MATERI HAND OUT E H DNJurusan/Prodi : Teknik Kimia Kode Mata Kuliah : TKT 1701 Nama Mata Kuliah : Penyediaan Energi MATERI HAND OUT yg Pertemuan ke : 1-14 Hand out ke : 1 dari 1 Jumlah

1

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND YOGYAKARTA

FTI-IST AKPRIND-TKT 1701

E H ND Fakultas : TEKNOLOGI INDUSTRIJurusan/Prodi : Teknik KimiaKode Mata Kuliah : TKT 1701Nama Mata Kuliah : Penyediaan Energi

MATERI HAND OUT

y gPertemuan ke : 1-14Hand out ke : 1 dari 1Jumlah halaman : 82Mulai berlaku : Gasal 2017/2018

Fakultas : Teknologi Industri Pertemuan ke : 1-14Jurusan/Prodi : Teknik Kimia/ Teknik Kimia Handout ke : 1Kode Matakuliah : TKT-1701 Jumlah Halaman : 42Nama Matakuliah : Penyediaan Energi Mulai Berlaku : 2017

PENYEDIAAN ENERGIPENYEDIAAN ENERGI

2


1. PERKULIAHAN DIMULAI Awal semester berlaku2. JUMLAH TATAP MUKA 13-14 KALI3. UTS (pertemuan ke-8)4. UAS (pertemuan ke-16)5. SYARAT MENGIKUTI UJIAN AKHIR : 75% KEHADIRAN6. SISTEM PENILAIAN:

KEHADIRAN : 10 % (BAA)TUGAS 4 KALI : 40 %UTS : 20 %UAS : 30 %

7 KRITERIA PENILAIAN : E (1 39 99) D (40 49 99) C (50 54 99)7. KRITERIA PENILAIAN : E (1-39,99), D (40-49,99), C (50-54,99)C+ (55-59,99), B- (60-64,99), B (65-69,99),B+ (70-74,99), A- (75-79,99), A (80-100)

8. Skala A= 4, A- = 3,67, B+ = 3,33, B = 3, B-= 2,67, C+ = 2,33, C=2, D=1, E=0


• Persyaratan Pengambilan SKS tiap semester• Semester gasal yang akan berjalan menggunakan IP

Pengambilan SKS• Semester gasal yang akan berjalan menggunakan IP

semester gasal sebelumnya (misal: semester 3 menggunakan IP semester 1) dan sebaliknya

• Persyaratan:IPS < 1,5 maks 16 SKS1,5 <= IPS < 2,0 maks 18 SKS2,0 <= IPS < 2,5 maks 20 SKS2,5 <= IPS < 3,0 maks 22 SKS3,0 <= IPS <= 4,0 maks 24 SKS

3


Jumlah SKS tiap semester

Semester 1 : 21 SKSSemester 2 : 20 SKSSemester 3 : 20 SKSSemester 4 : 21 SKS

Semester 5 : 20 SKSSemester 6 : 20 SKSSemester 7 : 21 SKSSemester 8 : 20 SKS

ALUR MATA KULIAH

4


1. Pengertian Umum Energi2. Permasalahan di Bidang Energi3. Sumber-sumber energi4 Energi Baru dan Terbarukan (EBT) :

Silabi4. Energi Baru dan Terbarukan (EBT) :

• Energi Biofuel• Energi Biomassa • Energi Panas Bumi • Energi Air • Energi Surya • Energi Pasang Surut

5. Sifat fisik dan kimiawi bahan bakar, nilai kalor (heating value)

6. Pemilihan bahan bakar untuk industri dan penanganannya

7. Perhitungan ekonomi pemakaian bahan bakar• Energi Ombak

• Energi Angin • Energi Osmosis • Energi Magnet • Energi Gravitasi • Energi Radiasi/Nuklir

bahan bakar8. Pusat-pusat pembangkit listrik

dan peralatannya


• Brown GC, E Sakpesey, 1986, Energy Resources Geology, Supply, and Demand, Open University Press USAPress, USA

• Smil, V., 2000, Energy in the twentieth century: Resources, conversion, cost, uses, and consequences, Annual Review of energy and the environmnet

• Energy Information Administration, US Department of Energy Energy explainedEnergy, Energy explained, http://tonto.eia.doe.gov/energyexplained

• Cleveland, Cutler, Energy Return on Investment (EROI), in: Encyclopedia of Earth, available at http://www.eoearth.org/article/Energy_return_on_investment_(EROI)

5


• Kementerian Riset dan Teknologi, “Buku Putih Energi Indonesia 2005-2025”, Jakarta, 2006.

• Penick T and Louk B., “Photovoltaic Power Generation. Gale Greenleaf”,1998.f ,

• Djiteng Marsudi, “Pembangkitan Energi Listrik”, Penerbit Erlangga, 2005.

• Marek Walisewicz, ”Energi Alternatif”, Penerbit Erlangga, 2002.

• Arismunandar, W. ”Penggerak Mula : Motor Bakar Torak”, ITB Bandung. 2005.

• Ganesan, V. “Internal Combustion Engines”, Second Edition. New Delhi, The MC Graw Hill, 2006.

• Victor L Streeter, E.B.W. ”Mekanika Fluida”, Jakarta,Erlangga, 1995.

• Daryanto, ”Teknik Konversi Energy” Satu Nusa. Bandung, 2010.

• Fritz DietZel, Dakso Sriyono, ”Turbin, Pompa Dan Kompresor”, Gelora Aksara Pratama, 2008.

• ”Menggali Potensi Energi Terbarukan dari Laut”, Maritim Indonesia, Edisi 26/Th VII/April-Juni/2012. Jakarta, 2012.


Definisi energi : kapasitas untuk melakukan usaha/kerja.

Hukum-I Termodinamika (hukum

EnergiHukum I Termodinamika (hukum kekekalan energi) : energi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan tapi hanya bisa dikonversi dari suatu bentuk ke bentuk lain berbagai bentuk energi bisa saling dikonversikan dan jumlah total jenerginya tidak berubah.

Bentuk-bentuk energi : energi mekanik, termal, bunyi, kimia, elektromagnetik dlsb.

6


Hukum-II Termodinamika : total entropi dari suatu sistem dan lingkungannya cenderung meningkat seiring dengan meningkatnya waktu Energi yang bisa dimanfaatkan (energi berguna) akan menurun ketika dimanfaatkan (energi berguna) akan menurun ketika proses berlangsung Setiap transformasi energi akan menyebabkan penurunan energi berguna.

Secara teoritis, ketersediaan energi berguna pasti akan menurun, namun laju penurunannya akan menjadi sangat cepat apabila pemanfaatan energi tidak dikelola secara cerdas energi perlu dihemat.cerdas energ perlu d hemat.

Entropi : besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha.


Energi secara umum dibagi dalam 2 bagian :

• Transitional energy : energi yang bergerak dan bisa berpindah melintasi suatu batas sistem.

• Stored Energy, Energi tersimpan yang berwujud sebagai massa, posisi dalam medan gaya dll.

Kategori Energi :• Energi Mekanik• Energi Listrik• Energi Elektromagnetik• Energi Kimia• Energi Nuklir• Energi Thermal (Panas)

7


• Energi mekanik : energi yang dimiliki suatu benda karena sifat geraknya.

• Energi mekanik terdiri dari energi potensial dan • Energi mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik.

• Energi potensial : energi yang dimiliki benda karena posisinya (kedudukan) terhadap suatu acuan.

