PENGARUH PERUBAHAN BEBAN GENERATOR LISTRIK TERHADAP EFISIENSI KINERJA PLTU
TUGAS AKHIR
Tugas Akhir ini diajukan guna melengkapi syarat untuk
memperoleh gelar sarjana (S-1) Teknik Elektro
Di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH : 050422015
ADI APRI SINULINGGA
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
PENGARUH PERUBAHAN BEBAN GENERATOR LISTRIK TERHADAP EFISIENSI KINERJA PLTU
OLEH : 050422015
ADI APRI SINULINGGA
Disetujui Oleh : Pembimbing
NIP : 19461208 197603 1 002
Ir. Syarifuddin Siregar
Diketahui Oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara
NIP : 19461022 197302 1 001
Prof.Dr.Ir. Usman Baafai
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Tugas akhir ini merupakan study tentang pengaruh besar beban listrik
terhadap efisiensi pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). PLTU yang menjadi tempat
penambilan data adalah PLTU berbahan bakar cangkang kelapa sawit dengan
kapasitas 10 MW. Penghitungan efisiensi dilakukan pada beberapa posisi beban pada
pembangkit sehingga diperoleh beberapa nilai efisiensi pembangkit listrik tenaga uap
(PLTU) yang berbeda. Dari hasil perhitungn akhir dari study ini diperoleh nilai
efisiensi maksimum dan minimum pembangkit. Hasil efisiensi maksimum adalah
21,61% pada beban 7300 kW (73% total beban) dan efisiensi minimum adalah
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis sampaikan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas
berkat dan rahmat-Nya memberikan pengetahuan dan kesempatan kepada penulis
sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan
Program Sarjana Ekstension Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul yang penulis kemukakan di sini adalah : ” PENGARUH PERUBAHAN BEBAN GENERATOR LISTRIK TERHADAP EFISIENSI KINERJA PLTU”.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
semua pihak yang telah memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini :
1. Bapak Prof.Dr.Ir. Usman Baafai, selaku ketua Departemen Teknik Elektro
Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar, selaku dosen pembimbing penulis.
3. Bapak Rahmat Fauzi,S.T, M.T, selaku sekretaris departemen teknik elektro.
4. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen, selaku dosen wali.
5. Bapak dan Ibu staf pengajar serta pegawai Administrasi Departemen Teknik
Elektro Universitas Sumatera Utara.
6. Segenap karyawan PT. Musim Mas
7. Orang tua dan seluruh keluarga tercinta.
8. Seluruh rekan-rekan mahasiswa PPSE departemen teknik elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna. Oleh sebab
itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang dapat membangun tulisan ini. Semoga
Tugas Akhir ini berguna bagi siapa saja yang membacanya. Terima kasih.
.
Medan, November 2009
DAFTAR ISI
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR ii
DAFTAR ISI iii
BAB I. PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Masalah 1
I.2. Tujuan 1
I.3. Manfaat Penulisan Tugas Akhir 1
I.4. Batasan Masalah 2
I.5. Metode dan Sistematika Penulisan 2
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap 4
II.1.1. Siklus tenaga uap 4
II.1.2. Siklus pemanas ulang 5
II.1.3. Siklus regeneratif 6
II.2. Komponen Utama PLTU 7
II.2.1 Boiler 9
II.2.2 Turbin uap 15
II.2.3 Kondensor 18
II.2.4 Generator listrik 18
BAB III. KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
III.1. Bahan Bakar 26
III.2. Konversi Energi 36
III.3. Rugi-rugi 38
III.4. Efisiensi 43
BAB IV. OPERASIONAL PLTU PADA PT.MUSIM MAS
IV.1. BLOK DIAGRAM 49
IV.3. ANALISA DATA 55
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema pusat listrik tenaga uap 5
Gambar 2.2 Siklus rankine 5
Gambar 2.3 PLTU dengan proses pemanas ulang 6
Gambar 2.4 PLTU dengan siklus regeneratif 7
Gambar 2.5 Komponen utama PLTU 9
Gambar 2.6 Diagram neraca energi boiler 11
Gambar 2.7 Kehilangan panas pada boiler yang berbahan bakar batubara 11
Gambar 2.8 Jenis boiler bahan bakar minyak 12
Gambar 2.9 Gambar sederhana fire tube boiler (ketel pipa api) 13
Gambar 2.10 Gambar sederhana water tube boiler (ketel pipa air) 14
Gambar 2.11 Prinsip kerja turbin reaksi 15
Gambar 2.12 Prinsip kerja turbin impuls 16
Gambar 2.13 Turbin ljungstrom 17
Gambar 2.14 Turbin tangensial 17
Gambar 2.15 Turbin aliran radial 17
Gambar 2.16 Kondenser uap 18
Gambar 2.17 Rangkaian listrik generator tanpa beban 22
Gambar 2.18 Rangkaian listrik generator berbeban 23
Gambar 3.1 Konversi energi pada PLTU 36
Gambar 3.2 Diagram neraca energi boiler 39
Gambar 4.1 Blok Diagram Aliran Uap dan Air PT. Musim Mas 49
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Specific gravity berbagai bahan bakar minyak 27
Tabel 3.2 Nilai kalor kotor (GCV) untuk beberapa bahan bakar minyak 28
Tabel 3.3 Presentase sulfur untuk berbagai bahan bakar minyak 28
Tabel 3.4 Spesifikasi khusus bahan bakar minyak 29
Tabel 3.5 Kelas nilai kalor batubara 31
Tabel 3.6 GCV untuk berbagai jenis batubara 31
Tabel 3.7 Sifat-sifat fisik dan kimia berbagai bahan bakar gas 34
Tabel 3.8 Perbandingan komposisi kimia berbagai bahan bakar 35
Tabel 4.1 Konsumsi Uap Turbin 4 Per Jam 54
Tabel 4.2 Data perhitungan 55
Tabel 4.3 Tabel hasil perhitungan 56
ABSTRAK
Tugas akhir ini merupakan study tentang pengaruh besar beban listrik
terhadap efisiensi pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). PLTU yang menjadi tempat
penambilan data adalah PLTU berbahan bakar cangkang kelapa sawit dengan
kapasitas 10 MW. Penghitungan efisiensi dilakukan pada beberapa posisi beban pada
pembangkit sehingga diperoleh beberapa nilai efisiensi pembangkit listrik tenaga uap
(PLTU) yang berbeda. Dari hasil perhitungn akhir dari study ini diperoleh nilai
efisiensi maksimum dan minimum pembangkit. Hasil efisiensi maksimum adalah
21,61% pada beban 7300 kW (73% total beban) dan efisiensi minimum adalah
BAB I PENDAHULUAN
I.1 LATAR BELAKANG MASALAH
PLTU pada umumnya merupakan unit pembangkit yang terbesar dalam sistem
karena secara teknis ukuran kapasitasnya juga yang paling besar. Hal ini
menyababkan bahwa dalam mengoperasikan sistem tenaga listrik kendala operasi
yang dihadapi PLTU perlu mendapat perhatian khusus. Secara teknis kebetulan juga
PLTU paling banyak kendala opersinya, hal ini disebabkan karena proses konversi
energi yang terjadi di PLTU cukup panjang dan tiap bagian pada jalur proses
perubahan energi ini, tidak sama kemampuanya untuk menghadapi perubahan beban.
Apabila aliran energi listrik yang diminta sistem kepada generator PLTU
berubah, maka perubahan tersebut oleh alat kontrol dalam PLTU harus pula diikuti
dengan pengaturan yang merubah aliran entalphy, aliran kalori dan aliran bahan bakar
serta udara. Begitu pula aliran air sebagai media pembawa entalphy dalam air harus
pula disesuaikan oleh sistem kontrol PLTU melalui pompa pengisi Air Ketel.
Mengingat proses konversi energi yang panjang pada PLTU, maka
kemampuan sebuah PLTU untuk menghadapi perubahan beban dalam sistem sangat
tergantung kepada besarnya tempat penyimpanan energi misalnya ruang bakarnya
dan drum ketelnya. Lambatnya kemampuan sebuah PLTU untuk menghadapi
perubahan beban akan menyebabkan pemborosan bahan bakar sehingga akan
berpengaruh terhadap efisiensi PLTU.
I.2 TUJUAN
Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Untuk mendapatkan nilai efisiensi PLTU pada berbagai posisi beban listrik.
2. Untuk mendapatkan gambaran operasional PLTU di lapangan dan
menyesuaikannya dengan teori yang diperoleh di bangku kuliah.
I.3 MANFAAT PENULISAN TUGAS AKHIR
1. Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro yang ingin memperdalam wawasannya
tentang Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).
2. Penulis sendiri untuk menambah wawasan dan juga pengetahuan mengenal
operasional PLTU.
