mesin konversi energi ii

3

NMHC=emisi hidrokarbon

g/BHP hr = gram/brake horsepower-hour

Where Do These Emissions Come From?

Jawab: dari pembakaran tak sempurna

Crankcase konvensional dgn 2 stroke yg terburuk karena inlet dan pembuangannya terbuka seluruhnya secara bersamaan,dan memungkinkan sampai 40% masukan bersih(udara) hilang di pembuangan.Dalam pembakaran terjadi pencampuran udara dan bahan bakar HC, dimana kita harus membuang panas,air,udara yg merugikan.

Darimana polusi itu datang?

Kita menyemprotkan liquid fuel ke pembakaran gas tinggi. Campuran dgn jumlah yg benar shg jumlah molekul O cocok dgn H dan C. Hal ini membuat flame front dgn cepat melewati chamber. Selama flame berlangsung,gas dibelakangnya semakin panas dan meluas,sementara gas di depannya dingin dan terkompresi.Perubahan komposisi dan willingness untuk tercampur dgn O. ditambah beberapa kantong pembuangan dari siklus sebelumnya,beberapa liquid fuel tidak menguap/mengkondensasi pada dinding.

4

How Much Emission? Kita contohkan : 90HP(67kW),emisi utama HC+Nox(dalam Liter). Duty cycle dihitung dari rata-rata power output (g/Kg,per jam)

Strategi dalam emisi:

Gunakan engine 4 stroke

Conventional Gasoline Engine Catalysts

H2 + 0.5O2 - H2O (i)

CO + 0.5O2 - CO2 (ii)

C3H6 + 4.5O2 - 3CO2 + 3H2O (iii)

C3H8 + 5O2 - 3CO2 + 4H2O (iv)

H2 + NO - H2O + 0.5N2 (v)

CO + NO - CO2 + 0.5N2 (vi)

C3H6 + 9NO - 3CO2 + 3H2O + 4.5N2 (vii)

C3H8 + 10NO - 3CO2 + 4H2O + 5N2 (viii)

Ce2O3 + 0.5O2 - 2CeO2 (ix)

Reaksi oksidasi(i)-(iv),

Reaksi reduksi(v)-(viii),

Reaksi dgn oksigen dan dgn katalis(ix)

5

Diesel Emissions Control

CO + 0.5O2 - CO2 (xvi)

HC + O2 - CO2 + H2O (xvii)

Keduanya di formulasikan dengan katalis Pt pada pengoperasian temperature rendah.Pt didasarkan katalis oksidasi untuk mencapai pengontrolan dari CO dan HC

Catalytic Particulate Control Systems

PM + O2 - CO2 + H2O (xviii)

NO + 0.5O2 - NO2 (xix)

Beberapa pendekatan digunakan untuk membuang PM,seperti penggunaan bahan bakar additive untuk pembakaran T rendah,termasuk alat penambahan T gas. Alat pemanas tidak sepenuhnya sukses karena T dicapai dari pembakaran exothermic PM. Jika tidak dikontrol, bisa mendorong T dalam penyaringan menjadi diatas titik leleh(melting point)

2.3.7 Fuels for SI and CI

Mesin busi-nyala istilah biasanya mengacu pada mesin pembakaran internal, khususnya mesin bensin, dimana inisiasi dari proses pembakaran campuran udara-bahan bakar dinyalakan dalam ruang pembakaran oleh percikan dari busi. Istilah ini kontras dengan mesin penyalaan kompresi diesel berbahan bakar, di mana panas yang dihasilkan dari kompresi sudah cukup untuk memulai proses pembakaran.

Perbedaan CI dan SI:1) Jenis siklus digunakan 2) Pengenalan bahan bakar di mesin 3) Pengapian bahan bakar 4) Kompresi rasio bahan bakar 5) Bobot mesin 6) Speed yang dicapai oleh mesin 7) efisiensi termal mesin

Perbandingan Mesin SI dan CI :

6

Typical Brake Thermal Efficiencies of CI and SI Engines

CI Combustion Chamber Design

2.3.8 Supercharger dan Turbocharger

SUPERCHARGERS

Supercharger adalah sebuah kompresor udara yang digunakan untuk menginduksi udara secara paksa dari sebuah mesin pembakaran internal.Biasanya kompres bahan bakar / campuran udara dengan bahan bakar setelah meninggalkan karburator.Sebuah supercharger digerakkan langsung dari mesin. Beberapa daya diciptakan diimbangi oleh daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa konpresor. Jumlah supercharging dibatasi oleh temperatur yang dihasilkan untuk menghindari masalah detonasi.

7

Tiap peningkatan tekanan yaitu percampuran bahan bakar disebut suatu tingkatan. Satu-tingkatan, dua-tingkatan, dan banyak/multi-tingkatan. Pompa kompresor dapat juga beroperasi pada kecepatan variabel. satu- speed,dua-speed,variabel-speed. Contoh: satu-tingkatan, pompa kompresor dua-speed. Pompa kompresor Multi-speed digunakan untuk pompa kompresor kendali pada ketinggian yang berbeda. (keluaran lebih tinggi untuk ketinggian lebih tinggi)

Pompa kompresor pada umumnya dirancang sebagai suatu bagian komponen mesin. Umumnya aplikasi pada ilmu penerbangan yaitu pada ketinggian radial engine. Sistem induksi pemasukan udara dikontrol oleh katup gas. Bahan bakar bercampur dengan udara di dalam karburator. Bahan bakar atau udara yang bercampur masuk ke pompa kompresor, di mana terdapat suatu gaya dorong dari kompresor sentrifugal. Campuran bahan bakar dimampatkan kemudian masuk ke silinder melalui pipa masuk.

PARTS OF SUPERCHARGERS

8

SUPERCHARGERSEXHAUST GASES

FUEL/AIR MIXTURE

Keuntungan :1. Peningkatan kinerja di ketinggian.2. Daya lebih untuk take-off.

Kerugian :1.Power yang diperoleh diimbangi oleh daya yang digunakan oleh mesin untuk menggerakkan supercharger.2.Peningkatan suhu dari campuran bahan bakar dengan udara meningkatkan risiko ledakan.

TURBOCHARGERS

Turbocharger memberikan udara tekan ke sisi inlet karburator atau unit bahan bakar kontrol. Tidak seperti supercharger, udara didorong oleh gas-gas buang yang dihasilkan oleh proses pembakaran. Cara memanfaatkan turbocharger adalah sejumlah energi yang tidak terpakai yang terkandung dalam gas buang panas. Dasar peningkatkan mesin turbocharged akan menghasilkan MP di dasar lebih tinggi daripada tekanan ambient supaya mencapai daya rata-rata. Sebuah mesin turbo-normal akan mempertahankan kinerjanya.

