1 A.KONSEP DASAR KONVERSI ENERGI a.Energi Energiadalahsesuatuyangdiperlukanuntukmelakukansuatukegiatan, dalam pengertiannya energi ini bisa berarti sangat luas. jika kita membicarakan energi berartibanyaksekalisumberenergiyangtimbuldalampikirankita.Menurut sumbernya energi terbagi 2 yaitu: 1.Renewable energi 2.Non-renewable energi 1. Renewable energiRenewableenergiadalahsumberenergiyangdapatdiperbarui/dapat dihasilkan kembali dalam jangka waktu yang relatif tidak lama,contoh:air,angin,sinar matahari,dll. air merupakan sumber energi yang tidak terbatas ketersediaannya,ini dikarenakan air mengalami siklus jadi jumlah air yang ada di bumi ini tetap. 2.Non renewable energi Nonrenewableenergiadalahsumberenergiyangtidakdapat diperbaharui/membutuhkanwakturelatifyangsangatlamauntukdihasilkan kembali,contoh:minyakbumi,batubara,gasbumi,dll.Minyakbumimerupakan timbunandarifosilyangtelahterpendamjutaantahunyanglaludanmelaluiproses alam sehinnga menghasilkan minyak bumi sehingga ketersediannya terbatas. b.Konversi Energi Konversienergiadalahprosesperubahanenergidarienergiyangsatuke energi yang lain biasanya melalui media perantara. contoh: pembangkit listrik tenaga lombanglaut,penggunaangelombanglautpembangkitlistrik memilikibanyak keuntungan daripada penggunaan sumber energi angin atau matahari karena wilayah 2 lautindonesiasangatpotensial,ketersediaandankerapatanenerginya,serta penggunaangelombanglauttidakmenyebabkanpolusiyangberlebihan.menurut penelitiannegara-negaramajuenergigelombanglautinimenggunakanpasangsurut airlautuntukmenggerakanturbinkemudiandariturbinkegearboxditeruskanke generatordan terakhir ke pembangkit listrik dan juga penggunaan gelombang laut pun relatifmurah.tetapimasihterdapatkelemahanakibatgoyanganombakdanmasih dalam tahap penelitian. c.Sistem Konversi Energi dalam Suatu Sistem Energidalamsuatusistemtertentudapatdirubahmenjadiusaha,artinya kalauenergiitudimasukkankedalamsistemdandapatmengembanguntuk menghasilkanusaha.Sebagaicontohsistemkonversienergi,apabilabahanbakar bensin(premium)yangdimasukkankedalamsilindermesinkonversienergijenis motorpembakarandalam,misalnyasepedamotor.Energi(C8H18/iso-oktanatau nilaikalor)yangtersimpansebagaiikatanatomdalammolekulbensin/premium dilepas pada waktu terjadi pembakaran dalam silinder, hasil pembakaran ini ditransfer menjadi energi panas/kalor.Energipanasyangdihasilkaniniakanmendorongtorak/pistonyangada dalam silinder, akibatnya torak/piston akan bergerak. Bergeraknya torak/piston terjadi transformasienergi,yaitudarienergipanasmenjadienergikinetik.Selanjutnya energikinetikditransfermenjadienergimekanikyangmenghasilkanusaha(kerja). Kerjayang merupakan hasil kemampuan dari sistemyang berguna bagi kepentingan manusia, yaitu dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain yang jauh jaraknya. -Macam-macam Energi a. Energi Mekanik Energiyangtersimpandalamenergikinetikatauenergipotensialdandapat ditransisi atau transfer untuk menghasilkan usaha/kerja. 3 b. Energi Listrik Energiyangberkaitandenganakumulasiaruselektrondanbentuktransisi atau transfernya adalah aliran elektron melalui konduktor jenis tertentu. Energi listrik dapatdisimpansebagaienergimedanelektrostatisdanmerupakanenergiyang berkaitandenganmedanlistrikakibatterakumulasinyamuatanelektronpadapelat-pelatkapasitor.Energimedanlistrikekivalendenganenergimedanelektromagnetis yangsamadenganenergiyangberkaitandenganmedanmagnetyangtimbulakibat aliran elektron melalui kumparan induksi. c.Energi Kimia Energiyangkeluarsebagaihasilinteraksielektrondimanaduaataulebih atom/molekulberkombinasisehinggamenghasilkansenyawakimiayangstabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentukenergi tersimpan. Bila energi dilepas dalam suatu reaksi maka reaksinya disebut reaksi eksotermisyang dinyatakan dalam kJ, BTU, atau kkal. Bila dalam reaksi kimia energinya terserap maka disebut dengan reaksiendotermis.Sumberenergibahanbakaryangsangatpentingbagimanusia adalahreaksikimiaeksotermisyangpadaumumnyadisebutreaksipembakaran. Reaksi pembakaran melibatkan oksidasi dari bahan bakar fosil. d. Energi Nuklir Energinukliradalahenergidalambentukenergitersimpanyangdapat dilepasakibatinteraksipartikeldenganataudidalamintiatom.Energiinidilepas sebagaihasilusahapartikel-partikeluntukmemperolehkondisiyanglebihstabil. Satuanyangdigunakanadalahjuta-anelektronreaksi.Reaksinuklirdapatterjadi pada peluluhan radioaktif, fisi, dan fusi. e. Energi Termal (Panas) Merupakan bentuk energi dasar di mana dalam kata lain adalah semua energi yangdapatdikonversikansecarapenuhmenjadienergipanas.Sebaliknya, 4 pengonversian dari energi termal ke energi lain dibatasi oleh hukum Thermodinamika II.Bentukenergitransisidanenergitermaladalahenergipanas(kalor),dapatpula dalambentukenergitersimpansebagaikalorlatenataukalorsensibelyangberupa entalpi. B.SUMBER DAYA ENERGI Sumberenergimerupakantempatmunculatautimbulnyaenergiyangdapat dimanfaatkanuntukkehidupanmanusiadipermukaanbumi.Sumberenergidapat dibedakan sebagai berikut: 1. Berasal dari bumi (terresterial), 2. Berasal dari luar bumi (extra terresterial), 3. Berdasarkan sifatnya. Sumberenergidaribumidapatdikategorikanjenisrenewableataunon-depleteddannon-renewableataudepletedenergy.Sumberenergiyangrenewable ataudapatdidaurulang,misalnyakayu,biomassa,biogas.Sumberenergidariluar bumibersifattidakhabisataunon-depletedenergyresource,misalnyaenergisurya dan energi sinar kosmis. Sedangkan energi yang sifatnya tidak bisa diperbaharui atau dapathabis(non-renewableataudepletedenergy)adalahminyakbumi(mineral), baru bara, dan gas alam. 5

Sumber-sumber Energi yang Dapat Habis (Non-Renewable/Depleted Energy Resources).Sumber-sumberenergiyangdapathabisdanlangkadaurulangyang berasaldaribumi(terresterial)adalahsumber-sumberenergikonvesionalyangpada umumnya merupakan energi tambang atau energi fosil yang berasal dari perut bumi, seperti minyak bumi, gas, batu bara, dan energi nuklir. 1)Sumber energi fosil Energifosiltersimpandalambentukbahanbakarminyak,batubara,dan gas.Bahanbakariniberasaldarifosil-fosilyangtelahterbenamdalamperutbumi miliyaran tahun yang silam, ada yang mengatakan minyak dan gas berasal dari fosil-fosil binatang laut dan binatang darat, sedangkan batu bara dari fosil-fosil kayu-kayu. Bahanbakarfosilinidiperolehdenganjalanmenambangdaridalamperutbumi, minyakdangasmelaluipengeboran,sedangkanbatubaradiperolehmelalui pengalian permukaan atau dalam tanah. 6 BahanbakarminyakdiperkirakanakanhabispadaakhirabadkeXXI.Gas alamdiprediksiolehparaahliakanhabiskuranglebih100tahunlagi,sedangkan cadangan batu bara akan habis lebih kurang 200 sampai 300 tahun yang akan datang. Ketigajenisbahanbakarfosiltersebutdikategorikansebagaienergiyangkurang akrablingkungankarenakadarpolusinyacukuptinggi.KadarCO2semakin meningkatakhir-akhirini,menyebabkansuhuudaramenjadimeningkat, mengakibatkansebagianesdikutubmencairdantinggipermukaanlautterus meningkatyanglambatlaunakanmengakibatkanbanjirbesardikota-kotayang berada di tepi pantai di seluruh dunia. 2)Sumber energi nuklir Sumberenergiinimerupakansumberenergihasiltambanglainnyayang termasukjenislogamnon-ferro.Energinuklirdapatdibudidayakanmelaluiproses fisi dan fusi. Energi nuklir walaupun bersih, tetapi mengandung resiko bahaya radiasi yangdapatmematikansehinggapengelolaannyaharusekstrahati-hatidanjuga memelukan modal yang besar untuk investasi awal. -Sumber-sumberEnergiyangDapatDidaurUlang(Renewable/Non-Depleted Energy Resources) -Disiniadaduajenisenergi,yaituenergiyangdapatdidaurulang(renewable energy)danenergiyangtidakhabissepanjangmasa(non-depletedenergy).Energi yang dapat didaur ulang berasal dari bumi, antara lain biomassa, biogas, kayu bakar, dll.Energitidakhabissepanjangmasadaribumi(terreterial),panasbumi,airlaut, dan angin, sedangkan dari luar bumi, adalah energi matahari/surya. 1) Biomassa Biomassa adalah proses daur ulang melalui fotosintesis di mana energi surya memegang peranan.Daun menyerap energi surya untuk proses pertumbuhannya dan mengeluarkangasCO2.Energisuryayangdiseraptumbuh-tumbuhandiproses menjadi energi kimia sebagai energi dalam bentuk tersimpan. 7 Tumbuh-tumbuhantersebutakanmengeluarkanenergitersimpan-nyapada prosespengeringanmaupunsaatdibakarlangsung.Dapatpulamelaluiprosesuntuk menghasilkanbahanbakaryangcukuppotensial,sepertietanol,metana,ataugas lainnya,danbahanbakardalambentukcair(minyaknabati).Nilaikalor/bakardari tumbuh-tumbuhankeringdapatmencapai4800kkal/kg.Beberapaproseskonversi dari biomassa menjadi bahan bakar, adalah melalui: 1. Proses Pirolisa 2. Proses Hidrogasifikasi 3. Proses Hidrogenisasi 4. Proses Distalasi Distrutif 5. Proses Hidrolisa Asam Bahanbakarhasildariprosesbiomassa,dikenaldenganistilahbahanbakar alternatif. Contoh bahan bakar alternatif ini, adalah: a)Buah Bitanggulyang bernama latin Umpilum, sebagai salah satu bahan baku membuatenergialternatif.Bijibuahbitanggulbisamenghasilkanbiodiesel. MulanyabijibuahBitangguldijemurseharianhinggakering.Setelahitu dibungkusdengankertassaring.Setelahdidiamkandalamsejam,lalu dimasukkankedalamtabung.Setelahitu,bijibuahbitanggulyangtelah dibungkusdalamkertasdibericairanPetroliumeter.Airyangmenetesdari kertassaringtersebutsudahmenjadibiodiesel.Airyangberwarnamerah tersebut,laludiuapkanagarberubahmenjadiwarnakuningbeningagar terlihatsepertisolar."LimabuahBitangguldapatmenjadi25mililitersolar dalam waktu dua jam," b)Buahjarakmerupakantanamanyangsudahtidakasingbagimasyarakat Indonesia.TanamaninidigunakansebagaibahanbakarpesawatJepangsaat menjajahIndonesiapada1942sampai1945.Hampirsemuabagiantanaman inibisadimanfaatkan.Kandunganminyakjarakmempunyairendemen 8 minyak (trigliserida) dalam inti biji sekitar 55 persen atau 33 persen dari berat total biji. c)Jagungmenjadialternatifyangpentingsebagaibahanbakupembuatan ethanol (bahan pencampur BBM). Karenanya, kebutuhan terhadap komoditas inipadamasamendatangdiperkirakanmengalamipeningkatanyang signifikan.Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia dari proses fermentasi guladarisumberkarbohidratmenggunakanbantuanmikroorganisme. Produksibioethanolini mencakup3(tiga)rangkaianproses,yaitu:Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan Pemurnian. 2) Gas bio (Biogas) GasBio(Biogas),adalahsumberenergiyangbersihdanmurah.Diproduksi darikotoranhewandansampahbusukmelaluiprosesanaerobikmelaluikegiatan mikrobialaorganisme.Gasyangdiperolehmengandung70persengasmetan.Suatu sistem gas bio terdiri dari:1. Tanki pencampur 2. Pencerna (digester) 3. Tanki penyimpan gas 4. Pembakar gas 5. Kotoran hewan/sampah busuk sebagai bahan baku Adapunprosesterjadinya(diproduksinya)gasbiotersebut,adalahsebagai berikut: Kotoran hewan (lembu)/sampah busuk dicampur dengan air, dimasukkan ke dalamtankipencampur,diaduksampairatasehinggamembentuklumpurkotoran yang biasa disebut dengan slurry yang kemudian dimasukkan ke dalam digester untuk menghasilkangasbio.Gasyangterbentukdikumpulkandandisimpandalamtanki penyimpangas.Suatuestimasikasarmemberikangambaranbahwakebutuhan masak-memasakdengangasbiountukkonsumsi30orang,memerlukan30mgas perharidengankebutuhankotoranbinatangternakseberat200kgyangdapat dihasilkan oleh lebih kurang 40 ekor lembu. 9 3) Air Airadalahsumberenergiyangdapatdidaurulangyangdapatdibedakan menuruttenagaair(hydropower).Suatuenergiairpenggerakturbinbergantung kepadaenergipotensialairpadasuatuketinggiantertentu.Energipotensialair dikonversikanmenjadienergimekanismelaluisebuahturbinyangkemudian dikonversikan kembali ke dalam bentuk energi listrik melalui sebuah generator listrik. Dayakeluarandaripusatlistriktenagaairbergantungdarialiranmassaairyang mengalir dan ketinggi jatuhnya air. Indonesia memiliki potensi tenaga air yang cukup besar. Penggunaan potensi tenaga air skala kecil dan menengah mulai dikembangkan dan digalakkan akhir-akhir ini untuk menghasilkan pusat tenaga mini dan mikrohidro didaerah-daerahyangpotensisumberenergiairnyatidakterlampaubesar.Sumber energiairdapatdigolongkansebagaibagiandarisumberenergisurya.Halini mengingat keberadaan air berasal dari proses penguapan air laut melalui radiasi sinar matahari.Hasilnyaberakumulasimenjadigumpalanawantebalyangmengandung uapairuntukkemudianberubahmenjadiairhujan.Airhujanditampungdalam bendungan-bendungan sebagai sumber energi air yang berpotensial tinggi. 4) Energi gelombang laut Merupakansumberenergiyangberasaldarigelombanglautyang dikonversikan melalui sistem mekanisme torak yang bekerja maju mundur mengikuti iramagerakgelombanglaut.Beberapasistemenergigelombanglautsedang dikembangkan dan akan menjadi alternatif untuk menghasilkan energi listrik. 5) Energi pasang surut Sumberenergiyangdiperolehdariadanyaperbedaanairlautpadasaat pasangdansurut.Diduniainiterdapatdaerah-daerahyangmempunyaiperbedaan pasang-surutyangcukupsignifikan,yaitulebihdari10meter.Selisihketinggian tersebutcukuppotensialuntukmenggerakkanturbinairberskalabesardengan 10 ketinggianjatuhyangrendah,tetapidapatmenghasilkantenagalistrikdengandaya besar sampai ratusan megawatt. 6) Energi gradien suhu Sumberenergiyangberasaldariperbedaansuhuairlautdipermukaandan pada ke dalaman laut tertentu. Perbedaan suhu ini dimanfaatkan untuk menghasilkan sistemkonversienergi.GradiensuhuairlautyangdikenaldenganistilahOTEC (OceanThermalEnergyConversion).Teknikenergigradiensuhumemanfaatkan suhupermukaanairlautyangdiperolehdaripanasakibatpancaranmatahari,jadi boleh dikatakan bahwa energi gradien suhu sebagai bagian dari energi surya. 7) Energi angin Merupakan sumber energi yang didapat dari perbedaan tekanan di permukaan bumisehinggaterjadialiranudara(angin).Perbedaanitudisebabkanadanyaradiasi matahari yang memanaskan permukaan bumi, akibatnya terjadi perbedaan temperatur danrapatmassaudarayangberdampakpadaperbedaantekananudara.Aliranudara (angin)tersebutdapatdipercepatdenganadanyaperputaranbumipadaporosnya dengan kecepatan putaran konstan. 8) Energi panas bumi Merupakanenergiterresterialyangberlimpahadanyadandapat dimanfaatkansebagaipembangkittenagalistriktenagapanasbumi.Secaraalami temperaturbumimeningkat30Cpadakedalamansetiapkilometerkecualiyang dekatdengangunungberapiyangaktif,dimanaaliranmagmayangpanasdapat munculkepermukaanbumidenganpanasyangmencapai250C.Temperaturpanas bumipadakedalaman25kmdaripermukaanbumidapatmencapai750C.Secara ekonomis kedalamanyang ideal untuk eksploitasi sumber panas bumi adalah kurang dari10kmdengantemperaturkerja150-300C.Energipanasbumiyangberada lebihkurang10kmdaripermukaanbumiberdasarkanestimasimampumemberi sistem energi panas dengan kapasitas produksi 200 MW selama 10.000 tahun. Energi panas bumi di daerah Kamojang Jawa Barat berkapasitas 150 MW. 11 9) Energi surya Merupakansumberenergiyangberlimpahruah,bersih,bebaspolusi,dan tidakakanhabissepanjangmasa.Energisuryaadalahenergidiluarbumi(extra terresterial energy) yang dapat dimanfaatkan melalui konversi langsung, seperti pada fotovoltaik dan secara tidak langsung melalui pusat listrik tenaga surya. - Mesin Konversi Energi Mesinkonversienergiadalahmesin-mesinyangdapatmentranfersuatu energi ke dalam bentukenergi lain. Mesin konversi energi dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu: -Mesin Konversi Energi Konvensional -Mesin Konversi Energi Non-konvensional a. Mesin Konversi Energi Konvensional Mesinkonversienergikonvensionalumumnyamenggunakansumberenergi konvensionalyangtidakterbarui,kecualiuntukturbinhidropower.Mesinkonversi energikonvensionaldapatdiklasifikasimenjadimotorpembakaran,mesin-mesin fluida, dan mesin pendingin. 12 b. Mesin Konversi Energi Non-konvensional Mesin-mesinyangmemanfaatkansumberenergiTerrestrialdanExtra Terrterialyangberasaldarialam.AdabeberapajenisMesinkonversienerginon-konvensional;sistempembangkittenagapanasbumi,sistempembangkitenergi surya,pesawatpengkonversitenagaangin(windpower),pesawatpengkonversi energitermalsamudra(OTEC),pesawatpengkonversienergipasang-surut,sistem pembangkitenergigelombanglaut,pembangkituapenerginuklir,danpesawat magneto hydro dynamics (MHD) C.KLASIFIKASI MESIN KONVERSI ENERGI Mesin-mesin konversi energi secara sederhana dapat diklasifikasikan menjadi dua,yaitumesinkonversienergikonvensionaldanmesinenergikonversinon-konvensional.Mesinkonversienergikonvensionalumumnyamenggunakansumber energikonvensionalyangtidakterbarui,kecualiturbinhidropower,danumumnya dapatdiklasifikasikanmenjadimotorpembakarandalam,motorpembakaranluar, mesin-mesinfluida,danmesinpendingindanpengkondisianudara.Mesinkonversi energinon-konvensialumumyamenggunakanenergiyangdapatdiperbarui,kecuali mesin energi konvensi berbahan dasar nuklir. Berdasarkan fungsinya :a.SebagaiPenggerak:motor(motorlistrikdanmotorbakar,turbin(turbinair, turbinuap,turbingas)danmesinpropulsi(turbojet,turbofanturboprop,ram jet, roket) b.Sebagaiyangdigerakkan:pompa(torakdanpompakinetik)kompresor(aksial danradial),mesinpendingin(kompresiuap,refrigerasiudaradanrefrigerasi absorbsi) dll. 13 D.BAHAN BAKAR MIYAK, GAS DAN BATU BARA Bahanbakaradalahsuatumateriapapunyangbisadiubahmenjadienergi. Biasanyabahanbakarmengandungenergipanasyangdapatdilepaskandan dimanipulasi.Kebanyakanbahanbakardigunakanmanusiamelaluiproses pembakaran(reaksiredoks)dimanabahanbakartersebutakanmelepaskanpanas setelahdireaksikandenganoksigendiudara.Proseslainuntukmelepaskanenergi daribahanbakaradalahmelaluireaksieksotermaldanreaksinuklir(sepertiFisi nuklir atau Fusi nuklir). Hidrokarbon (termasuk di dalamnya bensin dan solar) sejauh ini merupakan jenis bahan bakar yang paling sering digunakan manusia. Bahan bakar lainnya yang bisa dipakai adalah logam radioaktif. a.Bahan Bakar Miyak Minyak bumi merupakan campuran dari berbagai macam hidrokarbon, jenis molekul yang paling sering ditemukan adalah alkana (baik yang rantai lurus maupun bercabang),sikloalkana,hidrokarbonaromatik,atausenyawakompleksseperti aspaltena.Setiapminyakbumimempunyaikeunikanmolekulnyamasing-masing, yang diketahui dari bentuk fisik dan ciri-ciri kimia, warna, dan viskositas. Alkana, juga disebut dengan parafin, adalah hidrokarbon tersaturasi dengan rantailurusataubercabangyangmolekulnyahanyamengandungunsurkarbondan hidrogen dengan rumus umum CnH2n+2. Pada umumnya minyak bumi mengandung 5 sampai40atomkarbonpermolekulnya,meskipunmolekuldenganjumlahkarbon lebih sedikit/lebih banyak juga mungkin ada di dalam campuran tersebut. Alkanadaripentana(C5H12)sampaioktana(C8H18)akandisulingmenjadi bensin,sedangkanalkanajenisnonana(C9H20)sampaiheksadekana(C16H34)akan disulingmenjadidiesel,kerosenedanbahanbakarjet).Alkanadenganatomkarbon 16 atau lebih akan disuling menjadi oli/pelumas. Alkana dengan jumlah atom karbon lebihbesarlagi,misalnyaparafinwaxmempunyai25atomkarbon,danaspal mempunyai atom karbon lebih dari 35. Alkana dengan jumlah atom karbon 1 sampai 14 4 akan berbentuk gas dalam suhu ruangan, dan dijual sebagai elpiji (LPG). Di musim dingin,butana(C4H10),digunakansebagaibahancampuranpadabensin,karena tekananuapbutanayangtinggiakanmembantumesinmenyalapadamusimdingin. Penggunaanalkanayanglainadalahsebagaipemantikrokok.Dibeberapanegara, propana(C3H8)dapatdicairkandibawahtekanansedang,dandigunakanmasyarakat sebagai bahan bakar transportasi maupun memasak. Sikloalkana,jugadikenaldengannamanaptena,adalahhidrokarbon tersaturasiyangmempunyaisatuataulebihikatanrangkappadakarbonnya,dengan rumusumumCnH2n.Sikloalkanamemilikiciri-ciriyangmiripdenganalkanatapi memiliki titik didih yang lebih tinggi. Hidrokarbonaromatikadalahhidrokarbontidaktersaturasiyangmemiliki