BAB IIIMETODELOGI PENELITIAN

3.1 Pendekatan Desain Fungsional

Pada pendekatan rancangan Prototype Steam Power Plant yang dibuat

terdapat kegunaannya masing-masing. Ruang bakar yaitu tempat terjadinya

pembakaran bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan panas di ruang

bakar superheater. Superheater terdiri dari tabung silinder dan juga tabung balok

yang berada berdekatan.

Udara untuk pembakaran disuplay dari udara atmosfer atau lingkungan.

Saturated steam yang dihasilkan akan dipanaskan lagi melalui superheater agar

dihasilkan superheated steam untuk menggerakkan sudu-sudu turbin uap. Dari

pergerakkan turbin uap inilah akan menggerakkan generator untuk menghasilkan

energi listrik. Sisa steam yang telah digunakan untuk menggerakkan turbin akan

mengalir menuju ke kondensor untuk dikondensasi dan menjadi air kembali.

Dengan adanya pemanas tambahan diharapkan steam yang dihasilkan benar-benar

kering dan berupa superheated steam

3.2 Pendekatan Desain Struktural

Secara umum rancangan alat dibagi menjadi empat bagian yaitu ruang

bakar, shell and tube badan boiler, generator turbin uap, dan kondensor. Ruang

bakar sebagai tempat pembakaran terdiri dari dua ruang bakar yaitu ruang bakar

utama dan ruang bakar tambahan (superheater). Ruang bakar utama berkontak

langsung dengan tempat penampungan bahan bakar melalu pipa penyalur bahan

bakar. Sedangkan ruang bakar tambahan bersebelahan dengan ruang bakar utama

yang akan menyalurkan steam untuk dilakukan pemanasan lanjut.

Shell and tube pada badan boiler sebagai tempat pemanasan air untuk

menghasilkan steam. Fire tube yang di rancang memiliki diameter 2 cm dan

ketebalan 1,5 mm dengan tinggi 75 cm. Fire tube tersebut berjumlah 9 batang

disusun secara vertikal dan tubesheet sebagai penopang dengan diameter 50 cm.

32

33

Jarak antar masing-masing tube yaitu 2 cm. Didalam badan boiler inilah api

masuk ke dalam tube yang terpasang dan langsung memanaskan air yang terdapat

dalam badan boiler yang nantinya menghasilkan steam.

Selanjutnya steam yang dihasilkan akan dipanaskan lagi didalam

superheater untuk memastikan bahwa uap yang hasilkan merupakan uap kering

yang akan menggerakkan turbin. Sudu-sudu turbin yang dibuat berjumlah 54 buah

sudu akan berputar dan menggerakkan generator untuk menghasilkan energi

listrik. Sisa dari steam yang telah digunakan untuk menggerakkan turbin tentunya

akan mengalami penurunan tekanan dan temperatur sehingga steam tersebut akan

berubah fasa kembali menjadi uap basah yang akan dialirkan menuju

penampungan pada kondensor untuk dikondensasikan kembali menjadi air

Superheater pada prototype ini sebagai tempat pemanasan lanjut uap

saturated untuk menghasilkan superheated steam. Superheater yang di rancang

memiliki diameter 29 cm dan ketebalan 1,5 mm dengan tinggi 46 cm.

Superheater ini memiliki ruang bakar dengan tinggi 23 cm dan panjang nozel

pembakaran sebesar 9 cm, superheater ini memiliki tangki uap berbentuk balok

dengan panjang 23,5 cm dan tinggi 11,5 cm. Didalam superheater ini

pembakaran terjadi untuk memanaskan uap saturated untuk menjadi superheated

steam.

Selanjutnya superheated steam yang dihasilkan akan digunakan untuk

menggerakan sudu – sudu turbin yang dibuat berjumlah 54 buah sudu akan

berputar dan menggerakkan generator untuk menghasilkan energi listrik. Sisa dari

steam yang telah digunakan untuk menggerakkan turbin tentunya akan mengalami

penurunan tekanan dan temperatur sehingga steam tersebut akan berubah fasa

kembali menjadi uap basah yang akan dialirkan menuju penampungan pada

kondensor untuk dikondensasikan kembali menjadi air.

