analisa performansi turbin uap dengan kapasitas 1000 …
TRANSCRIPT
ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP
DENGAN KAPASITAS 1000 KW PADA PABRIK KELAPA
SAWIT PTPN IV UNIT USAHA PABATU
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan
Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
oleh
SISKA ANDINI
1405051050
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN
2017
v
INTISARI
ANALISA PERFORMANSI TURBIN UAP DENGAN KAPASITAS 1000 KW
PADA PABRIK KELAPA SAWIT PTPN IV UNIT USAHA PABATU
Seiring berjalannya waktu perkembangan dunia industri semakin pesat termasuk
industri Pengolahan Kelapa Sawit. Dalam proses pengolahan kelapa sawit
dibutuhkan energi listrik untuk menggerakkan semua mesin produksi dalam jumlah
yang tidak sedikit. Mesin-mesin konversi yang dapat digunakan untuk
menghasilkan energi listrik diantaranya ialah turbin uap dengan fluida kerjanya
ialah uap. Dengan melakukan perhitungan pada turbin tersebut, daya pada turbin
uap dihasilkan dari selisih entalpi yang masuk ke turbin dikalikan dengan laju
aliran uap. Adapun dari data analisa yang diperoleh berdasarkan data spesifikasi
turbin adalah: daya isentropik turbin ialah 1,43 MW dan efisiensi turbin uap ialah
69,93%, sedangkan berdasarkan data di lapangan adalah: daya isentropik turbin
ialah 1,38 MW dan efisiensi turbin uap ialah 57,95% .
Kata kunci: Energi, Turbin Uap, Daya, Efisiensi
vi
ABSTRACT
PERFORMANCE ANALYSIS OF STEAM TURBINE WITH CAPACITY 1000 KW
AT PALM OIL MILL PTPN IV PABATU BUSINESS UNIT
As time passes, the development of the industrial of the industrial company is more
rapid including Palm Oil Processing Industry. Palm Oil Processing needs
electrical energy to drive all of production machines. The engine converter is used
to generated electrical energy including steam turbine which have steam as the
fluid. Steam power plant has four main components to generate electrical energy
specifically: steam boiler, condenser, turbine, and generator. It is assisted with
some of the other tools in the other to support the performance of main components
that can make efficiency increasing. By performing the calculation of the turbine,
steam turbine power is produced from the difference of enthalpy that enters the
turbine times the flow rate of steam. The result of analysis obtained based on data
from the turbine specifications are: isentropic power of turbin is 1,43 MW and
steam turbine efficiency is 69,93%, while the result obtained from the data analysis
based on the data in the field are: isentropic power of turbine is 1,38 MW and steam
turbine efficiency is 57,95%.
Keywords: Energy, Steam Turbine, Power, Efficiency.
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT, yang telah
melimpahkan Rahmat dan Karunia-Nya yang tiada hentinya sehingga penulis dapat
menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan tugas akhir ini berjudul “Analisa
Performansi Turbin Uap dengan Kapasitas 1000 kW pada Pabrik Kelapa
Sawit PTPN IV Unit Usaha Pabatu”.
Penulisan laporan tugas akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III di Jurusan Teknik Mesin Progam
Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan.
Dalam penulisan tugas akhir ini penulis menyadari keterbatasan pengetahuan
dan waktu serta pengalaman penulis dalam menyusun laporan ini. Namun, atas
bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, maka laporan ini dapat terselesaikan.
