Energy Baru Terbarukan (Pembangkit Listrik Tenaga Sampah) Part 1

kali ini saya kembali muncul dengan pembahasan materi kuliah saya, sebenarnya saya belum pernah melakukan atau langsung mempraktekkannya, dikarenakan biaya yang amat teramat besarūüėÄ hehe, bisa-bisa terjual kampung halaman saya,ūüėÄ

nah, pada mata kuliah Dasar Teknik Elektro kali ini, my dosen nyuruh nyari energy yang paling baru trus diperbarui, nah loh, pertama mendengarnya saya sedikit bingung, apa yaah????

setelah mikir keras, eh ga keras-keras banget sih, akhirnya saya dapet ilham dari tuhan, hahaha, ga kelamaan mikir liat tong sampah kampus saya jadi mengangkat judul seperti yang diatas.
eh tapi sebelumnya saya minta maaf nih, postingan saya kali ini terbagi menjadi beberapa part-part =)) dikarenakan saya sibuk kerja

nah pada part ini saya hanya menjelaskan terlebih dahulu tentang semua perangkat,proses dan alat yang akan digunakan pada  pengolahan :

Energy Thermal

Merupakan bentuk energi dasar di mana dalam kata lain adalah semua energi yang dapat dikonversikan secara penuh menjadi energi panas. Sebaliknya, pengonversian dari energi termal ke energi lain dibatasi oleh hukum Thermodinamika II. Bentuk energi transisi dan energi termal adalah energi panas (kalor), dapat pula dalam bentuk energi tersimpan sebagai kalor laten atau kalor sensibel yang berupa entalpi.

Hukum Thermodinamika II

 

Hukum kedua termodinamika adalah ekspresi dari kecenderungan yang dari waktu ke waktu, perbedaan suhu, tekanan, dan menyeimbangkan potensi kimia dalam terisolasi sistem fisik . Dari keadaan kesetimbangan termodinamika , hukum menyimpulkan prinsip peningkatan entropi dan menjelaskan fenomena ireversibilitas di alam. Hukum kedua menyatakan ketidakmungkinan mesin yang menghasilkan energi yang dapat digunakan dari energi internal melimpah alam dengan proses yang disebut gerak abadi dari jenis yang kedua.

Hukum kedua dapat dinyatakan dengan cara tertentu, tetapi rumusan pertama adalah dikreditkan ke ilmuwan Jerman Rudolf Clausius .Hukum biasanya dinyatakan dalam bentuk fisik proses mustahil. Dalam termodinamika klasik , hukum kedua adalah dasar dalil yang berlaku untuk setiap sistem yang melibatkan terukur panas transfer, sedangkan pada termodinamika statistik , hukum kedua adalah konsekuensidari unitarity dalam teori kuantum . Dalam termodinamika klasik, hukum kedua mendefinisikan konsep termodinamika entropi , sementara di entropi mekanika statistik didefinisikan dari teori informasi , yang dikenal sebagai entropi Shannon .

Arah Proses Termodinamik

1.      Proses termodinamik yang berlanggsung secara alami seluruhnya disebut proses ireversibel (irreversibel process). Proses tersebut berlanggsung secara spontan pada satu arah tetapi tidak pada arah sebaliknya. Contohnya kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

2.      Proses reversibel adalah proses termodinamik yang dapat berlanggsung secara bolak-balik. Sebuah sistem yang mengalami idealisasi proses reversibel selalu mendekati keadaan kesetimbangan termodinamika antara sistem itu sendiri dan lingkungannya. Proses reversibel merupakan proses seperti-kesetimbangan(quasi equilibrium process).

Tiga Pernyataan Bagi Hukum Kedua Termodinamika

1.      Kalor tidak mengalir secara spontan dari dingin ke panas. (sebaliknya: dapat spontan?)

2.     Tidak ada mesin yang dapat mengubah kalor menjadi usaha secara utuh, (sebaliknya: dapat spontan?)

3.     Setiap sistem terisolasi condong menjadi acak. (sistem terbuka: dapat menumbuhkaketeraturan?)

Kalor tidak akan mengalir spontan dari benda dingin ke benda panas
[Rudolf Clausius (1822 ‚Äď 1888)]

  1. Pada taraf molekular:

‚Äst¬†¬†¬†¬†¬†¬† Molekul yang bergerak lebih cepat, akan menyebarkan energinya kepada lingkungannya

