MINYAK BUMI

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pengetahuan mengenai minyak bumi sangat penting untuk kita ketahui, mengingat minyak bumi adalah suatu sumber energi yang tidak dapat di perbaharui, sedangkan penggunaan sumber energi ini dalam kehidupan kita sehari-hari cakupannya sangat luas dan cukup memegang peranan penting atau menguasai hajat hidup orang banyak. Sebagai contoh minyak bumi di gunakan sebagai sumber energi yang banyak di gunakan untuk memasak, kendaraan bermotor, industi, dan sebagainya.

Menyadari bahwa minyak bumi merupakan suatu sumber energi yang sangat penting bagi kita maka kita harus mengerti mengenai apa itu minyak bumi (crude oil), apa saja komponen pembetuknya, apa saja impurities yang terkandung dalam minyak bumi, bagaimana pruses pengolahannya, apa saja produk-produknya dan kegunaan dari masing-masing produk itu sendiri. Berdasrkan uraian di atas maka kami membuat makalah dengan judul “ MINYAK BUMI “ ( CRUDE OIL ) agar dapat mempelajari  mengenai minyak bumi lebih dalam lagi.  

  

1.2. Tujuan

Adapun tujuan di susunnya makalah ini yaitu :

1.      Untuk pemenuhan tugas mata kuliah Kimia Migas pada perkuliahan semester IV di STT – MIGAS Balikpapan.

2.      Sebagai bahan belajar untuk lebih memahami minyak menntah ( Crude Oil )

3.      Untuk mengetahui proses pengolahan minyak mentah

4.      Untuk mengetahui macam-macam produk yang di hasilkan minyak bumi.

BAB II

MINYAK BUMI

2.1 Pengertian Minyak Mentah (Crude Oil)

            Minyak mentah ( Crude Oil ), adalah minyak bumi dalam bentuk aslinya dari alam, di keluarkan dari dalam tanah, merupakan bahan baku untuk untuk proses dikilang minyak mennjadi BBM dan non BBM, komposisi utamanya terdiri dari hidrokarbon dengan atom C antara 83-37 % serta atom H antara

11-14 %.

            Minyak bumi (bahasa Inggris: petroleum, dari bahasa Latin: petrus ), dijuluki juga sebagai emas hitam adalah cairan kental, coklat gelap, atau kehijauan yang mudah terbakar, yang berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi. Minyak bumi dan gas alam berasal dari jasad renik lautan, tumbuhan dan hewan yang mati sekitar 150 juta tahun yang lalu. Sisa-sisa organisme tersebut mengendap di dasar lautan, kemudian ditutupi oleh lumpur. Lapisan lumpur tersebut lambat laun berubah menjadi batuan karena pengaruh tekanan lapisan di atasnya. Sementara itu, dengan meningkatnya tekanan dan suhu, bakteri anaerob menguraikan sisa-sisa jasad renik tersebut dan mengubahnya menjadi minyak dan gas.

Proses pembentukan minyak bumi dan gas ini memakan waktu jutaan tahun. Minyak dan gas yang terbentuk meresap dalam batuan yang berpori seperti air dalam batu karang. Minyak dan gas dapat pula bermigrasi dari suatu daerah ke daerah lain, kemudian terkosentrasi jika terhalang oleh lapisan yang kedap.

Walupun minyak bumi dan gas alam terbentuk di dasar lautan, banyak sumber minyak bumi yang terdapat di daratan. Hal ini terjadi karena pergerakan kulit bumi, sehingga sebagian lautan menjadi daratan.

2.1.1 Teori Pembentukan Minyak  Bumi

Dewasa ini terdapat dua teori utama yang berkembang mengenai asal usul terjadinya minyak bumi, antara lain:

2.1.1.1 Teori Anorganik (Abiogenesis)

Barthelot (1866) mengemukakan bahwa di dalam minyak bumi terdapat logam alkali, yang dalam keadaan bebas dengan temperatur tinggi akan bersentuhan dengan CO2 membentuk asitilena. Kemudian Mandeleyev (1877) mengemukakan bahwa minyak bumi terbentuk akibat adanya pengaruh kerja uap pada karbida-karbida logam dalam bumi. Yang lebih ekstrim lagi adalah pernyataan beberapa ahli yang mengemukakan bahwa minyak bumi mulai terbentuk sejak zaman prasejarah, jauh sebelum bumi terbentuk dan bersamaan dengan proses terbentuknya bumi. Pernyataan tersebut berdasarkan fakta ditemukannya material hidrokarbon dalam beberapa batuan meteor dan di atmosfir beberapa planet lain. Secara umum dinyatakan seperti dibawah ini: Berdasarkan teori anorganik, pembentukan minyak bumi didasarkan pada proses kimia, yaitu :

a. Teori alkalisasi panas dengan CO2 (Berthelot)

     Reaksi yang terjadi:

alkali metal + CO2 karbida

karbida + H2O ocetylena

C2H2 C6H6 komponen-komponen lain.

Dengan kata lain bahwa didalam minyak bumi terdapat logam alkali dalam keadaan bebas dan bersuhu tinggi. Bila CO2 dari udara bersentuhan dengan alkali panas tadi maka akan terbentuk ocetylena. Ocetylena akan berubah menjadi benzena karena suhu tinggi. Kelemahan teori ini adalah logam alkali tidak terdapat bebas di kerak bumi.

b. Teori karbida panas dengan air (Mendeleyef)

Asumsi yang dipakai adalah ada karbida besi di dalam kerak bumi yang kemudian bersentuhan dengan air membentuk hidrokarbon, kelemahannya tidak cukup banyak karbida di alam.

2.1.1.2.Teori Organik (Biogenesis)

            Berdasarkan teori Biogenesis, minyak bumi terbentuk karena adanya kebocoran kecil yang permanen dalam siklus karbon. Siklus karbon ini terjadi antara atmosfir dengan permukaan bumi, yang digambarkan dengan dua panah dengan arah yang berlawanan, dimana karbon diangkut dalam bentuk karbon dioksida (CO2). Pada arah pertama, karbon dioksida di atmosfir berasimilasi, artinya CO2 diekstrak dari atmosfir oleh organisme fotosintetik darat dan laut. Pada arah yang kedua CO2 dibebaskan kembali ke atmosfir melalui respirasi makhluk hidup (tumbuhan, hewan dan mikroorganisme).

P.G. Mackuire yang pertama kali mengemukakan pendapatnya bahwa minyak bumi berasal dari tumbuhan. Beberapa argumentasi telah dikemukakan untuk membuktikan bahwa minyak bumi berasal dari zat organik yaitu:

- Minyak bumi memiliki sifat dapat memutar bidang polarisasi,ini disebabkan oleh adanya kolesterol atau zat lemak yang terdapat dalam darah, sedangkan zat organik tidak terdapat dalam darah dan tidak dapat memutar bidang polarisasi.

- Minyak bumi mengandung porfirin atau zat kompleks yang terdiri dari hidrokarbon dengan unsur vanadium, nikel, dsb.

- Susunan hidrokarbon yang terdiri dari atom C dan H sangat mirip dengan zat organik, yang terdiri dari C, H dan O. Walaupun zat organik menggandung oksigen dan nitrogen cukup besar.

- Hidrokarbon terdapat di dalam lapisan sedimen dan merupakan bagian integral sedimentasi.

- Secara praktis lapisan minyak bumi terdapat dalam kambium sampai pleistosan.

- Minyak bumi mengandung klorofil seperti tumbuhan.

2.1.2.  Proses Pembentukan Minyak Bumi

Proses pembentukan minyak bumi terdiri dari tiga tingkat, yaitu:

1. Pembentukan sendiri, terdiri dari:

- pengumpulan zat organik dalam sedimen

- pengawetan zat organik dalam sedimen

- transformasi zat organik menjadi minyak bumi.

2. Migrasi minyak bumi yang terbentuk dan tersebar di dalam lapisan sedimen terperangkap.

3. Akumulasi tetes minyak yang tersebar dalam lapisan sedimen hingga berkumpil menjadi akumulasi komersial.

Proses kimia organik pada umumnya dapat dipecahkan dengan percobaan di laboratorium, namun berbagai faktor geologi mengenai cara terdapatnya minyak bumi serta penyebarannya didalam sedimen harus pula ditinjau. Fakta ini disimpulkan oleh Cox yang kemudian di kenal sebagai pagar Cox diantaranya adalah: Minyak bumi selalu terdapat di dalam batuan sedimen dan umumnya pada sedimen marine, fesies sedimen yang utama untuk minyak bumi yang terdapat di sekitar pantai.

Minyak bumi memang merupakan campuran kompleks hidrokarbon. Temperatur reservior rata-rata 107°C dan minyak bumi masih dapat bertahan sampai 200°C. Diatas temperatur ini forfirin sudah tidak bertahan. Minyak bumi selalu terbentuk dalam keadaan reduksi ditandai adanya forfirin dan belerang. Minyak bumi dapat tahan pada perubahan tekanan dari 8-10000 psi. Proses transformasi zat organik menjadi minyak bumi.

Ada beberapa hal yang mempengaruhi peristiwa diatas, diantaranya:

1. Degradasi thermal

Akibat sedimen terkena penimbunan dan pembanaman maka akan timbul perubahan tekanan dan suhu. Perubahan suhu adalah faktor yang sangat penting.

2. Reaksi katalis

Adanya katalis dapat mempercepat proses kimia.

3. Radioaktivasi

Pengaruh pembombanderan asam lemak oleh partikel alpha dapay membentuk hidrokarbon parafin. Ini menunjukan pengaruh radioaktif terhadap zat organik.

4. Aktifitas bakteri.

Bakteri mempunyai potensi besar dalam proses pembentukan hidrokarbon minyak bumi dan memegang peranan dari sejak matinya senyawa organik sampai pada waktu diagnosa, serta menyiapkan kondisi yang memungkinkan terbentuknya minyak bumi. Zat organik sebagai bahan sumber Jenis zat oragink yang dijadikan sumber minyak bumi menurut para ahli dapat disimpulkan bahwa jenis zat organik yang merupakan zat pembentuk utama minyak bumi adalah lipidzat organik dapat terbentuk dalamkehidupan laut ataupun darat dan dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu: yang berasal dari nabati dan hewani.

2.2. Sifat-Sifat Minyak Bumi

            Sifat-sifat minyak bumi bisa di bedakan atas sifat fisika dan kimia.

2.2.1. Sifat Fisika

1. Berat Jenis ( Density, Spesific gravity atau API gravity).

            Berat jenis atau spesific gravity atau API gravity sering menunjukan secara kasar kualitas minyak bumi tersebut. Makin kecil berat jenis atau SG minyak tersebut, mekin besar APInya, makin bagus kualitasnya, maka minyak tersebut semakin banyak mengandung fraksi ringan sehingga harga jualnya akan semakin tinggi. Begitu pula sebaliknya jika SG rendah maka akan semakin buruk kualitas minyak bumi tersebut.

