Materi Bab 1 ATK II

GAS, UAP, CAIRAN DAN PADATAN

            gas yaitu suatu keadaaan zat dalam hal ini molekul-molekulnya dapat bergerak sangat bebas, dan dapat mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya. Kondisi gas ditentukan oleh tiga factor yaitu : tekanan, suhu dan volume. Pengertian gas ideal adalah keadaan gas yang dianggap sempurna, memiliki sifat tertentu sehingga dapat diterapkan pada teori kinetic gas. Anggapan gas ideal harus memenuhi syarat sebagai berikut :

1. Gas terdiri atas partikel-partikel yang disebut molekul
2. Partikel-partikel gas tersebut berbentuk bola
3. Partikel-partikel gas bergerak secara acak
4. Antara partikel-partikel gas tidak ada gaya tarik menarik
5. Tumbukan antara partikel dengan dinding tempatnya merupakan tumbukan elastic (lenting) sempurna
6. Jarak antarpartikel sangat kecil bila disbanding dengan ukuran partikel itu sendiri, sehingga ukuran partikel dapat diabaikan
7. Hukum-hukum newton tentang gerak, tetap berlaku.

(Sumber: http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/2111586-pengertian-gas/#ixzz1aK7BbHyN)

            Cairan adalah salah satu dari empat fase benda yang volumenya tetap dalam kondisi suhu dantekanan tetap; dan, bentuknya ditentukan oleh wadah penampungnya. Cairan juga melakukan tekanan kepada sisi wadahnya dan juga kepada benda yang terdapat dalam cairan tersebut; tekanan ini disalurkan ke seluruh arah.

(file:///C:/Users/Toshiba%20NB520/Documents/ATK%20II/Cairan.htm)

Sifat Cairan

1.    Tekanan uap

Beberapa molekul yang energi kinetiknya lebih besar dari energi kinetik rata-rata dapat lepas dari gaya tarik antarmolekul dan menguap. Bila cairan diwadahi dalam ruang tanpa tutup, cairan akan perlahan menguap, dan akhirnya habis. Bila ruangnya memiliki tutup dan cairannya terisolasi, molekulnya kehilangan energinya dengan tumbukan, dsb, dan energi kinetik beberapa molekul menjadi demikian rendah sehingga molekul tertarik dengan gaya antarmolekul pada permukaan cairan dan kembali masuk ke cairan. Ini adalah kondensasi uap dalam deskripsi makroscopik. Akhirnya jumlah molekul yang menguap dari permukaan cairan dan jumlah molekul uap yang kembali ke cairan menjadi sama, mencapai kestimbangan dinamik. Keadaan ini disebut kesetimbangan uap-cair.

Tekanan Gas Tekanan gas, yakni, tekanan uap cairan ketika kesetimbangan uap-cair dicapai. Tekanan uap cairan dalam ruang ditentukan oleh jenis cairan dan suhunya. Tekanan uap cairan meningkat dengan meningkatnya suhu. Pola peningkatannya khas untuk cairan tertentu. Dengan meningkatnya suhu, rasio molekul yang memiliki energi yang cukup untuk mengatasi interaksi antarmolekul akan meningkat.

2.    Titik didih

Tekanan uap cairan meningkat dengan kenaikan suhu dan gelembung akan terbentuk dalam cairannya. Tekanan gas dalam gelembung sama dengan jumlah tekanan atmosfer dan tekanan hidrostatik akibat tinggi cairan di atas gelembung. Wujud saat gelembung terbentuk dengan giat disebut dengan mendidih, dan temperatur saat mendidih ini disebut dengan titik didih. Titik didih pada tekanan atmosfer 1 atm disebut dengan titik didih normal. Titik didih akan berubah bergantung pada tekanan atmosfer. Bila tekanan atmosfer lebih tinggi dari 1 atm, titik didih akan lebih tinggi dari titik didih normal. Sementara bila tekanan atmosfer lebih rendah dari 1 atm, titik didihnya akan lebih rendah dari titik didih normal.

Titik didih dan perubahannya dengan tekanan bersifat khas untuk tiap senyawa. Jadi titik didih adalah salah satu sarana untuk mengidentifikasi zat. Identifikasi zat kini dilakukan sebagian besar dengan bantuan metoda spektroskopi, tetapi data titik didih diperlukan untuk melaporkan cairan baru.

