BAB II DASAR TEORI. Universitas Sumatera Utara

BAB II DASAR TEORI

2.1

Pembangkit Listrik Tenaga Uap Pembangkit Listrik Tebaga Uap (PLTU) adalah suatu pusat pembangkit

tenaga listrik yang menggunakan turbin uap sebagai penggerak mulanya atau dengan kata lain menggunakan energi uap untuk memutar turbin. 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 prduksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin HP (High Pressure), IP (intermediet Pressure) dan LP (Low Pressure) sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.



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.



Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang. Gambar 2.1 dibawah ini akan menjelaskan garis besar prinsip kerja dari PLTU. [8]

5

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.1 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU

2.2

Siklus Rankine Siklus kerja PLTU yang merupakan siklus tertutup dapat digambarkan

dengan diagram T - s (Temperatur – entropi). Siklus ini adalah penerapan siklus rankine ideal. Gamabar 2.2 menunjukkan urutan kerja dari diagram T – s Siklus PLTU.

Gambar 2.2 Diagram T–s Siklus PLTU (Siklus Rankine) 

1 - 2 : Air dipompa dari tekanan P2 menjadi P1. Langkah ini adalah langkah kompresi isentropis, dan proses ini terjadi pada pompa air pengisi.



2 - 3 : Air bertekanan ini dinaikkan temperaturnya hingga mencapai titik didih. Terjadi di LP heater, HP heater dan Economiser. Dan air berubah

6


wujud menjadi uap jenuh. Langkah ini disebut vapourising (penguapan) dengan proses isobar isothermis, terjadi di boiler yaitu di wall tube (riser) dan steam drum. 

3 - 4 : Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheated vapour). Langkah ini terjadi di superheater boilerdengan proses isobar.



4 - 5 : Uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun. Langkah ini adalah langkah ekspansi isentropis, dan terjadi didalam turbin.



5 - 1 : Pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air kondensat.Langkah ini adalah isobar isothermis, dan terjadi didalam kondensor. [8]

2.3

Blok Diagram PLTU PLTU Pangkalan Susu UPK Kitsum 2 adalah PLTU terbesar di Pulau

Sumatera (2 Unit) dengan kapasitas 2 X 220 MW. PLTU merupakan pusat pembangkit tenaga listrik dengan menggunakan turbin uap sebagai penggerak mula dari generator. Gambar 2.3 merupakan blok diagram dari Pangkalan Susu. [8]

Gambar 2.3 Diagram Blog PLTU Pangkalan Susu

7


2.4

Peralatan-Peralatan Pendukung PLTU

2.4.1 Desalination Plant [8] Fungsi desalination plant adalah mengolah air laut menjadi air murni. Proses desalination yang umum dilakukan adalah dengan cara menguapkan (evaporating) air laut. Bila air laut dipanaskan, maka airnya akan menjadi uap dan garam-garamnya akan tertinggal. Selanjutnya bila uap tersebut didinginkan akan diperoleh air kondensat yang disebut air desal atau fresh water. Gambar 2.4 berikut ini menunjukkan skema dari desalination plant di PLTU Pangkalan Susu.

Gambar 2.4 Skema Desalination Plant Untuk lebih jelasnya berikut proses desalinasi air laut: 1. Air laut yang menjadi bahan baku utama dialirkan menuju sea water pit, dan untuk menghambat pertumbuhan biota-biota laut diinjeksikan Chlorin dengan kadar tertentu. Selanjutnya air laut difiltrasi untuk menghilangkan kotorankotoran yang berukuran besar. 2. Dari sea water pit, air laut dialirkan menuju primary filter dengan menggunakan sebuah pompa. Diperjalanan, air tersebut diinjeksi senyawa koagulan FeSO4 yang berfungsi untuk mengumpulkan partikel-partikel

8


berukuran kecil menjadi partikel-partikel berukuran lebih besar sehingga lebih mudah dilakukan proses filtrasi. 3. Kemudian air laut selanjutnya dipanaskan dalam pemanas garam dan kemudian dialirkan ke dalam chamber 4. Air laut yang telah panas mengalir dari tahap bertemperatur tinggi ke tahap bertemperatur rendah melalui suatu bukaan kecil, sementara itu penguapan tiba-tiba (flash evaporates) terjadi dalam chamber 5. Uap air yang terjadi dalam chamber pada setiap tahap mengalir melalui pemisah, dan mengeluarkan panas laten ke dalam tabung penukar panas sementara air laut mengalir melalui bagian dalam dan kemudian uap berkondensasi. Air yang terkondensasi dikumpulkan dalam penampung dan kemudian dipompa keluar sebagai air tawar.

2.4.2 Demineralizer Plant [8] Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkandung dalam air tawar. Air sebagai fluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air masih mengandung mineral berarti konduktivitasnya masih tinggi. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU. Gambar 2.5 di bawah ini menunjukkan skema dari Demineralizer Plant di PLTU Pangkalan Susu. Berikut proses demineralisasi air laut: 1. Air laut dipompakan menuju filter (reverse osmosis) yang mengalirkan air asin yang berkonsentrasi tinggi menuju air tawar yang berkonsentrasi rendah melalui suatu membrane semipermeabel 2. Kemudian air tawar dipompa menuju tangki tempat pertukaran kation. Dimana HCL disuntikkan yang akan menukar ion-ion positif dalam air seperti Ca, Mg, Na dengan ion H+ 3. Air dipompakan lagi menuju sebuah tangki dimana CO2 harus dihilangkan karena ia akan membentuk bikarbonat di dalam air dan dapat menurunkan pH. Proses ini dengan jalan menghembuskan udara ke dalam tangki air sisi bawah menggunakan fan, sehingga udara akan mengikat CO2 dalam air.

