< Previous200Pembangkitan Tenaga Listrik2.Pengaruh Jumlah PutaranUntuk keperluan pembangkitan tenaga listrik, umumnyadigunakan mesin diesel 4-langkah karena masalah ruangan tidak menjadi soal dan yanglebih penting ialahpemakaian bahan bakarnya lebihhemat.Karenafrekuensiyang harus dihasilkan generator harus konstan 50 Hertz atau 60 Hertz, maka putaran mesin diesel harus konstan. Di pasaran, terdapat unitpembangkit diesel dengan putaran (untuk frekuensi 50 Hertz) dari 300 putaran per menit sampai dengan 1.500 putaran per menit (rpm).Untuk daya yangsamamakin tinggi nilai rpmnya, makin kecil dimensi unit pembangkitnya dan harganya per kW terpasang juga lebih murah. Tetapi karena banyaknya bagian yang bergerak pada mesin diesel, makin tinggi nilairpm mesin diesel, makin sering mesin diesel tersebut mengalamigangguan. Oleh karena itu, untuk unit pembangkit diesel yang harus beroperasi kontinu, lebih baik digunakan pembangkityangmempunyainilairpm rendah. Sedangkan untuk unitpembangkit cadangan, dapat digunakan unit dengan nilai rpmyang tinggi.Dengan memperhatikan buku petunjuk pabrik, mesin-mesin diesel yang mempunyai nilai rpm rendah, sampai dengan 500 rpm, dapatLM : Lubang Masuk; LB : Lubang Buang; P : Pengabut Bahan Bakar; K:Karter (berisi rninyakpelumas dan udara)Gambar III.42 Prinsip kerja Mesin Diesel 4 Langkah.KM: Katup Masuk, KB: Katup Buang, P: Pengabut Bahan Bakar, K:Karter berisi minyakpelumasdanudara.Masalah Operasi pada Pusat-Pusat Listrik201menggunakan bahan bakar minyak (1313 M) dengan kualitas No. 2 dan No. 3 yang harganya relatif lebih murah daripada bahan BBM kualitas No. 1.BBM untuk mesin diesel yang tersedia di Indonesia disediakan oleh PERTAMINA, yaitu:Kualitas No. I High Speed Diesel Oil, biasa disingkat HSDKualitas No. 2 Intermediate Diesel Oil, biasa disingkat IDOKualitas No. 3Marine Fuel Oil, biasa disingkat MFOMesindiesel dengan nilairpm di atas 500rpm, harus menggunakan HSD. Mesindieseldenganrpm rendah, sampai dengan 500rpm,memakai UFO di mana harus dipanaskan terlebih dahulu agar tercapai viskositas yang cukup rendah. apabila menggunakan IDO, maka tidak diperlukanpemanasan terlebih dahulu.Gas dapat juga digunakan sebagai bahan bakar mesindiesel, tetapi mesindiesel seperti ini harus didesain khusus. Ada juga mesin dieselyangdidesain untuk dapat menggunakan bahan bakar minyak maupun gas. Umumnya apabila digunakan gas (BBG), maka daya keluar dari mesindiesel lebih rendah dibanding dengan apabila menggunakan BBM (kira-kira 80%).Daya keluaran dari poros mesin Diesel 4-langkah dinyatakan olehperesamaanberikut ini:P= S.A.I BMEP xn x k[Daya Kuda] (3-3)2 atau 1 di mana:P = Daya yang keluar dari poros mesin Diesel [Daya Kuda]S = Jumlah silinderA = Luas permukaan torak [cm2]I =Langkah torak [meter]BMEP = Brake Mean Effective Pressure=Tekanan rata-rata [kg/cm2]n = Jumlah putaran poros per detik [ppd]2 = Pembagi n untuk mesin Diesel 4-langkah1 = Pembagi n untuk mesin Diesel 2-langkahK = Konstanta satuan= inchi, mengingat bahwa 1 Daya Kuda = 75 kgm/detikDengan memperhitungkan efisiensi generator yang diputar oleh mesin diesel dan mengingat bahwa 1 Daya Kuda = 736 Watt, maka apabila daya keluar mesindiesel diketahui, selanjutnya dapat dihitung dayakeluardari generator yangdiputar mesin diesel.202Pembangkitan Tenaga ListrikDalam pembangkitan tenaga listrikyang menggunakan mesindiesel,putaran mesin diesel harus konstan