Dasar - dasar Sistem Pembangkit Tenaga

Abstrak

Sistem pembangkit tenaga adalah merupakan sumber utama penghasil energi baik untuk kebutuhan industri maupun kebutuhan publik lainnya. Dimana sistem ini kebanyakan menggunakan bahan bakar fosil baik itu berbahan bakar gas, cair maupun padat. Efisiensi sistem menjadi perhatian utama untuk sistem ini karena berhubungan dengan performance dan konsumsi bahan bakar. Maka untuk mencapai efisiensi siklus yang dikehendaki dilakukan beberapa modifikasi terhadap sistem dengan menambahkan beberapa peralatan selain peralatan utama atau dengan siklus kombinasi (siklus gas dan siklus uap). Melalui artikel ini akan dikenalkan siklus – siklus dasar dari sistem, siklus modifikasi dan kombinasi, kemudian pada proses selanjutnya akan dibahas dengan analisa – analisa dasar dengan kasus – kasus dan data – data yang valid.

Keyword: Sistem pembangkit tenaga, efisiensi, performance, siklus modifikasi, siklus kombinasi, analisa siklus.

Gambar 1. Skematik Sistem Uap

Pada artikel sebelumnya telah dibahas tentang peranan penting peralatan/mesin utility untuk berlangsungnya proses produksi diindustri. Pada artikel berikut ini akan diulas tentang bagian dari sistem utility yaitu sistem pembangkit tenaga (power plant system). Beberapa contoh kategori sistem pembangkit tenaga, seperti:

• Sistem pembangkit tenaga uap
• Sistem pembangkit tenaga gas
• Sistem pembangkit tenaga diesel
• Sistem pembangkit tenaga nuklir
• Sistem pembangkit tenaga air
• Sistem pembangkit tenaga panas bumi
• Sistem pembangkit tenaga matahari
• Sistem pembangkit tenaga angin dan gelombang laut

Dalam artikel ini tidak akan dibahas semua kategori sistem pembangkit tenaga tersebut, dalam kesempatan kali ini hanya akan dibahas tentang sistem pembangkit tenaga uap, dengan fokus pada analisis dasar yang berhubungan erat dengan ilmu thermodinamika untuk mengetahui performance sistem yaitu efisiensi thermal sistem.

Siklus Rankine adalah bagian dari ilmu thermodinamika yang menjadi referensi dasar untuk mengenal, memahami dan menganalisa sistem pembangkit tenaga uap. Maka tulisan ini akan mengulas tentang siklus Rankine dari siklus Rankine ideal hingga siklus Rankine yang mengalami modifikasi untuk mendapatkan efisensi siklus yang lebih baik, sehingga ekonomis dalam penggunaan bahan bakar. Oleh karena itu, sangat diharapkan bahwa pengertian dari siklus Rankine ini harus benar – benar dipahami oleh semua sarjana teknik mesin secara umum.

1. Siklus Rankine Saturasi

Gambar 2. Diagram Alir dan Diagram T – s Siklus Rankine Saturasi

Analisis performancenya berdasarkan thermodinamika:

 2. Siklus Rankine dengan Superheater

Gambar 2. Diagram Alir dan Diagram T – s Siklus Rankine Superheat

Analisis performancenya berdasarkan thermodinamika:

3. Siklus Rankine dengan SUperheater dan Reheater

Gambar 3. Diagram Alir dan Diagram T – s Siklus Rankine dengan Superheater dan Reheater

Analisis performancenya berdasarkan thermodinamika:

Dasar – dasar analisa yang ditinjau dari analisa thermodinamika ini adalah secara khusus har mampu dipahami oleh semua sarjana teknik mesin karena ini adalah merupakan skill/studi dasar yang sangat umum dan juga bisa dipahami oleh jurusan/bidang keahlian lainnya. Dari tulisan yang disajikan tersebut merupakan pandangan umum dan harus didalami dengan melihat dan memahami studi – studi kasus yang khusus membahas hal tersebut, fungsi dengan memahami ini akan dirasakan dan sangat membantu serta menjadi nilai tambah bagi sarjana teknik mesin itu sendiri ketika akan terjun ke bidang profesional seperti industri yang menangani energi ataupun sistem pembangkit tenaga untuk komersial atau kebutuhan industri itu sendiri.

