BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 2.1 Tinjauan Umum Boiler BAB II TINJAUAN PUSTAKA Salah satu peralatan yang sangat penting di dalam suatu pembangkit tenaga listrik adalah Boiler (Steam Generator) atau yang biasanya disebut ketel uap. Alat ini merupakan alat penukar kalor, dimana energi panas yang dihasilkan dari pembakaran diubah menjadi energi potensial yang berupa uap. Uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi inilah yang nantinya digunakan sebagai media penggerak utama Turbin Uap. Energi panas diperoleh dengan jalan pembakaran bahan bakar di ruang bakar. Gambar 2.1 Ketel Uap Klasifikasi Boiler Berbagai bentuk boiler telah berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan evaluasi dari produk-produk boiler sebelumnya yang dipengaruhi oleh gas

2 buang boiler yang mempengaruhi lingkungan dan produk steam seperti apa yang akan dihasilkan. Berikut adalah beberapa macam klasifikasi Boiler : Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa: a. Ketel pipa api (fire tube boiler) Pada ketel pipa api seperti tampak pada Gambar 2.2, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan ketel ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Ketel pipa api biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah dan sedang. Sebagai pedoman, ketel pipa api kompetitif untuk kecepatan steam sampai kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Ketel pipa api dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas atau bahan bakar padat dalam 6 operasi. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar ketel pipa api dikonstruksi sebagai paket boiler ( dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar. Gambar 2.2 Ketel Pipa Api (Omnical) Sumber Murni, Buku ajar ketel uap, 2012

3 b. Ketel pipa air (water tube boiler) Pada Ketel pipa air seperti tampak pada Gambar 2.2, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakaran membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Ketel ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus ketel untuk pembangkit tenaga listrik.untuk ketel pipa air yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. Karakteristik ketel pipa air sebagai berikut: Force, induce dan balance draft membantu untuk meningkatkan effisiensi. Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari pengolahan air. Memungkinkan untuk tingkat effisiensi panas yang lebih tinggi. Sumber Murni, Buku ajar ketel uap, 2012 Gambar 2.3 Ketel Pipa Air (YourDitionary.com)

4 2.2.2 Berdasarkan pemakaiannya: a) Ketel Stasioner (Stasionary boiler) atau ketel tetap Merupakan ketel-ketel yang didudukan di atas fundasi yang tetap, seperti ketel untuk pembangkit tenaga, untuk industri dan lain-lain sebagainya. b) Ketel pindah atau portable boiler. Merupakan ketel yang dipasang fundasi yang berpindah-pindah (mobil), seperti boiler lokomotif, lokomobil, dan ketel panjang serta lain yang sebagainya termasuk ketel kapal (marine Boiler) Bedasarkan pada poros tutup drum (shell) a. Ketel Tegak Ketel Tegak seperti tampak pada Gambar 2.3 (vertical steam boiler) adapun contoh ketel tegak adalah ketel Cocharn, Ketel Clarkson dan lain-lainnya. Sumber Murni, Buku ajar ketel uap, 2012 Gambar 2.4 Ketel Tegak (UNEP) b. Ketel mendatar (horizontal steam Boiler), Adapun yang termasuk jenis ketel ini adalah ketel Cornish, Lancashire( tampak pada Gambar 2.4), Scotch dan lain-lain.

5 Gambar 2.5 Ketel Mendatar (Lancashire) Sumber Murni, Buku ajar ketel uap, Berdasarkan bentuk dan letak pipa: a. Ketel dengan pipa lurus, bengkok dan terlekak-lekuk (straight, bent and sinous tubuler heating surface). b. Ketel dengan pipa miring datar dan miring tegak ( horizontal, inclined or vertical tubuler heating surface) Berdasarkan tekanan kerjanya: a. Ketel peredaran alami ( natural circulation steam boiler). Merupakan boiler dengan peredaran air didalam ketel terjadi secara alami yaitu air yang ringan naik, sedangkan air yang berat turun, sehingga terjadi aliran conveksi alami. Umumnya ketel beroperasi secara aliran alami, seperti ketel Lancashire, Babcock & Wilcox dan lain-lain. b. Ketel peredaran paksa ( force circulation steam boiler) Merupakan Boiler dengan aliran paksa, aliran paksa diperoleh dari pompa sentrifugal yang digerakan secara electric motor, misalnya system aliran paksa pada ketelketel bertekanan tinggi misalnya La-mont Boiler, Benson Boiler, Loeffer Boiler dan Velcan Boiler.

6 2.2.6 Berdasarkan kapasitasnya: a. Tekanan kerja rendah : 5 atm b. Tekanan kerja sedang : > 5-40 atm c. Tekanan kerja tinggi : > atm d. Tekanan kerja sangat tinggi : > 80 atm Berdasarkan pada sumber panasnya: a. Ketel uap dengan bahan bakar alami. b. Ketel uap dengan bahan bakar buatan. c. Ketel uap dengan dapur listrik. d. Ketel uap dengan energi nuklir. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kerja ketel uap (boiler) adalah sebagai berikut : Faktor laju udara bersih yang disuplai melewati air heater. Boiler harus diopersaikan dengan laju aliran udara lebih dari kebutuhan udara teoritis yang dihitung berdasarkan analisa gas asap. Tetapi udara berlebih yang terlalu banyak juga akan mengakibatkan terjadinya losses karena pengambilan panas sendiri oleh udara berlebih untuk dibawa bersama gas buang, untuk itulah dilakukan analisa gas asap untuk menentukan kebutuhan udara aktual. Temperatur udara pembakaran juga merupakan faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler, temperatur udara pembakaran dapat dinaikkan dengan memamfaatkan temperatur gas buang (flue gas) yang tinggi dengan menggunakan alat pemanas udara (air heater). Fouling merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi kerja boiler. Fouling adalah terjadinya deposit atau kerak pada permukaan perpindahan panas yang dapat menghambat perpindahan panas yang terjadi pada boiler. Sehingga efisiensi boilernya akan menurun dan temperatur gas buangnya akan semakin tinggi. Faktor burner, fungsi dari burner ini adalah untuk mencampur bahan bakar dan udara dengan proporsi yang sesuai untuk terjadinya penyalaan api dan untuk menjaga kondisi pembakaran yang terus menerus berjalan dengan baik. Burner yang tidak diatur dengan baik akan mengakibatkan pencampuran bahan bakar dengan udara tidak