2.   Titik tuang

      Titik tuang (Pour Point) adalah suhu terendah dimana minyak bumi masih bisa di tuangkan atau suhu terendah dimana minyak bumi masih bisa mengalir oleh beratnya sendiri. Dengan mengetahui titik tuang dari minyak bumi tersebut kita dapat menghitug pada suhu berapa minyak bumi tersebut masih bisa di pompa, atau tidak bisa di pompa, bisa di hitung berapa jumlah uap air (steam) yang di butuhkan sebagai pemanas untuk menjaga agar minyak tetap dapat di pompa.

3.   Kekentalan (Viskositas)

      Viskositas adalah daya hambatan yang di lakukan oleh cairan untuk mengalir pada suhu tertentu. Yaitu berupa bilangan yang menujukan mudah tidaknya suatu fluida mengalir pada suhu tertentu. Viskositas merupakan sifat yang sangat penting karna untuk menentukan perhitungan aliran dalam transportasi minyak dan sebagai pelumasan. Semakin tinggi suhu maka minyak akan semakin encer, begitu pula sebaliknya.

4.   Titik nyala (Flash point)

      Titik nyala adalah suhu terendah dimana minyak bumi apabila di panaskan, sudah memberikan uapnya yang cukup campurannya dengan udara sehingga akan menyala sekejap apabila diberi sumber nyala api. Flash point perlu di perhatikan untuk keamanan transportasi dan penimbunan minyak dan gas bumi. Makin tinggi °Apinya makin ringan minyak tersebut maka makin rendah flash pointnya atau titik nyalanya/makin mudah terbakar.

5.   Warna

      Warna pada minyak bumi pada umumnya brhubungan dengan berat jenisnya. Jika berat jenisnya tinggi maka warna minya yaitu hijau kehitam-hitaman, sedangkan jika ringan berat jenisnya maka warnanya coklat kehitam-hitaman. Warna pada minyak bumi di sebabkan karena adanya pengotoran, misalnya oksidasi senyawa hidrokarbon, karena hidrokarbon sendiri tidak memperlihatkan warna tertentu.

6.   Flouresensi

      Sifat flouresensi yaitu jika tekena sinar ultra-violet akan memperlihatkan warna yang lain dari warna biasa. Warna flouresensi minyak bumi yaitu kuning sampai kuning keemasan dan kelihatan sangat hidup. Sifat flouresensi bermanfaat untuk identifikasi, sedikit saja minyak bumi terdapat pada kepingan batuan atau lumpur pemboran akan mudah terdetekksi dengan sinar lampu ultra-violet.

7.   Indeks Refraksi

      Minyak bumi memperlihatkan berbagai macam indeks refraksi dari 1,3 sampai 1,4. Perbedaan indeks refraksi tergantung dari derajat APInya atau berat jenis. Makin tinggi berat jenis atau makin rendah APInya akan semakin tinggi pula indeks refraksinya.

8.   Bau

      Minyak bumi ada yang berbau sedap ada pula yang tidak, yang biasanya sebabkan oleh pengaruh melekul aromat. Minyak bumi yang berbau tidak sedap biasanya di sebabkan karena mengandung senyawa nitrogen ataupun belerang. Golongan parafin dan naften biasanya memberikan bau yang sedap.

9.   Nilai Kalori

      Nilai kalori minyak bumi adalah jumlah panas yang di timbulkan oleh satu gram minyak bumi, yaiitu dengan meningkatkan temperatur satu gram air dari 3,5 derajat celsius sampai 4,5 derjat celsius, dan satuannya adalah kalori atau Btu atau MJ (mega juole).

10.  Kandungan Belerang

      Kandungan belerang biasanya dinyatakan dalam persen berat,harganya berkisar antara 0,05-5,5% berat. Minyak mentah yang berkadar belerang di atas 0,5 % biasanya disebut “sour crude”, minyak jenis ini harganya murah karena di perlukan biaya lingkungan, agar tidak menimbulkan pencemaran lingkungan minyak tersebut harus dihilangkan belerangnya  pada proses pengilangan.

11.  Kadar Garam

      Kadar garam minyak mentah dinyatakan dengan banyaknya garam dapur (NaCL) yang terkandung di dalamnya. Garam ini bisa menimbulkan persoalan korosi berat pada proses di kilang minyak. Proses penghilangan garam biasanya di laksanakan pada peralatan desalter yang prinsip kerjanya berdasarkan alat elektrolis dengan memanfaatkan tenaga listrik.

12.  Kandungan Karbon

      Karbon sisa setelah pirolisa minyak mentah biasanya ditentukan dengan metode Ramsbottom (RCR) atau Conradson (CCR).RCR/CCR ini hubungannya dengan kandunga bahan asphaltis (Asphaltene content) dan Lube oil Recovery. Semakin rendah harganya biasanya semakin bagus lube oil recoverinya.

13.  Kadar Nitrogen

      Nitrogen biassanya tidak dikehendaki dalam minyak mentah, karna senyawa nitrogen bisa meracuni beberapa jenis katalis. Biasanya jika kadar nitrogen lebih dari 0.25% akan dilakukan proses penghilangannya.

14.  Sifat Distilasi

      Sifat distilasi dari minyak mentah sangat penting bagi perencana proses di kilang. Distilasi yang biasa dilakukan untuk evaluasi minyak bumi adalah distilasi TBP (True Boiling Point), distilasi Hempel, dan Oldershow. Untuk evaluasi long residu di pakai distilasi vacum.

2.2.2. Sifat Kimia

             Sifat kimia berkaitan dengan reaksi-reaksi kimia yang terjadi pada minyak bumi yaitu :

1) Reaksi-reaksi pada Alkana

             Alkana adalah zat yang sukar bereaksi sehingga disebut paraffin, artinya memiliki afinitas kecil. Pada alkana reaksi-reaksi penting yang terjadi adalah:

a. Pembakaran

            Alkana akan mengalami pembakaran menjadi CO2 dan H2O jika terjadi pembakaran sempurna. Jika pembakarannya tidak sempurna dihasilkan CO, partikel karbon dan H2O

                         

Tergolong pembakaran sempurna        Tergolong pembakaran tidak sempurna

b. Substitusi

            Substitusi adalah reaksi penggantian atom H dengan atom gugus lain. Salah satu reaksi substitusi yang biasa terjadi adalah halogenasi yakni pergantian atom H oleh atom-atom halogen (F2, Cl2, Br2, dan I2

Contoh

Klorinasi (penggantian H dengan Klorin) pada metana

c. Perengkahan atau cracking

            Reaksi perengkahan adalah pemotongan rantai karbon menjadi potongan-potongan yang lebih kecil

2) Reaksi-reaksi Alkena

            Alkena dapat mengalami reaksi-reaksi sebagai berikut:

a. Pembakaran

            Sama dengan alkana, alkena juga dapat mengalami pembakaran yang menghasilkan CO2 dan H2O (jika merupakan pembakaran sempurna)

b. Adisi

            Adisi menghasilkan rekasi penjenuhan ikatan rangkap

c. Polimerisasi

            Polimerisasi adalah penggabungan molekul sderhana (monomer) menjadi molekul besar (polimer)

d. Substitusi

            Pada alkena reaksi substitusi yang diperkenalkan adalah halogenasi yakni penggantian atom H dengan atom Halogen seperti F, Cl, Br, dan I

3) Reaksi-reaksi Alkuna

            Alkuna mengalami reaksi-reaksi seperti halnya alkena. Salah satu yang terpenting adalah adisi.

2.3. Komposisi  Minyak Bumi

Minyak bumi adalah campuran kompleks hidrokarbon dan senyawa-senyawa organik lain. Komponen hidrokarbon adalah komponen yang paling banyak terkandung di dalam minyak bumi.

Perbandingan unsur-unsur yang terdapat dalam minyak bumi sangat bervariasi. Berdasarkan  hasil analisa, diperoleh data sebagai berikut :

Karbon : 83,0-87,0 %

Hidrogen : 10,0-14,0 %

Nitrogen : 0,1-2,0 %

Oksigen : 0,05-1,5 %

Sulfur : 0,05-6,0 %

2.3.1. Senyawa Hidrokarbon

1. Senyawa parafin

            Senyawa parafin adalah senyawa hidrokarbon dengan ikatan rantai lurus yang mempunyai rumus molekul CnH2n+2 dan pada umumnya mempunyai sifat sebagai berikut :

·         Stabil pada suhu kamar.

·         Tidak bereaksi dengan asam sulfat pekat, larutan alkali pekat, asam nitrat, ataupun oksidator kuat seperti asam kromat kecuali senyawa yamg mempunya atom karbon tersier.

·         Bereaksi lambat dengan khlor dengan bantuan sinar matahari.

·         Bereaksi dengan khlor dan brom dengan bantuan katalisator.

2. Senyawa monoolefin

            Senyawa olefin adalah senyawa hidrokarbon tidak jenuh dengan rumus molekul CnH2n yang mempunyai sebuah ikatan rangkap dua. Olefin tidak terdapat pada crude oil, tetapi mungkin terbentuk pada saat proses pengolahannya. Karena mempunyai ikatan rangkap, maka olefin sangat reaktif dan merupakan bahan dasar utama industri petrokimia seperti ethylene (C2H4) dan propylene (C3H6).

3. Senyawa Diolefin

            Senyawa diolefin adalah senyawa hidrokarbon tidak jenuh dengan rumus molekul CnH2n-2 yang mempunyai dua buah ikatan rangkap. Senyawa ini juga tidak terdapat di dalam crude oil, tetapi terbentuk pada saat proses pengolahannya. Diolefin tidak stabil ddan akan berpolimerisasi membentuk gum (damar)

4.   Senyawa Naften

               

        Senyawa naften adalah senyawa hidrokarbon jenuh dengan rumus molekul CnH2n senyawa ini sering di sebut senyawa sikloparafin karena sifat kimianya sama dengan sifat kimia hidrokarbon parafin hanya saja struktur molekulnya melingkar. Senyawa hidrokarbon naften yang terdapat dalam crude oil adalah siklopentan dan siloheksan, yang tedapat dalam fraksi nafta dan fraksi lain dengan titik didih tinggi.

5.   Senyawa Aromat

            Senyawa aromat adalah senyawa hidrokarbon tidak jenuh dengan rumus molekul CnH2n-6 dan ikatan rantainya melingkar. Senyawa ini mempunyai sifat kimia reaktif mudah teroksidasi menjadi asam dan pada kondisi operasi tertentu dapat mengalami subtitusi maupun adisi. Hanya sedikit sekali crude oil yang mengandung senyawa aromat dengan titik didih rendah.

2.4. Impurities Dalam Minyak Bumi

1. Senyawaan Sulfur

Crude oil yang densitynya lebih tinggi mempunyai kandungan Sulfur yang lebih tinggi pula. Keberadaan Sulfur dalam minyak bumi sering banyak menimbulkan akibat, misalnya dalam gasoline dapat menyebabkan korosi (khususnya dalam keadaan dingin atau berair), karena terbentuknya asam yang dihasilkan dari oksida sulfur (sebagai hasil pembakaran gasoline) dan air.

