## Optimalisasi Unjuk Kerja Low Pressure Steam Turbine PT PJB UBJOM Pacitan
Fauzan Akbarvianto 1 , Hernawan Novianto 1 *
1 Teknik Mesin Kilang, PEM Akamigas, Indonesia

## ABSTRAK
PLTU Pacitan merupakan pembangkit listrik yang menyalurkan listriknya ke Gardu Induk Paci- tan Baru dan Gardu Induk Wonogiri. Untuk menjamin kebutuhan listriknya, PLTU Pacitan harus menjaga peralatannya, salah satunya turbin uap. Turbin uap merupakan alat yang sangat pent- ing keberadaannya karena berfungsi untuk menghasilkan putaran yang nantinya akan memutar generator. Supaya proses tersebut lancar, maka perlu dilakukan perawatan dan dievaluasi unjuk kerjanya  secara  rutin.  Dalam  melakukan  evaluasi  dan  optimalisasi,  ada  beberapa  parameter yang harus diperhatikan. Antara lain daya turbin teoritis, daya turbin aktual, steam rate , dan e- fisiensi  total  dari  turbin  uap  tersebut.  Berdasarkan  hasil  analisis  yang  telah  dilakukan,  dapat diketahui bahwa terjadi peningkatan konsumsi uap tetapi menghasilkan daya output generator yang lebih rendah. Setelah dilakukan perhitungan, ditemukan bahwa terjadi penurunan efisiensi sebesar 16%, yaitu dari kondisi commissioning (86%) ke kondisi operasi (69%) Kemungkinan hal ini disebabkan karena heat loss yang terjadi pada pipa main steam . Setelah dilakukan opti- malisasi  berupa  perbaikan  pada  insulasi  pipa  main  steam,  efisiensi  turbin  dapat  ditingkatkan sebesar 2%, yaitu dari 69% menjadi 71%.
Kata kunci: turbin uap, efisiensi, evaluasi, optimalisasi
hernawan_novianto@esdm.go.id

## 1. Pendahuluan
Energi listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan  oleh  manusia.  Kebutuhan  listrik terus meningkat setiap  tahunnya. Salah satu unit pembangkit listrik adalah PLTU Pacitan yang bertanggung jawab atas tersedianya lis- trik bagi warga Pacitan dan Wonogiri. Dalam penggunaan uap sebagai tenaga untuk pem- bangkit  listrik,  maka  diperlukanlah  sebuah turbin uap. Turbin uap merupakan salah satu alat yang sangat penting dalam sebuah PLTU [1].
Tetapi  seiring  berjalannya  waktu,  performa sebuah  turbin  uap  pasti  mengalami penurunan,  bahkan  bisa  terjadi  beberapa masalah  dalam  pengoperasiannya.  Hal  ini tidak  bisa  hanya  diatasi  dengan  perawatan, tapi  perlu  dilakukan  analisis  lebih  lanjut. Oleh  karena  itu,  turbin  uap  harus  dilakukan evaluasi  secara  berkala  untuk  mengetahui performanya [2].
Setelah dilakukan evaluasi, maka akan dike- tahui  efisiensi  dari  turbin  uap  tersebut.  Un- tuk  menaikkan  efisiensi  yang  sudah  diketa- hui  tersebut,  maka  perlu  dilakukannya  se- buah  optimalisasi.  Optimalisasi  bertujuan
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2022) Vol. 2 No. 2 https://doi.org/xx.xxxx
untuk  menaikkan  efisiensi  dari  turbin  uap tersebut. Untuk itu, tujuan dari penelitian ini adalah  menghitung  efisiensi  turbin  uap  se- bagai langkah  evaluasi lalu  menaikkan  efisi- ensi tersebut sebagai langkah optimalisasi.

## 2. Metode
Penelitian  ini dilaksanakan di  PLTU  Pacitan. PLTU  Pacitan  terletak  di  Desa  Sukorejo,  Ke- camatan Sudimoro, Kabupaten Pacitan, Jawa Timur, Indonesia. Waktu pelaksanaan peneli- tian  dilakukan  mulai  tanggal  7  Maret  2022 sampai dengan 27 Mei 2022.
Penelitian  diawali  dengan  studi  lapangan dan studi literatur, kemudian dilanjutkan de- ngan pengumpulan data di lapangan. Setelah itu  dilakukan  evaluasi  terhadap  data  terse- but.  Jika  terjadi  penurunan  efisiensi,  maka dilanjutkan  langkah  optimalisasi.  Optimali- sasi  dilakukan  hingga  berhasil,  yaitu  terjadi kenaikan efisiensi pada turbin uap tersebut.

