SKRIPSI
STUDI PENGARUH KERJA PENGGERAK MULA TERHADAP KERJA GENERATOR MENGGUNAKAN METODE HEAT LOSSES DI PLTU LABUHAN
ANGIN SIBOLGA
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik
Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh:
ADE JUANDA HUTABARAT NIM: 130402047
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
PLTU Labuhan Angin Sibolga adalah salah satu pembangkit listrik yang menjadi penyuplai kebutuhan listrik di Sumatera Utara dengan kapasitas 115 MW. oleh karena itu PLTU Labuhan Angin memiliki peranan sangat penting didalam dunia kelistrikan di Sumatera Utara. Dalam suatu pembangkit, efisiensi suatu pembangkit adalah sesuatu yang sangat penting sebagai suatu barometer unjuk kerja dari sebuah pembangkit.
Nilai efisiensi pembangkit yang tinggi menunjukkan unjuk kerja yang baik. Efisiensi PLTU sangat dipengaruhi oleh unjuk kerja dari penggerak mula nya. Setelah didapatkan data, unjuk kerja dari penggerak mula dapat dihitung secara manual dengan metode heat losses untuk boiler. Metode heat losses digunakan untuk mencari unjuk kerja boiler yaitu efisiensi boiler dengan menghitung kerugian-kerugian yang terjadi di boiler. Semakin besar efisiensi boiler, maka semakin baik unjuk kerja dari boiler. Perhitungan unjuk kerja dilakukan secara manual dan difokuskan pada perhitungan efisiensi di boiler dan niali panas turbin. Hasil perhitungan unjuk kerja penggerak mula dapat digunakan untuk menghitung besarnya efisiensi dari PLTU Labuhan Angin. Dengan mengetahui nilai efisiensi dari PLTU, maka unjuk kerja dari PLTU dapat disimpulkan, baik atau buruk.
Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan dalam penelitian ini didapat: nilai kerugian panas gas buang sebesar 417,25 Btu/Lb, nilai kerugian kebasahan sebesar 208,17 Btu/Lb, nilai kerugian kebasahan pembakaran hydrogen sebesar 223,54 Btu/Lb, nilai kerugian pembakaran tak sempurna sebesar 0 Btu/Lb, nilai kerugian karbon tak terbakar sebesar 15,3 Btu/Lb, nilai kerugian akibat radiasi sebesar 0,41%, nilai efisiensi boiler sebesar 81,48%, dan total rugi rugi yang terjadi di boiler sebesar 18,52%.
Kata kunci: PLTU Labuhan Angin Sibolga, heat losses, efisiensi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “ STUDI PENGARUH KERJA PENGGERAK MULA TERHADAP KERJA GENERATOR MENGGUNAKAN METODE HEAT LOSSES DI PLTU LABUHAN ANGIN SIBOLGA”. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian skripsi ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Penulis menyadari betul setiap berkat, doa, motivasi, dan bimbingan yang penulis peroleh selama proses tersebut. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Fahmi, ST., M.Sc., IPM, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT- USU dan Bapak Ir. Arman Sani, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.
2. Bapak Ir.Eddy Warman, MT, selaku dosen Pembimbing Skripsi, atas segala bimbingan, pengarahan, motivasi dan telah meluangkan banyak waktu dalam menyelesaikan Skripsi ini.
3. Bapak Ir. Raja Harahap,MT, selaku dosen wali penulis, atas motivasi dan bimbingannya kepada penulis selama mengikuti proses perkuliahan.
4. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.
5 Abangda Jannes Satria Pinem, ST. yang telah bersedia membantu penulis dalam proses pengambilan data penelitian Skripsi ini.
6 My Hero, orangtua terhebat yang selalu aku banggakan, Ayahanda ST. TH.
Hutabarat dan Ibunda. K.Br Hutasoit, Terima kasih buat segala cinta dan kasih sayang, didikan, juga yang telah dengan begitu sabar terhadap setiap tingkah laku saya dan tiada pernah berhenti memberikan nasihat kepada saya, serta yang telah dengan susah payah membiayai setiap kebutuhan saya selama perkuliahan bahkan sampai penulisan Skripsi ini bisa diselesaikan. Semoga Tuhan senantiasa memberkati Bapak dan Mamak, memberikan damai sejahtera, rejeki, kesehatan serta panjang umur, Semua ini ku persembahkan buat Bapak dan Mama.
7 Abang terbaikku, Marsuha P. Hutabarat, S.Pd, terimakasih buat segala doa, motivasi ,dan pengorbanan yang kau berikan.
8 Novita S, Amd terima kasih atas segala doa, semangat, dan dukungan nya, semoga kita sukses
9 Teman-teman elektro 13 ; Agus N, Alexander P, Alex C, Alfredno, Andrian P, Bahtra T, Erickson, Julkifri M, Martin M, Ramot L P, Yehezkiel E, Perry N, Rolando P, Sari Manna S dan teman-teman 2013 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
10 Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.
11 Ocanapide group, sahabat terkhonyol, semoga kita semua sukses.
12 Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terimakasih banyak.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak luput dari kesalahan-kesalahan, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk memperbaiki skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
Medan, April 2018
Penulis
Ade Juanda Hutabarat
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR... viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 1
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Manfaat Penelitian... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap... 3
2.2 Siklus Termal ... 5
2.3 Bagian Utama PLTU ... ..7
2.3.1 Boiler ... ..7
2.3.2 Turbin ... ..8
2.3.3 Generator ... ..10
2.3.4 Kondensor... 11
2.4 Bahan Bakar Batubara ... 12
2.5 Konversi Energi ... 13
2.5.1 konversi Energi Kimia Menjadi Panas ... 14
2.5.2 Konversi Energi Panas Menjadi Uap ... 15
2.5.3 Konversi Energi Uap Menjadi Mekanik ... 16
2.6 Masalah Utama Dalam Pembangkitan ... 17
2.7 Kendala-Kendala Operasi Pada PLTU ... 18
2.8 Heat Losses ... 19
2.9 Unjuk Kerja Boiler ... 19
2.9.1 Kerugian Pada Proses Konversi Energi Kimia Menjadi Panas ... 19
2.9.1.1 FGL ... 20
2.9.1.2 ML... 21
2.9.1.3 HL ... 21
2.9.1.4 ICL ... 22
2.9.1.5 UBL ... 22
2.9.1.6 RL ... 22
2.9.2 Kerugian Pada Proses Konversi Panas Menjadi Uap ... 23
BAB III METODE PENELITIAN ... 24
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 24
3.2 Pelaksanaan Penelitian ... 24
3.3 Variabel yang Diamati ... 24
3.4 Prosedur Penelitian ... 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 26
4.1 Data Operasional PLTU Labuhan Angin Unit 2 ... 27
4.2 Analisa Data ... 27
BAB V PENUTUP ... 33
5.1 Kesimpulan ... 33
5.2 Saran ... 33
DAFTAR PUSTAKA ... 34
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Turbin HP dan LP 4
Gambar 2.2 Diagram T-S siklus rankine... 5
Gambar 2.3 Rangkaian Rankine Sederhana ... 6
Gambar 2.4 Boiler ... 8
Gambar 2.5 Turbin ... 9
Gambar 2.6 Generator... 10
Gambar 2.7 Kondensor ... 11
Gambar 2.8 Skema Konversi Energi………14
Gambar 3.1 Diagram Alir Flowchart ... 25
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kemajuan teknologi saat ini untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terus meningkat, Hampir setiap kegiatan yang dilakukan manusia menggunakan energi listrik sehingga mewajibkan pemerintah untuk membangun pembangkit listrik dengan memanfaatkan sumber daya yang ada. Salah satu pembangkit listrik yang dapat menyangga pemenuhan energi listrik di Indonesia berasal dari Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).
