3.1 Bagian-bagian Utama Peralatan Pembangkit pada PLTDSuatu unit
PLTD terdiri dari 3 peralatan utama yang akan membangkitkan tenaga
listrik, yaitu :1. Mesin Diesel 2. Generator dan Exiter3. Alat-alat
bantu (Auxilliary).Adapun fungsi dari masing-masing peralatan
tersebut adalah :1. Mesin DieselBerfungsi untuk merubah energi
kimia (bahan bakar) menjadi energi mekanis. Melalui gerak lurus
(translasi) pada piston diubah menjadi gerak putas (rotasi) pada
poros engkol.2. Generator dan ExiterGenerator berfungsi untuk
merubah energi mekanis yang dalam hal ini dihasilkan oleh mesin
Diesel menjadi energi listrik. Energi listrik ini timbul akibat
adanya medan magnet pada kumparan generator. Kuat medan magnet
tersebut tergantung pada besarnya tegangan dan arus searah yang
dialirkan pada kumparan rotor yang disebut dengan sistem penguatan
(Exitasi). Untuk mengatur penguatan tegangan pada exiter dipasang
alat yang disebut Automatic Voltage Regulator (AVR). 3. Alat-alat
Bantu (Auxilliary)Agar mesin Diesel dapat beroperasi dengan baik,
maka diperlukan seperangkat alat bantu antara lain :
Pompa Digunakan untuk memompakan bahan bakar, munyak pelumas,
mensirkulasikan air pendingin dan lain-lain. Tangki Yang berfungsi
untuk tempat penampungan bahan bakar, minyak pelumas, air
pendingin, dan lain-lain. Saringan (Filter)Berfungsi untuk
menyaring kotoran dari bahan bakar, minyak pelumasi dan air
pendingin agar tidak masuk ke mesin. Kompresor UdaraBerfungsi untuk
menghasilkan udara bertekanan yang diisikan ke tabung angin (Air
Bottle) yang digunakan sebagai udara start, udara kontrol proteksi
mesin (Control Air) dan udara proteksi overspeed (Safety Air) Turbo
ChargerBerfungsi untuk menghisap udara luar sehingga tekanan udara
pembakaran naik dan menaikkan daya mesin BatteryBerfungsi untuk
menyediakan tegangan listrik bagi alat-alat kontrol, relai-relai
proteksi dan lain-lain. Heat Exchanger (Alat Penukar
Panas)Berfungsi untuk mengeluarkan panas pada sistem pendingin
mesin Diesel. Keran (Valve) Berfungsi untuk membuka dan menutup
saluran pada sistem yang ada pada mesin Diesel. Panel-panel Kontrol
Berfungsi untuk menempatkan alat-alat ukur dan parameter-parameter
yang berhubungan dengan mesin dan generator. Peralatan
pengamanBerfungsi untuk mengamankan mesin, generator dan trafo
tenaga bila terjadi gangguan.
3.2 Bagian-bagian Utama Mesin Diesel
Gambar 1: Peralatan Utama Mesin Diesel
Peralatan utama terdiri dari :1. Kepala silinder2. Perangkat
katup3. Perangkat piston4. Dinding silinder5. Blok silinder 6.
Bantalan utama 7. Poros engkil (crank shaft)8. Poros bubungan9.
Peredam getaran10. Dudukan (base plate)11. 3.2.1 Kepala
silinder
Gambar 2: Kepala silinderFungsi :1. Sebagai penutup bagian atas
silinder2. Tempat meletakkan peralatan : katup isap dan buang,
injektor, rocker arm, ruang bakar mula, katup start, indikator
chock.3. Sebagai ruangan pendingin atau penyerapan panas.
3.2.2 Perangkat Katup
Gambar 3. Perangkat Katup
Perangkat katup terdiri dari : 1. Katup isap2. Katup buang3.
