2.1. pembangkit listrik tenaga uap (pltu) · 2.3 bagian –bagian utama pltu batubra pembangkit...

23
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Secara umum, pengertian pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit listrik yangmengandalkanenergikinetikdariuapuntukmenghasilkanenergilistrik.Uapmerupakansumber energisekunderdidalamsistemPLTU,sedangkanbahanbakaryangdigunakanuntukmemproduksi uaptersebutmerupakansumberenergiprimer.Bentukutamadaripembangkitlistrikjenisiniadalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. BahanbakaryangumumdigunakanpadaPLTUadalahbahanbakarpadatdanbahanbakarcair.Yang termasuk ke dalam kategori bahan bakar padat adalah bagas, batubara, lignit, sekam padi, kayu. Sedangkanyangtermasukkedalamkategoribahanbakarcairadalahminyakbakar. Sebuah pembangkit listrik dengan bahan bakar batubara jika dilihat dari bahan bakuuntuk memproduksinyamakapembangkitlistriktenagauapbisadikatakanpembangkityangberbahanbaku air,karenauntukmenghasilkanuapdalamjumlahtertentudiperlukan bahandasar air.DalamPLTU terdapatprosesyangterusmenerusberlangsungdanberulang-ulang.Prosesnyaantaraairmenjadiuap kemudianuapkembalimenjadiairdanseterusnya.Prosesinilahyangdisebutsiklusuappadasistem PLTU. MenurutAdhiHartono(2011),secaraumumsiklusuapyangdigunakanpada PLTUadalah sebagaiberikut: Gambar2. SiklusPLTU(sumber:carakerjaPLTU„INDOBANGUNPROJECT html) 1. Pertama-tama air demin berada dalam sebuah tempat bernama hotwell. Air Demin (demineralized) adalah air yang mempunyai konduktivitas (kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0.2 us (mikro siemen). Sebagai perbandingannnya air mineral yang kita minum sehari-hari mempunyai konduktivitas sekitar 100-200 us. Untuk mendapatkan air demin ini, setiap unit PLTU biasanya dilengkapi dengan desalination plant dan demineralization plant yang berfungsi untuk memproduksi air demin. Dari hotwell, air mengalir menuju condensate pump untuk kemudian dipompakan menuju LP heater (low pressure heater) yang berfungsi untuk menghangatkan air pada tahap pertama. Lokasi hotwell dan condensate pump terletak dilantai paling dasar dari sebuah pembangkit listrik atau biasa disebut dengan ground floor.selanjutnyaairakanmasukke daerator. 2. Di daerator airakanmengalamiprosespelepasanion-ionmineralyangmasihtersisadi air dan tidak diperlukan seperti oksigen dan lainnya, bisa pula dikatakan daerator 4

Upload: hoangkhuong

Post on 02-Mar-2019

253 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

II. TINJAUAN PUSTAKA   

2.1.  Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)  

Secara  umum,  pengertian  pembangkit  listrik  tenaga  uap  (PLTU)  adalah  pembangkit  listrik 

yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Uap merupakan sumber energi sekunder di dalam sistem PLTU, sedangkan bahan bakar yang digunakan untuk memproduksi uap tersebut merupakan sumber energi primer. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator  yang  dihubungkan  ke  turbin  yang  digerakkan  oleh  tenaga  kinetik  dari  uap  panas/kering. Bahan bakar yang umum digunakan pada PLTU adalah bahan bakar padat dan bahan bakar cair. Yang termasuk  ke  dalam  kategori  bahan  bakar  padat  adalah  bagas,  batubara,  lignit,  sekam  padi,  kayu. Sedangkan yang termasuk kedalam kategori bahan bakar cair adalah minyak bakar. 

Sebuah  pembangkit  listrik  dengan  bahan  bakar  batubara  jika  dilihat  dari  bahan  baku untuk memproduksinya maka pembangkit listrik tenaga uap bisa dikatakan pembangkit yang berbahan baku air, karena untuk menghasilkan uap dalam jumlah tertentu diperlukan  bahan dasar  air. Dalam PLTU terdapat proses yang terus menerus berlangsung dan berulang-ulang. Prosesnya antara air menjadi uap kemudian uap kembali menjadi air dan seterusnya. Proses inilah yang disebut siklus uap pada sistem PLTU. 

Menurut Adhi Hartono (2011), secara umum siklus uap yang digunakan pada  PLTU adalah sebagai berikut :                 

Gambar 2.  Siklus PLTU (sumber : cara kerja PLTU „INDOBANGUN PROJECT� html) 

 

1.   Pertama-tama  air   demin   berada  dalam  sebuah   tempat  bernama   hotwell.  Air   Demin 

(demineralized)  adalah  air  yang  mempunyai  konduktivitas  (kemampuan  untuk menghantarkan  listrik)  sebesar  0.2  us  (mikro  siemen).  Sebagai  perbandingannnya  air mineral  yang  kita  minum  sehari-hari  mempunyai  konduktivitas  sekitar  100-200  us. Untuk   mendapatkan   air   demin   ini,   setiap   unit   PLTU   biasanya   dilengkapi   dengan desalination  plant  dan  demineralization  plant  yang  berfungsi  untuk  memproduksi  air demin.  Dari  hotwell,  air  mengalir  menuju  condensate  pump  untuk  kemudian dipompakan  menuju  LP  heater  (low   pressure  heater)  yang  berfungsi  untuk menghangatkan  air  pada  tahap  pertama.  Lokasi  hotwell  dan  condensate  pump  terletak dilantai  paling  dasar  dari  sebuah  pembangkit  listrik  atau  biasa  disebut  dengan  ground floor. selanjutnya air akan masuk ke daerator. 

2.   Di daerator air akan mengalami proses pelepasan ion-ion mineral yang masih tersisa di air   dan   tidak  diperlukan  seperti  oksigen   dan   lainnya,  bisa  pula  dikatakan   daerator 

4

Page 2: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

memiliki fungsi untuk menghilangkan gelembung   yang biasa terdapat dipermukaan air. Agar  proses  pelepasan  ini  berlangsung  sempurna,  suhu air  harus  memenuhi  suhu  yang disyaratkan. Oleh karena itu selama perjalanan menuju daerator air mengalami beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang disebut dengan LP heater. Letak daerator berada di lantai atas tetapi bukan yang paling atas yaitu sekitar 4 m dari bagian dasar kontruksi boiler. 

3.   Dari  daerator,  air  turun  kembali  ke  ground  floor.  Sesampainya  di  ground  floor,  air langsung dipompakan oleh boiler feed pump / BFP (Pompa Air Pengisi) menuju boiler. Air yang dipompakan adalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat agar uap yang dihasilkan  juga  bertekanan  tinggi.  Karena  itulah  kontruksi  PLTU  membuat  daerator berada di lantai atas dan BFP berada di lantai dasar. Karena dengan meluncurnya air dari ketinggian membuat air menjadi bertekanan tinggi. 

