LAPORAN AKHIR

PRAKTIKUM FISIKA ENERGI II

MODUL 3

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP MINI

Nama : Brain Aulia Biandika

NPM : 140310100016

Nama Partner : Arry Wahyudi

NPM : 140310100018

Hari / Tanggal : Selasa / 15 April 2014

Waktu : 13.30-16.00

Asisten :

LABORATORIUM FISIKA ENERGI

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2014

LEMBAR PENGESAHAN

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP MINI

Nama : Brain Aulia Biandika

NPM : 140310100016

Nama Partner : Arry Wahyudi

NPM : 140310100018

Hari / Tanggal : Selasa / 15 April 2014

Waktu : 13.30-16.00

Asisten :

Jatinangor, 15 April 2014

Asisten

(……………………)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Listrik merupakan salah satu kebutuhan yang paling pokok untuk menunjang

kehidupan manusia. Listrik membantu manusia untuk melakukan segala

sesuatunya menjadi lebih mudah. Saat ini hampir semua aspek kehidupan

memerlukan tenaga listrik. Oleh karena itu diperlukan lebih banyak penyediaan

tenaga listrik dengan menggunakan berbagai macam mesin pembangkit listrik.

Salah satunya yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Sistem pembangkit

ini memanfaatkan panas buangan dengan menggunakan sebuah turbin yang dapat

mengkonversi energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik.

1.2 Identifikasi masalah

Dalam praktikum ini masalah – masalah yang dapat diidentifikasi :

- Memahami prinsip dan cara kerja dari pembangkit listrik tenaga uap dalam

skala kecil.

- Memahami hal-hal yang berkaitan dengan pembangkit listrik tenaga uap

seperti bolier, turbin, dan komponen-komponen lainnya yang berskala

mini dan dapat menghasilkan energi listrik untuk memenuhi kebutuhan

listrik sehari-hari.

1.3 Tujuan percobaan

Mempelajari dan memahami cara kerja pembangkit listrik tenaga uap berskala

kecil.

1.4 Metode percobaan

Pada praktikum kali ini menggunakan alat-alat diantaranya tungku, ketel

/boiler, turbin, gearbox, generator, serta beberapa alat ukur. Adapun hal-hal yang

diamati yaitu tekanan, temperatur, waktu, laju alir uap, arus, dan tegangan.

Pengamatan dilakukan sebanyak dua kali dengan prosedur yang sama.

1.5 Sistematika penulisan

Adapun sistematika penulisannya adalah sebagai berikut :

Bab I Pendahuluan

1.1 Latar belakang

1.2 Identifikasi masalah

1.3 Tujuan percobaan

1.4 Metodologi percobaan

1.5 Sistematika penulisan

1.6 Waktu dan tempat percobaan

Bab II Tinjauan Pustaka

Bab III Metoda Percobaan

3.1 Alat dan bahan percobaan

3.2 Prosedur Percobaan

Daftar Pustaka

.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

'Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan

energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik.

Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang

dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering.

Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar

terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untuk start up awal.

SEJARAH PLTU

Pada tahun 1831, setelah sebelas tahun melakukan percobaan, Michael Faraday

dapat membuktikan prinsip pembangkitan listrik dengan induksi magnet. Dengan

peragaan dijelaskan, bahwa bila kumparan atau penghantar memotong medan

magnet yang berubah-ubah akan terinduksi suatu tegangan listrik padanya. Kini

rancangan semua mesin listrik adalah didasarkan pada bukti nyata tersebut.

Kemudahan membangkitkan listrik secara induksi memunculkan perkembangan

pembuatan dynamo dan pada tahun 1882 tersedia pasok listrik untuk publik di

London. Pasokan ini diperoleh dari generator DC yang digerakkan dengan mesin

bolak balik (reciprocating) yang di catu dengan uap dari boiler pembakaran

manual. Permintaan tenaga listrik tumbuh berkembang dan pembangkit kecil

muncul di seluruh negeri. Hal ini memberikan keinginan untuk bergabung agar

menjadi ekonomis.

Pada tahun 1878 generator pertama dibuat oleh Gramme, tetapi tidak

menghasilkan listrik sampai tahun 1888 ketika Nikola Tesla memperkenalkan

sistem banyak fasa (poly phase) medan berputar. Pada tahun 1882 Sir Charles

Parson mengembangkan Turbin generator AC pertama dan pada 1901 dibuat

generator 3 fasa 1500 kW untuk pusat pembangkit Neptune di Tyne Inggris.

