Prime Mover (Penggerak Mula)

• Penggerak mula (PM) merupakan sistem tenaga mekanikal awal untuk menggerak-kan generator.

• Sistem pembangkitan tenaga listrik bisa menggunakan PM dengan sumber energi fossil atau sumber energi baru/terbarukan.

• Secara umum PM pembangkit listrik dibagi dalam 2 kelompok : pembangkit listrik termal dan kelompok pembangkit listrik tenaga air atau hidro.

• Khusus untuk PM pembangkit listrik EBT maka bisa dibagi dalam 3 kelompok : PM dengan sumber energi BBM, PM dengan sumber energi air, dan PM dengan sumber energi angin.

Jenis PM :• Mesin diesel• Turbin gas • Turbin uap • Turbin air• Kincir angin • Dlsb.

PM untuk Pembangkit Listrik

Motor penggerak mula Jenis tenaga primer Turbin air Mesin uap Motor bakar

Kincir angin

Tenaga aliran air Tenaga aliran uap Tenaga tekanan gas

hasil pembakaran bbm Tenaga aliran angin

• Beberapa pembangkit listrik termal :

-. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)-. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)-. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)-. Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)-. Dlsb.

• Tenaga Primer tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan hanya diubah ke bentuk lain.

• Jumlah tenaga primer yang dimasukkan pada suatu PM selalu sama besar dengan jumlah tenaga yang dihasilkan (output) hukum kekekalan tenaga.

• Tenaga primer tidak akan pernah bisa diubah menjadi 100% tenaga mekanis. Sebagian tenaga primer akan dikeluarkan dalam bentuk lain seperti panas.

• Gas buang, pendinginan, gesekan dan radiasi merupakan bagian tenaga yang tidak dapat diubah menjadi tenaga mekanis dinilai sebagai rugi-rugi.

Tenaga Primer

Prinsip Dasar Penggerak Mula • Proses pengubahan tenaga kimia bahan bakar

menjadi tenaga mekanik pada motor bakar :Udara

Bahan bakar Pembakaran Tekanan naik akibat pembakaran

Tekanan mendorong torak bergerak lurus

• Mekanisme engkol : mengubah gerak translasi torak (gerak maju-mundur torak) menjadi gerak putar pada poros engkol.

Konstruksi Motor Torak1. Motor Bensin 2-Langkah (2-tak) :

• Keluaran tenaga mekanis diperoleh dalam 2 langkah : putarann langkah isap langkah kompresi langkah tenaga langkah buang.

• Tidak memerlukan katup.• Pendinginan umumnya dg

udara.• Pelumasan silinder dengan

mencampurkan pelumas ke bbm.

• Pengkabutan campuran bbm-udara dilakukan di luar silinder

• Penyalaan dengan sistem pengapian.

Konstruksi Motor Torak 2-Langkah

1. Pengisian silinder dilanjutkan dengan kompresi

2. Pembakaran dilanjut-kan dengan pembuang-an dan pembilasan

Konstruksi Motor Torak2. Motor Diesel 2-Langkah (2-tak) :

• Proses pengeluaran tenaga mirip dg mesin bensin 2-tak, bedanya pada langkah hisap yang dimasukkan udara.

• Proses pembakaran terjadi dg menyemprotkan bbm (solar) saat piston berada pada titik mati atas (penyalaan diri)

• Diperlukan klep untuk langkah pembuangan.

• Pendinginan pada umumnya menggunakan air.

Pembangkitan Panas pada Mesin Disel

Udara yang dihisap oleh ruang bakar dikompresikan, karena adanya penyempitan ruang maka molekul-molekul udara saling bergesekan sehingga menimbulkan panas Hk. Charles.

Konstruksi Motor Torak3. Motor Bensin-4 Langkah (Motor Otto) :

• Proses pengeluaran tenaga mirip dg mesin bensin 2-tak, bedanya pada langkah hisap yang dimasukkan udara.

• Proses pembakaran terjadi dg menyemprotkan bbm (solar) saat piston berada pada titik mati atas (penyalaan diri)

• Diperlukan klep untuk langkah pembuangan.

• Pendinginan pada umumnya menggunakan air.

Konstruksi Motor Torak4. Motor Diesel-4 Langkah :

• Proses pengeluaran tenaga mirip dg mesin bensin 4-tak, bedanya pada langkah hisap yang dimasukkan udara.

• Pelumasan silinder dengan semprotan atau percikan oli.

• Langkah hisap, kompresi, dan pembuangan diatur oleh katup.

• Pembentukan campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder.

