bab ii landasan teori 2.1 tinjauan pustaka digilib.uns.ac.id dominated commit to user 12...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

DiPippo (1999) dalam jurnal yang dimuat pada GHC buletin, Juni 1999,

membahas tentang desain dari pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP).

Metode yang digunakan yaitu membandingkan beberapa PLTP yang telah ada

serta dengan menganalisis kondisi sumber panas bumi yang tersedia. Hasil yang

diperoleh berupa desain PLTP sistem direct-steam (pembangkitan langsung) yaitu

sistem yang memanfaatkan panas bumi secara langsung untuk pembangkitan

karena sumber panas bumi dalam kondisi vapor dominated. Kemudian sistem

flash-steam yaitu sistem yang memanfaatkan panas bumi melalui proses

penguapan terlebih dahulu karena sumber panas bumi dalam kondisi water

dominated .Sistem binary yaitu sistem yang memanfaatkan panas bumi dengan

cara mentransfer energi panas dari panas bumi ke fluida kerja (R134a,

C5H11isopentane, C4H10isobutane, R-114, dll) karena temperatur yang rendah dari

panas bumi (dibawah 1500C) atau panas bumi memiliki potensi scaling

(pembentukan kerak) dan korosi yang tinggi.

Horie (2001) membahas tentang teknologi pada PLTP Berlin di El

Salvador, Amerika Tengah. Metode yang digunakan yaitu metode observasi dan

analisis. Hasil yang diperoleh yaitu energi listrik yang dibangkitkan yaitu sebesar

2 x 28,12 MW serta pada PLTP Berlin menggunakan teknologi remote monitoring

system pada sumur produksi dan sumur reinjeksi. Kendali tekanan dari uap/air

separator dan kendali level pada tanki air sumur produksi dapat dikontrol

langsung dari ruang kendali dengan menggunakan DCS-sebuah sistem berbasis

PLC.

Murakami (2001) membahas tentang performa PLTP di Wayang-Windu

Jawa Barat Indonesia. Metode yang digunakan yaitu menganalisis energi listrik

yang dibangkitkan tiap bulan. Hasil yang diperoleh yaitu energi listrik yang

dibangkitkan PLTP Wayang-Windu setelah beroperasi selama 10 bulan. Pada

bulan Juni dan Agustus energi listrik yang dibangkitkan berkisar pada 60.000-

70.000 MW. Sedangkan pada bulan yang lain energi listrk yang dapat dibang-

kitkan sebesar 70.000-80.000 MW.


commit to user

6

Triyono (2001) membahas tentang taksiran termodinamik dan nilai

ekonomi pengembangan pembangkit listrik dari 140 menjadi 200 MWe di

Kamojang Indonesia. Metode yang digunakan yaitu dengan analisis sumber panas

bumi, pengaplikasian peralatan untuk pengembangan pembangkit listrik, metode

pengeluaran berbasis investasi (investment-cost-base) dan pendekatan nilai

pengembalian netto (net-back-value) untuk analisis nilai ekonomi pengembangan

pembangkit. Hasil yang diperoleh yaitu diusulkan penambahan pembangkit 60

MW turbo-generator dengan tekanan masuk turbin berkisar 6-8 bar dengan laju

alir massa 500-540 ton/h. Dari pendekatan metode investment-cost-base, didapat

nilai IRR (Interest Rate of Return) sebesar 16,1% berdasar 0,04 USD/kWh harga

listrik dari pemerintah. Listrik yang dihasilkan PLTP mampu bersaing dengan

pembangkit listrik tenaga batu bara apabila harga listrik dibawah 0,043 USD/kWh

merupakan hasil dari pendekatan metode net-back-value.

Green (2006) membahas tentang emisi gas buang dari beberapa PLTP di

Amerika Serikat. Metode yang digunakan yaitu analisis dan membandingkan

dengan emisi gas buang dari pembangkit tenaga batu bara dan gas alam di

Amerika Serikat. Hasil yang diperoleh yaitu data emisi gas buang CO2 dari batu

bara sebesar 2.068 lb/MWh, gas alam 850 lb/MWh dan dari panas bumi hanya 60

lb/MWh. Data emisi gas buang SO2 dari batu bara sebesar 10,39 lb/MWh, gas

alam 0,22 lb/MWh dan dari panas bumi 0,35 lb/MWh. Data emisi gas buang NOx

dari batu bara sebesar 4,31 lb/MWh, gas alam 1,06 lb/MWh dan dari panas bumi 0

lb/MWh.

Swandaru (2007) dalam jurnalnya membahas tentang analisis

termodinamik dari desain pembangkit listrik unit I Patuha, Jawa Barat, Indonesia.

Metode yang digunakan yaitu analisis dengan perhitungan neraca energi dan

analisis tekanan masuk optimum panas bumi ke separator. Hasil yang diperolah

yaitu perhitungan neraca energi dapat tercapai dengan bantuan program EES

menggunakan sistem pembangkitan single flash flow dengan multiple producing

wells. Hal ini dikarenakan sumber panas bumi dalam kondisi water dominated

sehingga perlu adanya proses flash agar kondisi panas bumi dalam fasa 100% gas.

Diperoleh pula kondisi tekanan masuk optimum ke separator untuk menghasilkan

daya bersih maksimum yaitu pada tekanan 6,5 bar. Daya bersih yang dihasilkan


commit to user

7

dipengaruhi oleh daya yang dibangkitkan oleh generator, konsumsi daya oleh

pompa, kipas menara pendingin dan peralatan penunjang pembangkit listrik.

Surana (2010) membahas tentang rancang bangun sistem PLTP tipe turbin

kondensasi 5MW. Metode yang digunakan yaitu analisis perhitungan heat and

mass balance, analisis desain separator, desain kondensator dan steam ejector.

Hasil yang diperoleh yaitu perhitungan heat and mass balance dapat tercapai

dengan bantuan program EES menggunakan sistem pembangkitan direct-steam

plants. Hal ini dikarenakan sumber panas bumi dalam kondisi vapor dominated.

Perhitungan desain peralatan pembangkit (separator, kondensator dan steam

ejector) menghasilkan keluaran berupa tabel material (bill of material) dan

gambar desain dari peralatan pembangkit tersebut. Perhitungan separator

dimaksudkan agar kualitas panas bumi yang dihasilkan dapat 100% dalam fasa

gas. Perhitungan kondensator dipengaruhi oleh beban panas dari fluida yang akan

didinginkan sedangkan steam ejector dipengaruhi oleh kondisi NCG yang

terdapat pada panas bumi.

