal oil system
memungkinkan hidrogen tetap tinggal di dalam rumah generator dengan
cara memberikan tekanan yang telah diatur pada kedua sisi rumah,
dimana poros generator berada.
Febri Dwi Senjaya dan Farel H. Napitupulu dari Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara pada bulan Desember tahun
2013 dengan judul ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP
PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT.PLN
SEKTOR PEMBANGKITAN MEDAN, didapatkan hasil sebagai berikut :
Setelah mengganalisa Performansi Turbin Gas dengan menggunakan
Water Wash, maka diperoleh Water Wash kapasitas udara masuk kompresor
(udara ) Sebesar 493200 kg/jam lebih banyak dari pada sebelum Water
Wash sebesar 432000 kg/jam. Daya keluaran turbin gas setelah Water Wash
sebesar 42,015 [MW] dan efesiensi siklus sebesar 26,85 [%], sedangkan
daya keluaran turbin gas sebelum Water Wash sebesar 38,81 [MW] dan
efisiensi siklus sebesar 26,4 [%]. (F. Dwi Senjaya dan F. H. Napitupulu, 2013)
6
Bambang Winardi dari Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Diponegoro pada bulan Juni tahun 2007 dengan judul
PEMAKAIAN HYDROGEN COOLING SYSTEM PADA GENERATOR UNIT 1
PLTU TAMBAK LOROK PT INDONESIA POWER UBP SEMARANG,
didapatkan hasil sebagai berikut :
a. Sistem pendinginan pada generator PT. Indonesi Power unit I
menggunakan gas hidrogen yang disirkulasikan didalam casing
generator.
b. Proses sirkulasi gas hidrogen sebanding dengan putaran rotor generator
karena sirkulasi gas dilakukan dengan bantuan kipas yang terpasang
dibagian ujung lilitan rotor generator sisi eksitasi dan sisi turbin
c. System pendinginan hidrogen dipantau dan dikontrol melalui hidrogen
control cabinet untuk menjaga bahwa sistem pendinginan berjalan normal
d. Gas hidrogen yang disirkulasikan perlu dilakukan pendinginan untuk
melepaskan panas yang diikatnya dari sistem dengan media air berada
pada gas cooler
e. Perbedaan tekanan antara minyak dan hidrogen (tekanan differensial)
dapat dijadikan indikator kemurnian hidrogen dimana semakin rendah
kemurnian hidrogen maka tekanan differensialnya akan menurun.
Annis Khoiri Wibowo dan Bambang Arip Dwiyantoro dari Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh
November (ITS) pada tahun 2014 dengan judul STUDI NUMERIK
PENINGKATAN COOLING PERFORMANCE PADA LUBE OIL COOLER
GAS TURBINE YANG DISUSUN SECARA SERI DAN PARALEL DENGAN
VARIASI KAPASITAS AlIRAN LUBE OIL, Dari hasil simulasi Computational
Fluid Dynamics pada susunan lube oil cooler secara seri dan paralel
diperoleh :
7
a. Susunan cooler dipasang seri menghasilkan cooling capacity lebih besar
dibandingkan susunan cooler dipasang paralel. Namun pada susunan
seri memiliki pressure drop lebih tinggi
b. Semakin besar kapasitas lube oil maka temperatur keluaran cooler dan
pressure drop yang terjadi akan semakin besar
c. Susunan cooler seri menghasilkan tingkat keseragaman flow rate yang
lebih baik jika dibandingkan dengan susunan cooler paralel. Hal tersebut
ditunjukkan dengan lebih kecilnya nilai standard deviasi dari flow ratio,
sehingga dapat menghasilkan cooling load yang lebih besar. Cooling load
terbesar dihasilkan pada susunan cooler seri dengan kapasitas 74 gpm
d. Semakin besar kapasitas lube oil maka tingkat keseragaman flow rate
pada masing-masing tube akan semakin rendah, begitu juga sebaliknya.
