BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sumber Energi Listrik Dengan semakin berkembangnya pembangunan di dunia pada umumnya dan di Indonesia pada khususnya terutama pada sektor infrastruktur, sektor industri, sektor pendidikan, sektor teknologi dan informasi dan lain sebagainya maka kebutuhan akan tenaga listrik pasti meningkat. Peningkatan kebutuhan listrik harus dimbangi juga dengan pembangkitan energi listrik. Bila tidak maka pembangunan tidak akan berkembang sesuai dengan yang kita inginkan. Karena itu pemerintah maupun swasta sedang gencar-gencarnya
mengupayakan akan pemenuhan
kebutuhan listrik. Hal ini tidak mudah dilakukan mengingat semakin mahal bahan baku atau bahan bakar yang dibutuhkan pada suatu pembangkit. Sumber energi listrik pada umumnya diperoleh dari pengubahan energi primer menjadi bentuk energi lainnya baik secara langsung maupun tidak secara langsung. Pengubahan energi secara langsung atau biasanya disebut juga sistem konvensional adalah energi primer dikonversikan menjdi energi listrik dengan bantuan suatu mediator perantara seperti turbin, motor bakar, dan sebagainya. Sedangkan pada pengubahan energi secara tidak langsung atau non konvensional adalah energi primer dikonversikan menjadi energi listrik tanpa mediator atau perantara dan sebagai contohnya sistem solar cell, fotosintesis dan sebagainya. Sebagian besar di dunia menggunakan sistem konvensional karena energi yang dihasilkan jauh lebih besar dari sistem non konventional. Seperti kita ketahui pembangkit yang ada saat ini adalah pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD), pembangkit listrik tenaga Gas (PLTG), pembangkit listrik tenaga uap dan gas
5
(PLTGU), pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP), pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN), dan pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Secara garis besar pusat pembangkit tenaga listrik terdiri dari 4 (empat) komponen utama dengan perincian sebagai berikut : 1. Instalasi energi primer, yaitu instalasi bahan bakar atau instalasi tenaga air 2. Instalasi mesin penggerak generator, yaitu instalasi yang berfungsi sebagai pengubah energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator. Mesin penggerak generator ini bisa berupa ketel uap beserta turbin uap, mesin diesel, turbin gas atau turbin air. 3. Instalasi pendingin, yaitu instalasi yang berfungsi mendinginkan instalasi mesin penggerak yang menggunakan bahan bakar. 4. Instalasi listrik, yaitu instalasi tegangan tinggi, instalasi tegangan rendah dan instalasi arus searah. Proses dari masing-masing instalasi pada suatu pembangkit pasti akan menimbulkan masalah –masalah yang dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Penyediaan energi primer, seperti untuk bahan bakar meliputi sistem pengadaannya, transportasinya dan penyimpanannya terutama yang memerlukan perhatian terhadap resiko kebakaran. Pada PLTA pengadaan dari air hujan dan sungai beserta penyimpanannya di waduk dan sebagainya. 2. Penyediaan air pendingin, terutama pada PLTU dan PLTD. Sehingga umumnya PLTU dibangun di daerah dekat pantai mengingat air laut yang banyak bisa difungsikan sebagai air pendingin. 3. Masalah limbah, seperti PLTU yang memiliki limbah abu batu bara yang mengandung gas SO2, CO2 dan NOx dan limbah bahan kimia dari air ketel (blow down). Untuk PLTD mempunyai limbah minyak pelumas. Tetapi sebaliknya limbah PLTA yang berupa air dimanfaatkan untuk pengairan. 4. Masalah kebisingan, yang mana harus dikontrol agar kebisingan tidak melebihi batas yang telah ditentukan terutama untuk masyarakat yang tinggal disekitarnya.
6
5. Operasi, yang mana umumnya pembangkit beroperasi 24 jam sehari dan 60 % costnya diambil untuk bahan bakar sehingga perlu dilakukan operasi pembangkit yang seefisien mungkin. 6. Pemeliharaan, dimana dengan pemeliharaan yang benar maka efisiensi, keandalan dan umur ekonomis dapat dipertahankan semaksimal mungkin. 7. Gangguan dengan
kerusakan, yang
kerusakan alat dan gannguan
mana
gangguan dari dalam seperti
dari luar seperti petir dapat menyebabkan
terputusnya penyaluran daya. 8. Pengembangan pembangkitan, yang mana harus diperhatikan kemungkinan adanya ekspansi atau pemgembangan di masa yang akan datang. 9. Perkembangan teknologi pembangkitan, yang bertujuan untuk perbaikan efisiensi. Dengan mengetahui dan menganalisa komponen-komponen pembangkit dan masalah yang ditimbulkan maka kita dapat merencanakan suatu sistem pembangkit dengan memperhatikan hal-hal sebagai berikut : 1. Jenis pembangkit 2. Daya yang dibutuhkan 3. Biaya operasi dan perawatan serta biaya pembangunan 4. Lokasi pusat pembangkitan 5. Keuntungan dan kerugian sistem pembangkitan
2.2 Generator Set (Genset) Genset merupakan bagian yang sangat penting sebagai salah satu sumber tenaga bagi instalasi sistem kelistrikan. Generator merupakan sumber tenaga listrik yang menggunakan tenaga diesel (PLTD) . Akhir-akhir ini
generator banyak
digunakan untuk cadangan apabila suppy dari PLN padam. Baik itu akibat drop maupun hal-hal yang bersifat teknis seperti halnya bila ada pemadaman listrik dari PLN yang biasanya sudah dikonfirmasikan terlebi dahulu.