7 sesuai dan pada setiap laju pembebanan akan meningkatkan kebutuhan udara berlebih dan memboroskan pemakaian bahan bakar sehingga efisiensi boiler akan turun. Blowdown juga berpengaruh terhadap efisiensi boiler. Endapan yang terjadi di dingding tube pada sisi air dapat mengurangi efisiensi boiler dan bahkan kerak dapat merusak tube karena over heating. Endapan endapan tersebut disebabkan oleh tingginya konsentrasi suspended solids dan dissolved solids, hal ini juga dapat menyebabkan terbentuknya busa (foam) sehingga menybabkan carry over. Oleh karena itu konsentrasi solids harus tetap dijaga pada kondisi tertentu. Proses blowdown adalah dimana air dibuang keluar dan segera digantikan oleh air umpan boiler. Pada proses blowdown ini air yang dikeluarkan dalam keadaan temperatur tinggi, maka hal ini merupakan pembuangan panas yang mengakibatkan penurunan efisiensi. 2.3 Komponen-komponen Boiler Boiler terdiri dari beberapa ruangan yang memilki fungsi yang berbedabeda, yaitu : Main equipment 1. Ruang Bakar (Furnance) Ruang bakar adalah bagian dari boiler yang berfungsi untuk tempat berlangsungnya proses pembakaran bahan bakar dan udara. Tekanan gas panas yang berada di dalam ruang bakar ( furnace ) dapat lebih besar dari pada tekanan udara luar ( tekanan ruang bakar positif ) dan dapat juga bertekanan lebih kecil daripada tekanan udara luar ( tekanan ruang bakar negatif ) atau bertekanan seimbang ( balance draft ). Temperatur ruang bakar dapat mencapai C, namun khususnya di PLTU unit sektor belawan hal ini tidak akan terjadi karena apabila bila hal ini terjadi maka akan menyebabkan pemuaian pipa yang berlebihan dan dapat mengakibatkan pecahnya tube wall di ruang bakar.

8 Gambar 2.6 Ruang Bakar Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan 2. Burner (alat pembakaran) Burner adalah alat yang dipakai untuk menyemburkan bahan bakar ke dalam ruang bakar dan menghasilkan pengabutan yang memudahkan reaksi pembakaran. Pada PLTU pembangkitan sektor belawan, PLTU unit 1/2 jenis burner yang digunakan adalah jenis burner minyak, dan PLTU unit 3/4 telah dilengkapi nozzle gas sehingga dapat menggunakan bahan bakar minyak maupun natural gas. Dan terdapat 3 tingkat burner pada masing masing unit PLTU. Burner burner tersebut dilengkapi oleh igniter sebagai pemantik api agar bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang bakar dapat terbakar. Jenis bahan bakar utama yang digunakan pada unit PLTU pembangkitan sektor belawan adalah Marine Fuel Oil atau Heavy Fuel Oil ( HFO ). Namun pada start awal PLTU jenis bahan bakar yang digunakan adalah HSD atau sering disebutlight Fuel Oil (LFO). Sebelum bahan bakar dibakar di dalam ruang bakar terlebih dahulu bahan bakar dipanaskan di Fuel Oil Heater ( FOH ) hingga temperature C agar memudahkan proses pengabutan bahan bakar. Selain daripada itu untuk menyempurnakan proses pengabutan bahan bakar digunakan steam atomizing dengan temperatur sekitar C dengan tekanan sekitar 10 Bar.

9 Gambar 2.7Burner Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan 3. Superheater Superheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh sampai menjadi uap panas lanjut sesuai dengan kebutuhan untuk menggerakkan turbine. Karena uap yang terbentuk dari pemanasan didalam pipa pipa di ruang bakar berada dalam wujud jenuh atau basah maka uap yang demikian jika digunakan atau diekspansi dalam turbine, akan menimbulkan pengembunan yang cepat. Superheater dibedakan atas 2 jenis yaitu: 1. Low Temperature Superheater ( LTS ) Uap jenuh dari steam drum dialirkan ke primary superheater atau low temperature superheater. Low Temperature Superheater ( LTS ) menghasilkan uap dengan temperature C. Uap yang keluar dari LTS kemudian dialirkan ke High Temperature Superheater untuk dipanaskan kembali menjadi uap panas lanjut. Uap dari LTS juga digunakan untuk steam atomizing yang membantu proses pengabutan bahan bakar agar bahan bakar dapat terbakar sempurna. Besar energi panas yang diserap oleh low temperature superheater (LTS) untuk mengubah air

10 menjadi uap dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini : Q LTS = Ws x (H out H in ) kj/jam Dimana : Q LTS : panas yang diserap oleh low temperature superheater (kj/jam) Ws : kapasitas aliran uap (kg/jam) H out : entalpi keluar LTS (kj/kg) H in : entalpi masuk LTS (kj/kg) Gambar 2.8Low Temperature Superheater Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan 2. High Temperature Superheater Uap hasil pemanasan LTS selanjutnya mengalir ke High Temperature Superheater(HTS) yang terletak pada bagian gas sangat panas. Sebagian dari HTS terletak tepat diatas ruang bakar, oleh karena itu transfer panas yang diperoleh oleh HTS adalah secara radiasi dan konveksi.

11 Kemudian uap panas yang diperoleh dari HTS mengalir ke turbine. Besar panas yang diserap oleh High Temperature Superheater untuk mengahasilkan uap dengan temperatur 505oC dengan tekanan 85 bar yang akan dialirkan ke turbin dapat dihitung dengan persamaan berikut. Q HTS = Ws x (H out H in ) kj/jam Dimana : Q HTS : panas yang diserap oleh high temperature superheater (kj/jam) Ws : kapasitas aliran uap (kg/jam) H out : entalpi keluar HTS kj/kg H in : entalpi masuk HTS kj/kg Gambar 2.9High Temperature Superheater Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan 4. Economizer Economizer merupakan salah satu peralatan yang meningkatkan efisiensi boiler karena memanfaatkan kalor yang terkandung dalam flue gas sebelum terbuang ke atmosfer melalui stack. Dengan kata lain dengan adanya ekonomiser maka unit PLTU telah menghemat konsumsi bahan bakar. Economizer terdiri dari pipa

12 pipa air yang ditempatkan pada lintasan gas asap sebelum meninggalkan boiler. Transfer panas yang terjadi pada economizer adalah secara konveksi. Artinya flue gas memberikan panas pada pipa pipa economizer sehingga temperatur air yang ada di dalam pipa pipa naik dari C sampai C. Pipa pipa economizer terbuat dari bahan baja yang sanggup menahan panas dan tekanan tinggi. Pada pipa pipa economizer sering sekali terjadi kerusakan. Beberapa penyebab kerusakan yang sering terjadi pada pipa pipa economizer adalah acid attack, shortthermoverheat, mechanical fatique, slagging, scalling. Apabila temperatur flue gas melalui economizer terlalu tinggi maka dapat terjadi overheat pada pipa pipa economizer yang mengakibatkan pipa economizer pecah. Dan apabila temperatur flue gas melalui economizer terlalu rendah maka dapat terjadi slagging yang mengakibatkan pipa economizer bocor akibat diferensial temperatur. Kerusakan pipa economizer pada bagian dalam pipa ( sisi air ) dapat dihindarkan dengan jalan melunakkan air pengisi terlebih dahulu, dan kerusakan pipa economizer pada bagian luar pipa ( sisi gas asap ) diatasi dengan mempertahankan temperatur flue gas diatas titik embun gas sulfur dan melakukan soot blowing secara berkala. Besar panas yang diserap oleh economizer ini dapat dihitung dengan persamaan berikut : Q eco = Ws x Cp air (T out T in ) kj/jam Dimana : Q eco : panas yang diserap oleh economizer (kj/jam) Ws : kapasitas aliran uap (kg/jam) Cp air : panas jenis air kj/kg o C T out T in : temperatur keluareconomizer : temperatur masuk economizer o C o C