Kitz (2011) membahas tentang proyek pembangunan PLTP di Neal hot

springs serta penggunaan teknologi baru pada kondensator untuk mendinginkan

fluida kerja. Metode yang digunakan yaitu dengan analisis sumber panas bumi

dan mengaplikasikan peralatan untuk membangkitkan energi listrik. Hasil yang

diperoleh yaitu pembangunan PLTP 23MW dengan sistem binary dengan fluida

kerja R-134a. Hal ini dikarenakan sumber panas bumi memiliki temperatur

rendah. Didapatkan pula dari hasil komputasi dinamika fluida, data temperatur

fluida kerja setelah melewati kondensator tradisional sebesar 58,20F dengan

prosentase sirkulasi kembali sebesar 35,7%. Sedangkan data temperatur fluida

kerja setelah melewati kondensator dengan teknologi NHS cooler large fan design

(desain pendingin fan besar) sebesar 52,20F dengan prosentase sirkulasi kembali

sebesar 1,2%.

Barse (2011) membahas tentang studi persiapan pembangunan PLTP

sistem biner dengan menggunakan inovasi berupa teknologi co-produced

geothermal waters. Metode yang digunakan yaitu dengan analisis sumber panas

bumi, mengaplikasikan peralatan untuk membangkitkan energi listrik dan dengan

analisis ekonomi. Hasil yang diperoleh yaitu pembangkitan energi listrik sebesar


commit to user

8

2x125 kW dengan pertimbangan apabila satu unit mebutuhkan perbaikan, unit

cadangan masih dapat membangkitkan energi listrik. Pada bulan Januari – April

dan November – Desember daya yang dibangkitkan sebesar 125 kW. Pada bulan

Mei – September daya yang dibangkitkan antara 80 – 110 kW.Dari analisis

ekonomi diperoleh pula waktu pengembalian modal yaitu setelah beroperasi 4

tahun dengan penjualan energi listrik sesuai aturan yang berlaku pada North

Dakota, USA.

2.2 Dasar Teori

2.2.1.Panas Bumi

Panas bumi adalah fluida dapat berupa gas, cair ataupun campuran

keduanya yang terbentuk oleh proses-proses geologi yang telah dan sedang

berlangsung sepanjang jalur vulkanisme. Panas bumi merupakan air tanah yang

mendapatkan energi panas dari lapisan magma di bawahnya sehingga memiliki

tekanan dan temperatur yang tinggi. Panas bumi umumnya tersimpan dalam

lapisan tanah tetapi ada juga terobosan-terobosan dari panas bumi yang

menghasilkan mata air panas. Dikarenakan sumber panas bumi berasal dari

lapisan magma yang pada dasarnya tidak terbatas, maka panas bumi dapat

dikategorikan sebagai sumber energi terbarukan. (GEA, 2012)

Gambar 2.1 Model reservoir dari area panas bumi Kamojang (Triyono, 2001)


commit to user

9

Panas bumi dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam kegunaan antara

lain untuk pemandian air panas dan penghangat ruangan pada musim dingin.

Selain dua manfaat tersebut panas bumi juga dapat digunakan sebagai sumber

pembangkit energi listrik apabila kondisi panas bumi memenuhi kriteria. Kriteria

panas bumi sebagai pembangkit listrik dibagi menurut tabel 2.1 berikut.

Tabel 2.1 Klasifikasi reservoir dan asumsi-asumsi yang digunakan dalam estimasi

potensi energi panas bumi. (SNI, 1999)

Rencana lokasi pembangunan PLTP yaitu pada daerah panas bumi

Kamojang terletak 40 km di sebelah selatan Bandung, Jawa Barat. Daerah

Kamojang memiliki ketinggian 1.730 meter dari permukaan air laut. Koordinat

7°07′30″S 107°48′00″E / 7.125°LS 107.8°BT (Kabupaten Garut, 2012).

Gambar 2.2 Peta lokasi pembangunan PLTP Kamojang


commit to user

10

Kondisi panas bumi pada daerah Kamojang diketahui seperti tabel 2.2 dan

tabel 2.3 sebagai berikut.

Tabel 2.2 Komposisi hasil analisis kimia PLTP unit IV Kamojang (PGE, 2009)

No. ITEM SATUAN JUMLAH KANDUNGAN

1. Tekanan Pipa Bar a 11,86

2. Temperatur oC 185,70

3. Electrical Conductivity Mic/cm 36,20

4. Total Dissolved Solid ppm 137,00

5. pH (25oC) 4,21

6. Klorida ppm < 0,01

7. Sulphat (SO4) ppm 1,65

8. Belerang (S) ppm 43,42

9. Bikarbonat (HCO3) ppm 9,43

10. Natrium (Na) ppm -

11. Kalium (K) ppm -

12. Kalsium (Ca) ppm -

13 Fluor (F) ppm 0,024

14. Amonia (NH4) ppm 2,57

15. Silica (SiO2) ppm 0,54

16. Besi Total (Fe) ppm 0,15

17. Boron (B) ppm 2,21

Non-condensable gas

1 CO2 mmol/100 mol cond. 317,96

2. H2S mmol/100 mol cond. 10,79

3. Gas Sisa mmol/100 mol cond. 7,02

4. CO2/H2S 29,47

5. CO2/ton steam Ton CO2/ton steam 0,0078

6. PCT Volume (%) % 0,34

7. PCT Berat (%) % 0,81


commit to user

11

Tabel 2.3 Flow rate hasil analisis PLTP unit IV Kamojang (PGE, 2009)

No. FLOW RATE (%) ton/h kg/s

1. Steam + water 98 32,340 8,98

2. Gas (NCG) 2 0,660 0,18

Steam+Water+Gas 100 33,000 9,17

3. Air 0 - -

4. Steam 99,98 32,3328 8,978

5. Water 0,02 0,0072 0,002

Steam+Water 100,00 32,3400 8,980

Dari tabel 2.2 dan 2.3 diketahui bahwa panas bumi pada daerah Kamojang

termasuk reservoir dengan temperatur sedang. Dengan metode rancang bangun

yang tepat, maka sumber panas bumi tersebut dapat dimanfaatkan sebagai

pembangkit listrik.

2.2.2. Rancang Bangun

Rancang bangun adalah kegiatan mengatur segala sesuatu lebih dahulu

sebelum membangun atau mendirikan (mengadakan gedung dsb) (KBI, 2008).

Kegiatan rancang bangun membutuhkan 40-60% dari man hour seorang

perancang. Dalam kegiatan rancang bangun seorang perancang bertanggung

jawab untuk dapat menyajikan perhitungan dasar, gambar-gambar sketsa, lembar

data dan spesifikasi-spesifikasi (Sani, 1994). Pada proses persiapan (preliminary)

diperlukan PFD (Process Flow Diagram) sebagai pedoman dalam perancangan.

