34
Dalam pemilihan fluida kerja yang digunakan harus memenuhi persyaratan lingkungan supaya tidak merusak lapisan ozon dan potensi pemanasan
global, dan memastikan effisiensi termal dan kerja turbin yang tinggi karena.tidak ada fluida kerja yang memenuhi semua persyaratan, namun yang optimal harus
dipilih. Dari delapan refrigerant yang sudah dianalisa pada bagian 2.2 hal. 2-32,
kita dapat melihat setiap karakteristik refrigerant dan mana yang lebih optimal dipakai dalam pengembangan sistem pembangkit tenaga berdasarkan siklus
rankine organic dan melihat perhitungan sifat-sifat fisik dari berbagai refrigerant table 3.1, dapat kita lihat effisiensi yang lebih tinggi yaitu refrigerant R-236fa
berkisar 18,7. Namun jika kita melihat tekanan pada evaporator berkisar 14 bar, dan daya kerja turbin hanya berkisar 25,8 kJkg sehingga refrigerant ini kurang
optimal. Jika kita bandingkan dengan refrigerant R-123 table 3.1 effisiensinya 18, tekanan pada evaporator hanya berkisar 5,54 bar dan daya kerja turbin
berkisar 26,6 kJkg tapi lebih optimal dibanding R-236fa. Penulis menggunakan Refrigerant R-123 untuk pengembangan sistem
pembangkit tenaga berdasarkan siklus rankine organik karena refrigerant inilah yang lebih optimal digunakan dibanding R-236fa dan enam refrigerant lainnya.
3.2 Kapasitas Aliran
Dari tabel 3.1 dapat dilihat laju aliran pada R-123 adalah 46,189 kgs
dimana density fluida v pada suhu 40 C adalah 0,000702 m
3
kg. Maka dapat kita peroleh kapasitas aliran yang dibutuhkan pada sistem pembangkit adalah :
x v = 46,189 kgs x 0,000702 m
3
kg = 0,0324247 m
3
s Jadi untuk memenuhi kebutuhan pembangkit tenaga berdasarkan siklus
rankine organik dengan fluida kerja R123 diperlukan kapasitas aliran sebesar 0,0324247 m
3
s.
3.3 Kapasitas Pompa
Dari hasil data diatas, maka didapat jumlah kebutuhan fluida kerja R-123 pada sistim pembangkit adalah 0,0324247 m
3
s. Dalam perencanaan ini perlu
Universitas Sumatera Utara
35
diperhitungkan kebocoran-kebocoran pipa dan kapasitas pompa yang direncanakan adalah 1,1 sampai 1,15 kapasitas total [ Sularso, Haruo Tahara
hal 15] sehingga kapasitas pompa adalah : Q
p
= 1,15 x 0,0324247 m
3
s = 0,0372884 m
3
s = 134,236 m
3
h Dari perhitungan di atas, kapasitas pompa yang direncanakan adalah 134,236
m
3
h.
3.4 Head Pompa
Head pompa adalah besarnya energi yang diperlukan pompa untuk memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaan
akhir. Head total Pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan
dilayani oleh pompa tersebut. Adapun beberapa faktor yang harus dipertimbangan dalam perancangan
pompa pada instalasi pembangkit ini adalah : a.
Pertimbangan ekonomis Pertimbangan ini menyangkut biaya, baik untuk biaya pembangunan
instalasi maupun biaya operasi pemeliharaannya. Komponen biaya yang terpenting adalah biaya untuk energi atau daya. Agar biaya pemeliharaan
dapat ditekan, jumlah pompa harus tepat. Sedapat mungkin pompa-pompa yang dipakai sama spesifikasinya antara satu dengan yang lain agar
penyediaan suku cadangnya mudah dilakukan. b.
Kapasitas aliran Kapasitas suatu aliran pompa akan menentukan ukuran pompa dan daya
yang dibutuhkan oleh pompa tersebut. Semakin besar kapasitas yang dialirkan oleh pompa maka semakin besar pula ukuran dan daya pompa
yang diperlukan. Menggunakan hanya satu pompa untuk melayani laju aliran keseluruhan
dalam instalasi yang penting adalah besar resikonya. Instalasinya tidak
Universitas Sumatera Utara
36
akan berfungsi sama sekali jika pompa satu-satunya itu rusak. Jadi untuk memperkecil resiko, perlu dipakai pompa cadangan.
Kapasitas dalam perencanaan ini adalah 0,0372884 m
3
s. Sehingga direncanakan jumlah pompa sebanyak dua buah dengan spesifikasi yang
sama. Dalam operasinya, pompa beroperasi secara bergantian.
3.4.1 Perbedaan Head Tekanan ∆H
p
Head tekanan merupakan energi yang dibutuhkan untuk mengatasi perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam sistem kerja ini
tekanan fluida kerja memasuki pompa adalah 154,48 kPa dan tekanan keluarnya yaitu 554,69 kPa, maka beda head tekanan pada sistem ini adalah
400,21 kPa.
Maka dapat ditulis dalam meter :
∆P = ρ . g . H
p
....................................................................... lit.2 hal 241 Dimana :
∆P =
beda head tekanan Pa = 400,21 kPa ρ
= kerapatan fluida R-123 Kgm
3
= 1424,6 Kgm
3
g = gaya gravitasi ms
2
= 9,80 ms
2
H
P
= tinggi kenaikan akibat beda tekanan m Hingga didapat :
400,21 kPa = 1424,6 Kgm
3
. 9,80 ms
2
. H H
p
= 28,6661 m
3.4.2 Perbedaan Head Kecepatan ∆H
v
Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Diameter pipa hisapnya biasanya
ditentukan sedemikian sehingga kecepatan aliran 2 sampai 3 ms [ Soufyan M. Noerbambang, hal 98 ]. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa
isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata - rata 3 ms.