3. Setiap orang yang berkenan dengan penggunaan pembangkit listrik yang
efisien
I.4 BATASAN MASALAH
Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu
membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir
ini adalah:
1. Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
2. Analisa efisiensi pada PLTU
I.5 METODE DAN SISTEMATIKA PENULISAN I.5.1 Metode Penulisan
Karena Laporan Tugas Akhir ini merupakan suatu studi penulisan, maka
penulis mencari dan mengumpulkan bahan-bahan dan data-data yang diperlukan
melalui :
1. Studi literatur : mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal, majalah,
media elektronik (internet), dan sebagainya.
2. Studi lapangan : mengambil data dan informasi dari pusat PLTU tentang
prinsip kerja dan cara pengoperasian pembangkit ini.
3. Studi bimbingan : diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing
yang telah ditunjuk oleh pihak Jurusan Teknik Elektro USU, mengenai
masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini berlangsung.
I.5.2 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis
1. BAB I : Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar
belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah,
manfaat penulisan, metode dan sistematika penulisan.
2. BAB II : Bab ini berisi tinjauan siklus turbin Uap pada PLTU,
generator sinkron, dan komponen utama PLTU
3. BAB III : Bab ini berisi tentang kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(PLTU) dan efisiensi
4. BAB IV : Bab ini berisi tentang operasional PLTU dan analisa data
5. BAB V : Bab ini berisikan kesimpulan dan saran-saran yang
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
Pada PLTU, energi sebagai suatu arus panas dihasilkan dari pembakaran
bahan bakar fosil/konvensional. Energi berupa panas tersebut digunakan untuk
memanaskan boiler dan menghasilkan uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi.
Energi berupa panas dikonversikan menjadi energi mekanikal yang
menggerakkan/memutar sebuah generator, perubahan energi panas menjadi mekanikal
dan energi listrik ini melalui suatu siklus konversi energi yang sangat bergantung pada
jumlah panas, pola suhu dan suhu lingkungan atau suhu penerima panas yang tersedia
(dalam hal ini boiler). Suatu siklus panas menerima sejumlah energi panas pada suatu
suhu tertentu, dan merubah sebagian energi panas itu menjadi kerja, membuang atau
meneruskan yang selebihnya kepada lingkungan atau penerima panas itu sebagai
“energi kerugian” pada suhu yang lebih rendah (dalam hal ini dapat dilihat pada
fungsi kondensor).
II.1.1 Siklus Tenaga Uap
Siklus Rankine atau siklus tenaga uap merupakan siklus teoritis paling
sederhana yang mempergunakan uap sebagai media kerja sebagaimana dipergunakan
pada sebuah pusat listrik tenaga uap. Pusat listrik tenaga uap yang terdiri atas
komponen-komponen terpenting yaitu : Boiler, Turbin Uap, Kondensor dan Generator
listrik. 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 lainya adalah Eb, maka dapat sikatakan bahwa berlaku :
Em = Ek + Eb
Sedangkan untuk efisiensi kerja dapat ditulis :
Dalam gambar 2.2, merupakan suatu diagram suhuentropi konstelasi, menurut
gambar 2.2, luas 1-2-3-4 merupakan energai keluaran Ek, sedangkan luas a-b-3-4 merupakan energi terbuang Eb, luas wilayah a-b-2-1 mewakili jumlah energi masukan Em. Untuk meningkatkan dayaguna siklus ini dapat dilakukan dengan menurunkan tekanan kondensor. Secara ideal takanan kondenser yang terendah adalah
tekanan jenuh sesuai suhu terendah dari air pendingin atau udara yang dipakai sebagai
penerima. Dalam diagram suhu-entropi hal ini berarti menutunkan garis suhu 4-3. hal
ini dapaat dilakukan dengan menggunakan air pendingin pada kondensor yang
mempunyai suhu yang lebih rendah. Akan tetapi hal ini sangat terbatas, karena air
pendingin yang dapat dipakai hanyalah apa yang tersedia, yaitu air laut, air sungai,
atau danau yang ada.
pompa
II.1.2 Siklus Pemanasan Ulang
Peningkatan efisiensi dapat pula dilakukan dicapai dengan mempergunakan
proses pemanasan ulang. Proses pemanasan ulang ini terlihat pada gambar 2.3. turbin
uap tebagi dua bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT) dan bagian Tekanan Rendah
(TR). Uap yang telah dipakai pada taraf pertama meninggalkan bagian TT pada titik 3
dan dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang, kemudian dimasukkan
kembali ke turbin pada titik 4 dan dipakai oleh bagian TR turbin uap tersebut.
pompa
Luas 1-2-3-4-5-6 dari gambar 2.3b yang mewakili jumlah energi yang dimanfaatkan,
dengan demikian menjadi lebih besar, dan dayaguna atau efisiensi termal dari pusat
tenaga listrik menjadi lebih besar pula. Untuk mesin-mesin yang lebih besar,
pemanasan ulang dapat dilakukan hingga dua kali, dan turbin uap terbagi atas tiga
bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT), Tekanan Menengah (TM), dan Tekanan
Rendah (TR). Keuntungan dari pemanasan kembali adalah untuk menghindari
terjadinya korosi, pengikisan, peningkatan kualiltas uap, peningkatan efisiensi sudu
dan nosel, efisiensi panas, dan daya luaran. Tetapi biaya yang diperlukan untuk
pemanasan kembali lebih besar dibandingkan dengan keuntungan yang didapat dari
peningkatan efisiensi panas, disamping itu pemelliharaan menjadi lebih banyak
II.1.3 Siklus Regeneratif
Dalam apa yang dinamakan siklus regeneratif sebagian dari energi yang
berada didalam rangkaian panas dipertahankan beredar dalam rangkaian itu. Hal
demikian dilakukan dengan misalnya memanaskan air yang keluar dari kondensor
dengan uap yang “dipinjam” dari turbin, sebelum dimasukkan ke boiler sebagaimana
a b entropi
uap tekanan tinggi box
turbin Gambar 2.4. PLTU dengan Siklus Regeneratif
II.2 KOMPONEN UTAMA PLTU
Strukutur dan komponen-komponen utama sebuah pusat listrik tenaga uap
(PLTU) terlihat pada gambar 2.5. Sebuah boiler bekerja sebagai tungku,
memindahkan panas berasal dari bahan bakar kepada barisan pipa-pipa air yang
mengelilingi api. Air harus berada senantiasa dalam keadaan mengalir walaupun
dilakukan dengan pompa.
Sebuah drum berisi air dan uap bertekanan dan suhu tinggi menghasilkan uap
yang diperlukan turbin. Drum itu juga menerima air pengisi yang diterima dari
kondensor. Uap mengalir ke turbin tekanan tinggi setelah melewai superhiter guna
meningkatkan suhu kira-kira 200OC. Dengan demikian uap menjadi kering dan efisiensi seluruh PLTU meningkat.
Turbin tekanan tinggi merubah energi termal menjadi energi mekanikal
dengan mengembangnya uap yang melewati sudu-sudu turbin. Uap dengan demikian
menurun baik tekanan maupun suhunya. Agar meningkatkan efisiensi termal dan
menghindari terjadinya kondensasi terlalu dini, uap dilewatkan sebuah pemanas
ulang yang juga terdiri atas barisan-baarisan pipa yang dipanaskan.
Uap yang yang meninggalkan pemanas ulang dialirkan ke turbin tekanan
menengah. Turbin ini ukuranya lebih besar dari turbin tekanan tinggi, karena dengan
menurunya tekanan uapvolume menjadi naik. Uap kemudian dialirkan ke turbin
kondensor. Uap terpakai yang memasuki kondensor didinginkan oleh air pendingin,
sehingga menjadi kondensasi. Air pendingin biasanya berasal dari laut, sungai atau
danaua tersekat. Proses kondensai uap menyebabkan terjadinya pakem yang
diperlukan guna meningkatkan efisiensi turbin. Air hangat yang meninggalkan
kondensor dipompakan ke sebuah pemanas awal sebelum dikembalikan ke drum
boiler. Pemanas awal memperoleh panas dari uap yang diambil dari turbin tekanan
tinggi. Menurut beberapa studi yang dilakukan, hal demikian meningkatkan efisiensi
keseluruhan PLTU.
Bahan bakar yang dipakai biasanya tersdiri atas batu bara, minyak bakar, atau
gas bumi. Sebelum dimasukkan ke pembakar boiler. Batu bara digigling terlebih
dahulu. Demikian juga minyak bakar perlu dipanaskan, sebelum dapat dialirkan ke
pembakar boiler. Sebuah kipas mengatur masuknya udara kedalam boiler dalam
jumlah besar sebagaimana diperlukan guna pembakaran. Dan sebuah kipas lain
mengatur agar semua gas buang melewati berbagai alat pembersih sebelum dialirkan
ke cerobong dan dilepas diudara bebas. Geberator listrik terpasang pada poros sama
dengan ketiga turbin.
Selain komponen-komponen utama yang disebutkan diatas, sebuah PLTU
masih memiliki ratusan lagi komponen dan alat lain guna menjalankan seluruh sistem,
seperti katup uap, pembersih air, pompa minyak pelumas, dan lain sebagainya.
