TUGAS ANALISIS ENERGI DAN EKSERGI

ANALISIS KESETIMBANGAN ENERGI DAN EKSERGIPADA EKONOMISER KETEL UAP PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP TELLO MAKASSAR

DISUSUN OLEH :CONNY DEWITA UTAMI L2C009133PATRICK ANDREASL2C009180

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS DIPONEGOROSEMARANG2012Panas gas buang yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan baker dan udara dalam ketel uap masih sangat tinggi, sehingga jika langsung dibuang ke cerobong akan menimbulkan kerusakan dan pencemaran lingkungan serta kerugian pada pembangkit itu sendiri. Pada instalasi ketel uap Tello Makassar dilengkapi dengan beberapa alat penukar kalor (heat exchanger) yaitu; ekonomiser, evaporator, superheater dan air heater. Pemahaman energi melalui hukum pertama termodinamika dapat dijelaskan dengan menggunakan konsep interaksi kerja. Pada proses adiabatik dalam sistem tertutup satu keadaan kesetimbangan dapat diubah menuju ke kesetimbangan lain namun tidak terjadi perpindahan kalor dari sistem kelingkungannya, sehingga kerja netto yang dihasilkan dari dua keadaan tersebut menjadi sama. Dengan demikian kerja netto yang dilakukan pada atau oleh sistem tertutup hanya bergantung pada keadaan awal dan akhirnya saja dan dituliskan dalam persamaan:(1)Sebuah sistem tertutup tidak saja dapat berinteraksi dengan lingkungannya melalui kerja tetapi juga melalui interaksi termal, yang biasa disebut dengan proses non-adiabatik, sehingga perubahan energi sistem yang terjadi pada dua keadaan tidak saja sama dengan kerja yang dihasilkan atau diberikan pada sistem tetapi juga memperhitungan besarnya kalor yang masuk atau keluar sistem. Dengan demikian untuk proses adiabatik perubahan energi yang terjadi pada dua keadaan kesetimbangan dituliskan menjadi:(2)Dalam termodinamika perubahan energi terdiri dari tiga komponen yaitu: energi potensial (berkaitan dengan posisi sistem secara keseluruhan dalam medan gravitasi bumi), energi kinetik (berkaitan dengan pergerakan sistem terhadap kerangka koordinat eksternal) dan energi dalam, sehingga perubahan energitotal sistem diberikan dengan persamaan:

atau:(3)

Sehingga persamaan (2) dapat dituliskan dalam bentuk,(4)Dan kesetimbangan energi yang didasarkan pada laju perubahan waktu adalah:(5)Dengan demikian laju kesetimbangan energi yang menyertai perpindahan massa pada volume kontrol adalah:(6)Dengan mengabaikan energi kinetik dan energi potensial pada sistem, maka kesetimbangan energi pada pada ekonomiser adalah:(7)Dimana :h1 = entalpi gas masuk ekonomiser (kJ/kg)h2 = entalpi gas keluar ekonomiser (kJ/kg)hA = entalpi air keluar ekonomiser (kJ/kg)hB = entalpi air masuk ekonomiser (kJ/kg)Qout = energy yang tidak terserap oleh air (kJ/kg)

Proses-proses yang terjadi di alam secara spontan mempunyai arah proses yang tertentu dan pasti, dengan demikian proses yang terjadi secara spontan tidak dapat dikembalikan ke kondisi awalnya melalui proses yang spontan pula tetapi melalui peralatan tambahan untuk mengubah kondisi sekelilingnya yang bersifat permanen ke kondisi yang diinginkan. Kuantitas yang berhubungan dengan keadaan awal dan akhir dari proses aktual dalam analisis sistem dan komponen termodinamika adalah kerja reversibel dan irreversibilitas. Kerja reversibel (Wrev) adalah kerja berguna maksimum yang dihasilkan oleh sistem yang mengalami proses antara keadaan awal dan akhir dengan persamaan:(8)sedangkan kerja berguna (Wu) adalah representasi antara kerja aktual dan kerja terhadap sekeliling berupa kerja mekanis dan perpindahan panas, dengan persamaan:(9)Dengan demikian perbedaan antara kerja reversibel dan kerja berguna adalah irreversibel yang dinyatakan dengan persamaan: (10)Proses irreversibel disebabkan oleh gesekan, ekspansi gas atau fluida yang tak terkendali, pencampuran dua fluida, perpindahan panas melalui perbedaan temperatur yang terbatas, tahanan listrik, reaksi kimia, deformasi benda padat yang tidak elastis.

Proses perpindahan eksergi selalu menyertakan konstribusi lingkungan sistem dimana proses tersebut berlangsung, sehingga laju perpindahan eksergi pada ekonomiser adalah:(11)Dimana :n = laju eksergi materi/zat yang masuk/keluar ekonomiser (kJ/kg)hn = entalpi materi/zat yang masuk/keluar ekonomiser (kJ/kg)h0 = entalpi materi/zat pada kondisi referensi (kJ/kg)Sn = entropi materi/zat yang masuk/keluar ekonomiser (kJ/kg)S0 = entropi materi/zat pada kondisi referensi (kJ/kg)

Sedangkan kesetimbangan eksergi pada ekonomiser adalah :(12)Dimana :Xin = jumlah laju aliran eksergi yang masuk ekonomiser (kJ/kg)Xout = jumlah laju aliran eksergi yang keluar ekonomiser (kJ/kg)Xdes = jumlah laju aliran eksergi yang musnah (kJ/kg)

Hasil analisis energi dan eksergi menunjukkan bahwa pemanfaatan ekonomiser pada ketel uap PLTU Tello Makassar cukup efektif untuk memanfaatkan sisa gas buang hasil pembakaran. Perbandingan analisis energi dan eksergi pada ekonomiser ketel uap PLTU Tello Makassar ditunjukkan pada tabel 1.

Tabel 1. Perbandingan analisis energi dan eksergi pada ekonomiser ketel uap PLTU TelloMateriAnalisis EnergiAnalisis Eksergi

hinhoutQoutinoutdes

Air / Uap10073.999611366.856712.2121521.8561963.0757406.6477

Gas12064.76410059.73148.662256.796

Besarnya laju aliran energi dan eksergi pada ekonomiser ketel uap Tello Makassar dapat dilihat pada gambar diagram Sankey dan Grassman di bawah ini.

Gambar 1. Diagram Sankey Kesetimbangan Energi Pada Ekonomiser Ketel Uap PLTU Tello Makassar

Gambar 2. Diagram Grassman Kesetimbangan Eksergi Pada Ekonomiser Ketel Uap PLTU Tello Makassar

Perbedaaan yang signifikan tentang performansi ekonomiser pada Ketel Uap PLTU Tello Makassar terlihat jelas pada dua gambar di atas. Nilai energi (gambar 1) yang dihasilkan dari analisis hukum termodinamika pertama jauh lebih besar karena proses tersebut hanya memperhitungkan kondisi awal dari proses. Sementara itu nilai eksergi (gambar 2) yang dihitung berdasarkan prinsip hukum termodinamika kedua adalah menyatakan potensi energi maksimal yang mampu dihasilkan oleh sebuah komponen memperhitungkan semua variabel sistem dan lingkungan yang terlibat dalam proses sehingga nilainya lebih kecil.Eksergi yang hilang pada proses perpindahan panas pada ekonomiser disebabkan adanya sifat irreversible yang ditandai dengan produksi entropi yang besar, sehingga untuk meningkatkan pemanfaatan energi pada proses tersebut adalah dengan mengurangi eksergi yang musnah.