jurnal ilmiah
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