• Energi potensial bumi (Ep) tergantung pada massa benda (m) gravitasi bumi (g) dan ketinggian benda

Energi Mekanik

benda (m), gravitasi bumi (g) dan ketinggian benda (h).

Ep = m.g.h


8


• Energi kinetik : energi yang dimiliki benda karena geraknya.

• Makin besar kecepatan benda bergerak makin • Makin besar kecepatan benda bergerak makin besar energi kinetiknya dan semakin besar massa benda yang bergerak makin besar pula energi kinetik yang dimilikinya.

• Secara matematis bisa dirumuskan:

E = ½ mv2

Energi Kinetik

Ek = ½ mv2


• Energi Listrik : kemampuan yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik yang lain. usaha listrik

• Besarnya energi listrik :

W = Q.V

di mana W = Energi listrik (Joule), Q = Muatan listrik (Coulomb), V = Beda potensial (Volt)

K I Q/ d V I R k

Energi Listrik

• Karena I = Q/t dan V = I.R maka :

W = (I.t).VW = V.I.t

W = I.R.I.t atau

W = I2R t

9


• Bentuk energi yang berkaitan dengan radiasi E.M biasanya dinyatakan dalam satuan energi yang sangat k il s p ti ( V) t u (M V)kecil seperti (eV) atau (MeV).

• Radiasi E.M merupakan bentuk energi murni dan tidak berkaiatan dengan massa Radiasi ini hanya sebagai energi transisional yg bergerak dgn kecepatan cahaya (c)

• Energi E M merambat dalam bentuk gelombang

Energi Elektromagnetik (E.M)

Energi E.M merambat dalam bentuk gelombang dengan beberapa parameter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang, frekuensi, amplitudo, kecepatan.


• Energi E.M diradiasikan oleh semua massa di alam dengan level yang berbeda-beda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber, semakin pendek panjang g p p j ggelombangnya dan semakin tinggi frekuensinya.

• Energi E.M :E = hf

di mana : E = energi (Joule)h = kontanta Planck (6 626 x 10-32J s)

Energi Elektromagnetik (E.M)

h kontanta Planck (6,626 x 10 32J.s)f = frekuensi (Hz)

10


• Energi kimia : energi yang keluar sebagai hasil interaksi elektron dimana dua atau lebih atom dan molekul2 berkombinasi menghasilkan senyawa kimia g yyang stabil.

• Energi kimia hanya bisa terjadi dalam bentuk energi tersimpan (stored energy) yang jika dilepaskan dalam suatu reaksi kimia, reaksi tsb dinamakan reaksi eksotermis.

E i dil k di k dl

Energi Kimia

• Energi yang dilepaskan umumnya dinyatakan dlm satuan kalori atau British thermal unit (BTU).


• Energi nuklir : energi yang dihasilkan melalui dua macam mekanisme, yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan

b b b i ti l l i penggabungan beberapa inti melalui reaksi fusi.

• Reaksi fisi uranium menghasilkan neutron selain dua buah inti atom yang lebih ringan. Neutron ini bisa menumbuk (diserap) kembali oleh inti uranium untuk membentuk reaksi fisi uranium untuk membentuk reaksi fisi berikutnya

• Mekanisme ini terus terjadi dalam waktu yang sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali. Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat.

11



• Sumber Daya Energi– Penggunaan energi di dunia:

Minyak; 30

Tenaga Nuklir; 6

Biomassa; 12

Matahari, Angin, Geothermal, Hydropower; 7

Batu Bara; 22

Gas alamk; 23

12


• Minyak mentah (crude oil atau petroleum) adalah minyak yang berasal dari perut bumi, berupa cairan yang kental mengandung ratusan hidrokarbon dan juga mengandung sedikit sulfur, oksigen, dan nitrogen.

Bahan bakar fosil ini Bahan bakar fosil ini diproduksi melalui proses dekomposisi bahan organik mati yang berasal dari tumbuhan dan hewan yang terpendam dalam sedimen danau dan laut ratusan juta

Minyak

danau dan laut ratusan juta tahun yang lalu dan menjadi subjek tekanan dan suhu yang tinggi selama jutaan tahun sebagai bagian dari siklus karbon


• Deposit crude oil dan gas alam (natural gas)Deposit crude oil dan gas alam (natural gas) sering terperangkap bersama-sama dalam sebuah kubah di dalam perut bumi baik yang berada di darat maupun di laut.

13


• Crude oil jarang ditemukan dalam sebuah reservoir yang besar dan luas. Sebaliknya ia terdispersi dalam pori-pori atau celah-celah formasi batuan di dalam perut bumiatau celah-celah formasi batuan di dalam perut bumi, seperti sponge yang tersaturasi oleh air.


Destilasi minyak mentahmentah menjadi beberapa komponenberdasarkan titik didihnya

Heated crude oil

Furn

ace

14



Emisi CO2 per unit energi yang dihasilkan oleh berbagai jenis bahan bakar, dinyatakan dalam persentase yang dihasilkan oleh

batu bara

17Tenaga nuklir

100

86

58

17

Batu bara

Minyak

Gas alam

Tenaga nuklir

Jenis

baha

n ba

kar

286

150

0 50 100 150 200 250 300 350

Pembangkit listrik dengan batubara

Minyak sintetis dan gas dari batubara

Persentase (%)

15


Batu bara (Coal)• Batu bara adalah bahan bakar

fosil yang sebagian besar berupa karbon yang mudah menyala (20–98% tergantung jenisnya), mengandung sedikit air, sulfur, merkuri, dan bahan radioaktif dari bumi.

• Sebagian besar deposit batu bara terbentuk selama periode Carboniferous (360 dan 285 juta tahun yang lalu).


16



Tahapan pembentukan batu bara selama jutaan tahunKandungan karbon dan panas meningkat

Peat(gambut,

bukan batubara)

Anthracite(batu bara

keras)

Bituminous Coal(batu bara lunak)Lignite

(batu bara coklat)

Kelembaban kandungan air meningkat

Panas dan Tekanan

Panas dan Tekanan

Panas dan Tekanan

Hancuran tumbuhan di rawa, mengandung

panas rendah

Mengandung panas rendah, sulfur rendah,

jumlahnya terbats

Banyak digunakan sebagai bahan baaer karena

mengandung panas tinggi, jumlahnya banyak

mengandung sulfur tinggi

Mengandung panas tinggi, sulfur rendah,

jumlah terbatas

17


Batu bara sangat melimpah, tetapi ia mempunyai dampak negatif terbesar terhadap lingkungan dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya.g g y

Dampak tersebut di antaranya – 1) merusak lahan, – 2) pencemaran udara, – 3) emisi CO2 (43% emisi CO2

dunia berasal dari pembakaran b t b ) dbatu bara), dan

– 4) pencemaran air.


Di USA, pencemaran udara yang disebabkan oleh pembakaran batu bara

1) membunuh antara 650000 sampai 200000 manusia,

2) menyebabkan lebih dari 50000 kasus penyakit pernapasan,

3) menyebabkan kerugian bermilyar dolar karena kerusakan bangunan dan benda lain.