Dalam pengoperasian suatu pembangkit efisiensi pembangkit menjadi salah satu barometer yang sangat penting sebagai unjuk kerja dari pembangkit.
Nilai efisiensi yang tinggi menunjukkan unjuk kerja yang baik. Efisiensi PLTU sangat dipengaruhi oleh unjuk kerja dari penggerak mula (prime mover). Dalam skripsi ini penulis menganalisis hasil perhitungan unjuk kerja secara manual dari penggerak mula sebuah PLTU Labuhan Angin Sibolga. Perhitungan unjuk kerja manual akan difokuskan pada perhitungan efisiensi boiler. Dengan mengetahui unjuk kerja boiler maka kita dapat mengetahui efisiensi dari PLTU.
Pada pembangkit energi listrik tenaga uap menggunakan bahan bakar batubara, terjadi proses konversi energi kimia menjadi energi listrik. Dimana panas yang dihasilkan dari energi kimia digunakan memanaskan air yang ada pada boiler untuk menghasilkan uap. Uap tersebut digunakan untuk memutar turbin yang terkopel langsung dengan generator sehingga menghasilkan energi listrik
1.2. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari skripsi ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh kerja penggerak mula terhadap kerja generator.
2. Untuk mengetahui efisiensi PLTU dengan rugi rugi yang terjadi di boiler.
2 1.3. Tujuan Penelitian
Skripsi ini bertujuan untuk mengetahui secara singkat tentang PLTU batubara, serta mengetahui efisiensi pada PLTU Labuhan Angin dan juga sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
1.4. Batasan Masalah
Untuk menjaga agar pembahasan materi dalam skripsi ini lebih terarah dalam mencapai hasil yang diharapkan, maka penulis membuat beberapa batasan masalah yaitu:
1) Pengambilan data dilakukan di Unit 2 PLTU Labuhan Angin.
2) Menitiberatkan penghitungan efisiensi PLTU.
3) Pembahasan akan di fokuskan pada perhitungan menggunakan metode heat losses .
4) Tidak membahas pembangkit lain dan investasi biaya.
5) Tidak membahas komponen PLTU secara keseluruhan.
6) Bahan bakar yang digunakan PLTU Labuhan Angin adalah batubara coral rank coal.
7) Pengolahan data menggunakan software microsoft excel 2010.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari skripsi ini antara lain : 1) Sebagai referensi pengetahuan bagi penulis dan pembaca.
2) Sebagai referensi yang dapat digunakan sebagai masukan penelitian selanjutnya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) merupakan suatu pusat pembangkit tenaga listrik yang bekerja dengan menggunakan uap air sebagai fluida kerjanya, yaitu dengan memanfaatkan energi kinetik uap untuk menggerakan poros sudu- sudu turbin. Pada prinsipnya, menghasilkan listrik dengan sistem tenaga uap adalah dengan mengambil energi panas yang terkandung di dalam bahan bakar batubara yang terbakar didalam boiler untuk produksi uap, kemudian dipindahkan ke dalam turbin, kemudian turbin tersebut akan mengubah energi panas yang diterima menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak putar. Gerakan putar ini kemudian seporos dengan generator yang akhirnya dapat menghasilkan listrik.[1]
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 :
Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh permukaan
pemindah panas. Di dalam boiler, air ini mendapatkan panas dengan menyerap gas panas hasil pembakaran bahan bakar batubara, HSD serta udara sehingga berubah menjadi uap untuk memutar turbin.
Kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin HP (High Pressure), dan LP (Low Pressure) sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.
4
Gambar 2.1 Turbin HP dan LW
Dari gambar 2.1 dijelaskan bahwa, dengan menggunakan dua turbin uap (High Pressure dan Low Pressure) yang keduanya berada pada satu poros. Uap air yang keluar dari turbin High Pressure masuk kembali ke boiler untuk dipanaskan kembali menjadi uap superheat. Setelah itu uap air tersebut kembali masuk ke turbin uap Low Pressure. Dari turbin kedua ini uap air masuk ke kondensor.
Setelah air dikumpulkan dikondensor, air tersebut dialirkan kembali ke dalam pompa (pomp in) untuk dipanaskan kembali di boiler sehingga menghasilkan uap.
dan prinsip kerja nya terus berulang- ulang.[1]
Ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan megnet dalam kumparan, sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator.
Keempat, Uap bekas keluaran turbin masuk kedalam kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air kondensat.
Air kondensat hasil kondensiasi uap kemudian digunakan lagi sebagai air pengisian boiler.
2.2. Siklus Termal
Siklus merupakan rangkaian sebuah proses dimulai dari suatu tingkat kondisi yang akan kembali ke tingkat kondisi semula dan selalu berulang. Pada pembangkit tenaga uap, fluida yang mengalami proses-proses tersebut adalah air.