9


4. Air dipompakan lagi menuju tangki tempat pertukaran anion. Air yang keluar dari cation bersifat asam maka NaOH perlu disuntikkan, anion menukar ionion negatif dalam air seperti Cl, SO4, SiO2 dengan ion OH- . 5. Kemudian air dipompakan lagi ketangki terakhir dimana HCl dan NaOH disuntikkan kembali untuk memastikan tidak ada lagi ion ion positif dan negative seperti Ca, Mg, Na, SO4, SiO2. 6. Air yang keluar dari hasil pertukaran ion ini disebut sebagai air demin dengan konduktivitas rendah yang akan digunakan dalam proses siklus air-uap di PLTU Pangkalan Susu

Gambar 2.5 Skema Demineralizer Plant 2.4.3 Reverse Osmosis (RO) [8] Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang digunakan berbeda. Pada peralatan ini digunakan membran semi permeable yang dapat menyaring garam-garam yang terkandung pada air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant. Gambar 2.6 berikut ini menunjukkan skema prinsip reverse osmosis di PLTU Pangkalan Susu dimana air laut yang berkonsentrasi tinggi mengalir menuju air tawar yang berkonsentrasi rendah dengan memberikan tekanan tertentu

10


Gambar 2.6 Prinsip Osmosis dan Reverse Osmosis

2.4.4 Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) [2] [8] Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak (fuel oil), yang berfungsi untuk menghasilkan uap (steam) yang digunakan pada saat boiler utama start up maupun sebagai uap bantu (auxiliary steam). Penggunaan Auxiliary Boiler hanya bersifat sementara yaitu ketika unit (boiler) utama masih belum menghasilkan utama.Jika unit sudah beroperasi normal, pasokan dapat diambil dari ketel utama sehingga auxiliary boiler dapat dimatikan.

2.4.5 Coal Handling System [8] Coal handling system berfungsi menangani mulai dari pembongkaran batubara dari kapal/tongkang (unloading area), penimbunan/penyimpanan di stock area atapun pengisian ke bunker (power plant) yang digunakan untuk pembakaran di Boiler. Alat transportasi yang digunakan dengan system conveyor.

2.4.6 Ash Handling (Unit Pembuangan Abu) [2] [8] Ash handling Plant merupakan peralatan yang berfungsi sebagai penampung dan penyalur abu sisa pembakaran yang berasal dari ruang bakar (furnace).Ash handling Plant mempunyai 2 buah bagian / system, yaitu : a. Fly Ash System Fly Ash system adalah peralatan Ash Handling yang berfungsi menyalurkan abu terbang (fly ash) yang merupakan sisa pembakaran dari ruang bakar boiler. Sisa pembakaran yang mengandung partikel-partikel abu dialirkan ke Atmosfir

11


melalui ruang yang telah dipasang EP (Electrostatic Precipitator). Partikel abu yang terdapat dalam sisa pembakaran akan ditangkap oleh EP dan disalurkan ke pembuangan melalui Transporter atau Conveyor. b. Bottom Ash Bottom Ash System adalah sistem Ash Handling Plant yang khusus menangani atau menyalurkan abu sisa pembakaran dari bagian bawah ruang bakar. Selain menangani dan menyalurkan abu dari dalam furnace, Bottom Ash System juga menyalurkan abu yang berasal dari Ruang Economizer dan coal rejhect dari Pulverizer.

2.5

Bagian-Bagian Utama PLTU

2.5.1 Boiler [2] [8] Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada di dalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu di dalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar. Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Jika dioperasikan dengan benar, boiler secara efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi steam yang sangat panas dalam volume yang lebih besar lagi yang akan digunakan untuk memutar turbin. Spesifikasi utama dari boiler yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu akan dijelaskan pada tabel 2.1 berikut ini:

12


Tabel 2.1 Spesifikasi Boiler

Bagian-Bagian Boiler  Economizer Economizer adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Di dalam economizer air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong. Sumber panas yang diperlukan oleh alat tersebut berasal dari gas buang dalam boiler dengan suhu ±460,1 oC.  Steam Drum. Steam drum berfungsi sebagai pemisah uap dan air pada boiler, uap yang dihasilkan akan menuju ke turbin, sebelum ke turbin uap yang dihasilkan masih berupa uap basah dimana uap ini belum effektif untuk memutar turbin karena masih mengandung air yang dapat merusak turbin uap, maka dari itu uap yang basah akan melalui superheater untuk mendapatkan uap kering, lalu menuju ke turbin uap. Tekanan pada steam drum mencapai 127 bar.

