BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangSaat ini dunia tengah dilanda krisis energi, khususnya energi non konvensional seperti bahan bakar fosil. Selama ini di Indonesia kebanyakan menggunakan sumber bahan bakar fosil sebagai tulang punggung energi, salah satunya sebagai pembangkit listrik Harganya yang semakin mahal membuat bahan bakar fosil dinilai sudah tidak ekonomis dan membutuhkan sumber energi alternatif. Salah satu alternatif dalam pembangkit listrik adalah pembangkit listrik tenaga uap.

1.2. Identifikasi Masalah- Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap berskala kecil- Komponen utama dan pendukung pembangkit listrik tenaga uap berskala kecil

1.3. TujuanMempelajari dan memahami cara kerja dan prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap berskala kecil

BAB IITEORI DASAR

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah mesin konversi energi yang mengubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik. Pembangkit listrik jenis ini adalah pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya tinggi sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis. Pembangkit listrik tenaga uap merupakan salah satu dari jenis pernbangkit, dimana pemnbangkit ini mnemanfaatkan uap yang dihasilkan oleh boiler sebagai sumber energi unmk menggerakan turbin dan sekaligus memutar generator sehingga akan dihasilkan tenaga listrik. Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu:1. Energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi.2. Energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.3. Energi mekanik diubah menjadi energi listrik.Siklus Rankine atau siklus tenaga uap merupakan siklus teoritis paling sederhana yang mempergunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana dipergunakan pada sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Jumlah energi masuk sebagai bahan bakar melalui boiler adalah Em, sedangkan energi efektif yang tersedia pada poros turbin adalah energi kerja Ek. Energi yang terbuang melalui kondensor adalah sebesar Eb. Dengan menganggap semua kerugian lainnya termasuk Eb. maka dapat dikatakan bahwa berlaku Em = Ek + Eb

Sedangkan untuk efisiensi kerja dapat ditulis

Komponen-Komponen yang ada dalam Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah sebagai berikut:

Gambar 2.1. Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Keterangan Gambar:1. Boiler 7. Pemanasan Awal2. Drum 8. Pembakaran Bahan Bakar3. Turbin Tekanan Tinggi 9. Kipas Udara Masuk4. Turbin Teknan Menengah10. Kipas Gas Buang 5. Turbin Tekanan Rendah 11. Generator 6. Kondensor

- BoilerBoiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke ar sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan uituk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sarnpai menjadi steam, volumnya akan meninigkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah neledak sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan Perawatan dan Perbaikan Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler.- Turbin UapTurbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar (energi mekanik). Poros turbin dikopel dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar.- Kondensor Kondensor merupakan peralatan uniuk mengembalikan kembali uap yang telah dimanfaatkan untuk memutar turbin uap. Hal ini diperlukan untuk menghemat sumber air yang ada di sekitarnya serta menjamn kemurnian air yang digunakan dalam sistem turbin uap agar tidak terjadi pengendapan maupun kotoran-kotoran yang dapar merusak. Sebagai pendingin kondensor biasanya menggunakan air dingin seperti air sungai, laut atau air tanah yang sudah diproses melalui water treatment terlebih dahulu. - GeneratorGenerator berfungsi untuk mengubah energi mekanik (putar) dari turbin menjadi energi listrik.

PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup.Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Urutan sirkulasinya secara singkat adalah sebagai berikut :1. Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh luas permukaan pemindah panas. Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap.2. Kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.3. Ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan, sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator4. Keempat, Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air yang disebut air kondensat. Air kondensat hasil kondensasi uap kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi boiler.5. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang.

Gambar 2.2. Siklus fluida kerja PLTU

Sekalipun siklus fluida kerjanya merupakan siklus tertutup, namun jumlah air yang terdapat dalam siklus akan mengalami pengurangan. Pengurangan air ini disebabkan oleh kebocoran-kebocoran baik yang disengaja maupun yang tidak disengaja. Untuk mengganti air yang hilang, maka perlu adanya penambahan airkedalam siklus. Kriteria air penambah (make up water) ini harus sama dengan airyang terdapat dalam siklus.Siklus kerja PLTU dapat digambarkan dengan diagram T s (Temperatur entropi). Siklus ini adalah siklus rankine ideal. Siklus ideal yang mendasari siklus kerja dari suatu pembangkit daya uap adalah siklus Rankine. Siklus Rankine berbeda dengan siklus-siklus udara ditinjau dari fluida kerjanya yang mengalami perubahan fase selama siklus pada saat evaporasi dan kondensasi. Perbedaan lainnya secara termodmanika siklus uap dibandingkan dengan siklus gas adalah bahwa perpindahan kalor pada siklus uap dapat terjadi secara isotermal. Proses perpindahan kalor yang sama dengan proses perpindahan kalor pada siklus Carnot dapat dicapai pada daerah uap basah dimana perubahan entalpi fluida kerja akan menghasilkan penguapan atau kondensasi. tetapi tidak pada perubahan temperatur. Temperatur hanya diatur olelh tekanan uap fluida. Keran pompa pada siklus Rankine untuk menaikkan tekanan fluida kerja dalam fase cair akan jauh lebih kecil dibandingkan dengan pemampatan untuk campuran uap dalam tekanan yang sama pada siklus Carnot. Adapun urutan langkahnya adalah sebagai berikut :

