SIMULASI GAS ENGINE DENGAN HYSYS
DEFINISI MASALAH Bagaimana model simulasi gas engine dengan menggunakan software hysys? Berapa flowrate natural gas yang diperlukan untuk menghasilkan 3.5 MW energi dari gas engine tersebut? BATASAN MASALAH Program simulasi yang digunakan adalah Aspen Hysys v7.3 Gas engine yang akan disimulasikan adalah GE Waukesha 16V 275 GL Data simulasi menggunakan datasheet dari GE Waukesha 16V 275 GL PENGANTAR PEMODELAN GAS ENGINE Gas engine memiliki prinsip kerja berupa pembakaran bahan bakar (dalam kasus ini gas alam), lalu panas pembakaran ini diubah menjadi energi listrik. Namun, tidak semua energi panas pembakaran ini akan menjadi energi listrik. Sebagian panas pembakaran akan terbuang melalui utilitas pendinginan mesin dan ada yang terbuang bersama exhaust gas dalam bentuk energi dalam ( internal energy). Secara sederhana, deskripsi ini dapat digambarkan pada Gambar1:
Gambar-1. Model Sederhana dari Gas Engine
Ekwonu dkk (2013) dalam papernya, telah mengembangkan model gas engine menggunakan aspen hysys berdasarkan model sederhana diatas. Model hysys gas engine tersebut adalah adalah seperti yang ditunjukkan Gambar-2:
Gambar-2. Model Hysys untuk gas engine dari Ekwonu (Ekwonu, et al 2013)
Model tersebut merepresentasikan 3 tahapan kerja gas engine. Tahap pertama adalah kompresi udara untuk menghasilkan udara bertekanan, reaksi gas alam dengan udara bertekanan, dan terakhir adalah konversi panas menjadi energi listrik (power). Untuk lebih jelasnya pembagian tiga tahapan tersebut adalah seperti yang ditunjukkan Gambar-3:
Tahap 1 Kompresi Udara
Tahap 2 Reaksi Bahan Bakar dengan Udara
Tahap 3 Konversi Energi Panas Menjadi Listrik
Gambar-3. Representasi model Hysys untuk 3 tahapan kerja gas engine
Model diatas menggunakan reaktor konversi sebagai representasi untuk combustion chamber dari gas engine (tahap kedua), dan menggunakan expander untuk representasi konversi energi panas menjadi listrik (tahap ketiga). Model diatas adalah model yang dibuat oleh Ekwonu, dkk (2013). Untuk model yang dibahas kali ini, akan dibahas pada bagian dibawah ini.
PEMBUATAN MODEL GAS ENGINE DENGAN HYSYS YANG AKAN DIBAHAS
Model hysys yang akan dibahas kali ini adalah model hysys yang dibuat dengan mengadopsi model diatas, namun dengan beberapa asumsi untuk simplifikasi. Simplifikasi dilakukan dengan menghilangkan bagian kompresi udara. Sebagai gantinya, aliran udara yang masuk combustion chamber diasumsikan sudah dalam keadaan terkompresi dengan tekanan 10 bar, sesuai dengan data yang ada pada datasheet mesin ini. Berikut ini Gambar-4 adalah model simulasi hysys yang akan dibahas kali ini:
Gambar-4. Model Hysys untuk gas engine
Keterangan dari ilustrasi diatas ditabulasikan dalam Tabel-1 sebagai berikut:
Nama Stream / Unit Operasi
Deskripsi
Natural Gas Air JacketCooling_LubeOil Gas exhaust Liq Power Combustion Chamber (Reaktor Konversi) Heat to Electricity (Expander) ADJ-2
Aliran bahan bakar masuk gas engine Aliran udara masuk gas engine Utilitas pendinginan mesin, berupa pelumas dan jacketed cooling water Hasil pembakaran yang menghasilkan energi Gas keluaran gas engine Tidak merepresentasikan aliran (zero flow). Aliran energy yang dihasilkan dari gas engine Tempat terjadinya pembakaran bahan bakar Representasi konversi energi panas menjadi listrik Tidak merepresentasikan sesuatu.
