jurnal ilmiah

12
UJI PERFORMA GAS REMOVING SISTEM (GRS) PLTP KAMOJANG IV Namsor Pakpahan Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran e-mail: [email protected] ABSTRAK Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP) merupakan pembangkit daya listrik dengan sumber daya panas bumi (geothermal ) sebagai penyedia uap bertekanan dan bertemperatur tinggi. Salah satu komponen terpenting dalam PLTP adalah Gas Removal System (GRS) yang berfungsi untuk menjaga kevakuman di dalam kondensor. Uap di area geothermal mengandung non-condensable gas yang berbeda di tiap lapangan panas bumi yang dinyatakan dalam persentase berat uap. Gas-gas yang tidak dapat di kondensasikan di dalam kondensor akan mengakibatkan akumulasi tekanan pada condenser. Hal ini akan menyebabkan turunnya efisiensi dari suatu PLTP. GRS yang ditinjau pada penelitian ini berupa hybrid system antara steam ejector dan liquid ring vacuum pump (LRVP). Berdasarkan perhitungan performa berdasarkan standar manufaktur didapatkan. Untuk persentasi NCG 1,539%, besar motive steam ejector 7618,7 kg/hr dan suction capacity LRVP 9772,468 m 3 /hr. sedangkan hasil perhitungan performa eksergi didapatkan efisiensi eksergi masing-masing komponen GRS : 40,47% untuk ejector, 12% untuk interkondenser dan 63,8% untuk LRVP. Selain itu dianalisis pula mengenai pengaruh persentasi kandungan NCG dalam steam terhadap performa masing-masing komponen Kata kunci: Non-Condensable Gas, Steam Ejector, Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP), Dry Air Equivalent, Suction Capacity, Efisiensi Eksergi 1. PENDAHULUAN Uap kering dari dalam bumi (Uap Geothermal) tidak seluruhnya dapat dikondensasikan. Uap geothermal mengandung campuran Non Condensable Gas (NCG) yang relatif tinggi (CO 2 , H 2 S,NH 3 . N2,CH 4 dll). Adanya NCG tersebut dapat mempengaruhi kinerja sebuah power plant . Akumulasi ju mlah NCG dapat mengakibatkan penaikan suhu pada Kondenser. Hal itu terjadi karena NCG dan uap air memiliki kapasitas panas yang berbeda, sehingga transfer panas pada Kondensor tidak optimal. Selain itu, adanya NCG dapat menyebabkan penaikan akumulasi tekanan yang dapat menghambat laju uap keluaran output dari Turbin. Oleh karena itu, diperlukan sebuah alat penarik NCG pada geothermal power plant ; alat tersebut berupa Gas Removing Sistem (GRS) . 2. GAS REMOVING S YS TEM Gas Removing System (GRS) yang terdapat pada PLTP Kamojang IV adalah berupa System Hybrid (dapat dilihat pada Gambar 1 ). Sistem ini terdiri dari gabungan 2 buah Steam Ekstractor, yaitu Steam Jet Ejektor dan Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP). Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa Steam Jet Ejektor menarik uap NCG dari kondenser (16) untuk diteruskan ke Inter Kondenser (17), sedangkan LRVP menarik NCG dari After Kondenser (18) untuk dibuang melalui Cooling Tower. Gambar 1 : Diagram aliran massa GRS (Geothermal Inst it ut e,1996a)

Upload: namsor-pakpahan

Post on 16-Jul-2015

115 views

Category:

Documents


10 download

TRANSCRIPT

UJI PERFORMA GAS REMOVING SISTEM (GRS) PLTP KAMOJANG IV

Namsor Pakpahan

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Padjadjaran

e-mail: [email protected]

ABSTRAK

Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP) merupakan pembangkit daya listrik dengan sumber

daya panas bumi (geothermal) sebagai penyedia uap

bertekanan dan bertemperatur tinggi. Salah satu

komponen terpenting dalam PLTP adalah Gas

Removal System (GRS) yang berfungsi untuk menjaga kevakuman di dalam kondensor. Uap di area

geothermal mengandung non-condensable gas yang

berbeda di tiap lapangan panas bumi yang dinyatakan

dalam persentase berat uap.

Gas-gas yang tidak dapat di kondensasikan di dalam

kondensor akan mengakibatkan akumulasi tekanan

pada condenser. Hal in i akan menyebabkan turunnya efisiensi dari suatu PLTP. GRS yang ditinjau pada

penelitian ini berupa hybrid system antara steam

ejector dan liquid ring vacuum pump (LRVP).

Berdasarkan perhitungan performa berdasarkan

standar manufaktur didapatkan. Untuk persentasi

NCG 1,539%, besar motive steam ejector 7618,7

kg/hr dan suction capacity LRVP 9772,468 m3/hr.

sedangkan hasil perhitungan performa eksergi didapatkan efisiensi eksergi masing-masing

komponen GRS : 40,47% untuk ejector, 12% untuk

interkondenser dan 63,8% untuk LRVP. Selain itu

dianalisis pula mengenai pengaruh persentasi kandungan NCG dalam steam terhadap performa

masing-masing komponen

Kata kunci: Non-Condensable Gas, Steam

Ejector, Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP), Dry

Air Equivalent, Suction Capacity, Efisiensi Eksergi

1. PENDAHULUAN

Uap kering dari dalam bumi (Uap Geothermal) t idak seluruhnya dapat dikondensasikan. Uap geothermal

mengandung campuran Non Condensable Gas

(NCG) yang relatif tinggi (CO2 , H2S,NH3. N2,CH4

dll). Adanya NCG tersebut dapat mempengaruhi

kinerja sebuah power plant.

