Penilaian

MENILAI DIRI SENDIRI
Muhammad Isa A.	85
Raditya Adi N.	90
Widya Damayanti	90
Nabilah C.L	90
Salsabillah F.M.	85

Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Apa itu PLTU?

•Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik.

Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO (Marine Fuel Oil) untuk start up awal.

Komponen PLTU1. Cooling tower
2. Cooling water pump
3. Transimission line 3 phase
4. Transformer 3-phase
5. Generator Listrik 3-phase
6. Low pressure turbine
7. Boiler feed pump
8. Condenser
9. Intermediate pressure turbine
10. Steam governor valve
11. High pressure turbine
12. Deaerator
13. Feed heater
14. Conveyor batubara
15. Penampung batubara
16. Pemecah batubara
17. Tabung Boiler
18. Penampung abu batubara
19. Pemanas
20. Forced draught fan
21. Preheater
22. combustion air intake
23. Economizer
24. Air preheater
25. Precipitator
26. Induced air fan
27. Cerobong

Komponen Utama PLTU
Boiler Boiler berfungsi untuk mengubah air(feedwater) menjadi uap panas lanjut (superheated steam) yang akan digunakan untuk memutar turbin.

•Turbin uap Turbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energiputar (energi mekanik). Poros turbin dikopel dengan poros generator sehingga ketika turbinberputar generator juga ikut berputar.

 

•Kondensor Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin (uap yang telah digunakanuntuk memutar turbin).

•Generator Generator berfungsi untuk mengubah energi putar dari turbin menjadi energi listrik.

 

Komponen Penunjang PLTU

• Desalination Plant (Unit Desal) Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh water) denganmetode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal ini dikarenakan sifat air laut yangkorosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan langsung masuk ke dalam unit utama, makadapat menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU. 
• Reverse Osmosis (RO) Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang digunakan berbeda.Pada peralatan ini digunakan membran semi permeable yang dapat menyaring garam-garam yangterkandung pada air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant. 
• Demineralizer Plant (Unit Demin) Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkadung dalam air tawar. Air sebagaifluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air masih mengandung mineral berartikonduktivitasnya masih tinggi sehingga dapat menyebabkan terjadinya GGL induksi pada saat air tersebut melewati jalur perpipaan di dalam PLTU. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU.
• Hidrogen Plant (Unit Hidrogen) Pada PLTU digunakan hydrogen (H2) sebagai pendingin Generator.
• Chlorination Plant (Unit Chlorin) Berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCl) yang digunakan untuk memabukkan/melemahkan/mematikan sementara mikro organisme laut pada area water intake.Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan (scaling) pada pipa-pipa kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro organisme laut tersebut.
• Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak (fuel oil), yang berfungsi untukmenghasilkan uap (steam) yang digunakan pada saat boiler utama start up maupun sebagai uapbantu (auxiliary steam).
• Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara) Merupakan unityang melayani pengolahan batubara yaitu dari proses bongkar muat kapal (ship unloading) di dermaga, penyaluran ke coalyard sampai penyaluran ke coal bunker.
• Ash Handling (Unit Pelayanan Abu) Merupakan unit yang melayani pengolahan abu baik itu abu jatuh (bottom ash) maupun abu terbang (fly ash) dari Electrostatic Precipitator hopper dan SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor) pada unit utama sampai ke tempat penampungan abu (ash valley/ash yard)

Tiap-tiap komponen utama dan peralatan penunjang dilengkapi dengan sistem-sistem dan alat bantu yang mendukung kerja komponen tersebut. Gangguan atau malfunction dari salah satu bagian komponen utama akan dapat menyebabkan terganggunya seluruh sistem PLTU.

Skema PLTU
 

Keunggulan PLTU

•Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan jenis pembangkit listrik lainnya:

1. Dapat dioperasikan menggunakan berbagai jenis bahan bakar (padat, cair dan gas).

2. Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi

3. Dapat dioperasikan dengan berbagai mode pembebanan

4. Kontinyuitas operasinya tinggi

5. Usia pakai (life time) relatif lama

Kerugian PLTU

1. Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar

2. Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasokan listrik dari luar

3. Memerlukan tersedianya air pendingin yang sangat banyak dan kontinyu

4. Investasi awalnya mahal

5. Menghasilkan polusi udara yaitu gas sisa hasil pembakaran bahan bakar (gas CO2, NOX, SOX dan debu batu bara)

Contoh Soal dan Pembahasan 'Usaha dan Energi'

1. Sebuah balok ditarik dengan F = 120N yang membentuk sudut 37^o terhadap arah horizontal seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini. Jika balok bergeser sejauh 10 m, tentukan usaha yang dilakukan pada balok!

Pembahasan :

2. Balok bermassa 2 kg berada di atas permukaan yang licin dipercepat dari kondisi diam hingga bergerak dengan percepatan 2 m/s2.

Pembahasan
Terlebih dahulu dicari kecepatan balok saat 5 sekon, kemudian dicari selisih energi kinetik dari kondisi awak dan akhirnya:

3. Benda 10 kg hendak digeser melalui permukaan bidang miring yang licin seperti gambar berikut!

Pembahasan
Mencari usaha dengan selisih energi potensial :

4. Perhatikan grafik gaya (F) terhadap perpindahan (S) berikut ini!. 

Tentukan besarnya usaha hingga detik ke 12!

