BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Listrik Pemakaian energi

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi Listrik
Pemakaian energi listrik saat ini sudah digunakan pada semua aspek
kehidupan, bahkan manusia sangat sulit melepaskan diri dari kebutuhan akan
energi listrik. Semakin lama hampir semua peralatan yang ada membutuhkan
listrik. Pengertian energi listrik adalah kemampuan untuk melakukan atau
menghasilkan usaha listrik. Energi listrik merupakan energi akhir yang
dibutuhkan bagi peralatan listrik. Misalnya saja untuk menggerakkan motor-motor
listrik, menghidupkan lampu penerangan, memanaskan alat pemanas seperti
setrika dan solder. Selain itu energi listrik juga digunakan untuk menghidupkan
berbagai peralatan-peralatan industri dan rumah tangga dalam kehidupan seharihari.
Sistem ketenagalistrikan memilki struktur yang beragam dan rumit, secara
umum dapat dibagi menjadi 3 bagian utama yaitu: pembangkit tenaga listrik,
sistem transmisi dan sistem distribusi. Tenaga listrik dihasilkan di pusat-pusat
pembangkit, seperti pembangkit listrik tenaga air, uap, angin dan lain-lain dengan
tegangan yang biasanya merupakan tegangan menengah 6 kV sampai dengan 20
kV. Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna
tenaga listrik, Untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit ini, maka
diperlukan penggunaan saluran udara tegangan tinggi 150/70 KV (SUTT) atau
saluran udara tegangan ekstra tinggi 500 KV (SUTET) (Wijaya, 2001).
2.2 Generator Listrik
Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari
sumber energi mekanik. Generator tersebut mengubah tenaga mekanis menjadi
tenaga listrik melalui proses induksi. Proses ini dikenal sebagai pembangkitan
listrik. Secara umum generator dapat dibagi menjadi menjadi dua, yaitu generator
DC (arus searah) dan generator AC (arus bolak balik). Penggerak mula dari
5
6
generator dapat berasal dari mesin diesel, turbin air, turbin uap, dan lain
sebagainya. Kedua jenis generator ini pada dasarnya menggunakan suatu prinsip
kerja yang sama yaitu menggunakan kumparan yang digerakan pada suatu medan
magnet sehingga menghasilkan listrik. Dalam kehidupan sehari-hari generator
yang sering digunakan adalah generator arus bolak balik (Sumanto, 1992).
2.2.1 Generator AC (arus bolak balik)
Generator AC termasuk jenis mesin serempak (mesin sinkron) dimana
frekuensi listrik yang dihasilkan sebanding dengan jumlah kutub dan putaran yang
dimilikinya. Listrik yang dihasilkan adalah listrik arus bolak – balik (AC) . Mesin
penggerak dari generator AC dapat berasal dari tenaga diesel, tenaga air, tenaga
uap dan sebagainya.
Generator AC banyak dijumpai pada pusat – pusat listrik (dengan
kapasitas yang relatif besar), misalnya pada PLTA, PLTU, PLTG, dan lain – lain.
Disini umumnya generator AC disebut dengan alternator saja. Selain generator
AC dengan kapasitas yang relatif besar tersebut, dikenal pula generator AC
dengan kapasitas yang relatif kecil, misalnya generator yang biasanya dimiliki
oleh perseorangan atau pabrik – pabrik yang disebut generator set (genset). Pada
umumnya generator yang dibuat adalah generator AC. Untuk mendapatkan
generator DC, maka generator tersebut harus ditambahi peralatan penyearah
(komutator). Konstruksi generator AC adalah sebagai berikut (Suhanna, 2002) :
a. Rangka stator
Terbuat dari besi tuang, rangka stator merupakan rumah dari bagianbagian generator yang lain.
b. Stator
Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan
stator berfungsi sebagai tempat GGL induksi.
c. Rotor
Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub-kutub
magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan
sikat-sikat.
7
d. Cincin geser
Terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang yang dipasang pada poros
dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan
poros dan rotor.
e. Generator penguat
Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai
sumber arus.
Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama,
yaitu : (1) stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolak- balik,
dan (2) rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang
menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari
baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name
plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan feromagnetik yang
berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator
yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor
berbentuk kutub sepatu atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).
Konstruksi dari generator sinkron ini dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Konstruksi Generator Sinkron (Suhanna, 2002)
2.2.2 Prinsip kerja generator arus bolak-balik
Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday
yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang
berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik.