Air berfungsi sebagai fluida kerja. Air dalam siklus kerjanya mengalami proses- proses pemanasan, penguapan, ekspansi, pendinginan,dan kompresi. Siklus standar pembangkit tenaga uap adalah siklus Rankine. Pada siklus kerja PLTU digunakan adalah siklus tertutup yang dapat digambarkan dengan diagram T - s (Temperatur – entropi). Selain diagram T-s juga dikenal Mollier diagram (h - s diagram). Diagram h - s menggambarkan hubungan antara energi total (entalpi (h)) dengan entropi (s). Sama seperti diagram T - s, untuk setiap fluida memiliki diagram h - s yang tersendiri. Kedua diagram ini dapat digunakan untuk menghitung kinerja pembangkit listrik tenaga uap dengan menggunakan siklus Rankine. Siklus ini adalah penerapan siklus rankine ideal. [2]
Gambar 2.2 Diagram T-S siklus rankine.
Pada gambar 2.2 menunjukkan urutan kerja dari diagram T – s Siklus PLTU .
6
o a-b : Air dipompakan oleh pompa (dari tekanan P2 menjadi P1) sehingga mengalami kenaikan temperature dan tekanan. Proses ini terjadi di pompa air pengisi yang disebut kompresi isentropis.
o b-c : Air yang dipompakan ini selanjutnya dipanaskan sampai mencapai titik didihnya. Proses ini terjadi di LP heater, HP heater dan Economiser.
o c-d : Pada tahap ini terjadi proses penguapan secara isobar isotermis karena air yang berubah wujud menjadi uap jenuh.. Proses ini terjadi di boiler yaitu pada wall tube.
o d-e : Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheated vapour). Langkah ini terjadi di superheater boilerdengan proses isobar.
o e-f : Uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun.
Langkah ini adalah langkah ekspansi isentropis, dan terjadi didalam turbin.
o f-a : Pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air kondensat. Langkah ini adalah isobar isothermis, dan terjadi didalam kondensor.
Gambar 2.3 Rangkaian Rankine Sederhana
Pada gambar 2.3 menjelaskan proses sederhana yang berlangsung pada saat memanaskan air. Proses ini hampir sama dengan proses yang terjadi di dalam boiler pada unit pembangkit uap di PLTU.[2]
Adapun siklus rankine ideal sederhana terdiri dari : 1) Pompa boiler sebagai alat memompa air ke boiler.
2) Boiler sebagai tempat atau wadah pemanas air (menghasilkan uap) 3) Turbin uap sebagai alat mengubah uap menjadi kerja.
4) Kondensor sebagai alat pengembun uap.
2.3. Bagian Bagian Utama PLTU 1) Boiler
Boiler atau ketel uap adalah suatu alat berbentuk bejana tartutup yang digunakan untuk menghasilkan steam. Steam diperoleh dengan memanaskan bejana yang berisi air dengan bahan bakar. Boiler mengubah energi-energi kimia menjadi bentuk energi lain untuk menghasilkan kerja. Boiler dirancang untuk melakukan atau memindahkan kalor dari suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan bakar. Boiler berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkonversikan energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas.[1]
Spesifikasi boiler sebagai berikut:
Manufaktur : Foster Wheler Co.
Type : Circulating Fluidized Bed (CFB)
Capacity : 423 ton/hour
Steam temp : 542 °C
Steam pressure : 10,32 Mega pascal ( Mpa )
Fuel : Oil and Coal
8
Gambar 2.4 Boiler
Boiler (ketel uap) pada gambar 2.4, merupakan suatu bejana tertutup yang didalamnya berisi air untuk dipanaskan. Energi panas dari uap air keluaran boiler tersebut selanjutnya digunakan untuk berbagai macam keperluan, seperti untuk turbin uap, pemanasan ruangan, mesin uap, dan alin sebagainya. Secara proses konversi energi, boiler memiliki fungsi untuk mengkonversi energi kimia yang tersimpan di dalam bahan bakar menjadi energi panas yang tertransfer ke fluida kerja.
Panas yang diberikan kepada fluida di dalam boiler berasal dari proses pembakaran dengan berbagai macam jenis bahan bakar yang dapat digunakan, seperti kayu, batubara, solar/minyak bumi, dan gas. Dengan adanya kemajuan teknologi, energy nuklir pun juga digunakan sebagai sumber panas pada boiler.[1]
2) Turbin
Turbin adalah mesin penggerak, dimana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutar roda/poros turbin. pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi, melainkan gerak rotasi. Bagian turbin yang berputar biasa disebut dengan rotor, sedangkan bagian turbin yang berputar dinamai dengan istilah stator. Rotor terletak di dalam rumah turbin dan memutar generator. Penamaan turbin didasarkan pada jenis fluida yang mengalir di
dalamnya, apabila fluida kerjanya berupa uap maka turbin tersebut dinamakan turbin uap.[1]
Spesifikasi turbin sebagai berikut:
Manufaktur : Shanghai Turbine Co. LTD
Type : N115-9,32/537
Speed : 3000 RPM
No. extraction : 5
Rotation : Clock wise
Steam flow : 409,437 t/h
Gambar 2.5 Turbin
Gambar 2.5 merupakan struktur turbin uap yang dimana Turbin uap menggunakan media uap air sebagai fluida kerjanya. Prinsip dari turbin ini adalah untuk mengkonversi energi panas dari uap air menjadi energi gerak yang bermanfaat berupa rotor. Dimana uap yang masuk ke dalam turbin diexpansikan dalam pipa pancfar (nozzle) turbin dari tekanan uap yang masuk sebesar Pa (kg/cm), ketekanan tertentu sebesar Pa (kg/cm). akibat adanya penurunan tekanan uap tersebut, menyebabkan kenaikan kecepatan aliran uap yang memasuki pipa pancar dengan uap yang meninggalkan pipa pancar. Karena energi potensial uap sangat tergantung dari besar tekanan dan suhu.[1]
10 3) Generator
Generator berfungsi untuk mengkonversikan energi mekanik (putaran poros) dari turbin menjadi energi listrik dengan cara mengkopel turbin dengan generator.