3.    Titik beku

Bila temperatur cairan diturunkan, energi kinetik molekul juga akan menurun, dan tekanan uapnya pun juga akan menurun. Ketika temperatur menurun sampau titik tertentu, gaya antarmolekulnya menjadi dominan, dan gerak translasi randomnya akan menjadi lebih perlahan. Sebagai akibatnya, viskositas cairan menjadi semakin bertambah besar. Pada tahap ini, kadang molekul akan mengadopsi susunan geometri reguler yang disebut dengan keadaan padatan kristalin. Umumnya titik beku sama dengan titik leleh, yakni suhu saat bahan berubah dari keadaan padat ke keadaan cair.

Dengan meningkatnya suhu, kecepatan gerakannya akan meningkat, dan dengan demikian energi kinetiknya juga meningkat sehingga lebih besar dari gaya tarik antarmolekulnya.

Volume gas dapat ditekan sementara volume cairan hampir tidak dapat ditekan sebab jarak antarmolekul jauh lebih pendek. Dalam padatan, setiap molekul cenderung menempati posisi tertentu. Bila susunan molekul dalam padatan teratur, padatan disebut padatan kristalin. Bila tekanan diberikan pada kristal, pengaruh tekanan pada padatan lebih kecil dibandingkan pengaruhnya pada cairan. Bila cairan meleleh, dalam banyak kasus volumenya meningkat sekitar 10%. Hal ini berkaitan dengan perbedaan dalam pengepakan molekul dalam cairan dan padatan. Singkatnya, cairan lebih dekat dengan padat dibandingkan dengan gas.

Partikel gas berdifusi sebab gas bergerak dengan cepat. Molekul cairan bergerak dengan lebih lambat. Partikel dalam padat tidak pernah berdifusi sebab gaya antarmolekul demikian kuat sehingga energi kinetiknya tidak dapat mengatasinya.

Sumber : Prof .Yoshito Takeuchi (the University of Tokyo), Iwanami Publishing Company, 1966

Terjemahan Ismunandar

(http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/)

Padatan digolongkan dalam dua golongan, padatan kristalin yang partikel penyusunnya tersusun teratur, dan padatan amorf yang partikel penyusunnya tidak memiliki keteraturan yang sempurna. Studi bahan kristalin mempunyai sejarah yang jauh lebih panjang karena kristal lebih mudah dipelajari daripada bahan amorf. Perkembangan paling penting dalam studi bahan kristalin adalah perkembangan analisis kristalografi sinar-X. Awalnya teknik ini hanya dapat digunakan untuk struktur yang sangat sederhana seperi garam (NaCl). Namun dalam 80 tahun terakhir analisis kristalografi telah berkembang dengan demikian cepat sehingga protein dengan massa molekul yang sangat besar kini dapat dipelajari dengan teknik ini. (file:///C:/Users/Toshiba%20NB520/Documents/ATK%20II/11.%20PADATAN%20%C2%AB%20Eben's%20Site.htm)

A.  Kejenuhan

Dalam ini kita melihat bagaimana keseimbangan antara cairan atau padat dan uap yang mengarah pada gagasan tekanan uap jenuh. Ini juga terlihat pada bagaimana jenuh tekanan uap bervariasi dengan suhu, dan hubungan antara tekanan uap jenuh dan titik didih.

Kejenuhan gas yang terlalu tinggi (gas supersaturation) di perairan dapat mengakibatkan terjadinya penyakit gelembung gas (gas bubble disease). Perairan dengan kandungan gas super jenuh menyebabkan cairan dalam tubuh ikan mengalami hal yang sama, sehingga timbul gas (terutama N dan O2) dalam pembuluh darah dan jaringan tubuh dan menyebabkan "emboli". Emboli akan mengganggu transportasi oksigen, ikan akan mengalami hypoxia dan kerusakan jaringan, akibat lebih jauh akan menyebabkan kematian massal. Kondisi gas super jenuh di perairan dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain:
pemanasan air pada kolam budidaya atau danau, fotosintesis berlebihan, tekanan udara rendah (biasa terjadi jika akan ada badai atau angin puting beliung) produksi gas O2, N dan metana akibat adanya aktivitas bakteri pemanasan oleh matahari dalam waktu yang lama dan angin dalam kondisi tenang (misalnya pada musim kemarau di daerah pengunungan/lembah)

