BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses Pabrik Kelapa Sawit Pabrik kelapa sawit adalah suatu pabrik industri yang berfungsi sebagai tempat pengolahan tandan buah segar (TBS) kelapa sawit menjadi minyak kelapa sawit/crude palm oil (CPO), inti kelapa sawit (kernel), fiber dan cangkang. Pabrik kelapa sawit memiliki 6 stasiun yang berhubungan dalam pengolahan kelapa mulai dari tandan buah segar sampai menjadi minyak dan inti. Ada pun 6 stasiun tersebut diantaranya : 1) Stasiun Penerimaan Buah Sebelum masuk ke tahap penyortiran, buah terlebih dahulu ditimbang di jembatan timbang untuk mengetahui berat TBS dan untuk mengetahui rendemen minyak sawit dan inti sawit. TBS yang telah ditimbang kemudian dibawa ke lantai sortasi sebelum ke tahap selanjutnya. 2) Stasiun Perebusan Selanjutnya pengolahan kelapa sawit adalah proses perebusan. Perebusan ini bertujuan untuk menurunkan tingkat keasaman lemak bebas dan mengurangi kadar air. 3) Stasiun Penebah Pada proses ini buah/brondolan dipisahkan dari tandan sawit dengan menggunakan mesin penebah (thresher) dengan cara mengangkat dan membanting tandan buah rebus tersebut. 4) Stasiun Press Proses keempat ini merupakan proses inti dimana minyak diambil dari buah dengan melumatkan terlebih dahulu brondolan kemudian dilakukan penekanan dengan mesin press untuk mendapatkan minyak. 5) Stasiun Pemurnian Minyak Setelah proses pressing minyak dari buah, barulah didapat minyak kasar. Selanjutnya minyak tersebut akan kebih disempurnakan dengan proses seperti fraksinasi dan

2 penyaringan. Setelah melalui tahap penyempurnaan minyak dipompakan ke storage tank untuk tempat penyimpanan sementara sebelum dikirim. 6) Stasiun Pengolahan Biji Cake hasil press diolah selanjutnya di stasiun biji untuk memisahkan kembali fiber dengan biji. Fiber ini selanjutnya akan dikirim ke boiler sebagai bahan bakar, sedangkan biji akan kembali diolah untuk dipisahkan antara cangkang dengan inti dengan cara dipecah terlebih dahulu. Sama halnya dengan fiber, cangkang juga dikirim menuju boiler untuk digunakan sebagai bahan bakar. Inti yang didapatkan akan dikirim ke kernel dryer untuk dikeringkan. Akan tetapi keseluruhan proses yang terjadi pada masing-masing stasiun di pabrik tidak terlepas dari peran penting dari stasiun pembangkit tenaga sebagai pemasok steam yang akan digunakan turbin untuk menghasilkan energi listrik dan uap bekasnya digunakan untuk pengolahan. 2.2 Power Plant Pabrik Kelapa Sawit Uap yang dihasilkan oleh boiler yang memiliki nilai entalpi yang dikonversikan menjadi tenaga oleh turbin. Uap superheater memiliki nilai entalpi yang lebih tinggi dari uap saturated yang menyebabkan perbedaan tenaga yang ditimbulkannya. Untuk mengolah kelapa sawit dengan efisiensi ekstraksi yang tinggi diperlukan tenaga penggerak, yang merupakan faktor pembatas dalam pencapaian kapasitas efektif setara dengan kapasitas terpasang dan ratio antara jam olah mendekati jam operasi pabrik. Ada 4 faktor yang mempengaruhi pemakaian jumlah tenaga pada pabrik kelapa sawit (Naibaho, 1996) adalah : 1) Desain Pabrik Rancangan pabrik tergantung pada kapasitas olah yang diinginkan beserta tipe peralatan yang akan digunakan dalam alir proses pengolahan. Perubahan yang sering timbul pada PKS ialah tambahan alat baru yang sebelumnya tidak direncanakan, hal ini dapat menyebabkan meningkatnya kebutuhan tenaga. Misalnya dengan adanya instruksi dari