2.   Senyawaan Oksigen

Kandungan total oksigen dalam minyak bumi adalah kurang dari 2 % dan menaik dengan naiknya titik didih fraksi. Kandungan oksigen bisa menaik apabila produk itu lama berhubungan dengan udara. Oksigen dalam minyak bumi berada dalam bentuk ikatan sebagai asam karboksilat, keton, ester, eter, anhidrida, senyawa monosiklo dan disiklo dan phenol. Sebagai asam karboksilat berupa asam Naphthenat (asam alisiklik) dan asam alifatik.

3.   Senyawaan Nitrogen

Umumnya kandungan nitrogen dalam minyak bumi sangat rendah, yaitu 0,1-0,9 %. Kandungan tertinggi terdapat pada tipe Asphalitik. Nitrogen mempunyai sifat racun terhadap katalis dan dapat membentuk gum / getah pada fuel oil. Kandungan nitrogen terbanyak terdapat pada fraksi titik didih tinggi. Nitrogen klas dasar yang mempunyai berat molekul yang relatif rendah dapat diekstrak dengan asam mineral encer, sedangkan yang mempunyai berat molekul yang tinggi tidak dapat diekstrak dengan asam mineral encer.

4.   Konstituen Metalik

Logam-logam seperti besi, tembaga, terutama nikel dan vanadium pada proses catalytic cracking mempengaruhi aktifitas katalis, sebab dapat menurunkan produk gasoline, menghasilkan banyak gas dan pembentukkan coke. Pada power generator temperatur tinggi, misalnya oil-fired gas turbine, adanya konstituen logam terutama vanadium dapat membentuk kerak pada rotor turbine. Abu yang dihasilkan dari pembakaran fuel yang mengandung natrium dan terutama vanadium dapat bereaksi dengan refactory furnace (bata tahan api), menyebabkan turunnya titik lebur campuran sehingga merusakkan refractory itu.

BAB III

PENGOLAHAN MINYAK BUMI

Minyak bumi ditemukan bersama-sama dengan gas alam. Minyak bumi yang telah dipisahkan dari gas alam disebut juga minyak mentah(crudeoil). Minyak mentah dapat dibedakan menjadi:

·         Minyak mentah ringan (lightcrudeoil) yang mengandung kadar logam dan belerang rendah, berwarna terang dan bersifat encer (viskositasrendah).

·         Minyak mentah berat (heavycrudeoil) yang mengandung kadar logam dan belerang tinggi, memiliki viskositas tinggi sehingga harus dipanaskan agar meleleh.

Minyak mentah merupakan campuran yang kompleks dengan komponen utama alkana dan sebagian kecil alkena, alkuna, siklo-alkana, aromatik, dan senyawa anorganik. Meskipun kompleks, untungnya terdapat cara mudah untuk memisahkan komponen-komponennya, yakni berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya, proses ini disebut distilasi bertingkat.

Gambar 3.1. Menara distilasi

Secara umum Proses Pengolahan Minyak Bumi digambarkan sebagai berikut:

3.1. Crude Destilation Unite

           

            Minyak bumi biasanya berada 3-4 km di bawah permukaan laut. Minyak bumi diperoleh dengan membuat sumur bor. Minyak mentah yang diperoleh ditampung  dalam kapal tanker atau dialirkan melalui pipa ke stasiun tangki atau ke kilang minyak. Minyak mentah (cude oil) berbentuk cairan kental hitam dan berbau kurang sedap. Minyak mentah belum dapat digunakan sebagai bahan bakar maupun untuk keperluan lainnya, tetapi harus diolah terlebih dahulu. Minyak mentah mengandung sekitar 500 jenis hidrokarbon dengan jumlah atom C-1 sampai 50. Titik didih hidrokarbon meningkat seiring bertambahnya jumlah atom C yang berada di dalam molekulnya. Oleh karena itu, pengolahan minyak bumi dilakukan melalui destilasi bertingkat, dimana minyak mentah dipisahkan ke dalam kelompok-kelompok (fraksi) dengan titik didih yang mirip.

            Destilasi adalah pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya. Dalam hal ini adalah destilasi fraksinasi. Mula-mula minyak mentah dipanaskan dalam aliran pipa dalam furnace (tanur) sampai dengan suhu ± 370°C. Minyak mentah yang sudah dipanaskan tersebut kemudian masuk kedalam kolom fraksinasi pada bagian flash chamber (biasanya berada pada sepertiga bagian bawah kolom fraksinasi). Untuk menjaga suhu dan tekanan dalam kolom maka dibantu pemanasan dengan steam (uap air panas dan bertekanan tinggi).

                                   Gambar 3.2. Crude distilation unite.

            Minyak mentah yang menguap pada proses destilasi ini naik ke bagian atas kolom dan selanjutnya terkondensasi pada suhu yang berbeda-beda. Komponen yang titik didihnya lebih tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah akan menguap dan naik ke bagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut sungkup gelembung. Makin ke atas, suhu yang terdapat dalam kolom fraksionasi tersebut makin rendah, sehingga setiap kali komponen dengan titik didih lebih tinggi akan terpisah, sedangkan komponen yang titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian selanjutnya sehingga komponen yang mencapai puncak adalah komponen yang pada suhu kamar berupa gas. Komponen yang berupa gas ini disebut gas petroleum, kemudian dicairkan dan disebut LPG (Liquified Petroleum Gas). Fraksi minyak mentah yang tidak menguap menjadi residu. Residu minyak bumi meliputi parafin, lilin, dan aspal. Residu-residu ini memiliki rantai karbon sejumlah lebih dari 20.  

            Fraksi minyak bumi yang dihasilkan berdasarkan rentang titik didihnya antara lain sebagai berikut :

1. Gas

Rentang rantai karbon : C1 sampai C5

Trayek didih : 0 sampai 50°C

2. Gasolin (Bensin)

Rentang rantai karbon : C6 sampai C11

Trayek didih : 50 sampai 85°C

3. Kerosin (Minyak Tanah)

Rentang rantai karbon : C12 sampai C20

Trayek didih : 85 sampai 105°C

Trayek didih : 135 sampai 300°C

6. Residu

Rentang rantai karbon : di atas C40

Trayek didih : di atas 300°C

            Fraksi-fraksi minyak bumi dari proses destilasi bertingkat belum memiliki kualitas yang sesuai dengan kebutuhan masyarakat, sehingga perlu pengolahan lebih lanjut yang meliputi proses cracking, reforming, polimerisasi, treating, dan

blending.

3.2. High Vacuum Distillation

            Dalam proses ini, fraksi long residue di destilasi di dalam kolom yang bertekanan rendah atau vakum. Tujuan dari proses ini adalah untuk memisahkan fraksi minyak pelumasnya. Fraksi-fraksi lanjutan yang dihasilkan dalam distilasi vakum ini berturut-turut adalah :

• SPO (Spindle Oil)

• LMO (Light Machine Oil)

• MMO (Medium Machine Oil)

• BO (Black Oil) atau Short Residue (SR)

            Unit yang melaksanakan proses ini disebut High Vacuum Unit (HVU). Pada prinsipnya HMU tidak berbeda dengan proses distilasi biasa, dimana pemisahan fraksi demi fraksi dilakukan berdasarkan titik didih masing-masing hidrokarbon dalam fraksi tersebut. Karena long residue memiliki titik didih tinggi maka pelaksanaannya harus dilakukan dengan tekanan hampa (vakum).

                                         Gambar 3.3. Hight Vacum Unite

3.3. Proses konversi

Proses konversi bertujuan untuk memperoleh fraksi-fraksi dengan kuantitas dan kualitas sesuai permintaan pasar. Sebagai contoh, untuk memenuhi kebutuhan fraksi bensin yang tinggi, maka sebagian fraksi rantai panjang perlu diubah/dikonversi menjadi fraksi rantai pendek. Di samping itu, fraksi bensin harus mengandung lebih banyak hidrokarbon rantai bercabang/alisiklik/aromatik dibandingkan rantai lurus. Jadi, diperlukan proses konversi untuk penyusunan ulang struktur molekul hidrokarbon. Beberapa jenis proses konversi dalam kilang minyak adalah:

- Perengkahan (cracking)

Perengkahan adalah pemecahan molekul besar menjadi molekul-molekul

kecil. Contohnya, perengkahan fraksi minyak ringan/berat menjadi fraksi

gas, bensin, kerosin, dan minyak solar/diesel.

- Reforming

Reforming bertujuan mengubah struktur molekul rantai lurus menjadi

rantai bercabang/alisiklik/aromatik. Sebagai contoh, komponen rantai lurus(C5, C6) dari fraksi bensin diubah menjadi aromatik.

- Alkilasi

Alkilasi adalah penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul

besar. Contohnya, penggabungan molekul propena dan butena menjadi

komponen fraksi bensin.

- Coking

Coking adalah proses perengkahan fraksi residu padat menjadi fraksi

minyak bakar dan hidrokarbon intermediat. Dalam proses ini, dihasilkan

kokas (coke). Kokas digunakan dalam industri alumunium sebagai

elektrode untuk ekstraksi logam Al.

3.4. Pemisahan pengotor dalam fraksi

Fraksi-fraksi mengandung berbagai pengotor, antara lain senyawa organik yang mengandung S, N, O; air; logam; dan garam anorganik. Pengotor dapat dipisahkan dengan cara melewatkan fraksi melalui:

- Menara asam sulfat,

yang berfungsi untuk memisahkan hidrokarbon tidak

jenuh, senyawa nitrogen, senyawa oksigen, dan residu padat seperti aspal.

- Menara absorpsi,

yang mengandung agen pengering untuk memisahkan air.

- Scrubber,

 yang berfungsi untuk memisahkan belerang/senyawa belerang.

BAB IV

PRODUK MINYAK BUMI

            Produk-produk minyak bumi sangat bermacam-macam antara lain yang berupa cair maupun gas. Minyak dan gas hasil pengolahan di dapat dari rentetan proses pengolahan pencampuran (Blending) untuk mendapat produk minyak sesuai yang di inginkan.

4.1.  Produk BBM ( Bahan Bakar Minyak )

4.1.1. Premium

 Premium (RON 88) : Premium adalah bahan bakar minyak jenis distilat berwarna kekuningan yang jernih. Warna kuning tersebut akibat adanya zat pewarna tambahan (dye). Penggunaan premium pada umumnya adalah untuk bahan bakar kendaraan bermotor bermesin bensin, seperti : mobil, sepeda motor, motor tempel dan lain-lain. Bahan bakar ini sering juga disebut motor gasoline atau petrol.

4.1.2.      Minyak Tanah ( Kerosene )

Minyak tanah (bahasa Inggris: kerosene atau paraffin) adalah cairan hidrokarbon yang tak berwarna dan mudah terbakar. Dia diperoleh dengan cara distilasi fraksional dari petroleum pada 150°C and 275°C (rantai karbon dari C12 sampai C15). Pada suatu waktu dia banyak digunakan dalam lampu minyak tanah tetapi sekarang utamanya digunakan sebagai bahan bakar mesin jet (lebih teknikal Avtur, Jet-A, Jet-B, JP-4 atau JP-8). Sebuah bentuk dari minyak tanah dikenal sebagai RP-1 dibakar dengan oksigen cair sebagai bahan bakar roket. Nama kerosene diturunkan dari bahasa Yunani keros (κερωσ, malam).

