Studi Eksperimen Pengaruh Kecepatan Fluidisasi Terhadap Unjuk Kerja Swirling Fluidized Bed Coal Dryer

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 2, (2017) ISSN: ( Prin) B-300 Sudi Eksperimen Pengaruh Kecepaan Fluidisasi Terhadap Unjuk Kerja Swirling Fluidized Bed Coal Dryer Alim Jabbar Ibrahim dan Prabowo Deparemen Teknik Mesin, Fakulas Teknologi Indusri, Insiu Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Indonesia Absrak Baubara dengan moisure conen yang inggi menyebabkan nilai kalor baubara menjadi rendah, selain iu juga menyebabkan beban pulverizer pada pembangki lisrik enaga uap (PLTU) meningka. Oleh karena iu, pada peneliian ini akan dibahas enang eksperimen pengeringan baubara dengan memvariasikan kecepaan udara pengering pada 75%, 100%, dan 125% dari kecepaan minimum fluidisasi. Unuk mendapakan aliran swirl, udara di hembuskan oleh senrifugal blower menuju vane pengarah aliran dengan sudu 10 o. Baubara yang akan dikeringkan berbenuk granular dengan diameer raa-raa sebesar ± 6 mm. Beban awal pengeringan di seiap variasi kecepaan adalah 600 gram. Pada seiap meni pengeringan, dicaa emperaure dan relaive humidiy dari udara pengering. Diambil pula sampel baubara sebanyak ±3 gram unuk menghiung moisure conen baubara pada beberapa meni pengeringannya. Dari peneliian ini didapakan bahwa drying rae raa-raa pada kecepaan 15.9 m/s, m/s, dan m/s beruru-uru adalah 5.63 gr/min, 7.17 gr/min, dan gr/min. Berdasarkan waku pengeringan, pada meni ke-1 hingga meni ke-6 drying rae erbesar dicapai oleh kecepaan fludisasi m/s (125% U mf ), pada meni ke-6 hingga meni ke- 14 drying rae erbesar dicapai oleh kecepaan fluidisasi m/s (100% U mf ), sedangkan pada meni ke-14 hingga meni ke-22 drying rae erbesar dicapai pada kecepaan fludisasi 15.9 m/s (75% U mf ). Kaa Kunci Swirling fluidized bed coal dryer, 75%;100%; dan 125% kecepaan minimum fluidisasi, drying rae. N I. PENDAHULUAN ILAI kalor baubara merupakan fakor erpening dalam penenuan kualias dari suau jenis baubara. Nilai kalor baubara sanga dienukan oleh beberapa fakor. Salah sau fakor ersebu adalah moisure conen. Moisure conen baubara berbanding erbalik dengan nilai kalornya, baubara akan memiliki nilai kalor yang inggi jika ber-moisure conen rendah. Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai kalor baubara cenderung lebih inggi jika memiliki moisure conen yang rendah [1]. Salah sau pengguna baubara ber-moisure conen inggi adalah pembangki lisrik enaga uap (PLTU). Boiler pada PLTU yang merupakan ala uama pengkonversi energi fossil menjadi energi hermal, seharusnya dioperasikan dengan baubara ber-nilai kalor inggi. Namun berolak belakang dengan hal ersebu, umumnya PLTU di Indonesia menggunakan baubara dengan nilai kalor rendah. Salah sau meode yang berguna unuk menaikkan nilai kalor baubara Tabel 1. Komposisi dan parameer fisik beberapa jenis baubara Anrachie Subbiuminous Lignie Moisure (%) Volaile maer (%) Fixed carbon (%) Ash (%) Sulfur (%) Carbon (%) Oxygen (%) Densiy (g/ml) Calorific value (kj/kg) 28,000 31,500 17,500 23,000 14,000-17,500 adalah dengan mengeringkan baubara sebelum dimasukkan ke dalam boiler. Namun pada kenyaaannya, sebagian besar pembangki lisrik di Indonesia idak memiliki fasilias pengeringan baubara ersebu. Peneliian enang pengeringan baubara pernah dilakukan oleh Dicky Permana dengan judul Sudi Eksperimen Pengaruh Kecepaan Fluidisasi Terhadap Unjuk Kerja Swirling Fluidized Bed Coal Dryer pada ahun Peneliian ini dilakukan dengan memvariasikan kecepaan fluidisasi pada 100%, 125%, dan 150% dari kecepaan minimum fluidisasi. Berdasarkan hasil eksperimen, didapa bahwa kecepaan yang inggi memiliki kinerja pengeringan lebih baik [2]. Sudi numerik pada bed baubara dengan menggunakan pengarah aliran berbenuk