## JEPCA
Analisa Pengaruh Variasi Tekanan Udara Pembakaran terhadap Efisiensi Pengujian pada Sistim Pembangkit Listrik Tenaga Uap Skala Laboratorium

## Jatmiko Edi Siswanto
Program Studi Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Jambi JL. Lingkar  Timur Mendalo Darat Jambi Luar Kota, Muaro Jambi, Jambi Correspondence email: jatmikoedisiswanto@stiteknas.ac.id
Abstrak Penelitian  ini  tentang  perbandingan  effisiensi  pembangkit  listrik  tenaga  uap  skala  laboratorium  dengan  bahan  bakar arang  tempurung  kelapa  (Coconut  shell  charcoal).  Pengujian  dilaksankan  di  Lab.  STITEKNAS  –  JAMBI  ,dengan  data  yang diperoleh pada pengujian ini adalah daya uap, daya poros dan daya listrik. salahan dalam penelitian bertujuan untuk  mengetahui pengaruh tekanan terhadap performa pembangkit listrik tenaga arang tempurung kelapa. uap yang digunakan peneliti uap basah . Metodologi peneliian dengan menggunakan variasi tekanan pembakaran (1,2 dan 3 bar) untuk mendapatkan data penelitian, dari data pengujian  hasil penelitian  skala laboratorium dengan bahan bakar arang tempurung kelapa variasi tekanan pembakaran pada tungku  bahwa makin besar tekanan pembakaran akan menghasilkan temperatur ruang bakar makin tinggi  terbesar pada tekanan pembakaran  3  bar  menghasilkan  temperatur  ruang  bakar  746  °C  dan  terkecil  pada  tekanan  1  bar  sebesar  883.75  °C  dan  dari perhitungan  data  hasil  penelitian  diperoleh  hasil  effisiensi  turbin  uap  skala  laboratorium  dengan  bahan  bakar  arang  tempurung kelapa daya yang dihasilkan semakin tinggi tekanan pembakaran  semakin tinggi daya yang dihasilkan, daya input tertinggi pada tekanan pembakaran 3 bar dengan nilai sebesar 27,26 watt dan terkecil pada tekanan pembakaran 1 bar dengan besar daya input 22,94 bar, sedangkan pada perhitungan efesiensi, effisiensi tekanan pembakaran  bahwa efisiensi turbin lebih tinggi dibandingkan dengan efisiensi generator.dimana pada tekanan 1 bar effisiensi tertinggi turbin  sebesar 63,30% sedangkan  effisiensi generat or 18% dan pada tekanan  pembakaran  3.Bar didapat efesiensi terendah  yaitu  effisiensi turbin  sebesar 51,36% sedangkan  effisiensi generator 17,5%, sehingga kenaikan tekanan pembakaran tidak bisa menaikan effisiensi turbin maupun generator.
Kata Kunci: Turbin Uap, Udara pembakaran ,Daya, Effisiensi
Abstract. This research is about comparing the efficiency of a laboratory-scale steam power plant with coconut shell charcoal as fuel. The test was carried out at the STITEKNAS Lab – JAMBI, with the data obtained in this test were steam power, shaft power and  electrical  power.  The  error  in  this  study  aims  to  determine  the  effect  of  pressure  on  the  performance  of  a  coconut  shell charcoal  power plant. steam used by  wet  steam researchers. The research methodology uses variations in  combustion pressure (1,2 and 3 bar) to  obtain research data.,From the test  data  of laboratory-scale research results  with coconut  shell charcoal  as fuel,  variations  in  combustion  pressure  in  the  furnace  that  the  greater  the  combustion  pressure  will  produce  the  higher combustion chamber temperature, the largest at a combustion pressure of 3 bar produces a combustion chamber temperature of 746  °C  and  the  smallest  at  a  pressure  of  1  bar  of  883.75  °C  and  from  the  calculation  of  research  data  obtained  results  of laboratory-scale  steam  turbine  efficiency  with  coconut  shell  charcoal  fuel  the  higher  the  combustion  pressure  the  higher  the power  produced,  the  highest  input  power  at  a  combustion  pressure  of  3  bar  with  a  value  of  27.26  watts  and  the  smallest  at  a combustion pressure of 1 bar  with a large input power of 22.94 bar,  while in  the calculation of efficiency, the efficiency of the combustion pressure is that the turbine efficiency is higher than the efficiency of the generator. 18% and at a combustion pressure of 3.Bar the lowest efficiency is obtained, namely the turbine efficiency of 51.36% while the generator efficiency is 17.5%, so that the increase in combustion pressure cannot increase the efficiency of the turbine and generator.