Pada pembahasan selanjutnya akan diulas Siklus Rankine dengan Pemanas Air Umpan (Feedwater Heating). Dimana alat pemanas umpan adalah merupakan alat untuk mengurangi ketakmampubalikan ekonomisator tetapi tidak bisa menghapusnya sama sekali. Pemanasan air umpan meli-puti ekspansi adiabatik normal didalam turbin. Pemanas air umpan dapat dikategorikan:

• Pemanas air umpan terbuka atau kontak langsung
• Pemanas air umpan jenis terteutup dengan kurasan berjenjang mundur
• Pemanas air umpan jenis tertutup dengan kurasan dipompa maju

Pemanas air ulang ini sendiri adalah dimaksudkan juga untuk meningkatkan efisiensi siklus pembangkit daya. Akan dibahas pada tulisan artikel berikutnya. By alpconsultant.




 

Idealisasi Equipment Industry

Abstrak

Industri – industri yang bergerak dalam bidang produksi baik itu untuk menghasilkan bahan baku ataupun produk jadi, dimana didalam area industri tersebut akan terdapat berbagai macam peralatan/mesin untuk menjalankan siklus produksi, peralatan/mesin yang dimaksud seperti peralatan/mesin utility, peralatan/mesin produksi dan peralatan/mesin pendukung lainnya. Dimana peralatan/mesin ini secara fungsional saling keterkaitan satu sama lainnya, akan tetapi yang memegang peranan utama adalah peralatan/mesin utility bisa seperti penghasil energi sementara peralatan/mesin proses produksi dan lainnya sebagai pengguna energi. Untuk mengenal atau memahami sistem dan menganalisa performance untuk mengetahui efisiensi dan keefektifan sistem dalam penggunaan energi, maka seyogyanya harus mengetahui pengidealisasi sistem, teori- teori dasar, terapan dan studi pendukung lainnya yang dianggap penting ketika akan menganalisa suatu sistem. Dengan memahami dan menguasai metode – metode penganalisaan sistem yang dilandasi pengetahuan yang tepat maka akan sangat membantu dalam mengefisiensikan penggunaan energi dan menekan biaya produksi suatu industri.

Keyword: Industri,peralatan/mesin, utility, proses produksi, performance, efisinesnsi, idealisasi

 Gambar 1. Peran posisi peralatan/mesin utility terhadap sistem proses produksi

Berbicara tentang industri atau pabrikasi, maka pertanyaannya apa sumber energi yang digunakan untuk menggerakkan semua peralatan industri hingga menghasilkan bahan baku ataupun produk jadi, peralatan yang dimaksud seperti mesin utility, mesin produksi dan peralatan pendukung lainnya. Kebanyakan industri baik yang bergerak dalam produksi makanan, produksi hasil pertanian, pertambangan batu bara, minyak, industri baja dan lainnya, mendayagunakan kemampuan akan mendirikan suplai energi untuk kebutuhan sendiri yaitu dengan membangun sistem power plant, seperti sistem uap (ketel uap,turbin uap), sistem power plant gas (turbin gas), mesin pembakaran dalam dan bisa gabungan antara sistem uap dan sistem gas (sistem power plant combinasi)

Gambar 2. Sistem power plant uap menggunakan bahan bakar batu bara (coal)

Sistem power plant yang digunakan untuk keberlangsungan proses produksi disebuah industri adalah sistem uap, sistem gas dan mesin pembakaran dalam seperti mesin Diesel. Sistem uap (gambar 2) sangat fami-liar diaplikasikan diindustri karena dapat dimanfaatkan untuk beberapa fungsi seperti:

• Menghasilkan energi listrik untuk mengge-rakkan/menjalankan semua mesin baik utility maupun mesin proses produksi.
• Untuk menghasilkan panas yaitu bisa dengan menggunakan langsung uap saturasi yang dihasilkan, ataupun uap kondensat dari buangan turbin untuk digunakan dalam proses produksi sebelum dibuang kelingkungan.

Dalam kesempatan ini, hanya akan ditekankan bahwa besarnya peranan penting terhadap skill dasar yang harus dimiliki oleh para tamatan sarjana teknik mesin. Secara umum pandangan masyarakat umum dan industri terhadap tamatan sarjana mesin tidak dipandang hanya mengetahui masalah energi, konstruksi maupun material, karena secara domestik ketersedian lapangan pekerjaan tidak cukup memadai jika berdasarkan tamatan teknik mesin yang memiliki keahlian pada konsentrasi studi khusus. Jadi setiap sarjana teknik mesin seyogyanya harus memiliki prinsip – prinsip pengetahuan dasar dan keahlian dasar yang bersinkroninasi terhadap jurusan teknik mesin tersebut.

