KOGENERASI
SIKLUS ATAS SISTEM KOMBINASI
Di Susun Oleh :
Ridho Anugerah 061440410806 Rizka Elvira Husni 061440410807
Dosen Pengajar : Tahdid S.T.,M.T
Program Studi Teknik Energi Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Sriwijaya
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Saat ini, listrik merupakan salah satu kebutuhan utama kehidupan modern dan ketersediaannya dalam jumlah dan mutu yang cukup, menjadi syarat bagi suatu masyarakat yang memiliki taraf kehidupan yang baik dan perkembangan industri yang maju. Kebutuhan masyarakat akan energi listrik sudah mencapai taraf adictif (ketergantungan), sehingga bisa dikatakan listrik juga termasuk kebutuhan primer manusia selain sandang, pangan dan papan. Kebutuhan manusia terhadap listrik yang semakin meningkat setiap harinya membuat pihak terkait perlu memikirkan pembangkit tenaga listrik. Ada bermacam-macam jenis pembangkit tenaga listrik, jenisnya tergantung dari medium kerjanya.
Cara umum (konvensional) untuk memenuhi kebutuhan energi listrik dan energi panas ialah dengan membangkitkan listrik dengan generator dan membangkitkan panas dengan boiler, tungku pembakaran dan lain–lain. Meski demikian, pengurangan dari total pemakaian bahan bakar dapat dicapai, jika kogenerasi (dikenal juga dengan combined heat and power, CHP) diterapkan. Dua bentuk energi yang umumnya digunakan adalah energi mekanik dan energi panas. Energi mekanik biasanya digunakan untuk menjalankan generator, sehingga kogenerasi disebut juga: “is the combined production of electrical (or mechanical) and useful thermal energy from the same primary energy source (The European Educational Tool On Cogeneration, 2nd Edition. 2007).
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan Kogenerasi ?
2. Bagaimana proses Kogenerasi pada sistem kombinasi ? 3. Jelaskan diagram Ts pada Kogenerasi sistem kombinasi?
4. Bagaimana contoh perhitungan sistem kombinasi?
1.3 Tujuan
1. Menjelaskan yang pengertian Kogenerasi secara tepat. 2. Menjelaskan proses Kogenerasi pada sistem kombinasi. 3. Menjelaskan diagram Ts pada Kogenerasi sistem kombinasi.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kogenerasi (Cogeneration)
Kogenerasi adalah nama baru untuk teknologi yang sudah dimanfaatkan sejak tahun 1800-an. Dalam pengertian yang lebih luas, kogenerasi adalah produksi bersamaan dari uap (fluida panas lainnya) dan listrik dengan satu peralatan konversi energi (BPPT, 2012). Perbedaan fundamental antara alat konversi energi konvesional dengan kogenerasi adalah bahwa pada sistem konvensional hasil yang diproduksi hanya listrik atau uap saja, sedangkan pada sistem kogenerasi keduanya diproduksi sekaligus secara bersamaan dengan penghematan energi. Kogenerasi adalah sumber alternatif energi yang dapat bertahan terus karena potensi penghematan energi yang dihasilkan. Konsep ini membutuhkan pengaturan kerja teknis, ekonomis, dan kelembagaan antara industri serta penyedia utilitas.
Suatu peralatan kogenerasi dalam memproduksi listrik dan uap dengan bahan bakar kurang dari 10-30% yang dibutuhkan untuk suatu pembangkit energi konvensional. Perbandingan efisiensi sistem pembangkit konvensional dan kogenerasi dapat dilihat pada gambar 2.1 yang menunjukkan bahwa sistem kogenerasi mampu membangkitkan listrik dan uap dengan jumlah yang sama seperti pembangkit konvensional dimana konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan lebih kecil (UNESCAP, 2000).
