## JEPCA

## Analisa Pembangkit Listrik Tenaga Uap Skala Laboratorium Dengan Bahan Bakar LPG

## Jatmiko Edi Siswanto
Program Studi Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Jambi Jl. Patimura No.100, Rawa Sari, Kota Baru, Jambi 36125 Correspondence Email: jatmikoedis@mail.com
Abstrak . Turbin uap merupakan suatau pengerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan selajutya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin, langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akan digerakan. Didalam penelitian untuk menganalisis kinerja turbin uap dengan bahan bakar gas LPG. Dimana dalam penelitian  ini dengan  menggunakan hasil uap basah untuk menggerakkan poros turbin  yang  mana dengan  variasi tekanan (7Bar, 6Bar, 5Bar dan 4Bar). Sehingga diperoleh hasil maksimal yaitu 7 Bar diperoleh massa uap 0,09 dengan waktu 1,5 jam dengan pemanasan air 15 liter, daya uap yang dihasilkan 25,6 Watt, Daya Poros 18,01 Watt dan Daya Listrik maksimal yang dihasilkan adalah 20 Watt mendapatkan effisiensi kerja turbin 78,12 %  dan mendapatkan hasil effisiensi generator 25%.
Kata Kunci : Turbin Uap, Effisiensi, Generator, LPG.
Abstract— The steam turbine is an initial drive that converts the potential energy of steam into kinetic energy and is subsequently converted into mechanical energy in the form of a turbine shaft rotation, directly or with the help of a reduction gear, connected to  the mechanism to be driven. In research to  analyze the performance of  a steam turbine using LPG gas as fuel. Where in  this study using the results of wet steam to move the turbine shaft with variations in pressure (7Bar, 6Bar, 5Bar and 4Bar). So that the maximum result is 7 Bar, the steam mass obtained is 0.09 with a time of 1.5 hours by heating 15 liters of water, the steam power produced is 25.6 Watts, the shaft power is 18.01 Watts and the maximum electrical power produced is 20 Watts. the turbine work efficiency is 78.12% and the result is a generator efficiency of 25%.
Keywords: Steam Turbine, Efficiency, Generator, LPG.

## 1. PENDAHULUAN
Energi listrik merupakan suatu faktor penunjang yang sanagat  penting  bagi  perkebangan  secara  meyeluruh suatu bangsa. Di Indonesia, dengan semakin meningkatya kegiatan industri dan sejumlah pendudukya maka  kebutuhan  energi  listrik  mengalami  peningkatan. Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang semakin menikat  maka  telah  bayak  dilakukan  perencanaan  dan pembagunan  pusat-pusat  pembakit  listrik  seperti  halnya pusat listrik tenaga uap (PLTU) di industri besar maupun industri  kecil          sudah  bayak  mengunakan  listrik tenagauap.  Turbin  uap  adalah  mesin  konversi  energi dengan  mengkonversikan  energi  kalor  menjadi  menjadi energi  mekanik,  dan  energi  mekanik  menjadi  energi listrik pada generator.
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air samapai  terbentuk  steam.  Steam  pada tekanan    tertentu    kemudian    digunakan  untuk mengalirkan panas ke suatu proses.  Sistem boiler terdiri dari:  sistem  air  umpan,  sistem  steam  dan  sistem  bahan bakar.  Sistem  air  umpan  menyediakan  air  untuk  boiler secara  otomis  sesuai  dngan  kebutuhan  steam.  Sistem steam mengumpulkan dan  mengontrol  produksi  steam dalam    boiler.    Steam    dialirkan  melalaui  sistem pemipaan  ketitik  pengguna.  Sistem  bahan  bakar  adalah semua perlatan yang digunakan untuk meyediakan bahan bakar  untuk  mengasilkan  panas  yang  dibutuhkan perlatan  yang  diperlukan  pada  sistem  bahan  bakar tergatung  pada  jenis  bahan  bakar  yang  digunakan  pada
sistem.  Air  yang  disuplai  ke  boiler  untuk  dirubah menjadi steam disebut air umpan.
Turbin  uap  merupakan  suatau  pengerak  mula  yang mengubah enrgi potensial uap mejadi energi kinetik dan selajutya  diubah  menjadi  energi  mekanis  dalam  bentuk putaran poros turbin, langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akan digerakan.  Tergatung  pada  jenis    mekanisme    yang digunakan,  turbin  uap  dapat  digunakan  pada  berbagi bidang  seperti  pada  bidang  industri,  untuk  pembangkit tenaga  listrik  dan  untuk  transfortasi.  Pada  proses perubahan  energi  pontensial  menjadi  energi  mekanisya yaitu  dalam  bentuk  putaran  poros  dilakukan  dengan berbagai cara. Salah satuya yang digunakan di PLTU.
