BAB V Perhitungan Efisiensi Dan Kapasitas Produksi Uap Serta Peluang Meningkatkan Efisiensi Boiler 5.1 Spesifikasi Ketel Uap di PT.KIMIA FARMA Semarang Merek : Loos Gunzenhausen Negara pembuat : Jerman Barat Model / Type : UL 3200 No. Seri : 32706 dan 32707 Tahun : 1967 Kapasitas uap maksimal : 3200 kg/jam Bahan bakar : Heavy Oil Tekanan maksimal : 18 kg/cm 2 Luas Pemanas : 80 m² Temperatur uap keluar pada ketel : 350 0 C Temperatur air masuk ketel : 103 0 C / 215 0 F Temperatur gas buang pada cerobong : 200 0 C Temperatur udara luar : 30 0 C
31
Embed
BAB v Perhitungan Efisiensi Dan Kapasitas Produksi
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB V
Perhitungan Efisiensi Dan Kapasitas Produksi Uap Serta Peluang Meningkatkan
Efisiensi Boiler
5.1 Spesifikasi Ketel Uap di PT.KIMIA FARMA Semarang
Merek : Loos Gunzenhausen
Negara pembuat : Jerman Barat
Model / Type : UL 3200
No. Seri : 32706 dan 32707
Tahun : 1967
Kapasitas uap maksimal : 3200 kg/jam
Bahan bakar : Heavy Oil
Tekanan maksimal : 18 kg/cm2
Luas Pemanas : 80 m²
Temperatur uap keluar pada ketel : 3500C
Temperatur air masuk ketel : 1030C / 2150F
Temperatur gas buang pada cerobong : 2000C
Temperatur udara luar : 300C
Tekanan udara luar : 1 atm
5.2 Data Ketel Uap di PT.KIMIA FARMA Semarang
Bahan bakar yang digunakan adalah heavy oil (residu) dengan komposisi
sebagai berikut:
- Karbon (C) : 85,6%
- Hidrogen (H) : 9,7%
- Oksigen (O) : 1%
- Nitrogen (N) : 1%
- Belerang (S) : 2,3%
- Abu/ash (A) : 0,12%
- Kelembaban/moisture (Mm) : 0,28%
Dari data operasional kebutuhan bahan bakar IDO untuk ketel uap, tiap
jamnya rata-rata memerlukan 210 kg/jam (Mbb = 210 kg/jam). Sedangkan debit
airnya rata-rata 50 m3/24 jam = 2,083 m3/jam.
5.3 Perhitungan Pembakaran
5.3.1 Nilai Pembakaran Bahan Bakar
a. Nilai Pembakaran Tinggi
Dengan menggunakan persamaan (4.1a) dan data-data di atas kita dapatkan nilai
kalor pembakaran tinggi (HHV) sebesar:
HHV = 7986C + 33575(H - O/8) + 2190S
HHV = 7986 ×0,856+33575(0,097−0,018
)+2190 ×0,023
= 10101,192 kcal/kgBB
= 10101,192 x 4,187 = 42293,690 kJ/kg
b. Nilai Pembakaran Rendah
Dari persamaan (4.1b) maka nilai kalor pembakaran rendah adalah sebagai
berikut:
LHV = HHV – 600(9H + Mm)
LHV = 10101,192−600 (9×0,097+0,0028)
= 9575,716 kcal /kgBB
= 9575,712 x 4,187 = 40082,87 kJ/kgBB
5.3.2 Kebutuhan Udara Bahan Bakar
a. Dari persamaan (4.2a) maka didapatkan kebutuhan udara teoritis (Ut):
Ut = 11,5C + 34,5(H – O/8) + 4,32 S (kg/kgBB)
Ut = 11,5× 0,856+34,5(0,097−0,018 )+4,32× 0,003
= 13,247 kg/kgBB
b. Dan dari persamaan (4.2b) didapatkan kebutuhan udara pembakaran sebenarnya
(Us):
Us = Ut (1+ α) (kg/kgBB)
Us = 13,247(1 + 0,18)
= 15,631 kg/kg
Dimana α = faktor kelebihan udara 18%
5.3.3 Perhitungan Gas Asap
a. Dari persamaan (4.3b) maka didapatkan berat gas asap teoritis (Gt)
Gt = Ut + (1 – A)(kg/kgBB)