Gambar 2.1 Perbandingan efisiensi sistem pembangkit konvensional dan kogenerasi (UNESCAP, 2000)
2.2 Klasifikasi Sistem Kogenerasi
Sistem kogenerasi biasanya diklasifikasikan menurut jenis steam (fluida), urutan penggunaan energi dan skema operasi yang diambil. Klasifikasi sistem kogenerasi berdasarkan urutan energi yang digunakan adalah sebagai berikut (UNEP, 2006):
a.Siklus atas
Dalam siklus atas bahan bakar yang dipasok digunakan untuk memproduksi daya terlebih dahulu dan kemudian energi panas yang merupakan produk samping siklus digunakan untuk memenuhi permintaan proses panas lainnya. Terdapat empat jenis sistem kogenerasi siklus atas:
1) Sistem atas siklus kombinasi
Sebuah turbin gas memproduksi listrik atau daya mekanis diikuti oleh boiler pemanfaat panas untuk menghasilkan steam yangdigunakan untuk menggerakan turbin uap sekunder seperti yang terlihat pada gambar berikut:
Gambar 2.2 Sistem atas siklus kombinasi (UNEP, 2006)
2) Sistem atas turbin uap
Pada jenis sistem atas tubin uap (jenis apapun) bahan bakar dibakar untuk menghasilkan steam tekanan tinggi yang kemudian melewati turbin uap untuk
menghasilkan daya dengan buangan steam dari proses merupakan steam bertekanan rendah.
Gambar 2.3 Sistem atas turbin uap (UNEP, 2006)
3) Sistem atas pemanfaatan kembali panas
Jenis ini memanfaatkan panas yang diambil dari buangan mesin dan/atau sistem pendingin yang mengalir menuju boiler pemanfaat panas, dimana panas ini diubah menjadi steam untuk proses penggunaan lebih lanjut.
Gambar 2.4 Sistem atas pemanfaatan kembali panas (UNEP, 2006)
4) Sistem atas Turbin Gas
Turbin gas menggerakan sebuah generator dan gas buang mengalir ke boiler pemanfaatan panas (HRSG) yang membuat steam dan panas untuk proses.
Gambar 2.5 Sistem atas turbin gas (UNEP, 2006)
2.2 Siklus Brayton
2.2.1 Pengertian Siklus Brayton
Siklus Brayton adalah siklus pembangkit energi listrik dengan menggunakan udara. Udara dihisap masuk oleh kompresor, lalu kemudian dialirkan menuju combustion chamber. Di combustion chamber, udara akan bercampur dengan gas hasil biomassa yang dibakar, sehingga energi pada udara bertambah (dalam bentuk energi panas/entalpi). Udara panas inilah yang kemudian akan digunakan untuk memutar turbin gas, yang kemudian akan memutar generator listrik.Siklus Brayton, atau sering juga disebut open cycle gas turbine, merupakan siklus yang sederhana (karena hanya memiliki 3 komponen utama, kompresor, combustion chamber dan turbin). Selain itu, peralatan yang dibutuhkan juga tidak berat dan ukurannya kecil.
Gambar 2.6 Siklus Brayton
Namun, siklus ini juga memiliki kekurangan. Salah satunya adalah sensitivitasnya yang tinggi, dimana efisiensi siklus ini sangat bergantung pada efisiensi tiap komponen dalam siklus (efisiensi kompresor, turbin dan perpindahan kalor pada combustion chamber), karena perubahan efisiensi komponen sejauh beberapa persen punya pengaruh signifikan pada siklus ini. Selain itu, perubahan pada kondisi udara (seperti tekanan atmosfir) juga akan berpengaruh pada efisiensi, karena udara yang digunakan dalam siklus ini diambil dari lingkungan, dan debit udara yang diambil pun lumayan banyak. Selain itu, umumnya komponen dari siklus ini pun tergolong mahal jika dibandingkan dengan komponen siklus lain. Ada beberapa cara untuk meningkatkan efisiensi dari Siklus Brayton, seperti meningkatkan rasio tekanan, regenerasi kalor (panas) gas keluaran turbin, memanfaatkan panas yang keluar untuk menghangatkan ruangan dalam sistem Combined Heat and Power (CHP), atau menggabungkan Siklus Brayton dan Siklus Rankine dengan metode cogeneration atau Combined Cycle Gas Turbine (CCGT). Pada metode cogeneration, gas panas keluaran dari turbin masuk ke heat exchanger untuk disalurkan kalornya ke tempat lain, yaitu air pada siklus rankine.