Saat ini, telah dikembangkanSaat ini, telah dikembangkan teknologi yang dapat mengurangi emisi SO2, NOx dan dapat membakar batu bara lebih murah dan efisien yang disebut fluidized-bed combustion

18


Pembakaran batu bara fluidized-bed


Clean Coal

19


• Gas alam (natural gas) adalah campuran gas yang terdiri atas – 1) 50–90% methane (CH4), – 2) sejumlah ethane (C2H6), propane (C3H8) dan butane (C4H10) dan – 3) sedikit hidrogen sulfida (H2S) yang sangat beracun. D it l (di b t j l k i l) b iDeposit gas alam (disebut juga gas alam konvensional) sebagian

besar terdapat di atas reservoir minyak mentah. Deposit gas alam unconventional biasanya ditemukan di tempat lain

di dalam tanah, misalnya methane hydrate, yang tersusun oleh gelembung kecil gas alam yang terperangkap dalam kristal es jauh di dalam arctic permafrost dan di dalam sedimen dasar laut. Saat ini masih sangat mahal untuk mengekstrak gas alam unconventional ini, walaupun demikian teknologi pengekstrasiannya terus dikembangkan.


• Propane dan butane dicairkan dan diangkat sebagai liquefied petroleum gas (LPG). LPG biasanya disimpan dalam tabung bertekanan.

• Sisa gas yang sebagian besar berupa methaneSisa gas, yang sebagian besar berupa methanedikeringkan untuk menghilangkan kadar airnya, dibersihkan dari gas H2S dan pengotor lainnya dan dipompa ke dalam pipa bertekanan untuk didistribusikan.

• Pada suhu sangat rendah (-184o C), gas alam dapat dikonversi menjadi liquefied natural gas (LNG) yang mudah terbakar.

20


Produksi Gas Alam Dunia


21


I. ASAL• Merupakan hasil proses alam seperti p p p

minyak bumi• Keberadaan di bumi :

– Bersama-sama dengan minyak bumi– Tanpa minyak bumi

• Gas Alam di Indonesia :– Jumlah cekungan ada 60 (darat dan laut)– Yang sudah dibor 36– Yang telah berproduksi 14


II. KOMPOSISI

Campuran hidrokarbon C C C C C• Campuran hidrokarbon C1,C2,C3,C4,C5dengan CO2,N2, He (kadang-kadang)

• Pengotor : Hg, Sulfur dan air• Komposisi gas alam yang bisa digunakan :

– Fraksi C1 maksimum 85,2 % mol1– Fraksi C4

+ maksimum 1,9 % mol– Fraksi C5

+ maksimum 0,09 % mol– Fraksi H2S maksimum 6,0 μg/m3

– Total Sulfur maksimum 314 μg/m3

22


III. PRODUK UTAMA• Bahan bakar LNG (Liquified Natural Gas)Bahan bakar, LNG (Liquified Natural Gas),

natural gasoline, carbon black, helium, hidrogen, gas sintetis dan beberapa petrokimia

• Karena bentuknya gas, sehingga sulit transportasi gas dicairkan sebagaitransportasi gas dicairkan sebagai LNG

• Dengan pencairan terjadi pengurangan volume 1/600 kali volume asal


IV. PROSES PENCAIRANM l l i 2• Melalui 2 proses :1. pemurnian: penghilangan CO2,

air,mercuri, fraksi berat2. pencairan

23


Pencairan • Dengan proses refrijerasi

0• Suhu operasi -1600C • Refrijeran : ammoniak (-140C),

freon (-500C)C3, MCR (multi componen

refrigerant)g )• Kriteria pemilihan refrijeran :

– Entalpi penguapan tinggi– Suhu (titik) gelembung rendah– Ekonomis


Likuifikasi (Liquefaction)

• Yaitu proses pemurnian natural gas atau gas hidrokarbon lainnya menjadi rantai hidrokarbon yang lebih panjang, seperti bensin atau solar

24


Metode• Menekan gas pada suhu yang lebih rendah dari pada tekanan

kritisnyakritisnya

• Membuat gas bekerja melawan tekanan external, ini menyebabkan gas kehilangan energi dan berubah menjadi fase cair

• Membuat gas melawan tekanan internal nya sendiri, hal ini menyebabkan gas kehilangan energi dan mencair

• Cascade process – menggunakan satu likuifikasi gas untuk mencairkan gas lainnya

• Joule-Thomson effect – menekan gas dan mengekspansi dengan cepat


Suhu likuifikasi

25


Liquid Natural Gas (LNG)• Didinginkan sampai mencair, pada suhu -g p , p

160°C

• Mengurangi volume hingga 600 kali

• Tidak berwarna, tidak berbau, non-Toxic

• Aman untuk disimpan dan ditransportasikan

• Pengapalan dan penyimpanan pada tekanan atmosferis


Rantai LNG

Sumur gas

Field

Transmisi Dengan pipeline

Liquifikasi

Pengapalan

Terminal

Market

Market

ProcessingLiquifikasi Terminal

penerima

26


Proses Likuifikasi Gas AlamGASGAS

-161º

siklusRefrigerant

Penyimpanan

Treatmentdan

Pemurnian

161C

•penghilangan kondensat, CO2, Mercury, dan H2S

•Menyebabkan dehidrasi

Compression

Refrigerant

LNG


Natural Gas Purifying Process

1. Penghilangan CO2,

2. Penghilangan air,

3. Penghilangan mercuri,3. Penghilangan mercuri,

4. Penghilangan fraksi berat

27


Penghilangan CO2• Kadar CO2 dalam gas alam cukup tinggi• Dapat membeku pada suhu -1550C

akan menyumbat pipa• Cara : dengan absorbsi• Absorben yang dapat digunakan :

1. Larutan K2CO3

2. Larutan MEA,DEA,TEA


Penghilangan Air• Air dapat menyebabkan :

– Terbentuknya es– Membentuk hidrat dengan hidrokarbon dapat

menyebabkan penyumbatan pipa• Cara :

– Absorbsi : ethylen glikolAbsorbsi : ethylen glikol– Adsorbsi : silika gel, silika per alumin,

molecular sieve

28


Penghilangan mercuri (Hg)• Dapat merusak pipa yang terbuat dari• Dapat merusak pipa yang terbuat dari

aluminium• Cara : reaksikan dengan sulfur HgS


Penghilangan fraksi berat• Dapat menyebabkan pembakaran tidak• Dapat menyebabkan pembakaran tidak

sempurna• Pada pembakaran menghasilkan asap

hitam (C)

29


V. PENYIMPANAN & PENGANGKUTAN

• PENYIMPANAN– Bentuk cair, suhu maksimum – 160oC– Bahan penyimpan harus tahan terhadap

tekanan tinggi(misalnya Al, 8% Nikel & beton tertentu)

– Tangki diberi isolasi (perlite, busa poliuretan)


• Jenis-jenis tangki penyimpan :1. Tangki berupa gua dalam tanah2. Tangki berupa lubang dalam tanah dilengkapi g p g g p

dengan penutup khusus3. Tangki beton pratekan dengan isolasi4. Tangki dinding baja dua lapis dengan isolasi antara

dua dinding• Variabel untuk perancangan tangki:

1. Kapasitas tangki2. Tekanan operasi maksimal3. Temperatur operasi4. Densitas cairan5. Kebocoran panas yang diperbolehkan

30


• PENGANGKUTAN1. Pipa (piping)2. Angkutan laut dengan tanker khusus, antara

lain :1) Sistem membran, tangki berbentuk kotak dengan

dinding membran dilengkapi insulasi panas2) Sistem bulatan, dengan tangki berbentuk bola

yang self supportingyang self supporting


Keuntungan terhadap Lingkungan

• Tidak menimbulkan abu pembakaran, lumpur, atau limbah berbahaya

• Emisi partikulat mendekati 95% lebih rendah dari pada pembakaran batu bara

• Dibandingkan dengan batu bara, minyak distilat dan nafta, LNG lebih rendah:– Emisi Sulfur dioksida (sekitar 100%), – Emisi Nitrogen Oksida (sekitar 75%) – Emisi Carbon Dioksida (sekitar 50%)

31


• Dalam reaksi rantai pembelahan

Bagaimana instalasi tenaga nuklir bekerja?