Pegas4. Rocker arm 5. Pushroad dengan roler Valve Guide :Berfungsi
untuk menjaga gerakan katup agar tegak lurus pada dudukannya.Poros
Cam (Camshaft Assy)Berfungsi sebagai pengatur masuknya udara
pembakaran, keluarnya gas bekas pembakaran, dan pengatur urutan
pembakaran (firing order).
3.2.3 Perangkat Piston
Gambar 4. Perangkat piston
Fungsi Piston : 1. Merapatkan ruang silinder dari bagian dalam.
2. Memampatkan udara. 3. Menerima tekanan pembakaran pada saat
proses kerja. 4. Meneruskan tekanan pembakaran ke poros engkol
melalui batang penghubung (connecting rod).5. Bagian permukaan
piston menyerap panas selama proses berlangsung. Fungsi Ring Piston
:1. Penyekat ruangan antara piston dan dinding silinder. 2.
Mencegah gas pembakaran bertekanan tinggi atau udara masuk ke ruang
karter dan minyak pelumas masuk ke ruang bakar. 3. Menyalurkan
panas dari piston ke air pendingin melewati dinding silinder.
Dilihat dari fungsinya, umumnya ring piston terdiri dari : 1. Top
ring. 2. Compression ring. 3. Oil scraper ring.
Fungsi batang penghubung (connecting rod) : 1. Memindahkan daya
yang dihasilkan diatas piston ke poros engkol. 2. Mengalirkan
minyak pelumas ke piston.
3.2.4 Dinding Silinder
Gambar 5. Dinding silinder Fungsi dinding silinder :Sebagai
tempat berlangsungnya seluruh proses kerja mesin (isap, kompresi,
usaha, buang).Besar kecilnya ruangan pembakaran silinder liner
menentukan besar kecilnya daya pada mesin.Silinder liner biasanya
dilengkapi dengan ring karet (rubber ring) yang berfungsi untuk
perapat air agar air pendingin mesin tidak masuk ke karter. 3.2.5
Poros Engkol (Crank Shaft)Crang Shaft Asembly, terdiri dari : poros
engkol, bantalan utama (main bearing), Counter weight, roda gila
(fly wheel), dan penyerap getaran (vibration damper).
Gambar 6. Poros engkolFungsi poros engkol :1. Menerima gaya
inersia yang tinggi pada puncak tekanan gas diatas piston.2.
Mengubah gerak bolak-balik (translasi) menjadi gerak putar
(rotasi). Fungsi bantalan utama (Main Bearing) : Untuk mendukung
bagian-bagian yang bergerak sehingga bagian-bagian tersebut tetap
berada pada posisi yang diinginkan. Klasifikasi bantalan1. Bantalan
untuk gerak putar (rotary motion) a. Journal bearing yang mendapat
beban utama dari perputaran poros. b. Trust bearing (bantalan
axial) yang mendapat beban sepanjang poros yang berputar.
2. Bantalan untuk gerak bolak-balik (reciprocating motion) a.
Bantalan untuk gerak lurus Contoh : dinding silinder untuk
mendukung pergerakan piston. b. Bantalan untuk gerakan
tumbukanContoh : bushing untuk mendukung pin. Fungsi Counter
WeightUntuk mengurangi getaran yang diterima oleh rangka mesin
akibat manuver piston dengan gaya sentrifugal poros engkol. Fungsi
fly wheel1. Menerima putaran yang bervariasi selama proses kerja
masih berlangsung. 2. Membatasi timbul dan hilangnya penambahan
putaran akibat perubahan mendadak.3. Menyimpan dan menerima tenaga
sewaktu langkah kerja dan digunakan pada waktu langkah kosong. 4.