13


 Superheater Superheater merupakan kumpulan pipa Boiler yang terletak dijalan aliran gas panas hasil pembakaran. Superheater berfungsi untuk memanaskan uap agar kandungan energi panas dan kekeringannya bertambah sehingga menjadi uap superheat (uap panas lanjut). Pemasanan dilakukan dalam dua atau tiga tahap, sebagai pemanasnya adalah gas hasil pembakaran bahan bakar. Panas dari gas ini dipindahkan ke Saturated Steam yang ada dalam pipa Superheater, sehingga berubah menjadi Super Heated Steam sebelum disalurkan ke Turbin. Suhu pada Superheater 540 oC dan tekanan 13.43 MPa.g.  Reheater Setelah tekanan dan temperatur SH Steam turun maka SH Steam tersebut akan dikembalikan ke Boiler untuk pemanasan ulang. Pemanasan ulang ini berlangsung di bagian Boiler yang disebut Re-Heater yang merupakan kumpulan pipa Boiler yang diberi panas dari gas pembakaran seperti Superheater dengan suhu inlet/outlet 322oC/540oC dan tekanan inlet/outlet 2,7/2,505 MPa.g. Di bagian Re-Heater, SH Steam akan dikembalikan untuk memutar Intermediate Presure Turbine (IP) dan Low Presure Turbine (LP).  Air Preheater Air Pre-Heater adalah instrument yang sistem kerjanya berputar dengan putaran rendah dan berfungsi untuk memanasi udara pembakaran dengan suhu 350oC dan tekanan 500 Pa sebelum dikirim ke Furnace dan mendinginkan udara keluar dengan suhu 140oC dan tekanan 1 kPa menuju stack (cerobong). Furnace adalah ruang dalam boiler yang dirancang terjadinya proses pembakaran (bahan bakar+udara+api/panas). Pemanas Udara pembakaran tersebut diambil dari gas buang hasil pembakaran dari Furnace yang dialirkan melalui Air Pre-Heater sebelum dibuang ke Chimney. Tipe Air pre-heater yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu adalah tipe Rotary.

14


Peralatan Bantu Pada Boiler  Mill Pulverizer Pulverizer adalah alat untuk menggiling batubara sehingga menjadi halus dan kemudian bersama dengan udara primer akan dialirkan ke Furnace dan untuk mengeringkan batubara sehingga mudah dihaluskan dan dibakar. Dalam penggunaan Pulverizer yang perlu diperhatikan adalah temperatur dari udara primer, temperatur yang terlalu tinggi dapat menyalakan batubara dari dalam Pulverizer dan menyebabkan ledakan. Jika temperatur terlalu rendah, batubara tidak bisa kering dan sulit dihaluskan. Temperatur idealnya kira-kira 650C.  Coal Feeder Peralatan yang berfungsi untuk mengatur laju aliran (Flow) ± 21 t/h (untuk membangkitkan 220 MW) batu bara dari Coal Banker menuju Mill Pulverizer.  ID Fan, FD Fan dan PA Fan. Udara pembakaran ada dua macam, yaitu udara primer dan udara sekunder. Udara primer dipasok oleh Primary Air Fan (PA Fan) yang dihembuskan menuju ke alat penggiling batubara (Pulverizer) dengan suhu ±50oC dan tekanan ±15 kPa kemudian bersama-sama dengan serbuk batubara dialirkan ke Furnace. Udara primer tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan untuk menghasilkan pembakaran sempurna. Untuk itulah diperlukan pasokan dari udara sekunder yang dihasilkan oleh FD Fan dengan suhu ±30oC dan tekanan ±2 kPa bersama ID Fan dengan suhu ±150 oC dan tekanan 300 Pa. Gambar 2.7 di bawah ini akan menunnjukkan siklus air dan uap pada boiler Pangkalan Susu.

15


Gambar 2.7 Siklus Air dan Uap pada Boiler PLTU Pangkalan Susu 2.5.2 Turbin Uap [4] [8] Turbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar (energi mekanik). Poros turbin dikopel dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar. Uap yang telah melakukan kerja di turbin tekanan dan temperatur turun hingga kondisinya menjadi uap basah.Uap keluar turbin ini kemudian dialirkan kedalam kondensor untuk didinginkan agar menjadi air kondensat, sedangkan tenaga putar yang dihasilkan digunakan untuk memutar generator. Jenis Turbin Uap Jenis turbin menurut prinsip kerjanya terdiri dari : 1. Turbin Impuls (aksi) Turbin impuls atau turbin tekanan tetap, adalah turbin yang ekspansi uapnya

hanya terjadi pada sudu-sudu tetap atau nosel. Ketika uap

melewati sudu tetap, maka tekanan turun dan uap mengalami peningkatan energi kinetik. Sudu-sudu tetap berfungsi sebagai nosel (saluran pancar) dan mengarahkan aliran uap ke sudu-sudu gerak. PLTU Pangkalan Susu menggunakan turbin jenis ini

16


2. Turbin Reaksi Pada turbin reaksi penurunan tekanan terjadi pada sudu tetap dan sudu gerak. Kedua jenis turbin ini mempunyai karakteristik yang berbeda seperti ditunjukkan dalamgambar dibawah. Gambar 2.8 berikut ini menunjukkan jenis turbin uap dan karakeristiknya.