3 pemerintah tentang pengendalian limbah pada mulanya tidak diperhatikan maka terjadi penambahan peralatan. 2) Peralatan dan Instalasi Instalasi dan peralatan yang telah beroperasi lama akan membutuhkan tenaga yang lebih tinggi karena telah terjadi penyimpangan, misalnya elektromotor yang digulung ulang biasanya mengalami perubahan yaitu terjadi pertambahan tenaga yang disengaja untuk mencegah terbakarnya elektromotor. 3) Bahan Baku Tandan buah sawit mentah menunjukkan penampilan yang masih keras, ikatan antara buah dengan bulir dan pertautan antara serat dengan serat masih kuat. Hal ini akan menyebabkan kesulitan dalam proses penebah terutama jika perebusannya tidak sempurna. Buah yang tidak terpipil sering direbus ulang, ini tentu akan membutuhkan tenaga tambahan yang tadinya tidak diperhitungkan dalam perancangan pabrik. Juga akibat buah mentah timbul pengaruh negatif pada proses pengempaan yang memerlukan jumlah tenaga yang lebih besar agar minyak yang tertinggal dalam ampas relatif kecil. Demikian juga halnya dalam polishing drum pemisahan serat akan lebih sulit sehingga sering dilakukan pengolahan ulang. 4) Perbedaan Pemakaian Tenaga dan Uap Pada Unit Pengolahan Jumlah uap yang digunakan setiap ton TBS tidak selalu sama untuk setiap PKS ini tergantung dari efisiensi pemakaian uap. Efisiensi pemakaian uap dipengaruhi metode proses pengolahan yang diterapkan, misalnya sterilisasi yang menerapkan pola tiga puncak akan membutuhkan uap yang lebih besar dibanding dengan dua puncak. Klarifikasi dengan steam live steam akan membutuhkan uap yang lebih besar dibandingkan dengan penggunaan pipa pemanas Boiler

4 Gambar 2.1 Boiler Boiler merupakan mesin kalor (thermal engineering) yang mentransfer energienergi kimia menjadi kerja (usaha) (Muin, 1988). Boiler atau ketel uap adalah suatu alat berbentuk bejana tertutup yang digunakan untuk menghasilkan steam. Steam diperoleh dengan memanaskan bejana yang berisi air dengan bahan bakar (Yohana dan Askhabulyamin, 2009). Boiler mengubah energi-energi kimia menjadi bentuk energi yang lain untuk menghasilkan kerja. Boiler dirancang untuk melakukan atau memindahkan kalor dari suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan bakar. Boiler berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkonversikan energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Boiler terdiri dari 2 komponen utama, yaitu: 1) Dapur sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi panas. 2) Alat penguap (evaporator) yang mengubah energi pembakaran (energi panas) menjadi energi potensial uap (energi panas). Kedua komponen tersebut dia atas telah dapat untuk memungkinkan sebuah boiler untuk berfungsi. Uap yang dihasilkan boiler dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan antara lain adalah: 1) Pembangkit daya listrik, seperti pada PLTU dimana uap tersebut untuk menggerakkan turbin agar dapat menghasilkan listrik.

5 2) Industri, seperti pada pabrik kelapa sawit dimana uap dipakai untuk menghasilkan listrik dan juga sebagai pemanas pada alat-alat pengolahannya. Boiler pada dasarnya terdiri dari bumbungan (drum) yang tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air. Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka boiler diklasifikasikan menjadi: 1) Boiler pipa api (fire tube boiler) Boiler jenis ini pada bagian tubenya dialiri dengan gas pembakaran dan bagian lainnya yaitu sell dialiri air yang akan diuapkan. Tube-tubenya langsung didinginkan oleh air yang melindunginya. Jumlah pass dari boiler tergantung dari jumlah laluan horizontal dari gas pembakaran diantara furnace dan pipa-pipa api. Laluan gas pembakaran pada furnace dihitung sebagai pass pertama. Boiler jenis ini banyak dipakai untuk industri pengolahan mulai skala kecil sampai skala menengah (Raharjo dan Karnowo, 2008). 2) Boiler pipa air (water tube boiler) Boiler jenis ini banyak dipakai untuk kebutuhan uap skala besar. Prinsip kerja dari boiler pipa air berkebalikan dengan pipa api, gas pembakaran dari furnace dilewatkan ke pipa-pipa yang berisi air yang akan diuapkan (Raharjo dan Karnowo 2008) Turbin Turbin adalah suatu mesin rotari yang berfungsi untuk mengubah energi dari aliran fluida menjadi energi gerak yang bermanfaat. a. Jenis-jenis turbin 1) Turbin Uap Turbin uap adalah pesawat dengan aliran tetap (steady-flow machine) dimana uap melalui nosel diekspansikan ke sudu-sudu turbin dengan penurunan tekanan yang drastis sehingga terjadi perubahan energi kinetik pada uap (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2008).