Turbocharger ini terdiri dari kompresor, turbin gas buang perakitan, pompa dan casing bearing. Rancangan kompresor adalah terdiri dari casing yang mengarahkan aliran udara dan roda kompresor (impeller). Perakitan turbin gas buang terdiri dari casing yang mengarahkan aliran gas buang dan roda turbin. Casing pusat mengarahkan pendinginan minyak ke sekitar poros yang menghubungkan turbin dan kompresor. Poros ditahan oleh bantalan yang dapat mengurangi panas yang disebabkan oleh gesekan.

9

TURBOCHARGERS

CARBURETORINTAKE AIREXHAUST

• Impeller atau Compressor, Roda Turbin, dan poros penghubung disebut rotor.

• Output turbocharger dikontrol oleh wastegate.

10

PARTS OF TURBOCHARGERS

2.4 Hydraulic Turbine

Deskripsi Umum dan Klasifikasi Hydrolic turbines

TOTAL HYDRO POTENTIAL - 84,000 MW AT 60% LOAD FACTOR EQUIVALENT TO AN ANNUAL ENERGY GENERATION OF 450 TWH.

TOTAL DEVELOPED HYDRO POTENTIAL ABOUT 22,439 MW

SHARE OF HYDROPOWER REDUCED TO ONLY 25% IN TOTAL INSTALLED FOR POWER GENERATION FROM 50.62% IN 1963

ESTIMATED POTENTIAL OF SMALL HYDRO - 15,000 MW - SMALL HYDRO POWER INTRODUCED IN 1897

*TWH : tera watt hour

Defenisi Turbin

Turbin air yaitu putaran mesin yang mengambil energy dari air yang bergerak.Turbin air dikembangkan abad 19 dan diperluas penggunaannya dalam industry. Pengunaannya bisa perbaharui dan dan memanfaatkan sumber energy yang bersih.

11

CLASSIFICATION

POWER RATING

MICRO-HYDRO < 100 kW

MINI-HYDRO 100 kW – 3MW

SMALL-SCALE HYDRO

3 MW – 25 MW

CLASSIFICATION DEPENDING ON THE HEADULTRA

LOW HEAD

BELOW 3 METRESMEDIU

M HEAD

FROM 30–75 METRESHIGH HEADABOVE 75 METRES

2.4.1 Klasifikasi Turbin

Biasanya diklasifikasikan dari jenis energi yang tersedia pada inlet turbin,arah aliran melalui sudu-sudu,kepala inlet turbin dan kecepatan turbin. Dibawah ini klasifikasinya:

A.Berdasarkan jenis energi:

Reaction turbines:

1.Francis

2.Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo

3.Tyson, Gorlov (Freeflow types)

Impulse turbine

1.Pelton

2.Turgo

3.Michell-Banki (also known as the Crossflow or Ossberger turbine)

12

Dari kiri ke kanan: pelton wheel,2 jenis francis turbine,kaplan turbine

B. Berdasarkan arah aliran yang melalui runner:

(i)Tangential flow turbine

(ii) Radial flow turbine.

(iii) Axial flow turbine

(iv) Mixed flow turbine.

C.Berdasar head pada inlet:

(i)High head turbine

(ii) Medium head turbine

(iii)Low head turbine.

D.Berdasarkan Kecepatan spesifik turbin:

(i) Low specific speed turbine

(ii) Medium specific speed turbine

(iii) High specific speed turbine

Jenis Turbin Air

Ada 3 jenis turbin utrama dan beberapa jenis turbin lain(jenis concept).

Jenis turbin utama:

1 Pelton wheel turbine

2 Francis turbine

3 Kaplan turbine

Jenis turbin lain:

> Propeller

>Bulb

13

>Tube

>Straflo

>Tyson

>Gorlov (Freeflow types)

>Water wheel

>Archimedean screw turbine

>Turgo

>Michell-Banki

(also known as the Crossflow.)

2.4.2 Prinsip dan Operasi Turbin

Hydrolic turbin mengkonversi energi potensial dari air menjadi daya mekanik dalam bentuk torsi oleh aksi dinamik dari aliran air yang melewati sudu turbin pada wheel untuk berotasi pada sumbunya.

Head berarti jarak air yang jatuh sebelum membentur turbin blade.Wheel atau rotor yang mempunyai sejumlah sudu disebut runner.Poros turbin dipasang ke poros generator atau melalui gearbox /belt penggerak yang dipasang vertikal maupun horizontal.Energi potensial dari air ada dari air yang jatuh pada sudut ketinggian ke sudut terendah dari turbin

Nt = g Q H h / 102 kW

dimana Nt = Power generated by turbine in kw

g = density of water = 1000 kg/m²

Q = quantity of water passing through turbine in m³/sec.

H = net head difference of water in m.

h = efficiency of turbine

Klasifikasi turbin ada 2:

1.Berdasarkan arah aliran air yang melewati air.

2.Berdasar aksi air pada runner blades

Arah aliran yang dipakai :

14

1. Aliran aksial – air yang mengalir melewati runner adlam arah paralel ke sumbu perputaran

2.aliran radial-aliran air keseluruhan pada bidang perputaran.

3.aliran tangensial-air membentur sudu turbin/bucket dari runner dalam arah tangensial ke jalur perputaran.

4.aliran campuran-aliran dalam runner mungkin tidak hanya satu arah.aliran dalam turbin bercampur,air masuk dalam arah radial,dan keluar dari sudunya dan debit nya paralel ke sumbu poros

2.4.3 Pelton wheel turbine

Turbin pelton adalah turbin air yang paling efisien. Pelton wheel menyerap energi dari air yang bergerak. Meskipun banyak variasi impulse turbin yang ada untuk pendesignan impulse utama ,Designnya tetap saja kurang dari design pelton. Air yang keluar dari wheel masih dalam kecepatan tinggi dan membawa banyak energy.Geometri sudu-sudu Pelton itu dirancang sehingga ketika kincir berjalan pada ½ kecepatan jet air.

Pengontrol gerakan aliran air memasuki nozzle sebelum membentur sudu.Runner pelton terdiri dari satu poros tunggal yang dipasang pada poros horizontal.Kecepatan tinggi water jet membentur sudu-sudu pada turbin shg menggerakkan wheel menyebabkan wheel berputar.Aliran air tangensial terhadap runner, jadi turbin ini merupakan aliran tangensial impulse turbin.tinggi head lebih dari 500m.

Bentuk sudu-sudu(bucket) ketika air membentur,air berputar ke dalam kedua sudu and itu memberikan gaya impulse di titik tengah dari bucket.bucket dinal juga sebagai pemutar

15

When to use a Pelton turbine

Main dimensions for the Pelton runner

The ideal Pelton runner

16

Absolute velocity from nozzle:

Circumferential speed:

The main components of a Pelton turbine are: (i) nozzle with deflector assembly, (ii) runner with buckets, and (iii) casing. The turbine with its main components is shown in Fig.

