LAPORAN PRAKTIKUM OPERASI SISTEM ENERGI I

“ SISTEM PENGOLAH AIR KETEL “

DI LAB. MESIN TERMAL TEKNIK KONVERSI ENERGI

disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Operasi Sistem Energi I

Oleh :

Ade Hadi Santoso 101711001

Azis Nur Rikmat 101711006

Silvi Wildia Hariadi 101711062

JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLTEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Listrik sudah menjadi kebutuhan yang tidak terpisahkan lagi di dalam

kehidupan. Listrik dewasa ini sudah menjadi bagian yang sangat vital, kehidupan

masyarakat dapat terangkat dengan adanya listrik dan begitupun sebaliknya

kelumpuhan aktivitas dapat terjadi karena padamnya listrik.

Pembangkit listrik konvensional yang masih banyak digunakan adalah

pembangkit listrik tenaga uap. Dengan berbahan bakar batu bara maupun solar air

dapat di konversi menjadi uap sehingga dapat memutarkan turbin. Dalam PLTU

ataupun pembangkit listrik tenaga lainnya dibutuhkan operasi sistem energi yang

bertujuan untuk melakukan perawatan dan pemantauwan keseluruhan sistem

pembangkit.

Dalam sistem PLTU, air merupakan komponen utama yang nantinya akan

dipanaskan sehingga fasanya berubah menjadi uap dan memutar turbin. Suplai utama

air dari pompa utama ke sistem awal pembangkit menjadi perhatian utama

dikarenakan debit air yang masuk dan juga kualitas serta kandungan air harus

diperhatikan sebelum air tersebut memasuki tungku pembakaran. Keasaman dan

kandungan mineral air harus disesuaikan dengan standar kerja boiler agar kinerja dari

boiler dapat optimal.Untuk itu, penyusun dalam laporan ini akan menganalisis

tentang Sistem Pengolah Air Ketel pada boiler di Laboratorium Termal Teknik

Konversi Energi.

1.1 Tujuan Praktikum

Mengenal alat-alat atau komponen pengolah air ketel pada sistem operasi PLTU

di Lab. Termal Teknik Konversi Energi.

Mempelajari dan memahami proses pengolahan air ketel pada boiler.

Mampu mengoperasikan dan melakukan monitoring suatu sistem pengolahan air

ketel PLTU.

1.2 Batasan Masalah

Laporan ini membahas mengenai sistem pengolahan air pada ketel yang ada

di laboratorium bawah teknik energi dengan perhitungan konsumsi energinya.

1.3 Metode Pengumpulan Data

Pengumpulan data dilakukan dengan beberapa metode diantaranya :

1. Metode Observasi

Cara memperoleh data dengan metode ini dilakukan dengan

melakukan observasi langsung ke lokasi pengolahan air ketel di

laboratorium bawah teknik energy.

2. Metode interview

Metode ini dilakukan dengan cara bertanya langsung pada teknisi

atau dosen yang bersangkutan serta melakukan diskusi mengenai sistem

Pengolahan air ketel.

3. Metode Studi Pustaka

Data diperoleh dengan mencari referensi dari berbagai buku yang bersangkutan dengan sistim pengolahan air ketel.

4. Metode Browsing Internet

Metode ini mudah untuk dilakukan, data yang kita butuhkan cukup diambil dari internet dengan cara browsing dan data yang diinginkan dapat disesuaikan dengan kebutuhan kita.

1.4 Sistematika Penulisan Laporan

Laporan ini terdiri dari 4 Bab yaitu Bab I pendahuluan membahas

mengenai air dan sistem pengolahan air secara umum, Bab II dasar teori membahas

mengenai bagaimana sistem pengolahan air ketel di laboratorium bawah teknik

konversi energi, Bab III data, analisis dan pembahsan berisi mengenai data hasil

pengamatan beserta analisi perhitungannya dan terakhir Bab IV kesimpulan dan

saran.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Air Umpan Ketel

Boiler adalah tungku dalam berbagai bentuk dan ukuran yang digunakan untuk

menghasilkan uap lewat penguapan air untuk dipakai pada pembangkit tenaga listrik

lewat turbin, proses kimia, dan pemanasan dalam produksi.

Sistem kerjanya yaitu air diubah menjadi uap. Panas disalurkan ke air dalam

boiler, dan uap yang dihasilkan terus – menerus. Feed water boiler dikirim ke boiler

untuk menggantikan uap yang hilang. Saat uap meninggalkan air boiler, partikel padat

yang terlarut semula dalam feed water boiler tertinggal.