13 Gambar 2.10Economizer Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan 5. BoilerDrum Boiler drum adalah bejana tempat menampung air yang datang dari economizer dan uap hasil penguapan dari tubewall. Kira kira setengah dari drum berisi air dan setengahnya lagi berisi uap. Boiler drum terbuat dari plat baja dilas dan dilengkapi diantaranya: 1. Man hole 2. Saluran menuju superheater 3. Saluran menuju feedwater inlet 4. Saluran menuju blowdown 5. Saluran menuju downcomer 6. Saluran menuju safety valve 7. Pipa injeksi bahan kimia 8. Pipa sample taking 9. Pipa menuju alat ukur dan control Pengaturan level di dalam boiler drum dilakukan dengan mengatur besarnya pembukaan flow control valve. Apabila level air

14 didalam drum terlalu rendah atau tidak terkontrol akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa pipa boiler, sedangkan bila level drum terlalu tinggi, kemungkinan butir butir air terbawa ke turbine dan mengakibatkan kerusakan pada turbine. Untuk mengamankannya pada boiler drum dipasang alarm untuk level high dan level low serta trip untuk level very low dan very high. Uap yang dihasilkan dari dalam tube wall terkumpul di dalam boiler drum. Uap akan mengalir ke arah puncak boiler drum melewati steam separator dan screen dryer lalu keluar dari dalam drum menuju superheater dan akhirnya ke turbine. Sedangkan butir butir air yang jatuh akan bersirkulasi kembali bersama air yang baru masuk. Gambar 2.11 boiler drum Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan 6. Stack(cerobong) Stack merupakan cerobong asap yang berfungsi sebagai laluan flue gas terbuang ke atmosfer. Temperatur flue gas sebelum terbuang ke atmosfer dijaga tidak melebihi C, agar tidak terjadi kerusakan lingkungan atau merusak lapisan ozon.

15 Gambar 2.12 Stack Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan Auxiliary equipment 1. Forced Drought Fan (FDF) Berfungsi untuk mengambil udara dari atmosfer dengan suhu sekitar 30 0 C dan tekanan 1 atm. Untuk kebutuhan Fuel oil burner, setiap FDF mampu melayani 60% dari keperluan beban. Di PLTU ini ada 2 (dua) FDF yang bekerja sekaligus pada 1 unit boiler. Gambar 2.13Forced Drought Fan (FDF) Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan

16 2. Air Preheater ( Pemanas Awal Udara) Air Preheater merupakan alat pemanas awal udara pembakaran. Dimana udara yang dihisap oleh FDF dengan temperatur sekitar 30 0 C mengalir melalui air preheater dan dihasilkan temperatur udara sekitar C. Media yang digunakan untuk memanaskan udara melalui air preheater adalah steam yang diperoleh dari Auxilarry Steam Header dengan temperatur steam C. Gambar 2. 14Air Preheater ( Pemanas Awal Udara) Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan 3. Air heater (Pemanas Udara) Air heater merupakan salah satu alat yang meningkatkan efisiensi ketel. Karena memanfaatkan kalor yang terkandung pada gas buang hasil pembakaran untuk memanaskan udara. Udara yang telah mengalami proses pemanasan di air preheater selanjutnya dialirkan melewati air heater untuk dipanaskan kembali. Proses transfer panas yang terjadi di air heater adalah secara konveksi. Temperatur udara setelah dipanaskan di air heater diharapkan C agar memudahkan proses pembakaran. Temperatur flue gas melewati air heater cukup tinggi sekitar C maka elemen elemen air heater harus tahan panas. Temperatur flue gas setelah air heater dijaga diatas C, tujuannya

17 adalah untuk mencegah pengendapan sulfur pada sisi dingin air heater. Karena sulfur dapat menyebabkan korosi pada elemen elemen air heater. Namun temperatur flue gas keluar air heater juga dijaga dibawah C, tujuannya adalah agar tidak merusak lingkungan atau dengan kata lain merusak lapisan ozon. Besar panas yang diserap oleh Air heater ini dari flue gas untuk memanaskan udara pembakaran dapat dihitung dengan persamaan berikut. Q AH = (Wa)akt x Cp udara (T out T in ) kj/jam Dimana : Q AH : panas yang diserap oleh air heater (kj/jam) (Wa)akt : berat udara sebenarnya (kg/jam) Cp air : panas jenis udara kj/kg o C T out : temperatur udara keluarair heater o C H in : temperatur udara masuk air heater o C Gambar 2.15 Air heater (Pemanas Udara) Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan

18 2.4 Jenis-Jenis Perpindahan Panas 1. Konduksi Sebuah batang silinder dengan material tertentu diisolasi pada sisi terluarnya dan pada kedua ujung permukaannya memiliki suhu yang berbeda yakni T 1 >T 2. Perbedaan temperatur tersebut menyebabkan perpindahan panas secara konduksi pada arah x positif. Dapat diukur laju perpindahan panas q x, dan kita dapat menentukan q x bergantung pada variabel-variabel berikut : ΔT, yakni perbedaan temperatur ; Δx, yakni panjang batang ; dan A, yakni luas penampang tegak lurus bidang. Jika ΔT dan Δx adalah konstan dan hanya memvariasikan A, maka kita dapat melihat bahwa q x berbanding lurus dengan A. Dengan cara yang sama, jika ΔT dan A adalah konstan, kita dapat melihat bahwa q x berbanding terbalik dengan Δx. Apabila A dan Δx konstan, maka kita dapat melihat bahwa q x berbanding lurus dengan ΔT. Sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa q x A ΔTT (2.5) Δx Berikut ini adalah gambar perpindahan panas secara konduksi melalui sebuah percobaan. Gambar 2.16 : Perpindahan Panas secara Konduksi Sumber : Incropera Dengan memperhatikan material batang, sebagai contoh plastik, kita akan menemukan bahwa kesebandingan diatas adalah valid. Namun, kita juga menemukan bahwa untuk nilai A,Δx,dan ΔTyang sama, akan menghasilkan nilai q x yang lebih kecil untuk plastik daripada bermaterial logam. Sehingga kesebandingan diatas dapat ditulis dalam bentuk persamaan dengan memasukkan koefisien yang dipengaruhi oleh material. Sehingga diperoleh,

19 q x = ka ΔTT Δx (2.6) k, adalah konduktivitas termal (W/m.K), yang adalah merupakan sifat material yang penting. Dengan menggunakan limit Δx 0 kita mendapatkan persamaan untuk laju perpindahan panas, q x = ka ddtt dx (2.7) atau persamaan flux panas menjadi, qq " xx = qx A = - k ddtt dx (2.8) 2. Konveksi Mekanisme perpindahan panas dapat berupa konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi dan konveksi adalah membutuhkan media perantara dalam proses perpindahan panasnya. Berbeda dengan konduksi, pada konveksi membutuhkan gerakan fluida untuk dapat memindahkan panas. Penelitian menunjukkan bahwa perpindahan panas konveksi sangat bergantung pada sifat-sifat fluida seperti viskositas dinamis μ, konduktivitas termal k, massa jenis ρ, dan spesifik panas C p, dan dipengaruhi oleh kecepatan fluida Ѵ. Konveksi juga bergantung pada bentuk dan kekasaran permukaan, dan bahkan juga dipengaruhi oleh tipe aliran seperti laminar atau turbulen. Sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa perpindahan panas secara konveksi adalah kompleks karena bergantung pada banyak variabel. Oleh karena itu, konveksi adalah mekanisme perpindahan panas yang paling kompleks. Gambar 2.17 Pendinginan sebuah balok yang panas dengan konveksi paksa Sumber : Cengel

20 Meskipun konveksi adalah kompleks, setelah diamati bahwa laju perpindahan panas secara konveksi berbanding lururs dengan perbedaan temperatur dan dapat ditulis dengan Hukum Newton tentang pendinginan. q konveksi = ha s (T s - T ) (2.9) h merupakan koefisien perpindahan panas konduksi, A s merupakan area permukaan perpindahan panas, T s merupakan temperatur permukaan benda, T merupakan temperatur lingkungan sekitar benda. 3. Radiasi Radiasi berbeda dengan mekanisme perpindahan panas secara konduksi dan secara konveksi. Perpindahan panas secara radiasi tidak membutuhkan kehadiran suatu material sebagai media perpindahan panas. Faktanya, energi yang ditransfer dengan radiasi adalah yang tercepat (secepat kecepatan cahaya) dan dapat terjadi pada ruangan vakum. Perpindahan panas secara konduksi dan konveksi terjadi dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Pada radiasi, perpindahan panas dapat terjadi pada 2 benda yang memiliki temperatur yang tinggi dan dipisahkan oleh benda yang memiliki temperatur yang lebih rendah. Dengan menganggap permukaan benda yang kecil A s, emisifitas ε, dan kemampuan untuk menyerap α pada temperatur T yang terdiri dari keisotermalan yang besar dalam bentuk yang tertutup pada benda blackbody.blackbody dapat didefenisikan sebagai pemancar dan penyerap radiasi yang sempurna. Pada temperatur dan panjang gelombang tertentu, tidak ada permukaan yang dapat memancarkan energi yang lebih banyak daripada blackbody.blackbody menyerap semua radiasi tanpa memperhatikan panjang gelombang dan arahnya. Blackbody juga memancarkan energi radiasi yang merata dalam segala arah dalam setiap unit area searah dengan arah emisi,yang disebut sebagai pemancar diffuse. Diffuse dapat diartikan sebagai arah yang bebas untuk berdiri sendiri. Hal ini dapat kita lihat pada gambar berikut

21 Gambar 2.18 : Blackbody disebut sebagai pemancar dengan arah yang bebas Sumber : Cengel Energi radisi yang dipancarkan oleh sebuah blackbody tiap satuan waktu dan tiap satuan luasan area ditetapkan secara eksperimental oleh Joseph Stefan pada tahun 1879 dan dapat dituliskan E b (T) = σt 4 (w/m 2 ) (2.10) σ = 5,67 x 10-8 W/m 2.K 4 adalah konstanta Stefan-Boltzmann dan T adalah temperatur absolut dari suatu permukaan (K). Persamaan ini diverifikasi secara teori pada tahun 1884 oleh Ludwig Boltzman. E b merupakan kekuatan emisifitas blackbody Log Mean Temperature Difference (LMTD) Nilai LMTD (Logarithmic Mean Temperature Difference) adalah nilai yang berkaitan dengan perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin penukar panas. Dengan asumsi bahwa aliran pendingin mengalir dalam kondisi tunak (steady state), tidak ada kehilangan panas secara keseluruhan, tidak ada perubahan fase pendingin. Gambar 2.19 menggambarkan perubahan suhu yang dapat terjadi pada salah satu atau kedua fluida dalam penukar panas pada aliran counterflow.

22 Gambar 2.19 Distribusi Suhu Dalam air heater untuk jenis aliran counterflow Sumber : Incroperara, F. P. and D. P. Dewitt, 1981 keterangan : Th,i = temperatur inlet pada sisi panas, K Th,o = temperatur outlet pada sisi panas, K Tc,i = temperatur inlet pada sisi dingin, K Tc,o = temperatur outlet pada sisi dingin, K Maka nilai LMTD dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Dimana : LMTD = T 1 T 2 llll T 1 T2 T 1 = Th,i - Tc,o T 2 = Th,o - Tc,i = T 2 T 1 llll T T1 udara Gas buang Gambar 2.20 luas perpindahan panas

23 Untuk mencari perpindahan panas pada air heater ini dapat menggunakan persamaan sebagai berikut : Dimana : Q = U A LMTD Joule A= luas perpindahan panas (m 2 ) U= koefisien perpindahan panas menyeluruh 1 U= J/m 2 K 1 h.udara + 1 h.g.buang 2.5 Siklus Termodinamika Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine. Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari. Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagai siklus Carnot, terutama dalam menghitung efisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus ini menggunakan fluida yang bertekanan, bukan gas. Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada temperatur 565 o C (batas ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur sekitar 30 o C. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi pada pembangkit listrik tenaga batu bara sebesar 42%. Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air dipilih karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun, terdapat dalam jumlah besar, dan murah.

24 Gambar 2.21bagan sederhana siklus rankine Sumber : Cengel gambar 2.22 diagram T-s siklus rankine Sumber : Cengel Siklus Rankine ideal tidak melibatkan irreversibel internal dan terdiri dari 4 tahapan proses : 1 2 merupakan proses kompresi isentropik dengan pompa 2 3 Penambahan panas dalam boiler pada P = konstan 3 4 Ekspansi isentropik ke dalam turbin

25 4 1 Pelepasan panas di dalam kondensor pada P = konstan Air masuk pompa pada kondisi 1 sebagai cairan jenuh dan dikompresi sampai tekanan operasi boiler. Temperatur air akan meningkat selama kompresi isentropik ini melalui sedikit pengurangan dari volume spesifik air. Jarak vertikal antara 1 2 pada T s diagram ini biasanya dilebihkan untuk lebih amannya proses. Air memasuki boiler sebagai cairan terkompresi pada kondisi 2 dan akan menjadi uap superheated pada kondisi 3. Dimana panas diberikan oleh boiler ke air pada T tetap. Boiler dan seluruh bagian yang menghasilkan steam ini disebut sebagai steam generator. Uap superheated pada kondisi 3 kemudian akan memasuki turbin untuk diekspansi secara isentropik dan akan menghasilkan kerja untuk memutar shaft yang terhubung dengan generator listrik sehingga dihasilkanlah listrik. P dan T dari steam akan turun selama proses ini menuju keadaan 4 dimana steam akan masuk kondenser dan biasanya sudah berupa uap jenuh. Steam iniakan dicairkan pada P konstan di dalam kondenser dan akan meninggalkan kondenser sebagai cairan jenuh yang akan masuk pompa untuk melengkapi siklus ini. Area dibawah kurva proses 2 3 menunjukkan panas yang ditransfer ke boiler, dan area dibawah kurva proses 4 1 menunjukkan panas yang dilepaskan di kondenser. Perbedaan dari kedua aliran ini adalah kerja netto yang dihasilkan selama siklus. Penyimpangan Siklus Rankine Penyimpangan dalam siklus Rankine yang terjadi karena: 1. Adanya friksi fluida yang menyebabkan turunnya tekanan di boiler dan kondensor sehingga tekanan steam saat keluar boiler sangat rendah sehingga kerja yang dihasilkan turbin (Wout) menurun dan efisiensinya menurun. Hal ini dapat diatasi dengan meningkatkan tekanan fluida yang masuk. 2. Adanya kalor yang hilang ke lingkungan sehingga kalor yang diperlukan (Qin) dalam proses bertambah sehingga efisiensi termalnya berkurang.

26 Penyimpangan ini terjadi karena adanya irreversibilitas yang terjadi pada pompa dan turbin sehingga pompa membutuhkan kerja (Win) yang lebih besar dan turbin menghasilkan kerja 2.6 Sejarah Perkembangan Alat Pemanas Udara (air heater) Alat pemanas udara merupakan alat heat exchanger yang mengeksploitasi energi panas yang terkandung pada gas buang (flue gas) untuk memanaskan udara pembakaran. Manfaat alat pemanas udara ini ( air heater) sangat mendukung dalam peningkatan efisiensi pada boiler. Alat pemanas udara (air heater) ini sebagian besar digunakan oleh instalasi pabrik dan kapal. Sejarah perkembangan alat pemanas udara ( air heater) pada mulanya dikembangkan di Eropa. Unit komersil yang pertama diproduksi berasal dari Amerika Serikat yaitu alat pemanas udara ( air heater) jenis plat rata. Dimana plat yang berdampingan berbentuk jalur-jalur aliran udara dan aliran gas buang (flue gas) yang bersilang-silang. Alat pemanas udara (air heater) termasuk pada jenis sekunder. Meskipun temperatur gas buang (flue gas) yang akan dibuang ke atmosfer mempunyai temperatur minimum yaitu 80 o C. Apabila pembuangan gas buang (flue gas) dibawa temperatur minimum ini, akan mengakibatkan terjadinya pengembunan pada gas buang (flue gas). Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya proses kondensasi pada permukaan saluran cerobong. Proses kondensasi ini menyebabkan terjadinya kadar asam dan sulfur dioksida. Sedikit saja timbul sulfur dioksida pada gas buang (flue gas) akan mempercepat kenaikan temperatur titik embun gas buang (flue gas) tersebut. Alat pemanas udara (air heater) mernyerap panas dari gas buang (flue gas) yang mana bertujuan untuk memanaskan udara pembakaran. Dalam hal ini alat pemanas udara terbagi menjadi dua jenis, yaitu : rekuperatif dan regeneratif. Alat pemanas udara rekuperatif adalah alat pengalih panas dengan jenis plat yang bekerja sebagai unit. Arusnya berlawanan arah atau aliran silang. Sedangkan alat pemanas udara regeneratif memakai sebuah susunan rotor besar yang hampir setengah elemennya dipasang pada saluran gas buang (flue gas) dan setengahnya lagi pada saluaran suplai udara.

27 2.7Jenis-jenis Pemanas Udara Pada dasarnya pemanas udara ada dua tipe yaitu : 1. Pemanas udara tipe rekuperatif Pada alat pemanas udara tipe rekuperatif, kalor bepindah secara langsung dari panas gas buang (flue gas) ke udara yang melintas pada permukaan penukar kalor ini, biasanya berbentuk tabung, walaupun ada yang berbentuk plat. Unit model tabung biasanya berupa penukar kalor selongsong dan tabung aliran berlawanan arah, dimana gas mengalir di dalam tabung-tabung lurus vertikal dan horizontal. Pemanas udara jenis tabung terdiri atas beberapa macam rancangan yang disesuaikan dengan ruang dan denah pembangkit uap. Pemanas udara ini ada yang mempunyai satu lintasan vertikal dan horizontal dan aliaran searah dan berlawanan arah, alat pemanas udara ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Gambar 2.23 air heater rekuperatif Sumber 2. Pemanas udara tipe regeneratif Pemanas udara jenis ini mempunyai sistem atau bekerja berdasarkan regenerasi. Unit ini terdiri dari rotor yang diputar oleh motor listrik melalui roda gigi reduksi sehingga berputar dengan kecepatan rendah 1-3 rpm. Rotor ini dibagi oleh ruji-ruji dari plat dan

28 dibagi beberapa sektor, dan setor-sektor tersebut diisis oleh plat-plat tipis dan bergelombang sehingga terjadi suatu saluran yang sangat sempit yang menjadi laluan udara dan asap. Panas udara ini dapat dipakai untuk instalasi-instalasi darat maupun laut. Dengan susunan yang dibuat sedemikian rupa sehingga satu fan menekan udara pembakaran ke dapur api melalui rotor, sedangkan sebagian fan lain menghisap gas asap dari saluran gas asap ke cerobong yang terletak di sebelah ruang pemisah (berbentuk sektorsektor). Gas-gas asap ini akan memanaskan lempengan-lempengan yang berombak seiring udara pembakaran akan masuk ke ruang pemisah, sedangkan disisi lain akan mengalami pemanasn dari lempengan-lempengan pemanas sehingga temperaturnya akan naik sesuai yang direncanakan. Rotor akan menggerakkan pemanas udara secara perlahan-lahan, hal ini berfungsi untuk mengambil panas dari gas buang secara optimal dan sisi lainnya pemanas udara akan mengarahkan panas ke udara pembakar. Gambar 2.24 air heater regeneratif Sumber : Aliran Gas Buang dan Udara Ketel uap (boiler) merupakan alat yang dapat mengubah fase air menjadi fase uap, dengan memanfaatkan energi panas yang dihasilkan di dalam ruang bakar. Dimana untuk menghasilkan energi panas tersebut dibutuhkan tiga unsur yaitu : bahan bakar, udara, dan panas (temperatur).