Tahap-tahap Dalam Mendesign Pelton Turbin

1.debit, daya dan ketinggian di berikan

2.Pilih harga pengurangan dari (c1u dan u1 )

3.Pilih jumlah nozzle(z)

4.hitung ds dari kontinuitas untuk 1 nozzle.

5.pilih lebar bucket(B), dimana B = 3,2 · ds

17

c1=c1

√2⋅g⋅Hn

=1c1=√2⋅g⋅Hn

u1=c1u

2=1

2⋅√2⋅g⋅Hn

d s=√ 4⋅Qz⋅π⋅c1u

6.tentukan diameter interpolasi (D)

lalu buatlah kurva antara D/ds dan Hn ,contoh:

7. Tentukan kecepatan(n)

8. Pilih jumlah kutup pada generator :

Kecepatan dari runner yang diberikan yaitu dari generator dan net frequency

Zp= jumlah kutup dari generator

18

D/ d

s

Hn [m

]10 15

40 014 00

Dd s

=0 , 005⋅Hn+8

u1=ω⋅D2

=2⋅Π⋅n60

⋅D2

⇓

n=u1⋅60

Π⋅D

Z p=3000

n

9.Hitung kembali kecepatan (n)

10.Hitung kembali diameter(D)

11.Pilih jumlah bucket

2.4.4 Francis Turbine

Francis turbin jenis turbin air yang dikembangkan di Lowell,MA. Aliran ke atas reaksi turbin pada kombinasi radial dan aliran konsep axial.Francis turbine merupakan turbin air dioperasikan di head dalam range 10 meter sampai beberapa ratus meter dan digunakan untuk produksi tenaga listrik.

Ini merupakan aliran reaksi turbin campuran . Head digunakan antara 80-500 m untuk head turbin ukuran sedang.Francis turbin berputar dalam casing tertutup.Wheel mempunyai banyak sudu kurva yang disebut runner vanes sebanyak 24 buah.

Peletakan poros pada posisi vertikal . Wheel turbin francis beroperasi dibawah air.Sudu pemandu dan sudu tetap mengatur jumlah air yang mengalir ke dalam runner vanes .Runner yang berputar berhubungan dengan berat atau tekanan dari aliran air.

19

n=3000Z p

[ rpm ]

u1=ω⋅D2

=2⋅Π⋅n60

⋅D2

⇓

D=u1⋅60

Π⋅n

Komponen utama: spiral casing, guide vanes, runner and draft tube.

2.4.5 Kaplan Turbine

Jenis turbin air propeler yang dikembangkan oleh profesor dari austria yang mengkombinasikan penyetelan propeler blade otomatis. Gate kecil di pasang secara otomatis untuk mencapai efisiensi yang melebihi daerah terluas dari aliran dan level air.Turbin kaplan merupakan evolusi dari turnin francis.

20

Turbin ini mengizinkan produksi tenaga yang efisien dalam aplikasi rendahnya head yang tidak dimungkinkan oleh turbin francis.

Runner dari turbin kaplan dipasang dengan propeler pada kapal. Karena hal inilah mengapa turbin kaplan disebut turbin propeler .Turbin kaplan mempunyai head yang rendah dan penggunaannya kurang dari 80m.The discharge through Kaplan runner is given by

Q = ∏/4 (D2 - d2 ) Vf

Wheel turbin di dalam air dan susu turbin diputar karena adanya tekanan dari air. sudu pemandu (Guide vanes) mengatur jumlah air yang masuk ke wheel .

21

22

Efficiency

Gesekan dalam sistem mekanik berarti kerja yang tidak terpengaruh panas. Dengan me-recycle daya output kembali ke input,maka gerakan mesin dapat menjaga pergerakan.

Temperatur yang keluar harus nol pada mekanisme ideal, yang memungkinkan memenuhi hukum thermodynamic ke-3. kenyataannya efisiensi mekanik sempurna tidak pernah dicapai.

Typical range of heads

Hydraulic wheel turbine 0.2 < H < 4 (H = head in m)

Archimedes' screw turbine 1 < H < 10

23

(c) Volumetric Efficiency, Nv

(d) Overall Efficiency, No

Efficiency types (a) Hydraulic Efficiency, Nh

R.P. =Power delivered to runner i.e .. runner powerW.P. = Power supplied at inlet of turbine and also called water power=W. H (kW) 1000

(b) Mechanical Efficiency, Nm S.P.- The ratio of the power available at the shaft of the turbine R.P. =Power delivered to runner i.e .. runner power

Kaplan : 2 < H < 40

Francis : 10 < H < 350

Pelton : 50 < H < 1300

Turgo : 50 < H < 250

2.4.6 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin.

parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin

1. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.

2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.

3. Kecepatan (putaran) turbin ang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi

Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin.

24

Turbin pelton (1 jet) Ns = 85.49/H0.243 (Siervo & Lugaresi, 1978)

Turbin Francis Ns = 3763/H0.854 (Schweiger & Gregory 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283/H0.486 (Schweiger & Gregory, 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 513.25/H0.505 (Kpordze & Wamick, 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702/H0.5 (USBR, 1976)

Kecepatan spesifik setiap turbin

Turbin pelton = 12≤Ns≤25

Turbin Francis = 60≤Ns≤300

Turbin Crossflow = 40≤Ns≤200

Turbin Propeller = 250≤Ns≤1000

Output turbin dihitung dengan formula:

P= 9,81.Q.H. qt

Dimana :

Q = debit air, (m3/detik)

H = efektif head, (m)

qt = efisiensi turbin

= 0.8 - 0.85 untuk turbin pelton

= 0.8 - 0.9 untuk turbin francis

= 0.7 - 0.8 untuk turbin crossfiow

= 0.8 - 0.9 untuk turbin propeller, kaplan

25

2.5 Wind Turbine

2.5.1 Overview

wind turbine yaitu mesin yang berputar mengkonversikan energy kinetic dari angin ke energi mekanik. Jika energy mekanik dikonversi menjadi listrik,mesinnya disebut wind generator ,wind turbine, wind power unit(WPU), Wind energy converter(WEC), aero generator.

26

Tabel Putaran Generator Sinkron

(rpm)

Tabel Run-away speed Turbin, N maks/N

Aliran udara mengangkat blades

2.5.2 Klasifikasi wind turbine

Wind turbine dapat dibagi menjadi dua berdasar arah sumbu perputaran.Umumnya turbin berputar pada sumbu horizontal, sumbu vertikal jarang digunakan.