Dalam reaksi rantai pembelahan nuklir, neutron memecah inti atom uranium-235 dan plutonium-239 dan melepaskan energi dalam bentuk panas dengan temperatur yang tinggi.

• Dalam reaktor instalasi tenaga nuklir, laju pemecahan inti atom dikendalikan dan panas yangdikendalikan, dan panas yang dihasilkan digunakan untuk memproduksi uap bertekanan tinggi, yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik.


Diagram Light-g gWater Reactor

plutonium-239 (fissionable) untuk senjata nuklir.

32


Siklus bahan bakar nuklir


• Limbah radioaktif tingkat rendah yang dihasilkan oleh USA dan sebagian besar negara lain disimpan dalam drum baja dan dibuang ke dalam laut dalam.

• Limbah radioaktif tingkat tinggi adalah limbah yangLimbah radioaktif tingkat tinggi adalah limbah yang mengeluarkan sejumlah besar radiasi untuk waktu yang pendek dan sejumlah kecil radiasi untuk waktu yang lama. Limbah ini harus disimpan secara aman untuk sedikitnya 10000 tahun, dan sekitar 240000 tahun jika plutonium-239 tidak dihilangkan melalui pemrosesan kembali. Sebagian besar limbah radioaktif tingkat tinggi dikeluarkan oleh fuel rod instalasi nuklir.

33


Metode yang aman untuk menyimpan limbah nuklir

• Menanam ke dalam tanah yang dalam. Metode ini terus diteliti oleh negara-negara yang menghasilkan limbah nuklir.

• Mengubahnya menjadi lebih tidak berbahaya atau sedikit tidak berbahaya, tetapi metode ini belum pernah dilakukan.p

• Menanam ke dalam lapisan bawah sedimen laut dalam yang memiliki kestabilan geologi untuk 65 juta tahun. Tetapi metode ini melanggar hukum internasional.


34


Decommissioning instalasi nukliru

• membongkarnya dan menyimpan sejumlah besar bahan radioaktif tingkat tinggi ke fasilitas peyimpanan limbah nuklir,

• membuat pagar dan mengawasi secara penuh t k kt 30 100 t h b l i t l iuntuk waktu 30-100 tahun sebelum instalasi

dibongkar,• menutup keseluruhan instalasi dalam sebuah

kuburan untuk beberapa ribu tahun.


• Bank Dunia mengatakan bahwa reaktor nuklir sangat mahal dan sangat berisiko.

• Banyak ahli menganjurkan untuk menggunakan gas alam angin sel suryamenggunakan gas alam, angin, sel surya, geothermal, dan bahan bakar rendah polutan sebagai pembangkit tenaga listrik.

• Nuklir akan digunakan kembali bila gas alam, angin, sel surya, geothermal, bahan bakar rendah polutan sudah tidak mampu lagi memenuhi kebutuhan listrikmampu lagi memenuhi kebutuhan listrik dunia dan untuk mengurangi emisi CO2 sampai tingkat yang dapat diterima.

35


Energi baru terbarukan : energi yang sumbernya bisa dengan cepat dipulihkan kembali secara alami, dan prosesnya berkelanjutan.

Energi nuklir dan bahan bakar fosil (minyak dan batubara) tidak termasuk !

Energi berkelanjutan : semua energi terbarukan sudah pasti merupakan energi berkelanjutan, karena senantiasa tersedia di alam dalam waktu yang relatif sangat panjangsangat panjang.


Energi panas bumi

Energi surya

Energi angin

Tenaga air

Biomassa

Bahan bakar bio cair

Biomassa padatBiomassa padat

Biogas

36


Panas bumi : suatu bentuk energi panas atau energi termal yang dihasilkan dan disimpan di dalam bumi.

Energi panas bumi terutama berasal dari peluruhan radioaktif di pusat Bumi, yang membuat Bumi panas dari dalam.p , y g p

Secara total energi panas bumi berasal dari energi hasil pem-bentukan planet (20%) dan peluruhan radioaktif dari mineral (80%).

Temperatur inti bumi mencapai > 43000 C. Panas mengalir secara konduksi menuju bebatuan sekitar inti bumi.

Panas ini menyebabkan bebatuan meleleh, membentuk magma. y , gMagma mengalirkan panas secara konveksi dan bergerak naik karena magma yang berupa bebatuan cair memiliki massa jenis yang lebih rendah dari bebatuan padat.

Magma memanaskan kerak bumi dan air yang mengalir di dalam kerak bumi, memanaskannya hingga 300o C. Air yang panas ini menimbulkan tekanan tinggi sehingga air keluar dari kerak bumi.


Bumi

37



38


Panas bumi disebabkan oleh :

1. Tekanan yang amat besar dari gravitasi bumi.

2. Proses nuklir Bumi banyak mengandung bahan radioaktif seperti Uranium-238, Uranium-235, Thorium-232.

Energi panas yang mencapai permukaan bumi rata-rata 400 kCal/m2 per tahun.

E i t t t t h i i titik Energi rata-rata saat matahari mencapai titik kulminasi bisa mencapai lebih dari 1.000 W/m2.

Uap panas bisa dibor dan digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan energi listrik.


Metode Perry :

Di mana : E = energi (kCal/det), D = debit (L/det), Dt = perbedaan suhu permukaan antara air panas dan air dingin (oC), P = panas jenis (kCal/kg).

Metode Bandwell :

Di mana : E = energi panas (kWh), M = massa uap dan cairan dari panas bumi (kg), h1 = entalpi uap pada suhu t1 (BTU/lb), h2 = entalpi uap pada suhu t2 (BTU/lb).

Entalpi : jumlah energi internal suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja.

39


Energi yang terkandung pada cahaya surya :

• Matahari adalah pabrik tenaga nuklir • Matahari adalah pabrik tenaga nuklir dengan proses fusi yg mengubah 4ton massa hidrogen menjadi helium tiap detiknya dan menghasilkan energi 1020 kWJoule/detik.

• Potensi energi surya sangat b t d i i k d d k bergantung pada posisi kedudukan matahari dengan koordinat wilayah tersebut dipermukaan bumi berubah tiap waktu, sudut datang, tergantung kondisi atmosfer.


• Pada waktu cahaya melintasi atmosfer, sebagian energi terserap.

• Besarnya penurunan energi sepanjang garis lintang ini Besarnya penurunan energi sepanjang garis lintang ini ditentukan oleh konstanta penurunan energi (extinction coefficient) B.

dengan

Dimana: IDN = radiasi langsung (W/m2), A, B= tetapan, H = ketinggian suatu tempat di atas permukaan laut (m), P/Po = nisbah tekanan di suatu tempat terhadap tekanan atmosfer baku, θz = sudut datang terhadap normal, zenith (derajat)

40


• Konstanta B sangat bergantung pada kejernihan atmosfer sedangkan besarnya konstanta A dan B dapat dilihat pada Tabel 1.

P hit i l b l d k d h h • Perhitungan energi global pada keadaan cerah harus ditambahkan sebesar 5-10% karena adanya radiasi baur.


