Analisis Destruksi Eksergi

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.2 Analisis Destruksi Eksergi

4.2.1 Analisis Destruksi Eksergi pada SRO Sederhana

Pada siklus SRO ini terdapat empat komponen utama dalam siklusnya antara lain pompa, evaporator, turbin, dan kondensor. Perhitungan analisis eksergi pada SRO mengacu pada lima variasi tekanan dimana tekanan diberikan pada pompa 9 – 13 bar.

Sehingga diperoleh deskruksi eksergi masing-masing komponen adalah sebagai berikut:

Kode Entalpi Entropi Mass Flow Temperatur Pressure Kualitas

KJ/kg KJ/kg-K kg/s ^OC bar Uap

1. Pompa

Gambar 4.1 Pompa (skenario tekanan pompa 9 bar)

Pompa merupakan komponen yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida kerja dan mengalirkan fluida kerja pada sistem. Dalam pengoptimasian fungsi pompa berdasarkan metode eksergi dipengaruhi oleh laju eksergi aliran masuk dan keluar pompa beserta kerja yang dibutuhkan pompa.

Secara teoritis mengacu kepada persamaan perhitungan destruksi eksergi pada bab 2 maka diperoleh laju destruksi eksergi pada pompa adalah sebgai berikut:

𝑊̇𝑝𝑢𝑚𝑝 = 𝟏. 𝟐𝟓 𝒌𝑾 ( nilai W didapat dari hasil simulasi pada Aspen Plus) 𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹1}= 𝑚 . 𝑒

= 𝑚 . (ℎ_{𝑂𝑅𝐶𝐹1}− ℎ₀) − 𝑇₀ (𝑠_{𝑂𝑅𝐶𝐹1}− 𝑠₀)

= 0.694𝑘𝑔

𝑠 (−8940.3𝑘𝐽

𝑘𝑔− (−8757.9𝑘𝐽 𝑘𝑔))

− 300𝐾 (−4.260 𝑘𝐽

𝑘𝑔. 𝐾 − (−3.625𝑘𝐽 𝑘𝑔. 𝐾))

= 5.71 𝑘𝑊

𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹2}= 𝑚 . 𝑒

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada pompa berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut.

Tabel 4.11 Destruksi Eksergi pada pompa

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada pompa dapat dilihat pada grafik

Gambar 4.2 Grafik destruksi eksergi pada Pompa

Berdasarkan grafik diatas dtunjukkan bahwa kecenderungan perubahan deestruksi eksergi akibat kenaikan tekanan pompa mengakibatkan peningkatan destruksi eskergi. Pada tekanan 9 bar destruksi eksergi adalah 0.87 kW dan meningkat ketika tekanan 13 bar adalah 1.36 kW. Kondisi ini disebabkan karena perubahan tekanan fluida kerja akan berdampak pada kebutuhan kerja pompa sehingga berdampak kepada besarnya destruksi eksergi yang dialami pompa.

2. Evaporator

Gambar 4.3 Evaporator (skenario tekanan 9 bar)

0.87 0.99 1.12 1.23 1.36

9 BAR 10 BAR 11 BAR 12 BAR 13 BAR

I Pump (kW)

Tekanan

Evaporator adalah komponen yang berfungsi untuk menaikkan temperatur fluida kerja serta merubah fasa fluida kerja dari kondisi cair menjadi uap. Dalam pengoptimasian fungsi evaporator berdasarkan metode eksergi dipengaruhi oleh laju eksergi aliran fluida panas masuk dan keluar evaporator beserta laju eksergi aliran fluida kerja masuk dan keluar evaporator.

Secara teoritis mengacu kepada persamaan perhitungan destruksi eksergi pada bab 2 maka diperoleh laju destruksi eksergi pada pompa adalah sebgai berikut:

𝐸̇_{𝐻𝑇𝐹3} = 𝑚 . 𝑒

= 0.694𝑘𝑔

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada pompa berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut.

Tabel 4.12 Destruksi eksergi pada evaporator

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada pompa dapat dilihat pada grafik

Gambar 4.4 Grafik destruksi eksergi pada evaporator

Berdasarkan grafik diatas dtunjukkan bahwa kecenderungan perubahan deestruksi eksergi pada evaporator akibat kenaikan tekanan pompa adalah terjadinya penurunan destruksi eskergi. Pada tekanan 9 bar destruksi eksergi adalah 24.08 kW dan menurun ketika tekanan 13 bar adalah 19.66 kW.

24.08

3. Turbin

Gambar 4.5 Turbin (Skenario tekanan 9 bar)

Turbin adalah komponen yang berfungsi untuk mengekspansi tekanan fluida kerja sehingga diproduksi kerja. Dalam pengoptimasian fungsi turbin berdasarkan metode eksergi dipengaruhi oleh laju eksergi aliran fluida kerja masuk dan keluar turbin beserta total kerja yang dihasilkan turbin.

