Metode Tidak Langsung Buku Pedoman Aunergi Industri 2015
                                                                                188 Kehilangan  yang  diakibatkan  oleh  kadar  air  di  dalam  bahan  bakar  dan  yang
disebabkan oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan dari desainnya.
Data-data  yang  dibutuhkan  untuk  menghitung  efisiensi  boiler  metode  tidak langsung adalah:
1.  Analisis ultimate bahan bakar H
2
, O
2
, S, C, kadar air, kadar abu, [] 2.  Persentase oksigen atau CO
2
di dalam gas buang, [] 3.  Temperatur gas buang Tf, [
o
C] 4.  Temperatur ambien Ta, [
o
C] 5.  Kelembaban udara, [kgkg udara kering]
6.  GCV bahan bakar, [kcalkg] 7.  Persentase  bahan  yang  dapat  terbakar  di  dalam  abu  untuk  bahan  bakar
padat, [] 8.  GCV abu untuk bahan bakar padat, [kcalkg]
Prosedur  rinci  untuk  perhitungan  efisiensi  boiler  menggunakan  metode  tidak langsung disajikan berikut ini.
Tahap 1: Menghitung kebutuhan udara teoritis TAtheoritical combustion air
TA = [11,43xC+{34,5xH2 –O28}+4,32xS]100 kgkg bahan bakar…
6 Tahap 2 : Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok EAexcess air
O -
21 O
EA
2 2
………………………………………………………………… 7
Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasokkg bahan bakar AAS AAS = {1 + EA100} x TA
………………………………………………………… 8
Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas THLtotal heat loss   Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oeh gas buang yang kering, heat
loss due to dry flue gas
Ldfg
00 1
x bakar
bahan GCV
T -
T C
x m
Ldfg
a f
p
…………………………………………………..…….  9
189 Keterangan:
m  =  massa gas buang kering, [kgkg bahan bakar] =  massa  hasil  pembakaran  keringkg  bahan  bakar  +  massa  N
2
dalam bahan  bakar  pada  basis  1 kg  +  massa  N
2
dalam  massa    udara  pasokan yang sebenarnya
Cp  =  Panas jenis gas buang = 0,23 kcalkg   Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya
H
2
di dalam bahan bakar, heat loss due to evaporation of water formed due to H2 in fuel
LH
2
00 1
x bakar
bahan GCV
} T
- T
C 584
{ H
x 9
LH
a f
p 2
2
 
………………………….…………. 10
Keterangan: H
2
= jumlah kg H
2
dalam 1 kg bahan bakar C
p
= panas jenis uap lewat jenuhsuperheated steam 0,45 kcalkg   Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar, heat
loss due to evaporation of moisture present in fuel
Lmf
00 1
x bakar
bahan GCV
} T
- T
C 584
{ M
Lmf
a f
p
 
……………………………….………………  11 Ketarangan:
M   = persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar   Persen  kehilangan  panas  karena  kadar  air  dalam  udara,  heat  loss  due  to
moisture present in air Lma
00 1
x bakar
bahan GCV
} T
- T
C kelembaban
faktor AAS
Lma
a f
p
………………………….  12   Persen  kehilangan  panas  karena  bahan  bakar  yang  tidak  terbakar  dalam    abu
terbang, heat loss due to unburnt in fly ash Lfa
00 1
x bakar
bahan GCV
g abu terban
GCV x
terbakar yang
bakar bahan
pulkg abu terkum
total Lfa
 …  13
190   Persen  kehilangan  panas  karena  bahan  bakar  yang  tidak  terbakar  dalam  abu
bawah, heat loss due to unburnt in bottom ash Lba
00 1
x bakar
bahan GCV
bawah abu
GCV x
terbakar yang
bakar bahan
pulkg abu terkum
total Lfa
14   Persen  kehilangan  panas  karena  radiasi  dan  kehilangan  lain  yang  tidak
terhitung, furnace body heat losses L
Q
100 100
273 100
273 88
. 4
4 4
x a
t L
Q
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
  
 ………………………………………………...  15
Keterangan: t  = Temperatur permukaan dinding furnace, [
o
C] a  = Temperatur udara sekitar furnace, [
o
C]   = Emisivitas radiasi permukaan dinding boiler
Kehilangan radiasi dan konveksi aktual dapat dikaji dengan mengetahui emisivitas permukaan  yang  beraneka  ragam,  kemiringan,  pola  aliran  udara.  Kehilangan  dapat
diasumsikan secara tepat  tergantung pada kondisi permukaan. Namun  demikian ada cara yang dapat dilakukan dengan mengukur temperatur permukaan boiler.
Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler
L +
Lba +
Lfa +
Lma +
Lmf +
LH +
L -
100 η
Efisiensi
Q 2
dfg
Data-data  yang  dikumpulkan  berupa  data  spesifikasi,  bahan  bakar,  temperatur, dan pengukuran gas buang untuk masing-masing boiler. Hasil pengukuran temperatur
gas buang Boiler 1 adalah 270
o
C lebih rendah bila dibandingkan dengan temperatur Boiler 2 yaitu 350
o
C. Persentase O
2
pada gas buang sama, yaitu 8. Data spesifikasi, bahan  bakar,  temperatur,  dan  pengukuran  gas  buang  untuk  masing-masing  boiler
secara detail diperlihatkan pada Tabel Lk-4-1.
191 Tabel Lk-4-1
Spesifikasi dan hasil pengukuran boiler Uraian
Boiler 1  Boiler 2 Satuan
Kapasitas 10
5 th
Dimensi: Panjang
6 4,8
m Diameter
2,9 2
m Luasan dinding vertikal
13,20 6,28
m
2
Luasan permukaan silinder 54,64
30,14 m
2
Total luasan 67,84
36,42 m
2
Emisivitas 0,85
0,85 Bahan Bakar dan Gas Buang:
Nilai kalori 42.119
42.119 kJkg
Jumlah udara teoritis 11,09
11,09 Nm
3
kg Amount of the west gas air ratio =1  G0
11,82 11,82
Nm
3
kg Panas udara spesifik
1,3 1.3
kJNm
3 o
C Panas spesifik gas buang
1,38 1,38
kJNm
3 o
C Temperatur gas buang
270 350
o
C O2  pada gas buang
8 8
Excess Air Ratio 1,62
1,62 NOx  gas buang
250 250
ppm Temperatur permukaan
150 150
oC Konsumsi bahan bakar
750 394,7
kghr Konsumsi air
10600 5200
kghr Temperatur bahan bakar
33 33
o
C Temperatur air umpan
20 20
o
C Temeperatur udara pembakaran
33 33
o
C Temperatur ambien
33 33
o
C Blow rate
6 6
Blow Temp. 170
170
o
C Berdasarkan hasil survei dan pengumpulan data, maka terdapat beberapa peluang
penghematan  energi  yang  dapat  dilakukan,  antara  lain:  perbaikan  pembakaran dengan  mengontrol  rasio  udara  pembakaran  dan  pemanfaatan  gas  buang  untuk
pemanasan udara pembakaran.
Pada  Boiler  1  terdapat  beberapa  potensi  yang  dapat  dilakukan  untuk meningkatkan efisiensi boiler, yaitu pengaturan udara umpan dan bahan bakar, serta
pemanfaatan gas buang untuk pemanasan udara bakar dengan memasang  preheater. Hasil perhitungan perbaikan efisiensi pada boiler dapat dilihat pada Tabel Lk-4-2.
192 Tabel Lk-4-2
Hasil perhitungan perbaikan efisiensi pada Boiler 1 Kondisi
sebelum perbaikan
Perbaikan dengan Satuan
Boiler 1 Pengaturan
udara umpan dan bahan
bakar Pemanfaatan gas
buang untuk pemanasan udara
bakar Analisis Data
Temperatur Gas Buang 270
270 170
o
C O2  di dalam gas buang
8 4,5
4,5 Perbandingan Udara Lebih
1,62 1,27
1,27 NOx  di dalam gas buang
250 250
250 ppm
Temperatur permukaan 150
150 150
o
C Konsumsi bahan bakar
750 750
725 kghr
Konsumsi air 10.600
10.600 10.600
kghr Temperatur bahan bakar
33 33
33
o
C Temperatur air umpan
20 20
20
o
C Temperatur ambien
33 33
33
o
C Laju alir blowdown
6 6
6 Temperatur blowdown
estimasi 170
170 170
o
C Perhitungan
Energi masuk Energi masuk = konsumsi bahan bakar X Nilai kalori
31.589,25 31.589,25
