Studi Eksperimen Karakteristik Pengeringan Batubara Terhadap Variasi Sudut Blade Pada Swirling Fluidized Bed Coal Dryer

Transkripsi

1 Studi Esperimen Karateristi Pengeringan Batubara Terhadap Variasi Sudut Blade Pada Swirling Fluidized Bed Coal Dryer Ahmad Sefrio dan Prabowo Teni Mesin, Faultas Tenologi Industri, Institut Tenologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Haim, Surabaya Boiler pada PLTU didesain untu menggunaan batu bara dengan nilai alor tinggi. Salah satu omponen subsystem boiler adalah pulverizer, pulverizer berfungsi untu menghalusan batu bara sebelum masu boiler, biasanya dipasang standby pulverizer untu menggantian pulverizer yang mengalami erusaan. Penggunaan low range coal aan berdampa terhadap pasoan batu bara dimana dibutuhan lebih banya batu bara untu memenuhi apasitas boiler, yang artinya pulverizer digunaan secara masimum, aibatnya reliability turun. Untu itu diperluan suatu tenologi pengeringan untu membantu inerja dari pulverizer. Dalam proses pengeringan aan melibatan perpindahan panas dan massa. Proses ini aan didefinisian dalam suatu studi esperimen yaitu swirling fluidized bed coal dryer. Percobaan dilauan dengan cara pengambilan sample. Kecepatan udara onstan, temperatur udara pengering 55 C, total watu pengeringan 30 menit dan beban yang digunaan adalah 600 gram. untu mengetahui efe dari proses pengeringan pada setiap sample, dilauan dengan cara di oven selama 3 jam menurut standart ASTM D5142, (American Standart Testing and Material). Pada esperimen ini divariasian sudut blade yaitu 10, 20 dan,30. Penelitian ini menghasilan esimpulan nilai drying rate pada sudut emiringan 10 memilii laju pengeringan paling cepat, Sedangan pada diagram psychrometric menunjuan proses yang terjadi pada udara pengering bahwa sudut 10 menghasilan nilai relative humidity yang paling tinggi yang artinya laju perpindahan massanya paling besar. Dari edua esimpulan tersebut dapat dinyataan variasi sudut 10 memberian laju pengeringan yang paling efisien. Kata Kunci : Swirling Bed Coal Dryer, Perpindahan panas dan Massa, Laju pengeringan. P I. PENDAHULUAN embangit listri tenaga uap (PLTU) adalah salah satu sumber energi utama di Indonesia. Agar dapat menghasilan listri secara optimal dan efisien, maa suatu PLTU batubara didesain untu menggunaan batubara dengan adar air (moisture) rendah dan nilai alor (heating value) tinggi. Jia digunaan batubara dengan adar air dan nilai alor di bawah spesifiasi pembangit, maa aan berpengaruh pada performa dan emisi yang dihasilan. Kadar air tinggi batubara yang dipaai sebagai bahan baar PLTU dapat mengaibatan esulitan fuel handling. Secara spesifi pemaaian batubara dengan elembaban 25% sd 40 % aan menyebaban rendahnya heating value, effisiensi pembangit turun, berurangnya apasitas mill, serta nainya biaya pemeliharaan. Penelitian ini dilauan berdasaran dari penelitian sebelumnya Levy d (2006). Dalam penelitiannya yang berjudul Use Of Coal Drying To Reduce Waterconsumed In Pulverized Coal Power Plants levy melauan penelitian terhadap efe pengeringan batubara dalam upaya untu mengurangi andungan air dalam batubara. Pengujian alat esperimen dilauan dalam naungan Riset Energi Center Fluidized Bed Laboratory. Ruang pengeringan bertipe fluidized bed dengan diameter 6 inchi. Udara pemanas dirancang mencapai suhu F dengan ecepatan mencapai 1.6 m/s. Penelitian ini juga mengacu pada penelitian yang dilauan oleh Mohd Faizal Mohideen, d (2011). dengan judul: Drying of Oil Palm Frond via Swirling Fluidization Technique. Yaitu penelitian tentang arateristi pengeringan daun sawit menggunaan prinsip swirling fuidized bed dryer. Proses penurunan adar moisture pada batu bara dilauan dengan proses pengeringan. Proses ini menggunaan udara yang telah dipanasan dengan menggunaan dua buah heat exchanger, temperatur dijaga onstan. Proses pengeringan dilauan dengan variasi sudut blade pada alat pengeringan. Dengan demiian pemanfaatan sumber energi batu bara semain efetif dan efisien. II. METODOLOGI A. Swirrling Fluidized Bed Coal Dryer a c Gambar 1. (a)water tan and water heater, (b) Heat exchanger, (c) sentrifugal blower, (d) swirling fludized bed coal dryer d b

