2007) : Gambar 10. Diagram Alir Boiler Furnace BOILER ...

43

LAMPIRAN II

PERHITUNGAN

2.1 Diagram Alir

Berikut ini merupakan diagram alir boiler furnace (Marwadi,S : 2007) :

Gambar 10. Diagram Alir Boiler Furnace

BOILER

FURNACE

Steam

T = 110oC

P = 0,3 bar

M = 8 L

Air umpan

T = 30oC

M = 20 L

Udara dari fan V = 5 m/s. Tbk = 38oC Tbb = 32oC

Flue gas CO2..........? O2............? N2............? H2O.........? T = 114oC

Tempurung kelapa M = 48,12 kg

Refuse Abu = 87,84 % Cunburner = 11,3 % H tersisa = 0,47 %

Analisis Ultimate C =65,90 % H = 4,03 % N = 0,59 % Abu = 29,47 % Total = 100%

HHV = 8272,56 kkal/kg

44

2.2 Perhitungan Neraca Massa

Seluruh perhitungan berbasis 48,12 kg tempurung kelapa terbakar

Analisis Ultimat

C = 65,90 % x 48,12 kg = 31,71 kg

H = 4,03 % x 48,12 kg = 1,93 kg

N = 0,59 % x 48,12 kg = 28,39 kg

Abu = 29,47 % x 48,12 kg = 14,18 kg

a. Total Abu pada Refuse

Abu pada tempurung kelapa = 14,18 kg

% Abu pada refuse = 88,23 %

- Berat refuse = 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑢𝑟𝑢𝑛𝑔 𝑘𝑒𝑙𝑎𝑝𝑎

𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑓𝑢𝑠𝑒 (Hougen, page : 418)

= 14,18 𝑘𝑔

0,8823 = 16,07 kg

b. Total Carbon

- Carbon pada refuse = berat refuse x carbon di refuse (Hougen, page : 419)

= 16,07 kg x 0,113

= 1,8162 kg : 12 kg/kmol

= 0,15135 kmol

Carbon pada tempurung kelapa basis 48,12 kg

Carbon pada tempurung kelapa = 65,90 % x 48,12 kg

= 31,71 kg : 12 kg/kmol

= 2,64 kmol

c. Total Hidrogen

- H pada refuse = W refuse x %H pada refuse (Hougen, page : 421)

= 16,0727 kg x 0,0047

= 0,075541 kg

= 0,075541 kmol

Maka, H2 pada refuse = 0,075541 kmol x 2 = 0,151082 kmol

45

H pada tempurung kelapa basis 48,12 kg

H pada tempurung kelapa = 4,03 % x 48,12 kg

= 1,93 kg

= 0,96 kmol

Jadi, H2 pada tempurung = 0,96 kmol x 2 = 1,93 kmol

d. Reaksi Hasil Mol Gas Pembakaran

C bereaksi = C tempurung kelapa – C unburner

= 2,6425 - 0,15135 kmol

= 2,4912 kmol

H2 bereaksi = 3,87 kmol – 0,151082 kmol

= 3,7273 kmol

Reaksi 1

Reaksi CO2

C + O2 CO2

m 2,49124 2,49124 - kmol

b 2,49124 2,49124 2,49124 kmol

s - - 2,49124 kmol

Reaksi 2

Reaksi H2O

2H + ½ O2 H2O

m 3,7273 1,8638 - kmol

b 3,7273 1,8638 3,7273 kmol

s - - 3,7273 kmol

e. Menentukan Udara Teoritis

O2 teoritis = O2 (reaksi 1 + reaksi 2)

= 2,49124 kmol + 1,8638 kmol

46

= 4,3548 x 32 kg/kmol

= 139,35 kg

N2 teoritis = 79

21 𝑥 4,354899 kmol

= 16,38 kmol x 28 kg/kmol

= 458,71 kg

Udara Teoritis = (O2 + N2) teoritis

= 4,3548 kmol + 16,38 kmol

= 20,68 kmol

f. Udara Supplay berasal dari Fan

Kecepatan udara = 5 m/s x 3600 𝑠

1 𝑗𝑎𝑚

= 18000 m/jam

Diameter fan = 20 cm x 1 𝑚

100 𝑐𝑚

= 0,2 m

Luas discharge Fan = 𝜋𝐷2

4

= 3,14 (0,2𝑚)2

4

= 0,0314 m2

Maka, V udara = Luas discharge Fan x kecepatan udara

= 0,0314 m2 x 18000 m/jam

= 565,2 m3/ jam

Menentukan massa Jenis Udara, dengan menggunakan rumus berikut :

