Pompa air pengisi ketel uap atau feed water boilerFull description
PLTU batubaraDeskripsi lengkap
pembakran yang sempurnaDeskripsi lengkap
BOILER ( KETEL UAP)Full description
pembakran yang sempurnaFull description
Full description
SOP kuFull description
Bab 3 Turbin UapDeskripsi lengkap
jrskjxsgfdhgxhstghDeskripsi lengkap
laporanFull description
Full description
%&
BAB III PEMBAKARAN
3.1. Te Teori ori Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia yang berlangsung cepat antara unsur-unsur kimia kimia penyu penyusun sun bahan bahan bakar bakar dengan dengan gas oksige oksigen. n. UnsurUnsur- unsur unsur yang yang dapat dapat memberikan energi pembakaran adalah : a.
Unsur Karbon ( C )
b. Unsur Hidrogen ( H ) c. Unsu Unsurr Sul Sulu urr ( S ) Pada proses proses pembakaran dapat dapat ter!adi : a. Pemb Pembak akar aran an semp sempur urna na Pembak Pembakaran aran sempur sempurna na ter!ad ter!adii apabil apabilaa semua semua unsur unsur
C
teroksi teroksidasi dasi
semua men!adi C"#. Syarat-syarat pembakaran sempurna : -
$isediakan "# melebihi kebutuhan teoritis $ius $iusah ahak akan an ter!a ter!adi di penca pencamp mpur uran an baha bahan n baka bakarr deng dengan an " # sebaik mungkin.
b. Pembakaran tidak sempurna Pembakaran tidak sempurna ter!adi apabila tidak semua unsur C dari bahan bakar berubah men!adi C"# tetapi sebagian berubah men!adi C" yang besiat racun.
%
Sebab ter!adinya pembakaran tidak sempurna : a. Keku Kekura rang ngan an "ks "ksig igen en b.
Pencampuran kurang sempuna antara oksigen dengan dengan bahan bakar.
"ksigen ("#) yang diperlukan untuk pembakaran bahan bakar diperoleh dari udara' dimana udara mengandung gas " #' #' H#" maka udara dapat dibedakan men!adi : a.
Udara kering ila udara dianggap terdiri dari " # dan #.
b.
Udara basah ila udara selain mengandung " #' # !uga mengandung uap air.
Kalor Kalor (panas) (panas) yang yang dihasil dihasilkan kan setiap setiap pembak pembakaran aran sempur sempurna na % kg bahan bahan bakar disebut harga kalor. kalor. Harga kalor dibedakan men!adi : a. Harga Harga * nila nilaii kalo kalorr ting tinggi gi (HH+) (HH+) Harga kalor pembakaran apabila air hasil pembakaran berbentuk cair. b. Harga * nilai kalor rendah (,H+) Harga kalor pembakaran apabila air hasil pembakaran berbentuk uap. 3.2. Bahan Bakar Ketel Uap
Ketel uap ini akan direncanakan dengan menggunakan bahan bakar minyak bakar dengan alasan : %.
Polusi udara dapat ditekan karena bahan bakar minyak tidak mengandung abu dan perpindahan panasnya bagus.
%4
#.
Konstruksi dapur sederhana sehingga inestasi akan lebih murah.
/.
Ketel lebih tahan lama karena kandungan sulurnya lebih kecil dibandingkan dengan ketel uap yang menggunakan bahan bakar padat.
0.
Pera1atan dan operasi murah. /
$engan komposisi bahan bakar : - Karbon ( C )
: 2&'2 3
- Hidrogen ( H )
: %%'4 3
- Sulur ( S )
: #'% 3
- ,H+
: 0%&55 k6*kg
3.3. Keperluan Kalor Ketel Uap
7dapun data-data ketel uap yang direncanakan : a. Kapasitas uap
:
b. Suhu uap
:
c. 8ekanan uap
:
d. Suhu air masuk ekonomi9er:
&5 ton*!am /55 oC ## kg*cm# %%5 oC
Untuk tekanan ## kg*cm # diperoleh data-data sebagai berikut : 0
3.3.1. Keperluan Kalor Untuk Mengubah Air Umpan Mena!i Pro!uk Uap "enuh
a.