Jenis Horizontal wind turbin

DOWNWIND TURBINE UPWIND TURBINE

27

28

Drag-type turbines

The Persian windmill

The Chinese wind wheel

Savonious

Wind Turbine Berdasar Ukuran Dan Aplikasi

wind turbine jenis disk

1) Lebih efisien dari horizontal wind turbin 2) -Ringan 3) -Berisiknya rendah 4) -Bekerja pada angin dari berbagai arah.

2.5.3 Kapasitas Dan Komponen Pada Wind Turbines

29

Perkiraan Harga Pembuatan Wind Turbine

2.5.4 Components of a Wind Turbine

1) Foundation2) Tower3) Rotor4) Nacelle5) Gearbox (usually)6) High speed shaft7) Generator8) Control system, cooling unit, anemometer9) Yaw mechanism

30

Rotor

Bagian dari wind turbin yang mengumpulkan energy. Biasanya rotor terdiri dari 2 atau lebih blades(kayu,fiberglass, metal) yang berputar pada sumbu pada kecepatan yang dihitung dari kecepatan angin dan bentuk blades. Blades dihubungkan dengan hub yang dihubungkan dengan poros utama. Variabel rotor: Panjang blades,jumlah blades,pitch blades,bentuk blades, material blades,berat blades.

Generator

Mengkonversi EM turbin menjadi listrik. Dalam komponen, kawat diputar oleh medan listrik untuk menghasilkan listrik. Design generator berbeda menghasilkan arus AC atau DC.Kebanyakan rumah menggunakan 120 V(atau 240V) ,60 siklus AC. Beberapa peralatan menggunakan arus DC seperti bola lampu, dll. Generator menghasilkan AC biasanya dilengkapi dengan features untuk menghasilkan listrik yang tepat(120 atau 240V) dan frekuensi konstan(60siklus),bahkan ketika kecepatan angin berubah-ubah.Butuh sistem pendingin untuk meyakinkan tidak adanya kelebihan panas

31

Transmisi

Jumlah putaran per menit dari rotor wind turbin antara 40 rpm-400rpm(tergantung model dan kcepatan angin). Generator membutuhkan 1200-1800rpm. Sehingga, kebanyakan wind turbin membutuhkan transmisi gearbox untuk menambah putaran dari generator ke kecepatan yang menghasilkan listrik lebih efisien. Beberapa wind turbin jenis DC tidak menggunakan transmisi. Sebagai gantinya mereka memakai generator dan rotor sebagai sistem penggerak. Tanpa transmisi ,wind turbin kompleks dan perawatan yang di butuhkan berkurang. Tapi, kebanyakan generator dibutuhkan untuk mengirim daya output yang sama seperti wind turbin jenis AC.

2.5.5 Keuntungan Wind Turbine

Tergantung harga bahan bakar dan sumber angin.

1. Lama pengoperasian dengan turbin angin +30 tahun.

2. Jika menggunakan wind turbine, emisi turun 70-90 % dari pada memakai power plant lain,seperti CO2 dan PM.

Setiap per kWh generator diesel kecil akan menghasilkan 3 kali polusi dari pembangkit listrik bahan bakar batu bara,sedang wind turbine tidak ada polusi sama sekali.

Lingkungan:

a) tidak ada polusi udara b) tidak ada efek rumah kaca c) tidak ada polusi air dengan merkuri d) tidak butuh air dalam pengoperasian.

Keanekaragaman Sumber daya& Konservasi

a) Sumber Energi domestik b) Persediaannya tak habis-habis c) kecil, penyebaran design mengurangi resiko persediaan.

Stabilitas Harga Pembangunan Ekonomi

a) Pengembanagn perluasan tenaga angin membuka lapangan kerja untuk masyarakat pedesaaan b) Peningkatan hasil pajak c) Pembelian barang-barang& jasa

2.5.6 Prinsip Kerja Wind Turbine

Salah satu penggunaan yang paling populer pada wind turbine adalah pembangkit listriknya.untuk menghasilkan listrik, poros dari turbin harus dihubungkan ke generator listrik. Melewati gearbox, generator mengkonversi Energi mekanik dari poros turbin putar menjadi listrik.

32

Generator kecil dan ringan ,dan cukup ditempatkan dibawah design aerodinamis yang dirancang pada puncak tiang atau tower. Kabel yang dialiri listrik diarahkan ke bawah untuk disimpan di baterai,atau aplikasi lainnya untuk disimpan atau digunakan.

Struktur Wing Dan Perancangannya

2.5.7 Material Dasar dan Prosedur Konstruksi

Jumlah Blade: 1

Rotor harus lebih cepat untuk menangkap sejumlah angin.

-pengurangan perbandingan gearbox

33

-penambahan counterbalance untuk beberapa keuntungan pada design yang ringan.

-kecepatan tinggi berarti berdampak lebih berisik, kurang estetik, dan berdampak terhadap lingkungan/kehidupan sekitar)

Blade lebih mudah dipasang karena keseluruhan rotor di assembly di tanah.Energy yang di tangkap berkurang 10 % daripada design dengan dua buah blades.Puncak masalahnya adalah harganya mahal.

Jumlah blades: dua

Keuntungan dan kerugian sama dengan bladenya satu.Membutuhkan teetering hub atau alat penahan goncangan karena ketidakseimbangan gyroscopic.Energy yang di tangkap berkurang 5 % daripada design dengan dua buah blades.

Jumlah blades:tiga

Keseimbangam dari gaya gyroscopic.Perputaran lambat,biaya tambahan untuk gearbox dan transmisi

Lebih estetik,kurang berisik dan sedikit serangan burung.

34

Blade Design

Biasanya terbuat dari graphite yang dilapisi dengan epoxy

-Beratnya

-flexible

-panjangnya mencapai 60m

Waktu yang berhubungan dengan kekerasan hembusan, dapat menjadi rusak(akibat fatigue dari blade)

-blades stall

-efisiensi loses pada wind turbine

Bahan blades:kayu

kuat,lebih ringan, murah,tersedia sangat banyak ,flexible,Popular jika turbin di buat sendiri,Papan padat

Laminasi ,Lapisan kayu halus ,gabungan

Bahan blades: logam

Steel: berat dan mahal ,Aluminium :beratnya ringan dan mudah dikerjakan,mahal, materialnya cepat lelah(fatique)

Bahan blades: fiberglass

Beratnya ringan,kuat,tidak mahal, karakteristiknya bagus terhadap fatique.Bermacam-macam proses dari manufacturing:Cloth over frame,pultrusion ,lilitan kawat pijar untuk menghasilkan tiang kapal . Kebanyakan turbin besar menggunakan fiberglass.