Kemudian perlu juga disebut sistem air pendingin, yang terdiri atas tempat air masuk
dan kembali ke laut, sungai ayaua danau. Kemungkinan adanya menara pendingin.
Kemudian instalasi untuk membuat air bersih bagi boiler. Dan bilamana pendinginan
generator dilakukan dengan hidrogen, terdapat pula sebuah instalasi hidrogen. Sebuah
PLTU batu bara juga perlu memiliki sebuaha fasilitas untuk penerimaan batu bara dari
kereta api atau dari laut/sungai serta sebuah halaman batu bara dengan fasilitas
penggilingan. Banyak PLTU batu bara juga dilengkapi dengan fasilitas untuk
memanfaatkan abu terbangnya guna dibuat batu bata untuk bangunan atau jalanan.
Dan tidak kalah penting perlu adanya fasilitas untuk mengurangi pencemaran. Agar
partikel-partikel tidang dibuang ke uadara melalui cerobong, digunakan presipitator
elektrostatik ( electrostatik presipitator). Dan untuk mengurangi emisi belerang
digunakan peralatan desulfuralisasi gas buang (fluegas desulfurization, FGD). Sulfur
sering terdapat pada batu bara. Untuk mengurangi masalh ini dikembangkan apa yang
1
Gambar 2.5 Komponen utama PLTU
1 : Boiler P : Pompa
8 : Pembakaran Bahan Bakar
9 : Kipas Udara Masuk
10 : Kipas Gas Buang
11 : Generator
II.2.1 Boiler
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air
sampai terbentuk air panas atau uap (steam). Air panas atau steam pada tekanan
tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah
media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air
menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, 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 umpanmenyediakan 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. Steam
dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem,
tekanan steam diatur menggunakankran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan.
Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan
bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan
pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada
sistem.
Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan.
Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang
kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus
diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi
boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan
menggunakan limbah panas pada gas buang.
Pada umumnya ketel uap diperlukan pada semua industri/perusahaan yang
memerlukan pemanasan di dalam produksinya atau menggunakan tenaga uap untuk
menjalankan mesin-mesinya. Ketel uap dipakai juga di rumah-rumah sakit untuk
memasak, memanasi suatu bejana, tempat pencucuian dan digunakan untuk penggerak
mesin-mesin yang harus berputar cepat (turbin uap) dan suatu mesin yang
memerlukan suatu tenaga dorong yang sangat kuat (mesin uap), kapal-kapal laut
hingga masa kini masih banyak menggunakan tenaga uap sebagai penggeraknya.
Ketel uap adalah pesawat yang disusun untuk mengubah air dingin (dari air
sumur atau air sungai) untuk menjadi uap dengan jalan pemanasan, karena panas yang
perlu untuk pembentukan uap ini didapat dari pembakaran bahan bakar.
Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan, berkurang
terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar
panas dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru
sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat
mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat membantu dalam
boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dari
efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan. Proses
pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi.
Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi masuk dari
bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi
aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang
dikandung dalam aliran masing-masing.
Gambar 2.6. Diagram neraca energi boiler
Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang
meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar berikut memberikan
gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam.
Ketel uap dapat diklasifikasikan berdasarkan :
1. Jenisnya
A. Ketel Pipa api (Fire Tube Boiler)
B. Ketel Piapa Air (Water Tube Boiler)
C. Ketel Tangki
2. bahan bakar yang digunakan
A. Padat
B. Cair
C. Gas
3. Kegunaan
A. Di darat (stationer)
B. Di laut atau transportasi (locomobile)
4. Tekanan kerja
A. Rendah (< 5 ata)
B. Menengah/medium (5-40 ata )
C. Tinggi (40-80 ata )
D. Ekstra tinggi (super kritis)
5. Produksi uap
A. Kecil (<250 kg/jam)
B. Menengah (250-5000 kg/jam)
C. Besar (>5000 kg/jam)
II.2.1.1 Ketel pipa api (fire tube boiler)
Pada fire tube boiler gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan ada di dalam shell untuk dirubah menjadi uap. Fire tube boiler biasanya digunakan untuk boiler
dengan kapasitas uap yang relatif kecil dengan tekanan uap rendah sampai sedang.
Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan uap sampai 12000
kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire Tube Boilers dapat menggunakan
bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk
alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilers dikonstruksi sebagai “paket” boiler
(dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.
Gambar 2.9. Gambar sederhana fire tube boiler (ketal pipa api)
II.2.1.2 Ketel pipa air (water tube boiler)
Pada ketel pipa air (water tube boiler), air umpan boiler mengalir melalui
pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar
membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan
steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit
tenaga. Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam
antara 4500 – 12000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers
yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas.
Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang
secara paket.
Gambar. 2.10. Diagram sederhana Ketel pipa air/water tube boilers
Karakteristik water tube boilers sebagai berikut :
• Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi
pembakaran.
• Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air. • Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.
II.2.1.3 Ketel tangki (shell type boiler)
Ketel tangki adalah drum atau selongsong (shell) silinder tertutup yang berisi
air. Bagian dari selongsong sedemikian rupa sehingga bagian bawahnya secara
sederhana terekspose ke atas, yaitu gas hasil pembakaran dari luar. Ketel jenis
selongsong berkembang secara perlahan menjadi bentuk yang modern seperti ketel
elektrik, yang mana panas disuplai elektroda yang dipasang dalam air, atau
akumulator, yang didalamya panas disuplai oleh uap dari sumber luar yang mengalir
melalui pipa-pipa (tubes) di dalam selongsong. Dalam kedua kasus ini selongsong
tidak terekspose ke panas. Jenis ketel ini adalah tangki tegak dan tangki horisontal.
Udara dan bahan bakar masuk
Ruang bakar Pipa air Uap keluar
Air masuk
II.2.2 Turbin Uap
Turbin uap adalah pesawat dengan aliran tetap (steady-flow) machine. Turbin
uap mendapat energi uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi yang berekspansi
melalui sudu-sudu turbin, dimana uap melalui nosel diekspansikan ke sudu-sudu
turbin dengan penuruna tekanan yang drastis sehingga terjadi perubahan energi
kinetik pada uap. Energi kinetik uap yang keluar dari nosel diberikan pada sudu-sudu
turbin. Akibatnya, poros turbin berputar dan menghasilkan tenaga.
Ditinjau dari cara kerja transfer energi uap ke poros, turbin uap dapat
dibedakan atas dua tipe :
1. turbin reaksi
2. turbin impuls (aksi)
Apabila ditinjau dari aliran uap, turbin uap dapat diklasifikasikan atas tiga tipe, yaitu :
1. turbin aliran radial
2. turbin aliran tangensial
3. turbin aliran aksial
II.2.2.1 Turbin Reaksi
Turbin uap reaksi biasanya juga memiliki tingkat Curtis pada awal turbin.
Bagian kedua terbangun sebagai turbin tekanan tersusun reaksi (jenis Parsons).
Penurunan tekanan tiap tingkat lebih rendah dari turbin impuls, sehingga turbin
memerlukan tingkat lebih banyak, namun sudu-sudunya lebih murah. Karena
penurunan tekanan dalam sudu tetap kecil, desain diafragma menjadi lebih sederhana
dan piringannya adalah jenis drum. Efisiensi untuk satu tingkat sedikit lebih baik dari
turbin impuls.
a. Turbin reaksi pertama b. Sudu turbin reaksi
Ket : Sudu diam (A, A1, A2), sudu bergerak (B, B1, B2)
II.2.2.2 Turbin Impuls (Aksi)
Uap mula-mula memasuki tingkat Curtis dengan kecepatan tersusun seperti
pada turbin uap impuls. Uap memasuki tingkat ini melalui regulator, dan tanpa
regulator pada bagian kedua, yaitu turbin tekanan tersusun impuls (Rateau). Pada
setiap tingkat di Rateau, penurunan tekanan atau panas terjadi pada sudu-sudu tetap
dan penurunan tekanan ini dikonversikan menjadi energi kinetik. Karena penurunan
tekanan antara bagian masuk dan keluar sudu tetap adalah besar, maka diperlukan
sealing yang efektif. Susunan yang demikian memerlukan rotor jenis piringan.
Panjang aksial dari satu tingkat adalah relatif lebar karena rancangan diafragma
piringan.