Inilah mesin awal dengan kumparan yang berputar didalam medan magnet, tetapi

ternyata bahwa semakin besar output yang diinginkan akan lebih mudah

mengalirkan arus listrik pada medan magnet berputar didalam kumparan yang

diam atau stator. Rancangan mesin secara bertahap berkembang sehingga pada

1922, generator 20 MW yang berputar pada 3000 rpm beroperasi.

Sementara itu karena tuntutan permintaan kebutuhan rancangan unit pembangkit

juga berkembang dan kapasitasnyapun meningkat sehingga dibentuk organisasi

untuk mengoperasikan sistem transmisi interkoneksi yang disebut pusat Penyalur

danpengaturanbeban.

PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan,

karena efisiensinya baik dan bahan bakarnya mudah didapat sehingga

menghasilkan energi listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi

energi yang merubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik.

KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN PLTU

Dibanding jenis pembangkit lainnya PLTU memiliki beberapa keunggulan.

Keunggulan tersebut antara lain :

• Dapat dioperasikan dengan menggunakan berbagai jenis bahan bakar (padat,

cair, gas).

• Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi

• Dapat dioperasikan dengan berbagai mode pembebanan

• Kontinyuitas operasinya tinggi

• Usia pakai (life time) relatif lama

Namun PLTU mempunyai bebrapa kelemahan yang harus dipertimbangkan dalam

memilih jenis pembangkit termal. Kelemahan itu adalah :

• Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar

• Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasok listrik dari luar

• Memerlukan tersedianya air pendingin yang sangat banyak dan kontinyu

• Investasi awalnya mahal

Skema Proses PLTU

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 :

1. Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh luas

permukaan pemindah panas. Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas

panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah

menjadi uap.

2. Kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu

diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik

berupa putaran.

3. Ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar

menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet

dalam kumparan, sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik

dari terminal output generator

4. Keempat, Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan

dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air yang disebut air

kondensat. Air kondensat hasil kondensasi uap kemudian digunakan lagi

sebagai air pengisi boiler.

5. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang.

Sekalipun siklus fluida kerjanya merupakan siklus tertutup, namun jumlah air

yang terdapat dalam siklus akan mengalami pengurangan. Pengurangan air ini

disebabkan oleh kebocoran-kebocoran baik yang disengaja maupun yang tidak

disengaja. Untuk mengganti air yang hilang, maka perlu adanya penambahan air

kedalam siklus. Kriteria air penambah (make up water) ini harus sama dengan air

yang teradapat dalam siklus.

Siklus Rankine

Siklus Rankine adalah siklus ideal untuk siklus tenaga uap. Dalam bentuk

sederhana Siklus Rankine terdiri dari empat komponen: pompa, boiler, turbin dan

kondensor .

Siklus rankine dan grafik T (suhu) vs s (entropi)

Siklus Rankine ideal tidak terdiri dari 4 tahapan proses :

• 1 – 2 merupakan proses kompresi isentropik dengan pompa.

• 2 – 3 Penambahan panas dalam boiler pada P = konstan.

• 3 – 4 Ekspansi isentropik kedalam turbin.

• 4 – 1 Pelepasan panas didalam kondenser pada P = konstan.

Air memasuki pompa pada kondisi 1 sebagai cairan jenuh dan dikompresi sampai

tekanan operasi boiler. Temperatur air akan meningkat selama kompresi

isentropik ini melalui sedikit pengurangan dari volume spesifik air.

Air memasuki boiler sebagai cairan terkompresi pada kondisi 2 dan akan menjadi

uap superheated pada kondisi 3. Panas yang diberikan oleh boiler ke air pada T

(suhu) tetap. Boiler dan seluruh bagian yang menghasilkan steam ini disebut

sebagai steam generator.

