awal pembangkit listrik tenaga uap mini
DESCRIPTION
fwrwarfsawfsTRANSCRIPT
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<=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