1
MAKALAH | Thermodinamika
PLTU DI PABRIK KELAPA SAWIT
Dibuat oleh,
Maulana Haikal Teknik Mesin Perawatan Pagi 13 611 009
2
Kata Pengantar
Assalamualaikum Alhamdulillaah-hirobbil-aalamin.
Laporan
ini
dapat
terselesaikan.
Inti
dari
pembahasan dalam laporan ini tidak lain adalah membahas tentang pemanfaatan biomassa sebagai bahan bakar pembangkit listrik terbaharukan. Dimana kebutuhan energy alternative sangat di perlukan saat ini. Potensi kelapa sawit ini bisa menjadi sangat berguna bagi kesejahteraan masyarakat. Khususnya di daerah dalam seperti Kalimantan yang masih banyak peningkatan yang di perlukan dalam pasokan listrik masyarakatnya. Semoga laporan ini memiliki manfaat yang lebih. Terima kasih
Penyusun,
Maulana Haikal NIM. 13 611 009
3
Latar Belakang Pembangkit listrik
Indonesia merupakan Negara dimana konstitusinya mengatakan agar masyarakat nya dapat lebih sejahtera. Namun kesenjangan tidak luput juga dari kenyataan. Salah satu contoh kesejahteraan rakyat yang kurang dalam keperluan listrik yang memadai. Meskipun di Indonesia, pembangkit listrik yang ada, jumlahnya tidak bisa di katakan sedikit.
Tapi kenyataanya lagi mengatakan bahwa keperluan masyarakat itu lebih besar dan melebihi dari nilai daya mampu pembangkit listrik, kondisi ini lah yang harus dapat di atasi dengan penambahan pembangkit baru agar daya mampu jauh melebihi beban puncak yang dihasilkan masyarakat.
Disamping hal itu, dengan adanya pembangunan pembangkit listrik yang baru maka akan ada penambahan tingkat polusi dan melihat kondisi saat ini dimana penggunaan bahan bakar fosil terlalu banyak, maka sumber pasokan bahan bakar tersebut semakin kurang dan
4
tinggal sedikit yang tersisa. Disini, dapat kita renungkan tentang energy alternative dan perlunya pembangkit listrik yang nilai emisinya lebih minimal dan yang tidak mengandalkan bahan bakar fosil sebagai bahan utamanya.
Solusi bagi krisis energi listrik dan bahan baku fosil seperti tersebut di atas adalah adanya sumber energi alternatif. Salah satu potensi energi yang dapat diperbarui adalah energi biomassa limbah kelapa sawit. Selama ini, kelapa sawit banyak digunakan sebagai penghasil minyak nabati tanpa mencoba menemukan potensi yang dimiliki limbah kelapa sawit. Limbah kelapa sawit yang ditimbulkan oleh pengolahan kelapa sawit memiliki kandungan kalori yang cukup tinggi. Bila dikelola dengan baik limbah kelapa sawit dapat digunakan sebagai energi alternatif pengganti batu bara yang biasa digunakan Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU ).
5
Perkembangan teknologi membawa kepada penemuan – penemuan baru. Salah satunya manfaat kelapa sawit yang bisa di gunakan sebagai alternative energy dan nilai emisinya lebih kecil di banding dengan penggunaan bahan bakar fosil khususnya pada pembangkit tenaga listrik Kelapa sawit
Kelapa sawit (Elaeis) adalah tumbuhan industri penting penghasil minyak masak, minyak industri, maupun bahan bakar (biodiesel). Perkebunannya menghasilkan keuntungan besar sehingga banyak hutan dan perkebunan lama dikonversi menjadi perkebunan kelapa sawit. Indonesia adalah penghasil minyak kelapa sawit terbesar di dunia Minyak sawit digunakan sebagai bahan baku minyak goreng, margarin, sabun, kosmetika, industri baja, kawat, radio, kulit dan industri farmasi. Minyak sawit dapat digunakan untuk begitu beragam peruntukannya karena keunggulan sifat yang dimilikinya yaitu tahan oksidasi dengan tekanan tinggi, mampu melarutkan bahan kimia yang tidak larut oleh bahan pelarut lainnya, mempunyai daya melapis yang tinggi dan tidak menimbulkan iritasi pada tubuh dalam bidang kosmetik. Bagian yang paling populer untuk diolah dari kelapa sawit adalah buah. Bagian daging buah menghasilkan minyak kelapa sawit mentah yang diolah menjadi bahan baku minyak goreng dan berbagai jenis turunannya. Kelebihan minyak nabati dari sawit adalah harga yang murah, rendah kolesterol, dan memiliki kandungan karoten tinggi. Minyak sawit juga diolah menjadi bahan baku margarin. Minyak inti menjadi bahan baku minyak alkohol dan industri