Biasanya, minyak tanah didistilasi langsung dari minyak mentah membutuhkan perawatan khusus, dalam sebuah unit Merox atau hidrotreater, untuk mengurangi kadar belerang dan pengaratannya. Minyak tanah dapat juga diproduksi oleh hidrocracker, yang digunakan untuk memperbaiki kualitas bagian dari minyak mentah yang akan bagus untuk bahan bakar minyak.

Penggunaanya sebagai bahan bakar untuk memasak terbatas di negara berkembang, setelah melalui proses penyulingan seperlunya dan masih tidak murni dan bahkan memilki pengotor (debris).

Di Indonesia, minyak tanah digunakan untuk mengusir koloni serangga sosial, seperti semut, atau mengusir kecoa. Selain itu, beberapa pembasmi serangga bermerek juga menggunakan minyak tanah sebagai komponennya.

4.1.3.      Solar

Minyak solar adalah bahan bakar jenis distilat berwarna kuning kecoklatan yang jernih. Penggunaan minyak solar pada umumnya adalah untuk bahan bakar pada semua jenis mesin diesel dengan putaran tinggi (diatas 1.000 RPM), yang juga dapat dipergunakan sebagai bahan bakar pada pembakaran langsung dalam dapur-dapur kecil, yang terutama diinginkan pembakaran yang bersih. Minyak solar ini biasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel.

4.1.4.      Minyak Diesel

              Minyak Diesel adalah hasil penyulingan minyak yang berwarna hitam yang berbentuk cair pada temperatur rendah. Biasanya memiliki kandungan sulfur yang rendah dan dapat diterima oleh Medium Speed Diesel Engine di sektor industri. Oleh karena itulah, diesel oil disebut juga Industrial Diesel Oil (IDO) atau Marine Diesel Fuel (MDF).

4.1.5.      Minyak Bakar

Minyak bakar adalah hasil distilasi dari penyulingan minyak tetapi belum membentuk residu akhir dari proses penyulingan itu sendiri. Biasanya warna dari minyak bakar ini adalah hitam chrom. Selain itu minyak bakar lebih pekat dibandingkan dengan minyak diesel. Secara umum kegunaan minyak bakar adalah untuk bahan bakar pengapian langsung pada industri - industri besar, PLTU dan juga digunakan sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya. Minyak bakar juga sering dikenal dengan istilah fuel oil.

4.2.  Produk BBK ( Bahan Bakar Khusus )

4.2.1.      Avgas

Avgas adalah bahan bakar yang di gunakan untuk pembakaran pesawat udara jenis Spark Ignition atau Internal Combotion Engine Piston Type yang dinyalakan dengan busi. Fungsi bahan bakar disini adalah untuk menghasilkan tenaga mekanik dari tenaga kimia hasil pembakaran yang di hasilkan dari/oleh adanya suatu tekanan yang di hubungkan dengan suatu poros untuk menggerakan roda. Avgas merupakan hasil pengolahan minyak bumi dari fraksi gasolin yang paling rumit dalam proses penyediaannya dan harus memenuhi standar yang ketat.

4.2.2.      Avtur

AVTUR adalah bahan bakar dari fraksi minyak tanah yang dirancang sebagai bahan bakar pesawat terbang yang menggunakan mesin turbin atau mesin yang memiliki ruang pembakaran eksternal (External Combustion Engine). Kinerja/kehandalan AVTUR terutama ditentukan oleh karakteristik kebersihannya, pembakaran, dan performanya pada temperatur rendah. Berdasarkan spesifikasi tersebut, AVTUR harus memenuhi persyaratan yang dibutuhkan, seperti memiliki titik beku (freeze point) maksimum -47°C dan titik nyala (flash point) minimum 38°C (100° F).

4.2.3.      Pertamax

 Pertamax (RON 92) : ditujukan untuk kendaraan yang mempersyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi dan tanpa timbal (unleaded). Pertamax juga direkomendasikan untuk kendaraan yang diproduksi diatas tahun 1990 terutama yang telah menggunakan teknologi setara dengan electronic fuel injection dan catalytic converters.

4.2.4.      Pertamax Plus

 Pertamax Plus (RON 95) :  Jenis BBM ini telah memenuhi standar performance International World Wide Fuel Charter (WWFC). Ditujukan untuk kendaraan yang berteknologi mutakhir yang mempersyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi dan ramah lingkungan. Pertamax Plus sangat direkomendasikan untuk kendaraan yang memiliki kompresi ratio > 10,5 dan juga yang menggunakan teknologi Electronic Fuel Injection (EFI), Variable Valve Timing Intelligent (VVTI), (VTI), Turbochargers dan catalytic converters.

4.3.      Produk NBBM ( Non Bahan Bakar Minyak )

4.3.1.      Green Coke

Green Coke, diproduksi di kilang UP II DUmai. Diproses dari senyawa karbon berbentuk padat menggunakan Delayed Cooking Unit yang mampu mengubah minyak berat ( short residu ) menjadi green coke .

Green Coke, Mempunyai fraksi lebih berat jika dibanding BBM. Karena nilai kalornya lebih rendah antara 7.500-8.500 K.cal/Kg, tetapi jika dibandingkan dengan batubara (5.000-6000 K.cal/Kg), nilai kalor green coke lebih tinggi. Green Coke, Didistribusikan dalam bentuk curah (bulk). Keunggulan :

Beberapa keuntungan Green Coke sebagai bahan bakar dibandingkan dengan Batubara adalah :

·         Nilai kalori (Nett Calori Value) cukup tinggi (7000 – 8000 Cal/kg) dibandingkan batu bara (5000 – 6000 Cal/kg)

·         Penimbunan mudah dan kurang polusi

·         Proses pemecahan (grading) lebih mudah

·         Kandungan abu lebih rendah (menekan biaya pencemaran)

Aplikasi / Kegunaan

·         Bahan bakar (dicampur batubara) pada pabrik semen, peleburan logam, pembangkit listrik.

·         Reduktor pada proses peleburan timah

·         Bahan baku pembuatan calcined coke, yang digunakan sebagai bahan proses pengurai antara bubur alumina dengan material lainnya.

4.3.2.      Polytam

POLYTAM POLYPROPYLENE Diproduksi di Kilang PERTAMINA UP III PLAJU diproses melalui Polimerisasi gas propylene dengan modifikasi beberapa aditif yaitu : antioxidant, stabilizer, lubricant, antiblock dan slip agent.

Beberapa jenis Polytam yaitu :

·         POLYTAM FILM — PF 1000

·         POLYTAM YARN — PY 240

·         POLYTAM INJECTION

Keunggulannya yaitu dengan menggunakan bahan baku Polytam produksi PERTAMINA, kantong plastik yang dihasilkan berwarna lebih bening, mengkilat,antistatiknya rendah dan mudah dibuka. Untuk karung plastik, pitanya tidak mudah putus,tidak berserabut, mudah dianyam dan kuat.  

Aplikasi / Kegunaan :

·         POLYTAM FILM

-    Bahan bakupembuatan kantong plastic untuk makanan, sayuran, buah dan roti.

-    Tubular film

-    Cast film

·         POLYTAM YARN

-    Bahan baku pembuatan karung plastik, strapping band, tali plastic, sedotan, tali rafia.

·         POLYTAM INJECTION

-    Bahan baku barang plastic perlengkapan rumah tangga

-    Suku cadang kendaraan

-    Pembungkus baterai

-    Peralatan makanan dan obat-obatan

-    Mainan anak

4.3.3.      Aspal

Aspal ialah bahan hidro karbon yang bersifat melekat (adhesive), berwarna hitam kecoklatan, tahan terhadap air, dan visoelastis. Aspal sering juga disebut bitumen merupakan bahan pengikat pada campuran beraspal yang dimanfaatkan sebagai lapis permukaan lapis perkerasan lentur. Aspal berasal dari aspal alam (aspal buton} atau aspal minyak (aspal yang berasal dari minyak bumi).

4.3.4.      Benzene

Benzene adalah dasar dari hidrokarbon yang bersifat aromatic. Benzene berupa cairan jernih yang tidak berwarna dengan karakteristik berbau aromatic, di produksi di Kilang Paraxylene PERTAMINA UP IV Cilacap.

Merupakan starting point untuk beberapa turunan yang diperlukan dalam memproduksi serangkaian produk yang digunakan sehari-hari. Digunakan untuk memproduksi stylene, bahan pembuat polystyrene. Benzene ini juda digunakan untuk memproduksi cyclohexane, bahan baku dari caprolactam, yang digunakan dalam pembuatan nylon. Dapat digunakan dalam pembuatan barang-barang kebutuhan sehari-hari seperti cat, casing computer serta berbagai jenis pembungkus.

4.3.5.      Paraxylena

Paraxylene merupakan senyawa hidrokarbon aromatic yang dihasilkan dari proses aromatisasi dari heavy naptha dalam unit platformer yang kemudian dipisahkan untuk memproduksi benzene dengan ekstrasi dan paraxylene dengan absorsi. Digunakan sebagai bahan baku untuk memproduksi PTA, dihasilkan oleh Kilang paraxylene PERTAMINA UP IV Cilacap.

4.3.6.      Minarex

Minarex : Processing Oil untuk Industri Karet dan Tinta Cetak Industri dalam negeri membutuhkan bermacam-macam jenis minyak proses (Processing oil) untuk pembuatan ban, industri barang jadi karet (tali kipas, suku cadang kendaraan). Selain itu, processing oil juga dapat digunakan sebagai bahan baku pada industri tinta cetak dan sebagai plasticizer/extender pada industri kompon PVC.

Processing oil adalah senyawa hidrokarbon yang dihasilkan dari minyak bumi. Produk ini digunakan sebagai processing aid dalam pengolahan karet alam ataupun karet sintetis, sebagai plasticizer (extender) dalam PVC kompon, dan sebagai base oil pada tinta cetak. Secara umum, ada beberpa jenis processing oil, diantaranya adalah golongan paraffine (paraffinic), aromatic (Minarex) dan Napthenic. Walaupun sama-sama processing oil, namun aplikasi dari masing-masing jenis berbeda satu sama lain. Sebagai contoh Paraffinic dan Minarex. Bila paraffinic cocok untuk pembuatan barang jadi karet yang berwarna terang, maka Minarex yang lebih tepat dipakai untuk pembautan barang jadi karet yang berwarna gelap (misalnya ban kendaraan, sol sepatu, barang plastik dan tinta cetak). Sejalan dengan pertumbuhan industri di Indonesia, maka kebutuhan akan processing oil juga terus mengalami peningkatan. Guna memenuhi kebutuhan tersebut, Pertamina memproduksi processing oil baik dari golongan paraffine (paraffinic) maupun aromatic (Minarex). Khusus Minarex, ada beberapa jenis yang diproduksi yaitu Minarex-A, B, dan H(Hybrid).