(a) Turbin Buatan Branca 1629 (b) Diagram Sudu Turbin Impuls Ket : nozzle (A, AA), sudu bergerak (B1, B2, BB1, BB2), sudu diam (C, CC)
Gambar 2.12. Prinsip Kerja Turbin Impuls
II.2.2.3 Turbin Radial
Turbin Ljungstrom adalah turbin uap aliran kearah luar. Panjang aksial sudu
membesar kearah radial untuk memberi kesempatan uap berekspansi. Jumlah rotor
dan casing adalah dua buah yang berputar berlawanan, dengan tiap rotor dihubungkan
dengan satu generator. Turbin ini tidak mempunyai sudu pengarah , dan sudunya
bertipe reaksi. Efisiensinya tinggi, namun tidak dibuat untuk keluaran daya tinggi
karena sudu yang terlalu panjang pada bagian luar terkena tegangan bengkok yang
besar pada bagian akar sudu. Arah aliran uap adalah pada bidang tegak lurus sumbu
Gambar 2.13. Turbin Ljungstrom
II.2.2.4 Turbin Tangensial
Jenis turbin ini memliki konstruksi yang kokoh akan tetapi efisiensinya sangat
rendah. Pancaran uap dari nosel diarahkan untuk menghembus bucket yang dipasang
melingkar pada rotor (gambar 2.14). arah hembusan uap adalah tangensial (pada garis
singgung putaran bucket).
Gambar 2.14 Turbin Tangensial Gambar 2.15 Turbin Aliran Aksial
II.2.2.5 Turbin aliran aksial
Tipe ini yang paling populer dan sangat cocok untuk kapasitas besar. Turbin
ini dapat merupakan tipe reaksi dan juga merupakan tipe impuls. Arah aliran uap
II.2.3 Kondensor
Kondensor merupakan peralatan untuk mengembunkan kembali uap yang
telah dimanfaatkan untuk memutar turbin uap. Hal ini diperlukan untuk menghemat
sumber air yng ada di sekitarnya serta menjamin kemurnian air yang digunakan dalam
sistem turbin uap agar tidak terjadi pengendapan maupun kotoran-kotoran yang dapat
merusak. Sebagai pendingin kondensor biasanya menggunakan air dingin seperti air
sungai, laut atau air tanah yang sudah diproses melalui water treatment terlebih
dahulu.
Gambar 2.16 Kondensor Uap
II.2.4 Generator Listrik
Generator AC yang akan dibahas adalah generator yang termasuk jenis mesin
serempak (mesin sinkron) dimana frekwensi listrik yang dihasilkan sebanding dengan
jumlah kutup dan putaran yang dimilikinya. Listrik yang dihasilkan adalah listrik arus
bolak balik (listrik AC). Mesin penggerak (prime mover) nya dapat berasal dari
tenaga air, tenaga uap, mesin diesel, dan sebagainya.
Generator AC banyak kita jumpai pada pusat-pusat listrik (dengan kapasitas
yang relatif besar). Misalnya pada PLTA, PLTU, PLTD, PLTN, PLTG, dan lain lain.
air pendingin masuk ke pipa sekat
arah aliran air
air pendingin dari pipa
pompa air pendingin
pipa
uap dari turbin
air hasil kondensasi
Disini umumnya generator AC disebut dengan alternator atau generator saja. Selain
generator AC dengan kapasitas yang relatif besar tersebut, kita mengenal pula
generator dengan kapasitas yang relatif kecil. Misalnya generator yang dipakai untuk
penerangan darurat, untuk penerangan daerah-daerah terpencil (yang belum
terjangkau PLN), dan sebagainya. Generator tersebut sering disebut home light atau
generator set.
Dibandingkan dengan generator DC, generator AC lebih cocok untuk
pembangkit tenaga listrik berkapasitas besar. Hal ini didasarkan atas
pertimbangan-pertimbangan, antara lain :
• Timbulnya masalah komutasi pada geberator DC
• Timbulnya persoalan dalam hal menaikkan/menurunkan tegangan pada listrik
DC. Hal ini menimbulkan persoalan untuk hantaran dalam pengiriman tenaga
listrik (transmisi/distribusi), masalah penampang kawat, tiang transmisi,
rugi-rugi, dan sebagainya.
• Listrik AC relatif lebih mudah untuk diubah menjadi listrik DC. • Masalah efisiensi mesin dan lain-lain pertimbangan.
Konstruksi generator AC lebih sederhana dibandingkan generatoe DC. Bagian-bagian
terpenting dari generator AC adalah :
• RANGKA STATOR, dibuat dari besi tuang. Rangka stator merupakan rumah
dari bagian-bagian generator yang lain.
• STATOR, bagian ini tersusun dari plat-plat (seperti yang digunakan juga pada
jangkar dari mesin-mesin arus searah) stator yang mempunyai alur-alur
sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai
tempat terjadinya GGL induksi.
• ROTOR, rotor merupakan bagian yang berputar. Pada rotor terdapat
kutub-kutub magnet dengan lillitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin
geser dan sikat-sikat.
• SLIP RING atau CINCIN GESER, dibuat dari bahan kuningan atau tembaga
yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini
berputar bersama-sama dengan poros rotor. Jumlah slip ring ada dua buah
yang masing slip ring dapat menggeser sikat arang yang
masing-masing merupakan sikat positif dan sikat negatif, berguna untuk mengalirkan
• GENERATOR PENGUAT, generator penguat adalah suatu generator arus
searah yang dipakai sebagai sumber arus. Biasanya yang dipakai adalah
dinamo shunt. Generator arus searah ini biasanya dikopel terhadap mesin
pemutarnya bersama generator utama. Akan tetapi sekarang banyak generator
yang tidak menggunakan generator arus searah (dari luar) sebagai sumber
penguat, sumber penguat diambil dari GGL sebagian kecil belitan statornya.
GGL tersebut ditransformasikan kemudian disearahkan dengan penyearah
elektronik sebelum masuk pada bagian penguat.
Generator generator sinkron umumnya dibuat sedemikian rupa sehingga lilitan
tempat terjadinya GGL tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan menimbulkan
medan magnet berputar. Generator semacam ini disebut generator kutub dalam.
Keuntungan generator kutub dalam ialah bahwa untuk mengambil arus listrik tidak
dibutuhkan cincin geser dan sikat arang. Hal ini disebabkan lilitan-lilitan tempat
terjadinya GGL itu tidak berputar. Genertor sinkron tersebut terutama sangat cocok
untuk mesin-mesin dengan tegangan yang tinggi dan arus yang besar.
Untuk mengalirkan arus penguat ke lilitan penguat yang berputar tetap
diperlukan cincin geser dan sikat arang. Meskipun demikian bukan berarti bahwa hal
tersebut memberatkan karena arus penguat magnet tidak begitu besar dan
tegangannya pun rendah.
Bagian-bagian terpenting dari stator adalah rumah stator, inti stator dan lilitan
stator. Inti stator adalah sebuah silinder yang berlubang, terbuat dari plat-plat dengan
alur-alur di bagian kelilling dalamnya. Didalam alur-alur itu dipasang lilitan statornya.
Ujung-ujung lilitan stator ini dihubungkan dengan jepitan-jepitan penghubung tetap
dari mesin. Bagian-bagian terpenting dari rotor adalah kutup-kutup, lilitan penguat,
cincin geser dan sumbu (as). Konstruksi generator yang umum digunakan adalah jenis
kutub dalam dan yang selanjutnya dibicarakan adalah konstruksi generator kutub
dalam ini. Kelebihan generator kutub dalam pada intinya adalah bahwa genrator ini
dapat menghasilkan tenaga listrik yang sebesar-besarnya, karena tegangan yang
terbentuk dapat langsung diambil dari lilitan statornya.
Secara umum kutub magnet mesin sinkron dibedakan atas :
1. Kutub magnet dengan bagian kutub yang menonjol (salient pole). Konstruksi
seperti ini digunakan untuk putaran rendah, dengan jumlah kutub yang
2. Kutub magnet dengan bagian kutub yang tidak menonjol (non salient pole).
Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran tinggi, dengan jumlah kutub
yang sedikit. Kira-kira 2/3 dari seluruh permukaan rotor dibuat alur-alur untuk
tempat lilitan penguat. Yang 1/3 bagian lagi merupakan bagian yang utuh,
yang berfungsi sebagai inti kutub
Menurut teori listrik, GGL induksi yang dihubungkan pada kumparan dalam
medan magnet ialah :
E = 4.44 . f . ф . N (Volt) E = 2,22 . f . ф . Z (Volt)
Dimana :
E : GGL induksi (Volt)
f : Frekwensi listrik (Hz)
ф : besarnya fluks magnet (Weber) N : jumlah lilitan
P : banyaknya kutub magnet
n : putaran generator per menit
Jadi jika nilai f dimasukkan ke persaman diatas maka :
E = 4.44 .
120 .n P
. ф . N (Volt)
Karena nilai P dan N tidak berubah pada generator maka harga-harga yang
tidak berubah akan dijadikan menjadi suatu ketetapan yang kita sebut dengan
Konstanta (K) sehingga persamaan lebih mudah untuk dipahami.
E = K . n . ф
Dimana :
E : GGL induksi (Volt)
K : konstanta
Banyak penyediaan listrik terdiri atas sistem tiga fase, dan terdapat tiga
pasangan elektromagnet yang terpisah serta tiga set kumparan yang juga terpisah.
