studi penentuan kapasitas motor listrik untuk pendingin

STUDI PENENTUAN KAPASITAS MOTOR LISTRIK
UNTUK PENDINGIN DAN PENGGERAK POMPA AIR
HIGH PRESSURE PENGISI BOILER UNTUK
MELAYANI KEBUTUHAN AIR PADA PLTGU BLOK III
(PLTG 3x112 MW & PLTU 189 MW) UNIT
PEMBANGKITAN GRESIK
Oleh :
ADITASA PRATAMA
NRP : 2205100019
Dosen Pembimbing :
Ir. Teguh Yuwono
Ir. Syariffuddin M, M.Eng
LATAR BELAKANG
• Penggunaan motor induksi berkapasitas besar
banyak digunakan dalam proses pembangkitan
energi listrik.
• Sehingga diperlukan daya listrik yang sangat besar,
yang berakibat biaya yang dikeluarkan juga ikut
besar.
• Oleh karena itu diperlukan usaha untuk menekan
besar daya listrik yang digunakan dengan
meningkatkan efisiensi dari motor induksi tersebut.
• Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi motor
induksi adalah pemilihan besar kapasitas motor
induksi yang tepat.
22
PERMASALAHAN (1)
1. Di mana peran dan penggunaaan motor listrik jenis
induksi pada proses pembangkitan listrik di PLTGU
blok III Unit Pembangkitan Gresik?
2. Bagaimana melakukan perhitungan agar bisa
didapatkan nilai efisiensi dan kapasitas yang tepat
pada motor induksi untuk penggerak pompa air high
pressure pengisi boiler pada PLTGU?
3. Bagaimana
melakukan
perhitungan
untuk
mendapatkan kapasitas motor induksi untuk
pendingin pada PLTGU?
33
PERMASALAH (2)
4. Bagaimana
perbandingan nilai efisiensi motor
induksi untuk penggerak pompa air high
pressure pengisi boiler pada PLTGU blok III
Unit Pembangkitan Gresik dengan motor
induksi untuk penggerak pompa air high
pressure pengisi boiler pada pembangkit listrik
tenaga panas matahari (Solar Thermal Power
System) di Cambridge, Massachusetts,
Amerika Serikat?
44
TEORI PENUNJANG =>
A. Efisiensi motor lisrik (1)
Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik
untuk melayani beban tertentu. Pada proses ini, kehilangan
energi ditunjukkan dalam Gambar 1.
Gambar 1 Losses Motor [2]
55
TEORI PENUNJANG =>
A. Efisiensi motor lisrik (2)
Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi
adalah:
1.Usia.
2.Kapasitas.
3.Kecepatan.
4.Jenis.
5.Suhu.
6.Beban
66
TEORI PENUNJANG =>
A. Efisiensi motor lisrik (4)
Gambar 2 Efisiensi Motor sebagai fungsi dari % efisiensi beban penuh [2]
77
TEORI PENUNJANG =>
B. Menghitung kinerja pompa (1)
Daya batang torak pompa
Ps=
Daya hidrolik hp
Efisiensi pompa ?pump
atau
Efisiensi pompa ?pump
=
Gambar 3 Sistim Pemompaan dalam sebuah
Industri
88
Daya hidrolik
.
Daya batang torak pompa
TEORI PENUNJANG =>
B. Menghitung kinerja pompa (2)
Daya hidrolik hp
= Q (m3/detik ) x (hd – hs dalam m)
x ? (kg/m3) x g (m/detik2) / 1000
Dimana:
Q = debit aliran
Hd = head pembuangan
Hs = head penghisapan
? = massa jenis fluida
G = percepatan gravitasi
Gambar 4 Pompa Sentrifugal
99
Head (dalam feet)
= Tekanan (psi) x 2,31
Specific gravity
KEGIATAN USAHA PT PJB UP GRESIK (1)
Kegiatan inti dari PT PJB UP Gresik dalam memproduksi tenaga listrik.
Dengan total daya terpasang 2280 MW, UP Gresik mampu memproduksi
energi listrik sebesar 10.859 GWh per tahun yang disalurkan melalui saluran
transmisi tegangan tinggi 150 KV dan tegangan ekstra tinggi 500KV.