agar frekuensi yang didapat dari generator selalu konstan 50 Hz atau 60 Hz sehingga untuk pengaturandaya keluar dari generator,yang dapat diatur hanya nilai BMERPengaturan nilai BMEP ini dilakukan dengan mengatur pemberian bahan bakaryang harus diikuti oleh pengaturan pemberian udara. Hal inidisebabkan bahan bakar memerlukan udara untuk pembakaran.Terlalu banyak udara atau terlalu sedikit udara untuk pembakaranmenyebabkan pembakaran bahan bakardalam silinder mesindieselmenjadi tidak efisien. Masalahnya, dalam mesin dieselyang putarannyakonstan, perubahan pemberian bahan bakar tidak dapat diikuti olehperubahan pemberian udara pembakaran secara seimbang sehingganilai efisiensi maupun nilai BMEP tidak konstan sebagai fungsi beban.Oleh karena itu, unit pembangkit diesel sebaiknya dioperasikan dengan beban konstan yang menghasilkan efisiensi maksimum, yaitu pada kira-kira beban 80%.Dalam perkembangan mesin diesel, pembuat (pabrik) berusaha membuat mesindiesel dengan daya sebesar mungkin tetapi dimensinya sekecil mungkin sehingga dicapai ongkos pembuatan yang serendah mungkin, agar dapat bersaing dalam pasar. Untuk melaksanakan hal ini, para pembuat mesin diesel berusaha menaikkan nilai BMEP dan nilai n. Usaha lainnya adalah menambah jumlah silinder. Dalampraktek mesin diesel paling banyak mempunyai 16 buah silinder.3.Operasi dan PemeliharaanUmumnyasemua unit pembangkitdiesel dapat di-start tanpamemerlukansumber tenaga listrik dari luar (dapat melakukan black start).Men-start mesin diesel dengan daya di bawah 50 kW dapat dilakukan dengan tangan melalui engkol. Untuk daya di atas 50 kW sampai kira-kira100 kW, umumnya distart dengan menggunakan baterai aki. Sedangkan untuk mesin diesel dengan daya di atas 100 kW, umumnya digunakan udara tekan.Dari segi pemeliharaan dan perbaikan, unit pembangkit diesel tergolong unityang banyak menimbulkan masalah, kbususnya yang menyangkutmesindieselnya. Hal ini disebabkan karena banyaknya bagian-bagianyangbergerak dan bergesek satu sama lain sehingga menjadi aus dan memerlukan penggantian secara periodik. Untuk itu, diperlukanmanajemen pemeliharaan beserta penyediaan suku cadang yang teraturdan dicampur dengan bahan bakar yang telah dikabulkan oleh pengabut. Campuran ini kemudian meledak pada akhir langkah kompresi danmenghasilkan daya dorong torak pada langkah tenaga.Masalah Operasi pada Pusat-Pusat Listrik203Penggunaanturbochargerbersamaintercooler dimaksudkan untukmendapatkan berat udara yang sebesar mungkin untuk volume silinder tertentu, sehingga bisa membakar (meledakkan) bahan bakar sebanyak mungkin sehingga didapat gas hasil pembakaran dengan tekanan yangsetinggi mungkin, yang berarti dicapai nilai BMEPyang setinggi mungkin. Tekanan gas hasil pembakaranyang mendorong torak (piston) tidak konstanbesarnya, nilai maksimum terjadi sewaktu torak ada pada posisi paling atas (titik mati atas), kemudian menurun dengan menurunnya torak dalam silinder, menurut hukum ekspansi adiabatis. Nilai rata-rata dari tekanan gas pembakaran ini yang diukur pada poros mesin diesel melalui sistem rem (brake) disebut brake mean effective pressure (BMEP) dari mesindiesel tersebut.Gambar III.44PLTD Sungai Raya Pontianak (Kalimantan Barat 4x8 MW di mana pondasi mesin berada di atas permukaan tanah dan jumlah silinder 16 dalam susunan V204Pembangkitan Tenaga Listrik(a) (b) (c)Prinsip kerja pompa pengatur injeksi