Antara masing-masing fase terdapat selisih 120 derajat listrik antara arus ketiga fase.
Ketiga fase itu biasanya ditandai u-v-w, atau juga r-s-t, dan dapat menurut hubungan
delta atau hubungan bintang. Tegangan antara dua fase adalah V. Khusus pada
hubungan bintang, terdapat titik bintang, yang diberi tanda 0. Tegangan antara fase
dan titik bintang adalah V 3. Daya sebuah generator 3 phasa dinyatakan dalam
rumus berikut :
P = 3 VL−L.I cosφ. Atau
P = 3 VL−N. I . cosφ ( V dalam satu phasa)
Di mana :
P : daya (W)
VL−L : tegangan phasa-phasa (V) VL−N : tegangan phasa-netral (V) I : arus beban (A)
Cosφ : faktor daya
Keteraangan :
If : arus kumparan medan atau arus penguat
Rf : hambatan kumparan medan
Ra : hambatan armatur
Xl : reaktansi bocor
Vt : tegangan output/terminal
Ea : gaya gerak listrik armatur
Pada generator sinkron keadaan jalan tanpa beban menandung arti bahwa arus armatur
(Ia) = 0. Dengan demikian besar tegangan terminal adalah :
Vt = Ea = Eo
Gambar 2.18 Rangkaia listrik generator berbeban
Pada generator sinkron berbeban, maka pada kumparan armatur timbul Ia dan Xm
akibatnya timbul penurunan GGL armatur tanpa beban. Tegangan terminal Vt yang
timbul adalah :
Vt = Ea – I (Ra + j Xs)
Vt = Ea – Ia Zs
Daya nominal sebuah generator biasanya dinyatakan dalam kW, atau MW, ataupun
dalam kVA atau MVA. Daya nominal ditentukan oleh suhu kerja dari kumparan,
sedangkan faktor daya biasanya adalah 0,8. Efisiensi sebuah generator dinyatakan
dalam rasio keluaran dibagi masukan. Keluaran yang bermanfaat merupakan seluruh
masukan dikurangi rugi-rugi. Terdapat dua jenis rugi-rugi yaitu : mekanikal dan
rugi-rugi elektrikal terdiri atas rugi-rugi besi dan tembaga. Semua rugi-rugi akan
mengakibatkan terjadinya panas yang harus dihilangkan melalui pendinginan.
II.2.4.1 Pengaturan beban aktif dan reaktif
Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para
pelanggan dengan frekwensi yang praktis kontan. Penyimpangan frekwensi dari nilai
nominal harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan.
Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekwensi dalan sistem,
sedangkan beban sistem yang berupa daya aktif maupun rektif selalu berubah
sepanjang waktu. Hal dengan hal ini, maka untuk mempertahankan frekwensi dalam
batas toleransi yang diperbolehkan, penyediaan/pembangakitan daya reaktif dalam
sistem harus disesuaikan dengan kebutuhan pelanggan atas daya aktif, harus selalu
disesuaikan dengan beban daya aktif. Penyesuaian daya aktif ini dilakukan dengan
mengatur besarnya kopel penggerak generator. Penambahan kopel pemutar generator
memerlukan tambah bahan bakar pada unit pembangkit termis dan pada unit PLTA
memerlukan penambahan air. Oleh karenanya produksi MWH memerlukan bahan
bakar pada unit pembangkit termis dan memerlukan sejumlah air pada unit PLTA.
Menurut hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanis penggerak
generator dengan perputaran generator yaitu :
(TG - TB) = H x
dt dω
Dimana :
TG : Kopel penggerak generator
TB : Kopel beban yang membebani generator
H : Momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya
ω : kecepatan sudut perputaran generator sedangkan frekwensi yang dihasilkan generator adalah :
f = π ω 2
Hal ini berarti bahwa pengaturan frekwensi dalam sistem berarti pula pengaturan
kopel penggerak generator atau juga berarti pengaturan daya aktif dari generator.
Ditinjau dari segi mesin penggerak generator ini berarti bahwa pengaturan frekwensi
sistem adalah pengaturan pemberian bahan bakar pada unit termis dan pengaturan
apabila daya aktif yang dibangkitkan tidak mencukupi kebutuhan beban dan
sebaliknya frekwensi akan naik apabila ada surplus daya aktif dalam sistem.
Secara tidak langsung penyediaan daya reaktif dapat pula mempengaruhi
frekwensi sistem, karena penyediaan daya reaktif mempunyai pengaruh besar
terhadap kenaikan tegangan yang selanjutnya dapat menyebabkan kenaikan beban
daya aktif.
Dalam penyediaan tenaga listrik bagi para pelanggan, tegangan yang konstan
seperti halnya frekwensi yang konstan, merupakan salah satu syarat utama yang harus
dipenuhi. Oleh karenanya masalah pengaturan tegangan merupakan masalah operasi
sistem tenaga listrik yang perlu mendapat penanganan tersendiri. Pengaturan tegangan
erat kaitanya dengan pengaturan daya reaktif dalam sistem. Berbeda dengan
frekwensi yang sama dalam semua bagian sistem, tegangan tidak sama dalam setiap
bagian sistem, sehingga pengaturan tegangan adalah lebih sulit dibandingkan dengan
pengaturan frekwensi. Kalau frekwensi praktis hanya dipenuhi oleh daya nyata MW
dalam sistem, di lain pihak tegangan dipenuhi oleh :
A. Arus penguat generator (eksitasi)
B. Daya reaktif beban
C. Daya reaktif yang didapat dalam sistem (selain generator), misalnya dari
kondensator dan dari reaktor
D. Posisi tap transformator
Dalam sistem tenaga listrik ada dua variabel yang dapat diatur secara bebas, disebut
variabel pengatur (control variabel), yaitu daya nyata (MW) dan daya reaktif
(MVAR). Seperti telah diuraikan diatas, pengaturan daya nyata akan mempengaruhi
frekwensi, sedangkan pengaturan daya reaktif akan mempengaruhi tegangan. Butir a
sampai d tersebut diatas adalah cara untuk mengatur daya reaktif yang harus
disediakan dalam sistem. Secara singkat dapat dikatakan bahwa :
MW merupakan variabel pengatur frekwensi.
BAB III
KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP III.1 BAHAN BAKAR
Energi dari Matahari diubah menjadi energi kimia dengan fotosintesa. Namun,
sebagaimana kita ketahui, bila kita membakar tanaman atau kayu kering,
menghasilkan energi dalam bentuk panas dan cahaya, kita melepaskan energi
matahari yang sesungguhnya tersimpan dalam tanaman atau kayu melalui fotosintesa.
Kita tahu bahwa hampir kebanyakan di dunia pada saat ini kayu bukan merupakan
sumber utama bahan bakar. Kita umumnya menggunakan gas alam atau minyak bakar
di rumah kita, dan kita menggunakan terutama minyak bakar dan batubara untuk
memanaskan air menghasilkan steam untuk menggerakan turbin untuk sistim
pembangkitan tenaga yang sangat besar. Bahan bakar tersebut – batubara, minyak
bakar, dan gas alam –sering disebut sebagai bahan bakar fosil.
Berbagai jenis bahan bakar (seperti bahan bakar cair, padat, dan gas) yang tersedia
tergantung pada berbagai faktor seperti biaya, ketersediaan, penyimpanan, handling,
polusi dan peletakan boiler, tungku dan peralatan pembakaran lainnya.
Pengetahuan mengenai sifat bahan bakar membantu dalam memilih bahan
bakar yang benar untuk keperluan yang benar dan untuk penggunaan bahan bakar
yang efisien. Uji laboratorium biasanya digunakan untuk mengkaji sifat dan kualitas
bahan bakar.
III.1.1 Jenis Jenis Bahan Bakar
Bagian ini menerangkan tentang jenis bahan bakar cair, padat dan gas.
III.1.1.1 Bahan Bakar Cair
Bahan bakar cair seperti minyak tungku/ furnace oil dan LSHS (low sulphur
heavy stock) terutama digunakan dalam penggunaan industri. Berbagai sifat bahan
bakar cair diberikan dibawah ini.
- Densitas, didefinisikan sebagai perbandingan massa bahan bakar terhadap
volum bahan bakar pada suhu acuan 15°C. Densitas diukur dengan suatu alat yang
disebut hydrometer. Pengetahuan mengenai densitas ini berguna untuk penghitungan
kuantitatif dan pengkajian kualitas penyalaan. Satuan densitas adalah kg/m3.
- Specific Gravity, Didefinisikan sebagai perbandingan berat dari sejumlah volum
minyak bakar terhadap berat air untuk volum yang sama pada suhu tertentu. Densitas
ditentukan sama dengan 1. Karena specific gravity adalah perbandingan, maka tidak
memiliki satuan. Pengukuran specific gravity biasanya dilakukan dengan hydrometer.
Specific gravity digunakan dalam penghitungan yang melibatkan berat dan volum.