Proses pemanasan untuk menaikkan suhu air umpan hingga mencapai air mendidih dari (%%5 @#%4) Ae
&
B Cpa (8k @ 8m)
$imana : Ae
: Kebutuhan kalor untuk pendidih (k6*kg)
: Produksi Uap (&5 555 kg*!am)
Cpa
: Panas !enis air Cpa
B
B
Enthalpiairmendidih( Hf ) Titikdidihair (Ta )
<#<'#kj * kg 5
#%4 C
B
0'#2# k6*kg oC
8k : suhu air keluar ekonomi9er (#%4 oC) 8m : Suhu air masuk ekonomi9er (%%5 oC) 6adi : Ae
B
&5.555 kg*!am D 0'#2# k6*kg oC (#%4 @ %%5 oC)
B
##.<52.455 k6*!am
b. Proses pemanasan untuk penguapan air (8k B #%4 oC) Ad $imana :
&
=bid'hal %5 =bid' hal <
B
mu . Hg
%<
mu
: Produksi uap (&5.555 kg*!am)
Hg : Panas penguapan (%.24/ k6*kg) 6adi: Ad
B &5.555 kg*!am D %.24/ k6*kg B
c. Keperluan kalor superheater As
4
B mu . (hg @ hs)
$imana : mu : Produksi uap (&5.555 kg*!am) hs : nthalpi uap !enuh (#25#'# k6*kg) hg : nthalpi uap panas lan!ut (/5%4' k6*kg) !adi : As
B &5555 kg*!am D (/5%4' @ #25#'#) k6*kg B %5.445.555 k6*!am
?aka kebutuhan kalor total yaitu : Am
B Ae E Ad E As
2
B ##.<52.455 E
Kebutuhan bahan bakar untuk pembakaran pada ketel uap dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut : K bb 4
B
Qtot η kuxQlow
=bid' hal %/ =bid' hal %% < =r.?6.$!oko setyar!o'%<<5'Pembahasan lebih lan!ut tentang ketel uap' hal && 2
<
#5
dimana : K bb : Kebutuhan bahan bakar ketel uap (kg*!am) Atot : Kebutuhan kalor total ketel uap (k6*!am) Alo1 : ilai pembakaran terendah atau ,H+ (k6*kg) ηku
: isiensi ketel uap (3)' direncanakan 25 3
sehingga kebutuhan bahan bakar ketel uap adalah : K bb
%#4./#2.455kJ * jam
B
5'2 x 0%&55 kJ * kg
B
/2/&'# kg bb*!am
3.$. Keperluan U!ara Pembakaran
Untuk % kg bahan bakar yang digunakan memiliki kandungan : Karbon (C)
B 2&'2 3
Hidrogen(H)
B %%'4 3
Sulur(S)
B
#'% 3
3.$.1.Reak%i Pembakaran 1 kg Bahan Bakar
a. Feaksi unsur karbon (C) C
E
"#
→
C"#
%# kg C
E
/# kg " #
→
00 kg C" #
% kg C
E
#'4 kg " #
→
/'4 kg C" #
#'#<% kg " #
→
/'%0< kg C" #
5'2&2 kg C E b.
