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.