Gambar 2.3. Siklus RankineKeterangan :1. a - b :Air dipompa dari tekanan P2 menjadi P1. Langkah ini adalah langkah kompresi isentropis, dan proses ini terjadi pada pompa air pengisi.2. b - c :Air bertekanan ini dinaikkan temperaturnya hingga mencapai titik didih. Terjadi di Low Pressure heater, High Pressure heater dan Economiser.3. c - d :Air berubah wujud menjadi uap jenuh. Langkah ini disebut vapourising (penguapan) dengan proses isobar isothermis, terjadi di boiler yaitu di wall tube (riser) dan steam drum.4. d - e :Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheated vapour). Langkah ini terjadi di superheater boiler dengan proses isobar.5. e - f :Uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun. Langkah ini adalah langkah ekspansi isentropis, dan terjadi didalam turbin.6. f a :Pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air kondensat. Langkah ini adalah isobar isothermis, dan terjadi didalam kondensor.

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan1. Tungku2. Ketel / Boiler3. Turbin4. Gearbox , sebagai pengubah frekuensi5. Generator, sebagai pembangkit tenaga listrik6. Alat ukur tekanan7. Alat ukur temperatur8. Laju alir9. Katup pengaman3.2. Prosedur Percobaan1. Memastikan alat-alat ukur berada pada posisinya.2. Mengisi boiler dengan air sampai volume yang ditentukan (konsultasikan ke asisten).3. Menghidupkan tungku, mengamati tekanan dan temperatur di dalam boiler setiap selang waktu tertentu sampai air mendidih (selang waktunya konsultasikan pada asisten).4. Melakukan prosedur nomor 3 sampai turbin mulai berputar.5. Mengukur laju aliran uap menggunakan flow meter pada pipa uap yang masuk ke turbin.6. Mengamati lampu indikator, ketika lampu mulai menyala ukur arus dan tegangannya.7. Melanjutkan pengukuran arus dan tegangan untuk setiap selang waktu tertentu (konsultasikan ke asisten) sampai tegangan dan arus yang terukur relatif konstan.8. Mematikan tungku.9. Melakukan prosedur 2 s/d 8 untuk pengamatan kedua.BAB IVPEMBAHASAN

4.1. Data Percobaana. Volume Air = 2.000 ml- Kondisi Pemanasan AirVolume air awal: 2.000 mlVolume air akhir: 1.620 mlAir yang terpakai: 380 mlWaktu (sekon)Temperatur (C)Tekanan (bar)

0540.1

300840.25

600940.8

- Kondisi Uap Terpakai Untuk Memutar TurbinWaktu (sekon)Tegangan (V)Arus (A)Temperatur boiler (C)Temperatur turbin (C)

60108030

120008029

180008031

240008032

300008038

b. Volume Air = 4.000 ml- Kondisi Pemanasan AirVolume air awal: 4.000 mlVolume air akhir: 3.480 mlAir yang terpakai: 520 mlWaktu (sekon)Temperatur (C)Tekanan (bar)

0240

300300.1

600480.2

900650.2

1200840.4

1500920.6

30970.9

- Kondisi Uap Terpakai Untuk Memutar TurbinWaktu (sekon)Tegangan (V)Arus (A)Temperatur boiler (C)Temperatur turbin (C)

6030.029038

12030.0058840

180108450

240108294

300008095

4.2. Pengolahan Data- Menghitung Daya Listrik yang dihasilkan Dengan rumusP = V . I dimana P = daya listrik (watt) V = tegangan (volt) I = arus (ampere)a. Volume air = 2.000 mlWaktu (sekon)Tegangan (V)Arus (A)Daya Listrik (Watt)

60100

120000

180000

240000

300000

b. Volume air = 4.000 mlWaktu (sekon)Tegangan (V)Arus (A)Daya Listrik (Watt)

6030.020.06

12030.0050.015

180100

240100

300000

- Menghitung Energi (E)Dengan rumusE = P . t DimanaE = Energi (Joule)P = daya listrik (watt) t = waktu (sekon)a. Volume air = 2.000 mlWaktu (sekon)Tegangan (V)Arus (A)Daya Listrik (Watt)Energi (Joule)

601000

1200000

1800000

2400000

3000000

b. Volume air = 4.000 mlWaktu (sekon)Tegangan (V)Arus (A)Daya Listrik (Watt)Energi (Joule)

