MESIN PENGGERAK UTAMA (Prime Mover) Oleh : Loekman Satibi Irfan Purnawan Lisa Nazifah Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2013 Hak Cipta 2013 pada penulis, Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. Ruko Jambusari No. 7A Yogyakarta 55283 Telp. : 0274-889836; 0274-889398 Fax. : 0274-889057 E-mail : info@grahailmu.co.id Satibi, Loekman; Purnawan, Irfan; Nazifah, Lisa MESIN PENGGERAK UTAMA (Prime Mover)/Loekman Satibi; Irfan Purnawan; Lisa Nazifah - Edisi Pertama Yogyakarta; Graha Ilmu, 2013 xviii + 230 hlm, 1 Jil. : 23 cm. ISBN: 978-602-262-090-7 1. Teknik 2. Mesin I. Judul
KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, hanya berkat petunjuk-nya maka kami mampu menulis buku ini. Buku ini berjudul Mesin Penggerak Utama dan bukan Mesin Penggerak Mula. Hal ini semata-mata karena kekhawatiran kami akan adanya kesalahan pengertian bahwa mesin ini berfungsi seperti dinamo starter mobil. Setelah mobil hidup, dinamo starter tidak hidup lagi. Sementara Mesin Penggerak Utama akan selalu bekerja selama sistem bekerja. Lagipula untuk membangkitkan listrik yang merupakan bentuk energi dambaan umat manusia dalam jumlah besar hanya mungkin dilakukan menggunakan Mesin Penggerak Utama ini, yaitu Motor Bakar dan Turbin (PLTD, PLTU, PLTN dan PLTA). Pada Jurusan Teknik Kimia, mata kuliah Mesin Penggerak Utama dimaksudkan untuk mengenalkan fungsi mesin ini sebagai sarana bantu operasional pabrik (Utility). Bab I dan Bab II berisi uraian singkat tentang hakikat listrik dan cara pembangkitannya untuk mengantar ke hakikat Mesin Penggerak Utama. Bab III sampai Bab VII membahas tentang motor bakar mulai dari pengertian motor bakar, mesin pembakaran-dalam, mesin pembakaran-luar, mesin dua-langkah, mesin empat-langkah, mesin penyalaan-busi, mesin penyalaan-tekan (Bab III), termodinamika dalam motor bakar (Bab IV), karburator (Bab V), sistem penyala (Bab VI), dan Bab VII membahas Proses Pembakaran. Bab VIII khusus membahas turbin. Bab IX sampai Bab XII membahas ketel uap mulai dari pengertian mesin uap, diagram dasar, klasifikasi, unjuk kerja dan efisiensi ketel uap (Bab IX). Bab X membahas fungsi pokok pembakar (burner), klasifikasi pembakar untuk ketiga macam bahan bakar, gas, cair dan padat. Bab XI membahas bahan bakar dan proses pembakaran untuk ketiga macam bahan bakar. Bab XII yang merupakan bab terakhir membahas air umpan ketel dan pengkondisiannya.
vi Mesin Penggerak Utama Pengalaman penulis utama sebagai Kepala Bagian Produksi PT Ajinomoto Indonesia Mojokerto Factory selama 6 tahun, mengajar mata kuliah Mesin Penggerak Utama di Jurusan Teknik Kimia FT-UMJ sejak tahun 1979 sampai sekarang dan berkolaborasi dengan Box Hill Institute of Technology and Further Education, Australia dalam menyelenggarakan Basic Operator Training selama dua bulan di Amoco Mitsui Indonesia, AMI, Cilegon, dirasa sangat membantu dalam penulisan buku ini. Semoga buku ini bermanfaat baik bagi para pembaca maupun mereka yang bekerja di Pembangkit Tenaga Listrik. Semua kritik yang mengarah ke perbaikan buku ini kami terima dengan ucapan terima kasih dan kami akan berusaha memperbaiki kekurangan-kekurangan yang ada. Jakarta, 1 April 2013 Loekman Satibi, Irfan Purnawan, Lisa Nazifah