Specific gravity untuk berbagai bahan bakar minyak diberikan dalam tabel dibawah:
Bahan Bakar
Specific Gravity 0,85-0,87 0,89-0,95 0,88-0,98
Tabe 3 1. Specific gravity berbagai bahan bakar minyak
- Viskositas, Viskositas suatu fluida merupakan ukuran resistansi bahan terhadap
aliran. Viskositas tergantung pada suhu dan berkurang dengan naiknya suhu.
Viskositas diukur dengan Stokes / Centistokes. Kadang-kadang viskositas juga diukur
dalam Engler, Saybolt atau Redwood. Tiap jenis minyak bakar memiliki hubungan
suhu – viskositas tersendiri. Pengukuran viskositas dilakukan dengan suatu alat yang
disebut Viskometer. Viskositas merupakan sifat yang sangat penting dalam
penyimpanan dan penggunaan bahan bakar minyak. Viskositas mempengaruhi derajat
pemanasan awal yang diperlukan untuk handling, penyimpanan dan atomisasi yang
memuaskan. Jika minyak terlalu kental,maka akan menyulitkan dalam pemompaan,
sulit untuk menyalakan burner, dan sulit dialirkan. Atomisasi yang jelek akam
mengakibatkan terjadinya pembentukan endapan karbon pada ujung burner atau pada
dinding-dinding. Oleh karena itu pemanasan awal penting untuk atomisasi yang tepat.
- Titik Nyala, Titik nyala suatu bahan bakar adalah suhu terendah dimana bahan
bakar dapat dipanaskan sehingga uap mengeluarkan nyala sebentar bila dilewatkan
suatu nyala api. Titik nyala untuk minyak tungku/ furnace oil adalah 66 0C.
- Titik Tuang, Titik tuang suatu bahan bakar adalah suhu terendah dimana
bahan bakar akan tertuang atau mengalir bila didinginkan dibawah kondisi yang sudah
ditentukan. Ini merupakan indikasi yang sangat kasar untuk suhu terendah dimana
bahan bakar minyak siap untuk dipompakan.
- Panas Jenis, Panas jenis adalah jumlah kKal yang diperlukan untuk menaikan
suhu 1 kg minyak sebesar 1oC. Satuan panas jenis adalah kkal/kg0C. Besarnya bervariasi mulai dari 0,22 hingga 0,28 tergantung pada specific gravity minyak. Panas
memanaskan minyak ke suhu yang dikehendaki. Minyak ringan memiliki panas jenis
yang rendah, sedangkan minyak yang lebih berat memiliki panas jenis yang lebih
tinggi.
- Nilai Kalor, Nilai kalor merupakan ukuran panas atau energi yang dihasilkan.,
dan diukur sebagai nilai kalor kotor/ gross calorific value atau nilai kalor netto/ nett
calorific value. Perbedaannya ditentukan oleh panas laten kondensasi dari uap air
yang dihasilkan selama proses pembakaran. Nilai kalor kotor/. gross calorific value
(GCV) mengasumsikan seluruh uap yang dihasilkan selama proses pembakaran
sepenuhnya terembunkan/terkondensasikan. Nilai kalor netto (NCV) mengasumsikan
air yang keluar dengan produk pengembunan tidak seluruhnya terembunkan. Bahan
bakar harus dibandingkan berdasarkan nilai kalor netto. Nilai kalor batubara
bervariasi tergantung pada kadar abu, kadar air dan jenis batu baranya sementara nilai
kalor bahan bakar minyak lebih konsisten. GCV untuk beberapa jenis bahan bakar
cair yang umum digunakan terlihat dibawah ini:
Bahan bakar minyak Nilai kalor kotor (GCV) (kKal/kg)
Minyak tanah 11.100
Minyak diesel 10.800
L.D.O 10.700
Minyak tungku/furnace 10.500
LSHS 10.600
Tabel 3.2. Nilai kalor kotor (GCV) untuk beberapa bahan bakar minyak
- Sulfur, Jumlah sulfur dalam bahan bakar minyak sangat tergantung pada sumber
minyak mentah dan pada proses penyulingannya. Kandungan normal sulfur untuk
residu bahan bakar minyak (minyak furnace) berada pada 2 - 4 %. Kandungan sulfur
untuk berbagai bahan bakar minyak.
Bahan bakar minyak Persen sulfur
Minyak tanah 0,05-0,2
Minyak diesel 0,05-0,25
L.D.O 0,5-1,8
Minyak furnace 2,0-4,0
LSHS < 0,5
Kerugian utama dari adanya sulfur adalah resiko korosi oleh asam sulfat yang
terbentuk selama dan sesudah pembakaran, dan pengembunan di cerobong asap,
pemanas awal udara dan economizer.
- Kadar abu, Kadar abu erat kaitannya dengan bahan inorganik atau garam dalam
bahan bakar minyak. Kadar abu pada distilat bahan bakar diabaikan. Residu bahan
bakar memiliki kadar abu yang tinggi. Garam-garam tersebut mungkin dalam bentuk
senyawa sodium, vanadium, kalsium, magnesium, silikon, besi, alumunium, nikel, dll.
Umumnya, kadar abu berada pada kisaran 0,03 – 0,07 %. Abu yang berlebihan dalam
bahan bakar cair dapat menyebabkan pengendapan kotoran pada peralatan
pembakaran. Abu memiliki pengaruh erosi pada ujung burner, menyebabkan
kerusakan pada refraktori pada suhu tinggi dapat meningkatkan korosi suhu tinggi dan
penyumbatan peralatan.
- Residu karbon, Residu karbon memberikan kecenderungan pengendapan residu
padat karbon pada permukaan panas, seperti burner atau injeksi nosel, bila kandungan
yang mudah menguapnya menguap. Residu minyak mengandung residu karbon 1
persen atau lebih.
- Kadar air, Kadar air minyak tungku/furnace pada saat pemasokan umumnya
sangat rendah sebab produk disuling dalam kondisi panas. Batas maksimum 1%
ditentukan sebagai standar. Air dapat berada dalam bentuk bebas atau emulsi dan
dapat menyebabkan kerusakan dibagian dalam permukaan tungku selama pembakaran
terutama jika mengandung garam terlarut. Air juga dapat menyebabkan percikan
nyala api di ujung burner, yang dapat mematikan nyala api, menurunkan suhu nyala
api atau memperlama penyalaan. Spesifikasi khusus bahan bakar minyak terlihat pada
tabe dibawah.
Karakteristik Bahan bakar Minyak
Minyak Furnace L.S.H.S L.D.O
Masa Jenis (g/cc pada 150C)
0,89-0,95 0,88-0,98 0,85-0,87
Berat, Max.
Kadar Air, % Vol. Max.
1,0 1,0 0,25
% Abu, Berat Max. 0,1 0,1 0,02
Tabel 3.4. Spesifikasi khusus bahan bakar minyak
- Penyimpanan bahan bakar minyak, Akan sangat berbahaya bila menyimpan
minyak bakar dalam tong. Cara yang lebih baik adalah menyimpannya dalam tangki
silinder, diatas maupun dibawah tanah. Minyak bakar yang dikirim umumnya masih
mengandung debu, air dan bahan pencemar lainnya. Ukuran tangki penyimpan
minyak bakar sangatlah penting. Perkiraan ukuran penyimpan yang direkomendasikan
sedikitnya untuk 10 hari konsumsi normal. Tangki penyimpan bahan bakar untuk
industri pada umumnya digunakan tangki mild steel tegak yang diletakkan diatas
tanah. Untuk alasan keamanan dan lingkungan, perlu dibuat dinding disekitar tangki
penyimpan untuk menahan aliran bahan bakar jika terjadi kebocoran. Pengendapan
sejumlah padatan dan lumpur akan terjadi pada tangki dari waktu ke waktu, tangki
harus dibersihkan secara berkala: setiap tahun untuk bahan bakar berat dan setiap dua
tahun untuk bahan bakar ringan. Pada saat bahan bakar dialirkan dari kapal tanker ke
tangki penyimpan, harus dijaga dari terjadinya kebocoran-kebocoran pada
sambungan, flens dan pipa-pipa. Bahan bakar minyak harus bebas dari pencemar
seperti debu, lumpur dan air sebelum diumpankan ke sistim pembakaran.
III.1.1.2 Bahan Bakar Padat (Batubara)
- Klasifikasi Batubara, Batubara diklasifikasikan menjadi tiga jenis utama yakni
antracit, bituminous, dan lignit, meskipun tidak jelas pembatasan diantaranya.