Feaksi unsur Hidrogen (H) 0H
E
"#
→
# H#"
#%
0 kg H
E /# kg " #
→
/ kg H #"
% kg H
E
→
< kg H#"
2 kg " #
5'%%4 kg H E 5'
%'5&/ kg H #"
c. Feaksi unsur sulur (S) S
E
"#
→
S"#
/# kg S
E
/# kg " #
→
0 kg S" #
% kg S
E % kg " #
→
# kg S" #
5'5#% kg S E 5'5#% kg " # →
5'50# kg S" #
3.$.2. Kebutuhan U!ara Untuk Pembakaran 1 kg Bahan Bakar
a. Kebutuhan udara teoritis $ari reaksi pembakaran' dapat diketahui oksigen untuk membakar adalah
"# B (#'#<% E 5'
"#t B (/'#02 @ 5) kg " # * kg bb "#t B /'#02 kg " # * kg bb
8in!auan terhadap %kg udara kering •
as itrogen (#) B 44 3
##
•
as "ksigen ("#)
B #/ 3
Sehingga kebutuhan udara kering (U) yang dibutuhkan untuk pembakaran bahan bakar adalah : U
B
/'#02kgO# * kg bb 5'#/
B %0'%# kg " # * kg bb Pada perencanaan ketel uap ini' uap air diambil & 3 masa udara kering' maka kebutuhan udara teoritis adalah sebagai berikut :
Ut B
%5
U E (5'5& . U)
Sehingga : Ut
B
%0'%# E (5'5& D %0'%#) kg ud * kg bb
B
%0'2#
kg ud * kg bb
b. Kebutuhan udara sesungguhnya $alam proses pembakaran bahan bakar' pemberian udara secara teoritis pada kenyataannya belum dapat memberikan pembakaran yang sempurna' maka dalam dapur ketel harus diberikan udara melebihi kebutuhan teoritisnya' sehingga kebutuhan udara sesungguhnya : Ua
B
Ut E (α Ut)
$imana : Ua B kebutuhan udara sesungguhnya (kg ud*kg bb) Ut B kebutuhan udara teoritis (%0'2# kg ud * kg bb) α %5
B persen udara lebih minyak bakar (& @ %5 3)
.?.Surbakty'%<
%%
%%
#/
?aka : Ua
B Ut E (α Ut) B %0'2# E ( 5'% D %0'2#) kg ud*kg bb B %./5< kg ud*kg bb
6adi kebutuhan udara sesungguhnya untuk membakar bahan bakar tiap !am adalah : Udara tiap !am B Ua D K bb
%#
B %'/5< kg ud*kg bb D /2/&'# kg bb*!am B #.&02'#42 kg ud*!am 3.&. Kapa%ita% 'a% A%ap !ari Pembakaran I Kg Bahan Bakar
a. Komposisi gas asap - gas C"#
B hasil reaksi kimia B /'%0< kg ud*kg bb
- gas H#"
B hasil reaksi kimia E kelembaban udara B %'5&/ kg ud*kg bb E ( &3 D %0'%#) B %'4&< kg ud*kg bb
- gas S" #
B hasil reaksi B 5'50# kg ud*kg bb
- gas "#
B kelebihan oksigen B /'#02 kg ud*kg bb D %5 3 B 5'/#02 kg ud*kg bb
Pada suhu 5 o C dan tekanan % atm' olume % mol gas asap adalah ##'0 ,' !adi debit gas asap ( +ga ) adalah : +ga
B ##&0'/< kmol*!am D 5'5##0 m /*mol B &5.0<2'// m /*!am
?aka massa !enis gas asap pada suhu 5oC dan tekanan % atm adalah sebesar: Gga
B
Wga Vga
dimana : +ga B debit gas asap (&5.0<2'// m /*!am) ;ga B kapasitas gas asap hasil pembakaran seluruh bahan bakar ketel (0.5%#'&& kg ga*!am)
ga %/
B
-0.5%#'&&&5.0<2'//-
=r.?.6.$!oko setyar!o' Ketel uap'%<
#
B
%'#& kg ga*m/
3.*. Kerugian Perpin!ahan Pana%