4.   Sebelum  masuk  ke  boiler,  air  kembali  mengalami  beberapa  proses  pemanasan  di  HP heater (High Pressure Heater). Setelah itu   air masuk ke boiler yang letaknya berada di lantai  atas.  Di  dalam  boiler  inilah  terjadi  proses  memanaskan  air  untuk  menghasilkan uap.   Proses   ini   memerlukan  energi   panas  yang   pada   umumnya   diperoleh   dari pembakaran bahan bakar. 

5.   Bahan bakar PLTU bermacam-macam. Ada yang menggunakan minyak, minyak dan gas atau istilahnya dual firing dan batubara. 

6.   Udara  untuk  pembakaran  bahan  bakar  dipasok  oleh  force  draft  fan  (FD  fan).  FD  Fan mengambil  udara  luar  untuk  membantu  proses  pembakaran  di  boiler.  Dalam perjalanannya   menuju   ke  boiler,  udara  tersebut   dinaikkan   suhunya   oleh   air  heater (pemanas udara). 

7.   Kembali  ke  siklus  air.  Setelah  terjadi  pembakaran  ,  air  mulai  berubah  wujud  menjadi uap.   Namun uap hasil pembakaran ini belum layak untuk memutar turbin, karena masih berupa uap jenuh atau uap yang masih mengandung kadar air  tinggi (uap basah). Kadar air   ini   berbahaya   bagi   turbin,  karena   dengan   putaran  hingga  3000  rpm,  setitik  air sanggup untuk membuat sudu-sudu turbin terkikis. 

8.   Oleh karena itu uap basah dikeringkan kadar air nya sehingga menjadi uap yang benar- benar  kering  dan  dapat  digunakan  untuk  menggerakkan  turbin  dan  kemudian  memutar generator yang terhubung satu poros dengan turbin.  

2.2.  PLTU Batubara  

Pada PLTU batubara, bahan bakar yang digunakan adalah steam coal yang terdiri dari kelas 

sub bituminus dan bituminus. Pembakaran batu bara ini akan menghasilkan uap dan gas buang yang panas.  Gas  buang  itu  berfungsi  juga  untuk  memanaskan  pipa  boiler  yang  berada  di  atas  lapisan mengambang. Gas buang selanjutnya dialiri ke pembersih yang di dalamnya terdapat alat pengendap abu setelah gas itu bersih lalu dibuang ke udara melalui cerobong. 

Batubara  yang  dibakar  di  sub  sistem  boiler  menghasilkan  panas  yang  digunakan  untuk mengubah air dalam pipa yang dilewatkan ke boiler tersebut menjadi uap, yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin dan memutar  generator. Kinerja pembangkitan listrik pada PLTU sangat ditentukan   oleh   efisiensi   proses   pembakaran   batubara   tersebut,   karena   selain   berpengaruh   pada efisiensi pembangkitan, juga mempengaruhi biaya pembangkitan. 

Klasifikasi kualitas batubara secara umum terbagi 3 yaitu pembagian secara ilmiah dalam hal ini  berdasarkan  tingkat  pembatubaraan  dan  pembagian  berdasarkan  tujuan  penggunaannya. Berdasarkan urutan pembatubaraan batubara terbagi menjadi batubara muda (brown coal atau lignite), bituminus   dan   antrasit.   Sedangkan   berdasarkan   tujuan   penggunaanya   batubara   terbagi   menjadi batubara  uap(steam  coal),  batubara  kokas  (coking  coal  atau  metallurgical  coal)  dan  antrasit  yang merupakan  batubara  tertua  jika  dilihat  dari  sudut  pandang  geologi  yang  merupakan  batubara  keras, tersusun  dari  komponen  utama  karbon  dengan  sedikit  kandungan  bahan  yang  mudah  menguap  dan kandungan air dengan kadar fixed carbon rendah. (http://www.energyefficiencyasia.org) 

5

Page 3: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

Terdapat 2 metode untuk menganalisi batubara yaitu analisis ultimate dan analisis proximate. Analisis  ultimate  menganalisis  seluruh   komponen   batubara,  termasuk  komponen   padat  dan   gas, sedangkan  analisis  proximate hanya  menganalisis  fixed carbon,  bahan  yang mudah  menguap,  kadar air dan persen abu. 

Steam  coal  yang  termasuk  dalam  kelompok  batubara  bituminus  merupakan  batubara  yang skala  penggunaannnya  paling  luas.  Berdasarkan  metodenya  pemanfaatan  batubara  uap  terdiri  dari pemanfaatan   secara  langsung  yaitu   batubara   yang  telah   memenuhi   spesifikasi   tertentu   langsung digunakan  setelah  melalui  proses  peremukan  (crushing/milling)  terlebih  dahulu  seperti  pada  PLTU batubara, kemudian pemanfaatan dengan memproses terlebih dahulu untuk memudahkan penanganan (handling)  seperti  CWM  (Coal  Water  Slurry),  COM  (Coal Oil  Mixture),  dan  CCS (Coal  Cartridge System),   dan   selanjutnya   permintaan   melalui   prosses   konversi   seperti   gasifikasi   dan   pencairan batubara. 

Gas yang dihasilkan proses gasifikasi batubara, dapat pula dipakai sebagai bahan bakar untuk sebuah  pembangkit  listrik  tenaga  uap.  Umumnya  hal  ini  dapat  dipertimbangkan  untuk  gas  yang mempunyai nilaikalori yang terendah. Gas yang dengan kalori yang tinggi dapat dipakaidengan lebih baik untuk keperluan industri lainnya. (Abdul Kadir, 1995). 

Di   industri,   batubara   di   handling   secara   manual   maupun   dengan   conveyor.   Pada   saat handling  diusahakan  supaya  sesedikit  mungkin  batubara  yang hancur  membentuk  partikel  kecil  dan sesedikit  mungkin  partikel  keci  yang  tercecer.  Persiapan  batubara  sebelum  pengumpanan  ke  boiler merupakan tahap penting untuk mendapatkan pembakaran yang baik. Bongkahan batubara yang besar dan tidak beraturan dapat menyebabkan permasalahan yaitu kondisi pembakaran yang buruk dan suhu tungku yang tidak mencukupi, udara berlebih  yang terlalu banyakmengakibatkan  kerugian  cerobong yang tinggi, dan rendahnya efisiensi pembakaran. 