F. Gatot Sumarno dan Slamet Priyoatmojo dari Program Studi Teknik
Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang pada 3
September 2015 dengan judul PERPINDAHAN PANAS PADA GAS
TURBINE CLOSED COOLING WATER HEAT EXCHANGER DI SEKTOR
PEMBANGKITAN PLTGU CILEGON, Hasil dari tugas akhir ini dapat
disimpulkan sebagai berikut:
a. Laju Perpindahan Panas terbesar dihasilkan sebesar 2914486,227 W
dengan Number Of Transfer Unit (NTU) sebesar 0,77 dan Laju
Perpindahan Panas terkecil dihasilkan sebesar 2582780,941 W dengan
Number Of Transfer Unit (NTU) sebesar 0,53
b. Semakin besar laju perpindahan panas pada Gas Turbine Closed Cooling
Water Heat Exchanger menyebabkan semakin besar nilai efektvitas pada
Gas Turbine Closed Cooling Water Heat Exchanger
8
c. Efektivitas terbesar pada Gas Turbine Closed Cooling Water Heat
Exchanger sebesar 43,13 % dan dihasilkan efektivitas terkecil sebesar
34,2 %
d. Efektivitas Gas Turbine Closed Cooling Water Heat Exchanger kecil
disebabkan oleh besarnya temperatur air sebagai media pemanas dan
besarnya temperatur udara ambient sebagai media pendingin sehingga
menyebabkan Laju perpindahan panas semakin kecil, artinya sedikitnya
panas yang dipindahkan oleh alat heat exchanger tersebut.
2.2 Turbin Uap
Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit
listrik tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut yaitu : Ketel,
kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi
sebagai fluida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi
untuk mengubah air menjadi uap.
Gambar 1.1 Siklus rankine( Sumber : Gas turbine Engineering Handbook Edisi 2, 2002 )
9
WTWP
4
32
1
Q out
Q in
konderser
BOILER
Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air
pada siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik s1 = s2 masuk ke
Boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi Boiler
menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari
boiler masuk ke turbin dengan kondisi super panas h3 = h4 dan keluaran
dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang masuk ke
turbin sama dengan laju aliran massa keluar dari turbin, ini dapat
digambarkan dengan menggunakan diagram T-s berikut:
3
T Cp
2
4
1
SGambar 1.2 Diagram Temperatur (T) – Entropi (s)
( Sumber : Gas turbine Engineering Handbook Edisi 2, 2002 )
Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh
suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada
fluida kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses
Siklus 1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1
Dengan rumus:
W = T dS
W = Kerja per satuan berat fluida kerja
Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram ( T – s )
Dalam kenyataan Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus
Ideal (Siklus Rankine ) antara lain karena faktor tersebut dibawah ini :
10
a. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan
dan kerugian kalor ke atmosfer disekitarnya .
b. Kerugian tekanan dalam ketel uap
c. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida kerja
dan bagian-bagian dari turbin. (Boyce Meherwan P., 2002)
2.3 Kontruksi Generator Sinkron
Generator terdiri dari dua bagian yang paling utama, yaitu:
a. Bagian yang diam (Stator):
1. Inti stator berupa cincin laminasi yang diikat serapat mungkin untuk
menghindari rugi-rugi arus eddy (eddy current losses)
2. Belitan stator terdiri dari beberapa batang konduktor yang terdapat di
dalam slot dan ujung kumparan.
3. Alur stator merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat
belitan stator ditempatkan.
4. Rumah stator merupakan bagian dari stator yang umumnya terbuat
dari besi tuang yang berbentuk silinder.
Gambar 1.3 Konstruksi Generator Sinkron Tipe THW-210-2( Sumber : Gas turbine Engineering Handbook Edisi 2, 2002 )
b. Bagian yang bergerak (Rotor)
11
Rotor adalah bagian generator yang bergerak atau berputar,
antara rotor dan stator dipisahkan oleh celah udara (air gap). Rotor terdiri
dari dua bagian umum yaitu inti kutub dan Kumparan medan. Bagian inti
kutub memiliki poros dan inti rotor yang memiliki fungsi sebagai jalan atau
jalur fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan medan. Kumparan
medan juga memiliki dua bagian, yaitu bagian penghantar sebagai jalur
untuk arus pemacuan dan bagian yang diisolasi. Isolasi pada bagian ini
harus benar-benar baik dalam hal kekuatan mekanisnya, ketahanannya
akan suhu yang tinggi dan ketahanannya terhadap gaya sentrifugal yang
besar. Konstruksi rotor untuk generator yang memiliki nilai putaran relatif
tinggi biasanya menggunakan konstruksi rotor dengan kutub silindris
(cylinderica poles) dan jumlah kutubnya relatif sedikit (2, 4, 6) Konstruksi
ini dirancang tahan terhadap gaya yang lebih besar akibat putaran yang
tinggi. (Annis Khoiri.W dan Bambang Arip.D, 2014)
`
Gambar 1.4 Konstruksi Rotor Tipe Salient Silinder(Sumber : Gas turbine Engineering Handbook Edisi 2, 2002)
2.4 Prinsip Kerja Generator Sinkron
Prinsip kerja generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut:
12
a. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber
eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan
medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan
medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu
adalah tetap.