• Pembakaran terjadi dengan sendirinya

Konstruksi Motor Diesel 4-Langkah

Induksi Kompresi Tenaga Buang

Perbandingan Nilai Kalorifik BBM untuk Mesin Diesel

Air + Fuel + Heat = Combustion

Efisiensi Mesin• Efisiensi mesin : kemampuan mesin untuk

mengubah energi dari bahan bakar menjadi tenaga gerak yang berguna.

• Mesin bensin modern memiliki efisiensi k.l. 20% ~ 30%. 70% ~ 80% dikeluarkan dalam bentuk panas, energi suara mekanik, atau gesekan.

• Mesin diesel memiliki efisiensi k.l. 40% karena kompresi silindernya sangat tinggi. Efisiensi ini hanya tercapai pada mesin diesel jenis injeksi langsung.

• Rasio kompresi mesin mempengaruhi efisiensi mesin krn mempengaruhi kemampuan mesin untuk mengubah panas dari proses pembakaran untuk menghasilkan energi.

• Unjuk kerja mesin dipengaruhi oleh beberapa faktor : 1. Displacement (volume

langkah total)2. Compression ratio 3. Efisiensi panas

• Volume langkah : volume yang terjadi bila piston bergerak dari TMA sampai TMB.

• Volume total mesin = volume langkah dikalikan jumlah silinder.

Unjuk Kerja Mesin

Titik mati atas, volume ~ 1

Titik mati bawah, volume > 10

VL = Volume langkah total, ccD = Diameter silinder, cmL = Langkah piston (stroke),

cmn = Jumlah silinder

Contoh : untuk silinder tunggal berdiameter 5 cm dan langkah piston 10 cm maka dihasilkan volume 107 cc.

Volume Silinder

VL = . D2 . L . n

Panjang langkah

Diameter silinder

Volume Langkah

• Mesin bensin umumnya beroperasi rasio kompresi 10:1. Mesin diesel beroperasi dng rasio kompresi hingga 25:1.

• Rasio kompresi : rasio volume campuran udara dan bbm dalam silinder mesin pada saat kosong (pada ukuran ruang terbesar) dg volume saat silinder ditekan oleh piston dan memiliki ukuran ruang terkecil. Agar mencapai suhu dan tekanan pembakaran, kompresi mencapai 30-45kg/cm2 (suhu udara mencapai 500o C). Semakin tinggi rasio kompresi, semakin baik efisiensi mesin secara keseluruhan. Jumlah oksigen yang diserap mesin mempengaruhi kemampuannya untuk beroperasi secara lebih efisien.

Kompresi Piston

• Untuk meningkatkan efisiensi, bbm bisa ditambah nitrous oxide untuk meningkatkan molekul oksigen ke dalam ruang bakar, sehingga lebih banyak bahan bakar yang terbakar mesin lebih efisien.

• Bahan bakar seperti nitrometana (CH3NO2) menghasil-kan oksigen, sehingga menghasilkan tenaga mesin lebih besar krn lebih banyak bahan bakar yang terbakar.

• Jenis bahan bakar juga mempengaruhi efisiensi. Bensin dg oktan lebih tinggi akan memungkinkan mesin berope-rasi dengan rasio kompresi yang lebih tinggi. efisiensi meningkat.

Peningkatan Efisiensi Mesin

• Mesin jenis piston uap, memiliki efisiensi k.l. 8%.• Turbin uap memiliki tingkat efisiensi yang sama

atau melebihi mesin diesel. turbin uap banyak digunakan untuk pembangkit tenaga listrik.

• Mesin turbin gas merupakan mesin yang paling efisien dari semua jenis mesin yang ada.

Efisiensi Jenis Mesin Lain

• Direct injection : penyemprotan bahan bakar yg langsung ke ruang bakar di atas piston.

• Indirect injection : penyem-protan bahan bakar ke dalam ruang khusus yg berhubungan langsung dengan ruang bakar utama. Menghasilkan emisi racun (HC dan NOx) sangat rendah dan biaya pembuatan lebih murah. Pemakaian bbm juga lebih hemat 10-15% dibanding direct injection.

Injeksi Mesin Diesel

• Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, bisa ditambahkan komponen :

1. Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar dengan cara udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger.

2. Intercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar. Udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak.

Unjuk Kerja Mesin Diesel

• Secara umum mesin diesel bisa menggunakan semua bahan bakar yang sesuai dengan karakteristik mesin.

• Kualitas bahan bakar mesin diesel diukur dalam angka setana (cetane number).

• Angka setan menunjukkan seberapa cepat bahan bakar mesin diesel yang diinjeksikan ke ruang bakar bisa terbakar secara spontan (setelah bercampur dengan udara).