## Keywords: Steam Turbine, Combustion Air, Power, Efficiency

## PENDAHULUAN
Pembakaran  adalah  reaksi  kimia  yang  terjadi antara material yang dapat terbakar dengan oksigen pada volume  dan  temperatur  tertentu.  Pembakaran  akan terjadi  bila  bahan  bakar  oksigen  sumber  panas  bereaksi menjadi  satu  dan  sebagai  hasil  dari  proses  pembakaran adalah  temperatur  (A  Asy’ari  Daryus,  2012)  dan berdasarkan  berbagai  macam  variasi  tekanan  bahan bakar  yang  dilakukan,  semakin  besar  tekanan  bahan bakar, maka badan api semakin tinggi, Q radiasi semakin tinggi,  sedangkan  temperatur  pembakaran  tergantung dari bahan yang dibakar (Hammada abbas, dkk.)
Pembangkit  listrik  tenaga  uap  merupakan  salah satu  pembangkit  yang  digunakan  untuk  menghasilkan energi  listrik,  yang  menggunakan  turbin  uap  sebagai
pemutar generator,  yang  di  konversikan  untuk menghasilkan  energi  listrik  dimana  pada  proses  tenaga uap diperoleh dari pembakaran bahan bakar menggunakan  tungku  untuk  pemanas  air  pada  tabung boiler. ( Budiarjo,all ).1989
Pembangkit  tenaga  listrik  dapat  dihasilkan  dari berbagai  system  konversi  energi  baik  dari  turbin  uap dimana  uap  sebagai  penggerak  turbin  dan  pemutar generator  untuk  menghasilkan  listrik,  namun  karena  di sekitar lingkungan banyak material biomasa yang belum termanfaatkan secara maksimal, untuk itu dalam analisa ini  saya  akan  menganalisa  pembangkit  listrik  dengan tenaga  uap  yang  dikaitkan  dengan  pengaruh  variasi tekanan pada pross pembakaran bahan bakar.
Jatmiko  Edi  Siswanto,  Analisa  Pengaruh  Variasi  Tekanan  Udara  Pembakaran  terhadap  Efisiensi  Pengujian  pada  Sistim Pembangkit Listrik Tenaga Uap Skala Laboratorium

## Kajian Pustaka
Untuk  proses  tenaga  uap  secara  ideal  dari  proses ini  merupakan  siklus  rankine  yang  dapat  disajikan  pada gambar.1 (Budiarjo,1989)
Gambar.1 Siklus rankine dan Diagram T-s
Keteragan : 1-2 Proses kompresi adiabatic berlangsung pada pompa. 2-3  proses  pemasukan  panas  pada  tekanan  konstan terjadi boiler.
3-4  proses  ekspansi  adiabitas  berlangsung  pada  turbin uap.
4-1 proses pengeluaran panas pada tekanan konstan pada kondensor.
-   Perbandingan Tekanan ( p  ) Dalam  pengambilan  perbandingan  tekanan  pada  sistem orifice,    lokasi  tekanan  berada  pada  flange  1  inchi upstream    dan  1 inchi  down  stream,  diukur  dari permukaan upstream orifice .Persamaan yang digunakan pada  penelitian  dalam  pengunaan  orifice  disajikan  pada Persamaan 1:
∆P=P _1 -P _2        ...................................................................... ( 1 )
Laju  aliran  masa(m)  pada  penelitian  ini  sangat  penting hal  ini  dikarenakan  berfungsi  sebagai  nilai  menghitung nilai thermal, disajikan pada Persamaan 2
................................... ( 2 )
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  ,  disajikan  pada Persamaan 3 τ =(S-W)x g x r    ................................... ( 3 )
Daya Input Daya  input  yang  masuk  ke  turbin  dapat  disajikan  pada Persamaan 4:
P 𝑖𝑛 = m ̇ (h1 – h2 )    ............................... ( 4) Daya Output (Watt) Daya output yang keluar dari turbin dapat disajikan pada
Persamaan 5: P_out=(τ(.2 x πx n))/9550 ..................... ( 5) Daya Pembebanan (Watt) Daya  pembebanan  generator    dapat  disajikan  pada Persamaan 6: W_t=V.I ......................... ( 6) Efisiensi Generator Efesiensi generator  dapat disajikan pada Persamaan 7 η_generator= (Daya Pembebanan)/(Daya
Generator)x100%..        ......................... (7)
Efisiensi Turbin
Efesiensi Turbin   dapat disajikan pada Persamaan 8 η= P_output/P_input x 100% ................... (8)
-  Jumlah    bahan    bakar  yang    dipakai    pada    proses pengujian  alat adalah :
Dimana: Ba1= Bahan bakar awal (kg) Ba2= Bahan Bakar Akhir (kg) Ba2= Bahan Bakar akhir (kg) – Abu (kg)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  pembangkit  listrik  tenaga  uap dengan  tekanan  rendah  dimana  menggunakan  bahan bakar  arang  temburung  kelapa  sebagai  media  pemanas dari  boiler.  Pengujian  ini  juga  dilakukan  dengan  variasi tekanan  udara  pembakaran  dari  kompresor  dengan Variasi  tekanan  (  1,2,3  )  Bar.  Oleh  karena  itu  dapat dilihat  hasil  alat  pembangkit  listrik  tenaga  uap  pada gambar dibawah ini.