Akumulasi jumlah NCG dapat mengakibatkan

penaikan suhu pada Kondenser. Hal itu terjadi karena NCG dan uap air memiliki kapasitas panas yang

berbeda, sehingga transfer panas pada Kondensor

tidak optimal.

Selain itu, adanya NCG dapat menyebabkan penaikan akumulasi tekanan yang dapat menghambat laju uap

keluaran output dari Turb in. Oleh karena itu,

diperlukan sebuah alat penarik NCG pada geothermal

power plant; alat tersebut berupa Gas Removing Sistem (GRS).

2. GAS REMOVING S YS TEM

Gas Removing System (GRS) yang terdapat pada

PLTP Kamojang IV adalah berupa System Hybrid (dapat dilihat pada Gambar 1). Sistem in i terdiri

dari gabungan 2 buah Steam Ekstractor, yaitu

Steam Jet Ejektor dan Liquid Ring Vacuum Pump

(LRVP). Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa Steam Jet Ejektor menarik uap NCG dari

kondenser (16) untuk diteruskan ke Inter

Kondenser (17), sedangkan LRVP menarik NCG

dari After Kondenser (18) untuk dibuang melalu i

Cooling Tower.

Gambar 1 : Diagram aliran massa GRS (Geothermal Institute,1996a)

Hybrid System yang dimiliki PLTP Kamojang IV

terdiri dari beberapa gabungan peralatan, antara

lain :

Ejektor. Alat in i berfungsi untuk menarik gas tak terkondensasi, dan meneruskannya ke

interkondenser.

Interkondenser. Alat ini memiliki prisip yang sama dengan kondenser yaitu

mengkondensasikan uap air yang berasal dari

ejektor t ingkat 1.

LRVP (Liquid Ring Vacuum Pump). Alat in i

berfungsi menjaga kevakuman GRS, sehingga

uap yang tak terkondensasi dapat ditarik oleh GRS.

Performa GRS dapat ditinjau dari kinerja Steam

Ejektor dan Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP) . Kurva kinerja untuk sebuah ejektor di Dry Air

Equivalent (DAE). DAE merupakan unit mutlak

yang mendefinisikan kapasitas kinerja dari setiap

tahap ejektor (Veizades, gas-removal-systems) . Sementara itu, nilai performa LRVP dapat ditinjau

melalui nilai Suction Capacity. Selain itu dilakukan

juga perhitungan performa berdasarkan

Thermodinamika (eksergi). Pada perhitungan ini, dilakukan pengujian performa d itin jau dari sudut

Thermodinamika

3. METODE DAN PERHITUNGAN

PERFORMA GAS REMOVING S YSTEM

Penjelasan uji performansi gas removing system dilakukan dengan cara membagi gas removing system

menjadi uji performansi peralatan secara individual

sesuai dengan ASME PTC.24-ejektors, dan

ditambahkan dengan perhitungan konsep thermodinamika (exergy).

3.1 Pengujian sesuai standar manufaktur

Steam Jet Ejektor :

Perhitungan performa ejektor mengacu pada

prosedur uji yang ditetapkan dalam AS ME

PTC.24-Ejektors yaitu berdasarkan nilai Motive steam ejektor yang diperlukan. Besarnya uap yang

dibutuhkan oleh ejektor untuk menarik sejumlah

gas NCG ataupun fluida lain dapat ditentukan

dengan menggunakan langkah-langkah berikut

(Freeston.D,1996) :

Perlakukan gas tidak terkondensasi (NCG) dengan uap air secara terpisah. Untuk

memudahkan perhitungan, NCG dapat

dianggap terdiri dari satu jenis gas saja, yaitu

gas yang paling dominan CO2

Dengan menggunakan informasi mengenai

berat molekul uap dan NCG tentukanlah Entraiment ratio menggunakan tabel

(Gambar 2). Entrainment ratio adalah rasio

antara berat gas terhadap udara

Tentukanlah jumlah udara eku ivalen yang dibutuhkan untuk campuran NCG dan uap air.

Jumlah udara ekuivalen ini dapat dihitung dari laju aliran fluida (uap atau NCG) d ibagi

dengan nilai Entrainment ratio. Apabila kedua

jenis fluida (uap dan NCG) ada pada aliran,

maka jumlah udara ekuivalen dapat dihitung dengan persamaan matematis :

Jumlah udara ekuivalen =

ratio NCG

uapNCG

mm

entrainment ratio uap entraiment

(3.1)

Hitung rasio kompresi. Rasio kompresi adalah perbandingan antara tekanan keluar

ejektor dengan tekanan hisap ejektor, secara

matemat is dapat dituliskan (Freeston.D, 1996)

Rasio kompresi = out ejektor

suction ejektor

P

P (3.2)

Hitung rasio ekspansi uap. Rasio ekspansi

uap didefinisikan sebagai perbandingan antara tekanan masuk motive fluid dengan tekanan

keluar ejektor. Secara matematis, rasio

ekspansi dapat ditulis (Freeston.D, 1996):

fluid

ejektor

Rasio ekspansi = motive

out

P

P

(3.3)