30.536,28 MJhr
1 Kehilangan pada Gas Buang Laju alir gas buang = Laju alir bahan bakar x G0 + A0  x rasio udara lebih-1
13.983,46 11.133,41
10.762,30 m
3
h Hilang panas di gas buang  =  laju gas buang x Nilai kalori x Temperatur gas buang
5.210,24 4.148,31
2.524,83 MJhr
2 Kehilangan panas 514,22
514,22 514,22
MJhr Hilang radiasi  = 4,88x4.186 x Emisivitas x Luas permukaan x Ts+273100
4
- Ta+273100
4
1000 273,85
273,85 273,85
MJhr Hilang konveksi  =9,208 x Luas permukaan x  Ts-Ta 0,25 x Ts-Ta1000
240,37 240,37
240,37 MJhr
3 Kehilangan karena Blowdown Hilang panas karena Blow  = Laju alir blow x Koefisien panas x Beda temperatur
394,00 394,00
394,00 MJhr
Efisiensi Boiler 80,6
84,0 88,8
193 Kondisi
sebelum perbaikan
Perbaikan dengan Satuan
Boiler 1 Pengaturan
udara umpan dan bahan
bakar Pemanfaatan gas
buang untuk pemanasan udara
bakar Penghematan
Penghematan bahan bakar 25,21
34,54 kghr
105.892,92 145.081,22
kgyr Penghematan biaya
21.178,58 29.016,24
Yr Biaya investasi air heater
40.000.00 Reduksi emisi CO
2
91.067,91 124.769,85
kgyr Payback period
1,45 Yr
Salah  satu  hal  yang  sangat  penting  untuk  mengoptimalkan  dan  penyempurnakan pembakaran  di  dalam  burner  boiler  adalah  sistem  pengendalian  rasio  udara  pada
sistem  pembakaran  combustion  control  system.  Sistem  tersebut  memiliki  peranan yang  sangat  penting  dalam  meningkatkan  efisiensi  boiler  serta  berfungsi  menjaga
komposisi  aliran  udara  dan  aliran  bahan  bakar  yang  tepat,  sehingga  tarjadi  proses pembakaran sempurna.
Berdasarkan  hasil  pengamatan,  pengendalian  rasio  udara  dan  bahan  bakar  yang ada  di  pabrik  ini  dilakukan  secara  manual  oleh  operator  dengan  mengamati
kandungan  kadar  oksigen  O
2
dan  memperhatikan  asap  yang  keluar  dari  stack cerobong.  Selain  itu  kadar  O
2
yang  berfungsi  sebagai  indikator  sempurna-atau tidaknya  proses  pembakaran  mengalami  fluktuasi.  Hal  ini  mengindikasikan  bahwa
rasio aliran udara dan aliran bahan bakar serta sistem pengendalian yang ada masih belum  optimal.  Oleh  karena  itu  direkomendasikan  untuk  memasang  sistem
pengendalian  rasio  udara  dan  bahan  bakar  pada  pembakaran  boiler,  serta  mencari rasio  aliran  udara  dan  aliran  bahan  bakar  yang  optimal.  Hal  ini  akan  menurunakan
kadar  oksigen  dari  8  menjadi  4,5.  Dengan  demikian  excess  air  ratio  dapat diturunkan  dari  1,6  menjadi  1,27.  Hal  ini  akan  meningkatkan  efisiensi  boiler  dari
80,6 menjadi 84, atau naik 4,2.
Peningkatan  efisiensi  pada  Boiler  2  dapat  dilkukan  dengan  cara  perbaikan pembakaran  dengan  mengontrol  rasio  udara,  dan  pemanfaatan  gas  buang  untuk
pemanasan  awal  udara  pembakaran  dan  pemansangan  economizer.  Ringkasan  hasil perhitungan peningkatan efisiensi Boiler 2 dapat dilihat pada Tabel Lk-4-3.
194 Tabel Lk-4-3
Hasil perhitungan perbaikan efisiensi pada Boiler 2
Kondisi sebelum
perbaikan Perbaikan dengan
Satuan Boiler 2
Pengaturan udara
umpan dan bahan
bakar Pemanfaatan
gas buang untuk
pemanasan udara bakar
Pemanfaatan gas buang
dengan memasang
ekonimizer Analisis Data
Temperatur Gas Buang 350
350 242
140
o
C O
2
di dalam gas buang 8
4.5 4.5
4.5 Rasio Udara Lebih
1,62 1,27
1,27 1,27
NOx  gas buang 250
250 250
250 ppm
Temperatur permukaan 150
150 150
150
o
C Konsumsi bahan bakar
394,7 394,7
382 362
kghr Konsumsi air
5.200 10.600
10.600 10.600
kghr Temperatur bahan bakar
33 33
33 33
o
C Temperatur air umpan
20 20
20 56
o
C Temperatur udara bakar
33 33
o
C Temperatur ambien
33 33
33 33
o
C Laju alir blowdown
6 6
6 6
Temperatur blowdown estimasi
170 170
170 170
o
C
Perhitungan
Energi masuk Energi masuk = konsumsi bahan bakar X Nilai kalori
16.624,37 16.624,37
16.089,46 15.247,08
MJhr 1 Kehilangan pada Gas Buang
Laju alir gas buang = Laju alir bahan bakar x G0 + A0  x rasio udara lebih-1 7.359,03
5.859,14 5.670,62
5.373,73 m
3
h Hilang panas di gas buang  =  laju gas buang x Nilai kalori x Temperatur gas buang
3.554,41 2.829,97
1.893,76 1.038,20
MJhr 2 Kehilangan panas
276,09 276,09
276,09 276,09
MJhr
Hilang Radiasi  = 4.88x4.186 x Emisivitas x Luas permukaan x Ts+2731004 - Ta+2731004  1000
147,03 147,03
147,03 147,03
MJhr Hilang Konveksi  =9.208 x  Luas permukaan x  Ts-Ta 0.25 x Ts-Ta1000
129,06 129,06
129,06 129,06
MJhr 3 Kehilangan karena Blowdown
Hilang panas karena Blow  = Laju alir blow x Koefisien panas x Beda temperatur 193,28
394,00 394,00
299,44 MJhr
Efisiensi Boiler 75,8
78,9 84,1
89,4
195 Kondisi
sebelum perbaikan
Perbaikan dengan Satuan
Boiler 2 Pengaturan
udara umpan dan
bahan bakar
Pemanfaatan gas buang
untuk pemanasan
udara bakar Pemanfaatan
gas buang dengan
memasang ekonimizer
Penghematan Penghematan bhn bakar
12,4 19,6
19,4 kghr
52.224,8 82.126,1
81.357,8 kgyr
Penghematan biaya 10.445,0
16.425,2 16.271,6
Yr Biaya investasi air heater
30.000,0 60.000,0
Payback period 2,1
4,8 Yr
Reduksi emisi CO
2
44.913,3 70.628,4
69.967,7 kgyr
Dari proses pengukuran, analisis data, dan perhitungan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
1.  Peningkatan  efisiensi  boiler  dapat  diperoleh  dengan  jalan  mengontrol komposisi udara pembakaran dan bahan bakar, pemanfaatan gas buang  untuk
memanaskan udara pembakaran, dan pemasangan economizer. 2.  Efisiensi  Boiler  1  dapat  ditingkatkan  dari  80,6  menjadi  88,8  dengan
memasang  air  heater  seharga  US40.000.-  Total  penghematan  yang  diperoleh adalah US50.194 atau Rp592.298.000.- per tahun.
3.  Perbaikan efisiensi Boiler 2 dapat dilakukan dengan cara mengontrol komposisi udara  pembakaran  dan  bahan  bakar,  pemanfaatan  gas  buang  untuk
memanaskan udara pembakaran, dan pemasangan economizer. Total investasi yang  dibutuhkan  adalah  US90.000,  dan  penghematan  yang  didapatkan
US3.141,6 per tahun atau Rp509.070.000,-per tahun.
DAFTAR PUSTAKA
[1]  Bhatia,  A.,  B.E.  2012.  Improving  Energy  Efficiency  of  Boiler  Systems. www.pdhcenter.com.
[2]  Boiler Efficiency Guide. Printed in the USA, ©2010 Cleaver-Brooks, Inc. CB-7767. [3]  BS  845-1:1987.  Methods  for  Assessing  thermal  performance  of  boilers  for
steam,  hot  water,  and  high  temperatur  heat  transfer  fluids —  BS  845-1:1987
Incorporating Amendment No. 1, 1999. [4]  Dockrill, Paul, Frank Friedrich. Boiler and Heaters: Improving Energy Efficiency.
I  Federal  Industrial  Boiler  Program  Natural  Resources  Canada  CANMET  Energy Technology Central. 1 Haanel Drive, Nepean ON K1A 1M1.
[5]  Einstein,  D.,  E.  Worrell,  M.  Khrushch.  Systems  in  Industry:  Energy  Use  and Energy  Efficiency  Improvement  Potentials.  Lawrence  Berkeley  National
Laboratory. http:www.osti.govbridgeservletspurl789187-uTGqsPnative.
196 [6]  Energy  Efficiency  Best  Practice  Guide:  Steam,  Hot  Water,  and  Process  Heating
Systems. http:www.sustainability.vic.gov.auresourcesdocumentsBest_Practice_Guid
e_Heating.pdf [7]  Energy  Information  Administration  EIA.  International  Energy  Annual.  Online
Retrieved 3rd January 2009, from www.eia.doe.goviea. [8]  ERC.  How  to  Save  Energy  and  Money  in  Boilers  and  Furnace  Systems.  Energy
Research Centre ERC. University of Cape Town, South Africa. [9]  Farthing,  David  C.  Tech  Paper  901.  Improving  Boiler  Room  Efficiencies.  A
Seminar on the ways and means of increasing boiler room efficiencies. [10] February  2002.  Boiler  Blowdown  Heat  Recovery  Project  Reduces  Steam  System
Energy  Losses  at  Augusta  Newsprint.  Office  of  Industrial  Technologies  Energy Efficiency  and  Renewable  Energy  U.S.  Department  of  Energy  Washington  DC
20585-0121.
[11] Krishnanunni, S., Josephkunju Paul, Mathu Potti, Ernest Markose Mathew. 2012. Evaluation of Heat Losses in Fire Tube Boiler. International Journal of Emerging
Technology  and  Advanced  Engineering  Website:  www.ijetae.com  ISSN  2250- 2459, ISO 9001:2008 Certified Journal, Volume 2, Issue 12, December 2012.
[12] Morimoto. 2003. Energy Conservation in the Textile Industry. ECCJ. Japan. [13] Saidur,  R.  2011  Energy  Savings  and  Emission  Reductions  in  Industrial  Boilers.
THERMAL SCIENCE, Year 2011, Vol. 15, No. 3, pp. 705-719. [14] Schiffhauer,  Mark.  2009.  Increasing  Natural  Gas  Boiler  Efficiency  by  Capturing
Waste  Energy.  ACEEE  Summer  Study  on  Energy  Efficiency  in  Industry.  Pp  683- 693.
[15] Stein,  Jeff.  2010.  Designing  Efficient  Boiler  Systems  for  Commercial  Buildings. Taylor Engineering Alameda, CA. PGE Energy Center 14.
[16] Syllabus  Boilers:  Types,  Combustion  in  boilers,  Performances  evaluation, Analysis  of  losses,  Feed  water  treatment,  Blow  down,  Energy  conservation
opportunities. Bureau of Energy Efficiency. [17] Teir,  Sebastian,  Antto  Kulla.  2002.  Boiler  Calculations.  Helsinki  University  of
Technology  Department  of  Mechanical  Engineering  Energy  Engineering  and Environmental Protection Publications Uap Boiler Technology eBook.
[18] The Energy Saving Technology in Boiler. 2003. Tokyo Gas. Japan.
197
Hari Yurismono Pudjo Wahono Hadi
Nur Rachman Iskandar Soleh
Heru Eka Prawoto
udit  energi  di  industri  sering  meliputi  pula  kajian  pada  unit  diesel- generator.  Di  beberapa  industri  unit  ini  dioperasikan  secara  kontinyu
dalam menunjang kebutuhan sebagian energi listriknya. Namun lebih sering dijumpai peralatan tersebut diposisikan sebagai cadangan.
Dengan  statusnya  sebagai  cadangan  maka  pengoperasian  diesel-generator  hanya pada  saat  sumber  energi  utama,  misalnya  pasokan  listrik  dari  PT  PLN  Persero,
mengalami  gangguan.  Sedangkan  selagi  pasokan  listrik  tersebut  berlangsung  normal maka  diesel-generator  dioperasikan  secara  berkala,  terjadwal,  dan  waktu  yang
relatif  singkat  dalam  rangka  perawatan  dan  menjaga  kehandalannya.  Sehingga kapanpun  diperlukan  maka  diesel-generator  ini  siap  dioperasikan  dan  menghasilkan
energi listrik yang dibutuhkan.
Audit  energi  dilakukan  terhadap  unit  diesel-generator  yang  sedang  dioperasikan. Atau  dengan  kata  lain  terhadap  unit  yang  berstatus  sebagai  cadangan  dan  sedang
tidak dioperasikan tidak harus dilakukan audit energi terhadap unit tersebut. Meskipun  demikian  adakalanya,  di  suatu  industri  sekalipun  unit  diesel  generator
tersebut  berstatus  sebagai  cadangan  dan  sedang  tidak  dioperasikan,  pihak  industri ingin  mengetahui  status  kinerjanya.  Untuk  itu  unit  tersebut  mesti  dihidupkan  atau
dioperasikan  selama  beberapa  jam  hingga  kondisinya  stabil  dengan  menggunakan beban  dummy.  Selanjutnya  dilakukan  kajian  atau
“pemotretan”  terhadap  unit tersebut  dengan  pengambilan  dataparameter  operasionalnya  misal:  laju  alir  dan
A
198 temperatur  bahan  bakar,  komposisi  dan  temperatur  gas  buang,  dan  beberapa
lainnya melalui pemasangan alat-alat ukur atau alat ukur yang sudah terpasang pada unit tersebut. Selanjutnya dilakukan analisisperhitungan untuk mendapatkan status
kinerja atau efisiensinya.
5 5
. .
1 1
. .
D D
E E
S S
K K
R R
I I
P P
S S
I I
S S
I I
S S
T T
E E
M M
D D
I I
E E
S S
E E
L L
- -
G G
E E
N N
E E
R R
A A
T T
O O
R R
5 5
. .
1 1
. .
1 1
. .
G G
a a
m m
b b
a a
r r
a a
n n
U U
m m
u u
m m
Dalam  penentuan  sumber  listrik  di  industri  diperlukan  pertimbangan- pertimbangan  dari  segi  teknis  dan  ekonomis.  Pada  umumnya  industri  menggunakan
kombinasi    sumber  daya  listrik  dari  PLN  dan  pembangkit  listrik  sendiri.  Untuk pembangkit listrik sendiri, jenis pembangkit listriknya ditentukan oleh besarnya daya
keluaran output yang diinginkan.
Untuk daya kecil sampai dengan sedang 2 MW penggunaan diesel-generator akan memberikan nilai ekonomis yang relatif tinggi. Sedangkan untuk daya di atas 2 MW,
pilihan  turbin-generator  akan  lebih  menguntungkan.  Keuntungan  diesel-generator adalah  kemampuannya  mencatu  daya  pada  kapasitas  kecil  dengan  efisiensi  dan
penggunaan yang fleksibel.
Dalam hal sumber listrik berasal dari PLN dan diesel-generator maka dibedakan 3 fungsi diesel-generator, yaitu:
1.  Sebagai Sistem Pendukung Dalam hal ini industri menggunakan sumber  listrik PLN untuk menanggung beban
dasarnya.  Diesel-generator  berfungsi  sebagai  sistem  pendukung  yang  akan mencatu  daya  hanya  pada  waktu  beban  puncak,  sedangkan  pada  waktu  beban
normal semua beban listrik ditanggung PLN.
2.  Sebagai Sitem Cadangan Back-up System Pada sistem ini diesel-generator hanya akan bekerja pada waktu terjadi gangguan
pada  PLN.  Pada  waktu  biasa  maka  diesel-generator  tidak  dioperasikan  tetapi tetap pada kondisi siap pakai stand-by.
3.  Sebagai Sistem Pembangkit Bagi industri yang sama sekali tidak menggunakan PLN, maka pembangkitan listrik
seluruhnya ditanggung diesel-generator.
5 5
. .
1 1
. .
2 2
. .
P P
r r
i i
n n
s s
i i
p p
K K
e e
r r
j j
a a
M M
e e
s s
i i
n n
D D
i i
e e
s s
e e
l l
Mesin  diesel  bekerja  dengan  dasar  siklus  diesel  yang  ditemukan  oleh  Rudolph Diesel pada tahun 1890. Siklus ini dikenal juga mesin kompresi compression engine.
Pada  mesin  diesel  udara  dikompresi  sampai  dengan  temperatur  udara  lebih  tinggi daripada temperatur nyala bahan bakar auto ignition temperature. Pada kondisi ini
bahan bakar diinjeksikan sehingga terjadi pembakaran dengan sendirinya.
199 Pada  umumnya  mesin  diesel,  terdapat  tiga  bagian  utama  yang  meliputi  silinder,
torak, poros engkol, katup hisap, dan katup  buang.  Mekanisme inilah nantinya akan mengubah  energi  termal  dari  gas  hasil  pembakaran  bahan  bakar  menjadi  energi
mekanik dalam bentuk  putaran poros. Prinsip kerja  mesin diesel diperlihatkan pada Gambar 5-1 yang mengilustrasikan skema gerakan torak dan katup pada mesin diesel
empat langkah.
Gambar 5-1. Skema gerakan torak dan katup pada mesin diesel empat langkah. Secara  skematis  prinsip  kerja  motor  diesel  empat  langkah  dapat  dijelaskan
sebagai berikut: 1.  Langkah Pemasukan atau Hisap Gambar 5-1-a
Pada  langkah  ini  torak  atau  piston  bergerak  dari  posisi  TMA  Titik  Mati  Atas atau  jarak  terdekat  dari  kepala  silinder  menuju  TMB  Titik  Mati  Bawah  atau
jarak terjauh dari kepala silinder, sedangkan katup masuk membuka dan katup buang  tertutup.  Akibat  gerakan  torak  ini  maka  udara  segar  dari  atmosfer
terhisap dan mengalir masuk ke dalam silinder.