Pada dasarya turbin uap terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor yang merupakan komponen utama pada turbin kemudian di tambah komponen  lainya  yang meliputi  pendukungnya  seperti  bantalan,  kopling  dan sistem  bantu  lainya  agar  kerja  turbin  dapat  lebih  baik. Sebuah turbin uap memanfaatkan   energi   kinetik   dari fluida      kerjaya      yang      bertambah      akibat  penabahan energi termal.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Siklus  rankine  adalah  siklus  teoritis  yang  mendasari siklus kerja dari suatu pembakit daya uap. Siklus rankine berada  dengan  siklus-siklus  udara  ditinjau  dari  fluida kerjaya  yang  mengalami  perubhan  fase  selama  siklus pada  saat  evaporasi  dan  kondisi,  oleh  karena  itu  fluida
kerja  untuk  siklus  rankine  harus  merupkan  uap.  Siklus rankine  ideal  tidak  melibatkan  bebrapa  masalah irreversibilitas internal.  Irrversibilitas internal dihasilkan dari  gesekan  fluida,  throttling,  dan  pencampuran,  yang paling  penting  adalah  irrversibilitas  dalam  turbin  dan pompa  dan  kerugian-kerugian  tekanan  dalam  penukar- penukar  panas,  pipa-pipa,  bengkokan-bengkokan,dan katup-katup.  Temperatur  air  sedikit  meningkat  selama proses  kompersi  isentropik  karna  ada  penurunan  kecil dari  volume  jenis  air.  Air  masuk  boiler  sebagai  cairan kompresi  dan  meninggalkan  boiler  uap  kering.  Boiler pada  dasarya  penukar  kalor  yang  besar  dimana  sumber panas  dari  pembakaran  gas,  rektor  nuklir  atau  sumber yang  lain  ditransfer  secara  esensial  ke  air  pada  tekanan konstan.  Uap  superheater  masuk  ke  turbin  yang  mana uap  diexpansikan  secara  isentropik  dan  menghasilkan kerja  oleh  putaran  poros    yang    dihubungkan  pada generator  listrik.    Temperatur  dan  tekanan  uapjatuh selama proses, dimana uap masuk ke kondesor dan pada kondisi  ini  uap  biasanya  merupakan  campuran  cairan- uap jenuh dengan kualitas tinggi.
Gambar . siklus rankine dan Diagram T-s
1-2 Proses kompersi adiabatic berlangsung pada pompa. 2-3  proses  pemasukan  panas  pada  tekanan  konstan terjadi boiler.
3-4  proses  ekspanasi  adiabitas  berlangsung  pada  turbin uap.
4-1 proses pengeluaran panas pada tekanan konstan pada kondensor.
Uap      dikondisikan      pada      tekanan      konstan      di dalam   kondensor   yang merupakan alat penukar kalor mengelurkan  panas  ke  medium  pendigin.  Uap  lajut  dari katel  memasuki  turbin,  setelah  setelah  melalui  beberapa tingkat  sudu  turbin,  sebagian  uap  diekstrasikan  ke generator,  sedangkan  sisaya  masuk  ke  kondensor  dan dikondisikan  di  dalam  kondensor.  Selajutya  air  dari kondensor  di  pompakan  ke  dearator  juga.  Di  dalam dearator,  uap  yang  berasal  dari  turbin  yang  berupa  uap basah    bercampur    dengan    air    yang    berasal    dari kondensor.    Kemudian    dari  deaerator  dipompakan kembali  ke  katel,  dari  katel  ini  air  yang  sudah  menjadi
uap kering  dialirkan kembali  lewat turbin. Tujuan  uap diekstraksikan ke  dearator adalah untuk membuang gas- gas  yang  tidak  terkondensasikan  sehingga  pemanasan pada  ketel  dapat  berlangsung  efektif,  mencegah  korosi pada  ketel,  dan  meningkatkan  efisensi  siklus.  Untuk mempermudah pengenelisaan siklus termodimika ini.
