Pembangkit Listrik Tenaga Uap (6)

TUGAS 3
PENYEDIAAN ENERGI
“Pembangkit Listrik Tenaga Uap”

Nama : Hesty Dzulhijjati Handayani
NIM : 2311111030

Universitas Jenderal Achmad Yani
Jurusan Teknik Kimia
2014

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan


Mengetahui pengaruh tekanan terhadap efisiensi siklus rankine.



Membandingkan kebutuhan bahan bakar untuk dikonversi menjadi energi

listrik dengan jenis bahan bakar yang divariasikan.

1.2 Batasan masalah


Bahan bakar yang digunakan untuk dibandingkan adalah Paddy straw
dan QrC550.



Variasi tekanan operasi yang digunakan adalah 10, 20, dan 40 bar.



Pembakaran dilakukan dengan udara stoikiometri.



Pembakaran yang dilakukan merupakan reaksi bebas abu.



Efisiensi boiler yang digunakan adalah hasil perhitungan dari neraca
massa pembakaran.



Efisisensi turbin yang digunakan adlaah 85% yang merupakan efisiensi
maksimal turbin.

BAB II
STUDI KASUS
2.1

Komposisi Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan adalah Paddy Straw dan QrC550 dengan

komposisi sebagai berikut :
Tabel 1 Komposisi Paddy Straw
Unsur

C
H
O
N
Ash

Prosentase Massa
35,97
5,28
43,08
0,17
15,5

Tabel 2 Komposisi QrC550
Unsur
C
H
O
N
Ash

2.2

Prosentase Massa
87,1
2,4
6,9
0,5
3,10

Pembakaran bahan bakar
Bahan dibakar menggunakan udara stoikiometrik. Energi hasil pembakaran

kemudian ditransfer ke boiler. Perhitungan dilakukan tanpa ash, sehingga
komposisi dari C, H, O, N, dihitung kembali.

Tabel 3 Komposisi Paddy Straw yang digunakan dalam perhitungan
Unsur
C
H
O

N

Prosentase Massa
42,6
6,2
51
0,2

Tabel 4 Komposisi QrC550 yang digunakan dalam perhitungan
Unsur
C
H
O
N

Prosentase Massa
89,9
2,5
7,1
0,5

Sehingga dapat digambarkan sebagai berikut :

M1 = 100 kg/jam

Pembakaran
F3
C = 0,426
H = 0,062
O = 0,51
N = 0,002

CO2
H2O
N2
F2
O2 = 21% mol
N2 = 79% mol

2.3

Skema PLTU

3

S
40 bar
Sat. steam

2

300oC

B

1

0,5 bar

4

C

30oC
40 bar
30oC

P = 10 bar
20 bar
40 bar

Gambar 1 Skema PLTU

BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1

Hasil Perhitungan
Berikut adalah hasil perhitungan menggunakan Ms.Excel
Tabel 5 Hasil perhitungan siklus rankine dengan bahan bakar Paddy Straw

WT/ m.bb
P (bar)
10
20
40

η (%)

(MJ/kg

19,39
22,95
26,23

bb)
3,06
3,57
3,99

m.bb [kg/jam bb] Untuk 10 Mwatt

Energi
11764,5413
10095,5639
9014,4487

Tabel 6 Hasil perhitungan siklus rankine dengan bahan bakar QrC550
WT/ m.bb
P (bar)
10
20
40
3.2

η (%)

(MJ/kg

19,39
22,95
26,23

bb)
6,61
7,70
8,62

m.bb [kg/jam bb] Untuk 10 Mwatt
Energi
5449,911
4676,759
4175,934

Grafik
Berikut adalah grafik yang menyatakan pengaruh tekanan operasi terhadap

efisiensi siklus rankine dan terhadap kebutuhan bahan bakar jika diinginkan
energy listrik yang dihasilkan sebesar 10 MW.

0.2700
0.2520

Ƞ

0.2340
0.2160
0.1980
0.1800
8

13

18

23

28

33

38

43

P (bar)

Gambar 2 Grafik hubungan antara tekanan operasi dengan efisiensi siklus rankine

11800

5600
5400
5200

11300

5000

10800

4800

10300

4600

9800

4400
4200

9300

4000

Kebutuhan Bahan Bakar (kg/jam)

Kebutuhan Bahan Bakar (kg/jam)

12300

8800
3800
Efisiensi
vs Kebutuhan
Bahan Bakar
untuk
10 MW
(Paddy
0.1500 0.1700
0.1900 0.2100
0.2300
0.2500
0.2700
Straw)
Ƞ
Efisiensi vs Kebutuhan Bahan
Bakar untuk 10 MW (QrC550)

Gambar 3 Grafik hubungan antara efisiensi siklus dengan kebutuhan bahan bakar
untuk menghasilkan energy listrik 10 MW
Berikut ini juga ditampilkan diagram sebagai pembanding antara paddy straw dengan
QrC550.