## 3. Pembahasan
A. Data Penelitian
Tabel 1. Data Commissioning Steam Turbine Unit 1 No Parameter Simbol Data sheet Satuan 1. Inlet steam flow m 1 907632,62 kg/jam 2. Inlet steam pressure P 1 0,829 MPa 3. Inlet steam temperature T 1 340,88 °C 4. exhaust steam pressure P 2 0,05 MPa 5. exhaust steam temperature T 2 148,67 °C 6. Output of generator power W G 317870 kW 7. Speed N 3000 rpm Tabel 2. Data Operasi Steam Turbine Unit 1 No Parameter Simbol Data sheet Satuan 1. Inlet steam flow m 1 988644,86 kg/jam 2. Inlet steam pressure P 1 0,986 MPa 3. Inlet steam temperature T 1 335,52 °C 4. exhaust steam pressure P 2 0,01 MPa 5. exhaust steam temperature T 2 160 °C 6. Output of generator power W G 289880 kW 7. Speed N 3000 rpm
Pengumpulan data dilakukan langsung di lapangan terkait data commissioning dan data  operasi  turbin  uap  seperti  tampak dalam Tabel 1 dan Tabel 2. Selain itu, pe- nelitian  ini  juga  membutuhkan  data  en- talpi dan entropi yang diperoleh dari ta- bel  uap  [8]  dan  p-h  diagram  R-718  [9], seperti ditampilkan pada Gambar 1.

## B.  Perhitungan  Unjuk  Kerja  Berdasarkan Data Commissioning
Dalam  melakukan  perhitungan  unjuk  kerja sebuah  turbin  uap,  diperlukan  entalpi  dan entropi  berdasarkan  data commissioning yang akan dijelaskan sebagai berikut:
1. Tingkat Keadaan 1 (Inlet)
Gambar 1. P-h diagram R-718 Commisioning [9]
P 1 =  0,829 MPa (gauge)  = 0,929 MPa  (abso- lute) T 1 = 340,88 o C Berdasarkan hasil interpolasi dari properties of superheated water [8], didapatkan entalpi uap  inlet  (h 1 )  dan  entropi  uap  inlet  sebagai berikut. h 1 = 3140,26 kJ/kg S 1 = 7,307 kJ/kg. o C
2. Tingkat Keadaan 2 (Outlet)
P 2 = 0,05 MPa (gauge) = 0,15 MPa (absolute) T 2 = 148,67 °C Berdasarkan hasil interpolasi dari properties of superheated water [8], didapatkan entalpi uap  outlet  (h 2 )  dan  entropi  uap  outlet  (S 2 ) sebagai berikut : h 2 = 2770,194 kJ/kg S 2 = 7,414 kJ/kg.°C
Untuk mengetahui besarnya daya turbin ide- al,  maka  diperlukan  entalpi  isentropis  (h 2s ) yang  dapat  ditentukan  menggunakan  p-h diagram R-718. h 2s = 2710 kJ/kg
C.  Perhitungan  Unjuk  Kerja  Berdasarkan Data Operasi
Dalam  melakukan  perhitungan  unjuk  kerja sebuah  turbin  uap,  diperlukan  entalpi  dan entropi berdasarkan data operasi yang akan dijelaskan sebagai berikut.
1. Tingkat Keadaan 1 (Inlet) P 1 =  0,986 MPa  (gauge)  =  1,086 MPa  (ab- solute) T 1 = 335,52 oC Berdasarkan hasil interpolasi dari proper- ties  of  superheated  water [8],  didapatkan entalpi uap inlet (h 1 ) dan entropi uap inlet sebagai berikut. h 1 = 3125,55 kJ/kg S 1 = 7,212 kJ/kg.oC
2. Tingkat Keadaan 2 (Outlet) P 2 = 0,01 MPa (gauge) = 0,11 MPa (abso- lute) T 2 = 160 °C Berdasarkan hasil interpolasi dari proper- ties  of  superheated  water [8],  didapatkan entalpi  uap  outlet  (h 2 )  dan  entropi  uap outlet (S 2 )  sebagai berikut : h 2 = 2795,759 kJ/kg
S 2 = 7,615 kJ/kg.°C
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2022) Vol. 2 No. 2 https://doi.org/xx.xxxx
Gambar 2. p-h diagram R-718 Operasi [9]
Untuk mengetahui besarnya daya turbin ide- al,  maka  diperlukan  entalpi  isentropis  (h 2s ) yang  dapat  ditentukan  menggunakan  p-h diagram  R-718  yang  ditampilkan  dalam Gambar 2 [3]. h 2s = 2650 kJ/kg
D. Rumus yang Digunakan a. Daya Turbin Ideal [4] Untuk menghitung daya turbin ideal (W Ti ), dapat  digunakan  persamaan  sebagai  beri- kut.
𝑊 𝑇𝑖 = 𝑚 1 × (ℎ 1 − ℎ 2𝑠 ) (1)
b. Daya Turbin Aktual [4]
Untuk  menghitung  daya  turbin  aktual (W Ta ), dapat digunakan persamaan sebagai berikut.
𝑊 𝑇𝑎 = 𝑚 1 × (ℎ 1 − ℎ 2 ) (2)
c. Steam Rate [5] Untuk  menghitung steam  rate (SR T ),  dapat digunakan persamaan sebagai berikut.
𝑆𝑅 𝑇 = 𝑚 1 𝑊 𝑇𝑎 , kg/kW.jam (3)
d. Efisiensi Total Turbin [6]
Untuk  menghitung  efisiensi  total  turbin
(η total ),  dapat  digunakan  persamaan  se- bagai berikut.
𝜂 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑊 𝑇𝑎 𝑊 𝑇𝑖 × 100% (4)