29 Heat Heat transfer Fuel Mass transfer Air Gambar 2.25 skema terjadinya pembakaran Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan Dari proses pembakaran tersebut akan dihasilkan panas yang berdampak pada temperatur, sedangkan sisa pembakaran adalah gas buang (flue gas). Gas buang dari ruang bakar digunakan untuk memanaskan air, uap, dan udara pembakaran, karena gas buang dari ruang bakar mempunyai temperatur dan tekanan yang tinggi sehingga dimanfaatkan untuk peningkatan efisiensi boiler. Aliran gas buang yang masih mengandung energi panas pertama dimamfaatkan oleh superheater untuk memanaskan uap jenuh menjadi panas lanjut. Temperatur gas buang (flue gas) ini yang masuk ke superheater sekitar 950 o C o C. Setelah itu gas buang yang keluar dari superheater ini dengan temperatur sekitar 480 o C- 600 o C dimamfaatkan untuk memanaskan air di ekonomiser sebelum air dipompakan ke boiler drum. Kemudian gas buang dari ekonomiser tersebut akan diteruskan lagi ke alat pemanas udara (air heater) dengan temperatur sekitar 350 o C-390 o C akan digunakan untuk memanaskan udara pembakaran. Udara pembakaran ini berasal dari lingkungan yang dihisap oleh fan dengan temperatur sekitar 30 o C dan tekanan 1 atm. Gas buang keluar alat pemanas udara (air heater) akan dibuang melalui cerobong asap, dimana temperaturnya sekitar 140 o C-200 o C. Udara yang dihisap oleh fan sebelum masuk ke alat pemanas udara (air heater) terlebih dahulu dipanaskan di alat pemanas awal udara (air preheater)

30 dengan fluida pemanas adalah uap yang dialirkan dari ash sehingga temperatur udara akan naik sekitar 80 o C dan tekanan akan turun sekitar 0.95 atm. Kemudian udara akan dipanaskan di alat pemanas udara (air heater). Temperatur udara yang keluar dari alat ini sekitas 250 o C-300 o C dan tekanan sekitar 0.90 atm, kemudian udara pembakaran ini akan dialirkan ke ruang bakar (burner). Berikut gambar aliran gas buang (flue gas) dan udara.

31 uap air udara Flue gas turbin 1200 o C 980 o C 785 o C 480 o C HTS LTS 301 o C Boiler Drum Economizer burner HP. Heater 365 o C Air heater 177 o C 247 o C 85 o C Cerobong FDF Gambar 2.26 Aliran Uap, Air, Udara, dan Flue Gas

32 Air dari feed water tank dipanaskan di HP. Heater menggunakan panas hasil ekstraksi pada turbin. Kemudian air yang dipanaskan akan dipompakan masuk economizer dengan suhu sekitar 160 o C. Dan pada economizer air juga akan dipanaskan dengan menggunakan flue gas dengan suhu sekitar 480 o C dan suhu air pada economizer sekitar 206 o C. Setelah air dipanaskan, air akan masuk boiler drum dan akan dipisahkan antara air dan uap. Uap akan masuk ke low temperature superheater (primary superheater) untuk dipanaskan lanjut dengan flue gas dengan termperatur sekitar 785 o C dan temperatur uap yang dihasilkan pada low temperature superheater ini sekitar 426 o C selajutnya uap akan masuk ke high temperature superheater ( secondary superheater) untuk dipanaskan lanjut sebelum uap masuk ke turbin. Pada uap juga dipanaskan dengan flue gas dari ruang bakar dengan temperatur sekitar 980 o C dan temperatur uap yang dihasilkan adalah sekitar 505 o C pada tekanan 85 bar dan akan di alirkan ke turbin yang akan menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Flue gas yang dipakai untuk memanaskan high temperature superheater, low temperature superheater, dan economizer tersebut sebelum dialirkan ke cerobong terlebih dahulu digunakan untuk memanaskan udara pembakaran. Udara yang dihisap oleh forced drought fan (FDF) akan dipanaskan terlebih dahulu di air heater. Setelah dipanaskan udara tersebut akan dialirkan ke burner sedangkan flue gas tersebut akan dialirkan kecerobong dan akan dilepaskan ke atmosfer.

33 2.9 Prinsip Kerja Pemanas Udara (air heater) Alat pemanas udara (air heater) yang digunakan di PT. PLN sektor Belawan khususnya PLTU unit 3-4 menggunakan alat pemanas udara tipe regeneratif yang memakai susunan rotor yang hampir setengah elemennya dipasang pada saluran gas buang (flue gas) dan setengah lagi dipasang pada saluran suplai udara pembakaran seperti gambar berikut. Gambar 2.27 air heater Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan Alat pemanas udara (air heater) khususnya di PLTU unit 3-4 mempunyai dua sisi aliran yang berbeda yaitu sisi panas (hot) dan sisi dingin(cool). Sisi panas merupakan sisi aliran gas buang dan sisi dingin merupakan sisi aliran udara yang akan dipanaskan. Diantara sisi panas dan dingin terdapat eleman dari plat-plat yang mampu menyerap panas dan melepas panas. Ukuran penampang dari sisi panas lebih besar bila dibandingkan dengan sisi dingin, hal ini diharapkan supaya elemen dari alat pemanas udara ini mampu menyerap energi panas yang terkandung pada gas buang sebanyak mungkin. Alat pemanas udara ini mempunyai kecepatan putaran sekitar rpm. Hal ini mempunyai tujuan agar gas buang yang melewati sisi panas dapat bertahan lebih lama sehingga elemen ini mampu menyerap panas yang terkandung

34 pada gas buang sebanyak mungkin dan pada elemen sisi dingin diharapkan udara yang lewat mampu menyerap panas dari elemen yang dipanaskan oleh gas buang. Elemen yang berputar terdiri dari lapisan yang bergelombang dan secara bergantian dipanaskan gas buang dan sebaliknya didinginkan oleh udara. Elemen bergelombang tersebut terdiri dari dua sigmen yaitu : sigmen atas dan sigmen bawah. Dengan di putar oleh rotor posisi sisi panas dan dingin akan bergantian secara periodik Komponen air heater 1. Elemen Pemanas (Heating Surface) Elemen pemanas yang berupa lempengan-lempengan plat metal yang terbagi menjadi 2 bagian secara vertikal yaitu sisi atas Hot End layerdan sisi bawah Cold End layer. Plat itu terpasang pada suatu poros yang di susun pada kompartemen silindris yang terbagi secara radial yang semua bagiannya di sebut sebagai rotor. Rotor ini berputar dalam ruangan yang memiliki sambungan duct di kedua sisinya satu sisi di aliri gas buang, sisi lain berisi udara baik primer maupun sekunder. Saat rotor diputar, setengah bagiannya memasuki saluran gas buang dan menyerap energi panas yang terkandung di dalamnya sedangkan setengah bagian yang lain mentransfer panas dari elemen ke udara pada sisi saluran udara sehingga menghasilkan udara panas yang selanjutnya akan dipasok ke furnace. 2. Penggerak Rotor Rotor di gerakan oleh motor listrik yang diletakan di luar elemen pemanas. Penggerak rotor dihubungkan pada central, dan terdapat dua motor penggerak yang mempunyai kecepatan 1455 rpm. Dua motor tersebut dihubungkan dengan central melalui gearbox dengan rasio tranmisi 9.110/1 yang dihubungkan oleh kopling feksibel pada gearbox kedua. Gearbox kedua menggunakan roda gigi cacing (worm gear) dengan dua langkah, yang pertama dengan rasio 43/4 dan yang kedua 59/4. Setelah kecepatan berkurang dengan dua gearbox, rasionya menjadi /1, keluaran main motor menjadi 1,07 rpm dan auxilliarymenjadi 0,5 rpm.

