Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008.
USU Repository © 2009
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
Sesuai dengan nama pembangkitnya, PLTU adalah suatu pembangkit tenaga listrik yang menggunakan energi bahan bakar seperti minyak residu,
batubara, cangkang kelapa sawit, gas alam atau sampah untuk memanaskan uap secara berulang-ulang.
pompa boiler
uap
turbin E
k
kondensor air
1 2
3 4
E
b
E
m
1 2
3 4
a b
entropi suhu
a Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap b Siklus Rankine
boiler turbin
pompa kondensor
W+ output
air 1
A B
uap 2
uap 3
air 4
D C
Q+ input
W- Q-
c Siklus Tenaga Uap
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008.
USU Repository © 2009
Gambar II.1 Siklus Turbin Uap II.1.1. Siklus Tenaga Uap
Siklus Rankine, atau siklus tenaga uap, merupakan siklus teoritis paling sederhana yang mempergunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana
dipergunakan pada sebuah Pusat Listrik tenaga Uap PLTU. Gambar II.1a memperlihatkan skema dari Pusat Listrik Tenaga Uap yang terdiri atas komponen-
komponen terpenting yaitu : boiler, turbin uap, dan kondensor. Jumlah energi masuk sebagai bahan bakar melalui boiler adalah E
m
, sedangkan energi efektif yang tersedia pada poros turbin adalah energi kerja E
k
. Energi yang terbuang melalui kondensor adalah sebesar E
b
. Dengan menganggap semua kerugian lainnya termasuk E
b
, maka dapat dikatakan bahwa berlaku : E
m
= E
k
+ E
b
sedangkan untuk efisiensi kerja dapat ditulis : η
E
k
E
m
= =
E
b
E
m
E
m
-
Dalam gambar II.1b, yang merupakan suatu diagram suhu-entropi bagi konstelasi menurut gambar II.1a, luas 1-2-3-4 merupakan energi keluaran E
k
, sedangkan luas a-b-3-4 merupakan energi terbuang E
b
entropy : besaran termodinamika yang menyertai perubahan setiap keadaan dari keadaan awal
sampai keadaan akhir sistem. Luas wilayah a-b-2-1 mewakili jumlah energi masukan E
m
. Meningkatkan dayaguna siklus ini dapat dilakukan dengan menurunkan tekanan kondensor. Secara ideal tekanan kondensor yang terendah
dapat dicapai adalah tekanan jenuh sesuai dengan suhu terendah dari air pendingin
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008.
USU Repository © 2009
atau udara yang dipakai sebagai penerima. Dalam diagram suhu-entropi hal ini berarti menurunkan garis suhu 4-3. Hal ini dapat dilakukan dengan air pendingin
pada kondensor yang mempunyai suhu yang lebih rendah. Akan tetapi hal ini sangat terbatas, karena air pendingin yang dapat dipakai hanyalah apa yang
tersedia, yaitu air laut, air sungai, atau air danau yang ada. Dalam gambar II.1c adalah identik dengan gambar sebelumnya yaitu
gambar II.1a dan II.1b, hanya saja melalui gambar ini akan dijelaskan secara rinci mengenai kondisi termodinamika dari siklus Rankine dengan melakukan
penurunan formulasi sebagai berikut : 1. Kerja pompa A :
W
pompa
= h
4
– h
1
tanda negatif menyatakan pompa menerima kerja luar. 2. Energi panas yang dimasukkan ke sistem B :
q
boiler
= h
2
– h
1
3. Kerja turbin C : W
turbin
= h
2
– h
3
4. Sistem kondensor D : q
kond
= h
4
– h
3
tanda negatif menyatakan panas keluar dari kondensor. 5. Panas netto yang masuk ke sistem :
q
net
= Q
boiler
+ Q
kondensor
6. Kerja netto net work yang dihasilkan sistem, W
net
= W
turbin
+ W
pompa
7. Efisiensi siklus : =
boiler net
q W
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008.
USU Repository © 2009
Keterangan : W
pompa
: kerja yang diperlukan untuk menggerakkan pompa joulekgm W
turbin
: kerja yang diperlukan untuk menggerakkan turbin joulekgm W
net
: kerja netto yang dihasilkan sistem joulekgm h
1
: entalpy air keluar dari pompa entalpy air masuk ke boiler joulekgm
h
2
: entalpy uap keluar dari boiler entalpy uap masuk ke turbin joulekgm
h
3
: entalpy uap keluar dari turbin entalpy uap masuk ke kondensor joulekgm
h
4
: entalpy air keluar dari kondensor entalpy air masuk ke pompa joulekgm.
q
boiler
: panas yang diberikan ke boiler joulekgm q
kond
: panas yang dibuang kondensor joulekgm q
net
: panas netto yang masuk ke turbin joulekgm entalpy suatu sistem : penjumlahan dari energi dalam internal energy dengan
hasil kali tekanan dan volume sistem. Peningkatan efisiensi dapat pula dicapai dengan proses pemanasan ulang.