PxV = nxRxT

Px V = 𝑚

𝐵𝑀 x R x T

𝑚

𝑉 =

𝐵𝑀 𝑥 𝑃

𝑅 𝑥 𝑇

= 28,97

𝑔𝑟

𝑚𝑙𝑥 1 𝑎𝑡𝑚

0,08205𝐿𝑎𝑡𝑚

𝑚𝑜𝑙𝐾 𝑥 303 𝐾

= 1,16527 gr/liter x 1 𝑘𝑔

1000 𝑔𝑟 x

1000 𝑚3

1 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟

47

= 1,16527 kg/m3

Basis 1 jam operasi

Massa udara supplay dari fan

m = 𝜌 𝑥 𝑉

= 1,16527 kg/m3x 565,2 m3/ jam

= 658 kg

= 22,7 kmol

Maka O2 supplay = 21

100 x22,7 kmol

= 4,774 kmol

N2 supplay = 79

100 x 22,7 kmol

= 17,96 kmol

g. Komposisi Gas Buang

O2 flue Gas = O2 supplay - O2 bereaksi

= 4,774 kmol - 4,354 kmol

= 0,4191 kmol

N2supplay + N2 tempurung kelapa = N2 Flue Gas

17,9600 kmol + 1,18184 kmol = 19,14 kmol

h. Menghitung H2O dari udara

Dengan menggunakan grafik phycometrik. Pada kondisi T wet Bulb = 38⁰C

dan T dry Bulb = 32⁰C, didapat dengan melihat T dry bulb pada sumbu x

grafik dan T wet bulb pada garis lengkung yang terdapat pada sebelah kiri

grafik, lalu menghubungkan kedua titik tersebut menuju sumbu y yang

berupa nilai moisture content, didapatkan hasil nya adalah 0,04 kg H2O /kg

dry air. (Sumber : Carrier Phcymetric chart)

Massa H2O di udara = 0,04 kg H2O/kg udara kering x massa udara

= 0,04 kg H2O/kg udara kering x 658 kg

= 26,32 kg

= 1,46 kmol

48

Massa H2O total = 1,46 kmol + 3,72 kmol

= 5,18 kmol x 18 kg/kmol

= 93,30 kg

Maka, komponen Gas Hasil Pembakaran adalah sebagai berikut :

CO2 = 2,49124 kmol x 44 kg/kmol = 109,61 kg

N2 = 19,14 kmol x 28 kg/kmol = 535,92 kg

O2 = 0,4191 kmol x 32 kg/kmol = 13,411 kg

H2O = 5,18 kmol x 18 kg/kmol = 93,24 kg

i. Tabel Neraca Massa

Tabel 4. Neraca Massa pada Furnace Data 1

Komponen Input (kg) Output (kg)

C 31,71108 1,8162

H2 7,4546 0,302

N2 535,92 535,92

O2 152,768 13,4112

H2O 26,344 93,27

Abu 14,18 14,18

CO2 - 109,61

Total 768,601 768,603

Dengan cara yang sama, hasil perhitungan neraca massa untuk tempurung

kelapa dengan berat 53,87 dan 57,52 ditabulasikan pada tabel 8 dan 9 sebagai

berikut :

49


KOMPONEN INPUT (KG) OUTPUT(KG)

C 35,500 2,033

H2 2,170 0,075541

N2 402,48 402,48

O2 122,1696 16,2624

CO2 - 122,672

H2O 21,07 39,84

Abu 14,1096 14,1096

Total 597,490 597,482


KOMPONEN INPUT (KG) OUTPUT(KG)

C 37,90 2,70

H2 2,3180 0,090

N2 402,48 402,48

O2 122,1696 10,3168

CO2 - 130,24

H2O 21,07 40,34

Abu 16,95 16,95

Total 603,15 603,11

50

3. Perhitungan Neraca Energi

Dari hasil perhitungan neraca massa, diketahui diagram neraca massa

boiler furnace sebagai berikut :

Gambar 11. Diagram Neraca Massa Boiler Furnace

Sebelum menghitung neraca energi, berikut ini merupakan parameter

yang harus diketahui untuk menentukan komponen input dan output pada boiler

furnace.