Partikel padat yang tertinggal menjadi makin terkonsentrasi, dan pada saatnya

mencapai suatu level dimana konsentrasi lebih lanjut akan menyebabkan kerak atau

endapan untuk membentuk pada logam boiler.

2.2 Persyaratan Air Umpan Ketel

Penggunaan air umpan ketel yang tidak memenuhi persyaratan akan

menimbulkan beberapa masalah, antara lain:

Pembentukan kerak

Terjadinya korosi

Pembentukan busa

Air umpan ketel harus memenuhi prasyarat tertentu seperti yang diuraikan dalam

tabel di bawah ini :

Parameter Satuan Pengendalian Batas

Ph Unit 10.5 – 11.5

Conductivity µmhos/cm 5000, max

TDS Ppm 3500, max

P – Alkalinity Ppm -

M – Alkalinity Ppm 800, max

O – Alkalinity Ppm 2.5 x SiO2, min

T. Hardness Ppm -

Silica Ppm 150, max

Besi Ppm 2, max

Phosphat residual Ppm 20 – 50

Sulfite residual Ppm 20 – 50

pH condensate Unit 8.0 – 9.0

NALCOH. Reference

Pembentukan Kerak Ketel

Kerak pada ketel dapat terjadi karena pengendapan (precipitation)

langsung dari zat pengotor pada permukaan perpindahan panas, atau karena

pengendapan zat tersuspensi dalam air yang kemudian, melekat pada logam

dan menjadi keras. Kerak dapat mengakibatkan terjadinya pemanasan-lanjut

setempat (local overheating) dan logam ketel gagal berfungsi (failure).

Korosi pada Ketel

Pengertian korosi secara sederhana adalah perubahan kembali logam

menjadi bentuk bijihnya. Proses korosi sebenarnya merupakan proses

elektrokimia yang rumit dan kompleks. Korosi dapat menimbulkan kerusakan

yang luas pada permukaan logam.

Penyebab utama timbulnya korosi, antara lain :

pH air yang rendah

Gas-gas yang terlarut dalam air seperti : O2 , CO2, dan lain-lain

Garam-garam terlarut dan padatan tersuspensi

Kontak antara permukaan logam dan air menyebabkan terjadinya reaksi

korosi sebagai berikut :

Fe + 2 H2O ↔ Fe(OH)2 + H2

Reaksi di atas pada suatu saat akan mencapai keadaan kesetimbangan

dan korosi tidak akan berlanjut; akan tetapi adanya oksigen terlarut dan pH air

yang rendah akan mengakibatkan terganggunya kesetimbangan dan reaksi

bergeser ke sebelah kanan. Reaksi yang terjadi akibat adanya oksigen dan pH

yang rendah adalah sebagai berikut :

4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O ↔ Fe(OH)3

2 H2 + O2 ↔ 2 H2O

Fe(OH)2 + 2 H+ ↔ Fe2+ + 2 H2O

Pergeseran arah reaksi korosi ke sebelah kanan menyebabkan

berlanjutnya peristiwa korosi pada logam-ketel. Alkalinitas yang rendah dan

adanya garam-garam dan padatan terlarut dalam air dapat membantu terjadinya

korosi.

Pembentukan busa

Pembentukan busa (foaming) adalah peristiwa pembentukan gelembung-

gelembung di atas permukaan air dalam drum boiler. Penyebab timbulnya busa

adalah adanya kontaminasi oleh zat-zat organik atau zat-zat kimia yang ada

dalam air ketel tidak terkontrol dengan baik. Busa dapat mempersempit ruang

pelepasan uap-panas (steam-release space) dan dapat menyebabkan terbawanya

air serta kotoran-kotoran bersama-sama uap air. Kerugian yang dapat

ditimbulkan oleh hal ini adalah terjadinya endapan dan korosi pada logam-

logam dalam sistem ketel. Untuk mengatasi permasalahan di atas perlu

diterapkan persyaratan terhadap air umpan ketel. Persyaratantersebut

bergantung kepada tekanan kerja ketel seperti terlihat di Tabel berikut :

Tabel 2.1 Persyaratan air ketel pada berbagai tekanan kerja

2.1 Pengolahan Air Umpan Ketel Secara Umum

Sebelum digunakan sebagai air umpan yang berasal dari berbagai jenis

sumber, setelah mengalami pengolahan pendahuluan (pengolahan eksternal ), air

umpan boiler harus mengalami pengolahan khusus. Pengolahan ini menggunakan

berbagai macam zat kimia, yang diinjeksikan atau ditambahkan ke air umpan

boiler.

