POWER & STEAM - nuristianah.lecture.ub.ac.idnuristianah.lecture.ub.ac.id/files/2014/10/PUP-utilitas-listrik... · dapat dihitung dari neraca energi dan waktu operasi ... Contoh soal

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 Laminar/

Turbulen(pipa

halus/kasar)

- - -

EF - Kf(V1)2/α Kf(V1)

2/α [1-(A1/A2)2](V1)

2/α

ΔP 2f(v2)Lρ/D 2f(v2)L’ρ/D EF x ρ EF x ρ

L’/D lihat Tabel 6.3

Laminar: f=16/Re

Energy losses

Item Pipa lurus Fitting Contraction Enlargment

f Laminar/

Turbulen(pipa

halus/kasar)

- - -

EF - Kf(V1)2/α Kf(V1)

2/α [1-(A1/A2)2](V1)

2/α

ΔP 2f(v2)Lρ/D 2f(v2)L’ρ/D EF x ρ EF x ρ

L’/D lihat Tabel 3.2

TABLE 3.1

RELATIVE ROUGHNESS FACTORS FOR PIPES

Material Roughness factor

(e) Material

Roughness factor

(e)

Riveted steel 0.001- 0.01 Galvanized

iron 0.0002

Concrete 0.0003 - 0.003 Asphalted

cast iron 0.001

Wood staves 0.0002 - 0.003 Commercial

steel 0.00005

Cast iron 0.0003 Drawn tubing Smooth

TABLE 3.2

FRICTION LOSS FACTORS IN FITTINGS

k

Valves, fully open:

gate 0.13

globe 6.0

angle 3.0

Elbows:

90° standard 0.74

medium sweep 0.5

long radius 0.25

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

Friction factors in pipe

Berpakah daya pompa yang dibutuhkan untuk

mengalirkan air mineral dengan densitas 1.00 g/cm3

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 90o

elbow std. Selisih ketinggian air di penampung 1 dan

2 adalah 10m.

Contoh soal

Solution:

det

m003.0

det 3600

1jam

1000kg

1m

jam

kg 10800m/ =Q

33

xx

333

36

3 m

kg1000

10

kg

m

cm10

cm

g 1=

gxx

sPa.0007,0m.s

kg0007,0

cm.s

g700,0poise 700,0cP 0,7=

det/28.7)(0.02291/2

1

det003.0

area

Q=

22

3

mm

xm

Diameter (1.50 in nominal, sanitary pipe)< : D = 1.402 in = 0.0356 m

L = 60

1

238302

0007.0

02291.028.71000

Re

xx

D

Pa

xxxx

D

LLfP

560201

02291.0

1000)802.030()28.7(004035.02

)'()(2

2

2

(turbulen) f pipa halus, 104<Re<106 f = 0,048*Re(-0,2)

= 0.004035

Solution:

Fitting elbow std 90°:

L’/D = 35

L’ = 35x0.02291=0.802 m

2

3a

3,4

b

4a

10^104078.4

5

02291.0

4/1

4/1

44

2

1

2

2

1

2

2

2

2

1

2

2

1

x

D

D

A

A

D

D

A

A

26.50775=E

2

28.7x4.4078x10-1=E

xA

A-1=E

f

210-

f

22

21

1f

Solution: Enlargment:

Laminar, (asumsi fluida newtonian) α = 2

Pers. Bernoulli:

ΔPf/ρ = ΔP/ρ + Ef = 586.7096 J/kg m2/s2

W = ΔPf/ρ + g(h2 – h1) = 586.7096 + 100 J/kg = 686.7096

5a

5b

5c

6

Contoh

• Pompa untuk menaikkan air setinggi 22 m dengan debit 1,2 m3/menit. Pipa dari galvanis berdiameter 15 cm dengan panjang 120m. Jika ada 8 tikungan berapa kebutuhan daya pompa.

Reynold number

• Assume properties of water at 20°C are density 998 kg m-3, and viscosity 0.001 N s m-2

• Cross-sectional area of pipe A = (π/4)D2 = π /4 x (0.15)2 = 0.0177 m-2 Volume of flow V = 1.2 m3 min-1 = 1.2/60 m3 s-1 = 0.02 m3 s-1.

• Velocity in the pipe = V/A = (0.02)/(0.0177) = 1.13 ms-1

• Now (Re) = Dvρ/µ

• = (0.15 x 1.13 x 998)/0.001 = 1.7 x 105 so the flow is clearly turbulent.

friction loss of energy

From Table 3.1, the roughness factor ε is 0.0002 for

galvanized iron and so roughness ratio

ε /D = 0.0002/0.15 = 0.001

So from Fig. 3.8,

ƒ = 0.0053

Therefore the friction loss of energy

= (4ƒv2/2) x (L/D)

= [4ƒv2L/2D]

= [4 x 0.0053 x (1.13)2 x 120]/(2 x 0.15)

= 10.8 J.

• For the eight right-angled bends, from Table 3.2 we would expect a loss of 0.74 velocity energies at each, making (8 x 0.74) = 6 in all. velocity energy =k.v2/2 = (1.13)2/2 = 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 loss from bends and discharge

Energy to move 1 kg water

• Energy to move 1 kg water against a head of 22 m of water is E = Zg = 22 x 9.81 = 215.8 J.

• Total energy requirement per kg: Etot = 10.8 + 4.5 + 215.8 = 231.1 J

energy requirement of pump

• and theoretical power requirement = Energy x volume flow x density = (Energy/kg) x kgs-1 = 231.1 x 0.02 x 998 = 4613 J s-1. Kwh

• Now the head equivalent to the energy requirement = Etot/g = 231.1/9.81 = 23.5 m of water,

•

POWER

• Sumber energi:

– 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 2 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