Jenis Pembangkitan
Unit
PLTU Gresik 1
PLTU Gresik 2
PLTU Gresik 3
PLTU Gresik 4
PLTU Gresik
PLTG Gresik 1
PLTG Gresik 2
PLTG Gilitimur 1
PLTG Gilitimur 2
PLTG Gresik
1
2
3
4
1
2
1
2
Daya
Terpasang
1x100 MW
1x100 MW
1x200 MW
1x200 MW
600 MW
1x20,1 MW
1x20,1 MW
1x20,1 MW
1x20,1 MW
80,4 MW
Bahan Bakar
MFO/Gas
MFO/Gas
MFO/Gas
MFO/Gas
Mulai
Beropersi
31-08-1981
14-11-1981
15-03-1988
01-07-1988
HSD/Gas
HSD/Gas
HSD
HSD
07-06-1978
09-06-1978
22-10-1999
04-11-1999
Tabel 1 Pembangkitan PT PJB UP Gresik
10
10
KEGIATAN USAHA PT PJB UP GRESIK (2)
GT 11,12,13
ST 10
GT 21, 22,
23
ST 20
PLTGU Gresik GT 31, 32,
(c/c) Blok 3
33
ST 30
PLTGU Gresik
Total UP Gresik
PLTGU Gresik
(c/c) Blok 1
PLTGU Gresik
(c/c) Blok 2
3x112 MW
1x189 MW
3x112 MW
1x189 MW
3x112 MW
HSD/Gas
HSD/Gas
Gas
10-041993
05-081993
30-111993
1x189 MW
1.575 MW
2.255 MW
Tabel 1 Pembangkitan PT PJB UP Gresik (lanjutan)
11
11
SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK (1)
• PLTGU blok 1 dan 2 =>
- HSD /High Speed Diesel Oil (Rp 3232,85/kWh)
- Gas alam (Rp 1206,98/kWh)
• PLTGU blok 3 =>
- Gas alam (Rp 1206,98/kWh)
12
12
SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK (2)
Spesifikasi umum PLTGU Gresik untuk setiap blok
pembangkit adalah:
a. Turbin : 4 Unit
• Turbin gas : 3 Unit
• Turbin uap : 1 Unit
b. HRSG : 3 unit
c. Generator : 4 Unit
• Turbin gas : 3 x 112MW
• Turbin uap : 1 x 189MW
13
13
PROSES DI TURBIN GAS
Gambar 5 Diagram ilustratif proses pada turbin gas
14
14
PROSES DI HRSG
(HEAT RECOVER STEAM GENERATOR)
Gambar 6 Proses di HRSG
15
15
PROSES DI TURBIN UAP
Gambar 7 Steam Turbine
16
16
PROSES KESELURUHAN DI PLTGU
Gambar 8 Proses keseluruhan di PLTGU
17
17
PROSES UTAMA PLTGU GRESIK
Gambar 9 konfigurasi 3.3.1 pada PLTGU Gresik
18
18
BIAYA OPERASIONAL (1)
Total biaya operasional per tahun =
Rp 2.390.939.233 =>
• Biaya bahan bakar (gas alam)=>
Rp 2.201.437.700 (92%)
• Biaya energi listrik untuk motor =>
Rp 189.501.533 (8%)
19
19
BIAYA OPERASIONAL (2)
PARAMETER
WAKTU
BIAYA
OPERASI
( Jenis Kegiatan Proses )
( Menit )
VOLUME
( Kwh , Kg ,
SCF )
SATUAN
TOTAL
BIAYA
BIAYA
( Rupiah )
( Rupiah )
START GT. OPEN
CYCLE.
I. Biaya Energi Listrik :
1. Pony Motor
1155
1.733
1206,98
2091092,85
2. Stating Motor
1155
27.913
1206,98
33689829,25
3. Auxiliary Control Oil Pump
1848
924
1206,98
1115249,52
4. Auxiliary Lub. Oil Pump
1848
2.310
1206,98
2788123,8
5. Motor Lain-lain
1848
931
1206,98
1123698,38
Tabel 2 Biaya operasional
20
20
BIAYA OPERASIONAL (3)
II. Biaya Bahan Bakar
6636
5.556
59,7
2.201.437.700
6636
2.986
1206,98
3.604.284
2. LP & HP BCP
6636
0.784
1206,98
13.015.469
3. LP & HP BFP
6636
107.835
1206,98
130.154.689
4. Motor-Motor Valve
6636
1.590
1206,98
1.919.099
Gas :
START HRSG C/C To
ST.
