PEMBANGKIT LISTRIK 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

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