Selain juga memerlukan data rancangan rekayasa dasar (BEDD), standar

spesifikasi dan engineering codes.(Sani, 1994)

Data sumber panas bumi, data iklim dan cuaca merupakan data rancangan

rekayasa dasar (BEDD) untuk sebuah PLTP. Standar spesifikasi dan engineering

codes dipakai untuk dapat menentukan peralatan yang akan digunakan.

Setiap lokasi sumber panas bumi pasti memiliki karakteristik yang tidak

sama dengan lokasi lain. Oleh karena itu, setiap lokasi memerlukan metode

pembangkitan yang berbeda pula. Berikut metode- metode yang dapat digunakan :


commit to user

12

2.2.2.1.Direct-Steam Plants

Direct-Steam plants digunakan pada reservoir yang menghasilkan panas

bumi tipe kering (dry steam) atau panas bumi yang dalam kondisi vapor

dominated. Fluida panas bumi ini membawa gas-gas yang tidak dapat di-

kondensasi (non-condensable gas) dengan berbagai konsentrasi dan komposisi

yang berbeda-beda. Fluida yang diperoleh dari beberapa sumur produksi

kemudian dialirkan menuju power house menggunakan pipa-pipa. Fluida ini di-

gunakan untuk menggerakkan turbin impuls atau reaksi. (DiPippo, 1999)

Kondisi sumber panas bumi dengan kualitas 90% atau lebih dapat

dimanfaatkan dengan metode ini karena dengan bantuan separator, kualitas

sumber panas bumi tersebut dapat dibuat menjadi 100% dalam fasa gas. Pada

sumber panas bumi vapor dominated, diharapkan dengan menggunakan sistem ini

pembangkitan energi listrik dapat optimum dengan biaya yang rendah.

(DiPippo,1999)

Berikut gambar process flow diagram dari direct-steam plants:

Gambar 2.3 Flow diagram Direct-Steam plants

Dimana :

C = Kondensator PW = Sumur produksi

CP = Pompa kondensat SE/C = Steam Ejector/kondensator

CSV = Katup kontrol dan stop SP = Pipa uap

CT = Menara pendingin T/G = Turbin/Generator


commit to user

13

CWP = Pompa menara pendingin WV = Katup Wellhead

MR = Penghilang kelembapan IW = Sumur injeksi

PR = Penghilang partikel

Gambar 2.4 Diagram temperatur-entropi direct-steam plant (DiPippo, 1999)

2.2.2.2.Flash-Steam Plants

Tipe reservoir panas bumi yang paling umum dalam kondisi liquid

dominated. Dengan kondisi liquid dominated, panas bumi tersebut perlu diberi

perlakuan terlebih dahulu agar peralatan pembangkit listrik tidak cepat rusak.

Karena kandungan air dalam panas bumi dapat menimbulkan korosi pada

peralatan pembangkit. Perlakuan yang dikerjakan yaitu penggunaan flasher sebagai

tempat penguapan agar kandungan air dapat dikurangi seminimal mungkin. Berdasar

perlakuan dibagi menjadi :

a. Sistem penguapan tunggal (single-Flash Plants) digunakan untuk

memanfaatkan energi panas dari fluida karena fluida muncul di permukaan bumi

sebagai cairan terkompresi (compressed liquid) atau fluida jenuh (saturated fluid).

Energi yang terkandung dalam fluida tersebut dimanfaatkan dengan meng-

alirkannya ke dalam suatu alat penguap (flasher) yang beroperasi pada tekanan

yang lebih rendah daripada tekanan uap kering yang masuk ke turbin. Secara

ideal, energi maksimum yang dapat dihasilkan dari air panas tersebut bila

temperatur alat penguap berada di antara temperatur air panas dan temperatur

kondensator yang dipakai. Temperatur optimum didapat dari temperatur rata-rata


commit to user

14

antara temperatur saturasi pada kondisi kepala sumur dan temperatur saturasi pada

kondisi outlet turbin menuju kondensator.

Proses flash mungkin terjadi di sejumlah tempat :

1. Dalam reservoir saat fluida mengalir melalui formasi lapisan permeabel

dengan penurunan tekanan yang menyertainya.

2. Pada sumur produksi dimana pun dari titik awal sampai wellhead sebagai

hasil dari kerugian tekanan yang disebabkan oleh faktor gesekan dan

gravitasi.

3. Pada saluran masuk pemisah siklon sebagai hasil dari proses throttling

diinduksi oleh katup kontrol atau plat orifice. (DiPippo, 1999)

Gambar 2.5 Flow diagram Single-flash plant (DiPippo, 1999)

Dimana :

BCV = Ball Check Valve PW = Sumur produksi

C = Kondensator S = Silencer

CP = Pompa kondensat SE/C = Steam Ejector/kondensator

CS = Cyclone separator SP = Pipa uap

CSV = Katup kontrol dan stop T/G = Turbin/Generator

CT = Menara pendingin WP = Pipa Air

CWP = Pompa menara pendingin WV = Katup Wellhead



commit to user

15

Gambar 2.6 Diagram temperatur-entropi untuk single-flash plant (DiPippo, 1999)

b. Double-Flash Plants (Sistem pembangkit penguapan ganda) pada sistem

ini dilakukan dua kali proses penguapan. Hal ini dikarenakan kandungan air sisa

penguapan pertama masih dapat dimanfaatkan. Sehingga menghasilkan high-

pressure steam untuk penguapan pertama dan low-pressure steam untuk

penguapan kedua. Serta digunakan komposisi 2 turbin, High Pressure-turbine dan

Low Pressure-turbine yang disusun tandem (ganda) atau bisa juga dalam posisi

terpisah. Contoh lapangan yang menggunakan sistem konversi seperti ini adalah

Hatchobaru (Jepang), dan Krafla (Iceland). (DiPippo, 1999)

Gambar 2.7 Flow diagram Double-flash plant (DiPippo, 1999)


commit to user

16

Dimana :

BCV = Ball Check Valve S = Silencer

C = Kondensator SE/C = Steam Ejector/kondensator

CP = Pompa kondensat SP = Pipa uap

CS = Cyclone separator T/G = Turbin/Generator

CSV = Katup kontrol dan stop TV = Throttle Valve

CW = Air pendingin WP = Pipa Air

F = Flasher WV = Katup Wellhead


PW = Sumur produksi

Gambar 2.8 Diagram temperatur-entropi double flash plant (DiPippo, 1999)