I. Biaya Energi Listrik :
1. Motor Hydrolik
Damper
Biaya total
2.390.939.233
Tabel 2 Biaya operasional (lanjutan)
21
21
Perhitungan dan Analisis =>
A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (1)
Untuk mencari kapasitas dari motor High Pressure Boiler Feed
Pump (HP BFP), maka digunakan data pada saat PLTGU
beroperasi pada beban 100%:
Pressure input
Pressure output
Flow (Debit air)
Differential Pressure
Differential Head
2% Safety factor
22
22
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
2,5 kg/cm2
111 kg/cm2
186261 kg/h = 183,261 m3/h
111 kg/cm2 - 2,5 kg/cm2
108,5 kg/cm2
10 x Differential Pressure / SG
10 x 108,5 kg/cm2 / 1 m
1085 m
1085 m x 0,05
54,25 m
Perhitungan dan Analisis =>
A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (2)
Required Differential Head
= 1085 m + 54,25 m
= 1139,25m
Water Horse Power (WHP) atau daya output
motor High Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) :
WHP = (rho x g x Q x H / (1000 x 3600)) kW
= 1000 x 9,8 x 186,261 x 1139,25
(1000 x 3600)
= 578 kW
23
23
Perhitungan dan Analisis =>
A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (3)
Setelah diketahui besar daya output motor, dicari besar daya input motor
dengan menggunakan cara di bawah dengan data pada masukan motor
HP BFP pada saat PLTGU bekerja pada beban penuh atau 100% :
I = 84 Ampere
V = 6 kV= 6000 V
Pf = 0,88 lagging
Daya input motor pada saat PLTGU bekerja pada beban penuh:
Pin  3  V1  I1  Cos1
= 6000 * 84 * 0,88
= 768.199,1742
Watt
= 770 kW
24
24
Perhitungan dan Analisis =>
A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (4)
Setelah daya input dan daya output didapat, bisa diketahui
efisiensi dari motor HP BFP, yaitu:
Efisiensi motor HP BFP = Pout / Pin
= 576kW / 770kW
= 0,748
= 75%
25
25
Perhitungan dan Analisis =>
A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (5)
Tabel 3 data masukan motor HP BFP tiap pembebanan
Pembebanan
100%
75%
50%
pressure
in (kg/cm2)
out ((kg/cm2)
2,5
111
2,5
113,9
2,5
120
flow
(kg/m3)
186,261
133,463
112,095
Tabel 4 Daya output HP BFP tiap pembebanan
i (kg/m3)
1000
1000
1000
26
26
g (m/s2)
9,8
9,8
9,8
Q (m3/jam)
186,261
133,463
112,095
H (m)
1139,25
1169,7
1233,75
WHP (kW)
578
425
377
Perhitungan dan Analisis =>
A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (6)
Tabel 5 daya input motor HP BFP tiap pembebanan
Pin (kW)
770
566
501
27
27
kWh untuk setiap
persen pembebanan
7,68199
7,53540
10,01327
Percent full
load motor
85%
63%
56%
Perhitungan dan Analisis =>
A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (7)
Gambar 10 Hubungan daya input motor HP BHP terhadap debit air
28
28
Perhitungan dan Analisis =>
A. High Pressure Boiler Feed Pump / HP BFP (8)
Gambar 11 hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan
29
29
Perhitungan dan Analisis =>
B. Condensate Extraction Pump / CEP (1)
Tabel 6 data masukan motor CEP tiap pembebanan
Pembebanan
100%
75%
50%
pressure
in (kg/cm2)
out (kg/cm2)
0,956
13,07
0,965
13,7
0,971
14,7
flow
(kg/m3)
685,66
566,33
482,33
Tabel 7 Daya output HP BHP tiap pembebanan
i (kg/m3) g (m/s2) Q (m3/jam)
1000
9,8
697,67
1000
9,8
566,33
1000
9,8
482,33
30
30
H (m)
127,197
133,7113
144,1542
WHP (kW)
242
207
190
Perhitungan dan Analisis =>
B. Condensate Extraction Pump / CEP (2)
Tabel 8 daya input motor CEP tiap pembebanan
Pin (kW)
323
275
253
31
31
kWh untuk setiap
persen pembebanan
3,22098890
3,66470353
5,04739085
Percent full
load motor
81%
69%
63%
Perhitungan dan Analisis =>
B. Condensate Extraction Pump / CEP (3)
Gambar 12 Hubungan daya input motor CEP terhadap debit air
32
32
Perhitungan dan Analisis =>
B. Condensate Extraction Pump / CEP (4)
Gambar 13 Hubungan daya input motor HP BHP terhadap pembebanan
33
33
Kesimpulan (1)
1. Dalam proses pembangkitan listrik di PLTGU Gresik blok III, motor
listrik jenis induksi memiliki banyak peran. Beberapa peran motor induksi
dalam proses pembangkitan listrik, yaitu:
• Sebagai pemutar turbin gas sampai putaran 2100 rpm (starting motor
1450 kW dan pony motor 90 kW).