Gambar 2.8 Jenis Turbin Uap dan Karakteristiknya Bagian Turbin Uap  Casing Casing adalah bagian yang diam merupakan rumah atau wadah dari rotor.Pada casing terdapat sudu-sudu diam (disebut stator) yang dipasang melingkar dan berjajar terdiri dari beberapa baris yang merupakan pasangan dari sudu gerak pada rotor.Sudu diam berfungsi untuk mengarahkan aliran uap agar tepat dalam mendorong sudu gerak pada rotor.  Rotor Rotor adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu

17


gerak disebut tingkat (stage).Sudu gerak (rotor) berfungsi untuk mengubah energi kinetik uap menjadi energi mekanik.  Bantalan Fungsi bantalan adalah untuk menopang dan menjaga rotor turbin agar tetap pada posisi normalnya. Ada dua macam bantalan pada turbin, yaitu: -

Bantalan journal yang berfungsi untuk menopang dan mencegah poros turbin daripergeseran arah radial

-

Bantalan aksial (thrust bearing) yang berfungsi untuk mencegah turbin bergeserkearah aksial.

 Katup Utama Katup utama turbin terdiri dari : Main Stop Valve (MSV) Katup ini berfungsi sebagai katup penutup cepat jika turbin trip atau sebagai katup pengisolasi turbin terhadap uap masuk. MSV bekerja dalam dua posisi yaitu menutup penuh atau membuka penuh. Pada saat turbin beroperasi maka MSV membuka penuh. Sebagai penggerak untuk membuka MSV digunakan tekanan minyak hidrolik. Sedangkan untuk menutupnya dengan kekuatan pegas. Governor Valve (GV) Turbin harus dapat beroperasi dengan putaran yang konstan pada beban yang berubah ubah. Untuk membuat agar putaran turbin selalu tetap digunakan governor valve yang bertugas mengatur aliran uap masuk turbin sesuai dengan bebannya. Sistem governor valve yang digunakan umumnya adalah mechanic hydraulic (MH) atau electro hydraulic (EH). Pada turbin dengan kapasitas > 100 MW dilengkapi dengan katup uap reheat, yaitu Reheat Stop Valve (RSV) dan Interceptor Valve (ICV).

Spesifikasi utama dari turbin uap yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu akan dijelaskan pada tabel 2.2 berikut ini:

18


Tabel 2.2 Spesifikasi Turbin Uap

2.5.3 Kondensor [8] Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin (uap yang telah digunakan untuk memutar turbin).Proses perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir di luar pipa-pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin mengalir di dalam pipa-pipa (tube side). Kebutuhan air untuk pendingin di kondensor sangat besar sehingga dalam perencanaan biasanya sudah diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi. Konstruksi Kondensor Aliran air pendingin ada dua macam, yaitu satu lintasan (single pass) atau dua lintasan (double pass). Untuk mengeluarkan udara yang terjebak pada water box (sisi air pendingin), dipasang venting pump atau priming pump.Udara dan non condensable gas pada sisi uap dikeluarkan dari kondensor dengan ejector atau pompa vakum.

19


Gambar 2.9 berikut ini menunnjukkan konstruksi dari kondensor yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu.

Gambar 2.9 Konstruksi Kondensor

2.5.4 Generator Sinkron [3] [8] Tujuan utama dari kegiatan di PLTU adalah menghasilkan energi listrik.Produksi energi listrik merupakan target dari proses konversi energi di PLTU. Generator yang dikopel langsung dengan turbin akan menghasilkan tegangan listrik ketika turbin berputar. Gambar 2.10 berikut ini merupakan Generator PLTU dengan main exciter dan pilot exciter.

Gambar 2.10 Generator PLTU dengan Main Exciter dan Pilot Exciter

20


Proses konversi energi didalam generator adalah dengan memutar medan magnet didalam kumparan. Rotor generator sebagai medan magnet menginduksi kumparan yang dipasang pada stator sehingga timbul tegangan diantara kedua ujung kumparan generator. Untuk membuat rotor agar menjadi medan magnet, maka dialirkan arus DC ke kumparan rotor. Spesifikasi utama dari generator yang digunakan di PLTU Pangkalan Susu akan dijelaskan pada tabel 2.3 berikut ini. Tabel 2.3 Spesifikasi Generator

Konstruksi Generator Sinkron Generator sinkron pada prinsipnya terdiri atas 2 bagian utama, yaitu: 1. Rotor Rotor adalah bagian generator yang berputar. Pada rotor terdapat kumparan konduktor sebagai pembangkit medan magnet utama. Medan magnet ini timbul karena adanya arus yang mengalir pada kumparan rotor yang diperoleh dari exciter. Jika rotor berputar maka medan magnet akan memotong kumparan jangkar stator, sehingga timbul gaya gerak listrik (GGL) yang kemudian disalurkan ke terminal generator. Rotor dari generator besar yang diputar dengan turbin uap biasanya tipe silinder dengan 2 atau 4 kutub magnet. Konstruksi rotor di PLTU Pangkalan Susu ditunjukkan pada gambar 2.11 di bawah ini:

21


Gambar 2.11 Rotor Non- sailent dan penampang rotor pada generator sinkron di PLTU Pangkalan Susu 2. Stator Stator terdiri dari casing yang berisi kumparan dan rotor yang merupakan medan magnet listrik terdiri dari inti yang berisi kumparan.Inti ini terbentuk dari susunan plat-plat baja silikon yang mempunyai sifat kemagnetan yang baik. Plat-plat tersebut dikompres dengan rapat sekali, tetapi diisolasi satu sama lain dengan pernis atau kertas berisolasi. Susunan plat baja silikon yang membentuk inti ini biasanya disebut laminasi. Laminasi-laminasi ini membentuk saluran yang baik sekali bagi flux magnet yang dihasilkan oleh rotor. Isolasi pada laminasi mengurangi besarnya arus pusar, sehingga mengurangi rugi-rugi panas. Gambar 2.12 di bawah ini menunjukkan konstruksi stator di Pangkalan Susu.

