BAB II
DASAR TEORI
2.1. Umum
Pembangkit Listrik Tenaga Uap Labuhan Angin merupakan salah satu penyuplai listrik yang berada di wilayah Desa Tapian Nauli 1, Tapanuli Tengah, Sumatera Utara. Letak geografis PLTU Labuhan Angin adalah 1° Lintang Utara dan 98° Bujur Timur dan mempunyai luas ± 56 Ha. Pembangunan PLTU Labuhan Angin merupakan komitmen Pemerintah RI dan PT PLN (Persero) berdasarkan UU No.15 tahun 1985 tentang kelistrikan. Total investasi mencapai US$ 182 juta, dimana 85% diperoleh dari Bank Exim China dan 15% anggaran PLN. Berdasarkan kontrak nomor 109 PJ/063/DIRUT/2003 dengan effective date tanggal 15 Maret 2005. Pada tanggal 19 September 2008 sinkronisasi unit 1 berhasil dilaksanakan, sedangkan sinkronisasi unit 2 pada tanggal 27 Desember 2008.
PLTU Labuhan Angin berbahan bakar batubara. Pemasok batubara untuk pengoperasian PLTU Labuan Angin diperoleh dari tiga pemasok, dua pemasok dari Muara Bungo, Provinsi Sumatera Selatan, dan satu pemasok lain dari Kalimantan Selatan. Batubara adalah sumber utama dari listrik dunia saat ini. Sekitar 60% listrik dunia bergantung pada batubara, hal ini dikarenakan pabrik batubara bisa menyediakan listrik dengan harga yang murah dan efisien. Kelemahan utama dari batubara adalah pencemaran emisi karbonnya sangat tinggi, paling tinggi dibanding bahan bakar lain.
Adapun cara kerjanya, batubara dari tambang dikirim ke “coal hoper” dan dihaluskan sampai ukuran 5 cm. Setelah itu dikirim ke pembangkit melalui konveyor. Selanjutnya batubara dihancurkan melalui crusher, dari ukuran 50 mm menjadi paling besar 10 mm, sebelum dibakar di ruang pembakaran, untuk memanaskan air di dalam boiler sampai menjadi uap.
2.2. Prinsip Kerja
PLTU Labuhan Angin menggunakan fluida kerja air uap dengan sirkulasi tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang untuk menghasilkan uap jenuh untuk memutar poros turbin. Siklus kerja PLTU Labuhan Angin sebagai berikut:
2.3. Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Pembangkit listrik tenaga Uap (PLTU) Labuhan Angin mempunyai beberapa komponen utama antara lain Boiler, Steam Turbin, Generator, Main Transformator, Ship Unloader, Stacker and Reclaimer, Coal Yard, dan Reverse Osmosis Plant.
2.3.1. Boiler
Boiler merupakan bejana atau wadah yang di dalamnya berisi air atau fluida lain untuk dipanaskan. Boiler mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
• Manufaktur : Foster Wheler Co.
• Type : Circulating Fluidized Bed (CFB) • Capacity : 423 ton/hour
• Steam temp : 542 °C • Steam pressure : 10,32 Mpa • Fuel : Oil and Coal
2.3.2. Steam Turbine
Steam Turbine merupakan penggerak utama yang mengubah energi panas dari penguapan lansung menjadi energi putaran mesin. Steam Turbine mempunyai spesifikasi 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 • Heat Rate : 8991,7 kj/kWh
2.3.3. Generator
Generator merupakan sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Generator mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
• Manufaktur : Shandong Jinan Power Machinery Equipment • Rated power : 115 MW
• Rated voltage : 13,8 kV • Rated current : 6014 A • Power factor : 0,8 • Frekuensi : 50 Hz
• Rated power : 143,75 MVA • Exciting current : 1341,6 A
2.3.4. Main Transformator
Main Transformator merupakan trafo utama untuk pemakaian sendiri yang dipasang sehingga dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Main Transformator mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
Main Transformator • Voltage : 13,8 kV/150 kV • Capacity ONAN : 100 MVA ONAF : 125 MVA OFAF : 150 MVA Auxiliary Transformator: • Voltage : 13,8 kV/6,3 kV • Capacity : 25 MVA
2.3.5. Ship Unloader
Ship Unloader merupakan peralatan yang di gunakan untuk memindahkan batubara yang terdapat pada kapal angkutan menuju ke coal yard (unloading) atau diteruskan ke coal bunker. Ship Unloader mempunyai spesifikasi sebagai berikut: • TypMfg : Wuhan Power Equipment Work
• e : Stable Catenary Chain Bucket • Kapasitas : 500 ton/jam
• Line : 2
Gambar 2.6. Ship Unloader
2.3.6. Stacker & Reclaimer
Stacker adalah alat besar yang digunakan untuk menata batubara yang datang melalui konveyor menuju stockpile. Reclaimer merupakan alat yang berfungsi untuk mengambil batubara dari stockpile menuju konveyor untuk selanjutnya ditransport ke PLTU. Stacker & Reclaimer mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
• Type : Traveling Bucket wheel stacker reclaimer • Number : 1 set
• Stacking Capacity : 1500 ton/hr
• Reclaiming Capacity : 360 ton/hr (by using bucket wheel)
Gambar 2.7. Stacker & Reclaimer
2.3.7. Coal Yard
Coal Yard merupakan fasilitas atau tempat penyimpanan batubara yang digunakan untuk pemanasan dan menghasilkan energi. Coal Yard mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
• Dead storage area 1.24 ha ≈ 76,450 ton batubara. • Life storage area 0.33 ha ≈15,290 ton batubara.
