BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangKebutuhan masyarakat terhadap penggunaan listrik setiap tahun semakin meningkat. Peneliti selamlu melakukan percobaaan pembangkt listrik dengan berbagai fluida. Misalnya saja pembangkit listrik tenaga uap adalah pembangkit listrik yang menggunakan air sebagai fluida kerjanya. air sangat mudah didapatkan, sehingga sangat efisien menggunakan PLTU. Karena proses kerja PLTU mengubah air menjadi uap, kemudian uap menjadi air lagi sehingga silus ini bisa terus berulang. 1.2 Identifikasi MasalahBagaimana prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap sehingga uap bisa menjadi energi listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan konversi energi yang terjadi pada pembangkit listrik tenaga uap.1.2 Tujuan PercobaanMempelajari dan memahami cara kerja dan prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap berskala kecil1.3 Metoda PercobaanMengamati prinsip kerja pembangkit listrik tenaga uap mini dengan mengunakan alat boiler untuk mengamati tekanan dan temperatur, kemudian turbin untuk melakukan pengukuran arus dan tegangan.1.4 Sistimatika PenulisanBab I: berisi tentang pendahuluan. Terdapat latar belakang yang berisi alasan untuk melakukan percobaan pltu mini. Identifikasi masalah merupakan rumusan masalah yang ditemui pada percobaan. Tujuan peercobaan. Metoda percobaan mencakup bagaimana prosedur percobaan secara umum. Sistematika penulisan merupakan urutan penulisan laporan dan waktu dan tempat berlangsungnya percobaan.Bab II: berisi teori-teori dasar yang mendasari pengetahuan tentang percobaan untuk memberikan informasi yang lebih lengkap sebelum memulai percobaan.Bab III: metode percobaan terbagi 2, yaitu alat dan bahan percobaan serta langkah-langkah percobaan yang dilakukan.Bab IV: berisi data yang diperoleh saat melakukan percobaan dan cara pengolahan data tersebut untuk mendapatkan hasil yang diinginkan serta ditambahkan analisa.Daftar pustaka: berisi daftar-daftar buku atau web yang mendasari teori dasar percobaaan1.5 Waktu dan Tempat PercobaanPercobaan dilakukan pada hari Selasa, pada tanggal 4 Maret 2014 di laboratorium energi jurusan Fisika, FMIPA, UNPAD.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya tinggi sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi energi yang mengubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik.Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu :1. Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi.2. Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.3. Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik.

Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit ini menggunakan Siklus Rankine . Siklus Rankine adalah siklus pengubahan panas menjadi kerja. Panas disuplai dari luar menuju siklus aliran tertutup dan biasanya menggunakan air sebagai fluida kerja (fluida yang dipanaskan / didinginkan). Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap yang secara umum digunakan di Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Sumber panas untuk siklus Rankine dapat berasal dari batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, bio masa dan panas matahari. Pada pembangkit listrik tenaga uap mepergunakan siklus rankine tertutup, karena setelah terjadi satu siklus, fluida kerja kembali kepada keadaan/sifat semula berupa air yang kemudian dipergunakan kembali untuk siklus selanjutnya, dan proses ini akan beralngsung berulang-ulang.

Gambar.1 : peroses konversi energi pada PLTUPLTU 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 keboilerhingga 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. Kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran. 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 Keempat, Uap bekas keluar turbin masuk kekondensoruntuk 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. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang.Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap yang secara umum digunakan di Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Sumber panas untuk siklus Rankine dapat berasal dari batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, bio masa dan panas matahari. Pada pembangkit listrik tenaga uap mepergunakan siklus rankine tertutup, karena setelah terjadi satu siklus, fluida kerja kembali kepada keadaan/sifat semula berupa air yang kemudian dipergunakan kembali untuk siklus selanjutnya, dan proses ini akan beralngsung berulang-ulang. Gambar.2 : Diagram T-s siklus PLTU (siklus rankine) a b : Air dipompa dari tekanan P2menjadi P1. Langkah ini adalah langkahkompresi isentropis, dan proses ini terjadi pada pompa air pengisi.b c : Air bertekanan ini dinaikkan temperaturnya hingga mencapai titik didih. Terjadi di LPheater, HPheaterdanEconomiser. .c d : Air berubah wujud menjadi uap jenuh. Langkah ini disebutvapourising(penguapan) dengan prosesisobar isothermis, terjadi di boiler yaitu diwall tube(riser) dansteam drum.d e : Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheated vapour). Langkah ini terjadi disuperheaterboiler dengan prosesisobar.e f : Uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun. Langkah ini adalah langkahekspansi isentropis, dan terjadi didalam turbin.f a : Pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air kondensat. Langkah ini adalahisobar isothermis, dan terjadi didalam kondensor.

