DASAR TEORI PLTU
DASAR TEORI PLTU
Pemb
Pembangkangkit it listrlistrik ik tenatenaga ga uapuap ((PLTUPLTU) ) adaadalah lah pempembanbangkigkit t yanyang g menmengangandalkdalkanan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga listrik jenis ini adalah Generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untu
bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untuk start up aal.k start up aal. Proses kon!ersi energi pada P"#$ berlangsung melalui % tahapan& yaitu '
Proses kon!ersi energi pada P"#$ berlangsung melalui % tahapan& yaitu ' •
• Pertama& energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk Pertama& energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi.
uap bertekanan dan temperatur tinggi. •
• edua& energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.edua& energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. •
• etiga& energi mekanik diubah menjadi energi listrik.etiga& energi mekanik diubah menjadi energi listrik.
Gambar '
Gambar ' Proses on!ersi nergi Pada Proses on!ersi nergi Pada P"#P"#$$
P"#$ menggunakan *luida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. +iklus P"#$ menggunakan *luida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. +iklus tertutu
tertutup p artinyartinya a mengmenggunakgunakan an *luid*luida a yang sama yang sama secara secara berulberulang,ulang,ulang. ang. $ruta$rutan n sirkulsirkulasinyasinyaa secara singkat adalah sebagai berikut '
secara singkat adalah sebagai berikut ' •
• PePertrtamama a aiair r didiisiisikakan n ke ke boboileiler r hihingngga ga memengngisisi i pepenunuh h selselururuh uh luluas as pepermrmukukaaaann pemindah
pemindah panas. panas. -idalam -idalam boiler boiler air air ini ini dipanaskan dipanaskan dengan dengan gas gas panas panas hasil hasil pembakaranpembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah m
bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap.enjadi uap. •
• edua& uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkanedua& uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya
untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.mekanik berupa putaran.
•
• dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan& sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator
• eempat& $ap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air yang disebut air kondensat. ir kondensat
hasil kondensasi uap kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi boiler.
PRINSIP KERJA PLTU
Prinsip kerja dari P"#$ yaitu berdasarkan siklus rankime& +iklus ankine adalah sebuah siklus yang mengkon!ersi energi panas menjadi kerja / energi gerak. -ikembangkan oleh 0illiam 1ohn Mac2uorn ankine pada abad ke,34 dan sejak saat itu banyak diaplikasikan pada mesin,mesin uap. +aat ini& siklus rankine digunakan pada pembangkit, pembangkit listrik dan memproduksi 456 listrik dunia.
Gambar ' -iagram #,+
Proses yang tera!i "
a# Proses $ % & ' ( % D # a!ala) proses kompresi isentropik atau kera pompa
Fluida kerja / air dipompa dari tekanan rendah ke tinggi& dan pada proses ini *luida kerja masih ber*ase cair sehingga pompa tidak membutuhkan input tenaga yang terlalu besar. Proses ini dinamakan proses kompresi,7sentropik karena saat dipompa& secara
ideal tidak ada perubahan ntropy yang terjadi. Persamaan '
b# Proses & % * ' D % + # a!ala) a!ala) proses penamba)an panas pa!a tekanan konstan !alam ketel uap
ir bertekanan tinggi tersebut masuk ke Boiler untuk mengalami proses selanjutnya& yaitu dipanaskan secara 7sobarik (tekanan konstan). +umber panas didapatkan dari luar seperti pembakaran batubara& solar& atau juga reaksi nuklir. -i Boiler air mengalami perubahan *ase dari cair& campuran cair dan uap& serta 3556 uap kering.
Persamaan '
,#
Proses * % - ' + % . # a!ala) proses kera ekspansi isentropi, atau kera keluaran turbinProses ini terjadi pada #urbin $ap. $ap air kering dari Boiler masuk ke #urbin dan mengalami proses ekspansi secara isentropik. nergi yang tersimpan di dalam uap air dikon!ersi menjadi energi gerak pada #urbin.
Persamaan '
d) Proses - % $ ' . % ( # a!ala) proses pelepasan panas pa!a tekanan konstan !alam kon!ensor
$ap air yang keluar dari #urbin $ap masuk ke Condenser dan mengalami
kondensasi secara 7sobarik. $ap air diubah *asenya menjadi cair kembali sehingga dapat digunakan kembali pada proses siklus.
Persamaan '
Si/at0si/at Uap Air
Pembangkit "istrik #enaga $ap menggunakan media air untuk mengkon!ersikan energi kimia yang dimiliki batubara& menjadi energi listrik pada akhir proses. $ntuk menciptakan uap air kering dengan temperatur tinggi& panas harus terus diberikan ke air meleati tiga *ase' *ase cair& *ase campuran cair dengan uap& dan *ase uap saja.
