BAB IV PERHITUNGAN DATA
4.1. Perhitungan Metode Masukan-Keluaran 4.1.1. 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) 1,2
h f (kJ/kg)
h fg (kJ/kg)
h g (kJ/kg)
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
•
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 ) = 830,3 + 0.85 (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)
2
908,8
1890,7
2799,5
3
1008,4
1795,7
2804,1
h fg (kJ/kg)
h g (kJ/kg)
Entalpi uap pada tekanan 2,8 MPa 2,8 − 2 hf = x (1008,4 − 908,8) + 908,8 3− 2
= 988,48 kJ/kg 2,8 − 2 hg = x (2804,−2799,5) + 2799,5 3−2 = 2803,18 kJ/kg
30
2,8 − 2 h fg = x (1795,7 − 1890,7) +1890,7 3−2
= 1814,7 kJ/kg Entalpi pada tekanan 2,8 MPa P (MPa)
h f (kjjkg)
2,8
988,48
h fg (kJ/kg)
h g (kJ/kg)
1814,7
2803,18
h s = h f + x ( h fg ) = 988,48 + 0,85 (18114,7) = 2530,97 kJ/kg
4.1.2. Entalpi Air Pengisi 1. Beban 50 MW Berdasarkan tabel uap jenuh, maka harga entalpi air pengisi yang didapat : t (0C) 180
h f (kJ/kg) 763,2
2. Beban 60 MW t (0C)
h f (kJ/kg)
193
820,95
Dilakukan dengan cara interpolasi. t (0C)
h f (kJ/kg)
190
807,5
200
852,4
31
193 − 190 hf = x (852,4 − 807,5) + 807,5 200 − 190
= 820,97 kJ/kg
3. Beban 120 MW t (0C)
h f (kJ/kg)
218
934,4
Dilakukan dengan cara interpolasi t (0C)
h f (kJ/kg)
210
897,7
220
993,6
218 − 210 hf = x (943,6 − 897,7) + 897,7 220 − 210
= 934,4 kJ/kg
4.1.3. Aliran Uap Berdasarkan data yang didapat, maka laju aliran uap pada ketel uap unit 5 adalah sebagai berikut: -
Beban 50 MW G s = 212 t/h
-
Beban 60 MW G s = 238 t/h
-
= 212.000 kg/h
= 238.000 kg/h
Beban 120 MW G s = 486 t/h
= 486.000 kg/h
32
4.1.4. 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
-
Beban 60 MW G f = 14,2 t/h
-
= 13.200 kg/jam
= 14.200 kg/jam
Beban 120 MW G f = 26 t/h
= 26.000 kg/jam
4.1.5. Effisiensi ketel uap dengan metode Masukan-Keluaran
µ=
Gs (hs − hfw) 100% Gf . LHv
dimana nilai LHv dari data yang didapat = 42.700 kJ/kg -
Beban 50 MW
µ=
212.000 (2486,87 − 763,2) x100% 13.200 (427.000)
=
365418040 x100% 563640000
= 64,8 % -
Beban 60 MW
µ =
=
238.000 (2496,05 − 820,97) x100% 14200 (42700) 398669040 x100% 606340000
= 65,8 %
33
-
Beban 120 MW
µ =
=
486000 (2530,97 − 934,4) x100% 26000 (42700) 775933020 x100% 1110200000
= 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)
2486,87
2496,05
2530,97
6.
h fw (kJ/kg)
763,2
820,97
934,4
7.
Gs (kJ/jam)
212000
238000
486000
8.
G f (kJ/jam)
13200
14200
26000
9.
LHv (kJ/jam)
42700
42700
42700
10.
µ (%)
64,8
65,8
70
34
µ (%) 100
80 70 %
64,8 %
60
65,8 %
40
20 MW
50
60 Beban
120
Gambar 4.1. Diagram efisiensi metode input-output
4.2. Perhitungan Efisiensi dengan Metode Rugi Panas 4.2.1. Pengumpulan Data Data yang diperoleh dari PLTU Muara Karang unit 5 adalah sebagai berikut:
Tabel 4.2. Komposisi Gas Buang Beban No
50 MW
60 MW
120 MW
Zat
1.
CO 2
(%)
12,6
12,2
14,4
2.
