BAB IV PERHITUNGAN DATA

Transkripsi

1 BAB IV PERHITUNGAN DATA 4.1. Perhitungan Metode Masukan-Keluaran Entalpi uap keluar ketel Beban 50 MW Entalpi dari uap memiliki tekanan sebesar 1,2 Mpa berdasarkan data yang diketahui, maka harga yang didapat berdasarkan tabel uap jenuh adalah: P (MPa) h f (kj/kg) h fg (kj/kg) h g (kj/kg) 1,2 798,6 1986,2 2784,8 Maka besarnya entalpi keluar ketel adalah h s = h f + x (h fg ) dimana harga x berdasarkan data yang didapat sebesar 85% = 0,85 ( referensi dari data sheet PLTU Muara Karang Bab III ) h s = 798,6 + 0,85 (1986.2) = 7486,87 kj/kg 29

2 Beban 60 MW Entalpi uap memiliki tekanan sebesar 1,4 Mpa, maka harga yang didapat berdasarkan tabel uap jenuh adalah: P (MPa) h f (kj/kg) h fg (kj/kg) h g (kj/kg) 1,4 830,3 1959,7 2790,0 h s = h f + x (h fg ) = 830, (1959,7) = 2496,05 kj/kg Beban 120 MW Entalpi uap memiliki tekanan 2,8 MPa, sekarang kita lihat tabel uap yang jauh dengan tekanan 2 dan 3 MPa untuk diinterpolasikan, maka harga yang didapat berdasarkan tabel uap jenuh adalah: P (MPa) h f (kj/kg) h fg (kj/kg) h g (kj/kg) 2 908,8 1890,7 2799, ,4 1795,7 2804,1 Entalpi uap pada tekanan 2,8 MPa hf 2,8 2 = x (1008,4 908,8) 908, = 988,48 kj/kg 2,8 2 hg = x(2804, 2799,5) ,5 3 2 = 2803,18 kj/kg 30

3 2,8 2 h fg = x (1795,7 1890,7) 1890, = 1814,7 kj/kg Entalpi pada tekanan 2,8 MPa P (MPa) h f (kjjkg) h fg (kj/kg) h g (kj/kg) 2,8 988, ,7 2803,18 h s = h f + x ( h fg ) = 988,48 + 0,85 (18114,7) = 2530,97 kj/kg Entalpi Air Pengisi 1. Beban 50 MW Berdasarkan tabel uap jenuh, maka harga entalpi air pengisi yang didapat : t ( 0 C) h f (kj/kg) ,2 2. Beban 60 MW t ( 0 C) h f (kj/kg) ,95 Dilakukan dengan cara interpolasi. t ( 0 C) h f (kj/kg) , ,4 31

4 h f = x(852,4 807,5) 807, = 820,97 kj/kg 3. Beban 120 MW t ( 0 C) h f (kj/kg) ,4 Dilakukan dengan cara interpolasi t ( 0 C) h f (kj/kg) , ,6 h f = x(943,6 897,7) + 897, = 934,4 kj/kg Aliran Uap Berdasarkan data yang didapat, maka laju aliran uap pada ketel uap unit 5 adalah sebagai berikut: - Beban 50 MW G s - Beban 60 MW G s = 212 t/h = kg/h = 238 t/h = kg/h - Beban 120 MW G s = 486 t/h = kg/h 32

5 Aliran Bahan Bakar Berdasarkan data yang didapat, maka aliran bahan baker pada ketel uap unit 5 adalah sebagai berikut : - Beban 50 MW G f = 13,2 t/h = kg/jam - Beban 60 MW G f = 14,2 t/h = kg/jam - Beban 120 MW G f = 26 t/h = kg/jam Effisiensi ketel uap dengan metode Masukan-Keluaran Gs( hs hfw) µ = 100% Gf. LHv dimana nilai LHv dari data yang didapat = kj/kg - Beban 50 MW µ = (2486,87 763,2) x100% ( ) = x 100% = 64,8 % - Beban 60 MW µ = (2496,05 820,97) 14200(42700) x100% = x 100% = 65,8 % 33

6 - Beban 120 MW µ = (2530,97 934,4) 26000(42700) x100% = x 100% = 70 % Tabel 4.1. Perhitungan akhir metode masukan-keluaran No Beban 50 MW 60 MW 120 MW 1. P (MPa) 1,2 1,4 2,8 2. h f (kj/kg) 798,6 830,3 988,48 3. h fg (kj/kg) 1986,2 1959,7 1814,7 4. h g (kj/kg) 2784,8 2790,0 2803,18 5. h s (kj/kg) 2486, , ,97 6. h fw (kj/kg) 763,2 820,97 934,4 7. Gs (kj/jam) G f (kj/jam) LHv (kj/jam) µ (%) 64,8 65,