6 Gambar 2.2 Turbin uap 2) Turbin Air Turbin air memanfaatkan energi yang bergerak dari posisi yang lebih tinggi dari tempat berenergi lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah ketempat berenergi lebih rendah. Energi potensial diubah menjadi energi kinetik pada poros turbin (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2008). Gambar 2.3 Sistem energi air dengan turbin air sebagai pengonversi energi Sumber : Pudjanarsa dan Nursuhud, ) Turbin Angin

7 Turbin angin adalah sebuah mesin dengan sudu berputar yang mengkonversikan energi kinetik angin menjadi energi mekanik. Jika energi mekanik digunakan langsung secara permesinan seperti pompa atau grinding stones, maka mesin (turbin) disebut windmill. Jika energi mekanik dikonversikan menjadi energi listrik, maka mesin disebut turbin angin atau wind energy converter (WEC). Gambar 2.4 Turbin angin Sumber : Pudjanarsa dan Nursuhud, ) Turbin Gas Turbin gas merupakan peralatan pembangkit tenaga dimana tenaga tersebut didapat dari ekspansi gas berkecepatan tinggi dan kemudian mendorong sudusudu yang langsung menghasilkan gerak putar pada rotornya. Putaran rotor tersebut nantinya dapat dimanfaatkan untuk memutar generator listrik.

8 Gambar 2.5 Turbin gas sederhana Sumber : Pudjanarsa dan Nursuhud, 2008 b. Sejarah Perkembangan Turbin uap Ide dari turbin uap mula-mula timbul pada kira-kira 120 SM, oleh orang yang bernama Hero di Alexandria yang pada mulanya membuat prototype turbin uap, dengan prinsip turbin reaksi. Instalasi ini terdiri dari sebuah bejana yang berisi air yang dipanaskan dengan dapur pemanas. Uap yang terjadi dimasukan ke dalam bola penampung uap dipancang pada tiang yang berporos sehingga bola dapat diputar. Pada bola terdapat beberapa pipa pemancar akibat keluarnya uap melalui pipa pemancar tersbut berputarlah bola itu, disebabkan adanya reaksi uap yang keluar. Pada tahun 1890 seorang insinyur Swedia bernama Gustav de Laval membuat turbin satu tingkat, dengan kapasitas 5 dk. Berhasilnya pembuatan turbin ini pada tahun 1870, mula-mula ia membuat eksperimen dengan pipa pemancar, tapi bukan untuk turbin uap tetapi untuk pengeringan pasir. Ia menghitung besarnya uap dari tekanan tinggi menjadi kecepatan tinggi. Sebagai alat ekspansi digunakan nozzle kemudian konvergen divergen nozzle. Melalui beberapa percobaan tentang nozzle, ia melihat tenaga reaksi dari pesawat Hero. Ia sangat tertarik dengan itu

9 kemudian dia membuat roda berputar. Dari tenaga putar ini, ia teringat kejadian masa lalu dalam beberapa hasil percobaannya. Pada tahun 1882 ia mempunyai penemuan tentang pemisah sentrifugal yang sangat baik, sehingga ia menggemari beberapa gerakan itu dengan kecepatan yang tinggi. Roda gigi menimbulkan suara gaduh dan memerlukan tenaga untuk memutarkannya. Akhirnya ingatannya kembali pada kejadian nozzle, dan hal itu dihubungkan dengan pemisah sentrifugal tadi dari kombinasi kedua hal tesebut de Laval menemukan turbin aksi satu tingkat tekanan dan satu tingkat kecepatan. Akan tetapi kecepatan putar pada turbin sangat cepat yakni putaran per menit beberapa agregat syarat dari model yang pertama rontok, disebabkan gaya sentrifugalnya dan getaran yang terjadi. Selanjutnya de Laval menghitung poros fleksibel dengan teliti untuk mengikuti putaran turbin itu. Di industri turbin De Laval banyak di pakai untuk menggerakkan generator. Pada tahun 1884, seorang inggris yang bernama CA Parson menemukan turbin dengan prinsip reaksi. Turbin ini dipakai pada beberapa kebutuhan pada lapangan industri. Kecepatan uap yang mengalir melalui turbin reaksi dengan banyak tingkat ini relatif sangat rendah, yakni m/detik. Perkembangan selanjutnya, dimulai pada tahun 1898, dengan dasar dari turbin de Laval, maka oleh Charles Gordon Cutis (insinyur Amerika) dapar mengurangi kecepatan putar turbin dengan jenis turbin aksi yang dibuat dengan beberapa tingkat kecepatan satu tekanan. Pada tahun 1990 turbin ini di demonstrasikan di Amerika. Turbin tersebut mempunyai dua sudu jalan, di antara kedua sudu jalan tersebut di pasang sudu antar yang di pasang mati pada rumah turbin, sehingga putaran sudu antar seakan-akan berlawanan dengan putaran sudu jalan. Untuk turbin dengan dua tingkat kecepatan dan satu tingkat tekanan dibuat pula oleh Lenin Nevsky. Hampir semua turbin dikonstruksi dengan turbin radial, artinya aliran uap dimasukkan sejajar dengan poros turbin.