-   Perbandingan Tekanan ( p  )
Dalam  pengambilan  perbandingan  tekanan  pada sistem  orifice,  Flange  Tap  lokasi  tekanan  berada  pada flange,  1  inchi  upstream    dan  1  inchi  down  stream, diukur dari permukaan upstream orifice. Pada penggunaanya  ada  beberapa  modifikasi  proses  sehingga didapatkan  efisiensi  thermal  total  yang  lebih  tinggi. Persamaan  yang  digunakan  pada  penelitian  dalam pengunaan orifice sebagai berikut:
∆P= P_1-P_2 Dimana: ∆P = Perbandingan tekanan (Psi) P_1  = Tekanan masuk orifice (Psi) P_2  = Tekanan keluar orifice (Psi)
Laju  aliran  masa(m)  pada  penelitian  ini  sangat penting  hal  ini  dikarenakan  berfungsi  sebagai  nilai menghitung  nilai  thermal,  berikut  dengan  menggunakan persamaan:
(m ̇=(A√(2 .∆p.ρ)  )/√(1- 〖 (d/D) 〗 ^4 )) ̇ Dimana: m ̇   = Laju aliran massa (kg/s) A    = Luas penampang orifice (m2)
ρ    = massa jenis fluida (kg/m3) d  = diameter pipa  dalam orifice (m) D    = diameter pipa uar orifice (m)
Torsi (τ)
Neraca pegas dan dinamometer adalah salah satu alat pengukur  dari  torsi  yang  mana  dengan  satuan  (N.m) dengan  alat  ini  dapat  mengukur  putaran  dari  mesin  dan torsi, sehingga saat mesin atau poros yang berputar maka daya  atau  tenaganya  dapat  dihitung  dengan  persamaan sebagai berikut:
τ=(S-W)x g x r Dimana: τ   = Torsi (N.m)
S   = pembebanan (kg)
W  = pembebanan awal (kg)
g   = gravitasi (m/s2)
r   = jari-jari (m2)
Daya Input
P 𝑖𝑛 = m ̇ (h1 – h2 ) Dimana:
Qin     = Daya Input (watt) m ̇       = Laju aliran massa (kg/s) 𝑇𝑖𝑛 = Enthalpy keluar boiler  (kJ/kg) T 𝑜𝑢𝑡 = Enthalpy masuk boiler  (kJ/kg)
Daya Output (Watt)
Daya  output  yang  keluar  dari  turbin  dapat  dilihat dengan persamaan sebagai berikut:
P_out=(τ(.2 x πx n))/9550
Dimana:
P_out   = Daya output (Watt) τ       = Torsi (N.m)
n       = Putaran turbin (rpm)
Daya Pembebanan (Watt) W_t=V.I Dimana: Wt= Daya turbin (Watt) V  = Tegangan output dinamo (Volt) I  = Arus output (A) Efisiensi Generator η_generator=  (Daya Pembebanan)/(Daya Generator) x 100%     (Joko Purnomo:2018)
Dimana: η_generator     = Efisiensi Generator (%) Daya  Pembebanan          =    Hasil  dari  daya  yang keluar(Watt)
Daya Generator  =  Daya  spesifikasi  generator (Watt)
Efisiensi Turbin η=  P_output/P_input  x 100% Dimana: η     = Efisiensi (%) P_output  = Daya yang keluar (watt) P_input   = Daya yang masuk (watt)

## 3. METODOLOGI
Gambar. Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Keterangan 1.  Bahan Bakar       8. Valve  jalur uap 2.  Boiler 9. Pipa Uap 3.  Rangka            10. Pengukur Air 4.  Pressur Gauge   11. Turbin Ua 5.  Air masuk         12. Generator 6.  Pressure Gauge 13. Uap Basah 7.  Jalur buang tekanan
Tabel   2. Spesifikasi Turbin Uap Nama                      Spesifikasi Turbin Uap                Mini Turbin
Jumlah Sudu 11 pcs Tekanan Masuk Max. 7 Bar Tekanan Masuk Min.  2 Bar
Berat                            0,8 kg
Diameter Luar             10 cm
Pitch                            1,1 cm
Tabel. Spesifikasi Generator Nama                    Spesifikasi Tipe 775-0-36 V Daya Generator      80 Watt Kecepatan Putaran 900 Tiper Arus             DC
Persiapan alat penelitian 1.  Pengecekan alat dan pengujian selama 60 detik.
2.  Menyalakan gas lpg pada tungku.
3.  Tunggu  sampai  tekanan  uap  mencapai  (4,  5  dan
6)bar  dan  Catat temperatur.