  1. Pada taraf makroskopik:

‚Äst¬†¬†¬†¬†¬†¬† Perlu pasokan energi / usaha, untuk mendinginkan sebuah benda

Anda tidak dapat membuat mesin yang sekedar mengubah kalor menjadi usaha sepenuhnya[Kelvin (1824 ‚Äď 1907) & Planck (1858 ‚Äď 1947)]

  1. Efisiensi mesin tidak dapat 100%
  2. Diperlukan tandon panas dan tandon dingin
  3. Tandon panas menjadi sumber energi
  4. Perlu membuang kalor pada suhu yang lebih rendah, ke tandon dingin
  5. Biasanya tandon suhu terendah = atmosfer

Hukum II Termodinamika

  1. Jika tidak ada kerja dari luar, panas tidak dapat merambat secara spontan dari suhu rendah ke suhu tinggi (Clausius)
  2. Proses perubahan kerja menjadi panas merupakan proses irreversible jika tidak terjadi proses lainnya (Thomson-Kelvin-Planck)
  3. Suatu mesin tidak mungkin bekerja dengan hanya mengambil energi dari suatu sumber suhu tinggi kemudian membuangnya ke sumber panas tersebut untuk menghasilkan kerja abadi (Ketidakmungkinan mesin abadi)
  4. Mesin Carnot adalah salah satu mesin reversible yang menghasilkan daya paling ideal.  Mesin ideal memiliki efisiensi maksimum yang mungkin dicapai secara teoritis

Mesin Kalor

Rangkaian dari beberapa proses termodinamika yang berawal dan berakhir pada keadaan yang sama disebut siklus

Untuk sebuah siklus, DT = 0 oleh karena itu DU = 0. Sehingga

Q = W.

Q menyatakan selisih kalor yang masuk (Q1) dan kalor  yang keluar (Q2) (Q = Q1РQ2) dan W adalah kerja total dalam satu siklus.

Siklus Carnot

Tahun 1824 Sadi Carnot menunjukkan bahwa mesin kalor terbalikkan adengan siklus antara dua reservoir panas adalah mesin yang paling efisien.

Siklus Carnot terdiri dari proses isotermis dan proses adiabatis.

1.      Proses a-b : ekaspansi isotermal pada temperatur Th (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur tinggi. Dalam proses ini gas menyerap kalor Th dari reservoir dan melakukan usaha Wab menggerakkan piston.

2.      Proses b-c : ekaspansi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama proses temperatur gas turun dari Th ke Tc  (temperatur rendah) dan melakukan usaha Wab.

3.      Proses c-d : kompresi isotermal pada temperatur Tc (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini gas melepas kalor Qc dari reservoir dan mendapat usaha dari luar Wcd

4.      Proses d-a : kompresi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama proses temperatur gas naik dari Tc ke Th  dan mendapat usaha Wda .

Efisiensi dari mesin kalor siklus Carnot :

h= W/Qh = 1 – Qc /Qh

karena Qc /Qh = Tc /Th (buktikan)

maka

h=  1 РTc /Th

Mesin kalor yang telah dibahas sebelumnya menyatakan :

1.      kalor diserap dari sumbernya pada temperatur tinggi (Qh)

2.      Usaha dilakukan oleh mesin kalor(W).

3.      Kalor dilepas pada temperatur rendah (Qc).

Dari kenyataan ini menujukkan bahwa efisiensi mesin kalor tidak pernah berharga 100 %. karena Qc selalu ada dalam setiap siklus. Dari sini Kelvin-Planck menyatakan :

‚ÄúTidak mungkin membuat suatu mesin kalor, yang beroperasi pada suatu siklus, hanyalah mentransformasikan ke dalam usaha semua kalor yang diserapnya dari sebuah sumber‚ÄĚ.

Secara sederhana, kalor tidak dapat mengalir dari objek dingin ke objek panas secara spontan.

Entropi

Konsep temperatur muncul dalam hukum ke-nol termodinamika. Konsep energi internal muncul dalam hukum pertama termodinamika. Dalam hukum kedua termodinamika muncul konsep tentang entropi.

Misal ada proses terbalikkan, quasi-statik,  jika dQ adalah kalor yang diserap atau dilepas oleh sistem selama proses dalam interval lintasan yang kecil,

dS = dQ/T

1.      Entropi dari alam naik bila proses yang berlangsung alamiah

2.      Perubahan entropi dari suatu sistem hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem.

untuk proses dalam satu siklus perubahan entropi nol DS = 0.