Universitas Sumatera Utara
37
Dari persamaan kontinuitas diperoleh : Q
p
= V
s
. A
s
............................................................................... lit. 9 hal 98 Dimana :
Q
p
= Kapasitas pompa = 0,0372884 m
3
s V
s
= Kecepatan aliran dalam pipa hisap ms A
s
= π4.d
is 2
= luas bidang aliran m
2
d
is
= diameter dalam pipa isap m Sehingga diameter pipa isap adalah :
d
is =
........................................................................lit 5 hal 64
=
3 .
0372884 ,
. 4
3
s m
s m
π
=
0,1258 m = 12,58 cm = 125,8 mm = 4,953 in Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa
nominal 5 inch dengan dimensi pipa : -
Diameter dalam d
is
= 5,047 in = 12,81 cm = 0,1281 m -
Diameter luar d
os
= 5,563 in = 14,13 = 0,1413 m Dengan ukuran standar pipa tersebut di atas maka kecepatan aliran yang
sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah : V
s
=
=
……………………………………….lit 6 hal 67
V
s
=
2 3
1281 ,
. 037288
, .
4 m
s m
π
V
s
= 2,89 ms diperoleh kecepatan aliran fluida masih memenuhi
Universitas Sumatera Utara
38
Untuk mempermudah perhitungan dalam perencanaan ini, maka nilai kecepatan pada sisi masuk V
s
sama dengan kecepatan pada sisi keluar V
d
sehingga nilai perbedaan head kecepatannya sama dengan nol, ∆H
v
= 0.
3.4.3 Kerugian head H
L
Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2 yaitu kerugian akibat gesekan sepanjang pipakerugian mayor h
f
dan kerugian akibat adanya kelengkapanpada instalasi pipa kerugian minor h
m
. Kerugian akibat gesekan tergantung pada kekasaran dalam pipa dan sepanjang pipa. Kerugian akibat
kelengkapan adalah kerugian akibat adanya perubahan arah aliran dan kecepatan aliran.
3.4.3.1 Kerugian Head sepanjang Pipa Hisap a. Kerugian Head akibat gesekan pada pipa hisap
Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa hisap menurut Darcy-Weisbach dapat diperoleh dengan persamaan [ Sularso, Haruo
Tahara, hal 28 ]: h
f
= f x
...................................................................lit 12 hal 28 Dimana :
h
f
= kerugian karena gesekan m f
= factor gesekan diperoleh dari diagram moody L
s
= panjang pipa isap m d
i
= diameter dalam pipa = 0,1281 m V
s
= kecepatan aliran fluida = 2,89 ms Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Galvanized Iron dimana bahan
pipa yang digunakan tersebut mempunyai kekasaran sebesar 0,00015 m [ tabel 3.8]. Dan faktor pengotoran yang terjadi pada pipa terhadap fluida
Universitas Sumatera Utara
39
organic dengan sistem tertutup terlihat pada tabel 3.7 berikut, namun menurut Michael Frankel, faktor pengotoran pipa biasanya terjadi pada
pipa sistem alat penukar kalor. Faktor pengotoran pada pipa mengakibatkan penurunan kalor yang ditransfer antara shell dan tube.
Karena instalasi merupakan instalasi untuk kebutuhan fluida organik sehingga tidak terjadi perbedaan suhu yang signifikan, maka faktor
pengotoran dapat diabaikan.
Tabel 3.2 Tipe Faktor pengotoran Fouling Factor pada pipa
Facility piping system handbook, hal 21.17 , Michael Frankel
Universitas Sumatera Utara
40
Tabel 3.3 Kekasaran relatif e dalam berbagai bahan pipa
Pipeline Material Absolute roughness, e
ft Mm
Glass and various plastics e.g.,PVC and PE pipes
Drawn turbings e.g., copper or aluminum pipes or turbings
Commercial steel or wrought iron Cast iron with asphalt lining
Galvanized iron Cast Iron
Wood stave Concrete
Riveted steel hydraulically smooth
5 x 10
-6
1.5 x 10
-4
4 x 10
-4
5 x 10
-4
8.5 x10
-4
6 x 10
-4
-3 x 10
-3
1 x 10
-3
-1 x 10
-2
3 x 10
-3
-3 x 10
-2
hydraulically smooth
1.5 x 10
-3
4.6 x 10
-2
0.12 0.15
0.25 0.18-0.9
0.3-3.0 0.9-9.0
Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina
Maka kekasaran relative ed
i
adalah : ed
i
=
m m
1281 ,
00015 ,
= 0,00117 Faktor gesekan f dapat diperoleh dari diagram moody dengan
terlebih dahulu mengetahui bilangan Reynold Re [ Pump Handbook, hal 131 ] :
Re =
v...................................................................
lit 4 hal 131 Dimana :
V
s
= kecepatan aliran fluida ms d
i
= diameter dalam m υ
=
viskositas kinematik R-123 pada suhu 40
o
C
=
358,1.10
-6
Pa.s
v = density R-123 pada suhu 40
C = 1424,6 Kgm
3
Sehingga bilangan Reynold Re adalah : Re =
6
10 1
, 358
6 ,
1424 2181
, 2,89
−
x x
x
=
2567923,6 turbulen Dari diagram moody untuk Re = 2567923,6 dan ed
i
= 0,00117 dengan cara interpolasi, diperoleh faktor gesekan f = 0,022. Besarnya
kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy Weisbach adalah :
Universitas Sumatera Utara
41
h
fs
= 0,022
x
80 ,
9 2
1281 ,
89 ,
2 2
2
x x
x
= 0,1464 m
b. Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa isap h