Alat-alat utama penyusun pembangkit listrik tenaga uap: Gambar 3: alat penyusun PLTU1. Turbin UapUap 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.2. KondensorDalam 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 dalam arah panah pada gambar 3.3. PompaAir 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 dalam arah panah pada gambar 3.4. BoilerFluida 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 termal dari siklus rankine ini adalah:

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

Sedangkan back work rationya adalah:

Back work ratio ini merupakan perbandingan kerja yang dibutuhkan pompa dengan kerja yang dihasilkan oleh turbin. Semakin kecil nilai bwr, maka semakin bagus kinerja dari pembangkit listrik ini. Pada semua persamaan diatas,besarnya nilai h (enthalpy) dapat dilihat pada tabel sesuai dengan keadaan/fase fluida,serta bergantung pada tekanan dan temperaturnya.Alat-alat Penunjang pembangkit listrik tenaga uapPeralatan penunjang yang terdapat dalam suatu PLTU pada umumnya adalah :

Desalination Plant (Unit Desal)Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh water) dengan metode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal ini dikarenakan sifat air laut yang korosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan langsung masuk ke dalam unit utama, maka dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU.

Reverse Osmosis (RO)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.

Pre Treatment pada unit yang menggunakan pendingin air tanah / sungaiUntuk PLTU yang menggunakan air tanah/air sungai, pre-treatment berfungsi untuk menghilangkan endapan,kotoran dan mineral yang terkandung di dalam air tersebut.

Demineralizer Plant (Unit Demin)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 sehingga dapat menyebabkan terjadinya GGL induksi pada saat air tersebut melewati jalur perpipaan di dalam PLTU. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU.

Hidrogen Plant (Unit Hidrogen)Pada PLTU digunakan hydrogen (H2) sebagai pendingin Generator.

Chlorination Plant (Unit Chlorin)Berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCl) yang digunakan untuk memabukkan/melemahkan mikro organisme laut pada area water intake. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan (scaling) pada pipa-pipa kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro organisme laut tersebut.

Auxiliary Boiler (Boiler Bantu)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).

Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara)Merupakan unit yang melayani pengolahan batubara yaitu dari proses bongkar muat kapal (ship unloading) di dermaga, penyaluran ke stock area sampai penyaluran ke bunker unit.

Ash Handling (Unit Pelayanan Abu)Merupakan unit yang melayani pengolahan abu baik itu abu jatuh (bottom ash) maupun abu terbang (fly ash) dari Electrostatic Precipitator hopper dan SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor) pada unit utama sampai ke tempat penampungan abu (ash valley)Tiap-tiap komponen utama dan peralatan penunjang dilengkapi dengan sistem-sistem dan alat bantu yang mendukung kerja komponen tersebut. Gangguan atau malfunction dari salah satu bagian komponen utama akan dapat menyebabkan terganggunya seluruh sistem PLTU.

BAB IIIMETODE PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan Percobaan1. Seperangkat komponen pebangkit listrik tenaga uap mini2. Air sebagai fluida kerja3. Amperemeter dan voltmeter untung mengukur keluaran yang dihasilkan PLTU mini3.2 Prosedur Percobaan1. Pastikan alat alat ukur berada pada posisinya.2. Isi Boiler dengan air sampai volume yang ditentukan (konsultasi ke asisten).3. Hidupkan tungku, amati tekanan dan temperatur di dalam boiler setiap selang waktu tertentu sampai air mendidih (selang waktunya konsultasi pada asisten).4. Lakukan prosedur seperti nomor 3, sampai turbin mulai berputar.5. Ukur laju aliran uap menggunakan flow meter pada pipa uap yang masuk ke turbin.6. Amati lampu indikator, ketika lampu indikator mulai menyala ukur arus dan tegangannya.7. Lanjutkan pengukuran arus dan tegangan untuk setiap selang waktu tertentu (konsultasi ke asisten) sampai tegangan dan arus yang terukur relatif konstan.8. Matikan tungku.9. Lakukan prosedur yang sama dari nomor 2 s/d 8 untuk pengamatan kedua.