3.      Untuk proses adiabatik terbalikkan, tidak ada kalor yang masuk maupun keluar sistem, maka DS = 0. Proses ini disebut proses isentropik.

4.      Entropi dari alam akan tetap konstan bila proses terjadi secara terbalikkan.

Untuk proses quasi-statik, terbalikkan, berlaku hubungan : dQ = dU + dW dimana dW = pdV. Untuk gas ideal, dU = ncv dT dan P = nRT/V, oleh karena itu

dQ = dU + pdV = ncv dT + nRT  dV/V

bila dibagi dengan T

dQ/T = ncvdT/T + nR  dV/V

DS = òdQ/T = ncv ln(Tf/Ti) + nR ln(Vf/Vi)

 

2.2 Teknologi RDF (Refused Derived Fuel).

Refused Derived Fuel (RDF) atau solid recovered fuel/ specified recovered fuel (SRF) adalah bahan bakar yang dihasilkan dengan memotong-motong dan dehidrasi limbah padat (MSW) dengan teknologi converter Limbah. RDF sebagian besar terdiri dari komponen-komponen yang mudah terbakar limbah rumah seperti plastik dan limbah biodegradable. Fasilitas pengolahan RDF biasanya terletak dekat sumber MSW dan, sementara fasilitas pembakaran opsional biasanya dekat dengan fasilitas pengolahan, mungkin juga berada di lokasi yang jauh. SRF dapat dibedakan dari RDF pada kenyataan bahwa itu diproduksi untuk mencapai standar seperti CEN/343 ANAS. Sebuah kajian komprehensif sekarang tersedia pada produksi SRF / RDF, standar kualitas dan pemulihan termal.

2.2.1 metode pengolahan

 

Bahan yang tidak mudah terbakar seperti kaca dan logam dikeluarkan selama siklus pengolahan pasca perawatan dengan pisau udara atau pengolahan pemisahan mekanis lainnya . Bahan sisa bisa dijual dalam bentuk olahan ( tergantung pada proses pengobatan ) atau dapat dikompresi menjadi pelet , batu bata atau kayu dan digunakan untuk tujuan lain baik yang berdiri sendiri atau dalam proses daur ulang rekursif .
Metode pengolahan lanjutan RDF ( perlakuan uap bertekanan dalam autoclave limbah ) dapat menghapus atau secara signifikan mengurangi polutan berbahaya dan logam berat untuk digunakan sebagai bahan untuk berbagai manufaktur dan penggunaan terkait . RDF diekstrak dari sampah kota menggunakan perlakuan mekanik panas ,

pengobatan biologis mekanis atau limbah otoklaf .

Produksi RDF mungkin melibatkan beberapa tapi tidak semua dari langkah-langkah

berikut :
a. Pembebasan awal ( tidak diperlukan untuk perawatan autoclave )
b. Ukuran screening ( langkah pasca perawatan untuk pengobatan autoclave )
c. Pemisahan magnetik ( pasca perawatan untuk pengobatan autoclave )
d. Shredding Kasar ( tidak diperlukan untuk perawatan autoclave )

e.  pemisahan Refining

 

RDF dapat digunakan dalam berbagai cara untuk menghasilkan listrik. Hal ini dapat digunakan bersama sumber tradisional bahan bakar di pembangkit listrik tenaga batubara. Di Eropa RDF dapat digunakan dalam industri kiln semen, di mana standar yang ketat dari Limbah Insinerasi Directive terpenuhi. RDF juga dapat dimasukkan ke dalam modul busur plasma gasifikasi, pirolisis tanaman dan di mana RDF mampu menjadi dibakar bersih atau sesuai dengan Protokol Kyoto, RDF dapat menyediakan sumber pendanaan di mana kredit karbon yang tidak terpakai dijual di pasar terbuka melalui karbon pertukaran. Namun, penggunaan kontrak sampah kota dan kredibilitas finansial dari solusi ini masih merupakan konsep yang relatif baru, sehingga keuntungan finansial RDF mungkin diperdebatkan.

2.3 Incineration ( Insinerasi)

2.3.1 Insenerator

Insinerasi atau pembakaran sampah (bahasa Inggris: incineration) adalah teknologi pengolahan sampah yang melibatkan pembakaran bahan organik. Insinerasi dan pengolahan sampah bertemperatur tinggi lainnya didefinisikan sebagai pengolahan termal. Insinerasi material sampah mengubah sampah menjadi abu, gas sisa hasil pembakaran, partikulat, dan panas. Gas yang dihasilkan harus dibersihkan dari polutan sebelum dilepas ke atmosfer. Panas yang dihasilkan bisa dimanfaatkan sebagai energi pembangkit listrik.