BBM yang ditunjukkan padaGambar III.46 dapat dijelaskan sebagai berikut:Pada posisi 1 plunyer belum menekan BBM. Posisi 2 plunyer menekan BBM ke pengabut karena lubang ke tangki telah ditutup oleh dinding plunyer.Posisi 3, plunyer berhenti menekan dinding BBM (gembos). BBM dapat menyelinap kembali ke tangki melalui alun tegak pada plunyer terus ke lubang yang sekarang telah terbuka akibat adanya alur miring pada dinding plunyer.Gambar III.45Kurva Efisiensi Unit Pembangkit DieselGambar III.46Pompa pengatur injeksi BBM(a)Posisi 1, (b) Posisi 2, (c) Posisi 3Masalah Operasi pada Pusat-Pusat Listrik205Plunyer bergerak dalam arah ke atas dan ke bawah. Pengaturanbanyaknya BBM yang dipompakan ke arah pengabut diatur denganmengatur besarnya langkah efektif dari plunyer yaitu: besarnya diatur dengan memutar plunyer pada sumbunya. Kalau dilihat dari atas:Plunyer diputar : nilai p naik, BBM bertambah, daya mesin diesel naikPlunyer diputar : nilai p turun, BBM berkurang, daya mesin diesel turunGerakdilakukan oleh bubungan (cam)Gerak diatur oleh fuel rack yang digerakkan oleh governorKeteranganS=Saringan Udara;, K = Kompresor; T = Turbin Gas;LC = Intercooler; P = PorosGambarIII.47TurbochargerBersamaIntercooler206Pembangkitan Tenaga Listrik(b) (b)Pada unit PLTD, karena frekuensi yang dihasilkan generator nilainya harus konstan, maka putarannya juga harus konstan. Pengaturan daya hanya bisa dilakukan dengan mengatur banyaknya bahan bakar yangdisemprotkan ke dalam oleh pompa plunyer (Gambar III.46). Jika dalampengaturan daya ini dilakukan penambahan bahan bakar dengan cara menarikfuel rack tekanan sehingga langkah efektif dari pompa plunyer bertambah, maka dengan bertambahnya bahan bakar yang disemprotkan ke dalam silinder tekanan gas hasil pembakaran naik dan daya yangdihasilkan mesin diesel naik. Kenaikan tekanan gas pembakaran ini akan diikuti dengan kenaikan tekanan gas buangyang selanjutnyamenyebabkanturbochargeryang digerakkan oleh gas buang akan naik kecepatan putarannya sehingga tekanan udara (jadi juga berat udara) yang dihasilkan turbocharger juga akan naik. Hal ini diperlukan untuk mengimbangi penambahan bahan bakar yang dibakar (diledakkan) dalam silinder.Perubahan jumlah bahan bakaryang disemprotkan ke dalam silinderyang kemudian diikuti dengan perubahan tekanan (berat) udarapembakaranyang dihasilkan, oleh turbocharger, tidak berlangsungproporsional. Hal ini menyebabkan karakteristik efisiensi terhadap beban unit pembangkit nilainya tidak konstan seperti ditunjukkan oleh GambarIII.45. Efisiensi unit pembangkit tergantung kepada efisiensi pembakaran yang terjadi dalam silinder. Sedangkan prosespembakaran dalamsilinder akan paling efisien jika perbandingan berat bahan bakar dan berat udara mencapai angka tertentu sehingga seluruh bahan bakar GambarIII.48Gambar potongan dan rotor turbocharger buatan MAN(a) Kompresor (b) Turbin gasMasalah Operasi pada Pusat-Pusat Listrik207terbakar (meledak) habis dengan tepat, tidak terjadi kekurangan atau kelebihan udara. Kondisi ini tercapai pada titik efisiensi maksimum.Perkembangan lain dalam rangka menaikkan kemampuan mesin dieseltanpa mengubah dimensinya adalah dengan menaikkan jumlahputarannya per menit (rpm). Saat ini untuk frekuensi 50 Hertz sudah ada unit PLTD dengan jumlah putaran 1500 rpm. Makin tinggi nilai rpm-nyamakin pendek umur ekonomis unit PLTD. Unit PLTD dengan jumlah putaran 