Panas yang berguna dihasilkan dari pembakaran yang diserapkan pada air disebut dengan panas berguna. Panas berguna ini merupakan panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar yang tidak seluruhnya digunakan untuk memanasi air ketel men!adi uap. 7kan tetapi ada se!umlah gas yang hilang disekitarnya atau panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar masih mengalami kerugian-kerugian. $an ini merupakan kerugian-kerugian yang ter!adi didalam ketel' yang biasa dikenal dengan : - Kerugian cerobong - Kerugian kalor akibat gas yang tidak terbakar - Kerugian bahan bakar yang tidak terbakar - Kerugian kalor akibat pancaran dan kerugian lain. Panas berguna adalah se!umlah panas yang diserahkan kepada air. Untuk menghitung panas berguna dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
A B ηk D Alo1 $imana : A
B Panas berguna (k6*kg)
ηk
B isiensi ketel uap B 25 3
Alo1 B ilai pembakaran terendah B 0%&55 k6*kg Sehingga : A B 5.2 D 0%&55 k6*kg
#4
B //#55 k6*kg
3.*.1. Kerugian +erobong
Kerugian cerobong adalah merupakan kerugian panas yang terba1a oleh gas asap yang keluar le1at cerobong keudara luar. $imana kerugian cerobong ini dihitung menggunakan rumus :
ACb B k D
Tg − Tu CO#
%0
3
$imana : ACb B Kerugian cerobong (k6*kg) K
B Koeisien Siegert (5.0 @ 5.<)
8g
B 8emperatur*suhu asap yang masuk kecerobong B #/5 oC
8u
B 8emperatur udara luar B /5 oC
C"# B Karbondioksida didalam gas asap B %2' 2 3 Sehingga : ACb
B
5'0 D (
B
'42& 3
#/5 − /5 %2'2--3
)
atau dalam kilo !oule per kilogram bahan bakar adalah : ACb
B '42& 3 D 0%.&55 k6*kg B 5'542& D 0%.&55 k6*kg B #2%&'44& k6*kg
Kerugian ini diakibatkan oleh adanya se!umlah gas (C") yang tidak terbakar saat ter!adi proses pembakaran. Untuk mengurangi atau mengatasi gas tersebut udara yang masuk agar diusahakan supaya mencukupi keperluan pembakaran bahan bakar diruang pembakaran.
Ag
CO 3
B 45 3 D
%&
CO3 + CO #3
$imana : Ag
B Kerugian gas yang tidak terbakar dalam persen (3)
C" B as karbon monooksida dalam persen (3) C"# B Karbon dioksida dalam gas asap B %2'2 3 7dapun untuk kadar karbon C" diusahakan sangat kecil dan untuk kadar C"# sebesar mungkin' sehingga kerugian kalor gas yang tidak terbakar sangat rendah' dimana kadar C" untuk pembakaran minyak bakar diperkirakan C" B # 3 Ag
B 45 D
#3 # 3 + %2'2-- 3
B '45< 3 atau dalam kilo !oule per kilogram bahan bakar adalah : Ag
%&
B
-'45< %55
D Alo1
B
5'55< D 0%&55 k6*kg
B
#420'#/& k6*kg
Har!ono soenar!ono'%<4'ketel uap'hal /&
#<
3.*.3. Kerugian Bahan Bakar 0ang Ti!ak Terbakar - bb/
Kerugian ini disebabkan karena sebagian bahan bakar yang tidak terbakar dengan sempurna' dimana kerugian ini diperkirakan antara % @ %5 3
%
. $alam
perancangan ini diperkirakan A bb B %'& 3' sehingga dalam k6*kg bahan bakar adalah : A bb B %'& 3 D A lo1 B 5'5%& D 0%&55 k6*kg B ##'& k6*kg 3.*.#. Kerugian Kalor Akibat Panaran - p/
Kerugian pancaran ini merupakan kerugian panas yang keluar melalui dinding ekonomi9er. 7dapun pancaran ini tergantung pada bidang panasnya' bila luas bidang pemanasnya kurang dari #&5 m #' dimana nilai kerugian tidak lebih %4
dari & 3.
