POWER & STEAM Nur Istianah,ST.,MT.,M.Eng
POWER Jumlah energi yang diperlukan per satuan waktu Energi diperlukan untuk proses, pelengkap (penerangan, komputer, dll), pengolahan limbah dan transportasi bahan Semua energi dikonversi menjadi Kwh Dapat ditentukan kebutuhan energi (listrik)
POWER Kebutuhan daya (energi) untuk proses dapat dihitung dari neraca energi dan waktu operasi P = E/t Dijabarkan dalam spesifikasi mesin Beberapa peralatan memiliki perhitungan daya sendiri: pengadukan dan pompa
Kebutuhan daya pompa Digunakan untuk: Menggerak air (energi kinetik) Mengangkat air (energi potensial) Mengatasi hambatan (gesekan, tikungan, sambungan, dll)
Energy losses Item Pipa lurus Fitting Contraction Enlargment f EF Laminar/ Turbulen(pipa halus/kasar) - - - - K f (V 1 ) /α K f (V 1 ) /α [1-(A 1 /A ) ](V 1 ) /α ΔP f(v )Lρ/D f(v )L ρ/d EF x ρ EF x ρ Laminar: f=16/re L /D lihat Tabel 6.3
Energy losses Item Pipa lurus Fitting Contraction Enlargment f EF Laminar/ Turbulen(pipa halus/kasar) - - - - K f (V 1 ) /α K f (V 1 ) /α [1-(A 1 /A ) ](V 1 ) /α ΔP f(v )Lρ/D f(v )L ρ/d EF x ρ EF x ρ L /D lihat Tabel 3.
TABLE 3.1 RELATIVE ROUGHNESS FACTORS FOR PIPES Material Roughness factor (e) Material Roughness factor (e) Riveted steel 0.001-0.01 Concrete 0.0003-0.003 Wood staves 0.000-0.003 Galvanized iron Asphalted cast iron Commercial steel 0.000 0.001 0.00005 Cast iron 0.0003 Drawn tubing Smooth
TABLE 3. FRICTION LOSS FACTORS IN FITTINGS Valves, fully open: Elbows: gate 0.13 globe 6.0 angle 3.0 90 standard 0.74 medium sweep 0.5 long radius 0.5 square 1.5 Tee, used as elbow 1.5 Tee, straight through 0.5 Entrance, large tank to pipe: sharp 0.5 rounded 0.05 k
Friction factors in pipe
Contoh soal Berpakah daya pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan air mineral dengan densitas 1.00 g/cm 3 dan viskositas 0.7 cp melalui sanitary pipe (1-in nominal) sepanjang 30 m menuju tangki penampung dengan diameter 5m agar memenuhi kapasitas produk 10.8 ton/jam? Bagian exhaust pipa yang terhubung dengan tangki penampung dipasang 90 o elbow std. Selisih ketinggian air di penampung 1 dan adalah 10m.
Solution: 1 6 3 g 10 cm kg = 1 x x 1000 3 3 3 cm m 10 g kg m 3 Q = m/ 10800 kg jam 3 1m x x 1000kg 1jam 3600 det 3 m 0.003 det Diameter (1.50 in nominal, sanitary pipe)< : D = 1.40 in = 0.0356 m g kg = 0,7 cp 0,007 poise 0,007 0,0007 cm.s m.s Q area 3 m 0.003 det = x 1 (0.091/) m 7.8m / det 0,0007Pa.s L = 60
Solution: Re D 1000x7.8x0.091 0.0007 3830 3a (turbulen) f pipa halus, 10 4 <Re<10 6 f = 0,048*Re (-0,) = 0.004035 4a Fitting elbow std 90 : L /D = 35 L = 35x0.091=0.80 m 3,4 b f ( ) ( L L') P D x0.004035x(7.8) x(30 0.80) x1000 0.091 56001Pa
10 10^ 4.4078 5 0.091 4 1/ 4 1/ 4 4 1 1 1 1 x D D A A D D A A = 6.50775 E 7.8 x 4.4078x10 1- = E x A A 1- = E f -10 f 1 1 f Solution: Enlargment: Laminar, (asumsi fluida newtonian) α = Pers. Bernoulli: ΔP f /ρ = ΔP/ρ + E f = 586.7096 J/kg m /s W = ΔP f /ρ + g(h h1) = 586.7096 + 100 J/kg = 686.7096 5a 5b 5c 6
Contoh Pompa untuk menaikkan air setinggi m dengan debit 1, m3/menit. Pipa dari galvanis berdiameter 15 cm dengan panjang 10m. Jika ada 8 tikungan berapa kebutuhan daya pompa.