1500rpm sebaiknya tidak dioperasikan kontinu, melainkansebagai unit cadangan atau unit beban puncak. Unit PLTD dengan nilai rpmyang tinggi membutuhkan teknologiyang tinggi bagi bantalan-bantalannya dan bagi cincin toraknya (piston ring).Memperbesar kemampuan mesindiesel dengan cara memperbesardimensinya dilakukan dengan memperbesar diameter silinder serta,memperbanyakjumlah silinder yang disusun dalam susunan V. Susunan V ini bisa mencapai 16 silinder. Mesin diesel bisa juga menggunakan bahan bakar gas. Apabila digunakan bahan bakar gas pengabut dan pompa bahan bakarnya perlu diganti.Pada umumnya apabila dipakai gas alam, daya yang dihasilkan mesin diesel turun dibandingkan apabila memakai BBM, bisa sampai menjadi 80% tergantung nilai kalori dari gas yang dipakai. Mesindiesel bisa pula didesain untuk menggunakan BBM dan gas (dual fuel).(a) (b)G.Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)Gambar III.49 Mesin Diesel buatan MAN dan B & W (a)dengan susunan silinder V, (b) dengan susunan silinder baris 208Pembangkitan Tenaga ListrikPLTN pada dasarnya sama dengan PLTU hanya saja ruang bakar PLTU diganti dengan reaktor nuklir yang menghasilkan panas (kalor). Dalamreaktor nuklir, terjadi proses fission (fisi), di mana bahan bakar nuklir uranium U-235 mengalami fission menjadi unsur-unsur lain. Pada prosesfission ini, timbul panas yang digunakan untuk menghasilkan uap (lihat GambarIII.50).Proses fission adalah proses di mana suatu unsur diuraikan menjadi unsur-unsur lainyang jumlah massanya lebih kecil daripada massauranium-235yang diuraikan. Selisih massa ini (ada massa yanghilang)adalah massa yang berubah menjadi energi panas (kalor) dalam reaktor nuklir (sesuai dengan rumus E = MC2) .Intiuranium-235 ditembak dengan neutron sehingga pecah menjadi inti xenon dan inti strontium, selain itu terjadi pula pelepasan neutron dari inti uranium-235 yang ditembak tersebut.Ada 2 macam reaktor nuklir:1.ReaktorThermal FissionDalam reaktor ini, neutron bebas yang terjadi karena proses fission,sebagian besar energinya diubah menjadi panas oleh moderator yangberfungsi mengurangi kecepatan neutronyangmemancar. Moderator bisa juga berfungsi sebagai pendingin.2. Reaktor Fast BreederDalam reaktor ini, neutron yang memancar tidak dihambat/dikurangikecepatannya sehingga tidak banyak energi neutron yang diubah menjadi panas. Tetapi neutron-neutron ini kemudian menghasilkan plutonium(Pu)-239 dan uranium (U)-238.Dalam praktik, uranium alami terdiri dari 99,3%U-238. Plutonium yangdidapat bisa digunakan sebagai bahan fission. Ditinjau dari teknik memindahkan kalori yangdihasilkan reaktor nuklir ke sirkuit uap PLTU, ada 4 macam PLTN:a.PUN dengan Air Bertekanan (Pressurized Water Reactor/PWR).Disini, perpindahan kalori dilakukan dengan menggunakan air yang bertekanan (Gambar III.50).b.PLTN dengan Air Mendidih (Boiling Water Reactor / BWR).Di sini, perpindahan kalori dilakukan dengan menggunakan air mendidih yang bercampur uap (Gambar III.52).c.PLTN dengan Pendinginan Gas (Gas Cooled Reactor/GCR).Sepertipada PUN dengan air bertekanan, namun air diganti dengan gas.d.PUN dengan Air Berat (Seperti pada PUN dengan air bertekanan, namun air diganti dengan air berat D20 (DeutoriumOksigen).Gambar III.50Skema prinsip kerja PLTNKU: Ketel Uap, TU: Turbin Uap, Kd: Kondensor, P: Pompa, R: Reaktor NuklirGambar III.51Proses Emulsion pada Reaktor NuklirNext >