Gambar 2.8. Coal Yard
2.3.8. Reverse Osmosis Plant
Reverse Osmosis Plant merupakan pabrik tempat di mana proses reverse osmosis terjadi. Rata-rata yang pabrik modern, reverse osmosis membutuhkan enam kilowatt-jam listrik untuk menghilangkan garam satu meter kubik air. Reverse Osmosis Plant mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
• Type : SWRO dan BWRO
• Mfg : Asian Tec Limited(Hong Kong) • Set / Stage : 2/2
• Capacity : 2 x 1000 ton/day
2.4. Perawatan (Maintenance)
Perawatan (Maintenance) adalah suatu kombinasi dari berbagai tindakan yang dilakukan untuk menjaga dan memelihara suatu mesin serta memperbaikinya sampai suatu kondisi yang bisa diterima. Selain itu, suatu perawatan juga merupakan suatu kegiatan untuk memelihara atau menjaga fasilitas dan peralatan pabrik serta mengadakan perbaikan atau penggantian yang diperlukan agar terdapat suatu keadaan operasi produksi yang sesuai dengan apa yang telah direncanakan. Tujuan perawatan yang utama dapat didefinisikan dengan jelas sebagai berikut:
1. Untuk memperpanjang usia kegunaan asset (yaitu setiap bagian dari suatu tempat kerja, bangunan, dan isinya). Hal ini terutama penting di negara berkembang karena kurangnya sumber daya modal untuk penggantian. Di negara-negara maju kadang-kadang lebih menguntungkan untuk ‘mengganti’ daripada ‘merawat’.
2. Untuk menjamin ketersediaan optimum peralatan yang dipasang untuk produksi (atau jasa) dan mendapatkan laba investasi (return of investment) maksimum yang mungkin.
3. Untuk menjamin kesiapan operasional dari seluruh peralatan yang diperlukan dalam keadaan darurat setiap waktu, misalnya unit cadangan, unit pemadam kebakaran dan penyelamat, dan sebagainya.
Bentuk-bentuk Perawatan (Maintenance) antara lain: 1. Perawatan Terencana (Planned Maintenance)
Perawatan terencana (planned Maintenance) merupakan perawatan yang diorganisasi dan dilakukan dengan pemikiran ke masa depan, pengendalian, dan pencatatan sesuai dengan rencana yang telah ditentukan sebelumnya.
2. Perawatan Tak Terencana (Unplanned Maintenance)
Perawatan tak terencana (unplanned Maintenance) merupakan perawatan yang dilakukan secara darurat akibat tidak adanya perencanaan sebelumnya. Hanya ada satu bentuk perawatan tak terencana, yaitu pemeliharaan darurat, yang didefinisikan sebagai pemeliharaan dimana perlu segera dilaksanakan tindakan untuk mencegah akibat yang serius, misalnya hilangnya produksi, kerusakan besar pada peralatan, atau untuk alasan keselamatan kerja.