Keunggulan  pembangkit  listrik  tenaga  uap  (PLTU)  dengan  bahan  bakar  batubara  adalah harga  bahan  bakarnya  lebih  murah  dibandingkan  dengan  minyak  dan  cadangannya  tersedia  dalam jumlah besar serta tersebar di seluruh Indonesia.                           

Gambar 3. Sistem PLTU batubara (sumber : coal fired power station course, Sewatama 2011)   

6

Page 4: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

Siklus uap pada sistem PLTU dengan bahan bakar batubara dapat digambarkan sebagai berikut :                                                    

Gambar 4. Sistem PLTU dan komponen-komponen  PLTU batubara 

(sumber : http://www.engineeringtoolbox.com (Senin, 2 April 2012)    

7

Page 5: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

2.3  Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra  

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang 

dilengkapi  dengan  tungku  pembakaran,  turbin  dan  generator.  Selain  dari  sistem  utama  PLTU  juga 

dilengkapi dengan beberapa sistem pendukung atau penunjang yaitu water treatment, feedwater tank, 

daerator,  air  preheater,secondary  fan,  primary  fan,  induced  draft  fan,  economizer,  super  heater, 

desuperheater, kondensor, cooling tower,  electro static precipitator dan chimney.  

2.3.1  Tungku 

Sebelum  batubara  dibakar,  batubara  dihaluskan  hingga  menjadi  serbuk.  Serbuk 

batubara  tersebut  kemudian  dicampur  dengan  udara  panas.  Campuran  batubara  dan  udara 

menghasilkan pembakaran sempurna dan panas yang maksimal. 

Besarnya efisiensi termal tergantung beban, makin  tinggi beban  maka makin  besar 

efisiensinya.  Efisiensi  termal  unit  (   adalah  persentase  keluaran  energi  terhadap  masukan 

kalor. (Saadat, 1991)  

Sistem pembakaran batubara bersih  

Adapun  prinsip  kerja  PLTU  itu  adalah  batubara  yang  akan  digunakan  /  dipakai 

dibakar  di  dalam  boiler  secara  bertingkat.  Hal  ini  dimaksudkan  untuk  memperoleh  laju 

pembakaran  yang  rendah  dan  tanpa  mengurangi  suhu  yang  diperlukan  sehingga  diperoleh 

pembentukan  NOx  yang  rendah.  Batu  bara  sebelum  dibakar  digiling  hingga  menyerupai 

butir-butir  beras, kemudian  dimasukkan  ke wadah  (boiler) dengan  cara disemprot,  di  mana 

dasar  wadah  itu  berbentuk  rangka  panggangan  yang  berlubang.  Pembakaran  bisa  terjadi 

dengan  bantuan  udara  dari  dasar  yang  ditiupkan  ke  atas  dan  kecepatan  tiup  udara  diatur 

sedemikian  rupa,  akibatnya  butir  bata  bara  agak  terangkat  sedikit  tanpa  terbawa  sehingga 

terbentuklah lapisan butir-butir batu bara yang mengambang. Selain mengambang butir batu 

bara  itu  juga  bergerak  berarti  hal  ini  menandakan  terjadinya  sirkulasi  udara  yang  akan 

memberikan  efek  yang baik sehingga butir itu habis terbakar. Karena butir  batu bara relatif 

mempunyai   ukuran   yang   sama   dan   dengan   jarak   yang   berdekatan   akibatnya   lapisan 

mengambang  itu menjadi  penghantar  panas  yang  baik.  Karena proses  pembakaran  suhunya 

rendah  sehingga  NOx  yang  dihasilkan  kadarnya  menjadi  rendah,  dengan  demikian  sistim 

pembakaran  ini  bisa  mengurangi  polutan.  Bila  ke  dalam  tungku  boiler  dimasukkan  kapur 

(Ca)  dan   dari  dasar   tungku  yang   bersuhu  750  -   950  ¼C   dimasukkan   udara  akibatnya 

terbentuk  lapisan  mengambang  yang  membakar.  Pada  lapisan  itu  terjadi reaksi  kimia  yang 

menyebabkan  sulfur  terikat  dengan  kapur  sehingga  dihasilkan  CaSO4  yang  berupa  debu 

sehingga   mudah   jatuh   bersama   abu   sisa   pembakaran.   Hal   inilah   yang   menyebabkan 

terjadinya  pengurangan  emisi  sampai  98  persen  dan  abu  CaSO4-nya  bisa  dimanfaatkan. 

Keuntungan  sistim  pembakaran  ini  adalah  bisa  menggunakan  batu  bara  bermutu  rendah 

dengan kadar belerang yang tinggi dan batu bara seperti ini banyak terdapat di Indonesia. 

Pada dasarnya metode pembakaran pada PLTU terbagi 2, yaitu pembakaran lapisan 

tetap  (fixed  bed  combustion)  dan  pembakaran  batubara  serbuk  (pulverized  coal combustion 

/PCC).  Gambar  3  di  bawah  ini  menampilkan  jenis  –  jenis  boiler  yang  digunakan  untuk 

masing – masing metode pembakaran.      

8

Page 6: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

                       

Gambar 5. Tipikal tungku berdasarkan metode pembakaran 

(Sumber: Idemitsu Kosan, 1999)  

Pembakaran Lapisan Tetap  

Metode  lapisan  tetap  menggunakan  stoker  boiler  untuk  proses  pembakarannya. 

Sebagai  bahan  bakarnya  adalah  batubara  dengan  kadar  abu  yang  tidak  terlalu  rendah  dan 

berukuran  maksimum  sekitar  30mm.  Selain  itu,  karena adanya  pembatasan  sebaran  ukuran 

butiran  batubara yang digunakan, maka perlu dilakukan  pengurangan  jumlah  fine coal yang 

ikut  tercampur  ke  dalam  batubara  tersebut.  Alasan  tidak  digunakannya  batubara  dengan 

kadar abu yang terlalu rendah adalah karena pada metode pembakaran ini, batubara dibakar 

di  atas  lapisan  abu  tebal  yang  terbentuk  di  atas  kisi  api  (traveling  fire  grate)  pada  stoker 

boiler. Bila kadar abunya sangat sedikit, lapisan abu tidak akan terbentuk di atas kisi tersebut 

sehingga  pembakaran  akan  langsung  terjadi  pada  kisi,  yang  dapat menyebabkan  kerusakan 

yang parah pada bagian tersebut. Oleh karena itu, kadar abu batubara yang disukai untuk tipe 

boiler  ini  adalah  sekitar  10  –  15%.  Adapun  tebal  minimum  lapisan  abu  yang  diperlukan 

untuk  pembakaran  adalah  5cm.   Jadi,  abu  tersebut  berfungsi  sebagai  lapisan   (bed)  agar 

pembakaran tidak merusak kisi (bagian dalam tungku).  