7 µ (%) ,8 % 65,8 % 70 % Beban MW Gambar 4.1. Diagram efisiensi metode input-output 4.2. Perhitungan Efisiensi dengan Metode Rugi Panas Pengumpulan Data Data yang diperoleh dari PLTU Muara Karang unit 5 adalah sebagai berikut: Tabel 4.2. Komposisi Gas Buang No Zat Beban 50 MW 60 MW 120 MW 1. CO 2 ( % ) 12,6 12,2 14,4 2. O 2 ( % ) 1,4 1,2 3,6 3. CO ( % ) 0,2 0,8 1,0 4. N 2 ( % ) 85,8 85,8 81,0 35

8 Temperatur gas buang Beban 50 MW = C Beban 60 MW = C Beban 120 MW = C Komposisi berat bahan baker yang digunakan pada pembangkit daya ini, sebagai berikut: C = 83,88 % H 2 = 16 % S = 0,12 % HHV = kj/kg Kelembaban spesifik dari udara yang masuk = 0,04353 kg/kg Massa karbon yang terbakar per massa bahan bakar = 0,58 kg/kg Fraksi massa bahan bakar dari kebasahan = 0,14 kg/kg Kerugian Kalor gas asap kering Dari persamaan (2.13) kita ketahui besarnya kerugian kalor akibat gas asap adalah: Lg = Wg Cp (tg t u ) Untuk mendapatkan nilai Wg bila komposisi gas asap dan komposisi bahan baker sudah diektahui bisa dipergunakan teori pembakaran seperti yang dijelaskan pada bab 2. 36

9 tersusun atas : Bila dianggap bahan baker memiliki berat 1 kg, maka bahan bakar tersebut C H 2 S = 0,8388 kg = 0,16 kg = 0,0012 kg Jumlah O 2 yang dibutuhkan adalah : O2 but = ( 8/3 C + 8 H 2 + S O ) kg/kg bahan baker = 8/3. 0, ,16 + 0,0012 = 2, ,28 + 0,0012 = 3,521 kg/kg bahan bakar Jumlah udara yang dibutuhkan : = ,2 O but x = x 3,52 = 15,17 kg / udara kg bahan bakar 23,2 Selanjutnya adalah mengubah prosentase volume gas asap menjadi prosentase berat. Untuk itu kita gunakan tabel berikut ini : 37

10 Tabel 4.3. Prosentase berat gas asap pada beban 50 MW Berat dlm No Zat Volume dlm 1m 3 gas asap (a) Berat Jenis (b) Berat Prop (c) = a. b 1 kg/ kg gas (d) = asap C C % 1. CO 2 0, ,54 0,184 18,4 2. CO 0, ,06 0,002 0,2 3. O 2 0, ,45 0,015 1,5 4. N 2 0, ,02 0,799 79,9 5. Total 1,000 30,07 1, Tabel 4.4. Prosentase berat gas asap pada beban 60 MW No Zat Volume dlm 1m 3 gas asap (a) Berat Jenis (b) Berat Prop (c) = a. b Berat dlm 1 kg/ kg gas asap (d) = C C % 1. CO 2 0, ,37 0,180 18,4 2. CO 0, ,22 0,008 0,8 3. O 2 0, ,38 0,013 1,3 4. N 2 0, ,02 0,799 79,9 5. Total 1,000 29,99 1,

11 Tabel 4.5. Prosentase berat gas asap pada beban 120 MW Berat dlm No Zat Volume dlm 1m Berat Jenis gas asap (a) (b) 3 Berat Prop (c) = a. b 1 kg/ kg gas asap % (d) = C C 1. CO 2 0, ,34 0,208 20,8 2. CO 0, ,28 0,009 0,9 3. O 2 0, ,15 0,038 3,8 4. N 2 0, ,68 0,745 74,5 5. Total 1,000 30,45 1, Berat karbon dalam 1 kg gas asap adalah beban 50 MW 3/11 CO 2 + 3/7 CO (kg) = 3/11 (0,184) + 3/7 (0,002) = 0,051 kg Beban 60 MW 3/11 CO 2 + 3/7 CO (kg) = 3/11 (0,180) + 3/7 (0,008) = 0, ,003 = 0,052 kg 39

12 Beban 120 MW 3/22 CO 2 + 3/7 CO (kg) = 3/22 (0,208) + 3/7 (0,009) = 0, ,004 = 0,06 kg Berat gas asap per kg bahan bakar adalah : Beban 50 MW W g = berat karbon dalam 1kg bahan bakar berat karbon dalam 1kg gas asap 0,8388 = = 16,44 kg/kg bahan bakar 0,051 Wg = 0,8388 = 16,13 kg/kg 0,052 bahan bakar Wg = 0,8388 = 13,98 kg/kg bahan bakar 0,06 Sehingga besarnya kerugian panas akibat adanya gas buang adalah Beban 50 MW Lg = 16,44. 1,0048 (264 30) = 3865,42 kj/kg gas asap Beban 60 MW Lg = 16,13. 1,0048 (274 30) = 3889,8 kj/kg Beban 120 MW Lg = 13,98. 1,0048 (332 30) = 4242,22 kj/kg 40