Perbandingan antara udara terhadap uap (air

to steam ratio), atau disingkat dengan variable U yang merupakan fungsi dari rasio ekspansi

dan rasio kompresi. Variab le in i ditentukan

menggunakan grafik (Gambar 3)

Hitunglah jumlah uap yang dibutuhkan dengan cara membagi jumlah udara ekuivalen

terhadap perbandingan udara-uap (air to steam ratio).

ekuivalenuap yang dibutuhkan

udaramm

U

(3.4)

Parameter yang dihitung pada ejektor adalah

jumlah uap yang menjadi fluida pendorong

(motive fluid)

Dengan menggunakan grafik entrainment ratio

(Gambar 2), besarnya entrainment ratio 1,2044

untuk NCG (CO2) dan 0,791 untuk uap air (H2O)

Pada proses ini d iasumsikan t idak ada uap air yang

terhisap (kondenser ke ejektor), sehingga :

air 0 /uapm kg s

Jumlah udara ekuivalen yang dibutuhkan untuk NCG

dan uap air dapat dihitung dengan (Persamaan 3.1) :

0 kg/s 1,86 kg/s

jumlah udara ekuivalen = 1,54 kg/s0,791 1, 20

Rasio kompresi dan ekspansi pada ejektor dihitung

berdasarkan (persamaan 3.2 dan 3.3 )

0,4 Rasio kompresi = 2,67

0,15 bar

10,38 barRasio ekspansi = 69,2

0,15 bar

bar

Perbandingan antara udara-uap (air to steam ratio)

pada ejektor ditentukan melalu i grafik air to steam

ratio (Gambar 3), untuk rasio kompresi 2,67 dan

rasio ekspansi 69,2 d idapatkan nilai U sebesar 0,73,

dengan data yang ada maka didapatkan jumlah steam

yang dibutuhkan sebagai fluida penarik pada ejektor :

1, 54 kg/sJumlah motive steam 2,11 kg/s atau 7618,5 kg/hr

0, 73

Tabel 3.1 berikut menyajikan hasil perhitungan berbagai variable yang diperlukan dalam menentukan

jumlah uap yang dibutuhkan untuk menarik NCG

dari kondenser

Tabel 3.1 Hasil Perhitungan Motive fluid ejektor

PARAMETER SATUAN Ejektor

Tekanan uap (bar abs) 10.38

Tek hisap (kondenser ke ejektor) (bar abs) 0.15

Tek discharge (bar abs) 0.4

Laju NCG (kg/s) 1.860654

Berat Molekul NCG 44

Berat Molekul uap air 18

Laju uap air (kg/s) 0

Entrainment ratio NCG 1,204

uap air 0.709

Jumlah udara ekuivalen (kg/s) 1.544

rasio kompresi 2.67

rasio ekspansi 69.2

Rasio udara-uap 0.73

total uap yang dibutuhkan ejektor (kg/s) 2.116

Gambar 2 Entrainment ratio curve ( Geothermal Institute, 1996b)

Gambar 3 Air to steam ratio curve (Geothermal Institute, 1996b)

Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP) :

Untuk mendapatkan Suction Capacity dari LRVP dengan dry-saturated mixture of gas and water

vapour pertama kita h itung banyaknya molar dari

setiap gas-vapour tersebut. Dengan menggunakan

pers 4.3

.m N M (3.5)

m = Massa gas [kg]

N = Jumlah partikel [kmol]

M = Berat molekul [kg/kmol]

Pada standar temperatur dan tekanan, volume total

dari campuran pada LRVP dapat dihitung dengan

rumus:

V = Volume [ ] N = Jumlah part ikel [kmol]

Vm specific vo lume dari 1 kmol [ ]

(3.6)

Selanjutnya kita ubah pada kondisi suction yang

sebenarnya (Psuction dan Tsuction) maka suction

volume pada pompa ( per hour ) dapat di hitung Dengan menggunakan rumus persamaan ideal gas

maka d i dapatkan nilai suction capacity dari LRVP pada Psuction dan Tsuction yang sebenarnya/ actual.

1 1 2 2

1 2

PV PV

T T

(3.7)

Diasumsikan uap dari kondenser dianggap

seluruhnya NCG, dan uap air dari mot ive steam

terkondensasi sempurna, NCG (m18) ditarik oleh LRVP. Dengan menin jau kesetimbangan massa

pada interkondenser sketsa Gambar 1):

17 dari kondenser +

NCG dari motive steam + Uap air dari motive steam

m NCG

Uap air dari motive steam terkondensasi sempurna:

18

18

dari kondenser + NCG dari motive steam

= 6603,7 kg/hr + 102,9 kg/hr = 6706,6 kg/hr

m NCG

m

dengan data yang didapat sebagai berikut:

- Tsuction (T18) = 37,13 0C (310,28

0K)

- Psuction (P18) = 0,4 bar

- M28 (NCG) = 44 kg/kmol

Maka :

28

28

28M

mN

= 152.03 kmol/hr

Pada standar temperatur dan tekanan, volume total

dari campuran pada LRVP dipero leh sebagai berikut:

28mV N V

= 152,03 kmol/hr x 22.41

m3/kmol

Didapat : mV

= 3405,6 m3/hr

Maka dengan Persamaan 3.7 :

30

0

. .9615,46 m /

.

m ss

s

P V TV hr

T P

Vm = Molar Volume (3405,6 m3/hr) pada keadaan

standar (P = 1,030 bar dan T = 00C (273.,150

0K)