8
Prinsip kerja generator arus bolak-balik tiga fasa pada dasarnya sama dengan
generator arus bolak-balik satu fasa, akan tetapi pada generator tiga fasa memiliki
tiga lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya berbeda fasa 120 derajat pada
masing-masing fasa seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2
Gambar 2.2 Skema Lilitan Stator Generator Tiga Fasa (Zuhal, 1991)
Besar tegangan generator bergantung pada :
1. Kecepatan putaran (N)
2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluks (Z)
3. Banyaknya fluks magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)
Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor
dan frekuensi dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat
ditentukan dengan persamaan :
f 
pn
....................................................................................(2.1)
120
dimana :
f = frekuensi tegangan (Hz)
p = jumlah kutub pada rotor
n = kecepatan rotor
(rpm)
9
2.3 Generator Set (Genset)
Generator set adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanis
menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini
memperoleh energi mekanis dari penggerak mula (prime mover). Generator Set
atau yang lebih dikenal dengan nama genset merupakan mesin pembangkit listrik
yang terdiri dari dua bagian utama yaitu mesin penggerak, dan sebuah generator
beserta kelengkapannya untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik.
Secara umum genset mempunyai dua fungsi yaitu sebagai pusat pembangkit
utama dan sebagai sumber daya listrik cadangan.
2.4 Generator Set Mesin Diesel
Generator set mesin diesel merupakan sebuah pembangkit listrik dimana
penggerak uatamanya adalah mesin diesel. Berikut ini merupakan generator set
diesel yang terdapat di PG PTPN XI Situbondo.
Gambar 2.3 Bentuk Fisik Genset Diesel (Foto Langsung di PG PTPN XI, 2011)
2.4.1 Perlengkapan pada generator set diesel
Perlengkapan generator set terdiri dari perlengkapan generator dan
perlengkapan diesel. Generator harus dilengkapi dengan peralatan-peralatan yang
menunjang agar diperoleh kestabilan, baik kestabilan tegangan maupun
putarannya. Perlengkapan yang dimaksud adalah seperti di bawah ini (Suhanna,
2002) :
10
a. Indikator-indikator yang menunjukkan keadaan genset setiap saat.
b. Pemutus arus dan pemutus beban secara otomatis dan manual.
c. Sistem pengontrol pada diesel yang berfungsi untuk mematikan diesel pada
waktu terjadi gangguan.
d. Emergency Stop, yaitu alat tombol yang akan mematikan mesin kapan saja bila
diinginkan.
e. Automatic Voltage Regulator (AVR), merupakan suatu alat yang berfungsi
untuk mengatur tegangan secara otomatis agar tegangan output generator tetap
konstan sesuai dengan yang diinginkan.
f. Governor
Seperti halnya AVR, maka alat pengatur putaran (governor) berfungsi
untuk mempertahankan putaran mesin dalam kecepatan yang tetap. Misalnya
terjadi penurunan kecepatan putaran akibat kenaikkan beban, maka alat
pengatur kecepatan (governor) akan memberikan sinyal kepada katup bahan
bakar untuk membuka sehingga lebih banyak bahan bakar yang masuk ke
dalam ruang bakar sehingga putaran naik sampai pada putaran semula.
Demikian pula bila terjadi kenaikkan putaran akibat pengurangan beban, sinyal
akan terkirim untuk mengurangi masukan bahan bakar sehingga putaran
normal kembali.
Governor seperti halnya AVR, bekerja pada batas-batas tertentu (sesuai
settingnya). Governor beroperasi pada mesin penggerak sehingga generator
menghasilkan keluaran arus yang dapat diatur dari 0 % sampai dengan 100 %
kemampuannya. Jadi masukan ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran
arus generatornya atau dengan kata lain pengaturan governor 0 % sampai
dengan 100 % sebanding dengan arus generator 0 % sampai dengan 100 %
pada tegangan dan frekuensi yang konstan. Biasanya pengaturan (setting)
governor tidak lebih dari 5 % dari kemampuannya (0 % hingga 100 %).
g. Indikator-indikator lainnya
Indikator-indikator diperlukan sebagai penunjuk apakah mesin bekerja
normal atau dalam keadaan terganggu. Indikator-indikator ini dirangkai dalam
11
satu panel yang disebut panel kontrol. Pada panel kontrol ini biasanya terdiri
dari (Sapiie, 1975).
-
Voltmeter, untuk mengetahui tegangan keluaran per phasa.
-
Amperemeter, untuk mengetahui arus keluaran per phasa.
-
Wattmeter, untuk mengetahui besar daya yang digunakan.
-
RPM meter, untuk mengetahui kecepatan putaran mesin.
-
Frekuensi meter, untuk mengetahui output frekuensi listrik.
-
Cos φ meter, adalah alat untuk mengukur factor kerja listrik yang
dihasilkan oleh generator.
-
Hourcountermeter, untuk mengetahui lamanya mesin bekerja.
Gambar 2.4 Panel Indikator Pada Genset (www.directindustry.com, 2011)
h. Alat pengaman.
Yang tidak kalah pentingnya untuk menjamin keandalan penyaluran daya
listrik keluaran genset adalah alat pengaman. Pemasangan alat-alat pengaman
ini menjamin kontinuitas dan keamanan kerja genset. Adapun alat-alat yang
dimaksud adalah:
1. MCB (Miniature Circuit Breaker), yaitu pengaman yang berfungsi untuk
mengamankan beban lebih atau arus hubung singkat. Jika terjadi beban
lebih atau arus hubung singkat maka MCB akan memutuskan rangkaian dari
sumber.