Secara teoritis mengacu kepada persamaan perhitungan destruksi eksergi pada bab 2 maka diperoleh laju destruksi eksergi pada pompa adalah sebgai berikut:

𝑊̇_{𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛} = 𝟏𝟔. 𝟓𝟖 𝑲𝑾 ( nilai W didapat dari hasil simulasi pada Aspen Plus) 𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹3}= 𝑚 . 𝑒

= 𝑚 . (ℎ_{𝑂𝑅𝐶𝐹3}− ℎ₀− 𝑇₀ (𝑠_{𝑂𝑅𝐶𝐹3}− 𝑠₀)

= 0.694𝑘𝑔

𝑠 (−8667.2𝑘𝐽

𝑘𝑔− (−8757.9𝑘𝐽 𝑘𝑔))

− 300 𝐾 (−3.49286 𝑘𝐽

𝑘𝑔. 𝐾 − (−3.625𝑘𝐽 𝑘𝑔. 𝐾))

=35.28 W 𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹4}= 𝑚 . 𝑒

= 𝑚 . (ℎ_{𝑂𝑅𝐶𝐹4}− ℎ₀− 𝑇₀ (𝑠_{𝑂𝑅𝐶𝐹4}− 𝑠₀)

= 0.694𝑘𝑔

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada turbin berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut

Tabel 4.13 destruksi eksergi pada turbin

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada pompa dapat dilihat pada grafik

5.26 5.61 5.92 6.2 6.46

9 BAR 10 BAR 11 BAR 12 BAR 13 BAR

I Turbin (kW)

Tekanan

Gambar 4.6 Grafik Destruksi eksergi pada turbin

Berdasarkan grafik diatas dtunjukkann bahwa kecenderungan perubahan destruksi eksergi pada turbin akibat kenaikan tekanan pompa adalah terjadinya peningkatan destruksi eskergi. Pada tekanan 9 bar destruksi eksergi adalah 5.26 kW kW dan menurun ketika tekanan 13 bar adalah 6.46 kW.

4. Kondensor

Gambar 4.7 Kondensor (skenario tekanan 9 bar)

Kondensor adalah komponen yang berfungsi untuk mengembunkan kembali uap yang berasal dari turbin. Dalam pengoptimasian fungsi eksergi aliran

fluida dingin masuk dan keluar kondensor beserta laju eksergi aliran fluida kerja masuk dan keluar kondensor.

Secara teoritis mengacu kepada persamaan perhitungan destruksi eksergi pada bab 2 maka diperoleh laju destruksi eksergi pada pompa adalah sebgai berikut:

𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹4}= 𝑚 . 𝑒

𝐸̇_𝑊𝐶3 = 𝑚 . 𝑒

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada turbin berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut

Tabel 4.14 destruksi eksergi pada kondensor

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada kondensor dapat dilihat pada grafik

Gambar 4.8 Grafik destruksi eksergi pada kondensor

Berdasarkan grafik diatas dtunjukkann bahwa kecenderungan perubahan destruksi eksergi pada kondensor akibat kenaikan tekanan pompa adalah terjadinya peningkatan destruksi eskergi. Pada tekanan 9 bar destruksi eksergi adalah 16.98 kW dan menurun ketika tekanan 13 bar adalah 18.7 kW.

16.98

17.41

17.83

18.26

18.7

9 BAR 10 BAR 11 BAR 12 BAR 13 BAR

I kondensor (kW)

Tekanan

5. Ruang Pembakaran

Gambar 4.9 Ruang pembakaran (skenario tekanan 9 bar)

Ruang pembakaran merupakan tempat terjadinya pembakaran bahan bakar biomassa sehingga diperoleh panas pembakaran yang akan digunakan untuk memanaskan fluida thermal oil heater untuk selanjutnya memanaskan fluida kerja.

Analisa destruksi eksergi pada ruang bakar ditentukan dengan menghitung laju eksergi biomassa serta laju eksergi aliran-aliran yang terdapat pada ruang bakar seperti eksergi udara , eksergi gas buang.