3.2 Pengujian dengan exergy analisis

Flu ida yang keluar dari ejektor akan masuk ke

interkondenser. Besarnya uap yang akan masuk ke

dalam interkondenser dapat dihitung sebagai jumlah

uap yang keluar dari kondenser (16) dan mot ive fluid

(33), dengan demikian berdasarkan mass balance pada interkondenser, besarnya uap yang akan

memasuki interkondenser adalah (Gambar 1) :

17 16 33m m m

17

17

1,8297 1,855

3,685

kg kgm

s s

kgm

s

Tingkat keadaan flu ida yang masuk ke dalam interkondenser dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan kesetimbangan energi. Dengan asumsi

bahwa temperature gas tidak terkondensasi adalah

sama dengan temperatur uap, maka temperature flu ida yang akan masuk ke interkondenser dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan

kesetimbangan energi uap, sebagai berikut :

16 16 33 33 17 17

16 16 33 3317

17

17

. . .

. .

1,8927 2568,35 1,855 2777,565

2671,905 3,7477

m h m h m h

m h m hh

m

kj kjkg x kg x

kjkg kgh

kg kg

Subskrip 16,17, dan 33 sesuai dengan diagram flow

pada GRS (Gambar 1) dengan diketahuinya harga

entalpi uap yang masuk interkondenser, maka dapat dicari suhu pada keadaan masukan tersebut, suhu

masukan pada interkondenser didapatkan T17 = 970C

Selain itu, variable -variabel masukan lain yang digunakan antara lain :

Tekanan fluida masuk interkondenser adalah

sebesar 0,4 bara

Tekanan dan temperatur air yang berasal

dari menara pendingin adalah 0,85 bara dan

290C

Tekanan masukan dan keluaran LRVP P12 =

0,4 bar danP13 = 0,85 bar

Pada model interkondenser ini diasumsikan bahwa

seluruh uap air terkondensasi sempurna, dengan kata lain , tidak ada uap air yang keluar dari

interkondenser

Parameter keadaan Dead state :

kondisi dead state ini mengartikan kondisi dimana

antara system dan lingkungan tidak melakukan

(terjad i) transfer energi, kondisi dead state ini berada pada tekanan 0,85 bar dan suhu 25

0C.

Tabel 3.2 data referensi pada keadaan dead state

Pada keadaan campuran, besarnya entalpi dihitung

dengan menggunakan persamaan :

2

2

% h 1 %

% s (1-%NCG)s

campuran co uap

campuran CO uap

h NCG x NCG h

s NCG x

(3.8)

Steam Jet Ejector :

Exergy Loss (Isje) dan Exergetic Effficiency (ηEx) dapat diperoleh dengan persamaan:

1 16 33 17sjeI Ex E x E x

(3.9)

16 33 1

, 1

16 33

sje

Ex sje

Ex Ex I

Ex Ex

(3.10)

0

0 0

0 0 0

o

x

e h T s

e h h T s s

E m h h T s s

Pada Gambar 1 telah digambarkan diagram aliran

massa pada GRS, menghitung eksergi dengan persamaan (2.20). sebelum menghitung eksergi harus

ditentukan terlebih dahulu tingkat keadaan masing-

masing masukan dan keluaran.

Tingkat keadaan 16 (tekanan 0,15 bar, dan suhu

37,10C, NCG 1,539%) :

Entalp i uap (H2O) : 2568,35 kj/kg

Entropi uap (H2O): 8,310 kj/kgK

Entalp i NCG (CO2): 32.573 kj/kg

Entropi NCG (CO2): 5,215 kj/kg

Dengan persamaan 3.8 didapatkan Entalp i total h16 sebesar 2530,31 kj/kg dan entropi total s 16 sebesar

8,264 kj/kgK. Cara yang sama dilakukan pada

penentuan keadaan 17 dan 33, tingkat keadaan 17 dan

33 bisa dilihat pada Tabel 3.3 :

Berdasarkan data-data yang telah didapat, maka

besarnya eksergi flow pada ejektor :

- Ex16 = 2706.15 kj

- Ex17 = 1707.002 kj

- Ex33 = 1511.34 kj

PARAMETER SATUAN

Tekanan (bar abs) 0.85

Temperatur (oC) 25

Temperatur (K) 298.15

NCG (%) 1.539

Fluid enthalpy (kJ/kg ) 2546.544059

Fluid entropi (kJ/kg.K) 8.556796381

CO2 enthalpy (kJ/kg ) 21.94989848

CO2 entropi (kJ/kg.K) 4.850576

Total enthalpy (kJ/kg ) 2507.690555

Total entropi (kJ/kg.K) 8.49975765

Fluid enthalpi (liquid) (kJ/kg ) 104.8383859

Fluid entropi (liquid) (kJ/kg.K) 0.367256303

Menentukan Eksergi loss (Iejektor) dan efisiensi eksergi

(ηejektor) dengan (persamaan 3.9 dan 3.10)

didapatkan :

- Iexejektor = 2510.49 kj

- ηexejektor = 40.47 %

- ηthermal ejector= 99%

Tabel 3.3 Tingkat keadaan masukan dan keluaran ejektor

Untuk memudahkan dalam menganalisa, dalam perhitungan eksergi ini d ilakukan variasi data

%NCG, langkah tersebut bertujuan untuk melihat

bagaimana pengaruh %NCG terhadap efisiensi

eksergi dan eksergi loss dalam system yang ditinjau.

