Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada. Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir. Boiler

Analysis Pembakaran TD

Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir Jl. Grafika 2, Yogyakarta 55281

Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

Boiler


Boiler


Pembakaran

Bahan Bakar Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Bahan hidrokarbon  Cair (gasoline, diesel fuel, kerosene, dll) • Bensin (oktana C8H18) • Solar (Dodekana C12H26)

 Gas (terusun dari berbagai hidrokarbon, komposisi dinyatakan dalam fraksi mol) • Gas alam (metana CH4, dll)

 Padat (komposisi ditentukan dari analisis ultimat, dinyatakan dalam fraksi massa)


Udara Pembakaran • Komposisi udara: 21% oksigen dan 79% nitrogen basis mol.  Tiap mol oksigen terdapat (0,79/0,21) = 3,76 mol nitrogen.  Rasio udara bahan bakar (AFR)


Kebutuhan Teoretis

• Teoretis: pembakaran sempurna, tiada sisa oksigen. • Persamaan reaksi:  Stokiometri


Bahan Bakar Oktana • Determine the air–fuel ratio on both a molar and mass basis for the complete combustion of octane, C8H18, with (a) the theoretical amount of air, (b) 150% theoretical air (50% excess air).

Reaksi Pembakaran Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Karbon:

C + ½ O2  CO CO + ½ O2  CO2 C + O2  CO2

+ 110,5 MJ + 283,0 MJ + 393,5 MJ

• Hidrogen

H2 + ½ O2  H2O(F) + 285,3 MJ H2 + ½ O2  H2O(G) + 241,8 MJ

• Sulfur

S S

+ ½ O2  SO + O2  SO2

+ ???,? MJ + 297,1 MJ

Pembakaran Sempurna (Basis Mol) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

fmol Reaksi Pembakaran O2

 CO2

yc

C +

yh

H2 + (1/2) O2  H2O

ys

S +

yo

O2 – O2

0

yn

N2 +

 N2

O2

0

 SO2

Keb. O2

Gas Hasil

yc

yc

(1/2)yh

yh

ys

ys

–(yo)

0

Keterangan: yi fraksi mol dalam bahan bakar

yn

Pembakaran Sempurna (Basis Mol) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Kebutuhan Oksigen minimum: om ,min

yh   kmol O 2   yc   y s  yo  2   kmol BB

• Kebutuhan udara minimum: am ,min

yh 1   kmol Udara  yc   y s  yo   0,209  2  kmol BB

• Gas hasil pembakaran yh 0,79   g m ,min   yc  yh  ys  yn   y   y  y  c s o

kmol FG 0,21 2       kmol BB N 2 dari udara input


Maksimum CO2 (Basis Mol) • Konsentrasi tergantung kadar C, H2 dan bahan dapat bakar lainnya. • Basis basah: yCO2  max

yc  yh 79,1   yc  y h  y s  y n   yc   y s  yo  20,9  2 

• Basis kering:

yCO2  max 

yc yh 79,1   yc  y n   yc   y s  yo  20,9  2 

Komposisi FG Basing Kering (Basis Mol) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Rasio Nitrogen (dari udara) terhadap karbon  Rasio (N2/C) sisi reaktan: yh 79,1    yc   y s  yo  20,9  2  N2      yc  C r

 Rasio (N2/CO2) sisi produk

yh 79,1    yc   y s  yo   y n  N2  20,9  2     yc  CO2  p

 N 2   y N 2     C  r  yCO2

   yn   p yc

 1   y N 2 AFR     0,79   yCO2

   yc  y n    p 

Pembakaran Sempurna (Basis Massa) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

mol Reaksi Pembakaran

Keb. O2 Gas Hasil

c

(c/12) C + (c/12) O2  (c/12) CO2

(c/12)

(c/12)

h

(h/2) H2 + (h/4) O2  (h/2) H2O

(h/4)

(h/2)

s

(s/32) S + (s/32) O2  (s/32) SO2

(s/32)