7
Ada dua komponen utama genset yaitu prime mover atau penggerak mula dalam hal ini mesin diesel dan generator. Adapun penjelasannya adalah sebagai berikut :
2.2.1 Prime Mover atau Penggerak Mula Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Adapun penggeraknya menggunakan mesin diesel atau engine. Secara umum konstruksi motor diesel mirip dengan konstruksi motor bensin. Keduanya merupakan kelompok mesin pembakaran dalam ( internal combustion engine ), dan menggunakan piston sebagai media untuk mengkonversi energi panas hasil pembakaran menjadi energi mekanik berupa gerak lurus yang selanjutnya menggunakan mekanisme poros engkol dikonversikan menjadi gerak rotasi. Ukuran motor diesel sangat variatif dari yang berukuran kecil sampai dengan yang sangat besar dan berbagai pertimbangan yang salah satunya masalah gaya ke samping oleh masa piston, menyebabkan perkembangan design dan konstruksi motor diesel hingga saat ini. Seperti telah disebutkan di atas bahwa motor diesel merupakan salah satu jenis dari mesin pembangkit tenaga. Motor diesel termasuk mesin pembakaran dalam atau internal combustion engine, artinya proses pembentukan energi panas terjadi di dalam mesin itu sendiri. Mesin berusaha merubah energi kimia menjadi energi mekanik yang dimanfaatkan sebagai sumber tenaga. Energi kimia bahan bakar yang dikenal sebagai hidrocarbon (HC), disenyawakan dengan oksigen agar dapat dilakukan proses pembentukan energi panas melalui proses pembakaran. Pertamatama mesin berusaha merubah bentuk fisik bahan bakar dari bentuk cair menjadi bentuk gas. Bahan bakar dikabutkan, agar mudah menguap atau menjadi bentuk gas. Kondisi ini baru memungkinkan bahan bakar bersenyawa dengan oksigen dari udara. Konsentrasi ini akan memungkinkan terjadinya proses pembakaran, setelah ketiga
8
syarat pembakaran yaitu bahan bakar, oksigen dan panas saling berhubungan. Kalor hasil pembakaran tersebut selanjutnya menyebabkan terjadinya pemuaian gas di dalam silinder, yang diindikasikan dengan adanya kenaikan tekanan. Tekanan tersebut selanjutnya dimanfaatkan untuk menghasilkan energi mekanik berupa putaran pada poros engkol. Dengan demikian mesin akhirnya menghasilkan tenaga seperti yang diharapkan. Motor diesel untuk menghasilkan tenaga/daya seperti yang diharapkan melalui serangkaian proses yang terus berulang-ulang, atau dikenal dengan terjadinya siklus yang berulang-ulang. Siklus pada motor diesel terdiri dari empat proses, yaitu proses isap, kompresi, usaha dan proses buang. Terdapat dua cara dalam menyelesaikan setiap siklus tersebut, cara pertama diselesaikan dengan empat langkah piston, atau dua putaran poros engkol. Cara pertama disebut dengan motor diesel empat tak. Cara kedua siklus diselesaikan dalam dua langkah piston atau satu putaran poros engkol, cara ini disebut dengan motor diesel dua tak. Berikut adalah rangkaian penyelesaian siklus pada motor diesel 4 tak
Gambar 2.1 Siklus motor diesel 4 Tak
9
Proses pertama adalah proses isap yaitu proses masuknya udara pembakaran ke dalam silinder. Piston bergerak dari TMA menuju ke TMB ( gambar
), di dalam
silinder terjadi kevacuman sehingga saat katup isap/masuk mulai terbuka terjadi aliran udara ke dalam silinder. Proses isap berakhir pada saat katup masuk tertutup. Pada motor diesel yang masuk ke dalam silinder hanya udara. Proses kedua, adalah proses kompresi. Proses ini dimulai saat katup masuk mulai tertutup dan piston bergerak dari TMB ke TMA. Piston mengkompresikan udara, hingga temperatur dan tekanan udara di dalam silinder naik. Temperatur udara naik hingga mencapai titik nyala bahan bakar (solar) pada akhir langkah kompresi. Proses kompresi salah satu tugasnya adalah menyediakan salah satu syarat terjadinya proses pembakaran, yaitu panas untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar.
Proses ketiga adalah
proses usaha. Pada akhir langkah kompresi bahan bakar diinjeksikan atau dikabutkan ke dalam silinder. Dengan demikian kini di dalam silinder terdapat tiga unsur proses pembakaran yaitu oksigen (dari udara), CH (dari bahan bakar), dan panas (temperatur udara kompresi yang mencapai titik nyala bahan bakar). Berkumpulnya ketiga unsur tersebut menyebabkan terjadinya proses pembakaran di dalam silinder dan terjadi kenaikan tekanan. Tekanan hasil pembakaran dikalikan dengan luas piston akan terjadi gaya (force) yang mendorong piston melakukan proses usaha dari TMA menju ke TMB. Proses usaha berakhir saat katup buang mulai terbuka. Proses keempat adalah proses buang. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya agar motor diesel dapat menghasilkan tenaga/daya secara terus-menerus, maka akan terjadi proses pengulangan siklus yang terus menerus juga. Untuk bisa mengulang siklus berikutnya maka segala sesuatu yang ada di dalam silinder yang merupakan sisa siklus sebelumnya harus dikeluarkan dari dalam silinder atau dibuang. Oleh karena itu piston bergerak dari TMB ke TMA untuk mengeluarkan hasil pembakaran yang telah dipergunakan untuk menghasilkan daya. Materi ini sering disebut dengan gas buang yang mengandung panas/kalor dan tekanan yang cukup tinggi. Untuk itu agar tidak menjadi pencemar udara gas buang dikelola menggunakan exhaust system
10
yang berfungsi untuk memproses gas buang layak untuk dibuang ke udara luar. Proses pembuangan ini dimulai saat katup buang mulai terbuka dan akan berakhir saat katup buang mulai tertutup. Berikut adalah siklus yang terjadi pada motor diesel 2 tak.