kosmetika. Bunga dan buahnya berupa tandan, bercabang banyak. Buahnya kecil, bila masak berwarna merah kehitaman. Daging buahnya padat. Daging dan kulit buahnya mengandung minyak. Minyaknya itu digunakan sebagai bahan minyak goreng, sabun, dan lilin. Ampasnya dimanfaatkan untuk makanan ternak. Ampas yang disebut bungkil inti sawit itu digunakan sebagai salah satu bahan pembuatan makanan ayam. Tempurungnya digunakan sebagai bahan bakar dan arang. Buah diproses dengan membuat lunak bagian daging buah dengan temperatur 90 °C. Daging yang telah melunak dipaksa untuk berpisah dengan bagian inti dan cangkang dengan
6
pressing pada mesin silinder berlubang. Daging inti dan cangkang dipisahkan dengan pemanasan dan teknik pressing. Setelah itu dialirkan ke dalam lumpur sehingga sisa cangkang akan turun ke bagian bawah lumpur. Sisa pengolahan buah sawit sangat potensial menjadi bahan campuran makanan ternak dan difermentasikan menjadi kompos.
7
Pemanfaatan Limbah Kelapa Sawit
Diklasifikasikan bahwa kandungan minyak dari tandan buah segar (TBS) kelapa sawit adalah 22%; serat sisa dari tandan buah segar (TBS) 10,5%; tempurung 7%; buah yang berisi minyak inti kelapa sawit 12%, dan bungkil kosong 23%. Tandan buah segar (TBS) adalah buah kelapa sawit mempunyai bentuk yang bulat dan terdiri atas sejumlah besar dari buah (satu buah mempunyai diameter 4-5 cm). Satu tandan buah segar (TBS) mempunyai kira-kira 1000-1500 buah dan satu buah yang bulat mempunyai berat berkisar antara 5-20 g. Di antara semua bagian dari buah kelapa sawit, serat, tempurung, buah kosong dan lumpur adalah limbah kelapa sawit. Berikut ini akan dijelaskan proses pengolahan kelapa sawit menjadi bahan bakar boiler :
Serat dan cangkang merupakan limbah dari pengolahan kelapa sawit yang memiliki nilai kalori yang relatif tinggi. Untuk setiap ton pengolahan kelapa sawit akan menghasilkan 60 kg limbah cangkang kelapa sawit dengan kandungan kalori sebesar 3500-4100 kkal/kg. Limbah kelapa sawit berupa serabut kelapa juga bisa diolah menjadi sumber energi karena setiap 120 kg serabut kelapa sawit memiliki kalori sebesar 2637-3998 kkal/kg. Limbah berupa cangkang dan serabut kelapa sawit ini yang akan digunakan sebagai sumber bahan bakar boiler. Untuk menghasilkan daya sekitar 1,6 MW, turbin uap memerlukan tekanan uap 22 bar yang berasal dari boiler. Sehingga, bahan bakar yang disuplai dalam boiler tersebut diupayakan menghasilkan tekanan uap 22 bar. Apabila tekanan yang dihasilkan kurang dari
8
22 bar maka proses tidak dapat dilanjutkan dan harus kembali keproses pemberian limbah. Jika tekanan uap telah mencapai 22 bar maka proses dapat dilanjutkan kembali ke turbin uap. Turbin uap ini mengubah tekanan uap menjadi energi gerak. Energi gerak itulah yang akan diubah oleh generator menjadi energi listrik. Dalam pemrosesannya setiap 1 ton Tandan buah segar (TBS) akan menghasilkan limbah sebesar 60 kg cangkang, 120 serabut, 235 tandan buah kosong. Dalam pabrik yang menghasilkan 1,6 MW memproduksi sebanyak 30 ton TBS perjamnya .Jika dihitung setiap jamnya membutuhkan sekitar 540 kg cangkang dan 2.520 kg serabut (asumsi yang dipakai 30% cangkang dan 70% serabut). Dengan demikian, pembangkit ini memerlukan sekitar 35 ribu ha perkebunan kelapa sawit. Daya yang dibangkitkan oleh pembangkit ini dapat digunakan untuk proses pengolahan kelapa sawit menjadi minyak nabati. Selain itu, daya yang dihasilkan juga bisa dijual ke PLN. Turbin uap dan ketel uap yang dipakai dalam pembangkit listrik berbahan bakar limbah kelapa sawit adalah tipe khusus. Ketel uap yang dipilih berjenis bahan bakar serabut dan turbin uap yang digunakan adalah turbin dengan tipe tekanan rendah. Dampak lingkungan yang ditimbulkan pada pembangkit ini tergolong cukup rendah, bila dibanding dengan pembangkit yang menggunakan gas dan batubara. Emisi Gas CO2 yang dihasilkan per kWh sekitar 1100 g pada batubara, sedangkan pada pembangkit listrik berbahan bakar limbah kelapa sawit hanya 16 g per kWh emisi gas CO2 nya. Dengan demikian, pembangkit ini tergolong “ramah lingkungan”.