(s/32)

o

(o/32) O2 – (o/32) O2 0

–(o/32)

0

n

(n/28)N2 + 0

 (n/28) N2

Keterangan: c, h, s, o, n komposisi basis fraksi massa

(n/28)

Pembakaran Sempurna (Basis Massa) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Kebutuhan Oksigen minimum: om ,min

o  kmol O 2  c h s       12 4 32 32  kg BB

• Kebutuhan udara minimum: am ,min

1 c h s o  kmol Udara       0,209 12 4 32 32  kg BB

• Gas hasil pembakaran n w  0,79  c h s o  kmol FG  c h s g m ,min               12 2 32 28 18  0,21  12 2 32 32  kg BB

Analisis Gas Buang Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Analisis Orsat:  Basis kering: CO2, CO, O2, N2  Gas SO2 terikut kondensat  Fraksi Nitrogen dalam produk: • Rasio (N/C)

 Suplai N2 dari udara:

AFR (basis massa)

Contoh Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Pembakaran C2H5OH (Etil alkohol)  Tentukan kebutuhan udara teoretis  Tentukan komposisi gas buang teoretis  Tentukan komposisi gas buang jika ekses udara 50%  Buktikan:

xCO2 20,9  xO2



xCO2  max 20,9

Bahan Bakar Padat Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Analisis proximat:      

c : karbon [kg C tiap kg B] h : hidrogen [kg H2 tiap kg B] o : oksigen [kg O2 tiap kg B] n : nitrogen [kg N2 tiap kg B] w : air [kg H2O tiap kg B] d : abu [kg abu tiap kg B]

Pembakaran Tak Sempurna (Basis Mol) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

fmol Reaksi Pembakaran

yc

C +

O2

 CO2

C + (1/2) O2  CO yh

H2 + (1/2) O2  H2O

ys

S +

yo

O2 – O2

0

yn

N2 +

 N2

O2

0

 SO2

Keterangan: yi fraksi mol dalam bahan bakar

Keb. O2

Gas Hasil

(x)yc

(x)yc

(1-x)(1/2) yc

(1-x)yc

(1/2)yh

yh

ys

ys

–(yo)

0 yn

Basis Kering Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Fraksi karbondioksida

y 

yc  yc  yn  nu

CO2 t

yc

 nu 

y 

CO2 t

nu 

 x  yc

y 

y  y 

yc  nu yCO2



t

 yop 

CO2 t

y 

CO2 a

 x  yc

yc  yn  yop  1   nu

CO2 a

      y

yc x yCO2 t  yCO2

y  y  CO2 a

xy   y    y CO2 t



   yn   p yc

 1   nu  yop

yc



CO2 a



CO2 a

CO2 a

 x  yc

y 

 nu   y N 2       yc  r  yCO2

op

nu

a

CO2 t

0,79  1  yCO2

  

op

y   y   CO2 t

t

Jika yop dpt diabaikan dan x  1

y 

CO2 a

CO2 a


Contoh Perhitungan • Pembakaran batubara • Buktikan:  Kebutuhan udara teoretis:

 Ekses udara [%]

 Kadar CO2 teoretis


Efisiensi Boiler

• Metode langsung:


Efisiensi: Metode Tak Langsung

Pengukuran Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir

• Analisis gas buang  Kadar CO2 (atau O2)  Kadar CO  Suhu gas buang

• Pengukuran aliran     

Bahan bakar Uap Air umpan Air kondensat Udara pembakaran

• Keadaan air  TDS  pH  Blow down

• Pengukuran suhu       

Gas buang Uap Air tambahan Kondensat Udara pembakaran Bahan bakar Air umpan

• Pengukuran tekanan    

Uap Bahan bakar Udara pembakaran Draft


Instrumen Pengukuran


Rugi Kalor


Rugi Kalor


Rugi Kalor

Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada. Program Studi: Teknik Fisika dan Teknik Nuklir. Boiler

Recommend Documents