## E. Rekapitulasi Hasil Perhitungan Sebe- lum Optimalisasi
Hasil perhitungan unjuk kerja dari low pres- sure  steam  turbine unit 1 akan disajikan da- lam Tabel 3.

## F. Optimalisasi Unjuk Kerja Turbin Uap
Optimalisasi  dapat  dilakukan  secara  berta- hap  [7].  Setelah  dilakukan  perbaikan  terha- dap insulasi pada pipa main steam, diharap- kan temperatur inlet naik sehingga delta en- talpi membesar. Langkah selanjutnya adalah mengurangi steam flow untuk menghemat bi- aya operasional.

## Tabel 3. Rekapitulasi Hasil Perhitungan Sebelum Optimalisasi
No. Parameter Simbol Commissioning Operasi Satuan Keterangan 1. Steam Flow m 1 907632,62 988644,86 kg/jam Naik 8,9% 2. Steam Rate SR T 9,727 10,916 kg/kW.jam Naik 12,2% Kondisi Inlet 3. Tekanan P 1 0,829 0,986 MPa Naik 18,9% 4. Temperatur T 1 340,88 335,52 °C Turun 1,6% 5. Entalpi h 1 3140,26 3125,55 kJ/kg Turun 0,5% 6. Entropi S 1 7,307 7,212 kJ/kg.°C Turun 1,3% Kondisi Outlet 7. Tekanan P 2 0,05 0,01 MPa Turun 80% 8. Temperatur T 2 148,67 160 °C Turun 68,4% 9. Entalpi h 2 2770,194 2795,759 kJ/kg Naik 1% 10. Entalpi Isentropis h 2s 2710 2650 kJ/kg Turun 2,2% 11. Entropi S 2 7,414 7,615 kJ/kg.°C Naik 2,7% Perhitungan 12. Daya Ideal W Ti 108483,024 130597,240 kW Naik 20,4% 13. Daya Aktual W Ta 93306,902 90568,383 kW Turun 3% 14. Daya Generator W G 317870 289880 kW Turun 8,8% 15. Efisiensi Total Steam Turbine η total 86 69 % Turun 16%
Setelah  cara  tersebut  dilakukan,  maka  bisa dilanjutkan  dengan  langkah cleaning pada sudu-sudu  turbin  untuk  membersihkannya dari fouling ataupun  kotoran  yang  ada.  De- ngan  melakukan cleaning pada  sudu  turbin, diharapkan  meningkatkan  efisiensi steam turbine karena  sudu-sudu  akan  dapat  men- gonversi energi pada steam secara maksimal.
Parameter  yang  diasumsikan  berubah  sete- lah  dilakukan  optimalisasi  adalah  tempera- tur  pada inlet  steam. Diasumsikan  terjadi pengurangan heat loss sebesar 25°C, sehing- ga inlet  steam  temperature menjadi  360°C. Karena inlet steam temperature diasumsikan naik,  maka outlet  steam  temperature juga diasumsikan  naik  menjadi  50°C.  Untuk  pa- rameter lain dianggap tidak berubah.
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2022) Vol. 2 No. 2 https://doi.org/xx.xxxx