Generator terdiri dari dua bagian yaitu rotor bagian yang bergerak dan stator bagian yang tidak bergerak (statis).[1]
Spesifikasi generator sebagai berikut:
Manufaktur : Shandong jinan power machinery
Rated power : 115 MW (nilai daya minimun)
Rated voltage : 13,8 kV
Rated current : 6014 A
Power factor : 0,8
Frekuensi : 50 Hz
Rated power : 143,75 MVA (nilai daya maximum)
Exciting current : 1341,6 A
Gambar 2.6.Generator
Gambar 2.6 merupakan generator yang digunakan pada proses siklus rankine yaitu dengan cara dikopel langsung dengan turbin, yang kemudian berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan, sehingga ketika turbin berputar yang menghasilkan energi listrik dari terminal output generator.[1]
4) Kondensor
Kondensor adalah bagian penting dari sebuah PLTU. Perangkat ini berfungsi mengembunkan uap yang telah meninggalkan turbin kembali menjadi air sehingga dapat digunakan kembali. Uap yang sudah dipakai kemudian didinginkan dalam kondensor sehingga dihasilkan air yang dialirkan kedalam boiler.[1]
Gambar 2.7. Kondensor
Pada gambar 2.7 kondensor bekerja dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa – pipa. Uap mengalir di luar pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin mengalir didalam pipa – pipa (tube side).
Kondensor seperti ini disebut kondensor tipe surface (permukaan). Kebutuhan air untuk pendinginan di kondensor sangat besar sehingga dalam perencanan biasanya diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup persediannya, yaitu dari danau, sungai, atau laut, dimana posisi kondensor umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi.[1]
Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin, kebersihan pipa – pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air pendingin. Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh, dalam hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperature air pendingin sama dengan tempertur air pendingin sama dengan temperatur air kondensatnya maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas
12 2.4. Bahan Bakar Batubara
Batubara merupakan bahan baku pembangkit energi listrik yang pada umumnya digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga uap.
Batubara dibedakan berdasarkan nilai kalor serta lama proses pembentukannya.
Pengelompokan ini menunjukkan kualitas batubara yang akan membedakan nilai ekonomis serta kegunaan batubara tersebut. Terdapat empat jenis batubara mulai dari kualitas rendah hingga tinggi, yaitu: lignit, sub-bituminous, bituminous, dan antrasit.[3]
Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan
(luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur Karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%. Nilai kalor batubara jenis ini lebih dari 6900 kcal/kg.
Bituminous mengandung 68 - 86% unsur Karbon (C) dan berkadar air 8-
10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Indonesia, tersebar di pulau sumatera, kalimantan dan Sulawesi, biasa digunakan untuk proses pemanasan. Bituminous memiliki nilai kalor 5700 kcal/kg hingga 6900 kcal/kg.
Sub-bituminus mengandung sedikit Karbon dan banyak air, dan oleh
karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminous. Batubara sub-bituminous memiliki nilai kalor 4166 kcal /kg hingga 5700 kcal/kg.
Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang
mengandung air 35-75% dari beratnya. Lignit atau sering disebut sebagai brown coal. Batubara ini merupakan batubara kelas rendah dengan nilai kalor kurang dari 4165 kcal/kg.
Dari segi kualitas, batubara yang sudah dicuci (washing) yang di kecilkan
ukuran butirannya (crushing) kemudian dibakar dan menyisakan abu. Pengotor ini merupakan pengotor bawaan pada saat pembentukan batubara, pengotor tersebut dapat berupa gipsum (CaSO42H2O), anhidrit (CaSO4), pirit (FeS2), silika (SiO2) dapat pula berbentuk tulang-tulang binatang (diketahui dari senyawa-senyawa fosfor dari analisis abu). Pengotor bawaan ini tidak mungkin dihilangkan sama sekali, tetapi dapat dikurangi dengan cara pembersihan. Proses ini dikenal dengan tenologi batubara bersih.[3]
Komposisi kimiawi batubara berpengaruh kuat pada daya pembakarannya.
Sifat-sifat batubara secara luas diklasifikasikan kedalam sifat fisik dan sifat kimia.
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.[3]
2.5. Konversi Energi
Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energy listrik adalah bahan bakar. Bahan bakar yang digunakan adalah batu bara.
Konversi energy tingkat pertama yang berlangsung 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 ke dalam air yang ada dalam 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 yang dikonversikan menjadi energi mekanis penggerak generator, dan akhirnya energy mekanik dari turbin uap ini dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator.[4]
Proses dan tempat berlangsung nya konversi energi PLTU di gambarkan sebagai berikut:
14
Gambar 2.8 Skema konversi energy di PLTU
Gambar 2.8 menjelaskan proses terjadinya konversi energi, yang dimana perubahan energi kimia menjadi energi panas terjadi di burner tempat pembakaran bahan bakar batubara, yang kemudian dari pembakaran bahan bakar tersebut menimbulkan panas yang digunakan untuk memanaskan air yang ada didalam boiler sehingga terjadi nya konversi energi panas menjadi energi uap, uap yang ditimbulkan dari pemanasan diboiler ini lah yang akan menggerak kan turbin yang terkopel langsung dengan generator sehingga menghasilkan energi listrik.
2.5.1 Konversi Energi Kimia Menjadi Panas
Proses konversi energi kimia menjadi energi panas, terjadi saat pembakaran batubara di Burner. batubara setelah dibawa ke lokasi pembangkit, biasanya disimpan terlebih dahulu. Dari tempat penyimpanan, batubara dibawa melalui conveyor (pengangkut), kemudian diisikan ketempat penampungan sementara (coal bunker). penampung sementara batubara dan alat penggiling (pulverizer) dihubungkan dengan pengisi batubara (coal feeder) yang mengatur aliran batubara untuk dihancurkan.[4]
Kemudian batubara di hancurkan dalam pulverizer sampe menjadi bubuk, bubuk hasil penggilingan kemudian ditiupkan ke boiler dengan udara panas
ENERGI KIMIA
ENERGI PANAS
ENERGI UAP
ENERGI MEKANIK
ENERGI LISTRIK
BURNER
BOILER
TURBIN
GENERATOR
primer (primery air) dari kipas udara primer (primery air fan). Batubara yang dihancurkan terlebih dahulu memiliki keuntungan, antara lain Excess air yang rendah, tenaga pengipas yang lebih kecil, efisiensi pemanas lebih tinggi, respon yang lebih cepat pada perubahan beban, loss yang lebih kecil, pembakaran lebih mudah dan kemampuan membangkitkan energi lebih besar.[4]
Di dalam ruang bakar, terdapat udara panas sekunder (secondary air) yang disuplay oleh kipas udara bertekanan (forced drafi fan). Udara yang panas dan bubuk batubara bereaksi sehingga terjadi pembakaran yang menghasilkan gas.
Dalam pembakaran harus terpenuhi beberapa kondisi antara lain temperatur api yang tinggi, pencampuran udara dan bahan bakar, perbandingan yang benar antara bahan bakar dan udara, dan waktu yang cukup untuk pembakaran yang sempurna.