2. MCCB (Moulded Case Circuit Breaker), yaitu saklar tenaga yang dapat
memutuskan atau menghubungkan rangkaian saat berbeban.
12
3. Relay-relay / Magnetik Relay, yaitu suatu saklar magnet dimana kontakkontaknya dapat memutuskan atau menghubungkan rangkaian listrik yang
satu dengan yang lain secara otomatis bilamana kumparannya dialiri arus
listrik.
4. MC (Magnetic Contactor), yaitu saklar yang digerakkan oleh gaya magnet
dengan kemampuan hantar arus lebih besar dari kemampuan relay.
2.4.2 Mesin Diesel
Mesin diesel adalah jenis mesin pembakaran dalam (internal combustion)
dengan jenis pengapian kompresi. Bahan bakar dan udara terbakar oleh tekanan
akibat kompresi torak silinder. Bahan bakar mesin diesel ini adalah solar
(Sulistyono, 2007).
2.4.2.1 Sistem suplay bahan bakar
Bahan bakar mesin diesel adalah solar, dan sistem suplai bahan bakarnya
secara injeksi, dimana clearancenya sangat halus, sehingga perlu diperhatikan
kebersihan solar. Suplay bahan bakar dikendalikan oleh governor yang mengatur
ke nozzle dimana solar akan di injeksikan. Sedangkan jumlah solar yang akan di
injeksikan di atur oleh rak pengatur.
2.4.2.2 Sistem pendingin
Sistem pendingin terdiri dari peralatan-peralatan antara lain :
a. Radiator
Peralatan ini berpungsi sebagai heat exchanger, dimana panas yang di
ambil air pendingin dari mesin dilepaskan disini.
b. Pompa Air (Water Pump)
Pompa ini berfungsi untuk mensirkulasi air pendingin sehingga mesin
tidak sampai mengalami panas yang berlebihan
c. Pendingin Minyak (Oil Cooler)
Merupakan alat untuk mendinginkan minyak pelumas, sistim kerjanya
mirip radiator, tetapi fluida pendinginnya bukan udara tetapi air pendingin.
13
d. Thermostat
Alat ini merupakan sensor, untuk menghidupkan / mematikan aliran air
pendingin dari kipas pendingin.
2.4.2.3 Turbocharger/Supercharger
Untuk mesin diesel yang berkapasitas besar biasanya dilengkapi dengan
turbocharger/supercharger, peralatan ini untuk meningkatkan effisiensi mesin,
dimana gunanya untuk mengkompresikan umpan udara panas keruang bakar.
2.4.2.4 Prinsip kerja mesin diesel
Pada mesin diesel, proses pembakarannya hampir sama dengan dengan
proses pembakaran pada mesin bensin. Perbedaannya terletak pada cara
mendapatkan panas untuk pembakaran tersebut. Pada mesin bensin, panas yang
digunakan
untuk
membakar
bensin
diperoleh
dari
bunga
api
yang
dihasilkan/dipercikkan busi pada akhir langkah kompresi sedangkan pada mesin
solar untuk membakar bahan bakar solar diperoleh dari suhu udara yang sangat
tinggi pada akhir langkah kompresi.
Terbakarnya bahan bakar akan menghasilkan tenaga yang sangat besar
yang akan mendorong piston bergerak ke Titik Mati Bawah (TMB). Gerakan
piston inilah yang selanjutnya akan menggerakkan atau memberi tenaga pada
rotor generator listrik untuk berputar. Piston akan kembali ke Titik Mati Atas
(TMA) karena efek dari putaran poros engkol. Ketika piston bergerak ke atas
maka gas sisa pembakaran ikut terbuang. Selanjutnya, piston akan bergerak
kembali ke titik mati bawah. Gerakan ke titik mati bawah ini merupakan langkah
kebalikan dari gerakan langkah ke titik mati atas, yaitu untuk menghisap udara.
Udara tersebut kemudian ditekan (dikompresikan) sampai tekanan dan suhunya
meninggi. Bersamaan dengan itu solar tersemprot ke dalam silinder dan terbakar
oleh suhu yang panas Gerakan piston ini akan terjadi secara berulang-ulang jika
mesin dihidupkan.
14
Proses satu kali pembakaran dalam empat langkah piston tersebut
dinamakan proses empat tak. Mesinnya disebut mesin empat tak. Untuk lebih
jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut.
Keterangan:
1. Katup Masuk
2. Ijektor
3. Katup Buang
4. Piston
5. Batang Penggerak
6. Engkol
7. Karter
8. Titik Mati Atas
9. Titik Mati Bawah
Gambar 2.5 Bagian Bagian Mesin Diesel (Sulistyono, 2007)
Mesin diesel digunakan sebagai penggerak mula generator karena
memiliki beberapa keuntungan yaitu (Sulistyono, 2007) :
1. Pemakaian bahan bakar solar lebih hemat karena efisiensi panas yang lebih
baik dan biaya operasi lebih hemat sebagai bahan bakar solar harganya lebih
murah dari bensin.