Dengan melibatkan kompresi dan ekspansi pada entropi konstan, disertai penambahan dan pembuangan kalor pada tekanan konstan. Berbeda dengan siklus
bolak-balik lain, seperti siklus diesel, otto, stirling atau siklus lain yang mengkombinasikan isentropi, isobarik, isotermal dan/atau isokorik.
Open Cycle Gas Turbine Engine
Closed Cycle Gas Turbine Engine
Seperti siklus lain, siklus ini digambarkan dengan diagram T-s dan diagram p-v, sebagai berikut.
Diagram T-s
Dengan batasan, siklus pada loop tertutup fluida kerja, penambahan dan pengurangan kalor terjadi saat tekanan konstan dan fluida kerja adalah gas ideal dengan specific heat property konstan.
Keempat proses yang terjadi pada siklus ini berada dalam aliran fluida berkeadaan tunak sehingga kita menganalisanya dengan batasan keadaan tunak. Disertai pengabaian energi kinetik dan potensial sistem.
Karena udara mengalir melalui penukar panas pada siklus ideal saat tekanan konstan, maka berlaku
P4 / P3 = P1 / P2
Hubungan antara perbandingan tekanan dan perbandingan temperatur dalam kompresi atau ekspansi isentropik, sebagai berikut.
rp = P2 / P1 = (T2 / T1)k/(k-1)
Kita tinjau kembali skema closed cycle gas turbine engine. Dari sana, dapat kita peroleh efisiensi termal dari siklus, sebagai berikut.
η = (Wturbin / m – Wcompressor / m) / (Qin / m) = {(h3 – h4) – (h2 – h1)} / (h3 – h2) dengan (h3 – h4) = cp (T3 – T4) (h2 – h1) = cp (T2 – T1) (h3 – h2) = cp (T3 – T2) η = {cp (T3 – T4) – cp (T2 – T1)} / {cp (T3 – T2)} η = 1 – (T4 – T1)/(T3 – T2) η = 1 – T1/ T2 * {(T4/T1 – 1)/(T3/T2 – 1)
Karena T4/T1 = T3/T2, maka
η = 1 – T1/ T2
lalu T1/ T2 = (P1 / P2)(k-1)/k
η = 1 – (P1 / P2)(k-1)/k = 1 – 1/(P2 / P1)(k-1)/k
sedang kita ketahui bahwa P2 / P1 = rp maka “efisiensi teoritis siklus Brayton”…
η = 1 – 1 / rp(k-1)/k
dengan k = cp / cv = konstan.
Usaha netto satu siklus dideskripsikan awal sebagai berikut Wcycle = (h3 – h4) – (h2 – h1)
Wcycle = cp {(T3 – T4) – (T2 – T1)}
Wcycle = cp T1 (T3/T1 – T4/T3 * T3/T1 – T2/T1 + 1)
Dari persamaan sebelumnya kita ketahui bahwa T4/T3 = (P1 / P2)(k-1)/k
T2/T1 = (P2 / P1)(k-1)/k
rp = P2 / P1 = (T2 / T1)k/(k-1)
Sehingga persamaan daya efektif siklus menjadi… Wcycle = cp T1 (T3/T1 – 1/(rp)(k-1)/k * T3/T1 – (rp)(k-1)/k + 1)
Wcycle / cp T1 = T3/T1 (1 – 1/(rp)(k-1)/k) – (rp(k-1)/k – 1)
Siklus Brayton melibatkan tiga komponen utama yakni kompresor, ruang bakar (combustion chamber), dan turbin. Media kerja udara atmosfer masuk melalui sisi inlet kompresor, melewati ruang bakar, dan keluar kembali ke atmosfer setelah melewati turbin. Fenomena-fenomena termodinamika yang terjadi pada siklus Brayton ideal adalah sebagai berikut:
(1-2) Proses Kompresi Isentropik
Udara atmosfer masuk ke dalam sistem turbin gas melalui sisi inlet kompresor. Oleh kompresor, udara dikompresikan sampai tekanan tertentu diikuti dengan volume ruang yang menyempit. Proses ini tidak diikuti dengan perubahan entropi, sehingga disebut proses isentropik. Proses ini ditunjukan dengan angka 1-2 pada kurva di atas.