Dalam menghitun eksergi biomassa mengacu kepada rumus yang digunakan pada

𝑒 = 1812.5 + 295.606𝐶 + 587.354𝐻 + 17.506𝑂 + 17.735𝑁 + 95.615𝑆

− 31.8𝐴

𝑒 = 1812.5 + 295.606 (48.63 %) + 587.354 (5.81 %) + 17.506 (38.95 %) + 17.735 (0.63 %) + 95.615 (0.09 %) − 31.8 (5.89 %)

𝑒 = 20115 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐸 = 𝑚̇ . 𝑒

= 0.052841667 kg/s x 20115 kJ/kg = 1062.910125 kW

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada turbin berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut

141

Berdasarkan tabel diatas dijelaskan bahwa destruksi eksergi pada ruang pembakarang seiring dengan naiknya tekanan mengakibatkan meningkatnya nilai destruksi eksergi dan jugag ditampilkan dalam bentuk grafik dibawah ini

Gambar 4.10 Grafik destruksi eksergi pada ruang pembakaran Tabel 4.15 destruksi eksergi pada ruang pembakaran

Berdasarkan grafik diatas semakin naik tekanan pada pompa maka nilai destruksi eksergi pada ruang pembakaran juga akan meningkat hanya saja peningkatan destruksi eksergi pada ruang pembakaran tidak terlalu besar tetapi paling besar menghasilkan destrusi eksergi dari semua komponen pada sistem.

4.2.2 Analisis Destruksi Eksergi pada SRO dengan Rakuperator

Pada siklus SRO Rekuperator ini terdapat lima komponen utama dalam siklusnya antara lain pompa, evaporator, turbin, dan kondensor dan Rekuperator.

Perhitungan analisis eksergi pada SRO mengacu pada lima variasi tekanan dimana tekanan diberikan pada pompa 9 – 13 bar.

Sehingga diperoleh deskruksi eksergi masing-masing komponen adalah sebagai berikut:

1.pompa

Gambar 4.11 Pompa (skenario tekanan 9 bar)

0

Sama halnya dengan fungsi pompa pada SRO sederhana, pengoptimasian fungsi pompa berdasarkan metode eksergi pada SRO dengan Rekuperator dipengaruhi oleh laju eksergi aliran masuk dan keluar pompa beserta kerja yang dibutuhkan pompa.

Pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada pompa berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut.

Tabel 4.16 destruksi eksergi pada pompa

Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada kondensor dapat dilihat pada grafik dibawah ini

Gambar 4.12 Grafik destruksi eksergi pada pompa

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

Berdasarkan pada Gambar 4.11 semakin naik tekanan yag diberikan destruksi eksergi juga akan semakin naik dimana pada tekanan 9 bar destruksi eksergi bernilai 0.87 kW dan pada tekanan 13 bar destruksi ekserginya bernilai 1.36 kW.

2. evaporator

Gambar 4.13 evaporator (skenario tekanan 9 bar)

Dalam pengoptimasian fungsi evaporator berdasarkan metode eksergi pada SRO dengan Rekuperator dipengaruhi oleh laju eksergi aliran fluida panas masuk dan keluar evaporator beserta laju eksergi aliran fluida kerja masuk dan keluar evaporator.

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada evaporator berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut.

Tabel 4.17 destruksi eksergi pada evaporator

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

Evaporator 𝐸̇_{𝐻𝑇𝐹3} 53.26 kW 53.30 kW 53.31 kW 53.30 kW 53.26 kW 𝐸̇_{𝐻𝑇𝐹4} 8.24 kW 8.24 kW 8.24 kW 8.24 kW 8.24 kW

𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹4} 35.28 kW 36.24 kW 37.07 kW 37.78 kW 38.39 kW 𝐸̇𝑂𝑅𝐶𝐹3

7.58 kW 7.53 kW 7.49 kW 7.46 kW 7.44 kW

𝐼̇_𝑒𝑣𝑎 17.32 kW 16.35kW 15.50 W 14.74 kW 14.07 kW 𝜂 _{𝐼 𝑒𝑣𝑎} 61.53 % 63.72 % 65.62 % 67.28 % 68.75 %

Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada kondensor dapat dilihat pada grafik dibawah ini

Gambar 4.14 Grafik destruksi eksergi pada evaporator

Berdasarkan grafik diatas dtunjukkann bahwa kecenderungan perubahan deestruksi eksergi di SRO Rekuperator pada evaporator akibat kenaikan tekanan pompa adalah terjadinya penurunan destruksi eskergi. Pada tekanan 9 bar destruksi eksergi adalah 17.32 kW dan menurun ketika tekanan 13 bar adalah 14.07 kW.

0 5 10 15 20

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

I Evaporator kW

Tekanan

3. turbin

Gambar 4.15 turbin (skenario tekanan 9 bar)

Dalam pengoptimasian fungsi turbin berdasarkan metode eksergi pada SRO Rekuperator dipengaruhi oleh laju eksergi aliran fluida kerja masuk dan keluar turbin beserta total kerja yang dihasilkan turbin.

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada turbin berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut.