Rentang %NCG divariasikan antara 1.5% sampai dengan 1,9%

Interkondenser :

Tingkat keadaan untuk masing-masing masukan dan keluaran pada interkondenser (berdasarkan Gambar

2.8), beberapa hal yang diasumsikan pada

perhitungan :

a. Proses kondensasi pada interkondenser dianggap sempurna, sehingga keluaran

interkondenser dianggap seluruhnya NCG

(NCG 100%)

b. Tekanan hisap LRVP sama dengan tekanan

interkondenser 0,4 bar dan suhu 400C

c. Tekanan keluaran LRVP sama dengan tekanan

Separator 1,1 bar

Tingkat keadaan masukan dan keluaran interkondenser dari Gambar 1:

Exergy loss dan efisiensi exergy :

17 27 18 28icI E x E x E x E x

(3.11)

17 27,

17 27

icEx ic

E x E x I

Ex E x

(3.12)

Tingkat keadaan 17 uap keluar ejektor menuju

interkondenser (tekanan 0,4 bar, suhu 970C, NCG

1,539%)

Entalp i uap (H2O) : 2670,813 kj/kg

Entropi uap (H2O) : 7,39 kj/kg K

Entalp i NCG (CO2) : 86,143 kj/kg

Entropi NCG (CO2) : 5,184 kj/kg K

Dengan persamaan 3.9, didapatkan : Entalpi total h17 sebesar 2632,043 kj/kg, dan Entropi total s17 sebesar

7,375 kj/kg K. Berdasarkan data-data yang didapat,

besarnya eksergi flow pada masing-masing masukan

dan keluaran pada Interkondenser :

- Ex17 = 1707,002 kj

- Ex18 = 211,881 kj

- Ex27 = 0,017611 kj

- Ex28 = 2,291 kj

Cara yang sama dilakukan untuk menentukan tingkat

keadaan 18,27, dan 28. Tingkat keadaan 18,27 dan 28

dapat dilihat pada tabel berikut :

Menentukan eksergi loss (Iinterkondenser) dan efisiensi eksergi (ηinterkondenser) dengan persamaan 3.11 dan

3.12 didapatkan :

Iinterkondenser = 1519,83 kj

ηex.interkondenser = 12,96%

ηthermal,interkondenser = 52,25%

PARAMETER SATUAN 16 33 17

dari

cond ke

ejektor

ke

ejektor

keluar

ejektor

Tekanan (bar

abs) 0.15 10.384 0.4

Temperatur (oC) 37.1 181.526 97

Temperatur (K) 310.25 454.526 370.15

Fluid flow (kg/s) 0

1.85555

5556

3.671155

556

NCG (%) *#* 1.5 1.5

NCG flow (kg/s) 1.8156

0.02783

3333

1.843433

333

Fluid enthalpy (kJ/kg ) 2568.352

368

2778.53

6514

2670.812

969

Fluid entropi (kJ/kg.K) 8.310944

55

6.57198

7263

7.390396

949

CO2 enthalpy (kJ/kg ) 32.57387

535 164.305

0607 86.14278

29

CO2 entropi (kJ/kg.K) 5.215120

654 4.76159

3623 5.183800

565

Total enthalpy (kJ/kg ) 2530.315

69 2739.32

3042 2632.042

917

Total entropi (kJ/kg.K) 8.264507

191

6.54483

1358

7.357298

004

Spesifik eksergi (kJ/kg ) 1490.502

207

814.493

7613

464.9767

053

Tabel 3.4 T ingkat keadaan masukan dan keluaran Interkondenser

PARAMETER

SATUA

N 17 27 18 28

keluar

ejektor

dari

incon

d ke

cond

keluar

incond

ke

LVRP

masuk

ke

incond

dari CT

Tekanan (bar

abs) 0.4 0.85 0.4 0.85

Temperatur (oC) 97 38 40 29

Temperatur (K) 370.15 311.15 313 302.15

Fluid flow (kg/s) 3.6712 1.9849

2 0 0.15719

NCG (%) 1.5 *#* *#* *#*

NCG flow (kg/s) 1.8434 0 1.8434 0

Fluid

enthalpy (kJ/kg ) 2670.8

159.18

3 2573.5 121.565

Fluid entropi

(kJ/kg.K) 7.3904

0.54566 8.2557 0.42298

CO2

enthalpy (kJ/kg ) 86.143

33.366

8 34.998 0

CO2 entropi (kJ/kg.

K) 5.1838 4.8901 5.0381 0

Total enthalpy (kJ/kg ) 2632

159.183 2535.5 121.565

Total

entropi (kJ/kg.