2. Daya tahan lebih lama dan gangguan lebih sedikit karena tidak membutuhkan
sistem pengapian.
3. Jenis bahan bakar yang dapat digunakan lebih banyak.
4. Variasi moment yang lebih kecil pada tiap kecepatan yang memungkinkan
fleksibelitas dan operasinya mudah.
2.4.2.5 Perawatan periodik mesin diesel
Adapun langkah-langkah perawatan rutin mesin diesel adalah sebagai
berikut :
15
a. Pembersihan mesin, peralatan-peralatan bantu serta lantai lokasi mesin dari
debu, tumpahan minyak dan benda cair lainnnya.
b. Buang air kondensat dan kotoran dari tangki udara, tangki bahan bakar, dan
tangki penampungan kebocoran.
c. Pemeriksaan level oli pada tangki oli dan lakukan penambahan bila kekurangan
oli.
d. Pemeriksaan minyak pelumas dari kecampuran bahan bakar (solar).
e. Pemeriksaan dan perbaiki kebocoran minyak pelumas.
f. Pemeriksaan dan perbaiki kebocoran sistem bahan bakar.
g. Pemeriksaan dan perbaiki kebocoran sistem pendingin.
h. Pemeriksaan dan perbaiki kebocoran sistem udara.
i. Pemeriksaan dan perbaiki glen packing dan spinder coupling pompa jacket
water.
2.5 Generator Set Mesin Uap
Generator set mesin uap merupakan sebuah pembangkit listrik dimana
penggerak uatamanya adalah mesin uap. Berikut ini merupakan generator set uap
yang terdapat di PG PTPN XI Situbondo.
Gambar 2.6 Bentuk Fisik Genset Uap (Foto Langsung di PG PTPN XI, 2011)
16
2.5.1 Turbin uap
Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah
menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin ini
langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme
yang akan digerakkan tergantung pada jenis mekanisme yang digunakan. Turbin
uap dapat digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk
pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi (Wasito, 1981)
Gambar 2.7 Bentuk Turbin Uap (Wasito, 1981)
2.5.1.1 Jenis-jenis turbin uap
Turbin uap secara umum diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu :
a. Turbin Impuls
Disain turbin impuls uap dialirkan melalui nozzel diarahkan kesudu-sudu
bergerak, dimana sudu akan memutar poros dan energi yang dikandung steam
akan turun. Jika roda turbin lebih dari satu stage, maka steam akan masuk ke
sudu tetap (sudu pengarah) yang mengarahkan steam kembali ke sudu – sudu
bergerak stage berikutnya.
b. Turbin Reaksi
Design turbin 4eaksi setiap sudu berfungsi sebagai nozzle, oleh karena itu
memiliki pengaruh impuls di setiap stage. Sudu bergerak didesign sedemikian
rupa sehingga saat steam mengalir akan terjadi penurunan kecepatan steam saat
menggerakkan rotor sehingga rotor berputar dengan kecepatan tinggi. Turbin
jenis ini mempunyai efisiensi tinggi.
17
2.5.1.2 Komponen-komponen utama turbin uap
Komponen-komponen utama turbin uap adalah sebagai berikut :
a. Casing
Casing terbuat dari konstruksi baja sehingga kuat menahan panas yang
berasal dari dalan turbin.
b. Rotor
Rotor umumnya terbuat dari baja, sudu diselipkan pada celah-celah
peripheral.
c. Seal
Berbentuk karbon ring dipadukan dengan per keliling dan dipasangkan
pada gland housing, pada umumnya terdiri dari tiga tau empat bagian Seal ini
akan men seal steam pada casing dan mencegah kebocoran steam keluar.Ada
juga turbin yang menggunakan Seal labirin, biasanya pada turbin kondensasi.
d. Nozzle
Merupakan komponen turbin yang berfungsi untuk mengarahkan dan
menaikan kecepatan steam ke sudu bergerak turbin. Hal ini karena bentuk
penampang nozzle yang sempit pada pangkalnya dan melebar di ujungnya
d. Governoor
Kecepatan turbin harus dikontrol agar out put generator dengan frekwensi
50 Hz. Sistem governoor adalah semacam bandul yang diputar pada poros,
sehingga akibat gaya sentrifugal bandul bergerak keluar, dan menarik
pengendali plunger dan menggerakkan pembukaan inlet valve steam.
Turbin
uap
dapat
dioperasikan
apabila
memenuhi
persyaratan
pengoperasian sebagai berikut :
a. Klep pengaman (trip emergency valve) dalam kondisi bebas.
b. Kran uap bekas pada bejana tekanan balik (back pressure vessel) terbuka
c. Air pendingin turbin cukup tersedia
d. Kran uap induk dalam posisi tertutup dan kran-kran condensat pada kondisi
terbuka
Berikut ini merupaka perawatan periodik yang harus selalu dilakukan pada
turbin uap, antara lain :
18
- Pemeriksaan baut pondasi turbin
- Pemeriksaan bearing turbin
- Lakukan pelumasan pada turbin ketika dihidupkan pada saat start dan saat
turbin beroperasi.