2.4.1. Perawatan Terencana (Planned Maintenance)
Pada perawatan terencana (planned Maintenance) dapat dibagi menjadi dua aktivitas utama, yaitu:
1. Perawatan Pencegahan (Preventive Maintenance)
Perawatan pencegahan (preventive Maintenance) merupakan perawatan yang dilakukan pada selang waktu yang ditentukan sebelumnya, atau terhadap kriteria lain yang diuraikan, dan dimaksudkan untuk mengurangi kemungkinan bagian-bagian lain tidak memenuhi kondisi yang bisa diterima. Perawatan ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya kerusakan, menemukan kondisi yang dapat menyebabkan mesin mengalami kerusakan
pada saat digunakan dalam proses produksi, serta dapat mengefektifkan pekerjaan inspeksi, perbaikan kecil, pelumasan dan set up sehingga mesin-mesin selama proses produksi dapat terhindar dari kerusakan. Contohnya melakukan pengecekan terhadap pendeteksi indikator tekanan dan temperatur, atau alat pendeteksi indikator lainnya. apakah telah sesuai hasilnya untuk kondisi normal kerja suatu alat. Membersihkan kotoran-kotoran yang menempel pada alat/produk (debu, tanah maupun bekas minyak). Mengikat baut-baut yang kendor , pengecekan kondisi pelumasan. Perbaikan/mengganti gasket pada sambungan-sambungan flange yang bocor atau rusak.
2. Perawatan Korektif (Corrective Maintenance)
Perawatan korektif (corrective Maintenance) merupakan perawatan yang dilakukan setelah mesin mengalami kerusakan atau tidak dapat berfungsi lagi dengan baik. Perawatan korektif ini juga merupakan kegiatan reparasi yang biasanya terjadi karena kegiatan perawatan pencegahan tidak dilaksanakan sama sekali atau karena fasilitas tersebut tetap mengalami kerusakan meskipun kegiatan perawatan pencegahan telah dilaksanakan.
2.4.2. Perawatan Tak Terencana (Unplanned Maintenance)
Pada perawatan tak terencana (unplanned Maintenance) dapat dilakukan dengan melakukan perawatan tanpa direncanakan sebelumnya karena terjadinya kerusakan yang tidak diduga pada saat melakukan proses produksi. Contoh
perawatan tak terencana ini adalah perawatan darurat yaitu perawatan yang perlu segera dilakukan untuk mencegah akibat yang serius.
2.5. Keandalan
Keandalan didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu komponen atau sistem untuk melaksanakan fungsi yang diperlukan didalam lingkungan dan kondisi operasional tertentu untuk periode waktu yang telah ditentukan . Jadi, keandalan merupakan salah satu aspek yang dapat mempengaruhi keberhasilan proses produksi. Penerapan teori keandalan bisa digunakan untuk memperkirakan peluang suatu komponen atau sistem dapat melaksanakan fungsinya dalam jangka waktu tertentu dalam kondisi tertentu. Keandalan menjadi sangat penting karena akan mempengaruhi profitabilitas perusahaan.
2.6. Keandalan Kualitatif dan Kuantitatif 2.6.1. Keandalan Kualitatif
Keandalan kualitatif adalah kemampuan pembangkit dalam melayani konsumen dengan energi yang dibangkitkannya dalam waktu tertentu. Disini keandalan kualitatif ada 2 faktor yaitu :
1. Faktor Kapasitas (Capacity Factor, CF)
Faktor kapasitas adalah faktor kapasitas tahunan, menggambarkan pemanfaatan energi unit pembangkit dalam satu tahun dari kemampuan produksi suatu pembangkit. Faktor kapasitas menunjukkan besar sebuah unit
pembangkit tersebut dimanfaatkan. Faktor kapasitas tahunan (8760 jam) didefinisikan sebagai:
𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 =𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑠𝑎𝑡𝑢 𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑔 𝑥 8760 𝑗𝑎𝑚
Semakin tinggi faktor kapasitas maka semakin baik keandalan unit pembangkit.
2. Faktor Ketersediaan
Faktor ketersediaan adalah perbandingan antara besarnya daya yang tersedia terhadap daya yang terpasang dalam sistem.
𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎𝑎𝑛 =𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑔𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑀𝑎𝑚𝑝𝑢
Faktor ketersediaan menggambarkan kesiapan operasi unit-unit pembangkit dalam sistem. Semakin tinggi faktor ketersediaan (100%) maka semakin baik keandalan unit pembangkit.
2.6.2 Keandalan Kuantitatif
Keandalan kuantitatif merupakan metode analisa yang dilakukan secara perhitungan matematis. Metode ini dapat dilakukan melalui perolehan data perawatan (Maintenance record) terhadap waktu kegagalan (time to failure) dan waktu perbaikan (time to repair) dari suatu komponen atau sistem. Keandalan dari suatu komponen atau sistem adalah probabilitas untuk tidak mengalami kegagalan atau dapat melaksanakan fungsinya selama periode waktu (t) atau lebih.