Membantu memindahkan putaran pada waktu start. 5. Meletakkan tanda
positif top piston untuk setiap silinder. Fungsi penyerap getaran
(Vibration Damper)Untuk menyerap getaran torsional yang diakibatkan
oleh gaya ritmik pada piston dan crankshaft3.2.6 Blok Silinder
(Crank Case) Blok silinder dibuat berupa kerangka yang terdiri dari
beberapa ruangan / sekat diantaranya : Ruangan pendingin Ruangan
pelumasan Ruangan pernapasan bagian-bagian yang bergerak
didalamnya. Blok silinder untuk mesin besar biasanya terdiri dari 2
bagian yaitu : Blok silinder atas (crank case upper) Blok silinder
bawah (crang case lower)
Gambar 7. Blok silinder atas mesin diesel
Gambar 8. Blok silinder bawah
Fungsi blok silinder Sebagai pendukung / penopang semua
bagian-bagian sehingga terbentuk satu mesin yang komplit dan
sempurna.
3.2.7 Pompa Injeksi Bahan Bakar dan Injektor
Gambar 9. Pompa injeksi bahan bakar dan injektorFungsi pompa
injeksi bahan bakar Untuk menginjeksikan (memasukkan dengan tekanan
tinggi) bahan bakar yang sudah tersedia menuju ke injektor,
kemudian dikabutkan ke silinder pada waktunya.Fungsi injektor Untuk
mengabutkan bahan bakar ke ruang bakar agar terjadi pengabutan yang
sempurna dan terjadi pembakaran merata pada ruang bakar dalam waktu
singkat. 3.3 Prinsip Kerja Mesin DieselMesin diesel termasuk jenis
mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine) dimana sumber
energinya didapat dari hasil pembakaran bahan bakar didalam
silinder. Mesin diesel disebut juga Compressed Ignition Engine
(CI-Engine) dimana untuk proses pembakaran bahan bakar didalam
silinder tidak memerlukan busi, tetapi cukup dari panas yang timbul
akibat kompresi udara didalam silinder. Akibat adanya pembakaran,
diruang bakar terjadi kenaikan temperatur dan tekanan sehingga
piston terdorong bergerak lurus (translasi) lalu diubah menjadi
gerak putar oleh poros engkol. Mesin-mesin PLTD yang ada di PLTD
Kota Maba memakai sistem proses kerja 4 langkah yaitu untuk
mendapatkan 1 kali langkah usaha diperlukan 4 kali langkah piston
atau 2 kali putaran poros engkol. Gambar 10. Prinsip kerja mesin
Diesel 4 langkah Langkah-langkah tersebut adalah :A. Langkah Isap
Piston bergerak dari TMA ke TMB, katup isap terbuka dan katup buang
tertutup, sehingga udara bersih masuk ke dalam silinder. B. Langkah
KompresiPiston bergerak dari TMB ke TMA, katup isap dan katup buang
tertutup, udara dikompresi sehingga tekanan dan temperaturnya naik.
Pada akhirnya langkah kompresi bahan bakar diinjeksikan kedalam
ruang bakar dan terjadilah pembakaran. C. Langkah Usaha
(Expansi)Akibat adanya tekanan yang besar dari gas hasil
pembakaran, sedangkan katup isap dan katup buang tertutup, maka
piston terdorong bergerak dari TMA ke TMB, melakukan usaha.
B. Langkah BuangKatup buang terbuka, katup isap tertutup dan
pistion bergerak dari TMB ke TMA dan gas bekas sisa pembakaran
terdorong keluar. Proses tersebut berulang secara berurutan selama
mesin bekerja. Berdasarkan proses kerjanya, mesin PLTD termasuk
jenis motor bakar Compressed Ignition Engine (CI-Engine), dimana
proses pembakaran didalam silinder tidak memerlukan busi, tetapi
cukup dari panas yang timbul akibat kompresi udara di dalam
silinder. 3.4 GeneratorJenis generator yang dipakai di PLTD Kota
Maba adalah generator AC 3 fasa dengan sistem penguatan Brushless
(tanpa sikat arang). 3.4.1 Bagian-bagian Utama Generator Bagian
bagian utama generator terdiri dari : Rotor atau induktor (bagian
yang berputar). Stator atau bagian yang di induksi (bagian yang
diam). Exiter sebagai penguat medan magnet. 3.4.2 Prinsip Kerja
GeneratorAdapun prinsip kerja generator, jika digambarkan secara
sederhana adalah sebagai berikut : Bila suatu kumparan memotong
atau dipotong oleh medan magnet, maka pada kumparan tersebut akan
timbul listrik. Proses pemotongan medan magnet oleh suatu konduktor
dinamakan induksi. Induksi ini akan menghasilkan Gaya Gerak Listrik
(GGL) sehingga timbul listrik.