6030.020.063.6

12030.0050.0151.8

1801000

2401000

3000000

- Menghitung Kerja TurbinDimana h1 adalah entalphy saturated vapor h1 = 2668,1 kJ/kg dan h2 adalah enthalphy evaporator h2 = 2270,2 kJ/kg ( tabel A2 )

a. Volume air = 2.000 mlTemperatur turbin (C)h1h2Kerja (W)

302556.32430.5125.8

292554.52432.8121.7

312558.12428.1130

322559.92425.7134.2

382570.72411.5159.2

W rata-rata = 134.18b. Volume air = 4.000 mlTemperatur turbin (C)h1h2Kerja (W)

382570.72411.5159.2

402574.32406.7167.6

502592.12382.7209.4

942668.12270.2397.9

952668.12270.2397.9

W rata-rata = 266.4- Menghitung Kalor yang masuk (Qin) Dengan rumus

dimana h1 adalah entalphy saturated vapor dan h4 adalah enthalphy saturated liquid (tabel A-2 dan A-3)a. Volume air = 2.000 mlWaktu (sekon)Temperatur boiler (C)Temperatur turbin (C)h1h3Kalor (Qin)

6080302556.3334.912221.39

12080292554.5334.912219.59

18080312558.1334.912223.19

24080322559.9334.912224.99

30080382570.7334.912235.79

Q rata-rata = 2224.99b. Volume air = 4.000 mlWaktu (sekon)Temperatur boiler (C)Temperatur turbin (C)h1h4Kalor (Qin)

6090382570.7376.922193.78

12088402574.3376.922197.38

18084502592.1355.92236.2

24082942668.1334.912333.19

30080952668.1334.912333.19

Q rata-rata = 2258.75

- Menghitung Efisiensi

a. Volume air = 2.000 ml

b. Volume air = 4.000 ml

- Analisa DataPraktikum kali ini menggunakan beberapa parameter yang diukur untuk mengolah data yaitu tekanan pada boiler, temperatur boiler, temperatur turbin, tegangan, dan arus. Pengukuran dilakukan denga dua variasi volume air pada boiler yaitu 2.000 ml (2 liter) dan 4.000 ml (4 liter). Pada pengukuran dengan volume 2 liter terdapat sisa air di turbin sebanyak 1.620 ml atau 380 ml terpakai, sedangkan untuk volume 4 liter tersisa 3.480 ml atau 520 ml terpakai. Hal ini menunjukkan jumlah air yang dipakai yang berubah menjadi uap. Jumlah volume air ini disebabkan terjadinya lost energy dan hukum termodinamika kedua bahwa tidak semua energi dapat diubah menjadi kerja karena ada kalor yang terbuang. Pada pengukuran tegangan dan arus, kedua volume air menunjukkan nilai yang sangat kecil bahkan bernilai nol. Hal ini disebabkan boiler yang kurang panas sehingga tidak menghasilkan uap yang cukup untuk digunakan dalam memutar turbin. Pada volume air sebesar 2 liter hanya menghasilkan 1 volt pada menit pertama, setelah itu uap tidak cukup untuk menghasilkan tegangan lagi. Pada volume 4 liter uap yang dihasilkan lebih banyak sehingga menghasilkan tegangan yang lebih tinggi dalam durasi waktu yang lebih lama. Adapun nilai kerja turbin dan kalor yang masuk digunakan untuk menghitung efisiensi dari turbin. Data yang digunakan menggunakan entalpy didapatkan dari buku Fundamental of Engineering Thermodynamincs oleh Moran-Shapiro. Dari data tersebut dihasilkan efisiensi yang tergolong kecil, yaitu untuk volume air 2 liter hanya 6.03% dan volume air 4 liter sebesar 11.7%. Hal ini disebabkan oleh temperatur dalam boiler yang kurang tinggi sehingga tidak menghasilkan uap yang cukup untuk memutar turbin dan mengonversinya menjadi energi listrik. Namun dari hasil data yang ada, efisiensi pada volume air yang lebih banyak bernilai lebih tinggi karena memiliki tekanan dalam boiler yang lebih tinggi sebagai akibat dari banyaknya volume air dan usaha peningkatan tekanan secara manual dengan menutup katup udara keluar pada boiler.

BAB VKESIMPULAN

5.1. KesimpulanCara kerja dan prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap berskala kecil dapat dipahami, yaitu dengan memanfaatkan uap dari air di dalam boiler yang dipanaskan sehingga uap tersebut dapat digunakan untuk memutar turbin dan generator sehingga menghasilkan energi listrik.

5.2. Saran- Menggunakan kompor yang lebih panas agar temperatur boiler lebih tinggi sehingga menghasilkan uap lebih banyak.

DAFTAR PUSTAKA

Sianturi, Ronny Samuel. 2008. Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan. Medan. Universitas Sumatera UtaraWibawa, Readyas. 2012. Sistem Termodinamika Siklus Rankine Organik Dengan Fluida Kerja R-22. Depok. Universitas IndonesiaAnonim. -. BAB II. Perbaikan. -. -.