2.5.2 Ketel Uap
Ketel uap adalah sebuah alat untuk menghasilkan uap yang terdiri dari
bagian yang paling penting yaitu dapur pemanasan. Proses pemanasan tersebut
menghasilkan uap yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar pada boiler.
Boiler adalah sebuah alat yang mengubah air menjadi uap. Uap atau fluida panas
kemudian disirkulasikan dari ketel untuk berbagai proses dalam aplikasi
pemanasan (Culp, 1996).
2.5.2.1 Komponen utama ketel uap
Agar dapat berfungsi secara baik, maka ketel uap memiliki komponenkomponen utama, yaitu :
a. Pompa air umpan ketel
b. Economiser
c. Boiler
d. Superheater
e. Alat Pemanas Udara ( APL)
f. Ruang Bakar
g. Cerobong Asap
h. Blower
2.5.2.2 Bagian-Bagian Ketel Uap
Ketel uap mempunyai bagian-bagian yang akan diterangkan sebagai
berikut (Rahayu, 2008) :
a. Drum Atas (Upper Drum)
Drum atas berfungsi sebagai :
- Tempat masuknya air umpan ke drum.
19
- Tempat pembentukan uap yang dilengkapi dengan sekat-sekat penahan butirbutir air terbawa oleh uap
b. Drum Bawah (Lower Drum)
Drum bawah berfungsi sebagai
tempat pemanasan air ketel yang di
dalamnya dipasang plat-plat pengumpul endapan endapan halus untuk
memudahkan pembuangan keluar (blow down).
c. Pipa-pipa Air (Header)
Pipa-pipa ini berfungsi sebagai tempat pemanasan air ketel yang dibuat
sebanyak mungkin sehingga penyerapan panas lebih merata dan efisiensi lebih
tinggi. Pada pipa-pipa air perpindahan panas terjadi secara konveksi yang
berfungsi untuk mempercepat pemanasan air ketel. Pipa- pipa ini terdiri atas :
1. Pipa – pipa air yang yang menghubungkan drum atas dengan drum bawah.
2. Pipa – pipa air yang menghubungkan drum atas dengan header belakang.
d. Pembuang Gas Bekas
Gas bekas dari pembakaran dihisap oleh blower dihisap (induced draft fan)
kemudian dibuang keudara bebas melalui cerobong asap (chinney).
e. Alat-alat Pengaman
Mengingat tekanan kerja dan temperatur ketel tinggi, maka ketel harus
dilengkapi dengan alat-alat pengaman. Adapun alat-alat pengaman tersebut
antara lain :
- Katup Pengaman
Alat ini bekerja membuang uap pada tekanan yang telah ditentukan sesuai
dengan 21 kg/cm2 , sedangkan pada katub pengaman tekanan uap lanjut (super
heated steam) disetel pada tekanan 20,5 kg/cm2. jika tekanan kerja dalam ketel
melampaui batas setting dari katup pengaman, maka katup ini harus dapat
membuang uap, sehingga tekanan yang ada tidak lebih tinggi dari yang di
ijinkan untuk mencegah meledaknya / pecahnya ketel. Agar lebih aman setiap
ketel uap menggunakan dua buah katup pengaman.
- Gelas Penduga (Sight Glass)
Gelas penduga ini berguna untuk menunjukkan tinggi rendahnya
permukaan air dalam ketel. Prinsip kerjanya adalah menurut hukum bejana
20
berhubungan. Gelas penduga adalah sebuah tabung gelas dengan garis tengah
kira-kira 20 mm, panjangnya rata-rata 30 cm dan tebal dinding kira-kira 2-2,5
mm, kedua gagang dan peralatan tersebut terbuat dari tembaga dan dilengkapi
dengan keran ( pada kedua ujung ), dimana gagang atas dihubungkan dengan
ruang uap dari ketel dan gagang bawah dihubungkan dengan ruang uap dari
ketel dan gagang bawah dihubungkan dengan ruang air. Bila gelas penduga
bekerja dengan baik, maka tinggi air dalam gelas akan sama dengan tinggi air
didalam drum.
- Gelas Penduga Refleks
Gelas penduga refleks banyak digunakan, karena pada gelas penduga ini
terdapat perbedaan yang jelas antara air dan uap. Bagian yang berisi
memperlihatkan warna yang agak kehitaman, sedangkan bagian yang berisi uap
kelihatan bersih, gelas ini disebelah dalam diberi alur-alur dengan penampang
Gelas Penduga Refleks berbentuk segi tiga sama kaki dengan sudut puncak
sebesar 90°. Perbedaan warna itu terjadi karena perbedaan pantulan cahaya pada
bidang batas antara gelas dengan uap. Gelas penduga ini dilengkapi dengan alat
pengontrol air otomatis yang akan berbunyi dan lampu merah akan menyala
pada waktu kekurangan air, pada waktu kelebihan air bel akan berbunyi dan
lampu hijau menyala.
