## “ANALISA PERFOMANCE  DESALINATION  TYPE MSF- OT (MULTI  STAGE FLASH-ONCE TROUGH) PADA LOAD SET 80% DI PLTGU MUARA TAWAR”
Sulis Yulianto,ST,MT 1 ,.Arggo Gianto 2
Lecture 1 ,College student 2 ,Departement of machine, Faculty of Engineering, University Muhammadiyah Jakarta, Jalan Cempaka Putih Tengah 27 Jakarta Pusat 10510, Tlp 021- 4244016,4256024, email : Sulis.Yulianto@yahoo.com

## ABSTRAK
Analisa  Performance  Desaliantion  Type  MSF-Once  Through  pada  load  set  80% di  PLTGU  Muara  Tawar  adalah  analisa  yang  membahas  unjuk  kerja  dari Desaliantion  Type  MSF-Once  Through  pada  load  set  80%  di  PLTGU  Muara Tawar  dengan  menghitung  perpindahan  panas  di  Brine  Heater  dan  Condenser, dimana  perhitungannya  mencakup  perhitungan  heat  balance,  luas  perpindahan panas  ,lebar  stage,  panjang  stage,performance  ratio,dan  spesifik  ratio  pada perhitungan  teori.  Menghitung  konsumsi  uap  untuk  brine  heater  dan  ejector, menghitung  produksi  air  destilate  dan  performance  ratio  pada  perhitungan performance  test  selama  60  menit.Setelah  menghitung  perpindahan  panas  yang terjadi  ,selanjutnya  menganalisa  hasil  dari  perhitungan  tersebut.Dimana  hasil perhitungan teory dan perhitungan performance test selama 60 menit  yang telah dilakukan tersebut dianalisa dan dibandingkan  dengan data  – data yang ada di spesifikasi  unit  Desaliantion  Type  MSF-Once  Through,  apakah  sesuai  atau tidak.kemudian menarik kesimpulan dari perbandingan tersebut.
Kata Kunci :Desalination Type MSF-Once, Perancangan, PLTGU Muara Tawar