K) 7.3573

0.5456

6 8.2074 0.42298

Spesifik eksergi (kJ/kg ) 464.98

1.15467 114.938

0.11204

Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP) :

Tingkat keadaan untuk masing-masing masukan dan

keluaran pada LRVP (berdasarkan gambar 2.8), uap

dari interkondenser masuk ke LRVP d iasumsikan seluruhnya NCG (CO2). Sebelum menghitung

performa LRVP dengan persamaan 2.22 dibutuhkan

nilai-n ilai masukan konstanta untuk NCG (CO2)

seperti cp CO2, cvCO2 dan γCO2. Dari literatur

didapatkan :

- cp CO2 = 0,85 kj/kg K

- cv CO2 = 0,66 kj/kg K

- γCO2 = 1,2878

- M ncg (CO2) = 44 kg/kmol

- Ru = Konstanta gas universal, 8.314 kJ/(kmol

K)

- ηpump = 80% (Ronald.D, 2004

Keadaan masukan untuk LRVP berdasarkan Gambar

1, uap masuk dari interkondenser ke LRVP (Tekanan 0,4 bar, suhu 40

0C dan laju massa 1,846 kg/s NCG

100%), menentukan WLRVP dengan persamaan

(Siregar 2004) :

11

19

181

NCG NCGLRVP

LRVP NCG

m Ru T PW

PM

(3.13)

2

(bar)

alir massa (kg/s)

R konstanta gas universal 8,314 kj/(kmol K)

efisiensi LRVP (80%) (Dippipo.R, 2008)

T = Temperatur ( )

molekul (kg/kmol)

= konstanta gamma /CO

u

LRVP

o

p

P tekanan

m laju

K

M berat

c c

2COv

Didapatkan :

WLRVP = 788,1196 kW (Untuk NCG 1,5% dari total

uap keseluruhan yang masuk turbin)

Sedangkan Exergy Loss (ILRVP) dan Exergetic

Effficiency (ηEx,LRVP) dapat dicari dengan

persamaan berdasarkan Gambar 1:

LRVPLRVP WxExEI

1918 (3.14)

LRVP

LRVPEx

W

ExEx 1819

,

(3.15)

Untuk keadaan 18 uap dari interkondenser ke LRVP :

Entalp i uap (H2O) = 2573,542 kj/kg

Entropi uap (H2O) = 8,256 kj/kg K

Entalp i NCG (CO2) = 34,998 kj/kg

Entropi NCG (CO2) = 5,038

Dengan persamaan 3.8, didapatkan : Entalpi total h18 sebesar 2535,464 kj/kg, dan Entropi

total s18 sebesar 8,207 kj/kg K

Cara yang sama dilakukan untuk menentukan tingkat

keadaan 18,19. Tingkat keadaan 18,19 dapat dilihat

pada tabel berikut :

Tabel 3.5 T ingkat keadaan masukan dan keluaran LRVP

PARAMETER SATUAN

18 19

dari incond

ke cond

keluar

incond ke

LVRP

Tekanan (bar abs) 0.85 0.4

Temperatur (oC) 38 40

Temperatur (K) 311.15 313

Fluid flow (kg/s) 1.984916667 0

NCG (%) *#* *#*

NCG flow (kg/s) 0 1.843433333

Fluid

enthalpy (kJ/kg )

159.1827392 2573.542417

Fluid entropi (kJ/kg.K) 0.545655362

8.255668912

CO2 enthalpy (kJ/kg ) 33.36675395

34.99771699

CO2 entropi (kJ/kg.K) 4.890096 5.038148565

Total enthalpy (kJ/kg ) 159.1827392 2535.464246

Total entropi (kJ/kg.K) 0.545655362 8.207406107

Spesifik eksergi

(kJ/kg ) 1.154673719 114.9383041

Berdasarkan data-data yang didapat, besarnya eksergi

flow pada masing-masing masukan dan keluaran pada LRVP :

- Ex18 = 211,88 kj

- Ex19 = 714,74 kj

Menentukan eksergi loss (ILRVP) dan efisiensi eksergi

(ηLRVP) dengan persamaan 3.14 dan 3.15 didapatkan

:

ILRVP = 285,25 kj

ηex,LRVP = 63,8%

ηthermal LRVP = 85%

4. ANALISA HAS IL PERHIT UNGAN

Ejektor :

Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan, dengan laju NCG dari kondenser sebesar 6603,7

kg/hr dibutuhkan motive steam pada ejektor untuk

menarik NCG tersebut sebesar 7618,7 kg/hr, namun

pada prakteknya laju motive steam pada ejektor

hanya 6608 kg/hr. Karena jumlah mot ive steam t idak memenuhi nilai minimal yang dibutuhkan maka

kinerja ejektor tidak optimal. Selain itu, besar

persentase kadar NCG juga mempengaruhi kinerja

ejektor, semakin besar kadar persen NCG maka semakin banyak jumlah motive steam yang

dibutuhkan. Hal ini dapat mengakibatkan kerugian

sebab bila jumlah uap yang digunakan untuk system

ekstraksi terlalu banyak, maka uap yang masuk kedalam turbin juga semakin berkurang sehingga

daya keluaran turbin akan menurun

Gambar 4 Kurva persentase NCG terhadap motive steam ejektor

Untuk perhitungan performa eksergi dan energi,

dengan asumsi seluruh uap air terkondensasi

sempurna dan persentase NCG 1,539%. Didapatkan

hasil efisiensi eksergi untuk ejektor 40,47%, dan

efisiensi thermal sebesar 99%. Selain itu dapat dilihat pula pengaruh persentase NCG terhadap

efisiensi eksergi, semakin besar persentase NCG

maka efisiensi ekserginya semakin menurun, hal

tersebut disebabkan oleh bertambah besarnya eksergi yang terbuang ke lingkungan (Eksergi Loss) akibat

NCG tersebut.