O2
(%)
1,4
1,2
3,6
3.
CO
(%)
0,2
0,8
1,0
4.
N2
(%)
85,8
85,8
81,0
35
Temperatur gas buang Beban
50 MW
= 2640C
Beban
60 MW
= 2740C
Beban
120 MW
= 3320C
Komposisi berat bahan baker yang digunakan pada pembangkit daya ini, sebagai berikut: C
= 83,88 %
H2
= 16 %
S
= 0,12 %
HHV = 46500 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
4.2.2. 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
Bila dianggap bahan baker memiliki berat 1 kg, maka bahan bakar tersebut tersusun atas : C
= 0,8388 kg
H2
= 0,16 kg
S
= 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 . 0,8388 + 8 . 0,16 + 0,0012 = 2,2365 + 1,28 + 0,0012 = 3,521 kg/kg bahan bakar Jumlah udara yang dibutuhkan : =
100 x O2but 23,2
=
100 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
Tabel 4.3. Prosentase berat gas asap pada beban 50 MW Berat dlm Volume dlm Berat Jenis Berat Prop No
Zat
1m3 (b)
(c) = a . b
1 kg/ kg gas asap
gas asap (a) (d) =
%
C ∑C
1.
CO 2
0,126
44
5,54
0,184
18,4
2.
CO
0,002
28
0,06
0,002
0,2
3.
O2
0,014
32
0,45
0,015
1,5
4.
N2
0,858
28
24,02
0,799
79,9
5.
Total
1,000
30,07
1,000
100
Tabel 4.4. Prosentase berat gas asap pada beban 60 MW Berat dlm
Volume dlm No
Zat
3
1m
Berat Jenis Berat Prop 1 kg/ kg gas asap (b)
(c) = a . b (d) =
gas asap (a)
%
C ∑C
1.
CO 2
0,122
44
5,37
0,180
18,4
2.
CO
0,008
28
0,22
0,008
0,8
3.
O2
0,012
32
0,38
0,013
1,3
4.
N2
0,858
28
24,02
0,799
79,9
5.
Total
1,000
29,99
1,000
100
38
Tabel 4.5. Prosentase berat gas asap pada beban 120 MW Berat dlm Volume dlm 1m3 Berat Jenis Berat Prop No
Zat gas asap (a)
(b)
(c) = a . b
1 kg/ kg gas asap (d) =
%
C ∑C
1.
CO 2
0,144
44
6,34
0,208
20,8
2.
CO
0,01
28
0,28
0,009
0,9
3.
O2
0,036
32
1,15
0,038
3,8
4.
N2
0,810
28
22,68
0,745
74,5
5.
Total
1,000
30,45
1,000
100
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) = 0,049 + 0,003 = 0,052 kg
39
Beban 120 MW 3/22 CO 2 + 3/7 CO (kg) = 3/22 (0,208) + 3/7 (0,009) = 0,056 + 0,004 = 0,06 kg
Berat gas asap per kg bahan bakar adalah : Beban 50 MW Wg =
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 bahan bakar 0,052
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
4.2.3. Kerugian panas akibat adanya H 2 O diudara pembakaran Dari persamaan (2.14) kita ketahui besarnya kerugian kalor akibat adanya H 2 O diudara pembakar adalah: = (A/F) act m,d ω C p,g (T gout – T gin )
L ma
Berdasarkan data yang diperoleh, nilai massa aliran gas asap = 9,804 kg/kg Beban 50 MW = 9.804 (0,04353 ) (1,926) [264-30]
L ma
= 192,33 kJ/kg bahan bakar Beban 60 MW L ma
= 9,804 (0,04353) (1,926) [274-30] = 200,55 kJ/kg bahan bakar
Beban 120 MW = 9,804 (0,04353) (1,926) [332-30]
L ma
= 248,23 kJ/kg bahan bakar 4.2.4. Kerugian Panas akibat adanya Hidrogen yang membentuk air Dari persamaan (2.16) kita ketahui besarnya kerugian kalor akibat adanya hydrogen yang membentuk air adalah : LH