            (http://sidatkita.blogspot.com/2011/06/hal-yang-mempengaruhi-kolam-sidat.html)

Kejenuhan gas yang terlalu tinggi (gas supersaturation) di perairan dapat mengakibatkan terjadinya penyakit gelembung gas (gas bubble disease). Perairan dengan kandungan gas super jenuh menyebabkan cairan dalam tubuh ikan mengalami hal yang sama, sehingga timbul gas (terutama N dan O2) dalam pembuluh darah dan jaringan tubuh dan menyebabkan "emboli". Emboli akan mengganggu transportasi oksigen, ikan akan mengalami hypoxia dan kerusakan jaringan, akibat lebih jauh akan menyebabkan kematian massal. Kondisi gas super jenuh di perairan dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain:

pemanasan air pada kolam budidaya atau danau, fotosintesis berlebihan, tekanan udara rendah (biasa terjadi jika akan ada badai atau angin puting beliung) produksi gas O2, N dan metana akibat adanya aktivitas bakteri pemanasan oleh matahari dalam waktu yang lama dan angin dalam kondisi tenang (misalnya pada musim kemarau di daerah pengunungan/lembah)

            (http://sidatkita.blogspot.com/2011/06/hal-yang-mempengaruhi-kolam-sidat.html)

Tekanan uap jenuh adalah tekanan pada suhu tertentu akibat tekanan uap suatu larutan. Untuk mempermudah pemahaman tentang pengertian tekanan uap jenuh kita anggap semua zat menguap pada setiap saat, artinya pada suhu berapapun zat (terutama zat cair) pasti akan menguap. Sebagai contoh botol mineral yang sebagian isinya sudah kita minum, lalu kita diamkan, lama kelamaan dinding botol bagian atas akan ada titik embun, semula sedikit, semakin lama semakin rapat. Titik-titik uap yang mengembun di dinding botol akan mencapai kerapatan tertentu, sampai seolah-olah tidak ada lagi air yang menguap, padahal sebenarnya penguapan terus terjadi tetapi dibarengi dengan pengembunan. Keadaan inilah yang disebut sebagai keadaan uap jenuh. Jika tekanan akibat uap jenuh pada botol tersebut kita ukur dengan alat pengukur tekanan, maka angka hasil pengukuran itulah yang disebut sebagai tekanan uap jenuh.

Jika ke dalam botol mineral tadi kita larutkan gula atau garam atau sirup, kemudian kita tunggu sampai keadaan uap jenuh, lalu kita ukur tekanannya, maka hasil pengukuran akan menunjukkan angka yang lebih kecil dari tekanan uap jenuh air murni. Hal ini menunjukkan bahwa partikel zat terlarut akan menurunkan tekanan uap jenuh. Kenapa terjadi penurunan tekanan uap jenuh? Hal ini dikarenakan partikel-partikel pelarut murni yang akan menguap, terhalang oleh partikel-partikel zat terlarut, sehingga hanya sedikit partikel pelarut yang dapat menguap, sehingga tekanan yang dihasilkan juga sedikit

(http://anaprivat.blogspot.com/2009/11/sifat-koligatif-larutan-kimia.html)

Tekanan uap jenuh, gelembung ini akan dicegah dari pembentukan, dan Anda hanya mendapatkan penguapan pada permukaan cairan.
Jika cairan tersebut dalam wadah terbuka dan Suatu cairan mendidih saat tekanan uap jenuh yang menjadi sama dengan tekanan eksternal pada cairan. Ketika itu terjadi, memungkinkan gelembung uap untuk membentuk seluruh cairan - mereka adalah gelembung Anda lihat ketika mendidih cair.

Jika tekanan eksternal lebih tinggi daripada terkena tekanan atmosfer normal, cairan mendidih ketika tekanan uap jenuh yang menjadi sama dengan 1 atmosfer (atau 101325 Pa atau 101,325 kPa atau 760 mmHg). Hal ini terjadi dengan air saat suhu mencapai 100 ° C.

Tapi pada tekanan yang berbeda, air akan mendidih pada temperatur yang berbeda. Sebagai contoh, di puncak Gunung Everest tekanan sangat rendah sehingga air akan mendidih pada sekitar 70 ° C Depresi dari Atlantik dengan mudah dapat menurunkan tekanan atmosfer di Inggris cukup sehingga air yang akan mendidih pada 99 ° C - bahkan lebih rendah dengan depresi yang sangat dalam.