22


Gambar 2.12 Stator Generator di Pangkalan Susu Prinsip kerja generator adalah sebagai berikut: 1.

Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.

2. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya. 𝑛=

dimana :

120 𝑓 𝑝

(2.1)

n = Kecepatan putar rotor (rpm) P = Jumlah kutub rotor f = frekuensi (Hz)

3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah

23


besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan persamaan : 𝑑𝛷 𝑑𝑡 𝑑(𝛷𝑚𝑎𝑘𝑠 𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑡) = −𝑁 𝑑𝑡

𝑒 = −𝑁

𝑒 = −𝑁 𝜔 𝛷𝑚𝑎𝑘𝑠 cos 𝜔𝑡

(2.2)

𝑒 = −𝑁 (2𝜋𝑓) 𝛷𝑚𝑎𝑘𝑠 cos 𝜔𝑡

(2.3)

bila: 𝜔 = 2𝜋𝑓

bila: 𝑓 =

𝑃.𝑛 120

𝑒 = −𝑁 (2 . 𝜋 .

𝑃. 𝑛 ) 𝛷𝑚𝑎𝑘𝑠 cos 𝜔𝑡 120

𝐸𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑁 (2 . 3,14 .

𝐸𝑒𝑓𝑓 = 𝐸𝑒𝑓𝑓

𝐸𝑚𝑎𝑘𝑠

𝑃. 𝑛 ) 𝛷𝑚𝑎𝑘𝑠 120

(2.4)

(2.5)

𝑝. 𝑛 𝑁 (2 . 3,14 . 120) 𝛷𝑚𝑎𝑘𝑠

= √2 4,44 𝑁𝑝𝑛 𝛷𝑚𝑎𝑘𝑠 = 120

√2 (2.6)

bila: 𝐶=

4,44 𝑁𝑝 120

maka: 𝐸𝑒𝑓𝑓 = 𝐶. 𝑛. 𝛷𝑚𝑎𝑘𝑠

(2.7)

Dimana: Eeff = ggl induksi (Volt)

n

= Putaran (rpm)

N = Jumlah belitan

f

= Frekuensi (Hz) 24


C = Konstanta

Φmaks = Fluks magnetik (weber)

p = Jumlah kutub

Untuk generator sinkron tiga fasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparanjangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik. [12] Reaksi Jangkar Generator Sinkron [12] Saat generator sinkron bekerja pada beban nol tidak ada arus yang mengalir melalui kumparan jangkar (stator), sehingga yang ada pada celah udara hanya fluksi arus medan rotor. Namun jika generator sinkron diberi beban, arus jangkar Ia akan mengalir dan membentuk fluksi jangkar. Fluksi jangkar ini kemudian mempengaruhi fluksi arus medan dan akhirnya menyebabkan berubahnya harga tegangan terminal generator sinkron. Reaksi ini kemudian dikenal sebagai reaksi jangkar seperti pada gambar 2.13 berikut :

Gambar 2.13 Model reaksi jangkar

25


Keterangan gambar : a) Medan magnet yang berputar akan menghasilkan tegangan induksi EAmax b) Tegangan resultan menghasilkan arus lagging saat generator berbeban induktif c) Arus stator menghasilkan medan magnet sendiri BS dan tegangan Estat pada belitan stator d) Vektor penjumlahan BS dan BR yang menghasilkan Bnet dan penjumlahan Estat dan EAmax menghasilkan VΦ pada outputnya.

Perbedaan pengaruh yang ditimbulkan fluksi jangkar tergantung kepada beban dan faktor daya beban, yaitu: 1) Untuk beban resistif (cosφ = 1) Pengaruh

fluksi

jangkar

terhadap

fluksi

medan

hanya

sebatas

mendistorsinya saja tanpa pengaruh kekuatannya (cross magnetizing) 2) Untuk beban induktif murni (cosφ = 0 lag) Arus akan tertinggal 900 dari tegangan. Fluksi yang dihasilkan oleh arus jangkar akan melawan fluksi arus medan. Dengan kata lain reaksi jangkar akan demagnetising artinya pengaruh reaksi jangkar akan melemahkan fluksi arus medan. 3) Untuk beban kapasitif murni (cosφ = 0 lead) Arus akan mendahului tegangan sebesar 900. Fluksi yang dihasilkan arus jangkar akan searah dengan fluksi arus medan sehingga reaksi jangkar yang terjadi magnetizing artinya pengaruh reaksi jangkar akan menguatkan fluksi arus medan. 4) Untuk beban tidak murni (induktif/kapasitif) Pengaruh reaksi jangkar akan menjadi sebagaian magnetizing dan sebagaian demagnetizing. Saat beban adalah kapasitif, maka reaksi jangkar akan sebagian distortif dan sebagian magnetizing. Sementara itu saat beban adalah induktif, maka reaksi jangkar akan sebagaian distortif dan sebagaian demagnetizing. Namun pada prakteknya beban umumnya adalah induktif.

