Studi Pemanfaatan Pohon Kaliandra Sebagai Sumber Energi Primer

47 DAFTAR PUSTAKA

Boyle, Godfrey. 2004. Renewable Energy Power for a Sustainable Future. Oxford: Oxford University Press.

Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta: Penerbit Erlangga. ______________. 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik Edisi Kedua. Yogyakarta: Graha Ilmu.

Suyitno, M. 2011. Pembangkit Energi Listrik. Jakarta: Penerbit Rineka Ilmu.

Dewan Energi Nasional. 2011. Media Informasi dan Komunikasi Dewan Energi Nasional Edisi I. Jakarta: Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral.

Institut Pertanian Bogor. 2008. Agenda Riset Bidang Energi 2009-2012. Bogor: IPB Francescato, Valter. 2008. Wood Fuels Handbook, Productions, Quality

Requirements, Trading. Agripolis: Italian Agriforestry Association.

Tomberlin, Gregg. 2014. Wood Pellet Fired-Biomass Boiler Project at The Katchikan Federal Building. San Francisco: NREL

Kong, Gan Thay. 2010. Peran Biomassa Bagi Energi Terbarukan. Jakarta: PT. Elex Media Komputindo.

48 Kemenhut. 2014. Budidaya Kaliandra untuk Bahan Baku Sumber Energi. Bogor: IPB Press

MacKay, David JC. 2009. Sustainable Energy Without the Hot Air. Cambridge: UIT Cambridge Ltd.

PT. PLN (Persero). 2014. Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik (RUPTL) 2015-2024 PT. PLN Persero. Jakarta: PT. PLN (Persero).

Sinaga, Ishak. 2011. Energi Terbarukan Sisa Keluaran Limbah Padat Pengolahan Kelapa Sawit. Medan: USU.

Tidball, Rick. 2010. Cost and Performance Assumptions for Modelling Electricity Generation Technologies. Virginia: NREL

Zuhal. 1993. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

39 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu

Penelitian ini akan dilakukan di Medan, dengan mengacu kepada data hasil uji Laboratorium Sucopindo terhadap sampel wood pellet yanng diproduksi dan dikembangkan oleh CV. Gerbang Lestari (Bangkalan, Madura, Jawa Timur) dan data dari perusahaan yang sudah bergerak di bidang pengolahan bahan Bakar Pohon Kaliandra Merah. Penelitian akan dilaksanakan setelah proposal diseminarkan dan disetujui. Lama penelitian direncanakan selama 3 (tiga) bulan.

3.2. Metode yang Digunakan

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Studi Literatur

Yaitu dengan mempelajari buku referensi, jurnal, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan topik tugas akhir ini.

2. Metode Diskusi

Yaitu berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai masalah-masalah yang timbul selama pelaksanaan percobaan dan penulisan tugas akhir.

3. Melakukan Analisis.

3.3. Pelaksanaan Penelitian

Penelitian ini akan dilaksanakan dengan cara pengumpulan data kemudian mengolah dan menganalisanya. Adapun data yang diperlukan untuk penelitian ini adalah :

40 2. Jumlah luas lahan untuk ditanami pohon Kaliandra Merah.

3. Efisiensi PLTU berbahan Bakar Pelet.

Jumlah bahan bakar yang dibakar serta efisiensi pada PLTU diperoleh melalui pengujian dan analisa data. Melalui data yang diperoleh, kemudian dianalisa seberapa besar daya listrik yang mampu dihasilkan oleh PLTU berbahan bakar pelet Kaliandra.

3.4. Variabel yang Diamati

Variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah: - Nilai kalor pelet Kaliandra.

- Efisiensi pambangkit.

- Jumlah bahan bakar yang dibakar.

3.5. Pengolahan dan Analisa Data

Data yang sudah diperoleh kemudian akan diolah. Data jumlah pelet Kaliandra memberi informasi tentang jumlah bahan bakar yang tersedia untuk kemudian diatur jumlah bahan bakar yang akan dibakar setiap jam. Dengan melakukan proses perkalian antara jumlah tersebut dengan nilai kalori yang terkandung di dalamnya maka akan didapat besar energi bahan bakar dalam satuan kalori. Besar energi listrik yang dihasilkan PLTU berbahan Bakar Kaliandra setiap jam merupakan hasil perkalian antara energi bahan bakar tersebut dengan efisiensi pembanngkit.

Adapun efisiensi pembangkit dianggap sama dengan efisiensi PLTU yang diperoleh dengan cara membandingkan energi listrik keluaran PLTU Kaliandra dengan energi bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan listrik tersebut.

41 BAB IV

ANALISIS DATA

4.1 Kandungan Energi

Heating Value (HV) atau Caloric Value adalah adalah nilai kalori yang dikeluarkan oleh 1 kilogram bahan bakar. Nilai kalori ada 2 macam, yaitu Low Heating Value (LHV)/ Nilai atas dan High Heating Value (HHV)/ Nilai bawah.

Nilai atas bahan kalori HHV bahan bakar didapat dengan cara membakar bahan bakar tersebut sebanyak satu kilogram dengan menggunakan kalorimeter pada suhu 150 sehingga uap air yang didapat dengan pembakaran ini (hasil pembakaran) mengembun dan melepaskan kalori pengembunannya. Nilai bawah kalori (LHV) didapat dengan dengan cara mengurangi nilai atasnya dengan kalori pengembunan air yang dikandungnya. Pembakaran bahan bakar pada pembangkit listrik termal mengeluarkan gas buang pada suhu yang jauh di atas titik embun air, perhitungan neraca energi didasarkan pada nilai bawah kalori karena pada suhu gas buang setinggi itu air berada pada fase uap. Nilai bawah Kalori (LHV) disebut juga dengan Gross Calorific Value.

Tabel di bawah menunjukkan hasil pengukuran terhadap wood pellet Kaliandra Merah.

42 Tabel 4.1. Gross Calorific Value Wood Pellet Kaliandra

Adapun 1 kcal = 1, 163 watt, sehingga: 4710 x 1,163 = 5.477,73 watt = 5, 477 kw

Jadi, energi yang dikandung oleh 1 Kg Pelet Kaliandra ekivalen dengan 5, 477 kw

4.2 Manajemen Bahan Bakar

Manajemen bahan bakar adalah metode pengelolaan yang dilakukan untuk menjamin ketersediaan bahan bakar dalam keadaan operasi secara kontinu selama setahun. Manajemen bahan bakar secara garis besar meliputi Ketersediaan bahan

Parameters Unit

A R

(As Received )

D B

(Dried Basis)

T e s t M e t h o d

Total Moisture % wt 5 . 8 - - - A S T M D 2 9 6 1 – 1 1

Ash Content % wt 4 . 7 4 . 9 A S T M D 3 1 7 4 – 1 1

Volatile Matter % wt 7 3 . 5 7 8 . 1 A S T M D 3 1 7 5 – 1 1

Fixed Carbon % wt 1 6 . 0 1 7 . 0 B y D i f f e r e n c e

Total Sulfur % wt 0 . 1 6 0 . 1 8 ASTM D 3177 – 07

Gross Calorific Value

Kcal/Kg 4 4 3 6 4 7 1 0

A S T M D 5 8 6 5 – 1 1 a

43 bakar (wood pellet) selama setahun, jam operasi selama setahun, dan Kandungan energi yang dimiliki wood pellet.

4.2.1 Ketersediaan Wood Pellet Kaliandra per tahun

Ketersediaan bahan bakar Wood pellet Kaliandra sangat tergantung dengan luas lahan yang dikembangkan untuk menanam wood pellet. Menurut ICCTF (Indonesian Climate Change Trust Fund), wood pellet yang dapat diolah dari 1 ha tanaman Kaliandra = 30 ton.

Sehingga, untuk 200 ha Kaliandra, adalah 200 X 30 ton = 6000 ton.

4.2.2. Jam Operasi per tahun

Forced Outage Rated (FOR) merupakan rating yang menggambarkan jumlah jam gangguan (generator tidak beroperasi) dengan jumlah jam operasi dengan ditambah dengan jumlah jam gangguan. Menurut (Djiteng, 2005) FOR pada PLTA berkisar pada 0,1. Sedangkan untuk PLTU berada pada rentang 0,1 – 0,5. Makin andal sebuah unit pembangkit, semakin kecil nilai FOR-nya. Untuk menentukan jam operasi selama setahun adalah dengan:

FOR x 8760.

untuk FOR 0.05. Maka jumlah gangguannya 0.1 x 8760 = 876 jam

Sehingga,

Jam operasi = 8760-876 = 7.884 jam

44 Dari perhitungan tersebut, maka bahan bakar yang dipakai per jam adalah:

6000 ton/ 7.884 jam = 0.761 ton/ jam = 761 kg/ jam

4.3 Efisiensi Pembangkit

Efisiensi pembangkit (η) didefinisikan sebagai rasio antara energi output yang terpakai dengan daya input pada unit pembangkit dalam waktu tertentu. Tabel di bawah menunjukkan efisiensi dari berbagai jenis pembangkit.