Data komposisi gas alam untuk simulasi kali ini ada lah seperti yang ditunjukkan Tabel-2: Tabel-2. Komposisi Gas Alam Komponen Komposisi (Fraksi Mol) Metana 0.96 Etana 0.02 Propana 0.02
Dengan mempertimbangkan komposisi diatas, dan dengan komponen reaksi pembakaran (oksigen, karbon dioksida dan uap air) yang seluruhnya berupa senyawa nonpolar, persamaan keadaan Peng-Robinson akan digunakan pada simulasi kali ini. Persamaan Peng Robinson adalah persamaan yang telah secara luas digunakan dalam industri dan memiliki keakuratan yang tinggi untuk banyak senyawa nonpolar. Kemudian untuk parameter atau spesifikasi lain dalam simulasi ini ditabulasikan dalam Tabel-3: Tabel-3. Spesifikasi Simulasi Parameter Nilai / Jenis Sumber Data Reaksi Pembakaran Metana Konversi Ekwonu, dkk (2013) Reaksi Pembakaran Etana Konversi Ekwonu, dkk (2013) Reaksi Pembakaran Propana Konversi Ekwonu, dkk (2013) 3 Flowrate Udara Masuk 18691 Nm /hr Datasheet GE Waukesha 16V 275 GL Tekanan Bahan Bakar 3.1-4.1 bar Datasheet GE Waukesha 16V 275 GL Tekanan Udara Masuk 10.3 bar Datasheet GE Waukesha 16V 275 GL Pendinginan Oleh Lube Oil dan Jacket Water 1181 kW Datasheet GE Waukesha 16V 275 GL Power Maksimal yang Dihasilkan 3605 kW Datasheet GE Waukesha 16V 275 GL Maksimal Flowrate Exhaust Gas 25361 kg/hr Datasheet GE Waukesha 16V 275 GL 0 Suhu Exhaust Gas 433 C Datasheet GE Waukesha 16V 275 GL Efisiensi Elektrik 0.4 GE Specsheet
Berikutnya data-data diatas dispesifikasikan dalam simulasi dan selanjutnya digunakan untuk menentukan flowrate gas alam yang dibutuhkan. PERHITUNGAN FLOWRATE GAS ALAM YANG DIPERLUKAN Ketika data-data diatas diinputkan kedalam model simulasi, simulasi ini masih belum memberikan hasil. Simulasi masih membutuhkan data tambahan, yaitu laju alir gas alam. Sesuai tujuan utama dari simulasi ini, yaitu menentukan laju alir gas alam yang diperlukan untuk menghasilkan power sebesar 3.5 MW, maka pada simulasi ini akan digunakan fitur “ Adjust ”. Adjust merupakan fitur yang berfungsi untuk memanipulasi nilai variabel bebas untuk mendapatkan nilai suatu variabel terikat tertentu. Variabel bebas dalam kasus ini adalah laju alir (flowrate) gas alam dan variabel terikat dalam kasus ini adalah energi listrik yang dihasilkan, yang dalam simulasi ini direpresentasikan dengan energy stream dengan nama “Power”. Berikut ini, Gambar -5, adalah cara penggunaan fitur Adjust untuk mendapatkan flowrate yang dinginkan
Gambar-5. Fitur Adjust untuk menentukan laju alir gas alam
Berikutnya, didapatkan hasil laju alir gas alam sejumlah 1057 kmol/jam seperti yang ditunjukkan Gambar-6:
Gambar-6. Laju alir gas alam yang diperoleh
KESIMPULAN
-
Model hysys gas engine yang digunakan adalah model hasil simplifikasi dari model yang dibuat oleh Ekwonu (2013) seperti yang diilustrasikan pada Gambar-4. Hasil simulasi menunjukkan laju alir gas alam yang diperlukan untuk menghasilkan energi 3.5 MW adalah sebesar 1057 kmol/jam.
REFERENSI
Ekwonu, M. C., Perry, S., dan Oyedoh, E. A.2013. Modelling and Simulation of Gas Engines Using Aspen HYSYS. Journal of Engineering Science and Technology Review, 6 (3) (2013) 1-4 GE Energy. Waukesha gas engines 275GL. 2012
LAMPIRAN (Datasheet GE Waukesha 16V 275 GL)