Insinerasi dengan energy recovery adalah salah satu teknologi sampah-ke-energi (waste-to-energy, WtE). Teknologi WtE lainnya adalah gasifikasi, pirolisis, dan fermentasi anaerobik. Insinerasi juga bisa dilakukan tanpa energy recovery. Insinerator yang dibangun beberapa puluh tahun lalu tidak memiliki fasilitas pemisahan material berbahaya dan fasilitas daur ulang. Insinerator ini dapat menyebabkan bahaya kesehatan terhadap pekerja insinerator dan lingkungan sekitar karena tingginya gas berbahaya dari proses pembakaran. Kebanyakan insinerator jenis ini juga tidak menghasilkan energi listrik.

Insinerator mengurangi volume sampah hingga 95-96%, tergantung komposisi dan derajat recovery sampah. Ini berarti insinerasi tidak sepenuhnya mengganti penggunaan lahan sebagai area pembuangan akhir, tetapi insinerasi mengurangi volume sampah yang dibuang dalam jumlah yang signifikan.

Insinerasi memiliki banyak manfaat untuk mengolah berbagai jenis sampah seperti sampah medis dan beberapa jenis sampah berbahaya di mana patogen dan racun kimia bisa hancur dengan temperatur tinggi.

Insinerasi sangat populer di beberapa negara seperti Jepang di mana lahan merupakan sumber daya yang sangat langka. Denmark dan Swedia telah menjadi pionir dalam menggunakan panas dari insinerasi untuk menghasilkan energi. DI tahun 2005, insinerasi sampah menghasilkan 4,8% energi listrik dan 13,7% panas yang dikonsumsi negara itu. Beberapa negara lain di Eropa yang mengandalkan insinerasi sebagai pengolahan sampah adalah Luksemburg, Belanda, Jerman, dan Prancis.

Gambar 1 : insenerator

Insinerator adalah tempat untuk pembakaran sampah. Insinerator modern memiliki fasilitas mitigasi polusi seperti pembersihan gas. Terdapat beberapa tipe insinerator: piringan bergerak, piringan tidak bergerak, rotary kiln, dan fluidised bed. Akan tetapi dalam hal ini kita hanya membahas tipe insenerator piringan bergerak dan piringan tidak bergerak saja.

a.      Piringan Bergerak

Salah satu jenis insinerator adalah piringan bergerak (moving grate).Insinerator jenis ini memungkinkan pemindahan sampah ke ruang pembakaran dan memindahkan sisa hasil pembakaran tanpa mematikan api. Satu wadah piringan bergerak dapat membakar 35 metrik ton sampah perjam. Jenis insinerator ini dapat bergerak ribuan jam pertahun dengan hanya satu kali berhenti, yaitu pada saat inspeksi dan perawatan.

Sampah diintroduksi ke “mulut” insinerator, dan pada lubang di ujung lainnya sisa hasil pembakaran dikeluarkan. Udara yang dipakai dalam proses pembakaran disuplai melalui celah piringan. Aliran udara ini juga bertujuan untuk mendinginkan piringan tersebut. Beberapa jenis insinerator piringan bergerak juga memiliki sistem air pendingin di dalamnya.

Suplai udara pembakaran sekunder dilakukan dengan memompa udara menuju bagian atas piringan. Jika dilakukan dengan kecepatan tinggi, hal ini dapat memicu turbulensi yang memastikan terjadinya pembakaran yang lebih baik dan surplus oksigen. Turbulensi ini juga penting untuk pengolahan gas sisa hasil pembakaran sampah.

Fasilitas insinerasi harus didesain untuk memastikan bahwa gas sisa hasil pembakaran mencapai temperatur 850 oC selama dua detik untuk memecah racun kimia organik. Untuk lebih memastikan hal tersebut, biasanya diperlengkapi dengan pembakar yang pada umumnya memakai bahan bakar minyak, yang lalu dibakar ke insinerasi untuk mendapatkan panas yang memadai.

Gas sisa hasil pembakaran lalu didinginkan. Panas yang ada ditransfer menjadi uap dengan memaparkannya pada sistem pompa air. Uap ini lalu digunakan untuk menggerakkan turbin. Gas yang telah melalui pendinginan dipompakan ke fasilitas sistem pembersihan.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s