Adapun aplikasi dari masing-masing jenis tersebut pada industri tergantung pada kebutuhan konsumen sendiri. Dalam hal mutu, processing oil produksi Pertamina sudah sama bahkan lebih unggul dari produk impor. Sebagai contoh Minarex B yang berfungsi sebagai processing aid dalam pembuatan kompon karet pada industri ban vulkanisir dan industri barang karet. Dalam pembuatan kompon karet , produk ini bisa memperbaiki proses pelunakan dan pemekaran karet, serta menurunkan kekentalan kompon karet. Dengan demikian bahan ini membantu mendispersikan carbon black ke dalam molekul-molekul karet sehingga memperbaiki sifat-sifat mekanis komponnya.

Selain sebagai processing oil, Minarex-B dapat juga digunakan pada industri kompon PVC, yaitu sebagai substitusi Diactyl Phihalate (DOP). Dalam hal ini Minarex-B memberikan keuntungan kelebihan, yaitu :

-    Menurunkan kekentalan

-    Molekul PVC mengalir pada suhu yang lebih mudah dari titik lelehnya yang mengakibatkan daya alir

-    PVC kompon menjadi lebih baik.

-    Homogenitas kompon lebih baik.

-    Produk akhir lebih fleksibel/lentur

Minarex B dapat juga digunakan dalam industri tinta cetak, yang telah dibuktikan oleh beberapa produsen tinta cetak.

Penggunaan bahan Minarex-B sebagai pelarut pendukung dapat menghasilkan tinta cetak dengan kualitas yang lebih baik.

Fungsi Minarex lainnya adalah :

   -  Pembuatan karpet lantai, suku cadang kendaraan, karet talang.

   -  Digunakan dalam vulkanisir.

   -  Proses produksi mur/baut.

   -  Industri plywood dan teak plywood

   -  Bantalan karet pada dermaga dan kereta api.

   -  Proses pembuatan cutting oil

Di samping mutu lebih baik, keunggulan lain dari processing oil buatan dalam negeri ini adalah suplai yang terjamin karena kapasitas produksi yang ada sekarang cukup untuk memenuhi kebutuhan industri dalam negeri. Guna menjamin kelancaran suplai dan distribusi, pertamina juga telah menyediakan sarana-sarana tangki penimbunan dan fasilitas bongkar muat untuk kapal maupun mobil tangki di kilang Cilacap.

4.3.7.      Pelumas

Pelumas (lubricant atau sering disebut lube) adalah suatu bahan (biasanya berbentuk cairan) yang berfungsi untuk mereduksi keausan antara dua permukaan benda bergerak yang saling bergesekan. Suatu bahan cairan dapat dikategorikan sebagai pelumas jika mengandung bahan dasar (bisa berupa oil based atau water/glycol based) dan paket aditif.

Pelumas mempunyai tugas pokok untuk mencegah atau mengurangi keausan sebagai akibat dari kontak langsung antara dua permukaan logam yang saling bergesekan sehingga keausan dapat dikurangi, besar tenaga yang diperlukan akibat gesekan dapat dikurangi dan panas yang ditimbulkan oleh gesekan pun akan berkurang.

Pelumas dapat dibedakan type/jenisnya berdasarkan bahan dasar (base oil), bentuk fisik, dan tujuan penggunaan.

Dilihat dari bentuk fisiknya :

-    Minyak pelumas (lubricating oil)

-    Gemuk pelumas (lubricating grease)

-    Cairan pelumas (lubricating fluid)

Dilihat dari bahan dasarnya :

-    Pelumas dari bahan nabati atau hewani

-    Pelumas dari bahan minyak mineral atau minyak bumi

-    Pelumas sintetis

Dilihat dari penggunaannya :

-    Pelumas kendaraaan

-    Pelumas industri

-    Pelumas perkapalan

-    Pelumas penerbangan

Dilihat dari pengaturan atau pengawasan mutunya :

-    Pelumas kendaraan bermotor :

§  Minyak pelumas motor kendaraan baik motor bensin /diesel

§  Minyak pelumas untuk transmisi

§  Cairan pelumas transmisi otomatis dan sistim hidrolis (Automatic transmission fluid & hydraulic fluid)

-    Pelumas motor diesel untuk industri :

§  Motor diesel putaran cepat

§  Motor diesel putaran sedang

§  Motor diesel putaran lambat

-    Pelumas untuk motor mesin 2 langkah :

§  Untuk kendaraan bermotor

§  Untukm perahu motor

§  Lain lain ( gergaji mesin, mesin pemotong rumput )

-    Pelumas khusus

Jenis pelumas ini banyak ragamnya yang penggunaannya sangat spesifik untuk setiap jenis, diantaranya adalah untuk senjata api, mesin mobil balap, peredam kejut, pelumas rem, pelumas anti karat, dll.

4.3.8.      Lilin

Pada dasarnya lilin/malam/wax dapat di bedakan menjadi 2 golongan besar yaitu : Lilin alam dan lilin synthesis.

·         Lilin alam

Lilin alam adalah lilin yang diperoleh langsung dari alam, seperti dari hewan antara lain lilin wol, lilin jasad renik. Lilin dari tumbuh-tumbuhan antara lain lilin palma, lilin rotan. Lilin dari minyak bumi seperti lilin paraffine ( Paraffine Wax ), ceresine, dan petrolatum.

·         Lilin synthesis

Seperti carbo wax dan halo-wax yang dibuat dari bahan synthesis.

4.3.9.      Pertasol

Pertasol adalah hydrocarbon solvent yang dihasilkan oleh Kilang PERTAMINA di Cepu. Solvent ini berwarna jernih, stabil, tidak korosif, cepat menguap. Merupakan fraksi napta ringan yang terbentuk dari senyawa aliphatic ( paraffin dan cycloparaffin / naphtanic) dan kandungan aromatic hydrocarbon yang rendah. Sifat toxicity relatif rendah karena kandungan Benzene yang rendah.

4.3.10.  Toluena

Toluena, juga dikenal sebagai methylbenzene, atau toluol, adalah zat bersifat cair, larut cairan dengan bau khas pengencer cat, mengingatkan senyawa benzena terkait. Ini adalah hidrokarbon aromatik yang banyak digunakan sebagai bahan baku industri dan sebagai pelarut. Seperti pelarut lainnya, toluena juga digunakan sebagai obat untuk inhalant sifat memabukkan, namun hal ini menyebabkan kerusakan neurologis yang parah.

Nama toluena berasal dari nama lama toluol, yang mengacu pada tolu balsam, harum ekstrak dari pohon Kolombia tropis Myroxylon balsamum, dari yang pertama kali diisolasi. Ini pada awalnya dinamai oleh Jöns Jakob Berzelius.

Toluena bereaksi sebagai hidrokarbon aromatik yang normal terhadap substitusi aromatik elektrofilik. Metil membuat sekitar 25 kali lebih reaktif daripada benzena pada reaksi tersebut. Tersebut mengalami sulfonation halus untuk memberikan toluenasulfonat p-asam, dan klorinasi oleh Cl2 di hadapan FeCl3 untuk memberikan orto dan para isomer chlorotoluene. Tersebut mengalami nitration untuk memberikan orto dan para nitrotoluene isomer, tetapi jika dipanaskan dapat memberikan dan akhirnya dinitrotoluene Trinitrotoluena peledak (TNT).

4.3.11.  Heavy Aromat

Heavy Aromate diproduksi di Kilang PERTAMINA UP IV Cilacap sebagai produk samping yang dihasilkan oleh unit Naptha Hydrotreated Unit.

Aplikasi / Kegunaan :

-    Heavy aromate digunakan sebagai bahan baku solvent.

4.4.  Produk Gas

4.4.1.      LPG ( Liquified Petroleum Gas )

LPG (liquified petroleum gas, harafiah: "gas minyak bumi yang dicairkan"), adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan menurunkan suhunya, gas berubah menjadi cair. Komponennya didominasi propana (C3H8) dan butana (C4H10). LPG juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12).

Dalam kondisi atmosfer, LPG akan berbentuk gas. Volume LPG dalam bentuk cair lebih kecil dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu LPG dipasarkan dalam bentuk cair dalam tabung-tabung logam bertekanan. Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya, tabung LPG tidak diisi secara penuh, hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasaya sekitar 250:1.

Tekanan di mana LPG berbentuk cair, dinamakan tekanan uap-nya, juga bervariasi tergantung komposisi dan temperatur; sebagai contoh, dibutuhkan tekanan sekitar 220 kPa (2.2 bar) bagi butana murni pada 20 °C (68 °F) agar mencair, dan sekitar 2.2 MPa (22 bar) bagi propana murni pada 55 °C (131 °F).

Menurut spesifikasinya, LPG dibagi menjadi tiga jenis yaitu LPG campuran, LPG propana dan LPG butana. Spesifikasi masing-masing LPG tercantum dalam keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi Nomor: 25K/36/DDJM/1990. LPG yang dipasarkan Pertamina adalah LPG campuran.

Sifat LPG terutama adalah sebagai berikut:

·         Cairan dan gasnya sangat mudah terbakar

·         Gas tidak beracun, tidak berwarna dan biasanya berbau menyengat

·         Gas dikirimkan sebagai cairan yang bertekanan di dalam tangki atau silinder.

·         Cairan dapat menguap jika dilepas dan menyebar dengan cepat.

·         Gas ini lebih berat dibanding udara sehingga akan banyak menempati daerah yang rendah.

Penggunaan LPG  di Indonesia terutama adalah sebagai bahan bakar alat dapur (terutama kompor gas). Selain sebagai bahan bakar alat dapur, LPG juga cukup banyak digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor (walaupun mesin kendaraannya harus dimodifikasi terlebih dahulu).

Salah satu risiko penggunaan LPG adalah terjadinya kebocoran pada tabung atau instalasi gas sehingga bila terkena api dapat menyebabkan kebakaran. Pada awalnya, gas LPG tidak berbau, tapi bila demikian akan sulit dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas. Menyadari itu Pertamina menambahkan gas mercaptan, yang baunya khas dan menusuk hidung. Langkah itu sangat berguna untuk mendeteksi bila terjadi kebocoran tabung gas.

Tekanan LPG cukup besar (tekanan uap sekitar 120 psig), sehingga kebocoran LPG akan membentuk gas secara cepat dan merubah volumenya menjadi lebih besar.

4.4.2.      Bahan Bakar Gas ( BBG )

Bahan bakar gas (BBG) adalah gas bumi yang telah dimurnikan, ramah lingkungana, bersih, handal, murah, dan digunakan sebagai bahan bakar alternatif kendaraan bermotor. Komposisi BBG sebagian besar terdiri atas gas metana dan etana lebih kurang 90% dan selebihnya adalah gas propana, butana, nitrogen dan karbondioksida. BBG lebih ringan dari pada udara dengan berat sekitar 0,6036 dan mempunyai nilai oktan 120.

4.4.3.      Liquified Natural Gas ( LNG )

LNG adalah gas Alam yang dicairkan pada tekanan ambient dengan suhu sekitar –160^oC (-260^oF) dalam kondisi cair jenuh.