Tabel 4.18 destruksi eksergi pada turbin

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

Turbin

𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹4} 35.28 kW 36.24 kW 37.07 kW 37.78 kW 38.39 kW 𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹5} 13.44 kW 13.09 kW 12.77 kW 12.47 kW 12.19 kW 𝐼̇_{𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛} 5.26 kW 5.61 kW 5.92 kW 6.20 kW 6.46 kW 𝑊̇_{𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛} 16.58 kW 17.54 kW 18.38 kW 19.11 kW 19.74 kW 𝜂 _{𝐼 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛} 75.92 % 75.75 % 75.63 % 75.51 % 75.35 %

0 1 2 3 4 5 6 7

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

I Turbin KW

Tekanan

Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada turbin dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.16 Grafik destruksi eksergi pada turbin

Berdasarkan grafik diatas dtunjukkann bahwa kecenderungan perubahan destruksi eksergi pada turbin akibat kenaikan tekanan pompa adalah terjadinya peningkatan destruksi eskergi. Pada tekanan 9 bar destruksi eksergi adalah 5.26 kW kW dan menurun ketika tekanan 13 bar adalah 6.46 kW.

4. Rekuperator

Gambar 4.17 Rekuperator (skenario tekanan 9 bar)

Dalam pengoptimasianya fungsi Rekuperator dalam SRO ini untuk memanfaatkan panas yang masih terkandung pada stream aliran keluaran turbin.

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada Rekuperator berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut.

Tabel 4.19 destruksi eksergi pada Rekuperator

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada Rekuperator dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.18 Grafik destruksi eksergi pada rekuperator 0

Berdasarkan grafik diatas dtunjukkann bahwa kecenderungan perubahan destruksi eksergi pada rekuperator akibat kenaikan tekanan pompa adalah terjadinya penurunan destruksi eskergi. Pada tekanan 9 bar destruksi eksergi adalah 2.16 kW dan menurun ketika tekanan 13 bar adalah 1.53 kW.

5. kondensor

Gambar 4.19 kondensor (skenario tekanan 9 bar)

Dalam pengoptimasian kondensor aliran fluida dingin masuk dan keluar kondensor beserta laju eksergi aliran fluida kerja masuk dan keluar kondensor.

Sedangkan pengaruh perubahan tekanan pompa terhadap destruksi eksergi pada Rekuperator berdasarkan analisis Aspen Plus adalah sebagai berikut.

Tabel 4.20 destruksi eksergi pada kondensor

Komponen Parameter Tekanan

9 bar 10 bar 11 bar 12 bar 13 bar

Kondensor

𝐸̇_𝑊𝐶2 0.18 kW 0.18 kW 0.18 kW 0.18 kW 0.18 kW 𝐸̇_𝑊𝐶3 1.16 kW 1.15 kW 1.14 kW 1.13 kW 1.13 kW 𝐸̇ 9.79 kW 9.72 kW 9.65 kW 9.59 kW 9.53 kW

𝐸̇_{𝑂𝑅𝐶𝐹1} 5.71 kW 5.71 kW 5.71 kW 5.71 kW 5.71 kW 𝐼̇_{𝑐𝑜𝑛𝑑} 3.10 kW 3.04 kW 2.98 kW 2.93 kW 2.87 kW 𝜂 _{𝐼 𝑐𝑜𝑛𝑑} 23.94 % 24.11 % 24.29 % 24.40 % 24.79 %

Berdasarkan data tabel diatas maka didapat kecenderungan daripada laju destruksi eksergi pada kondensor dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.20 Grafik destruksi eksergi pada kondensor

Berdasarkan grafik diatas dtunjukkann bahwa kecenderungan perubahan destruksi eksergi pada rekuperator akibat kenaikan tekanan pompa adalah terjadinya penurunan destruksi eskergi. Pada tekanan 9 bar destruksi eksergi adalah 3.10 kW dan menurun ketika tekanan 13 bar adalah 2.87 kW.

3.1

6. ruang pembakran

Gambar 4.21 Ruang pembakaran (skenario tekanan 9 bar)

Ruang pembakaran merupakan tempat terjadinya pembakaran bahan bakar biomassa sehingga diperoleh panas pembakaran yang akan digunakan untuk memanaskan fluida thermal oil heater untuk selanjutnya memanaskan fluida kerja.

Analisa destruksi eksergi pada ruang bakar di sistem SRO Rekuperator ditentukan dengan menghitung laju eksergi biomassa serta laju eksergi aliran-aliran yang terdapat pada ruang bakar seperti eksergi udara , eksergi gas buang.

Tabel 4.21 destruksi eksergi pada ruang pembakaran

Berdasarkan tabel diatas dijelaskan bahwa destruksi eksergi pada ruang pembakaran seiring dengan naiknya tekanan mengakibatkan meningkatnya nilai destr uksi eksergi dan jugag ditampilkan dalam bentuk grafik dibawah ini

128.50

1.36