satuataulebihcincinplanarkarbon-6yangdisebutcincinbenzena,dimanaatom hidrogenakanberikatandenganatomkarbondenganrumusumumCnHn. Hidrokarbonsepertiinijikadibakarmakaakanmenimbulkanasaphitampekat. Beberapa bersifat karsinogenik. Semuajenismolekulyangberbeda-bedadiatasdipisahkandengandistilasi fraksional di tempat pengilangan minyak untuk menghasilkan bensin, bahan bakar jet, kerosin,danhidrokarbonlainnya.Contohnyaadalah2,2,4-Trimetilpentana (isooktana), dipakai sebagai campuran utama dalam bensin, mempunyai rumus kimia C8H18 dan bereaksi dengan oksigen secara eksotermik: C8H18(l) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(g) + 10.86 MJ/mol (oktana) Jumlahdarimasing-masingmolekulpadaminyakbumidapatditelitidi laboratorium.Molekul-molekulinibiasanyaakandiekstrakdisebuahpelarut, kemudian akan dipisahkan dikromatografigas,dan kemudian bisa dideteksi dengan detektor yang cocok. Pembakaranyangtidaksempurnadariminyakbumiatauprodukhasil olahannyaakanmenyebabkanproduksampinganyangberacun.Misalnya,terlalu sedikit oksigen yang bercampur maka akan menghasilkan karbon monoksida. Karena 15 suhudantekananyangtinggididalammesinkendaraan,makagasbuangyang dihasilkan oleh mesin biasanya juga mengandung molekul nitrogen oksida yang dapat menimbulkan asbut. -Panas Pembakaran Padavolumeyangkonstanmakapanaspembakarandariprodukminyakbumi dapat diperkirakan dengan rumus: Qv = 12,400 2,100d2. dengan Qv dalam kal/gram dan d adalah gravitasi khusus pada suhu 60 F (16 C). -Konduktivitas termal Konduktivitastermaldaricairan-cairanyangberasaldariminyak bumi dapat dirumuskan sebagai berikut: 0.547 Satuan K adalah BTU hr1ft2 , t diukur dalam F dan d adalah gravitasi khusus pada suhu 60 F (16 C). Strukturkimiadariminyabumisangatlahheterogen,terdiridaribanyak rantaihidrokarbondenganpanjangyangberbeda-beda.Makadariitu,minyakbumi dibawaketempatpengilanganminyaksehinggasenyawa-senyawahidrokarbonini bisadipisahkandenganteknikdistilasidanproseskimialainnya.Hasilpenyulingan minyak inilah yang digunakan manusia untuk berbagai macam kebutuhan. Jenisprodukpalingumumdaripenyulinganminyakbumiadalahbahan bakar. Jenis-jenis bahan bakar itu antara lain (dilihat dari titik didihnya. 16 Hasil Penyulingan Miyak Bumi Nama Bahan BakaTitik Didih 0C Elpiji (LPG) - 40 Butana-12 sampai -1 Bensin-1 sampai 180 Bahan bakar jet150 sampai 205 Minyak tanah205 sampai 260 Minyak bakar205 sampai 290 Diesel260 sampai 315 -Produk turunan lainnya Beberapa produk hasil olahan hidrokarbon dapatdicampur dengan senyawa non-hidrokarbon untuk membentuk senyawa lainnya: -Alkena (olefin), dapat diproduksi menjadi plastik atau senyawa lain. -Pelumas (oli mesin dan gemuk). -Wax, digunakan dalam pengepakan makanan beku. -Sulfur atau Asam sulfat. Merupakan senyawa penting dalam industri. -Tar. -Aspal. -Kokas minyak bumi, digunakan sebagai bahan bakar padat. -Parafin wax. -Petrokimia aromatik, digunakan sebagai campuran pada produksi bahan-bahan kimia lainnya. b.Bahan Bakar Gas Bahan Bakar Gas (BBG) adalah gas bumi yang telah dimurnikan dan aman, bersih andal, murah, dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Komposisi 17 BBG sebagian besar terdiri dari gas metana ( CH4) dan etana (C2H6) lebih kurang 90% dan selebihnya adalah gas propana (C3H8), butana (C4H10), pentana (C5H10), nitrogen dan karbon dioksida. BBG lebih ringan daripada udara dengan berat jenis sekitar 0,6036 dan mempunyai nilai oktan 120. Agar setiap kendaraan BBG dapat membawa gas sebanyak mungkin, BBG dimasukkan ke dalam tangki dengan dimampatkan sekitar 200 bar dan masih berbentuk gas. -Gas Bumi Gasbumiataugasalambukansajamerupakangasbakaryangpaling penting,tetapijugamerupakanbahanbakuutamauntukberbagaisintesiskimia. ProdukdarigasbumiyangterutamamisalnyaberbagaihidrokarbondanLPG. Dengan semakin naiknya nilai minyak bumi, maka proses pemulihan hasil gas makin ditingkatkan. -Gas alam terkompresi Gasalamterkompresi(Compressednaturalgas,CNG)adalahalternatif bahan bakar selain bensin atau solar. Di Indonesia, kita mengenal CNG sebagai bahan bakargas(BBG).Bahanbakarinidianggaplebih'bersih'biladibandingkandengan duabahanbakarminyakkarenaemisigasbuangnyayangramahlingkungan.CNG dibuat dengan melakukan kompresi metana (CH4) yang diekstrak dari gas alam. CNG disimpan dan didistribusikan dalam bejana tekan, biasanya berbentuk silinder. ArgentinadanBrazildiAmerikaLatinadalahduanegaradenganjumlah kendaraanpenggunaCNGterbesar.KonversikeCNGdifasilitasidenganpemberian hargayanglebihmurahbiladibandingkandenganbahanbakarcair(bensindan solar),peralatankonversiyangdibuatlokaldaninfrastrukturdistribusiCNGyang terusberkembang.Sejalandengansemakinmeningkatnyahargaminyakdan kesadaranlingkungan,CNGsaatinimulaidigunakanjugauntukkendaraan penumpang dan truk barang berdaya ringan hingga menengah. 18 -Gas tanur kokas Gas tanur kokas dihasilkan dari hasil sampingan proses distilasi batubara. Biasanya gas jenis ini banyak digunakan dalan industri baja. -Gas produser Gas produser dihasilkan dengan cara melewatkan udara ke bahan karbon, misalnya batubara, dan dihasilkan karbon monoksida. Reaksinya eksotermis, dan dapat dituliskan sebagai berikut: 2C + O2 2CO Nitrogendalanudaratidakbereaksidanlarutdalamgashasil,sehingga mengakibatkannilaikalorigasmenjadirendah.Gasjenisinibiasadigunakanuntuk tenagaturbingasyangmemangtidakmemerlukanbahanbakardengannilaikalori tinggi,namunsebelumnyatardarigasharusdiambilterlebihdahulu.Gasjenisini cukupberguna,namunharusdiperhatikanbahwakandungankarbonmonoksidanya dapat menimbulkan keracunan. -Gas air (Gas biru) Gasairkadang-kadangdisebutjugadengangasbirukarenajikagasini dibakar ia akan memberikan nyala yang berwarna biru. Gas ini dihasilkan dari reaksi antarauapairdenganbatubaraataukokaspijarpadasuhudiatas1000 C.Reaksi yang terjadi adalah: C + H2O CO + H2 C + 2H2O CO2 + 2H2 Nilai kalori dari gas ini masih rendah, dan biasanya untuk meningkatkannya ditambahkanminyakyangdiatomisasikankedalamgasairpanas.Hasilnyaadalah berupa gas air berkarburasi dan mempunyai nilai kalor yang lebih tinggi. 19 c.Bahan Bakar Batu Bara Batubaraataubatubaraadalahsalahsatubahanbakarfosil.Pengertian umumnyaadalahbatuansedimenyangdapatterbakar,terbentukdariendapan organik,utamanyaadalahsisa-sisatumbuhandanterbentukmelaluiproses pembatubaraan. Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Batubarajugaadalahbatuanorganikyangmemilikisifat-sifatfisikadan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk. AnalisaunsurmemberikanrumusformulaempirissepertiC137H97O9NSuntuk bituminus dan C240H90O4NS untuk antrasit. -Materi Pembentuk Batu Bara Hampirseluruhpembentukbatubaraberasaldaritumbuhan.Jenis-jenis tumbuhan pembentuk batu bara dan umurnya menurut Diessel (1981) adalah sebagai berikut: -Alga,dariZamanPre-kambriumhinggaOrdovisiumdanberseltunggal. Sangat sedikit endapan batu bara dari perioda ini. -Silofita,dariZamanSilurhinggaDevonTengah,merupakanturunandari alga. Sedikit endapan batu bara dari perioda ini. -Pteridofita, umur Devon Atas hingga Karbon Atas. Materi utama pembentuk batubaraberumurKarbondiEropadanAmerikaUtara.Tetumbuhantanpa bunga dan biji, berkembang biak dengan spora dan tumbuh di iklim hangat. -Gimnospermae,kurunwaktumulaidariZamanPermianhinggaKapur Tengah. Tumbuhan heteroseksual, biji terbungkus dalam buah, semisal pinus, mengandungkadargetah(resin)tinggi.JenisPteridospermaeseperti gangamopterisdanglossopterisadalahpenyusunutamabatubaraPermian seperti di Australia, India dan Afrika. 20 -Angiospermae, dari Zaman Kapur Atas hingga kini. Jenis tumbuhan modern, buah yang menutupi biji, jantan dan betina dalam satu bunga, kurang bergetah dibanding gimnospermae sehingga, secara umum, kurang dapat terawetkan. -Penambangan Penambanganbatubaraadalahpenambanganbatubaradaribumi.Batu bara digunakan sebagai bahan bakar. Batu bara juga dapat digunakan untuk membuat coke untuk pembuatan baja. Tambang batu bara tertua terletak di Tower Colliery di Inggris -Kelas dan jenis batu bara Berdasarkantingkatprosespembentukannyayangdikontrololehtekanan, panasdanwaktu,batubaraumumnyadibagidalamlimakelas:antrasit,bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut. -Antrasitadalahkelasbatubaratertinggi,denganwarnahitamberkilauan (luster)metalik,mengandungantara86%-98%unsurkarbon(C)dengan kadar air kurang dari 8%. -Bituminusmengandung68-86%unsurkarbon(C)danberkadarair8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia. -Sub-bituminusmengandungsedikitkarbondanbanyakair,danoleh karenanyamenjadisumberpanasyangkurangefisiendibandingkandengan bituminus. -Lignitataubatubaracoklatadalahbatubarayangsangatlunakyang mengandung air 35-75% dari beratnya. -Gambut,berporidanmemilikikadarairdiatas75%sertanilaikaloriyang paling rendah. -Sumber daya batu bara PotensisumberdayabatubaradiIndonesiasangatmelimpah,terutamadi PulauKalimantandanPulauSumatera,sedangkandidaerahlainnyadapatdijumpai 21 batubarawalaupundalamjumlahkecildanbelumdapatditentukan keekonomisannya, seperti di Jawa Barat, Jawa Tengah, Papua, dan Sulawesi. DiIndonesia,batubaramerupakanbahanbakarutamaselainsolar(diesel fuel) yang telah umum digunakan pada banyak industri, dari segi ekonomis batu bara jauh lebih hemat dibandingkan solar, dengan perbandingan sebagai berikut: Solar Rp 0,74/kilokalorisedangkanbatubarahanyaRp0,09/kilokalori,(berdasarkanharga solar industri Rp. 6.200/liter). Darisegikuantitasbatubaratermasukcadanganenergifosilterpentingbagi Indonesia.Jumlahnyasangatberlimpah,mencapaipuluhanmilyarton.Jumlahini sebenarnyacukupuntukmemasokkebutuhanenergilistrikhinggaratusantahunke depan.Sayangnya,Indonesiatidakmungkinmembakarhabisbatubaradan mengubahnyamenjadienergislistrikmelaluiPLTU.Selainmengotorilingkungan melaluipolutanCO2,SO2,NOxdanCxHycarainidinilaikurangefisiendankurang memberi nilai tambah tinggi. Batu bara sebaiknya tidak langsung dibakar, akan lebih bermakna dan efisien jikadikonversimenjadimigassintetis,ataubahanpetrokimialainyangbernilai ekonomitinggi.Duacarayangdipertimbangkandalamhaliniadalahlikuifikasi (pencairan) dan gasifikasi (penyubliman) batu bara. Membakarbatubarasecaralangsung(directburning)telahdikembangkan teknologinyasecaracontinue,yangbertujuanuntukmencapaiefisiensipembakaran yangmaksimum,cara-carapembakaranlangsungseperti:fixedgrate,chaingrate, fluidizedbed,pulverized,danlain-lain,masing-masingmempunyaikelebihandan kelemahannya. E.TURBIN Turbinadalahsebuahmesinberputaryangmengambilenergidarialiran fluida.Turbinsederhanamemilikisatubagianyangbergerak,"asemblirotor-blade". 