## G.  Perhitungan  Unjuk  Kerja  Setelah  Opti- malisasi
Dalam  melakukan  perhitungan  unjuk  kerja sebuah  turbin  uap , diperlukan  entalpi  dan entropi  berdasarkan  data  optimalisasi yang akan dijelaskan sebagai berikut. 1. Tingkat Keadaan 1 ( Inlet ) P 1 = 0,986 MPa ( gauge ) = 1,086 MPa ( ab- solute ) T 1 = 360 o C Berdasarkan hasil interpolasi dari proper- ties  of  superheated  water [8],  didapatkan entalpi uap inlet (h 1 ) dan entropi uap inlet sebagai berikut. h 1 = 3177,748 kJ/kg S 1 = 7,297 kJ/kg. o C
2. Tingkat Keadaan 2 ( Outlet ) P 2 = 0,01 MPa ( gauge ) = 0,11 MPa ( abso- lute )
T 2 = 170 °C
Berdasarkan hasil interpolasi dari properties of superheated water [8], didapatkan entalpi uap outlet (h 2 )  dan  entropi  uap outlet (S 2 ) sebagai berikut : h 2 = 2815,607 kJ/kg S 2 = 7,662 kJ/kg.°C
Untuk mengetahui besarnya daya turbin ide- al,  maka  diperlukan  entalpi  isentropis  (h2s) yang  dapat  ditentukan  menggunakan  p-h diagram R-718 pada Gambar 3. h 2s = 2670 kJ/kg
H.  Rekapitulasi  Hasil  Perhitungan  Setelah Optimalisasi
Hasil perhitungan unjuk kerja dari low pressure steam turbine unit 1 setelah dilakukan optimal- isasi akan disajikan dalam Tabel 4.
Gambar 3. p-h diagram R-718 Optimalisasi [9] Tabel 4. Rekapitulasi Hasil Perhitungan Setelah Optimalisasi
No. Parameter Simbol Operasi Optimalisasi Satuan Keterangan 1. Steam Flow m 1 988644,86 988644,86 kg/jam Sama 2. Steam Rate SR T 10,916 9,941 kg/kW.jam Turun 8,9%
Kondisi Inlet 3. Tekanan P 1 0,986 0,986 MPa Sama 4. Temperatur T 1 335,52 360 °C Naik 7,3% 5. Entalpi h 1 3125,55 3177,748 kJ/kg Naik 1,7% 6. Entropi S 1 7,212 7,297 kJ/kg.°C Naik 1,2% Kondisi Outlet 7. Tekanan P 2 0,01 0,01 MPa Sama 8. Temperatur T 2 160 170 °C Naik 6,4% 9. Entalpi h 2 2795,759 2815,607 kJ/kg Naik 0,7% 10. Entalpi Isentropis h 2s 2650 2670 kJ/kg Naik 0,8% 11. Entropi S 2 7,615 7,662 kJ/kg.°C Naik 0,6% Perhitungan 12. Daya Ideal W Ti 130597,240 139439,570 kW Naik 6,8% 13. Daya Aktual W Ta 90568,383 99452,455 kW Naik 9,8% 14. Daya Generator W G 289880 289880 kW Sama 15. Efisiensi Total Steam Turbine η total 69 71 % Naik 2%

## I.  Evaluasi  Unjuk  Kerja  Setelah  Optimal- isasi
Jika  dilihat  dari  Tabel  5,  daya  turbin  aktual naik  9,8%  dari  daya  turbin  aktual  sebelum dilakukan optimalisasi. Hal ini bisa dijadikan peluang untuk melakukan optimalisasi lanju- tan,  yaitu  dengan  mengurangi inlet  steam flow. Berikut  merupakan  perhitungan  daya aktual  jika  dilakukan  pengurangan inlet steam flow.
𝑊 𝑇𝑎 = 𝑚 1 × (ℎ 1 − ℎ 2 ) , kW Jika : 𝑚 1
= 910000 kg/jam
ℎ 1 = 3177,748 kJ/kg ℎ 2
= 2815,607 kJ/kg
Maka : W
Ta = 910000 x (3177,748 – 2815,607)
W Ta = 329548310 kJ/jam W Ta = 91541,197 kW
Dapat  dilihat  pada  Tabel  5  bahwa  daya  ak- tual  lebih  besar  dibandingkan  dengan  daya aktual  saat  operasi,  tetapi  menggunakan steam  flow yang  lebih  kecil.  Dengan steam flow yang lebih kecil, maka beban pada boiler akan  berkurang.  Dengan  mengurangi  beban pada boiler, maka  penggunaan  bahan  bakar akan  berkurang  juga.  Hal  ini  tentu  akan menguntungkan bagi perusahaan.
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2022) Vol. 2 No. 2 https://doi.org/xx.xxxx
Tabel 5. Rekapitulasi Hasil Perhitungan Setelah Optimalisasi No. Parameter Simbol Operasi Optimalisasi Satuan 1. Steam Flow m 1 988644,86 910000 kg/jam 2. Daya Aktual W Ta 90568,383 91541,197 kW