26


2.6

Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi sistem.

Penyediaan daya aktif harus disesuaikan dengan kebutuhan daya aktif beban, penyesuaian ini dilakukan dengan mengatur kopel penggerak generator, sehingga tidak ada pemborosan penggunaan daya. Pada umumnya dalam sistem tenaga listrik digunakan generator sinkron tiga fasa untuk pembangkit tenaga listrik yang utama. Oleh karena itu, pengaturan frekuensi sistem tergantung pada karakteristik generator sinkron. Menurut Hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanik penggerak generator dengan perputaran generator : 𝑇𝐺 − 𝑇𝐵 = 𝐻 𝑥

𝑑𝜔 𝑑𝑡

(2.8)

Dimana : TB = Kopel penggerak generator TG = Kopel beban yang membebani generator H = momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya ω = kecepatan sudut perputaran generator Frekuensi akan turun jika daya aktif yang dibangkitkan tidak mencukupi kebutuhan beban dan sebaliknya frekuensi akan naik jika kelebihan daya aktif dalam sistem. Secara mekanis apabila : 𝑑𝜔 < 0, 𝑑𝑡 𝑑𝜔 𝑇𝐺 − 𝑇𝐵 = 𝛥𝑇 > 0, 𝑚𝑎𝑘𝑎 > 0, 𝑑𝑡

𝑇𝐺 − 𝑇𝐵 = 𝛥𝑇 < 0, 𝑚𝑎𝑘𝑎

𝑠𝑒ℎ𝑖𝑛𝑔𝑔𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑘𝑢𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑡𝑢𝑟𝑢𝑛 𝑠𝑒ℎ𝑖𝑛𝑔𝑔𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑘𝑢𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑛𝑎𝑖𝑘

Dari persamaan di atas, secara tidak langsung penyediaan daya aktif dapat pula mempengaruhi frekuensi sistem. [7]

2.7

Pengaturan Putaran (Governing) Sistem governing pada turbin berfungsi untuk mengontrol aliran uap agar

dapat mempertahankan putaran sesuai yang dikehendaki (3000 rpm untuk 50 Hz). Sebenarnya apabila beban turbin konstan maka governing tidak diperlukan lagi sebab putaran akan tetap konstan.

27


Tetapi apabila terjadi beban turbin turun dengan pembukaan katup uap yang tetap, maka putaran akan naik akibat jumlah uap melebihi yang dibutuhkan. Untuk mengembalikan keputaran normal maka perlu memperkecil pembukaan katup uap agar menyesuaikan jumlah uap yang dibutuhkan. Begitu juga dengan sebaliknya jika beban turbin naik. Untuk mengatasi hal-hal tersebut di atas, maka governor dapat melakukan perubahan-perubahan sesuai kebutuhan secara automatik. [9] Speed Droop Governor Speed Droop adalah bilangan prosentase yang menyatakan kepekaan turbin merespon perubahan frekuensi. Semakin kecil nilai prosentase speed droop, maka semakin peka terhadap perubahan frekuensi. Demikian pula sebaliknya, semakin besar nilai prosentase speed droop, maka semakin malas merespon perubahan frekuensi. Speed droop menentukan hubungan antara sinyal pengaturan putaran (governor) dengan output beban yang dibangkitkan oleh Generator. Speed Droop merupakan perbandingan beban dengan frekuensi. 𝑆𝑝𝑒𝑒𝑑 𝐷𝑟𝑜𝑜𝑝 =

𝑅1 − 𝑅2 𝑥 100% 𝑅

(2.9)

Dimana : R = putaran nominal R1 = putaran tanpa beban R2 = putaran beban penuh

Makin kecil nilai speed droop dari governor maka makin peka terhadap perubahan beban. Sekilas jika pada suatu pembangkit memiliki nilai speed droop sebesar 5 % maka dapat dihitung : 5 % = 0,05 x 50 Hz = 2,5 Hz Artinya sistem dibatasi untuk penurunan frekuensi maksimal 2,5 Hz dari batas nominal 50 Hz. [7]

28


2.8

Bahan Bakar Batubara Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik

adalah bahan bakar. Bahan bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat), minyak (cair), atau gas. Ada kalanya PLTU menggunkan kombinasi beberapa macam bahan bakar. Untuk setiap macam bahan bakar, komposisi perpindahan panas berbeda. [6] 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. 

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 810% 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.

29


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. Terdapat dua metode untuk menganalisis batubara, yaitu 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 sederhana. [1]

2.9

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 listriktenaga 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 yang dikandung dalam aliran masing-masing.