34

Gambar 11. Superheater Tampak DepanKeterangan :1. Pipa stack gas 2. Tabung super heated3. Ruang bakar4. Tungku pembakaran

Gambar 13. Superheater Tampak Belakang

3

1

2

1

2

3

4

35

Keterangan:1. Tabung superheated steam2. Pressure gauge3. Thermometer

Gambar 14. Superheater Tampak Dalam

Keterangan:1. Nozel2. Plat pemecah uap3. Pipa bahan bakar 4. Burner

1

2

34

36

Gambar 15. Superheater Dan Dimensi Ukuran

11

11

23

20

46

37

Gambar 15. Desain Steam Power Plant Secara Keseluruhan

Gambar 16. Fire Tube Boiler

Stack Gas

Badan Boiler

Tungku Bahan Bakar

Ruang bakar

38

Tube :Jumlah = 9 tubed = 2,5 cmP = 75 cmt = 1,5 mm

Catatan :Satuan gambar dalam cm

Gambar 17. Desain Fire Tube Boiler tampak depan

d = 1 inch

2 cm

d = 50 cm

Gambar 18. Desain Fire Tube Boiler tampak atas

39

3.2.1 Desain Peralatan

Pembuatan Ruang Bakar, Shell and Tube Badan Boiler, Rangkaian Steam Turbin Generator, dan Penampungan Kondensat pada Kondensor

- Tahap Persiapan

a) Menyiapkan bahan-bahan yang akan digunakan

b) Membuat tempat dudukan rangkaian Boiler dengan memotong dan

mengelas rangka siku tebal

c) Memasang roda pada dudukan rangkaian Boiler agar mudah dipindahkan

- Tahap Pembuatan Ruang Bakar

a) Memotong bagian atas tabung gas kecil sehingga berbentuk lubang yang

akan dihubungkan dengan cerobong stack gas

b) Membuat lubang berbentuk segi empat sebagai pintu ruang bakar yang

dapat dibuka dan ditutup

c) Membuat tempat untuk pembakaran dan burner yang dihubungkan

langsung dengan pipa bahan bakar

- Tahap Pembuatan Shell and Tube

a) Memotong tabung gas besar untuk sebagai badan boiler

b) Memotong pipa sebagai tube dengan diameter 2 cm, tebal 1,5 mm, dan

panjang 75 cm

c) Memotong plat tebal berbentuk lingkaran dengan diameter 50 cm sebagai

tubesheet atau penopang tube dalam badan boiler

d) Memasang tube dengan cara di las dan dirangkai di dalam badan boiler

e) Menghubungkan bagian atas tabung gas besar dengan cerobong stack gas

- Tahap Merangkai Steam Turbin Generator

a) Turbin dengan 54 sudu diberi penutup, penutup dibuat menggunakan

bahan plat tipis

b) Membuat lubang pada penutup turbin untuk dihubungkan dengan steam

dari hasil pemanasan

c) Menghubungkan pipa aliran steam ke dalam turbin

40

d) Merangkai generator yang dihubungkan dengan turbin agar perputaran

sudu turbin dapat menggerakkan generator dan menghasilkan energi listrik

- Tahap Pembuatan Penampungan Kondensat

a) Tabung berbentuk kotak diberi lubang untuk memasang pipa yang

dihubungkan dengan pipa steam sisa penggunaan turbin

b) Tabung tersebut dipasang di rangka tebal yang telah dibuat

c) Memasang pipa pada bagian tabung yang telah dilubangi dan

menghubungkannya dengan pipa keluaran dari turbin

3.3 Pertimbangan Percobaan

3.3.1 Waktu dan Tempat

Waktu pembuatan alat dilaksanakan pada bulan Februari sampai Bulan

Maret 2015. Sedangkan penelitian dilaksanakan selama 2 bulan dari bulan

April sampai Mei 2015 di Laboratorium Teknik Kimia Politeknik Negeri

Sriwijaya Palembang

3.3.2 Alat dan Bahan

3.3.2.1 Peralatan Rancangan Prototype Steam Power Plant

Pada Prototype Steam Power Plant yang dirancang dan digunakan untuk

penelitian terdiri dari :

Kompressor : 1 Unit

Pompa : 1 Unit

Tabung Bahan Bakar dan Udara : 1 Unit

1) Furnace, terdiri dari :

a. Burner : 2 Buah

b. Nozel bahan bakar dan udara : 2 Buah

c. Fire Tube (Tube api) : 9 Batang

d. Cerobong flue gas : 1 Unit

2) Superheater, terdiri dari :

a. Burner : 1 Buah

b. Nozel bahan bakar dan udara : 1 Buah

c. Ruang Superheater : 1 Unit

41

3) Turbin uap : 1 Unit

4) Generator Besar Kapasitas 3000 watt : 1 Unit

5) Generator kecil : 1 Unit

6) Kondensor, terdiri dari :

a. Pipa aliran steam : 1 Unit

b. Pompa air pendingin : 1 Unit

c. Box penampungan sirkulasi air pendingin : 1 Unit

7) Sistem pemipaan (pyping system) terdiri dari :

a. Valve bahan bakar dan udara : 2 Buah

b. Valve air umpan : 4 Buah

c. Valve steam : 2 Buah

d. Valve kondensat : 1 Buah

e. Pipa aliran steam : 7 Batang

f. Pipa aliran air : 2 Unit

g. Pipa aliran udara dan bahan bakar : 2 Unit

3.3.2.2 Peralatan Laboratorium

1) Gas analizer

2) Tachometer

3) Multimeter

4) Termogun

3.3.2.3 Bahan yang Digunakan

1) Solar

2) Gas LPG

3) Air Bersih

4) Udara Tekan

3.3.3 Perlakuan dan Rancangan Percobaan

Dalam penelitian rancang bangun Prototype Steam Power Plant, variabel

penelitian yang akan diambil terdiri dari variabel tetap dan variabel tak tetap.

