Volume  9  No.2 Juli 2017 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## ANALISA DAN OPTIMASI  SISTEM  PLTGU BIOMASSA GAS METAN DENGAN DAYA 20 MW
Istianto Budhi Rahardja 1 , Wibowo Paryatmo 2
1 Teknologi Pengolahan Hasil Perkebunan, Politeknik Kelapa Sawit Citra Widya Edukasi, Bekasi, 17520
2 Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila, Jl. Borobudur No. 7, Jakarta Pusat, 10320 *E-mail : istianto@cwe.ac.id
Diterima: 27 Maret 2017 Direvisi: 25 April 2017 Disetujui: 30 April 2017

## ABSTRAK
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Biomassa  adalah    pembangkit  yang  mempergunakan  biomassa  (sampah)  dalam membentuk energi termal yang akan dipergunakan untuk menggerakan energi potensial pada sistem pembangkit listrik.  Pada  proses  pembangkit  ini  mempergunakan    sistem  kombinasi  (Combined  Cycle),  yaitu  Pembangkit Listrik Tenaga Uap (siklus Rankine) dan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (siklus Brayton). Proses Pembangkit Listrik Tenaga Gas – Uap (PLTGU) membutuhkan energi panas yang diproses dari sampah  organik sehingga menjadi  gas  metan  untuk  dipergunakan  menaikkan  temperatur  udara  di  dalam  ruang  bakar,  sehingga mempunyai tekanan yang tinggi untuk mendorong/menggerakkan turbin gas dan bekas hasil kinerja turbin gas dimanfaatkan  untuk  pembakaran  air  menjadi  uap  di  ruang  ketel  uap  (Heat  Recovery  Steam  Gas),  sehingga mempunyai tekanan yang mampu untuk mendorong turbin uap. Penggabungan antara turbin gas dan turbin uap adalah  pengembangan  di  dalam  proses  pembangkit  listrik,  dimana  dengan  melakukan  penggabungan  siklus (Combine Cycle) memperoleh effesiensi yang lebih tinggi sebesar (58.19%) dengan dibandingkan dengan siklus turbin uap (25.88%) serta siklus turbin gas (30.1887%) yang berdiri sendiri.
Kata kunci : PLTGU, Biomassa, Gas Metan, Effesiensi,

## ABSTRACT
Power plant biomass is the power plant that uses biomass (waste) in forming thermal energy which will be used to  run  potential  energy  on  power  plant  system.  On  the  process  this  power  plant  used  system  combination (combined cycle), that is steam power plant (Rankine  Cycle) and gas power plant (Brayton Cycle).The process of  steam-gas  power  plant  (PLTGU)  requiring  heat  energy  are  processed  of  organic  waste  so  as  to  become methane gas to be used raise the temperature of the air in the combuation room, so have the high pressure to push/move a gas turbine and former the results of the performance of a gas turbine be used for the combustion of water into steam in a steam boiler room (Heat Recovery of a Steam Gas), so have the pressure that capable to drive  a  steam  turbine.The  merger  between  a  gas  turbine  and  steam  turbine  is  development  in  the  process  of power  plant,  which  with  perform  the  merger  cycle  (combined  cycle)  obtaining  efficiency  higher  by  (58.19  %) with compared with a steam turbine cycle (25.88 %) as well as gas turbine cycle (30.1887 %) that stands alone.
Password : PLTGU, Biomass, Methane Gas, Efficiency

## PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  dan  industri yang  pesat  pada  saat  ini  membangkitkan  roda perekonomian, perindustrian, maupun pemerintahan  semakin  pesat.  Dengan  pesat perkembangan  diseluruh  industri,  maka  akan menjadikan daerah tersebut semakin berkembang dan  maju. Dengan perkembangan tersebut,  maka  diperlukan  banyak  sekali  yang mendukung,  yaitu  :  lingkungan,  teknologi, sumber  daya  alam,  dan  manusia.  Disamping dari perkembangan tersebut, akan menghasilkan  produk  dan  hasil  sampingannya adalah  biomassa  (sampah).  Produk  hasil  jadi akan  menghasilkan  profil  yang  cukup  tinggi nilainya  dibandingkan  dengan  hasil  produk sampingan.  Produk  sampingan  sering  kita sebut produk sisa (biomassa/sampah).
Pemerintah  Republik  Indonesia  dalam Kebijakan  Energi  Nasional  yang  tertuang (Peraturan  Presiden  Republik  Indonesia  No.  5 tahun 2006), untuk mencapai elastisitas energi sampai  dengan  tahun  2025,  maka  penggunaan energi  minyak  bumi  sebesar  20%,  gas  bumi 30%,  batubara  33%,  bahan  bakar  nabati  5%, panas  bumi  5%,  energi  baru  dan  terbarukan (biomassa, nuklir, tenaga air, tenaga surya dan tenaga  angin)  5%,  dan  batu  bara  yang dicairkan  2%.  Dengan  dasar  kebijakan  ini, maka  biomassa  dapat  dipergunakan  sebagai energi  pembangkit.  Diperkuat  (Keppres  No.  1 tahun  2014)  tentang  Pedoman  penyusunan Rencana  Umum  Energi  Nasional (RUEN)  dan Rencana  Umum  Energi  Daerah  (RUED). Berdasarkan  (Undang-undang  Nomor  18 Tahun  2008  tentang  Pengelolaan  Sampah)  , disebutkan bahwa sampah adalah sisa kegiatan sehari-hari manusia dan/atau proses alam yang berbentuk  padat.  Sampah  dapat  berada  pada fase  materi  padat,  cair,  maupun  gas.  Apabila sampah  berada  pada  fase  cair  dan  gas,  maka sampah  disebut  sebagai  emisi.  Fase  cair  akan membentuk  lendir  dan  fase  gas  akan membentuk polusi lingkungan.