BOILER

FURNACE

Air umpan

T = 30oC

M = 20 L

Flue gas CO2 = 109,61 kg O2 = 13,411 kg N2 = 535,92 kg H2O = 93,24 kg T = 114oC

udara

Steam

T = 110oC

P = 0,3 bar

M = 8 L

Refuse

Tempurung kelapa HHV = 8272,56 kkal/kg

51

Tabel 7. Analisa Thermal Boiler Furnace

No INPUT OUTPUT

1 Heating value tempurung kelapa Sensible heat flue gas

2 Sensibel heat udara kering Panas penguapan H2O

3 Sensibel heat H2O dalam bahan

bakar

Heating value C dalam refuse

4 Sensibel heat air umpan boiler Enthalpy H2 dalam refuse

5 Entalpy refuse

6 Entalpy uap saturated

INPUT

1) Menghitung Panas Pembakaran Tempurung Kelapa

Q1 = HHV tempurung kelapa x massa tempurung kelapa (Hougen, page : 424)

= 8272,56 kkal/kg x 48,12 kg

= 398075,587 kkal

2) Menghitung Panas Sensibel Udara (Hougen, page : 424)

Diketahui :

T1 (T referen) = 28oC = 301 K

T2 (T udara masuk) = 30oC = 303 K

Mencari Cp terlebih dulu dengan mengetahui komponen a,b,dan c dari

udara (hougen : 1959, hal : 255).

a = 6,386 kkal/kmol b = 0,001762 kkal/kmol c = -0,0000002656

kkal/kmol

Cp udara dihitung dengan menggunakan rumus :

Cp udara = a + b/2 (T2 + T1) + c/3 (T22 + T2T1 + T1

2)

= 6,386 kkal/kmol+ 0,001762

2kkal/kmol (303 + 301)K +

−0,0000002656

3

kkal/kmol (3032 + (303 x 301) + 3012)K

= 6,8939 kkal/kmol K (Hougen, page : 258)

52

Q.2. = n x cp x dt

= 1,460 kmol x 6,8939 kkal/kmol K x (303-301)

= 20,1302 kkal

3) Menghitung Panas Laten H2O dalam Udara (Hougen, page : 424)

Diketahui :

Tudara = 30oC = 303 K

Mencari harga hf dan hg berdasarkan tabel temperatur (tabel sifat air jenuh

(uap-cair) tabel temperatur Termodinamika Teknik 1 page : 114)

hf = 125,79 Kj/kg = 30,0444 kkal/kg

hg = 2556,3 Kj/kg = 610,5618 kkal/kg

Q3 = m.hfg

= 26,32 kg x (610,5618 - 30,0444) kkal/kg

= 15279,22 kkal

4) Menghitung Panas Sensibel Air Umpan Boiler (Hougen, page : 424)

Diketahui :


T2 (T udara masuk) = 30oC = 303 K

Mencari Cp terlebih dulu dengan mengetahui komponen a,b,dan c dari H2O

di udara (hougen : 1959, hal : 255).

a = 7,136 kkal/kmol b = 0,00264 kkal/kmol c = 0,0000000459 kkal/kmol

Cp H2O dihitung dengan menggunakan rumus :

Cp H2O = a + b/2 (T2 + T1) + c/3 (T22 + T2T1 + T1

2)

= 7,136 kkal/kmol + 0,00264

2 kkal/kmol (303 + 301)K +

0,0000000459

3

kkal/kmol (3032 + (303 x 301) + 3012)K

= 7,9375 kkal/kmol K

Mair = 20 L x 1 kg/L = 20 kg

nair = 20 kg : 18 kg/kmol = 1,111 kmol

53

Q.4 = n x cp x dt


= 8,8194 kkal

Total Panas Input = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

= (398075,587 + 20,1302 + 15279,22 + 8,8194) kkal

= 413383,7566 kkal

OUTPUT

4) Menghitung Panas Sensibel Flue Gas (Hougen, page : 424)

Diketahui :


T2 (T flue gas) = 114oC = 387 K

Mencari Cp terlebih dulu dengan mengetahui komponen a,b,dan c dari

komponen gas buang (hougen : 1959, hal : 255).

Tabel 8. Komponen Flue Gas

Komponen A B c

CO2 6,339 0,01014 -0,000003415

H2O 7,136 0,00264 -0,0000000459

O2 6,117 0,003167 -0,00000105

N2 6,457 0,001389 -0,000000069 (Sumber : Hougen page 255)

Cp CO2 dihitung dengan menggunakan rumus :

Cp CO2 = a + b/2 (T2 + T1) + c/3 (T22 + T2T1 + T1

2)

= 6,339 kkal/kmol + 0,01014

2 kkal/kmol (387 + 301)K +

− 0,000003415

3

kkal/kmol (3872 + (387 x 301) + 3012)K

= 9,4209 kkal/kmol K

54

Q.4 = n x cp x dt


= 2018,371 kkal

Untuk perhitungan Cp dan Q komponen flue gas lainnya, dilakukan dengan

cara yang sama dan ditabulasikan pada tabel berikut ini.