Cangkang (Shell)
Serabut (Fibre)
9
Dasar Teori
1. (Kalor/Panas menyimpan energy kinetic) Pada dasarnya Kalor/panas memiliki tekanan. Tekanan tersebut memiliki unsur kinetik. Dan hal itu berarti bahwa tekanan dapat di conversikan sebagai penggerak. PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap menggunakan teori tersebut sebagai dasarnya. 2. (Uap sebagai penggerak) Di dalam Thermodinamika terdapat istilah “Mechanical Energy Reservoir” yaitu suatu
benda yang mampu menyimpan energy mekanis. Turbin merupakan benda yang menyimpan energy kinetic. Hal ini dapat di kombinasikan dengan dasar kalor yang memiliki unsur kinetic dimana uap adalah udara yang bergerak dan bertekanan. Hal itu dapat digunakan sebagai penggerak turbin karena turbin bergerak dengan berdasar pada dorongan/tekanan udara yang bergerak. 3. (Turbin bergerak Radial) Turbin yang bergerak dengan arah radial dapat di kombinasikan dengan generator sebagai pemutar poros generator. Dengan berputarnya generator maka dapat dihasilkan energi listrik.
10
Pabrik Kelapa Sawit
11
Pembangkit Listrik di Industri Kelapa Sawit
Pemanfaatan kalori yang ada dalam kandungan kelapa sawit member manfaat sendiri bagi pabrik. Karena dengan banyaknya bagian kelapa sawit tak terpakai yang bisa menjadi bahan bakar. Pabrik kelapa sawit bisa memiliki pasokan listriknya sendiri untuk keperluan – keperluan pengolahan dan produksi terlebih lagi untuk kebutuhan listrik masyarakat sekitar.
Power Plant
pabrik kelapa sawit mampu mandiri memenuhi kebutuhan energinya. Limbah serabut (fiber) dan cangkang (shell) sawit digunakan untuk bahan bakar boiler sebagai penghasil uap yang digunakan untuk penggerak turbin pembangkit tenaga listrik juga sumber uap untuk proses perebusan dan pengolahan. Sumber energi yang terpasang pada parik kelapa sawit kapasitas 30 ton per jam adalah 2 (dua) buah genset 400 kW, 1 (satu) buah genset 200 kW dan 1 (satu) buah steam turbine generator 1200 kW yang dapat beroperasi secara bergantian maupun bersamasama. Genset dengan kapasitas 200 kW dioperasikan untuk mensuplay kebutuhan domestik dan penerangan ketika pabrik dalam kondisi belum aktif dan turbine belum bisa bekerja. Jadi, pabrik tidak langsung menggunakan pembangkit tenaga uap nya untuk memenuhi kebutuhan ketika pertama kali pabrik di aktifkan.
