Superheater~Asst I

PERCOBAAN SUPERHEATER 

1.1 TUJUAN PERCOBAAN

Setelah mempelajari dan melakukan percobaan pemanas lanjut, mahasiswa diharapkan dapat : 

Menjelaskan fungsi dan cara kerja pemanas lanjut.



Melakukan pengukuran besaran yang diperlukan untuk menentukan karakteristik pemanas lanjut.



Menghitung neraca kalor proses di dalam pemanas lanjut



Menentukan efisiensi pemanas lanjut.

1.2 TEORI DASAR 

Pada sistem pembangkit tenaga uap diperlukan pemanas lanjut yang  berasal dari ketel uap. Fungsi pemanas lanjut pada pemanasan ini yaitu meningkatkan kualitas uap yang dihasilkan ketel uap. Uap yang dihasilkan oleh ketel uap adalah uap basah, uap ini tidak begitu efisien dalam menggerakkan turbin karena sudu turbin akan cepat rusak dan kerja turbin tidak optimum. Dengan pemakaian uap panas lanjut akan meningkatkan kualitas dan memberikan kerja pada turbin uap yang lebih baik. Gambar di bawah ini memperlihatkan konstruksi pemanas lanjut :

Gambar 1.1 Instalasi pemanas lanjut (Superheater).

1

Keseimbangan energy pada proses pemanas lanjut dapat digambarkan sebagai  berikut: Energi yang dihasilkan

Energi untuk

Energi yang hilang di lingkungan

memanaskan uap

Energi yang terbuang melalui gas buang

Energi berupa gas

Energi ke uap

kering

pembakaran

Gambar 1.2 Kesetimbangan energi pemanas lanjut.



Rumus-Rumus Yang Digunakan

1. Energi uap kering yang terbentuk serta efisiensi pemanas lanjut dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut: Energi bahan bakar (ES)  E  s



m  fs



N bb

Dimana:  E  s = kalor hasil proses pembakaran bahan-bahan di pemanas (KW)  N bb = nilai kalor bahan bakar (kj/kg) m fs

= massa bahan bakar (kg/dtk)

2. Jumlah energi kalor yang dipergunakan untuk mengubah uap basah menjadi uap. Panas lanjut dapat ditentukan dengan persamaan sbb:  E  sts



mu (h sh



hu )

Dimana :  E  sts

= kalor terpakai untuk menaikkan kualitas uap (KW)

mu

= laju uap lewat panas (Kg/s)

2

h sh

= entalpi uap keluar (Kj/Kg)

hu

= entalpi uap masuk (Kj/Kg)

3. Efisiensi Efisiensi pemanas lanjut adalah perbandingan antara kalor yang terpakai untuk  mengubah uap basah menjadi uap panas lanjut dengan kalor hasil proses  pembakaran bahan bakar sehingga dapat dituliskan sebagai : n s



 E  sts  E  s

dimana : n s = efisiensi pemanas lanjut (%)

 E  sts = kalor terpakai untuk merubah uap basah menjadi uap Panas lanjut (Kj/Ks)  E  s = kalor hasil proses pembakaran bahan bakar pemanas lanjut (kJ /det)

4. Efisiensi pemanas lanjut ( n s ) n s



energiyang diperolehuap totalenerg imasukpemanaslanjut 

5. Total energi = mbb  N bb (kJ/s) 6. Energi yang diterima uap dari pemanas lanjut: Es = h p



(hu



h fg  )

7. Tekanan absolut = tekanan pengukuran + tekanan atmosfer   P abs



 P  g 



P atm

Dimana:  P  g 

= tekanan pengukuran (bar)

 P atm

= tekanan atmosfir (bar)

3

Gambar skematis instalasi pemanas lanjut: Gas buang Mgb Cpgb

Masukan uap

Keluaran uap

mu

mu

tu

tu

x

x

pu

ps

Bahan bakar

Masukan

Nkbb mbb

Gambar 1.3 Instalasi pemanas lanjut.

Keterangan : mb

= massa bahan bakar kg/jam

mu

= massa uap masuk per kg bahan bakar 

m gb

= massa gas buang.

hu

= enthalpi uap

h s

= entahlpi uap pemanas lanjut

C  ps

= panas spesifik uap pemanas lanjut

C  pgb

= panas spesifik gas buang

t  gb

= temperatur gas buang

t  s .