Gambar 2.14 Diagram neraca energi boiler

30


Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Kerugian ditiaptiap 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. [5] 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 bagian ini akan terdapat olakan pada pusaran-pusaran uap, dan hasilnya dari peristiwa ini akan bekerja sebagai rem. Kerugian ventilasi ini tergantung kepada panjang sudu, besarnya pemasukan uap kedalam sudu-sudu turbin dan kecepatan keliling serta kepada kerapatan uap. Untuk turbin yang kecil kerugian ventilasi ini dapat diketahui dengan jelas dan sangat mengurangi efisiensi turbin. Kerugian kebocoran (celah) terdapat diantara rotor dan rumah turbin pada ujung dari sudu pengarah dan sudu jalan. Makin pendek panjangnya sudu dan makin besar kebutuhan celah untuk mengatasi perbedaan temperatur pada saat turbin start, makin besarlah kerugian kebocorannya. Sebab uap tersebut mengalir di ujung-ujung sudu melalui penampang celah tanpa bekerja (memberikan energinya untuk bekerja). Pertimbangan terhadap rugi-rugi mesin listrik merupakan hal yang penting berdasarkan ketiga alasan berikut : (1) rugi-rugi menentukan efisiensi mesin dan cukup berpengaruh terhadap biaya pemakaiannya; (2) rugi-rugi menentukan pemanasan mesin sehingga menentukan pula keluaran daya atau ukuran yang dapat diperoleh tanpa mempercepat keausan isolasinya; dan (3) jatuhnya tegangan atau komponen arus yang bersangkutan dengan rugi-rugi yang dihasilkan harus diperhitungkan dengan semestinya dalam penampilan mesin. Rugi-rugi mekanis. Rugi-rugi ini terdiri atas gesekan sikat dan bantalan, perlilitan, dan daya yang diperlukan untuk mengalirkan udara melalui mesin dan sistem ventilasi, jika ada, apakah sudah tersedia didalam atau kipas dari luar

31


(kecuali daya yang diperlukan untuk mendorong udara melalui terowongan luar yang panjang terhadap mesin). Rugi-rugi gesekan dan perlilitan dapat diukur dengan menentukan masukan pada mesin yang bekerja pada kecepatan yang semestinya tetapi tidak diberi beban dan tidak diteral. Kadang-kadang juga dimasukkan rugi-rugi inti dan ditentukan pada saat yang sama. Rugi-rugi inti rangkaian terbuka, atau tanpa beban. Rugi-rugi inti rangkaian terbuka terdiri atas rugi-rugi histerisis dan arus-eddy yang timbul dari perubahan kecepatan fluks pada besi mesin dengan hanya lilitan peneral utama yang diberi tenaga. Peda mesin dc dan mesin serempak, rugi-rugi ini terutama dialami oleh besi armatur, meskipun pembentukan pulsa fluks yang berasal dari mulut celah akan menyebabkan rugi-rugi pada besi medan juga, terutama pada sepatu kutub atau permukaan besi medan. Rugi-rugi inti rangkaian terbuka dapat diperoleh dengan mengukur masukan pada mesin pada saat bekerja tanpa beban pada kecepatan ukuran atau frekuensi ukuran dan dengan fluks atau tegangan yang semestinya dan kemudian mengurangan rugi-rugi perlilitan dan gesekan dan, jika mesin tersebut bekerja sendiri selama dites, rugi-rugi I2 R armatur tanpa beban (rugi-rugi I2 R stator beban pada motor induksi). Biasanya data diambil untuk suatu kurva rugi-rugi inti sebagai fungsi dari tegangan armatur di sekitar tegangan ukuran. Maka rugi-rugi inti dalam keadaan dibebani ditentukan sebagai harga pada suatu tegangan yang besarnya sama dengan tegangan ukuran yang merupakan perbedaan dari jatuhnya tahanan-ohm armatur pada saat dibebani (pada mesin ac merupakan pembetulan fasor). Rugi-rugi arus eddy tergantung pada kuadrat dari kerapatan fluks, frekuensi, dan ketebalan dari lapisan. Pada keadaan mesin normal besarnya dapat didekati dengan: Pe = Ke . (Bmaks . f . τ)2

(2.10)

Dimana : τ

= tebal lapisan

Bmaks

= kerapatan fluks maksimum

f

= frekuensi

Ke

= tetapan pembilang

32


Harga Ke tergantung pada satuan yang digunakan, volume besi, dan resistivitas besi. Ragam dari rugi-rugi histerisis dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan empiris saja. Persamaan yang banyak digunakan adalah : Ph = Kh f Bnmaks

(2.11)

Dimana Kh merupakan tetapan pembanding yang besarnya tergantung pada karakteristik dan volume besi dan satuan yang dipergunakan dan pangkat n berkisar antara 1,5 sampai dengan 2,5 dan biasa diambil 2,0 dalam memperkirakan penampilan mesin. Pada kedua persamaan diatas frekuensi dapat diganti dengan kecepatan dan kerapatan fluks dengan tegangan yang sesuai, dengan mengubah besarnya tetapan pembanding juga. [11]

2.10 Efisiensi Seperti telah kita ketahui bahwa energi masukan pada PLTU adalah pemasukan sejumlah bahan bakar pada ruang bakar ketel uap dan dan dikonvesikan melalui media uap sehingga keluaran dari unit pembangkit ini adalah berupa daya listrik pada generator listrik. Keluaran dari generator listrik berupa GGL listrik sebesar : E = 4.44 . f . Ф . N (Volt)

(2.12)

E = 2,22 . f . Ф . Z (Volt)

(2.13)

Dimana : E

: GGL induksi (Volt)

F

: Frekwensi listrik (Hz)

Ф : besarnya fluks magnet (Weber) N

: jumlah lilitan

Z

: jumlah sisi lilitan 𝑓=

𝑃. 𝑛 120

(2.14)

Dimana: f

: frekuensi listrik

P

: banyaknya kutub magnet

n

: putaran generator per menit 33


jadi jika nilai f dimasukkan ke persamaan di atas, maka: 𝑃.𝑛

𝐸 = 4,44 . 120 . Φ . N (volt)

(2.15)

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 (C), sehingga persamaan lebih mudah untuk dipahami. E=C.n.Φ

(2.16)

Gambar 2.15 Rangkaian listrik generator berbeban Dimana: E

: GGL induksi (volt)

C

: konstanta

Φ

: besarnya fluks magnet (Weber)

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

(2.17)

Daya sebuah generator 3 phasa dinyatakan dalam rumus berikut : 𝑃 = √3 . 𝑉𝐿−𝐿 . 𝐼 . cos φ

(2.18)

Atau 𝑃 = 3 . 𝑉𝐿−𝑁 . 𝐼 . cos φ

(2.19)

Bila generator diberi beban yang berubah -ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian :

34




Resistansi jangkar, resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegangan jatuh/fasa dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.