Pembahasan
Usaha = Luasan antara garis grafik F-S dengan sumbu S, untuk grafik di atas luasan berupa trapesium

W = 1/2(12 + 9) x 6
W = 1/2 (21)(6)
W = 63 joule

5. Sebuah mobil bermassa 5.000 kg sedang bergerak dengan kelajuan 72 km/jam mendekati lampu merah.

Tentukan besar gaya pengereman yang harus dilakukan agar mobil berhenti di lampu merah yang saat itu berjarak 100 meter dari mobil! (72 km/jam = 20 m/s)

Pembahasan

6. Sebuah tongkat yang panjangnya 40 cm dan tegak di atas permukaan tanah dijatuhi martil 10 kg dari ketinggian 50 cm di atas ujungnya. Bila gaya tahan rata-rata tanah 103 N, maka banyaknya tumbukan martil yang perlu dilakukan terhadap tongkat agar menjadi rata dengan permukaan tanah adalah….

A. 4 kali
B. 5 kali
C. 6 kali
D. 8 kali
E. 10 kali
(Soal UMPTN 1998)

Pembahasan
Dua rumus usaha yang terlibat disini adalah:

Pada martil :
W = m g Δ h

Pada tanah oleh gaya gesekan:
W = F S

Cari kedalaman masuknya tongkat (S) oleh sekali pukulan martil:
F S = mgΔh
(103) S = 10 (10)(0,5)
S = 50/1000 = 5/100 m = 5 cm

Jadi sekali jatuhnya martil, tongkat masuk tanah  sedalam 5 cm. Untuk tongkat sepanjang 40 cm, maka jumlah jatuhnya martil:
n = 40 : 5 = 8 kali

7. Sebuah balok berada pada sebuah bidang miring dengan koefisien gesekan 0,1 seperti diperlihatkan gambar berikut.

Balok turun ke bawah untuk tinjauan 5 meter.
Tentukan:
a) gaya-gaya yang bekerja pada balok
b) usaha masing-masing gaya pada balok
c) usaha total

Gunakan g = 10 m/s2, sin 53o = 0,8, cos 53o = 0,6, W (huruf besar) untuk lambang usaha, dan w (kecil) untuk lambang gaya berat.

Pembahasan
a) gaya-gaya yang bekerja pada balok

gaya normal (N), gaya berat (w) dengan komponennya yaitu w sin 53° dan w cos 53°, gaya gesek Fges

b) usaha masing-masing gaya pada balok
Dengan bidang miring sebagai lintasan (acuan) perpindahan:
-Usaha oleh gaya Normal dan komponen gaya berat w cos 53°
Usaha kedua gaya bernilai nol (gaya tegak lurus lintasan)

-Usaha oleh komponen gaya berat w sin 53°
W = w sin 53° .  S
W = mg sin 53° . S
W = (6)(10)(0,8)(5) = + 240 joule
(Diberi tanda positif, arah mg sin 53° searah dengan pindahnya balok.)

-Usaha oleh gaya gesek
Cari besar gaya gesek terlebih dahulu
fges = μ N
fges = μ mg cos 53°
fges = (0,1) (6)(10)(0,6) = 0,36 N
W = − fges S = − 0,36 (5) = − 1,8 joule
(Diberi tanda negatif, arah gaya gesek berlawanan dengan arah pindahnya balok)

c) usaha total

Wtotal = +240 joule − 1,8 joule = + 238,2 joule

8. Sebuah balok bermassa 2 kg berada pada sebuah bidang miring kasar seperti diperlihatkan gambar berikut.

Balok didorong ke atas oleh gaya F = 25 N hingga bergeser ke atas untuk tinjauan sejauh 5 meter. Gaya gesek yang terjadi antara balok dengan bidang miring sebesar 3 N.
Tentukan beserta tanda positif atau negatifnya:
a) usaha oleh gaya F
b) usaha oleh gaya gesek
c) usaha oleh gaya berat
d) usaha total

Pembahasan

a) usaha oleh gaya F
W = F . S = + 25 (5) = + 125 joule

b) usaha oleh gaya gesek
W = − f . S = − 3(5) = − 15 joule

c) usaha oleh gaya berat
W = − mg sin 53° . S = − (2)(10)(0,8)(5) = − 80 joule

d) usaha total
Wtotal = + 125 − 15 − 80 = 30 joule

Usaha dan Energi

Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya pada suatu benda adalah hasil kali gaya tersebut dengan perpindajan titik dimana gaya itu bekerja.