cone dilakukan oleh Melvin E Simanjunak dengan judul Transien 3D Modelling of Swirl Fluidized Bed Coal Dryer: The Effec of Differen Angles of Guide Vane pada ahun Melalui hasil peneliian ini dikeahui bahwa disribusi bed baubara cenderung ersebar meraa pada drying chamber dan juga erdapa beberapa pahline udara pengering yang berada di sekiar cone pengarah aliran[3]. Melvin E Simanjunak juga melakukan sudi eksperimen pada swirling fluidized bed coal dryer dengan pengarah aliran berbenuk cone yang berjudul Experimenal Sudy The Effec of Angle of Blade Inclinaion on Coal Swirl Fluidized Bed Drying pada ahun Selama 5 meni pengeringan, moisure conen baubara berubah dari 25.17% menjadi 10.28%, 11.47%, dan 13.67% masing masing pada sudu vane 10 o, 20 o, dan 30 o. Sedangkan drying rae raa-raa pada keiga variasi beruru-uru adalah 2.97 m -1, 2.73 m -1, dan 2.29 m -1

2 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 2, (2017) ISSN: ( Prin) B-301 [4]. Peneliian serupa yang berjudul Experimenal Sudy on The Effec of Temperaure and Fluidizaion Velociy on Coal Swirl Fluidized Bed Drying wih 10 o Angle of Blade Inclinaion dilakukan oleh Melvin E Simanjunak pada ahun Kinerja pengeringan Swirling Fluidized Bed Coal Dryer dengan cone pengarah aliran dianalisa dengan memvariasikan kecepaan fluidisasi dan emperaure inle udara pengering. Seelah 7 meni pengeringan berlangsung, moisure conen baubara berkurang sebanyak 24.73%, 23.6%, dan 21.32% masing-masing pada variasi inle emperaure 50 o C, 45 o C, dan 40 o C. Drying rae raa-raa pada keiga variasi emperaure beruru-uru adalah 23.08, 21.65, dan gr/min [5]. Lalu pada peneliian ini akan dianalisa proses pengeringan baubara pada swirling fluidized bed coal dryer anpa pengarah aliran berbenuk cone, yang sebelumnya digunakan pada peneliian [2][3][4][5]. Kecepaan fluidisasi akan divariasikan pada 75%, 100%, dan 125% dari kecepaan minimum fluidisasi yang beruru-uru bernilai 15.9 m/s, m/s, dan m/s. B. Pengambilan Daa Pada eksperimen ini didapakan 2 jenis daa pengeringan, yaiu daa dari sisi baubara dan sisi udara. Daa pada sisi baubara didapakan melalui proses sampling yang dilakukan dengan selang waku 1 meni selama 10 meni perama dan dilanjukan dengan selang waku 2 meni selama 12 meni berikunya. Daa pada sisi udara didapakan melalui pengukuran relaive humidiy dengan RH meer dan dry-bulb emperaure dengan hermocouple ipe K yang diempakan pada inle dan oule dari drying chamber, seperi yang diunjukkan oleh gambar 2. Daa kualiaif berupa foo juga didapakan selama proses pengeringan berlangsung. Foo diambil pada ampak samping dari drying chamber. II. METODOLOGI A. Meode Eksperimen Skema ala swirling fluidized bed coal dryer diunjukkan oleh gambar 1. Udara pengering dipanaskan melalui hea exchanger ipe compac. Air yang melewai hea exchanger elah erlebih dahulu dipanaskan oleh heaer yang dipasang di beberapa iik pada angki air. Proses sirkulasi pada sisi fluida panas dialirkan dengan menggunakan pompa menuju hea exchanger dan kembali menuju angki air, sedangkan aliran pada sisi udara digerakkan oleh sebuah senrifugal blower menuju bed baubara. Baubara sebera 600 gram dengan diameer ± 6 mm diempakan diaas vane pengarah aliran udara pengering Gambar 2. Posisi pengambilan daa pada drying chamber C. Prosedur Peneliian (Sisi Baubara) Pada sisi baubara, kecepaan pengeringan (drying rae) didapakan dengan menghiung perbedaan moisure conen baubara anar waku pengeringan. Moisure conen (webasis) baubara dihiung seperi pada (1). wb, wk, % MC 100% (1) w b, Gambar 1. Skema ala swirling fluidized bed coal dryer bersudu 10 o dengan emperaur 54 ± 1 o C. Kecepaan udara pengering disesuaikan dengan melakukan kalibrasi erlebih dahulu pada volage regulaor dengan menggunakan pio ube dan manomeer.

3 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 2, (2017) ISSN: ( Prin) B-302 Dengan %MC merupakan moisure conen baubara seelah meni pengeringan berlangsung, w b, dan w k, adalah bera sampel baubara basah dan baubara kering pada meni ke-. Bera kering baubara didapakan dengan memanaskan sampel basah baubara pada suhu 110 o C selama 3 jam dalam 3 ahapan, sesuai dengan ASTM D 5142 [6]. Laju pengeringan aau drying rae pada sisi baubara dihiung pada (2). dw MC MC (% ) 1 (% ) (600 1 w gram n b n ) d 1, (2) Dengan dw adalah drying rae pada meni ke- (gr/min), d Gambar 4. Psychromeric chars III. HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa pada sisi udara akan dibahas erlebih dahulu, dan dilanjukan dengan analisa dari sisi baubara. Kedua analisa ersebu akan dibandingkan sau sama lain unuk memvalidasi peneliian ini. Seelah iu akan dibahas pula pergerakan baubara melalui foo saa proses pengeringan berlangsung. A. Perubahan Oule Dry-bulb Temperaure Terhadap Waku Pengeringan Memiliki bilangan Reynolds erbesar, variasi kecepaan m/s mengalami proses perpindahan panas raa-raa Gambar 3. Penimbangan sampel baubara adalah selang waku pengambilan daa, dan beban awal pengeringan adalah 600 gram. Gambar 3 menunjukkan illusrasi dari proses penimbangan bera baubara basah aaupun baubara kering. D. Prosedur Peneliian (Sisi Udara) Daa berupa relaive humidiy dan dry-bulb emperaure diplokan pada psychromeric chars unuk mengeahui karakerisik proses pengeringan.. Pada sisi udara, laju pengeringan (dyring rae) didapakan dengan mengurangkan humidiy raio udara anar waku pengeringan. Gambar 3 menunjukkan grafik psychromeric char udara pada ekanan 1 am dengan simbol yang sesuai dengan (3). Dying rae pada sisi udara dihiung pada (3). dw m ( ) 1 d Dengan ω adalah humidiy raio oule drying chamber pada meni ke- dan adalah selang waku pengambilan daa. Selama melewai ala swirling fluidized bed coal dryer udara melewai 2 proses ermodinamika, yaiu sensible heaing dan humidfying. Proses sensible heaing erjadi pada saa udara melewai hea exchanger, sedangkan proses humidifying erjadi pada saa udara pengering melewai bed baubara. dry (3) Gambar 5. Oule dry-bulb emperaure vs waku erbesar dibandingkan variasi lainnya. Hal ini diunjukkan oleh gambar 3 dengan besarnya ΔT, yaiu penurunan emperaur anara inle dan oule drying chamber pada variasi m/s. Melalui gambar 3 pula dapa dikeahui bahwa emperaur dry-bulb udara jauh secara drasis pada meni ke- 1, dan berangsur naik secara perlahan pada meni berikunya. Hal ini karena pada awal proses pengeringan, emperaur permukaan baubara berada pada nilai erendahnya. Perbedaan emperaur anara permukaan baubara dan udara yang besar menyebabkan perpindahan panas erbesar erjadi pada menimeni awal proses pengeringan pada keiga variasi kecepaan.