4.  Buka valve di nomor 8 .
5.  Tunggu stabilnya putaran turbin.
6.  Catat putran turbin dengan alat tachometer dan catat dalam tabel.
7.  Catat voltace dan harus listrik pada generator.
8.  Selesai pengujian dengan tekanan 3 kg dan tutup valve
9.  Lanjutkan   dengan   pengujian   dengan   tekanan selanjutya   dengan mengulangi langkah 1-9.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil      pengambilan      data      pengujian      pada penelitian      turbin      uap      skala  laboratorium  yang dilakukan  pengujian  di  Laboratorium  Teknik  Mesin STITEKNAS  Jambi,  adapun  pengujian  yang dilakukan  pada  analisa  kinerja  turbin  uap  dengan menggunakan bahan bakar LPG (Liquefied Petroleum Gas) dengan perbandingan setiap tekanan uap yang keluar yaitu (4 Bar, 5 Bar, 6 Bar dan 7 Bar). Tabel. Data Pengamatan Bahan Bakar
Tekanan Temperatur Boiler ( o C) Berat Bahan Waktu Bahan Bakar (Jam : Menit) Temperatur Ruang Bakar ( o C) Awal
(kg) Akhir (kg) 4 142 7,435  6,790 1:00 1022 5 148 6,790  6,750 1:15 1022 6 157 6,750  6,670 1:32 1022 7 164 6,790  6,635 1:50 1022
Tabel. Data Hasil Pengujian
Tekanan P (masuk) (Bar) T (Keluar) ( o C) Beban (kg) RPM Voltase (V) Arus
(Ampere) Waktu (s)
7 6,8 94 4 940 20 1 120 6 5,8 81 3,5 947 17 1 120 5 4,8 78 2,8 1035 15 1 120 4 3,8 72 2,5 1085 14 1 120
Pengolahan Data Pengujian Daya Uap (Watt)
Daya    uap    adalah    energi    yang    dihasilkan    oleh proses    pemanasan    pada  tabung  boiler  yang  mana hingga  mencapai  tekanan  yang  diinginkan  dalam penelitian  ini  tekanan  yang  diuji  adalah  (7Bar,  6 Bar,  5  Bar  dan  4  Bar) sehingga untuk mengetahui daya uap tersebut harus menentukan nilai enthalphy, volume  spesifik,  density  tersebut  berikut  data  yang diperoleh dari tabel A-3 properties of saturated water (Liquid-Vapor).
Tabel.  Nilai  Enthalphy  ,  Volume  Spesifik,  Suhu

## Temperatur terhadap Tekanan masuk Turbin
Tekanan Awal (Bar) Tekanan Masuk (Bar) Suhu ( o C) (Volume Spesifik)
( m 3 /kg) Density (kg/m 3 ) Enthalpy (kJ/kg) 7 6,8 164 0.289 3,464 2086,30 6 5,8 157 0.371 2,69 2090,74 5 4,8 148 0.419 2,38 2113,38 4 3,8 142 0.487 2,05 2139.52
Tabel.      Nilai      Enthalphy,      Volume      Spesifik, Density      dan      Tekanan      terhadapTemperatur Keluar Turbin
Tekanan
Awal
(Bar) Suhu Keluar ( o C) Tekanan (Bar) CP (kJ/kg. o K) (Volume Spesifik) ( m 3 /kg) Density (kg/m 3 ) Enthalpy (kJ/kg)
7 94 0,82 4,199 2,053 0,48 2272,42 6 81 0,49 4,192 3,286 0,30 2306,78 5 78 0,44 4,187 3,699 0,27 2313,86 4 72 0,34 4,182 4,700 0,21 2331,03
Menghitung laju aliran udara (kg/s) Diketahui bahwa diameter dari pipa nozle yang digunakan dalam penelitian adalah 0,0025 m -   Menghitung luas penampang A= πr^2 A= π 〖 (0,00125 m) 〗 ^2 A=0,000049 m^2
Dimana dalam mengetahui laju aliran massa sendiri diketahui diameter masuk nozzle yaitu 0,161 m dan diameter nozel 0,0025 m serta perbedaan tekanan pada proses masuk turbin dan keluar turbin sebagai beri.
-   Laju aliran masa uap (kg/s) m ̇=  (0,02.0,0000049m√(2 x 612000 (kg/(m.s^2 )).(0,58 kg/m^3 )))/√(1-((0,0025 m)/(0,161 m))^4 ) m ̇= 0,00076 kg/s
Setelah mendapatkan nilai dari laju aliran massa uap maka akan diperoleh
nilai dari masa uap, dalam penelitian ini dilakukan dengan waktu yang 120 s.
m=m ̇x s m=0,00075 kg/s  x 120 s m=0,09 kg Setelah mendapatkan nilai dari laju aliran massa uap maka akan diperoleh nilai dari masa uap, dalam penelitian ini dilakukan dengan waktu yang 120 s.
Dari data diatas maka diperoleh nilai Daya Uap yang dihasilkan oleh boiler terhadap  turbin  dengan variasi  setiap  tekanan  yang  dicapai  pada  waktu pemanasan yang berbeda untuk tekanan 7 Bar pada tabel 7 diperoleh waktu 1:50 jam.