Pada kesempatan ini dengan segala ketulusan dan kerendahan hati penulis
mengucapkan terima kasih kepada:
1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan;
2. Idham Kamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik
Negeri Medan;
3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi
Politeknik Negeri Medan dan selaku Dosen pembimbing penulis;
4. Rihat Sebayang, S.T., M.T., selaku Dosen Wali EN – 6A Progam Studi Teknik
Konversi Energi Politeknik Negeri Medan;
5. Seluruh dosen pengajar dan staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, penulis
ucapkan terima kasih atas semua bantuan, bimbingan, nasehat, serta didikan
yang diberikan kepada penulis selama tiga tahun mengenyam pendidikan di
Politeknik Negeri Medan;
6. Seluruh karyawan PT. Perkebunan Nusantara IV Unit Usaha Pabatu yang turut
serta dalam penyempurnaan laporan tugas akhir ini;
viii
7. Terkhusus penulis ucapakan terimakasih kepada Ayahanda (Budiman), Ibunda
(Khadijah Lubis), serta Abang dan Adik penulis (Andri Lesmana dan Elfira
Widya) tercinta yang telah mengasuh, membimbing, dan memberikan kasih
sayangnya serta telah berjuang memberi bantuan moril, materil serta doa dan
motivasi yang tiada henti-hentinya diberikan kepada penulis sehingga penulis
dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini;
8. Rekan-rekan seperjuangan penulis Tri Rizky Irawan Siregar, Joko Parianto,
Apuddansyah Panggabean, Sigit Wiyoko, Rizza Fahri, Prio Mandyvo yang
telah memberikan kesan baik kepada penulis selama menempuh pendidikan di
Politeknik Negeri Medan;
9. Rekan-rekan yang ada di Asrama Putri Taman Firdaus, terkhususnya Ribka
Pangaribuan, Kak Maya, Enjelika Manurung, Lisna Nainggolan;
10. Rekan-rekan mahasiswa Progam Studi Teknik Konversi Energi angkatan 2014
terutama EN – 6A terkhususnya kepada sahabat-sahabat tercinta penulis
Elizabeth Siahaan, Eliana K Sianipar, Erisha Simamora, Pintauli Sinamo, dan
rekan-rekan PKL penulis Boby Aulia Silaban, Joseph Sinaga, Prima Samosir.
Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam pembuatan
laporan tugas akhir ini baik dari segi pembuatannya maupun dari segi bahasa dan
penyajiannya. Untuk itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang
sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan tugas akhir ini.
Akhirnya penulis mengucapkan terima kasih atas perhatian pembaca dan
semoga bermanfaat bagi siapapun yang membacanya.
Medan, Agustus 2017
Hormat Penulis,
Siska Andini
NIM: 1405051050
ix
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ....................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... iii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................ iv
INTI SARI ........................................................................................................... v
ABSTRACT ......................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ......................................................................................... vii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1
A. Latar Belakang ................................................................................ 1
B. Perumusan Masalah ........................................................................ 2
C. Tujuan Tugas Akhir ........................................................................ 2
D. Manfaat Tugas Akhir ...................................................................... 3
E. Teknik Pengumpulan Data .............................................................. 3
F. Sistematika Penulisan ...................................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................... 6
A. Pengertian Turbin Uap .................................................................... 6
B. Sejarah Perkembangan Turbin Uap ................................................ 7
C. Prinsip Kerja Turbin Uap ................................................................ 10
D. Klasifikasi Turbin Uap ................................................................... 11
1. Menurut Jumlah Tingkat Tekanan .............................................. 11
2. Menurut Arah Aliran Uap ........................................................... 12
3. Menurut Jumlah Silinder ............................................................ 12
x
4. Menurut Kondisi Uap yang Digunakan ...................................... 12
5. Berdasarkan Proses Panas Jatuh ................................................. 13
6. Menurut Prinsip Aksi Uap .......................................................... 14
7. Menurut Kondisi Tekanan Uap yang Masuk pada Turbin ......... 14
8. Menurut Metode Pengaturan ...................................................... 14
9. Menurut Typenya ........................................................................ 15
10. Menurut Pemakaian di Bidang Industri .................................... 15
11. Menurut Prinsip Kerjanya ......................................................... 15
E. Komponen-Komponen Utama Turbin Uap ..................................... 17
1. Nosel ........................................................................................... 17
2. Sudu Turbin ................................................................................ 18
3. Rotor Turbin ............................................................................... 18
4. Rumah Turbin (Casing) .............................................................. 19
5. Bantalan (Bearing) ...................................................................... 19
a. Bantalan Aksial (Thrust Bearing) .......................................... 20