- Katup Penguras (Blow Drum Valve)
Katup penguras ini digunakan untuk membuang atau mengosongkan ketel
sebagian atau seluruhnya, dimana pengosongan ini dimaksud untuk membuang
lumpur yang terdapat didalam drum bawah ketel dan untuk mencegah timbulnya
kerak ketel dan buntu pipa.
- Pengukur Tekanan (Manometer)
Manometer adalah pengukur tekanan uap di dalam ketel yang dipasang
satu buah untuk tekanan uap dipanasi lanjut dan satu buah lagi untuk tekanan
uap basah. Manometer yang digunakan adalah manometer baurdon, manometer
baurdon ini terdiri dari sebuah pipa yang melengkung dan berpenampang elips,
dimana penampang ujungnya tertutup dan satu lagi terbuka dan dihubungkan
dengan tekanan yang akan di ukur. Bagian pipa yang tertutup dihubungkan
21
dengan roda gigi, dimana akibat dari
desakan uap dari roda gigi berputar
sehingga jarum penunjuk berputar, biasanya antara ketel dengan manometer
dipasang pipa yang mengandung air guna melindungi pipa baurdon yang
tersumbat dari kuningan agar pembacaan tidak dipengaruhi oleh suhu air
- Keran Uap (Gate Valve)
Keran pemasukan air ini terdiri dari dua buah keran yaitu satu buah keran
ulir dan satu lagi keran satu arah (Non Return Valve). Kedua alat ini di buat dari
bahan yang tahan panas dan tekanan tinggi.
Perlengkapan lain yang diperlukan untuk ketel uap adalah :
1. Alat penghembus debu pada pipa air ketel (Mecanical Sool Blower).
2. Pemasukan air ketel otomatis (Automatic Feed Water Regulator).
3. Panel-panel listrik
4. Meter pencatat tekanan temperatur (Temperatur Recorder)
5. Keran – keran buangan air
2.5.2.3 Cara kerja ketel uap
Gambar 2.8 Cara Kerja Ketel Uap (Rahayu, 2008)
Air umpan ketel dari tangki dipompakan ke economizer untuk dipanaskan
awal sebelum masuk ketel uap. Dari economiser air yang sudah hangat dialirkan
ke ketel, selanjutnya dipanaskan sampai menghasilkan uap jenuh (saturated
steam). Uap jenuh dari ketel dipanaskan lanjut di pemanas lanjut (superheater)
22
dan menghasilkan uap panas lanjut (superheated steam) yang siap untuk
digunakan, seperti :
a. Menggerakkan turbin uap.
b. Untuk keperluan pemrosesan (merebus, memanaskan, dll.) Steam generation
juga dilengkapi dengan peralatan-peralatan keselamatan, seperti Pengukur level
air di ketel dan pengukur tekanan di ketel.
Parameter perhitungan bahan bakar sesuai dengan fungsi additive adalah
rasio antara kebutuhan ampas tebu terhadap produksi steam. Seberapa banyak
ampas tebu diperlukan (kg ampas tebu) untuk memproduksi setiap 1 kg steam.
Fungsi additive adalah memperbaiki kalor pembakaran ampas dan thermal
efisiensi boiler. Selanjutnya dampak pemakaian additive ini mempengaruhi rasio
kebutuhan ampas terhadap steam yang dapat di estimasi secara ekonomis.
Keuntungan ekonomis dari hasil perbaikan kalor pembakaran dan thermal
efisiensi tergantung pada jumlah dan jenis bahan bakar tambahan yang dipakai.
Jenis bahan bakar tambahan adalah : Rata-rata 5 % Residu atau IDO , dan 95 %
serbuk gergaji , sekam padi dan ampas tebu dari luar pabrik.
2.5.2.4 Perawatan Periodik Ketel Uap
Adapun langkah-langkah rutin dalam perawatan turbin uap adalah sebagai
berikut (Rahayu, 2008) :
a. Pemeriksaan dinding dapur produksi uap.
b. Pemeriksaan dinding batu bata.
c. Pemeriksaan dan pembersihan peralatan pembakaran.
d. Pemeriksaan dan pembersihan perlengkapan.
e. Pemeriksaan bagian dalam dan luar ketel dan mengganti rooster yang rusak.
f. Pemeriksaan dan pembersihan casing ketel
g. Pemeriksaan dan pembersihan cerobong asap
h. Pemeriksaan dan pembersihan controller dan regulator atau setiap instrumen
pengukur
i. Pemeriksaan dan pembersihan keran pipa secara keseluruhan.
23
2.6 Daya Listrik
Daya listrik merupakan energi yang dihasilkan oleh rangkaian sumber
listrik atau yang diserap oleh alat listrik per satuan waktu didalam rangkaian arus
listrik. Dalam sistem listrik arus bolak-balik ada tiga jenis daya yang dikenal,
yaitu daya aktif, daya reaktif, dan daya semu (Harnovi, 2003).