Gambar 2.2 Siklus motor diesel 2 Tak
Siklus motor tetap terdiri dari empat proses yaitu isap, kompresi, usaha dan buang. Keempat proses tersebut pada motor diesel 2 Tak diselesaikan dalam dua langkah atau satu putaran poros engkol. Untuk mendukung kerja motor diesel 2 Tak dilengkapi dengan pompa bilas, yang dalam gambar di atas digunakan sebuah blower. Pompa bilas atau blower dipergunakan untuk memasukkan udara ke dalam silinder atau masuknya udara ke dalam silinder bukan karena adanya kevacuman di dalam silinder namun memerlukan alat untuk memasukkan udara ke dalam silinder. Sehingga proses isap pada siklus 2 Tak, menggunakan sistem paksa yaitu menggunakan blower. Proses isap dan buang berlangsung pada waktu bersamaan, yaitu saat katup membuka saluran buang dan diikuti oleh terbukanya saluran masuk yang dibuka oleh piston yang bergerak ke TMB. Dengan terbukanya katup buang
11
terlebih dahulu, maka gas buang telah mempunyai aliran ke arah saluran buang. Kondisi ini diikuti oleh udara yang masuk ke dalam silinder baik karena terbawa aliran gas buang dan karena tekanan dari pompa bilas. Proses pemasukan ini akan berlangsung terus, hingga saluran masuk tertutup oleh piston. Sementara proses pembuangan akan berakhir pada saat katup buang tertutup. Sehingga proses isap dimulai saat saluran masuk mulai terbuka oleh piston. Sedangkan proses pembuangan diawali saat katup buang terbuka, dan diakhiri saat katup buang tertutup. Saat saluran masuk terbuka hingga katup buang tertutup disebut denngan proses pembilasan, yaitu penggantian isi ruang silinder dari gas buang oleh gas baru. Proses kompresi dimulai saat saluran masuk dan buang tertutup, dan piston bergerak dari TMB ke TMA. Piston memampatkan udara di dalam silinder hingga naik tekanan dan temperaturnya. Pada akhir langkah kompresi temperatur udara mencapai titik nyala bahan bakar, sebagai salah satu persyaratan terjadinya proses pembakaran. Proses kompresi akan berlangsung hingga piston mencapai TMA. Proses usaha diawali dari TMA hingga katup buang terbuka. Sebelum TMA
bahan bakar
diinjeksi/dikabutkan ke dalam silinder. Dengan demikian di dalam silinder berkumpul tigas unsur terjadinya proses pembakaran yaitu udara, bahan bakar, dan panas. Oleh karena itu terjadilah proses pembakaran di dalam silinder yang menghasilkan panas untuk menaikkan tekanan di dalam silinder. Tekanan hasil pembakaran inilah yang dikonversikan menjadi gaya yang mendorong piston melakukan langkah usaha. Langkah usaha akan berakhir saat katup buang mulai dibuka dan diikuti dengan proses pembuangan dan pemasukan seperti dijelaskan di atas. Hal – hal yang harus diperhatikan dalam pemilihan suatu mesin diesel antara lain : 1. Effisisensi thermal tinggi, yaitu sekitar 45 % 2. Design nozle tidak memerlukan perawatan yang terlalu rumit 3. Tekanan efektif yang rata-rata tinggi
12
4. Mudah distart 5. Pada detonasi tidak menghasilkan suara mesin yang mengganggu 6. Effisiensi volumetris tinggi 7. Gas buang tidak mengandung polusi yang berbahaya Adapun keuntungan dari pemakaian mesin diesel sebagai prime mover adalah : 1. Design dan instalasi sederhana 2. Auxiliary equipment sederhana 3. Waktu pembebanan relatif singkat 4. Konsumsi bahan bakar relatif murah dan hemat Selain keuntungan di atas maka ada kerugian
dari pemakaian mesin diesel
sebagai prime mover adalah : 1. Mesin sangat berat karena harus menahan getaran dan kompresi yang tinggi 2. Starting awal berat, karena kompresinya tinggi yaitu sekitar 200 bar 3. Semakin besar daya maka mesin diesel tersebut dimensinya makin besar pula. Hal ini menyebabkan kesulitan jika daya mesinnya sangat besar. Secara garis besar komponen-komponen yang ada dalam mesin diesel atau engine adalah sebagai berikut : 1. Sistem starting Sistem starting yang dipakai tergantung dari kapasitas mesin diesel itu sendiri. Untuk mesin diesel < 30 PK biasanya menggunakan sistem start manual dimana cara menghidupkan mesin adalah dengan menggunakan penggerak engkol start pada poros engkol atau poros hubung yang akan digerakkan oleh tenaga manusia. Dan untuk
mesin diesel < 500 PK menggunakan sistem start elektrik dimana
menggunakan kotor DC dengan supply listrik dari battery atau accu 12/24 Volt untuk menjalankan diesel. Sedangakan untuk diesel > 500 PK memakai sistem start kompresi dimana sistem ini memakai motor dengan udara bertekanan tinggi.