Pembakaran Batubara Serbuk (Pulverized Coal Combustion/PCC)  

Saat ini, kebanyakan  PLTU terutama yang  berkapasitas besar  masih  menggunakan 

metode  PCC  pada  pembakaran  bahan  bakarnya.  Hal  ini  karena  sistem  PCC  merupakan 

teknologi yang sudah terbukti dan memiliki tingkat kehandalan yang tinggi. Upaya perbaikan 

kinerja PLTU ini terutama dilakukan dengan meningkatkan suhu dan tekanan dari uap yang 

dihasilkan  selama  proses  pembakaran.  Perkembangannya  dimulai  dari  sub  critical  steam, 

kemudian super critical steam, serta ultra super critical steam (USC). Sebagai contoh PLTU 

yang  menggunakan  teknologi  USC  adalah  pembangkit  no.  1  dan  2  milik  J-Power  di  teluk 

Tachibana, Jepang, yang boilernya masing – masing berkapasitas 1050 MW buatan Babcock 

Hitachi. Tekanan uap yang dihasilkan adalah sebesar 25 MPa (254.93 kgf/cm2) dan suhunya 

mencapai 600  0C/610  0C (1 stage reheat cycle).  

2.3.2  Boiler 

Boiler  adalah  bejana  tertutup  dimana  panas  pembakaran  dialirkan  ke  air  sampai 

terbentuk   air   panas  atau   steam.   Air   panas  atau   steam   pada  tekanan   tertentu   kemudian 

9

Page 7: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam 

, volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk 

mesiu   yang   mudah   meledak,   sehingga   boiler   merupakan   peralatan   yang  harus  dikelola 

dengan  baik.  Air  yang  telah  dimurnikan  dipompa  melalui  pipa  ke  dalam  boiler,  kemudian 

diubah  menjadi uap oleh  panas yang dihasilkan  dari pembakaran  batubara. Pada temperatur 

hingga  1000  derajat  fahrenheit  dan  dibawah  tekanan  sampai  dengan  3500  pon  per  inci 

persegi, uap disalurkan ke turbin. 

Sisitem  boiler  terdiri  dari  sistem air  umpan,  sistem  steam,dan  sistem  bahan  bakar. 

Sistem  air  umpan  menyediakan  air  untuk  boiler  secara  otomatis  sesuai  dengan  kebutuhan 

steam.  berbagai  kran  disediakan  untuk  keperluan  perawatan  dan  perbaikan.  Sistem  steam 

mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem 

perpipaan  ke  titik  pengguna.  Pada  keseluruhan  sistem,  tekanan  steam  diatur  menggunakan 

kran  kran  dan  dipantau  dengan  alat  pemantau  tekanan.  Sistem  bahan  bakar  adalah  semua 

peralatan  yang  digunakan  untuk menyediakan  bahan  bakar  untuk menghasilkan  panas  yang 

dibutuhkan.peralatan  yang diperlukan  pada sistem bahan  bakar  tergantung pada jenis bahan 

bakar yang digunakan pada sistem. 

Air  yang  disuplai  ke  boiler  untuk  diubah  menjadi  steam  disebut  air  umpan.  Dua sumber air umpan adalah : 1.  Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan 2.  Air  make up (air  baku yang  sudah  diolah) yang sudah  diumpankan  dari luar  ruang 

boiler dan plant process. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk 

memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.  

Tipe-tipe boiler  Boiler terdiri dari bermacam-macam tipe yaitu :  1.  Fire Tube Boiler  

Pada fire tube boiler , gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada di dalam shell untuk diubah menjadi steam.  fire tube boiler biasanya  digunakan  untuk kapasitas steam 

yang  relatif  kecil  dengan  tekanan  steam  rendah  sampai  sedang.  Fire  tube  boiler  kompetitif 

untuk  kecepatan  steam  sampai  12.000  Kg/jam  dengan  tekanan  sampai  18  Kg/cm2.  Fire  tube 

boiler  dapat  menggunakan   bahan   bakar  minyak  bakar,  gas  tau  bahan  bakar  padat  dalam 

operasinya.  Untuk  alasan   ekonomis,  sebagian   besar   fire  tube  boiler  dikontruksi  sebagai 

“paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.                

Gambar 6. Fire tube boiler (sumber : United Nations Environment Programme, 2006) 

10

Page 8: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

        

2.  Water Tube Boiler  

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk ke dalam drum. Air yang tersikulasi dipanaskan  oleh  gas pembakar membentuk  steam pada daerah  uap 

dalam  drum.  Boiler  ini  dipilih  jika  kebutuhan  steam  dan  tekanan  steam  sangat  tinggi  seperti 

pada kasus boiler  untuk pembangkit tenaga.  Water tube boiler yang sangat modern dirancang 

dengan  kapasitas  steam  antara  4.500-12.000  Kg/jam,  dengan  tekanan  sangat  tinggi.  Banyak 

water tube boiler yang dikontruksi secara paket jika digunakan  bahan  bakar minyak dan  gas. 

Untuk water tube boiler yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara 

paket.                        

Gambar 7. Water tube boiler (sumber : United Nations Environment Programme, 2006)   

3.  Paket Boiler  

Disebut  boiler  paket  karena  sudah  tersedia  sebagai  paket  yang  lengkap.  Pada  saat dikirimkan   ke   pabrik,   hanya   memerlukan   pipa   steam,   pipa   air,   suplai   bahan   bakar   dan 

sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube 

dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.             

11

Page 9: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

                          

Gambar 8. Paket boiler (sumber : United Nations Environment Programme, 2006)  

4.  Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed Combustion (FBC)  

Pembakaran  dengan fluidized bed Combustion (FBC) muncul sebagai alternatif yang memungkinkan dan melebihi kelebihan yang cukup berarti dibanding sistem pembakaran yang 

konvensional dan memberikan banyak keuntungan antara lain rancangan boiler yang kompak, 

fleksibel  terhadap  bahan  bakar,  efisiensi  pembakaran  yang  tinggi  dan  berkurangnya  emisi 

polutan yang merugikan seperti SOx dan NOx. Bahan bakar yang dapat dibakar dalam boiler ini 

adalah batubara, sekam padi, bagas dan limbah pertanian. Boiler fluidized bed memiliki kisaran 

kapasitas yang luas yaitu antara 0.5 T/jam sampai lebih dari 100 T/jam.  