2 Pada gambar 1. adalah sema alat swirling fluidized bed coal dryer terdiri dari empat omponen utama diantaranya, Drying chamber, sentrifugal blower, heat exchanger, water tan and water heater. Drying chamber berfungsi sebagai tempat untu terjadinya proses pengeringan, dimana pada chamber terdapat blade dengan emiringan tertentu. Sentrifugal blower berfungsi sebagai pemaso udara pengering, pengaturan debit dilauan dengan voltage regulator. Heat exchanger berfungsi sebagai penghasil udara panas yang digunaan sebagai udara pengering, untu menghasilan udara pengering digunaan dua buah heat exchanger dirangai seri. Water tan and water heater berfungsi sebagai pemaso flusida erja untu heat exchanger, fluida dialiran dengan menggunaan pompa yang sudah terintegrasi langsung pada water tan and water heater. Gambar 4. Posisi alat uur B. Analisa Perpindahan Panas Analisa yang digunaan untu menghitung proses perpindahan panas antara udara pengering dan batu bara adalah: q" = h A. (T s T ) (1) Nusselt number antara batu bara dengan udara pengering, dapat dihitung dengan persamaan sebagai beriut: Gambar 2. Drying chamber hl Nu L = (2) Prandlt number antara batu bara dengan udara pengering dirumusan sebagai beriut: c p µ ν = = α Pr (3) C. Analogi perpindahan Panas dan Perpindahan Massa Dari etiga perumusan diatas maa perpindahan massanya dapat dietahui, perumusan yang digunaan adalah dengan membandingan Nu dan Sh pada sebuah proses onvesi, sehingga didapatan persamaan : h m = h D AB Le n (4) Gambar 3. Peralatan penghasil udara pengering Untu menghasilan udara pengering digunaan dua buah radiator seperti terlihat pada gambar 3, dimana temperatur air yang disirulasian didalam radiator dijaga onstan, sehingga temperature udara pengeringan dapat ditentuan. Temperatur yang digunaan untu mengeringan batu bara adalah 55 C. dengan ecepatan 12,5m/s untu beban pengeringan 600gram, untu penempatan alat uur dapat dilihat pada gambar 4 dibawah. Dari persamaan di atas, Maa perpindahan massa yang terjadi dapat dihitung dengan persamaan sebagai beriut: n.( A, s ρ, ρ (5) " A = h m A ) D. Variasi Parameter Pada penelitian ini yang divariasian adalah sudut emiringan dari blade dengan variasi 10, 20, dan 30 dengan overlapping angel sebesar 6, total blade yang

3 digunaan adalah 30. Diameter luar chamber 190mm dan diameter dalam chamber 110mm. ecepatan udara onstan terhadap watu. tersebut ditambah dengan massa udara itu sendiri. Frasi massa dapat dihitung dengan persamaan: Y = m uap air m uap air +m udara ering (8) Moisture content basis basah didefinisian masa air didalam produ dibagi dengan massa produ basah. MC(% ) wb = mp,basah mp,ering mp,basah X 100% (9) E. Psychrometric chart Gambar.5 Geometri Blade F. Materials and method Untu messing batu bara dilauan dengan ayaan besar 10mm dan ayan ecil sebesar 5mm, batu bara diasumsian berbentu granular dengan dimensi ± 6mm. a b Gambar 7. (a) Batu bara, (b) Batu bara ± 6mm. Gambar 6. Psychrometric chart Psychrometric chart adalah grafi yang menggambaran tentang ondisi campuran udara dengan uap air (gambar 6). Analisa diagram psychrometric digunaan untu mengetahui proses yang dialami oleh udara saat bersinggungan batu bara. Untu menghitung ratio elembaban pada proses pengeringan adalah: m W ud = m uap air ud Kelembaban relatif (relative humidity) adalah perbandingan antara frasi moleul uap air (teanan uap air) di dalam udara basah terhadap frasi moleul uap air jenuh (teanan jenuh uap air, dapat dihitung dengan persamaan sebagai beriut: θ = P uap Ps Frasi massa merupaan perbandingan antara massa uap air yang terandung di dalam udara dengan massa uap air (6) (7) G. Prosedur esperimen Penelitian dilauan dengan suhu pengeringan 55 C, dengan sudut pengeringan 10, 20 dan 30, dan beban total pengeringan 600 gram. Pengering dioperasian tanpa produ selama 30 menit untu mendapatan ondisi pengering dalam ondisi stabil. Percobaan dilauan selama