Menghitung Torsi   (N.m) Diketahui  pada  tekanan  7  Bar  maka  diperoleh massa  7  kg  dengan  jari  jari diameter 0,005 m dengan putaran poros yaitu 940 rpm.
Oleh karena itu diperoleh nilai torsi yaitu 0,183 N.m
Diperoleh daya lampu (Daya Poros) yaitu 18,01 Watt pada kondisi 7 Bar. Menghitung Daya Turbin (Watt) Diketahui bahwa nilai voltase 20 volt serta nilai arus 1 ampere dengan pengujian 7 Bar.
Menghitung Effisiensi Generator (%)
Dari data yang dikeluarkan turbin maka diperoleh hasil 20 Watt sedangkan untuk daya  speak  generator yaitu  80  Watt  maka  dari  itu  diperoleh  nilai effisensi generator.
Diperoleh bahwa effisensi generator terhadap daya yang dihasilkan adalah sebesar 25 % dengan daya yang dihasilkan 20 Watt.
Menghitung Efisiensi Turbin (% )
Jadi,  dapat  diketahui  bahwa   effisensi  turbin   uap skala  laboratorium   dengan tekanan 7 bar menghasilkan 78,12 %.
Analisa Data
Dari  data  perolehan  diatas  pada  kinerja  turbin  uap skala    laboratorium  dengan  kapasitas  80  Watt menggunakan  bahan  bakar  LPG  dapat  dianalisa dengan hasil pada tabel dibawah ini.
Tabel. Data Hasil Perhitungan Turbin Uap 80 Watt
Tabel. Data Hasil Perhitungan Turbin Uap 80 Watt Tekanan Awal (Bar) Tekanan Masuk (Bar) Suhu Keluar ( o C) Massa Uap (kg) Daya Turbin (Watt) Daya Uap (Watt) Efisiensi Turbin (%) Daya Listrik (Watt) Daya Generator (Watt) Efisiensi Generator (%)
7 6,8 94 0,09 20 25,60 78,12 18,01 80 25 6 5,3 81 0,07 17 22,15 76,76 16,95 80 21,25 5 4,5 78 0,06 15 21,78 68,86 14,84 80 18,75 4 3,8 72 0,05 14 21,03 66,56 13,86 80
17,5
Dari data tersebut diatsas dapat digambarkan dalam bentuk grafik dibawah ;

## 5. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  yang  dilakukan  pada  proses  uji pada turbin uap skala laboratorium bahan bakar LPG, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
 Daya  listrik  yang  dihasilkan  oleh  generator dengan  proses  kerja  turbin  uap  adalah  pada tekanan 4 bar (14 Watt), 5 Bar (15 Watt), (6 Bar (17 Watt) dan 7 Bar (20 Watt).
 Effisiensi  dari  generator  dan  turbin  uap  yang mana  setiap  tekanan  mengalami  kenaikan  4 Bar  (17,5%/  66,56%),  5.Bar  (18,75  %/ 68,86%), 6 Bar (21,25%/ 76,76%) dan 7 Bar (25 % / 78,12%).

## DAFTAR PUSTAKA
1. Asy’ari  Daryus,  2012,  Termodinamika  Teknik Volume  1,  Universitas  Pesada Jakarta
2. Erna    Rahyu    Eko    Wiriani,    2019,    Analisa Pengaruh    Beban    Listrik    Terhadap  Efisensi Termal  PLTU  Payo  Selincah  Jambi,  Sekolah Tinggi  Teknologi Nasional Jambi.
3. Joko  Purnomo,  2018,  Analisa  Pengaruh  Load Capacity    Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap Tanjung    Awar-Awar    350    MW    Terhadap Efisiensi    Turbin    Generator  QFSN-350-2  Unit 1. JTPM. Volume 07 No. 02.
4. Nurhani  Amin, 2012, Sistem Proteksi Generator Turbin  Uap,  Universitas  Tadulako,  Palu.  Jurnal Majalah Ilmiah Mektek.
5. Riyki Apriandi, Awqli Mursadin, 2016, Analisis Kinerja  Turbin  Uap  Berdasarkan  Performance Test  PLTU  PT.  Indocement  P-12  Tarjun, Fakultas  Teknik  Mesin  Universitas  Lambung
Mangkurat.  Jurnal  SJME  Kinematika  Vol.  1,
Juni PP.37-46.
6. Sunyoto, dkk, 2008, Teknik Mesin Industri Jilid, Direktorat Pembinaan Sekolah