b. Bantalan Luncur (Journal Bearing) ........................................ 20
F. Komponen-Komponen Pendukung Turbin Uap ............................. 21
1. Kopling ....................................................................................... 21
2. Gear Box ..................................................................................... 22
3. Governor ..................................................................................... 22
4. Katup Tekanan Lebih .................................................................. 23
5. Katup Pengaman Kecepatan Lebih ............................................. 23
G. Kerugian Energi pada Turbin Uap .................................................. 23
1. Kerugian Iternal .......................................................................... 23
2. Kerugian Eksternal ..................................................................... 23
H. Siklus Rankine ................................................................................ 24
1. Efisiensi Siklus Rankine ............................................................. 26
2. Efisiensi Isentropik ..................................................................... 27
BAB III TURBIN UAP PADA PABRIK KELAPA SAWIT ........................ 28
A. Pengertian dan Fungsi Turbin Uap ................................................. 28
xi
B. Spesifikasi Turbin Uap PKS PTPN IV Unit Usaha Pabatu ........... 29
C. Tujuan Penggunaan Turbin Uap ..................................................... 29
D. Peralatan Pendukung Turbin Uap .................................................. 30
E. Alur Proses Turbin Uap .................................................................. 31
F. Prosedur Menjalankan Turbin Uap ................................................. 32
G. Pengawasan Selama Operasi ........................................................... 33
H. Cara Menghetikan Operasi Turbin Uap .......................................... 33
I. Back Pressure Vesseel (BPV) .......................................................... 34
BAB IV ANALISA DATA
A. Data Spesifikasi Turbin Uap PKS PTPN IV Unit Usaha Pabatu ... 35
B. Data Turbin Uap di Lapangan ......................................................... 35
C. Analisa Data Turbin Uap Berdasarkan Data Spesifikasi Turbin .... 36
D. Analisa Data Turbin Uap Berdasarkan Data di Lapangan .............. 38
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 42
A. Kesimpulan ..................................................................................... 42
B. Saran ............................................................................................... 42
DAFTAR PUSTAKA
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Ilustrasi 3D Turbin Uap ..................................................................... 7
Gambar 2. Turbin Uap Hero ................................................................................ 8
Gambar 3. Ilustrasi Kerja Turbin Uap .................................................................. 11
Gambar 4. Turbin Tunggal dan Bertingkat .......................................................... 12
Gambar 5. Prinsip Kerja Turbin Impuls ............................................................... 16
Gambar 6. Prinsip Kerja Turbin Reaksi ............................................................... 16
Gambar 7. Perbandingan Turbin Impuls dan Turbin Reaksi ............................... 17
Gambar 8. Bagian-Bagian Turbin Uap ................................................................ 18
Gambar 9. Rotor Turbin ....................................................................................... 19
Gambar 10. Rumah Turbin (Casing) .................................................................... 19
Gambar 11. Bantalan Aksial (Thrust Bearing) .................................................... 20
Gambar 12. Bantalan Luncur (Journal Bearing) .................................................. 21
Gambar 13. Kopling .............................................................................................. 21
Gambar 14. Gear Box ........................................................................................... 22
Gambar 15. Governor............................................................................................ 22
Gambar 16. Diagram Alir Siklus Rankine ........................................................... 24
Gambar 17. Diagram T-S Siklus Rankine Sederhana .......................................... 25
Gambar 18. Turbin Uap PKS Unit Usaha Pabatu ................................................. 28
Gambar 19. BPV PKS Unit Usaha Pabatu ............................................................ 34
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Hasil Analisa Data Turbin Uap Berdasarkan Data Spesifikasi Turbin
dan Berdasarkan Data di Lapangan ....................................................... 41
xii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Data Spesifikasi Turbin Uap PKS PTPN IV Unit Usaha Pabatu
2. Data Turbin Uap di Lapangan
3. Tabel Uap
4. Kartu Bimbingan Mahasiswa
5. Formulir Bebas Revisi
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Energi adalah kebutuhan pokok manusia untuk melakukan aktivitas
sehari-hari. Perkembangan teknologi dan industri yang pesat akan mendorong
peningkatan kebutuhan energi. Salah satu energi yang sangat besar
pemanfaatannya adalah energi listrik. Pemanfaatan energi listrik terus
bertambah mulai dari rumah tangga, perusahaan/pabrik, perkantoran, dan lain-
lain.