1. Konversi cahaya menjadi energi panas.

Konversi Energi Surya

2. Konversi cahaya menjadi energi listrik.

41


• Konversi cahaya matahari menjadi kalor tergantung pada metodenya : langsung atau dikonsentrasikan/ dipumpunkan (difokuskan).

1.1 kWh/m21.1 kWh/m2

3,754 BTU > 37,540 BTU


Contoh : 1 kWh = 3.413 British Thermal Unit (BTU).

42


Prinsip Semikonduktor

Konversi Cahaya ke Energi Listrik


depletion layer

43


• Di daerah deplesi hole akan ditarik ke bahan N dan elektron ditarik ke bahan P shg muncul medan listrik E.g

• Elektron dan hole yang ada di daerah deplesi disebut pembawa muatan minoritas (minority charge carriers).

• Medan E mengakibatkan sambungan P-N berada pada titik s timb n k n j ml h h l n b pind h d i b h n P k Nsetimbang karena jumlah hole yang berpindah dari bahan P ke Ndikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah P.

• Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari bahan N ke P dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke bahan N. medan E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari daerah yang satu ke daerah yang lain.


• Untuk keperluan sel surya, bahan N diletakkan pada bagian atas sambungan P yang menghadap ke arah datangnya cahaya matahari, g y y ,dan dibuat jauh lebih tipis dari bahan P sehingga cahaya yang jatuh bisa terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan bahan P

• Elektron mendapat energi dari caha-ya matahari untuk melepaskan diri-nya dari bahan N, daerah deplesi y , pmaupun bahan P. Terlepasnya elek-tron meninggalkan hole dan disebut dengan fotogenerasi elektron-hole

terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

44


• Cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda, membuat fotogene-rasi pada sambungan P-N yang berbeda pula.p

• Spektrum warna merah yg memiliki λ lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di bahan P yang juga menghasilkan fotogenerasi di sana.

• Spektrum biru dengan λ yang jauh l bih p nd k h n t s p di lebih pendek hanya terserap di daerah N.

• Elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah bahan N, hole tertarik ke arah bahan P.


• Cahaya yang masuk menghasilkan potensial listrik.

• Arus listrik akan mengalir jika nt k d k t b dib i b b n antara kedua kutub diberi beban,

yang sebenarnya adalah proses “bersatunya” elektron dengan hole.

• Proses fotogenerasi terus berlang-sung selama cahaya matahari masuk ke dalam bahan semikonduktor.

45


1. Polikristal (Polycrystalline) : sel surya yang memiliki susunan kristal acak. Memerlukan luas permukaan pyang lebih besar dibanding jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama, tetapi masih bisa menghasilkan listrik pada saat cahaya lemah (cuaca mendung).

2. Monokristal (Monocrystalline)( y ): sel surya yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Efisiensi < 15%. Efisiensi turun drastis dalam cuaca berawan.


3. Amorphous atau film tipis : bahan bakunya silikon amorphous (a-Si), sering digunakan sebagai sumber daya perangkat berdaya y p g yrendah. Efisiensinya hanya + 9%, tetapi biaya pembuatannya murah krn hanya menggunakan + 1% jml silikon pada sel crystallinei.

4. Organik : terbuat dari bahan polimer foto-reaktif. Bahan ini bisa dicetak atau dilapiskan pdengan murah ke substrat yang fleksibel menggunakan roll-to rollmanufaktur, mirip dengan cara surat kabar dicetak pada gulungan kertas besar.

46



1. Pantulan dari permukaan sel.2. Cahaya yg tdk cukup energi utk memisahkan elektron

dari ikatan atomiknya Besarnya energi yang diperlukan:dari ikatan atomiknya. Besarnya energi yang diperlukan:

3. Cahaya yg memiliki energi ekstra di atas yg diperlukan 4. Elektron dan lubang yg dibangkitkan bisa secara acak

akan bergabung sebelum menyumbang energi listrik.5. Elektron dan lubang yg dibangkitkan bisa bergabung g yg g g g

kembali akibat dari cacat material.6. Pembayangan yg dihasilkan dari kontak elektrik di

permukaan atas. 7. Degradasi unjuk kerja akibat suhu operasi.

47


• Secara normal, silikon yg tdk diproses akan memantulkan 36% lebih cahaya yang mengenainya sangat merugikan

• Ada cara pelapisan permukaan secara kimia dan membuat Ada cara pelapisan permukaan secara kimia dan membuat tekstur khusus shg pantulan 5% saja.


Cahaya dengan Energi yang Terlalu Kecil atau Terlalu Besar

• Rerugi efisiensi berkaitan dengan cahaya yg energinya l l k l l l b C h b f k terlalu kecil atau terlalu besar. Cahaya berfrekuensi

rendah (aras kemerahan) energinya lebih kecil dibanding cahaya berfrekuensi lebih tinggi.

• Cahaya yg memasuki sel surya bisa :a. Menembus selb. Diserap, menimbulkan panas dlm bentuk getaran b. D serap, men mbulkan panas dlm bentuk getaran

atomik.c. Memisahkan elektron dari ikatannya, menghasilkan

pasangan elektron-lubang ini yg dicarid. Menghasilkan pasangan elektron-lubang, tetapi

kelebihan energi sehingga menjadi panas.

48



Resistansi• Rerugi resistansi pada sel surya paling banyak terjadi di

3 tempat : di sebagian besar bahan dasar, di lapisan s mpit p m k n t s d n p d nt m k nt s l sempit permukaan atas, dan pada antarmuka antara sel dan kontak listrik yg mengarah ke sirkuit eksternal.

• Resistansi mengakibatkan menurunnya tegangan dan meningkatkan rekombinasi muatan shg menurunkan arus.

• Solusi dilakukan dengan memberi doping silikon dengan bahan tertentu (P, In, dll) sehingga menaikkan pembawa b b hi bi dijbebas sehingga arus bisa dijaga.

49



Energi Angin

• Angin udara yang bergerak.

• Udara mempunyai massa energi yang ditimbulkan bisa dihitung berdasarkan energi kinetik.

• Energi yang terkandung pada angin :

Ek = 0.5 mV 2 (kg m2/s)

di mana :m = massa (kg)V = kecepatan angin (m/s)

50


• Pada penerapan kincir angin, persamaan energi kinetik bisa diubah menjadi persamaan aliran.

• Tenaga pada permukaan kincir (merupakan tenaga dari • Tenaga pada permukaan kincir (merupakan tenaga dari aliran udara secara bebas) :

P = 0.5 q A V 3di mana:

P = tenaga (W, 746 W = 1 hp)P tenaga (W, 746 W 1 hp)q = kerapatan udara (1.225 kg/m³pd permukaan laut)A = luas permukaan kincir (m²)V = kecepatan angin (m/s)


• Tenaga Kincir Angin :P = 0.5qACpV 3Ng Nb

di mana:di mana:P = tenaga (W)q = kerapatan udara (1.225 kg/m³pd permukaan laut)A = luas permukaan kincir (m²)Cp = Koefisien kinerja (teoritis = 0,59 [Betz limit],

Desain = 0,35)V = kecepatan angin (m/detik)V = kecepatan angin (m/detik)Ng = efisiensi generator (50% altenator mobil, 80%

atau lebih utk gen. permanent magnet)Nb = efisiensi gearbox/bearing (maksimum 95%)

51



• Prinsip dasar : angin memutar sudut turbin, lalu memutar poros yang dihubungkan dengan generator.