Gt = 13,247 + (1 – 0,00012)
= 14,246 kg/kgBB
b. Berat gas asap hasil pembakaran
W SO2 = 2S
= 2 x 0,0023
= 0,0046 kg/kg BB
W CO2 = 3,666 C
= 3,666 x 0,856
= 3,133 kg/kg BB
W H2O = 9 x H2
= 9 x 0,097
= 0,873 kg/kg BB
W O2 = (23% x 18% )Ut
= 0,23 x 0,18 x 13,246
= 0,545 kg + 0,01
= 0,548 kg/kg BB
W N2 = 77% x Us
= 77% x 15,631
= 12,036 kg/kg BB
Dari persamaan (4.3a) didapatkan berat gas asap (basah) sebenarnya (Gs) adalah
sebagai berikut:
Gs = W CO2 + W SO2 + W H2O + W N2 + W O2
Gs = 0,0046 + 3,133 + 0,873 + 0,548 + 12,036
= 16,636 kg/kg BB
Atau dengan persamaan 4.3c:
Gs = Us + (1 – A)
Gs = 15,631 + (1 – 0,0012)
= 16,629 kg/kg BB
c. Analisa gas asap basah:
Kadar gas = (W gas tersebut / W total gas) x 100%
( SO2 ) w=0,004616,636
×100 %=0,028 %
(CO2 ) w= 3,13816,636
×100 %=18,83 %
(H ¿¿2 O)w= 0,87316,636
× 100 %=5,25 %¿
(O2 ) w= 0,55516,636
×100 %=3,29 %
( N2 ) w=11,95416,636
× 100 %=72,35 %
Berat gas asap kering:
Gs kering = Gs basah – w H2O
= 16,636 – 0,873
= 15,763 kg/kg BB
d. Analisa gas asap kering
Kadar gas = (W gas tersebut / W total gas) x 100%
( SO2 ) w=0,004615,763
×100 %=0,029 %
(CO2 ) w= 3,13815,763
×100 %=19,88 %
(O2 ) w= 0,55515,763
×100 %=3,48 %
( N2 ) w=11,95415,763
×100 %=76,36 %
5.3.4 Perhitungan Karbon yang Tidak Terbakar
Dari persamaan (4.4a) dan (4.4b) didapatkan massa solid refuse dan prosentase
solid refuse abu sebagai berikut:
mbb + Us = Gs + Msr
Msr = (mbb + Us) - Gs
Msr = (1 + 15,631) – 16,629
= 0,002 kg/kgBB
Ar=mbb . A
M sr
× 100 %
Ar=1× 0,0012
0,002×100 %
= 60%
Maka dengan persamaan (4.4c) jumlah karbon yang tidak terbakar dalam
terak/jelaga adalah:
Cr = 100% - Ar
Cr = 100% - 60%
= 40% dari solid refuse
= 40% x 0,002
= 0,0008 kg/kgBB
Jumlah massa refuse yang terjadi tiap jamnya (persamaan 4.4d) adalah:
Mr = Cr.Mbb (kg/jam)
Mr = 0,0008 x 210
= 0,168 kg/jam
5.3.4 Karbon Aktual yang Habis Terbakar (C1)
Guna mendapatkan banyaknya karbon sesungguhnya yang habis terbakar
didapatkan dengan menggunakan persamaan (4.5):
C1=( M bb× persentase karbon)−( M r ×cr )
M bb×100
C1=(210 × 85,6 )− (0,168× 40 )
210 ×100
= 0,856 kg/kg BB
5.4 Perhitungan Kerugian Kalor
5.4.1 Kalor Jenis Berdasarkan Senyawa-Senyawa Penyusunnya
Harga kalor jenis gas asap pada temperatur 1900C (463K), yaitu penjumlahan
kalor jenis senyawa penyusun-penyusunnya. Dengan rincian sebagai berikut:
Cgas = kadar gas asap basah x Cp gas
C(CO2) = 0 ,1883 x Cp(CO2)
= 0,1883 x 0,845
= 0,160 kJ/kg K
C(H2O) = 0,0 525 x Cp(H2O)
= 0,0525 x 1,867
= 0,0986 kJ/kg K
C(SO2) = 0,00028 x Cp(SO2)
= 0,00028 x 0,644
= 0,000179 kJ/kg K
C(O2) = 0,0 329 x Cp(O2)
= 0,0329 x 0,917
= 0,0328 kJ/kg K
C(N2) = 0 ,7235 x Cp(N2)
= 0,7235 x 1,038
= 0,75 kJ/kg K
Sehingga Cp gas asap adalah 1,0504 kJ/kg K
5.4.2 Kerugian Kalor Karena Kelambaban Bahan Bakar
Kerugian ini disebabkan karena adanya kandungan air di dalam bahan bakar.