12
Genset dengan kapasitas 2 x 400 kW dioperasikan untuk penyalaan dan proses pertama pabrik hingga pabrik menghasilkan fiber dan shell untuk bahan bakar boiler dan boiler mampu menghasilkan steam dengan kapasitas yang diharapkan untuk menggerakkan steam turbine hingga menghasilkan energi listrik secara continue. Turbine dapat beroperasi normal jika tekanan steam berkisar 18 – 21 bar. Jika tekanan kerja boiler menunjukkan tren penurunan hingga 15 bar maka turbine tidak mampu di bebani untuk proses pabrik dan akan terjadi trib sehingga untuk menjaga proses tidak berhenti secara mendadak, maka operator engine room segera mengaktifkan genset 400 kw untuk di sinkron dengan turbine. Jika keadaan ini sering terjadi konsekuensinya adalah naiknya biaya operasional akibat pemakaian solar dan menambah kecapekan operator boiller karena harus segera menyekrop bahan bakar ke dalam tungku boiler untuk meningkatkan panas pembakaran dan meningkatkan kembali tekanan steam yang seharusnya cukup di supplay dari fuel feedeng konveyor.
13
Cara Kerja Pembangkit
14
Penjelasan
1. Hasil Pengolahan kelapa sawit yang berupa fibre & shell (serabut & cangkang) menjadi (diconvers/dirubah) bahan bakar (fuel) 2. Fuel di masukkan ke dalam steam boiler dan dibakar untuk memanaskan air sehingga menghasilkan uap.
(1. Tempat fuel di masukkan) (2. Fuel dibakar) (3. Air yang di panaskan) (4. Gas out)
15
3. Uap keluar dari steam boiler menuju turbin (pada gambar disebut turbo). Turbo terhubung dengan generator (pada gambar disebut alternator) dan menghasilkan listrik. Sisa steam di dinginkan dan di panaskan ulang (recycle water).
16
Penggunaan Uap yang lain
Sistem di dalam pabrik kelapa sawit bisa dikatakan sebagai system kogenerasi karena memanfaatkan satu energy untuk beberapa proses sekaligus. Penjelasan
Uap yang digunakan di pembangkit listrik tidak hanya digunakan untuk memutar turbin saja atau tidak langsung di dinginkan dan airnya di panaskan ulang. Uap ini juga digunakan untuk proses – proses dan pengolahan kelapa sawit yang lain. Antara lain adalah : -
Sterilizer
-
Digester
-
Clarification Station
-
Kernel Station
Uap yang telah memutar turbin biasanya di tingkatkan panasnya (steam accumulator) dan selanjutnya di gunakan untuk proses – proses tersebut di atas.
17
Kesimpulan yang berhubungan dengan Thermodinamika
-
Terdapat Heat Transfer
-
Proses di PLTU kelapa sawit termasuk dalam System Terbuka (Control Volume)
-
Terdapat “Siklus Daya Gas dan Siklus Regrigerasi” serta “Siklus Daya Uap dan Kombinasi”
18
Daftar pustaka
Documents : 1. Analisa Pembangkit Listrik Tenaga Cangkang Sawit (Indra Permata Kusuma) 2. Teknik Pembakaran Dasar : Jenis Jenis Bahan Bakar 3. Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Mas KIM II Medan (Ronny Samuel Siantri) 4. Modul Teknik Mesin Politeknik Negeri Samarinda Semester II : Thermodinamika
Sites : 1. Prinsip Dasar Turbin (http://www.agussuwasono.com/artikel/teknologi/mechanical/556-prinsip-dasar-turbinuap.html) 2. Stasiun Pembangkit Energi (https://rendemen.wordpress.com/2012/02/08/stasiun-pembangkit-energi/) 3. Pemanfaatan Limbah PKS (http://tombomumet.wordpress.com/networking/minyak-jarak-penggantisolar/pemanfaatan-limbah-pabrik-kelapa-sawit-sebagai-pembangkit-listrik/) 4. Konsultan Perkebunan Kelapa Sawit (http://kaefff3.blogspot.com/2012/12/konsultan-perkebunan-kelapasawit-dan.html) 5. Kondisi Infrastruktur Kelistrikan Indonesia (http://indone5ia.wordpress.com/2012/03/23/kondisi-infrastruktur-kelistrikan-indonesia/) 6. Ketel uap di PKS (http://belajarsawit.blogspot.com/2012/12/ketel-uap-boiler-di-pabrik-kelapa-sawit.html) 7. Kelistrikan Pabrik Kelapa Sawit (http://ivanemmoy.wordpress.com/2013/11/29/kelistrikan-pabrik-kelapa-sawit/) 8. Kelapa Sawit (http://wikipedia.com) 9. Bagian – bagian pengelolaan kelapa sawit (http://danielsipahutar.blogspot.com/2012/08/bagian-bagian-pengelolaan-kelapasawit.html) 10. Kelapa Sawit (http://daunhijau.com/)
19