seitar 30 menit. Untu mengetahui perubahan adar air selama proses pengeringan diambil sampel dengan interval watu yang berbeda beda, untu 5 menit pertama interval watu setiap 1menit, 2 menit setelahnya sebanya 3 ali, dan interval 5menit sampai menit e 30, setiap sample di timbang, emudian untu mengetahui perbedaan perubahan moisture tiap pengambilan sample setiap watu, dilauan dengan cara sample di oven selama 3 jam dengan temperature 105 C selama 3 jam menurut standart ASTM ( American Standart Testing and Materials) dan hasil setelah dilauan proses tersebut sample emudian di timbang embali untu mengetahui perbedaannya. dari penelitian didapatan massa batu bara ering, massa batu bara basah, T DB dan Relative humidity serta ecepatan tiap variasi sudut blade. III. ANALISA DAN PEMBAHASAN Pada eperimen yang telah dilauan pada cyclone fluidized bed dryer, menghasilan beberapa data. Data tersebut diolah menjadi sebuah nilai drying rate, data diagram psychrometric dan apasitas sebuah pengeringan. Proses pengeringan merupaan proses pernyerapan atau perpindahan massa uap air dari batubara menuju udara

4 pengering. Jumlah batubara yang dieringan mengindiasian banyanya uap air yang harus diuapan. A. Relative humidity Pada gambar 9. trend line dari laju proses pengeringan mengalami penurunan moisture content. Dari trend tersebut terlihat pengaruh ecepatan udara pengeringan. Hal ini bisa diamati dengan membandingan urva, pada sudut 10 dengan ecepatan 12,5 m/s, mempunyai gradien paling curam jia dibandingan dengan urva lainnya (20 dan 30 ), artinya laju pengeringannya paling cepat. Disamping itu, dengan semain besar ecepatan, adar air terahir dari pengeringan aan semain rendah Mc% 10 = 2,590%, Mc% 20 = 2,72%, Mc 30% = 4,087%. C. Psychrometric chart. Gambar 8. perubahan relative humidity terhadap watu dengan variasi sudut blade Pada gambar 8. menunjuan besarnya nilai relatif humidity pada udara pengering dengan sudut blade dan 30, pada sudut blade 10 memilii relative humidity lebih besar dari sudut emiringan lainnya. pada periode pertama trend grafi mengalami Penurunan relative humidity yang tajam, Tingginya nilai relative humidity menandaan semain banyanya andungan uap air pada udara. Disamping itu, dengan semain besar ecepatan, adar air terahir dari pengeringan aan semain rendah. Kondisi-ondisi tersebut disebaban oleh beberapa hal yaitu : pertama, dengan ecepatan yang besar aan membantu pemerataan distribusi ahir suhu di dalam chamber demiian juga distribusi RH, edua, dengan ecepatan yang besar aan menaian transfer massa e ruang di dalam chamber dan dengan ecepatan sirulasi yang besar aan menaian oefisen perpindahan massa (adar air). B. Grafi drying rate Gambar 9. Grafi Drying rate fungsi watu Gambar 10. Proses pengeringan pada psychrometric chart Pada gambar 10. Adalah proses yang terjadi dalam psychrometric chart pada sudut emiringan 10, 20, dan 30 untu proses pengeringan pada 5 menit pertama. 1. Proses pertama : Proses pengeringan (cooling dan humidifying) dimana terjadi penyerapan moisture content batu bara yang diiuti dengan nainya nilai humidity ratio dan turunnya temperature udara pengering, ecepatan perpindahan moisture content batu bara e udara pengering terjadi aibat relative humidity dari udara lebih ecil dibandingan batu bara. (Garis 0-1) 2. Proses edua : Proses (Heating dan demihumidifying) dimana terjadi peningatan temperatur udara pengering dengan diiuti menurunnya nilai humidity ratio dalam udara pengering. Hal ini disebaban semain berurangnya moisture content yang terandung didalam batu bara. ( garis 1 3 ). 3. Proses etiga : Proses ini sama dengan proses edua (Heating dan demihumidifying) yaitu terjadi peningatan temperatur udara pengering dengan diiuti menurunnya nilai humidity ratio secara signifian berubah. Proses ini menunjuan sebuah arateristi dari sebuah pengeringan. Semain lama, udara pengering aan bertambah jenuh sehingga penyerapan moisture content semain sediit. dimana tida terjadi perubahan moisture conten dalam jumlah yang cuup besar ( garis 3-5 ).