Besarnya tegangan listrik yang dihasilkan oleh konduktor yang
memotong / dipotong medan magnet tergantung dari beberapa faktor,
antara lain : Jumlah (panjang) lilitan konduktor Besar liitan
konduktor Kuat medan magnet Kecepatan konduktor memotong / dipotong
medan magnet.
3.5 Sistem-sistem Pada PLTD3.5.1 Sistem Udara Masuk dan Gas
BuangA. Fungsi Untuk menyediakan udara yang diperlukan bagi
pembakaran bahan bakar, sistem ini dirancang untuk menaikkan
effisiensi mesin yang dibuat sedemikian rupa sehingga perbandingan
jumlah massa udara yang masuk ke dalam silinder selalu disesuaikan
dengan keperluan atau jumlah massa bahan bakar yang akan dibakar.
Sistem ini juga berfungsi untuk mengatur udara masuk. B. Jenis
Sistem Udara Masuk1. Sistem Alami (Natural)Yaitu udara masuk ke
ruang bakar karena adanya penurunan tekanan didalam silinder yang
diakibatkan oleh pergerakan piston ke bawah. 2. Sistem Paksa atau
Tekan Yaitu udara yang masuk kedalam silinder jumlahnya dinaikkan /
diperbanyak dengan bantuan turbo charger.
C. Cara Kerja Sistem Udara Masuk dan Gas BuangUdara luar masuk
ke ruang bakar karena di hisap oleh blower, dimana sebelum masuk
keruang bakar udara ini disaring oleh filter udara, selanjutnya
melalui saluran masuk udara didinginkan dengan inter cooler dan
udara ini akan masuk ke ruang bakar melalui katup masuk. Setelah
masuk ke ruang bakar udara ini akan bercampur dengan bahan bakar
dan digunakan untuk proses pembakaran. Gas buang hasil pembakaran
dari ruang bakar dikeluarkan melalui katup buang. Sebelum keluar ke
udara luar, energi panas dari gas turbo charger yang satu poros
dengan sisi kompressor, sehingga kompressor / blower ikut berputar
dan menghisap udara luar. 3.5.2 Sistem Bahan BakarSeperti diketahui
bahwa bahan bakar minyak diperlukan sebagai sumber energi bagi
mesin Diesel. Untuk keperluan penyaluran bahan bakar tersebut
sampai keruang bakar dengan suatu kondisi tertentu diperlukan suatu
sistem bahan bakar. Fungsi Sistem Bahan Bakar1. Mengatomkan atau
mengabutkan bahan bakar supaya mudah bercampur merata dengan udara
supaya mudah terbakar. 2. Mengatur jumlah bahan bakar yang sama
pada setiap pemasukan disetiap silinder pada setiap kebutuhan
sehingga tenaga (power) setiap silinder adalah sama. 3. Mengatur
saat mulai penyemprotan dan lamanya penyemprotan.3.5.3 Sistem
PelumasFungsi dari pelumas adalah sebagai berikut : 1. Sealing,
yaitu sebagai penyekat antara dia benda yang saling bersentuhan dan
saling bergerak atau salah satunya benda tersebut bergerak dengan
maksud mengurangi atau menghilangkan gesekan yang terjadi. 2.
