Instalasi Mesin Pembangkit Panas

Jenis-jenis Mesin Pembangkit

Pada dasarnya mesin pembangkit merupakan pengubah dari energi suatu jenis menjadi menergi lainnya. Pengubahan dari energi potensial air menjadi energi listrik diperoleh dengan bantuan mesin pengubah energi berupa turbin air serta generator listrik.

Ditinjau dari jenis energi yang dibangkitkan, maka mesin pembangkit dibedakan menjadi :

Mesin uap torak, turbin uap, ketel uap; Turbin air Turbin Gas Mesin jet, motorr roket Mesin motor otto dan diesel

Bahan Bakar dan Panas

Panas adalah salah satu bentuk trnasformasi energi, misalnya pengubahan energi listrik menjadi energi panas. Demikian juga pengubahan energi bahan bakar kimia (minyak bakar, batu bara, kayu, arang dll) menjadi energi listrik maupun energi panas. Selanjutnya energi listrik dapat diubah menjadi energi lainnya .

Bahan bakar mempunyai titik nyala yang berbeda-beda diantaranya:

Jenis bahan bakar Titk nyala

bensine 38

Minyak tanah 180

Minyak diesel 260

Residue 340

Bahan bakar mempunyai kandungan unsur yang terdiri dari C, H, O, N dan S yang

kandungan tiap-tiap unsurnya berbeda baik kualitas maupun jenis bahan bakarnya (padat,

cair atau gas). Jumlah panas yang dihasilkan tiap satuan berat ataupun tiap satuan volume

dipengaruhi oleh kandungan dari unsur-unsur kimia yang dikandungnya.

Nilai kalor pembakaran dari bahan bakar adalah ( Rumus Dulong And Petit) :

HHV = 33950 C + 144.200 (H2 – O2/8) + 9.400 S LHV = HHV – 2.400 (H2O + 9 H2) Kj/Kg

HHV = Nilai kalor Atas ; LHV = Nilai Kalor Bawah C = komposisi karbon dalam bahan bakar H = komposisi hidrogen dalam bahan bakar O = komposisi oksigen dalam bahan bakar S = komposisi sulfur dalam bahan bakar

Sebagai gambaran komposisi dari beberapa bahan bakar sebagai berikut :

No Jenis Bahan Bakar C (%) H (%) O (%) N (%) S (%) abu

1 Batu bara 83,14 4,58 4,56 1,02 0,75 5,86

2 Ampas tebu 45 6 45 - - 2

3 Kayu 48,9 5,8 40,3 0,04 - 0,3

4 Residue 84,6 10,9 2,9 2,9 1,6 -

Kalor Jenis adalah jumlah panas (1 Kcal ) yang dibutuhkan oleh massa air seberat 1 kg untuk menaikkan suhunya 1 C atau 1 Kcal/ Kg C

Dengan menggunakan hukum kesetimbangan energi, maka energi panas

yang dibutuhkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar dengan sejumlah benda yang dipanaskan dapat di tulis sebagai :

Y (kg ) (Kcal/ kg C) delta T c = X (kg bb) L ( Kcal/kg bb) x efisiensi

sehingga nilai pembakaran bahan bakar dapat ditulis : L = Y x delta T / X x efisiensi

Efisiensi = reddemen bomb calorimeter (alat untuk menguji nilai pembakaran dari bahan bakar). Sebagai perbandingan nilai masing-masing bahar bakar : minyak tanah : 10.000 Kcal/kg ; batu bara : 5000 Kcal/kg.

Dari persamaan diatas maka kalau ruas kiri adalah kapasitas kalori yang diserap oleh benda uji, dan ruas kanan adalah besarnya daya heater listrik yang dipakai untuk memenaskan benda uji maka kalor jenis dapat ditulis sebagai :

Kj = 0,85 x ( X x efisiensi / B x delta T)dengan : B : kapasitas aliran benda uji; X : tenaga heater; delat T : suhu yang dicapai

Kalor jenis dari beberapa bahan panganNo Jenis Bahan Pangan Kalor Jenis (Kcal/kg C)

0 s/d 100 C < 0 C

1 Apel 0,9 0,45

2 Pisang 0,8 0,42

3 Anggur 0,9 0,46

4 Nanas 0,88 0,45

5 Semangka 0,94 0,48

6 Asparagus 9,94 0,48

7 Kol 0,94 0,47

8 Wortel 0,86 0,45

9 Jangung 0,8 0,43

Bahan “ Burner” Pembakar

Batu bara dan bahan bakar cair memiliki komposisi S, H, dan O, sehingga selain bisa menghasilkan energi panas, namun demikian emisi gas buangnya berupa gas sulfat (H 2SO4) atau asam sulfat (H2SO2) akan mengakibatkan korosi pada mesin. Gas ini bila memasuki udara dapat menjadi awan dan jatuh menjadi hujan asam yang dapat merusak kesuburan tanah. Gas SO2 juga dapat merusak mata maupun paru-paru. Emisi gas buang lainnya yaitu berupa gas CO2 dan CO. Gas CO terbentuk karena adanya pembakaran yang tidak sempurna.