Uap superheated pada kondisi 3 kemudian akan memasuki turbin untuk

diekspansi secara isentropik dan akan menghasilkan kerja untuk memutar shaft

yang terhubung dengan generator listrik sehingga dihasilkanlah listrik. P (tekanan)

dan T (suhu) dari steam akan turun selama proses ini menuju keadaan 4 dimana

steam akan masuk kondensor dan biasanya sudah berupa uap jenuh. Steam ini

akan dicairkan pada P konstan didalam kondensor dan akan meninggalkan

kondensor sebagai cairan jenuh yang akan masuk pompa untuk melengkapi siklus

ini.

Data dibawah kurva proses pada diagram T – s (entropi) menunjukkan transfer

panas untuk proses reversibel internal. Area dibawah kurva proses 2 – 3

menunjukkan panas yang ditransfer ke boiler, dan area dibawah kurva proses 4 –

1 menunjukkan panas yang dilepaskan di kondensor. Perbedaan dari kedua aliran

ini adalah kerja netto yang dihasilkan selama siklus.

Analisis Energi pada Siklus Rankine

Analisa energi ini dilihat dari tiap komponen yang terdapat pada siklus

Rankine. Persamaan energi untuk masing-masing komponen dapat ditulis sebagai

berikut :

1. Pompa (Q = 0) WP = ṁ(h2-h1) = v(P2-P1) (2.1)

2. Boiler (W = 0) Qin = ṁ (h3 – h2) (2.2)

3. Turbin (Q = 0) WT, out = ṁ (h3 – h4) (2.3)

4. Kondensor (W = 0) Qout = ṁ (h4 – h1) (2.4)

Efisiensi termal siklus Rankine dapat ditulis :

Komponen-komponen Utama pada PLTU

Pompa

Fungsi pompa adalah memindahkan air dari tangki air pengisi ke boiler

dengan tekanan yang cukup. Umumnya pompa ini berupa multi stage pompa

sentrifugal yang digerakkan oleh motor listrik atau turbin. Rotor harus dalam

keseimbangan yang sempurna dan menahan daya dorong dari bearing.

Boiler

Boiler berfungsi untuk mengubah air (feed water) menjadi uap panas

lanjut (superheated steam) yang akan digunakan untuk memutar turbin.

Bagian pemindah panas dari boiler terdiri dari pemanas mula (Low Pressure

Heater dan High Pressure Heater) , economizer, pemanas lanjut (Superheater),

dan pemanas ulang (Reheater).

Turbin Uap

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.

Secara umum komponen-komponen utama dari sebuah turbin uap adalah :

Nosel, sebagai media ekspansi uap yang merubah energi

potensial menjadi energi kinetik.

Sudu, alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap melalui

nosel.

Cakram, tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada poros.

Poros, sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-

cakram sepanjang sumbu.

Bantalan, bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua

ujung poros dan banyak menerima beban.

Kopling, sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap

dengan mekanisme yang digerakkan.

Kondensor

Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin

(uap yang telah digunakan untuk memutar turbin). Batas antara air laut

sebagai pendingin dan air kondensat di dalam kondensor adalah pipa

kondensor. Karena itu kebocoran pipa kondensor sangat membahayakan

sekali, mengotori air pengisi. Ada instalasi mesin uap yang tidak

memanfaatkan kondensor, disebut non condensing system steam power plant.

Perumusan

Turbin Uap

Uap dari boiler pada keadaan 1 yang memiliki suhu dan tekanan

tinggi berekspansi melalui turbin sehingga menghasilkan kerja dan

sebagian dibuang ke kondensor pada keadaan 2 dengan tekanan relatif

rendah.Dengan mengabaikan perpindahan panas ke lingkungan,energy

kinetik dan perubahan energi potensial ,maka berlaku persamaan berikut:

Hasil diatas menyatakan tingkat kerja per unit massa uap yang melewati

turbin.

Kondensor

Dalam kondensor terjadi perpindahan panas dari uap ke air pendingin

yang mengalir dalam aliran terpisah. Uap mengembun dan suhu air

pendingin meningkat. Pada keadaan tunak berlaku persamaan berikut:

Hasil diatas menyatakan tingkat energi yang ditransfer oleh panas dari

fluida kerja kependingin air per satuan massa fluida kerja yang melewati

kondensor. Energi transfer ini bernilai positif.

Pompa

Air yang meninggalkan kondensor pada keadaan 3 dipompa ke boiler

tekanan tinggi. Dengan asumsi tidak ada panas yang ditransfer ke

lingkungan,maka berlaku persamaan berikut:

Persamaan diatas menyatakan tingkat daya input per unit massa yang

melewati pompa. Transfer energi ini bernilai positif.