Tabel 9. Panas Sensibel Flue Gas

Komponen Kmol Δt K Cp (kkal/kmol) Q (kkal)

CO2 2,49124 86 9,4209 2018,371

H2O 19,14 86 8,0387 13232,021

O2 0,4191 86 7,0869 255,430

N2 5,18 86 6,9266 3085,665

Total 18691,521

5) Heating Value Carbon dalam Refuse

Diketahui :

Hr C = 94051,8 kkal/kmol (Hougen, page : 306)

Massa C refuse = 0,1535 kmol

Q5 = Hr C x Massa C refuse

= 94051,8 kkal/kmol x 0,1535 kmol

= 14436,95 kkal

6) Heating Value H2 dalam Refuse

Diketahui :

Hr H2 = 68317,4 kkal/kmol (Hougen, page : 306)

Massa H2 refuse = 0,1510 kmol

Q6 = Hr H2 x Massa H2 refuse

= 68317,4 kkal/kmol x 0,1510 kmol

= 10315,927 kkal

55

7) Panas Sensibel Refuse

Berat refuse = 16,07 kg

Cp = 0,21 btu/lb = 0,141 kkal/kg K

T(referen) = 28oC = 301 K

T(Flue gas) = 114oC = 387 K

Q7 = m x cp x Δt

= 16,07 kg x 0,141 kkal/kg K (387-301) K

= 194,864 kkal

8) Entalpy Saturated Steam

msteam = 8 kg

T2 = 110oC

hg = 2691,1 Kj/kg

Q8 = m x hg

= 8 kg x 2691,1 Kj/kg

= 21528,8 kj x 0,24 kkal/kj

= 5166,912 kkal

9) Entalpy Blowdown

Diketahui :

mbwd = 12 kg

T2 = 100oC

Mencari harga hf dan hg berdasarkan tabel temperatur (tabel sifat air jenuh

(uap-cair) tabel temperatur Termodinamika Teknik 1 page : 114)

hf = 419,04 Kj/kg = 100,2104 kkal/kg

hg = 2676,1 Kj/kg = 639,9703 kkal/kg

Q9 = mbdw x hfg

= 12 kg x (639,9703 - 100,2104) kkal/kg

= 6477,1188 kkal

56

Qoutput = Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q9

= (18691,521 + 14436,95 + 10315,927 + 194,864 + 5166,912 +

6477,1188) kkal

= 55283,2928 kkal

10) Panas yang Hilang (Heat Loss)

Q10 = Qinput - Qoutput

= 413383,7566 kkal – 55283,2928 kkal

= 358100,464 kkal

Tabel 10. Tabel Neraca Energi Data 1

Input Kkal Output Kkal

Panas Bahan

bakar

398075,587 Panas sensibel flue

gas

18691,521

Panas Sensibel

Udara kering

20,1302 Entalpy blowdown 6477,1188

Panas laten H2O

di udara

15279,22 HHV Carbon dalam

refuse

14436,95

Panas air umpan

boiler

8,8194 HHV H2 dalam

refuse

10315,927

Panas sensibel refuse 194,864

Entalpy steam 5166,912

Panas yang hilang 358100,464

Total 413383,7566 kkal 413383,7566 kkal

nth = 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑦 𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚

𝐻𝐻𝑉 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑢𝑟𝑢𝑛𝑔 𝑘𝑒𝑙𝑎𝑝𝑎 x 100%

= 5166,912 kkal

413383,7566 kkal x 100% = 11,30 %

57



Panas Bahan

bakar


gas

18781,521

Panas Sensibel

Udara kering


Panas laten H2O

di udara


refuse

14476,95

Panas air umpan

boiler

8,9190 HHV H2 dalam

refuse

10325,927




Total 415393,83 kkal 415393,83 kkal



= 5166,932 kkal

415393,83 kkal x 100% = 11,27 %



Panas Bahan

bakar


gas

18781,521

Panas Sensibel

Udara kering


Panas laten H2O

di udara


refuse

14466,95

Panas air umpan

boiler

8,9195 HHV H2 dalam

refuse

10345,927




Total 415496,83 kkal 415496,83 kkal



= 5176,932 kkal

415496,83 kkal x 100% = 11,26 %

2007) : Gambar 10. Diagram Alir Boiler Furnace BOILER ...

Documents

Transcript of 2007) : Gambar 10. Diagram Alir Boiler Furnace BOILER ...