5.  Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler  

Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk jenis ini adalah Atsmospheric Fluidized Bed Combustion   (AFBC)   Boiler.  Alat  ini  hanya   berupa  shell  boiler   konvensional  biasa  yang 

ditambah  dengan  sebuah  fluidized  bed   combustor.  Sistem  seperti   ini  telah  dipasang 

digabungkan dengan water tube boiler/boiler pipa air konvensional.  

6.  Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler  

Pada tipe Pressurized Fluidized Bed Combustion  (PFBC) Boiler,   sebuah  kompresor memasok  udara  Forced  Draft  (FD),  dan  pembakaranya  merupakan  tangki  bertekanan.  Laju 

panas  yang  dilepas  dalam  bed  sebanding  dengan   tekanan   bed  sehingga  bed   yang  dalam 

digunakan untuk mengekstraksi sejumlah besar  panas.  

7.  Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion Boilers (CFBC)  

Dalam  sistem  sirkulasi,  parameter  bed  dijaga  untuk  membentuk  padatan  melayang dari  bed.  Padatan  diangkat  pada  fase  yang  relatif  terlarut  dalam  pengangkatan  padatan  dan 

sebuah  down-comer  dalam  sebuah  siklon  merupakan  aliran  sirkulasi  padatan.  Tidak  terdapat 

pipa  pembangkit  steam  yang  terletak  di  dalam  bed.  Pembangkitan  dan  pemanasan  berlebih 

steam berlangsung di bagian konveksi dan dinding air.  

12

Page 10: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

                            

Gambar 9. Circulating fluidized bed boiler (sumber : United Nations Environment 

Programme, 2006)  

8.  Stoker Fired Boilers  

Stokers  di  klasifikasikan  menurut  metode  pengumpanan  bahan  bakar  ke  tungku  dan oleh   jenis  grate  nya.  Klasifikasi  utamanya  adalah   spreader  stoker  dan  chain  –gate  atau 

traveling-gate stoker.                 Gambar 10. Stoker fired boiler (sumber : United Nations Environment Programme, 2006)  

9.  Pulverized Fuel Boiler  

Sistem   ini   memiliki   banyak   keuntungan   seperti   kemampuan   membakar   berbagai kualitas  batubara,  respon  yang  cepat  terhadap  perubahan  beban  muatan,  penggunaan  suhu 

udara  pemanas  awal  yang  tinggi.  Salah  satu  sistem  yang  paling  populer  untuk  pembakaran 

batubara  halus  adalah  pembakaran  tangensial  dengan  menggunakan  empat  buah  burner  dari 

keempat sudut untuk menciptakan bola api pada pusat tungku.  

13

Page 11: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

                     

Gambar 11. Pulverized fuel boiler (sumber : United Nations Environment Programme, 2006)  

10.  Boiler Limbah Panas  

Dimanapun tersedia limbah  panas pada suhu sedang atau tinggi, boiler  limbah  panas 

dapat  dipasang  secara  ekonomis.  Jika  kebutuhan   steam  lebih   dari  steam  yang  dihasilkan 

menggunakan  gas  buang  panas,  dapat  digunakan  burner  tambahan  yang menggunakan  bahan 

bakar.  Jika  steam  tidak  langsung  dapat  digunakan,  steam  dapat  dipakai  untuk  memproduksi 

daya listrik menggunakan generator turbin uap. Hal ini banyak digunakan dalam pemanfaatan 

kembali panas dari gas buang dari turbin gas dan mesin diesel.                      Gambar 12. Boiler limbah panas (sumber : United Nations Environment Programme, 2006)  

Evaluasi kinerja boiler  

Parameter  kinerja  boiler,  seperti  jumlah  steam  yang  dihasilkan,  jumlah  bahan  bakar yang dibutuhkan, jumlah udara yang diperlukan dan entalpi steam yang dihasilkan.  Meskipun untuk  boiler  yang  baru,  alasan  seperti  buruknya  kualitas  bahan  bakar  dan  kualitas  air  dapat mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat membantu dalam mengindetifikasi kehilangan  panas  yang  dapat  atau  tidak  dapat  dihindari.  Uji  efisiensi  boiler  dapat  membantu dalam   menemukan   penyimpangan   efisiensi   boiler   dan   efisiensi   terbaik   dan   terget   area 

14

Page 12: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

permasalahan untuk tindakan perbaikan. Pengujian boiler  dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dan efisiensi terbaik. Di dalam pengujian boiler, hal yang harus diperhatikan yaitu :  

Neraca panas  

Proses   pembakaran   dalam   boiler   dapat   digambarkan   dalam   bentuk   diagram   alir 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  terkandung  dalam  aliran masing-masing.                  

Gambar 13. Diagram neraca energi boiler (sumber : pedoman efisiensi energi untuk industri di Asia, www.energyefficiencyasia.org)  

Metode langsung  dan tidak langsung dalam menentukan efisiensi boiler  

1.  Metode langsung dengan menghitung input (bahan bakar) dan output (steam)  

Dikenal  juga  sebagai  metode  „input-output’  karena  kenyataan  bahwa  metode  ini  hanya 

memerlukan keluaran/output steam dan panas masuk / input (bahan bakar) untuk evaluasi efisiensi. 

Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus :  

Efisiensi Boiler (n)  =  panas masuk/panas keluar x 100 

Efisiensi boiler (n)  =  (Qx(hg-hf)) : (qx GCV) x100  

Parameter yang digunakan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metoda langsung adalah : ‐  Jumlah steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam Kg/jam ‐  Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam Kg/jam ‐  Tekanan kerja (dalam Kg/cm2(g)) dan suhu panas (oC), jika ada. ‐  Suhu air umpan (oC) ‐  Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (GCV) dalam Kkal/Kg bahan bakar. 

Dimana : 

‐  hg-Entalpi steam jenuh dalam Kkal/Kg steam ‐  hf-entalpi air umpan dalam Kkal/Kg air  

Keuntungan metoda langsung :  

15

Page 13: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

‐  Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler 

‐  Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan 

‐  Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan 

‐  Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark  

2.  Metode tidak langsung dalam menentukan efisiensi boiler  

Standar  acuan untuk uji boiler  di tempat dengan  menggunakan  metode tidak langsung adalah British   Standard,   BS   845:1987   dan   USA   Standard   ASME   PTC-4-1   Power   Test   Code   Steam 

Generating  Units.  Metode  tidak  langsung  juga  dikenal  dengan  metode  kehilangan  panas.  Efisiensi 

dapat dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut :  

Efisiensi boiler (%) (n)=100-(i+ii+iii+iv+v+vi+vii)  

Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh : 

i.  Gas cerobong yang kering 

ii.  Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar 

iii.  Penguapan kadar air dalam bahan bakar 

iv.  Adanya kadar air dalam udara pembakaran 

v.  Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/fly ash 

vi.  Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash 

vii.  Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung  

Kehilangan  yang  diakibatkan  oleh  kadar  air  dalam  bahan  bakar  dan  yang  disebabkan 

oleh   pembakaran   hidrogen   tergantung  pada   bahan   bakar,  dan   tidak   dapat  dikendalikan   oleh 

perancangan.   Data   yang   diperlukan   untuk   perhitungan   efisiensi   boiler   dengan   menggunakan 

metode tidak langsung adalah :  

1.   Analisis ultimate bahan bakar (H2, O2, s, c, kadar air, kadar abu) 2.   Persentase oksigen dan CO2 dalam gas buang 3.   Suhu gas buang dalam   0C (Tf) 

4.   Suhu ambien dalam   0C (Ta) dan kelembaban udara dalam Kg/Kg udara kering 

5.   GCV bahan bakar dalam Kkal/Kg 6.   Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat) 7.   GCV abu dalam Kkal/Kg (untuk bahan bakar padat)  

Tahap 1. Menghitung kebutuhan udara teoritis 

=[(11,43 x C)+{34,5 x (H2-02/8)}+(4,32 x S)]/100 Kg/Kg bahan bakar  

Tahap.2 Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) 

=persen O2 x 100/(21-persen O2)  

Tahap 3. Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok / Kg bahan bakar (AAS) 

={1 + EA/100} x udara teoritis  

Tahap 4. Menghitung seluruh kehilangan panas 

i.  Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oleh gas buang yang kering  

= (m x Cp x (Tf-Ta) x 100) / (GCV bahan bakar ) 

16

Page 14: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

        

Dimana  : m  = massa gas buang kering dalam Kg/Kg bahan bakar 

M  = (massa hasil  pembakaran  kering   / Kg bahan  bakar) + 

(massa N2 dalam massa udara pasokan yang sebenarnya). 

Cp  = Panas jenis gas  buang (0.23 Kkal/Kg) 

GCV  =   Gross   Calorific   Value   (nilai   kalor   bahan   bakar) 

(Kkal/kg)  

ii.  Persen kehilangan panas karena penguapan air  yang terbentuk karena adanya H2 

dalam bahan bakar  

=[9 x H2 {584+Cp(Tf-Ta)} x 100] / GCV bahan bakar  

Dimana  : H2  = Persen H2 dalam 1 Kg bahan bakar 

Cp  = panas jenis superheated steam (0,45 Kkal/Kg)  

iii.  Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar  

=[M {584 + Cp (Tf-Ta)} x 100] / GCV bahan bakar  

Dimana  : M  = persen kadar air dalam 1 Kg bahan bakar 

Cp  =  panas  jenis  steam  lewat  jenuh  /  superheated  steam  (0.45 

Kkal/Kg)  

iv.  Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara 

= [AAS x faktor kelembaban x Cp (Tf-Ta) x 100] / GCV bahan bakar 

Dimana  :  Cp  =  panas  jenis  steam  lewat  jenuh  /  superheated  steam  (0.45 

Kkal/Kg)  

v.  Persen  kehilangan  panas  karena  bahan   bakar   yang  tidak  terbakar  dalam  abu 

terbang / fly ash 

=  [Total  abu  terkumpul  /  Kg  bahan  bakar  yang terbakar   x GCV  abu  terbang  x 

100] / GCV bahan bakar  

vi.  Persen  kehilangan  panas  karena  bahan   bakar   yang  tidak  terbakar  dalam  abu 

bawah / bottom ash 

= [Total abu terkumpul per Kg bahan bakar terbakar x GCV abu bawah x 100]   / 

GCV bahan bakar  

vii.  Persen kehilangan panas karena radiasi  

Tahap 5. Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler  

Efisiensi boiler (%) (n) = 100 – (i + ii + iii + iv + v + vi + vii) 

Rasio penguapan  = panas yang digunakan  untuk pembangkitan  steam / panas yang 

ditambahkan ke steam.    

17

Page 15: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

Rasio penguapan yaitu kilogram steam yang dihasilkan per kg bahan bakar yang 

digunakan.  Contohnya  adalah  boiler  berbahan  bakar  batubara  6  (yaitu  1  Kg  batubara 

dapat menghasilkan 6 Kg steam). Walau demikian, rasio penguapan akan tergantung pada 

jenis boiler, nilai kalor berbahan bakar dan efisiensi.  

2.3.3  Turbin  

Turbin  adalah mesin  penggerak, dimana energi fluida kerja dipergunakan langsung 

untuk  memutar  roda/poros  turbin.  Pada  turbin  tidak  terdapat  bagian  mesin  yang  bergerak 

translasi, melainkan gerakan rotasi. Bagian turbin yang berputar biasa disebut dengan istilah 

rotor/roda/poros turbin, sedangkan bagian turbin  yang tidak berputar dinamai dengan istilah 

stator. Roda turbin terletak di dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang 

digerakkannya   atau   memutar   bebannya   yaitu   generator.   Di   dalam   turbin,   fluida   kerja 

mengalami ekspansi yaitu proses penurunan tekanan dan mengalir secara kontinu. Penamaan 

turbin  didasarkan  pada  jenis  fluida  yang  mengalir  di  dalamnya,  apabila  fluida  kerjanya 

berupa uap maka turbin tersebut disebut dengan turbin uap.  

Bagian – bagian utama sebuah turbin uap adalah :  

1.   Cassing  

Adalah sebagai penutup bagian-bagian utama turbin.               

Gambar 14. Turbine cassing (sumber : http://www.engineeringtoolbox.com)  

2.  Rotor 

Adalah  bagian  turbin  yang  berputar  yang  terdiri  dari  poros,  sudu  turbin  atau  deretan 

sudu. Untuk turbin  bertekanan tinggi atau ukuran  besar, khususnya unuk turbin  jenis reaksi 

maka  motor  ini  perlu  di  balance  untuk  mengimbagi  gaya  reaksi  yang  timbul  secara  aksial 

terhadap poros.          

18

Page 16: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

                   

Gambar 15. Rotor turbin (sumber : http://www.engineeringtoolbox.com)  

3.   Bearing pendestal 

Adalah merupakan dudukan dari poros rotor.  

4.   Journal bearing 

Adalah  bagian  turbin  yang berfungsi untuk menahan  gaya radial atau gaya tegak lurus 

Rotor.  

5.   Thurst bearing 

adalah  bagian  turbin  yang  berfungsi  untuk  menahan  atau  untuk  menerima  gaya  aksial 

atau gaya sejajar terhadap poros yang merupakan gerakan maju mundurnya poros rotor.                