13
2. Sistem bahan bakar Salah satu komponen motor diesel yang memegang peranan penting adalah sistem bahan bakar. Peranan pokoknya adalah menyediakan kebutuhan bahan bakar sebagai salah satu unsur proses pembakaran agar tejadi proses pembakaran. Tugas dan fungsi sistem bahan bakar adalah mengukur jumlah bahan bakar, mengabutkan bahan bakar, mengatur timing injection, dan mengatur awal dan akhir injeksi. Kebutuhan jumlah bahan bakar pada mesin sangat berfariasi mulai dari tanpa bahan bakar hingga untuk beban maksimum. Kebutuhan tanpa bahan bakar pada motor diesel diperlukan saat mesin dimatikan. Kebutuhan Bahan bakar yang lainnya mulai dari mesin saat putaran idle hingga putaran tinggi, akselerasi, variasi beban saat kecepatan tetap karena kondisi yang tak terkendali oleh handel gas. Semua itu dilakukan oleh pompa injeksi melalui komponen utamanya dan komponen pendukung. Pengatur jumlah bahan bakar pada pompa injeksi ada dua macam yaitu menggunakan sistem helix dan slip ring. Untuk mengatasi beban yang tak terduga variasinya menggunakan fungsi governor. Sementara pengabutan adalah proses memecah bahan bakar menjadi butiran kecil-kecil atau sering diistilahkan sebagai proses atomisasi. Proses ini dimaksudkan agar bahan bakar mudah menjadi uap yang akan membantu agar bahan bakar mudah bereaksi dengan udara (O2) yang menjadi syarat untuk bisa terjadi proses pembakaran yang baik. Di samping itu persyaratan proses pembakaran adalah terjadinya homogenitas campuran udara dan bahan bakar. Homogenitas berarti kerataan campuran di seluruh ruangan di dalam silinder. Sementara proses pemasukan bahan bakar hanya terjadi pada satu tempat yaitu diujung pengabut. Oleh karena itu proses penekanan bahan bakar harus dapat mencapai dua kondisi yaitu kabutan yang memungkinkan siap berubah menjadi uap sedangkan kondisi yang lainnya adalah bahan bakar harus dapat dilempar hingga menyebar ke seluruh ruangan di dalam silinder. Sedangkan Timing Injection diatur melalui ikatan baut antara body pompa injeksi dengan blok mesin. Timing injeksi yang lebih awal akan menyebabkan terjadinya detonasi yaitu tekanan yang melonjak
14
sebelum waktunya. Kondisi ini disebabkan karena saat nahan bakar diinjeksikan temperatur udara hasil kompresi belum memenuhi syarat untuk membakar bahan bakar. Sehingga saat bahan bakar mulai terbakar sudah terjadi jumlah yang lebih banyak. Hal ini yang menyebabkan tekanan di dalam silinder mendadak tinggi. Sementara untuk timing injeksi advance diatur melalui sistem mekanik sentrifugal, helix atau sistem hidrolik. Sistem mekanik sentrifugal biasanya dipasang pada ujung poros pompa injeksi yang b erhubungan dengan timing gear. Sedangkan fungsi sistem bahan bakar yang terakhir adalah mengatur awal dan akhir injeksi atau bahan bakar diijeksikan dalam periode waktu tertentu. Hal ini karena untuk mempersiapkan bahan bakar agar dapat terbakar dengan baik, dimana waktunya sangat singkat yaitu di akhir langkah kompresi.
Apabila bahan bakar dinjeksikan ke dalam silinder
sekaligus maka akan terjadi detonasi dan ini sangat tidak menguntungkan. Oleh karena itu proses penginjeksian secara periodik ini proses pembakarannya dapat terjadi secara bertahap namun tentunya tidak boleh melebihi batas yang ditentukan. Batas tersebut adalah terjadinya kecepatan ekspansi ruang oleh gerakan piston ke TMB. Bila ini terjadi maka proses pembakaran tidak akan dapat menaikkan tekanan tersebut piston. Kondisi ini tentunya merupakan kerugian yang harus dihindarkan. Oleh karena itu pada proses penginjeksian bahan bakar pada motor diesel dibatasi akhir injeksinya. Adapun instalasi yang umum pada sistem bahan bakar adalah sebagai berikut : •
Tangki penyimpanan bahan bakar Alat ini mempunyai fungsi menyimpan bahan bakar yangn akan digunakan oleh mesin diesel
•
Pompa pemindah bahan bakar Alat ini dibutuhkan untuk pemindahan bahan bakar dari ujung perantara ke tangki penyimpanan ke mesin
15
•
Alat penyaring bahan bakar Alat ini digunakan untuk menjamin kebersihan bahan bakar yang masuk ke dalam mesin
•
Alat pemanas sambungan pipa Alat ini diperlukan untuk daerah-daerah yang mempunyai temperatur rendah yang dapat mengganngu aliran bahan bakar
3. Sistem udara dan gas buang Pada sistem pembakaran bahan bakar diperlukan udara, begitu pula pada sistem pendinginan jika dibutuhkan udara. Udara yang dibutuhkan masuk melalui kisi-kisi pada bagian bawah dinding ruang pembangkit. Yang digunakan untuk menangkap debu serta kotoran dari udara yang akan diserap oleh diesel, sehingga pembakaran yang akan terjadi akan memakai udara yang bersih dan dapat menghasilkan daya maksimal. Hasil sisa dari pembakaran bahan bakar adalah berupa gas monooksida yang bersifat mencemari udara. Oleh karena itu pembuangan gas buang ini harus dilakukan dengan baik dan terisolasi. Ada beberapa cara yang bisa dilakukan untuk mengurangi resiko pencemaran udara akibat gas buang yaitu dengan mengiggikan cerobong gas buang sehingga gas buang akan langsung terbang ke atas tanpa menyebar terlebih dahulu ke area manusia atau lingkungan sekelilingnya. Di samping itu harus dilakukan uji emisi yang dilakukan oleh pihak yang berwenang dan external. 4. Sistem pendingin Sistem pendinginan sangat penting karena merupakan hal yang sangat penting untuk menunjang kinerja dari genset dan juga akan menentukan kualitas dari sistem pembangkit. Secara umum pendinginan ditujukan untuk pendinginan oli, pendinginan mesin dan pendinginan udara. Pendinginan oli bertujuan untuk mengontrol temperatur oli dapat terjaga pada kondisi yang tetap dapat menghasilkan pelumasan yang efektif. Pendinginan mesin bertujuan untuk menjaga temperatur yang dapat diterima oleh komponen-komponen mesin. Sedangkan pendinginan udara
