POWER & STEAM

(1)

POWER & STEAM

Nur Istianah,ST.,MT.,M.Eng

(2)

POWER

• Jumlah energi yang diperlukan per satuan waktu

• Energi diperlukan untuk proses, pelengkap (penerangan, komputer, dll), pengolahan limbah dan transportasi bahan

• Semua energi dikonversi menjadi Kwh

• Dapat ditentukan kebutuhan energi (listrik)

(3)

POWER

• Kebutuhan daya (energi) untuk proses dapat dihitung dari neraca energi dan waktu operasi

• P = E/t

• Dijabarkan dalam spesifikasi mesin

• Beberapa peralatan memiliki perhitungan

daya sendiri: pengadukan dan pompa

(4)

Kebutuhan daya pompa

• Digunakan untuk:

• Menggerak air (energi kinetik)

• Mengangkat air (energi potensial)

• Mengatasi hambatan (gesekan, tikungan,

sambungan, dll)

(5)

Energy losses

Item Pipa lurus Fitting Contraction Enlargment f Laminar/

Turbulen(pipa halus/kasar)

- - -

EF

-

^K^f^(V¹⁾²^/α ^K^f^(V¹⁾²^/α ^[^1-(A¹^/A²⁾²^]^(V¹⁾²^/α

ΔP 2f(v²)Lρ/D 2f(v²)L’ρ/D EF x ρ EF x ρ

L’/D lihat Tabel 6.3

Laminar: f=16/Re

(6)

Energy losses

Item Pipa lurus Fitting Contraction Enlargment f Laminar/

Turbulen(pipa halus/kasar)

- - -

EF

-

^K^f^(V¹⁾²^/α ^K^f^(V¹⁾²^/α ^[^1-(A¹^/A²⁾²^]^(V¹⁾²^/α

ΔP 2f(v²)Lρ/D 2f(v²)L’ρ/D EF x ρ EF x ρ L’/D lihat Tabel 3.2

(7)

TABLE 3.1

RELATIVE ROUGHNESS FACTORS FOR PIPES

Material Roughness factor

(e) Material Roughness factor

(e) Riveted steel 0.001- 0.01 Galvanized

iron 0.0002

Concrete 0.0003 - 0.003 Asphalted

cast iron 0.001 Wood staves 0.0002 - 0.003 Commercial

steel 0.00005

Cast iron 0.0003 Drawn tubing Smooth

(8)

TABLE 3.2

FRICTION LOSS FACTORS IN FITTINGS

k

Valves, fully open:

gate 0.13

globe 6.0

angle 3.0

Elbows:

90° standard 0.74

medium sweep 0.5

long radius 0.25

square 1.5

Tee, used as elbow 1.5

Tee, straight through 0.5

Entrance, large tank to pipe:

sharp 0.5

rounded 0.05

(9)

(10)

Friction factors in pipe

(11)

Berpakah daya pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan air mineral dengan densitas 1.00 g/cm³ dan viskositas 0.7 cP melalui sanitary pipe (1-in nominal) sepanjang 30 m menuju tangki penampung dengan diameter 5m agar memenuhi kapasitas produk 10.8 ton/jam? Bagian exhaust pipa yang terhubung dengan tangki penampung dipasang 90^o elbow std. Selisih ketinggian air di penampung 1 dan 2 adalah 10m.

Contoh soal

(12)

Solution:

det 003m . det 0

3600 1jam 1000kg

1m jam

10800 kg m/

= Q

3

3 

 x x



3 3

3 3 6

3 m

1000 kg 10

kg m

cm 10

cm 1 g

= 

x g

 x

s Pa.

0007 ,

m.s 0 0007 kg

, cm.s 0

7 g 00 , 0 poise

7 00 , 0 cP

0,7

=    



det / 28 . ) 7

(0.02291/2 1 003det

. area 0

= Q ₂ ₂

3

m m

m x 

 



Diameter (1.50 in nominal, sanitary pipe)< : D = 1.402 in = 0.0356 m

L = 60

1

(13)

238302

0007 .

0

02291 .

0 28 . 7 1000 Re



x x

D





Pa

x x

D L L P f

560201

02291 .

0

1000 )

802 . 0 30 ( ) 28 . 7 ( 004035 .

0 2

) ' (

) ( 2

2 2



 

  

(turbulen)

f pipa halus, 10⁴<Re<10⁶ f = 0,048*Re^(-0,2)

= 0.004035

Solution:

Fitting elbow std 90°:

L’/D = 35

L’ = 35x0.02291=0.802 m 2

3a

3,4 b 4a

(14)

10

^ 10 4078 .

4

5 02291 .

0 4

/ 1

4 / 1

4 4

2 1 2

2 1

2

2 2

2 1 2

2 1







 



 



 



 



 















 



 





x D D A

A

D D A

A



 

26.50775

= E

2 28 . x 7 4.4078x10 -

1

= E

A x - A 1

= E

f

2 10

- f

2 2

21 1

f 

















 





Solution:

Enlargment:

Laminar, (asumsi fluida newtonian)  α = 2 Pers. Bernoulli:

ΔP_f/ρ = ΔP/ρ + E_f = 586.7096 J/kg  m²/s²

W = ΔP_f/ρ + g(h2 – h1) = 586.7096 + 100 J/kg = 686.7096

5a

5b

5c

6

(15)

Contoh

• Pompa untuk menaikkan air setinggi 22 m dengan debit 1,2 m3/menit. Pipa dari galvanis berdiameter 15 cm dengan panjang 120m. Jika ada 8 tikungan

berapa kebutuhan daya pompa.

(16)

Reynold number

• Assume properties of water at 20°C are density 998 kg m-3, and viscosity 0.001 N s m-2

• Cross-sectional area of pipe A = (π/4)D²

= π /4 x (0.15)2 = 0.0177 m-2 Volume of flow V = 1.2 m3 min-1 = 1.2/60 m3 s-1 = 0.02 m³ s-1.

• Velocity in the pipe = V/A

= (0.02)/(0.0177) = 1.13 ms-1

• Now (Re) = Dvρ/µ

• = (0.15 x 1.13 x 998)/0.001 = 1.7 x 10⁵

so the flow is clearly turbulent.

(17)

friction loss of energy

From Table 3.1, the roughness factor ε is 0.0002 for galvanized iron and so roughness ratio

ε /D = 0.0002/0.15 = 0.001

So from Fig. 3.8,

ƒ = 0.0053

Therefore the friction loss of energy

= (4ƒv²/2) x (L/D)

= [4ƒv²L/2D]

= [4 x 0.0053 x (1.13)2 x 120]/(2 x 0.15)

= 10.8 J.

(18)

• For the eight right-angled bends, from Table 3.2 we would expect a loss of 0.74 velocity energies at each, making (8 x 0.74) = 6 in all.

velocity energy =k.v2/2 = (1.13)2/2 = 0.64 J

• So total loss from bends and discharge energy = (6 + 1) x 0.64

= 4.5 J

There would be one additional velocity energy loss because of the unrecovered flow energy discharged into the reservoir.

Energy loss from bends and discharge

(19)

Energy to move 1 kg water

• Energy to move 1 kg water against a head of 22 m of water is

E = Zg

= 22 x 9.81 = 215.8 J.

• Total energy requirement per kg:

Etot = 10.8 + 4.5 + 215.8

= 231.1 J

(20)

energy requirement of pump

• and theoretical power requirement

= Energy x volume flow x density

= (Energy/kg) x kgs-1 = 231.1 x 0.02 x 998 = 4613 J s-1.  Kwh

• Now the head equivalent to the energy requirement = Etot/g

= 231.1/9.81

= 23.5 m of water,

•

(21)

POWER

• Sumber energi:

– Listrik (PLN atau turbin) – Steam

– Bahan bakar komersil

– Daur ulang limbah (padat, gas atau cair)

(22)

STEAM

(23)

SISTEM PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR)

• Istilah Steam (uap air) merepresentasikan kondisi bentuk/fasa uap dari air dan steam juga digunakan sebagai sumber energi.

• Energi dari steam dapat digunakan untuk menaikkan temperatur baha-bahan lain, misalnya bahan/produk pangan, dan pada proses pemanasan tersebut menghasilkan hasil samping berupa kondensat air (akibat dari perubahan fasa karena kehilangan energi)

(24)

SISTEM PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR)

• Steam (uap air) dapat dihasilkan dengan cara menambahkan panas dari pembakaran bahan bakar (BBM atau gas) untuk mengubah fasa air menjadi uap.

• Sistem pembangkit uap (boiler) adalah sebuah wadah/ketel yang di desain untuk memberikan kontak antara air dan sumber panas, sebagai syarat untuk mengubah fasa cairan menjadi uap/gas

• Ketel boiler di desain untuk menampung steam dan mempertahankan tekanan hasil dari perubahan bentuk/fasa air menjadi uap

(25)

SISTEM PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR)

• Sistem Pembangkit uap yang utama terbagi menjadi 2 macam, yaitu : Fire-tube (pipa api) dan Water-tube (pipa air)

• Pada pembangkit uap (boiler) pipa api, api berada di dalam pipa, dan air berada di luar pipa dalam jumlah yang banyak.

• Pada boiler pipa air, air yang akan diuapkan

disimpan dalam pipa-pipa kecil, dan api

berada di luar sekitar pipa air.

(26)

SISTEM

PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR)

• Boiler Pipa Api

Api dan gas panas hasil pembakaran bahan bakar mengalir di

dalam pipa dan memanasi air yang berada di luar pipa

(27)

SISTEM

PEMBANGKIT STEAM (UAP AIR)

• Boiler Pipa Air

Api dan gas panas hasil pembakaran

bahan bakar mengalir di luar

pipa dan

memanasi air yang berada di dalam pipa

(28)

(29)

Efisiensi boiler

• Perbandingan uap panas yang dihasilkan dengan air umpan boiler yang diberikan

• Dipengaruhi koefisien transfer panas HE dan kualitas air

• Parameter umum:

– Soft water

– Bebas endapan, bahan organik, dan minyak

(30)

THANKS FOR YOUR ATTENTION

The best person is one give something useful always