12000
10000
8000
Kebutuhan Bahan Bakar untuk 10 MW (kg/jam)

6000
4000
2000

Paddy Straw

QrC550

40

10

0

P(bar)

Gambar 4 Diagram perbandingan antara kebutuhan bahan bakar paddy straw
dengan QrC550 untuk menghasilkan energi listrik 10 MW

3.3

Pembahasan
Dari hasil perhitungan dapat diketahui bahwa tekanan mempengaruhi

efisiensi dari siklus rankine. Semakin besar tekanan maka efisiensi siklus semakin
besar (dapat dilihat pada gambar 2) karena berdasarkan buku termodinamika
teknik jilid 2, semakin besar tekanan maka temperatur rata-rata penambahan
energy melalui proses perpindahan kalor akan meningkat. Meningkatnya
temperatur rata-rata penambahan energi tersebut membuat efisiensi siklus
meningkat. Jika efisiensi siklus semakin besar maka jumlah energi listrik yang
dapat dihasilkan turbin pun semakin besar (dapat dilihat pada tabel 5 dan tabel 6).
Meningkatnya efisiensi juga mempengaruhi kebutuhan bahan bakar.
Semakin besar efisiensi siklus maka kebutuhan bahan bakar semakin kecil (dapat
dilihat pada gambar 3).
Jenis bahan bakar juga mempengaruhi jumlah bahan bakar yang
dibutuhkan. Dapat dilihat pada gambar 4, bahwa QrC550 lebih efisien jika
digunakan sebagai bahan bakar dibandingkan dengan Paddy Straw. Hal ini

dikarenakan komposisi unsur C dan N dalam QrC550 lebih banyak dibandingkan
dengan unsur C dan N dalam Paddy Straw.
3.4 Kesimpulan
Kesimpulan dari tugas ini adalah :


Semakin besar tekanan maka efisiensi siklus rankine semakin besar sehingga
kebutuhan bahan bakar semakin kecil.



QrC550 lebih efisien dijadikan bahan bakar dibandingkan dengan Paddy traw.

LAMPIRAN
CONTOH PERHITUNGAN
1.

Menghitung Neraca Massa Pembakaran
Unsur
C
H
O
N

Prosentase Massa
42,6
6,2
51
0,2

M1 = 100 kg/jam

Pembakaran
C = 0,426
H = 0,062
O = 0,51
N = 0,002

F3

CO2
H2O
N2
F2
O2 = 21% mol
N2 = 79% mol

Neraca massa atom
1

C

:

yC x M 1
Ar C

= yCO2,3 . F3

0,426 x 100
12

= yCO2,3 . F3 3,55 = yCO2,3 . F3

1

H

:

yH x M 1
Ar H
0,062 x 100
1

= 2 . yH2O,3 . F3
= 2 . yH2O,3 . F3 3,1 = . yH2O,3 . F3

1

N

:

yN x M 1
Ar N
0,002 x 100
14

F3

+ 2. yN2,2. F2 = 2. yN2,3 . F3
+ 2(0,79). F2= 2. yN2,3 . F3  0,0143 + 1,58 F2 = 2. yN2,3 .

O

y 1O x M 1
Ar O

:

0,51 x 100
16

+ yO2,2. F2 = 2. yCO2,3 . F3 + yH2O,3 . F3
+ 2(0,21).F2 = 2. yCO2,3 . F3 + yH2O,3 . F3

3,1875 + 0,42 F2 = 7,1 + 3,1
F2 =
yN2,3 . F3 =

0,0143+ 1,58(16,6964)
2

7,0125
0,42

= 16,6964 kmol/ jam

= 13,1973

yCO2,3 . F3 = 3,55
yH2O,3 . F3 = 3,1
yN2,3 . F3 = 13,1973

+

F3 = 19,8473 kmol/jam
yCO2,3 . F3 = 3,55 yCO2,3 = 0,1789
yH2O,3 . F3 = 3,1 yH2O,3 = 0,1562
yN2,3 = 1- 0,1782 – 0,1570 = 0,6649
2.