Lubricating, yaitu sebagai pelumas atau pelicin supaya benda
bergerak dengan lisin sehingga pergerakannya mudah. 3. Cooling,
yaitu sebagai media pendingin. 4. Cleaning, yaitu sebagai pembawa
kotoran dari bagian-bagian mesin yang dialiri minyak pelumas. 5.
Anti Korosi, yaitu untuk melindungi logam dari kontak langsung
dengan udara agar terlindung dari korosi. 6. Peredam Suara, yaitu
mengurangi suara benturan antara dua logam yang bergesekan, seperti
pada roda gigi. Cara pemakaian bahan pelumas yaitu : Dioleskan
Dipercikan Direndam Dialirkan dengan tekanan Dalam sistem pelumas
mesin Diesel berukuran sedang maupun besar adalah dengan cara
dialirkan dengan tekanan dengan persyaratan : a. Minyak pelumas
harus bertekanan dan mempunyai jumlah massa yang tertentu. b.
Jangkauan aliran yang bertekanan harus sampai kepada benda yang
dilumasi. c. Dalam sistem tertutup. d. Dapat didinginkan. e. Dapat
dibersihkan (filter dan separator).
3.5.4 Sistem PendinginA. Fungsi PendinginanFungsi sistem air
pendingin atau pendinginan adalah berguna untuk mengambil sebagian
panas dari dari bagian-bagian tertentu di mesin. Panas yang
menyebabkan temperatur tinggi tersebut disebabkan oleh pembakaran
bahan bakar di ruang bakar. Untuk menjaga agar pada bagian-bagian
tadi tidak terjadi beban panas berlebih dan beban mekanik berlebih
yang mengakibatkan toleransi serta pelumasan tidak berfungsi
sebagaimana mestinya. B. Syarat-syarat Pendinginan Dapat mengambil
panas sebanyak jumlah tertentu dari mesin diesel sesuai dengan yang
ditentukan. Jadi aliran atau volume air yang dialirkan harus
tertentu. Tidak dipaksakan pengambilan panasnya, atau tidak
sekaligus seketika tapi harus terus menerus secara kontinyu.
Temperatur air pendingin masuk bisa diatur (sedikit variasi)
disesuaikan dengan kondisi yang ada. Pada mesin PLTD sedang maupun
besar, sistem pendingin yang dipakai adalah sistem sirkulasi
tertutup dan dikelompokan menjadi 3 bagia, yaitu :1. Raw Water
SystemBerfungsi untuk mendinginkan udara masuk, minyak pelumas,
bahan bakar dan mendinginkan air pendingin jacket pada sistem
cooling tower. Sedangkan raw water sendiri didinginkan dengan
radiator atau cooling water. 2. Jacket Cooling Water
SystemBerfungsi untuk mendinginkan blok silinder, silinder liner
dan exhaust valve housing. Air yang digunakan adalah air murni
dengan kandungan khlorida dan sulfat yang rendah, kekerasan
(hardness) rendah dan dicampur dengan suatu reagen anti karat. Air
jacket didinginkan oleh radiator atau raw water. 3. Injector
Cooling Water System Berfungsi untuk mendinginkan injector yang
panas akibat panas pembakaran diruang bakar. Sebelum dialirkan ke
injector air ini bukan didinginkan, melainkan dipanaskan hingga
mencapai temperatur tertentu oleh heather pemanas. Hal ini
dimaksudkan untuk mencegah thermal stress pada injector yang sangat
panas.
3.5.5. Sistem Start / Udara BertekananSistem start dengan udara
ini adalah yang paling banyak digunakan pada PLTD ukuran sedang
maupun besar di PLN.A. Fungsi Udara Bertekanan1. Untuk menstart /
menghidupkan mesin, yaitu dengan cara memasukkan udara bertekanan
kedalam silinder (ruang bakar) supaya piston tertekan kebawah
sehingga crank shaft berputar dan terjadi kompresi diruang bakar,
dan jika bahan bakar di injeksikan ke ruang bakar tersebut akan
terbakar. Karena proses ini berurutan sesuai firing ordernya maka
secara mekanisme kerja mesin dengan semestinya. 2. Untuk keperluan
sistem pneumatik. 3. untuk keperluan PLTD seperti membersihkan
peralatan dan lain-lain. B. Syarat-syarat Udara Bertekanan1.
