Yepe Teknik Tenaga Listrik Berbasis Energi Baru dan Terbarukan 2013 B

  Prime Mover (Penggerak Mula)

• Penggerak mula (PM) merupakan sistem tenaga mekanikal awal untuk menggerak- kan generator.
• Sistem pembangkitan tenaga listrik bisa menggunakan PM dengan sumber energi fossil atau sumber energi baru/

  Jenis PM : terbarukan.

• Mesin diesel
• Secara umum PM pembangkit lis
• Turbin gas dibagi dalam 2 kelompok : pembangkit
• Turbin uap

  listrik termal dan kelompok pembangkit listrik tenaga air atau hidro.

• Turbin air
• Kincir a
• Khusus untuk PM pembangkit listrik EBT maka bisa dibagi dalam 3 kelompok : PM • Dlsb.

  dengan sumber energi BBM, PM dengan PM untuk Pembangkit Listrik

  Motor penggerak mula Jenis tenaga primer

   Turbin air

   Mesin uap

   Motor bakar

   Kincir angin 

  Tenaga aliran air 

  Tenaga aliran uap 

  Tenaga tekanan gas hasil pembakaran bbm 

  Tenaga aliran angin

• Beberapa pembangkit listrik termal :
• . Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
• . Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
• . Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)
• . Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)

Tenaga Primer

• Tenaga Primer tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan

   hanya diubah ke bentuk lain.

• Jumlah tenaga primer yang dimasukkan pada suatu PM selalu sama besar dengan jumlah tenaga yang dihasilkan ( output)  hukum kekekalan tenaga.
• Tenaga primer tidak akan pernah bisa diubah menjadi

  100% tenaga mekanis. Sebagian tenaga primer akan dikeluarkan dalam bentuk lain seperti panas.

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

Prinsip Dasar Penggerak Mula

• Proses pengubahan tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanik pada motor bakar : _Udara
• Mekanisme engkol : mengubah gerak translasi torak (gerak maju-mundur torak) menjadi gerak putar pada poros engkol.

  Bahan bakar _{Pembakaran }

_{Tekanan naik akibat pembakaran}

   _{Tekanan mendorong torak bergerak lurus} Konstruksi Motor Torak

• Keluaran tenaga mekanis diperoleh dalam 2 langkah : putarann  langkah isap  langkah kompresi  langkah tenaga  langkah buang.
• Tidak memerlukan katup.
• Pendinginan umumnya dg udara.
• Pelumasan silinder dengan mencampurkan pelumas ke bbm.
• Pengkabutan campuran bbm- udara dilakukan di luar silinder

Konstruksi Motor Torak 2-Langkah

  1. Pengisian silinder dilanjutkan dengan kompresi

  2. Pembakaran dilanjut- kan dengan pembuang- an dan pembilasan Konstruksi Motor Torak

• Proses pengeluaran tenaga mirip dg mesin bensin 2-tak, bedanya pada langkah hisap yang dimasukkan udara.
• Proses pembakaran terjadi dg menyemprotkan bbm (solar) saat piston berada pada titik mati atas (penyalaan diri)
• Diperlukan klep untuk langkah pembuangan.
• Pendinginan pada umumnya

Pembangkitan Panas pada Mesin Disel

  Udara yang dihisap oleh ruang bakar dikompresikan, karena

  Konstruksi Motor Torak

• Proses pengeluaran tenaga mirip dg mesin bensin 2-tak, bedanya pada langkah hisap yang dimasukkan udara.
• Proses pembakaran terjadi dg menyemprotkan bbm (solar) saat piston berada pada titik mati atas (penyalaan diri)
• Diperlukan klep untuk langkah pembuangan.
• Pendinginan pada umumnya

Konstruksi Motor Torak

• Proses pengeluaran tenaga mirip dg mesin bensin 4-tak, bedanya pada langkah hisap yang dimasukkan udara.
• Pelumasan silinder dengan semprotan atau percikan oli.
• Langkah hisap, kompresi, dan pembuangan diatur oleh katup.
• Pembentukan campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder.

Konstruksi Motor Diesel 4-Langkah

  Induksi Kompresi Tenaga Buang Perbandingan Nilai Kalorifik BBM untuk Mesin Diesel Air + Fuel + Heat = Combustion

  Efisiensi Mesin

• Efisiensi mesin : kemampuan mesin untuk mengubah energi dari bahan bakar menjadi tenaga gerak yang berguna.
• Mesin bensin modern memiliki efisiensi k.l. 20% ~ 30%.

   70% ~ 80% dikeluarkan dalam bentuk panas, energi suara mekanik, atau gesekan.

• Mesin diesel memiliki efisiensi k.l. 40% karena kompresi silindernya sangat tinggi.  Efisiensi ini hanya tercapai pada mesin diesel jenis injeksi langsung.
• Rasio kompresi mesin mempengaruhi efisiensi mesin krn mempengaruhi kemampuan mesin untuk mengubah panas dari proses pembakaran untuk menghasilkan energi.