10 Gambar 2.6 Mesin Buatan Hero Sumber : Shlyakhin, 1999 c. Prinsip Kerja Turbin Uap Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh daun-daun cakram yang disebut sudu-sudu. Uap bertekanan yang berasal dari ketel uap, yang telah dipanasi terdahulu dengan menggunakan bahan bakar padat (cangkang dan fiber) masuk kedalam turbin melalui nosel. Didalam nosel energi panas dari uap dirubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat masuk ke dalam Nosel. Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin.uap yang mengalir melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros turbin. Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkan sudu turbin berarti hanya sebagian yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin dimanfaatkan maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak. Maka antara baris pertama dan bariskedua sudu gerak dipasang

11 satu baris sudu tetap (guide blade) yang berguna untuk mengubah arah kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah yang tepat. Kecepatan uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat sekecil mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin. Dengan demikian efisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi relatif kecil. d. Komponen Turbin Uap Secara umum komponen-komponen utama dari sebuah turbin uap adalah sebagai berikut: 1) Cassing Adalah sebagai penutup bagian-bagian utama turbin. 2) Rotor Adalah bagian turbin yang berputar yang terdiri dari poros, sudu turbin atau deretan sudu yaitu stasionary blade dan moving blade. 3) Bearing Pendestal Adalah dudukan dari poros rotor. 4) Journal Bearing Berfungsi untuk menahan gaya radial atau gaya tegak lurus rotor. 5) Thrust Bearing Berfungsi untuk menahan atau untuk menerima gaya aksial atau gaya sejajar terhadap poros yang merupakan gerakan maju mundurnya poros rotor. 6) Main Oli Pump Berfungsi untuk memompakan oli dari tangki untuk disalurkan pada bagian bagian yang berputar pada turbin. 7) Gland Packing Sebagai penyekat untuk menahan kebocoran baik kebocoran uap maupun kebocoran oli. 8) Stasionary Blade Adalah sudu-sudu yang berfungsi untuk menerima dan steam yang masuk.

12 9) Moving Blade Adalah sejumlah sudu-sudu yang berfungsi menerima Energi steam menjadi energi kinetik yang akan memutar generator. 10) Control Valve Adalah katup yang berfungsi untuk mengatur steam yang masuk kedalam turbin sesuai dengan jumlah steam yang diperlukan. 11) Stop Valve Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk menyalurkan atau menghentikan aliran steam yang menuju turbin. 12) Reducing Gear Adalah suatu bagian dari turbin yang biasanya dipasang pada turbin-turbin dengan kapasitas besar dan berfungsi untuk menurunkan putaran poros rotor dari 6500 rpm menjadi 1500 rpm. e. Klasifikasi Turbin Uap Turbin uap diklasifikasikan kedalam kategori yang berbeda yang tergantung pada konstuksinya, proses penurunan kalor, kondisi-kondisi awal dan akhir dan pemakainya dibilang industri sebagai berikut (Shlyakhin, 1999) : a. Menurut Jumlah Tingkat Tekanan 1) Turbin satu tingkat yang memiliki kapasitas tenaga kecil, biasanya digunakan untuk menggerakkan kompresor, pompa, dan mesin-mesin lainnya yang kapasitas tenaganya kecil. 2) Turbin bertingkat banyak (neka tingkat), yaitu turbin yang dibuat untuk kapasitas tenaga dari kecil kepada yang besar dan biasanya terdiri dari susunan beberapa nosel dan beberapa cakram yang ditempatkan berurutan dan berputar pada satu poros yang sama. b. Menurut Arah Aliran Uap 1) Turbin aksial, yang uapnya mengalir dengan arah yang sejajar terhadap poros turbin. 2) Turbin radial, yang arah aliran uapnya tegak lurus terhadap poros turbin c. Menurut Kondisi Uap yang Digunakan