Tabel 4.2. Efisiensi Generator

45 Dari tabel dapat dilihat bahwa efisiensi biomassa secara teoritis mencapai 35%. Namun, kondisi aktual PLTU hanya mempunyai efisiensi sebesar 27%.

4.4 Output Daya

Output pembangkit ini diperoleh dengan melakukan operasi perkalian antara Gross Caloric Value (LHV) bahan bakar wood pellet dengan efisiensi pembangkit. Sehingga energi yang dihasilkan adalah:

Low Heating Value x efisiensi (η) = 5.477 watt x 0.27 = 1.478 watt Sehingga, Energi (E) yang diperoleh adalah sebesar 1.478 watt

Energi yang dihasilkan oleh 1 kg Wood pellet dengan efisiensi 27% adalah sebesar 1,478 kw

4. 5 Biaya Bahan Bakar

Pohon Kaliandra yang sudah diolah menjadi wood pellet bahan bakar harganya berkisar antara Rp. 1.100 per kg atau Rp. 1.100.000 per ton (ICCTF, 2011). Sehingga untuk 1 kg wood pellet Kaliandra seharga Rp. 1.100,-

Maka, biaya untuk bahan bakar wood pellet per jam adalah:

Harga per kw adalah: Rp.1.100

1,478�� = Rp. 744,24

Jadi, harga listrik yang dihasilkan per kwh (dengan mengabaikan biaya operasi, maintenance, dan investasi) adalah sebesar Rp. 744,2

46 BAB V

KESIMPULAN

1. Bahan bakar Wood Pellet Kaliandra merupakan salah satu bahan alternatif PLTUdi masa depan dengan semakin berkurangnya cadangan bahan bakar fosil.

2. Ketergantungan kita terhadap bahan bakar yang bersumber dari energi fosil harus terus kita kurangi dengan mengembangkan teknologi berbasis bioemassa (bioenergy).

3. Mudah dan murahnya pengembangbiakan dan pengolahan wood pellet Kaliandra akan menjadikannya sebagai bahan bakar alternatif di masa depan yang akan diperhitungkan.

4. Teknologi pengolahan wood pellet dan juga efisiensi pembangkitan masih perlu ditingkatkan.

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Biomassa

Biomassa merupakan bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintetik, baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran ternak. Selain digunakan untuk tujuan primer serat, bahan pangan, pakan ternak, miyak nabati, bahan bangunan dan sebagainya. Biomassa juga digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar).

Sumber energi biomassa mempunyai beberapa kelebihan antara lain merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable) sehingga dapat menyediakan sumber energi secara berkesinambungan (sustainable). Di Indonesia, biomassa merupakan sumber daya alam yang sangat penting dengan berbagai produk primer sebagai serat, kayu, minyak, bahan pangan dan lain-lain yang selain digunakan untuk memenuhi kebutuhan domestik juga diekspor dan menjadi tulang punggung penghasil devisa negara.

Pemerintah mendorong Pembangunan PLTBiomassa dan Biogas melalui Peraturan Menteri ESDM Nomor 27 Tahun 2014 tentang Pembelian Tenaga Listrik dari Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa dan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas oleh PLN.

7 2.1.1 Biomassa Sebagai Sumber Energi

Biomassa sebagai Sumber Energi Terbarukan yang selalu dapat ditanam ulang dan dituai dengan cara-cara sebagaimana manusia memanfaatkannya sebagai bahan bakar sejak dahulu kala. Kegiatan memanfaatkan biomassa sebagai bahan bakar energi sering juga kita sebut sebagai kegiatan “menanam energi hijau” (energy farming) tanpa membutuhkan modal/ biaya yang terlalu tinggi tetapi mampu melibatkan tenaga kerja sehingga disebut dengan “pro job action”.

Menurut (Gan Thay Kong, 2011) pemanfaat biomassa memiliki dampak-dampak sebagai berikut:

1. Udara di sekitar proses pembakaran biomassa lebih bersih dibandingkan dengan kualitas udara di dekat proses pembakaran BBM fosil.

2. Bagi pengelola pembangkit daya yang berbahan bakar biomassa, hal ini dapat menekan baik biaya investasi-unit pencegah emisi tidak perlu yang terlalu canggih-maupun biaya operasional harian. Semakin kompleks pengoperasiannya, semakin besar energi listrik yang diperlukan karena setiap unit pencegah polusi pun perlu energi listrik.

3. CO2 hasil pembakaran biomassa pun dikategorikan sebagai “carbon neutral” karena diserap kembali oleh tumbuh-tumbuhan guna menopang pertumbuhannya.

4. penanaman tumbuhan energi di lahan-lahan marginal selain mendongkrak pendapatan masyarakat setempat juga dapat mencegah terjadinya erosi tanah dan berarti mengurangi potensi longsor.

8 5. Bila lahan-lahan “tidur” tadi dimanfaatkan untuk tanaman-tanaman maka

fungsi “penyerap” air hujan diaktifkan kembali sebagai salah satu cara mencegah banjir.

Potensi biomassa di Indonesia yang bisa digunakan sebagai sumber energi jumlahnya sangat melimpah. Limbah yang berasal dari hewan maupun tumbuhan semuanya potensial untuk dikembangkan. Tanaman pangan dan perkebunan menghasilkan limbah yang cukup besar, yang dapat dipergunakan untuk keperluan lain seperti bahan bakar nabati. Pemanfaatan limbah sebagai bahan bakar nabati memberi tiga keuntungan langsung. Pertama, peningkatan efisiensi energi secara keseluruhan karena kandungan energi yang terdapat pada limbah cukup besar dan akan terbuang percuma jika tidak dimanfaatkan. Kedua, penghematan biaya, karena seringkali membuang limbah bisa lebih mahal dari pada memanfaatkannya. Ketiga, mengurangi keperluan akan tempat penimbunan sampah karoena penyediaan tempat penimbunan akan menjadi lebih sulit dan mahal, khususnya di daerah perkotaan.

Selain pemanfaatan limbah, biomassa sebagai produk utama untuk sumber energi juga akhir-akhir ini dikembangkan secara pesat. Kelapa sawit, jarak, kedelai merupakan beberapa jenis tanaman yang produk utamanya sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Sedangkan ubi kayu, jagung, sorghum, sago merupakan tanaman-tanaman yang produknya sering ditujukan sebagai bahan pembuatan bioethanol.

9 2.1.2 Densifikasi Biomasa Menjadi Pellet

Biomasa pada umumnya memiliki volume yang besar sehingga tidak efisien dalam pengangkutan dan penanganannya. Sehingga untuk mengatasi masalah tersebut volume biomasa perlu dikecilkan dengan dimampatkan dengan alat press. Pengaplikasian tekanan apalagi dengan suhu tinggi membuat biomasa tersebut akan mampat dan merekat kuat. Pemampatan tersebut akan membuat bahan bakar padat yang memiliki densitas lebih tinggi dan energi tiap volumenya sama. Pada umumnya dengan cara ini tidak dibutuhkan lagi tambahan perekat dari luar, karena senyawa lignin dalam biomasa tersebut yang akan berperan sebagai perekat.

Pellet saat ini diproduksi hingga skala besar dan penggunanya besar sedangkan briket umumnya diproduksi pada skala lebih kecil dan penggunanya tidak sebanyak pellet. Baik pellet maupun briket dibuat dari kayu keras dan kayu lunak. Secara sepintas kita bisa membedakan pellet dan briket berdasarkan dimensinya. Pellet berukuran lebih kecil dengan diameter sekitar 10 mm sedangkan briket berukuran lebih besar dengan ukuran sekitar 50 hingga 100 mm dengan panjang biasanya 60 hingga 150 mm dan bahkan lebih besar. Bahan bakar biomasa semakin mendapat perhatian dan diminati karena ramah lingkungan (kandungan sulfurnya hampir nol) dan termasuk energi terbarukan. Aplikasi pellet dan briket biomasa ini untuk bahan bakar rumah tangga hingga industri.

Kandungan energi adalah suatu poin penting bagi sejumlah pemakai. Sebagai contoh tingginya nilai kalor bisa membuat suhu pembakaran yang lebih tinggi dan

10 berpotensi merusak tungku (furnace). Pellet dan briket yang digunakan ekport perlu disampling dan diuji untuk meyakinkan terhadap standar yang berlaku. Briket kayu atau Synthetic Logs atau Uncarbonized Briquette berbeda dengan briket arang, karena bahan baku briket kayu ini adalah biomasa (biasanya serbuk gergaji) yang tidak diarangkan/ karbonisasi atau secara fisik menyerupai pellet kayu hanya ukurannya lebih besar.