Tekanan udara mencukupi (minimal 20 bar dan maksimal 30 bar)2.
Volume udara mencukupi, sesuai dengan volume ruang bakar yang perlu
diisi oleh udara bertekanan tersebut. 3. Udara bertekanan tersebut
harus sedikit mungkin mengandung air kondensat karena sangan
membahayakan mesin serta peralatan lainnya. 3.5.6. Sistem Kontrol
dan ProteksiTujuan dari proteksi pada suatu PLTD adalah agar mesin
dan perlengkapannya tidak mengalami kerusakan yang fatal bila
terjadi gangguan. Proteksi pengaman ini dibagi 3 yaitu : 1.
Peralatan pengaman mesin antara lain : Proteksi temperatur untuk
air pendingin, minyak pelumas, gas buang, main bearing dan
lain-lain. Bila terjadi gangguan, proteksi ini akan memberikan
sinyal alarm ataupun trip. Proteksi tekanan, untuk mengamankan
tekanan lebih atau tekanan kurang pada air pendingin, bahan bakar,
minyak pelumas dan lain-lain. Bila terjadi gangguan pada tekanan
maka proteksi tekanan akan memberikan sinyal alarm ataupun trip.
Proteksi getaran, untuk mengamankan mesin bila terjadi getaran yang
membahayakan mesin. Bila ada kenaikan getaran akan memberikan
sinyal alarm ataupun trip. Proteksi over speed, untuk mengamankan
mesin bila mesin mengalami over speed. Untuk pengaman over speed
tidak didahului dengan alarm tetapi langsung trip. 2. Pengaman
GeneratorTujuannya adalah untuk menjaga agar generator tidak
mengalami kerusakan akibat adanya gangguan baik yang berasal dari
dalam generator itu sendiri ataupun gangguan yang berasal dari luar
generator. Untuk generator yang modern dilengkapi beberapa pengaman
antara lain :a. Over Current Relay (pengaman arus lebih)b. Over
Voltage Relay (pengaman tegangan lebih)c. Under Voltage Relay
(pengaman tegangan rendah)d. Differential Relay (pengaman perbedaan
tegangan)e. Reverse Power Relay (pengaman daya kembali)f. Rotor
Eart Fault Relay (pengaman rotor hubung tanah)g. Stator Eart Fault
Relay (pengaman stator hubung tanah) h. Loss of Excitation Relay
(pengaman hilang excitasi)i. Winding Temperature Relay (pengaman
temperatur winding) 3. Pengaman Trafo Daya untuk PLTDa. Over
Current Relay (pengaman arus lebih)b. Differential Relay (pengaman
perbedaan tegangan)c. Winding Temperature Relay (pengaman
temperatur winding)d. Oil temperature Relay (pengaman temperatur
minyak)e. Buchol Relay (pengaman bila terjadi hubungan pendek dari
dalam trafo)f. Over Pressure (pengaman trafo bila terjadi tekanan
lebih didalam trafo). Proteksi pada mesin PLTD pada prinsipnya ada
2 tingkatan, yaitu : 1. Peringatan Sinyal Alarm, bertujuan untuk
memberi tanda peringatan bahwa ada sesuatu yang tidak normal pada
mesin, sehingga operator dapat segera mengambil tindakan pengamanan
dan penormalan kembali. 2. Proteksi Trip, bertujuan untuk mematikan
mesin secara otomatis apabila pada mesin terjadi penyimpangan
operasi. Berikut ini adalah tabel data setting pengaman pada mesin
merk SWD type 16 TM 410 R yang ada di PLTD Trisakti
Banjarmasin.