Tabel 4.1 Pengaruh %NCG terhadap efisiensi dan Eksergi loss pada ejektor

Gambar 5 Kurva pengaruh %NCG Terhadap efisiensi eksergi ejektor

%NCG

UAP PEN ARIK

PAD A EJEKTOR

(kg/s)

1.5 2.11

1.6 2.2

1.7 2.33

1.8 2.47

1.9 2.61

%ncg

Exergi

Efficiency (%)

Eksergi destroyed

(kj/kg)

1.5 40.47 2510.49

1.6 39.99 2634.95

1.7 39.53 2759.49

1.8 39.11 2884.11

1.9 38.7 3008.8

Gambar 5 Kurva pengaruh %NCG Terhadap eksergi loss ejektor

Interkondenser :

Berdasarkan perhitungan didapatkan hasil efisiensi eksergi dan efisiensi thermal pada interkondenser

sebesar 12,54% dan 51,7%. Pada perhitungan

efisiensi eksergi dapat dilihat bahwa kenaikan

persentasi jumlah NCG dapat mengakibatkan penurunan efisiensi eksergi, namun berbeda untuk

kasus interkondenser, nilai efisiensi eksergi

meningkat seiring kenaikan nilai persen NCG, hal

tersebut mungkin d ikarenakan :

Karena pengasumsian suhu masukan interkondenser, pada perhitungan eksergi ejektor

diasumsikan bahwa suhu masukan pada

Interkondenser sebesar 970C (asumsi

berdasarkan hukum kesetimbangan energi),

asumsi tersebut dilakukan karena keadaan ideal pada masukan ejektor tidak diketahui, b ias saja

suhu masukan tidak separti yang diasumsikan,

dan suhu tersebut bergantung pada persentase

jumlah NCG

Tabel 4.2 Pengaruh %NCG terhadap efisiensi Eksergi pada

interkondenser

Gambar 6 Kurva pengaruh %NCG Terhadap efisiensi eksergi

interkondenser

Gambar 7 Kurva pengaruh %NCG Terhadap eksergi loss interkondenser

Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP) :

Dari hasil perhitungan standar manufaktur didapatkan nilai suction capacity LRVP sebesar 9772,468 m

3/hr,

hasil tersebut setelah dibandingkan dengan standar

performa manufaktur menunjukan komponen

tersebut masih dalam kondisi normal (standar manufaktur untuk ejektor 8335,86 kg/hr, dan untuk

LRVP berdasarkan pada grafik karakteristik

performansi LRVP dengan L-series 540 rpm

(Gambar 8) suction capacity sebesar 8500-9500 m

3/hr

Dari hasil perh itungan performa eksergi, dengan

asumsi seluruh uap air terkondensasi dan persentase NCG 1,539% . Didapatkan hasil efisiensi eksergi

untuk LRVP sebesar 63% dan efisiensi thermalnya

85%, dapat dilihat pula pengaruh NCG terhadap

performa LRVP, semakin besar persentase NCG

maka nilai efisiensi eksergi semakin menurun. hal tersebut dikarenakan jika nilai persentase NCG

diperbesar maka besar daya LRVP untuk menarik

NCG pun semakin besar (NCG yang perlu dihisap

semakin banyak). Berikut kurva pengaruh %NCG terhadap performa LRVP.

%ncg

Exergi Efficiency

(%)

Eksergi destroyed

(kj/kg)

1.5 12.54 1492.85

1.6 12.82 1530.8

1.7 13.06 1568.68

1.8 13.28 1606.48

1.9 13.46 1644.2

Gambar 8 Kurva karakteristik LRVP (Gardner Denver NASH,2006) Tabel 4.3 Pengaruh %NCG terhadap kerja pompa

Gambar 9 Kurva pengarun %NCG Terhadap Daya Keluaran LRVP

Tabel 4.4 Pengaruh %NCG terhadap efisiensi Eksergi pada LRVP

Gambar 9 Kurva pengaruh %NCG Terhadap efisiensi eksergi LRVP

Gambar 10 Kurva pengaruh %NCG Terhadap eksergi loss pada

LRVP

%NCG WLRVP (kW)

1.5 727.31

1.6 756.14

1.7 803.75

1.8 852.01

1.9 899.14

%NCG Eksergi destroyed

(kj/kg) Exergi Eff iciency (%)

1.5 285.25 63.8

1.6 304.81 63.74

1.7 324.44 63.67

1.8 344.14 63.61

1.9 363.9 63.54

Tabel 4.5 Eksergi loss dan efisiensi eksergi komponen GRS

KES IMPULAN

Berdasarkan hasil perhitungan disimpulkan bahwa :

1. Untuk standar uji manufaktur :

Untuk persentase NCG 1,539%, besar

motive steam flow ejektor untuk menarik

NCG dari Kondenser dibutuhkan minimal sebanyak 7618,7 kg/hr

Besarnya daya hisap/suction capacity LRVP 9772,468 m

3/hr. Berdasarkan pengujian

standar manufaktur dapat disimpulkan

bahwa, untuk ejektor jumlah min imum motive steam untuk menarik NCG dari

Kondenser adalah 7618,7 kg/hr, namun pada

data lapangan besar motive steam ejektor

hanya 6603 kg/hr, jumlah tersebut tidak memenuhi nilai min imal yang diperlukan

ejektor, sehingga kinerja ejektor pada saat

itu tidak optimal.