2.2.2.3.Binary Plants

Binary Plants menggunakan teknologi yang berbeda dengan kedua

teknologi sebelumnya yaitu dry steam dan flash steam. Pada sistem ini, fluida

panas yang berasal dari sumur produksi (production well) tidak pernah menyentuh

turbin. Fluida panas bumi digunakan untuk memanaskan fluida kerja yang disebut

dengan working fluid pada alat penukar kalor. Working fluid kemudian menjadi

panas dan menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan pada alat penukar kalor

kemudian dialirkan untuk memutar turbin dan selanjutnya menggerakkan

generator untuk menghasilkan sumber daya listrik. Uap panas yang dihasilkan

pada heat exchanger inilah yang disebut sebagai secondary (binary) fluid. Binary


commit to user

17

Cycle Power Plants ini sebetulnya merupakan sistem tertutup. Jadi, tidak ada

energi yang dilepas ke atmosfer. Penggunaan metode ini terutama pada sumber

panas bumi yang memiliki temperatur kecil di bawah 150oC atau mengandung

banyak senyawa pengotor pembentuk kerak (scaling) maupun mempunyai risiko

korosi yang tinggi. (DiPippo, 1999)

Gambar 2.9 Flow diagram binary plant (DiPippo, 1999)

Dimana :

C = Kondensator IW = Sumur injeksi

CP = Pompa kondensat P = Pump well

CSV = Katup kontrol dan stop PH = Preheater

CWP = Pompa menara pendingin PW = Sumur produksi

E = Evaporator M = Make-up water

FF = Final filter SR = Sand remover

IP = Injection pump T/G = Turbin/Generator


commit to user

18

Gambar 2.10 Diagram tekanan-entalpi binary plant (DiPippo,1999)

2.2.3. Peralatan PLTP

Untuk memanfaatkan panas bumi selain perancangan metode juga

diperlukan peralatan-peralatan yang diperlukan untuk membangkitkan energi

listrik. Dari flow diagram berbagai metode dapat diketahui peralatan yang

diperlukan, antara lain :

a. Turbin merupakan mesin atau motor yang roda penggeraknya berporos

dengan sudu (baling-baling) yang digerakkan oleh aliran air, uap atau udara (KBI,

2008). Turbin memiliki fungsi mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi

putaran pada poros turbin. Tipe turbin yang biasa dipakai untuk membangkitkan

energi listrik adalah turbin uap.

b. Generator merupakan mesin pembangkit tenaga listrik, uap, dsb (KBI,

2008). Generator memanfaatkan energi putaran poros menjadi energi listrik.

c. Separator merupakan alat pemisah. Alat yang digunakan untuk memisahkan

fluida cair dan padat dengan fluida gas (Swandaru, 2007). Pemanfaatan sumber

panas bumi memerlukan peralatan separator. Karena terdapat kasus panas bumi

yang hendak dimanfaatkan masih memiliki kadar air walaupun hanya sedikit.

Oleh sebab itu separator gas-cair (gas-liquid) digunakan agar uap yang masuk ke

turbin dalam keadaan uap jenuh serta untuk menyaring partikel-partikel yang

tidak diinginkan. Untuk menghindari terjadinya korosi dan timbulnya kerak pada

peralatan pembangkit.


commit to user

19

Separator memiliki beberapa tipe yaitu tipe vertikal, tipe horisontal dan tipe

bola. Kelebihan separator tipe horisontal antara lain dapat menampung volume

cairan total yang besar, dapat menampung sejumlah gas terlarut, cairan yang

bergerak lambat dapat diakomodasi, terdapat ruang kepala pada ujung separator,

ketika diperlukan cairan dengan kecepatan lambat bergerak ke bawah (untuk

degassing, untuk breakdown atau dalam kasus pemisahan cair-cair yang sulit)

Kelebihan separator vertikal antara lain dipakai ketika rasio gas-cair yang

tinggi, hanya memerlukan area yang kecil, penyaringan benda padat lebih mudah,

efisiensi penyaringan cairan tidak terpengaruh dengan tingkat ketinggian cairan,

volume bejana umumnya lebih kecil.

Separator tipe bola dibuat untuk memperoleh kelebihan baik dari tipe

horisontal maupun vertikal. Namun dalam kondisidi lapangan, separator tipe bola

memiliki volume cairan total yang kecil dan kerumitan dalam proses produksi

yang menyebabkan separator tipe bola ini sangat jarang digunakan.

(a) (b)

Gambar 2.13 Jenis separator : (a) separator horisontal, (b) separator vertikal.

d. Kondensator merupakan alat untuk mengubah fasa uap menjadi fasa air atau

embun (KBI, 2008). Jenis kondensator dibagi menjadi dua, yaitu direct contact

dan surface condenser.


commit to user

20

Kondensator kontak langsung (direct contact condenser) adalah jenis

kondensator dimana cairan pendingin dialirkan agar kontak langsung dengan uap.

Keuntungannya adalah biaya rendah dan kesederhanaan desain mekanik, tetapi

penggunaannya dibatasi untuk aplikasi di mana pencampuran uap dan pendingin

diperbolehkan. (Condenser, 2012)

Gambar 2.14 Kondensator tipe kontak langsung.(DiPippo, 1999)

Dalam kondensator permukaan (surface condenser), uap dibawa ke dalam

kontak dengan permukaan padat yang didinginkan pada suhu di bawah suhu

saturasi uap pada tekanan yang berlaku parsial. Permukaan biasanya dalam bentuk

"sarang" atau "bundel" tabung logam, pendingin mengalir di dalam tabung dan

kondensasi uap pada luar atau "shell-side."

Gambar 2.15 Surface Condenser (Babcock & Wilcox Co, 2005)

e. Menara pendingin merupakan alat yang berfungsi untuk mendinginkan

temperatur fluida cair yang berasal dari kondensator serta pompa sebagai pemasok

air dengan temperatur rendah menuju kondensator.


commit to user

21

Klasifikasi menara pendingin dibagi menjadi menara pendingin aliran udara

alami (natural) dan aliran udara paksa dengan bantuan alat mekanis (mechanical

draft). Untuk aliran udara paksa terbagi lagi menjadi forced draft dan induced

draft, perbedaan terletak pada penempatan kipas. Untuk natural dan mechanical

draft juga terbagi menjadi aliran silang (crossflow) dan aliran berlawanan

(counterflow). (GPSA, 2004)

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2.16 Jenis Menara Pendingin (a) Natural Draft Cooling Tower, (b)

Mechanical Forced Draft Cooling Tower, (c) Mechanical Induced Draft Cooling

Tower Counterflow, (d) Mechanical Induced Draft Cooling Tower Crossflow.