## Gambar 2. Skema Pengujian Turbin Uap
Dari  penjelasan  gambar  diatas  bahwa  pengujian ini  dilakukan  dengan  air  yang  dipanaskan  dengan sebanyak  15  liter  berbahan  bakar  arang  tempurung kelapa  serta  dilakukan  pengambilan  data  tekanan  (4,5,6 dan  7  Bar),  menggunakan  turbin  pabrikan  turbochager mobil dan menggunakan generator berkapasitas 80 Watt
Jatmiko  Edi  Siswanto,  Analisa  Pengaruh  Variasi  Tekanan  Udara  Pembakaran  terhadap  Efisiensi  Pengujian  pada  Sistim Pembangkit Listrik Tenaga Uap Skala Laboratorium
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  arang tempurung  kelapa  dengan  perbandingan  setiap  tekanan udara  pembakaran    yaitu  (  1,2  dan  3  Bar).  Dalam penelitian  ini  dilakukan  pengambilan  data  sebanyak  3 kali  pengulangan  dan  setiap  waktu  penggunaan  uap selama 120 detik. Maka dari itu dapat dilihat pada tabel dibawah ini data hasil pengujian.

## Daya Input (Watt)
Daya  input  atau  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 (4,5,6 dan 7  Bar),  sehingga  untuk  mengetahui  daya  uap  tersebut harus  menetukan  nilai  enthalphy,  volume  spesifik, density tersebut berikut data yang diperoleh dari tabel A- 3 properties of saturated water (Liquid-Vapor).
Tabel 1. Data Pengamatan Bahan Bakar pada rata tekanan boiler
Tabel.2 Data Pengamatan Pengujian rata tekanan boiler
Tabel 3. Nilai Enthalphy, Volume Spesifik, Density dan Tekanan terhadap Temperatur Keluar Turbin
Pada  pengolahan  daya  uap  diketahui  nilai  density dan  enthalphy  pada  tekanan  masuk  turbin  dan  keluar turbin. Dimana nilai tersebut telah diperoleh pada tabel 8 dan  9,  namun  sebelum  mendapat  nilai  daya  input  harus mengetahui  kecepatan  aliran  (m/s)  dan  laju  aliran  masa (kg/s).

## 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.
Setelah  mendapatkan  nilai  dari  laju  aliran  massa uap  maka  akan  diperoleh  nilai  dari  masa  uap,  dalam penelitian ini dilakukan dengan waktu yang 120 detik.
Tabel 4. Hasil Perhitungan Massa Uap (kg) Tekanan Kompressor Laju Aliran Massa Uap (kg/s) Massa Uap (kg) 1 0,00076 0,0912 2 0,00055 0,0822 3 0,00044 0,0672
Setelah  mendapatkan  nilai  laju  aliran  masa peneliti  melakukan  pencarian  data  nilai  panas  masuk yaitu Q (kJ).
Dari  data  diatas  maka  diperoleh  nilai  Daya  Uap yang  dihasilkan  oleh  boiler  terhadap  turbin  dengan variasi  setiap  tekanan  kompressor  yang  dicapai  pada waktu  pemanasan  yang  berbeda  untuk  tekanan  1  Bar pada tabel 12 diperoleh waktu 1,60Jam atau 96 menit
Jatmiko  Edi  Siswanto,  Analisa  Pengaruh  Variasi  Tekanan  Udara  Pembakaran  terhadap  Efisiensi  Pengujian  pada  Sistim Pembangkit Listrik Tenaga Uap Skala Laboratorium
Tabel.5 Hasil Perhitungan Daya Uap Yang dihasilkan (Watt)