b. Penggerak mula (prime mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera
dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.
c. Perputaran tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang
dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada
rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada
kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik
yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks
magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi
pada ujung-ujung kumparan tersebut. (F. Gatot Sumarno dan Slamet
Priyoatmojo, 2015)
2.5 Sistem Pendingin Generator
Generator berfungsi merubah energi mekanik yang dihasilkan oleh
turbin menjadi energi listrik. Medan magnet yang melalui inti stator dan juga
arus listrik yang melalui kumparan stator dan rotor generator akan
menimbulkan panas. Agar kerusakan akibat panas pada isolasi dapat
dicegah, maka panas tersebut harus dihilangkan. Untuk itu diperlukan media
pendingin generator yaitu :
a. Sistem Pendinginan Generator Menggunakan Udara Langsung
Untuk mendinginkan temperatur (suhu) pada belitan stator dan
rotor digunakan udara dari luar yang ditarik oleh fan rotor melalui filter,
13
kemudian dihembuskan melalui celah-celah (lubang udara) baru ke
atmosfir, begitu seterusnya.
Kelebihan generator jenis ini:
1. Sistem pemeliharaannya sangat mudah karena generator jenis ini
lebih sederhana.
2. Biaya pemeliharaan murah.
Kekurangan generator jenis ini:
1. Kondisi belitan rotor dan stator sangat kotor karena menggunakan
udara langsung yang membawa berbagai jenis debu dan kotoran.
2. Proses heat transfer temperatur berlangsung lambat karena
menggunakan udara langsung.
3. Kelembaban udara tinggi karena penggunaan udara langsung
menyebabkan kelembaban udara tidak dapat diatur, sehingga
dapat membahayakan komponen generator tersebut.
4. Life time generator lebih pendek
b. Sistem Pendinginan Generator Menggunakan Udara Tetap
Pada generator jenis ini, mendinginkan temperatur belitan stator
dan rotor menggunakan udara tetap yang berada di dalam generator.
Udara tersebut ditarik oleh fan rotor dan dihembuskan ke celah-celah
belitan stator dan rotor, sehingga menimbulkan sirkulasi udara secara
terus-menerus melalui alat pendingin udara.
Kelebihan generator jenis ini:
1. Sistem pemeliharaannya mudah.
2. Biaya pemeliharaannya murah.
3. Risiko terjadi kebakaran relatif kecil.
14
4. Relatif bersih jika dibandingkan dengan generator yang
menggunakan udara langsung.
Kekurangan generator jenis ini:
1. Heat transfer temperatur lebih lambat karena menggunakan udara
dan proses pendinginannya juga lambat.
2. Kelembaban udara tinggi karena generator jenis ini tidak bisa
mengatur kelembaban udara di dalam generator.
3. Life time generator lebih pendek.
c. Sistem Pendinginan Generator Menggunakan Hidrogen
Cara lain untuk mendinginkan generator adalah dengan
mensirkulasikan gas hidrogen (H2) di dalam rumah generator dan di
sekitar rotor. H2 tujuh sampai sepuluh kali lipat lebih baik dalam menyerap
dan mentransfer panas dibandingkan dengan udara. Artinya untuk ukuran
generator yang sama, lebih banyak arus yang dapat dialirkan pada
kumparan stator dan rotor jika didinginkan menggunakan H2. H2 bersifat
ekplosif jika tercampur dengan udara dengan perbandingan 4-76%. Pada
saat overhaul atau pada saat-saat tertentu ketika housing generator harus
dibuka, H2 yang berada dalam generator tidak boleh tercampur dengan
udara langsung. Maka dari itu dibutuhkan suatu medium untuk
memisahkan H2 dan udara. Digunakan karbon dioksida atau CO2 untuk
membersihkan generator sebelum dimasuki baik oleh H2 maupun udara.