Biomassa  (sampah)  merupakan  hasil proses yang dilakukan oleh mahluk hidup yang berupa  padatan,  cairan,  dan  gas.  Hasil  proses yang  dilakukan  oleh  mahluk  hidup  adalah dalam  kegiatan,  sandang  (pakaian),  papan (tempat  tinggal),  maupun  pangan  (makanan). Bentuk  yang  terjadi  pada  biomassa,  yaitu  : aerobik  (biomassa  dapat  terurai),  anaerobik (biomassa  yang  tidak  dapat  terurai),  serta bahan  berbahaya  dan  beracun  (B3).  Dalam
kehidupan sehari-hari setiap hari mahluk hidup sangat  membutuhkan  proses  pembuangan sampah,  dan  hasil  proses  tersebut  ada  yang berupa padat (sandang, papan, pangan), berupa cair  (pangan),  dan  berupa  gas  (hasil  pangan) (Ade Basyarat, 2006).
Pada  saat  ini  sampah  merupakan barang/benda  yang  tidak  mempunyai  nilai profit,  terhadap  kehidupan.  Dari  program pemerintah  yang  sangat  digalakkan  untuk menanggulangi  sampah  terpadu,  yaitu reused (penggunaan  kembali), reduce (mengurangi), dan recycle (mengolah  kembali)(Safrizal,
2014). Program ini digalakkan oleh pemerintah disebabkan  banyak  sekali  sampah-sampah yang terdapat dilingkungan industri, pemerintahan,  maupun  masyarakat  yang  tidak dapat  ditampung  oleh  Tempat  Pengolahan Sampah  (TPS)  Kota.  Dimana  TPS  yang terdapat  di  daerah  perkotaan  tidak  dapat menampung sampah yang berada di daerahnya dan  mengirimkan  ke  TPS  daerah  yang  lain. Dengan  tidak  terolahnya  sampah  di  daerah setempat menjadikan beberapa faktor kerugian, yaitu : pencemaran lingkungan yang menimbulkan  pemandangan  yang  tidak  enak dilihat oleh mata maupun bau yang menyengat, pemampatan  saluran  air  yang  menimbulkan penghambat  saluran  air  dan  menimbulkan banjir  (Ade  Basyarat,  2016).  Dari  kejadian tersebut perlu pemikiran khusus untuk mengolah  sampah  menjadi  barang  yang berguna  dan  mempunyai  nilai  baik  bagi masyarakat.  Sampah  yang  dianggap  tidak mempunyai  nilai  yang  positif,  ternyata  dibalik itu  dapat  memberikan  kontribusi  yang  cukup baik  dengan  mengolah  sampah  dari  segi ekonomis,  maupun  segi  sosial.  Terdapat pengolahan  sampah  yang  dapat  memberikan nilai  dari  segi  ekonomis,  yaitu  :  sampah memberikan  nilai  ekonomi  bagi  masyarakat yang  melakukan recycle pada  benda-benda yang masih dapat diolah, seperti kertas, plastik, karet,  besi,  maupun  kaca.  Benda-benda  ini dapat  memberikan  nilai  ekonomi  dan  dapat menghidupi ekonomi di sekitar TPS.  Dari segi sosial,  sampah  yang  telah  dibuang  oleh masyakat  pada  tempat  sampah  merupakan barang-barang  yang  sudah  tidak  berguna kembali, dengan menggunakan program reused , maka barang tersebut dapat dimanfaatkan  kembali  menjadi  barang  yang diolah menjadi barang-barang kerajinan, seperti  :  tas,  tempat  keranjang,  dan  lain-lain.
Pada  proses  yang  lain,  seperti  program reused (penggunaan  kembali),  sampah  dapat  diolah menjadi  energi  listrik,  dimana  energi  ini merupakan energi baru dan terbarukan, dengan tidak menggunakan bahan bakar fosil (minyak bumi), sehingga pembiayaan dalam penyediaannya  tidak  lebih  besar  daripada pembangkit  listrik  menggunakan  bahan  bakar fosil (Kukuh, 2009).
Sampah  yang  telah  ditimbun  pada Tempat  Pengolahan  Sampah  akan  mengalami proses  selanjutan  untuk  dibentuk  menjadi energi. (Menurut Nandi, 2005), teknologi yang digunakan untuk proses lanjutan di TPS antara lain teknologi pembakaran, teknologi composting , teknologi daur ulang. Pada proses pembakaran  terdapat  pengaruh  maupun  akibat yang  ditimbulkan  pada  lingkungan  sekitar, dimana  pembakaran  menghasilkan  pengotor (debu, asap, karbondioksida, karbon monoksida, dan lain-lain) yang dapat mencemari  lingkungan.  Pada  kondisi  seperti ini  perlu  diperhatikan  dan  dipikirkan  untuk menanggulangi akibat yang terjadi pada proses pembakaran  sampah,  sehingga  lingkungan
sekitar  tidak  rusak  dan  tercemar.  Teknologi kompos  sampah  organik  adalah  dengan  cara menimbun  sampah  sehingga  terurai  dan  dapat dipergunakan  sebagai  penyuburan  tanaman. Adapun  daur  ulang  yang  dipergunakan  pada sampah  solid  yang  tidak  dapat  terurai,  maka dipergunakan  teknologi  daur  ulang  untuk memproses kembali menjadi bahan/benda yang memiliki  nilai  jual.  Pada  dasarnya,  yang dimaksud dengan teknologi pembakaran sampah  adalah  mengkonversi sampah  menjadi energi  dengan  menggunakan  proses  termal. Energi yang dihasilkan tersebut dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. Oleh karena itu, teknologi pembakaran sampah yang menghasilkan listrik dikenal sebagai
Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa (PLTBiomassa)(Ahmad  Agus  dkk,  2010). (Menurut  Hutagalong,  2007),  proses  konversi termal  pada  proses  pembakaran  sampah  dapat dilakukan  dengan  beberapa  cara,  yaitu  dengan cara  :    insinerasi,  pirolisis,  dan  gasifikasi. Adapun  gambar  skema  proses  konversi  termal Biomassa  dapat  dilaihat  pada  gambar1.
