Optimum Gas Pipeline and Pumping Facility Where Work Can Be Recovered at Destination

MEMAHAMI SISTEM


OPTIMUM GAS PIPELINE AND PUMPING FACILITY WHERE

WORK CAN BE RECOVERED AT DESTINATION

Deskripsi Sistem

Sistem dibawah ini bekerja untuk mentransfer natural gas (methane) melalui jalur pipa sepanjang 120 km dengan menghadapi losses-losses yang ada sepanjang jalur yang dilalui methane tersebut. Komponen-komponen utama dari sistem ini adalan kompressor, turbin, generator, motor listrik, dan jalur pipa.

Turbin yang ada pada sistem ini berfungsi untuk mengekspansi methane yang bertekanan tinggi untuk menghasilkan tenaga, yaitu putaran turbin yang dikopel dengan generator untuk menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan dari generator tersebut kemudian digunakan untuk me-recover sebagian energy yang dibutuhkan oleh motor listrik di kompressor.

gambar 1. rangkaian skematik sistem

Prinsip Kerja

Compressor digerakkan oleh motor listrik yang sebagian energy nya berasal dari generator. Gas methane yang akan ditransfer dikompressi terlebih dahulu oleh compressor untuk menaikkan tekanan nya dari p1 = 100 kPa menjadi p2 (p2 >> p1) , sehingga
bisa mengatasi kerugian (pressure drop) yang cukup besar sepanjang jalur pipa sejauh 120 km dengan flow rate sebesar 50 kg/s. Methane dengan tekanan p2 tersebut ditransfer hingga mencapai daerah inlet turbin dengan tekanan sebesar p3 yang kemudian diekspansi oleh turbin untuk menghasilkan tenaga dalam bentuk putaran generator, sehingga tekanan nya kembali menjadi p4 = 100 kPa. Putaran turbin hasil ekspansi methane tersebut dikopel dengan generator untuk membangkitkan listrik yang akan digunakan untuk me-recover sebagian kebutuhan energy motor listrik pada kompressor.

Temperatur inlet methane ke dalam kompressor sebesar 30 °C. Setelah mengalami kompressi, temperatur methane mengalami kenaikkan yang sangat signifikan, sehingga diberikan sistem pendingin untuk menjaga temperatur nya tetap konstan sepanjang jalur pipa sebesar 30 °C dan juga agar densitas nya cukup besar dengan tujuan mereduksi ukuran diameter pipa yang akhir nya akan berdampak terhadap harga pipa.

Di sisi lain, untuk mengkompressi methane tersebut dibutuhkan energy bagi kompressor yang tidak cukup jika hanya menggunakan suplai listrik dari generator akibat adanya inefisiensi dari motor listrik, kompressor, turbin ekspansi, dan juga jalur pipa.

Data yang diberikan

Tekanan masuk kompressor, p1 methane = 100 kPa

Tekanan keluar turbin, p4 methane = 100 kPa

Semua listrik yang dihasilkan oleh generator dapat digunakan untuk recovery

Temperatur inlet methane 30 °C. Methane mengalami pendinginan setelah kompressi, sehingga temperatur nya tetap 30 °C sepanjang jalur pipa.

Flow rate methane 50 kg/s

Efisiensi dari motor listrik dan generator , η_{gen, el} = 95 %

Efisiensi isentropic dari kcompressor 80 %, turbin 75 %

Biaya

Pembelian motor listrik dan generator, $50 per kW output

Pembelian kompressor, $125 per kW input (Wc)

Biaya listrik operasional untuk kompressor, 3 cents per kWh

Biaya listrik yang dihasilkan turbin, 4 cents per kWh

Pembelian turbin, $150 per kWh output (Wt)

Harga pipa per meter, $300D^1,6, dimana D adalah diameter pipa (m)

Lifetime, 15 tahun

Interest rate, 10 %

Sistem beroperasi secara kontinyu

Pressure Drop

Sepanjang jalur  pipa, terjadi kerugian tekanan yang dipengaruhi oleh perubahan densitas dan kecepatan dari gas. Besarnya pressure drop yang terjadi dapat dihitung dengan persamaan :

dimana,

Assignment

Tentukan kombinasi yang optimum dari kapasitas kompressor, turbin, dan diameter pipa agar didapat harga instalasi yang minimum serta nilai dari sistem ini pada saat sekarang (present worth).

Perhitungan

1.      Kerja Kompresor

Persamaan untuk mencari kerja kompresor pada proses isentropik dimana effisiensi isentropik kompresor η = 0.80

Kerja kompresor isentropik

Dimana pada proses isentropik hubungan T dan P adalah

Sehingga persamaan kerja kompresor isentropik adalah:

Sedangkan kerja aktual kompresor adalah:

2.      Kerja motor

dengan η = 0.95

3.      Kerja Turbin

Persamaan untuk mencari kerja Turbin pada proses isentropik dimana effisiensi isentropik turbin η = 0.75

Kerja turbin isentropik

Dimana pada proses isentropik hubungan T dan P adalah

Sehingga persamaan Daya turbin isentropik adalah:

Sedangkan kerja aktual Turbin adalah:

4.      Generator

effisiensi generator η = 0.95

maka daya listrik yang dihasilkan :

Referensi :

Stoecker, W.F. “Design of Thermal System”, Mc.Graw Hill Book Co, 1989.

Posted in: memahami sistem,stoecker