35

Drag design

Kekuatan penyeretan wind turbin dikarakteristikkan pada kecepatan perputaran yang lambat dan Torsi yang tinggi.

Drag power ini dimanfaatkan untuk pemompaan, penggergajian,atau menggerinda di belanda. Contohnya jenis kincir angin petani yang dikembangkan pada torsi yang tinggi saat pengawalan untuk memompa atau mengangkat air dari kedalaman.

36

Lift and Drag

Gaya angkat tegak lurus terhadap arah pergerakan.

Kita ingin membuat gaya ini menjadi besar.

Gaya penyeretan paralel terhadap arah pergerakan . Kita menginginkan harga gaya seret ini menjadi kecil.

α = low

α = medium< 10 degrees

α = High Stall!!

Airfoil

Hanya seperti sayap pada pesawat, blade turbine angin menggunakan bentuk airfoil untuk pengangkatan dan efisiensi maksimum.

37

Lift design

Prinsipnya sama dengan pesawat,layang-layang atau burung yang terbang. Blades biasanya berupa airfoil atau wing. Ketika aliran udara melewati blade,kecepatan udaran dan tekanan bebeda pada permukaan atas dan bawah. Tekanan permukaan bawah lebih besar shg mengangkat blades. Ketika blades menyentuh sumbu tengah,seperti rotor turbin angin . Daya angkat di transfer ke pergerakan rotasi. Daya angkat turbin angin mempunyai kecepatan rotasi tertinggi dibandingkan drag. Oleh karena itu sangat cocok digunakan untuk menghasilkan listrik.

Putaran dan Taper

Putaran dari blade root ke ujung digunakan untuk mengoptimalkan sudut saat pengangkatan pada sepanjang blade dan menghasilkan aliran dalam yang konstan sepanjang bagian blade.Taper digunakan untuk mengurangi penyeretan dan meningkatkan perbandingan L/ D

Bentuk dan Ukuran Blades

38

Angle Of Attack (Blade Angle)

Sudut antara garis airfoil dan arah terbang disebut sudut blades. Sudut ini berpengaruh menghasilkan daya angkat yang besar dengan aifoil. Hal ini merupakan efisiensi propeller. Nilainya dalam range 1°-15°

2.5.8 Formula pendesignan

Calculation of Wind Power

Power in the Wind = ½ρAV3

– Effect of swept area, A

– Effect of wind speed, V

– Effect of air density, r

ada yang mendefenisikannya dengan:

Power= ½*CpρAV3

Cp is the power coefficient (maximum is about .593 according to Betz limit)

Swept Area: A = πR2 Area of the circle swept by the rotor (m2).

39

Tip-Speed Ratio

Tip-speed ratio is Perbandingan kecepatan dari perputaran ujung blade terhadap kecepatan aliran angin bebas Ada sudut blades optimum yang membuat pengangkatan tertinggi terhadap perbandingan drag.Karena sudut blades tergantung dari kecepatan angin, perbandingan kecepatan ujung optimum menjadi:

40

Wind power and energyPower output from wind turbines:

Energy production from wind turbines:

hr Ac

Power2

3

Energy Power Time

Where:P =

Power [W]

r = Density [kg/m3]

c =Velocity [m/s]

A =Area [m2]

h =Efficiency [ - ]

R

Dimana: Ω = rotational speed in radians /sec

R = Rotor Radius

V = Wind “Free Stream” Velocity

Power Coefficient vs Tip Speed Ratio

• Power Coefficient Varies with Tip Speed Ratio

• Characterized by Cp vs Tip Speed Ratio Curve

41

ΩRV

TSR =

Rotor Solidity

Solidity adalah perbandingan total rotor dari daerah yang dirancang terhadap total swept area

Solidity = 3a/A

Low solidity (0.10) = high speed, low torque

High solidity (>0.80) = low speed, high torque

2.5.9 Kecepatan dan BETZ Limit

Cut- in speed

Merupakan kecepatan minimum angin pada wind turbin ketika akan menghasilkan tenaga. Kecepatannya antara 10-25mph.

Rated speed

Merupakan kecepatan minimum angin yang akan menghasilkan design rated speed. Kecepatan antara 25-50mph.Contoh: wind turbin tidak mungkin menghasilkan 10kW sampai kecepatan angin mencapai 25mph. Rated speed kebanyakan mesin antara 25-35mph. Pada kecepatan angin antara cut-in dan rated, daya output dari turbin angin bertambah seperti pertambahan angin. Kebanyakan manufacture menyebut “power curve” yang menunjukkan output turbin angin bervariasi dengan kecepatan angin

Cut-out speed

Kecepatan angin sangat tinggi antara diatas 50 mph,kebanyakan turbin angin berhenti menghasilkan tenaga dan berhenti(karena kecepatan angin merusak). Pemberhentian dapat dilakukan dalam

42

A

Ra

beberapa cara. Rem otomatis mesin aktif oleh sensor kecepatan angin, atau dengan aktifnya beban pegas. Pengoperasian turbin kembali dilanjutkan saat kecepatan angin turun ke normal.

0 ~ 10 mph --- Kecepatan angin terlalu rendah untuk menghasilkan listrik. Turbin tidak beroperasi, rotor terkunci.

10 ~ 25 mph ---- 10 mph merupakan kecepatan minimum pengoperasian. Kecapatan ini disebut Cut-in speed. Listrik yang dihasilkan bertambah dengan bertambahnya angin

25 ~ 50 mph ---- jenis angin mencapai tenaga rata-rata (maksimum pengoperasian tenaga)pada kecepatan angin 25mph (disebut rated speed).

> 50 mph ---- Turbin berhenti ketika kecepatan angin melebihi 50mph untuk mencegah stuktur menjadi patah. Kecepatan ini disebut Cut-out speed.

BETZ Limit

Aliran udara di atas blades dan melewati daerah rotor membuat wind turbin berfungsi. Wind turbin mengambil energy ketika anginnya lambat. Jumlah energy maksimum teoritis dalam angin dapat di tangkap oleh rotor wind turbine kira-kira 59,3%. Nilai ini disebut BETZ Limit.

Jika efisiensi blade 100%, turbin angin tidak akan dapat bekerja di udara setelah menyerap semua energy ,tentunya keseluruhan turbin angin akan berhenti. Dalam praktek, efisiensi rotor yang terkumpul tidaklah setinggi 59 %. Kebanyakan sekitar 35%-45%. Sistem energy angin yang lengkap,mencakup rotor,transmisi,generator,penyimpanan dan alat lainnya yang mana semuanya kurang dari efisiensi sempurna, yang menghasilkan 10-30% energy asli yang tersedia dari angin

Solar Thermal Energy Conversion

43

Solar Technologies

o Daylighting

o Passive Solar Heating

o Active Solar Heating

o Concentrating Solar Thermal

o Photovoltaics (PV)

44

Passive solar heating

Penyerapan dan penyimpanan panas dari matahari dengan sebuah struktur

Active solar heating

Kolektor menyerap solar energy,sebuah komponen pompa menyuplai air panas yang dibutuhkan dari panas di bangunan.

