Modul Praktikum Efsiensi Energi
KETEL UAP (BOILER) 1.1 1. 2. 3. 4. 5.
Tujuan Mahasi Mahasiswa swa dapat dapat menget mengetahui ahui sist sistem em ketel ketel uap Maha Mahasi sisw swaa dapa dapatt memahami karateristik/parameter karateristik/parameter operasi operasi ketel uap Mahasiswa Mahasiswa dapat dapat menentuka menentukan n parameter parameter kinarja kinarja sistem sistem ketel ketel uap uap Mahasiswa Mahasiswa dapat dapat mengidentif mengidentifikakas ikakasii operasi operasi efisien efisien sistem sistem ketel uap Mahasiswa dapat mengetahui dampak pengoperasian sistem ketel uap yang efisien
1.2
Dasar Teori
1.2.1 Metode lansun! Pada perhitungan ketel ini dipilih metode langsung. Efsiensi dihitung dengan menggunakan parameter-parameter energi masuk dan energi keluar sistim ketel uap yang berguna. Formulasi untuk menghitung efsiensi dengan metode langsung sebagai berikut:
Efisiensi=
Energi Energi pembentukan pembentukan uap × 100 Energi Energi masuk sistim
Atau
Efisiensi=
( Ma− Mbd )( Hua− Ha) × 100 Mb. Mb . NHF + Ma . Ha + Mu. Mu . Hu
Jumlah energi energi kalor yang yang tersedia akibat akibat proses proses pembakaran pembakaran bahan bakar bakar dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut: Ebb Mb ! "#F $k.Joule% Mb &a'u aliran bahan bakar $kg/s% "#F "ilai kalor bahan bakar (air $kJ/kg% Jumlah energi energi udara pembakaran: pembakaran: Eu Mu ! #u Mu &a'u aliran udara $kg/s% #u Entalpi udara $kJ/kg% Energi yang terkandung dalam air: Ea Ma ! #a
Ma &a'u aliran air $kg/s% #a Entalpi air $kJ/kg% Energi pembentukan uap Energi yang digunakan untuk merubah air dengan entalpi yang dikandung air pengisian. )esarnya dapat ditentukan dengan persamaan: Eua $Ma * Mbd%$#ua * #a% kJ Ma +#ua * (ap$,a-o% Ma Massa air pengisian $kg/s% #ua Entalpi uap $kJ/kg% #a Entalpi air pengisian $kJ/kg% p panas spesifk air pengisian ketel $kJ/kg o% ,a ,emperatur air pengisian ketel $ o% )d )lodon0 dalam pengu'ian blodon tidak dilakukan maka bd dianggap nol ,ekanan absolut uap: tekanan gauge 1 tekanan atmos2er H
Pg 1
750
Pg 1 $3044 ! 3-4 # bar% Pg adalah tekan gauge dalam bar # adalah tekanan barometri dalam mm air raksa Maka efsiensi ketel uap:
η=
Ma ( Hua− Ha) Mb. NHF + Mu. Hu + Ma. Ha
6euntunga dan kerugian metode langsung: 6euntungan: • • • •
Peker'a pabrik dapat dengan (epat menge7aluasi efsiensi boiler Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data ben(hmark
6erugian:
•
•
,idak memberikan petun'uk kepada operator tentang penyebab dari efsiensi sistim yang lebih rendah ,idak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat efsiensi
1.2.2 Metode ta" lansun! 8tandar a(uan untuk 9'i )oiler di tempat dengan menggunakan metode tidak langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan USA Standard ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam eneratin! Units" Metode tidak langsung 'uga dikenal dengan metode kehilangan panas. Efsiensi dapat dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 3 sebagai berikut: Efsiensi boiler 3 * $i 1 ii 1 iii 1i7 1 7 1 7i 1 7ii% imana kehilangan yang ter'adi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh: i ;as (erobong yang kering ii Penguapan air yang terbentuk karena # < dalam bahan bakar iii Penguapan kadar air dalam bahan bakar i7 Adanya kadar air dalam udara pembakaran 7 )ahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ #$ash 7i )ahan bakar yang tidak terbakar dalam abu baah/ %ottomash 7ii =adiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung ata yang diperlukan untuk perhitungan efsiensi boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah: • • • • • • •
Analisis ultimate bahan bakar $# <0 ><0 80 0 kadar air0 kadar abu% Persentase oksigen atau > < dalam gas buang 8uhu gas buang dalam o $,2% 8uhu ambeien dalam o $,a% dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering ;? bahan bakar dalam kkal/kg Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu $untuk bahan bakar padat% ;? abu dalam kkal/kg $untuk bahan bakar padat%
6euntungan dan kerugian metode tidak langsung: 6euntungan:
•
apat diketahui nera(a bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran0 yang dapat memudahkan dalam mengidentifkasi opsi-opsi untuk meningkatkan efsiensi boiler.