2.  Langkah Kompresi Gambar 5-1-b Kedua  katup  menutup,  torak  bergerak  dari  TMB  ke  TMA  menekan  udara  yang
berada  di  dalam  silinder.  Kerja  torak  ini  akan  mengakibatkan  terjadinya kenaikkan  tekanan  dan  temperatur  udara  di  dalam  silinder.  Selama  langkah
kompresi  ini  terjadi,  torak  akan  terus  menekan  hingga  sampai  pada  jarak tertentu  dari  kepala  silinder  atau  pada  posisi  TMA.  Beberapa  saat  sebelum
torak mencapai posisi TMA, bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder.
3.  Langkah Ekspansi Gambar 5-1-c Injeksi  bahan  bakar  ke  dalam  silinder  yang  berisi  udara  bertemperatur  tinggi
menyebabkan  bahan  bakar  terbakar.  Energi  yang  mengiringi  gas  hasil pembakaran akan mendorong torak bergerak menjauhi TMA dan akan memutar
Si lin
d e
r
TMA TMB
Katup Hisap
Katup Buang
Torak
Poros Engkol
200 poros  engkol.  Perilaku  gas  hasil  pembakaran  dalam  mendorong  torak  disebut
sebagai langkah ekspansi. Langkah ekspansi ini akan terus menggerakkan torak ke  bawah  hingga  berada  pada  posisi  yang  terjauh  dari  kepala  silinder  atau
posisi TMB. Kedua katup pada langkah ini tertutup.
4.  Langkah Buang. Ketika  torak  hampir  mencapai  posisi  TMB,  katup  buang  terbuka  dan  katup
masuk  tetap  tertutup.  Selanjutnya  dari  posisi  TMB  piston  bergerak  menuju posisi  TMA.  Ggas  sisa  pembakaran  dibuang  keluar  ruang  bakar  melalui  katup
buang. Akhir  langkah ini adalah ketika piston mencapai TMA. Siklus kemudian berulang kembali.
Berdasarkan  prinsip  kerja  mesin  diesel  di  atas,  proses  yang  terjadi  dapat disederhanakan menjadi penghisapan udara segar, kompresi, ekspansi, pembuangan,
dan  pencampuran  dengan  udara.  Urutan  proses  tersebut  dapat  digambarkan  pada diagram tekanan p terhadap volume spesifik
 yang akan membentuk suatu proses tertutup  dan  disebut  dengan  siklus  diesel.  Secara  ideal  siklus  diesel  empat  langkah
dapat dilihat pada Gambar 5-2.
Gambar 5-2. Diagram Siklus Diesel Siklus Tekanan Konstan. Proses pada Gambar 5-2 dapat dijelaskan, sebagai berikut:
a.  Langkah Hisap 0 – 1
Langkah  ini  terjadi  pada  tekanan  tetap.  Pada  kondisi  ini  udara  masuk  ke dalam ruang silinder akibat pergerakkan torak dari TMA menuju TMB.
