View
83
Download
1
Category
Tags:
Preview:
DESCRIPTION
termo
Citation preview
MAKALAH
PLTU DAN ANALISA NERACA MASSA
DAN ENERGY BALANCE
Disusun Oleh :
Adam Satriansyah
Adi Wicaksono
Adik Bela Jannahti
Ardhi Handryan Nugroho
Ario Dwi Prabowo
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
2012
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat allah swt yang telah melimpahkan rahmat serta
hidayah nya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul pltu dan
analisa massa dan energi ini. makalah ini disusun dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah
keseimbangan energi dan juga sebagai acuan dalam presentasi.
Kami mengucapkan terimakasih sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah
membantu dalam penyusunan makalah ini.
Harapan kami, makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca untuk lebih
memahami tentang salah satu alat pengukuran yaitu multimeter.
Kami menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan. Untuk itu kami sangat
mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca agar kedepannya kami dapat menjadi lebih
baik.
Penyusun
PENDAHULUAN
Pembangkitan uap merupakan gabungan yang komplek dari ekonomiser, ketel uap,
pemanasan udara, pemanasan ulang dan pemanasan lanjut yang berfungsi mengubah air
jenuh menjadi uap panas lanjut dengan tekanan dan suhu yang tinggi. Ketel uap ( boiler )
adalah bagian utama dari pembangkit uap, dimana air ( pada cairan jenuh ) diubah menjadi
uap jenuh. Secara fisik ketel uap tidak mudah dibedakan dari ekonimiser, namun istilah ketel
uap kadang-kadang digunakan dalam leteratur untuk keseluruhan pembangkit uap. Secara
umum distribusi panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar sebagai berikut :
Gambar 1 diagram pembangkit uap pada boiler
PEMANAS AWALUDARA
PANAS LANJUT
EKONOMISER
KETEL UAP
DAPUR
UDARA DINGIN UDARA PANAS
BAHAN BAKAR
AIR DINGIN AIR PANAS
UAP JENUH
UAP PANAS LANJUT
GAS PANAS PEMBAKARAN
GAS BUANG KE CEROBONG
Dari kegunaanya pembangkit uap terdiri dari dua jenis yaitu :
1. pembangkit uap utilitas
– adalah pembangkit uap yang digunakan ubtuk instalasi pembangkit daya
listrik
– yang menghasilkan uap panas lanjut dengan tekanan diatas 130 bar dan suhu
540 °c
– bahan bakar yang digunakan adalah serbuk batu bara dan minyak maupun gas
– kapasitas terbesar 125 – 1250 kg/s
2. pembangkit uap nergyn
– adalah pembangkit uap yang digunakan untuk nergyn, nergy nergyn rokok,
tekstil, petrokimia, semen, dll
– uap yang dihasilkan adalah uap jenuh dengan tekanan sampai 105 bar
– bahan bakar : sampah, kayu, ampas tebu, minyak, batu bara, dan sebagainya
– kapasitas sampai 125 kg/s
Pada dasarnya pembentuk uap sendiri itu bermula pada ketel atau boiler. Berdasarkan
jenis laluannya boiler/ketel dibagi menjadi dua jenis antara lain :
1. Ketel pipa api
Adalah suatu ketel dimana gas gas panas hasil pembakaran dilalukan melalui pipa api
yang dibenamkan di dalam air, sehingga terbentuk uap di luar pipa. Gas – gas panas hasil
pembakaran bahan bakar di dalam dapur, meninggalkan dapur dan masuk di dalam pipa
pipa yang dibenamkan di dalam air, selanjutnya gas panas dibuang ke cerobong asap dan
air di luar pipa yang telah menerima panas berubah menjadi uap. Ketel pipa api ini
biasanya digunakan untuk mendapatkan kuantitas uap yang lebih banyak.
2. Ketel pipa air
Suatu ketel dimana gas-gas panas hasil pembakaran mengalir diluar pipa-pipa yang
berisi air agar terjadi sirkulasi alami. Dengan ketel pipa air ini akan menghasilkan uap
dengan kualitas yang lebih baik dibandingkan dengan ketel pipa api. Dua lemari air
( penaik dan penurun dihubungkan ke tangki (drum) oleh pipa pipa air ). Bila pipa-pipa
dipanasi, air yang di dalam pipa akan berubah menjadi uap, karena massa jenis uap lebih
kecil dari massa jenis air maka melalui lemari penaik, uap masuk kedalam tangki. Begitu
pula air dari drum melalui lemari penurun akan turun mengalir ke pipa air, demikian
seterusnya sehingga tebentuk uap.