Proses pemanasan ulang ini terlihat pada Gambar II.2a. Turbin uap terbagi dua bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi TT dan bagian Tekanan Rendah TR. Uap
yang telah dipakai pada taraf pertama meninggalkan bagian TT pada titik 3 dan dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang, kemudian dimasukkan lagi ke
turbin pada titik 4 dan dipakai oleh bagian TR turbin uap tersebut.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008.
USU Repository © 2009
a b
entropi suhu
1
2 3
6 4
5 7
8 boiler
uap tekanan tinggi
box turbin
kondensor air
1
2 3
E
k
E
b
5 4
6 7
8 E
m
G
uap tekanan rendah
Luas 1-2-3-4-5-6 dari Gambar II.2b adalah jumlah energi yang dimanfaatkan, dengan demikian menjadi lebih besar, dan daya guna atau efisiensi
termal dari pusat tenaga listrik menjdi besar pula. Untuk mesin-mesin yang lebih besar, pemanasan ulang dapat dilakukan hingga 2 kali, dan turbin uap terbagi atas
tiga bagian, yaitu bagian Teknan Tinggi TT, Tekanan Menengah TM, dan Tekanan Rendah TR.
pompa boiler
uap tekanan tinggi
kotak turbin
kondensor air
1 2
3 4
E
m
5 6
E
k
E
b
G
uap tekanan rendah
1 2
3
6
a b
entropi suhu
4
5
a b
Gambar II.2 PLTU Dengan Proses Pemanasan Ulang
Dalam apa yang dinamakan siklus regeneratif sebagian dari energi yang berada di dalam rangkaian panas dipertahankan beredar dalam rangkaian itu. Hal
demikian dilakukan dengan misalnya memanaskan air yang keluar dari kondensor dengan uap yang dipakai dari turbin sebelum dimasukkan ke boiler sebagaimana
terlihat pada Gambar II.3a. Lengkung suhu entropi menjadi sebagaimana tampak pada Gambar II.3b.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008.
USU Repository © 2009
a b
Gambar II.3 PLTU Dengan Siklus Regeneratif
Siklus Rankine merupakan siklus standar PLTU yang dapat digambarkan pada Diagram T-S temperature-Entropy seperti yang ditunjukkan pada gambar-
gambar sebelumnya, atau lebih jelasnya terlihat pada gambar berikut ini.
100 200
300 400
-100 -200
-273 1
2 3
4 5
6 7
8 9
temperatur C
entropy, kJkg K 24,1
rejected heat usefull heat
D` D
P
2
A` A
A`` B
C
E P
1
Gambar II.4 PLTU Diagram Rankine Sederhana pada Diagram T-S
Kondisi uap yang keluar dari boiler masuk ke dalam turbin ada pada titik C yang merupakan uap jenuh kering dry saturated. Diasumsikan tidak ada losses
pada pipa uap boiler dengan turbin. Di turbin, uap diekspansikan secara isentropic dari titik C ke titik D.
Kondensor mengkondensasikan seluruh uap sehingga menjadi air jenuh dan prosesnya berjalan dari titik D ke titik A pada tekanan P
2
. Air yang
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008.
USU Repository © 2009
bertekanan P
2
ini dikompresikan isentropic sehingga tekanannya naik menjadi P
1
garis proses kenaikan tekanan tidak digambarkan dan kerja pompa diabaikan. Dengan tekanan sebesar P
1
, temperaturnya dinaikkan menjadi T
B
. Dari titik B sampai titik C terjadi proses penguapan atau mengubah fasa
air menjadi fasa uap pada tekanan P
1
. Selama perubahan fasa ini tidak terjadi perubahan tekanan maupun temperatur.
Proses A-B terjadi pada sistem air kondensat dan sistem air pengisi, sedangkan proses B-C terjadi di dalam boiler pada siklus Rankine, energi yang masuk ke
dalam sistem adalah panas yang masuk ke boiler. Energi yang keluar dari sistem sebagai losses adalah panas terbuang di kondensor.
II.2 KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA PLTU