5 D. Distribusi perpindahan massa UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapan terima asih sebanya-banyanya epada Dr.Eng. Prabowo, M.Eng, selau dosen pembimbing yang telah banya memberi masuan dan bimbingan selama proses pengerjaan tugas ahir ini. Dan juga penulis berterima asih pula terhadap Prof.Ir. Sutardi., M.Eng,PhD, Dr. Vivien Suphandani, M.Eng, dan Dedi Zulhidayat ST.MT,PhD selau dosen pembahas tugas ahir, atas masuan dan saran terhadap tugas ahir ini. Gambar 11. Pengaruh sudut terhadap laju perpindahan massa Pada gambar 11. menunjuan laju perpindahan massa tiap variasi sudut, trend line dari grafi terlihat menurun seiring dengan pertambahan nilai dari sudut emiringan blade. dari trend grafi dapat dilihat bahwa variasi sudut 10 memilii laju perpindahan massa paling tinggi dibandingan variasi sudut lainnya, hal ini diarenaan pengaruh ecepatan yang lebih tinggi pada variasi tersebut. Kecepatan berhubungan langsung dengan reynolds number, semain tinggi bilangan reynolds maa oefisien onvesinya aan semain tinggi (h), oefisien onvesi berbanding lurus dengan oefisien perpindahan massa onvesi dimana: h m = h D AB Le n dengan nainya nilai oefisien perpindahan massa onvesi maa laju perpindahan massanya juga aan semain tinggi, seperti dijabaran pada rumus di bawah ini: n A = h m. A. (ρ H2 O,coal ρ H2 O,inlet). IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Berdasaran analisa dan pembahasan pada bab sebelumnya, maa dalam penelitian studi esperimen arateristi laju pengeringan batubara terhadap variasi sudut blade 10, 20 dan 30 diambil esimpulan sebagai beriut: 1. Variasi sudut blade pada drying chamber dengan apasitas jumlah batubara yang sama, menghasilan sudut 10 memilii nilai relative humidity tertinggi. 2. Laju Pengeringan yang memilii laju yang paling bai dan watu proses paling singat yaitu sudut emiringan 10, emudian 20 dan Seiring dengan pertambahan watu udara pengeringan aan bertambah jenuh sehingga tida dapat membawa air lagi pada batu bara, hal ini aan beraibat pada drying rate yang semain lama semain menurun. 4. Proses pengeringan (cooling and humidifying) terjadi saat udara mengalami penurunan temperatur dan nainya humidity rasio, aibat adanya perpindahan moisture content dari batubara e udara pengering. DAFTAR PUSTAKA [1] PLN Puslitbang Ketenagalistrian Proses pengeringan menggunaan gas buang (flue gas). [2] Tim Kajian Batubara Nasional Batubara Indonesia. Pusat Litbang Tenologi Mineral dan Batubara. Indonesia. [3] Diretorat Jendral Mineral Batubara Pasoan Batubara ( ). Indonesia. [4] Stoecer, Wilbert F., Jones Refrigeration and Air Conditioning, 2 nd Edition. McGraw-Hill Inc. Urbana-Champaign. [5] Incropera, Fran P., DeWitt, Bergman, Lavine Fundamentals of Heat and Mass Transfer 6 th Edition. John Wiley & Sons Inc. New Yor. [6] Levy, Edward K., Sarunac, Bilirgen, Caram Use of Coal Drying To Reduce Water Consumed in Pulverized Coal Power Plants. Energy Research Center Lehigh University. Bethlehem. [7] Mohd Faizal Mohideen d Drying of Oil Palm Frond via Swirling Fluiization Technique. Universiti Tun Hussein Onn.Malaysia. [8] M.F.M Batcha and V.R Raghavan Experiment stidies pn a Swirling Fluidized Bed with Annular Distributor, Universiti Tun Hussein Onn.Malaysia. [9] Ferio Septian Putra Studi Numeri arateristi pengeringan batu bara terhadap variasi temperatur air heater pada flidized bed coal dryer dengan tube heater tersusun aligned dengan S T /D = 3,397 S L /D = 3,937.ITS Surabaya, Indonesia. [10] Munir, Misbaul, 2008, Studi Numeri Karateristi Pengeringan vaum dengan variasi teanan operasi, temperature heater dan metode pemberian panas, Jurusan Teni Mesin. Institut Tenologi Sepuluh Nopember. Surabaya. Indonesia