Gambar 1 . Skema Proses Konversi Termal Biomassa
Permasalahan sampah di daerah ibukota  dan  daerah  yang  menyokong  terhadap perkembangan  ibukota  semakin  banyak  dan semakin  meningkat.  Dimana  kita  ketahui bersama bahwa, di daerah kota-kota besar dan sekitarnya tumbuh dan berkembang kehidupan perekonomian. Disamping pertumbungan perekonomian  yang  perlu  diperhatian  adalah dengan perkembangan jumlah penduduk, maka akan  menimbulkan  permasalahan  yang  lebih meningkat. Dimana sampah yang akan menjadi hasil  proses  kehidupan  akan  semakin  banyak
dan  semakin  meningkat.  Dari  sampah  yang terdapat  di  perkotaan,  tidak  seluruhnya  dapat dilakukan  proses reused,  reduce,  recycle . Maka dengan demikian perlu diketahui terlebih dahulu  bahan-bahan  yang  dapat  dipergunakan (Murni, 2012).
(Habiba  dkk,  2006)  Pada  pembangkit listrik  yang  mempunyai  bahan  bakar  cair maupun  gas  dapat  mempergunakan  siklus Brayton,  dimana  udara  dari  luar  sistem dimasukan  dan  dikompresikan  ke  dalam  suatu ruangan,  sehingga  mempunyai  tekanan  yang
tinggi  dan  dilakukannya  pembakaran  gas  hasil pengolahan  sampah  yang  berupa  metan. Dengan  pembakaran  tersebut,  maka  diperoleh gas  pembakaran  dengan  temperatur  dan tekanan  yang  tinggi.  Hasil  pembakaran  gas tersebut  dapat  dipergunakan  untuk  memutar turbin  gas  dalam  siklus  Brayton.  Pada pengolahan  sampah  padat  yang  menjadi pembangkit listrik, yaitu berupa zat atau benda yang  mudah  terbakar  dan  kering,  dimana sampah  yang  terdapat  di  dalam  TPS  harus melalui proses pengeringan maupun pemanasan,  sehingga  dapat  mudah  terbakar pada  saat  diberikan  titik  api.  Api  yang  telah ada  akan  memanaskan  ketel  uap  sebagai pembentuk  uap,  sehingga  uap  tersebut  dapat dipergunakan dalam  memutar turbin uap. Dari perputaran turbin uap, maka akan menggerakkan generator sebagai alat pembangkit  listrik  yang  akan  dikonsumsi  oleh daerah  tersebut  menjadi  energi  listrik.  Uap yang telah dipakai untuk menggerakkan turbin, akan  di  kondensasi  menggunakan heat exchanger sehingga air tersebut dapat dikembalikan/dipergunakan kembali oleh pompa  sebagai  alat  pemindah  zat  cair.  Proses tersebut  akan  dikembalikan  kembali  ke  ketel uap,  dan  begitu  seterusnya  proses  tersebut beroperasi.  Operasi  proses  pembangkit  tenaga
listrik  yang  dipergunakan  adalah  siklus Rankine.  Pada  pengembangan  di  dalam pembangkit  listrik,  ternyata  tidak  hanya mempergunakan siklus Brayton maupun siklus Rankine,  namun  dapat  digabungkan  sistem tersebut  di  dalam  pembangkit  listrik.  Sistem tersebut  sering  disebut  Siklus  Kombinasi (Combined Cycle) (Dyos & Hasan, 2011) . Dengan  melihat  permasalahan  yang dihadapi untuk mengoperasikan sistem pembangkit  listrik  tersebut,  maka  diperlukan analisa  dan  optimasi  dari  sistem  pembangkit listrik yang dapat dipergunakan dengan proses hasil  pemanasan  dari  hasil  pembakaran  gas. Untuk mendapatkan sistem yang tepat sebelum dilakukan  pembangunan,  percobaan,  dan pengoperasian,  maka  dapat  dilakukan  analisa baik  dan  benar,  sehingga  akan  memperoleh hasil  yang  maksimal  pada  saat  dilakukannya aktualisasi dari perencanaan. Dengan melakukan  analisa  secara  sebaik  mungkin diharapkan akan menghasilkan sistem Pembangkit Listrik dengan performa yang baik dan  optimal  di  dalam  operasionalnya.  Dari permasalahan tersebut di atas, akan dikaji yaitu “ Analisa  Dan  Optimasi  Sistem  PLGU Biomassa  Gas  Metan  Dengan  Daya  20 MW” .