2.7. Laju Kegagalan
Laju kegagalan (λ) merupakan jumlah kegagalan dalam suatu interval waktu tertentu, biasanya dinyatakan dengan jumlah kegagalan per satuan waktu. Dalam menghitung keandalan suatu komponen langkah pertama harus mengetahui model probabilitas kegagalan komponen tersebut,yang biasanya dinyatakan dengan distribusi statistik, antara lain:
1. Distribusi Normal
Salah satu distribusi frekuensi yang paling penting dalam statistika adalah distribusi normal. Distribusi normal berupa kurva berbentuk lonceng setangkup yang melebar tak berhingga pada kedua arah positif dan negatifnya.
Ciri-cirinya adalah :
1. Nilai mean, median dan modus adalah sama / berhimpit. 2. Kurvanya simetris (luas daerah kurva sama rata).
3. Asimptotik (kurva tidak pernah menyentuh sumbu x).
4. Luas daerah yang terletak dibawah kurva dan diatas garis mendatar = 1 Penggunaanya sama dengan penggunaan kurva distribusi lainnya. 1. x bergerak menjauhi μ baik ke kiri maupun ke kanan.
2. Seluruh luas di bawah kurva diatas sumbu datar sama dengan 1.
Bila x menyatakan peubah acak distribusi maka P(x1 < x < x2) diberikan oleh daerah yang diarsir dengan garis yang turun dari kiri ke kanan. Jelas bahwa kedua daerah yang diarsir berlainan luasnya. Jadi, peluang yang berpadanan dengan masing-masing distribusi akan berlainan pula. Gambar kurva normal dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10. Kurva Distribusi Normal
2. Distribusi T
Pengujian hipotesis dengan distribusi t adalah pengujian hipotesis yang menggunakan distribusi t sebagai uji statistik. Tabel pengujiannya disebut tabel t-student. Adapun ciri-ciri dari distribusi t antara lain :
1. Sampel yang diuji berukuran kecil ( n < 30 ).
2. Penentuan nilai tabel dilihat dari besarnya tingkat signifikan (α) dan besarnya derajat bebas (db).
Bila Z dan V bebas, maka distribusi peubah acak T, bila 𝑇 = 𝑍
�𝑉 𝑣⁄ .
Maka distribusi peubah acak T diberikan oleh:
ℎ(𝑡) = Γ[(𝑣+1) 2]Γ(𝑣 2)√⁄ ⁄π𝑣�1 +𝑡𝑣2�−(𝑣+1) 2⁄ ………...…(1) dimana -∞ < t < ∞
Parameter dari distribusi ini adalah nilai dari peubah acak T yang mempunyai sebaran t dengan derajat kebebebasan v=n-1.
Gambar 2.11. Sebaran distribusi T
3. Distribusi F
Dalam teori probabilitas dan statistika, distribusi F merupakan distribusi probabilitas kontinyu.Distribusi F juga dikenal dengan sebutan distribusi F Snedecor atau distribusi Fisher-Snedecor. Nilai dugaan titik bagi rasio dua ragam populasi σ12/ σ22 diberikan oleh rasio ragam contohnya masing-masing s12/s22. Jadi, statistik s12/s22.Jadi, statistik s12/s22 merupakan penduga bagi σ12/ σ22. Bila σ12 dan σ22 keduanya merupakan ragam populasi normal, maka kita dapat membuat selang kepercayaan bagi σ12/ σ22 dengan menggunakan statistik yang sebaran penarikan contohnya disebut sebaran F.
Gambar 2.12. Distribusi F
Dalam statistik, distribusi chi square (dilambangkan dengan χ2) termasuk dalam statistik nonparametrik. Distribusi nonparametrik adalah distribusi dimana besaran-besaran populasi tidak diketahui. Distribusi ini sangat bermanfaat dalam melakukan analisis statistik jika kita tidak memiliki informasi tentang populasi atau jika asumsi-asumsi yang dipersyaratkan untuk penggunaan statistik parametrik tidak terpenuhi.
Gambar 2.13. Distribusi Chi-square
5. Distribusi Weibull
Distribusi weibull telah digunakan secara luas dalam teknik keandalan. Keuntungan dari distribusi ini adalah bisa digunakan untuk merepresentasikan banyak PDF serta bisa digunakan untuk variasi data yang luas. Karasteristik distribusi weibull adalah:
• Mempunyai 2 (𝜂, 𝛽) atau 3 (𝜂, 𝛽, 𝛾) parameter.
• Nilai 𝜂, 𝛽, 𝛾 dapat diketahui dari weibull probability paper atau dari software.
• Saat nilai 𝛽 = 1 dan 𝛾 = 0 weibull akan eqivalen dengan distribusi eksponensial.