## 1.PENDAHULUAN
Pengoperasian  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU)  maupun  Pembangkit Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) sangat tergantung pada ketersediaan air sebagai bahan baku utama dalam mempoduksi steam. Air yang berfungsi sebagai bahan baku utama yang akan dipanaskan  pada  boiler  pada  PLTU  maupun  pada  Heat  Recovery  Steam  Generation (HRSG) pada PLTGU yang kemudian akan menghasilkan uap bertekanan. Uap bertekanan ini yang merupakan penggerak utama dari steam Turbine.PLTGU Muara Tawar terdiri dari 2 blok yang berkapasitas total 1050 MW yaitu pada blok 1 terdiri dari 3 unit Gas Turbine yang  dilengkapi  dengan  3  unit  HRSG  dan  1  unit  Steam  turbine  yang  dapat  beroperasi secara Open Cycle dan Combine Cycle dengan menggunakan HRSG yang memanfaatkan gas buang dari gas turbine  yang digunakan untuk memanaskan air dan menghasilkan uap bertekanan  yang  akan  menggerakan  steam  turbine  dengan  kapasitas  total  untuk    blok  1 adalah 600 MW. Blok 2 terdiri dari 2 unit Gas Turbine yang hanya dapat beroperasi secara Open  Cycle.  Pada  pengoperasian  secara  combine  cycle  HRSG  digunakan  untuk memproduksi  uap  bertekanan.  Pada  HRSG    energi  panas  diperoleh  dari  gas  buang    hasil pembakaran  Gas  Turbine  yang    memanaskan  air  didalam  drum  baik  High  pressure  drum maupun  low  pressure  drum.  Hasil  pemanasan  inilah  yang  menghasilkan  uap  bertekanan yang  dialirkan  ke  unit  Steam  turbine  untuk  memutar  turbin  uap.  Proses  ini  akan mengakibatkan  air  mengalami  suatu  siklus  perubahan  fase  dari  air-uap-air  dan  melalui
banyak peralatan seperti pipa-pipa, katup  isolasi,  katup  kontrol dan banyak peralatan lain yang  memungkinkan  terjadinnya  kehilangan  massa  melalui  kebocoran  uap  maupun  air. Agar jumlah energi listrik yang dihasilkan tidak menurun maka jumlah massa air yang ada pada  siklus  ini  diharapkan  juga  tidak  menurun.  Hal  ini  dapat  dipertahankan  dengan mengganti kehilangan air dengan air penambah.Tidak semua air bisa digunakan sebagai air penambah,  untuk  dapat  digunakan  sebagai  air  penambah  air  harus  mempunyai  kualitas tertentu  sehingga  harus  dilakukan  pengolahan  air  untuk  memenuhi  kebutuhan  air penambah.  Pada  instalasi  pengolahan  air  diperlukan  sumber  air  baku  sebagai  bahan bakunya. Selain digunakan untuk menjaga kelangsungan beroperasinnya HRSG dan Steam turbine, air juga digunakan untuk keperluan lain seperti air yang digunakan untuk hydrant pemadam kebakaran dan keperluan sehari-hari lainnya. Maka diperlukan sumber air baku yang  digunakan  untuk  memenuhi  semua  kebutuhan  diatas.Sumber  air  baku  secara  umum dapat  diperoleh  dari  air  sungai,maupun  air  laut.  Hal  ini  tergantung  dari  faktor  geografis dari unit pembangkit, untuk PLTGU muara tawar sumber air baku diperoleh dari air laut, selain  karena  perencanaan  pemilihan  lokasi  PLTGU  yang  biasanya  dekat  dengan  laut dengan  pertimbangan  air  laut  digunakan  untuk  air  pendingin  juga  digunakan    sebagai sumber air baku yang ketersediaannya tak terbatas.Untuk memperoleh air baku dari air laut maka  diperlukan  pengolahan  air.  Air  laut  yang  banyak  mengandung  banyak  mineral  dan garam  bersifat  korosif  sehingga  diperlukan  pengolahan  terlebih  dahulu  untuk menghilangkan  kandungan  garam  dan  mineral  menjadi  air  baku.  Salah  satu  cara pengolahan air laut menjadi air baku yaitu dengan Desalination Plant.

## 2.METODA EKSPERIMEN DAN FASILITAS YANG DIGUNAKAN 2.1.Data – Data Analisa Performance Desalination
Dibawah  ini  adalah  gambar  skema  unit DESALINATION  PLANT  TYPEMSF  –OT yang akan di analisa unjuk kerjanya.
Gambar 2.1. Skema Unit Desalinationtype MSF-OT
2.1.Menghitung Keseimbangan Energi di Brine Heater

## 2.1.1.Menghitung Temperatur Drop Di Tiap Stage
Sebelum  kita  menghitung  energi balance di Brine  Heater kita  harus  menghitung temperatur drop di tiap stage dengan menggunakan persamaan 2.6 sebagai berikut:
= 3,238 o C
Setelah  mengetahui    data  temperatur  drop  diatas  maka  temperatur  stage  1  dan  2  dapat diketahui dengan persamaan  2.7 dan 2.8 sebagai berikut: maka temperatur stage 1 dan temepratur stage 2 dapat dihitung sebagai berikut: T 1 = T 0 - ∆T  T 2 = T 1 - ∆T
= 102,76 – 3,238= 99,522 – 3,238
= 99,522 o C= 96,284 o C
Jadi temperatur brine yang meninggalkan stage 1 dan 2 dapat dihitung sebagai berikut: t 1 = T swin - n ∆T t 2
= t 1 - ∆T
= 30 + 20 – 3,238= 94,76 – 3,238
= 94,76 o C= 91,522 o C
2.1.2.Menghitung Laju Aliran Destilate laju aliran massa air destilate sebagai berikut:1000 ton/hari  = 1000000 kg/hari
M d = 11,57407407 kg/s
2.1.3. Menghitung  Temperature  Rata-  Rata  Air  Destilate  (T av )  dan  Entalphy  Rata- Rata (λ av )
Temperature rata- rata air destilate (T av ) dan Entalphy rata- rata (λ av ) dapat dihitung dengan persamaan 3.5 sebagai berikut:
T av = (T 0 + T n )/2 = (102,76 + 38)/2 = 70,38 o C
Setelah  mengetahui  temperatur  rata-  rata  air  destilate  yaitu  sebesar    70,38 o C,  maka    nilai Entalphi rata- rata dapat diketahui dengan melihat tabel 4.1 dibawah ini.
Tabel 2.1. Tabel Uap Jenuh
Temperatur
( o C) Entalphi ( kJ/kg ) 70 2334,0 70,5 2332,7