16
bertujuan untuk menaikkan densitas udara yang masuk ke silinder sehingga tenaga output dari diesel dapat meningkat serta juga memelihara temperatur dari katup pengeluaran udara. 5. Sistem pelumasan Sistem pelumasan sangat berguna untuk mengatasi terjadinya gesekan yang mana minyak pelumas harus mampu membuat lapisan di antara dua permukaan yang berbeda geraknya. Karena itu salah satu syarat minyak pelumas adalah harus mempunyai viscositas atau kekentalan tertentu yang diperlukan untuk membentuk lapisan film oli antar komponen yang bergesekan dan untuk membentuk diperlukan tekanan. Oleh karena itu lifetime atau effiensi dari diesel juga sangat ditentukan oleh sistem pelumasan. Cara pelumasan yaitu dengan jalan mensirkulasikan oli/minyak dari tangki ( yang disaring terlebih dahulu oleh oil filter ). Untuk menghilangkan kandungan garam menuju ke dalam sistem tertutup pada mesin-mesin yang akan dilumasi. Minyak pelumas yang telah menyerap panas akan didinginkan terlebih dahulu di dalam oil cooler dengan air pendingin untuk menghilangkan air bekas proses pendingin. Proses pemanasan dan juga untuk mencairkan biasanya digunakan lube oil heater sehingga dapat masuk pada celah yang kecil. Dari oil cooler minyak pelumas disirkulasikan lagi ke bagian yang membutuhkan pelumasan dan akhirnya ditampung dalam carter.
2.2.2 Generator Generator AC adalah suatu alat yang berfungsi merubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik AC. Proses terbentuknya energi listrik dari suatu generator berdasarkan percobaan Faraday, yakni dengan menggerak-gerakkan sepotong kawat penghantar dalam medan magnet. Generator terdiri dari sisi tetap atau stator dan sisi yang berputar atau rotor. Stator generator AC adalah tempat terbentuknya ggl induksi dan rotor adalah medan magnet yang berputar. Untuk memutar diperlukan
17
penggerak. Di pusat pembangkit listrik, generator digerakkan mesin diesel dan turbin. Hukum tangan kanan untuk generator seperti terlihat pada gambar di bawah menunjukkan hubungan antara arah penghantar bergerak, arah medan magnet, dan arah resultan dari aliran arus yang terinduksi. Apabila ibu jari ditunjukkan pada arah gerakan penghantar dan telunjuk ditunjukkan ke arah fluks, jari tengah akan menunjuk ke arah aliran elektron yang terinduksi
Gambar 2.3
Hukum Tangan Kanan Fleming ( Hamzah Berahim, 1991 : 18 )
Jumlah tegangan yang diinduksikan pada penghantar pada saat penghantar bergerak pada medan magnet tergantung pada : •
Kekuatan medan magnet, makin kuat medan makin besar tegangan yang diinduksikan
•
Kecepatan penghantar
yang
memotong
fluks, bertambahnya kecepatan
penghantar menambah besarnya tegangan yang diinduksikan •
Sudut pada tempat penghantar memotong fluks
•
Panjang penghantar pada medan magnet Sumber ( Frank D Petruzela, 2001 : 312 )
18
Secara umum prinsip kerja generator dapat digambarkan seperti gambar dibawah ini
Gambar 3.4 Prinsip Kerja Generator
Besar ggl yang diinduksikan pada kumparan tergantung pada laju perubahan fluksi yang melalui kumparan dan arahnya sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming. Dari gambar di atas terlihat bagaimana tegangan dibangkitkan oleh generator. Kumparan berputar dalam medan magnet akan menimbulkan tegangan induksi pada kedua ujung terminalnya. Pada gambar
tampak posisi kumparan
mula-mula adalah horizontal, berarti tegak lurus terhadap arah garis-garis gaya magnet sehingga fluks yang melingkupi kumparan tidak berubah dan tidak ada ggl yang dibangkitkan atau tegangan output nol. Pada gambar
kumparan pada posisi
vertikal vertikal ( 90 ) maka garis gaya magnet yang terpotong adalah maksimum dan ggl yang dibangkitkan juga berharga maksimum.
19
Untuk konstruksi generator sinkron dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 3.5 Konstruksi generator sinkron 1 Stator Stator merupakan bagian dari generator yang tidak bergerak, yang terdiri dari •
Yoke, adalah rumah mesin yang terdiri dari besi yang tebal dan berfungsi sebagai pelindung mesin
•
Inti stator, terbuat dari lapisan atau laminasi-laminasi magnet khusus untuk baja campuran. Tujuan dibuat laminasi ini adalah untuk mengurangi rugi-rugi akibat adanya arus eddy
•
Kumparan jangkar, merupakan kumparan dimana ggl dibangkitkan yang terdiri atas sekelompok kumparan yang saling dihubungkan sedemikian rupa, sehingga ujung-ujung keluaran tersebut merupakan terminal keluaran tegangan.
20
2 Rotor Rotor merupakan bagian yang berputar dan terdiri dari inti rotor belitan medan. Pada generator sinkron bentuk belitan rotor ada dua macam yaitu : •
Rotor kutub atau kutub sepatu Rotor kutub sepatu adalah tipe rotor yang digunakan untuk generatorgenerator dengan kecepatan rendah dan sedang (720-1200 rpm pada frekuensi 60 Hz ). Sebagai contoh generaor yang dipergunakan pada pembangkit listrik tenaga diesel atau pada pembangkit listrik tenaga air
•
Rotor silinder Rotor tipe silinder digunakan pada generator dengan penggerak mula yang berkecepatan tinggi ( 1800-3600 rpm pada frekuensi 60 Hz )
•
Slip Ring Slip ring dibuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada antara slip ring dan poros memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersamasama dengan poros dan rotor. Jumlahnya ada dua yang mempunyai kegunaan menyalurkan arus penguat medan magnet ke lilitan magnet pada rotor.