Sebagai bahan bakar yang karbon netral karena berasal dari biomasa, pellet dan briket adalah bahan bakar alternatif untuk pemanas-pemanas batubara dan boiler yang bisa digunakan untuk berbagai sistem pembakaran modern. Sebagai bahan bakar baik briket maupun pellet sebanding dengan batubara dalam hal kandungan energi, dan menawarkan berbagai pengurangan emisi gas NOx dan Sox dan juga kadar abu yang rendah. Di sejumlah negara di Eropa dan Amerika bahan bakar pellet dan briket ini semakin popular akhir-akhir ini karena dorongan untuk menngunakan yang ramah lingkungan dan terbarukan. Mempertimbangkan Industri Wood Pellet dan Biomass Briquette Untuk Indonesia Wood pellet lebih luas penggunaannya dibandingkan biomass briquette. Ukuran fisiknya lebih kecil (6-25 mm / cylindrical) dan tingkat kepadatannya juga lebih kecil (600-800 kg/m3) dibandingkan biomass briquette (screw type size 40-125 mm dan 1000-1400 kg/m3).

Wood pellet juga diproduksi dari pabrik ukuran kecil hingga ukuran besar atau massif, sedangkan biomass briquette hingga skala menengah saja. Sehingga hanya perusahaan-perusahaan besar (modal kuat) umumnya saja yang berinvestasi di industri wood pellet. Pasar wood pellet dari rumah tangga, industri kecil menengah

11 hingga pembangkit listrik, sedangkan pasar biomass briquette berkisar dari rumah tangga hingaa industri kecil dan menengah saja.

Ditinjau dari bahan bakunya wood pellet dan biomass briquette menggunakan jenis biomassa yang sama yakni serbuk gergaji (sawdust) dari kayu atau dalam bentuk woodchip. Bila kita tinjau lebih detail tidak semua bagian dari pohon memiliki kandungan unsur yang sama. Lebih khusus untuk aplikasi wood pellet dan biomass briquette karena untuk aplikasi thermal bahan yang mengandung banyak kalsium (Ca) yakni dibatang pohon menjadi pilihan utama.

Sebagai negara tropis dengan besarnya luas wilayah, tanah yang subur dan keanekaragaman hayati yang tinggi maka sangat potensial untuk produksi wood pellet dan biomass briquette baik untuk konsumsi lokal maupun pasar luar negeri asalkan budidaya dan pengelolaan tumbuhan “kayu energi” tersebut secara berkesinambungan dengan memperhatikan kelestarian alam.

2.2. Wood Pellet Kaliandra Merah

Kaliandra (chalothirsus) adalah tanaman pagar yang perakarannya kuat karena tipe akarnya yang masuk ke dalam. Karakteristik inilah yang dipakai alasan mengapa kaliandra sangat cocok untuk tanaman pagar pada tanah yang mempunyai kemiringan tajam. Kaliandra berbunga sepanjang waktu tanpa mengenal musim. Bila menanam mulai biji, kaliandra akan mulai berbunga pada maksimum usia 2 tahun. Kaliandra tahan pada tanah yang terbatas airnya,kering dan tandus, karena perakarannya yang dalam, kaliandra mampu mengikat air sehingga dapat dipakai untuk merehabilitasi kandungan air tanah. Saat tanaman sudah setinggi 1 meter, akan bisa bertahan dan tumbuh subur meskipun saat musim kering (kemarau). Kaliandra

12 akan berbunga dan tumbuh subur pada kondisi cuaca yang ekstrim (panas >33 derajat celcius) dan daerah yang tandus, akan tetapi perkembangan generatif terganggu, bunga rontok sebelum jadi buah dan biji, sehingga untuk perbanbanyakannya dengan vegetatif (cangkok, stek, dll). Pada setiap pagi, bila kita amati, di pangkal benang sari terdapat titik-titik air berwarna kekuningan, dan bila dijilat berasa manis. Itulah nektar yang disukai lebah, sehingga kaliandra menjadi tanaman primadona bagi pelebah. Sebuah survey di Eropa, dengan 1 ha luasan tanah untuk budidaya kaliandara dalam satu tahun mampu menghasilkan 2 ton madu. Bayangkan, di Eropa terdapa 4 musim, dimana saat musim dingin semua tanaman hampir dipastikan mengalami hibernasi, sehingga tidak ada sedikitpun sumber makanan lebah alami. Sedangkan di Indonesia, kaliandra akan berbunga tanpa mengenal waktu. Saat ini musim penghujan, kaliandra ku masih tetep menampakkan bunganya dengan gagahnya. Sehingga masa-masa deplesi nektar tidak terjadi di Indonesia. Dengan demikian jumlah produksi 2 ton madu per tahun di Eropa dapat terlampaui. 2 ton saat ini setara dengan 2000 kg x Rp50.000/kg atau sekitar 100 juta. Atau bila di kurskan dengan pendapatan per bulan sekitar 8 juta per bulan. Praktis kita hanya butuh alat untuk pemanenan madu saja dan investasi awal koloni. Sungguh sangat menggiurkan. Lahan seluas 1 ha, saat ini sangatlah sulit. Akan tetapi yang perlu diketahui, radius mencari makan lebah 3,2 mill atau sekitar 4.8 km. Artinya berapapun luasan tanah yang kita punya masih sangat menjanjikan. Katakanlah, tanah ukuran 20 x 25 m, bila sebagai tanaman pakar bisa ditanami 90 batang pohon kalindra. sedangkan luasana dalam bisa ditanami pohon berbuah seperti klengkeng dan durian. Bila di tanami klengkeng bisa sekitar 60 batang pohon, bila ditanami durian bisa 20 batang pohon. Disela-selanya bisa ditanami pohon

13 semusim berumur pendek, atau tanaman perdu berbunga yang disukai lebah seperti bunga matahari, lombok, terong, dll. Kaliandra sangat cepat bertunas setelah di potong. karena itu, kaliandra seringkali dipakai untuk sember makanan ternak baik kambing maupun sapi. Pemotongan terjadwal dapat dilakukan untuk menjaga kontinuitas pasokan pakan sepanjang waktu. Kaliandra mempunyai kandungan nutrisi yang baik untuk pakan ternak, hal ini telah dilakukan banyak penelitian mengenai manfaat kaliandra sebagai suplemen makanan ternak. Di Jawa Barat, kaliandra telah dimanfaatkan sebagai sumber pakan ternak kambing dan domba. Di Bedugul, Bali, kaliandra dipakai sebagai pakan sapi. Di berbagai penelitian, telah mempublikasikan kaliandra sebagai tanaman yang sangat mudah beradaptasi dan sebagai tanaman yang mampu merehbilitasi tanah yang tercemar. Di Kalimantan, kaliandra dipakai untuk merehabilitasi tanah bekas tambang batu baru. Kaliandra mampu mengikat unsur-unsur tertentu (hara) sehingga mampu memulihkan kesuburan tanah, dan juga mampu menguraikan zat pencemar seperti sisa hasil tambang.

Gambar 2.1 Pohon Kaliandra

Indonesia adalah negara tropis yang kaya akan potensi biomasa baik dari kuantitas maupun keanekaragamannya. Menurut ESDM potensi limbah biomasa Indonesia bila dikonversi menjadi energi listrik sebesar 49.810 MW dan yang sudah dimanfaatkan

14 sebesar 1.618,40 MW atau baru 3,25%-nya. Padahal biomasa tersebut bisa dimanfaatkan untuk berbagai keperluan antara lain untuk energi, memperbaiki kesuburan tanah, menyerap karbon dioksida dari atmosfer hingga produksi berbagai bahan kimia.

Tentu berbagai penelitian dan menumbuhkembangkan industri terkait akan terus dilakukan dan digalakkan untuk pengolahan limbah biomassa tersebut sehingga memberikan kemanfaatan yang besar terutama di bidang ekonomi, teknologi dan lingkungan.

Gambar 2.2 Wood Pelet Kaliandra

2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

PLTU adalah suatu pembangkit yang menggunakan uap sebagai penggerak utama (prime mover). Untuk menghasilkan uap, maka haruslah ada proses pembakaran untuk memanaskan air. PLTU merupakan suatu sistem pembangkit tenaga listrik yang mengkonversikan energi kimia menjadi energi listrik dengan menggunakan uap air sebagai fluida kerjanya, yaitu dengan sudu-sudu turbin menggerakkan poros turbin, untuk selanjutnya poros turbin

15 Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik tenaga uap. Di mana komponen utama dari sistem tersebut yaitu: Ketel, kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi sebagai fluida kerja dihasilkan oleh ketel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap.

Gambar: 2.3 Blok Diagram PLTU berbahan Bakar Wood Pellet Kaliandra Proses Konversi energi pada PLTU mengalami tiga tahapan, yaitu:

1. Energi Kimia dalam bahan Bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi.

2. Energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. 3. Energi Mekanik diubah menjadi energi listrik.

2.3.1 Siklus Rankine

Siklus Rankine setelah diciptakan langsung diterima sebagai standar untuk pembangkit daya yang menggunakan uap (steam). Siklus ini merupakan siklus yang paling banyak digunakan untuk pembangkit daya listrik sekarang ini. Oleh karena siklus Rankine merupakan siklus uap cair maka paling baik siklus itu digambarkan dengan diagram P-v dan T-s dengan garis yang menunjukkan uap jenuh dan cair jenuh. Fluida kerjanya adalah air (H2O).