Unjuk Kerja Mesin

• Unjuk kerja mesin dipengaruhi oleh beberapa faktor :

  1. Displacement (volume langkah total)

  2. Compression ratio

  3. Efisiensi panas

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

  Titik mati atas, Titik mati

• Volume total mesin = volume

  volume ~ 1 bawah,

  langkah dikalikan jumlah

  volume > 10 Volume Silinder

  _L =  . D _silinder

  V = Volume langkah total, cc _{L Volume} D = Diameter silinder, cm _{Langkah Panjang} L = Langkah piston ( stroke), cm _langkah n = Jumlah silinder

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

Kompresi Piston • Mesin bensin umumnya beroperasi rasio kompresi 10:1

  Mesin diesel beroperasi dng rasio kompresi hingga 25:1.

• Rasio kompresi : rasio volume campuran udara dan bbm dalam silinder mesin pada saat kosong (pada ukuran ruang

  terbesar) dg volume saat silinder ditekan oleh piston dan

  memiliki ukuran ruang terkecil.  Agar mencapai suhu dan tekanan pembakaran, kompresi
_{2 o} mencapai 30-45kg/cm (suhu udara mencapai 500 C).  Semakin tinggi rasio kompresi, semakin baik efisiensi mesin secara keseluruhan.  Jumlah oksigen yang diserap mesin mempengaruhi kemampuannya untuk beroperasi secara lebih efisien.

  Peningkatan Efisiensi Mesin

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

  NO ) menghasil-

• Bahan bakar seperti nitrometana (CH

  3

  2

  kan oksigen, sehingga menghasilkan tenaga mesin lebih besar krn lebih banyak bahan bakar yang terbakar.

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

   efisiensi meningkat. Efisiensi Jenis Mesin Lain

• Mesin jenis piston uap, memiliki efisiensi k.l. 8%.
• Turbin uap memiliki tingkat efisiensi yang sama atau melebihi mesin diesel.  turbin uap banyak digunakan untuk pembangkit tenaga listrik.
• Mesin turbin gas merupakan mesin yang paling efisien dari semua jenis mesin yang ada.

  Injeksi Mesin Diesel

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

  Unjuk Kerja Mesin Diesel

• Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, bisa ditambahkan komponen :

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

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

Bahan Bakar Mesin Diesel

• Secara umum mesin diesel bisa menggunakan semua bahan bakar yang sesuai dengan karakteristik mesin.
• Kualitas bahan bakar mesin diesel diukur dalam angka setana ( cetane number).
• Angka setan menunjukkan seberapa cepat bahan bakar mesin diesel yang diinjeksikan ke ruang bakar bisa terbakar secara spontan (setelah bercampur dengan udara).
• Semakin cepat bahan bakar mesin diesel terbakar setelah diinjeksikan ke dalam ruang bakar, semakin tinggi angka setannya.
• Angka setan memiliki pengertian yang berkebalikan dengan angka oktan pada bahan bakar mesin bensin, karena angka oktan menunjukkan kemampuan campuran bensin-udara

  Cetane Number

• Cetane (setana) adalah C16H34 (hexadecane).
• CN tertinggi = 100 dan CN terrendah =15.
• Angka setana berkorelasi dengan tingkat kemudahan penyalaan pada temperatur rendah ( cold start) dan rendahnya kebisingan pada kondisi  idle (Environment Canada, 2006).
• Angka setana yang tinggi juga berkaitan dengan rendahnya polutan NOx (Knothe, 2005).

  Biodiesel

• Biodiesel : metil ester (ME) yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel (Vicente dkk, 2006).
• Minyak yang diperoleh langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak ( oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak lemak mentah (Soeradjaja, 2005).
• Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar fosfor ( degumming) dan asam-asam lemak bebas (dengan netralisasi dan  steam refining) disebut dengan  refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO) (Soeradjaja, 2005a). 
• Biodiesel  solusi paling tepat untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan yang dapat menggantikan diesel petrol.
• Biodiesel memiliki angka setana yang lebih tinggi dibanding solar : 46 – 70, sedangkan solar 47 – 55 (Bozbas, 2005).
• Biodiesel bersifat biodegradable, hampir tidak mengandung sulfur, merupakan bahan bakar terbarukan, meskipun masih diproduksi dengan jalan yang tidak ramah lingkungan.
• Saat ini sebagian besar biodiesel dibuat dari trans- esterifikasi sumber alam yang bisa dimakan, seperti lemak hewan, minyak sayur, bahkan limbah minyak goreng.

   Transesterifikasi : proses pembentukan senyawa ester

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

Hasil Riset Bahan Baku Biodiesel

• Azam dkk (2005) : Di India ada 75 spesies tanaman yang bisa menghasilkan biodiesel; 26 spesies di antaranya memenuhi standar kualitas USA, Jerman, dan Eropa.
• Soeradjaja (2005) : Di Indonesia ada 50 spesies tanaman yang bisa menghasilkan biodiesel, misalnya sawit, kelapa, jarak pagar, kapok atau randu.
• Vicente dkk. (2006) : 3 spesies tanaman penghasil biodiesel utama di Spanyol : bunga matahari,  rapeseed, dan  Brassica carinata, memenuhi standard Uni Eropa.
• Tsai dkk. (2005) : transesterifikasi limbah minyak pangan di Taiwan menghasilkan biodiesel berkapasitas

  Beberapa Fakta Biodiesel