(GPSA, 2004)

f. Steam ejector merupakan alat yang berfungsi untuk meningkatkan dan

menjaga kondisi vakum pada sistem. Pada pemanfaatan panas bumi, tak jarang

mengandung non-condensable gas (NCG) yaitu gas yang tidak dapat dikonden-


commit to user

22

sasi. Hal ini tidak diinginkan karena akumulasi NCG di dalam kondensator

menyebabkan tekanan kondensator naik, yang pada gilirannya mengurangi output

power dari turbin. Untuk menjaga tekanan kondensator tetap rendah, NCG harus

dikeluarkan secara terus menerus dari kondensator dengan menggunakan steam

ejector. Dengan demikian steam ejector merupakan peralatan penting pada sistem

PLTP. Dimungkinkan juga dengan menambahkan beberapa peralatan sehingga

dapat memanfaatkan NCG agar tidak langsung terbuang ke atmosfer. (Swandaru,

2007)

Jenis steam ejector dibagi menjadi beberapa tingkatan, yaitu tingkat tunggal

(single stage), dua tingkat (two stage), tiga, empat, lima bahkan enam tingkat

sesuai dengan kebutuhan seperti pada tabel berikut.

Tabel 2.4 Tipe peralatan vakum berdasarkan kapasitas dan ruang lingkup operasi

(Ludwig, 1999)

Gambar 2.17 Single stage steam ejector (Swandaru, 2007)

Steam jet ejector tingkat tunggal beroperasi berdasarkan prinsip venturi. Uap

diekspansi melewati nosel dengan tekanan hisap desain. Energi tekanan uap


commit to user

23

diubah menjadi energi kecepatan dan uap meninggalkan nosel dengan kecepatan

supersonik melewati ruang hisap serta memasuki diffuser konvergen atau

entrainment sebagai gas dan uap air terkait. (Swandaru, 2007)

Sistem steam jet ejector dua tingkat terdiri dari dua buah ejector tingkat

tunggal yang beroperasi secara seri dengan saluran keluar masing-masing menuju

kondensator. Dengan tekanan hisap dan keluar yang diberikan, konsumsi uap dari

ejector tingkat tunggal tergantung pada laju alir massa (dan berat molekul) dari

gas yang ditangani.(Swandaru, 2007)

Gambar 2.18 Two-stage steam ejector system (Swandaru, 2007)

Untuk mengurangi konsumsi uap masukan pada ejector, pada tingkat kedua

dapat diganti dengan pompa vakum. Penggabungan steam jet ejector dengan

pompa vakum biasa disebut sistem hibrida.

g. Pompa merupakan alat yang digunakan untuk meningkatkan tekanan fluida

cair. Pada pembangkit listrik, pompa berperan penting dalam sirkulasi air

pendingin.

Jenis-jenis pompa berdasarkan cara mentransfer fluida dari pipa isap ke pipa

tekan dibedakan menjadi dua kelompok utama :


commit to user

24

Pompa perpindahan positif (Positif Displacement)

Pompa jenis ini prinsip kerjanya adalah dengan memberikan energi

potensial kepada fluida.

Contoh : pompa resiprok dan pompa rotari.

Pompa impeler atau pompa rotodinamik

Pompa jenis ini prinsip kerjanya dengan memindah energi mekanik

pompa menjadi static head dan dynamic head pada fluida pompa.

Contoh : pompa sentrifugal.

Gambar 2.19 Klasifikasi Pompa (Srinivasan, 2008)

2.2.4. Perhitungan Peralatan PLTP

Perhitungan peralatan PLTP memiliki tujuan untuk mendapatkan desain

pembangkit yang optimal. Desain dapat menjalankan fungsinya tetapi cost yang

dikeluarkan tidak berlebihan.

2.2.4.1. Separator

Proses separasi dimodelkan dengan tekanan konstan yaitu, proses isobarik.

Kualitas fraksi kering (x) fluida campuran yang berasal dari sumur produksi dapat

dicari dengan :

푋 = (2.1)

Dimana : X1 = kualitas uap.

h = entalpi (kJ/kg)


commit to user

25

Dengan menggunakan perhitungan di atas serta aturan tuas (lever rule)

pada termodinamika, didapatkan pula fraksi massa campuran uap dan jumlah uap

yang masuk ke turbin per satuan massa alir total yang menuju separator. Sehingga

sifat kondisi 1g dapat diperoleh. (DiPippo, 1999)

Gambar 2.20 Temperatur-entropi diagram pembangkit listrik tipe uap kering yang

masih memiliki kadar air. (DiPippo, 1999)

Dimana :

(1) = kondisi uap masuk dari sumber panas bumi

(1g) = kondisi sumber panas bumi fase uap jenuh hasil separasi.

(1l) = kondisi sumber panas bumi fase cair jenuh hasil separasi.

Untuk mengetahui ukuran spesifikasi dari separator maka diperlukan

beberapa proses perhitungan, yaitu :

Memilih nilai faktor Kv berdasarkan konfigurasi separator yang dipilih.

Dapat dilihat pada tabel 2.4.


commit to user

26

Tabel 2.5 Nilai faktor K untuk perhitungan dimensi demister kawat (IPS,2010)

Tipe Separator Faktor K (m/s)

Horisontal (dengan demister vertikal)

Bola

Vertikal atau horisontal (dengan

demister horisontal)

Pada tekanan atm

Pada 2.100 kPa

Pada 4.100 kPa

Pada 6.200 kPa

Pada 10.300 kPa

Uap basah

Most vapors under vacuum

Salt and caustic evaporators

0,122 – 0,152

0,061 – 0,107

0,055 – 0,107

0,107

0,101

0,091

0,082

0,064

0,076

0,061

0,046

Langkah selanjutnya menghitung kecepatan maksimum gas, Ug.

푈 = 퐾 (2.2)

Dimana :

퐾 = faktor Kv (m/s)

휌 = massa jenis fluida cair (kg/m3);

휌 = massa jenis fluida gas (kg/m3).

Langkah berikutnya menghitung diameter dan luas penampang dari

separator.

퐷 = (2.3)

퐴 = 휋퐷 /4 (2.4)

Dimana : 퐷 = Diameter vessel (m); 푉 = laju aliran volume gas (m3/s);

푈 = kecepatan maksimum gas (m/s);

A = luas penampang separator (m2).


commit to user

27

Langkah berikutnya menghitung tinggi separator. Tinggi separator dibagi

menjadi tinggi level zat cair (L1), tinggi dari bagian bawah nosel masukan menuju

permukaan zat cair (L2), tinggi pengendapan tetesan air (droplet) (L3) dan tinggi

demister (L4). Dapat dilihat ilustrasinya pada gambar 2.21.

Gambar 2.21 Ilustrasi dimensi separator (Bubicco, 1997)

2.2.4.2. Turbin dan generator

Kerja yang dihasilkan dari turbin per satuan massa uap alir yang melalui

turbin dapat dicari dengan:

푤 = ℎ − ℎ (2.5)

wt = kerja turbin per satuan massa (kj/kg)

h1g = entalpi panas bumi masuk turbin (kj/kg)

h2 = entalpi panas bumi keluar turbin (kj/kg)

Dengan asumsi tidak ada panas yang terbuang dari turbin dan

mengabaikan perubahan energi kinetik serta potensial dari fluida yang masuk dan

meninggalkan turbin. Kerja maksimum yang mungkin dihasilkan jika turbin

dioperasikan secara adiabatik dan reversibel, yaitu pada kondisi entropi konstan.