• Penggerak pompa pengisi boiler (motor High Pressure Boiler Feed Pump
atau motor HP BFP 900 kW dan motor Low Pressure Boiler Feed Pump
atau motor LP BFP 75 kW)
• Penggerak pompa yang memindahkan air dari HP drum ke HP
evaporator (motor High Pressure Circulating Water Pump atau motor
HP BCWP)
• Penggerak pompa yang memindahkan air dari LP drum ke LP evaporator
(motor Low Pressure Circulating Water Pump atau motor LP BCWP).
• Penggerak pompa yang memindahkan air dari kondenser ke preheater
(motor Condensate Extraction Pump atau motor CEP 400 kW).
34
34
Kesimpulan (2)
2. Motor HP BHP yang sekarang digunakan di PLTGU Gresik Blok III
memiliki efisiensi sebesar 75% yang hampir mencapai efisiensi
maksimum. Hal ini ditunjukkan pada tabel 9 di kolom percent full load
motor, bahwa besar kerja motor untuk beban 75% sampai 100% berada
pada 63% sampai 85% percent full load motor. Sedangkan beban rata-rata
pada PLTGU adalah 80% sampai 90%. Menurut teori, motor mencapai
efisiensi tertinggi pada saat percent full load motor berada pada 75%.
Sehingga tidak perlu dilakukan pergantian motor dengan motor dengan
kapasitas yang lebih kecil atau yang lebih besar.
3. Motor CEP yang sekarang digunakan di PLTGU Gresik Blok III sudah
memenuhi standar dalam penentuan kapasitas motor listrik, yaitu motor
bekerja pada beban 75%. Hal ini biasa dilihat di tabel 12. Percent full load
motor pada beban 75% dan 100%, yaitu 69% dan 81%.
35
35
Kesimpulan (3)
4. Efisiensi motor listrik jenis induksi untuk pengerak pompa
High pressure pengisi boiler pada PLTGU blok III Unit
Pembangkitan Gresik memiliki nilai efisiensi yang lebih
tinggi yaitu, 75% dibandingkan efisiensi motor induksi untuk
penggerak pompa pengisi boiler di pembangkit listrik tenaga
panas matahari (Solar Thermal Power System) di Cambridge,
Massachusetts, Amerika Serikat yang sebesar 70%6.
36
36
SARAN(1)
1. Penerapan perhitungan yang digunakan pada tugas akhir ini,
selain bisa menghitung besar kapasitas motor High pressure
Boiler Feed Pump (HP BFP) dan motor Condensate
Extraction Pump (CEP), tetapi bisa juga digunakan untuk
menghitung besar kapasitas motor lain yang memiliki fungsi
yang sama seperti motor HP BHP dan motor CEP atau
motor yang berfungsi memindahkan air. Salah satu
contohnya adalah motor untuk sirkulasi air atau motor
Circulating Water Pump (CWP).