22 Fluidayangbergerakmenjadikanbaling-balingberputardanmenghasilkanenergi untuk menggerakkan rotor. Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air. Sebuah turbin yang bekerja terbalik disebut kompresor atau pompa turbo. Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokusdanmengontrolfluid."Casing"danbaling-balingmungkinmemiliki geometri variabelyang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluid. F.Turbin Gas Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran.Diamemilikikompresornaikke-atasdipasangkandenganturbinturun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya. Energiditambahkandiarusgasdipembakar,dimanaudaradicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volumedarialirangas.Kemudiandiarahkanmelaluisebuahpenyebar(nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor. Energidiambildaribentuktenagashaft,udaraterkompresidandorongan, dalamsegalakombinasi,dandigunakanuntukmentenagaipesawatterbang,kereta, kapal, generator, dan bahkan tank. Gambar.Turbin Gas 23 -Teori Operasi TurbingasdijelaskansecaratermodinamikaolehSiklusBrayton,dimana udaradikompresiisentropicsekutu,pembakaranterjadipadatekanankonstan,dan ekspansi terjadi di turbin isentropically kembali untuk tekanan awal. Dalam prakteknya, gesekan dan turbulensi menyebabkan: 1.Isentropicnon-kompresi:untuksuatutekanansecarakeseluruhanrasio,suhu pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal. 2.Non-isentropicekspansi:walaupunpenurunansuhuturbinyangdiperlukan untuk menggerakkan kompresor tidak terpengaruh, tekanan terkait rasio lebih besar, yang mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat. 3.Tekanankerugiandalamasupanudara,combustordanknalpot:mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat. Seperti semua siklus mesin panas s, suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti lebihbesarefisiensi.Faktorpembatasadalahkemampuanbaja,nikel,keramik,atau materi lain yang membentuk mesin untuk menahan panas dan tekanan. Teknik cukup masukkebagianturbinmenjagadingin.Kebanyakanturbinjugamencobauntuk memulihkanknalpotpanas,yangsebaliknyaadalahenergiterbuang.Recuperators adalahheatexchangersyanglulusknalpotpanaskeudaraterkompresi,sebelum pembakaran.Gabungansiklusdesainluluslimbahpanaskeuapturbinsistem.Dan gabunganpanasdankekuasaan(co-generation)menggunakanlimbahpanasuntuk produksi air panas.Mekanis,turbingasdapatkurangkompleksdaripadapembakaranpiston mesin. Sederhana turbin mungkin memiliki satu bergerak bagian: poros / kompresor / 24 turbin / alternatif rotor perakitan (lihat gambar di atas), belum termasuk sistem bahan bakar.Namun,manufakturpresisiyangdiperlukanuntukkomponendanpaduan tahantemperaturyangdiperlukanuntukefisiensiyangtinggiseringmembuat pembangunan turbin sederhana lebih rumit daripada mesin piston. Lebihcanggihturbin(sepertiyangditemukandizamanmodernmesinjet) dapatmemilikibeberapashaft(kelos),ratusanturbinbaling,bergerakstatorblades, dan sistem yang luas kompleks pipa, combustors dan penukar panas. Sebagai aturan umum, semakin kecil mesin semakin tinggi tingkat perputaran poros(s)yangdiperlukanuntukmempertahankankecepatantertinggi.Kecepatan suduturbinmenentukantekananmaksimumyangdapatdiperoleh,halini menghasilkandayamaksimumyangmungkintergantungpadaukuranmesin.Mesin jet s beroperasi sekitar 10.000 rpm dan mikro turbin s sekitar 100.000 rpm. Thrustbantalansdanjurnalbantalanadalahbagianpentingdaridesain. Secaratradisional,merekatelahhidrodinamikminyakbantalan,atauminyak-cooled bolabantalans.Bantalaninisedangdikalahkanolehfoilbantalans,yangtelah berhasil digunakan dalam turbin mikro dan unit daya tambahan s. G.Turbin Uap Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uapmenjadienergikinetikdanenergikinetikiniselanjutnyadiubahmenjadienergi mekanisdalambentukputaranporosturbin.Porosturbin,lansungataudengan bantuanrodagigireduksi,dihubungkandenganmekanismeyangakandigerakkan. Tergantung pada jenis mekanismeyang digunakan, turbin uap dapat digunakan pada berbagaibidangsepertipadabidangindustri,untukpembangkittenagalistrikdan untuktransportasi.Padaprosesperubahanenergipotensialmenjadienergi mekanisnya yaitu dalam bentuk putaran poros dilakukan dengna berbagai cara. Turbin uap modern pertama kali dikembangkan oleh Sir Charles Parsons pada tahun1884.Padaperkembangannya,turbinuapinimampumenggantikanperanan darikerjamesinuappistontorak.Halinidisebabkankarenaturbinuapmemiliki 25 kelebihanberupaefisiensitermalyangbesardanperbandinganberatdengandaya yang dihasilkan yang cukup tinggi. Pada prosesnya turbin uap menghasilkan gerakan rotasi, sehingga hal ini sangat cocok digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Padasaatini,sudahhampir80%pembangkitlistrikdiseluruhduniatelah menggunakan turbin uap. Secara umum turbin uap dapat digolongkan menjadi tiga macamyaitu turbin impuls,reaksidangabungan.Penggolonganiniberdasarkancaramendapatkan perubahan energi potensial menjadi energi kinetik dari semburan uapnya. Turbin Impuls VS Turbin Reaksi (untuk lebih jelas, klik pada gambar) Adapunturbinimpulsmengubahenergipotensialuapnyamenjadienergi kinetikdidalamnosel(yangdibentukolehsudu-sududiamyangberdekatan).Nosel diarahkankepadasudugerak.Didalamsudu-sudugerak,energikinetikdiubah menjadienergimekanis.Energipotensialuapberupaekspansiuap,yangdiperoleh dariperubahantekananawalhinggatekananakhirnyadidalamsebuahnoselatau dalamsatugrupnoselyangditempatkandidepansudu-suducakramyangberputar. Penurunan tekanan uap didalam nosel diikuti dengan penurunan kandungan kalornya 26 yang terjadi didalam nosel.Hal ini menyebabkan naiknya kecepatan uap yang keluar darinosel(energikinetik).Kemudianenergikecepatansemburanuapyangkeluar darinoselyangdiarahkankepadasudugerak(sudu-suducakramyangberputar) memberikangayaimpulspada-padasudugeraksehinggamenyebabkansudu-sudu gerak berputar (melakukan kerja mekanis). Ataubisadafahamisecarasederhanapronsipkerjadariturbinimpulsyaitu turbinyangprosesekspansilengkapuapnyahanyaterjadipadakanaldiam(nosel) saja,danenergikecepatandiubahmenjadikerjamekanispadasudu-suduturbin. Kecepatanuapyangkeluardariturbinjenisinibisamencapai1200/detik.Turbin jenisinipertamakalidibuatolehdeLaval,yangmanaturbininimampuberoperasi padaputaran30.000rpm.Padaaplikasinyaturbinimpulsinidilengkapidenganroda gigi reduksi untuk memindahkan momen putar ke mekanismeyang akandigerakkan seperti generator listrik. Turbinreaksiyaituturbinyangekspansiuapnyatidakhanyaterjadipada laluan-laluansudupengarah(nosel)yangtetapsajatetapijugaterjadipadalaluan sudugerak(sudu-suducakramyangberputar),sehinggaterjadipenurunan keseluruhankandungankalorpadasemuatingkatsehinggaterdistribusisecara seragam.Turbinyangjenisiniumumnyandigunakanuntukkepentinganindustri. Kecepatan uap yang mengalir pada turbin (yang biasanyan nekatingkat)lebih rendah yaitu sekitar 100 200 m/detik. Gambar. Turbin Uap 27 -Prinsip Kerja Turbin Uap Padadasarnyaprinsipkerjaturbinuapsamadenganmesinuaptipebolak balik. Bedanya mesin uap tipe bolak balik menggunakan piston, sedangkan turbin uap menggunakanturbin.Padamesinuaptipebolakbalik,kalordiubahterlebihdahulu menjadienergikinetiktranslasipiston.Setelahituenergikinetiktranslasipiston diubahmenjadienergikinetikrotasirodapemutar.Nah,padaturbinuap,kalor langsungdiubahmenjadienergikinetikrotasiturbin.Turbinbisaberputarakibat adanyaperbedaantekanan.Suhuuapsebelahatasbilahjauhlebihbesardaripada suhuuapsebelahbawahbilah(bilahtuhlempengtipisyangadaditengahturbin). Ingatya,suhuberbadinglurusdengantekanan.Karenasuhuuappadasebelahatas bilahlebihbesardarisuhuuappadasebelahbawahbilahmakatekananuappada sebelahatasbilahlebihbesardaripadatekananuappadasebelahbawahbilah. Adanya perbedaan tekanan menyebabkan si uap mendorong bilah ke bawah sehingga turbin berputar. Arah putaran turbin tampak seperti gambar di bawah: Perludiketahuibahwaprinsipkerjamesinuapdidasarkanpadadiagram perpindahan energiyang telah dijelaskan di atas. Dalam hal ini, energi mekanik bisa dihasilkanapabilakitamembiarkankalormengalirdaribendaatautempatbersuhu 28 tinggi menuju benda atau tempat bersuhu rendah. Dengan demikian, perbedaan suhu sangat diperlukan pada mesin uap. Apabilakiataperhatikancarakerjamesinuaptipebolakbalik,tampak bahwa piston tetap bisa bergerak ke kanan dan ke kiri walaupun tidak ada perbedaan suhu (tidak ada kondensor dan pompa). Piston bisa bergerak ke kanan akibat adanya pemuaianuapbersuhutinggiatauuapbertekanantinggi.Dalamhalini,sebagian kalorpadauapberubahmenjadienergikinetiktranslasipiston.Energikinetik translasi piston kemudian berubah menjadi energi kinetik rotasi roda pemutar. Setelah melakukan setengah putaran, roda akan menekan piston kembali ke kiri. Ketika roda menekanpistonkembalikekiri,energikinetikrotasirodaberubahlagimenjadi energi kinetik translasi piston. Ketika piston bergerak ke kiri, piston mendorong uap yang ada dalam silinder. Padasaatyangsama,katuppembuanganterbuka.Dengandemikian,uap