## Menghitung daya Poros (Watt)
Menghitung Torsi 𝜏 (N.m)
Diketahui  pada  tekanan  7  Bar  maka  diperoleh  massa  4 kg  dengan  jari  jari  diameter  0,005  m  dengan  putaran poros yaitu 952rpm.
𝜏 = 𝐹 . 𝑟 𝜏 = ( 𝑚 . 𝑔 ). 𝑟 𝜏 = (2,80 𝑘𝑔 𝑥 9,81 𝑠 2) . 0,005 𝑚 𝜏 = 0,137 𝑁 . 𝑚
Oleh karena itu diperoleh nilai torsi yaitu 0,137 N.m
𝜏 . (2 𝜋 . 𝑛 ) 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 60
𝑃𝑜𝑢𝑡 =
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 14,31 𝑊𝑎𝑡𝑡
Diperoleh  daya  output  (Daya  Poros)  yaitu  14,31    Watt pada kondisi 1 Bar.

## Tabel.6.Hasil Perhitungan Daya Output

## Menghitung Daya Turbin (Watt)
Diketahui bahwa nilai voltase 14,5 volt serta nilai arus 1 ampere dengan pengujian 1 Bar.
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 14,5 𝑉𝑜𝑙𝑡 𝑥 1 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 14,5 𝑊𝑎𝑡𝑡
Daya  yang  dihasilkan  dari  kinerja  turbin  uap  dengan memutar  poros  turbin  dan  menggerakkan  poros generator  pada  tekanan  1  Bar  dapat  menghasilkan  daya 14,5 Watt.
Menghitung Effisiensi Generator (%)
Dari  data  yang  dikeluarkan  turbin  maka  diperoleh  hasil 20  Watt  sedangkan  untuk  daya  generator  yaitu  80  Watt maka dari itu diperoleh nilai effisensi generator .
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 𝜂𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 = 100 % 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 14,5 𝑊𝑎𝑡𝑡 𝜂𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 = 𝑥 100 % 80 𝑊𝑎𝑡𝑡
𝜂𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 = 18 %
Diperoleh  bahwa  effisensi  generator  terhadap daya  yang  dihasilkan  adalah  sebesar  18  %  dengan  daya yang dihasilkan 14,5 Watt.
Tabel 7. Hasil Perhitungan Efisiensi Generator (%)
Menghitung Efisiensi Turbin (%) 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 𝑥 100% 𝑃𝑖𝑛 14,52 𝑊𝑎𝑡𝑡 𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 𝑥 100% 22,94 𝑊𝑎𝑡𝑡
𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 63,29 %
Jadi,  dapat  diketahui  bahwa  effisensi  turbin  uap skala  laboratorium  dengan  tekanan  kompresor  1  bar menghasilkan 63,29 %.

## Tabel 8. Nilai Efisiensi Turbin
Dari data hasil pengujian pada tekanan kompresor 1  Bar,  2  Bar  dan  3  Bar  dapat  tersebut  peneliti  dapat menganalisa  dari  hasil  pengujian  pembangkit  listrik tenaga uap dengan bahan bakar arang tempurung kelapa kapasitas  generator  80  Watt.  Dalam  hal  ini  juga  dapat diperoleh  hasil  perhitungan  dan  dengan  analisa  data dengan  serta  penjelasan  menggunakan  grafik  dibawah ini sebagai berikut.
Jatmiko  Edi  Siswanto,  Analisa  Pengaruh  Variasi  Tekanan  Udara  Pembakaran  terhadap  Efisiensi  Pengujian  pada  Sistim Pembangkit Listrik Tenaga Uap Skala Laboratorium