Boiler

Fluida kerja (air) melengkapi siklus pompa pada keadaan 4 memasuki

boiler untuk kembali dipanaskan dan diuapkan.Pada keadaan ini berlaku :

Persamaan tersebut menyatakan laju transfer panas dari sumber energi

ke fluida kerja per satuan massa yang melewati boiler.

Efisiensi Thermal

Ukuran efisiensi thermal dari energi input menuju fluida kerja yang melewati

boiler adalah net work output. Dengan menggunakan kuantitas dan persamaan

yang telah ada, maka efisiensi thermal dari powert cycle adalah

Karena kerja output sama dengan panas masukan maka, efisiensi termal dapat

dinyatakan sebagai:

Parameter lain yang digunakan adalah dengan back work ratio (bwr), yang

didefinisikan sebagai rasio dari kerja yang dilakukan oleh pompa dengan kerja

yang dihasilkan oleh turbin.

Performa kerja yang dianggap baik adalah jika kerja yang dilakukan oleh

pompa jauh lebih kecil dari kerja yang dihasilkan oleh turbin.

Keunggulan dan Kelemahan PLTU

Keunggulan PLTU antara lain :

1. Dapat dioperasikan menggunakan berbagai jenis bahan bakar (padat, cair

dan gas).

2. Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi.

3. Dapat dioperasikan dengan berbagai mode pembebanan.

4. Kontinyuitas operasinya tinggi.

5. Usia pakai (life time) relatif lama.

Kelemahan PLTU antara lain:

1. Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar

2. Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasokan listrik dari luar

3. Memerlukan tersedianya air pendingin yang sangat banyak dan kontinyu

4. Investasi awalnya mahal

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan Percobaan

1. Tungku

2. Ketel / Boiler

3. Turbin

4. Gearbox

sebagai pengubah frekuensi

5. Generator

sebagai pembangkit tenaga listrik

6. Alat ukur tekanan

7. Alat ukur temperatur

8. Laju alir

9. Katup pengaman

3.2 Prosedur Percobaan

1. Memastikan alat-alat ukur berada pada posisinya.

2. Mengisi boiler dengan air sampai volume yang ditentukan.

3. Menghidupkan tungku, mengamati tekanan dan temperatur di dalam

boiler setiap selang waktu tertentu sampai air mendidih.

4. Melakukan prosedur seperti nomor 3, sampai turbin mulai berputar.

5. Mengukur laju aliran uap menggunakan flow meter pada pipa uap yang

masuk ke turbin.

6. Mengamati lampu indikator, ketika indikator mulai menyala, mengukur

arus dan tegangannya.

7. Melanjutkan pengukuran arus dan tegangan untuk setiap selang waktu

tertentu sampai tegangan dan arus yang terukur relatif konstan.

8. Mematikan tungku.

9. Melakukan prosedur yang sama dari nomor 2 s/d 8 untuk pengamatan ke-

dua.

DAFTAR PUSTAKA

http://repository.ui.ac.id/dokumen/lihat/1809.pdf

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/21965/7/Cover.pdf

http://rakhman.net/2013/04/fungsi-dan-prinsip-kerja-pltu.html

http://www.scribd.com/document_downloads/direct/49431944?

extension=docx&ft=1397529295&lt=1397532905&user_id=69932215&uahk=G3k7

okCUJcqp21mVj+ArUKoiZJ0

TUGAS PENDAHULUAN

1. Jelaskan fungsi dari masing – masing alat pada pembangkit listrik tenaga

uap mini seperti pada gambar diatas

2. Jelaskan prinsip kerja dan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap

3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan siklus rankine, bagaimana rumusan

efisiensi siklus tersebut menurut termodinamika

4. Bagaimana cara untuk memperkirakan daya listrik yang dihasilkan PLTU

5. Hitung debit aliran uap yang masuk ke dalam turbin

6. Hitung entalpi uap saat masuk ke dalam turbin dan saat keluar turbin

7. Hitung daya listrik yang dihasilkan

Jawab :

1. Terdapat pada teori dasar

2. Terdapat pada teori dasar

3. Terdapat pada teori dasar

4. Terdapat pada teori dasar