• Turbin untuk PLTB biasanya berkapasitas 50-750 kW, Turbin untuk PLTB biasanya berkapasitas 50 750 kW, turbin kecil kapasitas 50 kW biasa digunakan untuk perumahan sederhana.

• Kebanyakan turbin memakai blade berbentuk penampang sayap pesawat (aerofoil), karena efisiensinya tinggi dan menghasilkan beda tekanan yg besar diantara kedua sisi blade shg berputar dgn momen gaya yg cukup besar.

• Kebanyakan desain turbin dilengkapi dgn pengontrol sudut blade (pitch). Saat kecepatan angin turun, blade bergerak memutar menghadap arah angin, tetapi saat kecepatan angin sangat besar blade memutar menjauhi arah angin.

daya optimal dan konstan.

52



53


1. Horizontal Axis Wind Turbine : sumbu putar turbin sejajar dengan bumi. Paling banyak dikembangkan di berbagai negara. Terdiri dari dua tipe :negara. Terdiri dari dua tipe

a. Mesin upwind : rotor berhadapan dengan angin. Rotor didesain tidak fleksibel, dan diperlukan mekanisme yaw utk menjaga rotor agar tetap berhadapan dengan angin.

b. Mesin downwind : rotor ditempatkan di belakang tower dapat dibuat lebih fleksibel tanpa tower, dapat dibuat lebih fleksibel, tanpa menggunakan mekanisne yaw, sehingga mengurangi berat. Kelemahannya angin harus melewati tower terlebih dulu sebelum sampai pada rotor, shg menambah beban (fatigue load) pd turbin.


2. Vertical Axis Wind Turbine: sumbu putar vertikal terhadap bumi. Jarang dipakai untuk turbin komersial. Rotornya berputar relatif pelan (di bawah 100 rpm), tetapi memiliki momen gaya yang kuat, sehingga bisa dipakai utk menggiling biji-bijian, pompa air, tetapi t k k nt k m n h silk n list ik (h s di t s 1000 pm) tak cocok untuk menghasilkan listrik (harus di atas 1000 rpm). Sebenarnya bisa diatasi dg gearbox utk menaikkan rpm, tetapi efisiensinya turun dan mesin sulit utk start. VAWT terdiri dari dua tipe, yaitu:

a. Tipe dorong : lebih banyak bagian blade yg mengalami gaya dorong spt pd mangkuk anemometer. Bentuknya bervariasi, seperti ember, dayung, layar, tangki. Kecepatan maks. blade h mpi s m d n k p t n n in Efisi nsi d n nd h hampir sama dgn kecepatan angin. Efisiensi dayanya rendah.

b. Tipe angkat : lebih banyak bagian blade yang mengalami gaya angkat. Ukuran blade relatif besar dan tinggi, shg menimbulkan getaran. Biasanya memakai dua atau tiga blade. Turbin jenis ini menghasilkan lebih banyak daya output sumbu putar turbin sejajar, efisiensinya tinggi.

54


a. Konsep satu blade, sulit setimbang, membutuhkan angin yang sangat kencang utk menghasilkan gaya putar, dan menghasilkan noise di ujungnya. Konsep ini dikembangkan sukses di Jerman.

b. Konsep dua blade, mudah untuk setimbang, tetapi masih mudah bergeser. Desain blade harus memiliki kelengkungan yang tajam utk bisa menangkap energi angin secara efektif. Pd kecepatan angin rendah (sekitar 3 m/s) putarannya sulit dimulai.

c. Konsep tiga blade, lebih setimbang dan kelengkungan blade lebih halus untuk dapat menangkap energi angin secara efektif. Konsep ini paling sering dipakai pada turbin komersial.

d. Konsep multi blade (misalnya 12 blade), justru memiliki efisiensi rendah, tetapi dapat menghasilkan momen gaya awal yang cukup besar untuk mulai berputar, cocok utk kecepatan angin rendah. Banyak dijumpai utk pompa air, menggiling biji-bijian, karena murah dan mampu bekerja pada kecepatan angin rendah sehingga tower tidak perlu terlalu tinggi dan air dapat dipompa secara kontinu.


55



56


BIOETANOL DARIBIOETANOL DARI LIGNOSELULOSA


Latar Belakang• Kenaikan konsumsi energiKenaikan konsumsi energi

Konsumsi energi terus meningkat sejalan dengan laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk

57

tahun Kebutuhan premium, kL

Tabel kebutuhan premium tiap tahun

p ,2000 2001 2002 2003 2004

12429 13067 13630 14647 16418

2005 2006

17459 17067


• Keterbatasan bahan bakar fosil

BBM impor besarnya subsidi BBMBBM impor besarnya subsidi BBM Data impor (Martono & Sasongko, 2007)2002 : 106,9 juta barrel 2004 : 154,4 juta barrel

58


• Enviroment problem : • Kendaraan bermotor pengguna terbesar

(49%) b h b k f il(49%) bahan bakar fosil• Komposisi kerusakan lingkungan akibat

pembakaran bahan bakar fosil :68% berdampak pada kesehatan21% berdampak pada perubahan iklim21% berdampak pada perubahan iklim(pemanasan global)


•Limbah pertanian (bahan lignoselulosa):• Jumlah produksi sangat besar (limbah)• Kandungan hemiselulosa 40-50% dan

selulosa 15-20%

Biofuel dari nonfood biomass(Limbah pertanian)

59


Keuntungan produksi bioetanol dari nonfood biomass

• Sumber bahan energi yang murah dan dapat diperbaharui

• Mengurangi emisi netto gas CO2

• Mengurangi masalah limbah• Pengganti bensin• Pengembangan teknologi


Biofuel: secara signifikan mengurangi emisi

Biofuel generasi kedua

biomassa Energi atau panas

Biofuel generasi kedua

60


Langkah proses :1. Konversi lignoselulosa menjadi gula

(hidrolisis)(hidrolisis)2. Konversi gula menjadi etanol

(fermentasi) 3. Pemurnian etanol kasar menjadi etanol

grade fuel (distilasi)


Kelemahan Lignoselulosa

Adanya lignin dalam lignoselulosa menyebabkan hasil etanol yang diperoleh dari fermentasi hidrolisat lignoselulosa tidak cukup tinggi, hanya sekitar 0,2689%, sehingga akan menimbulkan kesulitan dalam proses pemurnian

61


Perlu pemisahan lignin• Physical pre-treatment : MilliMillingExtrusionstreaming• Physico-chemical pre-treatment : Explosionhydrothermilysis(wet oxidation)

Peralatan, Konsumsi energi

konsumsi energi, bahan kimia,safety (ledakan)(wet oxidation)

• Chemical pre-treatment : Alkalireaksi oksidasiorganosolvent

y ( )

bahan kimia


Hidrolisis dapat dilakukan setelah pemisahan lignin

62


Contoh Langkah proses hidrolisis bonggol pisang

air

Katalis asam sulfat(Pemanasan T> P>)

gula

Bonggol pisang kering (43,49 hemi;15,4%selulosa)

(Pemanasan T>, P>)

(C(C66HH1010OO55))nn n H2O n Cn C66HH1212OO66

glukosa


Langkah proses fermentasi

gula yeast etanol

n Cn C HH OO 2n C2n C22HH55OH OH n Cn C66HH1212OO66

glukosa

2n C2n C22HH55OH OH + 2n CO+ 2n CO22

etanol

63


Review Proses Pembuatan Bioetanol•• Reaksi HiReaksi Hidroldroliisissis bahan lignoselulosa untuk

h ilk l d t dil k k dmenghasilkan gula dapat dilakukan dengan reaksi hidrolisis menggunakan katalis asam atau basa

•• FermentaFermentasisi larutan gula yang diperoleh dari langkah hidrolisis menggunakan local mikroba Saccharomyces Cereviceae sehingga

125

y ggmenghasilkan cairan yang mengandung etanol.