Reynold number Assume properties of water at 0 C are density 998 kg m-3, and viscosity 0.001 N s m- Cross-sectional area of pipe A = (π/4)d = π /4 x (0.15) = 0.0177 m- Volume of flow V = 1. m3 min-1 = 1./60 m3 s-1 = 0.0 m 3 s-1. Velocity in the pipe = V/A = (0.0)/(0.0177) = 1.13 ms-1 Now (Re) = Dvρ/µ = (0.15 x 1.13 x 998)/0.001 = 1.7 x 10 5 so the flow is clearly turbulent.
friction loss of energy From Table 3.1, the roughness factor ε is 0.000 for galvanized iron and so roughness ratio ε /D = 0.000/0.15 = 0.001 So from Fig. 3.8, ƒ = 0.0053 Therefore the friction loss of energy = (4ƒv /) x (L/D) = [4ƒv L/D] = [4 x 0.0053 x (1.13) x 10]/( x 0.15) = 10.8 J.
Energy loss from bends and discharge For the eight right-angled bends, from Table 3. we would expect a loss of 0.74 velocity energies at each, making (8 x 0.74) = 6 in all. velocity energy =k.v/ = (1.13)/ = 0.64 J So total loss from bends and discharge energy = (6 + 1) x 0.64 = 4.5 J There would be one additional velocity energy loss because of the unrecovered flow energy discharged into the reservoir.
Energy to move 1 kg water Energy to move 1 kg water against a head of m of water is E = Zg = x 9.81 = 15.8 J. Total energy requirement per kg: Etot = 10.8 + 4.5 + 15.8 = 31.1 J
energy requirement of pump and theoretical power requirement = Energy x volume flow x density = (Energy/kg) x kgs-1 = 31.1 x 0.0 x 998 = 4613 J s-1. Kwh Now the head equivalent to the energy requirement = Etot/g = 31.1/9.81 = 3.5 m of water,
Sumber energi: POWER Listrik (PLN atau turbin) Steam Bahan bakar komersil Daur ulang limbah (padat, gas atau cair)
STEAM
SISTEM PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR) Istilah Steam (uap air) merepresentasikan kondisi bentuk/fasa uap dari air dan steam juga digunakan sebagai sumber energi. Energi dari steam dapat digunakan untuk menaikkan temperatur baha-bahan lain, misalnya bahan/produk pangan, dan pada proses pemanasan tersebut menghasilkan hasil samping berupa kondensat air (akibat dari perubahan fasa karena kehilangan energi)
SISTEM PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR) Steam (uap air) dapat dihasilkan dengan cara menambahkan panas dari pembakaran bahan bakar (BBM atau gas) untuk mengubah fasa air menjadi uap. Sistem pembangkit uap (boiler) adalah sebuah wadah/ketel yang di desain untuk memberikan kontak antara air dan sumber panas, sebagai syarat untuk mengubah fasa cairan menjadi uap/gas Ketel boiler di desain untuk menampung steam dan mempertahankan tekanan hasil dari perubahan bentuk/fasa air menjadi uap
SISTEM PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR) Sistem Pembangkit uap yang utama terbagi menjadi macam, yaitu : Fire-tube (pipa api) dan Water-tube (pipa air) Pada pembangkit uap (boiler) pipa api, api berada di dalam pipa, dan air berada di luar pipa dalam jumlah yang banyak. Pada boiler pipa air, air yang akan diuapkan disimpan dalam pipa-pipa kecil, dan api berada di luar sekitar pipa air.
SISTEM PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR) Boiler Pipa Api Api dan gas panas hasil pembakaran bahan bakar mengalir di dalam pipa dan memanasi air yang berada di luar pipa
SISTEM PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR) Boiler Pipa Air Api dan gas panas hasil pembakaran bahan bakar mengalir di luar pipa dan memanasi air yang berada di dalam pipa
Efisiensi boiler Perbandingan uap panas yang dihasilkan dengan air umpan boiler yang diberikan Dipengaruhi koefisien transfer panas HE dan kualitas air Parameter umum: Soft water Bebas endapan, bahan organik, dan minyak
THANKS FOR YOUR ATTENTION The best person is one give something useful always