13 Kerugian panas akibat adanya H 2 O diudara pembakaran Dari persamaan (2.14) kita ketahui besarnya kerugian kalor akibat adanya H2O diudara pembakar adalah: L ma = (A/F) act m,d ω C p,g (T gout T gin ) Berdasarkan data yang diperoleh, nilai massa aliran gas asap = 9,804 kg/kg Beban 50 MW L ma = (0,04353 ) (1,926) [264-30] Beban 60 MW = 192,33 kj/kg bahan bakar L ma = 9,804 (0,04353) (1,926) [274-30] Beban 120 MW = 200,55 kj/kg bahan bakar L ma = 9,804 (0,04353) (1,926) [332-30] = 248,23 kj/kg bahan bakar Kerugian Panas akibat adanya Hidrogen yang membentuk air Dari persamaan (2.16) kita ketahui besarnya kerugian kalor akibat adanya hydrogen yang membentuk air adalah : L H = (M + gh 2 ) (h s h w ) Beban 50 MW Dimana, Jika T g out lebih rendah dari C h s h w = 2493,6 + 1,926 T g out 4,187 T g n = 2492,6 + 1,926 (264 4,187 (30) = 3001,06 125,61 = 2875,45 kj/kg H 2 O 41

14 L H = [0, (0,16)] (2894,7) = 1,58 (2894,7) = 4573,6 kj/kg bahan bakar Beban 120 MW h s h w = ,093 T g out 4,187 T g in (melebihi C) = ,093 (332) 4,187 (30) = 3136,87 125,61 = 3011,27 kj/kg H 2 O L H = [0, (0,16)] (3011,27) = 1,58 (3011,27) = 475,8 kj/kg bahan baker Kerugian Pembakaran tak sempurna Dari persamaan (2.17) kita ketahui besarnya kerugian pembakaran tak sempurna yang diakibatkan terbentuknya karbon monoksida, adalah: = 23,630 Cb %CO L co %CO + %CO2 Berdasarkan data yang diperoleh nilai massa karbon yang terbakar per massa bahan baker (Cb) = 0,58 kg/kg 42

15 Beban 50 MW 0,2 L co = 23,630 (0,58) 12,6 + 0, 2 = 13,7054 0,2 12,8 = 214,15 kj/kg bahan bakar Beban 60 MW 0,8 L co = 23,630 (0,58) 12,2 + 0, 8 = 13,7054 0,8 13 = 843,4 kj/kg bahan bakar Beban 120 MW 1,0 L co = 23,630 (0,58) 14,4 + 1, 0 = 13,7054 1,0 15,4 = 954,9 kj/kg bahan bakar Kerugian Total Dari keempat losses yang bisa diidentifikasi itu, total kerugian panas yang terdeteksi adalah: 43

16 Beban 50 MW L T = L g + L ma + L H + L = 3865, , , ,15 = 8815,1 kj/kg bahan bakar Besarnya efisiensi yang terjadi co γ = ,1 x100% = 81,04 % Beban 60 MW L T = L g + L ma + L H + L = 3889, , , ,4 = 9507,35 kj/kg bahan bakar Besarnya efisiensi yang terjadi co γ = , x 100% = 79,55 % Beban 120 MW L T = L g + L ma + L H + L = 4242, , ,8 +954,9 = 10203,15 kj/kg bahan bakar Besarnya efesiensi yang terjadi co γ = ,15 x 100 % = 78,05 % 44

17 Secara lengkap hasil perhitungan kerugian-kerugian yang terjadi dan besarnya effisiensi pada setiap tingkat beban tersaji pada table dibawah ini Tabel 4.6. Perhitungan akhir metode rugi panas No Beban 50 MW 60 MW 120 MW Losses 1. Lg 3865, ,8 4242,22 2. Lma 192,33 200,55 248,23 3. LH 4543,2 4573,6 4757,8 4. LT (kj/kg) 88151,1 9507, ,15 5. γ (%) 81,04 % 79,55 % 78,05 % γ (%) ,04 %. 79,55 %. 78,05 % (Mw) Beban Gambar 4.2. Diagram efisiensi rugi panas 45

18 4.3 Metode LMTD (Beda Suhu Rata-rata didalam Ketel) Ti - To Tm = Ln ( Ti / To) Dimana : Ti = Tv Tm dan To = Tv Tk Tv = Temperatur Saturasi Ketel ( 0 C) Tm = Temperatur air masuk ( 0 C) Tk = Temperatur air keluar ( 0 C) Beban 50 MW Ti = 35,85 30 = 5,85 0 C To = 35,85 32 = 3,85 0 C 5,85-3,85 Tm = Ln (5,85-3,85) = 4,78 0 C Beban 60 MW Ti = 36,85 29 = 7,85 0 C To = 36,85 34 = 2,85 0 C 7,85-3,85 Tm = Ln (7,85-2,85) = 4,93 0 C Beban 120 MW Ti = 40,20-30 = 10,20 0 C To = 40,20 38 = 2,20 0 C 10,20-2,20 Tm = Ln (10,20-2,20) = 5,22 0 C 46