45

Tabel yang menyimpulkan metode untuk menghasilkan

listrik dari solar energy

C o sts E ffic ie n c y A d v a n ta g e D isa d v a n ta g e T h e rm a l

P a r a b o lic tro u g h

1 2 -2 0 ce n ts /k W h n o w, 5 -1 0 cen ts k W h fu tu re

1 5 -2 0 % , 4 2 -4 8 % C F w ith 6 -h o u r sto ra g e

L a rg e sca le , lo ts o f d e m o p ro jects , so m e sto r a g e

T h e rm a l s to r a g e m o re d if ficu lt th a n fo r o th e r th er m a l m e th o d s

P a r a b o lic d ish

1 0 -1 4 0 0 0 € /k W , ev e n tu a lly $ 2-3 0 0 0 /k W (8 -2 4 ce n ts /k W h )

2 0 -2 8 %

S u ita b le fo r iso la te d v illa g e s , lo w in fra str u c tu re co sts , q u ick sta r t

E x p e n siv e a t p re sen t, lim ited h e a t s to r a g e a b ility

C e n tra l rec e iv e r

1 8 -3 2 ce n ts /k W h to d a y

1 0 -1 5 %

M o st a m en a b le to 2 4-h o u r e le ctr ic ity

E a c h m irro r m u st in d iv id u a lly tr a ck th e su n

46

Radiasi energi disebut juga Electromagnetik energy.Radiasi energi merupakan pergerakan dari pergerakan photon. Semua kehidupan di bumi tergantung energi radiasi dari matahari.Exp: gelombang radio(AM,FM,TV) ,microwaves, X-rays, and tumbuhan.

Sedikit Penjelasan dari Sinar

47

Solar energy(dapat diperbaharui):

- Energi yang digunakan asli dari energi matahari.

- Meski sinar matahari dismpan dengan solar arrays dan digunakan untuk pemanas rumah atau supply air panas yang dibutuhkan, the unconcentrated rays are not strong enough for efficient power generation.

- Sejumlah radiasi matahari tersedia di permukaan bumi sekitar 1kW energy thermal per m².

- Ide penggunaan sejumlah panel reflektif disebut heliostat/ multi-faced mirrors untuk memusatkan radiasi matahari.

- Secara teoritis, penggunaan kaca dan lensa, Sebagian temperatur dari permukaan matahari dapat dicapai.

SOLAR ENERGY

Dalam daerah perumahan, baru, penggunaan solar system dapat memotong penggunaan bahan bakar fossil sebanyak 70 %

Bumi menerima sekitar 1018kwh dari solar energy setiap tahun

Permuakaan bumi menerima sekitar 1014 kW dari matahari

48

Perbedaan warna dari sinar berarti memiliki panjang gelombang dan energi yang berbeda . Penyerapan terjadi ketika energi dari sinar sama dengan perpindahan energi dari elektron.

Hambatan Untuk Memanfaatkan Energi Matahari

Tidak tersedia konstan di bumi. Sehingga dibutuhkan bentuk penyimpanan untuk mendukung pada saat malam dan selama musim hujan.

- Energi matahari menyebar/berdifusi

- Matahari merupakan “Radiator” bertemperatur tinggi (6000°C)

- Bumi merupakan penerima Temperatur Rendah

- Energi matahari diterima sebagai gelombang radiasi pendek

-30% dipantulkan oleh Atmosphere

-70% diradiasikan kembali sebagai panjang gelombang radiasi.

- Atmosfer bereaksi seperti kaca pada solar collector

Types of Solar Thermal Systems:

Flat plate collector or Central tower

Parabolic trough or concentrating collector

Parabolic dish (Stirling engine)

Flat Plate Collector atau Central Tower

49

Central receiver schematic

Parabolic or concentrating collector

50

Source: Greenpeace (2005, Wind Force 12: A Blueprint to Achieve 12% of the World’s Electricity from Wind Power by 2020, Global Wind Energy Council, www.gwec.org)

Pelat yang menyerap adalah logam. Biasanya dilapisi hitam untuk menyerap energi lebih dari energi.Pipa, passages atau channels integral dengan kolektor membawa air fluida lain yang bergerakPengisolasian harus tersedia pada bagian belakang dan bagian sisi untuk meminimalisasi heat losses.Biasanya serat kaca digunakan sebagai material isolasi

Parabolic trough schematic

Parabolic dish schematic

51


Pemantul akan berbentuk parabolic sehingga sinar matahari membentur profile dan dipantulkan pada titik focal. Jika sebuah pipa membawa fluida yang berada di sepanjang garis focal, fluida akan dipanaskan pada temperature sangat tinggi

The latest parabolic trough systems either

Air yang panas diarahkan dapat digunakan di steam turbine

Atau disirkulasikan melewati tank panas dengan gram cair, garam cair menyimpan panas dan panas didalamnya dialirkan ke pemanas uap yang digunakan dalam steam turbine, ilustrainya seperti diagram dibawah ini

How a Power Tower Works

Dengan Penyimpanan Panas :

52

Gambar ini mendeskripsikan bagaimana tower pembangkit digunakan untuk memanaskan mencairkan garam dengan panas yang akan digunakan untuk pemanasan air dalam menghasilkan uap untuk memutar turbin untuk menghasilkan listrik.

Garam cair digunakan untuk mentransfer panas karena panas dapat disimpan dan digunakan ketika matahari dibelakang awan atau pada malam hari.


53

Solar Domestic Hot Water (SDHW)

Sistem hot water terbuka memanaskan air yang diarahkan ke atap dari gedung. Air yang mengalir dari heat collector ke dalam hot water tank untuk digunakan di rumahKonservasi pengintegrasian energi matahari di rumah dapat mengurangi konsumsi energi 75-90%

www.iea-shc.org

Listrik dapat dihasilkan 24 jam per hari.Faktor kapasitas(output rata-rata diatas output tertinggi)dapat mencapai 85%

Parabolic trough capacity factor

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

An

nu

al C

aq

pa

cit

y F

ac

tor

Thermal Energy Storage (Hours)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

5.0

Solar Field Size(Solar Multiple)

Source : Price et al (2007, Proceedings of Energy Sustainability 2007, 27-30 June, Long Beach, California)

http://www.iea-shc.org/

54

Peletakan Solar Energy dalam Penggunaan: Pemanas Air

Dua metode pemanasan air: passive(tidak ada bagian yg bergerak) dan active(pumpa).

flat-plate collector digunakan untuk meyerap energi matahari untuk memanaskan air

Air yang disirkulasikan melewati sistem tertutup yang berhubungan dengan konveksi.