16

2 3

Wp WT

1 4

Gambar 2.4 Blok Diagram Siklus Rankine

Siklus ideal yang terjadi di dalam turbin adalah siklus Rankine; Air pada siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik s1 = s2 masuk ke boiler dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi Boiler menyerap panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari boiler masuk ke turbin dengan kondisi super panas h3 = h4 dan keluaran dari turbin berbentuk uap jenuh dimana laju aliran massa yang masuk ke turbin sama dengan laju aliran massa keluar dari turbin, ini dapat digambarkan dengan menggunakan diagram T-s berikut:

BOILER

konderser

Q in

17 3

T Cp

2

4 1

s

Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada fluida kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses Siklus 1 – 2 – 2’ – 3 – 3’ – 4 – 1

Dengan rumus:

W = φ T dS...(2.1) W = Kerja per satuan berat fluida kerja

Ds = Luas 1 – 2 - 2 – 2’ – 3 – 4 - 1 pada diagaram ( T – s )

Dalam kenyataannya, Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus Ideal (Siklus Rankine ) antara lain karena faktor tersebut di bawah ini:

1. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian gesekan dan kerugian kalor ke atmosfer di sekitarnya.

18 2. Kerugian tekanan dalam ketel uap.

3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida kerja dan bagian-bagian dari turbin.

2.3.2 Prinsip Kerja Turbin Uap

Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut :

Uap masuk ke dalam turbin melalui nosel. Di dalam nosel energi panas dari uap dirubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat masuk ke dalam nosel, akan tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar dari pada saat masuk ke dalam nosel.

Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti

lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros turbin.

Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkan sudu turbin berarti hanya sebagian yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin dimanfaatkan maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris sudu gerak.

Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak. Maka antara baris pertama dan baris kedua sudu gerak dipasang satu baris sudu tetap ( guide blade ) yang berguna untuk mengubah arah kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah yang tepat.

Kecepatan uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat sekecil mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi relatif kecil.

Pada Generator sinkron energi mekanik yang diubah berupa putaran menjadi energi listrik bolak balik (AC), Energi mekanis diberikan oleh penggerak mulanya.

19 Sedangkan energi listrik bolak balik (AC) akan dihasilkan pada rangkaian jangkarnya. Kumparan medan pada generator sinkron disebut rotor (bagian yang berputar) dan kumparan jangkar disebut stator (bagian yang tidak berputar)

Turbin Uap Jenis Bertingkat

Turbin uap dibuat dengan daya yang telah ditentukan. Daya yang

dihasilkan turbin diperoleh dari selisih entalphi (panas jatuh) dan kapasitas uap ( massa aliran uap persatuan waktu ) yang masuk kedalam turbin. Dan pada saat transformasi energi didalam turbin terjadi kerugian, sehingga daya yang dihasilkan turbin dapat dihitung dengan persamaan berikut:

P = h . ms . ηi . ηm (KW)...(2.2)

dimana :

h : selisih entalpi dari ekspansi esentropik antara uap baru masuk kedalam turbin dengan uap bekas yang keluar dari turbin , dalam KJ/Kg.

Ms : kapasitas uap (massa uap yang masuk kedalam turbin persatuan waktu).

ηi : Rendemen dalam turbin.

ηm : Rendamen mekanis dari turbin.

Dan randemen dari kopling dari turbin

ηI . ηm = ηc ...(2.3)

Besarnya harga randemen dari turbin tergantung dari kepada sistem sudu-sudu turbin. Pada turbin bertingkat deretan sudu-sudu ada dua atau lebih sehingga dalam turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan, tegantung dari jenis turbin ( aksi dan reaksi ) serta hasil-hasil fabrikasi. Berikut gambar grafik

20 kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat pada turbin bertingkat aksi dan

reaksi. Turbin reaksi mengalami ekspansi pada sudu pengarah maupun pada sudu gerak sehingga menggerakan dan mendorong sudu dalam arah aksial. Untuk mengurangi dorongan aksial ini, adalah biasanya dengan memasang sudu-sudu gerak pada pada drum yang juga berfungsi sebagai rotor.

Proses Induction Steam Turbin

Uap masuk kedalam emergency stop valve, dimana fungsinya menutup total suplai uap dari boiler ke turbin dalam waktu yang singkat. Setelah dari stop valve, uap melewati HP control valve. Control valve ( katup pengatur ) ini digerakkan oleh sebuah balok yang diatur naik atau turun oleh sebuah silinder melalui serangkai tuas. Silinder ini menerima sinyal dari Governor.

Katup pengatur uap tekanan tinggi ( HP Control Valve ) mengatur jumlah uap yang masuk ke nosel ( pipa semprot ), yang selanjutnya menggerakkan turbin impuls satu tingkat. Energi uap yang masih tersisa kemudian menggerakkan turbin reaksi yang terdiri atas 14 tingkat. Desain turbin ini memungkinkan penggunaan uap tekanan rendah (LP steam) yang diijeksikan/induction untuk membantu menggerakkan turbin reaksi tingkat ke 13 dan tingkat ke 14.

Pola operasi dengan uap tekanan rendah yang bertekanan konstan diatur oleh LP control valve ( katup pengatur uap tekanan rendah ). Governor mengatur aliran uap tekanan rendah dan daya keluaran turbin yang tidak saling bergantung satu sama lainnya. Uap yang telah diekspansikan keluar melalui pipa buangan berdiameter 70 inchi. Pipa buangan dari tiap turbin 905 - TG 1/2/3/4 bergabung pada satu pipa berdiameter 110 inchi yang selanjutnya mengalirkan uap dan kondensat ke surface condensor (pendingin dengan media udara). Sebelum air tersebut dikembalikan ke Boiler (ketel), air kondensat digabungkan dengan air yang ada pada bak penampung dan dipompakan ke Turbin 1 Tingkat yang berjumlah dua buah untuk menjaga kekurangan kuantitas air ke Boiler. Air

21 dikembalikan kembali ke boiler untuk diubah menjadi uap kembali, jadi sistem yang digunakan adalah sistem tertutup.

Rumah turbin terbagi dua dalam arah horizontal yang dipasangkan pada dudukan Bantalan (Bearing Pendestal ).

Pipa keluaran uap dan kondensat dihubungkan dengan turbin memakai sambungan Flens dan arah aliran kebawah. Poros turbin terbuat dari baja tempa yang kemudian dikerjakan dengan proses permesinan. Sudu turbin terdiri dari sudu impuls dan sudu reaksi. Bantalan Luncur ( Jounal Bearing ) penyangga poros terdiri dari dua bahagian. Dudukan bagian depan juga merupakan Rumah

Bantalan Aksial (Trust Bearing) yang meredam gaya aksial. Kelonggaran yang tepat antara sudu tetap dengan sudu gerak akan menghasilkan pemanfaatan energi yang optimum.

Balancing Piston dipasang pada turbin untuk mengimbangi gaya aksial yang ditimbulkan oleh sudu reaksi. Besarnya gaya aksial bergantung kepada beban yang terjadi yang kelebihannya ditahan oleh bantalan aksial. Pada saat bersamaan Balancing piston menyekat uap tekanan tinggi didaerah sudu impuls. Diafragma memisahkan uap bertekanan tinggi dengan uap bertekanan rendah. Turbin dikontrol oleh governor hidrolik.

Pompa pelumas utama dan Impeler dari governor diputar oleh turbin melalui roda gigi. Governor adalah sebagai pengatur yang berfungsi untuk mengurangi aliran uap ke turbin bila kecepatan putar melebihi yang diinginkan (Over Speed).

Bagian – bagian Turbin Uap

Dari data yang didapatkan dari Blue Book dan menurut lampiran dari gambar Turbin Part SR 434450 maka bagian – bagian Turbin dapat diuraikan sebagai berikut :

1. CASSING

Adalah sebagai penutup bagian-bagian utama turbin. 2. ROTOR

22 Adalah bagian turbin yang berputar yang terdiri dari poros, sudu turbin atau deretan sudu yaitu Stasionary Blade dan Moving Blade. Untuk turbin

bertekanan tinggi atau ukuran besar, khususnya unuk turbin jenis reaksi maka motor ini perlu di Balanceuntuk mengimbagi gaya reaksi yang timbul secara aksial terhadap poros.

3. BEARING PENDESTAL

Adalah merupakan kekdudukan dari poros rotor. 4. JOURNAL BEARING

Adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan Gaya Radial atau Gaya Tegak Lurus Rotor.

5. THRUST BEARING

adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan atau untuk menerima gaya aksial atau gaya sejajar terhadap poros yang merupakan gerakan maju

mundurnya poros rotor. 6. MAIN OLI PUMP

Berfungsi untuk memompakan oli dari tangki untukdisalurkan pada bagian – bagian yang berputar pada turbin . Dimana fungsi dari Lube Oil adalah :

 Sebagai Pelumas pada bagian – bagian yang berputar.

 Sebagai Pendingin ( Oil Cooler ) yang telah panas dan masuk ke bagian turbin dan akan menekan / terdorong keluar secara sirkuler

 Sebagai Pelapis ( Oil Film ) pada bagian turbin yang bergerak secara rotasi.