35 3. Seal Rotor Seal (perapat) berfungsi sebagai pencegah kebocoran fluida baik udara maupun gas buang yang melewati elemen panas pada saat operasi.pada kondisi normal aliran udara memilki level tekanan yang lebih tinggi dari aliran gas hal inilah yang rawan akan kebocoran. Seal rotor dalam APH terdiri dari : 4. Bearing a. Radial Seal Seal radial terpasang sesuai dengan posisi rotor yang posisinya terhadap plate rotor dapat di setting dan mempunyai standar sesuai dengan desain manufaktur. Dalam mensetting juga memperhatikan expansi rotor akibat temperature tinggi. Radial seal berfungsi untuk mereduksi kebocoran langsung dari area udara ke gas buang. b. Axial Seal Axial seal dipasang pada sisi luar dari rotor memanjang dari sisi hot endsampai dengan cold end. Seal bekerja sama dengan radial seal untuk meminimalkan gap antara rotor dengan seal. c. Circumferential seal Letaknya disekeliling dan pusat rotor. Fungsi utama adalah mencegah kebocoran udara atau gas buang saat berputarnya rotor, dalam melakukan fungsi ini di bantu axial seal. Pada sisi bagian atas dan bawah rotor inner drum, terdapat roller guide bearing (SKF C3172M/C4 dan auto-centered roller thrust bearing (SKF 29480EM) yang dipasang untuk menahan beban rotor arah horizontal dan beban axial vertical Proses Perpindahan Panas Pada Air heater Menurut Hukum Termodinamika Kedua Bahwa tidak mungkin menukar tenaga kalor keseluruhan menjadi tenaga bersih. Akan tetapi menurut persamaanenergi Bahwa panas yang diserap sama dengan panas yang dilepas, yaitu : Q serap = Q lepas

36 Dimana pada alat pemanas udara fluida yang menyerap panas adalah udara, sedangkan fluida yang melepas panas adalah gas buang. Dalam hal ini besar panas yang diserap udara dan besar panas yang dilepas gas buang dapat dihitung dengan persamaan berikut. Menurut Holman J.P (1993), sifat fluida dingin dievaluasi pada temperatur rata-rata adalah : TTTTTT +TTTTTT T c = Dimana : T ci : temperatur udara masuk ( o C) T co : temperatur udara keluar ( o C) Sedangkan untuk sifat fluida panas : T h = TThii+TThoo Dimana : T hi : temperatur gas buang masuk ( o C) T ho : temperatur gas buang keluar ( o C) Menurut William J.S (1988) besar panas yang diserap fluida dingin (udara) adalah sebagai berikut : Q = m x c p x T Q serap = m udara x c p udara x ( T u.out T u.in ) Dimana : Q serap : besar panas yang diserap udara (kj jam) m udara : laju aliran massa udara (kg jam) c p udara : panas jenis udara (kj kg o C) T u.out : temperatur udara keluar ( o C) T u.in : temperatur udara masuk ( o C) Sedangkan panas yang dilepas gas buang adalah : Q lepas = m g.buang x c p g.buang x ( T g.b.in T g.b.out ) Dimana : Q lepas : besar panas yang dilepas gas buang (kj jam)

37 M g.buang : laju aliran gas buang (kg jam) c p g.buang : panas jenis gas buang (kj kg o C) T g.b.in : temperatur gas buang masuk ( o C) T g.b.out : temperatur gas buang keluar ( o C) 2.11 Sifat Fisik Bahan Bakar Tabel 2.1 Sifat Fisik Minyak Residu No analisa satuan Method batasan Hasil Hasil Hasil ASTM Pour point o C D < Flsh point o C D > Water %V KF 870 < content 4 Sulphur %W D < content 5 API gravity... D 1250 > at 60 o F 6 Sp. Gravity at... D < /60 o F 85 7 Viscositas cst D T 100 o F Redwood Heating value kj/kg D > Btu/lb > Kcal/kg > Ash content % W D < Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan Pour Point (Titik Tuang) Pour Point adalah suhu terendah dimana suatu fraksi dapat mengalir atau dituangkan, Penentuan pour point ini berfungsi dalam menentukan cocok tidaknya jenis pompa untuk memindahkan fraksi dari suatu tempat ke tempat lain pada suhu tertentu. Dengan mengetahui titik tuang fraksi tersebut maka dapat diketahui pada suhu berapakah fraksi itu dapat dialirkan dengan pompa baik itu dari dalam sumur maupun saat proses transportasi. Flash Point (Titik Nyala) Flash point adalah temperatur dimana fraksi akan menguap dan menimbulkan api bila terkena percikan api dan kemudian mati dengan sendirinya dengan rentan waktu yang cepat. Hal ini disebabkan karena pada kondisi tersebut

38 belum mampu untuk membuat bahan bakar bereaksi dan menghaslikan api yang kontiniu. Flash point dapat ditentukan dengan melakukan pemanasan yang tetap terhadap suatu fraksi bahan bakar, setelah mencapai titik suhu tertentu maka fraksi tersebut akan mengalami penguapan. Uap tersebut akan menyala jika sumber api di arahkan pada uap tersebut sehingga akan menimbulkan percikan api dan akan padam dengan sendirinya akibat adanya tekanan uap dari bawahnya. jadi dengan kata lain, semakin tinggi flash point suatu fraksi maka akan sulit untuk terbakar begitupun jika fraksi memiliki flash point rendah berarti akan mudah terjadi pembakaran. Viskositas (Kekentalan) Viskositas ialah nilai yang diukur dari daya hambatan aliran yang dialami suatu fluida pada suatu tekanan tertentu, biasanya sering disebut kekentalan atau penolakan terhadap penuangan. Contoh sederhananya yaitu membandingkan air dengan oli, tentu air akan lebih cepat mengalir jika dibandingakan dengan oli, dikarenakan kekentalan yang dimiliki oli lebih tinggi dari air. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa semakin tinggi vikositas suatu cairan maka semakin susah cairan tersebut untuk bergerak mengalir begitupun sebaliknya. Api Gravity dan Specific Gravity (SG) Berat jenis adalah salah satu sifat fisika hidrokarbon yang dalam Teknik Perminyakan umumnya dinyatakan dalam Specific Gravity (SG) atau dengan ºAPI. Specific Gravity (SG) didefinisikan sebagai perbandingan antara densitas minyak dengan densitas air yang diukur pada tekanan dan temperature standart (60 ºF dan 14,7 psia). Hubungan antara ºAPI dengan Spesific Gravity (SG) adalah Sedangkan penulisan SG adalah Penentuan berat jenis minyak ( crude oil ) dilakukan dengan alat hydrometer, dimana penunjuk specific gravity dapat dibaca langsung pada alat.