## Dengan metode interpolasi
( )
( )

## 2.1.4.Menghitung Spesifik Ratio Panas Sensibel dan Panas Laten
Maka laju aliran massa air laut didapat dihitung dengan persamaan 3.8 sebagai berikut:
2.1.5.Menghitung Laju Aliran Brine Blow Down M b = M f - M d = kg/s – 9,259259259 kg/s = 74,49936106 kg/s = 268197,6998 kg/h

## 2.1.6.Mencari Nilai Spesifik Heat Dari Uap Dan Air Laut
1. Menghitung Nilai Spesifik Heat Uap
Dengan metode interpolasi maka nilai Spesifik Heat (C p ) dapat dicari dengan melihat Sifat zat cair jenuh diatas sebagai berikut:
( )

## ( )
2. Menghitung Nilai Spesifik Heat Air Laut
Dari  tabel  4.2  untuk  T rsw 97,38 o C,dengan  metode  interpolasi  maka  kita  mendapat Specific Heat (Cp) untuk fluida dingin sebagai sebagai berikut:
( )
( )

## 2.1.7.Mencari Laju Aliran Uap
Dengan metode interpolasi maka enthalpy uap pada temperatur 89,55 o C adalah:
( )
( )
jadi  laju aliran uap dapat dihitung dengan rumus persamaan 4.3,sebagai berikut:
t λ 2.1.8.Menghitung LMTD Brine Heater t ( ) ( ) ( )
2.1.9.Menghitung Overall Heat Transfer Coefficient Brine Heater Overall Heat Transfer Coefficient Brine Heater dapat dihitung dengan rumus persamaan 4.7,sebagai berikut:
( (
maka overall heat transfer coefficient adalah: ( ( ( ( 2.1.10.Menghitung Luas Perpindahan Panas Brine Heater λ
2.1.11.Menghitung Luas area Perpindahan Panas di Condenser Luas  area  perpindahan  panas  di Condenser (A c )  untuk  semua  stage  adalah sama,sehingga perhitungan luas area stage pertama digunakan untuk memperoleh luas area perpindahan  panas  di condenser. Dalam  menghitung  luas  area  stage  pertama  diperlukan beberapa  perhitungan  diantaranya  :  temperature    uap  di  stage  pertama  (T v1 ),  temperatur rata-  rata  logaritmik  di condenser (LMTD c ),  dan  overall  Heat  Transfer  Coefisient  di condenser (U c ).

## 2.1.12.Menghitung Temperatur condensasi uap di Stage Pertama
2.1.12.1Menghitung Nilai BPE ( boiling point elevation)
Menghitung nilai BPE ( boiling point elevation) dapat menggunakan rumus persaaman 5.2 sebagai berikut:
Dimana: X 1 = konsentrasi garam dalam aliran brine yang meninggalkan stage pertama B   =faktor konstanta B dalam BPE
C    = faktor konstanta C dalam dalam BPE = 1. Menghitung Jumlah Air destilate Yang Terbentuk Di Stage Pertama (D 1 ) maka nilai D 1 adalah:
2. Menghitung Laju Aliran Brine Yang Meninggalkan Stage 1(B 1 )
3. Menghitung Konsentrasi Garam Dalam Aliran Brine Yang Meninggalkan Stage Pertama ( X 1 ).
4. Menghitung Salinity Brine Blowdown (X b )