$imana harga +o dapat dituliskan sebagai berikut : +o I #&5 m #' kerugian # @ & 3 +o J #&5 m #' kerugian 5 @ # 3 Untuk perencanaan ini kerugian panas akibat pancaran dapat diambil sebesar A p B # 3. ?aka: A p
B # 3 D Alo1 B 5'5# D 0%&55 k6*kg B 2/5 k6*kg
%
=bid' hal /& =bid hal /4
%4
/5
3.*.$. Kerugian lainlain -(/
Kerugian lain-lain ini diakibatkan oleh suatu yang ter!adi didalam ketel uap atau pada sistem pembakaran yang sulit dianalisa serta adanya !umlah gas karbon yang menempel (dalam bentuk kerak) pada bidang pemanas. Kerugian ini dapat dihitung sebagai berikut :
A, B %55 3 - 25 3 - persentase kerugian panas B %55 3 - 25 3 - A Cb - Ag @ A bb - A p B %55 3 - 25 3 - '4&2 3 - ' 45< 3 - %' & 3 - # 3 B /'55 3 atau dalam kilo !oule per kilogram bahan bakar adalah : A, B /'55 D A lo1 B /'55 3 D 0%&55 k6*kg B 5'5/55 D 0%&55 k6*kg B %#04'0< k6*kg sehingga kerugian kalor total yang ter!adi didalam ketel uap dalam memproduksi uap adalah : A B ACb E Ag E A bb E A p E A p B '42& 3 E '45< 3 E %'& 3 E # 3 E /'55 3 B #5 3 7tau dalam k6*kg bahan bakar adalah : A B ACb E Ag E A bb E A p E A p B #2%&'44& E #420'#/& E ##'& E 2/5 E %#04'0<
/%
B 2./55 k6*kg
Untuk lebih !elas dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Karena adanya kerugian bahan bakar yang tidak tidak terbakar secara sempurna dan kerugian pancaran maka besarnya panas yang terkandung oleh gas asap didalam ruang bakar adalah sebagai berikut :
A B Alo1 @ A b - A p
%<
$imana : A
B
panas pada ruang bakar (k6*kg)
Alo1
B
nilai pembakaran yang terendah B 0% &55 k6*kg
A bb
B
kerugian bahan bakar yang tidak terbakar B ##'& k6*kg
A p
B
kerugian kalor akibat pancaran B 2/5 k6*kg
Sehingga : A B 0%&55 - ##'& @ 2/5 B 05.504'& k6*kg Untuk mencari temperature gas asap didalam ruang bakar' dapat dicari dengan menggunakan rumus :
A B
WxCpgxTg η
$imana :
%<
A
B panas pada ruang bakar B 05.504'& k6*kg
;
B kapasitas gas asap B %'<52 k6*kg bb
C pg
B panas !enis gas asap rata-rata k6*kg oC
8g
B temperature gas asap pada ruang bakar oC
Har!ono suenar!ono'%<4'ketel uap'hal 0 =bid hal 0
#5
#5
//
L
B isiensi dapur ketel B <5 3
Untuk mencari temperatur gas asap didalam dapur menggunakan suatu metode percobaan berdasarkan table sebagai berikut
#%
Tabel 3.2 Tabel hubungan Tga !engan +Pga "P. 4olman (am5A$
8emperatur( oC)
%/4
%0#
%0/
%00
%0&
%'/%%<
%'/%//
%'/%/0
%'/%&0
%'/%<00
Panas 6enis as asap (k6*kg oC)
Percobaan = : 8ga
B %/4 oC
Cpga
B %'/%%< k6*kg oC
A%
B
%-'-<52 x%'/%%< x%-/4 5'<
B /<.2#4'&< k6*kg Percobaan == : 8ga
B %0# oC
Cpga
B %'/%// k6*kg oC
A#
B
%-'-<52 x%'/%// x%-0# 5'<
B /<.<<<'24 k6*kg Percobaan === : 8ga #%
B %0/ oC
Har!ono soenar!ono'%<4' ketel uap hal 0
/0
Cpga
B %'/%/0 k6*kg oC
A/
B
%-'-<52 x%'/%/-0 x%-0/ 5'<
B 05.5#'&22 k6*kg Percobaan =+ : 8ga
B %00 oC
Cpga
B %'/%&0 k6*kg oC
A0
B B
%-'-<52 x%'/%-&0 x%-00 5'<
05.%/<'/ k6*kg
Percobaan + : 8ga
B %0& oC
Cpga
B %'/%<00 k6*kg oC
A&
B B
%-'-<52 x/'/%<00 x%-0& 5'<
05.#&#'#& k6*kg
$ari hasil perhitungan diatas yang telah dilakukan beberapa kali maka yang mendekati nilai panas ruang bakar adalah percobaan ===' dan didapatkan hasilnya :