DAPUR
MUKA AIR
UAP
CEROBONG
DAPUR
UAPAIR
CEROBONG
LEMARI PENURUNPIPA AIR
LEMARI PENAIK
TANGKI
DINDING
DINDING
GAMBAR KETEL UAP AIR
Selain pada ketel ada perangkat penghasil uap yang lainnya yaitu ekonomiser.
Ekonomiser atau ekonomisator adalah penukar kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
air dari air umpan yang akan dimasukkan ke dalam drum ketel uap dengan memanfaatkan gas
yang keluar dari pemanas lanjut / pemanas ulang. Istilah ekonomisator digunakan pada masa
lalu karena gas yang dibuang ke cerobong masih memiliki suhu yang tinggi akan
menimbulkan kerugian besar dalam ketersedian maupun efisiensi
Air Preheater
Air preheater adalah penukar kalor yang digunakan untuk memanaskan udara pembakaran
yang akan dimasukkan ke dalam dapur, dengan memanfaatkan gas yang keluar dari
ekonomiser yang akan dibuang ke cerobong
Superheater
Super heater dapat juga diartikan sebagai pemanas lanjut. Pemanas lanjut dan pemanas ulang
berfungsi mengubah uap basah ( uap jenuh ) yang keluar dari turbin uap menjadi uap kering.
Uap basah di alirkan melalui pipa pipa uap yang dibenamkan ke dalam api. Pemanas lanjut
dan pemanas ulang terbuat dari pipa pipa dengan diameter luar 1 : 3 inch. Pipa pipa ini tidak
diberi sirip karena sirip menyebabkan tegangan thermalnya meningkat dan pembersihannya
menjadi sulit.
Uap dan Pembentukannya
Untuk mengubah energi panas kedalam usaha mekanis diperlukan zat kerja yaitu bahan yang
dapat diisi panas yang dilepas oleh bahan bakar. Zat kerja tersebut untuk sementara
menyimpan energi panas kemudian digunakan untuk menggerakan sebuah mesin untuk
menghasilkan usaha mekanis. Uap adalah zat kerja yang baik sebab memiliki sifat:
1. dapat menyimpan sejumlah besar nergy
2. dapat diprodusi dari air yang murah dan mudah diperoleh
3. dapat dipergunakan untuk tujuan pemanas setelah tugasnya sebagai zat kerja selesai.
4. pembuatan uap dilakukan pada tekanan konstan
Pembakaran unsur-unsur bahan bakar
Pembakaran ialah reaksi kimia (persenyawaan) antar unsur-unsur bahan bakar dengan
oksigen disertai pelepasan panas dengan temperatur tinggi. Pembakaran sempurna terjadi bila
semua unsur-unsur bahan bakar terbakar dan semua dilepaskan. Hal ini hanya dapat
terlaksanan secara teoritis. Dua hal yang dapat mendorong apa sebab pembakaran harus
sempurna :
• bahan bakar mahal, sehingga pembakaran yang tidak sempurna (efisien) berarti
pemborosan
• pembakaran tak sempurna menimbulkan polusi udara
Keperluan udara teoritis per kg bahan bakar
• udara di dalam pembakaran pada hakekatnya adalah oksigen yang diperlukan dalam
pembakaran
• di udara kandungan oksigen 21%, nitrogen 79% (berdasarkan perbandingan volume)
sedangakan berdasarkan perbandingan masa oksigen 23%, nitrogen 77%
• keperluan udara teoritis per 1kg bahan bakar dapat dirumuskan :
ath = 11.56 C + 34.5 (H – O/8) + 4.32 S
keterangan
ath : udara teoritis yang diperlukan dalam pembakaran
C : kandungan karbon di dalam bahan bakar
H : kandungan nergyn di dalam bahan bakar
O : kandungan oksigen di dalam bahan bakar
S : kandungan sulfur di dalam bahan bakar
Keperluan udara nergy dalam setiap kg bahan bakar
Untuk menghasilkan pembakaran yang sempurna diperlukan udara lebih dalam pembakaran
yang dikenal dengan exses air ( α ) Keperluan udara aktual / kg bahan bakar :
Massa udara yang dibutuhkan dalam pembakaran actual
Didefinisikan sebagai perkalian keperluan udara aktual dalam setiap kg bahan bakar dengan
laju aliran massa bahan bakar yang digunakan dirumuskan :
❑❑❑❑ nergynergy
Neraca kalor pembangkit uap
Dalam satu reaksi pembakaran bahan bakar akan menghasilkan panas hasil pembakaran
tersebut, untuk suatu bahan bakar dengan nilai kalor bahan bakar Nk dan laju aliran massa
bahan bakar ṁbb, didapatkan nilai panas yang dihasilkan sebagai :
❑❑❑❑
Dan energy panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar tersebut akan didistribusikan
atas :
1. Energi yang dugunakan untuk menguapkan air ( ekonomiser, ketel, super heater )
a. Panas ke ekonomiser.