Di dalam generator terdapat blower yang berfungsi mengarahkan
H2 ke bagian-bagian generator yang perlu didinginkan. Untuk kumparan
stator, gas hidrogen masuk dari arah exciter dan keluar dari sisi turbin.
Untuk kumparan rotor, gas masuk dari kedua ujung kumparan dan keluar
dari tengah kumparan. Temperatur gas hidrogen sebelum menyerap
panas adalah sekitar 45ºC, kemudian gas diarahkan oleh blower ke gas
15
cooler yang berfungsi mendinginkan gas yang membawa panas
generator. Gas didinginkan menggunakan air tawar yang memiliki
temperatur 35ºC yang dialirkan pada pipa-pipa di dalam gas cooler.
Kenaikan kelembaban didalam generator akan mengalami kerugian maka
dari itu apabila kemurnian H2 jatuh dibawah 90%, H2 diatur agar
bersirkulasi melalui gas dryer yang berfungsi menjaga kelembaban gas.
(Bambang Winardi, 2007)
BAB III
METODE PENELITIAN
3
3.1 Objek Penelitian
Objek penelitian ini merupakan data berupa temperatur keluar dan
masuk media pendingin pada generator serta tekanan differensialnya. Data
yang diperoleh merupakan data hasil dari Main Control Room PLTU Teluk
Balikpapan.
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
a. Alat
Alat yang digunakan dalam pengambilan data terdiri diri :
1. Generator sinkron tipe THW 210-2, berfungsi sebagai alat
mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik. Alat ini
merupakan objek utama pada penelitian ini
2. Komputer / Alat pengolah data, berfungsi untuk mengumpulkan data
yang dikirim dari thermocople dan pressure switch
16
3. Thermocople, berfungsi untuk mengetahui suhu keluar dan masuk
fluida pendingin generator
4. Pressure Switch, berfungsi untuk mengetahui tekanan differensial
pada Seal Oil System.
b. Bahan
Bahan yang menjadi objek pada penelitian in terdiri dari :
1. Gas hidrogen dan udara yang berfungsi sebagai media pendingin
2. Air yang berfungsi sebagai pendingin dan pemurnian gas hidrogen
3. Oli yang berfungsi sebagai pembatas antara hidrogen dan udara
3.3 Proses Penelitian
Proses yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Observasi
Observasi merupakan proses pertama yang dilakukan pada
penelitian ini karena penelitian ini termasuk ragam penelitian empiris
dimana terdapat studi kasus dan studi lapangan didalamnya. Observasi
penelitian ini dilakukan di PLTU Teluk Balikpapan, Kalimantan Timur,
Indonesia. Objek observasi di PLTU Teluk Balikpapan pada penelitian ini
adalah sistem pendingin generator turbin uap yang menggunakan
hidrogen sebagai media pendinginnya.
b. Studi Literatur
Teori serta konsep penelitian yang telah dikembangkan dan ada
hubungannya dengan masalah yang dihadapi dikemukakan sebagai
dasar menuju tahapan selanjutnya dilakukan pada tahap ini, studi
literature dilakukan dengan mempelajari teori – teori yang akan digunakan
untuk mencapai tujuan penelitian yang hendak dicapai. Studi literatur
yang dilakukan mengenai PLTU, generator, dan sistem pendingin. Studi
literatur ini diperoleh dari sumber yaitu beberapa buku dan jurnal.
17
c. Pengumpulan Data
Pengumpulan data merupakan prosedur yang sistematik dan
standar untuk memperoleh data yang diperlukan. Metode pengumpulan
data yang dilakukan adalah dengan mencatat suhu – suhu yang menjadi
objek penelitian. Data – data yang diperlukan antara lain :
1. Temperatur masuk hidrogen dalam generator (Tin)
2. Temperatur keluar hidrogen dalam generator (Tout)
3. Temperatur masuk udara dalam generator (tin)
4. Temperatur keluar udara dalam generator (tout)
5. Temperatur permukaan generator (T∞)
6. Temperatur sekitar generator (Ts)
7. Koefisien panas hidrogen (hhydrogen)
8. Koefisien panas udara (hair)
9. Luas permukaan generator (A)
10. Emmisivitas permukaaan generator (ε)
11. Koefisien radiasi (σ = 5.67 x 10-8 W/m2 . K4)
d. Pengolahan Data
Data yang sudah dikumpulkan kemudian diolah agar dapat
digunakan dalam penelitian. Metode perhitungan kecepatan perpindahan
panas (heat transfer rate) yang digunakan pada pengolahan data adalah
sebagai berikut :
1. Laju perpindahan panas konveksi : Qc = h . A(Tout – Tin)
2. Laju perpindahan panas radiasi : Qr = σ . A . ε(Ts3 - T∞
4)
3. Laju perpindahan panas total : Qtotal = Qc + Qr
e. Analisis Data
Analisis data adalah proses mengatur urutan data,
mengorganisasikanya ke dalam suatu pola, kategori, dan satuan uraian
18
dasar. Teknik analisis data yang digunakan pada penelitian ini adalah
teknik analisis data secara deskriptif dimana penyajian data heat transfer
rate yang telah diolah sebelumnya disajikan dalam bentuk grafik, tabel,
presentasi, ataupun diagram.