Penambahan bahan kimia ini diharapkan dapat digunakan untuk mencegah

berbagai akibat yang dapat merugikan performansi kerja dari ketel. Penambahan

bahan-bahan kimia pada air umpan boiler merupakan proses yang esensial, terlepas

dari kenyataan apakah air itu diolah atau tidak sebelumnya. Oleh karena itu,

pengolahan eksternal dalam beberapa hal tidak diperlukan, sehingga air dapat

langsung digunakan setelah penambahan beberapa bahan-bahan kimia saja.

Contoh penambahan bahan-bahan kimia pada air umpan ketel tanpa harus

mengalami pengolahan terlebih dahulu adalah :

apabila ketel beroperasi pada tekanan rendah atau sedang

apabila sejumlah besar kondensat digunakan kembali sebagai air umpan

atau bila air baku yang digunakan untuk air umpan ketel telah memiliki

kualitas yang baik.

Proses pengolahan air dengan penambahan bahan-bahan kimia ini memiliki

beberapa kesulitan. Kesulitan yang utama adalah adalah bila kesadahan air umpan

sangat tinggi sehingga banyak lumpur yang terbentuk. Hal ini dapat menaikkan

jumlah blow down. Pengolahan air umpan ketel dengan penambahan bahan-bahan

kimia yang dilakukan tanpa pengolahan pendahuluan (pengolahan eksternal) juga

memperbesar kemungkinan pembentukan kerak pada sistem sebelum ketel dan

pada saluran-saluran air umpan.

Cara Kerja Pengoperasian Sistem Pengolah Ait Ketel :

1. Periksa katup utama saluran air utama, pastikan dalam keadaan baik dan terbuka penuh.

2. Periksa katup kedua yang menyalurkan air utama ke softener.

3. Tutup katup by pass agar air tidak naik ke tangki water treatment.

4. Buka katup aliran menuju tangki softener

5. Tutup katup blow down.

6. Pastikan pompa zat penambah dalam keadaan stand by.

7. Pastikan katup saluran keluar dalam keadaan terbuka penuh.

BAB III

ANALISA DATA

3.1 Data Pengamatan

No. Waktu Posisi Meter Air (m3)

1 13.25 48843

2 13.30 48843

3 13.35 48843

4 13.40 48843

5 13.45 48843

6 13.50 48843

7 13.55 48843

8 14.00 48848

9 14.05 48848

10 14.10 48848

11 14.15 48851

12 14.20 48851

13 14.25 48854

14 14.30 48857

15 14.35 48859

16 14.40 48863

17 14.45 48866

18 14.50 48867

19 14.55 48871

20 15.00 48874

21 15.05 48878

22 15.10 48879

23 15.15 48883

24 15.20 48887

25 15.25 48890

26 15.30 48891

Pengukuran pH air umpan ketel pada saat praktikum adalah pH nya 6.

3.2 Parameter Perhitungan Konsumsi Energi

P (Bar) ∆P (mmHg) K Tair ( oC)

2 10 85,26 x 10-6 25

3.3 Pengolahan Data

Dengan ρ = 997,1 kg/ m3

Dan Debit Air (Q) : VT

= 48843

300 = 162,81 m3/s

ṁ = ρ x Q

= (997,1 kg/ m3 ) x (162,81 m3/s)

= 162337,851 kg/s

Ppompa = P.Q

= 2 x 162,81 =325,62 x 10 6 kJ/s

Konsumsi Energinya : Pponpa

ṁ = 325,62 x 10 6 kJ/s / 162337,851 kg/s

= 0,0020058 x 10 6

= 200,58 kJ/kg

3.4 Perhitungan energi yang tersimpan

Diketahui : Ketinggian pipa 1 = 3 m Ketinggian pipa 2 = 0,48 m Ketinggian pipa 3 = 0,14 m Ketinggian pipa 4 = 0,24 m Ketinggian pipa 5 = 0,63 m Ketinggian pipa 6 = 0,3 m Ketinggian pipa 7 = 0,49 m Ketinggian pipa 8 = 0,38 m Diameter pipa 1, 2 dan 3 = 0,062 m Diameter pipa 4 =0,035 m Diameter pipa 5 dan 8 = 0,0286 m Diameter pipa 6 dan 7 = 0,022 m