Setiap kali kita hanya berbicara tentang "titik didih" dari cairan, kita selalu berasumsi bahwa ia sedang diukur pada tekanan atmosfer tepat 1. Dalam prakteknya, tentu saja, yang jarang sepenuhnya benar.

Padatan juga dapat kehilangan partikel dari permukaan mereka untuk membentuk uap, kecuali bahwa dalam kasus ini kita sebut efek sublimasi bukan penguapan. Sublimasi adalah perubahan langsung dari padat menjadi uap (atau sebaliknya) tanpa melalui tahap cair.

Dalam kebanyakan kasus, pada suhu biasa, tekanan uap jenuh zat padat berkisar dari rendah sampai sangat, sangat, sangat rendah. Kekuatan tarik dalam padatan banyak orang yang terlalu tinggi untuk memungkinkan hilangnya banyak partikel dari surfacestage tersebut.

Namun, ada beberapa yang lakukan mudah membentuk uap. Sebagai contoh, naftalen (digunakan dalam kuno "bola ngengat" untuk mencegah ngengat pakaian) memiliki cukup bau yang kuat. Molekul harus melepaskan diri dari permukaan sebagai uap, karena jika tidak, anda tidak akan bisa mencium baunya.

Contoh lain yang cukup umum (dibahas secara rinci pada halaman lain) adalah karbon dioksida padat - "es kering". Ini tidak pernah membentuk cair pada tekanan atmosfer dan selalu mengkonversi langsung dari padat menjadi uap. Itulah mengapa dikenal sebagai es kering.

(sumber: http://www.chemguide.co.uk/physical/phaseeqia/vapourpress.html#top)

B.   Kesetimbangan Uap Air Untuk Komponen Ganda

a.    Konsep kesetimbangan

Ditinjau sistem kontak uap dan cair campuran A dan B:

                        Uap                                         yA+yB=1,0

A                B                       Pv , Tv

                        Cairan                                       xA+xB=1,0

A                B

    RL, TL

                       

Dimana : x = fraksi mol difase cair.

    y = fraksi mol difase uap.

Pada keadaan seimbang (equilibrium, ideal, teoritis), tidak ada perubahan T, P, dan fraksi-fraksi dalam sistem, dan akan tercapai:

1.    Kesetimbangan termal = perpindahan panas netto=0,

atau tidak ada driving foree perpindahan panas (DT=0), maka: TV = TL

Tv=suhu uap,

TL=Suhu cairan.

2.    Kesetimbangan mekanis =Kesetimbangan semua gaya-gaya: Pv =PL

3.    Kesetimbangan potensi kimia:

DG sistem®minimum.

(mi)V = (mi)L

Dari persamaan ini akan diperoleh hubungan antara komposisi di fase uap

Dan di fase cairan®Bidang termodinamika.

b.    Kaidah fase (Hukum fase Gibbs)

F=C-P+2

                        Dimana : F= jumlah design variaberl; yaitu T, P, & komposisi

                                         C= jumlah komponen.

     P= jumlah fase.

            Contoh: sistem keseimbangan antara cairan dengan uap untuk campuran

    Biner (A&B).

                         Hk Gibbs dengan:

 C=2

 P=2

 F=2-2+2=2

Artinya,dengan mengambil 2 variabel, maka variabel lainnya dievaluasi.

Dua design variabel ( D V ) itu ialah:

                       D.V.                  Dievaluasi:   

                         T&P                  komposisi

                         T&X                   P,Y

P&Y                  T,X

c.    Bentuk dan sumber Data keseimbangan UAP- CAIR:

Campuran biner:

1)    disajikan dlm tabel Y-X-T (pada P tertentu)

2)    disajikan dlm diagram Y-X (kurva McCabe-Thiele), diplot dari data

table.

3)    disajikan dlm diagram T-komposisi atau T-(X;Y).

C.   Kejenuhan Parsial Dan Kelembaban

Uap air merupakan hasil pemanasan air yang besarnya tergantung pada besarnya energi radiasi.Sumber uap air utama berasal dari lautan, prosentasi laut terhadap daratan mempengaruhi  nilai kelembapan suatu wilayah(iklim lokal)Uap air dapat transportasikan dari satu wilayah ke wilayah lain melalui mekanisme evapotranpirasi. Di Idonesia oleh pengaruh angin monson.