 Sebagai Pembersih ( Oil Cleaner ) dimana oli yang telah kotor sebagai akibat dari benda-benda yang berputar dari turbin akan terdorong ke luar secara sirkuler oleh oli yang masuk .

7. GLAND PACKING

Sebagai Penyekat untuk menahan kebocoran baik kebocoran Uap maupun kebocoran oli.

23 Mempunyai fungsi yang sam dengan gland packing.

9. IMPULS STAGE

Adalah sudu turbin tingkat pertama yang mempunyai sudu sebanyak 116 buah 10.STASIONARY BLADE

Adalah sudu-sudu yang berfingsi untuk menerima dan mengarahkan steam yang masuk.

11. MOVING BLADE

Adalah sejumlah sudu-sudu yang berfungsi menerima dan merubah Energi Steam menjadi Energi Kinetik yang akan memutar generator.

12. CONTROL VALVE

Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk mengatur steam yang masuk kedalam turbin sesuai dengan jumlah Steam yang diperlukan.

13. STOP VALVE

Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk menyalurkan atau menghentikan aliran steam yang menuju turbin.

14. REDUCING GEAR

Adalah suatu bagian dari turbin yang biasanya dipasang pada turbin-turbin dengan kapasitas besar dan berfungsi untuk menurunkan putaran poros rotor dari 5500rpm menjadi 1500 rpm.

Bagian-bagian dari Reducing Gear adalah :

 Gear Cassing adalah merupakan penutup gear box dari bagian-bagian dalam reducing gear.

 Pinion ( high speed gear ) adalah roda gigi dengan type Helical yang putarannya merupakan putaran dari shaft rotor turbin uap.

 Gear Wheal ( low speed gear ) merupakan roda gigi type Helical yang putarannya akan mengurangi jumlah putaran dari Shaft rotor turbin yaitu dari 5500 rpm menjadi 1500 rpm.

 Pinion Bearing yaitu bantalan yang berfungsi untuk menahan / menerima gaya tegak lurus dari pinion gear.

24  Pinion Holding Ring yaitu ring berfungsi menahan Pinion Bearing

terhadap gaya radial shaft pinion gear.

 Wheel Bearing yaitu bantalan yang berfungsi menerima atau menahan gaya radial dari shaft gear wheel.

 Wheel Holding Ring adalah ring penahan dari wheel Bearing terhadap gaya radial atau tegak lurus shaft gear wheel.

 Wheel Trust Bearing merupakn bantalan yang berfungsi menahan atau menerima gaya sejajar dari poros gear wheel ( gaya aksial ) yang merupakan gerak maju mundurnya poros.

2.3.3 Klasifikasi turbin uap

Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan tekanan uap sebagai berikut:

2.3.3.1 Berdasarkan Prinsip Kerjanya 2. Turbin Impulse

Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar.

 Turbin satu tahap.

 Turbin impuls gabungan.

 Turbin impuls gabungan kecepatan. Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:

- Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nosel.

- Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata. 3. Turbin Reaksi

Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris, karena

25 berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap walaupun

arahnya lengkungnya berlawanan. Ciri-ciri turbin ini adalah :

- Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak

- Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.

2.3.3.2 Berdasarkan pada Tingkat Penurunan Tekanan dalam Turbin

 Turbin Tunggal ( Single Stage )

Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.

 Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).

Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.

2.3.3.3 Turbin Berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap  Turbin Kondensasi.

Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.

 Turbin Tekanan Lawan.

Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.

 Turbin Ekstraksi.

Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan lain, misalnya proses industri.

26 2.3.4 Generator Sinkron

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan generator sinkron. Oleh sebab itu generator sinkron memegang peranan penting dalam sebuah pusat pembangkit listrik. Generator sinkron (sering disebut alternator) merupakan sebuah mesin sinkron yang berfungsi mengubah energi mekanik berupa putaran menjadi energi listrik bolak-balik (AC).

Generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin sinkron tidak dapat start sendiri karena kutub-kutub tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala. Generator sinkron dapat berupa generator sinkron tiga phasa atau generator sinkron satu phasa.

2.3.4.1 Konstruksi Generator Sinkron

Pada prinsipnya, konstruksi Generator sinkron sama dengan motor sinkron. Secara umum, konstruksi generator sinkron terdiri dari stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk simetris dan silindris. Selain itu generator sinkron memiliki celah udara ruang antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluksi atau induksi energi listrik dari rotor ke-stator.

Pada Gambar 6.1 dapat dilihat konstruksi sederhana dari sebuah generator sinkron secara umum :

27 Gambar 2.6 Konstruksi generator sinkron secara umum

A. Rotor

Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet yang kemudian tegangan dihasilkan dan akan diinduksikan ke stator. Generator sinkron memiliki dua tipe rotor, yaitu :

1.) Rotor berbentuk kutub sepatu (salient pole)

2.) Rotor berbentuk kutub dengan celah udara sama rata (cylindrical) 1. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)

Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Kumparan dibelitkan pada tangkai kutub, di mana kutub-kutub diberi laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy, kumparan-kumparan medannya terdiri dari bilah tembaga persegi. Kutub menonjol ditandai dengan rotor berdiameter besar dan panjang sumbunya pendek.

Selain itu jenis kutub salient pole, kutub magnetnya menonjol keluar dari permukaan rotor. Belitan-belitan medan dihubung seri. Ketika belitan medan ini disuplai oleh eksiter, maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub yang berlawanan. Bentuk kutub menonjol generator sinkron tampak seperti Gambar berikut :

28 Gambar 2.7 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran rendah dan sedang (120-400 rpm). Generator sinkron tipe seperti ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit listrik. Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang karena :

• Konstruksi kutub menonjol tidak terlalu kuat untuk menahan tekanan mekanis apabila diputar dengan kecepatan tinggi.

• Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi yang besar dan bersuara bising jika diputar dengan kecepatan tinggi.

2. Rotor kutub tak menonjol (Rotor Silinder)

Rotor tipe ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang mempunyai sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga kumparan medan yang terletak pada rotor maka jumlah kutub pun sedikit yang dapat dibuat. Belitan-belitan medan dipasang pada alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh eksiter. Gambar bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada Gambar 6.1.1.b berikut:

29 Gambar 2.8 Rotor Kutub tak Menonjol Generator Sinkron

Rotor terdiri dari beberapa komponen utama yaitu : 1. Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke-slip ring ini kemudian dihubungkan kesumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring.

2. Sikat

Sebagaian dari generator sinkron ada yang memiliki sikat ada juga yang tidak memiliki sikat. Sikat pada generator sinkron berfungsi sebagai saklar putar untuk mengalirkan arus DC ke-kumparan medan pada rotor generator sikron. Sikat terbuat dari bahan karbon tertentu.

3. Kumpara rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsure yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber eksitasi tertentu.

4. Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor.

B. Stator

Stator atau armatur adalah bagian generator yang berfungsi sebagai tempat untuk menerima induksi magnet dari rotor. Arus AC yang menuju ke beban disalurkan melalui armatur, komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder dengan

30 lilitan kawat konduktor yang sangat banyak. Armatur selalu diam (tidak bergerak). Oleh karena itu, komponen ini juga disebut dengan stator. Lilitan armatur generator dalam wye dan titik netral dihubungkan ke tanah. Lilitan dalam wye dipilih karena: 1. Meningkatkan daya output.

2. Menghindari tegangan harmonik, sehingga tegangan line tetap sinusoidal dalam kondisi beban apapun.

Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti permeabilitas dan resistivitas dari bahan tinggi. Gambar 2.9 berikut memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar

Gambar 2.9 Inti Stator dan Alur Pada Stator 2.3.4.2 Prinsip kerja

Adapun prinsip kerja dari suatu generator sinkron adalah:

1. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.

2. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya persamaan (6.1) dimana : � ₌120�

� ... (2.4)

31 p = Jumlah kutub rotor

f = frekuensi (Hz)

3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan persamaan

dimana : �= −��∅_�� ...(2.5) �= −��∅���� sin ��_�� ...(2.6) �= −��∅��������� ...(2.7)

E = ggl induksi (Volt) N = Jumlah belitan C = Konstanta p = Jumlah kutub n = Putaran (rpm) f = Frequensi (Hz)

ϕ = Fluks magnetik (weber)

Untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik.

32 2.3.4.3 Reaksi Jangkar

Bila beban terhubung ke terminal generator maka pada belitan stator akan mengalir arus, sehigga timbul medan magnet pada belitan stator. Medan magnet ini akan mendistorsi medan magnet yang dihasilkan belitan rotor. Seperti yang dijelaskan pada Gambar:

Gambar 2.10 Model Reaksi Jangkar

2.3.3. 4 Sistem Eksitasi

Berdasarkan cara penyaluran arus searah pada rotor generator sinkron, sistem eksitasi terdiri dari dua jenis yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan sikat (brushless excitation) dan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless). Ada dua jenis sistem eksitasi dengan menggunakan sikat yaitu :

1. Sistem eksitasi konvensional (menggunakan generator arus searah). 2. Sistem eksitasi statis.

Sedangkan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat terdiri dari : 1. Sistem eksitasi dengan menggunakan baterai.

2. Sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen Magnet Generator (PMG)

33 Dalam prinsip dasar konversi energi kita mengacu pada hukum kekekalan energi yaitu energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan melainkan hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain.

Hampir semua bentuk energi, sebelum diubah menjadi energi listrik harus diubah dulu menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Termasuk diantaranya energi dalam bentuk angin, aliran air dan aliran uap semuanya harus diubah terlebih dahulu menjadi energi mekanik berbentuk putaran agar bisa dikonversikan menjadi energi listrik. Sementara uap diperoleh melalui proses pemanasan air di dalam boiler dan boiler memerlukan bahan bakar. Jadi, secara sederhana dapat kita katakan bahwa segala sesuatu yang dapat dibakar dan dipergunakan untuk memanaskan air sehingga air tersebut berubah menjadi uap bertekanan yang akan digunakan untuk memutar turbin uap yang dikopel dengan generator, dapat diubah menjadi energi listrik.

Pelet Kaliandra Merah dapat dijadikan bahan bakar merupakan sebuah PLTU.

PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Urutan sirkulasinya secara singkat adalah sebagai berikut:

1. Air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh luas permukaan pemindah panas. Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap.

2. Uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.

3. Generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan.

34 Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air. Air kondensat hasil kondensasi uap kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi boiler. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang.

Sekalipun siklus fluida kerjanya merupakan siklus tertutup, namun jumlah air dalam siklus akan mengalami pengurangan. Pengurangan air ini disebabkan oleh kebocoran - kebocoran baik yang disengaja maupun yang tidak disengaja. Untuk mengganti air yang hilang, maka perlu adanya penambahan air kedalam siklus. Kriteria air penambah (make up water) ini harus sama dengan air yang ada dalam siklus.

Adapun bahan bakar boiler pada PLTU ini adalah pelet kayu Pohon Kaliandra Merah. Pohon Kaliandra Merah yang sudah ditebang, dikurangi kadara airnya, kemudian diolah menjadi potongan-potongan kecil berupa pelet.

2.3.6 Peralatan Utama pada PLTU berbahan Bakar Pelet Kaliandra a. Raw Water Tank

Raw Water Tank berfungsi untuk tempat penampungan air hasil demineralisasi.

b. Water Treatment Plant ( WTP )

WTP berfungsi sebagai tempat terjadinya proses demineralisasi air. Air ini yang akan disuplai ke boiler.

c. Circuling Water Pump

Circuling Water Pump berfungsi sebagai pompa untuk menyirkulasi air. d. Feed Water Tank

35 Tempat dikumpulkannya air sebelum disupply ke boiler.

e. Boiler Feed Pump

Pompa untuk memompakan air dari Feed Water Tank ke dalam boiler.

f. Economizer

Adalah suatu perangkat mekanik yang dimaksudkan untuk mengurangi konsumsi energi, atau untuk melakukan fungsi lain, seperti memanaskan cairan.

g. Boiler

Suatu boiler (pembangkit uap) merupakan kombinasi kompleks dari economizer, ketel, pemanas lanjut, pemanas ulang, dan pemanas udara awal.

Ketel adalah bagian dari pembangkit uap di mana air jenuh diubah menjadi uap jenuh. Ketel ini dapat diklasifikasikan berdasar:

1. Jenisnya

a. Ketel tangki b. Ketel pipa air c. Ketel pipa api

2. Bahan Bakar yang Digunakan

a. Padat (dalam hal ini, pelet kayu Pohon Kaliandra Merah). b. Cair

c. Gas 3. Kegunaan

36 b. Di laut atau transportasi (locomobile)

4. Tekanan Kerja a. Rendah (≤ 5 ata )

b. Menengah (medium) (5 ÷ 40 ata) c. Tinggi (40 ÷ 80 ata)

d. Ekstra tinggi (super kritis) 5. Produksi Uap

a. Kecil (≤ 250 kg/jam)

b. Menengah (250 ÷ 5000 kg/jam) c. Besar (> 5000 kg/jam)

h. Boiler Drum

Merupakan sebuah wadah air / uap di ujung atas tabung air. Boiler drum menyimpan uap yang dihasilkan oleh tabung air dan bertindak sebagai pemisah antara uap dan air [6].

i. Turbin Uap

Turbin uap merupakan mesin dengan aliran tetap, di mana uap melalui nosel diekspansikan ke sudu – sudu turbin dengan penurunan tekanan yang drastis sehingga terjadi perubahan energi kinetik pada uap. Energi kinetik uap yang keluar dari nosel diberikan pada sudu – sudu turbin.

Nosel adalah saluran yang mempunyai luas permukaan bervariasi sehingga dirancang untuk menurunkan tekanan dari bagian masuk ke bagian keluar guna mempercepat aliran.

37 Merupakan mesin listrik yang berfungsi mengubah energi mekanik berupa putaran menjadi energi listrik. Generator yang umumnya digunakan dalam pusat listrik adalah generator sinkron tiga fasa. Generator ini diputar satu poros dengan turbin. Dapat dikopel langsung dengan turbin ataupun dikopel dengan gear reducer terlebih dahulu sebelum dikopel dengan turbin dengan tujuan memperoleh kecepatan putar yang sesuai.

k. Kondensor

Kondensor adalah tempat terjadinya proses kondensasi/ pengembunan. Adapun tujuan kondensasi uap adalah:

Agar diperoleh air pengisi ketel bersuhu tinggi yang dapat dialirkan ke ketel uap dengan bantuan pompa.

1. Dengan proses kondensasi, uap dapat dikeluarkan dari penggerak utama dengan tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfer secara lebih ekonomis. Kerja yang dihasilkan sebagian besar diperoleh dari proses ekspansi uap.

2. Efisiensi termodinamik lebih besar, tekanan balik akan rendah. Akan tetapi perlu diketahui bahwa seiring dengan turunnya tekanan balik, akan diikuti dengan kenaikan harga peralatan.

Ditinjau dari proses pencampuran air pendingin dengan uap, kondensor dapat digolongkan dalam dua kelas:

1. Kondensor jet

38 Pada kondensor tipe jet, proses kondensasi dari uap dilakukan dengan pencampuran uap dengan air. Air untuk kebutuhan kondensasi uap harus murni, minimal sama dengan kualitas air kondensat yang menuju suatu sumber panas. Air pengisi ketel diambil dari sumber panas.

Kondensor jet dapat digolongkan menurut arah dari aliran air dan uap, yaitu aliran sejajar dan aliran berlawanan. Selain itu ada pula jenis ejektor dan kondensor barometer. Pada kondensor jet jenis aliran sejajar, uap dan percikan air pendingin dimasukkan dari sisi atas dan kemudian bersama – sama jatuh ke bawah akibat gaya gravitasi. Pada kondensor jet jenis aliran berlawanan, uap mengalir menuju bagian atas melintasi kondensor dan bertemu dengan air pendingin yang dialirkan dari sisi atas. Pengeluaran udara terapat di bagian atas dan pemisahan air berada di bagian bawah kondensor. Pada kondensor jenis ejektor terdapat sejumlah pipa konus yang di dalamnya terjadi pencampuran uap dan air. Energi kinetik uap dimanfaatkan untuk menggerakkan air pendingin dari dalam kondensor menuju sumber panas yang bertekanan atmosfer. Kondensor jet barometer mempunyai pipa keluaran yang panjang dan dipasang tegak lurus. Kegunaan pipa ini ialah untuk mengalirkan air hasil kondensasi yang bersuhu tinggi ke tangki penyimpanan di bagian bawah kondensor tanpa bdantuan pompa. Udara dikeluarkan dari bagian atas kondensor.

Pada kondensor permukaan, uap tidak kontak langsung dengan air pendingin. Air pendingin mengalir di dalam pipa dan uap mengalir di sekeliling permukaan luar pipa. Selain itu ada kondensor jenis permukaan yang bekerja sebaliknya, yaitu uap mengalir di dalam pipa dan air pendingin di sekeliling permukaan luar pipa.

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini energi listrik sudah menjadi kebutuhan primer bagi masyarakat modern. Kebutuhan energi listrik semakin meningkat seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan, teknologi, dan peradaban sebuah bangsa. Kebutuhan daya yang semakin besar ini harus diimbangi dengan pembangunan pembangkit-pembangkit baru. Sebagian besar bahan bakar untuk pembangkit kita adalah bahan bakar fosil seperti bahan bakar minyak, batu bara dan gas. Bahan bakar fosil adalah bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui. Berbanding terbalik dengan kebutuhan terhadap energi listrik yang semakin besar, cadangan energi dari bahan bakar fosil malah semakin sedikit dan akan segera habis.