Variabel tetap terdiri dari jenis dan volume bahan bakar, waktu pengoperasian

alat, dan volume bahan baku air. Sedangkan variabel tak tetap terdiri dari

42

tekanan udara bahan bakar, temperatur steam, tekanan steam dan temperatur

stack gas. Proses pengopeasian ditetapkan pada tekanan steam 20 bar. Pada

penelitian yang dilakukan hal yang diamati yaitu proses pembakaran yang

terjadi dalam furnace. Objek utama dalam pengamatan yaitu laju penggunaan

bahan bakar dengan perbandingan udara yang bervariasi (variasi 4 bar, 5 bar,

dan 6 bar). Pengamatan dilakukan ketika memulai proses pembakaran dengan

rentang waktu ditetapkan yaitu setiap 10 menit. Data hasil pengukuran

disusun dalam bentuk tabel dan grafik untuk dijadikan bahan kajian

menentukan efisiensi termal boiler furnace.

3.4 Pengamatan

Penelitian diawali dengan menyiapkan berbagai macam keperluan untuk

pengoperasian alat seperti mengisi air umpan pada boiler, memastikan valve

yang harus terbuka dan tertutup, mengukur laju air umpan boiler, dan mengukur

banyaknya bahan bakar yang akan digunakan. Kemudian, menghidupkan pompa

air dan kompresor lalu memulai proses pembakaran pada ruang bakar furnace.

Proses pemanasan air diamati dan dicatat berbagai variabel pengukurannya

dengan selang waktu setiap 10 menit sekali.

3.5 Prosedur Percobaan

Adapun prosedur percobaan mengoperasikan alat Prototype Steam Power

Plant yaitu sebagai berikut :

1. Tahap Persiapan

a. Menyiapkan air umpan boiler yang akan digunakan, pipa air umpan

dihubungkan dari sumber air menuju ke pompa air

b. Menyiapkan bahan bakar yang akan digunakan dan mengisinya ke

dalam tangki bahan bakar

c. Memompa air umpan menggunakan pompa menuju boiler

d. Memastikan seluruh valve yang harus terbuka dan valve yang harus

tertutup

e. Mengatur udara kompresi untuk pembakaran

43

f. Membuka valve udara dan bahan bakar

2. Tahap Proses Pembakaran di Boiler Fire-Tube

a. Menghidupkan burner yang ada pada ruang bakar furnace

b. Mengatur aliran bahan bakar berdasarkan nyala api pada furnace

c. Menjaga nyala api pada furnace agar tetap stabil

3. Tahap Proses Pemanasan Lanjut di Superheater

a. Mengamati tekanan steam di dalam boiler fire-tube untuk memastikan

dapat dialirkan ke superheater

b. Menghubungkan aliran gas ke superheater dan mengatur nyala api di

superheater

c. Membuka valve aliran steam menuju superheater

d. Mengamati tekanan dan temperatur steam pada superheater sampai

mencapai tekanan maksimum yang diizinkan yaitu 25 Bar

4. Tahap Pembangkitan Turbin dan Generator

a. Membuka valve aliran steam menuju nozzle ke turbin

b. Mengamati putaran turbin dan generator serta nyala lampu yang

terdapat pada panel yang dihubungkan langsung dengan generator

c. Mencatat data yaitu, putaran turbin, putaran generator dan voltase yang

dihasilkan dari pembangkitan turbin dan generator

5. Tahap Pembentukan Kondensat pada Kondensor

a. Membuka valve aliran kondensat keluar dari kondensor

b. Menghidupkan pompa air pendingin pada kondensor serta mengalirkan

air pendingin masuk kondensor

c. Mengamati temperatur uap keluar turbin menuju kondensor

d. Mengamati temperatur kondensat keluar kondensor

e. Mengamati temperatur air pendingin di dalam kondensor dan air

pendingin keluar kondensor

f. Menampung kondensat hasil refrigerasi kondensor

6. Tahap Mematikan

a. Menutup valve aliran bahan bakar

44

b. Mematikan kompresor aliran udara dan mengosongkan tekanan udara

dalam tangki bahan bakar

c. Memastikan semua valve yang harus tetap terbuka dan harus tetap

tertutup

d. Menampung blowdown dan mengukur kuantitas blowdown

e. Membersihkan laboratorium Teknik Energi