(2-3) Proses Pembakaran Isobarik
Pada tahap 2-3, udara terkompresi masuk ke ruang bakar. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar, dan diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut. Energi panas hasil pembakaran diserap oleh udara (qin), meningkatkan temperatur udara, dan menambah volume udara. Proses ini tidak mengalami kenaikan tekanan udara, karena udara hasil proses pembakaran bebas berekspansi ke sisi turbin. Karena tekanan yang konstan inilah maka proses ini disebut isobarik.
(3-4) Proses Ekspansi Isentropik
Udara bertekanan yang telah menyerap panas hasil pembakaran, berekspansi melewati turbin. Sudu-sudu turbin yang merupakan nozzle-nozzle kecil berfungsi untuk mengkonversikan energi panas udara menjadi energi kinetik (baca artikel berikut). Sebagian energi tersebut dikonversikan turbin untuk memutar kompresor. Pada sistem pembangkit listrik turbin gas, sebagian energi lagi dikonversikan turbin untuk memutar generator listrik. Sedangkan pada mesin turbojet, sebagian energi panas dikonversikan menjadi daya dorong pesawat oleh sebentuk nozzle besar pada ujung keluaran turbin gas.
(4-1) Proses Pembuangan Panas
Tahap selanjutnya adalah pembuangan udara kembali ke atmosfer. Pada siklus Brayton ideal, udara yang keluar dari turbin ini masih menyisakan sejumlah energi panas. Panas ini diserap oleh udara bebas, sehingga secara siklus udara tersebut siap untuk kembali masuk ke tahap 1-2 lagi.
Efisiensi Siklus Brayton
Perhitungan energi panas / kalor masuk (qin): qin = h3 – h2 = cp ( T3 – T2 )
Perhitungan energi panas keluar (qout): qout = h4 – h1 = cp ( T4 – T1 ) Perhitungan efisiensi termal (η th):
dimana:
η th = efisiensi termal siklus Brayton
T1 = temperatur udara inlet kompresor (atmosfer) T2 = temperatur udara outlet kompresor
P1 = tekanan udara inlet kompresor (atmosfer) P2 = tekanan udara outlet kompresor
γ = rasio kapasitas kalor (γ udara pada 20°C adalah 1,67)
2.3 Siklus Rankine
2.3.1 Pengertian Siklus Rankine
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% daris eluruh energi listrikyang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.
Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari. Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagaisiklus Carnot, terutama dalam menghitung efisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus ini menggunakan fluida yang bertekanan, bukan gas.
Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperature akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada temperatur 565oC (batas ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur sekitar 30oC. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara
teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi
pada pembangkit listrik tenaga batu bara sebesar42%. Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air dipilih karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun terdapat dalam jumlah besar, dan murah. Sistem siklus Rankine terdiri atas empat komponen, yaitu:
1. Pompa 2. Boiler 3. Turbin 4. Condenser
Dalam siklus Rankine yang sebenarnya, kompresi oleh pompa danekspansi dalam turbin tidak isentropic,dengan kata lain proses ini tidak bolak balik dan entropi meningkat selama proses. Hal ini meningkatkan tenaga yangdibu tuhkan oleh pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan oleh turbin.Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh terbentuknya titik-titik airselama ekspansi ke turbin akibat kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin,menyebabkan erosidan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Cara termudah dalam menangani hal ini adalah dengan memanaskannya pada temperatur yang sangat tinggi.
Efisiensi termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkantemperatur input dari siklus. Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan efisiensisiklus Rankine.
Siklus Rankine dengan pemanasan ulang, dalam siklus ini duaturbin bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap dari boiler padatekanan tinggi, Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk ke boiler dandipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan lebih rendah.Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap berkondensasi selamaekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan meningkatkan efisiensiturbin.
2.3.2 Siklus Rankine regeneratif
Konsepnya hampir sama seperti konsep pemanasan ulang. Yangmembedakannya adalah uap yang telah melewati turbin kedua dan kondenserakan bercampur dengan sebagian uap yang belum melewati turbin kedua.Pencampuran terjadi dalam tekanan yang sama dan mengakibatkan pencampurantemperature, hal ini akan mengefisiensikan pemanasan primer.