Kelembapan mutlak kandungan uap air yang dinyatakan dengan masa uap air or tekananya persatuan  volum

Pv = mv/ V    (mv; masa uap air(kg), V; vol udara (m3)

Pada daerah lembab/panas (Indonesia/ tropis) nilai pv akan lebih tinggi dibanding daerah kering (sub tropis) terutama pada musim dingin, kerana dengan menurunnya suhu kapasitas uadar menampung air menjadi lebih kecil. Darah tropis menerima energi surya yang lebih besar sehingga evaporasinya lebih besar.

Kelembapan nisbi(RH) ; perbandingan antara kandungan/ jumlah uap air diudara(ė_a) dengan kapasitas udara untuk menampung auap air(e_s).

                        RH  = (ea/es) x 100%

Kapasitas uap jenuh tgt  pada suhu udara, T >> maka es>>

Jika ea tetap dan terjadi kenaikan suhu, maka  RH <<

Jika ea tetap dan terjadi penurunan suhu maka RH>>

Bila RH mencapai 100 akan terjadi pengembunan, meskipun nilai ea rendah.

Secara harafiah operasi humidifikasi berarti operasi kelembaban. Namun di dalam praktek, operasi humidifikasi mempunyai arti yang lebih luas yang tidak saja terbatas pada operasi kelembaban saja, tetapi juga meliputi operasi dehumidifikasi (menurunkan kelembaban), pendinginan cairan, pendinginan gas dan pengukuran kelembaban gas. Bahan yang ditransfer diantara fase-fase dalam operasi humidifikasi meliputi bahan fase cair murni yang ditransfer dengan cara penguapan atau pengembunan. Di dalam operasi humidifikasi ini, disamping terjadi transfer massa juga terjadi transfer panas, sehingga di dalam operasi ini disamping perlu mengetahui karakteristik keseimbangan sistem, juga perlu diketahui karakteristik entalpi sistem.       

Dalam operasi humidifikasi, lebih-lebih bila diterapkan pada sistem udara-air, ada beberapa dafinisi yang lazim digunakan. Perhitungan keteknikan disini biasanya ialah satuan massa gas bebas-uap, dimana dengan “uap” dimasukkan adalah bentuk gas dari komponen yang juga terdapat sebagai zat cair, dan :”gas” adalah komponen yang hanya terdapat dalam bentuk gas saja. Dalam pembahasan ini, kita akan menggunakan satuan massa gas bebas-uap sebagai dasar perhitungan. Dalam fase gas, uap akan dinamakan komponen A dan gas tetap komponen B. Oleh karena sifat-sifat campuran gas-uap itu berubah sesuai dengan tekanan totalnya, tekanan harus ditetapkan dulu. Kecuali bila dinyatakan lain, kita andaikan tekanan total 1 atm. Demikian pula, kita andaikan bahwa gas dan uap itu mematuhi hukum gas ideal.

Kelembaban (humidity) ialah massa uap yang dibawah oleh satu satuan massa gas bebas-uap. Menurut defini ini, kelembaban hanya bergantung pada tekanan bagian uap di dalam campuran bila tekanan total dibuat tetap. Jadi tekanan bagian uap adalah P_A atm, rasio molal antara uap dan gas pada 1 atm adalah  P_A/(1 – P_A)

Kelembapan spesifik adalah metode untuk mengukur jumlah uap air di udara dengan rasio terhadap uap air di udara kering. Kelembapan spesifik diekspresikan dalam rasio kilogram uap air, m_w, per kilogram udara, m_a. Rasio tersebut dapat ditulis sebagai berikut :                  

                                                     

Kelembaban Absolut

Kelembaban absolut, Y’  adalah rasio massa uap/massa gas. Kelembaban absolut molal, Y adalah rasio mol uap/mol gas. Untuk kondisi yang memenuhi gas ideal

                        Dimana :

.Contoh Soal :

Udara (B) - Uap air (A) mempunyai temperatur bola kering 55^oCdan kelembaban absolut 0,030 kg uap air/kg udara kering pada tekanan 1 atm. Berikan karakteristiknya

Jawaban :

Titik dengan koordinat t_G=55^oC dan Y’=0,030 terdapat di titik D.