•• PPemurnianemurnian etanol dapat dilakukan dengan carakimiawi maupun fisika. Tujuan pemurnian agar diperoleh etanol fuel grade (bioetanol)


PROSES

PROSES FERMENTASI

PROSES DISTILASI AZEOTROP

Pengurangan lignin

HIDROLISIS

64


Heating Value danHeating Value danPemilihan Bahan Bakar untuk

Industri

Type of FuelsType of Fuels

Liquid FuelsPenggunaan• Secara ekstensif digunakan dalam aplikasi industri

Contoh• Furnace oil• Light diesel oil• Bensin

128

• Bensin• Kerosine• Ethanol• LSHS (low sulphur heavy stock)

65


Liquid FuelsDensitas• Perbandingan massa dengan volume fuel pada 15 oC,

• kg/m3

• Digunakan untuk menentukan kantitas dan

129

Digunakan untuk menentukan kantitas dan kualitas fel


Liquid FuelsS ifi itSpecific gravity• Perbandingan berat dari volume minyak dengan volume air pada suhu yang sama

• Specific gravity air adalah 1

• Hydrometer digunakan untuk pengukuran

130

Fuel oil type

LDO(Light Diesel Oil)

Furnace oil LSHS (Low SulphurHeavy Stock)

Specific Gravity

0.85-0.87 0.89-0.95 0.88-0.98

Table 1. Specific gravity of various fuel oils (adapted from Thermax India Ltd.)

66


Liquid FuelsViscositas• Merupakan pengukuran resistansi aliran internal fuel

• Karakteristik yang paling penting untuk penyimpanan dan penggunaan

• Turun saat suhu naik

131

Flash point• suhu terendah dimana fuel dapat dipanaskan sehingga uap keluar dan menyala

• Flash point dari furnace oil: 66oC


Liquid Fuels

Pour point• Suhu terendah dimana fuel masih dapat mengalir

• Mengindikasikan suhu dimana fuel dapat dipompa

Specific heat

132

Specific heat• kCal yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg

minyak sebesar 1oC (kcal/kgoC)

• Mengindikasikan berapa banyak steam/listrik yang dibutuhkan untuk memanaskan minyak sampai dengan suhu yang diinginkan

67


Liquid FuelsNilai Kalor (Calorific value)• Panas atau energi yang dihasilkan

• Gross calorific value (GCV): uap terkondensasi seluruhnya

• Net calorific value (NCV): air yang tidak terkondensasi seluruhnya

133

terkondensasi seluruhnya

Fuel Oil Gross Calorific Value (kCal/kg)Kerosene 11,100Diesel Oil 10,800L.D.O 10,700Furnace Oil 10,500LSHS 10,600


Liquid FuelsS l h t tSulphur content• Tergantung pada sumber crude oil dan berkurang pada proses refining

• Furnace oil: 2-4 % sulphur

• Asam sulfida menyebabkan korosi

134

Ash content• Merupakan bahan in organik di dalam fuel

• Secara khuusus 0.03 - 0.07%

• Menyebabkan kororsi pada burner dan merusak bahan/peralatan pada suhu tinggi

68


Liquid FuelsCarbon residue• Kecenderungan minyak mengendap membentuk residu karbon padat pada permukaan panas

• Residual oil: >1% carbon residue

Water content

135

Water content• Secara normal rendah dalam furnace oil (<1% pada pemurnian)

• Dalam bentuk bebas ataupun teremulsi

• Dapat merusak permukaan furnace dan mengakibatkan penyalaan


Liquid FuelsPenyimpanan fuels• Isimpa dalam tangki silindris di atas atau

dibawah tanah

• Penyimpana direkomendasikan untuk >10 days pada konsumsi normal

136

>10 days pada konsumsi normal

• Dibersihkan secara interval reguler

69

JenisJenis FuelsFuels

Fuel CairTypical specifications of fuel oils

Properties Fuel OilsFurnace Oil L.S.H.S L.D.O

Density (Approx. g/cc at 150C)

0.89-0.95 0.88-0.98 0.85-0.87

Flash Point (0C) 66 93 66Pour Point (0C) 20 72 18

Typical specifications of fuel oils(adapted from Thermax India Ltd.)

137

G.C.V. (Kcal/kg) 10500 10600 10700Sediment, % Wt. Max.

0.25 0.25 0.1

Sulphur Total, % Wt. Max.

< 4.0 < 0.5 < 1.8

Water Content, % Vol. Max.

1.0 1.0 0.25

Ash % Wt. Max. 0.1 0.1 0.02


Solid FuelsCoal classification• Anthracite: keras dan secara geologis

merupakan batubara tertua

• Bituminous

138

• Lignite: batubara lunak dan jenis yang paling muda

• Klasifikasi yang lebih jauh: semi-anthracite, semi-bituminous, dan sub-bituminous

70


Solid FuelsPhysical properties• Nilai panas atau nilai kalor : Heating atau

calorific value (GCV)

• Kandungan air

• Bahan volatil

139

Bahan volatil

• Abu

Chemical properties• Chemical constituent: carbon, hydrogen,

oxygen, sulphur


Solid Fuels (Physical properties)

Heating or calorific value• Typical GVCs untuk batubara yang bervariasi:

Parameter Lignite(Dry

Basis)

Indian Coal

Indonesian Coal

South African Coal

140

Basis) Coal

GCV(kCal/kg)

4,500 4,000 5,500 6,000

71


Solid Fuels (Physical properties)

Kandungan air• % kelembaban dalam fuel (0 5 10%)• % kelembaban dalam fuel (0.5 – 10%)

• Mengurangi nilai panas (heating value) dari fuel

• Kehilangan berat dari pemanasan dan kemudian pendinginan untukpembentukan bubuk batubara kasar

Bahan Volatil

141

• Methane, hydrocarbons, hydrogen, CO, dan yang lainnya

• Ra khusus 25-35%

• Penyalaan mudah dengan bahan volatil yang tinggi

• Kehilangan berat karena pemanasan dan pendinginan


Solid Fuels (Physical properties)Abu/Ash• Zat pengotor yang tidak terbakar (5-40%)

• Penting untuk merancang furnace

• Ash = sisa setelah pembakaran (combustion)

Fi d b

142

Fixed carbon• Fixed carbon = 100 – (air + bahan volatil + ash)

• Carbon + hydrogen, oxygen, sulphur, sisa nitrogen

• Menimbulkan panas selama pembakaran

72

Type of FuelsType of FuelsSolid Fuels (Physical properties)

Proximate Analysis of coal• Hanya menentukan fixed carbon, bahan volatil,Hanya menentukan fixed carbon, bahan volatil,

air dan ash

• Berguna untuk mendapatkan heating value (GCV)

• Peralatan analisis yang sederhana

Ultimate analysis of coal• Menentukan semua elemen komponen coal :

143

Menentukan semua elemen komponen coal : carbon, hydrogen, oxygen, sulphur, other

• Bermanfaat untuk perancangan furnace (antara lain : suhu flame, perancangan saluran cerobong asap)