## SIKLUS GABUNGAN ( COMBINED CYCLE )
Siklus  gabungan  ( combined  cycle ) merupakan  penggabungan  antara  sistem  yang berbeda  dengan  tujuan  untuk  menghasilkan kinerja  sebuah  unit  yang  lebih  baik  dan meningkatkan effesiensi.
Dengan
menggabungkan  sistem  yang  ada  diharapkan dapat meningkatkan daya kerja dan menghasilkan kapasitas yang  memenuhi target
yang diinginkan. Dalam proses pengembangan pembangkit listrik dapat dilakukan penggabungan  dari  sistem  yang  berbahan bakar padat dan gas, dimana sistem pembangkit  listrik  tersebut  adalah  Pembangkit Listrik  Tenaga  Gas-Uap  (PLTGU).  (M.M.  El- Wakil,  1988)  adapun  skematik  dari  PLTGU dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2 . Skematik Pembangkit Listrik Tenaga Gas-Uap
Yunus A. Cengel, 2007 menggambarkan diagram T-s siklus kombinasi pada Gambar 3.
Jurnal Teknologi 9 (2) pp 65 - 76 © 2017
Gambar 3 . Diagram T-s siklus PLTGU
Diagram  T-s  yang  menggambarkan keseluruhan  proses  ditunjukkan  pada  Gambar di atas. Diagram Gas Cycle menyatakan siklus Brayton  untuk  turbin  gas  dan  diagram Steam Cycle menyatakan siklus Rankine untuk turbin uap.  Kapasitas  produksi  uap  yang  dapat dihasilkan  tergantung  pada  kapasitas  energi panas  yang  masih  terkandung  di  dalam  gas buang  yang  berasal  dari  turbin  gas.  Hal  ini berarti  produksi  uap  tergantung  pada  beban unit  turbin  gas.  (Yunus  A.  Cengel,  2007) Penggabungan di dalam sistem pembangkit ini (Siklus Rankine-Brayton) adalah ingin menghasilkan  pemanasan  di  dalam  ketel  uap yang  lebih  baik,  dimana  gas  hasil  kerja  dari turbin  gas  dapat  dipergunakan  kembali  untuk memanaskan  ketel  uap,  sehingga  kinerja menjadi efektif. Dengan menaikkan temperatur di dalam ketel uap (dengan bantuan pemanasan dari turbin gas), maka uap hasil pembakaran di dalam  ketel  uap  menjadi  meningkat.  Dengan meningkatnya  uap  yang  dihasilkan  oleh  ketel uap,  maka  kapasitas  uap  yang  terbentuk semakin  besar  dan  dapat  memutarkan  turbin uap yang lebih besar kapasitasnya dibandingkan  dengan  menggunakan  siklus PLTU.  Pada  proses  sistem  Pembangkit  Listrik Tenaga  Gas  Uap  mengoperasikan  turbin  gas yang  masih  mempunyai  temperatur  tinggi setelah  memutarkan  turbin  gas.  Sisa  hasil pembakaran  yang  telah  melakukan  kerja turbin, kemudian temperatur tersebut dipergunakan  untuk  memanaskan  air  yang berada  di  dalam  ketel  uap.  Fasa  air  yang berada di dalam ketel semakin lama temperaturnya  semakin  tinggi,  dan  mencapai titik didih air, serta menjadi fasa uap.
(Dyos & Hasan, 2007) Siklus kombinasi  pembangkit  gas-uap  yang  ada  di Unit  PLTGU  memperlihatkan  komponen memberikan  kontribusi  terbesar  terhadap pemusnahan  eksergi  adalah  ruang  bakar. Persentase  rasio  pemusnahan  eksergi  pada masing-masing komponen terhadap pemusnahan eksergi total maksimum diperoleh pada ruang bakar (59.76%), dikuti oleh HRSG (13.19%),  turbin  gas  (9.74%),  kompresor (7.39%),  turbin  uap  (7.06%),  kondensor (2.71%)  dan  kemudian  pompa  (0.15%). Eksergi  yang  dibawa  oleh  gas  buang  ke atmosfir (4.0% dari eksergi total bahan bakar). Menurut Kukuh (2009), Pembangunan pembangkit  listrik  tenaga  sampah  (PLTSa) merupakan  solusi  kebutuhan  energi  baru terbarukan (EBT) untuk meningkatkan kebutuhan  energi  serta  membantu  mengurangi ketergantungan  terhadap  energi  fosil.  (Yohana dkk et  al .,  2012) Heat  Recovery  Steam Generator (HRSG)  adalah  suatu  komponen kesatuan antara turbin gas dan turbin uap pada sistem combine  cycle  power  plant .  HRSG berfungsi sebagai alat yang memanfaatkan gas buang  dari  turbin  gas  untuk  memanaskan  air pada  pipa-pipa  yang  berada  di  dalam  HRSG hingga  menjadi  uap  kering  yang  mampu memutar  turbin  uap. (Habiba  dkk, et  al .,2006) Instalasi  kombinasi  ( combined  cycle )  adalah sebuah  proses  tenaga  uap  dibagian  depannya dihubungkan  dengan  instalasi  turbin  gas, sehingga  terbentuk  instalasi  kombinasi  turbin gas  dan  uap,  dimana  gas  bekas  yang  keluar dari  turbin  gas  masih  memiliki  elthalpy  dan temperatur  yang  cukup  tinggi  dimanfaatkan sebagai  udara  pembakaran  pada  ketel  uap untuk  mengubah  air  menjadi  uap  serta
menggerakkan  turbin  uap.  Instalasi  sistem gabungan  mampu  meningkatkan  efesiensi
termis sampai sekitar 42%.