1. Dengan interpolasi vertikal antara kurva-kurva yang berdekatan, sampel mempunyai % kelembaban = 26,1 %. Alternatif lain, kelembaban jenuh pada 55^oC adalah Y_S’ = 0,115 dan % kelembaban di titik D = 0,030/0,115 x 100% = 26,1 %
2. Kelembaban absolut molal = Y = Y’ ( M_B / M_A ) =

   0,030 (28,97/18,02) = 0,0482 kmol uap air/kmol udara kering

c.    Tekanan parsial uap air

4. Tekanan uap pada 55^oC = 118 mmHg = 118 x 133,3 N/m²

                                                = 15730 N/m² = p_A

 Kelembaban relatif =

5. Titik embun. Dari titik D tarik garis ke kurva penjenuhan pada titik E dimana temperatur titik embun adalah 31,5^oC
6. Humid Volume. Pada 55^oC, VH pada udara kering adalah 0,93 m³/kg ; dan vH pada udara jenuh adalah 1,10 m³/kg. Interpolasi untuk kelembaban 26,1 %

7. Humid Heat, pers. (7.10)

C_S = C_B + Y’ C_A  = 1005 + 0,030 (1884)

     = 1061,5 J udara basah/ kg udara kering

8. Entalpi. Pada 55^oC entalpi udara kering adalah 56000 J/kg udara kering; entalpi udara basah adalah 352000 J/kg udara kering.

Interpolasi untuk % kelembaban 26,1 %

H’ = 56000 + (352000 – 56000)x 0,261

    = 133300 J/kg udara kering

Alternatif lain

            H’ = C_S (t_G – t_O) + Y’l_O

                 = (1005 + 1884 Y’) t_G + 2502300 Y’

                 = [1005 + 1884 (0,030)]55 + 2502300 x 0,03

                 = 133,4 kJ/kg udara kering

Alternatif lain, tarik garis DF yang paralel dengan kurva penjenuhan adiabatis. Pada F, entalpi adalah 134 kJ/kg udara kering, atau hampir sama dengan pada titik D

            (staff.ui.ac.id/internal/131644936/material/Humidifikasi.ppt)

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

PEMBANGKAT LISTRIK TENAGA DIESEL

1.    Pengertian

PLTD adalah singkatan dari Pembangkit Listrik Tenaga Diesel. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) ialah Pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel sebagai penggerak mula (prime mover). Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Mesin diesel sebagai penggerak mula PLTD berfungsi menghasilkan tenaga mekanis yang dipergunakan untuk memutar rotor generator. Unit PLTD adalah kesatuan peralatan-peralatan utama dan alat-alat bantu serta perlengkapannya yang tersusun dalam hubungan kerja, membentuk sistem untuk mengubah energi yang terkandung didalam bahan bakar minyak menjadi tenaga mekanis dengan menggunakan mesin diesel sebagai penggerak utamanya.dan seterusnya tenaga mekanis tersebut diubah oleh generator  menjadi tenaga listrik. PLTD biasa di gunakan sebagai pusat listrik untuk mengatasi adanya beban runcing yang sewaktu-waktu bias muncul. PLTD disebut pusat listrik beban runcing karena memiliki beberapa kelebihan-kelebihan sebagai berikut:

Ø  Dapat mengambil beban dengan cepat,sehingga dapat meratakan beban dengan cepat.

Ø  Pada saat star putaran mesin dari 0 rpm sampai sikron dengan jaringan membutuhkan waktu yang relative cepat.

Ø  Ongkos pembangunannya relative rendah daripada pembangkit listrik yang lain.

2.    Penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel biasanya digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik dalam jumlah beban kecil, terutama untuk daerah baru yang terpencil atau untuk listrik pedesaan dan untuk memasok kebutuhan listrik suatu pabrik. Indonesia bisa menghemat penggunaan solar dengan memanfaatkan sekam (kulit biji padi) sebagai sumber energi pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD). Bauran antara gas dari batubara hasil proses gasifikasi dengan solar sebagai bahan bakar PLTD sistem dual fuel, selain dapat mengurangi ketergantungan terhadap solar juga mengurangi cost production.