Pengelompokannya lebih lanjut adalah semiantracit, semi-bituminous, dan
sub-bituminous. Antracit merupakan batubara tertua jika dilihat dari sudut pandang
geologi, yang merupakan batubara keras, tersusun dari komponen utama karbon
dengan sedikit kandungan bahan yang mudah menguap dan amper tidak berkadar
air. Lignit merupakan batubara termuda dilihat dari pandangan geologi. Batubara ini
merupakan batubara lunak yang tersusun terutama dari bahan yang mudah menguap
dan kandungan air dengan kadar fixed carbon yang rendah. Fixed carbon merupakan
karbon dalam keadaan bebas, tidak bergabung dengan elemen lain. Bahan yang
mudah menguap merupakan bahan batubara yang mudah terbakar yang menguap
industri di India adalah batubara bituminous dan sub-bituminous. Pengelompokan
batubara India berdasarkan nilai kalornya adalah sebagai berikut:
Kelas Kisaran Nilai Kalor (dalam kKal/kg)
A Lebih dari 6200
Tabel 3.5 Kelas nilai kalor batu bara
Komposisi kimiawi batubara berpengaruh kuat pada daya pembakarannya. Sifat-sifat
batubara secara luas dik lasifikasikan kedalam sifat fisik dan sifat kimia.
- Sifat fisik dan kimia batubara, Sifat fisik batubara termasuk nilai panas, kadar
air, bahan mudah menguap dan abu. Sifat kimia batubara tergantung dari kandungan
berbagai bahan kimia seperti karbon, hidrogen, oksigen, dan sulfur. Nilai kalor
batubara beraneka ragam dari tambang batubara yang satu ke yang lainnya. Nilai
untuk berbagai macam batubara diberikan dalam tabel dibawah.
Parameter Lignit
Tabel 3.6 GCV untuk berbagai jenis batubara
- Analisis Batubara, Terdapat dua metode untuk menganalisis batubara: analisis
ultimate dan analisis proximate. Analisis ultimate menganalisis seluruh elemen
komponen batubara, padat atau gas dan analisis proximate meganalisis hanya fixed
carbon, bahan yang mudah menguap, kadar air dan persen abu. Analisis ultimate
harus dilakukan oleh laboratorium dengan peralatan yang lengkap oleh ahli kimia
yang trampil, sedangkan analisis proximate dapat dilakukan dengan peralatan yang
Penentuan kadar air dilakukan dengan menempatkan sampel bahan baku batubara
yang dihaluskan sampai ukuran 200-mikron dalam krus terbuka, kemudian
dipanaskan dalam oven pada suhu 108 +2 oC dan diberi penutup. Sampel kemudian
didinginkan hingga suhu kamar dan ditimbang lagi. Kehilangan berat merupakan
kadar airnya. Penentuan kadar air
Sampel batubara halus yang masih baru ditimbang, ditempatkan pada krus tertutup,
kemudian dipanaskan dalam tungku pada suhu 900 + 15 oC. Sampel kemudian
didinginkan dan dtimbang. Sisanya berupa kokas (fixed carbon dan abu). Metodologi
rinci untuk penentuan kadar karbon dan abu, merujuk pada IS 1350 bagian I: 1984,
bagian III, IV.
Pengukuran bahan yang mudah menguap (volatile matter)
Tutup krus dari dari uji bahan mudah menguap dibuka, kemudian krus dipanaskan
dengan pembakar Bunsen hingga seluruh karbon terbakar. Abunya ditimbang, yang
merupakan abu yang tidak mudah terbakar. Perbedaan berat dari penimbangan
sebelumnya merupakan fixed carbon. Dalam praktek, Fixed Carbon atau FC dihitung
dari pengurangan nilai 100 dengan kadar air, bahan mudah menguap dan abu. Pengukuran karbon dan abu
- Penyimpanan, handling dan persiapan batubara, Ketidaktentuan dalam
ketersediaan dan pengangkutan bahan bakar mengharuskan dilakukannya
penyimpanan dan penanganan untuk kebutuhan berikutnya. Kesulitan yang ada pada
penyimpanan batubara adalah diperlukannya bangunan gudang penyimpanan, adanya
hambatan masalah tempat, penuruan kualitas dan potensi terjadinya kebakaran.
Kerugiankerugian kecil lainnya adalah oksidasi, angin dan kehilangan karpet.
Oksidasi 1% batubara memiliki efek yang sama dengan kandunag abu 1% dalam
batubara. Kehilangan karena angin mencapai 0,5 – 1,0 % dari kerugian total.
Penyimpanan batubara yang baik akan meminimalkan kehilangan karpet dan kerugian
terjadinya pembakaran mendadak. Pembentukan “karpet lunak”, dari batubara halus
dan tanah, menyebabkan kehilangan karpet. Jika suhu naik secara perlahan dalam
tumpukan batubara, maka dapat terjadi oksidasi yang akan menyebabkan pembakaran
yang mendadak dari batubara yang disimpan. Kehilangan karpet dapat dikurangi
dengan cara:
2. Membuat tempat penyimpanan standar yang terbuat dari beton dan bata
Di Industri, batubara di-handling secara manual maupun dengan conveyor. Pada saat
handling batubara harus diusahakan supaya sesedikit mungkin batubara yang hancur
membentuk partikel kecil dan sesedikit mungkin partikel kecil yang tercecer.
Persiapan batubara sebelum pengumpanan ke boiler merupakan tahap penting untuk
mendapatkan pembakaran yang baik. Bongkahan batubara yang besar dan tidak
beraturan
dapat menyebabkan permasalahan sebagai berikut:
Kondisi pembakaran yang buruk dan suhu tungku yang tidak mencukupi
Udara berlebih yang terlalu banyak mengakibatkan kerugian cerobong yang tinggi Meningkatnya bahan yang tidak terbakar dalam abu
Rendahnya efisiensi termal
III.1.1.3 Bahan Bakar Gas
Bahan bakar gas merupakan bahan bakar yang sangat memuaskan sebab hanya
memerlukan sedikit handling dan sistim burner nya sangat sederhana dan hampir
bebas perawatan. Gas dikirimkan melalui jaringan pipa distribusi sehingga cocok
untuk wilayah yang berpopulasi tinggi atau padat industri. Walau begitu, banyak
pemakai perorangan yang besar memiliki penyimpan gas, bahkan beberapa diantara
mereka memproduksi gasnya sendiri.
III.1.1.3.1 Jenis jenis bahan bakar gas
Berikut adalah daftar jenis-jenis bahan bakar gas:
Bahan bakar yang secara alami didapatkan dari alam: − Gas alam
− Metan dari penambangan batubara
Bahan bakar gas yang terbuat dari bahan bakar padat − Gas yang terbentuk dari batubara
− Gas yang terbentuk dari limbah dan biomasa − Dari proses industri lainnya (gas blast furnace) Gas yang terbuat dari minyak bumi
− Gas dari gasifikasi minyak Gas-gas dari proses fermentasi
Bahan bakar bentuk gas yang biasa digunakan adalah gas petroleum cair (LPG), gas
alam, gas hasil produksi, gas blast furnace, gas dari pembuatan kokas, dll. Nilai panas
bahan baker gas dinyatakan dalam Kilokalori per normal meter kubik (kKal/Nm3)
ditentukan pada suhu normal (20 0C) dan tekanan normal (760 mm Hg).
III. 1.1.3.2. Sifat sifat bahan bakar gas
Karena hampir semua peralatan pembakaran gas tidak dapat menggunakan
kadungan panas dari uap air, maka perhatian terhadap nilai kalor kotor (GCV)
menjadi kurang. Bahan bakar harus dibandingkan berdasarkan nilai kalor netto
(NCV). Hal ini benar terutama untuk gas alam, dimana kadungan hidrogen akan
meningkat tinggi karena adanya reaksi pembentukan air selama pembakaran.
Sifat-sifat fisik dan kimia berbagai bahan bakar gas diberikan dalam Tabel
Bahan
Tabel 3.7 Sifat-sifat fisik dan kimia berbagai bahan bakar gas
III.1.1.3.3. LPG
LPG terdiri dari campuran utama propan dan Butan dengan sedikit persentase
hidrokarbon tidak jenuh (propilen dan butilene) dan beberapa fraksi C2 yang lebih
ringan dan C 5 yang lebih berat. Senyawa yang terdapat dalam LPG adalah propan
(C3H8), Propilen (C3H6), normal dan iso-butan (C4H10) dan Butilen (C4H8). LPG
merupakan campuran dari hidrokarbon tersebut yang berbentuk gas pada tekanan
atmosfir, namun dapat diembunkan menjadi bentuk cair pada suhu normal, dengan
tekanan yang cukup besar. Walaupun digunakan sebagai gas, namun untuk
kenyamanan dan kemudahannya, disimpan dan ditransport dalam bentuk cair dengan
tekanan tertentu. LPG cair, jika menguap membentuk gas dengan volum sekitar 250
propan sekitar satu setengah kali berat udara. Sehingga, uap dapat mengalir didekat
permukaan tanah dan turun hingga ke tingkat yang paling rendah dari lingkungan dan
dapat terbakar pada jarak tertentu dari sumber kebocoran. Pada udara yang tenang,
uap akan tersebar secara perlahan. Lolosnya gas cair walaupun dalam jumlah sedikit,
dapat meningkatkan campuran perbandingan volum uap/udara sehingga dapat
menyebabkan bahaya. Untuk membantu pendeteksian kebocoran ke atmosfir, LPG
biasanya ditambah bahan yang berbau. Harus tersedia ventilasi yang memadai didekat
permukaan tanah pada tempat penyimpanan LPG. Karena alasan diatas, sebaiknya
tidak menyimpan silinder LPG di gudang bawah tanah atau lantai bawah tanah yang
tidak memiliki ventilasi udara.