Dalam mengekspresikan siklus gabungan,  maka  dapat  dituliskan  persamaan siklus Rankine dan siklus Brayton. Pada siklus
Rankine  untuk  mengetahui  kerja  setiap
peralatan  di  dalam  sistem  dapat  diekspresikan dengan  persamaan  sebagai  berikut  (Yunus  A. Cengel, 2007):
 Proses Pompa W pompa = h 2 – h 1 (1)
 Proses Boiler q in = q 2-3 = h 3 – h 2 (2)
 Proses Turbin Uap W turbin = h 3 – h 4 (3)
 Proses Kondensor q out = h 4 –h 1 (4)
Effesiensi termal siklus Rankine dapat diekspresikan dalam persamaan sebagai berikut (Yunus A. Cengel, 2007):
η th rankine = = 1- (5)
dimana  untuk  mengetahui  kerja  bersih  dari siklus  Rankine  dapat  diekspresikan  dengan persamaan  sebagai  berikut  (Yunus  A.  Cengel, 2007):
w net = q in – q out = w turbin – w pompa (6)
Dari siklus Brayton dapat diperoleh persamaan pada  setiap  proses  yaitu  (Yunus  A.  Cengel, 2007):  P
roses  1  –  2  (kompresi  isentropis  di kompresor)
w comp = h 2 – h 1 =C P (T 2 -T 1 ) (7)
 P
roses  2  –  3  (pemanasan  pada  P konstan) q in = h 3 – h 2 = C P (T 3 -T 2 ) (8)

P roses  3  –  4  (ekspansi  isentropis  di turbin) w turb = h 3 – h 4 = C P (T 3 -T 4 ) (9)
 P
roses  4  –  1  (pelepasan  kalor  pada  P konstan)
q out = h 4 – h 1 = C P (T 4 -T 1 ) (10)
Dengan  demikian  dapat  dihitung  kerja  netto siklus, yaitu (Yunus A. Cengel, 2007):
w netto = w turb – w comp (11)
Berdasarkan  Diagram  T-s  dan  P-v  di  atas, maka dapat dicari nilai efisiensi thermal siklus ( η th ).  Efisiensi  thermal  didefinisikan  sebagai rasio  antara  kerja  netto  siklus  terhadap  kalor
yang diberikan (kalor input). Dalam persamaan dapat ditulis sebagai berikut (Yunus A. Cengel, 2007):
η th =
= 1 -
(12) atau
η th = 1 - = 1 - (13)

## METODE PENELITIAN
Pada kerangka penelitian, penulis melakukan langkah pada gambar 9.
Gambar 9 . Flow Chart Kerangka Penelitian Yes No Perencanaan Penelitian pada Sistem Pembangkit Menggunakan Siklus Kombinasi(PLTGU) Survey dan Mencari Data Power Supply dari PLT Biomassa Bantar Gebang Hasil & Kesimpulan Mencari Literatur Sistem Pembangkit siklus Kombinasi (PLTGU) Menganalisa Data Power Supply dan Kandungan Gas Methan dari PLT Bantar Gebang
Mengolah Data & Melakukan Perhitungan secara Teoritik untuk memperoleh Energi dari Kadar Gas
Melakukan perhitungan untuk memperoleh effesiensi kinerja Turbin Gas, Turbin Uap, Siklus  Gabungan(sistem pembangkit PLTGU)
Efesiensi Siklus & Daya 20 MW
Mulai
Selesai

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan Turbin Uap & Gas Pada siklus Rankine untuk kerja diekspresikan dengan persamaan berikut:
 Proses Pompa W pompa = h 2 – h 1
W pompa = 251 kJ/kg – 125 kJ/kg
W pompa = 126 kJ/kg
Untuk  memperoleh  kerja  pompa  yang  terjadi pada  proses  ini,  yaitu  perlu  mengetahui tekanan  air  yang  akan  dioperasikan  di  dalam sistem, dimana dengan mengetahui T 1 = 30°C
dan T 2  =  60°C,  maka  diperoleh  tekanan  pada tabel  air P 1  =  4.2469  kPa, P 2  =  19.947  kPa. Dengan demikian dapat diperoleh kerja pompa yaitu :
W pompa = ʋ (Δ P ) = ʋ ( P 2 – P 1) W pompa =  0.001017  m³/kg  x  (19.947  kPa  -
4.2469 kPa) W pompa = 0.001017 m³/kg x 15.7001 kPa
W pompa = 0.015967 kJ/kg = 15.967 J/kg
 Proses Ketel Uap q in = q 2-3 = h 3 – h 2 q in = 3 280 kJ/kg – 251 kJ/kg
q in = 3 029 kJ/kg
 Proses Turbin Uap
W turbin = h 3 – h 4 W turbin = 3 280 kJ/kg – 2 370 kJ/kg
W turbin = 910 kJ/kg
 Proses Kondensor
q out = h 4 – h 1
q out =   2 370 kJ/kg – 125 kJ/kg
q out =   2 245 kJ/kg Efesiensi  siklus  Rankine  adalah  sebagai berikut:
η th rankine = = 1- η th rankine = 1- η th rankine =  0.258831 = 25.8831%
Kerja bersih turbin uap adalah sebagai berikut : W net turbin uap = W turbin – W pompa W net turbin uap = 910 kJ/kg – 126 kJ/kg W net turbin uap = 784 kJ/kg
Turbin  gas  dalam  sistem  operasionalnya memiliki  unit  kompresi,  pembakaran  bahan
bakar,  serta  kerja  turbin,  serta  pembuangan gas, dimana kinerjanya dapat diperoleh yaitu :