Gas yang dihasilkan akan dialirkan melewati pipa pipa penguapan (downcomers, headers, risers) superheater, re-heater, economizer, dan akhirnya keluar dari boiler melalui cerobong (stack).[4]
2.5.2 Konversi Energi Panas Menjadi Energi Uap
Boiler adalah alat untuk menghasilkan uap air, yang akan digunakan untuk pemanasan atau tenaga gerak. Boiler merupakan bagian terpenting dari penemuan mesin uap yang merupakan pemicu lahirnya revolusi industry. Boiler merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menghasilkan steam (uap) dalam berbagai keperluan. Air di dalam boiler dipanaskan oleh panas dari hasil pembakaran bahan bakar sehingga terjadi perpindahan panas dari sumber panas tersebut ke air yang mengakibatkan air tersebut menjadi panas atau berubah wujud menjadi uap.
Kemudian uap tersebut dipanaskan lebih lanjut dengan superheater,agar dihasilkan uap kering dengan nilai entalphi yang cukup untuk memutar turbin tekanan tinggi.[4]
Komponen utama dari boiler adalah:
1) Steam Drum
Stream drum pada boiler berfungsi sebagai reservoir air dan uap air, dan juga berfungsi memisahkan uap air dengan air pada proses pembentukan uap
16 2) Boiler Feed Pump(BPF)
Alat yang digunakan untuk mengalirkan atau mensuplai air ke steam drum yang kemudian dipanaskan.
3) Economizer
Komponen yang digunakan untuk memanaskan air sebelum masuk ke steam drum. Panas yang digunakan oleh economizer berasal dari panas gas buang hasil pembakaran.
4) Tube
Alat ini berfungsi untuk mengubah fasa cair menjadi fasa uap, pipa ini bersifat konduktor panas yang baik, agar perpindahan panas dari proses pembakaran ke air / uap air bisa efektif.
5) Primery Super Heater
Digunakan untuk memanaskan uap dari steam drum untuk menghasilkan uap kering.
6) Second Super Heater
Pemanas uap lanjut. Untuk memutar turbin tekanan tinggi (HP-Turbine).
7) Re-Heater
Untuk memanaskan ulang uap dengan memanfaatkan gas hasil pembakaran yang masih relative tinggi.
2.5.3 Konversi Energi Uap Menjadi Energi Mekanik
Konversi energi uap menjadi energi mekanik terjadi di turbin, energi kinetik dari uap, yang menyerap gas hasil pembakaran di boiler, yang akan digunakan untuk memutar turbin. Sedangkan, konversi energi menjadi energi mekanik pada saat uap tersebut memutar turbin.[4]
Komponen utama turbin :
1) Balace Piston
Alat ini sering disebut piston nya turbin uap, yang dimana alat ini berfungsi sebagai mengompensasikan beberapa gaya aksial yang ditimbulkan karna aliran uap yang ada pada mesin turbin uap.
2) Bearing
Kompenen ini berfungsi untuk mengurangi potensi gesekan antar poros yang terjadi, biasanya gesekan yang terjadi antara bagian poros dengan stator yang akan menimbulkan gangguan yang tak diinginkan.
3) Hydrolic Turning Gear
Komponen ini berfungsi untuk memutar rotor turbin mulai dari start awal sampai keadaan shut down.
4) Control Valve
Fungsi dari komponen ini adalah sebagai pengontrol uap air yang masuk berdasarkan dengan daya yang ada.
5) Stop Valve
Komponen ini penting karena kemampuaan nya yang menahan turbin dari uap turbin yang masuk ke uap turbin ini, dan juga dikarenakan kemampuan nya yang dapat memberhentikan supply uap air yang masuk apabila terjadi hal yang tidak di inginkan.
2.6. Masalah Utama Dalam Pembangkitan Tenaga Listrik
Penyediaan Air Pendingin
PLTU merupakan pembangkit yang memerlukan air pendingin yang banyak, PLTU dengan daya yang terpasang diatas 25 MW banyak dibangun di daerah tepi pantai karena membutuhkan air pendingindalam jumlah besar, sehingga pusat pembangkit listrik ini dapat menggunakan air laut sebagai air pendingin.[5]
Masalah Limbah
PLTU batubara menghasilkan limbah berupa abu batu bara dan asap yang mengandung gas , , NO. Semua PLTU mempunyai limbah dari air ketel (blow down).[5]
Masalah Kebisingan
PLTU sendiri menimbulkan suara yang keras yang merupakan kebisingan bagi masyarakat yang bertempat tinggal sekitar pembangkit. Tingkat kebisingan harus dijaga agar tidak melampui standart yang berlaku yaitu
18
Tahun 1996 tentang batas kebisingan maksimum pada berbagai area kota.[5]
Pemeliharaan
Pemeliharaan peralatan dilakukan untuk:
1) Mempertahankan efisiensi 2) Mempertahankan keandalan 3) Mempertahankan umur ekonomis
2.7. Kendala-kendala Operasi pada PLTU
PLTU dalam sistem yang relatif besar (yang daya terpasang nya diatas 1000 MW) pada umumnya merupakan pusat listrik yang dominan baik secara teknis operasional maupun ditinjau dari segi biaya ekonomis.
Dari segi operasionil PLTU paling banyak kendala khususnya dalam kondisi dinamis. Hal ini disebabkan banyak nya komponen dalam PLTU yang harus diatur. Pembangkit yang mempunyai kapasitas terpasang diatas 100 MW(PLTU Labuhan Angin Sibolga) pada umumnya memakai sistem reheat (pemanasan ulang).[6]
Kendala operasi yang terdapat pada PLTU adalah:
Starting time (waktu yang diperlukan untuk men-start) yang relatif lama, bisa mencapai 6 sampai 8 jam apabila start dilakukan dalam keadaan dingin.
Perubahan daya yang terbatas.