Kembali kepada topik pembahasan utama, dimana peralatan/mesin industri yaitu mesin utility dan mesin produksi dan peralatan pendukung lainnya. Mesin – mesin utility tersebut merupakan sistem utama dalam lingkungan industri yang mensupport sehingga sistem proses produksi berjalan, dapat dilihat seperti gambar (1).

Oleh karena itu, dimana mesin utility memegang peranan utama dalam industri, maka skill dan penguasaan pengetahuan dasar yang harus dimiliki adalah kemampuan dalam mengalisis performance dan troubleshooting dan juga perencanaan pemeliharaan sistem – sistem industri, dengan maksud tercapainya suatu efisiensi dan ekonomis-nya operasional industri secara keseluruhan.

Contoh beberapa model pengetahuan dasar yang harus diketahui dan dikembangkan dalam beberapa sistem industri:

1. Diagram Alir dan Siklus Sistem Uap

Efisiensi Siklus

Dimana:

Hl     = Panas total uap pada tekanan masuk
H2   = Panas total uap pada tekanan kondensor
Hw2 = Panas total air pada tekanan kondensor


2. Diagram Alir dan Siklus Sistem Refrigerasi 

Formula untuk menganalisa performance sistem:

Dimana:
QL = Panas yang dilepas oleh kondensor
Wnet,in = Kerja yang dilakukan oleh kom-presor




3. Diagram Alir dan Siklus Sistem Turbin Gas

Formula untuk menganalisa performance sistem:

atau

Dimana:

Wnet = Kerja netto turbin
Qin = Panas yang masuk secara isobar
Qout = Panas yang keluar secara isobar
rp = Rasio tekanan
k = Konstanta panas spesifik

4. Sistem Heat Exchanger

Formula untuk menganalisa keefektifannya:

Dimana:

Qactual = Cc (Tc, out – Tc, in) = Ch, in (Th, in – Th,out)
Cc = mc . cpc
Ch = mh . cph
Qmax = Cmin (Th,in – Tc,in)
Cmin = Harga terkecil dari Cc atau Ch

Dan banyak lagi teori pengantar pengidealisasian sistem – sistem industri dalam hal untuk memahami metode analisa dasar performance sistem. Dalam hal ini seorang tamatan sarjana teknik mesin berperan penting untuk devisi ini.

Oleh karena itu, pemahaman teori – teori dasar yang berhubungan dengan sistem industri secara garis besar harus diketahui dan dikuasai oleh semua sarjana teknik mesin, walaupun pada saat masa mengikuti perkuliahan mendalami bagian – bagian materi spesialisasi dari jurusan teknik mesin, karena seyogya pihak industri tidak melihat secara eksplisit atau kekhususan spesialisasi studi yang diikuti tetapi melihat secara umum/keseluruhan dari jurusan teknik mesin tersebut.

Kesimpulan, materi ini adalah bahagian dari tawaran studi pembahasan yang kami kelola (Advance of Learning Program) dan banyak tawaran – tawaran studi lainnya yang kami khususkan berhubungan dengan sistem – sistem industri. By alpconsultant.

Skill, pengetahuan dan wawasan berkembang apabila diasah dan dikaji ulang secara berkesinambungan dan akan membuat orang tersebut memiliki karakter dan kepribadian sesuai dengan apa yang dipelajari

Referensi:

1. 1.Zoran K. Morvay and Dušan D. Gvozdenac “Applied Industrial Energy and Environmental Management”, © 2008 JohnWiley & Sons Ltd, United Kingdom
2. A.K. Raja, Amit Prakash Srivastava, Manish Dwivedi “Power Plant Engineering” © 2006 New Age International (P) Ltd., Publishers
3. G.F. Hundy – A.R. Trott – T.C. Welch “Refrigeration and Conditioning” Fourth Edition
4. Yunus A. Cengel dan Michael A. Boles, “Thermodynamics (An Engineering Approach)”, Fifth Edition McGraw-Hill
5. Yunus A. Cengel,” The Basic Principles of Heat Transfer”, McGraw-Hill