 Kerja kompresor
W kompresor = Cp . ( T 2 -T 1)
W kompresor = 2.2537kJ/kgK x (100°C-30°C)
W kompresor = 157.759 kJ/kg
 Proses pembakaran q in = Cp . (T 3 - T 2 ) q in = 2.2537 kJ/kgK x (630°C - 100°C)
q in = 1 194.461 kJ/kg
 Kinerja turbin gas W turbin = Cp . (T 3 - T 4 ) W turbin = 2.2537 kJ/kgK x (630°C - 400°C)
W turbin = 518.351 kJ/kg
 Tekanan pada turbin gas adalah:
= [ ] ( k -1)/ k =  [ ] (1.299-1)/1.299
Dimana : k = 1.299 ; Cp = 2.2537 kJ/kg.K ;
Cv = 1.7354 kJ/kg.K ; k = Cp/Cv; P 3 = 7.208023 atm, dengan P 4 = 1 atm
 Langkah buang q out = Cp . (T 4 - T 1 ) q out =  2.2537kJ/kgK x (400°C - 30°C) q out = 833.869 kJ/kg Hasil  kerja  per  satuan  massa  dari  turbin  gas dapat diekspresikan melalui persamaan sebagai berikut :
W net = W turbin - W kompresor W net =  518.351 kJ/kg – 157.759 kJ/kg W net = 360.592 kJ/kg Efesiensi kerja yang diperoleh di dalam sistem dapat diekspresikan melalui persamaam sebagai berikut: η th = = 1 - η th =
η th = 0.301886792 η th = 30.1887 %
Jurnal Teknologi 9 (2) pp 65 - 76 © 2017
Hubungan  antara  effesiensi  yang  terjadi  pada siklus  Brayton  dengan  perbedaan  tekanan  gas
masuk dan keluar, dapat diekspresikan dengan persamaan, sebagai berikut:
η th = 1 -
30.1887 % = 1 - 0.301887 = 1 - )
rp = 4.77
Dengan  memperoleh  harga  perbedaan  tekanan ( pressure  ratio )  sebesar  4.77,  maka  dapat
diketahui  tekanan  yang  ke  luar  dari  unit kompresor adalah sebagai berikut :
rp =
4.77 =
P 2 = 4.77 atm

## Siklus Kombinasi PLTGU
Dengan
mengetahui data-data perencanaan  pada  turbin  gas  dan  turbin  uap yang  akan  dilakukan  penggabungan  siklus, maka  dapat  diperoleh  hasil  perhitungan  untuk
siklus kombinasi. Data perhitungan dari turbin gas  dan  uap  dapat  diperlihatkan  pada  tabel  1 dan 2.

## Tabel 1. Data Perhitungan Turbin Gas
Sumber : data olahan 2015
Tabel   2. Data Perhitungan Turbin Uap
No Item Nilai 1 T1 (°C) 30 2 T2 (°C) 60 3 T3 (°C) 400 4 T4 (°C) 60 5 h1 (kJ/kg) 125 6 h2 (kJ/kg) 251 7 h3 (kJ/kg) 3 280 8 h4 (kJ/kg) 2 370 9 W pompa (kJ/kg) 126 10 q in (kJ/kg) 3 029 11 W turbin (kJ/kg) 910 12 q out (kJ/kg) 2 245 13 W net (kJ/kg) 784 14 η th (%) 25.8831 Sumber : data olahan 2015 Dengan memperoleh
data-data perhitungan  pada  siklus  turbin  gas  dan  turbin uap,  pada  tebel  1  &  2  terlihat  perbedaan temperatur  untuk  siklus  Turbin  gas  pada  T2 (temperatur  pengkompresian)  sebesar  100°C, T3(temperaur  pembakaran)  sebesar  630°C, serta  hasil  pembakaran  (T4)  sebesar  400°C. Sedangkan  pada Turbin uap, T2 hanya sebesar 60°C,  T3  (hasil  pembakaran/temperatur  sisa pembakaran turbin gas diberikan kepada turbin air)  sebesar  400°C,  dan  T4  (temperatur kondensasi) sebesar 60°C). Dari kedua tabel 1 &  2  di  atas  menghasilkan  kinerja  tiap  proses peralatan, dimana turbin uap dapat membangkitkan  lebih  besar  dari  turbin  gas
(59.96%).  Kinerja  yang  lain  juga  diikuti  oleh beberapa  proses,  yaitu  seperti  di  temperatur pemanasan  (T3),  kerja  turbin  (T4),  dan  kerja bersih  ( W net )  dari  sistem.  Untuk  effesiensi turbin  gas  sebesar  30.18  %  dan  Turbin  uap sebesar 25.88%. adapun siklus gambungan dari data tabel 1 & 2 dapat dilukiskan pada gambar 5.  Pada  gambar  5,  menunjukkan  setiap  siklus operasi  peralatan    turbin  gas  dan  turbin  uap secara  jelas.    Siklus  Turbin  gas,  pada pembuangan    gas  panas  (T4-T1)  saling bersentuhan      dengan  proses  Turbin  uap  (T2- T3).  Disini  terjadi  penyerapan  energi  panas oleh  turbin  uap  untuk  memanaskan  air  di dalam
ketel. No Item Nilai 1 T1 (°C) 30 2 T2 (°C) 100 3 T3 (°C) 630 4 T4 (°C) 400 5 h1 (kJ/kg) 67.611 6 h2 (kJ/kg) 225.37 7 h3 (kJ/kg) 1419.831 8 h4 (kJ/kg) 901.48 9 W kompresor (kJ/kg) 157.759 10 q in (kJ/kg) 1 194.461 11 W turbin (kJ/kg) 518.351 12 q out (kJ/kg) 833.869 13 W net (kJ/kg) 360.592 14 η th (%) 30.1887