6erugian: • •
Perlu aktu lama Memerlukan 2asilitas laboratorium untuk analisis
1.#. Alat U"ur $an Di%erlu"an Perlengkapan pengukuran yang diperlukan dalam pengu'ian: •
•
•
•
•
Pengukuran temperatur ,ermokopel ,ermometer bola basah dan bola kering Pengukuran la'u alir Meter la'u alir orif(e Pengukuran tekanan Manometer Pengukuran komposisi gas buang Analisis gas buang Pengukuran 2raksi uap 8eparatting dan throttling(alorimeter
1.&. Prosedur Pra"ti"u' )erdasarkan ;ambar 30 skematis titik pengukuran dan data yang diperlukan pada sistem ketel uap men(erminkan proses ker'a alat. 9ntuk kepentingan pengambilan data operasi boiler hanya boleh dilakukan oleh laboran yang bersertifkat0 sehingga praktikan lansung melakukan pengukuran pada kondisi tunak $ stead$ state%.
;ambar 3. 8kematis 6etel 9ap untuk praktikum kiner'a boiler.
6eterangan: ma kg air mgb massa gas buang mu massa uap mb massa bahan bakar hu entalpi uap ha entalpi air masuk ketel gb panas spesifk gas buang $> <0 >0 #% ,gb temperatur gas buang ,a temperatur udara sekitar
1.&.1 Menidu%"an "etel ua% 8iapkan sumber kelistrikan #idupkan saklar sumber listrik dari P&" $panel M)% #idupkan saklar unit air pendingin #idupkan sistem kelistrikan ketel uap 8iapkan suplai air ,utup katup suplai air 8te2an ben(h "o. @ ,utup katup suplai pompa 7akum "o. @< •
•
•
•
•
•
•
•
•
)uka katup suplai air "o. < ,utup katup %$&ass air lunak $soBner% "o. 4 )uka katup suplai air lunak "o. @ )uka katup suplai tangki e2ek Cater ketel uap "o. 5 ,utup katup suplai se&arattin! dan thrott'in! "o. )uka katup suplai pada (ooling ,oer ,utup katup suplai air heat &('& "o. <5 )uka katup suplai air ke ketel uap suplai "o. 3 "yalakan pompa suplai air $disebelah luar gedung% dan periksa sekitar <05 bar 8iapkan pengisian boiler )uka katup keluaran air pengisi ketel "o. D )uka katup suplai air pengisi ketel uap "o. 3 ,utup katup %'owdown ketel uap "o. 33 Periksa ketinggian air boiler )uka katup %'ower )ater *o'o(m "o. 3< )uka katup (&&er )ater *o'o(m+o. 34 ,utup katup %'ower tri*o* "o. 3@ )uka katup (&&ertri*o* "o. 35 ,utup katup )ater *o'o(m %'owndown "o. 3 Periksa gelas penduga Pastikan handel ketiga katup yang terdapat pada gelas penduga selalu dalam posisi 7ertikal 6atup-katup pengeluaran ketel uap ,utup katup uap utama "o. 3 )uka katup pengukuran tekanan uap "o. < ,utup/kun(i katup pengeluaran ketel uap "o. 3 8uplai bahan bakar ketel uap Pastikan 7olume tangki bahan bakar0 minimal setengah penuh )uka katup suplai minyak tangki "o. 3 )uka katup suplai minyak ketel uap "o. 3D )uka katup kembalian minyak dari ketel uap "o. < Pastikan =ed ide 7al7e Farm pada suplai minyak ketel uap berada pada posisi terbuka 8istem kelistrikan pada ketel uap #idupkan saklar suplai listrik untuk ketel uap $terletak