Seiring dengan berjalannya waktu perkembangan dunia industri semakin
pesat. Salah satunya adalah industri pengolahan kelapa sawit. Dalam proses
pengolahan kelapa sawit menjadi minyak mentah (crude palm oil) dan inti sawit
(kernel) diperlukan energi listrik untuk menggerakkan seluruh mesin produksi
di dalam pabrik. Oleh karena itu, listrik yang diperlukan dalam proses
pengolahan kelapa sawit sangat besar dan tidak memungkinkan untuk
seluruhnya disuplai dari Perusahaan Listrik Negara (PLN), maka setiap pabrik
kelapa sawit memiliki pembangkit listrik sendiri untuk memenuhi kebutuhan
energi listrik di dalam proses pengolahan kelapa sawit.
Mesin-mesin konversi energi yang dapat digunakan untuk menghasilkan
energi listrik saat ini sudah sangat banyak. Namun, dalam hal ini pabrik kelapa
sawit menggunakan turbin uap sebagai penggerak mula untuk mengubah energi
potensial uap dari ketel uap menjadi energi kinetik, kemudian energi kinetik
tersebut diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin,
turbin uap inilah yang digunakan sebagai penggerak generator sebagai
pembangkit listrik, guna untuk memenuhi kebutuhan listrik pabrik.
Turbin uap ialah salah satu jenis penggerak mula yang banyak digunakan
di dalam industri, salah satunya adalah sebagai penggerak mula generator dan
seluruh proses industri. Hal yang menjadi pertimbangan dalam menggunakan
turbin uap ialah fluida kerja (air) pada instalasi tenaga uap sangat mudah
2
diperoleh, sedangkan bahan bakar untuk menghasilkan uap seperti, serabut
(fiber), cangkang (shell), tandan kosong (empty bunch), juga mudah diperoleh
karena merupakan limbah dari pengolahan kelapa sawit (CPO dan kernel), dan
harganya relatif murah dibanding bahan bakar fosil. Selain itu, instalasi ini
mudah dan hemat biaya operasional dalam pembuatan dan penggunaannya, serta
mudah dalam perawatannya.
Pada unit instalasi tenaga uap pabrik pengolahan kelapa sawit, uap
keluaran dari turbin tidak dibuang ke udara bebas, tetapi dimanfaatkan kembali
untuk proses perebusan air di ketel uap melalui proses kondensasi, sehingga
siklus uap yang bekerja adalah siklus tertutup.
Dari pemaparan di atas jelas bahwa sistem pembangkit tenaga uap adalah
suatu hal yang sangat vital dalam proses produksi CPO dan PKO. Didalam
sistem ini, turbin adalah salah satu alat yang sangat mempengaruhi kinerja dari
keseluruhan sistem. Oleh sebab itu, dalam tugas akhir ini penulis melakukan
analisa terhadap turbin uap, salah satunya adalah turbin uap yang ada di Pabrik
Kelapa Sawit PTPN IV Unit Usaha Pabatu.
B. Perumusan Masalah
Adapun topik bahasan atau hal-hal yang menjadi perumusan masalah
dalam penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Bagaimana prinsip kerja turbin uap?