Untuk bahan bakar padat bisa menggunakan perpaduan antara blower (pensupply udara) dengan stoker, travelling gade conveyer, sprider stocker, untuk bahan bakar cair dengan pneumatic conveyor (karburator pada motor motor bensin), rotary burner, steam otomazing burner.

Rotary burner, bahan bakar ditekan dengan menggunakan pompa tekanan tinggi, disemprotkan dan melewati nozle-nozle dengan diameter kecil, sehingga minyak bakar menjadi kabut. Pada outlet yang sama disuply udara dari blower. Outlet dari burner diarahkan ke lorong api.

Spray gas (udara dan bahan bakar) bakar menstimulasi peralatan (ketel uap, heater dll ) dengan tiga kemungkinan : (a). Proses perpindahan panas secara radiasi (b). Secara konduksi (c). Secara konveksi.

Unjuk Kerja Mesin Pembangkit

Daya optimal akan dicapai oleh mesin pembangkit pada keadaan efisiensi yang optimal. Secara teori besarnya daya mesin pembangkit merupakan kurva linear dengan bahan bakar yang dikonsumsi. Krugian kerugian energi pada mesin pembangkit merpakan fungsi kuadrat dari kecepatan putar porors mesin itu dan kurva efisiensi di gambarkan sebagai hubungan antara kurva ideal dengan kurva kehilangan energi.

Hubungan antara konsumsi bahan bakar m kg/jam dengan kecepatan V m/det, beban daya (kg) dan beban arus listrik terpakai I (ampere) dapat ditulis sebagai :

L (Kcal/kg) x m (kg/jam) x efisiensi = 632 (Kcal/ HP. Jam) x Ne (HP)sehingga konsumsi bahan bakar :

m = 632 x (Ne/efisiensi x L)dimana : Ne = tenaga effektif mesin pembangkit

L = panas pembakaran bahan bakarefisiensi = 0,15 s/d 0,80m = konsumsi bahan bakar632 = angka konversi

Contoh :

Rancang sebuah mesin penetas telur dengan kapasitas 1000 butir per tetasan

Perhitungan :

Dirancang ada 4 tingkatan rak dengan masing-masing tingkatan rak 250 butir telur (ukuran 65 x 75 cm). Rak dibuat dari kawat nyamuk, lamanya penetasan efektif selama 21 hari, suhu penetasan 38 C. bila berat 1 butir telur 60 gram maka berat keseluruhan 1000 x 60 = 60 kg. kalor jenis telur 0,76 Kcal/kg C. untuk suhu 38 C atau 30 % dari suhu nyala api diperkirakan efisiensinya 3 %. Jika mesin penetas telur ini menggunakan bahan bakar minyak maka kunsumsi minyak bakarnya :

m = (60 x 0,76 x 15 ) / (21 x 24 x 1000 x 0,03)

= 0,005 kg/jam = 5 gr/jam

seluruh minyak yang dihabiskan

0,005 kg/jam x 21 x 24 jam = 3 liter

Bila memakai heater/listrik, maka besarnya tenaga elemen :

X = ( 60 x 0,76 x 15) /(0,85 x 0,03 x 21 x 24) = 53,22 watt

Kendali Pembakaran

Maksud pengendalian pembakaran adalah mengatur secara otomatis nyala burner sesuai dengan naik turunnya kebutuhan daya oleh pemakai dengan menggunakan sensor cahaya dari nyala api sebagai umpan balik dari sistem kendalinya. Sehingga efisiensi pembakar meningkat dan konsumsi bahan bakar menururn. Dengan menggunakan patokan bensin (premium) sebagai bahan bakar , maka untuk mecapai pembakaran yang sempurna : 1 kg bahan bakar memerlukan 15 kg udara.