Gambar 16. Bearing turbin (sumber : http://www.engineeringtoolbox.com)  

6.  Main oil pump 

Berfungsi  untuk  memompakan  oli  dari  tangki  untukdisalurkan  pada  bagian  –  bagian 

yang berputar pada turbin .  Dimana fungsi dari lube oil adalah : 

  Sebagai Pelumas pada bagian – bagian yang berputar. 

  Sebagai  Pendingin  (  oil  cooler  )  yang  telah  panas  dan  masuk  ke  bagian  turbin  dan 

akan menekan / terdorong keluar secara sirkuler 

  Sebagai Pelapis ( oil film ) pada bagian turbin yang bergerak secara rotasi. 

  Sebagai  Pembersih  (  oil  cleaner  )  dimana  oli  yang  telah  kotor  sebagai  akibat  dari 

benda-benda yang berputar dari turbin akan terdorong ke luar secara sirkuler oleh oli 

yang masuk . 

19

Page 17: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

7.  Gland packing 

Sebagai  penyekat  untuk  menahan  kebocoran  baik  kebocoran  uap  maupun  kebocoran 

oli.              

Gambar 17. Gland packing turbin (sumber : http://www.engineeringtoolbox.com)  

8.  Labirinth ring 

Mempunyai fungsi yang sama dengan gland packing.                

Gambar 18. Ring turbin (sumber : http://www.engineeringtoolbox.com) 

9.  Impuls stage 

Adalah sudu turbin tingkat pertama yang mempunyai sudu sebanyak 116 buah.              

Gambar 19. Impuls (sumber : http://www.engineeringtoolbox.com)   

20

Page 18: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

3.  Stasionary blade 

Adalah sudu-sudu yang berfingsi untuk menerima dan mengarahkan steam yang masuk.              Gambar 20. Stationary blade (sumber : http://www.engineeringtoolbox.com) 

4.  Moving blade 

Adalah   sejumlah   sudu-sudu   yang   berfungsi   menerima   dan   merubah   energi   steam 

menjadi energi kinetik yang akan memutar generator.   5.  Control valve 

Adalah  merupakan  katup  yang  berfungsi  untuk  mengatur  steam  yang  masuk  kedalam 

turbin sesuai dengan jumlah Steam yang diperlukan.   6.  Stop valve 

Adalah  merupakan  katup yang berfungsi untuk menyalurkan atau menghentikan aliran 

steam yang menuju turbin.   7.  Reducing gear 

Adalah  suatu  bagian  dari  turbin  yang  biasanya  dipasang  pada  turbin-turbin  dengan 

kapasitas besar dan berfungsi untuk menurunkan putaran poros rotor.               

Gambar 22. Reducing gear (sumber : http://www.engineeringtoolbox.com)  

Uap yang dialirkan ke turbin akan menyebabkan turbin bergerak, tetapi karena poros 

turbin   digandeng/dikopel   dengan   poros   generator   akibatnya   gerakan   turbin   itu   akan 

menyebabkan  pula  gerakan  generator  sehingga  dihasilkan  energi  listrik.  Uap  itu  kemudian  

21

Page 19: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

      x 100% 

       

dialirikan  ke  kondensor  sehingga  berubah  menjadi  air  dan  dengan  bantuan  pompa  air  itu 

dialirkan ke boiler sebagai air pengisi. 

Tekanan   besar   dari   uap  mendorong   blade   memutar   poros  turbin.   Poros  turbin 

dihubungkan  ke  poros  generator,  dimana  magnet  berputar  dalam  kumparan  kawat  untuk 

menghasilkan   listrik.   Turbin   uap   adalah   peralatan   yang  mengubah   energi   kinetis   yang 

disimpan di dalam fuida (energi potensial) menjadi energi mekanis rotasional (menghasilkan 

putaran). Turbin uap memiliki 3 bagian utama yaitu :  

1.  Nozel  dan  sudu-sudu  diam  yang  bertindak  sebagai nozel,  bagian  dari  turbin  uap  yang 

mengkonversi  energi  potensial  dari  uap  jenuh  menjadi  energi  kinetis  dengan  jalan 

mengekspansikan (menyemprotkan) uap tersebut ke sudu bergerak dari turbin sehingga 

terjadi penurunan tekanan uap. 

2.  Sudu-sudu  gerak,  bagian  dari  turbin  uap  yang  mengkonversi  energi  kinetis  semprotan 

uap  menjadi  energi mekanis  pada  perputaran  rotor  turbin  akibat  perputaran  sudu-sudu 

geraknya. 

3.  Rotor  turbin, bagian  dari turbin  uap  yang menyalurkan  energi mekanis dari sudu-sudu 

bergerak  kepada  bagian  berputar  dari  generator  listrik  sehingga  dapat  menghasilkan 

listrik.  

Menghitung efisiensi turbin uap                  

Gambar 23.  Neraca entalpi turbin uap (sumber : http://www.energyefficiencyasia.org)  

Efisiensi total  =       

  Dimana : Output turbin  = energi panas yang efektif digunakan turbin  (BTU/jam) 

Input turbin  = energi panas yang dibutuhkan turbin (BTU/jam)         

22

Page 20: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

                               

Gambar 24. Mollier diagram for water – steam 

(sumber : http://www.engineeringtoolbox.com)  

Jenis-jenis turbin uap  

Berdasarkan tekanan uap yang digunakan untuk menggerakkan sudu-sudu turbin, maka 

turbin uap dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu :  

1.  Turbin impuls (aksi)  

Turbin impuls disebut juga turbin aksi atau turbin tekanan tetap, dimana uap mengalami 

ekspansi  hanya  pada  nosel  saja,  sehingga  tekanan  uap  sebelum  dan  sesudah  sudu  adalah 

tetap.   Jika   uap   keluar   dari   ketel   bertekanan   tinggi   diekspansikan   sampai   ke   tekanan 

kondensor  dengan  satu  nosel  saja,  kecepatan  uap  menjadi  sangat  tinggi.  Pada  umumnya 

kecepatan  sudu  sebanding  dengan  kecepatan  uap masuk.  Uap  dengan  kecepatan  tinggi  jika 

menumbuk  suatu  cincin  sudu  jalan  tunggal  dapat  menghasilkan  putaran  rotor  kurang  lebih 

30.000 rpm. Hal ini secara praktis tidak dapat diterapkan. 