2.3.3 Siklus Rankine Organik
Siklus Rankine Organik menggunakan fluida organik seperti n-pentana atau toluene menggantikan air dan uap. Penggunaan kedua jenis fluida tersebutakan mengurangi suplai panas yang dibutuhkan karena rendahnya titik didih dari kedua jenis fluida tersebut sehingga energi matahari sudah cukup untuk mengubah fase fluida tersebut. Meski efisieensi karnot akan berkurang namun pengumpulan
panas yang dilakukan pada temperature yang
dilakukan pada temperatur rendah akan mengurang banyak biaya
operasional.Siklus Rankine sesungguhnya tidak membatasi fluida jenis apa yang digunakan karena pada dasarnya siklus Rankine adalah mesin kalor sehingga efisiensinya dihitung berdasarkan efisiensi Carnot. Konsepnya tidak boleh dipisahkan dengan siklus termodinamika
2.3.4 Proses Siklus Rankine
Siklus Rankine merupakan siklus ideal untuk siklus tenaga uap. Seperti halnya pada siklus Brayton, pada siklus Rankine juga terdapat proses kompresi isentropik, penambahan panas isobarik, ekspansi isentropik, dan pelepasan panas isobarik. Perbedaan antar keduanya terletak pada fluida kerja
yang digunakan,Siklus Rankine fluida kerjanya adalah dua fase fluida, yaitu cair (liquid) dan uap(vapor), sedangkan siklus Brayton merupakan siklus tenaga gas.Pada siklus tenaga uap Rankine, fluida yang umum digunakan adalah air,sedangkan fluida kerja lainnya adalah potassium, sodium, rubidium, ammonia dansenyawa karbon aromatik. Merkuri juga pernah digunakan sebagai fluida kerjasiklus Rankine, hanya saja harganya sangat mahal dan berbahaya.
Gambar 2.7. Skema Peralatan pada Siklus Rankine Sumber : http://montaraventures.com
Proses 1-2 : Fluida kerja (misalnya air) dipompa dari tekanan rendah ke tekanantinggi. Pada tahap ini fluida kerja berfase cair sehingga hanyamembutuhkan energi yang relatif kecil untuk proses pemompaan.
Proses 2-3 : Air bertekanan tinggi memasuki boiler untuk dipanaskan. Di sini air berubah fase menjadi uap jenuh. Proses ini berlangsung padatekanan konstan.
Proses 3-4: Uap jenuh berekspansi pada turbin sehingga menghasilkan kerja berupa putaran turbin. Proses ini menyebabkan penurunantemperatur dan tekanan uap, sehingga pada suhu turbin tingkat akhirkondensasi titik air mulai terjadi.
Proses 4-1: Uap basah memasuki kondenser dan didinginkan sehingga semua uap berubah menjadi fase cair. Air dipompakan kembali (Proses 1-2)
Besarnya kerja yang dibutuhkan pompa, panas yang diberikan boiler,kerja yang dihasilkan turbin dan panas yang dibuang pada Kondenser dapat diperhitungkan dengan bantuan tabel Enthalpy-entropy air-uap air.
Gambar 2.8 Contoh T-s diagram Siklus Rankine
2.3.5 Siklus Rankine Ideal
Jika fluida kerja mengalir melalui berbagai komponen dari sebuah siklustenaga uap sederhana tanpa ireversibilitas, penurunan tekanan secara fraksionaltidak akan terjadi pada boiler dan Kondenser, fluida kerja mengalir melaluikomponen komponen ini pada tekanan konstan. Selain itu dengan tidak adanyaireversibilitas dan perpindahan kalor dengan lingkungan sekitar, proses yangterjadi melalui turbin dan pompa adalah isentropic (s=konstan), maka siklus inidisebut siklus Rankine ideal. Mengacu pada gambar dibawah ini , terlihat fluidakerja melewati urutan proses yang reversible secara internal sebagai berikut:
Sumber : Moran,Michael j, 20
proses 1-2 : Ekspansi isentropik (s = konstan) dari fluida kerja melalui turbin danuap jenuh pada kondisi 1 hingga mencapai tekanan kondenser.