Sehingga udara seolah-olah melakukan kerja sebesar W dengan persamaan:
T e
ka n
a n
p 3
4 1
2 Ise
ntro fis
lse ntro
fis
Volume Spesifik v
Q
in
Q
out
a  Diagram p  vs  v 2
V Ko
nst an
P  Ko nsta
n
1 3
4
q
in
q
out
Entropi  s T
e mp
e ra
tu r
T
b  Diagram T  vs  s
201 W
0-1
= P x V
1
– V keterangan:
W
0-1
= kerja yang dilakukan, [kJ] P
= tekanan gas, [kPa] V
= volume pada kondisi di titik 0, [m
3
] V
1
= volume pada kondisi di titik 1, [m
3
] b.  Langkah Kompresi 1
– 2 Proses yang terjadi pada langkah kompresi adalah kompresi isentropis Q = 0
dan S = 0. Untuk proses ini berlaku persamaan:
1 k
e i
k 1
k i
e i
e
V V
P P
T T
 
 
 
 
 
 
 
 
Subskrip  i  dan  e  berturut-turut  menandakan  keadaan  awal  dan  keadaan akhir, maka persamaannya menjadi:
1 k
1 k
1 2
1 k
2 1
k 1
k 1
2 1
2
r γ
γ V
V P
P T
T
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
keterangan: k  = perbandingan panas spesifik
  = massa jenis bahan bakar, [kgm
3
] r  = perbandingan kompresi =
S S
L 2
1
V V
V V
V 
V
L
= volume langkah torak, [m
3
] V
S
= volume sisa, [m
3
] Dengan demikian kerja yang dilakukan:
W
3-4
= U = U
3
– U
4
c.  Proses Pembakaran 2 - 3 Proses pembakaran ini berlangsung pada tekanan konstan atau P
2
= P
3
. Persamaan yang berlaku pada proses ini adalah:
Q
2-3
= U
3
– U
2
+ W
3-2
Sedangkan besarnya kerja yang dilakukan adalah: W
2-3
= P
2
 V
3
– V
2
202 Dengan  mensubstitusikan  kerja  tersebut,  maka  besarnya  kalor  yang  masuk
adalah: Q
in
= Q
2-3
= U
3
– U
2
+ W
3-2
= U
3
– U
2
+ P
2
 V
3
– V
2
= U
3
+ P
2
.V
3
– U
2
+ P
2
.V
2
= H
3
– H
2
Q
in
= m  C
P
 T
3
– T
2
keterangan: Q
in
= kalor yang diserap bahan bakar, [kJ] m  = massa bahan bakar, [kg]
C
P
= kapasitas panas bahan bakar pada tekanan tetap, [kJkg.
o
C] T
3
= temperatur pada titik 3, [
o
C] T-
2
= temperatur pada titik 2, [
o
C] d.  Langkah Ekspansi 3 - 4
Pada langkah ini terjadi proses ekspansi secara isentropis dan tidak ada kalor yang terbuang Q = 0;
S = 0, sehingga persamaan yang berlaku adalah:
1 k
1 k
3 4
1 k
3 4
k 1
k 3
4 3
4
r γ
γ V
V P
P T
T
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sedangkan kerja yang dihasilkan adalah: W
3-4
= U = U
3
– U
4
keterangan: W
3-4
= kerja yang dihasilkan selama langkah ekspansi, [kJ] U  = perubahan energi dalam, [kJ]
e.  Proses Pembuangan 4 - 1 Proses  ini  terjadi  pada  tekanan  konstan  dan  besarnya  kalor  yang  dihasilkan
adalah: Q
4-1
= U = m  C
V
 T
1
– T
4
keterangan: Q
4-1
= kalor yang dihasilkan, [kJ] m  = massa bahan bakar, [kg]
C
V
= kapasitas panas bahan bakar pada tekanan tetap kJkg.
o
C T
1
= temperatur pada titik 1, [
o
C]
203 T
4
= temperatur pada titik 4, [
o
C] f.  Langkah Buang 1 - 0
Langkah Buang 1 – 0
Pada proses ini kerja yang dilakukan terjadi pada tekanan konstan. W
1-0
= P V
1
– V keterangan:
W
1-0
= kerja yang dilakukan kJ P
= tekanan pada kondisi titik 0 kPa V
1
= besarnya volume pada titik 1 m
3
V = besarnya volume pada titik 0 m
3
Dengan  demikian  apabila  ditinjau  dari  satu  siklus  penuh,  maka  kerja  yang dihasilkan untuk setiap 1 kg udara adalah:
W  = H
3
– H
2
+ U
1
– U
4
=  Q
3-2
+ Q
4-1
=  Q
i
+ Q
o
= {m  C
P
 T
3
– T
2
} – {m  C
V
 T
1
– T
4
} Tanda  negatif  di  atas  menyatakan  bahwa  kalor  tersebut  keluar  dari  sistem.  Dari
perumusan di atas dapat diketahui pula besarnya efiseiensi siklus dengan persamaan sebagai berikut:
i o
i i
Q Q
Q Q
W η
 
 =
i o
Q Q
1 
=
 
 
1 3
P 1
4 V
T T
C T
T C
1 
 
5 5
. .
1 1
. .
3 3
. .
K K
i i
n n
e e
r r
j j
a a
M M
e e
s s
i i
n n
D D
i i
e e
s s
e e
l l
Kinerja  mesin  diesel  merupakan  suatu  ukuran  atau  nilai  yang  menyatakan  baik tidaknya  kondisi  kerja  mesin  tersebut.  Ukuran-ukuran  tersebut  meliputi:  a  daya
poros,  b  energi  bahan  bakar,  c  energi  panas,  d  energi  gas  buang,  dan  e efisiensi termal.
                