Spesifikasi Produk :

-    Nilai Bakar (HHV)     :  1105-1165 Btu/scf

-    Densitas                      :  435 KG/LT

-    Komposisi (Badak)     :  C₁ ³ 90%, C₂ = 8%, C₃ = 1,5%, iC₄ & nC₄ = 0,5%

Tujuan Pencairan Gas Alam:

-    Mudah Disimpan

-    Memudahkan Transportasi

Produk LNG menarik karena :

-    Hasil Pembakaran Lebih Bersih (Clean Energy)

-    Harga Bersaing dengan sumber energi yang lain.

           

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Minyak bumi uang terbentuk berasal dari fosil yang mengalami pengendapan Berjuta-juta tahun lalu. Kemudian dilakukan pengeboran dan diproses / dengan proses destilsi hingga menghasilkan minyak bumi. Adapun mutu bensin yang baik itu yang tidak menimbulkan pencemaran lingkungan.. Pengusahaan dan pemanfaatan minyak serta sumber daya energi lainnya secara tidak bertanggung jawab dan pembuangan Limbah secara sembarangan , akan mengakibatkan pencemaran yang merupakan awal malapetaka yang dasyat, berupa musnahnya semua bentuk kehidupan dari permukaan bumi

5.2. Saran

Oleh karena minyak bumi itu proses pembentukannya lama, maka kita harus berhemat dalam pemanfaatannya, agar minyak bumi itu tidak cepat habis. Dan penggunaan bensin / bahan bakar haruslah yang tidak berdampak negatif terhadap lingkungan alam sekitarnya.

DARTAR PUSTAKA

Nawawi, Harun. 1955. Minyak Bum; dan Hasil Minyak Bumi, Penggalian, Pengerjaan dan Pemakaiannya. Penerbit Buku Teknik: Jakarta.

Zuhdan, Ahmad. 1997. Crude oil ( Minyak Mentah ). PPT MIGAS : Cepu.

Purba, Michael. 2006. Kimia untuk SMA kelas X semester 2. Penerbit Erlangga: Jakarta.

http://migasnet07-suryo8060.blogspot.com/2010/01/produk-minyak-bumi.html

http://www.nesmd.com/shtml/22268.shtml

http://translate.google.co.id/translate?hl=id&sl=en&u=http://www.indonetwork.net/Archigama_Indonesia/245345/destilasi-vacuum-vacuum-distiller.htm&ei=xWiWS4K3Hs6_rAe1wvTsCw&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=7&ved=0CBMQ7gEwBjgK&prev=/search%3Fq%3Ddestilasi%2Bhigh%2Bvaccum%26start%3D10%26hl%3Did%26client%3Dopera%26sa%3DN%26rls%3Den

http://www.pertamina.com/download/wartapertamina/wpagustus2007.pdf

http://www.pertamina-up6.com/internet/refinery.php

http://www.pdfqueen.com/pdf/ma/makalah-migas/

http://nzafee.wordpress.com/2009/09/17/proses-di-kilang-minyak-bumi/

http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2008/Riski%20Septiadevana%200606249_IE6.0/halaman_11.html

http://www.iptek.net.id/ind/?mnu=8&ch=jsti&id=61

http://www.forumsains.com/ilmu-teknik/pengolahan-minyak-bumi/

http://www.anakciremai.com/2008/07/makalah-kimia-tentang-minyak-bumi.html

materi teknik tenaga listrik

Materi Kuliah Teknik Tenaga Listrik

1.      SISTEM TENAGA LISTRIK

1.1.           Elemen Sistem Tenaga

Salah satu cara yang paling ekonomis, mudah dan aman untuk mengirimkan energi adalah melalui bentuk energi listrik. Pada pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan baker fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik.

Melalui transformator penaik tegangan (step-up transformer), energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi yang dengan demikian berarti rugi-rugi panas (heat-loss) I²R dapat dikurangi. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformer).

Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya.

Satuan listrik :

Arus listrik (I) => ampere

Tegangan listrik (V) = beda potensial => volt

Tahanan (R) = resistansi => ohm

Reaktansi (X)=> ohm

Impedansi (Z)= R ± jX => ohm

Daya (S) = P ± jQ => volt ampere

Daya aktif (P) => watt

Daya reaktif (Q) => volt ampere reaktif

Energi (E) => watt-hour (watt-jam)

Faktor daya (cos j) => tidak ada satuan

1.2.           Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan bahan bakar minyak, gas alam, atau batubara untuk membangkitkan panas dan uap pada BOILER. Uap ini kemudian dipergunakan untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Uap yang telah melalui turbin kemudian menjadi uap bertekanan dan bersuhu rendah. Uap ini kemudian dilewatkan melalui kondenser yang menyerap panas uap tersebut sehingga uap tersebut berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.

1.3.           Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Sebagaimana halnya Pusat Listrik Tenaga Diesel, PLTG merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan baker berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas sebagai hasil pembakaran ini kemudian bekerja sebagai fluida yang memutar roda turbin yang terkopel dengan generator sinkron.

1.4.           Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersusun dalam pipa-pipa berkelompok, disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap ini kemudian menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU.

1.5.           Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)

Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung kepada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis dan Kaplan.

2.      DASAR ELEKTROMEKANIK

2.1.           Konversi Energi Elektromekanik

Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu system ke system lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lainnya. Dengan demikian, medan magnet di sini selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai medium untuk mengkopel perubahan energi.

Dengan mengingat hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektromekanik dapat dinyatakan sebagai berikut (untuk motor):

(Energi Listrik sebagai input) = (Energi Mekanik sebagai output + Energi panas) + (Energi pada medan magnet dan rugi-rugi magnetic)

atau dalam persamaan differensial, konversi energi dari elektris ke mekanis adalah sebagai berikut:

dW_E = dW_M + dW_F

Ini hanya berlaku ketika proses konversi energi sedang berlangsung pada keadaan dinamis yang transient. Untuk keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan, maka

dW_F = 0

dW_E = dW_M

2.2.           Gaya Gerak Listrik

Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus sejauh ds memotong suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang efektif l adalah:

df = B l ds

Dari Hukum Faraday diketahui bahwa gaya gerak listrik (ggl)

E = df/dt

Maka e = B l ds/dt; dimana ds/dt = v = kecepatan

Jadi, e = B l v

2.3.           Kopel

Arus listrik I yang dihasilkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B akan menghasilkan suatu gaya F sebesar:

F = B I l

Jika jari-jari rotor adalah r, maka kopel yang dibangkitkan adalah

T = F r

Perlu diingat bahwa saat gaya F dibangkitkan, konduktor bergerak di dalam medan magnet da seperti diketahui akan menimbulkan gaya gerak listrik yang merupakan reaksi (lawan) terhadap tegangan penyebabnya. Agar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik (motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar daripada gaya gerak listrik lawan.

Begitu pula, suatu gerak konduktor di dalam medan magnet akan membangkitkan tegangan e = B l V dan bila dihubungkan dengan beban, akan mengalir arus listrik I atau energi mekanik berubah menjadi energi listrik (generator). Arus listrik yang mengalir pada konduktor tadi merupakan medan magnet pula dan akan berinteraksi dengan medan magnet yang telah ada (B). Interaksi medan magnet merupakan gaya reaksi (lawan) terhadap gerak mekanik yang diberikan. Agar konversi energi mekanik ke energi listrik dapat berlangsung, energi mekanik yang diberikan haruslah lebih besar dari gaya reaksi tadi.

2.4.           Mesin Dinamik Elementer

Pada umumnya mesin dinamik terdiri atas bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. Di antara rotor dan stator terdapat celah udara. Stator merupakan kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor yang saling dihubungkan ujungnya (lihat gambar) untuk mendapatkan tegangan induksi (ggl).

Jika kumparan rotor diputar dengan arah berlawanan dari arah jarum jam, tegangan akan dibangkitkan dengan arah yang berlawanan pada kedua ujung rotor yang tidak dihubungkan.

Simulasi mesin dinamis (generator) dapat dilihat pada situs ini.

http://www.sciencejoywagon.com/physicszone/lesson/otherpub/wfendt/generatorengl.htm

2.5.           Interaksi Medan Magnet

Kerja suatu mesin dinamis dapat juga dilihat dari segi adanya interaksi antar medan magnet stator dan rotor, yaitu:

F = B I l

Seperti diketahui, arus listrik (I) pada persamaan di atas akan menimbulkan fluks juga di sekitar konduktor yang dilalui. Bila kerapatan fluks akibat arus listrik dinyatakan dengan B_s (pada stator), sedang kerapatan fluks akibat kumparan medan adalah B_r (pada rotor), maka dapat dituliskan:

T = K B_r B_s sin d

Dimana

d adalah sudut antara kedua sumbu medan magnet B_r dan B_s

K adalah konstanta l x r

Sudut d dikenal sebagai sudut kopel atau sudut daya dengan harga maksimum d = 90^o. Dengan menganggap B_r dan B_s sebagai fungsi arus rotor dan arus stator, persamaan kopel menjadi:

T = K I_r I_s sin d

Dengan demikian, kopel terjadi sebagai interaksi antara dua medan magnet atau dua arus.

2.6.           Derajat Listrik

Pada setiap satu kali putaran mesin, tegangan induksi yang ditimbulkan sudah menyelesaikan p/2 kali putaran. Maka untuk mesin 4 kutub, satu kali putaran mekanik mesin (360^o) berarti sama dengan dua kali putaran listrik (720^o). Persamaan umumnya adalah sebagai berikut:

q_e = (p/2) q_m

p = jumlah kutub mesin

q_e = sudut listrik

q_m = sudut mekanik

2.7.           Frekuensi

Dari persamaan di atas, diketahui bahwa untuk setiap satu siklus tegangan listrik yang dihasilkan, mesin telah menyelesaikan p/2 kali putaran. Karena itu frekuensi gelombang tegangan adalah:

f = (p/2) (n/60)

n = rotasi per menit

n/60 = rotasi perdetik

Kecepatan sinkron untuk mesin arus bolak-balik lazim dinyatakan dengan

n_s = 120 (f/p)

Jadi misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan frekuensi 50 putaran per detik dan mempunyai jumlah kutub p=2, maka kecepatan berputar mesin tersebut adalah:

n_s = (120 x 50)/2 = 3000 rpm.

Sumber lainnya tentang elektromagnetik:

http://www.physics.uiowa.edu/~umallik/adventure/induction.htm

3.      MOTOR INDUKSI

Motor induksi merupakan motor arus bolak balik (ac) yang paling luas penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.

Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (n_s = 120f/2p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan ikut berputar mengikuti medan putar stator.

Perbedaan putaran relative antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi , bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan rotor sangkar.

Gambar motor induksi.

Sumber : http://www.automatedbuildings.com/news/jul01/art/abbd/abbd.htm

3.1.           Medan Putar

Sumber : http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2144.htm

Sebelum kita membahas bagaimana rotating magnetic field (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar, marilah kita tinjau bagaimana medan putar ini dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus bolak balik tiga fasa pula.