Prinsip kerja PLTD adalah dengan menggunakan mesin diesel yang berbahan bakar High Speed Diesel Oil (HSDO). Mesin diesel bekerja berdasarkan siklus diesel. Mulanya udara dikompresi ke dalam piston, yang kemudian diinjeksi dengan bahan bakar kedalam tempat yang sama. Kemudian pada tekanan tertentu campuran bahan bakar dan udara akan terbakar dengan sendirinya. Proses pembakaran seperti ini pada kenyataannya terkadang tidak menghasilkan pembakaran yang sempurna. Hal inilah yang menyebabkan efisiensi pembangkit jenis ini rendah, lebih kecil dari 50 %. Namun apabila dibandingkan dengan mesin bensin (otto), mesin diesel pada kapasitas daya yang besar masih memiliki efisiensi yang lebih tinggi, hal ini dikarenakan rasio kompresi pada mesin diesel jauh lebih besar daripada mesin bensin.

3.    Peralatan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

Suatu SPD setidaknya harus mempunyai peralatan sebagai berikut : 

1.Mesin Diesel. 

Mesin diesel merupakan peralatan dari PLTD yang memiliki fungsi sebagai penggerak generator yang nantinya generator ini akan berputar dan menghasilkan energi listrik sebagai keluaran akhir dari proses PLTD. Pada mesin diesel ada dua jenis mesin yaitu mesin dua langkah dan mesin empat langkah. Yang di maksud dengan mesin dua langkah yaitu mesin yang pada saat melakukan torak mesin ini bergerak maju mundur sebanyak dua kali sehingga generator baru dapat berputar sekali. Sedangkan yang dimaksud dengan mesin empat langkah (empatfase)adalah mesin yangpada saat melakukan torak mesin ini bergerak empatkali maju mundur,sehinggagenerator akan menghasilkan putaran sebanyak satu kali. Masing-masing dari jenis mesin diesel ini memiliki kelebihan dan kekurangan.macam-macam mesin diesel:

a.    Mesin dengan dua langkah atau empat langkah. 

b.    Turbo charger dan intercooling. 

c.    Silinder sebaris atau V. 

d.    Putaran rendah dan medium. 

e.    Governor, hidrolis, mekanis, elektronik. 

f.     Pompa bahan bakar. 

2. Generator. 

a)    Tanpa sikat dan AVR. 

b)    Tegangan rendah (380 volt) dan tegangan menengah (6,3 Kv atau 11      Kv). 

c)    Mempunyai bantalan ganda atau bantalan tunggal. 

d)    Mempunyai pendingin sendiri (dengan udara) 

3. Sistem pendingin mesin 

a.    Pendinginan radiator. 

b.    Pendinginan kolam. 

c.    Pendinginan menara. 

d.    Pendinginan langsung. 

4. Peralatan bantu 

a)    Sistem bahan bakar. 

b)    Sistem air pendingin. 

c)    Sistem pelumasan. 

d)    Sistem gas buang. 

e)    Sistem menjalankan (start mator diesel). 

5. Sitem kontrol SPD 

a.    Gambar kontrol panel. 

b.    Panel kontrol mesin dan peralatan bantu. 

c.    Panel baterai. 

d.    Panel paralel. 

e.    Transformator pemakaian sendiri.  

4.    Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

Bahan bakar di dalam tangki penyimpanan bahan bakar dipompakan ke dalam tanki penyimpanan sementara namun sebelumnya disaring terlebih dahulu. Kemudian disimpan di dalam tangki penyimpanan sementara (daily tank). Jika bahan bakar adalah bahan bakar minyak (BBM) maka bahan bakar dari daily tank dipompakan ke Pengabut (nozzel), di sini bahan bakar dinaikan temperaturnya hingga manjadi kabut. Sedangkan jika bahan bakar adalah bahan bakar gas (BBG) maka dari daily tank dipompakan ke convertion kit (pengatur tekanan gas) untuk diatur tekanannya.

Kemudian menggunakan kompresor udara bersih dimasukan ke dalam tangki udara start melalui saluran masuk (intake manifold) kemudian dialirkan ke turbocharger. Di dalam turbocharger tekanan dan temperatur udara dinaikan terlebih dahulu. Udara yang dialirkan pada umumnya sebesar 500 psi dengan suhu mencapai ±600°C