Mengetahui  perbandingan  laju  aliran massa  yang  dapat  diperoleh  dari  persamaan
keseimbangan  energi  pada  pertukaran  kalor ( heat exchanger ), yaitu :
E in = E out mg.h 5 + ms.h 3 = mg.h 4 + ms.h 2 ms(h 3 -h 2 ) = mg(h 4 -h 5 ) ms (3 280-251) = mg (933.51-373.67)
mg/ms = (559.84)/(3 029) mg/ms = 0.1848266 Hal  ini  berarti  1  kg  gas  pembakaran  hanya dapat  memanaskan  0.1848266  kg  uap  dari temperatur  30 o C  menjadi  400 o C,  sekaligus
mendinginkan  gas  dari  temperatur  400 o C menjadi 30 o C. Sehingga kerja netto total tiap 1 kg gas hasil pembakaran adalah :
w net = w net.gas + y.w net.steam = 180.91 + (0.1848266 × 784) = 325.814 kJ/kg Sehingga  setiap  1  kg  gas  hasil  pembakaran maka  PLTGU  akan  menghasilkan  kerja
sebesar  325.814  kJ/kg.  Untuk  mengetahui efisiensi thermal siklus kombinasi ( η R)adalah : η R = X 100%
η R = X 100%
η R = 0.5819
η R = 58.19%
Gambar 5 . Siklus Kombinasi (Turbin Gas – Uap) pada T-s Diagram Siklus Turbin Gas Siklus Turbin Uap
Berdasarkan perhitungan keseimbangan energi pada pertukaran kalor dari laju aliran massa di atas,  secara  sederhana  perhitungan  kerja  dan
effesiensi  siklus  kombinasi  (Turbin  gas  dan Turbin Uap) dapat dilihat pada tabel 3.
3 4 2 1 4 3 2 1
Jurnal Teknologi 9 (2) pp 65 - 76 © 2017
Tabel 3. Perhitungan Kerja dan Effesiensi Siklus Kombinasi h uap
( h 3-h2) kJ/kg h gas ( h 3- h 2) kJ/kg mg/ms= W net = W net gas + Y W net steam efesiensi η = W net/ Q in gas (%) 3 029 kJ/kg 559.84kJ/kg 0.184826675  325.8141136 kJ/kg 0.581977196 %
Sumber : data olahan 2015

## Perhitungan Turbin Gas&Uap Berbentuk kWatt
Laju  aliran  yang  terjadi  adalah  sebesar  1  178 m³/h,  dengan  kadar  CH 4 (gas  methan)  sebesar 43.1%, maka gas metan yang tersedia adalah : m = 1 178 m³/h  x 43.1%, m = 506.5923 m³/h
m =
m = 82 372.73035 kg/h m = 82 372.73035 kg/h : 3600 s m = 22.881 kg/s
Dengan mengetahui kinerja bersih yang terjadi pada  turbin  gas,  maka  dapat  diperoleh  kerja
bersih  dari  sistem  pembangkit  dalam  bentuk kW adalah sebagai berikut :
W net (kW) = m (kg/s) x W net(kJ/kg) W net turbin gas = W turbin - W kompresor
W net =  518.351 kJ/kg – 157.759 kJ/kg W net = 360.592 kJ/kg Maka untuk kerja bersih dari turbin gas adalah sebagai berikut : W net = 22.881 kg/s x 360.592 kJ/kg W net = 8 250.7055 kW
W net = 8.251 MW
Dengan  mengetahui  rancangan  yang  telah dibuat,  yaitu  4  unit  turbin  gas  dengan  daya yang  dimiliki  setiap  turbin  gas  adalah  2  MW, maka  dapat  diperoleh  bahwa  rancangan  yang telah dibuat cukup memenuhi syarat daya yang dibutuhkan,  yaitu  8.251  MW  dibagi  4  unit sebesar 2.06275 MW (cukup untuk
membangkitkan  pembangkit  2    MW).  Pada turbin  uap  yang  telah  diketahui  kondisi kinerjanya,  maka  dengan  mengkalikan  massa gas methan yang ada sebesar 22.881 kg/s akan menghasilkan kinerja siklus turbin uap dengan daya  dalam  bentuk  kWatt.  Adapun  hasil  daya tersebut adalah sebagai berikut :
W net (kW) = m (kg/s) x W net tubin uap (kJ/kg) W net tubin uap (kJ/kg) = W turbin – W pompa
W net turbin uap = 910 kJ/kg – 126 kJ/kg
W net turbin uap = 784 kJ/kg Dengan mengetahui dari kerja bersih turbin uap, maka dapat diekspresikan kerja bersih dalam kW, yaitu : W net = 22.881 kg/s x 784 kJ/kg W net = 17 938.704 kW
W net = 17.939 MW
Dari hasil tersebut, maka daya yang dihasilkan oleh  turbin  gas  cukup  memadai  untuk menutupi  daya  yang  telah  direncanakan  untuk turbin uap sebesar 12 MW, dimana daya yang dihasilkan  oleh  sistem  pembangkit  turbin  uap sebesar  17.939  MW.  Dengan  mengetahui kemampuan  turbin  gas  sebesar  2.06275  MW untuk  setiap  unitnya  (8.251  MW  untuk  4  unit
turbin gas) dan  17.939 MW untuk turbin uap, maka  dalam  pengoperasian  untuk  memenuhi daya  sebesar  20  MW  dapat  dilakukan pengoperasian  secara  bergantian,  sehingga dalam  pemeliharaan,  pemakaian  bahan  bakar, serta  operasional  dapat  dilakukan  lebih  efektif dan efisien.