yangdidorongpistontadiakanmendorongtemannyaadadisebelahbawahkatup pembuangan.Nah,apabilasuhuuapyangberadadisebelahbawahkatup pembuangan=suhuuapyangdidorongpiston,makasemuaenergikinetiktranslasi pistonakanberubahlagimenjadienergidalamuap.Energidalamberbandinglurus dengansuhu.Kalauenergidalamuapbertambahmakasuhuuapmeningkat.Suhu berbanding lurus dengan tekanan. Kalau suhu uap meningkat maka tekanan uap juga meningkat. Dengan demikian, tekanan uapyangdibuang melalui katup pembuangan =tekananuapyangmasukmelaluikatupmasukan.Pistonakantetapbergerakke kanandankekiriseterusnyatetapitidakakanadaenergikinetiktotalyangbisa dimanfaatkan(tidakadakerjatotalyangdihasilkan).Jadienergikinetikyang diterimaolehpistonselamaprosespemuaian(pistonbergerakkekanan)akan dikembalikan lagi kepada uap selama proses penekanan (piston bergerak ke kiri).Daripenjelasanpanjanglebardanbertele-telesebelumnya,kitabisa menyimpulkanbahwaperbedaansuhudalammesinuaptetapdiperlukan.Perbedaan suhu dalam mesin uap bisa diperoleh dengan memanfaatkan kondensor. Ketika suhu dantekananuapyangberadadisebelahbawahkatuppembuanganjauhlebihkecil 29 dari pada suhu dan tekanan uapyang berada di dalam silinder, maka ketika si piston bergerak kembali ke kiri, besarnya tekanan (P = F/A) yang dilakukan piston terhadap uapjauhlebihkecildaripadabesarnyatekananyangdiberikanuapkepadapiston ketika si piston bergerak ke kanan. Dengan kata lain, besarnya usaha alias kerja yang dilakukan piston terhadap uap jauh lebih kecil daripada besarnya kerja yang dilakukan uap terhadap piston (W = Fs). Jadi hanya sebagian kecil energi kinetik piston yang dikembalikan lagi pada uap. Dengandemikianakanadaenergikinetiktotalataukerjatotalyangdihasilkan. Energikinetiktotaliniyangdipakaiuntukmenggerakansesuatu(membangkitkan listrik).Pembangkitanenergilistrikakandibahassecaramendalampadapokok bahasan listrik dan magnet. H.Turbin Air Turbin air adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi kinetik dari arusair.Turbinairdikembangkanpadaawalabadke-19dandigunakansecaraluas untuktenagaindustrisebelumadanyajaringanlistrik.Sekarangmerekadigunakan untukpembangkittenagalistrik.Merekamengambilsumberenergiyangbersihdan terbaharui. a.Cara kerja turbin Air - Pemilihan Turbin Turbinairberperanuntukmengubahenergiair(energipotensial,tekanan danenergikinetik)menjadienergimekanikdalambentukputaranporos.Putaran porosturbininiakandiubaholehgeneratormenjaditenagalistrik.Berdasarkan prinsip kerjanya , turbin air dibagi menjadi dua kelompok: 1.Turbin impuls (cross-flow, pelton & turgo) Untukjenisini,tekananpadasetiapsisisudugeraknyalrunnernya- bagian turbin yang berputar - sama. 2.Turbin reaksi ( francis, kaplanlpropeller) 30 Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Pada beberapa daerahoperasimemungkinkandigunakanbeberapajenisturbin.Pemilihan jenis turbin pada daerah operasi yang overlaping ini memerlukan perhitungan yanglebihmendalam.Padadasarnyadaerahkerjaoperasiturbinmenurut Keller2 dikelompokkan menjadi: Low head powerplant: dengan tinggi jatuhan air (head) :S 10 M3 Mediumheadpowerplant::dengantinggijatuhanantaralowheaddanhigh-head High head power plant: dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan H 100 (Q)0-113 dimana, H =head, m Q = desain debit, m 31s SecaraumumhasilsurveylapanganmendapatkanpotensipengembanganPLTMH dengan tinggi jatuhan (head) 6- 60 m,yang dapat dikattegoirikan pada headrendah dan medium. Tabel Daerah Operasi Turbin Jenis TurbinVariasi Head, m Kaplan dan Propeller2 < H < 20 Francis10 < H < 350 Peiton50 < H < 1000 Crossfiow6 < H < 100 Turgo50 < H < 250 2. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin Pemilihanjenisturbindapatditentukanberdasarkankelebihandan kekurangandarijenis-jenisturbin,khususnyauntuksuatudesainyangsangat spesifik.Padatahapawal,pemilihanjenisturbindapatdiperhitungkandengan mempertimbangkanparameter-parameterkhususyangmempengaruhisistemoperasi turbin, yaitu : -Faktortinggijatuhanairefektif(NetHead)dandebityangakandimanfaatkan untukoperasiturbinmerupakanfaktorutamayangmempengaruhipemilihan 31 jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah. -Faktordaya(power)yangdiinginkanberkaitandenganheaddandebityang tersedia. -Kecepatan (putaran) turbin ang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuksistemtransmisidirectcoupleantarageneratordenganturbinpadahead rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementaraturbinpeltondancrossflowberputarsangatlambat(lowspeed)yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi. Ketigafaktordiatasseringkalidiekspresikansebagai"kecepatanspesifik, Ns", yang didefinisikan dengan formula: Ns = N x P0.51W .21 dimana : N = kecepatan putaran turbin, rpm P = maksimum turbin output, kW H = head efektif , m Output turbin dihitung dengan formula: P=9.81 xQxHx qt (2) dimana Q = debit air, m 3 ldetik H = efektif head, m ilt= efisiensi turbin = 0.8 - 0.85 untuk turbin pelton = 0.8 - 0.9 untuk turbin francis = 0.7 - 0.8 untuk turbin crossfiow 32 = 0.8 - 0.9 untuk turbin propellerlkaplan Kecepatanspesifiksetiapturbinmemilikikisaran(range)tertentu berdasarkandataeksperimen.Kisarankecepatanspesifikbeberapaturbinairadalah sebagai berikut: Turbin pelton12Ns25 TurbinFrancis60;Ns300 Turbin Crossflow40Ns200 Turbin Propeller250Ns 1000 Denganmengetahuikecepatanspesifikturbinmakaperencanaandan pemilihanjenisturbinakanmenjadilebihmudah.Beberapaformulayang dikembangkandaridataeksperimentalberbagaijenisturbindapatdigunakanuntuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin, yaitu : Turbin pelton (1 jet)Ns = 85.49/H0.243(Siervo & Lugaresi, 1978) Turbin FrancisNs = 3763/H0.854(Schweiger & Gregory, 1989) Turbin KaplanNs = 2283/H0.486(Schweiger & Gregory, 1989) Turbin CrossfiowNs = 513.25/H0.505(Kpordze & Wamick, 1983) Turbin PropellerNs = 2702/H0.5(USBR, 1976)

Denganmengetahuibesarankecepatanspesifikmakadimensidasarturbin dapat diestimasi (diperkirakan). 33 Pada perencanaan PLTMH ini, pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah : 1.Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah s.d 6 m 2.Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m < H < 60 m. Pemilihanjenisturbintersebutberdasarkanketersediaianteknologisecara lokaldanbiayapembuatan/pabrikasiyanglebihmurahdibandingkantipelainnya sepertipeltondanfrancis.Jenisturbincrosstlowyangdipergunakanpada perencanaart ini adalah crossfiow T-14 dengan diameter runner 0.3 m. Turbin tipe ini memiliki efisiensi maksimum yang baik sebesar 0.74 dengan efisiensi pada debit 40% masihcukuptinggidiatas0.6.Sementarauntukpenggunaanturbinpropelleropen flume pabrikasi lokal ditetapkan efisiensi turbin sebesar 0.75. Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit tenaga air skala mikro(PLTMH),khususnyacrossfIlowT-14telahterbuktihandaidilapangan dibandingkanjeniscrossfiowlainnyayangdikembangkanolehberbagaipihak (lembaga penelitian, pabrikan, import). Putaranturbinbaikpropelleropenflumeheadrendahdanturbin crossflowmemilikikecepatanyangrendah.Padasistemmekanikturbindigunakan transmisisabukflatbeltdanpulleyuntukmenaikkanputaransehinggasamadengan putarangenerator1500rpm.Efisiensisistemtransmisimekanikflatbelt diperhitungkan 0.98. Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller open flume menggunakan sabuk V, dengan efisiensi 0.95. 34 Diagram Aplikasi berbagai jenis Turbin (Head Vs Debit) Tabel Putaran Generator Sinkron (rpm) Jumlah Pole (kutub)Frekuensi , 50 Hz 23000 41500 61000 8750 10600 12500 14429 Tabel Run-away speed Turbin, N maks/N Jenis TurbinPutaran Nominal, N (rpm)Runaway speed Semi Kaplan, single regulated75-1002-2.4 Kaplan, double regulated75-1502.8-3.2 Small-medium Kaplan250-7002.8-3.2 Francis (medium & high head)500-15001.8-2.2 Francis (low head)250-5001.8-2.2 Pelton500-15001.8-2 Crossflow100-10001.8-2 Turgo600-10002 2. Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol Generatoradalahsuatuperalatanyangberfungsimengubahenergimekanik menjadi energi listrik. Jenis generator yang digunakan pada perencanaan PLTMH ini adalah : -Generatorsinkron,sistemeksitasitanpasikat(brushlessexitation)dengan penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing). -InductionMotorsebagaiGenerator(IMAG)sumbuvertikal,padaperencanaan turbin propeller open flume 35 Spesifikasigeneratoradalahputaran1500rpm,50Hz,3phasadengan keluaran tegangan 220 V/380 V. Efisiensi generator secara umum adalah -Aplikasi < 10 KVA efisiensi 0.7 - 0.8 -Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 0.8 - 0.85 -Aplikasi 20 - 50 KVA efisiensi 0.85 -Aplikasi 50 - 100 KVA efisiensi 0.85 - 0.9 -Aplikasi >. - 100 KVA efisiensi 0.9 - 0.95 Sistem kontrol yang digunakan pada perencanaan PLTMH ini menggunakan pengaturan beban sehingga jumlah output dayagenerator selalu sama dengan beban. Apabilaterjadipenurunanbebandikonsumen,makabebantersebutakandialihkan ke sistem pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast load/dumy load. Sistem pengaturan beban yang digunakan pada perencanaan ini adalah -Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron -Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMA Sistemkontroltersebuttelahdapatdipabrikasisecaralokal,danterbukti handalpadapenggunaandibanyakPLTMH.Sistemkontroliniterintegrasipada panel kontrol (switch gear). Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari -Kontrol start/stop, baik otomatis, semi otomatis, maupun manual -Stop/berhenti secara otomatis -Tripstop(berhentipadakeadaangangguan:over-undervoltage,over-under frekuensi. -Emergency shut down, bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih) 36 Gambar. Turbin Air I.PEMBANGKIT UAP a.Boiler Boiler adalah sebuah bejana tertutupyang berfungsi untuk mengubah wujud suatu fluida dari cair menjadi gas.Perubahanwujudtersebutterjadikarena penambahan kalor. Kalor yangditambahkandapatdiperolehdengancara pembakaran bahanbakar fosil maupunnonfosil,reaksi inti atom,ataupun merupakan gas buang dari sisa ekspansi turbin gas. Sampaidengansaatinisecaraumumdikenalduamacamjenisboileryaitu FireTubeBoiler(BoilerTabungApi)danWaterTubeBoiler(BoilerTabungAir). Watertubeboilermempunyaiefisiensiyanglebihtinggidaripadafiretubeboiler, khususnya yang membutuhkan panas tinggi atau tekanan tinggi, oleh karena itu boiler jenisinibanyakdigunakanolehindustriyangdalamprosesnyamembutuhkan tekanan tinggi. 37 b.Jenis-jenis Boiler Ada berbagai macam jenis boiler: Berdasarkan tempat fluida mengalir : Fire tubeboiler,Watertubeboiler, Berdasarkanprosespembakarannya: Fluidizedbed combustionboiler,Atmosphericfluidizedbedcombustionboiler,Pressurized fluidized bed combustion boiler, Circulating fluidized bed combustion boiler, Stoker firedboiler,Pulverizedfuelboiler,Boilerpemanaslimbah(Wasteheat boiler), Berdasarkan tekanan kerja: a. Low pressure (2-16 Kg/cm2), Medium pressure (17-30Kg/cm2),Highpressure(31-140Kg/cm2),Superhighpressure(141-225 Kg/cm2), Super critical pressure (Up to 226 Kg/cm2). c.Fire Tube Boiler Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada didalam shell untukdirubahmenjadi steam. Firetubeboilers biasanyadigunakan untukkapasitas steam yangrelativekecildengantekanan steamrendahsampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000kg/jamdengantekanansampai18kg/cm2. Firetubeboilers dapat menggunakanbahanbakarminyakbakar,gasataubahanbakarpadatdalam operasinya.Untukalasanekonomis,sebagianbesar firetubeboilers dikonstruksi sebagai paket boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar. d.Water Tube Boiler Pada watertubeboiler, airumpanboilermengalirmelaluipipa-pipamasuk kedalamdrum.Airyangtersirkulasidipanaskanolehgaspembakar membentuksteam padadaerahuapdalamdrum.Boilerinidipilihjika kebutuhan steam dantekanan steam sangattinggisepertipadakasusboileruntuk pembangkittenaga.Watertubeboiler yangsangatmoderndirancangdengan kapasitas steam antara4.50012.000kg/jam,dengantekanansangattinggi. Banyak water tube boilers yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar 38 minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. Karakteristik water tube boilers sebagai berikut: 1.Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran 2.Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air. 3.Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi. e.Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed (FBC) Pembakarandengan fluidizedbed (FBC)munculsebagaialternatifyang memungkinkandanmemilikikelebihanyangcukupberartidibandingsistim pembakaranyangkonvensionaldanmemberikanbanyakkeuntunganrancangan boileryangkompak,fleksibelterhadapbahanbakar,efisiensipembakaranyang tinggi dan berkurangnya emisi polutan yang merugikan seperti SOx dan NOx. Bahan bakar yang dapat dibakar dalam boiler ini adalah batubara, barang tolakan dari tempat pencucianpakaian,sekampadi,bagas&limbahpertanianlainnya.Boiler fluidized bed memiliki kisaran kapasitas yang luas yaitu antara 0.5 T/jam sampai lebih dari 100 T/jam. Bilaudaraataugasyangterdistribusisecarameratadilewatkankeatas melaluibed partikelpadatsepertipasiryangdisanggaolehsaringanhalus,partikel tidakakanterganggupadakecepatanyangrendah.Begitukecepatanudaranya berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliranudara bed tersebutdisebutterfluidisasikan.Dengankenaikankecepatan udara selanjutnya, terjadi pembentuka gelembung, turbulensi yang kuat, pencampuran cepatdanpembentukanpermukaan bed yangrapat.Bedpartikelpadatmenampilkan sifatcairanmendidihdanterlihatsepertifluidabedgelembungfluida/ bubbling fluidized bed. Jika partikel pasir dalam keadaan terfluidisasikan dipanaskan hingga ke suhu nyala batubara, dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed, batubara akan 39 terbakardengancepatdan bed mencapaisuhuyangseragam.Pembakaran dengan fluidizedbed (FBC)berlangsungpadasuhusekitar840OChingga950OC. Karenasuhuinijauhberadadibawahsuhufusiabu,makapelelehanabudan permasalahanyang terkait didalamnya dapat dihindari. Suhu pembakaranyang lebih rendahtercapaidisebabkantingginyakoefisienperpindahanpanassebagaiakibat pencampurancepatdalam fluidizedbed danekstraksipanasyangefektif dari bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed. Kecepatan gas dicapai diantarakecepatanfluidisasiminimumdankecepatanmasukpartikel.Halini menjaminoperasi bed yangstabildanmenghindariterbawanyapartikeldalamjalur gas. DASAR TEORI BOILER a.Boiling Prosespemanasanairuntukmendapatkan steam merupakanprosesyang sangatumumdilakukanolehmanusia.Secaratermodinamika,cukupdengan menaikkansuhuairtersebuthinggamencapaititikyangdiinginkan,halini dibutuhkan energy untuk menaikkan suhu atau merubah fase dari fase liquid menjadi fase gas. Contoh yang sederhana mengenai ini adalah alat kettle boiler. Faktorteknisdanekonomiyangsangatdiperhatikanuntuk menghasilkan steamdengantekananyangdiinginkanadalahseberapakecilenergi yang dibutuhkan untuk mendapatkan steam yang sesuai. Ada beberapa hala yang perlu diketahui mengenai boiler b.Pressure (Tekanan) Tekananmerupakanfaktorpentingdalamprosesboiler.Tekananproses yangdiinginkanharusdijagauntukmenjaminkebutuhan steam sesuaitekananyang dibutuhkan. 40 c.Temperature (Suhu) Temperaturadalahpanaskerjadalamboiler.Temperaturiniberbanding lurusdengantekananyangdihasilkan.Temperaturdantekananinijugayang mencerminkan steam yangdihasilkan.Secaraumumadaduajenis steam yang dihasilkan: -Saturated steam Temperature yang dihasilkan segaris dengan tekanan -Superheated steam Temperatur yang dihasilkan sesuai dengan design yang direncanakan pada boiler. d.Kapasitas Kapasitas adalah kemampuan boiler untuk menghasilkan uap dalam satuan beratperwaktu.Untukmendapatkankapasitasboiler,harusmengetahuieffisiensi dari boiler dan jumlah bahan bakar yang digunakan. Kaloryangdiberikanbahanbakarxeffisiensi=Kaloryangditerimafluidauntuk menjadi uap M DH = h (W) HV Keterangan: M = Kapasitas, Kg/Jam DH = Perbedaan entalphy keluar dan masuk, Kcal/Kg h = Effisiensi, % W = Berat Bahan Bakar, Kg/Jam HV = Heating Value, Kcal/Kg untuk fiber : 2340 Kcal/kg untuk shell : 3480 Kcal/kg 41 e.Efisiensi Effisiensi merupakan suatu ukuran efektifitas panas, suatu ukuran persentase berapa banyak steam yang dihasilkan dalam setiap jumlah bahan bakar yang terbakar. f.Neraca Panas Prosesdalamboilertidaklepasdaripenyusunanneracapanas.Proses pembakarandalamboilerdapatdigambarkandalamgambarneracaenergi.Energi masukdariprosespembakaranbahanbakardiubahmenjadienergiyangbisa digunakanuntukuntukberbagaikebutuhan.Dalamprosesinipastiadakehilangan energi. Neracapanasmerupakankeseimbanganenergimasukdanyangkeluar. Berikut ilustrasi proses termodinamika. Sebagaicontoh,berikutgambarankehilanganenergiyangmungkindalamproses boiler dengan menggunakan bahan bakar batu bara. Kehilanganenergidalamprosesbisadikategorikankehilanganyangbisa dihindaridanyangtidakdapatdihindari.Pengkajianenergiharusmengurangi kehilanganyangdapatdihindari,denganmeningkatkanefisiensienergi.Kehilangan dapat diminimalisasi: -Kehilangan panas di gas cerobong. Udara berlebih diturunkan hingga batas udara minimum dibutuhkan.Suhu gas cerobong dioptimalkan dengan pemeliharaan yang baik, teknologi boiler yang baik, dan lain-lain. -Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam ruang pembakaran, mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan. -Kehilangan waktu blowdown, pengolahan air umpan yang baik dan daur ulang kondensat. -Kehilangan kondensat. -Kehilangan konveksi dan radiasi ke lingkungan, dikurangi dengan mengisolasi boiler dengan baik. 42 Q in = Q use + Q loss g.Blowdown Boiler Jikaairdididihkandandihasilkan steam,padatanterlarutyangterdapat dalamairakantinggaldiboiler.Jikabanyakpadatanterdapatdalamairumpan, padatan tersebut akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana kelarutannyadalamairakanterlampauidanakanmengendapdarilarutan.Diatas tingkatkonsenrasitertentu,padatantersebutmendorongterbentuknyabusadan menyebabkanterbawanyaairke steam.Endapanjugamengakibatkanterbentunya kerakdibagiandalamboiler,mengakibatanpemanasansetempatmenjadiberlebih dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler. Oleh karena itu penting untuk mengendalikantingkatkonsentrasipadatandalamsuspensidanyangterlarutdalam air yang dididihkan. Hal ini dicapai oleh proses yang disebut blowing down, dimana sejumlahtertentuvolumeairdikeluarkandansecaraotomatisdigantidengan air umpandengandemikianakantercapaitingkatoptimumtotalpadatanterlarut (TDS) dalamairboilerdanmembuangpadatanyangsudahratakeluardarilarutan danyang cenderungtinggalpadapermukaanboiler. Blowdown pentinguntuk melindungipermukaan penukarpanaspadaboiler.Walaudemikian,Blowdown dapat menjadisumberkehilangan panasyangcukupberarti,jikadilakukansecaratidak benar. h.Blowdown yang sewaktu-waktu/intermittent Blowdown yangsewaktu-waktudioperasikansecaramanualmenggunakan sebuahkranyangdipasangpadapipapembuanganpadatitikterendah shellboiler untukmengurangiparameter(TDSataukonduktivitas,pH,konsentasiSilicadan Fosfat)dalambatasanyangsudahditentukansehinggatidakberpengaruhburuk terhadapkualitas steam.Jenis blowdown inijugamerupakanmetodeefektifuntuk membuangpadatanyangtelahlepasdarilarutandanmenempatipipaapidan permukaandalam shell boiler. Padablowdown yangsewaktu-waktu,jaluryang 43 berdiameterbesardibukauntukwaktusesaat,yangdidasarkanpadaaturanumum misalnyasekalidalamsatushift untukwaktu2menit. Blowdown yangsewaktu-waktu menyebabkan harus ditambahkannya air umpan ke dalam