Sedangkan untuk LRVP didapatkan suction capacity sebesar 9772,468 m

3/hr,

berdasarkan pada grafik karakteristik

performansi LRVP dengan L-series 540 rpm

(Gambar 8) suction capacity berkisar 8500-

9500 m3/hr, sehingga dapat disimpulkan

bahwa pada saat tersebut LRVP dalam keadaan normal

2. Untuk perhitungan eksergi

Pada Tabel 4.5 dapat dilihat besar efisiensi dan

eksergi loss dari keseluruhan komponen GRS, besar

efisiensi eksergi untuk masing-masing komponen,

40,47% untuk ejektor, 12,54% untuk interkondenser, dan 63,8% untuk LRVP. Efisiensi terkecil berada

pada komponen interkondenser 12,54%. Dapat

disimpulkan bahwa performa interkondenser pada

saat itu tidak dalam keadaan baik Besarnya efisiensi thermal :

- Untuk ejektor ηthermal = 97%

- Untuk Interkondenser ηthermal = 52,25 %

- Untuk LRVP ηthermal = 85%

DAFTAR PUS TAKA

Freeston, D. (1996). Geothermal Technology:

Teaching the Teachers Course Stage III. Bandung:

Bandung Institute of Technology.

Moran, M., & Saphiro, H. N.(2000).

Fundamental of Engineering Thermodynamics.

John Willey and Sons.

Ronald, D. (2008). Geothermal Power Plant:

Principles,Applications,Case Studies and

Environmental Impact. Massachusetts, United

States:Elsevier’s Science and Technology

Saptadji, N. (2001). Diktat Teknik Panas Bumi.

Departemen Teknik Perminyakan,Fakultas Ilmu

Kebumian dan Teknolog i Mineral, ITB

Saptadji, N.M., & Ashat, A. (2001) Basic

Geothermal Engineering. Bandung :Institut

Teknolog i Bandung

Smith, J.C & Vann Ness (1995). Chemical

Engeenering Thermodynamics, Mc.Graw Hill

Komponen %NCG Eksergi Loss

(kj) Efisiensi Eksergi (%)

Ejektor

1,5 2510.49 40.47

1,6 2634.95 39.99

1,7 2759.49 39.53

1,8 2884.11 39.11

1,9 3008.8 38.7

Interkonden

ser

1,5 1492.85 12.54

1,6 1530.8 12.82

1,7 1568.68 13.06

1,8 1606.48 13.28

1,9 1644.2 13.46

LRVP

1,5 285.25 63.8

1,6 304.81 63.74

1,7 324.44 63.67

1,8 344.14 63.61

1,9 363.9 63.54

Book.Co

Kreith,Frank (2000).The CRC Handbook ofThermal

Engineering. CRC Press LLC

Aliasso, J. (2010). How to Size Liquid Ring Vacuum

Pump. Dipetik Agustus 2012,

dari Graham: www.graham- mfg.com/downloads/212.pdf

Geothermal Institute, Geothermal Energy Systems,

Course notes of Geothermal Institute, Auckland University, Diploma course in energy technology

(geothermal),1996a, 87 pp.

Geothermal Institute, Gas extraction system, Course

notes of Geothermal Institute, Auckland University, Diploma course in energy technology

(geothermal),1996b, 75 pp.

Stone & Webster Indonesia, Spesification for Gas Removal System, EPC Project 1 x60MW

Kamojang Jawa Barat, PT.PERTAMINA

(PERSERO) GEOTHERMAL 2006

Gardner Denver NASH, Installation, Operation &

Maintenance Manual, Nash Model 3/018-2-0BP

KMJ-20- X2-ES-001-S Rev 3_Specification for

Gas Removal,2006 Geothermal Gas Removal

System, Kamojang Geothermal Power Plant

Ozcan, Yildirim Nurdan. Performance Analysis of

Single-Flash Geothermal Power Plants: Gas

Removal Systems Point of View. Proceedings of World Geothermal Congress, Bali, Indonesia,

April 25-29,2010.

Siregar, P.H.H.: Optimization of Electrical Power Production Process for The Sibayak Geothermal

Field,Indonesia, UNU Geothermal Training

Programme Report, Report No. 16, Reykjav ik

DAFTAR S IMBOL

Cp : Constant pressure specific heat (kJ/kg K)

Cv : Constant volume specific heat (kJ/kg K)

Ex : Exergy (kj)

e : Spesifik eksergi (kj/kg)

H : Enthalpy (kJ/kg)

I : Exergy loss (kj)

M : Molar mass (kg/kmol)

Mwncg : Molecular weight ncg

Mwwv : Molecular weight water vapour

Mwcorr,ncg : Molecular weight correction ncg

Mwcorr,wv : Molecular weight correction water vapour

WNCG : NCG flow rate (kg/s)

m

: Mass flowrate (kg/s)

P : Pressure (bara)

Ru : Universal gas constant, 8.314 kJ/(kmol

K)

T : Temperature (K)

Simbol Yunani

η : Efficiency (-)

: Volume flowrate (m3/s)

ΔP : Pressure drop (Pa)

γ : ratio CpCO2/CvCO2

Subscript

cond : Condenser

CO2 : Carbon dioxide

d : Discharge

ex : Exergy

grs : Gas removal system

NCG : Non-Condensable Gas

S : Suction

Sje : Steam jet ejector

LRVP : Liquid ring vacuum pump

NCG : Non-Condensable Gas

SJES : Steam Jet Ejector System