Efisiensi isentropis turbin, 휂 , sebagai perbandingan kerja aktual dengan kerja

dalam kondisi isentropik.


commit to user

28

휂 =

= (2.6)

휂 =efisiensi isentropis turbin = 0,85 (Swandaru, 2007)

휂 = (2.7)

Daya yang dihasilkan dari turbin :

푊 = 푚 푤 = 푚 ℎ − ℎ = 푚 휂 ℎ − ℎ (2.8)

Perhitungan di atas merepresentasikan daya mekanis kotor yang dihasilkan

oleh turbin. Daya listrik kotor diperoleh dengan daya turbin dikali efisiensi

generator :

푊 = 휂 푊 (2.9)

휂 =efisiensi generator = 0,75

Seluruh daya tambahan yang diperlukan untuk pembangkit harus

dikurangkan dari daya listrik kotor untuk memperoleh daya listrik bersih, yang

dapat dijual. Kebutuhan daya tambahan tersebut disebut beban parasit yang

mencakup semua daya pompa, daya kipas cooling tower dan penerangan pada

kantor.(DiPippo, 1999)

Pada saat pengoperasiannya turbin uap mengalami kehilangan energi yang

dapat dikategorikan atas dua jenis (Shlyakhin, 1999) yaitu :

a. Kerugian internal, adalah kerugian yang berkaitan dengan kondisi-kondisi

uap sewaktu mengalir melalui turbin, yang meliputi :

1. Kerugian pada katup pengatur

Uap sebelum masuk ke turbin haruslah melalui katup penutup (stop

valve) dan katup pengatur yang mana ini merupakan bagian terpadu dari

turbin tersebut. Aliran uap melalui katup penutup dan katup pengatur

disertai oleh kerugian energi akibat proses pencekikan.

2. Kerugian pada nosel

Kerugian energi pada nosel disebabkan oleh adanya gesekan uap pada

dinding nosel, turbulensi dan lain-lain.

Untuk tujuan perancangan, nilai-nilai koefisien kecepatan nosel dapat

diperoleh dari gambar 2.22.


commit to user

29

Gambar 2.22 Grafik untuk menentukan koefisien φ sebagai fungsi tinggi nosel

3. Kerugian pada sudu gerak

Kerugian pada sudu gerak dipengaruhi oleh beberapa faktor :

- Kerugian akibat tolakan pada ujung belakang sudu.

- Kerugian akibat kebocoran uap melalui ruang melingkar antara stator

dan rotor.

- Kerugian akibat gesekan.

- Kerugian akibat pembelokan sembura pada sudu.

Semua kerugian di atas disimpulkan sebagai koefisien kecepatan sudu-

sudu gerak (ψ). Akibat koefisien ini maka kecepatan relatif uap keluar

dari sudu W2 lebih kecil dari kecepatan relatif uap masuk sudu W1.

ψ = Koefisien kecepatan sudu. Ditentukan berdasarkan tinggi sudu-sudu

gerak dapat diperoleh dari gambar 2.23.

Gambar 2.23 Grafik untuk menentukan koefisien ψ berdasarkan tinggi sudu gerak


commit to user

30

4. Kerugian akibat kecepatan keluar

Uap meninggalkan sisi keluar sudu gerak dengan kecepatan mutlak c2

pada turbin neka tingkat (multistage), energi kecepatan uap yang keluar

dapat dipakai sebagian atau seluruhnya pada tingkat-tingkat yang

berikutnya.

5. Kerugian Akibat Gesekan Cakram dan Pengadukan

Kerugian ini terjadi karena gesekan antara rotor dengan uap dan kerugian

pengadukan dalam hal pemasukan parsial. Sebagai akibat kerja yang

digunakan untuk melawan gesekan dan kecepatan partikel uap akan

dikonversi menjadi kalor sehingga memperbesar kandungan kalor uap.

6. Kerugian Ruang Bebas

Ada perbedaan tekanan diantara kedua sisi cakram nosel yang dipasang

pada stator turbin, sebagai akibat ekspansi uap di alam nosel.

7. Kerugian Akibat Kebasahan Uap

Dalam hal turbin kondensasi, beberapa tingkat yang terakhir biasanya

beroperasi pada kondisi uap basah yang menyebabkan terbentuknya

tetesan air. Tetesan air ini oleh pengaruh gaya sentrifugal akan terlempar

ke arah keliling. Pada saat yang bersamaan tetesan air ini menerima gaya

percepatan dari partikel-partikel uap searah dengan aliran, jadi sebagian

energi kinetik uap hilang dalam mempercepat tetesan air ini.(Shlyakhin,

1999)

b. Kerugian eksternal adalah kerugian yang tidak mempengaruhi kondisi-

kondisi uap, yaitu:

Kerugian mekanis

Kerugian ini disebabkan oleh energi yang digunakan untuk mengatasi

tahanan yang diberikan oleh bantalan. Untuk tujuan desain, kurva-kurva

yang ditunjukkan seperti gambar 2.24 dapat dipakai. Gambar 2.24

memberikan nilai rata-rata efisiensi mekanis untuk berbagai kapasitas

turbin.(Shlyakhin, 1999)


commit to user

31

Gambar 2.24 Diagram efisiensi relatif efektif turbin

2.2.4.3. Kondensator

Untuk memperoleh perhitungan dimensi kondensator diperlukan untuk

mengetahui kelembapan uap masuk,

X1 = ,

푥 (2.10)

Dimana :

X1 = Kelembapan uap masuk kondensator(lb air / lb udara)

pw = tekanan uap pada titik embun (psia) tabel 2.1

mw = berat molekul air (18)

ma = berat molekul udara (diasumsikan Nitrogen, 29) ( Kern, 1965)

Setelah itu, menghitung total air yang ada dalam uap masukan,

Total air dalam uap masukan = X1 x G (2.11)

Dimana :

X1 = Kelembapan uap masuk kondensator (lb air / lb udara)

G = Jumlah uap masuk kondensator (lb/hr) ( Kern, 1965)

Dengan mengetahui temperatur uap masuk, titik embun dan menggunakan

panas spesifik dari nitrogen 0,25 Btu/lb 0F, dapat ditentukan nilai H1,

H1 = (X1 x Tdp) + (X1 x hfg@Tdp) + (X1 x 0,45 x (T-Tdp)) + (0,25 x T) (2.12)

Dimana ;

T = temperatur uap masuk kondensator (0F)

Tdp = temperatur dew point (titik embun, 0F)

hfg@Tdp = entalpi pada temperatur titik embun (Btu/lb water)


commit to user

32

H1 = entalpi pada temperatur uap masuk kondensator (Btu/lb dry air)( Kern, 1965)

Dengan mengasumsikan 20 persen dari uap awal berupa air, maka,

X2 = ( , , )

(2.13)

Dimana :

X2 = kelembapan uap keluar kondensator (lb air/lb udara) ( Kern, 1965)

Untuk memperoleh titik embun uap keluar kondensator dengan cara,

, 푥 = X2 (2.14)

Dimana :

pw2 = tekanan uap pada titik embun uap keluar kondensator ( Kern, 1965)

Setelah diperoleh nilai pw2, maka dengan melakukan interpolasi pada tabel

2.6 akan didapat temperatur titik embun uap keluar kondensator.