BAB IVDATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan Untuk Volume 2 Litert (menit)Pb (bar)Tb (oC)Tt (oC)V (volt)I (mA)

012024240

313424240

6170942.540

91.712096350

121.7120963.580

151.712096480

181.712097480

Ket: Vol awal 2L , Vol sisa air=1140mL , Vol uap sisa= 240mL Untuk Volume 4 Litert (menit)Pb (bar)Tb (oC)Tt (oC)V (volt)I (mA)

013036220

313095360

6140963.575

9160963.575

12180963.580

151.5120963.580

Ket: Vol awal 4L , Vol sisa air=3000mL , Vol uap sisa= 100mL4.2 Pengolahan Data1. Menentukan Entalpi pada masing-masing keadaanBerdasarkan data entalpi yang terdapat pada tabel A.2 Fundamental of Engineering Thermodynamics (Moran Saphiro) untuk H2O, maka untuk nilai dan pada keadaan saturasi gas, serta pada keadaan saturasi liquid (cair). Sehingga diperoleh tabel sebagai berikut:

Untuk Volume 2 LiterPb (bar)Tb (oC)Tt (oC)h1h2 h4

120242538,12454,183,96

134242563,52421,0142,50

170942626,82333,8292,98

1.7120962706,32202,6503,71

1.7120962706,32202,6503,71

1.7120962706,32202,6503,71

1.7120972706,32202,6503,71

Untuk Volume 4 LiterPb (bar)Tb (oC)Tt (oC)h1h2h4

130362556,32430,5125,79

130952556,32430,5125,79

140962574,32406,7167,57

160962609,62358,5251,13

180962643,72308,8339,91

1.5120962706,32202,6503,71

2. Menghitung Daya Listrik yang dihasilkanP = V . IDengan P = daya listrik (watt) V = tegangan (volt) I = arus (ampere) Untuk volume 2 liter; t=0 menit, V = 2 V, I = 0,04 A, sehingga daya:

Untuk waktu selanjutnya yang rentang 3 menit, digunakan rumus yang sama yang ditampilkan pada tabel di bawah ini: Untuk Volume 2 Litert (menit)V (volt)I (mA)I (A)P (Watt)

02400.040.08

32400.040.08

62.5400.040.1

93500.050.15

123.5800.080.28

154800.080.32

184800.080.32

Untuk Volume 4 Litert (menit)V (volt)I (mA)I (A)P (Watt)

02200.020.04

33600.060.18

63.5750.0750.2625

93.5750.0750.2625

123.5800.080.28

153.5800.080.28

3. Menghitung efisiensi kerja turbinEfisiensi dapat dihitung dengan rumus beriku:

Dengan: dan Berdasarkan persamaan di atas, untuk volume 2 Liter, nilai Wt/m = 84 dan Qin/m = 2454,14, diperoleh nilai efisiensi:

Untuk hal yang sam digunakan persamaan tersebut untuk menghitung nilai efisiensi pada volume 2 liter dan 4 liter seperti tabel dibawah ini: Untuk volume 2 Literh1h2 h4Wt/mQin/mefisiensi (%)

2538.12454.183.96842454.14-96.57721238

2563.52421142.5142.52421-94.11400248

2626.82333.8292.982932333.82-87.44547566

2706.32202.6503.71503.72202.59-77.13146795

2706.32202.6503.71503.72202.59-77.13146795

2706.32202.6503.71503.72202.59-77.13146795

2706.32202.6503.71503.72202.59-77.13146795

362.04292288.474-83.80893748

Untuk volume 4 Literh1h2h4Wt/mQin/mefisiensi (%)