Dari table B-2 dan B-1a buku Termodinamika Teknik, Willian C. Reynold Dan
Henry C. Perkins, didapatkan:
hg = entalpi uap super panas pada temperatur gas buang T = 1900C
= 3740F pada tekanan atmosfer (1 atm), yaitu 1229,714 btu/lb
hf = entalpi pada temperatur udara ruang T = 300C = 860F, yaitu 54
btu/lb
sehingga dari persamaan 4.6a besar kerugian kalor karena kelembaban bahan
bakar didapat:
Q1 ¿ M m .(hg−h f )
Q1 = 0,0028(1229,714 – 54)
= 3,292 btu/lb BB x 0,556 x 4,187
= 7,6637 kJ/kg BB
Dan apabila kerugian ini dinyatakan dalam prosentase (persamaan 4.7), maka:
Q1* = Q1
LHV× 100 %
Q1* = 7,6637
40093,515× 100 %
= 0,0191%
5.4.3 Kerugian Kalor Untuk Menguapkan Lembab Yang Terjadi Akibat Hidrogen
(H) Yang Terdapat Dalam Bahan Bakar
Q2 = 9Hy(hg – hf)
= 9 x 0,097 (1229,714 – 54)
= 1026,3983 x 0,556 x 4,187 = 2389,4265 kJ/kg
Q2* = Q2
LHV× 100 %
Q2* = 2389,426540093,515
× 100 %
= 5,956%
5.4.4 Kerugian Kalor Untuk Menguapkan Air Dalam Udara Pembakaran
Dengan mengasumsikan bahwa udara yang diserap oleh blower masuk ke dalam
ruang bakar mengalami penguapan sebesar 70% dan dari Table XVIII Buku Steam
Air And Gas Power, Williams Servens untuk T = 300C = 860F diperoleh berat air
dalam udara kering = 0,027586 maka:
Q3 ¿U s . M v .0,6 (t g−t a)
Q3 = 15,631 x 0,7 x 0,027586 x 0,46(374 – 86)
= 39,71629 btu/lb BB
= 93,0897kJ/kg BB
Bila dinyatakan dalam prosentase:
Q3* = Q3
LHV× 100 %
Q3* = 93,0897
40093,515× 100 %
= 0,2322%
5.4.5 Kerugian Karena Pembakaran Tidak Sempurna
Dari persamaan (4.6d) didapatkan:
Q4 ¿ COCO2+CO
×10160 C1
Q4 = 0
0,19165+0× 10160 C1
= 0
Q4* = Q4
LHV× 100 %
= 0
5.4.6 Kerugian Karena Terdapatnya Unsur Karbon Yang Tidak Ikut Terbakar Dalam
Sisa Pembakaran.
Dari persamaan 4.6e didapatkan
Q5 ¿14540 M r C r
M bb
Q5 = 14540× 0,3704 × 0,40
463,05
= 4,65 btu/lb x 0,556 x 4,187
= 10,833 kJ/kgBB
Bila dinyatakan dalam prosentase:
Q5* = Q5
LHV× 100 %
Q5* = 10,833
40093,515× 100 %
= 0,027%
5.4.7 Kerugian Cerobong
Untuk menghitung kerugian cerobong ini didapatkan dari persamaan 4.6f:
Q6 ¿Gs . Cp (t g−ta )
Q6 = 16,629 x 1,0504(463 – 303)K
= 2794,74 kJ/kg BB
Bila dinyatakan dalam prosentase:
Q6* = Q6
LHV× 100 %
Q6* = 2794,74
40093,515× 100 %
= 6,97%
5.4.8 Kerugian Karena Radiasi Dan Lain-Lain
Besarnya didapatkan dengan menggunakan persamaan 4.6g:
Q7 = 4% x 40093,515
= 1603,355 kJ/kg BB
Bila dinyatakan dengan prosentase:
Q7* = 4%
5.5 Perhitungan Efisiensi Ketel Uap
Efisiensi ketel uap dapat dicari dengan menggunakan persamaan 4.8: