Sidang Tugas Akhir. Ferianto Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. DJatmiko Ichsani., M.Eng.

(1)

Sidang Tugas Akhir

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH VARIASI TEMPERATUR DAN KECEPATAN UDARA PENGERING TERHADAP KARAKTERISTIK PENGERINGAN BATUBARA PADA COAL DRYER

DENGAN TUBE HEATER TERSUSUN STAGGERED

Ferianto 2108100118

Dosen Pembimbing :

Prof. Dr. Ir. DJatmiko Ichsani., M.Eng.

(2)

Latar Belakang

Ketergantungan Energi Akan Minyak Bumi

(3)

Latar Belakang

Bauran Energi Nasional

Cadangan Batubara di Indonesia

POTENSI MENCAPAI 105.187 BILLION TON

(4)

Latar Belakang

Kondisi Batubara di Indonesia

62% + 24%

LRC !

(5)

Kecepatan Udara Masuk

Rumusan Masalah

Karakteristik Pengeringan

Susunan Tube Heater Temperatur

Udara Masuk

(6)

Batasan Masalah

• Pada dinding drying chamber bersifat adiabatik

• Batubara dan udara mempunyai suhu yang sama selama percobaan

• Temperatur, relative humidity dan kecepatan udara masuk konstan selama percobaan

• Sistem beroperasi pada keadaan tunak

• Analisa dibatasi pada perpindahan massa antara uap air di permukaan produk dengan udara pengering

• Moisture Content batubara sebelum proses pengeringan dianggap sama

• Temperatur pada tiap tube heater dianggap sama

• Temperatur udara pengering sesaat setelah melewati tube heater dianggap sama dengan temperatur permukaan tube heater

(7)

Tujuan

Mengetahui effisiensi pengeringan pada coal dryer terhadap konfigurasi susunan tube heater yang tersusun staggered serta variasi temperatur dan kecepatan udara pengering

Mengetahui pengaruh variasi temperatur dan kecepatan udara pengering terhadap karakteristik laju pengeringan pada coal dryer

Mengetahui perubahan moisture content seiring berjalannya waktu pengeringan pada setiap variasi temperatur dan kecepatan udara pengering

(8)

Manfaat

Memperkaya dan memperdalam wacana dalam bidang ilmu perpindahan panas dan massa khususnya proses pengeringan

Mengetahui fenomena yang terjadi pada proses pengeringan batubara

Memberikan kontribusi nyata pada pengembangan teknologi

perancangan coal dryer

(9)

Kajian Terdahulu

Wei-Cheng Wang (2012)

3 Jenis Batubara : Vipper mine, crown mine, dan Buckheart

Temperatur Air Heater : 43^oC - 60^oC Velocity Inlet : 1,25 m/s

(10)

Kajian Terdahulu

Edward Levy, dkk (2006)

2 Jenis Batubara : Lignite dan PRB Temperatur Air Heater : 43^oC - 66^oC Velocity Inlet : 1,6 m/s

(11)

Dasar Teori

Proses Pengeringan

2 4 6

1 3 5 7

(12)

Dasar Teori

Psikometrik Chart

•Proses 0-1 = Proses pemanasan (Heating)

•Proses 0-2 = Proses pemanasan dan penurunan kelembaban

•Proses 0-3 = Proses penurunan kelembaban

•Proses 0-4 = Proses pendinginan dan penurunan kelembaban

•Proses 0-5 = Proses pendinginan

•Proses 0-6 = Proses pendinginan dan pelembaban

•Proses 0-7 = Proses pelembaban

•Proses 0-8 = Proses pemanasan dan pelembaban

(13)

Metodologi

Sebelum Uji

1. Studi Pustaka 2. Persiapan

Batubara

3. Persiapan Coal Dryer

Saat Uji

Setelah Uji

1. Pengambilan Data

Temperatur dan Relative

Humidity 2. Pengambilan

sampel batubara

1. Menimbang

sampel batubara 2. Oven sampel

batubara 3. Menimbang

kembali batubara 4. Menghitung

drying rate,

moisture content dan effisiensi

5. Pembuatan dan Analisa Grafik

Alur Penelitian

(14)