2556.32430.5125.79125.82430.51-94.82413156

2556.32430.5125.79125.82430.51-94.82413156

2574.32406.7167.57167.62406.73-93.03619434

2609.62358.5251.13251.12358.47-89.35326716

2643.72308.8339.91334.92303.79-85.46308474

2706.32202.6503.71503.72202.59-77.13146795

251.48332355.433-89.32326677

4.3 Analisa DataPada praktikum pembangkit listrik tenaga uap ini digunakan air sebagai fluidanya. Air ini akan dipanaskan menjadi uap, kemudian uap memutar turbin dan generator sehingga menghasilkan listrik yang dibuktikan dengan lampu yang menyala. Praktikum ini menggunakan air dengan volume yang berbeda yaitu 2 L dan 4 L. Tekanan awal air adalah 1 bar, air yang dipanaskan mendidih ketika suhu mendekati 120 C dengan ditandainya bunyi pada panci.Besar nilai tegangan dan arus semakin lama semakin besar, sehingga dayayang dihasilkan juga besar karena persamaan :P = V.IPerbedaan volume antara 2 liter dan 4 liter berpengaruh saat memanaskan air, pada volume 2 liter hanya membutuhkan waktu 9 menit untuk mendidih. Sedangkan untuk volue 4 liter membutuhkan waktu yang cukup lama 15 menit. Data yang diperoleh lebih akurat ketika air bervolume 2 liter karena volume air yang bersisa 1140 ml dan volume terbuang 240 ml, jika dijumlahkan volume terbuang dengan volume sisa adalah 1380 ml lebih mendekati 2000 ml. Sedangkan pada volume 4 liter didapatkan volume terbuang 3000 ml dan volume sisa 100ml sangat jauh dari volue awal jika dijumlahkan. Hal ini juga mempengaruhi nilai efisiensinya yang dapat dihitung dengan persamaan:

Ketika t = 0 menit, efisiensi pada volume 2 liter adalah -96.57721238%, dan pada volume 4 liter adalah -94.82413156% . Dari nilai efisiensi ini lebih besar ketika volume air 2 liter. Perbedaan yang menonjol dari PLTU dengan PLTU mini ini adalah kondensor atau alat pendingin. Sehingga siklus rankine yang terjadi tidak sempurna karena uap tidak didingankan terlebih dahulu di dalam kondensor, melainkan dibuang ke lingkungan.

BAB VKESIMPULAN

5.1 SimpulanBerdasarkan tujuan percobaan tentang prinsip kerja PLTU sehingga disimpulkan bahwa: 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 luas permukaan pemindah panas. Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap. Kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran. Generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan. Ketiga, uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin sehingga berubah kembali menjadi air. Air kondensat hasil kondensasi uap kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi boiler5.2 SaranKetika melakukan praktikum ini harus memiliki ketelitian saat mengamati temperatur dan tekanan pada saat air dipanaskan. Kemudian ketelitian arus dan tegangan ketika air menjadi uap yang bisa menghasilkan listrik yang dibuktikan lampu menyala. Namun volume sisa dan terbuang yang dijumlahkan tidak sama dengan voume awal air karena uapyang menyatu dengan lingkungan.

DAFTAR PUSTAKA

Michael J.Moran.2008. Fundamental of Engineering Thermodynamics 6th edition. USA.http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/11855/1/09E01547.pdf [di akses pada tanggal 1 Maret 2014, pada jam 15.15 WIB]http://onnyapriyahanda.com/siklus-rankine/ [di akses pada tanggal 1 Maret 2014, pada jam 15.15 WIB]http://rakhman.net/2013/04/fungsi-dan-prinsip-kerja-pltu.html [di akses pada tanggal 1 Maret 2014, pada jam 15.15 WIB]http://rakhman.net/2013/04/fungsi-dan-prinsip-kerja-pltu.html#main [di akses pada tanggal 1 Maret 2014, pada jam 15.15 WIB]http://tapakpakulangit.wordpress.com/2009/11/19/siklus-pltu-pembangkit-listrik-tenaga-uap/ [di akses pada tanggal 1 Maret 2014, pada jam 15.15 WIB]