13 1) Turbin kondensasi langsung, yaitu turbin yang mengondensasikan uap bekasnya langsung ke dalam kondensor, guna mendapatkan air kondensat untuk pengisi air umpan ketel. 2) Turbin ekstraksi dengan tekanan lawan, dimana uap bekas digunakan untuk keperluan proses. 3) Turbin ekstraksi dengan kondensasi, dimana sebagian uapnya dipakai untuk proses dan sebagian lagi untuk penyediaan kondensat air pengisi ketel uap. 4) Turbin kondensasi dengan ekstraksi ganda, uap bekas dari turbin dipakai untuk kebutuhan beberapa tingkat ekstraksi dan sisanya dijadikan kondensasi dalam kondensor untuk kebutuhan air pengisi ketel uap. 5) Turbin non kondensasi dengan aliran langsung dan tanpa ada ekstraksi serta kondensasi, uap bekas dibuang ke udara luar dengan tekanan lawan sama atau melebihi dari 1 atm. d. Menurut Kondisi Uap yang Masuk ke Turbin 1) Turbin tekanan rendah dimana tekanan uapnya 2 kg/cm 2 2) Turbin tekanan menengah, tekanan uap sampai dengan 40 kg/cm 2 3) Turbin tekanan tinggi, tekanan uap sampai dengan 170 kg/cm 2 4) Tubin tekanan sangat tinggi, tekanan uap di atas 170 kg/cm 2 5) Turbin adikritis, turbin uap yang beroperasi dengan tekanan uap di atas 225 kg/cm 2. e. Menurut Arah Aliran 1) Turbin aksial, fluida kerja mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu turbin. 2) Turbin radial, fluida kerja mengalir dalam arah yang tegak lurus terhadap sumbu turbin. f. Menurut Prinsip Aksi Uap 1) Turbin impuls. Energi potensial uap diubah menjadi energi kinetik di dalam nosel. Adapun turbin impuls mengubah energi potensial uapnya menjadi energi kinetik didalam nosel (yang dibentuk oleh sudu-sudu diam yang berdekatan). Nosel diarahkan kepada sudu gerak. Didalam sudu-sudu gerak, energi kinetik diubah menjadi energi mekanis. Energi potensial uap berupa

14 ekspansi uap, yang diperoleh dari perubahan tekanan awal hingga tekanan akhirnya di dalam sebuah nosel atau dalam satu grup nosel yang ditempatkan didepan sudu-sudu cakram yang berputar. Penurunan tekanan uap didalam nosel diikuti dengan penurunan kandungan kalornya yang terjadi didalam nosel. Hal ini menyebabkan naiknya kecepatan uap yang keluar dari nosel (energi kinetik). Kemudian energi kecepatan semburan uap yang keluar dari nosel yang diarahkan kepada sudu gerak (sudu-sudu cakram yang berputar) memberikan gaya impuls pada-pada sudu gerak sehingga menyebabkan sudusudu gerak berputar (melakukan kerja mekanis). Atau bisa dafahami secara sederhana pronsip kerja dari turbin impuls yaitu turbin yang proses ekspansi lengkap uapnya hanya terjadi pada kanal diam (nosel) saja, dan energi kecepatan diubah menjadi kerja mekanis pada sudu-sudu turbin. Kecepatan uap yang keluar dari turbin jenis ini bisa mencapai 1200/detik. Turbin jenis ini pertama kali dibuat oleh de Laval, yang mana turbin ini mampu beroperasi pada putaran rpm. Pada aplikasinya turbin impuls ini dilengkapi dengan roda gigi reduksi untuk memindahkan momen putar ke mekanisme yang akan digerakkan seperti generator listrik. 2) Turbin reaksi. Ekspansi uap terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak. Turbin reaksi yaitu turbin yang ekspansi uapnya tidak hanya terjadi pada laluan-laluan sudu pengarah (nosel) yang tetap saja tetapi juga terjadi pada laluan sudu gerak (sudu-sudu cakram yang berputar), sehingga terjadi penurunan keseluruhan kandungan kalor pada semua tingkat sehingga terdistribusi secara seragam. Turbin yang jenis ini umumnyan digunakan untuk kepentingan industri. Kecepatan uap yang mengalir pada turbin lebih rendah yaitu sekitar m/detik.

15 2.3 Proses Pembentukan Uap Sebagai fliuda kerja di ketel uap, umumnya digunakan air (H2O) karena mudah diperoleh dengan harga yang murah, air dapat bersifat netral (ph = 7) sehingga sifat korosif yang merusak logam dapat diatasi, air tidak terbakar, mampu menerima kalor dalam jumlah besar, dapat bekerja pada tekanan yang tinggi serta serta mempuyai kandungan entalpi yang cukup tinggi bila dibandingkan dengan fluida kerja yang lain. Penguapan adalah proses terjadinya perubahan fasa dari cairan menjadi uap. Apabila panas diberikan pada air, maka suhu air akan naik. Naiknya suhu air akan meningkatkan kecepatan gerak molekul air. Jika panas terus bertambah secara perlahan-lahan, maka kecepatan gerak air akan semakin meningkat pula, hingga sampai pada suatu titik dimana molekul-molekul air akan mampu melepaskan diri dari lingkungannya (100 ) pada tekanan 1(kg/cm2), maka air secara berangsur-angsur akan berubah fasa menjadi uap dan hal inilah yang disebut sebagai penguapan. Uap menurut keadaannya ada tiga jenis, yaitu : uap basah, uap jenuh (saturated vapor), uap kering (Superheated vapor) Uap Basah Karena drum pada ketel uap harus selalu terisi air, maka uap yang dihasilkan tidak mungkin berupa uap kering, tetapi merupakan uap jenuh atau basah. Air akan tercampur dalam uap pada keadaan perbandingan tertentu, sehingga terbentuk suatu campuran antara air dan uap yang disebut uap basah (Kulshrestha, 1989) Uap Jenuh Bila kalor ditambahkan pada uap basah, fraksi airnya akan menguap. Selama penguapan ini temperatur uap akan tetap konstan. Uap semakin bersifat kering bila terus dipanaskan hingga mencapai keadaan jenuh (saturated steam). Untuk setiap peningkatan tekanan, uap jenuh mempunyai massa jenis yang cenderung meningkat (Kulshrestha, 1989) Uap Panas Lanjutan Uap yang keluar dari ketek uap selalu berupa uap basah, akibat terdapatnya air pada ketel. Uap basah tidak cocok dipergunakan pada mesin-mesin uap ataupun

16 turbin uap. Oleh karena itu uap dipanaslanjutkan dengan cara dialirkan melalui pipa-pipa yang dipanasi oleh aliran gas hasil pembakaran sampai mencapai keadaan uap jenuh kering. Selama penguapan sampai menjadi uap jenuh kering, suhu uap tetap konstan. Suhu uap kemuadian akan mulai meningkat menjadi uap panas lanjut pada tekanan konstan. Semakin lanjut pemanasan yang dikenakan terhadap uap itu, maka sifat-sifat uap tersebut akan mendekati sifat gas sempurna. Kalor spesifik dari uap panas lanjutakan berubah sesuai dengan perubahan tekanan dan derajat pemanasan lanjutnya (degree of superheat). Peningkatan tekanan akan menyebabkan kalor spesifik makin besar, sebaliknya makin tinggi derajat panas lanjutnya menyebabkan kalor spesifik malah turun. Pada suhu jenuh kalor spesifik adalah paling tinggi dan semkin turun dengan drastis bila suhu mulai ditinggikan atau derajat uap panas lanjut ditingkatkan (Kulshrestha, 1989) Termodinamika Kata termodinamika berasal dari bahasa yunani therme (kalor) dan dynamis (gaya). Meskipun berbagai aspek dari apa yang dikenal sebagai termodinamika telah menarik perhatian sejak dahulu kala, kajian termodinamika secara formal dimulai dari abad 19 melalui pemikiran mengenai pergerakan daya dari kalor (heat), yaitu kemampuan benda panas untuk menghasilkan kerja (work). Siklus termodinamika merupakan suatu urutan proses yang berawal dan berakhir pada keadaan yang sama. Pada akhir siklus, semua sifat akan memiliki nilai yang sama dengan kondisi awal (Moran dan Shapiro, 2003). Terdapat empat Hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu: a. Hukum Awal Hukum termodinamika awal : Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. b. Hukum Pertama Hukum termodinamika pertama : Energi tidak dapat diciptakan ataupun dilenyapkan. Energi dari suatu sistem yang mengalami perubahan ( proses) dapat bertambah atau berkurang oleh pertukaran dengan lingkungan dan diubah dari bentuk yang satu kebentuk yang lain didalam sistem. (Wakil, 1985). Hukum pertama termodinamika dibagi menjadi empat proses, yaitu:

17 1) Proses Isobarik (tekanan tetap) Proses yg berlangsung pada tekanan tetap dinamakan proses isobarik. Bila volume gas bertambah, berarti gas melakukan usaha atau usaha gas positif (proses ekspansi). Jika volume gas berkurang, berarti pada gas dilakukan usaha atau usaha gas negatif (proses kompresi). 2) Proses Isotermis (suhu tetap) Proses Isotermis, proses yg dialami gas pada suhu tetap. 3) Proses Isokhorik (volume tetap) Proses isokorik adalah proses yg dialami oleh gas di mana gas tidak mengalami perubahan volume atau volume tetap. Oleh karena itu, usaha yg dilakukan gas pada proses isokorik adalah nol. 4) Proses Adiabatik (kalor tetap) Proses adiabatik merupakan proses yg tidak ada kalor yg masuk atau keluar dari sistem (gas) ke lingkungan. Hal ini dapat terjadi apabila terdapat sekat yg tidak menghantarkan kalor atau prosesnya berlangsung cepat. Di dalam hukum pertama termodinamika menjelaskan tentang energi yang ada dalam suatu sistem dalam termodinamika. Hukum pertama termodinamika juga menjelaskan tentang entalpi. Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi juga merupakan transfer panas antara sistem dan lingkungan yang ditransfer dalam kondisi tekanan konstan (isobarik). c. Hukum kedua Hukum Termodinamika kedua : "Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya." Di dalam Hukum kedua termodinamika, menjelaskan tentang entropi. Entropi merupakan suatu ukuran kalor atau energi yang tidak dapat diubah. Dalam hukum II termodinamika, terdapat sistem yang disebut mesin carnot/kalor dan mesin pendingin. d. Hukum Ketiga Hukum termodinamika kedua : "Suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut, semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.

18 2.5 Perhitungan Konsumsi Uap Spesifik (Specific Steam Rate) di Pabrik Kelapa Sawit Formula untuk menentukan jumlah Specifik Steam Rate (Asrarudin Hamid, 2013) Nilai Entalpi dan Entropi Steam Masuk (Pi) a) Nilai Entalpi Menghitung nilai entalpi superheated dengan cara interpolasi atau dengan menggunakan tabel uap (A-6) Menghitung x dengan cara interpolasi seperti di bawah ini : 2x Atau 2x = P2 P1 P3 P1 = P2 P3 P1 P3...(1) dengan : h1 = Entalpi 1 (Kj/kg) h2 = Entalpi 2 (Kj/kg) h3 = Entalpi 3 (Kj/kg) P1 = Tekanan h1 (bar) P2 = Tekanan h2 (bar) P3 = Tekanan h3 (bar) b) Nilai Entropi Menghitung nilai entropi superheated dengan cara interpolasi atau dengan menggunakan tabel uap (A-6) Menghitung x dengan cara interpolasi seperti di bawah ini : s2x s1 s3 s1 Atau = P2 P1 P3 P1 s2x s3 s1 s3 = P2 P3 P1 P3...(2)

19 dengan : s1 = Entropi 1 (kj(kg.k)) s2 = Entropi 2 (kj(kg.k)) s3 = Entropi 3 (kj(kg.k)) P1 = Tekanan s1 (bar) P2 = Tekanan s2 (bar) P3 = Tekanan s3 (bar) Nilai Entalpi dan Entropi Steam Keluar (Pe) a) Nilai Entalpi f Menghitung nilai entalpi f saturated dengan cara interpolasi dengan menggunakan tabel uap (A-4) Menghitung x dengan cara interpolasi seperti di bawah ini : f2x f1 f3 f1 Atau f2x f3 f1 f3 = P2 P1 P3 P1 = P2 P3 P1 P3...(3) dengan : hf 1 = Entalpi liquid 1 (Kj/kg) hf 2 = Entalpi liquid 2 (Kj/kg) hf 3 = Entalpi liquid 3 (Kj/kg) P1 = Tekanan hf1 (bar) P2 = Tekanan hf2 (bar) P3 = Tekanan hf3 (bar) b) Nilai Entalpi g

20 Menghitung nilai entalpi g saturated dengan cara interpolasi atau dengan menggunakan tabel uap (A-4) Menghitung x dengan cara interpolasi seperti di bawah ini : g2x g1 g3 g1 Atau g2x g3 g1 g3 = P2 P1 P3 P1 = P2 P3 P1 P3...(4) dengan : hg1 = Entalpi vapor 1 (Kj/kg) hg2 = Entalpi vapor 2 (Kj/kg) hg3 = Entalpi vapor 3 (Kj/kg) c) Nilai Entropi f P1 = Tekanan hg1 (bar) P2 = Tekanan hg2 (bar) P3 = Tekanan hg3 (bar) Menghitung nilai entropi f saturated dengan cara interpolasi dengan menggunakan tabel uap (A-4) Menghitung x dengan cara interpolasi seperti di bawah ini : sf2x sf1 sf3 sf1 Atau sf2x sf3 sf1 sf3 = P2 P1 P3 P1 = P2 P3 P1 P3...(5) dengan : sf1 = Entropi liquid 1 (kj(kg.k)) sf2 = Entropi liquid 2 (kj(kg.k))

21 sf3 = Entropi liquid 3 (kj(kg.k)) P1 = Tekanan sf1 (bar) P2 = Tekanan sf2 (bar) P3 = Tekanan sf3 (bar) d) Nilai Entropi g Menghitung nilai entropi g saturated dengan cara interpolasi dengan menggunakan tabel uap (A-4) Menghitung x dengan cara interpolasi seperti di bawah ini : sg2x sg1 sg3 sg1 Atau sg2x sg3 sg1 sg3 = P2 P1 P3 P1 = P2 P3 P1 P3...(6) dengan : sg 1 = Entropi vapor 1 (kj(kg.k)) sg 2 = Entropi vapor 2 (kj(kg.k)) sg 3 = Entropi vapor 3 (kj(kg.k)) P1 = Tekanan sg1 (bar) P2 = Tekanan sg2 (bar) P3 = Tekanan sg3 (bar) e) Nilai Entalpi Ekspansi he= (fraksi uap/sfg) x hg +(1-(fraksi uap/sfg)) x hf...(7) dengan : Fraksi uap= si-sf sfg hg = entropi evaporasi ( kj(kg.k)) = entalpi gas (kj/kg)

22 hf = entalpi fluida (kj/kg) fraksi uap = entropi steam masuk entropi liquid steam keluar (( kj(kg.k)) Nilai TSR (Theoretical Steam Rate) Theoritical Steam Rate (Teoritis tingkat uap) adalah jumlah uap yang akan menghasilkan unit output energi poros dari turbin. TSR = 1/(i e)...(8) TSR dapat dinyatakan dalam berbagai satuan : Jika entalpi dalam kj/kg, maka TSR = 3600(hi-he) kg/kwh Jika entalpi dalam Btu/lb, maka TSR = 2545(hi-he) lb/hph dengan : hi = Entalpi steam masuk (kj/kg) he = Entalpi ekspansi (kj/kg) Nilai ASR (Actual Steam Rate) Actual Steam Rate (Tingkat uap aktual) adalah aliran uap yang diperlukan untuk menghasilkan output daya poros tertentu. Specific steam rate, jika ekspansi dilaksanakan secara adiabatik tak reversibel. ASR = TSR/π...(9) dengan : π = efisiensi isentropik (%) Nilai SSR (Specific Steam Rate) Specific Steam Rate (Konsumsi Steam Spesifik) adalah konsumsi steam per satuan waktu untuk menghasilkan satu satuan daya. m = W. ASR...(10) dengan: W = kapasitas turbin uap (kg/jam)