Metodologi

Temperatur Air Heater : 40, 50, dan 60^oC

Temperatur Tube Heater : 60^oC

Kecepatan Blower 80% (180 V), 90

% (200 V), dan 100% (220 V)

Variabel Penelitian

Massa batubara : 3 kg

Metode Pertama

Metode Kedua

Kecepatan Blower 100% (220 V)

Massa batubara : 0,2 kg

(15)

Metodologi

Metode Pertama

Start Batubara, kecepatan udara masuk 80%, temperatur air heater, dan temperatur tube

heater

N=1

Menyalakan blower, air heater dengan temperatur udara masuk 40^oC, dan tube heater dengan temperatur surface 60^oC

Mencatat nilai relative humidity dan Tdb Tunggu 15 menit untuk mencapai

kondisi steady

Matikan semua instalasi

Masukkan batubara ke dalam chamber

Menyalakan kembali blower, air heater, dan tube heater pada set point masing-masing

Tunggu 5 menit

Mencatat nilai temperatur tiap titik relative humidity dan Tdb udara keluar

N+1

A B

C Temperatur udara

masuk + 10^oC

D

Mengambil sampel batubara

A B

N < 7

Temperatur air heater < 60^oC C

Humidity Relatif, Temperatur Dry Bed, berat batubara tiap sampel, berat batubara kering Menimbang semua sampel batubara yang

diambil

Semua sampel dimasukkan Oven pada suhu 110^oC selama 6

jam

End

Menimbang semua sampel batubara setelah dimasukkan Oven

N N

Y

Kecepatan udara masuk < 100%

N

Kecepatan udra masuk + 10%

D

Y

(16)

Metodologi

Metode Kedua

Start

Batubara, kecepatan udara masuk, temperatur air heater,

dan temperatur tube heater

N=1

Menyalakan blower dengan set point 220 V (100%), air heater dengan temperatur udara 40^oC, dan tube heater dengan

temperatur surface 60^oC

Mencatat nilai relative humidity dan Tdb udara keluar

Tunggu 15 menit untuk mencapai kondisi steady

Masukkan batubara ke dalam chamber

Menyalakan kembali blower dengan set point 220 V (100%), air heater dengan temperatur udara 40^oC, dan tube heater dengan

temperatur surface 60^oC Tunggu 5 menit

Mencatat nilai relative humidity dan Tdb udara keluar

N+1

A B

C Temperatur udara

masuk + 10^oC

Mengambil sampel batubara

A B

N < 7

Temperatur air heater < 60^oC C

Humidity Relatif, Temperatur Dry Bed, berat batubara tiap sampel, berat batubara kering Menimbang semua sampel batubara yang

diambil

Semua sampel dimasukkan Oven pada suhu 110^oC selama 6

jam

End

Menimbang semua sampel batubara setelah dimasukkan Oven

Y Y

N

(17)

Rancangan Pengambilan Data

Time (menit)

T inlet = 40^oC

T₁ (ôC) T₂(ôC) T₃(ôC) T₄(ôC) Ø T_db(ôC) m_s (gr) m_k (gr) 5

10 15 20 25 30 35 40

Metodologi

(18)

Analisa Data

Contoh Perhitungan

No Propertis Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3

Data pada waktu pengeringan ke-0 menit

1 Massa setelah pengeringan (m_s) 7,7891 gr 7,2208 gr 7,9153 gr 2 Massa setelah oven (m_k) 6,4708 gr 5,9989 gr 6,733 gr

Data pada waktu pengeringan ke-15 menit

3 Massa setelah pengeringan (m_s) 7,6489 gr 6,808 gr 7,9436 gr 4 Massa setelah oven (m_k) 6,8738 gr 6,0564 gr 6,9258 gr

No Sumber Data Nilai

1 Air Heater Voltage (V) 45 V

Hambatan ( R ) 80,67 Ὠ

2 Tube Heater Voltage (V) 220 V

Arus (I) 2,2 A

3 Blower Voltage (V) 220 V

Arus (I) 2,7 A

Data diambil pada kondisi temperatur udara masuk 40⁰C dan kecepatan udara masuk 80%

(19)

Analisa Data

Contoh Perhitungan

Perhitungan Moisture Content Awal Batubara (MC₀) Pada Sampel 1

Pada Sampel 2

Pada Sampel 3

Moisture Content Awal Rata-Rata

(20)