Reaktansi bocor jangkar, saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang sudah ditentukan, hal seperti ini disebut fluks bocor.



Reaksi jangkar, adanya arus mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluks jangkar (ФA) yang ber integrasi dengan fluks yang dihasilkan medan rotor (ФF), sehingga akan dihasilkan suatu fluks resultan sebesar ФR = ФA + ФF. [12] 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). Pengaturan daya nyata akan mempengaruhi frekwensi dan konsumsi bahan bakar, sedangkan pengaturan daya reaktif akan mempengaruhi tegangan dan arus eksitasi (fluksi). Pada saat beban listrik naik maka daya yang timbul untuk melawan generator akan makin besar juga sehingga putaran generator akan turun begitu juga dengan tegangan. Turunnya putaran generator maka putaran turbin ikut turun, oleh sebab itu maka diperlukan lebih banyak jumlah uap untuk menaikkan putaran turbin. Untuk menaikkan jumlah uap maka pasokan bahan bakar pada ruang bakar harus ditambah sehingga produksi uap bertambah. Begitu juga sebaliknya jika beban generator berkurang maka putaran generator naik dan tegangan juga naik maka konsumsi bahan bakar perlu dikurangi untuk menjaga frekuensi tetap stabil. Dari uraian di atas tampak bahwa perubahan beban secara mendadak memerlukan pula langkah pengurangan produksi uap secara mendadak agar tidak terlalu banyak uap yang harus dibuang ke udara. Langkah pengurangan produksi ini dilakukan dengan mematikan nyala api dalam ruang ketel dan mengurangi pengisian air ketel. Masalahnya disini bahwa walaupun nyala api dalam ruang bakar ketel padam, masih cukup banyak panas yang tertinggal dalam ruang bakar untuk menghasilkan uap sehingga pompa pengisian ketel harus tetap mengisi air ke dalam ketel untuk mencegah penurunan level air dalam drum yang tidak dikehendaki. 35


Mengingat masalah-masalah tersebut diatas yang menyangkut masalah proses produksi uap dan masalah –masalah pemuaian yang terjadi dalam turbin, sebaiknya PLTU tidak dioperasikan dengan persentase perubahan-perubahan beban yang besar. Efisiensi PLTU banyak dipengaruhi ukuran PLTU, karena ukuran PLTU menentukan ekonomis tidaknya penggunaan pemanas ulang dan pemanas awal. [11] Efisiensi pada boiler diberikan dengan persamaan sebagai berikut: 𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 (𝜂) =

𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 (𝜂) =

𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 𝑥 100% 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘

𝑄. (ℎ𝑔 − ℎ𝑓 ) 𝑥 100% 𝑞. 𝐺𝐶𝑉

(2.20)

Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler adalah: 

Jumlah steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam kg/jam



Jumlah bahan bakar yang dipergunakan per jam (q) dalam kg/jam



Tekanan kerja (kg/cm2) dan suhu lewat panas (0C), jika ada



Suhu air umpan (0C)



Jenis bahan bakar dan nilai kotor bahan bakar (GCV) dalam kkal/kg bahan bakar

Dimana: 

hf : Entalpi steam jenuh dalam kkal/kg steam



hg : Entalpi air umpan dalam kkal/kg air

Efisiensi perubahan energi pada turbin uap sampai kepada tenaga mekanis di kopling turbin didapat dari : 𝜂𝑡𝑡 =

ℎ1 − ℎ2 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑝𝑎𝑘𝑎𝑖 = ℎ1 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘

(2.21)

Efisiensi generator listrik dapat dihitung dengan persamaan berikut: 𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 =

𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑜𝑢𝑡 + 𝑃𝑟𝑢𝑔𝑖−𝑟𝑢𝑔𝑖

(2.22)

36


Dimana: Pout = daya yang dikeluarkan = Vt . IL (Watt) Pin = daya yang dimasukkan = Pout + Prugi-rugi Prugi-rugi = rugi-rugi mekanik + histerisi + inti dll Jadi efisiensi keseluruhan pada PLTU mulai dari bahan bakar sampai pada energi listrik yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan berikut: 𝜂=

𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛

𝑥 100 %

(2.23)

Dimana: Pout = energi keluaran pada generator (Watt) Pin = energi masukan pada boiler/ketel uap(kkal/jam) atau kJ/jam [10]

Catatan: 1 watt

= 1 Joule/detik

1 kkal

= 4186 Joule

1 Joule = 0.24 kal

37


BAB II DASAR TEORI. Universitas Sumatera Utara

Recommend Documents