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR iii DAFTAR ISI v DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR TABEL xv BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1 Atom 2 1.2 Mesin Penggerak Utama (Prime Movers) 2 BAB 2 PEMBANGKIT LISTRIK 3 2.1 Cara Menggeser Elektron Valensi 3 BAB 3 MOTOR BAKAR 13 3.1 Introduksi 13 3.2 Mesin Pembakaran Dalam dan Pembakaran Luar 14 3.3 Mesin Penyalaan Busi dan Penyalaan Tekan 14 3.4 Mesin Dua-Langkah dan Empat-Langkah 15 3.5 Mesin Pembakaran Tipe Lain 17 BAB 4 DASAR TERMODINAMIKA 19 4.1 Introduksi dan Definisi Efisiensi 19 4.2 Siklus Standar Udara Ideal 19
viii Mesin Penggerak Utama 4.3 Contoh Soal 30 4.4 Soal-soal 33 4.5 Penyelesaian 34 BAB 5 KARBURATOR 39 5.1 Latar Belakang 39 5.2 Hukum-hukum Reaksi Kimia 39 5.3 Fungsi Karburator 40 5.4 Prinsip Kerja Karburator 41 5.5 Cara Kerja Karburator 44 5.6 Jenis Karburator 46 5.7. Contoh Soal 50 BAB 6 SISTEM PENYALA 53 6.1. Pendahuluan 53 6.2 Sistem Penyalaan Tekan dan Penyalaan Busi 53 6.3 Rangkuman 59 BAB 7 PROSES PEMBAKARAN 61 7.1 Pendahuluan 61 7.2 Kimia Pembakaran 64 7.3 Termodinamika Pembakaran 69 7.4 Disosiasi 74 7.5 Pembakaran dalam Mesin Penyalaan Busi 75 7.6 Pembakaran di dalam Mesin Penyalaan Tekan 78 7.7 Bahan Bakar dan Aditif 80 7.8 Emisi Mesin 91 7.9 Model Pembakaran 95 7.10 Kesimpulan 99 7.11 Contoh-contoh 99 7.12 Soal-soal 109 BAB 8 TURBIN 115 8.1 Pendahuluan 115 8.2 Klasifikasi Turbin 115
Daftar Isi ix 8.3 Gaya, Usaha dan Daya 128 8.4 Soal-soal 138 8.5 Jawaban 139 BAB 9 KETEL UAP 141 9.1 Pendahuluan 141 9.2 Diagram Dasar Suatu Ketel Uap 142 9.3 Tipe dan Klasifikasi Ketel Uap 143 9.4 Ketel Uap Tekanan Tinggi dan Tekanan Rendah 158 9.5 Ketel Air Panas, Temperatur Tinggi dan Temperatur Rendah 159 9.6 Unjuk Kerja dan Efisiensi 160 9.7 Hubungan Masukan dan Luaran 161 9.8 Neraca Massa dan Energi Panas 162 9.9 Metode Perhitungan Efisiensi 166 BAB 10 PEMBAKAR (BURNER) 181 10.1 Pendahuluan 181 10.2 Pembakar Gas 182 10.3 Pembakar Minyak 185 10.4 Pembakar Batubara 189 10.5 Rangka Bakar Batubara 190 10.6 Efisiensi Peralatan Pembakaran Bahan Bakar 193 BAB 11 BAHAN BAKAR DAN PROSES PEMBAKARAN 195 11.1 Persyaratan Fisik Pembakaran 195 11.2 Kimia Pembakaran 196 11.3 Udara Pembakaran Berlebih 199 11.4 Gas Alam dan Pembakarannya 205 11.5 Pembakaran Bahan Bakar Minyak 205 11.6 Pembakaran Batubara 207 11.7 Bahan Bakar Pengganti Campuran Propana-Udara 208 11.8 Bahan Bakar Kombinasi 210 11.9 Indeks Efisiensi Pembakaran Baru 212
x Mesin Penggerak Utama BAB 12 AIR UMPAN KETEL DAN PENGONDISIANNYA 213 12.1 Pendahuluan 213 12.2 Pemanasan dan Deaerasi 214 12.3 Penanganan Kimia Secara Internal dan Eksternal 214 12.4 Penggunaan Kondensat 219 12.5 Blowdown 220 BAB 13 PEMANFAATAN PANAS SISA 223 13.1 Pendahuluan 223 13.2 Economizer 223 13.3 Pemanas Udara (Air Preheater) 225 13.4 Memungut Panas dari Blowdown dan Ventilasi dari Deaerator 228 NOMENKLATUR 231 DAFTAR PUSTAKA 234 TENTANG PENULIS 235 -oo0oo-