Belitan stator terhubung wye (Y). Dua belitan pada masing-masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. Sepanjang waktu, medan magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (zero), maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus yang mengalir pada system tiga fasa mempunyai perbedaan 120^o, maka medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120^o pula.

Ketiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. Karenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga berputar agar bersesuaian dengan medan magnet stator.

Gambar belitan stator tiga fasa.

Pada sepanjang waktu, medan magnet dari masing-masing fasa bergabung untuk menghasilkan medan magnet yang posisinya bergeser hingga beberapa derajat. Pada akhir satu siklus arus bolak balik, medan magnet tersebut telah bergeser hingga 360^o, atau satu putaran. Dan karena rotor juga mempunyai medan magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepadanya, rotor juga akan berputar hingga satu putaran. Penjelasan mengenai ini dapat dilihat pada gambar selanjutnya.

Putaran medan magnet dijelaskan pada gambar di bawah dengan “menghentikan” medan tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai dengan interval 60o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa A,B, dan C. Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A’, B’, dan C’.

Gambar putaran motor induksi dan medan putar.

Pada posisi T1, arus pada fasa C berada pada harga positif maksimumnya. Pada saat yang sama, arus pada fasa A dan B berada pada separuh harga negative maksimumnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk secara vertical dengan arah ke bawah, dengan kekuatan medan maksimum terjadi sepanjang fasa C, antara kutub C (utara) dengan C’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang dihasilkan sepanjang fasa A dan B, dengan kutub-kutub A’ dan B’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan B menjadi kutub-kutub selatan.

Pada posisi T2, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 60 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa A telah naik hingga harga negative maksimumnya. Arus pada fasa B mempunya arah yang berlawanan dan berada pada separuh harga maksimum positifnya. Begitu pula arus pada fasa C telah turun hingga separuh dari harga maksimum positifnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk ke kiri arah bawah, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa A, antara kutub-kutub A’ (utara) dan A (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang timbul sepanjang fasa B dan C, dengan kutub-kutub B dan C menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub B’ dan C’ menjadi kutub-kutub selatan. Di sini terlihat bahwa medan magnet pada stator motor secara fisik telah berputar sebanyak 60^o.

Pada posisi T3, gelombang sinus arus berputar lagi 60 derajat listrik dari posisi sebelumnya hingga total rotasi pada posisi ini sebesar 120 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa B telah naik hingga mencapai harga positif maksimumnya. Arus pada fasa A telah turun hingga separuh dari harga negative maksimumnya, sementara arus pada fasa C telah berbalik arah dan berada pada separuh harga negative maksimumnya pula. Medan magnet yang dihasilkan mengarah ke atas kiri, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa B, antara kutub B (utara) dan B’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah sepanjang fasa A dan C, dengan kutub-kutub A’ dan C’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan C menjadi kutub-kutub selatan. Sehingga terlihat di sini bahwa medan magnet pada stator telah berputar 60^o lagi dengan total putaran sebesar 120^o.

Pada posisi T4, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 180 derajat listrik dari titik T1 sehingga hubungan antara arus-arus fasa adalah indentik dengan posisi T1 kecuali bahwa polaritasnya telah berbalik. Karena fasa C kembali pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C kembali berada pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C akan memiliki kekuatan medan maksimum. Meskipun demikian, dengan arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan pada fasa C, medan magnet yang timbul mempunyai arah ke atas antara kutub C’ (utara) dan C (selatan). Terlihat bahwa medan magnet sekarang telah berotasi secara fisik sebanyak 180o dari posisi awalnya.

Pada posisi T5, fasa A berada pada harga positif maksimumnya, yang menghasilkan medan magnet ke arah atas sebelah kanan. Kembali, medan magnet secara fisik telah berputar 60^o dari titik sebelumnya sehingga total rotasi sebanyak 240^o. Pada titik T6, fasa B berada pada harga maksimum negative yang menghasilkan medan magnet ke arah bawah sebelah kanan. Medan magnet pun telah berotasi sebesar 60^o dari titik T5 sehingga total rotas adalah 300^o.

Akhirnya, pada titik T7, arus kembali ke polaritas dan nilai yang sama seperti pada Posisi T1. Karenanya, medan magnet yang dihasilkan pada posisi ini akan identik dengan pada posisi T1. Dari pembahasan ini, terlihat bahwa untuk satu putaran penuh gelombang sinus listrik (360^o), medan magnet yang timbul pada stator sebuah motor juga berotasi satu putaran penuh (360^o). Sehingga, dengan menerapkan tiga-fasa AC kepada tigfa belitan yang terpisah secara simetris sekitar stator, medan putar (rotating magnetic field) juga timbul.

3.2.           SLIP

Jika arus bolak balik dikenakan pada belitan stator dari sebuah motor induksi, sebuah medan putar timbul. Medan putar ini memotong batang rotor dan menginduksikan arus kepada rotor. Arah aliran arus ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk generator.

Arus yang diinduksikan ini akan menghasilkan medan magnet di sekitar penghantar rotor, berlawanan polaritas dari medan stator, yang akan mengejar medan magnet pada stator. Karena medan pada stator terus menerus berputar, rotor tidak pernah dapat menyamakan posisi dengannya alias selalu tertinggal dan karenanya akan terus mengikuti putaran medan pada stator sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar  Induction Motor

Dari penjelasan di atas, terlihat bahwa rotor pada motor induksi tidak pernah dapat berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan medan putar. Jika kecepatan rotor sama dengan keceparan medan putar stator, maka tidak ada gerak relatif antara keduanya, dan tidak akan ada induksi EMF kepada rotor. Tanpa induksi EMF ini, tidak akan ada interaksi medan yang diperlukan untuk menimbulkan gerak. Rotor, karenanya ahrus berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dari kecepatan medan putar stator jika gerak relatif tersebut harus ada antara keduanya.

Persentase perbedaan antara kecepatan rotor dan kecepatan medan putar disebut dengan slip. Semakin kecil slip, semakin dekat pula kecepatan rotor dengan kecepatan medan putar. Persen slip dapat dicari menggunakan Equation (12-1).

dimana

N_S= kecepatan sinkron (rpm) N_R= kecepatan rotor (rpm)

Kecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu motor dapat dicari dengan menggunakan Equation (12-2).

dimana

 

Contoh: Sebuah motor induksi dua kutub, 60 Hz, mempunyai kecepatan pada beban penuh sebesar 3554 rpm. Berapakah persentase slip pada beban penuh?

Solusi:

3.3.           Torque

Torque motor induksi AC tergantug kepada kekuatan medan rotor dan stator yang saling berinteraksi dan hubungan fasa antara keduanya. Torque dapat dihitung dengan Equation (12-3).

dimana

Selama operasi normal, K,   , dan cos  adalah konstan, sehingga torque berbanding lurus dengan arus rotor. Arus rotor meningkat dengan proporsi yang sama dengan slip. Perubahan torque terhadap slip menunjukkan bahwa begitu slip naik dari nol hingga –10%, torque naik secara linier. Begitu torque dan slip naik melebihi torque beban penuh, maka torque akan mencapai harga maksimum sekitar 25% slip. Torque maksimum disebut breakdown torque motor. Jika beban dinaikkan melebihi titik ini, motor akan stall dan segera berhenti. Umumnya, breakdown torque bervariasi dari 200 hingga 300% torque beban penuh. Torque awal (starting torque) adalah nilai torque pada 100% slip dan normalny 150 hingga 200% torque beban penuh. Seiring dengan pertambahan kecepatan dari rotor, torque akan naik hingga breakdown torque dan turun mencapai nilai yang diperlukan untuk menarik beban motor pada kecepatan konstan, biasanya antara 0 – 10%. Gambar berikut menunjukkan karakteristik Torque terhadap slip.

3.4.           Motor Satu Fasa

Jika dua belitan stator dengan impedansi yang tidak sama dipisahkan sejauh 90 derajat listrik dan terhubung secara parallel ke sumber satu fasa, medan yang dihasilkan akan tampak berputar. Ini disebut dengan pemisahan fasa (phase splitting).

Pada motor fasa terpisah (split-phase motor), dipergunakanlah lilitan starting untuk penyalaan. Belitan ini mempunyai resistansi yang lebih tinggi dan reaktansi yang lebih rendah dari belitan utama. Jika tegangan yang sama V_T dikenakan pada belitan starting dan utama, arus pada belitan utama (I_M) tertinggal dibelakang arus pada belitan starting (I_S). Sudut antara kedua belitan mempunyai beda fasa yang cukup untuk menimbulkan medan putar untuk menghasilkan torque awal (starting torque). Ketika motor mencapai 70 hingga 80% dari kecepatan sinkron, saklar sentrifugal pada sumbu motor membuka dan melepaskan belitan starting. Motor satu fasa biasanya digunakan untuk aplikasi kecil seperti peralatan rumah tangga (contoh mesin pompa).

3.5.           Motor Sinkron

Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan stator yang menghasilkan medan putar. Tidak seperti motor induksi, motor sinkron dieksitasi oleh sebuah sumber tegangan dc di luar mesin dan karenanya membutuhkan slip ring dan sikat (brush) untuk memberikan arus kepada rotor. Pada motor sinkron, rotor terkunci dengan medan putar dan berputar dengan kecepatan sinkron. Jika motor sinkron dibebani ke titik dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada torque yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor karena torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron; karenanya motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron.

Motor sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan yang ditempatkan pada slot rotor. Slip ring dan sikat digunakan untuk mensuplai arus kepada rotor.

Penyalaan Motor Sinkron

Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu. Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95% kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.

Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban (no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis (gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .

Gambar sudut torque (torque angle)

Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari sinkronisasi , maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.

4.      GENERATOR AC (ALTERNATOR)

Hampir semua tenaga listrik yang dipergunakan saat ini bekerja pada sumber tegangan bolak balik (ac), karenanya, generator ac adalah alat yang paling penting untuk menghasilkan tenaga listrik. Generator ac, umumnya disebut alternator, bervariasi ukurannya sesuai dengan beban yang akan disuplai. Sebagai contoh, alternator pada PLTA mempunyai ukuran yang sangat besar, membangkitkan ribuan kilowatt pada tegangan yang sangat tinggi. Contoh lainnya adalah alternator di mobil, yang sangat kecil sebagai perbandingannya. Beratnya hanya beberapa kilogram dan menghasilkan daya sekitar 100 hingga 200 watt, biasanya pada tegangan 12 volt.

Sumber lain : http://www.rowand.net/Shop/Tech/AlternatorGeneratorTheory.htm

4.1.           Dasar-dasar Generator AC

Berapapun ukurannya, semua generator listrik, baik ac maupun dc, bergantung kepada prinsip induksi magnet. EMF diinduksikan dalam sebuah kumparan sebagai hasil dari (1) kumparan yang memotong medan magnet, atau (2) medan magnet yang memotong sebuah kumparan. Sepanjang ada gerak relative antara sebuah konduktor dan medan magnet, tegangan akan diinduksikan dalam konduktor. Bagian generator yang mendapat induksi tegangan adalah armature. Agar gerak relative terjadi antara konduktor dan medan magnet, semua generator haruslah mempunyai dua bagian mekanis yaitu rotor dan stator.