= temperatur uap pemanas lanjut

t u

= temperatur uap sebelum pemanas lanjut

4

1.3 ALAT DAN BAHAN

Peralatan yang digunakan untuk pengujian superheater adalah: 

Meter tekanan



Meter temperature



Laju aliran uap



Laju aliran bahan bakar 



Laju aliran gas buang



Exhaust gas analyser 

1.4 PROSEDUR PERCOBAAN  M enyalakan pemanas lanj ut : 

1. Mengaktifkan sumber kelistrikan. 2. Memeriksa volume bahan bakar pada tangki bahan bakar. 3. Membuka katup Pemasok oli tank. 4. Memastikan tekanan masukan uap pada 10 bar'. 5. Mengatur keluaran temperatur uap pada kondisi kerja yang diinginkan (maksimal 220 oC). 6. Mengatur coil over temperatur trip. 7. Membuka perlahan-lahan katup utama sehingga uap akan masuk ke dalam pemanas lanjut dan bersikulasi di dalam pemanas lanjut. Yang perlu diperhatikan di sini tekanan masukan uap harus dijaga tekanannya. Setiap embunan yang terbentuk di dalam pemanas lanjut akan dikeluarkan secara otomatis melalui jebakan khusus. 8. Membuka katup oil supply. 9. Menekan reset push button untuk mulai pembakaran. 10. Jika temperatur uap keluar mendekati kondisi kerja yang diinginkan (220 o

C) maka uap yang dihasilkan siap digunakan.

11. Jumlah aliran uap yang keluar dari pemanas lanjut sebaiknnya dijaga pada kondisi maksimal, meskipun kebutuhan uap pada turbin kecil, sedangkan sisa kelebihan uap dikeluarkan ke atmosfer.

5

 M ematikan Pemanas L anju t 

1. Mematikan supplay listrik pemanas lanjut. 2. Menutup katup supply no.21 dan 22 3. Membiarkan uap tetap mengalir pada pemanas lanjut sampai temperatur  masukan dan keluaran sama.  Prosedur Penguj i an 

1. Menset pemanas sesuai kondisi uap yang dibutuhkan, menunggu sampai stabil. 2. Mencatat waktu pembebanannya, banyaknya bahan bakar tiap periode waktu tertentu. Mencatat juga parameter yang ditunjukkan pada alat ukur   pemanas lanjut (dapat air yang tekondensasi pada turbin). 3. Faktor uap (x) dapat dicari dengan menggunakan separating dan throttling kalorimeter. 4

Flue

gas-gas

buang

dapat

diamati

dengan

menggunakan

orsat

aparatur, CO2, CO, HC sehingga C  psh dapat dihitung.

6

1.5. TABEL HASIL PERCOBAAN

Tabel 1.1 Data percobaan  No

Tout steam ( C)

t (sekon)

P burner  (bar)

Pin steam (bar)

Fuel flow (ltr)

Tair 

Ts in ( C)

Ts out ( C)

Tfuel

Tflue

ΔH (mmHg)

1

170

536

10,5

10

2,4

33

177

174

1807

165

166

2

175

705

10,5

10,5

9,0

33

180

178

1809

177

197

o

Ket : a). Nilai kalor bahan bakar solar b). Massa jenis solar (

bb)

0

0

= 45588,352 kJ/kg 3

= 860 kg /m

7

1.6 ANALISA DATA 

Untuk perhitungan, diambil data No.1 pada table 3.1

Diketahui: 

Tekanan uap masuk super heater (P 2 = P3)

= 10 bar (g)



Temperatur uap masuk super heater (T in)

= 177 oC



Temperatur uap keluar super heater (T out)

= 174 oC



Temperatur gas buang (T gb)

= 165 oC



Laju aliran uap (∆h)

= 166 mmHg



Fraksi kekeringan uap (x)

= 0,776



Volume konsumsi bahan bakar (V bb)

= 2,4 ltr = 2,4x10 -3 m3



Lama konsumsi bahan bakar (t)

= 536 detik 



 Nilai kalor bahan bakar (NK  bb)

= 45588,352 kJ/kg



Massa jenis bahan bakar (  bb )