Tiga jenis daya tersebut dapat digambarkan secara vektoris dalam bentuk
segitiga daya seperti pada gambar 2.9.
S
Q
Ө
P
Gambar 2.9 Segitiga Daya (Harnovi, 2003)
Hubungan antara ketiga besaran daya tersebut dinyatakan dengan
persamaan-persamaan berikut :
S²
= Q²+P² ............................................................................... …….(2.2)
P
= S Cos Φ .......................................................................... …….(2.3)
Q
= S Sin Φ ........................................................................... …….(2.4)
Cos Φ =
2.6.1
P
.................................................................................... …….(2.5)
S
Daya semu (S)
Daya semu adalah daya yang diperoleh dari hasil kali arus dan tegangan
tanpa tergantung dari sudut beda fasa. Daya yang dibangkitkan pada sumber
pembangkit listrik daya semu dengan satuan VA (Volt Ampere). Besarnya daya
semu dapat dinyatakan sebagai berikut:
S = V . I (VA)……………………………………………(2.6)
S = √3 . V . I (VA)………………………….……..…..…(2.7)
Keterangan :
S = Daya kompleks (VA)
V = Tegangan listrik (Volt)
I = Arus listrik (Ampere)
24
2.6.2 Daya aktif (P)
Daya aktif adalah daya yang dapat melakukan usaha yang sebenarnya,
satuan daya aktif adalah Watt.
P = V . I . cos Φ (Watt)…………………………………..…..(2.8)
P = √3 . V . I . cos Φ (Watt)……………………………..…...(2.9)
Keterangan :
P
= Daya aktif (Watt)
V
= Tegangan listrik (Volt)
I
= Arus listrik (Ampere)
Cos Φ = Faktor daya beban
2.6.3 Daya reaktif (Q)
Daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energi pembangkitan flux
magnetik sehingga timbul magnetisasi dan daya ini dikembalikan ke sistem
karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri. Satuan daya reaktif adalah VAR
(Volt Ampere Reaktif).
Q = V . I . sin Φ (VAR)…………………………………..…(2.10)
Q = √3 . V . I . sin Φ (VAR)………………………………...(2.11)
Keterangan :
Q
= Daya reaktif (VAR)
V
= Tegangan listrik (Volt)
I
= Arus listrik (Ampere)
Sin Φ = Faktor reaktif beban
PLN akan mengenakan biaya tambahan apabila pemakaian daya reaktif
ini lebih dari 62% dari pemakaian daya aktif. Oleh karena itu dilakukan
pemasangan kapasitor bank untuk memperkecil daya reaktif. Untuk mendapatkan
besarnya daya reaktif yang diharapkan dari pemasangan kapasitor bank, maka
diperlukan dua parameter daya reaktif, yaitu total sebelum dilakukan kompensasi
dan daya reaktif setelah dilakukan kompensasi. Rumus-rumus perhitungan
kebutuhan daya reaktif adalah sebagai berikut (Sudiharto, 2010) :
25
Besarnya kebutuhan daya reaktif total ( Q ) adalah:
Q = P tan (cos -1 φ) )………………………….……………………...(2.12)
Besarnya daya reaktif pada faktor daya yang diinginkan atau referensi (Q’)
adalah:
Q’ = P tan (cos -1 φ’) ..…………………………………..…………...(2.13)
Besarnya daya reaktif yang diharapkan dari pemasangan kapasitor bank (Qc)
adalah:
Qc = Q - Q’ ...……………………………………….……………...(2.14)
Dimana:
P
= daya aktif total yang diserap beban (kW)
Q
= daya reaktif total (kVAR)
Q’
= daya reaktif pada faktor daya yang diinginkan (kVAR)
Qc
= daya reaktif yang diharapkan dari pemasangan kapasitor bank
(kVAR)
cos φ = faktor daya sebelum dipasang kapasitor bank
cos φ’ = faktor daya yang diinginkan
2.7 Metode Perhitungan Pemakaian Penggunaan Bahan Bakar
Pada genset uap dan genset diesel, untuk menggerakan generatornya tentu
saja diperlukan penggerak mula yaitu mesin diesel dan turbin uap. Untuk
menghidupkan mesin diesel dan turbin uap diperlukan bahan bakar berupa minyak
solar dan ampas tebu. Perkiraan jumlah kebutuhan bahan bakar tersebut
digunakan metode regresi linier sederhana.
2.7.1 Metode Regresi Linier Sederhana
Untuk menghitung perkiraan pemakaian penggunaan bahan bakar pada
genset digunakan metode ini. Regresi adalah bentuk hubungan antara peubah x
dengan peubah tak bebas y, yang dinyatakan dalam bentuk fungsi y = f(x)
sehingga bentuk-bentuk fungsi
sesuai
dengan perubah bebas
x
yang
menyusunnya. Untuk mendapatkan bentuk hubungan yang sesuai antara perubah
26
bebas x dengan peubah tak bebas y, maka kedua jenis peubah harus dinyatakan
dalam nilai yang terukur atau kuantitatif.