Keterangan :

W = Usaha (J)

F  = gaya (N)

s   = jarak/perpindahan (m)

dengan kata lain klo digambarkan antara usaha dan perpindahannya harus sejajar

= Jika gaya yang kita kerjakan membentuk sudut tertentu terhadap perpindahannya?
= kita uraikan saja gaya tersebut berdasarkan sudut yang terbentuk

gaya yang kita gunakan adalah hasil peruraian yang sejajar dengan arah perpindahannya... 

sebagai contoh gambar di samping, yakni sebuah balok yang bergerak sejajar bidang horizontal (mendatar) karena dikenai suatu gaya yang membentuk sudut tertentu terhadap bidang datar (θ). maka gaya yang kita gunakan adalah hasil peruraian gaya tersebut yang sejajar dengan bidang datar

→ jika benda diberi gaya (F) tetepi tidak bergerak (s = 0) maka usahanya = 0
→ jika benda diberi gaya (F) yang tegaklurus dengan arah perpindahannya maka usahanya= 0
→ jika benda diberi gaya (F) dan arah perpindahannya berlawanan dengan arah gayanya maka usahanya bernilai negatif ( W = - F.s )

Segala bentuk gaya, gaya grafitasi (berat benda), gaya gesek, gaya pegas, gaya listrik, gaya coloumb dll, yang menyebabkan suatu benda berpindah tempat berarti mempunyai usaha.

Energi Potensial Grafitasi

Keterangan :
Ep   = energi potensial (J)
m     = massa benda (kg)
h      = ketinggian (m)
∆Ep = perubahan energi potensial (J)

Energi Kinetik

Keterangan :
Ek   = energi kinetik (J)
v      = kecepatan benda (m/v)
∆Ek = perubahan energi kinetik (J)

 = Ingat untuk mencari usaha karena perubahan energi kinetik pada bagian perubahan kecepatan harus dikuadratkan terlebih dahulu baru diselisihkan jangan terbalik diselisihkan baru dikuadratkan!

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Pada suatu sistem yang hanya dipengaruhi gaya berat (F = m.g) dan tidak ada gaya lainnya yang bekerja. maka berlaku "Hukum Kekekalan Energi Mekanik". Besarnya energi mekanik total sistem pada semua posisi/kedudukan benda bernilai tetap.

Energi mekanik merupakan gabungan energi potensial benda (Ep) dan Energi kinetiknya (Ek).

Em = Ep + Ek

Em1 = Em2

• Pada ketinggian maksimum (hmaks) kecepatannya = 0 m/s maka energi kinetiknya juga = 0 J. berlaku hubungan :

• Pada saat benda akan menyentuh tanah maka ketinggiannya = 0 m maka energi potensialnya juga = 0 J. berlaku hubungan :

 maka kecepatan benda saat menyentuh tanah dapat dihitung dengan :

Contoh :

Pada saat ketinggian benda = setengah ketinggian mula2 berapakah besar kecepatan benda ?

ingat... saat ketinggian mula2 benda belum bergerak sehingga energi kinetiknya = 0

m.g.h1 + ½.mv1² = m.g.h2 + ½.mv2²

m.g.h + 0 = m.g.½h +  ½.mv2²

m.g.h - ½.m.g.h  =  ½.mv2²

½.mv2² = ½.m.g.h

Daya dan Efisiensi 

Daya adalah besarnya usaha atau energi tiap satuan waktu.

keterangan :

P    = daya (W)

W  = usaha (J)

E    = energi (J)

t     = waktu (s)

s     = jarak/perpindahan (m)

v    = s/t = kecepatan (m/s)

Efisiensi (daya guna)

tidak semua daya yang diberikan ke suatu sistem (Pmasukan) diubah menjadi daya yang dihasilkan sistem tersebut (Pkeluaran).

Perbedaan Pmasukan dan Pkeluaran disebabkan oleh daya yang diberikan kepada suatu sistem tidak semuanya diubah menjadi bentuk daya yang kita butuhkan. 

sebagai contoh, daya listrik yang digunakan yntuk menyalakan lampu tidak semuanya diubah menjadi energi cahaya, ada sebagian daya listrik yang berubah menjadi panas.

besarnya efisiensi biasanya dinyatakan dalam persen :

dalam pengerjaan soal bentuk persen ini harus diubah terlebih dahulu menjadi dalam bentuk pecahan atau desimal

Contoh Perubahan Energi

a. Energi Potensial menjadi Energi Kinetik

Jika kita menjatuhkan benda dari ketinggian tertentu maka akan terjadi perubahan energi potensial pada titik tertinggi menjadi energi kinetik seluruhnya pada titik terndah
(saat benda hampir menyentuh permukaan tanah)  maka terdapat hubungan :
maka kecepatan benda saat menyentuh tanah dapat dihitung dengan :

b. Energi Potensial Berubah Menjadi Energi Kalor

Benda jatuh dari ketinggian tertentu, saat menumbuk tanah sebagian energi potensialnya akan berubah menjadi kalor.

Keterangan :
∆T = perubahan suhu ( ⁰K )
c    = kalor jenis
g    = percepatan gravitasi ( m/v² )

c. Energi Potensial Menjadi Energi Listrik 

Air terjun ada yang dimanfaatkan menjadi sumber energi listrik. Proses ini menggunakan alat yang disebut generator. Generator merubah sebagian energi potensial air terjun menjadi energi listrik.

Keterangan :
P   = daya listrik ( W )
V  = tegangan atau beda potensial ( V )
I    = arus listrik ( A )

t    = waktu ( s )