## 5. Faktor Konstanta B Dalam BPE

## 6. Faktor konstanta C dalam BPE
Maka nilai BPE dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

## 2.1.13.Menghitung Lebar Tiap Stage
2.1.14.Menghitung  Panjang Stage ( L)

## 2.1.15.Menghitung Tinggi Gate
Setelah mengetahui nilai tinggi gate maka untuk nilai tinggi brine Pool (H 1 )adalah dengan menambahkan 0.2 m maka nilai H 1 dapat dihitung dengan persamaan 5.6  sebagai berikut
2.1.16.Menghitung NilaiNEA ( Non Equilibrium Allowance )

## 2.1.17.Menghitung Nilai LMTD Condenser
( ) ( )

## 2.1.18.Menghitung Nilai Overall Heat Transfer Coefisient
Jadiluas area condensenser dapat dihitung sebagai berikut:
2.2.Menghitung Total Heat Transfer Area (Total Luas Perpindahan Perpindahan Panas)

## 2.3.Menghitung Perfomance Ratio
2.4.Menghitung Spesifik Heat Transfer Area (Luas Perpindahan Panas Spesifik )

## ⁄

## 2.5.Menghitung Performance Test Selama 60 Menit
1. Produksi Air Destilate
Untuk menghitung produksi air destilate menggunakan persamaan 6.3 sebagai berikut:
( )  ( )   ( )
( )   ( ) ⁄ ⁄
2. Steam Consumtion (Konsumsi Uap) Brine Heater
( )

## 3. Konsumsi Uap Untuk Ejector
Spesific volume (V 1 ) 5,533 Bara
(
)
(
)
( ) √ ⁄ ( ) √ ⁄
( )
a. Perhitungan Ejector 2
Steam temperature 109,1 o C
P2 = steam pressure 4,47 (kg/cm 2 G) +1,033 =5,503 Bara d = steam nozzle diameter 11,02 mm k = characteristic coefficient   = 0,75 (for superheated steam) = 0,74 (for saturated  steam) α = flow coefficient =1,0
Dengan metode interpolasi dari data tabel 4.6 saturated steam untuk tekanan 5.503 bara, maka nilai specific volume (V 2 ) adalah
( )
(
)
( ) √ ⁄ ( ) √ ⁄

## 2.6.Menghitung Total Konsumsi Uap  (Ws) Dalam Uji Performance
Setelah mendapatkan jumlah konsumsi uap untuk Brine Heater dan jumlah konsumsi uap untuk ejector maka total konsumsi uap untuk unit desalination plant adalah:
Nilai  ini  masih  dalam  batas  yang  diijinkan  dalam  spesifikasi  konsumsi  uap  untuk desalination plant yaitu < 5744 kg/h Total steam consumption (Ws) dari hasil perhitungan teori adalah:
Nilai ini juga masih dalam batasan <5744 kg/h

## 2.7Menghitung Perfomance Ratio
Sebelum  mencari  performance  ratio,  harus  menghitung  Laju  aliran  uap  pada  sisi masuk Brine Heater (Wc) Wd = 868,5864 ton/day Laju aliran uap pada sisi masuk Brine Heater (Wc)
( ) ( )

## Perfomance Ratio (PR)
Nilai  performance  ratio  (PR)  diatas  adalah  sesuai  dengan  data  spesifikasi  yaitu  > 6,0  maka  perhitungan  performance  desalination  ini  hasilnya  Baik  dan  desalination  plant layak operasi dalam load set 80%