pada dinding dibelakang superheater% "yalakan saklar daya ketel uap pada kotak distribusi Putar kun(i saklar start keteluap pada posisi on. Pada posisi ini pompa pengisian air ketel uap beker'a dan memompa air dalam ketel uap. #al ini berlangsung terus sampai ketinggian air pada ketel uap men(apai batas yang ditentukan0 sehingga ketel uap siap untuk dioperasikan. Penyalaan burner "yalakan e'e*tri*a' *ir*(it %reaer yang terletak disebelah kiri kotak kontrol ketel uap dan tekan tombol berarna hi'au pada sebelah kanan kotak kontrol
)urner motor akan beker'a dan setelah lebih kurang 35 detik proses pembakaran dimulai 8etelah proses pembakaran dimulai. Proses pembakaran selan'utnya diatur se(ara otomatis oleh kontrol tekanan pada kotak panel0 dimana pembakaran akan trip pada kondisi tekanan sekitar 3 bar $tekanan pengesetan% )ila ketinggian air di dalam ketel uap men(apai batas terendah maka proses pembakaran akan trip se(ara otomatis Pastikan tekanan air dalam gelas penduga pada <-4 (m dibaah batas ketinggian maksimal0 'ika perlu dikurangi ketinggian dengan membuka katup %'owdown ketel uap "o. 33
1.&.2.Me'ati"an "etel ua% Matikan e'e*tri*a' *ir*(it %reaer yang terletak pada sebelah kiri kotak kontrol ,utup katup suplai bahan bakar on. 30 3D0 < )uka katup ke atmos2er "o.
•
• • • • •
1.. Data dan Penu"uran Parameter pengukuran yang diperlukan dalam satu ketel uap tergantung pada batas yang ditetapkan0 peralatan ukur yang tersedia dan kondisi pengukuran. alam pengu'ian ini parameter pengukuran yang diamati sebagai berikut: )ahan bakar &a'u alir0 Mb $lt/dt% ,emperatur0 t bahan bakar $o% Air pengisi ketel uap &a'u alir0 Ma $kg/dt% ,emperatur0 t air $ o% ,ekanan0 P $bar% 9dara pembakaran ,emperatur udara sekitar0 ta $o% ,emperatur bola basah0 tb $o% ,emperatur bola kering0 tdb $ o% 9ap &a'u alir0 Mu $kg/detik% ,emperatur0 t uap $o% •
•
•
•
,ekanan0 P uap $bar% 6ualitas uap0 ! $G% •
;as buang &a'u alir0 mg $kg/det% ,emperatur0 tgb $ o% 6omposisi gas buang0 > <0 >0 >< $G%
Ta*el 1. Ta*el Penu"uran +a"t M T (o-) u (",s) )ukaan 6atup udara 5G :4 :45 :@
O2 ()
-O ()
/-
0O
O
)ukaan 6atup udara G 3!4 3! 5!44 )ukaan 6atup udara G 5!4 5!14 5!1
1. Pertan$aan 3. tentukan karakteristik bahan bakarH <. buat profl dataH 4. hitung energy panas pembakaran untuk setiap pengukuran menggunakan metode stoikiometri dan nera(a massa energyH @. hitung efsiensi pembakaran menggunakan panas pembakaran dibagi dengan energy bahan bakarH 5. buat relasi antara: a. panas pembakaran terhadap temperature b. efsiensi pembakaran terhadap bukaan katup (. efsiensi pembakaran terhadap persen oksigen pada gas buang
. 'elaskan 2enomena energy efsiensi pada sistem ketel uap tersebut melalui pendekatan intrapolasi atau ekstrapolasi efsiensi pembakaranH