Menghitung kecepatan aliran air pada masing-masing pipa

v0= v1

Q = A.v0

v0= QA

= 2,7 x10−4

3,14¿¿= 0,09

ms

Pipa 1 ke 2

½ ρ.v12 + ρ.g.h1= ½ ρ.2 + ρ.g.h2

½ (0,09)2 + 9,8 (3) = ½ v22 + 9,8 (0,48)

(4,05 x 10-3)+ 29,4 = ½ v22+ 4,704

29,4 – 4,704 = ½ v22

24,69 = ½ v22

v22 = 49,38

v2 = 7,02 ms

Pipa 2 ke 3

½ ρ.v22 + ρ.g.h2= ½ ρ.v3+ ρ.g.h3

½ (7,02)2 + 9,8 (0,48) = ½ v32 + 9,8 (0,14)

24,64+ 4,704 = ½ v32+ 1,372

29,972 = ½ V32

v32 = 55,94

v3 = 7,47ms

Pipa 3 ke 4

½ ρ.v32 + ρ.g.h3= ½ ρ.v4+ ρ.g.h4

½ (7,47)2 + 9,8 (0,14) = ½ v42 + 9,8 (0,24)

27,9+ 1,372 = ½ v42+ 2,352

26,92 = ½ v42

v42 = 53,84

v4 = 7,33ms

Pipa 4 ke 5

½ ρ.v42 + ρ.g.h4 = ½ ρ.v5+ ρ.g.h5

½ (7,33)2 + 9,8 (0,24) = ½ v52 + 9,8 (0,03)

26,86+ 2,352 = ½ v52+ 6,17

23,04 = ½ v52

v52 = 46,08

v5 = 6,78ms

Pipa 5 ke 6

½ ρ.v52 + ρ.g.h5= ½ ρ.v6+ ρ.g.h6

½ (6,78)2 + 9,8 (0,63) = ½ v62 + 9,8 (0,3)

22,98+ 6,17 = ½ v62+ 2,94

26,21 = ½ v62

v62 = 52,42

v6 = 7,24ms

Pipa 6 ke 7

½ ρ.v62 + ρ.g.h6= ½ ρ.v7+ ρ.g.h7

½ (7,24)2 + 9,8 (0,3) = ½ v72 + 9,8 (0,49)

26,20+ 2,94 = ½ v72+ 4,802

24,33 = ½ v72

v72 = 48,67

v7 = 6,97ms

Pipa 7 ke 8

Ketinggian pipa 7 ke 8

h7-8= h5 + h8

= 0,63 + 0,38 = 1,01 m

½ ρ.v72 + ρ.g.h7= ½ ρ.v8+ ρ.g.h8

½ (6,97)2 + 9,8 (0,49) = ½ v82 + 9,8 (1,01)

24,29+ 4,802 = ½ v82+ 9,898

19,19 = ½ v82

v82 = 38,38

v8 = 6,195ms

Menghitung bilangan Reynold

Mencari µ pada T 25 ˚C (asumsi temperature air)

30−2530−20

= 0,7975−x

0,7975−1,002

0,5 = 0,7975−x−0,2045

-0,10225 = 0,7975 - x

x = 0,89975 x 10-3

µ = 0,89975 x 10-3 N.s/m2

Mencari ρ pada T 25 ˚C

30−2530−20

= 995,7−x

995,7−998,2

0,5 = 995,7−x

−2,5

-1,25 = 995,7 – x

x = 996,95

ρ = 996,95 kg/m3

diketahui :

Diameter pipa 8 = 2,86 cm = 0,0286 m Kecepatan aliran pipa 8 = 6,195 m/s

Mencari bilangan Reynold :

Re = ρ . D . v

µ =

996,95 x0,0286 x 6,195

0,89975 x10−3 = 196317,43 (Aliran Turbulen)

Asumsi bahwa bahan pipa terbuat dari galvanized, ɛ = 1,5 x 10-4

ɛD

= 1,5 x 10−4

0,0286 = 0,00524

Menggunakan diagram Moody, didapatkan f = 0,03

Mencari rugi-rugi aliran dalam pipa

hf = f lD

C2

2 g = 0,03

(0,38)(0,0286)