Tanki air panas digunakan untuk penyimpanan.

High temperature system

penerima yang dipasang pada tower setinggi 100 sampai 500m

Kaca pemantul disebut heliostat. Heliostat disusun sebagai cara untuk mengarahkan energy matahari ke receiver. Receiver didesign dan diposisikan sebagai cara untuk menginterupsi,menyerap, dan mentransfer panas maksimum untuk fluida yang bekerja.Temperature yang dicapai 15000C sampai 17000C

55

Power Tower

Cahaya matahari dari kaca dipantulkan ke receiver tetap di tower pembangkit.

- Fluida ditransfer menyerap panas matahari ke dalam blok pembangkit.

- Panas digunakan untuk suatu generator uap

HeliostatsHeliostats disediakan untuk memusatkan cahaya matahari ke tower pembangkit

Cermin memantulkan cahaya matahari sepanjang hari.

56

Stereographic sun path diagram

Source: Computed using The Solar Tool developed by Square One Research, available through Ecotech (ecotech.com)

FLAT PLATE COLLECTORS

Pelat logam tipis digunakan untuk menyerap radiasi matahari.

Pipa membawa air kedalam pelat penyerap panas dari matahari dan dikirim ke pompa untuk ke penyimpanan dan didistribusikan

Types of collectors for heating

and domestic hot water

Source: Everett (2004, Renewable Energy, Power for a Sustainable Future, 17-64, Oxford University Press, Oxford)

57





Estimasi Panas Matahari untuk Menggantikan Setengah dari Energi dari Pembakaran Batubara di US

Pembakaran batubara menghasilkan listrik sekitar 2 x 10 MWh/yr⁹

- Energi rata-rata setiap hari dari 700 W/m² x 20% efisiensi x 30% daerah yang mampu memanfaatkan collector x (2.59 x 10⁶m²/ mi² = 109 MW/ mi² (mengarah ke pertanian yang akan mengirimkan sekitar 95 MW/mi²)

- (6 hr/day) x (200 days/yr ) x 109 = 131 x10³ MWh/mi²/yr.

Atau 8hr/day x 200 x 95 = 152 x10³ MWh/mi²/yr.

- Penggantian setengah bahan bakar batubara setara dengan menghasilkan teknologi panas matahari antara 6,580 and 7,635 mi² dari lahan yang mengabaikan kerugian transmisi.

Penggantian setengah bahan bakar batubara di US dengan panas matahari diinginkan. 0.25% of US lower 48 state land area

Biomass Conversion Process

58



Teknologi biomassa tersedia di pasaran yang dikembangkan untuk mengurangi bahan bakar fossil dan mudah digunakan.

Penggunaan : proses pemanasan dan penguapan di industri,menghasilkan daya listrik,bahan bakar transportasi (ethanol dan biodiesel),produk lainnya.

Fokus utama dari program biomass: Pengembangan dari advance technology

Konversi biomass energy menjadi energy yang bermanfaat adalah dengan proses pengkonversian energy.

Thermochemical (pembakaran, Gasification and produksi metanol)

Biochemical (Anaerobic digestion dan produksi etanol)

Chemical (Biodiesel and pelumasan)

59

BIOMASS CONVERSION PATHWAYS

Thermal Biological Physical

CombustionGasificationPyrolysis

Heat

Fuel Gases (CO + H2)

Liquids

PretreatmentFermentationEthano

l

Hydrolysis

(Heat & Pressur

e)

Liquids

No Air

Partial air

Excess air A

/DCH4H

2

60

THERMO CHEMICAL CONVERSION PROCESS

WoodAgricultural wasteOrganic waste

Thermo-chemical

Conversion proce

ss

Direct combustion

Biomass feedstock

Gasification Pyrolysis Methanol Production

HeatSteam Electricity Producer Gas (Low or medium Btu)

Synthetic fuel oil, Charcoal

Methanol

TECHNOLOG

I

ES

END

US E S

ENERGY

or

PRODUC T

Animal manure Agricultural

waste Landfill Waste water

Biochemical

Conversion process

Aerobic

Anaerobic

Methane gas

Ethanol

F U E L

P R O D U C E D

BIOCHEMICAL CONVERSION PROCESS

B I O M A S S

F E E D

S T O C K

Sugar or starch crop

Wood waste Pulp sludge Grass straw

T E C H N O L O G I E S

Possible Routes for treatment and conversion of biomass energy

Pemilihan konversi energi

Pemilihan teknologi konversi biomass di pengaruhi beberapa faktor sbb:

Tersedianya bahan baku

Aplikasi akhir

Harganya

Main Biomass Types

FuelWood

Agricultural Residues

61

Energy Crops

Agricultural Residues

Sisa panen/residu(batang padi, batang gandum/ jerami,tangkai kapas,dll)

Residu proses pertanian(Rice husk, tongkol jagung,dll.

Kotoran hewan(juga dipertimbangkan sebagai residu pertanian)

Faktor yang akan dipertimbangkan ketika memperkirakan energi yang potensial dari residu pertanian.

Iklim bervariasi

Daerah residu rata-rata pertahunnya

Bagian yang dapat diperoleh kembali(Recoverable fraction)

Bagian yang diizinkan secara lingkungan

Persaingan dengan penggunaan lain

Kerugian

Pengelompokan dari residu pertanian

Woody crop residues (Coconut shell, Jute sticks etc)

Cereal residues (Rice & wheat straw, Maize stalks etc.)

Green crop residues (Ground nut straw, Soybean tops).

Crop processing residues (Rice husk, ground nut shell etc).

Animal dung.

62

Residues to Crop Ratios for some selected crops. (Contd.)

Gross calorific value of fresh dung

Buffalo

Cows

Pigs

11.8 MJ/kg

12.8 MJ / kg

14.9 MJ/kg

63

Source: Renewable Energy Technologies; Their Application in Developing Countries; (L.A. Krisotferson and V. Bokalders); Intermediate Technology publication-1991.

The Power Guide: (Wim Hulcher and Peter Fraenkel); Intermediate Technology publication-1994

RESIDUES TO CROP RATIOS FOR SOME SELECTED CROPS.

Persiapan Biomass

A. Bahan bakar yang diterima tergantung pada

Performa sebagai bahan bakar,tergantung pada karakteristik pembakaran

Kemampuan untuk di panen,transportasi dan penyimpanan secara ekonomi.