Hal ini disebabkan karena proses start maupun perubahan daya dalam PLTU dan juga karena perubahan suhu yang selanjut nya menyebabkan pemuaian atau pengkerutan. Pemuaian atau pengkerutan sedapat mungkin harus berlangsung merata dan tidak terlalu cepat untuk menghindarkan tegangan mekanis maupun pergeseran antara bagian-bagian yang berputar dan bagian-bagian yang statis misalnya antara rotor dan stator. Untuk meratakan suhu terutama pada PLTU yang besar (yang mempunyai sistem reheat) diperlukan waktu relatif lama, oleh karena nya timbul kendala-kendala seperti diatas.[6]
2.8. Heat Losses
Metode heat losses sering disebut juga output method atau energy balance method. Metode ini lebih sulit tapi memiliki akurasi yang lebih baik. Metode ini memerlukan banyak pengukuran proses konversi energy serta losses yang timbul pada masing masing bagian pembangkit, selanjutnya dilakukan proses yang rumit, Metode ini akan mengukur masing masing komponen dan losses yang terjadi di boiler.[7]
Heat losses yang terjadi pada boiler:
1) Kerugian panas gas buang (FGL) 2) Kerugian kebasahan (ML)
3) Kerugian kebasahan pembakaran hydrogen (HL) 4) Kerugian pembakaran tak sempurna (ICL) 5) Kerugian karbon tak terbakar (UCL) 6) Kerugian akibat radiasi (RL)
2.9. Unjuk Kerja Boiler
Dalam perhitungan ini digunakan metode Heat Losses untuk menghitung kerugian pada proses konversi sebagai berikut:[7]
1) Kerugian pada konversi energi kimia menjadi energi panas 2) Kerugian pada konversi energi panas menjadi energi uap
2.9.1. Kerugian Pada Proses Konversi Energi Kimia Menjadi Energi Panas Perhitungan dengan metode ini menggunakan data-data yang akurat dan lengkap untuk menentukan losses yang terjadi. Berikut data-data yang perlukan dalam perhitungan ini antara lain:
Nilai pembakaran bahan bakar adalah jumlah energi masukan ke boiler yaitu nilai HHV batubara dikalikan dengan massa batubara yang dipakai. Pada konversi energi kimia menjadi energi panas terdapat beberapa kerugian yaitu kerugian gas buang (FGL), kerugian kebasahan (ML), kerugian akibat kebasahan pembakaran (HL), kerugian pembakaran tak sempurna (ICL), kerugian karbon tak terbakar (UBL), kerugian akibat radiasi (RL).[8]
20 Total kerugian = FGL+ ML+ HL+ ICL+ UCL+ RL Efisiensi pembakaran adalah
= (1- )
x 100% ………….……2.1Dimana :
=
Efisiensi pembakaran batubara (btu/Ib) FGL = Kerugian panas gas buang (btu/Ib) ML = Kerugian kebasahan (btu/Ib)HL = Kerugian akibat kebasahan pembakaran (btu/Ib) ICL = Kerugian pembakaran tak sempurna (btu/Ib) UCL = Kerugian karbon tak terbakar (btu/Ib) RL = Kerugian akibat radiasi (btu/Ib) HHV = Nilai panas (btu/Ib)
Sedangkan kerugian pada saat konversi energi panas menjadi energi uap terjadi saat perpindahan panas gas pembakaran air yang terjadi di boiler sehingga menghasil kan uap.[8]
2.9.1.1. Kerugian Panas Gas Buang (FGL)
Kerugian panas gas buang adalah rugi-rugi yang diakibatkan oleh panas yang terbuang bersama gas buang yang dihasilkan.[8]
Adapun untuk perhitungan rugi-rugi ini, digunakan rumus persamaan 2.2:
FGL= ( ) x ………2.2
Dimana:
FGL = Kerugian panas gas buang (btu/Ib) = Berat gas buang (Lb)
= Temperatur gas saat keluar (ºF) = Temperatur gas saat masuk (ºF)
= Panas jenis gas buang
= 0,24 btu/Ib/ºF (dianggap sama dengan udara.
CO2 = Persentase CO2 dalam gas buang (%) O2 = Persentase O2 dalam gas buang (%) CO = Persentase CO dalam gas buang (%) N2 = Persentase N dalam gas buang (%)
(Sumber: PT. PLTU. Petunjuk Perhitungan Efisiensi, Tidak diterbitkan) 2.9.1.2. Kerugian Kebasahan (ML)
Kerugian ini disebabkan karna adanya kebasahan di dalam bahan bakar.
Adapun rumus yang digunakan dalam perhitungan ini adalah:
ML= M ( - )………...…2.3
Dimana :
ML = Kerugian kebasahan (Btu/Ib) M = Kebasahan dalam bahan bakar (%)
= Entalpi gas saat keluar (Btu/Ib)
= Entalpi gas saat masuk (Btu/Ib)
(Sumber: PT. PLTU. Petunjuk Perhitungan Efisiensi, Tidak diterbitkan) 2.9.1.3. Kerugian Kebasahan Pembakaran Hidrogen (HL)
Kerugian ini adalah kerugian yang ditimbulkan karna adanya kebasahan akibat pembakaran hidrogen. Seperti yang diketahui, pembakaran hidrogen ( ) akan menghasilkan air ( O). Rumus yang digunakan adalah
HL = 9H ( - ) ………...…2.4
Dimana:
HL = Hidrogen Losses (Btu/Ib)
22
(Sumber: PT. PLTU. Petunjuk Perhitungan Efisiensi, Tidak diterbitkan) 2.9.1.4. Kerugian Pembakaran Tak Sempurna (ICL)
Kerugian pembakaran tak sempurna adalah kerugian yang disebabkan terbentuk nya karbon monoksida sebagai hasil pembakaran, bukan karbon dioksida. Rumus untuk menghitung kerugian ini adalah:
ICL = x C x 10.140 ………..2.5
Dimana:
ICL = Kerugian pembakaran tak sempurna (Btu/Ib) CO = Persentase CO dalam gas buangan (%)
= Persentase dalam gas buangan (%) C = Persentase karbon dalam bahan bakar (%)
10.140 = Nilai panas pembakaran menghasilkan CO (Btu/Ib) (Sumber: PT. PLTU. Petunjuk Perhitungan Efisiensi, Tidak diterbitkan) 2.9.1.5. Kerugian Karbon Tak Terbakar (UCL)
Kerugian ini adalah kerugian ketel disebabkan masih adanya karbon yang tersisa didalam gas buang. Rumus untuk menghitung kerugian diatas adalah:
UCL = A x x 14.450 ………2.6
Dimana:
UCL = Kerugian karbon tak terbakar (Btu/Ib)
A = Persentase abu dari pembakaran 1 lb batubara (%)
= Persentase karbon hasil pembakaran abu (%)
(Sumber: PT. PLTU. Petunjuk Perhitungan Efisiensi, Tidak diterbitkan) 2.9.1.6. Kerugian Akibat Radiasi (RL)
Kerugian ini terjadi akibat adanya proses radiasi selama proses pembakaran diboiler. Besarnya nilai losses ini tidak dihitung secara manual, namun ditentukan oleh pabrikan nya.