•
Generator penguat Untuk generator penguat dipergunakan generator DC sebagai sumber arus penguat. Gnerator ini biasanya dikopel terhadap mesin pemutarnya bersama generator utama. Tetapi sekarang ini fungsinya telah diganti dengan mengambil sebagian kecil dari belitan statornya, ditransformasikan dan kemudian disalurkan dengan dioda sebagai sumber penguat magnetnya. Ada dua macam kontruksi generator sinkron, yaitu : -
Jangkar putar medan diam
-
Medan putar jangkar diam
21
2.3 Sistem Kelistrikan Industri
2.3 1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik Penyaluran tenaga listrik dilakukan dari pusat pembangkitan atau pusat tenaga listrik ke beban. Penyaluran tenaga listrik terdiri dari transmisi tenaga listrik dari pusat pembangkit tenaga listrik ke sistem distribusi tenaga listrik dan pembagian beban dari sistem distribusi tenaga listrik ke beban-beban yang tersambung. Di indonesia untuk transmisi dari pusat listrik ke ke gardu induk kebanyakan digunakan 70 KV. Untuk transmisi ini umumnya digunakan saluran udara. Untuk penyaluran dari gardu induk ke gardu transformator menggunakan tegangan 20 KV. Penyaluran ini menggunakan saluran udara atau kabel bawah tanah. Untuk distribusi lokal, yaitu penyaluran dari gardu transformator ke konsumen, menggunakan tegangan 220/380 V. Untuk jaringan distribusi ini kebanyakan digunakan saluran udara, kecuali dibagian kota yang padat atau kalau keindahan lingkungannya harus diutamakan. Oleh karena itu perlu pertimbangan yang cukup matang. Untuk mendukung operasi pada suatu industri yang menuntut kontinuitas penyaluran daya yang tinggi, maka diperlukan sistem distribusi tenaga yang handal. Beberapa tipe dari sistem jaringan distribusi tenaga listrik antara lain : 1. Sistem radial sederhana 2. Perluasan sistem radial 3. Sistem selektif primer 4. Sistem loop primer 5. Sistem selektif sekunder 6. Jaringan spot skunder
22
2.3.2 Panel PLN Panel PLN adalah sebuah unit panel listrik yang memiliki fungsi untuk membatasi penggunaan daya yang dipakai oleh pelanggan. Unit ini hanya dapat diakses oleh PLN. Dengan kata lain, pihak dari pelanggan tidak dapat mengakses unit atau cubicel ini. Sehingga segala hal yang berkaitan dengan cubikel ini seperti setting dan lainnya hanya pihak dari PLN yang dapat melakukannya. Unit ini mengambil tegangan sebesar 20 KV yang nantinya disalurkan ke cubikel milik pelanggan. Daya pada cubicel ini disetting sesuai dengan daya yang diminta pelanggan.
2.3.3 Panel Pelanggan Seperti halnya Panel PLN, Panel ini juga merupakan unit yang berisikan panel – panel listrik. Cubicel ini memiliki sebuah incoming dan satu atau beberapa outgoing tergantung permintaan pelanggan dan dari outgoing ini disambungkan ke transformator tiga fasa step down 20 KV/380 V. Tegangan 380 V inilah yang nantinya akan digunakan untuk menjalankan segala peralatan listrik yang digunakan untuk menjalankan motor – motor listrik atau beban lainnya. Pada incoming dan setiap outgoing memiliki sebuah panel kontrol yang dilengkapi dengan KWh meter yang akan digunakan untuk monitoring konsumsi daya ditiap-tiap unitnya.
2.3.4 Transformator Transformator merupakan alat yang mampu memnidahkan energi listrik dari satu rangkaian ke satu rangkaian yang lain melalui medan magnet yang digunakan bersama-sama oleh kedua rangkaian tersebut , sering disebut sebagai kumparan primer dan kumparan skunder. Transfer energi tersebut kemungkinan menaikkan atau menurunkan tegangan namun frekuensi akan sama pada kedua rangkaian. Jika
23
transformasi terjadi dengan kenaikan tegangan maka disebut transformator step-up. Apabila dengan penurunan tegangan maka disebut tranformator step-down. Tanpa transformator, distribusi daya listrik yang luas menjadi tidak praktis. Transformator dapat membangkitkan daya pada tegangan yang cocok, menaikkan sampai tegangan yang sangat tinggi untuk transmisi jarak jauh dan kemudian menurunkannya pada distribusi yang praktis.