proses 2-3 : Perpindahan kalor dari fluida kerja ketika mengalir pada tekanan konsan melalui kondenser dengan cairan jenuh pada kondisi 3.
proses 3-4 : Kompresi isentropic (s=konstan) dalam pompa menuju ke kondisi 4dalam daerah hasil kompresi.
proses 4- 5 : Perpindahan kalor ke fluida kerja ketika mengalir pada tekanan konstan melalui boiler untuk menyelesaikan siklus
2.4 Studi Kasus
2.4.1 Siklus Brayton a. Reaksi Pembakaran
CH4 + 2(O2 + 3.76 N2) CO2 + 2 H2O + 7.52 N2
Karena udara yang disupplai 400 % dari udara teoritis sehingga persamaan menjadi CH4 + 8(O2 + 3.76 N2) CO2 + 2 H2O + 6 O2 + 30.08 N2 b. Neraca Energi 0 =𝑄𝑐𝑣 𝑛𝑓 − 𝑊𝑐𝑣 𝑛𝑓 + ℎ̅̅̅ − ℎ𝑅 ̅̅̅ 𝑃
Laju perpindahan panas 10 % dari daya bersih yang dihasilkan, sehingga 𝑄𝑐𝑣 = − 0,1 𝑊𝑐𝑣 0 = − 0,1𝑊𝑐𝑣 𝑛𝑓̇ − 𝑊𝑐𝑣 𝑛𝑓̇ + ℎ̅̅̅ − ℎ𝑅 ̅̅̅ 𝑃 1,1 𝑊𝑐𝑣 𝑛𝑓̇ = ℎ̅̅̅ − ℎ𝑅 ̅̅̅ 𝑃 1,1 𝑊𝑐𝑣 𝑛𝑓̇ = ℎ̅̅̅ − ℎ𝑅 ̅̅̅ 𝑃 ℎ𝑅 ̅̅̅ = (ℎ̅̅̅̅ + ∆ℎ̅)𝑓𝑜 𝐶𝐻4 + 8(ℎ𝑓 𝑜 ̅̅̅̅ + ∆ℎ̅)𝑂2+ 30,08(ℎ𝑓 𝑜 ̅̅̅̅ + ∆ℎ̅)𝑁2
ℎ𝑅 ̅̅̅ = (−74,850 + 0 )𝐶𝐻4+ 8(0 + 0)𝑂2+ 30,08(0 + 0)𝑁2 = −74,850 𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙𝑒 ℎ𝑃 ̅̅̅ = (ℎ̅̅̅̅ + ∆ℎ̅)𝑓𝑜 𝐶𝑂2 + 2(ℎ𝑓 𝑜 ̅̅̅̅ + ∆ℎ̅)𝐻2𝑂(𝑔)+ 6(ℎ̅̅̅̅ + ∆ℎ̅)𝑓𝑜 𝑂2 + 30,08(ℎ̅̅̅̅ + ∆ℎ̅)𝑓𝑜 𝑁2 ℎ𝑃 ̅̅̅ = (−393,520 + 28,622 − 9,364)𝐶𝑂2+ 2(−241,82 + 25,218 − 9,904)𝐻2𝑂(𝑔) + 6(0 + 22,177 − 8,682)𝑂2 + 30,08(0 + 21,529 − 8,669)𝑁2 ℎ𝑃 ̅̅̅ = −359,475 𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙𝑒 1,1 𝑊𝑐𝑣 𝑛𝑓̇ = [−74,850 − (−359,475)]𝑘𝐽⁄𝑘𝑚𝑜𝑙𝑒 𝑊𝑐𝑣 𝑛𝑓̇ = [−74,850 − (−359,475)] 1,1 𝑘𝐽 𝑘𝑚𝑜𝑙𝑒 ⁄ 𝑥 1 16,04𝑘𝑔⁄𝑘𝑚𝑜𝑙𝑒 𝑊𝑐𝑣 𝑛𝑓̇ = 16,131 𝑘𝐽 𝑘𝑔 ⁄
Qin adalah LHV(low heating value) dari CH4, karena H2O pada gas buang berfase
gas 𝑄𝑖𝑛 = 50,02 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 ƞ = 𝑊𝑐𝑣 𝑄𝑖𝑛 𝑥 100 % = 16,131𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 50,02 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 𝑥 100 % = 32,24 %
ℎ𝑃 ̅̅̅ =−359,475 𝑘𝐽 𝑘𝑚𝑜𝑙𝑒 ⁄ 16,04 𝑘𝑔⁄𝑘𝑚𝑜𝑙𝑒 = 22,411 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 2.4.2 Siklus Rankine P1 = 80 bar h1 = 2758 kj/kg P2 = 0,08 bar