1.  Udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi dimasukan ke dalam ruang bakar (combustion chamber). Bahan bakar dari convertion kit (untuk BBG) atau nozzel (untuk BBM) kemudian diinjeksikan ke dalam ruang bakar (combustion chamber). Di dalam mesin diesel terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimanfaatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (35 - 50 atm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis yang menimbulkan ledakan bahan bakar.
Ledakan pada ruang bakar tersebut menggerak torak/piston yang kemudian pada poros engkol dirubah menjadi energi mekanis. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Poros engkol mesin diesel digunakan untuk menggerakan poros rotor generator. Oleh generator energi mekanis ini dirubah menjadi energi listrik sehingga terjadi gaya gerak listrik (GGL). Ggl terbentuk berdasarkan hukum faraday. Hukum faraday menyatakan bahwa jika suatu penghantar berada dalam suatu medan magnet yang berubah-ubah dan penghantar tersebut memotong gais-garis magnet yang dihasilkan maka pada penghantar tersebut akan diinduksikan gaya gerak listrik. Tegangan yang dihasilkan generator dinaikan tegangannya menggunakan trafo step up agar energi listrik yang dihasilkan sampai ke beban. Prinsip kerja trafo berdasarkan hukum ampere dan hukum faraday yaitu arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu sisi kumparan pada trafo dialiri arus bolak-balik maka timbul garis gaya magnet berubah-ubah pada kumparan terjadi induksi. Kumparan sekunder satu inti dengan kumparan primer akan menerima garis gaya magnet dari primer yang besarnya berubah-ubah pula, maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung kumparan terdapat beda tegangan.

Menggunakan saluran transmisi energi listrik dihasilkan/dikirim ke beban. Di sisi beban tegangan listrik diturunkan kembali menggunakan trafo step down (jumlah lilitan sisi primer lebih banyak dari jumlah lilitan sisi sekunder). Dalam sistem tenaga listrik dimulai dari bagian pembangkitan kemudian disalurkan melalui sistem jaringan transmisi kepada gardu induk dan dari gardu induk ini disalurkan serta dibagi-bagi kepada pelanggan melalui saluran distribusi. Ada pula pelanggan yang mendapat pelayanan langsung dari saluran transmisi biasanya pelanggan ini membutuhkan tegangan yang besar dan daya yang besar pula. Seperti telah diterangkan sebelumnya bahwa prinsip dasar pembangkitan tenaga listrik terdapat pada pengubahan energi mekanik ke dalam energi listrik. Gambar 2 berikut ini memperlihatan bagan sistem pembangkitan, yang terdiri dari berbagai jenis pembangkitan.

Masing-masing jenis pembangkit tenaga listrik mempunyai prinsip kerja yang berbeda-beda, sesuai dengan penggerak mulanya (prime mover). Satu hal yang sama dari beberapa jenis pembangkit tenaga listrik tersebut yaitu semuanya samasama berfungsi merubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan cara mengubah potensi energi mekanik dari air, uap, gas, panas bumi, nuklir, kombinasi gas dan uap, menggerakkan atau memutar turbin yang porosnya dikopel dengan generator selanjutnya dengan sistem pengaturannya generator tersebut akan menghasilkan daya listrik. Khusus untuk pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD), prinsip kerjanya berbeda dengan pembangkit listrik lainnya. Sebenarnya energi penggerak PLTD ini adalah bahan bakar minyak karena bahan bakar merupakan bagian yang tak terpisahkan dari mesin diesel tersebut, maka disebut juga pembangkit tenaga diesel. Diesel ini merupakan satu unit lengkap yang langsung menggerakkan generator dan menghasilkan energi lsitrik.

5.    Daya Yang Dihasilkan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

PLN membakukan kapasitas SPD sebagai berikut : 

- Kelas 1 :                  SPD berkapasitas 50    Kw                        PLTD bakal 

- Kelas 2 :                  SPD berkapasitas 100   Kw 

- Kelas 3 :                  SPD berkapasitas 250   Kw                      PLTD kecil 

- Kelas 4 :                  SPD berkapasitas 500   Kw 

- Kelas 5 :                  SPD berkapasitas 750   Kw 

- Kelas 6 :                  SPD berkapasitas 1000 Kw 

- Kelas 7 :                  SPD berkapasitas 2500 Kw 

- Kelas 8 :                  SPD berkapasitas 4000 Kw                      PLTD sedang 

- Kelas 9 :                  SPD berkapasitas 6000 Kw 

- Kelas 10 :                SPD berkapasitas 8000 Kw  

- Kelas 11 :                SPD berkapasitas 12000 Kw                    PLTD besar