Analisis regresi dilakukan bila dua variabel berupa hububgan kausal atau
fungsional. Bentuk fungsi atau garis regresi dapat digolongkan menjadi dua, yaitu
regresi linier dan regresi non linier.
Bentuk hubungan yang paling sederhana antara peubah x dan peubah y
adalah berbentuk garis lurus atau berbentuk linear yang disebut dengan regresi
linier sederhana atau sering disebut regresi linier saja. Persamaan umum regresi
linier sederhana adalah sebagai berikut (Thomasyunigunarto, 2008) :
ŷ = b + ax ……………………………….……………………………(2.15)
Dimana :
ŷ = Nilai variabel y hasil peramalan
x = Variabel bebas
b = Nilai ŷ jika x bernilai 0
a = Perubahan rata-rata ŷ terhadapa perubahan unit per x
Nlai a dan b dapat dicari dengan persamaan seperti dibawah ini :
a
n( xi yi )  ( xi )( yi )
b
( yi )  ( xi )(b)
n( xi2 )  ( xi )2
n
…………………………………………...(2.16)
……………..……………………………...….(2.17)
Dimana :
n : banyak pasangan data
yi : nilai peubah takbebas Y ke-i
xi : nilai peubah bebas X ke-i
2.8 Perhitungan Biaya Penggunaan Listrik PLN
2.8.1 Biaya beban PLN
Biaya beban adalah kontrak pemasangan daya listrik untuk menyuplai
kebutuhan pabrik sesuai dengan kewajiban Pengguna jasa PLN untuk tarif dasar
listrik yang berlaku sampai sekarang. Biaya ini merupakan biaya yang harus
27
dikeluarkan perusahaan dimana besarnya tergantung dari penggunaan energi
listrik.
2.8.2 Teori mendapatkan besar biaya pemakaian listrik PLN
Cara mendapatkan besar biaya tersebut adalah penggunaan energi listrik
(kWH) dikalikan dengan harga per kWh. Untuk kWh LWBP dan kWH WBP
besarnya biaya adalah tergantung dari masing-masing besar daya dari konsumen.
Selain itu juga terdapat biaya beban jumlah kVAh yang digunakan serta tambahan
biaya apabila tedapat kelebihan penggunaan kVARh (PLN, 2010).
Berikut ini merupakan rumus perhitungan penggunaan daya listrik :
Biaya listrik
= Biaya kWh LWBP + Biaya kWh WBP + Biaya kVAh +
Biaya kVARh + PPJU + Materai…………..………….…(2.18)
Keterangan :
Biaya kWh LWBP
: Biaya listrik pada saat Luar Waktu Beban Puncak
Biaya kWh WBP
: Biaya listrik pada saat Waktu Beban Puncak
Biaya kVAh
: Biaya beban sesuai daya terpasang
Biaya kVARh
: Biaya jika melebihi batas kVAR yang ditentukan
PPJU
: Pajak Penerangan Jalan Umum
2.9 Depresiasi (Penyusutan)
Depresiasi merupakan salah satu konsekuensi atas penggunaan aktiva
tetap, dimana aktiva tetap akan mengalami keausan atau penurunan fungsi. Dalam
ilmu akutansi depresiasi didefinisikan sebagai harga perolehan aktiva tetap yang
di alokasikan ke dalam harga pokok produksi atau biaya operasional akibat
penggunaan aktiva tetap tersebut. Penyusutan untuk periode akuntansi dibebankan
ke pendapatan baik secara langsung maupun tidak langsung. Aktiva yang dapat
disusutkan seringkali merupakan bagian signifikan aktiva perusahaan. Penyusutan
ini dapat berpengaruh secara signifikan dalam menentukan dan menyajikan posisi
keuangan dan hasil usaha perusahaan.
28
Rumus untuk menghitung besarnya depresiasi adalah sebagai berikut
(Setiawan, 2001) :
D=
AC  SV
……………………………………………………..…(2.19)
LT
Keterangan :
D
= Depresiasi (Penyusutan)
AC = Acquisition Cost (Harga Perolehan)
SV = Salvage Value (Nilai Sisa)
LT = Life Time (Perkiraan umur kegunaan)
Masa manfaat dari aktiva yang dapat disusutkan harus ditinjau secara
periodik dan persentase penyusutan disesuaikan untuk periode sekarang dan yang
akan datang jika terdapat perbedaan besar dari estimasi sebelumnya. Pengaruh
perubahan harus diungkapkan dalam periode akuntansi di mana perubahan terjadi.
Untuk pealatan yang sudah berumur cukup tua maka sulit diperkirakan kapan
peralatan tersebut masih layak untuk digunakan. Oleh karena itu perhitungan
besarnya penyusutan dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya-biaya perawatan
ataupun biaya penggantian suku cadang yang rusak dengan jumlah biaya
operasional peralatan tersebut.