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  evaluasi  dan  optimalisasi unjuk kerja low pressure steam turbine unit 1, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.
1. Kondisi steam turbine unit 1 PLTU Pacitan terjadi  penurunan  efisiensi  yang  cukup besar. Pada saat commissioning, turbin ini memiliki  efisiensi  86%.  Sedangkan  pada saat operasi saat ini, efisiensi turbin men- jadi  69%.  Terjadi  penurunan  efisiensi sebesar 16%.
2. Jika  kita  perhatikan  pada  daya  output generator, antara data commissioning dan data operasi sudah mengalami penurunan yang  cukup  besar.  Pada  saat commission- ing, dengan  konsumsi steam 907,6  ton/ jam, dapat menghasilkan daya output ge- nerator  sebesar  317870  kW.  Sedangkan saat  operasi,  konsumsi steam mencapai 988,6 ton/jam tetapi hanya menghasilkan daya output generator 289880 kW. Hal ini menandakan  konsumsi steam yang  ber- lebih.
3. Konsumsi steam yang berlebih mengindi- kasikan  bahwa  steam  tidak  dikonversi dengan baik oleh sudu-sudu, yang mung- kin  menjadi  penyebabnya  adalah  karena adanya  fouling  yang  disebabkan  oleh kandungan  mineral  pada steam yang  da- pat membentuk kerak pada sudu turbin.
4. Penurunan  efisiensi low  pressure  steam turbine disebabkan karena adanya fouling pada  sudu.  Sehingga  banyak  energi  dari steam  yang  kurang  dikonversikan  oleh sudu turbin.
5. Setelah  dilakukan  optimalisasi  dengan pembersihan  pada  sudu  dan  melakukan perbaikan pada insulasi pipa main steam , ternyata  memang  benar  bisa  menaikkan efisiensi turbin hingga 2%, yaitu dari 69% lalu naik menjadi 71%.
6. Setelah  efisiensi  turbin  naik,  masih  bisa dilakukan optimalisasi kembali yaitu dari segi  ekonomi,  dengan  cara  menurunkan steam flow pada inlet.

## Daftar Pustaka
[1] R. Sukmawan, “Turbin Uap Prinsip, Start - up,  Perawatan,  Penunjangnya,” POLTEK LPP Press . 2018.
[2] Fritz  Dietzel,  “ Turbin,  Pompa,  dan  Kom- presor ”, Penerbit Erlangga, 1990, Jakarta.
[3] S. Blažević, V. Mrzljak, N. Anđelić, and Z. Car,  “Comparison  of  energy  flow  stream and isentropic method for steam turbine energy  analysis,” Acta  Polytech. ,  vol.  59, no. 2, pp. 109 – 125, 2019, doi: 10.14311/ AP.2019.59.0109.
[4] P.  R.  Panji  and  H.  Novianto,  “Evaluasi Unjuk  Kerja  Turbin  Uap  Di  Unit  Utilities Pt . X,” vol. 1, no. November, pp. 599– 605, 2021.
[5]  Khurmi,  R.S.  dan  Gupta,  J.K.  1978. “ A Textbook  of  Thermal  Engineering",  Ra- jendra Ravindra Printers, India, 1978.
[6] P.  Shlyakhin,“ Turbin  Uap  (Steam  Tur- bine) Teori dan Rancangan ”, Penerbit Er - langga, Jakarta, 1990.
[7] H.  Santoso,  “Optimalisasi  untuk  Meng - hasilkan Efisiensi Ideal Turbin Uap Pem- bangkit  Listrik  Tenaga  Biomassa  Kapa- sitas  20  MW,” STRING  (Satuan  Tulisan Ris. dan Inov. Teknol. , vol. 3, no. 2, p. 181, 2018, doi: 10.30998/string.v3i2.3044.
[8]  M.  J.  Moran  dan  H.  N.  Shapiro,  "Fun- damentals  of  Engineering  Thermody- namics",  John  Wiley  &  Sons  Ltd,  British, 2006.
[9]  American  Society  of  Heating,  Refri- gerating dan Air-Conditioning Engineers, "2013 ASHRAE Handbook-Fundamentals (SI)", ASHRAE, America, 2013.