B. Karakteristik residu pertanian:

-kadar kelembapan tinggi(efisiensi pembakaran berkurang,susah menghasilkan ignition)

-terkontaminasi dengan partikel luar (batu,debu,dll)

-ukurannya besar(sulit memfasilitasi pengontrolan otomatis)

-sering mempunyai bulu halus (Low bulk and low densities).

Sebelum perlakuan untuk membuatnya cocok untuk digunakan harus diperhatikan:

Drying (kelembaban di buang atau dikurangi)

Pengurangan ukuran(sobekan, chipper, grinder)

Densification (briket)

Combustion

Proses thermo-chemical dari konversi energy biomass menjadi energy panas oleh pembakaran biomass dalam mencegah udara spt:oksigen.

Ditujukan ke perumahan

Ditujukan ke industri

Jenis boiler-untuk tujuan industri

64

Pyrolysis

Proses thermo kimia dimana bagian-bagian material organik dibakar untuk menghasilkan bahan bakar kedua dan produk kimia.

Proses dari pyrolysis membagi 3 kelompok dari hasil produk:

padat– (dikenal sebagai arang atau bahan bakar arang)

liquid– (dikenal sebagai asam pyroligenic atau minyak pyroligenic yang merupakan campuran kimia)

Campuran gas– (CO, H2, N2)

65

Aldehydes and ketones

Wood nephtha

Dried and Cut wood logs

Carbonizing Retort

Condenser Wood gas (Non condensable)

Settling vats

Crude settled tar Pyroligenious acid

Boiled wood tar

Pitch Heavy creosote

oil

Light oil

Acetic acid

Wood spirit

Charcoal

Vapours

Tar and wood oil (condensable)

Methanol

SCHEMATIC DIAGRAM OF PYROLYSIS

PRODUCTS OF PYROLYSIS OF WOOD

Gasification

Proses thermochemical dapat mengkonversikan biomass ke dalam gas yang mudah menyala disebut gas penghasil( Producer gas).

Gas penghasil terdiri:

Carbon monoxide(CO)

Hydrogen (H₂)

uap air,

Carbon dioxide(CO₂)

Tar vapor and ash particles

Bahan bakar untuk Gasifier:

Rentang yang luas dari material biomass yang dapat digunakan untuk gasification.

Jenis contoh:

66

1kgdari biomass kering memberi:

3-3.6 kWh Energi panas;

atau,

0.7-0.9 kWh listrik plus 1.4 kWh panas.

Oxidation Zone 9000- 12000C

Drying Zone upto 1200C

Pyrolysis Zone 2000- 6000C

BIOMASS

Producer Gas

Air Air

SCHEMATIC DIAGRAM OF DOWNDRAFT GASIFIER

Ash Pit

Ash Pit

Reduction Zone 9000- 6000C

Grate

Hearth

67

SKEMATIK DARI GASIFIER PENGANGKATAN KE ATAS

68

SKEMATIK MENYILANG DARI CAMPURAN GASIFIER

SKEMATIK KE BAWAH DARI CAMPURAN GASIFIER

Fermentasi

Secara alami terjadi proses biochemical yang dikonsentrasikan ke micro-organism.

Micro-organism merupakan jenis bakteri berbeda yang tidak terlihat.

Bakteria dapat dibagi kedalam 2 kelompok:

a. Aerobic (berkembang membutuhkan oksigen)

Fermentasi aerobic (menghasilkan etanol)

Fermentasi membutuhkan oksigen

b. Anaerobic (berkembang tidak membutuhkan oksigen)

Bahan baku etanol

Gula dari tebu,air sisa residu dari keju,tetes tebu,dan buah-buahan.

Air tajin dari butiran (beras,jagung) ,singkong,kentang

Selulosa dari residu kayu pertanian

69

SCHEMATIC VIEW OF FLUIDIZED BED GASSIFIER

Fermentation (Contd..)

Tahap proses menghasilkan fermentasi:

Pemilihan bahan baku

Pretreatment terhadap gula

Fermentasi

70

Petroleum additive or substitute

Starches:Grain (barley)Root (cassava)

Cellulose:Wood

Crush

Hydrolysis

Residues

Sugar

Yeast fermentation to 10% ethanolDistillation to 90% ethanol

Process heat, by products.

Natural Sugars:Sugar Cane Fruit

General combustion Fuel

Purtification to anhydrous alcohol

Difficult

Easy

SCHEMETIC DIAGRAM OF ETHANOL PRODUCTION

Destilasi

Perlakuan sisa/sampah (fermentasi anaerobic dengan metane)

Anaerobic digestion

Proses biochemical terdiri dari bermacam-macam bakteri biomass dalam lingkungan oksigen bebas

Beberapa bakteri berbeda bekerja bersama untuk menghancurkan sisa organik kompleks dalam tahapan-tahapan, akhirnya menghasilkan biogas

71

THE FLOATING DRUM TYPE (OR INDIAN) DIGESTER

Biomass dari bahan bakar liquid

Beberapa kemungkinan untuk menghasilkan produksi bahan bakar liquid dari biomass:

Ethanol (cara paling mudah adalah dengan menggunakan bahan baku gula(seperti tebu) untuk fermentasi dengan ethanol)

Methanol [dengan proses konversi thermochemical (wood alcohol)(Gasifikasi dibawah kondisi temperature dan tekanan tinggi)

72

THE FLEXIBLE BAG (OR TAIWANESE) DIGESTER

THE FIXED DOME (OR CHINESE) DIGESTER

Biodiesel (Vegetable Oil)

[proses konversi kimia dari mengekstrak oil dari biji bahan baku]

Ada 2 proses utama:

Mengekstrak dengan tekanan mekanik

Mengekstrak dengan bahan pelarut

Sampah organik

Sampah dari industri proses pertanian

Sampah dari perumahan,perusahaan kecil,institusi, dan pasar

Sampah industri

Sejumlah penambahan yang dipertimbangkan dengan industrilisasi dan urbanisasi

Pemanfaatan sisa organik

A. Sampah padat

Landfill Gas dihasilkan dari sampah solid.

proses pencernaan anaerobic sama-sama menghasilkan biogas dari pupuk kandang dan perlakuan sisa air pencernaan terjadi secara natural dibawah tanah dalam landfills.

73

74

B. sampah liquid-Banyak industri menghasilkan sampah liquid dalam jumlah besar yang berisi material organik.-Sampah di air dapat merusak anaerogbically untuk penggunaan energy yang bermanfaat.-Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) merupakan teknologi yang paling luas digunakan untuk aliran sungai (liquid effluent).berikut skema UASB:

Settled sludge

Sludge blanketSludge

bedInfluent

Settled sludge

Separation zone

Gas collection baffles

Treated effluent

Biogas line

Biogas collector

Gas collection dome

Rising biogas

mesin konversi energi ii

Documents