(Sumber: PT. PLTU. Petunjuk Perhitungan Efisiensi, Tidak diterbitkan)
2.9.2. Kerugian Pada Proses Konversi Energi Panas Menjadi Energi Uap Kerugian ini didefenisikan sebagai kerugian panas bocor di boiler.
Kerugian ini diakibatkan pada saat terjadi perpindahan panas dari panas gas pembakaran ke air pada pipa di boiler. Besar nya kerugian dihitung dengan mengurangi jumlah panas yang dihasilkan pada pembakaran batubara dengan panas uap yang masuk ke turbin.
(Sumber: PT. PLTU. Petunjuk Perhitungan Efisiensi, Tidak diterbitkan)
24
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan setelah seminar proposal dilaksanakan pada tanggal 3-5 Januari 2018 dan bertempat di PLTU Labuhan Angin Sibolga Unit 2.
3.2. Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah data dari Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Labuhan Angin Sibolga unit 2. Peralatan yang di gunakan adalah laptop, kalkulator, buku panduan perhitungan efisiensi dan software Ms.Eexcel.
3.3. Pelaksanaan Penelitian
Dalam melaksanakan penelitian, dibutuhkan pengumpulan data yang dibutuhkan terlebih dahulu. Data yang diperoleh selanjutnya diolah dan disimulasikan menggunakan software Ms. Excel untuk mendapatkan nilai efisiensi, heat losses, dan grafik.
3.4. Variabel Yang Diamati
Variabel - variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:
Kerugian panas gas buang (FGL)
Kerugian kebasahan (ML)
Kerugian kebasahan pembakaran hydrogen (HL)
Kerugian pembakaran tak sempurna (ICL)
Kerugian karbon tak terbakar (UBL)
Kerugian akibat radiasi (RL)
3.5. Prosedur Penelitian
Pembuat pernyataan, berdasarkan diagram alir flowchart, teknik perhitungan dan pengolahan data dapat dilihat pada gambar 3.1 :
Gambar 3.1 Diagram Alir Flowcahart
Berikut ini langkah-langkah penelitian skripsi ;
Melakukan pengumpulan data yang dibutuh kan dalam penelitian, yang meliputi: Data perhitungan bahan bakar pada boiler.
Data yang telah dikumpul kan tersebut kemudian diolah dan dilakukan perhitungan untuk nilai konsumsi bahan bakar.
Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mendapat kan nilai FGL, ML, HL, ICL,UBL, RL.
26
Selanjutnya jika ingin melakukan perhitungan kembali kita masukkan data perhitungan bahan bakar pada boiler yang kemudian kita olah sehingga di didapatkan kembali nilai FGL, ML, HL, ICL, UBL, RL.
Setelah nilai nilai tersebut didapatkan maka dilanjutkan ke hasil dan pembahasan yaitu penarikan kesimpulan dan saran dari hasil penelitian skripsi.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan dilakukan pada proses konversi di boiler. Dalam perhitungan, data diperoleh dari hasil pengamatan langsung pada PLTU Labuhan Angin Sibolga Unit 2 pada tanggal 11 oktober 2017.
4.1 Unjuk Kerja Boiler
4.1.1 Kerugian Proses Konversi Energi Kimia Menjadi Energi Panas
Metode yang digunakan adalah metode heat losses seperti yang telah dibahas di BAB II, Yaitu dengan menghitung rugi- rugi yang terjadi di boiler. Dan untuk mencari nilai dari efisiensi boiler tersebut dengan mengurangkan nilai HHV dengan total kerugian.
Adapun data-data yang diperlukan pada perhitungan :
Table 4.1 data perhitungan bahan bakar pada boiler
No Data Pengamatan Satuan
1 Analisa Bahan Bakar (Fuel Analysis)
Abu (Ash) 5,33 %
Karbon Tetap (Fixed Carbon) 0,9 %
Sulphur (S) 0,35 %
Kandungan Air (MF) 30,25 %
Zat Mudah Menguap (MV) 44,93 %
Karbon (C) 58,9 %
Hidrogen (H) 3,6 %
Nilai Panas Batu Bara (HHV) 8586 Btu/Lb 4773,19 Kkal/Kg 2 Analisa Gas Buang (Flue Gasses Analysis)
Karbon dioksida ( ) 15,92 %
Karbon monoksida (CO) 0,00306 %
3,9 %
28
Dari Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa nilai – nilai data yang terkandung dalam proses pembakaran bahan bakar di PLTU Labuhan Angin .
4.1.2. Kerugian panas gas buang
Dihitung berdasarkan table 4.1 dengan penyelesaian menggunakan rumus:
FGL = ( ) x
= 4
Nitrogen (N) 0,92 %
3 Analisa karbon tak terbakar
Karbon di gas buang Tdk tersedia
Karbon di hopper ruang bakar Tdk tersedia Karbon di hopper economizer Tdk tersedia
Karbon dipemanas udara Tdk tersedia
Karbon di EP Hopper Tdk tersedia
4 Panas Jenis Gas Buang
Temp gas buang ( Out) 137
278.6
Entalpi Gas ( ) 426,45 Kkal/kg
767,09 Btu/ib
Temperatur udara ( ) 42,6
108,68 Entalpi udara T = T ( ) 42,88 Kkal/kg
77,13 Btu/ib
= 4
= [4,338 0,59 ] 4 = 10,24
Sehingga FGL- nya adalah sebesar : Fo = Co x 1.8 + 32
Fo = 137o C x 1.8 + 32 Fo = 278.6
FGL = 10,24 0,24 (278,6 – 108,68) = 2,45 (169,92)
= 417,25 Btu/Lb
4.1.3. Kerugian Kebasahan (ML)
Untuk mendapatkan nilai kerugian kebasahan di gunakan rumus sebagai berikut:
ML= M ( - ) H = U + pV
Dimana, konversi energi satuan 1 kal/gram = 4148 J/Kg
1 Btu/lb = 2326 J/Kg
Dengan menggunakan data pada table IV.1, maka kerugian yang terjadi karena kebasahan pada bahan bakar diperoleh :
Hv = 767.09 Btu/Lb
30 Hw = 77,13 Btu/Lb
ML = (767,09- 77,13)
= 0,3025 (689,96)
= 208,71 Btu/Lb
4.1.4 Kerugian Kebasahan Pembakaran Hidrogen (HL) Dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:
HL = 9H ( - )
Dengan menggunakan data yang ada pada table IV.1 maka besar nya kerugian panas yang terjadi karena adanya kandungan air akibat pembakaran oksigen diperoleh sebesar:
HL = 9 (767,09- 77,13) = 9 (689,96)
= 223,54 Btu/Lb
4.1.5. Kerugian Pembakaran Tak Sempurna (ICL) Dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:
ICL = x C x 10.140
Dengan menggunakan data – data pada table IV.1 maka besar nya kerugian panas yang terjadi karena terbentuk nya CO sebagai hasil pembakaran adalah sebesar:
ICL = x C x 10.140
= 58,9 10,140
= 0 Btu/Lb
4.1.6 Kerugian Karbon Tak Terbakar (UCL) Dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:
UCL = A x x 14.450 Sehingga:
UCL = 0,053 0,02 14,450
= 15,3 Btu/Lb
4.1.7 Kerugian Radiasi (RL)
Kerugian adanya radiasi dan kerugian tak terhitung sudah ditentukan oleh pabrik pembuat nya sebesar 0,41%.