Tabel 2.6 Entalpi & kelembapan campuran udara-air pada 14,7 psia. ( Kern, 1965)


commit to user

33

Dengan mengetahui temperatur uap keluar kondensator, titik embun dan

menggunakan panas spesifik dari nitrogen 0,25 Btu/lb 0F, dapat ditentukan nilai

H2,

H2 = (X2 x Tdp2) + (X2 x hfg@Tdp2) + (X2 x 0,45 x (T2-Tdp2)) + (0,25 x T2) (2.15)

Dimana ;

T2 = temperatur uap keluar kondensator (0F)

Tdp2 = temperatur dew point (titik embun, 0F) uap keluar kondensator

hfg@Tdp2 = entalpi pada temperatur titik embun (Btu/lb water)

H2 = entalpi pada temperatur uap keluar kondensator (Btu/lb dry air)( Kern, 1965)

Sehingga total heat load (beban panas), q, dapat diperoleh

q = G x (H1 – H2) (2.16)

Dimana :

q = total beban panas (Btu/hr) ( Kern, 1965)

Setelah itu, menghitung total air masukan yang diperlukan

L = (2.17)

Dimana :

L = total air masukan yang diperlukan (lb/hr)

t1 = temperatur air masuk kondensator (0F)

t2 = temperatur air keluar kondensator (0F)

Setelah memperoleh nilai G dan L, untuk menghitung dimensi kondensator

yang dibutuhkan diperlukan penentuan nilai Kxα. Dengan menggunakan data

yang telah ada pada tabel 2.7.


commit to user

34

Tabel 2.7 Data hasil percobaan Direct Contact Heat Transfer (Kern, 1965)

Ketinggian kondensator, Z = (2.18)

Luas area =

(2.19)

Dimana :

Z = Ketinggian kondensator (ft)

nd = bilangan difusi

L = total air masukan yang diperlukan (lb/hr)

Kxα = koefisien overall dari transfer massa

푚 = laju alir massa gas (lb/hr)

G = Jumlah uap masuk kondensator(lb/hr) ( Kern, 1965)


commit to user

35

2.2.4.4. Menara Pendingin

Jumlah uap air di udara dapat ditentukan dengan berbagai cara. Cara yang

paling logis yaitu menentukan langsung massa uap air dalam satuan massa udara

kering. Hal itu disebut kelembapan absolut dapat juga dinamakan rasio

kelembapan dan dilambangkan dengan 휔 . Persamaan hukum pertama kondisi

tunak aliran tunak dengan tiga fluida yang mengisi menara akan ditulis dan

sistemnya dapat dilihat pada gambar sistem pengisi menara kondisi tunak aliran

tunak. Hal tersebut berlaku untuk semua tipe menara pendingin basah. Perubahan

pada energi potensial dan kinetik diabaikan serta tidak ada kerja mekanis yang

berlaku. Dengan demikian hanya entalpi dari ketiga fluida yang muncul. Setelah

praktik psikrometri, persamaan ditulis untuk satu satuan massa udara kering (El-

Wakil, 1984).

Gambar 2.25 Sistem pengisi menara kondisi tunak aliran tunak (Swandaru, 2007)

ℎ + 휔 ℎ + 푊 ℎ = ℎ + 휔 ℎ + 푊 ℎ (2.20)

Dimana:

ha = Entalpi air kering (kJ/kg).

휔 = Massa uap air per unit massa air kering, kelembapan absolut.

hv = Entalpi uap air (kJ/kg).


commit to user

36

W = Massa air sirkulasi per unit massa air kering.

hW = Entalpi air sirkulasi (kJ/kg).

Perancangan unit menara pendingin ini dimaksudkan agar dapat

mendinginkan air dari kondensator sesuai dengan beban pendinginan. Untuk

mengetahui beban tersebut, terlebih dahulu perlu dicari aliran massa air yang

disirkulasikan oleh pompa menuju menara pendingin.

L = Qpompa x ηpompa (2.21)

Setelah itu dapat dicari jumlah kalor yang dilepas oleh kondensator menggunakan

rumusan berikut :

L = . .( ) (2.22)

maka :

q = L . Cp . γ . (t1-t0) (2.23)

Dimana :

L = jumlah air yang disirkulasikan ke menara pendingin (L/min)

Qpompa = debit air yang disalurkan dari pompa (L/min)

ηpompa = efisiensi pompa

q = jumlah kalor yang dilepas oleh kondensator (kcal/h)

Cp = kalor spesifik air = 1 kcal/kg 0C

γ = berat jenis air = 1 kg/L

t0, t1 = temperatur air, berturut-turut pada sisi masuk dan keluar kondensator, 0C

Jumlah kalor yang dilepas oleh kondesator menjadi beban pendinginan

dari menara pendingin tersebut. (Prasetyo, 2003)

Make Up Water adalah penambahan kebutuhan air yang digunakan untuk

menggantikan air yang hilang karena adanya proses evaporasi pada menara

pendingin (E), terbawanya air karena hembusan udara atau drift (W) dan air yang

sengaja dibuang untuk mengurangi endapan yang terjadi atau blow down (B).

Sehinga jumlah air yang ditambahkan adalah

M= E + W + B (%) (Ludwig, 1997) (2.24)


commit to user

37

a. Kehilangan Air karena Evaporasi

Karena adanya perpindahan massa uap air dari muka basah ke udara akan

menyebabkan jumlah air yang disirkulasikan berkurang akibat penguapan. Hal ini

karena dalam menara pendingin udara mengalami proses penjenuhan dan keluar

dalam kondisi udara jenuh. Air yang hilang ini dapat diperhitungkan dengan

menggunakna persamaan berikut

E = G (W2 – W1) (Ludwig, 1997) (2.25)

Dimana :

E = prosentase evaporasi air (%)

G = aliran air yang melalui menara pendingin (gpm)

W2,W1 = rasio kelembaban udara, berturut-turut pada sisi keluar menara dan kon-

disi masuk menara (lb/lb dry air)

b. Kehilangan Air karena Drift

Drift adalah terbuangnya air bersama hembusan udara keluar. Drift

eliminator tidak mungkin dapat mencegah seluruh air keluar bersama hembusan

udara. Tetapi, untuk desain yang baik, sistem akan kehilangan air diperkirakan

kurang dari 0,2 % dari total air yang disirkulasikan.