❑❑❑❑ (❑❑❑❑ )
Atau
❑❑❑❑❑❑ (❑❑❑❑)
b. Panas ke superheater.
❑❑❑❑ (❑❑❑❑ )
2. Panas yang hilang bersama gas buang.
❑❑❑❑❑❑ (❑❑❑❑)
❑❑❑❑❑❑
3. Distribusi panas yang lain.
❑❑❑❑❑❑❑❑❑❑
Panas yang terdistribusi ke uap :
❑❑❑❑❑❑
❑❑
❑❑
Diagram Sankey
Contoh Pengambilan Data Neraca Massa dan Energy Balance
Pada contoh pengambilan data suatu PLTU berbahan bakar batu bara dengan nilai kalor
bahan bakar , Nk = 5580 kJ/kg didapatkan data sebagai berikut :
data temperature :
- Temperatur sekitar = 30 oC
- Temperatur ruang bakar = 35 oC
- Temperatur udara keluar ketel = 374 oC
Data bahan bakar (batu bara) :
Unsur kimia dalam batu bara sesuai analisa ultimate
C = 53,62 %
H2 = 3,33 %
O2 = 14,18 %
S = 0,6 %
Data analisa gas bekas :
Cp = 3.111 kJ/kgK
Tgb = 85 oC
Pembakaran dengan excess air 10 %. Coal flow pada 307 ton/jam, dan pressure steam drum
pada 179 bar, dan uap dialirkan ke superheater sehingga keluar berupa uap superheater
dengan temperature 200 oC. Air untuk feed water masuk dengan temperature 30 oC yang
dialirkan melewati ekonomiser sehingga keluar sudah bertemperatur 80 oC, dengan Cp air
tersebut 2.34 kJ/kgK. Tentukan :
a. Energy balance unit tersebut.
b. Efisiensi boiler.
c. Diagram sankey.
Penyelesaian :
❑❑❑❑
❑❑ = 307 ton/jam = 85.3 kg/s
❑❑ = 85.3 x 5880 = 501564 kJ/kg
ath = 11.56 C + 34.5 (H – O/8) + 4.32 S
ath = 11.56 (0.5362) + 34.5 (0.0333 – 0.1418/8) + 4.32 (0.006)
ath = 6.762
excess air 10 % , α = 1.1
aak = 1.1 x 6.762 = 7.438
❑❑❑❑
❑❑ = 7.438 x 85.3 = 634.49 kg/s
❑❑❑❑❑❑
❑❑ = 85.3 + 634.49 = 719.79 kg/s
❑❑❑❑❑❑ (❑❑❑❑)
❑❑ = 634.49 x 2.43 x (80 – 30) = 78184.04 kJ/kg
❑❑❑❑ (❑❑❑❑ )
❑❑ adalah hg pada tekanan steam drum 179 bar = 2517.85 kJ/kg
❑❑ adalah h uap superheater, P 179 bar, T 200 oC = 2829 kJ/kg
❑❑ = 634.49 x (2829 – 2517.85) = 197960.88 kJ/kg
❑❑❑❑❑❑ (❑❑❑❑)
❑❑ = 719.79 x 3.111 x (85 – 30) = 118681.13 kJ/kg
❑❑❑❑ [❑❑❑❑❑❑]
❑❑ = 501564 – [78184.04 + 197960.88 + 118681.13] = 106737.95 kJ/kg
a. Energi balance :
Input (kJ/kg) % Output (kJ/kg) %
Q bahan bakar =
501564100
Qeko = 78184.04 15.59
Qsup = 197960.88 39.47
Qgb = 118681.13 23.66
Qr = 106737.95 21.28
Total = 100
b. Efisiensi = [ Qu/Qbb ] x 100 %
❑❑
❑❑
❑❑
c. Diagram sankey
ANALISA DAN KESIMPULAN
1. Analisa
Dari contoh permasalahan yang dibahas dan perhitungan yang dilakukan didapatkan
panas hasil pembakaran bahan bakar yang dapat didistribusikan pada uap memiliki
prosentase 55.06 % dari jumlah panas yang dihasilkan. Masih banyak panas yang
terbuah melalui gas buang, yaitu sekitar 23.66 %, yang hilang oleh rugi – rugi
konveksi pada saluran penampang distribusi panas juga masih tinggi, 21.28 %.
2. Kesimpulan.
Berdasarkan perhitungan yang dilakukan beserta analisanya dapat disimpulkan bahwa
masih banyak energy panas yang bisa dimanfaatkan pada gas buang sebelum gas itu
dipastikan harus dibuang. Karena disini belum menggunakan suatu reheater, mungkin
dengan penambahan reheat akan dapat memaksimalkan pemanfaatan panas hasil
pembakaran bahan bakar tersebut.
Recommended