## Gambar 3. Grafik Daya Output vs Daya Input
Dari  grafik  diatas  dapat  dianalisa  bahwa  semakin tinggi  tekanan  maka  semakin  tinggi  daya  input  dan output  relatif  sama.  Daya  input  tertinggi  pada  tekanan pembakaran 3 bar dengan nilai daya input sebesar 27,26 watt dan terkecil pada tekanan pembakaran 1 bar dengan besar daya input 22,94 bar.
Gambar 4. Grafik Effisiensi Turbin Vs Effisiensi Generator
Pada grafik diatas dapat  kita lihat bahwa efisiensi turbin  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  efisiensi generator.  Dapat  dilihat  pada  tekanan  1  Bar  effisiensi tertinggi  turbin  /  effisiensi  generator  (63,30%/18%)  dan terendah pada tekanan pembakaran 3 bar effisiensi turbin / effisiensi generator (51,36%/17,5%) sehingga kenaikan tekanan pembakaran tidak bisa menaikan efesiensi turbin maupun generator

## SIMPULAN
Dari  hasil  pengujian  terhadap  pembangkit  listrik tenaga uap bertekanan rendah dengan bahan bakar arang tempurung  kelapa  dengan  variasi  tekanan  pembakaran dapat disimpulkan  sebagai berikut:
1. Pada  variasi  tekanan  pembakaran  pada  tungku bahwa  makin  besar  tekanan  pembakaran  akan menghasilkan  temperatur  ruang  bakar  makin  tinggi terbesar pada tekanan pembakaran 3 bar menghasilkan  temperatur  ruang  bakar  746  °C  dan terkecil pada tekanan 1 bar sebesar 883.75 °C
2. Daya  Yang  dihasilkan  semakin  tinggi  tekanan  maka semakin  tinggi  daya  input  dan  output  relatif  sama. Daya  input  tertinggi  pada  tekanan  pembakaran  3  bar dengan  nilai  daya  input  sebesar  27,26  watt  dan
terkecil pada tekanan pembakaran 1 bar dengan besar daya input 22,94 bar.
3. Effisiensi  tekanan  pembakaran    bahwa  efisiensi turbin  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  efisiensi generator. Dapat dilihat pada tekanan 1 bar effisiensi tertinggi  turbin  /  effisiensi  generator  (63,30%/18%) dan  terendah  pada  tekanan  pembakaran  3  bar effisiensi turbin / effisiensi generator (51,36%/17,5%) sehingga kenaikan tekanan
pembakaran  tidak  bisa  menaikan  effisiensi  turbin maupun generator.

## DAFTAR PUSTAKA
Asy’ari  Daryus,  2012,  Termodinamika  Teknik  Volume 1, Universitas Pesada Jakarta
Budiarjo,Imade  Kartika  D,  Budiarso  (Penerjemah), 1989.Buku Teks Termodinamika Terpakai,
Teknik Uap Dan Panas. Universitas Indonesia
Dwi  Dharma  Risqiawan,  dan  Ary  Bachtiar  Khrisna
Putra.  Studi  eksperimen  perbandingan  pengaruh variasi tekanan inlet turbin dan variasi pembebanan  terhadap  karakteristik  turbin  pada organic  rankine  cycle.  ISSN  2337-3539  Seminar Nasional  Teknik  Mesin  Institut  Teknologi Sepuluh November (ITS) Surabaya
Hammada  abbas,  dkk.  Analisa  Pembangkit  Tenaga Listrik  dengan  tenaga  uap  di  PLTU.  ISSN  1907- 0772  Seminar  Teknik  Mesin  Universitas  Islam Makasar
Jamaludin,  Iwan  Kurniawan.Analisis  Perhitungan  Daya Turbin  yang  dihasilkan  dan  Efesiensi  turbin  uap pada  unit  1  dan  unit  2  di  PT.  Indonesia  Power Uboh  Ujp  Banten.  Seminar  Teknik  Mesin Universitar Muhammadiyah Tanggerang
Muhammad  Wahdani  Insanto.  2020.  Eksperimental pengaruh  variasi  rasio  sudu  berpenampang  datar terhadap  daya  dan  efisiensi  turbin  reaksi  cross flow poros horizontal. jtm. Volume 08 Nomor 01. Hal 93-102.
Soelaiman,  dkk.  Analisa  prestasi  kerja  turbin  uap  pada beban  yang  bervariasi.  Jurusan  Mesin  Universitas Muhammadiyah Jakarta.
Sitorus, T.B. Tinjauan Pengembangan Bahan Bakar Gas Sebagai Bahan Bakar