Untuk mendapatkan h2 , terlebih dahulu mencari nilai x (kualitas steam)
X = 𝑠1−𝑠𝑓
𝑠𝑔−𝑠𝑓 =
5,7432−0,5926
8,2287−0,5926 x 100 % = 67,45 %
h2 = ℎ𝑓 + 𝑥 ℎ𝑓𝑔 = 173,88𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔+ 0,6745 (2403,1𝑘𝑗⁄𝑘𝑔) = 1794 , 77𝑘𝑗⁄𝑘𝑔
h3 = ( h cair pada kondisi 2 ) = 173,88𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔
h4 = h3 + 𝑤𝑝 𝑚 = h3 + v3 ( P4-P3 ) = 173,88𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔+ (1,0084 x 10−3 𝑚3 𝑘𝑔 ⁄ ( 80 − 0,08)𝑏𝑎𝑟 𝑥10 5𝑁 𝑚2 ⁄ 1 𝑏𝑎𝑟 𝑥 1 𝑘𝑗 103 𝑁𝑚 ) = 181,93𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔 Ƞ = 𝑤𝑡−𝑤𝑝 𝑄𝑖𝑛 = (ℎ1−ℎ2)−(ℎ4−ℎ3) (ℎ1−ℎ4) = (2758−1794 ,77)−( 181,93−173,88) (2758− 181,93) 𝑥 100 % = 37, 07 % 𝑤 = 𝑤𝑡 − 𝑤𝑝 = (ℎ1 − ℎ2) − (ℎ4 − ℎ3) = (2758 − 1794 , 77) − ( 181,93 − 173,88) = 955,18𝑘𝑗⁄𝑘𝑔 𝑄𝑖𝑛= (ℎ1 − ℎ2) = (2758 − 181,93 ) = 2576,07 𝑘𝑗⁄𝑘𝑔 2.4.3 Sistem Kombinasi Model 1
Qin siklus rankine = 2576, 07 𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔
Qout siklus brayton = 22,411 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔
Basis 1000 𝑘𝑔 ⁄ 𝐶𝐻ℎ 4
Qout siklus brayton = 22,411 𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔 𝑥 1000 𝑘𝑔 ⁄ = 22411 ℎ 𝑘𝑗 ⁄ ℎ
Msteam yang bisa dihasilkan =
Qout siklus brayton
Qin siklus rankine =
22411 𝑘𝑗 ⁄ℎ 2576,07 𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔= 8,7 𝑘𝑔 ℎ ⁄ Ƞ = 𝑚1 ( 𝑊𝑐𝑣) + 𝑚2 (𝑤) 𝑚1 (𝑄𝑖𝑛1) = 1000 𝑘𝑔 ⁄ (16,131 𝑘𝐽 𝑘𝑔ℎ ⁄ ) + 8,7 𝑘𝑔⁄ (955,18 𝑘𝐽 𝑘𝑔ℎ ⁄ ) 1000 𝑘𝑔 ⁄ (50,02 𝑘𝐽 𝑘𝑔ℎ ⁄ ) 𝑥 100 % = 48,86 %
Daya yang dihasilkan (efisiensi turbin 86 %)
𝑊 = 0,86 (1000 𝑘𝑔 ⁄ (16,131 𝑘𝐽 𝑘𝑔ℎ ⁄ ) + 8,7 𝑘𝑔⁄ (955,18 𝑘𝐽 𝑘𝑔ℎ ⁄ ) ) = 21023,805 𝑘𝑗 ⁄ 𝑥 ℎ 1 𝑘𝑊ℎ 1𝑘𝑗 ⁄ℎ 𝑥 1 𝑀𝑊ℎ 1000 𝑘𝑊ℎ= 21,023 𝑀𝑊ℎ Model 2 Kompr esor Turbin Heater Boiler Turbin pump Cooler Boiler Turbin pump Cooler S.heater
Basis 1000 𝑘𝑔 ⁄ 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 ℎ