## 2.8.Analisa Perhitungan
Setelah  membahas  perhitungan  –perhitungan  pada  sub  bab  bahasan  diatas  maka selanjutnya  hasil  perhitungan  yang  telah  dlakukan  akan  dianalisa.Adapun  hasil  hasil perhitungan yang telah dilakukan di sajikan dalam tabel 2.1 dibawah ini:
Tabel 2.1. Hasil Perhitungan Performance Desalination Plant Tipe Msf-Ot Dengan Kapasitas 1000 Ton/Hari
No Item Simbol Nilai Satuan
1
Uap Temperatur masuk Tu in 109,1 o C Temperatur keluar Tu out 70 o C Spesifik Heat C p 4,200 kj/kg o C Entalpi λ s 2284,37 kj/kg Laju aliran massa uap M s - Perhitungan teori 4443,56 kg/h - Perfomance Test 5619,97 kg/h Laju aliran massa uap ke ejector W e 430,37 kg/h Spesific ratio of sensible heat & laten heat Y 5,84030x10 -3
2 Air laut
Temperature masuk T swin 30 o C Temperature keluar T swout 38 o C Specific heat C p 4,208 kj/kg o C Entalphy λ s 2284,37 kj/kg Flow masuk M s 301531,03 m 3 /h Flow Blowdown M b 268197,69 m 3 /h Air Destilate Flow 33333,33 m 3 /h 3 Luas perpindahan panas Brine Heater A b 143,73 m 2 Condenser A c 105,065 m 2 Total A 2245,038 m 2 4 LMTD Brine Heater LMTD b 9,801 o C Condenser LMTD c 5,032 o C 5 Overall Heat Transfer Brine Heater U b 2001,36 W/m 2o C
Condenser U c 2153,79 W/m 2o C 4 Perfomance Ratio PR Perhitungan Teori 7,5 Perfomance Test 6,9 5 Spesific Heat Transfer area s A 242,46 m 2 /(kg/s)

## 2.9.Analisa perhitungan Desalination Type MSF-OT
Tabel 2.2.  Analisa Hasil Perhitungan Performance Desalination Plant Type MSF-OT Dengan Load Set 80%
No Item Spesifikasi Data Hasil Perhitungan 80% Selisih loud set 100% Loud set 80 % 1 Supply Air Laut 440000 kg/h 352000 kg/h - Perhitungan teori 301531,0332 kg/h 8468,96 kg/h - performance test 302285.71 kg/h 7714.28 kg/h - Manual book 358000 kg/h 310000 kg/h 2 Steam Supply < 7180 kg/h < 5774 kg/h - Perhitungan Teori 4873,93 kg/h - Performance Test 5619,97 kg/h 3 Produksi Air Destilate 11,57 kg/s 9,25 kg/s 10,05 kg/s 1,25 kg/s 4 Perfomance Ratio > 6 > 4,8 - Perhitungan Teori 7,5 2,7 - Perfomance Test 6,97 2,17 5 Overall Heat Transfer - Brine Heater 1500 – 6000 W/m 2o K 2001,36 W/m 2o C - Condenser 1000 – 4000 W/m 2o K 2153,79 W/m 2o C
Dari tabel diatas dapat dianalisa sebagai berikut:
1. Pada  point  pertama:  Terjadi  selisih  terhadap  nilai  suplai  air  laut  untuk  sistem  kerja desalination  plant.Hal  ini  dikarenakan  berbagai  hal  diantaranya  ;filter-filter  air  laut ,belokan  pipa  –  pipa  dan  fouling  yang  terjadi  di  sepanjang  jalur  pemipaan  air  laut menuju unit desalination plant
2. Pada point yang kedua : Hasil perhitungan teory dan performance test untuk suplai uap ke  unit  dealination  plant  hasilnya  sangat  baik,karena  masih  dibawah  nilai  batas  yang dijinkan oleh data spesifikasi.
3. Pada  point  ketiga:Terjadi  selisih  lebih  besar  1,25  kg/s  dari  hasil  perhitungan performance  test  produksi  air  destilate  yang  diproduksi  oleh  unit  desalination  plant terhadap  data  spesifikasi.  Maka  dapat  disimpulkan  unit  desalination  dalam  keadaan layak operasi.
4. Pada  point  keempat:  Diketahui  bahwa performanceratio dari  hasil  perhitungan  teory dan  hasil  perhitungan  sebenarnya  ( performancetest )  yang  dilakukan  selama  60  menit pada  loud  set  80%,hasil  dari  kedua  nilai  performance  rationya  melebihi  dari  data spesifikasi.Hal ini menandakan bahwa unit Desallination Plant dalam keadaan baik dan layak beroperasi di load set tersebut.
5. Pada point kelima .Koefisien perpindahan panas menyeluruh hasil perhitungan teory di Brine  Heater dan Condenser masih  masuk  dalam  batas  rentang  nilai  yang dijinkan.Maka dapat disimpulkan bahwa perpindahan panas yang terjadi sangat baik.