= (M + gH 2 ) (h s – h w )
Beban 50 MW Dimana, Jika T g out lebih rendah dari 3000C hs – hw
= 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
LH
= [0,14 + 9 (0,16)] (2894,7) = 1,58 (2894,7) = 4573,6 kJ/kg bahan bakar
Beban 120 MW hs – hw
= 2442 + 2,093 T g out – 4,187 T g in (melebihi 3000C) = 2442 + 2,093 (332) – 4,187 (30) = 3136,87 – 125,61 = 3011,27 kJ/kg H 2 O
LH
= [0,14 + 9 (0,16)] (3011,27) = 1,58 (3011,27) = 475,8 kJ/kg bahan baker
4.2.5. Kerugian Pembakaran tak sempurna Dari persamaan (2.17) kita ketahui besarnya kerugian pembakaran tak sempurna yang diakibatkan terbentuknya karbon monoksida, adalah: L co = 23,630 Cb
% CO % CO + % CO 2
Berdasarkan data yang diperoleh nilai massa karbon yang terbakar per massa bahan baker (Cb) = 0,58 kg/kg
42
Beban 50 MW L co = 23,630 (0,58)
= 13,7054
0,2 12,6 + 0,2
0,2 12,8
= 214,15 kJ/kg bahan bakar
Beban 60 MW L co = 23,630 (0,58)
0,8 12,2 + 0,8
0,8 13
= 13,7054
= 843,4 kJ/kg bahan bakar
Beban 120 MW L co
= 23,630 (0,58)
= 13,7054
1,0 14,4 + 1,0
1,0 15,4
= 954,9 kJ/kg bahan bakar
4.2.6. Kerugian Total Dari keempat losses yang bisa diidentifikasi itu, total kerugian panas yang terdeteksi adalah:
43
Beban 50 MW L T = L g + L ma + L H + L co = 3865,42 + 192,33 + 4543,2 + 214,15 = 8815,1 kJ/kg bahan bakar Besarnya efisiensi yang terjadi γ
=
46500 − 8815,1 x100% 46500
= 81,04 % Beban 60 MW L T = L g + L ma + L H + L co = 3889,8 + 200,55 +4573,6 + 843,4 = 9507,35 kJ/kg bahan bakar Besarnya efisiensi yang terjadi γ
=
46500 − 9507,35 x 100% 46500
= 79,55 % Beban 120 MW L T = L g + L ma + L H + L co = 4242,22 + 248,23 + 4757,8 +954,9 = 10203,15 kJ/kg bahan bakar Besarnya efesiensi yang terjadi γ =
46.500 − 10203,15 x 100 % 46.500
= 78,05 %
44
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
Losses
Beban
50 MW
60 MW
120 MW
1.
Lg
3865,42
3889,8
4242,22
2.
Lma
192,33
200,55
248,23
3.
LH
4543,2
4573,6
4757,8
4.
LT (kJ/kg)
88151,1
9507,35
10203,15
5.
γ (%)
81,04 %
79,55 %
78,05 %
γ (%) 100 80
.
81,04 %
.
79,55 %
70
.
78,05 %
60 40 20 50
60
120
(Mw) Beban
Gambar 4.2. Diagram efisiensi rugi panas
45
4.3
Metode LMTD (Beda Suhu Rata-rata didalam Ketel)
∆Tm =
∆Ti - ∆To Ln ( ∆Ti / ∆To)
Dimana : ∆Ti = Tv – Tm dan ∆To = Tv – Tk Tv
= Temperatur Saturasi Ketel (0C)
Tm = Temperatur air masuk (0C) Tk
= Temperatur air keluar (0C)
Beban 50 MW ∆Ti = 35,85 – 30 = 5,85 0C ∆To = 35,85 – 32 = 3,85 0C ∆Tm =
5,85 - 3,85 Ln (5,85 - 3,85)
= 4,78 0C Beban 60 MW ∆Ti = 36,85 – 29 = 7,85 0C ∆To = 36,85 – 34 = 2,85 0C ∆Tm =
7,85 - 3,85 Ln (7,85 - 2,85)
= 4,93 0C Beban 120 MW ∆Ti = 40,20 - 30 = 10,20 0C ∆To = 40,20 – 38 = 2,20 0C ∆Tm =
10,20 - 2,20 Ln (10,20 - 2,20)
= 5,22 0C
46