f. Kesimpulan
Kesimpulan adalah pernyataan singkat tentang hasil analisis
deskripsi dan pembahasan tentang hasil pengetesan hipotesis yang telah
dilakukan sebelumnya. Kesimpulan yang akan diambil dari penelitian ini
adalah hasil perbandingan total heat transfer rate hidrogen dengan udara.
Berikut ini merupakan diagram alir penelitian dari proses penelitian ini :
19
Mulai
Observasi
Studi Literatur
Pengumpulan Data (Tin, Tout, tin, tout, dll)
Pengolahan Data (1)Perhitungan Heat Transfer Rate total (Qtotal) sistem pendingin generator turbin uap menggunakan hidrogen (H2) sebagai media pendingin
Pengolahan Data (2)Perhitungan Heat Transfer Rate total (Qtotal) sistem pendingin generator turbin uap menggunakan udara sebagai media pendingin
3.4 Flow Chart Penelitian
Langkah – langkah yang dilakukan pada penelitia ini adalah sebagai
berikut :
a. Persiapan Alat dan Bahan
Langkah pertama yang dilakukan pada penelitian ini adalah
mempersiapkan alat dan bahan. Alat dan bahan yang diperlukan untuk
penelitian ini yaitu :
1. Komputer / Alat pengolah data pada Main Control Room
2. Generator Sinkron Tipe THW 210-2
3. Thermocople
4. Pressure Switch
5. Media Pendingin Hidrogen
6. Media Pendingin Udara
7. Air
8. Oli
b. Pengukuran Temperatur
20
Langkah kedua yang dilakukan pada penelitian ini adalah
pengukuran temperature. Pengukuran temperature dilakukan
menggunakan thermocople pada 4 titik yaitu :
1. Inlet generator, untuk mengetahui temperatur media pendingin yang
masuk
2. Outlet generator, untuk mengetahui temperatur media pendingin yang
keluar
3. Permukaan generator, untuk mengetahui temperatur rata - rata pada
permukaan generator
4. Daerah sekitar generator, untuk mengetahui temperatur fluida yang
terdapat di sekitar generator
c. Pengukuran Tekanan
Langkah ketiga yang dilakukan pada penelitian ini adalah
pengukuran tekanan. Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan pada
penelitian ini adalah pressure switch. Objek yang diukur oleh pressure
switch adalah tekanan oli dan tekanan hidrogen yang akan digunakan
untuk menghitung tekanan differensial untuk dijadikan indikator
kemurnian gas hidrogen.
d. Pengukuran Dimensi Generator
Langkah keempat yang dilakukan pada penelitian ini adalah
pengukuran dimensi generator Tipe THW 210-2. Pengukuran ini
dilakukan untuk mengetahui luas permukaan generator dengan cara
melihat data spesifikasi dari komputer / alat pengolah data yang terdapat
di Main Control Room.
21
Berikut ini merupakan langkah – langkah (Flow Chart) penelitian yang dilakukan :
22
Mulai
Persiapan Alat dan Bahan
Pengukuran Temperatur
Pendingin Hidrogen
Masuk
Permukaan Generator
THW 210-2
Pendingin Hidrogen
Keluar
Pendingin Udara Masuk
Pendingin Udara Keluar
Fluida Sekitar
Generator
Pengukuran Tekanan
3.5 Jadwal Pelaksanaan Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan sesuai dengan jadwal yang yang telah
ditentukan, Jadwal pelaksanaan peneltian tersebut dapat dilihat pada tabel
berikut :
No Kegiatan Sept 2016 Oktober 2016
21-30 1-7 8-15 16-19 20-25
1. Tahap persiapan penelitian
a. Mencari judul
b. Penyusunan kerangka
2. Tahap pelaksanaan
a. Pengumpulan data
b. Pengolahan data
3. Tahap penyusunan proposal
23
HidrogenOli
Pengukuran Dimensi
Generator
Selesai
DAFTAR PUSTAKA
Aribowo D., Rahmawaty A., 2013, Sistem Pendinginan Generator PT Indonesia Power UBP Suralaya Menggunakan Hidrogen, Volume 2, No.1
Arismunandar,Wiranto, 2002 Pengantar turbin Gas dan. Motor Propulsi. Penerbit ITB. Bandung
Boyce Meherwan P., 2002, Gas Turbine Engineering Handbook, Edisi 2, Butterworth-Heinemann, Texas
Differential fan-pressure gage hydrogen-cooled generator, GEK-27193, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan
Diktat Pusat Pelatihan dan Pendidikan PT. PLN (Persero), Pendingin Generator.
Diktat Pusat Pelatihan dan Pendidikan PT. PLN (Persero), Perapat Generator.
Dinser, I., Rosen, M.A. (2007). Exergy: Energy, Environment and Sustainable Development. Elsevier, Oxford
24
Dwi Senjaya F., H. Napitupulu F., 2013, Analisa Pengaruh Water Wash Terhadap Performansi Turbin Gas Pada PLTG Unit 7 Paya Pasir PT.PLN Sektor Pembangkitan Medan, Volume 7, No.3
Gas leakage test, GEK-27190, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan
Gatot Sumarno F., Priyoatmojo S., 2015, Perpindahan Panas Pada Gas Turbine Closed Cooling Water Heat Exchanger di Sektor Pembangkitan PLTGU Cilegon, Volume 11, No.3
Giampaolo, A. 2000. Gas Turbine Handbook Principles and Practices. Lilburn: The Fairmont Press Inc.
Haseli, Y., Dincer, I. and Naterer, G.F,. 2008, Optimum Temperatures in a Shell and Tube Condenser with Respect to Exergy. International Journal of Heat and Mass Transfer, 51, 2462-2470
Holman, J.P. 1994. Perpindahan Kalor. E. Jasjfi. Jakarta : Erlangga.
Hydrogen leakage and purity formulas, GEI26599D, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan
Khoiri Wibowo A., Arip Dwiyantoro B., 2014, Studi Numerik Peningkatan Cooling Performance pada Lube Oil Cooler Gas Turbine yang Disusun Secara Seri dan Paralel dengan Variasi Kapasitas Aliran Lube Oil, Volume 3, No.2
Kreith, Frank. 1991. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas. Arko Prijono. Jakarta : Erlangga.
Lemberg, Alex. 2012. Oil Ingress in Medium GE Generators. GE Energy: Power Generation Services.
Lynn hydrogen-cooled turbine generator electrical and mechanical features, GEI-5394, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan
Mitsubishi. 1984. Teluk Balikpapan Steam Power Plant Units 1 & 2 Design Manual Volume TD 03 Generator & Ancillary.
Operation Lynn hydrogen-cooled turbine generator, GEI-53947D, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan
Shaft sealing system, GEK-33039A, Manual Book PLTU Teluk Balikpapan
Sholihah, Q dkk, 2005, “Analysis of Implementation of OHAS School counseling to knowledge, Learning Achievement and Risk Factors of Accident”, International Journal of Health Sciences and Research (IJHSR), Volume 5.
Winardi B., 2007, Pemakaian Hydrogen Cooling System Pada Generator Unit 1 PLTU Tambak Lorok PT. Indonesia Power UBP Semarang, Jilid 9, No.1
25
Wuryanti, Sri. 1995. Perpindahan Panas. Bandung : Penerbit Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik
Wu, S.-Y., Yuan, X.-F. Li, Y.-R. and Xiao, L. (2007) Exergy Transfer Effectiveness on Heat Exchanger for Finite Pressure Drop. Energy, 32, 2110-2120.
Yunus, A. Cengel. 2003. Heat and Mass Transfer. A Practical Approach, 2nd, New York : Mc.Graw-Hill
26