boiler dalam jumlah besar dan dalam waktu singkat, sehingga membutuhkan pompa air umpan yang lebih besardaripadajikadigunakan blowdown kontinyu.Juga,tingkatTDSakan bervariasi,sehinggamenyebabkanfluktuasiketinggianairdalamboilerkarena perubahandalamukurangelembung steam dandistribusinyayangsetaradengan perubahandalamkonsentrasipadatan.Juga,sejumlahbesarenergipanashilang karena blowdown yang sewaktu-waktu. i.Blowdown yang kontinyu Terdapatpemasukanyangtetapdankonstansejumlahkecilaliranairboilerkotor, denganpenggantianaliranmasukairumpanyangtetapdankonstan.Halini menjaminTDSyangkonstandankemurnian steam padabeban steamtertentu. Kran blowdown hanyadiatursatukaliuntukkondisitertentu,dantidakperlulagi diatursetiapsaatolehoperator.Walaupunsejumlahbesarpanasdiambildariboiler, tetapi ada peluang pemanfaatan kembali panas ini dengan mengembuskannya ke flash tank dan mengasilkan flash steam. Flash steam ini dapat digunakan untuk pemanasan awalairumpanboiler.Jenis blowdown iniumumdigunakanpadaboilerbertekanan tinggi.Residu blowdown yangmeninggalkan flashvessel masihmengandungenergi panasyangcukupdandapatdimanfaatkankembalidenganmemasangsebuah penukarpanasuntukmemanaskanair make-up dingin.Sistimpemanfaatankembali panas blowdownyanglengkapsepertiyangdigambarkandibawahdapat memanfaatkanhingga80%energiyangterkandungdalam blowdown, yangdapat diterapkan pada berbagai ukuran boiler steam dengan waktu pengembalian modalnya bisa kembali hanya dalam beberapa bulan. 44 j.Keuntungan pengendalian blowdown Pengendalian blowdown boileryangbaikdapatsecarasignifikan menurunkan biaya perlakuan dan operasional yang meliputi: -Biaya perlakuan awal lebih rendah - Konsumsi air make-up lebih sedikit - Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang - Umur pakai boiler meningkat - Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah k.Pengolahan Air Umpan Boiler Memproduksi steam yangberkualitastergantungpadapengolahanairyang benaruntukmengendalikankemurnian steam,endapandankorosi.Sebuahboiler merupakanbagiandarisistimboiler,yangmenerimasemuabahanpencemardari sistimdidepannya.Kinerjaboiler,efisiensi,danumurlayananmerupakanhasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler. Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan komponen airmemilikisifatyangberbeda.Hampirsemuakomponendalamairumpandalam keadaanterlarut.Walaudemikian,dibawahkondisipanasdantekananhampir seluruhkomponenterlarutkeluardarilarutansebagaipadatanpartikuat,kadang-kadangdalambentukKristaldanpadawaktuyanglainsebagaibentukamorph. Jika kelarutankomponenspesifikdalamairterlewati,makaakanterjadipembentukan kerakdanendapan.Airboilerharuscukupbebasdaripembentukanendapanpadat supayaterjadiperpindahanpanasyangcepatdanefisiendanharustidakkorosif terhadap logam boiler. l.Pengendalian endapan Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan air umpan dan hasil korosidarisistimkondensatdanairumpan.Kesadahanairumpandapatterjadi karenakurangnyasistimpelunakan.Endapandankorosimenyebabkankehilangan 45 efisiensi yang dapat menyebabkan kegagalan dalam pipa boiler dan ketidakmampuan memproduksi steam.Endapanbertindaksebagaiisolatordanmemperlambat perpindahanpanas.Sejumlahbesarendapandiseluruhboilerdapatmengurangi perpindahanpanasyangsecarasignifikandapatmenurunkanefisiensiboiler. Berbagaijenisendapanakanmempengaruhiefisiensiboilersecaraberbeda-beda, sehinggasangatpentinguntukmenganalisiskarakteristikendapan.Efek pengisolasianterhadapendapanmenyebabkannaiknyasuhulogamboilerdan mungkin dapat menyebabkan kegagalan pipa karena pemanasan berlebih. m.Kotoran yang mengakibatkan pengendapan Bahankimiayangpalingpentingdalamairyangmempengaruhi pembentukanendapandalamboileradalahgaramkalsiumdanmagnesiumyang dikenaldengangaramsadah.Kalsiumdanmagnesiumbikarbonatlarutdalamair membentuklarutanbasa/alkalidangaram-garamtersebutdikenaldengankesadahan alkali. Garam-garam tersebut terurai dengan pemanasan, melepaskan karbon dioksida danmembentuklumpurlunak,yangkemudianmengendap.Halinidisebutdengan kesadahan sementara kesadahan yang dapat dibuang dengan pendidihan. Kalsium dan magnesium sulfat, klorida dan nitrat, dll, jika dilarutkan dalam airsecarakimiawiakanmenjadinetraldandikenaldengankesadahannon-alkali. Bahantersebutdisebutbahankimiasadahpermanendanmembentukkerakyang keraspadapermukaanboileryangsulitdihilangkan.Bahankimiasadahnon-alkali terlepasdarilarutannyakarenapenurunandayalarutdenganmeningkatnyasuhu, denganpemekatankarenapenguapanyangberlangsungdalamboiler,ataudengan perubahan bahan kimia menjadi senyawa yang kurang larut. n.Silika Keberadaansilikadalamairboilerdapatmeningkatkanpembentukankerak silikayangkeras.Silikadapatjugaberinteraksidengangaramkalsiumdan magnesium,membentuksilikatkalsiumdanmagnesiumdengandayakonduktivitas 46 panasyangrendah.Silikadapatmeningkatkanendapanpadasiripturbin,setelah terbawadalambentuktetesanairdalam steam,ataudalambentukyangmudah menguapdalam steam padatekanantinggi.Duajenisutamapengolahanair boiler adalah pengolahan air internal dan eksternal. J.POMPA Pompaadalahalatuntukmenggerakancairanatauadonan.Pompa menggerakancairandaritempatbertekananrendahketempatdengantekananyang lebih tinggi, untuk mengatasi perbedaan tekanan ini maka diperlukan tenaga (energi). PompauntukudarabiasadisebutKompresor,kecualiuntukbeberapaaplikasi bertekananrendah,sepertidiVentilasi,Pemanas,danPendinginruanganmaka sebutanya menjadi fan atau Penghembus (Blower) . f.Dasar-Dasar Pompa Sentrifugal Padaindustriminyakbumi,sebagianbesarpompayangdigunakandalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gayayangtimbulakibat adanyagerakansebuahbendaataupartikelmelaluilintasan lengkung (melingkar). Gambar. Pompa Sentrifugal 47 Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut: -gayasentrifugalbekerjapadaimpelleruntukmendorongfluidakesisiluar sehingga kecepatan fluida meningkat -kecepatanfluidayangtinggidiubaholeh casing pompa(volute ataudiffuser) menjadi tekanan atau head Selainpompasentrifugal,industrijugamenggunakanpompatipe positive displacement.Perbedaandasarantarapompasentrifugaldanpompapositive displacement terletakpadalajualir discharge yangdihasilkanolehpompa.Laju alir discharge sebuahpompasentrifugalbervariasibergantungpada besarnya head atautekanansedangkanlajualirdischarge pompa positive displacement adalah tetap dan tidak bergantung pada head-nya. g.Klasifikasi Pompa Sentrifugal Pompasentrifugaldiklasifikasikanberdasarkanbeberapakriteria,antara lain: 1.Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalamimpeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow. 2.Bentukkonstruksidari impeller. Impeller yangdigunakandalampompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atauclose impeller. 3.Banyaknyajumlah suctioninlet.Beberapapompasetrifugalmemiliki suction inlet lebihdariduabuah.Pompayangmemilikisatusuctioninlet disebut single-suctionpump sedangkanuntukpompayangmemilikidua suction inlet disebut double-suction pump. 4.Banyaknya impeller.Pompasentrifugalkhususmemiliki beberapaimpeller bersusun.Pompayangmemilikisatu impeller disebut single-stagepump sedangkanpompayangmemilikilebihdari satu impellerdisebut multi-stage pump. 48 h.Kurva Perfomansi Pompa Kurva performansi bermanfaat untuk menggambarkan beberapa parameter unjuk kerja dari pompa yang antara lain: 1.Besarnya head terhadap flow rate 2.Besarnya efisiensi terhadap flow rate 3.Besarnya daya yang dibutuhkan terhadap flow rate 4.Besarnya NPSHr terhadap flow rate 5.Besarnya minimum stable continuous flow i.Sistem Proteksi Pompa Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari: 1.Proteksiterhadapaliranbalik. Alirankeluaranpompadilengkapi dengan checkvalve yangmembuataliranhanyabisaberjalansatuarah,searah dengan arah aliran keluaran pompa. 2.Proteksiterhadap overload.Beberapaalatseperti pressureswitchlow, flow switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem pompa untuk menghindari overload. 49 3.Proteksiterhadapvibrasi. Vibrasiyangberlebihanakanmenggangukinerja danberkemungkinanmerusakpompa.Beberapaalatyangditambahkanuntuk menghindari vibrasi berlebihan ialahvibration switch dan vibration monitor. 4.Proteksi terhadap minimum flow. Peralatan seperti pressure switch high (PSH), flowswitchlow(FSL),danreturnlineyangdilengkapidengancontrolvalve dipasangpadasistempompauntukmelindungipompadarikerusakanakibat tidak terpenuhinya minimum flow. 5.Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki NPSHa yang cukup,aliran keluaran pompa tidak akanmengalir dan fluida terakumulasi dalampompa.Beberapaperalatan safety yangditambahkanpadasistempompa ialah level switch low (LSL) dan pressure switch low (PSL). K. MOTOR BAKAR MotorBakaradalahalatyangmerubahenergikimiayangdipunyaibahan bakarmenjadienergimekanis(energiyangdipakaiuntukmenggerakkan sesuatu) melalui prosespembakaran. Motorbakarmerupakansalahsatujenismesinpenggerakyangbanyak dipakaiDenganmemanfaatkanenergikalordariprosespembakaranmenjadienergi mekanik.Motorbakarmerupakansalahsatujenismesinkaloryangproses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadisekaligussebagaifluidakerjanya.Mesinyangbekerjadengancaraseperti tersebutdisebutmesinpembakarandalam.Adapunmesinkaloryangcara memperolehenergidenganprosespembakarandiluardisebutmesinpembakaran luar. Sebagai contoh mesin uap, dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah. -Motor Pembakaran Luar Padamotorpembakaranluarini,prosespembakaranbahanbakarterjadidi luar mesin itu, sehingga untuk melaksanakan pembakaran digunakan mesin tersendiri. 50 Panasdarihasilpembakaranbahanbakartidaklangsungdiubahmenjaditenaga gerak, tetapi terlebih dulu melalui media penghantar, baru kemudian diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya pada ketel uap dan turbin uap. -Motor Pembakaran Dalam Padamotorpembakarandalam,prosespembakaranbahanbakarterjadidi dalam mesin itusendiri, sehingga panas dari hasil pembakaran langsung bisa diubah menjaditenagamekanik.Misalnya:padaturbingas,motorbakartorakdanmesin propulasi pancar gas. a.Motor Besnsin Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Proses pembakaran bahanbakardanudaradidalamsilinder(internalcombustionengine).Motorbakar bensindilengkapidenganbusidankarburatoryangmembedakanyadenganmotor diesel . Busiberfungsiuntukmembakarcampuranudara-bensinyangtelah dimampatkan dengan jalan memberi loncatan api listrik diantara kedua elektrodanya. Karenaitumotorbensindinamaidengansparkignitions.Sedangkankarburator adalahtempatbercampurnyaudaradanbensin.Campurantersebutkemudianmasuk ke dalam silinder yang dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi menjelang akhir langkah kompresi. Motor diesel tipe penyalaannyayaitu dengan kompresi, dimana pada langkah hisap hanya udara yang dimasukkan kedalam ruang bakar dan pada sesaat menjelang langkahkompresiberakhirbahanbakardisemprotkandandengantekanandan temperatur yang tinggi terjadilah pembakaran. Dalam perkembangannya kedua motor bakar ini sangat banyak digunakan baikitu dikendaraan maupun di aparatus yang lain. 51 SiklusOtto(ideal)pembakarantersebutdimisalkandenganpemasukanpanaspada volume konstan. P T 3 4 4 2 2 3