(6,195)2

2(9,8)= 0,78

sehingga menggunakan persamaan bernoulli, neraca energi pada pipa 7 dan 8 adalah

# Headnya

z7 + p 7pg

+ C 7 2

←

2 g + Hp = Z8 +

P 8Pg

+ C 8 2

←

2 g + hf

0,49 + (6,79)2(9,8) + Hp =1.01 +

(6.195)2(9,8)

+ 0.78

0.49 + 2.47 + Hp + 1.01 +1.95 + 0.78

2.96 +Hp = 3.74

Hp = 3.74 – 2.96

Hp = 0.78

#Daya Hidrolik

Ph = ρ.g.H.V

= 996.95. (9,8) . 0,78 . 6,195

= 47210,15 w

Tabel Hasil Perhitungan Konsumsi Energinya :

No.

Q (debit)

m3/s

ṁ

kg/s

Ppompa

kJ/s

Energinya

kJ/kg

1. 162,81 162337,851 325,62 x 10 6 200,58

2. 162,82 162347,82 325,64 x 10 6 200,58

3. 162,83 162357,79 325,66 x 10 6 200,58

4. 162,84 162367,76 325,68 x 10 6 200,58

5. 162,85 162377,73 325,7 x 10 6 200,58

6. 162,86 162387,70 325,72 x 10 6 200,58

7. 162,87 162397,67 325,74 x 10 6 200,58

8. 162,88 162407,64 325,76 x 10 6 200,58

9. 162,89 162417,16 325,78 x 10 6 200,58

10. 162,9 162427,59 325,8 x 10 6 200,58

11. 162,91 162437,56 325,82 x 10 6 200,58

12. 162,92 162447,53 325,84 x 10 6 200,58

13. 162,93 162457,50 325,86 x 10 6 200,58

14. 162,94 162467,47 325,88 x 10 6 200,58

15. 162,95 162477,44 325,9 x 10 6 200,58

16. 162,96 162487,41 325,92 x 10 6 200,58

17. 162,97 162497,38 325,94 x 10 6 200,58

PEMBAHASAN

Dari hasil praktikum, diperoleh data sampel pengukuran pH air umpan pada tangki

feed water boiler di Lab. Mesin Termal Teknik Konversi Energi sebesar 6 pH-nya. Dalam

hal ini berarti kualitas keasaman air umpan boiler tersebut masih cukup tinggi. Menurut

standar NALCOH reference persyaratan air umpan boiler, pH yang dianjurkan dalam batas

pengendalian adalah antara 10,5 hingga 11,5 dan apabila pHairnya rendah akan

mengakibatkan timbulnya korosi pada permukaan logam.Menurut kami pH air umpan

boiler di Lab. Mesin Termal masih dalam kondisi yang optimal, pHnya sudah mendekati

netral yakni pH 7, yang terpenting pH air umpan yang masuk boiler tidak terlalu rendah

atau derajat keasamannya tinggi. Dari hasil perhitungan, diperoleh energi yang

diberikanpompa penyedia air utama sebesar 200,58 kJ/Kg, selain itu energi yang diberikan

selama pengoperasian boiler besarnya konstan dengan mengabaikan rugi-rugi mayor

maupun minor pada pipa-pipa saluran air utama ke sistem pengolahan air ketel. Dapat

diketahui debit aliran air yang diolah pada sistem pengolahan air keteldalam selang waktu

lima menit mengalami kenaikan sebesar 0,01 m3/s ini dapat dikatakan bahwa debit air yang

masuk konstan.

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Sistem pengolahan air ketel di Lab. Mesin Termal Teknik Konversi Energi dapat

dikatakan masih berjalan dengan baik, dengan melihat parameter-parameter sebagai

berikut :

pH air dalam tangki feed water sebesar 6, sudah mendekati pH air netral

sebagai salah satu persyaratan air umpan boiler.

Energi yang dipakai untuk mengalirkan air utama dalam sistem pengolahan air

ketel selama pengoperasian boiler konstan yakni sebesar 200,58 kJ/Kg

4.2 Saran

Agar kinerja dari sistem pengolahan air ketel berjalan optimal diperlukan

perawatan pada komponen-komponen seperti softener, tangki feed water, tangki zat

penambah serta pada pipa saluran air utama. Pembersihan tangki feed water bagian

dalam dari korosi dirasakan perlu agar air umpan yang akan masuk ke boiler tidak lagi

mengandung mineral-mineral.