2.3.5 Beban Tenaga Listrik Pada prakteknya didunia industri umumnya penggunaan beban yang paling banyak adalah berupa motor induksi tiga fasa. Dibanding motor lain, jenis ini dipilih karena kontruksinya yang kokoh, tidak begitu mahal, dan membutuhkan sedikit pemeliharaan. Ukuran motor induksi bisa mulai dari beberapa Watt saja hingga yang terbesar 10.000 HP atau 7.46 Mega Watt. Dengan induksi elektromagnetik, medan magnet putar menginduksikan arus listrik pada kumparan yang ada distator. Medan magnet yang memotong garis-garis gaya akan menyebabkan rotor berputar searah dengan medan putar magnet. Kecepatan putar rotor harus selalu lebih lambat daripada medan magnet putar yang dihasilkan sumber sumber arus listrik tiga fasa. Pada motor induksi kecepatan rotor dan kecepatan medan putar tidak sama sehingga menyebabkan slip. Kecepatan pada motor induksi tiga fasa ditentukan oleh frekuensi sumber AC dan jumlah kutub pada stator, sesuai dengan : Ns = 120 . f / p Dimana, Ns = kecepatan sinkron dalam rpm F
= frekuensi sumber AC
p
= jumlah kutub per belitan fasa
Kecepatan putar yang sebenarnya untuk motor induksi akan lebih kecil daripada kecepatan sinkron dari hasil perhitungan, sebagai akibat adanya slip yang
24
meningkat dengan dihasilkannya torsi. Pada keadaan tanpa beban kecepatan akan sangat mendekati kecepatan sinkron. Ketika dibebani, motor idealnya memiliki slip antara 2 – 3 % dan pada beberapa motor lain bisa mencapai 7 %. Slip pada motor AC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : s = ( Ns – Nr ) / Ns dimana, Nr = kecepatan putaran rotor ( rpm ) Ns = kecepatan sinkron ( rpm ) s
= slip bernilai antara 0 – 1
2.3.6 Sistem Proteksi Tenaga Listrik Meskipun suatu peralatan listrik telah dirancang dengan baik, juga tidak akan dapat terhindarkan dari adanya gangguan pada sistem tenaga listrik dari peralatan tersebut. Hal ini dapat terjadi akibat faktor peralatan listrik itu sendiri, seperti lamanya umur pemakaian yang menyebabkan turunnya kemampuan suatu sistem peralatan. Gangguan dapat juga diakibatkan oleh pengaruh dari luar yang menyebabkan terganggunya suatu sistem tenaga listrik. Untuk dapat mendeteksi suatu gangguan yang
terjadi dan dapat mengisolir denga cepat daerah yang
mendapat gangguan, sehingga tidak mempengaruhi keseluruhan sistem tenaga listrik, maka diperlukan sistem proteksi yang baik. Sistem proteksi pada umumnya antara lain : 1. Circuit Breaker ( CB ) 2. Sekering ( Fuse ) 3. Proteksi Rele 4. Pentanahan 5. Detector
25
2.3.7 Kapasitor Bank Shunt kapasitor bank secara umum digunakan untuk kompensasi daya reaktif sebagai koreksi faktor daya. Penggunaan shunt kapasitor bank telah meningkat jauh dewasa ini dikarenakan beberapa keuntungan antara lain harganya yang cukup terjangkau, cara pemasangannya yang cepat dan mudah, serta dapat dipasang hampir dimanapun dalam suatu jaringan atau sistem kelistrikan. Selain itu, dengan menginstalasi kapasitor bank dalam suatu sistem kelistrikan kita juga mendapatkan keuntungan lain pada sistem seperti peningkatan tegangan di sisi beban, regulasi tegangan yang lebih baik, pengurangan atau penurunan rugi-rugi pada sistem serta dapat memperbaiki faktor daya.
2.4 Operasi Sistem Kelistrikan dan Produksi di PT Gold Coin Indonesia 2.4.1 Konfigurasi Sistem Kelistrikan Blok diagram sistem kelistrikan dapat dilihat sebagai berikut :
1
Area Produksi Livestock
Grinding 1 – Dumping 1-Elevator
MCC 2
Control Room – Pellet 1 Compressor
G 1 MCC
G 2
MDP LIVESTO CK
3
Grinding 2 – Silo – Dumping 2 Conveyor
MCC
4
G 3
Pellet 2 – Liquid Sistem
MCC Penerangan Dan Ofiice
PLN
KWH PLN
G 1
Penerangan Dan Ofiice MDP SPECIALI TIES
Mesin-Mesin Specialities MCC
G2
Area Produksi Specialities
Gambar 2.6 Blok diagram sistem kelistrikan
26
2.4.2 Pengoperasian Genset Pabrik ini memiliki empat buah genset yang berkapasitas 1850 KVA. Dua genset masing-masing berkapasitas 600 KVA dihubungkan secara paralel dan dihubungkan ke panel utama
dan dipakai untuk semua beban divisi livestock.
Sedangkan satu genset dengan kapasitas 300 KVA dipasang stand alone untuk melayani beban tertentu yaitu beban mesin grinding I. Sedangkan satu genset dengan kapasitas 350 KVA yang terletak didivisi specialities tidak digunakan karena divisi specialities menggunakan genset rental dengan kapasitas 1000 KVA. Dua genset 600 KVA dan satu genset 300 KVA mensuplai tenaga listrik untuk plant divisi livestock, dan divisi specialities disuplai oleh genset rental 1000 KVA. Perawatan yang dilakukan secara rutin oleh operator Genset antara lain adalah sebagai berikut : 1. Pembersihan filter udara 2. Pengecekan dan penggantian air accu dan radiator 3. Pengecekan dan penggantian oli genset 4. Pemanasan rutin mesin genset 5. Pengecekan kondisi accu
2.5 Operasi Unit Produksi Pada pembahasan kali ini akan dijelaskan tentang operasi unit produksi di PT Gold Coin Indonesia. Operasi unit produksi ini dibagi menjadi beberapa macam, yaitu unit silo, unit mixing, unit pelleting, unit dumping, unit packing dan unit birdfeed.
