bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Di era modern, teknologi mengalami perkembangan yang sangat pesat. Hal ini
akan mempengaruhi pada nilai produksi dan permintaan kebutuhan listrik. Produksi
dan permintaan kebutuhan listrik selalu meningkat setiap tahun. Produksi energi listrik
mengalami kenaikan sekitar 0,076% dari tahun 2004 hingga 2012, sedangkan
permintaan akan energi listrik mengalami peningkatan sekitar 0,07% dari tahun 2004
hingga 2012 (ESDM, 2012). Besar nilai produksi dan permintaan akan energi listrik
dari tahun 2004 hingga 2012 dapat dilihat pada Tabel 1.1 berikut.
Tabel 1.1. Data listrik nasional (ESDM, 2012)
Salah satu produksi energi listrik dihasilkan oleh PLTU (Pembangkit Listrik
Tenaga Uap), seperti halnya pada PLTU PT. PLN UB Kendari. Salah satu komponen
penting yang terdapat pada PLTU adalah boiler. Boiler yang digunakan oleh PT. PLN
UB Kendari berjenis stoker. Boiler merupakan sebuah bejana tertutup yang digunakan
1
2
untuk menghasilkan uap yang kemudian dimanfaatkan untuk memutar turbin. Proses
pembakaran di dalam boiler dimulai dari masuknya bahan bakar dan udara melalui
burner ke dalam ruang bakar. Kemudian terjadi proses pembakaran yang menghasilkan
panas. Panas tersebut kemudian akan diserap oleh pipa-pipa air (wall tubes) disekitar
ruang bakar untuk mengubah air menjadi uap. Temperatur gas hasil pembakaran harus
diprediksikan dengan sangat akurat karena hal ini memiliki pengaruh terhadap prosesproses selanjutnya. Distribusi temperatur yang terjadi dapat berubah-ubah, faktorfaktor pengendalinya adalah beban boiler, udara lebih (excess air), tipe masukan bahan
bakar dan udara, dan perubahan kondisi operasi.
Seiring dengan berjalannya waktu pengoperasian boiler yang terdapat pada
PLTU PT. PLN UB Kendari, ditemukan bahwa terjadi penurunan nilai efisiensi boiler.
Penurunan nilai efisiensi ini terjadi karena proses pembakaran batubara dalam boiler
bertipe stoker yang dianggap kurang efisien dan juga dikarenakan oleh pemilihan jenis
dan kualitas bahan bakar yang digunakan. Boiler yang terdapat pada PLTU PT. PLN
UB Kendari menggunakan bahan bakar batubara berjenis low rank dimana kualitas
batubara jenis ini memiliki nilai kalor yang sangat rendah. Berdasarkan pada
penurunan nilai efisiensi yang terjadi maka pihak dari PLTU PT. PLN UB Kendari
memiliki rencana untuk menaikkan kembali nilai efisiensi dari boiler tersebut. Salah
satu upaya yang dilakukan adalah dengan mengganti bahan bakar yang digunakan
untuk proses pembakaran. Berdasarkan rencana dari pihak PLTU PT. PLN UB Kendari
tersebut maka dilakukan penelitian mengenai pergantian bahan bakar yang digunakan
dalam boiler yang terdapat pada PLTU PT. PLN UB Kendari. Pada penelitian ini
dipilih bahan bakar cair yang akan digunakan sebagai bahan bakar di dalam boiler.
Pemilihan bahan bakar cair sebagai alternatif bahan bakar yang akan digunakan
pada boiler didasarkan pada pertimbangan bahwa bahan bakar cair memiliki variasi
bahan bakar yang beragam (bensin, minyak tanah, batubara cair, gas cair, spiritus, fuel
oil, dan diesel). Dari beberapa variasi bahan bakar cair tersebut dipilihlah fuel oil
sebagai varian bahan bakar cair yang akan digunakan.
3
Metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan kasus ini adalah metode
numerik. Penggunaan metode numerik ini dianggap lebih sederhana, tidak
membutuhkan waktu yang banyak, dan hasil yang diperoleh dapat menggambarkan
kondisi secara aktual jika dibandingkan dengan metode analitis. Metode numerik yang
sering digunakan untuk menyelesaikan masalah perpindahan kalor dan aliran fluida
adalah metode CFD (Computational Fluid Dynamic). Metode ini dilakukan dengan
menurunkan persamaan-persamaan atur (kontinuitas, momentum, energi, dan spesies
kimia) pada suatu volume atur dan menyelesaikannya secara numeris.
Seperti yang sudah dijelaskan pada paragraf sebelumnya bahwa dalam penelitian
ini yang akan di simulasikan adalah boiler yang terdapat pada PLTU PT. PLN UB
Kendari. Boiler yang terdapat pada PLTU PT. PLN UB Kendari memiliki kapasitas
daya 10 MW. Diharapkan hasil dari dilakukan penelitian dari simulasi numerik ini akan
mendapatkan gambaran kontur temperatur dari proses pembakaran yang terjadi serta
pola aliran yang terjadi dalam boiler.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang ada di atas, rumusan masalah dari penelitian
ini adalah sebagai berikut:
1.
Bagaimana profil dari distribusi parameter-parameter (temperatur, tekanan,
kecepatan aliran, dan fraksi massa) serta pola aliran yang ada di dalam
boiler?
2.
Bagaimana perbandingan dari hasil simulasi yang didapatkan terutama
distribusi temperatur terhadap kondisi operasional boiler PT. PLN UB
Kendari?
3.
Apakah pemakaian bahan bakar fuel oil dapat digunakan sebagai bahan
bakar PT. PLN UB Kendari?
4
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini dibatasi pada hal-hal berikut:
1.
Boiler yang akan disimulasikan adalah boiler berkapasitas 10 MW yang
beroperasi pada PLTU PT. PLN UB Kendari.
2.
Geometri boiler yang dimodelkan dimulai dari ruang bakar hingga sesi
sebelum economizer. Pembuatan/pengembangan model tersebut dibuat
dengan menggunakan perangkat lunak Gambit 2.3.16.
3.
Seluruh fenomena yang terjadi selama proses pembakaran fuel oil
disesuaikan dengan menggunakan model-model yang tersedia dalam
perangkat lunak Fluent 6.3.
4.
Boiler beroperasi pada kondisi steady (tunak).
5.
Penyederhanaan dan/atau pengasumsian dilakukan untuk mendukung proses
komputasi.
6.
Kriteria konvergensi pada penelitian ini didasarkan pada tingkat
kesetimbangan massa dan energi.
7.
Hasil simulasi ditampilkan dalam gambar-gambar distribusi temperatur dan
pola aliran dari batubara dan udara yang terjadi di dalam boiler.
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1.
Mendapatkan kontur distribusi parameter-parameter (temperatur, tekanan,
kecepatan aliran, dan fraksi massa) dan pola aliran yang terbentuk di dalam
boiler.
2.
Mengetahui perbandingan antara hasil simulasi yang didapat dengan
kondisi operasional boiler PLTU PT. PLN UB Kendari.
3.
Mengetahui apakah bahan bakar fuel oil dapat digunakan pada boiler yang
terdapat di PLTU PT. PLN UB Kendari.
5
1.5
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Simulasi
numerik
yang dilakukan diharapkan dapat
memberikan
pengetahuan mengenai proses pembakaran fuel oil yang terjadi di dalam
boiler.
2.
Peneliti mendapatkan tambahan ilmu mengenai pembakaran fuel oil dan juga
contoh penerapan dalam boiler.
3.
Peneliti dapat belajar bagaimana melakukan suatu penelitian yang
menggunakan metode CFD, beserta penggunaan metode-metode simulasi
yang digunakan.
1.6
Sistematika Penelitian
Sistematika dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Bab I – Pendahuluan
Bab ini membahas mengenai latar belakang masalah, rumusan masalah,
batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika
penulisan.
2.
Bab II – Kajian Pustaka
Bab ini membahas mengenai penelitian-penelitian yang sudah dilakukan
sebelumnya mengenai boiler, khususnya penelitian yang dilakukan secara
numerik tentang boiler berbahan bakar fuel oil.
3.
Bab III – Dasar Teori
Pada bab ini akan dijelaskan teori singkat mengenai boiler serta jenisjenisnya, bahan bakar yang dipakai dalam proses pembakaran yakni fuel oil,
parameter-parameter yang menentukan unjuk kerja boiler.
6
4.
Bab IV – Metodologi Penelitian
Pada bab ini diberikan alur serta tahapan-tahapan yang dilakukan selama
penelitian ini berlangsung hingga verifikasi numerik boiler.
5.
Bab V – Hasil dan Pembahasan
Pada bab ini berisi mengenai pembahasan hasil simulasi yang didapat dan
membandingkannya dengan kondisi lapangan operasional boiler.
6.
Bab VI – Penutup
Pada bab ini berisi mengenai kesimpulan dari penelitian dan saran untuk
penelitian selanjutnya.