= 860 kg/m 3



Tekanan udara sekitar (P atm)

= 0,955 bar 

Penyelesaian: Menghitung laju aliran massa bahan bakar, (m bb): mbb =

=

 

x   bb

   

x 860

= 3,851 x 10 -3 kg/s Menghitung daya bahan bakar  (daya in put), (P  b ):  b  Q bb = m bb x NK  bb = 3,851 x 10 -3 x 45588,352 = 175,561 kW

Menghitung entalpi uap:  Entalpi uap keluar, h1:

8

h2 = h f + x . hfg {hf  dan hfg diperoleh dari Table T-3 Uap Jenuh (saturated)  berdasarkan temperature uap masuk dan di interpolasi} untuk tekanan uap masuk absolute, Pin (a) = Pin + Patm = 10 + 0,955 = 10,955 bar  Tin

= 177 oC

Maka didapatkan: hf  = 750,017 kJ/kg hfg = 2025,35 kJ/kg sehingga: h1 = hf + x . h fg = 750,017 + (0,776 x 2025,35) = 2321,689 kJ/kg

 Entalpi uap keluar, h2: Diperoleh dari Table T-4 Uap Panas Lanjut (Superheated) berdasarkan tekanan uap masuk, P 2 dan di Interpolasi (proses superheater berlangsung dalam tekanan konstan, P2=P3) dan temperature uap keluar, T out. P2(a) = Pin + Patm = 10 + 0,955 = 10,955 bar  Tout = 174 oC Berdasarkan table uap pada tekanan 10,955 bar dan temperature 174 oC dengan cara mengeinterpolasi antara tekanan 10 bar dan 12 bar, uap kelua maka dari itu dapat diketahui h 2. h2 = 301,476 kJ/kg

Menghitung daya uap (daya output) (Q   )  steam  Qsteam = ms x ∆h

9

= ms x (h2 – h1) =

 

x (301,476 – 2321,689)

= -56,117 kW Efisiensi superheater (ηsh) ηsh =

 

x 100 %



=



x 100 %

= -31,964 %

Menghitung Laju Aliran Udara  



 ̇   ̇ 

  -3

 ̇       

= 0,054 kg/s Menghitung Energi Panas Gas Buang Cp gas buang = Cp udara = 1,0335 (Kj/kg.K) Kalor gas buang : Q gb



 udara . Cp gb . T  gb m

Q gb



(0,054 kg / s )  (1,0335 kJ / kg K )  (165  273 )

= 24,444 kW

Efisiensi gas buang :

10

% Q gb



% Q gb



Q gb Qbb

x 100%

24,444 175,561

x 100 %

= 13,923 % Rugi-rugi bahan bakar  (Q s

Qloss



Qbb

Qloss



175,561







Q gb )

( - 56,117



24,444 )

= 207,235 kW Efisiensi gas buang :

% Qloss

% Q gb





Qloss Qbb

x 100 %

207,235 24,444

x 100 %

= 847,795 % Untuk perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada t ebel 1.5.

11

1.7 TABEL HASIL ANALISA DATA

Tabel 1.5 hasil analisa data pada bagian percobaan ke-1 m bb -

3,851 x 10

-

10,979 x 10

Q bb

hf 

175,561 500,502

hfg

H1

H2

Qsteam

ηsh

 ̇ 

750,017 2025,35

2339,968

2888,85

4,574

0,144

0,9734

1,0425

563,22416 17,76819

2602,047

82,087512

763,22

2339,968

2913,95

3,827

0,022

5,3981

1,0422

3116,72

14457,18

82,247159

2015

Cpgb

Qgb

% Qgb 17,731071

Qloss

% Qloss

12

1.8 KESIMPULAN

1. Fungsi pemanas lanjut untuk meningkatkan kualitas uap yang dihasilkan ketel uap. 2. Pengukuran besaran yang diperlukan untuk menentukan karakteristik  superheater adalah tekanan,temperature,laju aliran uap,laju aliran bahan  bakar,laju aliran gas buang dan exhaust gas analyser. 3.  Nilai efisiensi superheater yang tertinggi pada data percobaan 1 adalah 1,19 %, pada data percobaan 2 adalah 3,18 %, pada data percobaan 3 adalah 3,5547 %, pada data percobaan 4 adalah 3,14 %

13