Qout siklus brayton = 22,411 𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔 𝑥 1000 𝑘𝑔 ⁄ = 22411 𝑘𝑗 ℎℎ ⁄
Kita ingin membuat super-heated steam pada 80 bar dengan suhu 740 o C
Sehingga panas yang dibutuhkan = h1’ - h1 = 3978,7 𝑘𝑗⁄𝑘𝑔− 2758 𝑘𝑗⁄𝑘𝑔=
1220,7𝑘𝑗⁄𝑘𝑔
Msteam yang bisa dihasilkan =
Qout siklus brayton
Qin siklus rankine =
22411 𝑘𝑗 ⁄ℎ 1220,7 𝑘𝑗 ⁄𝑘𝑔= 18,3591 𝑘𝑔 ℎ ⁄ Ƞ = 𝑚1 ( 𝑊𝑐𝑣) + 𝑚2 (𝑤) 𝑚1 (𝑄𝑖𝑛1) + 𝑚2 (𝑄𝑖𝑛2) = 1000 𝑘𝑔 ⁄ (16,131 𝑘𝐽 𝑘𝑔ℎ ⁄ ) + 18,3591 𝑘𝑔⁄ ((3978,7 − 1794 ,77) − ( 181,93 − 173,88)) ℎ 1000 𝑘𝑔 ⁄ (50,02 𝑘𝐽 𝑘𝑔ℎ ⁄ ) + 18,3591 𝑘𝑔⁄ ((2576,07))ℎ = 0,5762 𝑥 100 % = 57,62 %
Daya yang dihasilkan (efisiensi turbin 86 %)
𝑊 = 0,86 (1000 𝑘𝑔 ⁄ (16,131 𝑘𝐽 𝑘𝑔ℎ ⁄ ) + 18,3591 𝑘𝑔⁄ ((3978,7 − 1794 ,77) − ( 181,93ℎ − 173,88))) = 48227,25072 𝑘𝑗 ⁄ 𝑥 ℎ 1 𝑘𝑊ℎ 1𝑘𝑗 ⁄ℎ 𝑥 1 𝑀𝑊ℎ 1000 𝑘𝑊ℎ = 48,227 𝑀𝑊ℎ BAB III KESIMPULAN
1. Kogenerasi adalah produksi bersamaan dari uap (fluida panas lainnya) dan listrik dengan satu peralatan konversi energi (BPPT, 2012).
Kompr esor
Turbin Heater
2. Sistem atas siklus kombinasi Sebuah turbin gas memproduksi listrik atau daya mekanis diikuti oleh boiler pemanfaat panas untuk
menghasilkan steam yangdigunakan untuk menggerakan turbin uap sekunder.
3. Panas buang yang dapat dimanfaatkanuntuk memanaskan boiler dari studi kasus adalah sebesar 22,411 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 .
4. Dengan menggunakan kogenerasi sistem kombinasi model 1 dalam hal seperti studi kasus di peroleh tambahan daya yang dihasilkan sebesar 21,023 MWh, sedangkan jika menggunakan model 2 di peroleh tambahan daya yang dihasilkan sebesar 48,227 MWh,
DAFTAR PUSTAKA
Basri, Hasan M. 2011. Analisis Eksergi Siklus Kombinasi Gas-Uap Unit PLTGU Inderalaya. Prosiding Seminar Nasional AVoER. Palembang.
Nuryansah, Adi. 2014. Analisa Kesetimbangan pada sistem pembangkit kogenerasi pltg.
Apriansyah, ddk. 2016. Kogenerasi siklus atas sistem kombinasi. Politeknik Negeri Sriwijaya : Palembang.