III.1.1.3.4. Gas Alam
Metan merupakan kandungan utama gas alam yang mencapai jumlah sekitar
95% dari volum total. Komponen lainnya adalah: Etan, Propan, Pentan, Nitrogen,
Karbon Dioksida, dan gasgas lainnya dalam jumlah kecil. Sulfur dalam jumlah yang
sangat sedikit juga ada. Karena metan merupakan komponen terbesar dari gas alam,
biasanya sifat metan digunakan untuk membandingkan sifat-sifat gas alam terhadap
bahan bakar lainnya. Gas alam merupakan bahan bakar dengan nilai kalor tinggi yang
tidak memerlukan fasilitas penyimpanan. Gas ini bercampur dengan udara dan tidak
menghasilkan asap atau jelaga. Gas ini tidak juga mengandung sulfur, lebih ringan
dari udara dan menyebar ke udara dengan mudahnya jika terjadi kebocoran.
Perbandingan kadar karbon dalam minyak bakar, batubara dan gas diberikan dalam
tabel dibawah.
Bahan Bakar Minyak
Batubara Gas Alam
Karbon 84 41,11 74
Hidrogen 12 2,76 25
Sulfur 3 0,41 -
Oksigen 1 9,89 Sedikit
Nitrogen Sedikit 1,22 0,75
Abu Sedikit 38,63 -
Air Sedikit 5,98 -
III.2 KONVERSI ENERGI
Dalam PLTU, energi yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah bahan
bakar. Energi yang digunakan dapat berupa batubara (padat), minyak (cair), atau gas.
Ada kalanya PLTU menggunakan kombinasi beberapa macam bahan bakar.
Konversi energi tingkat pertama dalam PLTU adalah konversi energi primer
menjadi energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar dari ketel uap
PLTU. Energi panas ini kemudian dipindahkan kedalam air yang ada didalam pipa
ketel untuk menghasilkan uap yang dikumpulkan dalam drum dari ketel. Uap dari
drum ketel dialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap, energi (enthalpy) uap
dikonversikan menjadi energi mekanis penggerak generator, dan akhirnya energi
mekanik dari turbin uap ini dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator.
Secara skematis, proses tersebut di atas digambarkan oleh gambar 3.1
Gambar 3.1 Konversi energi pada PLTU
Gambar 3.1 menggambarkan siklus uap dan air yang berlangsung dalam
PLTU, yang dayanya relatif besar diatas 200 MW. Untuk PLTU ukuran ini, PLTU
turbin tekanan tinggi, turbin tekanan menengah, dan turbin tekanan rendah. Siklus
yang digambarkan oleh gambar 3.1 telah disederhanakan, yaitu bagian yang
menggambarkan sirkuit pengolahan air untuk suplisi dihilangkan untuk
penyederhanaan. Suplisi air ini diperlukan karena adanya kebocoran uap pada
sambungan-sambungan pipa uap dan adanya blowdown air dari drum ketel.
Air dipompakan kedalam drum dan selanjutnya mengalir ke pipa-pipa air yang
merupakan dinding yang mengelilingi ruang bakar ketel. Kedalam ruang bakar ketel
disemprotkan bahan bakar dan udara pembakaran. Bahan bakar dan udara
pembakaran ini dinyalakan dalam ruang bakar sehingga terjadi pembakaran dalam
ruang bakar. Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar mengubah energi kimia
yang terkandung dalam bahan bakar menjadi energi panas (kalor). Energi panas hasil
pembakaran ini dipindahkan ke air yang ada dalam pipa air ketel melalui proses
radiasi, konduksi dan konveksi.
Untuk setiap macam bahan bakar, komposisi perpindahan panas berbeda beda,
misalnya bahan bakar minyak paling banyak memindahkan kalori hasil pembakaran
melalui radiasi dibandingkan dengan bahan bakar lainnya. Untuk melaksanakan
pembakaran diperlukan oksigen yang diambil dari udara. Oleh karena itu, diperlukan
pasokan udara yang cukup ke dalam ruang bakar. Untuk keperluan memasok udara ke
ruang bakar, ada kipas (ventilator) tekan dan isap yang dipasang masing-masing pada
ujung masuk udara ke ruang bakar dan pada ujung keluar udara dari ruang bakar.
Gas hasil pembakaran dalam ruang bakar setelah diberi kesempatan
memindahkan energi panasnya ke air yang ada didalam pipa air ketel, dialirkan
melalui saluran pembuangan gas buang untuk selanjutnya dibuang ke udara melalui
cerobong. Gas buang sisa pembakaran ini masih mengandung banyak energi panas
karena tidak semua energi panasnya dapat dipindahkan ke air yang ada di dalam pipa
air ketel. Gas buang yang masih mempunyai suhu diatas 4000C ini dimanfaatkan
untuk memanasi.:
A. Pemanas Lanjut (Super Heater)
Didalam pemanas lanjut, mengalir uap dari drum ketel yang menuju ke turbin
uap tekanan tinggi. Uap yang mengalir dalam pemanas lanjut ini mengalami
kenaikan suhu sehingga uap air ini semakin kering, oleh karena adanya gas
buang disekeliling pemanas lanjut.
Uap yang telah digunakan untuk menggerakkan turbin tekanan tinggi, sebelum
menuju turbin tekanan menengah, dialirkan kembali melalui yang dikelilingi
oleh gas buang. Di sini uap akan mengalami kenaikan suhu yang serupa
dengan pemanas lanjut.
C. Economizer
Air yang dipompakan kedalam ketel, terlebih dahulu dialirkan melalui
economizer agar mendapat pemanasan oleh gas buang. Dengan demikian suhu
air akan lebih tinggi ketika masuk ke pipa air di dalam ruang yang selanjutnya
akan mengurangi jumlah kalori yang diperlukan untuk penguapan (lebih
ekonomis)
D. Pemanas Udara
Udara yang akan dialirkan kedalam ruang pembakaran yang dipergunakan
untuk membakar bahan bakar terlebih dahulu dialairkan melalui pemanas
udara agar mendapat pemanasan oleh gas buang sehingga suhu udara
pembakaran naik yang selanjutnya akan mempertinggi suhu nyala
pembakaran.
III.3 RUGI-RUGI
Sesuai dengan hukum II termodinamika yang menyatakan bahwa energi
termal tidak dapat dikonversi menjadi kerja oleh proses siklus dengan efisiensi 100%
maka setiap alat konversi energi akan mempunyai rugi-rugi. Pada pembangkit listrik
tenaga uap terdapat tiga alat konversi energi yang bekerja pada sistem yaitu boiler
atau ketel uap, turbin uap dan generator listrik atau alternator.
Proses pembakarn dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram
aliran energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi
masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan
menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukkan jumlah energi
Gambar 3.2 Diagram neraca energi boiler
Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler
terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda.
Kerugian ditiap-tiap tingkat turbin adalah kerugian di sudu-sudu turbin,
kerugian gesekan dan kerugian ventilasi, serta kerugian kebocoran (celah). Sudu-sudu
turbin adalah suatu tempat dimana energi aliran uap harus diubah menjadi gaya
keliling. Didalam sudu jalan turbin tekanan sama aliran uap dibelokkan 150 o dan lebih, kecepatan uapnya juga tinggi, maka kerugian kecepatan pada tingkat dari
turbin ini dihitung sampai 7 %. Untuk tingkat dari turbin tekanan lebih kecepatan uap
dan belokanya lebih kecil, aliran uapnya lebih baik karena pada waktu yang
bersamaan uap tersebut mendapat percepatan akibat dari ekspansi dan kerugian
percepatan yang ada diperhitungkan sekitar 4 %. Panjang sudu mempunyai pengaruh.
Untuk sudu yang pendek kerugianya makin tinggi, karena hantaran pancaran uap
cuma sedikit, sehingga di kaki dan kepala sudu terjadi pusaran uap dan
gangguan-gangguan.
Pada turbin uap terjadi kerugian gesekan dengan roda uap, harga gesekan ini
akan makin besar bila diameter roda makin besar dan makin tinggi kecepatan roda
serta makin besar kerapatan uapnya. Karena hanya sebagian dari sudu disekeliling
roda yang dimasuki/digerakkan oleh uap, maka akibatnya akan timbul kerugian
ventilasi. Bila sudu jalan yang bergerak melewati bagian yang tidak ada nozel atau
sudu pengarahnya, sehingga sudu jalan tersebut tidak dialiri/dimasuki uap, maka pada