2. Apa saja komponen-komponen turbin uap dan apa fungsi dari setiap
komponen tersebut?
3. Bagaimana performansi turbin uap di PKS PTPN IV Unit Usaha Pabatu?
C. Tujuan Tugas Akhir
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Mengetahui prinsip kerja turbin uap;
3
2. Mengetahui komponen-komponen turbin uap dan fungsi dari setiap
komponen tersebut;
3. Mengetahui performansi turbin uap di PKS PTPN IV Unit Usaha Pabatu.
D. Manfaat Tugas Akhir
Adapun manfaat dari penulisan dan pembuatan laporan tugas akhir ini
adalah:
1. Bermanfaat terhadap penulis untuk mendapatkan pengetahuan dan
pengalaman mengenai turbin uap sehingga dapat menjadi modal sebelum
memasuki dunia kerja;
2. Sebagai media informasi terhadap mahasiswa dalam penulisan tugas akhir
yang akan membahas hal yang sama dengan topik pembahasan penulis;
3. Sebagai media informasi untuk perusahaan industri yang menggunakan
turbin uap guna untuk meningkatkan efisiensi turbin uap.
E. Teknik Pengumpulan Data
Adapun teknik pengumpulan data yang dilakukan penulis dalam
penyusunan tugas akhir ini adalah:
1. Penelitian Lapangan
a. Observasi yaitu melakukan studi pengamatan langsung terhadap objek
penelitian serta menganalisis data yang berkaitan dengan tugas akhir;
b. Interview yaitu melakukan wawancara secara langsung kepada pegawai
yang berkaitan dan yang berwewenang;
2. Membaca dan memahami materi yang terkandung dalam literatur yang ada di
perpustakaan, buku pegangan, akses internet, dan sumber-sumber buku lain;
3. Melakukan asistensi atau diskusi dan tanya jawab dengan dosen pembimbing
dan dosen-dosen pengajar Teknik Konversi Energi.
4
F. Sistematika Penulisan
Dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini, maka penulis membuat
sistematika penulisan yang diharapkan akan mempermudah dan memahami
maksud yang ingin disampaikan kepada pembaca. Adapun isi sistematika
penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Pada bagian awal penulisan tugas akhir terdiri dari:
Spesifikasi tugas akhir, lembar persetujuan, lembar pengesahan, lembar
pernyataan keaslian tugas akhir, intisari, abstract, kata pengantar, daftar isi,
daftar gambar, daftar tabel, dan daftar lampiran;
2. Bagian isi tugas akhir terdiri dari:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan tugas akhir,
manfaat tugas akhir, teknik pengumpulan data, dan sistematika penulisan dari
laporan tugas akhir ini.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini berisi tentang pengertian turbin uap, sejarah perkembangan turbin
uap, prinsip kerja turbin uap, klasifikasi turbin uap, komponen-komponen
utama turbin uap, komponen-komponen pendukung turbin uap, kerugian
energi pada turbin uap, efisiensi siklus rankine, dan efisiensi isentropik.
BAB III TURBIN UAP PADA PABRIK KELAPA SAWIT
Bab ini berisi tentang pengertian dan fungsi turbin uap, spesifikasi turbin uap
PKS PTPN IV Unit Usaha Pabatu, tujuan penggunaan turbin uap, peralatan
pendukung turbin uap, alur proses turbin uap, prosedur menjalankan turbin
uap, pengawasan selama operasi, cara menghentikan operasi turbin uap, dan
Back Pressure Vessel (BPV).
5
BAB IV ANALISA DATA
Bab ini berisi tentang data spesifikasi turbin uap pada pabrik kelapa sawit dan
data di lapangan, analisa data turbin uap berdasarkan data spesifikasi dan juga
berdasarkan data di lapangan.
BAB V PENUTUP
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran yang didapat selama penulis
menyelesaikan tugas akhir.