Hal yang dapat dilakukan untuk mengurangi putaran rotor yang tinggi, turbin dilengkapi 

dengan   sejumlah   kumpulan   nosel   yang   membentuk   suatu   cincin   yang   diikuti   dengan 

sejumlah  cincin  sudu  jalan.  Uap  keluar  dari  nosel  dengan  kecepatan  sembur  yang  tinggi, 

demikian pula tekanan uap keluar nosel akan diserap oleh tingkat-tingkat yang ada di dalam 

turbin . (S. K. Kulshrestha, 1989)  

2.  Turbin reaksi  

Turbin reaksi atau turbin  tekanan  berubah  adalah proses ekspansi (penurunan tekanan) 

terjadi  di dalam  baris  sudu tetap maupun  sudu gerak,  sehingga  tekanan  uap  sesudah  keluar 

dari  tiap  tingkat  sudu  lebih  rendah  dari  sebelumnya.  Turbin  reaksi  juga  dinamakan  turbin 

23

Page 21: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

Parsons sesuai dengan nama pembuatnya yang pertama yaitu Sir Charles Parsons. (Wiranto 

Arismunandar, 2004) 

Pada  turbin  reaksi  jatuh  tekanan  uap  yang  melalui  sudu  tetap  dan  sudu  jalan  terjadi 

secara  perlahan-lahan.  Kecepatan  sudu relatif  rendah  karena  ekspansi  uap  terjadi  pada  laju 

kecepatan   yang   rendah.   Selain   itu   pada   saat   yang   sama,   kecepatan   yang   rendah   yang 

dihasilkan akan diserap oleh cincin sudu jalan. (S. K. Kulshrestha, 1989)                   

Gambar 25.  Blade turbin (sumber : http://www.scribd.com)                    

Gambar 26 . Bagan turbin impuls dan turbin reaksi (sumber : http://www.scribd.com)  

Berdasarkan tekanan uap keluar turbin, turbin uap dapat dibedakan menjadi : 

1.   Turbin Kondensasi (Condensing Turbine) 

Turbin  kondensasi  adalah  turbin  yang  saluran  keluarnya  dihubungkan  dengan 

kondensor, sehingga tekanan uap pada saluran keluar mendekati vakum. 

2.   Turbin Tekanan Lawan (Back Pressure Turbine) 

Turbin tekanan lawan adalah jenis turbin yang memiliki tekanan uap keluar masih diatas 

1 atsmosfer, sehingga uap bekas masih bisa digunakan untuk maksud-maksud lain, misalnya 

untuk perebusan dan pemanasan.  

24

Page 22: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

                         

Gambar 27.  Diagram turbin kondensasi                 

Gambar 28. Turbin tekanan lawan (sumber : http://www.scribd.com)  

2.3.4  Generator 

Generator  berfungsi  untuk  mengkonversikan  energi  mekanik  (putaran  poros)  dari 

turbin  menjadi  energi  listrik  dengan  membuat  poros  generator  dengan  poros  turbin  berada 

dalam satu poros dengan cara dikopel. Generator arus bolak-balik pada prinsipnya terdiri atas 

2 (dua) bagian utama, yaitu : 

a.  Rotor  adalah  bagian  dari  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.  Jika rotor  berputar, maka 

medan  magnet  akan  memotong  kumparan  jangkar  dalam  stator,  sehingga  timbul 

gaya gerak listrik (GGL), yang kemudian disalurkan ke terminal generator.  

b.  Stator  adalah  bagian  generator  yang  tidak  bergerak  (statis).  Pada  stator  terdapat 

peralatan peralatan sebagai berikut : 

i.  Kumparan stator    

25

Page 23: 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) · 2.3 Bagian –Bagian Utama PLTU Batubra Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem utama yaitu boiler yang

       

ii.  Rumah  generator,  berfungsi   untuk   melindungi   komponen  yang   ada   di 

dalamnya, juga berfungsi sebagai tempat melekatnya inti dan belitan konduktor 

serta terminal daripada generator itu sendiri.  

Generator   biasanya   berukuran   besar   dengan   jumlah   lebih   dari   satu   unit   dan 

dioperasikan  secara  berlainan.  Sedangkan  generator  ukuran  menengah  didisain  berdasarkan 

asumsi  bahwa  selama  masa  manfaatnya  akan  terjadi  10.000  kali  start-stop.  Berarti  selama 

setahun  dilakukan  250  x  start-stop  maka  umur  pembangkit  bisa  mencapai  40  tahun.  Start- 

stop adalah  kondisi ketika generator  berhenti beroperasi  karena   adanya perawatan  berkala, 

maupun karena situasi yang tidak terduga. 

Bila  kecepatannya  putaran  rotor  meningkat  maka  daya  yang  dihasilkan  generator 

akan  meningkat  pula,  oleh  karena  itu  putaran  generator  hasrus  disesuaikan  dengan  output 

daya yang dibutuhkan.  

Effisiensi generator dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : 

(sumber : modul praktikum motor bakar, 2010)  

 = ( output generator / input generator ) x 100 % 

Dimana : 

Input generator (MW)  =    N m  *    rad/s  

Output generator (MW)  = daya listrik yang dihasilkan 

Catatan : 1 KKal = 1.16 x 10-3 KWh3  

2.3.5  Condenser atau kondensator  

Setelah  bekerja   untuk   menggerakkan   turbin,  uap  tersebut   ditarik   ke   dalam 

kondensor,  sebuah  ruang  besar  di  basement  pembangkit  listrik.  Kondensor  adalah  bagian 

penting dari sebuah  unit   uap-listrik batubara. Perangkat ini mengembunkan  uap yang telah 

meninggalkan   turbin   kembali   menjadi   air   sehingga   dapat   digunakan   berulang-ulang   di 

pabrik. Uap yang sudah dipakai kemudian didinginkan dalam kondensor sehingga dihasilkan 

air   yang   dialirkan   ke  dalam   boiler.   Pada   waktu   PLTU  batubara   beroperasi   suhu   pada 

kondensor naiknya begitu cepat, sehingga mengakibatkan kondensor menjadi panas. Sedang 

untuk mendinginkan kondensor bisa digunakan air, tapi harus dalam jumlah besar, hal inilah 

yang  menyebabkan  PLTU  dibangun  dekat  dengan  sumber  air  yang  banyak  seperti  di  tepi 

sungai atau tepi pantai. 

Proses  pendinginan  sangat  penting  dan  memerlukan  sejumlah  air  dalam  jumlah 

yang  besar,  dengan  demikian,  PLTU  biasanya  pasti  terletak  di  dekat  danau,  sungai,  muara 

atau laut.   Untuk mendinginkan uap digunakan condenser cooling water atau condenser ber- 

pendingin   air.   Jutaan   galon   air   dingin   dipompa   melalui   tabung   yang   berjalan   melalui 

kondensor.  Air  dalam  tabung mendinginkan  uap  dan  mengubahnya  kembali  ke air.  Setelah 

uap   terkondensasi   menjadi   air,   maka   air   tersebut   akan   dipompa   ke   boiler   lagi   untuk 

mengulangi siklus.         

26