Sehingga efisiensi boiler adalah sebagai berikut:
= (1- )
x 100%=
100%=
81, 89 0,41 = 81,48%Total rugi rugi yang terjadi diboiler = 100% 81,48% = 18,52%
Dari perhitungan didapat kan bahwa nilai efisiensi dari boiler PLTU Labuhan Angin Sibolga unit 2 sebesar 81,48%, yang berarti adanya kerugian sebesar 18,52%. nilai efisiensi boiler hasil perhitungan lebih kecil yang ditentukan desain sebesar 88%. Di PLTU Labuhan Angin unit 2 sendiri menggunakan boiler untuk batu bara dengan nilai kalor 5000 Kkal/kg, sedangkan data menunjukkan nilai kalor 4773.19 Kkal/kg. nilai ini dikategorikan rendah yang tentunya membutuhkan daya yang lebih besar untuk membangkitkan daya 115 MW.
Selain nilai kalor batu bara, seperti dalam perhitungan besar nilai sulphur, abu, hidrogen, carbon, dan lain-lain ikut menentukan besar rugi-rugi yang terjadi pada boiler, kandungan sulphur yang pada data menunjukkan nilai 0,35%
menunjukkan nilai sulphur yang terdapat pada PLTU Labuhan Angin lebih kecil
32
kerja sulphur tidak berpengauh penting terhadap efisiensi, namun apabila kandungan sulphurnya cukup besar, hasil pembakarannya menghasil kan dan bersifat korosif yang dapat merusak dinding-dinding pipa pada boiler.
Persentase hidrogen ( ) sesuai spesifikasi 2,7 – 3,9 %, didata menunjuk kan memiliki nilai sebesar 3,6 %, nilai ini sesuai dengan spesifikasi dan termasuk dalam kategori baik, namun apabila nilai dari melebihi nilai spesifikasi akan menyebabkan penyerapan panas yang cukup tinggi karena kandungan air yang terdapat di batu bara dan air hasil pembakaran yang cukup besar. Dengan kata lain panas yang seharusnya digunakan untuk memanaskan air ada yang terserap karna adanya air di boiler.
Besarnya rugi-rugi radiasi sudah ditentukan pabrikan (0,41 %), namun rugi- rugi panas akibat radiasi akan semakin besar, apabila proses radiasi didalam boiler berlangsung tidak baik, hal ini akan menyebabkan rusak nya peralatan.
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan analisa mengenai pengaruh kerja penggerak mula terhadap kerja generator menggunakan metode heat losses, penulis akan menyimpulkan isi dan inti sari dan menjawab tujuan yang dilakukannya penelitian ini. Beberapa kesimpulan yang dapat diambil adalah:
1) Dari perhitungan didapat nilai:
FGL 417,25 Btu/Lb
ML 208,17 Btu/Lb
HL 223,54 Btu/Lb
UBL 15,3 Btu/Lb
RL 0,41 %.
2) Nilai efisiensi boiler boiler sebesar 81,48 %. Hal ini dikarenakan tinggi nya persentase H yang terkandung dalam pembakaran bahan bakar
3) Besar nya kerugian pada proses konversi energi kimia menjadi energi panas yaitu sebesar 18,52 %.
4) Nilai efisiensi boiler hasil perhitungan lebih kecil dari pada nilai efisiensi yang ditentukan desain sebesar 88%
5) Kandungan shulpur pada PLTU Labuhan Angin menunjukkan nilai 0,35%
lebih kecil dari pada nilai spesifikasi 0,4 – 0,9%
6) Heat losses berbanding terbalik terhadap efisiensi, apabila heat losses semakin besar maka efisiensi semakin rendah.
5.1 Saran
Saran penulis untuk pengembangan penelitian lebih lanjut untuk kedepan nya:
1) Perhitungan heat losses dan efisiensi sebaiknya di dilakukan secara berkala.
34
2) maintenance harus dilakukan secara berkala agar setiap unit peralatan dalam kondisi baik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Kadir, Abdul. 1996. Pembangkit Tenaga Listrik. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.
[2] Reynolds, C William, Henry C dan Filino Harahap. 1994. Termodinamika Teknik. Jakarta: Penerbit Erlangga.
[3] Amiral Aziz dan Andi Rinaldi Hasan. 2015. Evaluasi dan Efisiensi Suatu PLTU Dengan Menggunakan Batubara Yang Berbeda Dari Spesifikasi Design. Pusat Teknologi Konversi dan Konservasi Energi Badan Pengkajian dan PenerapanTeknologi (BPPT).
[4] Archie W, Culp, Jr dan Ir. Darwin Sitompul.1989. Prinsip – prinsip Konversi Energi. Jakarta: Penerbit Erlangga.
[5] Djiteng Marsudi. 2011. Pembangkitan Energi Listrik Edisi Kedua, Penerbit Erlangga.
[6] Djiteng Marsudi. 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Graha Ilmu [7] Saadat, Hadi. 1999. Power System Analysis. Mc Graw Hill Inc, Singapore [8] PT. PLTU
Petunjuk Perhitungan Efisiensi, Tidak diterbitkan.
