pembangkit listrik tenaga air

Prime Mover (Penggerak Mula)
• Penggerak mula (PM) merupakan sistem
tenaga mekanikal awal untuk menggerakkan generator.
• Sistem pembangkitan tenaga listrik bisa
menggunakan PM dengan sumber energi
fossil atau sumber energi
baru/terbarukan.
• Secara umum PM pembangkit listrik
dibagi dalam 2 kelompok : pembangkit
listrik termal dan kelompok pembangkit
listrik tenaga air atau hidro.
• Khusus untuk PM pembangkit listrik EBT
maka bisa dibagi dalam 3 kelompok : PM
dengan sumber energi BBM, PM dengan
sumber energi air, dan PM dengan
sumber energi angin.
Jenis PM :
• Mesin diesel
• Turbin gas
• Turbin uap
• Turbin air
• Kincir angin
• Dlsb.
PM untuk Pembangkit Listrik
Motor penggerak mula
 Turbin air
 Mesin uap
 Motor bakar
 Kincir angin
Jenis tenaga primer
 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)
-. Dlsb.
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
Bahan bakar
• Mekanisme engkol : mengubah
gerak translasi torak (gerak
maju-mundur torak) menjadi
gerak putar pada poros engkol.
Pembakaran
§ Tekanan naik akibat pembakaran
§ Tekanan mendorong torak bergerak lurus
Konstruksi Motor Torak
1. Motor Bensin 2-Langkah (2-tak) :
• 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 bbmudara dilakukan di luar silinder
• Penyalaan dengan sistem
pengapian.
Konstruksi Motor Torak 2-Langkah
2. Pembakaran dilanjutkan dengan pembuangdilanjutkan
an dan pembilasan
dengan kompresi
1. Pengisian silinder
Konstruksi Motor Torak
2. Motor Diesel 2-Langkah (2-tak) :
• 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
menggunakan air.
Pembangkitan Panas pada Mesin Disel
Udara yang dihisap oleh ruang bakar dikompresikan, karena
adanya penyempitan ruang maka molekul-molekul udara saling
bergesekan sehingga menimbulkan panas  Hk. Charles.
Konstruksi Motor Torak
3. Motor Bensin-4 Langkah (Motor Otto) :
• 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
menggunakan air.
Konstruksi Motor Torak
4. Motor Diesel-4 Langkah :
• 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.
• Pembakaran terjadi dengan
sendirinya
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.
• Volume total mesin = volume
langkah dikalikan jumlah
silinder.
Titik mati atas,
volume ~ 1
Titik mati
bawah,
volume > 10
Volume Silinder
VL =  . D2 . L . n
VL
D
L
n
= Volume langkah total, cc
= Diameter silinder, cm
= Langkah piston (stroke), cm
= Jumlah silinder
Contoh : untuk silinder tunggal
berdiameter 5 cm dan langkah
piston 10 cm maka dihasilkan
volume 107 cc.
Diameter
silinder
Volume
Langkah
Panjang
langkah
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
mencapai 30-45kg/cm2 (suhu udara mencapai 500o 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.
• Bahan bakar seperti nitrometana (CH3NO2) menghasilkan 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 beroperasi 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 : penyemprotan 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
menempati ruang bakar bisa lebih
banyak.
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
menunggu rambatan api dari busi (spark ignition).
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 transesterifikasi 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
3,000 ton metrik per tahun.
Beberapa Fakta Biodiesel
• Biodiesel tidak beracun, biodegradable, essentially free of
sulfur dan carcinogenic benzene , dihasilkan dari bahan yang
dapat diperbaharui, sumber yang dapat didaur ulang, tidak
menambah secara signifikan gas rumah kaca.
• Hasil penelitian : pemakaian ME dari kedelai dan canola akan
menurunkan hidrokarbon dan CO, tetapi menaikkan emisi
NOx. (Schumacher dan Spataru)
• Konsumsi 30% ME lebih boros 2% dibanding solar murni
karena energi yang dihasilkan biodiesel lebih rendah, ratarata 118.000 Btu, dan solar rata-rata 130.500 Btu.
• Torsi antara solar dan 30% ME hampir tidak berbeda,
sedang perbedaan daya yang dihasilkan hanya sekitar 2%.
• Bilangan setana biodiesel (rata-rata 52) lebih tinggi
dibanding solar (rata-rata biodiesel 42) sehingga bisa
mengurangi detonasi mesin.
Tugas
• Buat makalah tentang bahan bakar biodiesel dengan
ketentuan sbb :
• Usahakan bisa menemukan bahan baru selain dari
bahan bakar biodiesel yang sekarang sudah umum
digunakan. Contoh : limbah hayati.
• Bagaimana proses pembuatannya.
• Bagaimana unjuk kerjanya.
• Kemungkinan untuk diproduksi dalam skala besar.
Tugas
• Buat makalah tentang studi perbandingan unjuk kerja
berbagai penggunaan EBT dengan bahasan :
• Faktor ekonomi
• Faktor ekologi
• Overall performance
• Beri kesimpulan dan saran-saran
Tugas
• Buat makalah tentang inovasi pemanfaatan energi panas
yang timbul dari proses mesin bakar ! Bahasan antara
lain berisi :
• Latar belakang
• Alasan inovasi
• Proses inovasi
• Kesimpulan