Banyak sedikitnya konsumsi bahan bakar dan udara akan mempengaruhi besar kecilnya kapasitas gas buang, selain daya yang dibangkitkan. Untuk setia[ pembakaran 1 kg bahan bakar akan dihasilkan gas emisi 3 kg CO, dan 1,44 kg H2O, total kandungan gas NO 16 kg gas asap. Sehingga kasitas gas buang adalah :

m = 0,96 (Ne/ efisiensi) Kg /jam

dimana efisiensi menurun sesuai dengan semakin banyaknya jam kerja mesin ( sekitar 10.000 jam kerja) dan dirumuskan sebagai :

efisiensi x (t) = efiensi x (O) x e pangkat – lamda . e. t

lamda = koefisien penurunan kekuatan bahan mesin : 0,251

e = ekponensial: 2,718

t = jam kerja

Perhitungan Pembangkit Panas

Untuk suatu proses pengeringan diperlukan 32.689 Kcal tiap siklus kerja ( tiap siklus kerja 135 menit). Bila efisiensi mesin pengering 52,8 % untuk mensupply panas pada mesin pengering diperlukan mesin pembangkit panas dengan efisiensi total 15 %.

ditanyakan

a. pemilhan burner dan sistem pembuangan gas emisi dari sistem pembangkit panas

b. untuk mampu mendukungoperasi rutin dan pengisisn tangki cadangan bahan bakar diharapkan sekali sebulan, tentukan kapasitas tangki cadangan bahan bakarnya

Jawab :

Kebutuhan Kalor = 32.680/1,25 x 632 = 41, 37 HP

a. Perhitngan burner

Kapasitas bahan bakar

m = 632 x (41,37/0,15 x 0,528 x 10.000) = 33 kg / jam

Kapasitas blower supply :

m udara = 15 x 33 = 495 kg/jam

kapasitas gas asap yang dikeluarkan dari mesin pembangkit :

495 + 33 = 528 kg /jam

Bila berat jenis gas asap 1 kg/ m3 denga kecepatan tarikan gas secara alami sekitar 0,5 m/det maka luasan cerobong asap minimal :

= (528)/ (0,5 x 3600) = 0,3 m 2

b . Bila satu bulan = 25 hari kerja dan tiap hari kerja = 24 jam , maka kapasistas tangki penyimpanan bahan bakar adalah :

= 25 x 24 x 33 = 19.800 kg = 24.750 liter = 25 m kubik.

Perancanaa Power HousePersmaan-persamaan di atas ada yang mencerminkan kapasistas pompa dan volume tangki penyimpan, ada yang mencerminkan kapasitas blower dan penarik gas dari pembakaran. Bila di dalamnya bekerja para isnpektor dan tukang-tukan , maka perlu adanya perancangan kebutuhan udara untuk pernapasan tiap satu orang = 10.000 liter/hari, bila ditulis kesetraan hubungan kebutuhan udara antara manusia dengan mesin pembangkit pembakaran :

1 HP = 10 orang

Kebutuhan luasan ruangan stndart untuk fasilitas perdagangan dan industri : untuk industri ttidak mengolah sumber alam : 100 m 2 / pekerja; industri yang mengolah sumber alam : 25 m2/pekerja.

Sebagai gambaran kendala yang juga diperlukan sebagai pertimbangan perencanaa luas power house adalah kegiatan dengan kesetaraan :

pembakaran sebatang rokok : 0,1 s/d 0,2 HP; kompor minyak : 10 HP; sedan : 15 sd 30 HP; jeep : 30 sd 55 HP; station wagon : 50 sd 100; bus : 150 sd 215 HP ; dump truk : 350 HP

Perhitungan Power HouseContohMesin pembangkit panas jenis pembakaran dengan kemampuan daya yang bisa dikembangkan : 50 HP yang dioperasikan seorang mekanik dan seorang pembantu, berapakah luasan pembangkit tenaga.JawabKebutuhan udara untuk mesin pembakar

= 50. 10 . 10.000 liter/hari = 5 000 m 3 / harikebutuhan udara untuk operator mesin dengan pembantunya = 20.000 liter/hariRuang mesin biasanya terdiri dari 3 mesin pembangkitdengan daya yang sama maka kebutuhan udaranya adalah :

= 1,67 juta + 20.000 = 1.690.000 liter/hari= 19,5 liter /detik

Jadi kebutuhan ruang pembangkit tenaga diperlukan :- ventilator/blower pengisi udara ke dalam ruangan dengan kapasitas : 2. 19,5 =39 liter/detik-ventilator/blower penarik udara suhu panas 50 C dari dalam ruangan mesin ke luar : (39 + 0,0047) (0,02. 50 + 1) = 78,25 liter/detikBila tidak menggunakan blower pengisi maupun penarik dari dan ke dalam riang pembangkit, maka kebutuhan volume ruang mesin pembangkit paling sedikit adalah 4079 m3 atau 4232 m3 dengan ukuran 23 x 23 x 8 m