2.5.1 Unit Silo Silo merupakan bejana besar yang biasanya terbuat dari galvanise yang digunakan untuk tempat penyimpanan jagung untuk kemudian disalurkan ke bin-bin untuk proses produksi pakan ternak. Jumlah silo yang ada sekarang adalah 2 (dua)
27
silo. Tipe dari silo itu adalah tipe berdiri, di mana tidak diperlukan ruangan bawah tanah atau basement untuk discharge jagung dari silo ke bin. Kedua silo berlokasi didekat daerah curah jagung dengan kapasitas 2000 ton tiap silo. Di silo juga dilengkapi dengan sistem instalasi anti jamur untuk jagung dengan kadar air lebih dari 16 % atau jagung jawa pada umumnya. Mesin yang terdapat di silo ini antara lain adalah mesin conveyor, elevator, dust collector dan blower. Kebanyakan mesin yang dipakai adalah motor induksi 3 fasa. Mesin conveyor adalah diguanakan untuk transportasi jagung baik transportasi dari luar silo menuju ke silo ataupun transportasi jagung dari dalam silo ke bin-bin yang akan dipakai untuk proses produksi. Begitu juga dengan mesin elevator digunakan untuk transportasi jagung secara vertikal, karena mengingat ketinggian silo yang hingga mencapai 30 meter. Jumlah mesin conveyor yang terpasang cukup banyak dengan spesifikasi daya motor bervariasi dari 5 HP, 7.5 HP sampai 10 HP dan bahkan ada yang 15 HP. Hal ini bisa dimengerti karena memang jumlah beban dalam hal ini jagung jumlahnya juga tidak sedikit. Sedangkan spesifikasi dari mesin elevator adalah motor dengan daya 20 HP. Dan mesin yang juga cukup vital adalah mesin fan atau blower, yakni mesin yang digunakan untuk memberikan tekanan udara kepada jagung yang berada di dalam silo. Dengan kondisi tersebut maka partikel pengotor yang mungkin terbawa jagung bisa dikeluarkan dari dalam silo. Namun jumlah daripada partikel pengotor ini juga tidaklah terlalu banyak. Ditiap silo jumlah fan atau blower rang terpasang adalah 4 buah dengan kapasitas mesin 10 HP dan 5 HP.
2.5.2 Unit Dumping Pada dasarnya unit dumping sama dengan unit silo, hanya saja untuk unit Dumping tidak menggunakan silo tetapi menggunakan bin yang berukuran kecil dengan kapasitas tampung 24 ton per bin. Untuk spesifikasi motornya sama dengan unit silo. Unit dumping sendiri terdiri dari 2 line yaitu line dumping kuning dan line
28
dumping merah. Line dumping kuning digunakan untuk bahan baku yang sudah halus seperti tepung daging, tepung ikan, tapioka, limestone dust dan sebagainya. Untuk line dumping merah digunakan untuk bahan baku yang kasar dan akan grinding kemudian.
2.5.3 Unit Grinding Grinding atau yang sering juga disebut dengan hammermill adalah suatu Mesin yang berfungsi sebagai pemecah bahan baku yang kasar seperti jagung, bungkil kedelai, rapesead, canola meal, palm kernel meal dan sebagainya. Motor yang diguanakan adalah motor induksi dengan kapasitas 110 KW. Unit grinding ini juga dilengkapi dengan mesin elevator, mesin conveyor dan sistem playbox untuk distribusi hasil grinding ke bin – bin yang dituju. Kapasitas dari mesin elevator dan mesin conveyor sama dengan yang ada di unit silo dan unit dumping yaitu antara 5 HP sampai dengan 20 HP. Dalam unit grinding terdapat panel yang mengontrol secara otomatis flow atau turunnya bahan baku yang akan digrinding dari bin atau hopper ke mesin grinding dengan sistem
setting flow.
Mesin ini mempunyai
saringan ( perforation plate ) yang dapat diganti-ganti sesuai dengan kebutuhan ukuran kehalusan ( particle size ) .
2.5.4 Unit Mixing Unit mixing merupakan unit yang paling vital dalam pabrik pakan ternak. Karena dalam unit ini terbagi menjadi dua yaitu proses penimbangan atau batching sistem dan proses pencampuran atau mixing. Pada proses penimbangan menggunakan sistem screw conveyor dengan motor 5,5 KW dan sistem slide ( dengan menggunakan angin ) untuk mengeluarkan bahan baku dari bin ke hopper timbangan. Kapasitas load cell timbangan adalah 3 ton dengan rating batches 2.4 ton. Sedangkan untuk mixing menggunakan suatu tabung dengan kapasitas 3 ton dengan pengaduk yang bebentuk pedal yang digerakkan oleh mesin dengan motor 50 HP.
29
Untuk mesin – mesin lainnya sama dengan unit yang lain yaitu dengan menggunakan mesin elevator dan conveyor dengan daya antara 5 HP sampai 20 HP. Unit ini dilengkapi dengan motor dengan daya 3 KW untuk spray liqid seperti CPO, Rhodimet dan Collin Cloride.
2.5.5 Unit Pelleting Mesin pelleting adalah mesin yang digunakan untuk membuat bahan baku Bentuk tepung atau powder menjadi produk yang berbentu pellet atau crumble. Mesin ini terdiri dari mesin feeder dengan daya 5,5 KW, mesin conditioner dengan daya 7.5 KW dan main motor untuk pressing dengan daya 110 KW. Mesin ini menggunakan steam atau uap air yang dihasilkan dari boiler memasaknya.
sebagai alat
Untuk mendinginkan pakan dilakukan oleh blower dengan mesin
berdaya 30 KW. Untuk mesin yang lainnya sama dengan unit yang lainnya yaitu elevator dan conveyor dengan daya antara 5 HP sampai dengan 20 HP.
2.5.6 Unit Sacking Off Unit berfungsi untuk melakukan packing finished good dengan bagging 50 kg. Mesin ini terdiri dari dua line dengan kapasitas masing –masing 20 ton per jam. Mesin ini terdiri dari timbangan, conveyor dan mesin jahit. Tenaga listrik yang dibutuhkan relatif lebih kecil yaitu antara 1.5 KW samapai 5.5 KW.
30