ROTATING-ARMATURE ALTERNATOR

Alternator armature bergerak (rotating-armature alternator) mempunyai konstruksi yang sama dengan generator dc yang mana armature berputar dalam sebuah medan magnet stasioner. Pada generator dc, emf dibangkitkan dalam belitan armature dan dikonversikan dari ac ke dc dengan menggunakan komutator (sebagai penyearah). Pada alternator, tegangan ac yang dibangkitkan tidak diubah menjadi dc dan diteruskan kepada beban dengan menggunakan slip ring. Armature yang bergerak dapat dijumpai pada alternator untuk daya rendah dan umumnya tidak digunakan untuk daya listrik dalam jumlah besar.

ROTATING-FIELD ALTERNATORS

Alternator medan berputar mempunyai belitan armature yang stasioner dan sebuah belitan medan yang berputar. Keuntungan menggunakan system belitan armature stasioner adalah bahwa tegangan yang dihasilkan dapat dihubungkan langsung ke beban.

Jenis armature berputar memerlukan slip ring dan sikat untuk menghantarkan arus dari armature ke beban. Armature, sikat dan slip ring sangat sulit untuk diisolasi, dan percikan bunga api dan hubung singkat dapat terjadi pada tegangan tinggi. Karenanya, alternator tegangan tinggi biasanya menggunakan jenis medan berputar. Karena tegangan yang dikenakan pada medan berputar adalah tegangan searah yang rendah, problem yang dijumpai pada tegangan tinggi tidak terjadi.

Armature stasioner, atau stator, pada alternator jenis ini mempunyai belitan yang dipotong oleh medan putar (rotating magnetic field). Tegangan yang dibangkitkan pada armature sebagai hasil dari aksi potong ini adalah tegangan ac yang akan dikirimkan kepada beban.

Stator terdiri dari inti besi yang dilaminasi dengan belitan armature yang melekat pada inti ini.

Sumber : http://www.adtdl.army.mil/cgi-bin/atdl.dll/fm/55-509-1/Ch13.htm

4.2.           Fungsi-Fungsi Komponen Alternator

Secara umum generator ac medan berputar terdiri atas sebuah alternator dan sebuah generator dc kecil yang dibangun dalam satu unit. Keluaran dari alternator merupakan tegangan ac untuk menyuplai beban dan generator dc dikenal sebagai exciter untuk menyuplai arus searah bagi medan putar.

Gambar generator ac dan schematic-nya

Exciter adalah sebuah generator dc eksitasi sendiri dengan belitan shunt. Medan exciter menghasilkan intensitas fluks magnetic antara kutub-kutubnya. Ketika armature exciter berotasi dalam fluks medan exciter, tegangan diinduksikan dalam belitan armature exciter. Keluaran dari komutator exciter dihubungkan melalui sikat dan slip ring ke medan alternator. Karena arusnya adalah arus searah, maka arus selalu mengalir dalam satu arah melalui medan alternator. Sehingga, medan magnet dengan polaritas tetap selalu terjadi sepanjang waktu dalam belitan medan alternator. Ketika alternator diputar, fluks magnetiknya dilalukan sepanjang belitan armature alternator. Tegangan bolak balik pada belitan armature generator ac dihubungkan ke beban melalui terminal.

PRIME MOVER (Penggerak Utama)

Semua generator, besar dan kecil, ac dan dc, membutuhkan sebuah sumber daya mekanik untuk memutar rotornya. Sumber daya mekanis ini disebut prime mover. Prime mover dibagi dalam dua kelompok yaitu untuk high-speed generator dan low-speed generator. Turbin gas dan uap pada PLTG dan PLTU adalah penggerak utama berkecepatan tinggi sementara mesin pembakaran dalam (internal combustion engine), air pada PLTA dan motor listrik dianggap sebagai prime mover berkecepatan rendah.

Jenis prime mover memainkan peranan penting dalam desain alternator karena kecepatan pada mana rotor diputar menentukan karakteristik operasi dan konstruksi alternator.

ROTOR ALTERNATOR

Ada dua jenis rotor yang digunakan untuk alternator medan berputar yaitu turbine-driven dan salient-pole rotor. Jenis turbine-driven digunakan untuk kecepatan tinggi dan salient-pole untuk kecepatan rendah. Belitan pada turbine-driven rotor disusun sedemikian rupa sehingga membentuk dua atau empat kutub yang berbeda. Belitan-belitan tersebut dilekatkan erat-erat di dalam slot agar tahan terhadap gaya sentrifugal pada kecepatan tinggi.

Salient-pole rotor seringkali terdiri dari beberapa kutub yang dibelit terpisah, dibautkan pada kerangka rotor. Salient-pole rotor mempunyai diameter yang lebih besar dari turbine-driven rotor. Pada putaran per menit yang sama, salient-pole memiliki gaya sentrifugal yang lebih besar. Untuk menjaga keamanan dan keselatan sehingga belitannya tidak terlempar keluar mesin, salient-pole hanya digunakan pada aplikasi keceparan rendah.

4.3.           Karakteristik Alternator dan Batasannya

Alternator di-rating berdasarkan tegangan yang dihasilkannya dan arus maksimum yang mampu diberikannya. Arus maksimum tergantung kepada rugi-rugi panas dalam armature. Rugi panas ini (rugi daya I²R) akan memanaskan konduktor, dan jika berlebihan akan merusak isolasi. Karenanya, alternator di-rating sesuai dengan arus ini dan tegangan keluarannya – dalam volt-ampere atau untuk skala besar dalam kilovolt-ampere.

Informasi mengenai kecepatan rotasinya, tegangan yang dihasilkan, batas arusnya dan karakteristik lainnya biasanya ditempelkan pada badan mesin – nameplate.

4.4.           Frekuensi

Frekuensi keluaran dari tegangan alternator tergantung kepada kecepatan rotasi dari rotor dan jumlah kutubnya. Semakin cepat, semakin tinggi pula frekuensinya. Semakin lambat, semakin rendah pula frekuensinya. Semakin banyak kutub pada rotor, semakin tinggi pula frekuensinya pada kecepatan tertentu.

Ketika rotor telah berotasi beberapa derajat sehingga dua kutub berdekatan (utara dan selatan) telah melewati satu belitan, tegangan yang diinduksikan dalam belitan tersebut akan bervariasi hingga selesai satu siklus. Untuk suatu frekuensi yang ditentukan, semakin banyak jumlah kutub, semakin lambat kecepatan putaran. Prinsip ini dapat dijelaskan sebagai berikut, misalkan; sebuah generator dua kutub harus berotasi dengan kecepatan empat kali lipat dari kecepatan generator delapan kutub untuk menghasilkan frekuensi yang sama dari tegangan yang dibangkitkan. Frekuensi pada semua generator ac dalam satuan hertz (Hz), yaitu banyaknya siklus per detik, berkaitan dengan jumlah kutub dan kecepatan rotasi sesuai dengan persamaan berikut:

dimana P adalah jumlah kutub, N adalah kecepatan rotasi dalam revolusi per menit (rpm) dan 120 adalah sebuah konstanta untuk konversi dari menit ke detik dan dari jumlah kutub ke jumlah pasangan kutub. Sebagai contoh, sebuah alternator dua kutub, 3600 rpm mempunyai frekuensi 60 Hz, ditentukan sebagai berikut:

Sebuah generator empat kutub dengan kecepatan 1800 rpm juga bekerja pada frekuensi 60 Hz.

Sebuah generator enam kutub 500 rpm mempunyai frekuensi

Sebuah generator 12 kutub dengan kecepatan 4000 rpm mempunyai frekuensi

4.5.           Pengaturan Tegangan

Sebagaimana yang telah kita lihat, ketika beban pada generator berubah, tegangan terminal pun ikut berubah. Besarnya perubahan tergantung pada desain generator.

Pengaturan tegangan pada sebuah alternator adalah perubahan tegangan dari beban penuh ke tanpa beban, dinyatakan sebagai persentase tegangan beban penuh, ketika kecepatan dan arus medan dc tetap konstan.

Anggap bahwa tegangan tanpa beban generator adalah 250 volt dan tegangan beban penuh adalah 220 volt. Persen regulasi adalah:

Untuk diingat, bahwa semakin kecil persentase regulasi, semakin baik pula regulasinya untuk kebanyakan aplikasi.

4.6.           Prinsip Pengaturan Tegangan AC

Di dalam sebuah alternator, tegangan bolak balik diinduksikan dalam belitan armature ketika medan magnet melewati belitan ini. Besarnya tegangan yang diinduksikan ini tergantung kepada tiga hal yaitu: (1) jumlah konduktor dengan hubungan seri pada setiap belitan, (2) kecepatan (rpm generator) pada mana medan magnet memotong belitan, dan (3) kekuatan medan magnet. Salah satu dari factor ini dapat digunakan untuk pengaturan tegangan yang diinduksikan dalam belitan alternator.

Jumlah belitan, tentu saja tidak berubah tetap ketika alternator diproduksi. Juga, jika frekuensi keluaran harus konstan, maka kecepatan medan putar haruslah konstan pula. Ini mengakibatkan penggunaan rpm alternator untuk pengaturan tegangan keluaran menjadi tidak diperbolehkan.

Sehingga, metode praktis untuk melakukan pengaturan tegangan adalah dengan mengatur kekuatan medan putar. Kekuatan medan elektromagnetik ini dapat berubah seiring dengan perubahan besarnya arus yang mengalir melalui kumparan medan. Ini dapat dicapai dengan mengubah-ubah besarnya tegangan yang dikenakan pada kumparan medan.

4.7.           Operasi Paralel Alternator

Alternator dapat dihubungkan secara parallel untuk (1) meningkatkan kapasitas keluaran dari suatu system melebihi apa yang didapat dari satu unit, (2) berfungsi sebagai daya cadangan tambahan untuk permintaan yang suatu ketika bertambah, atau (3) untuk pemadaman satu mesin dan penyalaan mesin standby tanpa adanya pemutusan aliran daya.

Ketika alternator-alternator yang sedang beroperasi pada frekuensi dan tegangan terminal yang berbeda, kerusakan parah dapat terjadi jika alternator-alternator tersebut secara mendadak dihubungkan satu sama lain pada satu bus yang sama (satu titik hubung). Untuk menghindari ini, mesin-mesin tersebut harus disinkronkan dahulu sebelum disambungkan bersama-sama. Ini dapat dicapai dengan menghubungkan satu generator ke bus (bus generator), dan mensinkronkan generator lainnya sebelum keduanya disambungkan. Generator dikatakan sinkron jika memenuhi kondisi berikut:

1.      Tegangan terminal yang sama. Diperoleh dengan menyetel kekuatan medan bagi generator yang hendak masuk ke dalam rangkaian (disambungkan).

2.      Frekuensi yang sama. Diperoleh dengan menyetel kecepatan prime mover dari generator yang hendak disambungkan.

3.      Urutan fasa tegangan yang sama.

Referensi:

Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya – ZUHAL

http://www.tpub.com/neets/book5/17.htm

http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2143.htm