0 1 1 0 V SKeterangan grafik -0 1 Proses pengisapan udara dan pemasukan bahan bakar dari luar. -1 2 Kompresi (Proses Isentropik) -2 3 Pemasukan Kalor (Terjadi Pada Tekanan Konstan) -3 4 Kerja (Diangap proses Isentropik) -4 1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan). Daya Poros Dayaporosdidefinisikansebagaimomenputardikalikandengankecepatan putarporosengkol.Dayaporosdiketahuidaripengukuran,dinamometer-brake digunakanuntukmengukurmomenputardantachometeruntukmengukurputaran poros engkol.52 Tekanan Efektif Rata rata Tekananefektifrataratadidefinisikansebagaitekananefektifdarifluida kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus.Efisiensi Termal Efisiensitermalmenyatakanperbandinganantaradayayangdihasilkan terhadap jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu.Efisiensi volumetrik Efisiensivolumetrikdidefinisikansebagaiperbandinganantaralajualiran udara sebenarnya terhadap laju aliran ideal. Pemakaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/jam, misalkan pemakaian 50cc bahan bakar setiap detik maka jumlah bahan bakar yang dipakai dalam kg/jam adalah : mf=t50. Spgr bahan bakar . 10003600 kg/jam Pemakaian bahanbakar spesifik Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai perjam untuk menghasilkan setiap kW daya motor. Perbandingan Bahan Bakar-Udara Untukmenentukanperbandinganperbandinganbahanbakar-udara digunakan persamaan : afmm AF=Laju Air Pendingin Alatukurinidigunakanuntukmengukurvolumealiranairyangmasuk radiator, maka debit aliran air dapat ditentukan : 53 Qa = tVa Maka laju massa aliran air : ma = a aQ . (kg/s) dimana : ma = laju massa air pendingin

a = massa jenis air, kg/m3 Qa = debit aliran air, m3/s Prinsipkeseimbanganenergidigunakanuntukmengetahuienergidalam bentuk panas yang digunakan secara efektif pada suatu sistem. Skema keseimbangan energi seperti gambar dibawah ini : b.Motor Bakar Diseal Motorbakardieselyangberbedadenganmotorbakarbensinproses penyalaannyabukandenganloncatanbungaapilistrik.Padalangkahisaphanyalah Q loss Hf Hu HNe Hsp Hgb 54 udarasegaryangmasukkedalamsilinder.PadawaktutorakhampirmencapaiTMA bahan bakar disemprotkan kedalamsilinder. Terjadilahpenyalaananuntukpembakaran,padasaatudaramasukkedalamsilinder sudah bertemperatur tinggi. -sistim bahan bakar Adatigasistemyangbanyakdipakaidalampenyaluranbahanbakardari tangki bahan bakar sampai masuk kedalam silinder pada motor diesel 1.sistem pompa pribadi 2.sistem distribusi dan 3.sistem akumulator -Prinsip DasarMotor Diesel Empat Langkah Mesinempatlangkahadalahmesinyangmelengkapisatusiklusnyayang terdiridariproseskompresi,ekspansi,buangdanhisapselamaduaputaranporos engkol. Prinsip kerja motor diesel empat langkah di gambarkan pada gambar dibawah ini.

Gambar. Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah 55 -Tinjauan Energi Motor Diesel Motordieseldapatdipandangsebagaisistemyangmenerimaenergi, mengubah sebagian energi menjadi kerja dan membuang sebagian energi lain. Aliran energimasukberasaldariudaradanbahanbakar.Energiyanghilangberupaenergi thermalyangterbawaolehgasbuang,energihilangdariradiatordanrugigesekan, sehingga volume atur dapat digambarkan seperti gambar dibawah ini Gambar. Volume Atur Untuk Menganalisa Kerja Maksimum -Parameter-parameter mesin Parameter-parametermesinyangdiukuruntukmenentukankarakteristikpengoperasian pada motor bakar dieselruasBVdVcTDCBDCs Gambar. Sistem Motor Bakar Siklus Dari Mesin Gas Buang Po , To Udara Po , To Bahan Bakar Po , To Permukaan Kontrol Wcv Qcv 56 Untuk sebuah mesin dengan diameter silinder B , crank offset a , panjang langkah S dan perputardengan kecepatan N seperti pada gambar 2.1 maka kecepatan rata-rata piston adalah ;

pU= 2SNdimanaN biasanya diberi satuan RPM (revolution per minute),p Udalam m/detik (ft/sec), dan B,a dan S dalam m atau cm (ft atau in). Jarak s antara crank axis dan wrist pin axis diberikan oleh persamaan s = a cos u +u2 2 2sin a r dimana : a = crankshaft r = connecting rod length u = crank shaft offset -Metoda Perhitungan Daya poros efektif, Ne

Dayaporosdiperolehdaripengukuran,dihitungdalamwatt(Nm/s)atau dalamkWdandidefinisikansebagaimomentorsidikalikandengankecepatanputar poros engkol. T = m . g . l(N.m) dimana : T = Momen torsi, Nm M = Gaya berat, kgf G = gaya gravitasi bumi, m/s2 57 L = panjang lengan momnen torsi, m maka : Ne = 60T . n. 2t(kW) Ne = Daya poros efektif, kW N = putaran poros engkol, rpm -Tekanan efektif rata rata, Pe Tekananefektifrataratadidefinisikansebagaitekananefektifdarifluida kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus. Pe = 6Le10 x60 x a n xxz xVN (kPa) dimana: Pe = tekanan efektif rata rata, kPa Z = Jumlah silinder a = Jumlah siklus per putaran = 1 untuk motor 2-langkah = 2 untuk motor 4-langkah -Pemakaian bahan bakar, mf Pemkaianbahanbakardinyatakandalamkg/h,makajumlahbahanbakar yang terpakai sebanyak 10cc dalam detik adalah : mf = 10003600 xx t10bb (kg/h) dimana : 58 t = waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 10 cm3

bb = massa jenis bahan bakar= 0,7329 gram/cm3 untuk bensin -Pemakaian bahan-bakar spesifik, Be

Pemakaian bahan bakar spesifik merupakan parameter penting untuk sebuah motor yang berhubungan erat dengan efisiensi termal motor. Pemakaian bahan bakar spesifikdidefinisikansebagaibanyaknyabahanbakaryangterpakaiperjamuntuk menghasilkan Setiap kW daya motor. Be = efNm (kg/kWh) -Laju aliran massa udara, ma Dayayangdapatdihasilkanmotordibatasioplehjumlahudarayangdiisap kedalamsilinder.Pemakaianudaradiukurdenganmanometertabung-U,dimana yangdiukuradalahbedatekananpadatabungpitot.Lajualiranudarakarena pengaruh perbedaan tekanan pada tabung pitot. Kecepatan aliran udara melewati pitot : vu = Ch . g 2 A(m/s) Laju aliran udara volumetrik yang melewati orifis : mv = 6 -a210 v4d t (m3/s) maka laju aliran udara adalah: ma=3600 mv u (kg/h) 59 -Perbandingan bahan bakar-udara, F/A Perbandinganbahanbakar-udarayangmasukkekarburatordapatdihitung dengan persamaan sebagai berikut : F/A = afmm Laju air pendingin Maka laju massa aliran air : ma= a . Qa (kg/s) dimana : ma = laju massa air a = massa jenis air, kg/m3 Qa = debit aliran air, m3/s -Efisiensi volumetrik, qv Efisiensivolumetrikdidefinisikansebagaiperbandinganantaralajualiran udara sebenarnya terhadap laju aliran aliran udara ideal diperoleh dari persamaan : Persamaan laju aliran udara ideal : mia =VL z n a -6u10 60 kg/h Efisiensi volumetrik adalah: -Efisiensi termal, tqiaamm=vq60 Efisiensitermalmenyatakanperbandinganantaradayayangdihasilkan terhadap jumlah energi bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu. LHV mN

fe=TqNeraca kalor Panasyangdihasilkandapatdigunakansecaraefektif.Sebagianpanasyanghilang dapat dinyatakan dengan prinsip balance energi sebagai berikut : a). Energi Masuk -Energi bahan bakar masuk (Hf) Hf = mf . LHV (kW) -Energi udara masuk (Hu)Hu = mu . cpu . T1 (kW) b). Energi Keluar -Energi gas buang (Hgb) Hgb = (mu + mf) . cpgb . Tgb (kW) asumsi : cpgb = 950 + (0.25Tgb) (J/kg. K ) -Energi poros efektif dalam bentuk panas HNe = Ne(kW) -Energi keluar air pendingin (Hap) Hap = map . cpap . (Tk Tm)(kW) c). Energi Yang Hilang (Qloss) Qloss = (Hu + Hf) (HNe + Hap + Hgb) (kW) 61 Persentase keseimbangan energi menjadi : 1 = f ulossugbuapuNeH HHHHHHHH+++++++f f fH H H

62 DAFTAR PUSTAKA http://file.upi.edu/Direktori/E%20 %20FPTK/JUR.%20PEND.%20TEKNIK%20MESIN/195103171985031%20 %20MAMAN%20RAKHMAN/bahan%20ajar%20konversi%20energi%20bag%20I.pdf http://id.wikipedia.org/wiki/Minyak_bumi http://smk3ae.wordpress.com/2009/03/15/bahan-bakar-gas-bbg/ http://id.wikipedia.org/wiki/Gas_alam_terkompresihttp://id.wikipedia.org/wiki/Batu_bara http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_gas http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_air http://gunawananeva.wordpress.com/2010/05/04/turbin-uap-pendahuluan/ http://penjagahati-zone.blogspot.com/2011/05/prinsip-kerja-turbin-uap.html http://7ask.blogspot.com/2009/11/cara-kerja-turbin-air.html http://kampongpergam.wordpress.com/tag/pembangkit-uap/ http://id.wikipedia.org/wiki/Pompa http://majarimagazine.com/2008/05/dasar-dasar-pompa-sentrifugal-bagian-1/ http://ilmuteknik-kurniatullah.blogspot.com/2009/10/dasar-motor-bakar.html http://yefrichan.wordpress.com/2011/07/05/motor-bakar-2/