Pemenuhan kebutuhan terhadap energi masih sangat tergantung pada bahan bakar fosil. Sementara itu, cadangan energi fosil kita semakin menurun. Di sisi lain, rasio elektrifikasi Indonesia masih berada di angka 80,4% (PLN, 2013). Rasio elektrifikasi terendah berada di daerah Nusa Tenggara Timur (54,77%) dan Papua (36,41%).

Rasio elektrifikasi yang rendah sebagian besar terjadi di daerah pelosok dan juga pulau-pulau kecil. Infrastruktur yang belum memadai dan juga biaya yang mahal untuk membangun saluran transmisi ke daerah-daerah terpencil dan juga pulau-pulau kecil menjadi kendala utama.

2 Untuk meningkatkan rasio elektrifikasi di daerah pelosok dan terpencil adalah dengan pembangunan dan pengembangan pembangkit-pembangkit baru di daerah pelosok dan pulau terpencil. Pembangunan pembangkit-pembangkit di daerah kecil dilakukan dalam kapasitas yang kecil sesuai dengan kebutuhan daerah tersebut. Selain itu, harus diusahakan juga bahan bakar yang mudah didapatkan di daerah tersebut untuk keberlangsungan pembangkitan energi listrik.

Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi krisis listrik adalah dengan memanfaatkan Sumber Energi terbarukan (Renewable energy resources). Di Indonesia, ada banyak sekali sumber daya energi yang bisa dimanfaatkan. Salah satunya adalah biomassa. Salah satu alternatif bahan bakar untuk pembangkit di daerah pelosok dan pulau-pulau terpencil adalah dari pohon Kaliandra.

Kaliandra Merah (calothirsus) merupakan tanaman perintis yang sangat mudah tumbuh di segala tempat kecuali di rawa. Kaliandra tahan pada tanah yang terbatas airnya, kering dan tandus, karena perakarannya yang dalam, Kaliandra mampu mengikat air sehingga dapat dipakai untuk merehabilitasi kandungan air tanah. Saat tanaman sudah setinggi 1 meter, akan bisa bertahan dan tumbuh subur meskipun saat musim kering (kemarau).

Kaliandra akan berbunga dan tumbuh subur pada kondisi cuaca yang ekstrim (panas >33 derajat celcius) dan daerah yang tandus, akan tetapi perkembangan generatif terganggu, bunga rontok sebelum jadi buah dan biji, sehingga untuk perbanbanyakannya dengan vegetatif (cangkok, stek, dll). Pada setiap pagi, bila kita amati, di pangkal benang sari terdapat titik-titik air berwarna kekuningan, dan bila dijilat berasa manis. Itulah nektar yang disukai lebah, sehingga kaliandra menjadi

3 tanaman primadona bagi pelebah. Sebuah survey di Eropa, dengan 1 ha luasan tanah untuk budidaya kaliandara dalam satu tahun mampu menghasilkan 2 ton madu.

Di Jawa Barat, kaliandra telah dimanfaatkan sebagai sumber pakan ternak kambing dan domba. Di Bedugul, Bali, kaliandra dipakai sebagai pakan sapi. Di berbagai penelitian, telah mempublikasikan kaliandra sebagai tanaman yang sangat mudah beradaptasi dan sebagai tanaman yang mampu merehbilitasi tanah yang tercemar. Di Kalimantan, kaliandra dipakai untuk merehabilitasi tanah bekas tambang batu baru. Kaliandra mampu mengikat unsur-unsur tertentu (hara) sehingga mampu memulihkan kesuburan tanah, dan juga mampu menguraikan zat pencemar seperti sisa hasil tambang.

Kaliandra merah dapat diolah menjadi wood pellet sehingga memiliki nilai kalori yang tinggi. Di negara-negara Eropa sendiri, penggunaan wood pellet sendiri sudah sangat banyak sebagai bahan bakar pemanas rumah tangga dan juga sebagai bahan bakar pembangki. Di Indonesia, ada beberapa perusahaan yang bergerak dalam pengolahan wood pellet. Wood pellet sebagian besar diekspor ke luar negeri terutama ke Korea Selatan dan Kanada. Wood pellet ini memiliki keunggulan karena sisa pembakarannya yang rendah sekali polutannya.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

4 1. Mekanisme pengolahan Kaliandra sampai menghasilan daya listrik.

2. Besar kalori yang dihasilkan pelet kayu (wood pellet) Kaliandra.

3. Berapa besar daya listrik (Kwh) yang dihasilkan oleh dengan menggunakan pohon Kaliandra untuk setiap kilo.

4. Potensi pemanfaatan pelet kayu (wood pellet) Kaliandra sebagai bahan bakar energi primer.

1.3. Tujuan Penulisan Tugas Akhir

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Sebagai salah satu bahan bakar alternatif PLTU .

2. Untuk mempelajari cara kerja dan mekanisme pengolahan hingga menghasilkan energi listrik pelet Kaliandra Merah.

1.4. Batasan Masalah

Dalam penulisan tugas akhir ini :

1. Hanya akan membahas tentang perhitungan besar daya listrik yang mampu dihasilkan oleh Kaliandra untuk setiap satuan berat pelet Kaliandra.

2. Menampilkan perhitungan biaya listrik/kwh pada PLTU berbahan bakar pelet Kaliandra Merah.

5 1.5. Manfaat

Manfaat penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Memberikan informasi tentang cara pengolahan pelet kayu Kaliandra hingga menghasilkan daya listrik.

2. Memberikan informasi tentang besar daya listrik yang dapat dihasilkan dari pelet kayu Pohon Kaliandra Merah.

3. Memberikan informasi tentang biaya listrik/kwh pada PLTU menggunakan pelet Pohon Kaliandra Merah.

i ABSTRAK

Pemenuhan kebutuhan terhadap energi masih sangat tergantung pada bahan bakar fosil. Sementara itu, cadangan energi fosil kita semakin menurun. Di sisi lain, rasio elektrifikasi Indonesia masih berada di angka 80,4% (PLN, 2013). Rasio elektrifikasi terendah berada di daerah Nusa Tenggara Timur (54,77%) dan Papua (36,41%).

Rasio elektrifikasi yang rendah sebagian besar terjadi di daerah pelosok dan juga pulau-pulau kecil. Infrastruktur yang belum memadai dan juga biaya yang mahal untuk membangun saluran transmisi ke daerah-daerah terpencil dan juga pulau-pulau kecil menjadi kendala utama.

Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi krisis listrik adalah dengan memanfaatkan Sumber Energi terbarukan (Renewable energy resources). Di Indonesia, ada banyak sekali sumber daya energi yang bisa dimanfaatkan. Salah satunya adalah biomassa. Salah satu alternatif bahan bakar untuk pembangkit di daerah pelosok dan pulau-pulau terpencil adalah dari pohon Kaliandra.

Kaliandra merah (calothirsus) merupakan tanaman yang dapat diolah menjadi wood pellet. Gross Calorific Value (Low Heating Value/ LHV) Wood pellet Kaliandra adalah 4436 kcal/ kg sehingga sangat dimungkinkan untuk dijadikan sebagai bahan bakar PLTU untuk skala kecil.

Kata Kunci: Energi Baru Terbarukan, Wood Pellet, Bahan Bakar, Calorific Value, Energi Alternatif

ii KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya tugas akhir ini dapat disusun dan diselesaikan, serta shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.

Tugas akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah:

”STUDI PEMANFAATAN POHON KALIANDRA SEBAGAI SUMBER ENERGI PRIMER”

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu orang tua, Amangboru dan Bouk Penulis, yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Dosen Penasehat Akademik, dan juga sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. dan Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini.

3. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana.

4. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

5. Suhendri dan Andi teman dalam mengarungi kerasnya kehidupan. Angel, Dani, Martin, dan Milan teman seperjuangan dalam menyelesaikanTugas Akhir ini. Dan teman-teman stambuk 2010 yg lainnya.

TUGAS AKHIR

Studi Pemanfaatan Pohon Kaliandra Sebagai Sumber Energi

Primer

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

NIM : 100402034

Riki Ananda

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

i ABSTRAK

Pemenuhan kebutuhan terhadap energi masih sangat tergantung pada bahan bakar fosil. Sementara itu, cadangan energi fosil kita semakin menurun. Di sisi lain, rasio elektrifikasi Indonesia masih berada di angka 80,4% (PLN, 2013). Rasio elektrifikasi terendah berada di daerah Nusa Tenggara Timur (54,77%) dan Papua (36,41%).

Rasio elektrifikasi yang rendah sebagian besar terjadi di daerah pelosok dan juga pulau-pulau kecil. Infrastruktur yang belum memadai dan juga biaya yang mahal untuk membangun saluran transmisi ke daerah-daerah terpencil dan juga pulau-pulau kecil menjadi kendala utama.

Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi krisis listrik adalah dengan memanfaatkan Sumber Energi terbarukan (Renewable energy resources). Di Indonesia, ada banyak sekali sumber daya energi yang bisa dimanfaatkan. Salah satunya adalah biomassa. Salah satu alternatif bahan bakar untuk pembangkit di daerah pelosok dan pulau-pulau terpencil adalah dari pohon Kaliandra.