37
37
SARAN(2)
2. Untuk mencapai efisiensi maksimum pada motor High
pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) dan motor
Condensate Extraction Pump (CEP), pembebanan pada
PLTGU sebaiknya terus beroperasi di atas pembebanan
75%. Sebab pada saat pembebanan berada pada 50%,
efisiensi motor High pressure Boiler Feed Pump (HP BFP)
dan Condensate Extraction Pump (CEP) sangat rendah. Hal
ini bisa dilihat pada tabel 5 dan tabel 8. pada kolom kwh
setiap persen pembebanan dan pada baris ketiga atau pada
pembebanan 50%, besarnya kwh setiap persen pembebanan
jauh di atas besarnya kwh setiap persen pembebanan pada
saat pembebanan ada pada 75% dan 100%.
38
38
SARAN(3)
3. PLN sebagai penyedia energi listrik yang dibutuhkan oleh
masyarakat banyak, semestinya diprioritaskan dalam
mendapatkan bahan bakar gas dari pada minyak, karena
dengan bahan bakar gas mampu menghasilkan daya output
yang lebih baik dan pemeliharaan peralatanpun lebih mudah.
Selain itu harga gas lebih murah dibanding dengan harga
minyak untuk menghasilkan daya yang sama, jadi bahan
bakar gas lebih efisien dari pada minyak.
39
39
DAFTAR PUSTAKA
1. Soebagio, “Diktat Kuliah Mesin Arus Bolak-Balik,”
Surabaya, 2008.
2. Motor Listrik, <URL: http:// www.energyefficiencyasia.org>
3. Pompa dan Sistem Pemompaan, <URL: http://
www.energyefficiencyasia.org>
4. Mitsubishi, Fatec Panduan Interver.
5. Fitzgerald, A. E. dkk, “Electric Machinery Third Edition,”
McGraw-Hill Book Company, New York, 1971.
6. Lin, Cyntia, “Feasibility of Using Power Steering Pumps in
Small-Scale Solar Thermal Electric Power System”. Thesis
Jurusan Teknik Mesin Massachusetts Institute of
Technology, Massachusetts, Amerika Serikat 2008.
40
40
TERIMA KASIH
41
41
TEORI PENUNJANG =>
A. Efisiensi motor lisrik
Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah:
1.Usia. Motor baru lebih efisien.
2.Kapasitas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan,
efisiensi motor meningkat dengan laju kapasitasnya.
3.Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi
biasanya lebih efisien.
4.Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih
efisien daripada motor cincin geser
5.Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total
(TEFC) lebih efisien daripada motor screen protected dripproof (SPDP)
42
42
TEORI PENUNJANG =>
A. Efisiensi motor lisrik
6. Beban, seperti yang dijelaskan dibawah
Terdapat hubungan yang jelas antara efisiensi motor dan beban.
Pabrik motor membuat rancangan motor untuk beroperasi
pada beban 50-100% dan akan paling efisien pada beban
75%. Tetapi, jika beban turun dibawah 50% efisiensi turun
dengan cepat seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Mengoperasikan motor dibawah laju beban 50% memiliki
dampak pada faktor dayanya. Efisiensi motor yang tinggi dan
faktor daya yang mendekati 1 sangat diinginkan untuk
operasi yang efisien dan untuk menjaga biaya rendah untuk
seluruh pabrik, tidak hanya untuk motor. Untuk alasan ini
maka dalam mengkaji kinerja motor akan bermanfaat bila
menentukan beban dan efisiensinya
43
43
SPESIFIKASI TEKNIS PLTGU GRESIK
Kapasitas total Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap
(PLTGU) Gresik dapat mencapai 1575 MW. PLTGU Gresik
blok 1 dan blok 2 dapat menggunakan dua macam bahan bakar
yaitu HSD (High Speed Diesel Oil) yang dipasok oleh
PERTAMINA dan gas alam yang dipasok langsung dari
lapangan gas milik MKS dan KODECO yang disalurkan
melalui pipa bawah laut dari wilayah Madura utara. Kedua
bahan bakar ini digunakan secara bergantian sesuai dengan
tingkat ketersediaan bahan bakar. Sedangkan PLTGU Gresik
blok 3 didesain hanya dapat menggunakan bahan bakar gas
alam saja yang dipasok oleh pemasok yang sama dengan blok 1
dan blok 2.
44
44