Analisa Data

Perhitungan Moisture Content pada t = 15 menit (MC_t)

Contoh Perhitungan

Pada Sampel 1

Pada Sampel 2

Pada Sampel 3

Moisture Content Rata-Rata

(21)

Analisa Data

Perhitungan Drying Rate pada t = 15 menit (ѓ_t)

Contoh Perhitungan

Massa Awal Total Batubara (M₀) = 3 kg Pada Sampel 1

• Massa kering awal batubara

• Massa setelah pengeringan

• Drying Rate Batubara

Pada Sampel 2

(22)

Analisa Data

Pada Sampel 3

Perhitungan Drying Rate pada t = 15 menit (ѓ_t)

Contoh Perhitungan

Drying Rate Rata-Rata

(23)

Analisa Data

Contoh Perhitungan

Perhitungan Daya Yang Dibutuhkan 1. Air Heater

Terdapat 6 buah heater sebagai pemanas udara, sehingga :

2. Tube Heater

3. Blower

Daya Total

(24)

Analisa Data

Contoh Perhitungan

Perhitungan Kalor Penguapan

Mencari berat batubara pada t = 35 menit

M_k = 2,5119 kg (pada perhitungan drying rate) MC₃₅= 8,869 % (didapatkan dari perhitungan)

Mencari berat yang hilang dari batubara

Mencari laju uap air yang hilang

(25)

Analisa Data

Contoh Perhitungan

Perhitungan Kalor Penguapan Mencari kalor penguapan

Temperatur batubara (T_avg) = 303,2 K

Dari tabel A-6 Properties Saturated Water didapatkan h_fg= 2430 kJ/kg

Effisiensi Pengeringan

(26)

Analisa Data

Contoh Perhitungan

Data Psychometric Chart

T₄ W₃ ?

T₂ W₂ ?

T₁ W₁ ? T₀

RH₀

h₁ h₂ h₃

No Propertis Nilai

1 Massa Jenis Batubara (ρ) 913 kg/m³

2 Diameter Chamber (d) 0,14 m

3 h₁ 0,1 m

4 h₂ 0,05 m

5 h₃ 0,05 m

6 MC₀ Sampel 1 19,433 %

7 MC₅ t = 5 menit Sampel 1 15,722 %*

8 MC₀ Sampel 2 19,433 %

9 MC₅ t = 5 menit Sampel 2 15,551 %*

10 MC₀ Sampel 3 17,211 %

11 MC₅ t = 5 menit Sampel 3 15,722 %*

12 Ratio Kelembaban Udara Masuk (w₀) 7,8391gr/kg * Catatan:

- Poin nomer 7, 9, dan 11 didapatkan dari perhitungan - Poin 12 didapatkan dari grafik psychometric chart

(27)

Analisa Data

Massa batubara pada tiap daerah sampel

- Sampel 1 - Sampel 2 - Sampel 3

- Sampel 1 - Sampel 2

Massa batubara yang hilang pada tiap daerah sampel

(28)

Analisa Data Analisa Data

Data Psychometric Chart - Sampel 3

Menghitung massa udara pengering yang masuk chamber

(29)

Analisa Data

Menghitung ratio kelembaban pada tiap daerah sampel - Sampel 1

- Sampel 2

- Sampel 3

(30)

Analisa Data

Analisa Grafik Drying Rate

0.0E+00 5.0E-05 1.0E-04 1.5E-04 2.0E-04 2.5E-04 3.0E-04

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Drying rate (kg/s)

Waktu (menit)

Drying Rate vs Waktu Pada V = 80 % (1.51 m/s)

T = 40 C T = 50 C T = 60 C

0.0E+00 5.0E-05 1.0E-04 1.5E-04 2.0E-04 2.5E-04 3.0E-04 3.5E-04 4.0E-04

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Waktu (menit)

Drying Rate vs Waktu Pada V = 90%(1.72 m/s)

T = 40 C T = 50 C T = 60 C

0.0E+00 5.0E-05 1.0E-04 1.5E-04 2.0E-04 2.5E-04 3.0E-04 3.5E-04 4.0E-04 4.5E-04 5.0E-04

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Waktu (menit)