Kaliandra merah (calothirsus) merupakan tanaman yang dapat diolah menjadi wood pellet. Gross Calorific Value (Low Heating Value/ LHV) Wood pellet Kaliandra adalah 4436 kcal/ kg sehingga sangat dimungkinkan untuk dijadikan sebagai bahan bakar PLTU untuk skala kecil.

Kata Kunci: Energi Baru Terbarukan, Wood Pellet, Bahan Bakar, Calorific Value, Energi Alternatif

ii KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya tugas akhir ini dapat disusun dan diselesaikan, serta shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.

Tugas akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah:

”STUDI PEMANFAATAN POHON KALIANDRA SEBAGAI SUMBER ENERGI PRIMER”

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu orang tua, Amangboru dan Bouk Penulis, yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Dosen Penasehat Akademik, dan juga sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. dan Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini.

3. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana.

4. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

5. Suhendri dan Andi teman dalam mengarungi kerasnya kehidupan. Angel, Dani, Martin, dan Milan teman seperjuangan dalam menyelesaikanTugas Akhir ini. Dan teman-teman stambuk 2010 yg lainnya.

iii 6. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah member

dukungan dan bantuan.

7. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.

Medan, Oktober 2015 Penulis

Riki Ananda NIM. 100402034

iv DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

BAB I PENDAHULUAN 1. 1 Latar Belakang ... 2

1. 2. Perumusan Masalah ... 3

1. 3. Tujuan Penulisan Tugas Akhir ... 4

1. 4. Batasan Masalah ... 4

1. 5. Manfaat... ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1. Biomassa... 6

2.1.1 Biomassa sebagai Sumber Energi ... 6

2.1.2 Densifikasi Biomasa Menjadi Pellet dan Briket ... 8

2. 2 Wood Pellet Kaliandra ... 11

2. 3 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) ... 14

2.3.1Siklus Rankine ... 15

2.3.2 Prinsip Kerja Turbin Uap ... ... 18

2.3.3 Klasifikasi Turbin Uap ... 24

2.3.3.1 Berdasarkan Prinsip Kerjanya ... 24

2.3.3.2 Berdasarkan pada Tingkat Penurunan Tekanan dalam Turbin... 25

2.3.3.3 Berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap... 25

2.3.4 Generator Sinkron ... 26

2. 3.4.1 Konstruksi Generator Sinkron... 26

2.3.4.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron ... 30

2.3.4.3 Reaksi Jangkar ... 32

2.3.5 Peralatan Utama PLTU berbahan bakar Kaliandra ... 32 BAB III METODE PENELITIAN

v

3. 1. Tempat dan Waktu ... 39

3. 2. Metode yang Digunakan ... 39

3. 3. Pelaksanaan Penelitian ... 39

3. 4. Variabel yang Diamati ... 40

3. 5. Pengolahan dan Analisa Data... ... 40

BAB IV ANALISIS DATA 4. 1. Kandungan Energi ... 41

4. 2 Manajemen Bahan Bakar ... 42

4. 2.1 Ketersediaan Wood Pellet Kaliandra per tahun ... 42

4. 2.2 Jam operasi per tahun ... 43

4. 3 Efisiensi Pembangkit... ... 44

4. 4 Output Daya... ... 45

4. 5 Biaya Bahan Bakar... ... 45

BAB V KESIMPULAN ... 46

vi DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pohon Kaliandra ... 13

Gambar 2.2 Wood Pellet Kaliandra ... 14

Gambar 2.3 Blok Diagram PLTU berbahan Bakar Kaliandra ... 15

Gambar 2.4 Blok Diagram Siklus Rankine ... 16

Gambar 2.5 Diagram Temperatur (T) – Entropi (S) ... 17

Gambar 2.6 Konstruksi Generator Sinkron secara umum ... 27

Gambar 2.7 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron ... 28

Gambar 2.8 Rotor Kutub Tidak Menonjol Generator Sinkron ... 28

Gambar 2.9 Inti Stator dan Alur pada Stator ... 31

i ABSTRAK

Pemenuhan kebutuhan terhadap energi masih sangat tergantung pada bahan bakar fosil. Sementara itu, cadangan energi fosil kita semakin menurun. Di sisi lain, rasio elektrifikasi Indonesia masih berada di angka 80,4% (PLN, 2013). Rasio elektrifikasi terendah berada di daerah Nusa Tenggara Timur (54,77%) dan Papua (36,41%).

Rasio elektrifikasi yang rendah sebagian besar terjadi di daerah pelosok dan juga pulau-pulau kecil. Infrastruktur yang belum memadai dan juga biaya yang mahal untuk membangun saluran transmisi ke daerah-daerah terpencil dan juga pulau-pulau kecil menjadi kendala utama.

Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi krisis listrik adalah dengan memanfaatkan Sumber Energi terbarukan (Renewable energy resources). Di Indonesia, ada banyak sekali sumber daya energi yang bisa dimanfaatkan. Salah satunya adalah biomassa. Salah satu alternatif bahan bakar untuk pembangkit di daerah pelosok dan pulau-pulau terpencil adalah dari pohon Kaliandra.

Kaliandra merah (calothirsus) merupakan tanaman yang dapat diolah menjadi wood pellet. Gross Calorific Value (Low Heating Value/ LHV) Wood pellet Kaliandra adalah 4436 kcal/ kg sehingga sangat dimungkinkan untuk dijadikan sebagai bahan bakar PLTU untuk skala kecil.

Kata Kunci: Energi Baru Terbarukan, Wood Pellet, Bahan Bakar, Calorific Value, Energi Alternatif

ii KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya tugas akhir ini dapat disusun dan diselesaikan, serta shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.

Tugas akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah:

”STUDI PEMANFAATAN POHON KALIANDRA SEBAGAI SUMBER ENERGI PRIMER”

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu orang tua, Amangboru dan Bouk Penulis, yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Dosen Penasehat Akademik, dan juga sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. dan Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini.

3. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana.

4. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

5. Suhendri dan Andi teman dalam mengarungi kerasnya kehidupan. Angel, Dani, Martin, dan Milan teman seperjuangan dalam menyelesaikanTugas Akhir ini. Dan teman-teman stambuk 2010 yg lainnya.

iii 6. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah member

dukungan dan bantuan.

7. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.

Medan, Oktober 2015 Penulis

Riki Ananda NIM. 100402034

iv DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

BAB I PENDAHULUAN 1. 1 Latar Belakang ... 2

1. 2. Perumusan Masalah ... 3

1. 3. Tujuan Penulisan Tugas Akhir ... 4

1. 4. Batasan Masalah ... 4

1. 5. Manfaat... ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1. Biomassa... 6

2.1.1 Biomassa sebagai Sumber Energi ... 6

2.1.2 Densifikasi Biomasa Menjadi Pellet dan Briket ... 8

2. 2 Wood Pellet Kaliandra ... 11

2. 3 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) ... 14

2.3.1Siklus Rankine ... 15

2.3.2 Prinsip Kerja Turbin Uap ... ... 18

2.3.3 Klasifikasi Turbin Uap ... 24

2.3.3.1 Berdasarkan Prinsip Kerjanya ... 24

2.3.3.2 Berdasarkan pada Tingkat Penurunan Tekanan dalam Turbin... 25

2.3.3.3 Berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap... 25

2.3.4 Generator Sinkron ... 26

2. 3.4.1 Konstruksi Generator Sinkron... 26

2.3.4.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron ... 30

2.3.4.3 Reaksi Jangkar ... 32

2.3.5 Peralatan Utama PLTU berbahan bakar Kaliandra ... 32 BAB III METODE PENELITIAN

v

3. 1. Tempat dan Waktu ... 39

3. 2. Metode yang Digunakan ... 39

3. 3. Pelaksanaan Penelitian ... 39

3. 4. Variabel yang Diamati ... 40

3. 5. Pengolahan dan Analisa Data... ... 40

BAB IV ANALISIS DATA 4. 1. Kandungan Energi ... 41

4. 2 Manajemen Bahan Bakar ... 42

4. 2.1 Ketersediaan Wood Pellet Kaliandra per tahun ... 42

4. 2.2 Jam operasi per tahun ... 43

4. 3 Efisiensi Pembangkit... ... 44

4. 4 Output Daya... ... 45

4. 5 Biaya Bahan Bakar... ... 45

BAB V KESIMPULAN ... 46

vi DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pohon Kaliandra ... 13

Gambar 2.2 Wood Pellet Kaliandra ... 14

Gambar 2.3 Blok Diagram PLTU berbahan Bakar Kaliandra ... 15

Gambar 2.4 Blok Diagram Siklus Rankine ... 16

Gambar 2.5 Diagram Temperatur (T) – Entropi (S) ... 17

Gambar 2.6 Konstruksi Generator Sinkron secara umum ... 27

Gambar 2.7 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron ... 28

Gambar 2.8 Rotor Kutub Tidak Menonjol Generator Sinkron ... 28

Gambar 2.9 Inti Stator dan Alur pada Stator ... 31