• Saat nilai 𝛽 = 3,44 weibull akan mendekati distribusi normal.Jika distribusi waktu antar kegagalan suatu sistem mengikuti distribusi weibull, maka:
• Fungsi pada peluang (Probability Density Function) distribusi weibull adalah:
𝑓(𝑡) =𝛽𝜂�𝑡−𝛾𝜂 �𝛽−1𝑒𝑥𝑝 �− �𝑡−𝛾𝜂 �𝛽�………...…(2)
• Fungsi keandalan distribusi weibull adalah:
𝑅(𝑡) = 𝑒𝑥𝑝 �− �𝑡−𝛾𝜂 �𝛽�………....(3) • Laju kegagalan distribusi weibull adalah:
𝜆(𝑡) =𝛽𝜂�𝑡−𝛾𝜂 �𝛽−1……….(4)
Saat 𝛽 < 1 akan didapatkan penurunan fungsi laju kegagalan, saat 𝛽 > 1 akan didapatkan peningkatan fungsi laju kegagalan, 𝛽 = 1 merupakan fungsi distribusi eksponensial.
• Waktu rata-rata kegagalan distribusi weibull adalah:
Gambar 2.14. Distribusi Weibull
6. Distribusi Lognormal
Dalam teori probabilitas, log-distribusi normal merupakan distribusi probabilitas dari variabel acak yang logaritma adalah terdistribusi normal. Jika X adalah variabel acak dengan distribusi normal, maka Y = exp (X) memiliki distribusi lognormal; juga, jika Y adalah log-terdistribusi normal, maka log (Y) adalah distribusi normal. Pada Gambar 2.15. dapat dilihat distribusi lognormal.
7. Distribusi Eksponensial
X dikatakan mempunyai distribusi eksponensial bila
∫
− =
λλ
x x f( ) 1 ………...…(6) 01≥ , 0 untuk x yang lain
Distribusi eksponensial ini banyak dipakai untuk memodelkan tahan hidup (keandalan) berbagai komponen seperti bola lampu, alat-alat elektronik, dan sebagainya. Parameternya adalah β.
Gambar 2.16. Distribusi Eksponensial
2.8. Ketersediaan
Ketersediaan adalah rata-rata jangka panjang rasio antara jangka waktu suatu produk atau sistem bisa menjalankan fungsinya terhadap jangka waktu totalnya. Sebagai contoh bila ketersediaan 99,999 persen artinya dalam satu tahun hanya padam 5,3 menit (315 detik) per tahunnya. Konsep ketersediaan tidak membedakan antara padam sekali selama 5,3 menit dalam setahun, atau dalam setahun padam 315 kali selama satu detik, atau dalam 20 tahun padam selama
1,77 jam. Akan tetapi jelas bahwa walaupun ketersediaannya sama, pengaruhnya pada konsumen akan berbeda.Availability dari sebuah sistem dapat diekspresikan kedalam persamaan:
𝐴𝑖 =𝑀𝑇𝑇𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅𝑀𝑇𝑇𝐹 ………...…(7)
Dimana:
Ai : Faktor Ketersediaan
MTTF: Mean Time To Fail (Waktu rata-rata kegagalan) MTTR: Mean Time To Repair (Waktu rat-rata perbaikan)
Secara practical, availability yang berubah terhadap waktu dapat dihitung menggunakan persamaan :
𝐴(𝑡) = 1 − ��𝜆+𝜇𝜆 � − ��𝜆+𝜇𝜆 � 𝑒𝑥𝑝 (−(𝜆 + 𝜇)𝑡)��………...…(8)
A(t) : Faktor ketersediaan sebelum preventive maintenance 𝜆(t) : Laju Kegagalan
2.9. Penggunaan software Reliasoft Weibull++ Version 6
Penentuan distribusi waktu antar kegagalan bertujuan untuk mendapatkan harga kemungkinan terjadinya kerusakan pada waktu tertentu. Penentuan distribusi time to failure dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan software Reliasoft Weibull++ Version 6. Data antar kegagalan dimasukkan ke dalam software untuk dicari distribusinya.Mulai dilakukan uji distribusi dengan memilih option distribution wizard Pada langkah terakhir terdapat implementasi suggestion yang menunjukkan distribusi serta parameter distribusi dari data yang diuji.
eksponensial 1 parameter, eksponensial 2 parameter, weibull 2 parameter, dan weibull 3 parameter. Sehingga didapat distribusi yang paling sesuai dan didapat parameter-parameter kegagalan dari distribusi tersebut.