Menghitung Efisiensi Boiler
 BMfg = yCO2,3 x BM CO2 + yN2,3 x BMN2
= (0,1789 x 44) + (0,6649 x 28)
= 26,4885 g/mol

 mfg =
=

(mol CO 2+ mol N 2) x BM fg
Fm fuel

(3,55+13,1973 ) x 26,4885
100

= 4,4361 kg/kg bb

 Cpfg = (0,1789 x 19,0223) + (0,6649 x 29,4119) = 22,9596 J/mol.K
 HHV = (0,3536 x FC) + (0,1559 x VM) + (0,0078 x ASH)
= 15,6273 MJ/kg = 15627,3 kJ/kg
 λ = 2400 kJ/kg
 LHV = HHV – λ(9H + W)
= 15627,3 – 2400 (9(0,062)) = 14288,11 kJ/ kg.bb

 DGL = mfg x

Cpfg
BM fg

( )

22,9596
26,4885

= 4,4361 x

 ML =
=

(

Cpuapair
Mr air

( 37,8
18 )

x (ΔT)

)

x (300-25) = 1057,41 kJ/ kg.bb

x (9H +W) x (Tfg – Tref)

x (9 x 0,062) x (300-25) = 322,245 kJ/kg.bb

 RUL = 5% x 1 x LHV
= 5% x 1 x 14288,11 = 714,4055 kJ/kg.bb

Ƞboiler =

=

rugi−rugi panas
( mfuel x LHV )− ( ¿ )
mfuel x LHV

x 100%

(100 x 14288,11 )−(1057,41+322,245+ 714,4055)
100 x 14288,11

= 99,85 %
MFG X LHV = FLUE GAS
3.

Menghitung laju alir masukan boiler

x 100 %

Pembakaran
Ƞ = 99,85 %

ṁ=?

Boiler
40 bar
Sat.steam

40 bar
30oC

Hin = 125,7 kJ/kg
Hout = 2800,3
Ƞ=

ṁ (H out −H ¿ )
mBB x LHV BB

99,85 % =

4.

ṁ (2800,3−125,7)
100 x 14288,11

 ṁ = 533,4319 kg/jam

Perhitungan pada Boiler dalam siklus Rankine
ṁ = 533,4319 kg/jam

Boiler

1

40 bar
30oC

40 bar
Sat.steam

2

Hin = 125,7 kJ/kg
Hout = 2800,3 kJ/kg
QB = ṁ (Hout – Hin)
= 533,4319 (2800,3 – 125,7) = 1426716,9400 kJ/jam
5.

Perhitungan pada Superheater dalam siklus Rankine
Superheater

2

40 bar
Sat.steam

Hin = 2800,3 kJ/kg
Hout = 2962 kJ/kg
QS = ṁ (Hout – Hin)
= 533,4319 (2962 - 2800,3)

3

40 bar
300oC

= 86255,9370 kJ/jam
6. Perhitungan pada Turbin dalam siklus Rankine
3

4

0,5 bar

300oC

Turbin dianggap isentropi maka S3 = S4
S3 = 6,3642 kJ/kg.K
S3 = S4 = x. Ss + (1-x) Sw
6,3642 = x. 7,5858 + (1-x) 1,0990
x = 0,8117
Hmix = H4 = x. Hs + (1-x) Hw
= 0,8117 (2647,1) + (1-0,8117)343,8
= 2213,3405 kJ/kg
WT = ṁ (Hout – Hin)
= 533,4319 (2213,3405 – 2962)
= 399358,8668 kJ/jam
7.

Perhitungan pada Pompa dalam siklus Rankine

5

1

0,5 bar
30oC

WP =

ṁ x x ∆P
ȠP

40 bar

=

533,4319 x 0,001004 x ( 40−10 ) x 10
0,85

5

= 2488804,9408 J/jam = 2488,8049 kJ/jam
8.

Menghitung Efisiensi Rankine dan banyaknya listrik yang dihasilkan
turbin

Ƞrankine =

9.

W T −W P
Q B +QS

=

399358,8668−2488,8049
1426716,9400+86255,9370

= 0,2623 = 26,23%

Perhitungan bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan listrik
10 Mwatt
10 Mwatt = ṁ x 0,001109
ṁ = 9014,4487 kg/jam
W`