39 Untuk temperatur yang lebih dari 60 ºF, perlu dilakukan koreksi dengan menggunakan chart yang ada. Kualitas dari minyak (minyak berat maupun minyak ringan) ditentukan salah satunya oleh specific gravity. Temperatur minyak mentah juga dapat mempengaruhi viskositas atau kekentalan minyak tersebut. Hal ini yang dijadikan dasar perlunya diadakan koreksi terhadap temperatur standart 60 ºF. Sedangkan untuk menentukan Spesific Gravity gas, alat yang digunakan adalah effusiometer, dengan memasukkan gas kedalam alat tersebut dan menghitung waktunya saat menekan air keluar dalam alat tersebut setelah sampai batas yang ditentukan, gas dihentikan sedangkan perhitungan waktunya juga dilakukan untuk kembalinya air didalam alat tersebut. Kemudian melihat temperatur yang tertera di termometer. Untuk waktu yang tercatat T 1 dan T 2 dimasukkan rumus T 1 / T 2 = T ( true ) dan temperatur ºAPI. Kemudian mengkoreksi hingga menemukan SG-nya. Penentuan SG gas sangat diperlukan mengingat gas yang terkandung dalam minyak berbeda-beda. Gas yang terkandung dalam minyak tersebut dapat mempengaruhi harga minyak tersebut. Harga 0 API untuk berat jenis minyak mentah (crude oil) antara lain : - Minyak berat = API 0 - Minyak sedang = API - Minyak ringan = > 30 0 API Specific Gravity dari minyak bumi adalah perbandingan antara berat yang diberikan oleh minyak bumi tersebut pada volume tertentu dengan berat air suling pada volume tertentu, dengan berat air suling pada volume yang sama dan diukur pada temperatur 60 0 F. Sedangkan 0 API (Amercan Petroleoum Institute) gravity minyak bumi menunjukkan kualitas minyak bumi tersebut berdasarkan standar dari Amerika. Makin kecil berat jenis (SG) atau makin besar 0 API-nya akan sedikit mengandung lilin atau residu aspal, atau paraffin. Namun dewasa ini minyak berat dapat dibuat fraksi bensin lebih banyak dengan menggunakan metode Cracking dalam penyulingan, namun proses ini memerlukan banyak biaya.

40 2.12Berat dan Volume Bahan Bakar Gas buang (flue gas) terbentuk dari hasil pembakaran di dalam ruang bakar. Pada proses pembakaran sempurna gas buang terdiri dari komponenkomponen karbon dioksida, sulfur dioksida, air (uap) dan sisa pembakaran seperti unsur oksigen. Proses pembakran yang sempurna akan memiliki komponenkomponen gas asap seperti : CO 2, H 2 O, SO 2, N 2, dan O 2. Berdasarkan reaksi kimia pembakkaran, dapat ditentukan besar dan volume gas buang hasil pembakaran, sebagai berikut : Berat dan volume hasil pembakaran karbon (C) adalah : Untuk berat Untuk volume (CO2) w = 11 3 xx CC kg CO2/ kg b. bakar (CO2) v = 5.6 xx CC 3 m3 CO2 / kg b.bakar Berat dan volume hasil pembakaran Hidrogen (H 2 ) adalah : Untuk berat (H 2 O)w = 9 x H 2 kg H2O/ kg b.bakar Untuk volume (H 2 O)v = 11.2 x H 2 m 3 H2O/ kg b.bakar Berat dan volume hasil pembakaran kg Sulfur (S) adalah : Untuk berat (SO 2 )w = 2 x S kg S / kg b.bakar Untuk volume (SO 2 )v = 5.6 xx SS 8 m3 S /kg b.bakar Berat dan volume dari Excess air Oksigen(O 2 ) Untuk berat (O 2 )w Excess = fa x 23.2% x (Wa) th kg O2 / kg b.bakar Untuk volume (O 2 )v Excess = fa (1.865 x C) Berat dan volume hasil pembakaran Nitrogen (N 2 ) adalah : Untuk berat (N 2 )w = 76.8% x (Wa)akt

41 Untuk volume (N 2 )v = xx 3(O 2)v Excess m 3 N 2 /kg b.bakar Berat dan volume gas karbon monoksida dari hasil pembakaran adalah : Untuk berat Untuk volume (CO)w = 3 7 x C (CO)w = 5.6 x (W karbon (CO 2 ) v Maka berat gas buang adalah : Wg = 1 + (Wa)th x (R Ash) kg g.buang / kg b.bakar Untuk R adalah angka kelipatan udara R = (WWWW )aaaaaa (WWWW )tth Untuk berat gas buang basah adalah : (Wg)basah = 1 + [(Wa)akt A] kg g.buang / kg b.bakar Jadi berat gas buang (flua gas) perjamnya adalah : (Wg)tot = Wf x Wg kg g.buang / jam Analisa gas buang sebagai berikut : (CO2) w = 3.12 x 100% = 20.09% (H 2 O) w = x 100% = 6.25% (SO 2 ) w = x 100% =0.42% (O 2 ) w = x 100% = 1.42% (N 2 ) w = x 100% = 71.8% Berat gas buang kering adalah sebagai berikut : (Wg)kering = (Wg)basah (H 2 O)w kg g.buang / kg b.bakar Jadi berat gas asap perjam adalah : (Wg)tot = Wf x Wg kg g.buang / kg b.bakar Analisa berat gas buang kering (CO2) w = 3.12 x 100% = 21.43% (SO 2 ) w = x 100% = 0.45%

42 (O 2 ) w = (N 2 ) w = x 100% = 1.51% x 100% = 76.6% Volume gas buang asap adalah ; (V)g = (1.865 xx CC)+ (0.7 xx SS) [(9x H 2 ) M]m 3 /kg b.bakar Jadi volume gas buang perjam adalah sebagai berikut : (Vg)tot = Wf x Vg m 3 /kg b.bakar Dimana H 2 O terdapat pada gas buang basah yaitu : (H 2 O)v = 1.24 x (9 x H 2 + M)m 3 H2O / kg b.bakar Untuk volume gas buang kering adalah : (V)g = (CO2)v + (SO 2 )v + (O 2 )v + (N 2 )vm 3 / kg b.bakar Maka volume gas buang perjam adalah : (Vg)tot = Wf x Vg m 3 / kg b.bakar Efisiensi Boiler Efisiensi termis boiler adalah energipanas masuk yang digunakan secaraefektif untuk menghasilkansteam. Gambar 2.28 Diagram neraca energi Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar berikutmemberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitansteam.