MESIN PENGGERAK UTAMA (Prime Mover) Oleh : Loekman Satibi Irfan Purnawan Lisa Nazifah Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2013 Hak Cipta 2013 pada penulis, Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit.
Ruko Jambusari No. 7A Yogyakarta 55283 Telp. : 0274-889836; 0274-889398 Fax. : 0274-889057 E-mail :
[email protected]
Satibi, Loekman; Purnawan, Irfan; Nazifah, Lisa MESIN PENGGERAK UTAMA (Prime Mover)/Loekman Satibi; Irfan Purnawan; Lisa Nazifah - Edisi Pertama – Yogyakarta; Graha Ilmu, 2013 xviii + 230 hlm, 1 Jil. : 23 cm. ISBN:
978-602-262-090-7
1. Teknik
2. Mesin
I. Judul
KATA PENGANTAR
P
uji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, hanya berkat petunjuk-Nya maka kami mampu menulis buku ini. Buku ini berjudul Mesin Penggerak Utama dan bukan “Mesin Penggerak Mula”. Hal ini semata-mata karena kekhawatiran kami akan adanya kesalahan pengertian bahwa mesin ini berfungsi seperti dinamo starter mobil. Setelah mobil hidup, dinamo starter tidak hidup lagi. Sementara Mesin Penggerak Utama akan selalu bekerja selama sistem bekerja. Lagipula untuk membangkitkan listrik yang merupakan bentuk energi dambaan umat manusia dalam jumlah besar hanya mungkin dilakukan menggunakan Mesin Penggerak Utama ini, yaitu Motor Bakar dan Turbin (PLTD, PLTU, PLTN dan PLTA). Pada Jurusan Teknik Kimia, mata kuliah Mesin Penggerak Utama dimaksudkan untuk mengenalkan fungsi mesin ini sebagai sarana bantu operasional pabrik (Utility). Bab I dan Bab II berisi uraian singkat tentang hakikat listrik dan cara pembangkitannya untuk mengantar ke hakikat Mesin Penggerak Utama. Bab III sampai Bab VII membahas tentang motor bakar mulai dari pengertian motor bakar, mesin pembakaran-dalam, mesin pembakaran-luar, mesin dua-langkah, mesin empat-langkah, mesin penyalaan-busi, mesin penyalaan-tekan (Bab III), termodinamika dalam motor bakar (Bab IV), karburator (Bab V), sistem penyala (Bab VI), dan Bab VII membahas Proses Pembakaran. Bab VIII khusus membahas turbin. Bab IX sampai Bab XII membahas ketel uap mulai dari pengertian mesin uap, diagram dasar, klasifikasi, unjuk kerja dan efisiensi ketel uap (Bab IX). Bab X membahas fungsi pokok pembakar (burner), klasifikasi pembakar untuk ketiga macam bahan bakar, gas, cair dan padat. Bab XI membahas bahan bakar dan proses pembakaran untuk ketiga macam bahan bakar. Bab XII yang merupakan bab terakhir membahas air umpan ketel dan pengkondisiannya.
vi
Mesin Penggerak Utama
Pengalaman penulis utama sebagai Kepala Bagian Produksi PT Ajinomoto Indonesia Mojokerto Factory selama 6 tahun, mengajar mata kuliah Mesin Penggerak Utama di Jurusan Teknik Kimia FT-UMJ sejak tahun 1979 sampai sekarang dan berkolaborasi dengan Box Hill Institute of Technology and Further Education, Australia dalam menyelenggarakan Basic Operator Training selama dua bulan di Amoco Mitsui Indonesia, AMI, Cilegon, dirasa sangat membantu dalam penulisan buku ini. Semoga buku ini bermanfaat baik bagi para pembaca maupun mereka yang bekerja di Pembangkit Tenaga Listrik. Semua kritik yang mengarah ke perbaikan buku ini kami terima dengan ucapan terima kasih dan kami akan berusaha memperbaiki kekurangan-kekurangan yang ada. Jakarta, 1 April 2013 Loekman Satibi, Irfan Purnawan, Lisa Nazifah
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR TABEL
xv
BAB 1 PENDAHULUAN
1
2 2
1.1 Atom 1.2 Mesin Penggerak Utama (Prime Movers)
BAB 2 PEMBANGKIT LISTRIK
3
3
2.1 Cara Menggeser Elektron Valensi
BAB 3 MOTOR BAKAR
13
13 14 14 15 17
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
Introduksi Mesin Pembakaran Dalam dan Pembakaran Luar Mesin Penyalaan Busi dan Penyalaan Tekan Mesin Dua-Langkah dan Empat-Langkah Mesin Pembakaran Tipe Lain
BAB 4 DASAR TERMODINAMIKA
19
19 19
4.1 Introduksi dan Definisi Efisiensi 4.2 Siklus Standar Udara Ideal
viii
Mesin Penggerak Utama
4.3 Contoh Soal 4.4 Soal-soal 4.5 Penyelesaian
30 33 34
BAB 5 KARBURATOR
39
39 39 40 41 44 46 50
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7.
Latar Belakang Hukum-hukum Reaksi Kimia Fungsi Karburator Prinsip Kerja Karburator Cara Kerja Karburator Jenis Karburator Contoh Soal
BAB 6 SISTEM PENYALA
53
53 53 59
6.1. Pendahuluan 6.2 Sistem Penyalaan Tekan dan Penyalaan Busi 6.3 Rangkuman
BAB 7 PROSES PEMBAKARAN
7.1 Pendahuluan 7.2 Kimia Pembakaran 7.3 Termodinamika Pembakaran 7.4 Disosiasi 7.5 Pembakaran dalam Mesin Penyalaan Busi 7.6 Pembakaran di dalam Mesin Penyalaan Tekan 7.7 Bahan Bakar dan Aditif 7.8 Emisi Mesin 7.9 Model Pembakaran 7.10 Kesimpulan 7.11 Contoh-contoh 7.12 Soal-soal
61 61 64 69 74 75 78 80 91 95 99 99 109
BAB 8 TURBIN
115
115 115
8.1 Pendahuluan 8.2 Klasifikasi Turbin
Daftar Isi
8.3 Gaya, Usaha dan Daya 8.4 Soal-soal 8.5 Jawaban
ix 128 138 139
BAB 9 KETEL UAP
141
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9
141 142 143 158
Pendahuluan Diagram Dasar Suatu Ketel Uap Tipe dan Klasifikasi Ketel Uap Ketel Uap Tekanan Tinggi dan Tekanan Rendah Ketel Air Panas, Temperatur Tinggi dan Temperatur Rendah Unjuk Kerja dan Efisiensi Hubungan Masukan dan Luaran Neraca Massa dan Energi Panas Metode Perhitungan Efisiensi
159 160 161 162 166
BAB 10 PEMBAKAR (BURNER)
181
181 182 185 189 190 193
10.1 Pendahuluan 10.2 Pembakar Gas 10.3 Pembakar Minyak 10.4 Pembakar Batubara 10.5 Rangka Bakar Batubara 10.6 Efisiensi Peralatan Pembakaran Bahan Bakar
BAB 11 BAHAN BAKAR DAN PROSES PEMBAKARAN
195
195 196 199 205 205 207 208 210 212
11.1 Persyaratan Fisik Pembakaran 11.2 Kimia Pembakaran 11.3 Udara Pembakaran Berlebih 11.4 Gas Alam dan Pembakarannya 11.5 Pembakaran Bahan Bakar Minyak 11.6 Pembakaran Batubara 11.7 Bahan Bakar Pengganti Campuran Propana-Udara 11.8 Bahan Bakar Kombinasi 11.9 Indeks Efisiensi Pembakaran Baru
x
Mesin Penggerak Utama
BAB 12 AIR UMPAN KETEL DAN PENGONDISIANNYA
213
12.1 Pendahuluan
213
12.2 Pemanasan dan Deaerasi 12.3 Penanganan Kimia Secara Internal dan Eksternal 12.4 Penggunaan Kondensat 12.5 Blowdown
214 214 219 220
BAB 13 PEMANFAATAN PANAS SISA
223
13.1 Pendahuluan 13.2 Economizer 13.3 Pemanas Udara (Air Preheater) 13.4 Memungut Panas dari “Blowdown” dan Ventilasi dari Deaerator
223 223 225
NOMENKLATUR
231
DAFTAR PUSTAKA
234
TENTANG PENULIS
235 -oo0oo-
228