## KESIMPULAN
Dalam  penelitian  yang  telah  penulis analisa pada siklus Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa,  maka  dapat  dituliskan  beberapa kesimpulan  sebagai  berikut:  Kerja  per  satuan massa  siklus  Brayton  360.592    kJ/kg,  siklus
Rankine  784  kJ/kg,  serta  PLTGU  adalah 505.64  kJ/kg.  Efesiensi  termal  Siklus  yang dipergunakan  dalam  perencanaan,  yaitu  : siklus Brayton menghasilkan effesiensi sebesar 30.1887%,  siklus  Rankine  sebesar  25.8831%
dan  siklus  Brayton-Rankine  (PLTGU)  sebesar 58.1977%.Turbin  gas  yang  dipergunakan adalah  3  unit  (dari  8.251  MW,  serta  1  Unit
Turbin Gas untuk cadangan) dan 1 unit Turbin Uap  sebesar  17.939  MW  untuk  memperoleh Daya 20 MW.
.

## DAFTAR PUSTAKA
Ade  Basyarat,  2006, Kajian  Terhadap Penetapan Lokasi TPA Sampah Leuwinanggung – Kota Depok , Program Pasca Sarjana, Magister Teknik Pembangunan Wilayah dan Kota, Universitas Diponegoro, Semarang.
Ahmad  Agus    Setiawan,  Suhono,  M.  Kholid
Ridwan, Haryono Budi Santosa, Susetyo Haryo  Putro,  Yudi  Utomo  Imardjoko,
2008, Studi  Awal  Kebutuhan  Energi
Listrik Dan Potensi Pemanfaatan Sumber Energi Terbarukan Di Kabupaten  Sleman  Daerah  Istimewa Yogyakarta ,  Jurusan  Teknik  Fisika,
Fakultas  Teknik,  Universitas  Gajah Mada
Dyos Santoso dan Hasan Basri, 2011, Analisis Eksergi  Siklus  Kombinasi  Turbin  Gas- Uap  Unit  PLTGU  Inderalaya ,  Fak.
Teknik  Univ.  Sriwijaya,  Prosiding Seminar  Nasional  A  VoER  ke-3; Palembang, 26-27 Oktober 2011

## Eflita  Yohana  dan  Ady  Priambodo,  2012,
Analisa  Efesiensi  Low  Pressure  HRSG (Heat  Recovery  Steam  Generator)  pada
PLTGU  PT.  Indonesia  Power  UBP Semarang ,  Rotasi  –  Vol.14,  No.1, Januari 2012 : 7-9
H.Muh.  Syahrir  Habiba;  F.  Cahyadi,  Suryani;
2006, Analisis Efektifitas Sistem Pembangkit  Listrik  Tenaga  Gas  dan Uap (PLTGU) pada PT. Energi Sengkang , Program Studi Teknik Mesin Fakultas  Teknik  Universitas  Islam Makassar,  ILTEK,  Volume  I,  Nomor  2,
April 2006
Keppres  No.  1  Tahun  2014, Pedoman Penyusunan  Rencana  Umum  Energi
Nasional  (RUEN)  dan  Rencana  Umum
Energi Daerah (RUED), Jakarta
Kukuh Siwi Kuncoro, 2009, Studi Pembangunan Pembangkit Listrik
Tenaga  Sampah  10  MWe  Di  Kota Medan  Ditinjau  Dari  Aspek  Teknis,
Ekonomi  Dan  Lingkungan ,  Institut Teknologi Sepuluh Nopember. M.M. El-Wakil, 1988, Powerplant Technology, Mc Graw-Hill, Inc; International Edition. Michael Hutagalong, 2007, Teknologi Pengolahan Sampah , http://majarimagazine.com Murni  Rahayu  Purwaningsih,  2012, Analisis Biaya  Manfaat  Sosial  Keberadaan Pembangkit  Listrik  Tenaga  Sampah Gedebage  bagi  Masyarakat  Sekitar , Jurnal  Perencanaan  Wilayah  dan  Kota, Vol. 23 No. 3, Desember 2012,  pp. 225 – 240.
Nandi,  2005, Kajian  Keberadaan  Tempat Pembuangan Sampah (TPA) Leuwigajah dalam Konteks Tata Ruang , Jurnal  “GEA”  Jurusan  Pendidikan Geografi, Vol. 5, Nomor 9, April 2005 Peraturan  Presiden  Republik  Indonesia,  No.  5
Tahun 2006 Safrizal, 2014, Distributed Generation Pembangkit  Listrik  Tenaga  Sampah Kota (Pltsa) Type Incinerator
Solusilistrik  Alternatif  Kota  Medan , Program  Studi  Teknik  Elektro,  Fakultas Sains  dan  Teknologi,  Universitas  Islam Nahdlatul  Ulama  (Unisnu),  Jepara,
Prosiding Snatif Ke -1 Tahun 2014 Undang-Undang No.18 Tahun 2008, Pengelolaan Sampah
Yunus  A  Cengel,  2007,  Michael  A.  Boles,
Thermodynamics, Six Edition, Mc Graw Hill.