## 3.SKEMA NUMERIK

## Start
Data-data perencanaan:
1. Temperatur uap masuk dan keluar Brine Heater
2. Temperatur air laut masuk dan keluar
3. Laju aliran air destilate 4. Laju aliran uap
1. Menghitung keseimbangan energi di Brine Heater
2. Menghitung luas perpindahan panas  di condenser
3. Menghitung Total Heat Transfer Area
4. Menghitung Perfomance Parameter
5. Menghitung Spesifik Heat Transfer Area
6. Menghitung Perfomance Test Selama 60 Menit
7. Menghitung total konsumsi uap dalam uji perfomance test
8. Menghitung Perfomance Ratio Analisa Perhitungan Kesimpulan dan Saran Data Spesifikasi End

## 4.1.  KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan  analisa  yang  telah  dibuat,  maka  dapat disimpulkan sebagi berikut:
1. Pada  hasil  perhitungan  teory  dan  performance  test.  Didapatkan  hasil  perhitungan overallheat  transfer ,suplai  uap,produksi  air destilate ,dan performance  ratio masih masukdalam batas spesifikasi data,  yang berarti desalinationplant dalam keadaan baik beroperasi di loadset 80%
2. Pada perhitungan teori  dan performance test dapat  disimpulkan bahwa suplai air laut masih    dalam  batas  toleransi.Adapun  kekurangan  suplai  air    laut  ini  diakibatkan  oleh
adanya kerugian-kerugian di filter-filter air laut , dan fouling yang terjadi di sepanjang jalur pemipaan air laut  unit desalination plant .

## 4.2 SARAN
Guna  menjaga  kondisisi performance  unit  desalination  plant tetap  dalam  kondisi operasi yang baik,maka perlu dilakukan hal-hal sebagai berikut:
1. Perlu  dilakukan  analisa  hitung  terhadap  fouling  yang  terjadi  di Brine  Heater dan Condenser
2. Melakukan perawatan berkala pada unit DesalinationPlant
3. Melakukan proses penyaringan air laut di traveling water screen secara lebih ketat lagi, agar mendapat kualitas air laut yang bersih sehingga tidak terjadi pengotoran pada jalur pemipaan air laut yang menuju ke desalinationplant

## REFERENSI
1. Incropera, DeWitt, Bergman, Lavine. Fundamentals of Heat and Mass Transfer.
2. Sadik Kakac, Hongtan Liu, Heat Exchangers Selection, Rating, and Thermal Design 2 nd ed. 2002. CRC Press LLC.
3. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/watvap.html
4. Technical Hand Book, PT. PJB Services.
5. Manual Book Desalination Plant
6. Hisham  T.  El-Dessouky,  Hisham  M.  Ettouney,  Fundamentals  of  Salt  Water Desalination, 2002
7. Steam Tables in SI Units. Diklat PLN Suralaya
8. Kreith, Priyono. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas. 1994. Erlangga 3 rd ed
9. J.P Holman, Heat Transfer, McGraw-Hill Inc, 4 th
10.H  Ettouney,H  El  Dessouky  and  F  Al  Juwayhel,performance  of  the  one  –through multistage flash desalination process.2002.Sage.