• Membutuhkan analisis laboratorium


Solid Fuels (Physical properties)P i t l iProximate analysis

Secara khusus proximate analysis untuk beberapa coals (%)

Indian Coal

Indonesian Coal

South African Coal

144

Moisture 5.98 9.43 8.5

Ash 38.63 13.99 17

Volatilematter

20.70 29.79 23.28

Fixed Carbon 34.69 46.79 51.22

73


Solid Fuels (Chemical Properties)Ultimate analysis

Secara khusus ultimate analysis dari coal (%)

Parameter Indian Coal, % Indonesian Coal, % Moisture 5.98 9.43 Mineral Matter (1.1 x Ash) 38.63 13.99

145

( )Carbon 41.11 58.96 Hydrogen 2.76 4.16 Nitrogen 1.22 1.02 Sulphur 0.41 0.56 Oxygen 9.89 11.88 GCV (kCal/kg) 4000 5500


Solid Fuels (Chemical Properties)Storage, Handling & Preparation• Penyimpanan untuk meminimalkan

kehilangan karena hamparan dan kehilangan karena pembakaran spontan

• Mengurangi kehilangan karena hamparan: a)

146

Mengurangi kehilangan karena hamparan: a) suatu permukaan kasar b) penyimpanan standard concrete/brick

• Persiapan Coal sebelum digunakan untuk pembakaran yang baik

74


Gaseous FuelsKeuntungan gaseous fuels• Penanganan jumlah kecil

• Sistem burner yang paling sederhana

• Sistem Burner membutuhkan sedikit

147

Sistem Burner membutuhkan sedikit maintenance

• Keuntungan dari sisi lingkungan: emisi paling rendah


Gaseous FuelsCl ifi ti f f lClassification of gaseous fuels

(A) Fuels naturally found in nature-Natural gas-Metan dari tambang batubara(B) Fuel gases made from solid fuel-Gas yang diturunkan dari coal-Gas yang diturunkan dari biomasa

148

y g-Dari proses industri lainnya(C) Gases made from petroleum-Liquefied Petroleum gas (LPG)-Refinery gases-Gases dari oil gasification(D) Gases from some fermentation

75


Gaseous FuelsNilai Kalor• Fuel harus dibandingankan berdasarkan net

calorific value (NCV), khususnya natural gas

Typical physical and chemical properties of various gaseous fuelsFuel Relative Higher Heating Air/Fuel Flame Flame

149

Gas Density g g

Value kCal/Nm3 ratio m3/m3 Temp oC speed m/s

Natural Gas

0.6 9350 10 1954 0.290

Propane 1.52 22200 25 1967 0.460

Butane 1.96 28500 32 1973 0.870


Gaseous FuelsLiquefied Petroleum Gas (LPG)• Propane, butane and unsaturates, dengan komposisi paling ringan adalah C2 dan yang lebih berat adalah fraksi C5

• Hydrocarbons adalah gas pada tekanan

150

Hydrocarbons adalah gas pada tekanan atmosferik tetapi dapat dikondensasikan menjadi bentuk cair

• uap LPG lebih berat dari pada udara: kebocoran gas dapat mengalir pada jarak yang jauh dari sumber kebocoran

76


Gaseous FuelsNatural gas• Methane: 95%

• Remaining 5%: ethane, propane, butane, pentane, nitrogen, carbon dioxide, other gases

• High calorific value fuel

151

g

• Tidak membutuhkan fasilitas pemnyimpanan

• Tidak ada sulfur

• Dapat bercampur langsung dengan udara tanpa memproduksi asap atau jelaga


Perbandingan beberapa FuelsFuel Oil Coal Natural

GasCarbon 84 41.11 74Hydrogen 12 2.76 25

S l h 3 0 41

152

Sulphur 3 0.41 -Oxygen 1 9.89 TraceNitrogen Trace 1.22 0.75Ash Trace 38.63 -Water Trace 5.98 -

77

Performa Bahan BakarPerforma Bahan Bakar

IntroductionIntroduction

Type of fuels

Performance evaluation

153

Performance EvaluationPerformance Evaluation

• Combustion: oksidasi cepat dari fuelPrinciples of Combustion

• Combustion: oksidasi cepat dari fuel

• Complete combustion: total oksidasi dari fuel (setara dengan penyediaan oksigen yang dibutuhkan)

• Udara: 20.9% oxygen, 79% nitrogen and other

Nit ( ) M d k i fi i i b k

154

• Nitrogen: (a) Mereduksi efisiensi pembakaran(b) Membentuk NOx pada suhu tinggi

• Karbon dalam bentuk (a) CO2 (b) CO menghasilkan produksi panas yang rendah

78


Principles of Combustion

• Control the 3 T untuk optimasi combustion:

1T) Temperature (suhu)

2T) Turbulensi

3T) Time (waktu)

155

• Uap air adalah hasil samping dari pembakaran fuel yang mengandung hidrogen dan mengambil panas dari gas keluar (flue gases)

3T) Time (waktu)


Principle of CombustionOksigen adalah kunci dari combustion

156

79


Stochiometric calculation dariudara yang dibutuhkanudara yang dibutuhkan

Dibutuhkan udara stoikiometrik dalam pembakaran furnace oil

Secara teoritis CO2 terkandung dalam flue gases

157

Kandungan CO2 aktual dan % excess udara

Unsur pokok flue gas dengan excess udara

Volume CO2 teoritis dan O2 dalam flue gas kering


• Pengukuran CO2 dalam flue gases untuk Concept of Excess Udara

memperkirakan tingkat excess udara dan stack losses

air (

%)

158Carbon dioxide (%)

Exce

ss

80


Concept of Excess Air• Pengukuran O2 dalam flue gases untuk

mengestimasi tingkat excess udara dan stackai

r (%

)mengestimasi tingkat excess udara dan stack losses

159Residual oxygen (%)

Exce

ss


Untuk meng exhaust hasilDraft System

Untuk meng-exhaust hasil pembakaran ke atmosfer

Natural draft:• Disebabkan perbedaan berat antara hot gases

didalam cerobong dan udara di luar

160

• Tidak menggunakan fan atau blower

Mechanical draft:• Secara buatan dihasilkan dari fan

• Tiga tipe a) balanced draft, b) induced draft dan c) forced draft

81


Perhitungan Biaya Pemakaian Listrik


Contoh perhitungan untuk industri

• Dasar perhitungan TDL 2004• Untuk Tarif B (bisnis, daya 41.500VA)• Yang perlu diketahui: stand meter bulan

lalulalu• Stand meter bulan ini

82


• Stand meter bulan lalu: 022000• Stand meter bulan ini : 032375• Stand meter bulan ini : 032375• Pemakaian kWh : 10375• Biaya beban: (41.500kVa/1000) * Rp 30.000/kVa .... (1)• Biaya pakai

(blok 1: 100 jam): 4.150 * Rp 520/kWh .................... (2)(blok 2: 100 jam): 6.225 * Rp 545/kWh .................... (3)(blok 2: 100 jam): 6.225 Rp 545/kWh .................... (3)

• Biaya meterai : Rp 6.000 ...................................... (4)• Total biaya yang dibayar: (1) + (2) + (3) + (4)

Documents

MATERI HAND OUT E H DNJurusan/Prodi : Teknik Kimia Kode Mata Kuliah : TKT 1701 Nama Mata Kuliah : Penyediaan Energi MATERI HAND OUT yg Pertemuan ke : 1-14 Hand out ke : 1 dari 1 Jumlah