Drying Rate vs Waktu Pada V =100%(1.9 m/s)

T = 40 C T = 50 C T = 60 C

0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.00016 0.00018

40 50 60

Temperatur Masuk ( C )

Drying Rate

V=1.9 m/s V=1.72 m/s V=1.51 m/s

(31)

Analisa Data

Analisa Grafik Moisture Content

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Moisture Content (kg uap air/kg batubara kering)

Waktu (menit)

MCvs Waktu Pada V = 80% (1.51 m/s)

T = 40 C T = 50 C T = 60 C

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Waktu (menit)

MC vs Waktu Pada V = 90% (1.72 m/s)

T = 40 C T = 50 C T = 60 C

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Waktu (menit)

MC vs Waktu Pada V = 100% (1.9 m/s)

T = 40 C T = 50 C T = 60 C

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

40 45 50 55 60

Moisture Content pada t = 35 menit

V=1.9 m/s V=1.72 m/s V=1.51 m/s

(32)

Analisa Data

Analisa Psychometric Chart T = 40⁰C

1 1’

2 2’

3 3’

0

Udara masuk CV

V = 80 %

V = 90 %

V = 100 %

(33)

Analisa Data

1 1’

2 2’

3 3’

0

Udara masuk CV

V = 80 %

V = 90 %

V = 100 %

(34)

Analisa Data

1 1’

2 2’

3 3’

0

Udara masuk CV

V = 80 %

V = 90 %

V = 100 %

(35)

Analisa Data

Analisa Effisiensi Pengeringan

15 17 19 21 23 25 27

40 50 60

Effisiensi (%)

Effisiensi

V=1.9 m/s V=1.72 m/s V=1.51 m/s

(36)

Analisa Data

Aplikasi Coal Dryer Pada Power Plant

0 0.1 0.2 0.3 0.4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Waktu (menit)

Moisture Content pada T = 38 C

V=80%

V=90%

V=100%

Tout condensor = 38⁰C Mc_batubara = 39 %

(37)

Analisa Data

Analisa Grafik Pada Percobaan Dengan Massa Batubara 0,2 kg

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Drying Rate (kg/detik)

Waktu (menit)

Drying Rate VS Waktu

T = 40 C T = 50 C T = 60 C

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

0 10 20 30 40

MC (kg air/kg batubara)

waktu (menit)

MC VS Waktu

T = 40 C T = 50 C T = 60 C

Grafik Drying Rate

Grafik Moisture Content

(38)

Analisa Data

Analisa Grafik Pada Percobaan Dengan Massa Batubara 0,2 kg Grafik Effisiensi Pengeringan

0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55

40 50 60

Effisiensi ( % )

Effisiensi

Effisiensi

batubara

Udara pengering 0

5 10 15 20 25 30

40 50 60

Effisiensi (%)

Effisiensi Gabungan

V=100 % Metode 1 V=100% Metode 2

Metode Kedua Metode Pertama

(39)

Penutup

Kesimpulan

1. Semakin tinggi temperatur dan kecepatan udara pengering semakin tinggi pula nilai drying rate. Nilai drying rate tertinggi terjadi pada T = 60⁰C dan V = 100% (1,9 m/s), yaitu sebesar 0,00017 kg/s.

2. Semakin tinggi temperatur dan kecepatan udara pengering semakin tinggi pula perubahan nilai moisture content. Nilai perubahan moisture content tertinggi terjadi pada T = 60₀C dan V = 100% (1,9 m/s), yaitu sebesar 0,044426 (4%) yang mempunyai nilai moisture content awal ±19%.

3. Effisiensi pengeringan tertinggi terjadi pada temperatur udara masuk 40⁰C dan kecepatan udara masuk 100%, yaitu sebesar 24,99 %.

1. Perlu studi lebih lanjut dengan mengubah ukuran batubara, kapasitas batubara, dan menambahkan olakan pada batubara.

2. Penggantian pengontrol suhu pada tube heater dengan menggunakan voltage regulator.

3. Studi lebih lanjut dengan memperhitungkan pressure drop untuk mendapatkan nilai kecepatan minimum fluidisasi batubara.

4. Penggantian penggunaan heater dengan menggunakan heat exchanger yang digunakan sebagai pemanas udara pengering.