Operasi menara pendingin yang normal didesain kehilangan air berkisar

0,3 – 1 % dari sirkulasi air yang masuk menara pendingin (untuk tipe menara

pendingin natural draft) dan 0,1 – 0,3 % untuk tipe mechanical draft cooling

tower. (Ludwig, 1997)

c. Kehilangan Air karena Blow Down

Blow down adalah sejumlah air yang sengaja dikeluarkan dari menara

pendingin untuk mengontrol kadar konsentrasi garam atau kotoran lain pada air

yang disirkulasikan. Dengan adanya blow down ini maka diperlukan adanya air

untuk menggantikan air yang keluar dengan persamaan sebagai berikut

B= .

− W (Ludwig, 1997) (2.26)

Dimana :

π.c = cycle of concentration (harganya bervariasi antara 3-7)

B,E dan W dalam %.


commit to user

38

2.2.4.5. Pompa

Dalam memilih pompa ada beberapa faktor yang perlu diketahui terlebih

dahulu yaitu ketinggian head, laju aliran massa air dan daya yang dibutuhkan

sistem instalasi. (Murni, 2003)

Kondensator membutuhkan suplai air untuk proses pengembunan uap panas

keluaran dari turbin. Kebutuhan itulah yang menjadi dasar penentuan laju aliran

massa air pompa. Dengan mengalikan laju aliran massa dengan massa jenis air

pada temperatur tersebut akan diperoleh debit pompa yang dibutuhkan.

Qpompa = mair x ρair (2.27)

Dimana :

Q = debit aliran (m3/s)

m = laju aliran massa (kg/s)

ρair = massa jenis air (kg/m3)

Ketinggian head merupakan perbedaan energi per unit berat dari fluida

antara sisi masuk dan sisi keluar dari pompa. Dapat dicari dengan menggunakan

rumus sebagai berikut :

Einlet = E1 = + Z + (2.28)

Eoutlet = E2 = + Z + (2.29)

Dimana :

p = tekanan (N/m2)

Z = posisi terhadap permukaan referensi (m)

V = kecepatan aliran fluida (m/s)

γ = berat spesifik fluida (N/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Head total dapat diperoleh :

H = (E2 – E1) = ( ) + (Z − Z ) + (Srinivasan, 2008) (2.30)

Daya yang dibutuhkan oleh pompa juga perlu diketahui. Daya pompa

merupakan jumlah energi yang diperlukan untuk memindahkan fluida dari sisi

masuk menuju sisi keluar pompa. Semakin kecil daya pompa yang diperlukan


commit to user

39

untuk memenuhi kebutuhan, maka pompa tersebut semakin layak untuk dipilih.

Dapat dicari menggunakan rumus :

P =

=

(Srinivasan, 2008) (2.31)

Dimana :

P = daya pompa (kW)

H = ketinggian head (m)

W = berat fluida (N) = γ x Q

C = Konstanta = 1.000 untuk berat dengan satuan N.

= 102 untuk berat dengan satuan kgf.

Setelah mengetahui tekanan dan kapasitas yang diinginkan dari pompa,

dapat menentukan jenis pompa yang dibutuhkan dengan menggunakan gambar

daerah operasi pompa seperti pada gambar berikut.

Gambar 2.26 Daerah operasi kerja pompa (Karassik, 1986)


commit to user

40

2.2.4.6. Steam Ejector

Untuk menghitung dimensi dari steam ejector yang diperlukan dengan cara :

Steam ejector tingkat I

1. Menentukan entrainment ratio untuk gas NCG dan sumber uap dari

gambar kurva entrainment ratio.

2. Menentukan total udara ekuivalen untuk NCG dan sumber uap.

3. Menghitung rasio kompresi.

4. Menghitung rasio ekspansi uap (tekanan uap/tekanan hisap).

5. Menentukan rasio udara/steam dengan melihat gambar kurva entrainment

ratio molecular weight, dari harga rasio kompresi dan rasio ekspansi.

6. Dengan cara yang sama, dapat digunakan untuk menghitung kebutuhan

uap untuk steam ejector tingkat kedua.

Gambar 2.27 Kurva entrainment ratio (Ludwig, 1999)


commit to user

41

Gambar 2.28 Kurva entrainment ratio molecular weight (Ludwig, 1999)

Perhitungan tersebut :

P03 dihitung dari rumus : P03 = Pint = 푃 /푃 푥 푃 (2.32)

P0b = P2 (2.33)

Maksimum rasio kompresi = P03/P0b (2.34)

Rasio ekspansi = P0b/P0a (2.35)

Dengan menggunakan grafik pada gambar 2.24 (Perry, 1999), diperoleh

rasio area = A2/At (2.36)

Rasio Entrainment = Wb/Wa (2.37)

Rasio Entrainment dikoreksi dengan persamaan

W/Wa = Wb/Wa x (푇 푥푀 / 푇 푥푀 ) (2.38)

Dengan menggunakan nilai W/Wa dan menggunakan grafik pada gambar kurva

desain optimum untuk single stage ejector, diperoleh rasio area koreksi, A2/At.

Perhitungan luas penampang leher nozzle, At

Kecepatan motive steam dihitung dengan menggunakan asumsi :

Mach Number, M = V/c = 1,

Aliran kritikal atau sonic, V = c = (푘푅푇/푀 ),

Dimana : k = 1,4,


commit to user

42

R = 8,314 J/kgmol.K,

Mw = 18.

Laju alir massa motive steam = Wa.

Laju alir volume motive steam = Wa x volume spesifik motive steam. (2.39)

At = laju alir volume motive steam / V. (2.40)

At = (2.41)

Dari grafik telah diperoleh A2/At, sehingga dapat diperoleh A2 dan D2.

Dimana :

Wa = Kebutuhan motive steam

W = Wb = Laju alir massa fluida hisap

At = Luas penampang leher nosel.

Dt = Diameter leher nosel.

A2 = Luas penampang constant area mixing section (diffuser throat).

D2 = Diameter constant area mixing section (diffuser throat).

V = kecepatan motive steam

Gambar 2.29 Notasi steam ejector dalam perhitungan.


commit to user

43

Gambar 2.30 Kurva desain optimum untuk single stage ejector. (Perry, 1999)

bab ii landasan teori 2.1 tinjauan pustaka digilib.uns.ac.id dominated commit to user 12...

Documents