Sebagai Konsultan ataupun Kontraktor Engineering Procurement Construction (EPC) untuk Pembangkit listrik (powerplant) harus dapat memprediksi/memperkirakan performa steam turbine generator. Misalkan sebagai Konsultan baik Konsultan Feasibility Study, Konsultan Bidding, ataupun konsultan lainnya yang terkait dengan Performa Pembangkit Listrik yang belum dibangun, seandainya dihadapkan pada posisi dimana harus menentukan performa Pembangkit listrik tentunya harus dapat memprediksi secara benar. Begitupun sebagai Kontraktor EPC, sebelum menentukan atau membeli steam turbine untuk projeknya dari suatu vendor, tentunya harus bisa memprediksi atau memperkirakan apakah performa yang ditawarkan oleh vendor tersebut wajar atau tidak, meskipun vendor tersebut pasti akan memberikan garansi performa tetapi tidak ada salah nya Kontraktor EPC pun mempunyai perhitungan sendiri sebagai data pembanding.

Salah satu metode yang bisa dijadikan referensi untuk memprediksi performa steam turbine diantaranya karangan R.C Spencer dan k.C Cotton berjudul “ A method for Predicting the performance of Steam Turbine Generator 16500 kW and larger” yang didasarkan pada ASME paper No.62-WA-209. Perhitungan prediksi ini melibatkan beberapa parameter sebagai berikut:

1. Expansion line efficiency
2. Exhaust loss
3. Packing & Valve Steam Leakage flow
4. Mechanical Loss
5. Generator Loss

Expansion Line Efficiency

Pada kondisi iso entropi (isentropi) atau adiabatik reversible suatu siklus rankine, setiap tahap ekspansi proses terjadi pada entropi yang sama yang berarti tidak ada panas yang terbuang ke lingkungan dan reaksinya reversible. Akan tetapi pada  aktualnya terdapat irreversibility sehingga proses ekspansi pasti akan menghasikan perubahan entropi. representasi proses tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini

Dari gambar diatas dapat dilihat, bahwa proses ekspansi di turbine (dari titik 1 -2), pada aktualnya proses yang terjadi adalah dari titik 1-2’, terjadi perubahan entropi dari 2-2’ sehingga dikenallah istilah effisiensi isentropik atau expansion efficiency, dirumuskan sebagai berikut:

• Efficiency (ηt)=( Entalphi 1 – Entalphi 2’) ÷ (entalpi 1 – entalpi 2)
• Efficiency (ηt)=( h1 – h 2’) ÷ (h 1 – h 2)

Pada referensi metode diatas disebutkan nilai line efisiensi berdasarkan tipe turbine yang digunakan (lihat tabel dibawah)

 (untuk mendapatkan tampilan yang lebih jelas, silahkan klik gambarnya)

Dari tabel diatas dapat dilihat nilai line efficiency untuk high pressure  section, intermediate section, maupun reheat section turbine.

Metode ini dibuat di Amerika, tentunya menggunakan standar disana dimana listriknya menggunakan frekuansi 60 Hz sehingga dari tabel diatas dapat dilihat putaran turbine yang digunakan 3600 rpm atau 1800 rpm. Berbeda dengan negara kita di Indonesia yang menggunakan frekuansi listrik 50 Hz sehingga putaran turbine yang digunakan 3000 rpm atau 1500 rpm, tetapi hal itu tidaklah terlalu berpengaruh terhadap nilai line efficiency yang digunakan, sehingga nilai-nilai ditabel tersebut tetap bisa dipergunakan untuk metode prediksi yang sedang kita bahas..

Exhaust loss

Exhaust Loss Adalah loses akibat kecepatan aliran steam keluar turbin dan kenaikan entalphi steam yang keluar turbine menuju sisi tekanan rendah. Komponen losses ini terdiri dari hood loss dan leaving loss. Hood loss merupakan penurunan tekanan akibat exhaust hood sedangkan leaving loss terkait dengan penurunan tekanan akibat laju steam keluar turbine yang cukup cepat. Exhaust loss dapat dilihat pada gambar dibawah

(untuk mendapatkan tampilan yang lebih jelas, silahkan klik gambarnya)

Exhaust loss dapat dilihat pada grafik diats yang merupakan fungsi kecepatan aliran (annulus velocity), sehingga nanti ditambahkan ke nilai entalpi expansion line dan dirumuskan dengan formula sebagai berikut:

UEEP = ELEP + (exhaust loss)(0.87)(100.01Y)(1-0.0065Y)

Dimana:

• UEEP =  User Energy End point
• ELEP = Expansion Line End Point
• Exhaust Loss = Exhaust Loss dari tabel
• Y = % moisture pada ELEP

Packing & Valve Steam Leakage flow

Untuk menentukan power output steam turbine generator, tentu harus dihitung juga kebocoran/leakage steam yang terjadi. Leakage tersebut terjadi pada main steam Valve, reheat steam valve, dan juga packing shaft turbine (gland sealing). Jumlah kebocoran tersebut merupakan fungsi dari tipe turbine, size, dan pressure nya.

Formula berikut digunakan untuk menghitung losses leakage tersebut :

F = C ( P1/V1) ^ ^0.5

 Dimana:

F = Leakage Flow (lb /hour)

P1 = Initial Pressure in packing (psia)

V1 = initial specific volume (ft3/lb)

C = Konstanta Packing leakage, dapat dilihat di tabel dibawah

(untuk mendapatkan tampilan yang lebih jelas, silahkan klik gambarnya)

  Mechanical Losses

Mechanical Losses  di turbine terjadi pada bearing loss, turbine Oil pump driven loss, dan bearing generator. Mechanical losses turbine merupakan fungsi dari size turbine generator, dapat dilihat di gambar dibawah:

(untuk mendapatkan tampilan yang lebih jelas, silahkan klik gambarnya)

Generator loss

Generator loss dapat dilihat digrafik dibawah ini:

(untuk mendapatkan tampilan yang lebih jelas, silahkan klik gambarnya)

Generator Output

Sehingga Generator Output = Turbine Output – Mechanical Loss –Generator Loss

Sedangkan  Expansion line efficiency, Exhaust loss, Packing & Valve Steam Leakage flow, digunakan untuk menghitung heat & Mass balance Diagram yang nanti digunakan untuk menghitung Turbine Output, baik secara manual maupun menggunakan alat bantu software simulasi thermodinamika seperti gatecycle keluaran GE  dan lain sebagainya.

Abdul Manan

Mechanical Engineer in EPC Power Plant Company