• Semakin cepat bahan bakar mesin diesel terbakar setelah diinjeksikan ke dalam ruang bakar, semakin tinggi angka setannya.

• Angka setan memiliki pengertian yang berkebalikan dengan angka oktan pada bahan bakar mesin bensin, karena angka oktan menunjukkan kemampuan campuran bensin-udara menunggu rambatan api dari busi (spark ignition).

Bahan Bakar Mesin Diesel

• Cetane (setana) adalah C16H34 (hexadecane).• CN tertinggi = 100 dan CN terrendah =15. • Angka setana berkorelasi dengan tingkat

kemudahan penyalaan pada temperatur rendah (cold start) dan rendahnya kebisingan pada kondisi idle (Environment Canada, 2006).

• Angka setana yang tinggi juga berkaitan dengan rendahnya polutan NOx (Knothe, 2005).

Cetane Number

• Biodiesel : metil ester (ME) yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel (Vicente dkk, 2006).

• Minyak yang diperoleh langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak lemak mentah (Soeradjaja, 2005).

• Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar fosfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas (dengan netralisasi dan steam refining) disebut dengan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO) (Soeradjaja, 2005a). 

Biodiesel

• Biodiesel solusi paling tepat untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan yang dapat menggantikan diesel petrol.

• Biodiesel memiliki angka setana yang lebih tinggi dibanding solar : 46 – 70, sedangkan solar 47 – 55 (Bozbas, 2005).

• Biodiesel bersifat biodegradable, hampir tidak mengandung sulfur, merupakan bahan bakar terbarukan, meskipun masih diproduksi dengan jalan yang tidak ramah lingkungan.

• Saat ini sebagian besar biodiesel dibuat dari trans-esterifikasi sumber alam yang bisa dimakan, seperti lemak hewan, minyak sayur, bahkan limbah minyak goreng. Transesterifikasi : proses pembentukan senyawa

ester (CnH2nO2) yang berasal daril asam karboksilat dan alkohol (direaksikan dengan metanol)

• Azam dkk (2005) : Di India ada 75 spesies tanaman yang bisa menghasilkan biodiesel; 26 spesies di antaranya memenuhi standar kualitas USA, Jerman, dan Eropa.

• Soeradjaja (2005) : Di Indonesia ada 50 spesies tanaman yang bisa menghasilkan biodiesel, misalnya sawit, kelapa, jarak pagar, kapok atau randu.

• Vicente dkk. (2006) : 3 spesies tanaman penghasil biodiesel utama di Spanyol : bunga matahari, rapeseed, dan Brassica carinata, memenuhi standard Uni Eropa.

• Tsai dkk. (2005) : transesterifikasi limbah minyak pangan di Taiwan menghasilkan biodiesel berkapasitas 3,000 ton metrik per tahun.

Hasil Riset Bahan Baku Biodiesel

• Biodiesel tidak beracun, biodegradable, essentially free of sulfur dan carcinogenic benzene , dihasilkan dari bahan yang dapat diperbaharui, sumber yang dapat didaur ulang, tidak menambah secara signifikan gas rumah kaca.

• Hasil penelitian : pemakaian ME dari kedelai dan canola akan menurunkan hidrokarbon dan CO, tetapi menaikkan emisi NOx.  (Schumacher dan Spataru)

• Konsumsi 30% ME lebih boros 2% dibanding solar murni karena energi yang dihasilkan biodiesel lebih rendah, rata-rata 118.000 Btu, dan solar rata-rata 130.500 Btu. 

• Torsi antara solar dan 30% ME hampir tidak berbeda, sedang perbedaan daya yang dihasilkan hanya sekitar 2%.

• Bilangan setana biodiesel (rata-rata 52) lebih tinggi dibanding solar (rata-rata biodiesel 42) sehingga bisa mengurangi detonasi mesin.

Beberapa Fakta Biodiesel

• Buat makalah tentang bahan bakar biodiesel dengan ketentuan sbb :

• Usahakan bisa menemukan bahan baru selain dari bahan bakar biodiesel yang sekarang sudah umum digunakan. Contoh : limbah hayati.

• Bagaimana proses pembuatannya.• Bagaimana unjuk kerjanya.• Kemungkinan untuk diproduksi dalam skala

besar.

Tugas

• Buat makalah tentang studi perbandingan unjuk kerja berbagai penggunaan EBT dengan bahasan :• Faktor ekonomi• Faktor ekologi• Overall performance• Beri kesimpulan dan saran-saran

Tugas

• Buat makalah tentang inovasi pemanfaatan energi panas yang timbul dari proses mesin bakar ! Bahasan antara lain berisi :• Latar belakang• Alasan inovasi• Proses inovasi• Kesimpulan

Tugas