8ilai energi panas di tiap,tiap nilai tekanan dan temperatur sudah dibuat oleh para ahli dan telah disusun menjadi tabel uap air (steam tables). -engan menggunakan steam table ini kita dapat menentukan entalpi spesi*ik (jumlah energi panas yang dimiliki oleh uap air pada tiap kilogram nya)& entropi spesi*ik (bilangan abstrak yang menunjukkan peningkatan atau penurunan dari panas yang diberikan atau ditolak pada suatu benda)& dan !olume spesi*iknya.
pabila kita memberikan energi panas ke air& maka hal ini disebut 9entalpi spesi*ik dari saturasi cair (the spesi*ic enthalpy o* the saturated li2uid):& yang kita lebih mengenalnya dengan istilah panas sensibel. 1ika kita terus menambahkan panas& temperatur akan terus naik (pada tekanan tertentu)& dan apabila diteruskan temperatur akan berhenti naik dan air akan mulai menguap. 8ilai entalpi pada titik ini ditunjukkan di steam table dengan simbol 9h*:.
1ika panas terus ditambahkan& air akan terus menguap& sampai semua air berubah *ase menjadi uap air. 8ilai energi panas pada proses ini dinamakan 9kenaikan entalpi pada proses e!aporasi (the increment o* enthalpy *or e!aporation):& kita mengenalnya dengan istilah panas laten. 8ilai dari entalpi ini ditunjukkan dengan simbol 9h*g: pada steam table. Pada titik ini berarti kita telah memberikan energi panas melalui dua *ase& nilainya dinamakan 9entalpi spesi*ik pada uap saturasi (the spesi*ic enthalpy o* the saturated !apour): dan ditunjukkan pada steam table dengan simbol 9hg:. Maka h* ; h*g < hg dalam satuan k1/kg.
ita dapat memanaskan uap air ini lebih lanjut& tetapi sekarang temperatur uap akan naik. Proses ini dinamakan superheat dan nilai panasnya dinamakan 9kenaikan entalpi pada superheat (the increment o* enthalpy *or superheat):. Pada uap air superheat di titik manapun proses& entalpi spesi*iknya sama dengan kenaikan entalpi pada saturated li2uid ditambah
kenaikan entalpi pada proses e!aporasi dan kenaikan entalpi uap superheat pada titik tersebut. ntalpi total dari titik superheat ini ada di steam tabel& namun pada contoh di atas tidak disertakan.
Diagram Temperatur % Entropi
-iagram temperatur,entropi (#,+ -iagram) digunakan untuk lebih mudah memahami proses titik mendidihnya air dan titik saturasi keringnya. ntropi merupakan sebuah properti yang sulit untuk dijelaskan. $ap air yang memiliki energi rendah berarti memiliki entropi yang rendah pula.
1ika temperatur absolut pada saat panas diberikan& dikalikan dengan perubahan entropi& maka hasilnya adalah sama dengan jumlah energi panas yang ditambahkan selama proses.
+ebaliknya& jika temperatur absolut pada saat panas ditolak& dikalikan dengan perubahan entropi antara aal proses dengan akhir proses& hasilnya sama dengan jumlah energi yang ditolak.
Bentuk dari kur!a air menguap/saturasi kering saat pressure air yang disertakan lebih tinggi& maka entalpi yang dibutuhkan untuk e!aporasi lebih rendah. +aat kita memberikan energi panas selama proses e!aporasi& uap air basah akan bertahap mengering sampai ia mencapai titik saturasinya. =al ini berarti ia mencapai 3556 kering.
T)e (riti,al Point
1ika kita menaikkan tekanan air& kita akan menaikkan temperatur didih airnya& dan pada diagram #,+ akan menaikkan garis proses lebih tinggi. -engan melakukan hal ini& berarti kita lebih memendekkan garis e!aporasi sampai kita mencapai titik sekitar >>3&> bar abs dimana garis air mendidih bertemu dengan garis saturasi kering dan dan tidak ada *ase e!aporasi lagi sama sekali. 7nilah yang dinamakan critical point. #emperaturnya pada %?@&3AC& dan critical !olumenya %&3? dm%/kg.
Pada pressure lebih tinggi dari >>3&> bar abs dinamakan supercritical. 1ika air pada kondisi supercritical pressure dipanaskan& temperatur air akan naik sampai ia akan mengalami
9*lashes:& yaitu kondisi dimana air secara instan berubah menjadi uap dan mulai menjadi uap superheated. +pesi*ic !olume uap kering sama tidak ada perbedaan dengan spesi*ic !olume air. 8ah& untuk temperatur kapan air mulai 9*lushing: pada supercritical pressure tidak dapat diketahui secara pasti.
Pembangkit listrik tenaga uap dengan boiler supercritical biasanya beroperasi pada tekanan kerja sekitar >A5 bar abs. -an transisi dari air menjadi steam terjadi pada temperatur sekitar %DAC.