4 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 2, (2017) ISSN: ( Prin) B-303 B. Perubahan Oule Relaive Humidiy Terhadap Waku Pengeringan Gambar 4 menunjukkan bahwa variasi m/s memiliki relaive humidiy eringgi pada meni ke-1 hingga meni ke-6, sedangkan pada meni ke-6 hingga meni ke-22 variasi 15.9 jauh keaas menandakan proses humidifying yang lebih inggi elah erjadi. Sehingga berdasarkan gambar 5, dikeahui bahwa variasi 15.9 m/s mengalami proses sensible cooling erkecil dan proses humidifying erbesar, sedangkan variasi m/s mengalami proses sensible cooling erbesar dan proses humidifying erkecil. D. Analisa Moisure Conen Baubara Terhadap Waku Gambar 6 menunjukkan disribusi nilai moisure conen baubara erhadap drying ime pada keiga variasi kecepaan. Secara garis besar, penurunan moisure conen erkecil erjadi pada kecepaan 15.9 m/s (75% U mf ) dan penurunan moisure Gambar 6. Oule relaive humidiy vs waku m/s memiliki relaive humidiy yang eringgi. Hal ini disebabkan oleh kandungan air ersisa pada baubara yang masih cukup inggi pada variasi 15.9 m/s. Relaive humidiy udara pada variasi kecepaan m/s dan m/s menunjukkan nilai yang jauh lebih inggi pada awal proses pengeringan dibandingkan dengan kecepaan 15.9 m/s. Hal ini menandakan besarnya laju perpindahan massa air yang erjadi pada meni awal pengeringan dari variasi m/s dan m/s. Relaive humidiy udara pada variasi kecepaan m/s dan m/s mengalami penurunan yang sanga drasis pada 8 meni perama, sedangkan variasi 15.9 m/s cenderung memiliki nilai relaive humidiy yang lebih konsan. C. Analisa Udara Pengering Pada Psychromeric char Perubahan kondisi udara pengering pada saa melalui bed baubara pada meni ke-1, meni ke-3, dan meni ke-6 digambarkan oleh panah pada gambar 5. Tiik yang bergeser Gambar 8. Perubahan moisure conen erhadap waku pengeringan conen erbesar erjadi pada kecepaan m/s (125% U mf ). Sedangkan penurunan moisure conen pada variasi kecepaan m/s (100% U mf ) memiliki nilai yang idak jauh berbeda dengan kecepaan m/s. Hal ersebu dikarenakan oleh kondisi bed baubara keduanya yang sudah merupakan jenis fluidized bed. Namun seelah 10 meni pengeringan berlangsung, kecepaan 15.9 m/s mengalami penurunan moisure conen yang lebih inggi dibandingkan kedua variasi lainnya. E. Analisa Drying Rae Terhadap Waku Pengeringan Drying rae raa-raa pada variasi kecepaan 15.9 m/s, m/s, dan m/s beruru-uru adalah 5.63 gr/min, 7.17 gr/min, dan gr/min. Berdasarkan waku pengeringan, drying rae erbesar pada meni ke-1 hingga meni ke-6 dicapai oleh kecepaan fludisasi m/s (125% U mf ), pada Gambar 7. Proses pengeringan pada psychromeric char lebih jauh ke kiri menandakan proses sensible cooling yang lebih besar elah erjadi, sedangkan iik yang bergeser lebih Gambar 7. Perubahan drying rae erhadap waku pengeringan meni ke-6 hingga meni ke-14 dicapai oleh kecepaan

5 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 2, (2017) ISSN: ( Prin) B-304 fluidisasi m/s (100% U mf ), sedangkan pada meni ke-14 hingga meni ke-22 dicapai pada kecepaan fludisasi 15.9 m/s (75% U mf ). F. Validasi Perpindahan Massa Air dari Sisi Baubara dan Sisi Udara Secara eori seharusnya massa air yang dierima oleh udara dan massa air yang dilepas oleh baubara bernilai sama, eapi dikarenakan banyak nya fakor eksernal yang mempengaruhi peneliian ini, kondisi ersebu idak dapa ercapai secara sempurna. Dengan mengasumsikan perpindahan massa air pada sisi baubara memiliki error yang lebih kecil dibandingkan pada sisi udara, maka error raa raa (berbasis baubara) dari variasi 15.9 m/s adalah 2.17%, variasi m/s adalah 2.816%, dan dari variasi m/s adalah 7.01%. G. Analisa Pergerakan Baubara Sesuai dengan gambar 8, dapa dikeahui bahwa bed baubara elah erfluidisasi pada variasi kecepaan m/s dan m/s. Sedangkan pada kecepaan 15.9 m/s, bed baubara idak erfludisasi karena gaya drag dari udara idak mampu unuk melawan gaya bera dari baubara. Pada proses pengeringan dengan kecepaan 15.9 m/s Gambar 8. Foo Tampak samping drying chamber erdapa sejumlah baubara yang erkumpul pada bagian engah dari vane pengarah aliran. Menginga lubang laluan pada vane pengarah aliran hanya erdapa pada bagian pinggir saja, maka jika bed baubara idak erfluidisasi akan erdapa sejumlah baubara yang berada pada bagian engah dari drying chamber. Hal ini lah yang erjadi pada pengeringan baubara dengan kecepaan 15.9 m/s. Sedangkan pada variasi m/s dan m/s, bed baubara elah erfluidisasi, sehingga parikel baubara erdisribusi hanya pada bagian pinggir dari drying chamber dan idak erdapa baubara yang menempai posisi engah dari drying chamber. Hal ini karena aliran udara yang berpola swirling memberikan gaya senripeal dan mendorong bed baubara unuk eap berada pada posisi pinggir dari drying chamber. m/s (125% U mf ) yaiu sebesar gram, sedangkan pada variasi m/s (100% U mf ) dan 15.9 m/s (75% U mf ) oal massa air yang berpindah adalah gram dan gram. 2) Pada meni ke-1 hingga meni ke-6, kecepaan m/s memiliki drying rae eringgi. Lalu pada meni ke-6 hingga meni ke-12, kecepaan m/s memiliki drying rae eringgi, sedangkan pada meni ke-12 hingga meni ke-22 drying rae eringgi jauh pada kecepaan 15.9 m/s. 3) Perbedaan daa perpindahan massa yang didapakan anara sisi udara dan sisi baubara pada variasi 15.9 m/s, m/s dan m/s beruru-uru adalah 2%, 2.9%, dan 7.01%. 4) Pada pengeringan baubara dengan kecepaan 15.9 m/s, bed baubara idak dapa erfluidisasi. Sedangkan pada kecepaan m/s dan m/s bed baubara erfluidisasi secara swirl pada bagian pinggir dari drying chamber. DAFTAR PUSTAKA [1] J. G. Speigh, Handbook of Coal Analysis. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. (2005) [2] D. Permana, Sudi Eksperimen Pengaruh Kecepaan Fluidisasi Terhadap Unjuk Kerja Swirling Fluidized Bed Coal Dryer, in Jurnal Teknik ITS, Vol. 4, No. 1, Surabaya: Insiu Teknologi Sepuluh Nopember (2016). [3] M. E. Simanjunak, Prabowo, D. Ichsani, W. A. Widodo, Transien 3D Modelling of Swirl Fluidized Bed Coal Drying: The Effec of Differen Angles of Guide Vane, in JP Journal of Hea and Mass Transfer, Vol. 13, No. 4, Allahabad: Pushpa Publishing House (2016) [4] M. E. Simanjunak, Prabowo, D. Ichsani, W. A. Widodo, Experimenal Sudy on The Effec of Angle of Blade Inclinaion on Coal Swirl Fluidized Bed Drying, in ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 11, No. 2, Surabaya: Asian Research Publishing Nework (ARPN) (2016) [5] M. E. Simanjunak, Prabowo, D. Ichsani, W. A. Widodo, Experimenal Sudy on The Effec of Temperaure and Fluidizaion Velociy on Coal Swirl Fluidized Bed Drying wih 10 o Angle of Blade Inclinaion, in ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 11, No. 21, Surabaya: Asian Research Publishing Nework (ARPN) (2016) [6] ASTM D 5142, Sandard Tes Mehod for Proximae Analysis Sample of Coal and Coke by Insrumenal Procedures. Wes Conshohocken, PA: ASTM Inernaional (2009). IV. KESIMPULAN Berdasarkan ekperimen dan analisa yang elah dilakukan, kesimpulan dari peneliian ini adalah : 1) Toal massa air yang berpindah erbesar seelah 22 meni proses pengeringan jauh pada variasi kecepaan 25.61