KETEL UAP ANALISA EFISIENSI WATER TUBE BOILER BERBAHAN BAKAR FIBER DAN CANGKANG DI PALM OIL MILL DENGAN KAPASITAS 45 TON TBS/JAM

Transkripsi

1 KETEL UAP ANALISA EFISIENSI WATER TUBE BOILER BERBAHAN BAKAR FIBER DAN CANGKANG DI PALM OIL MILL DENGAN KAPASITAS 45 TON TBS/JAM SKRIPSI Skripsi Ini Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik PESULIMA BATUBARA NIM: PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 ABSTRAK Beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler adalah tekanan superheater, temperatur air umpan, temperatur uap, jumlah uap yang dihasilkan, jumlah konsumsi bahan bakar, dan nilai kalor pembakaran bahan bakar. Penggunaan software chemicallogic steamtab companion untuk menghitung nilai enthalpy. Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan hubungan variasi tekanan superheater dengan efisiensi boiler, hubungan variasi suhu air umpan dengan efisiensi boiler, hubungan variasi jumlah uap yang dihasilkan dengan efisiensi boiler, menganalisa nilai kalor bahan bakar serabut 75% + cangkang 25%, dan menganalisa efisiensi water tube boiler. Dari hasil analisa yang telah dilakukan maka hubungan variasi tekanan superheater dengan efisiensi boiler tidak konstan naik melainkan naik turun, hubungan variasi suhu air umpan dengan efisiensi boiler konstan teteap, hubungan variasi jumlah uap yang dihasilkan dengan efisiensi boiler relatif naik, nilai kalor pembakaran tinggi (HHV) adalah 21323,584 kj/kg, nilai kalor pembakaran rendah (LHV) adalah 18083,584 kj/kg, nilai efisiensi boiler tertinggi yang dihasilkan sebesar 71,05% dan nilai efisiensi boiler terendah yang dihasilkan sebesar 69,49%. Kata kunci : boiler, nilai kalor bahan bakar, efisiensi boiler. i

10 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat yang diberikannya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul Tugas Sarjana ini yaitu Analisa Efisiensi Water Tube Boiler Berbahan Bakar Fiber Dan Cangkang Di Palm Oil Mill Dengan Kapasitas 45 Ton TBS/Jam Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Tekad Sitepu sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 5. Bapak Bahara Tua Tobing dan Bapak Teddi Atmaja Saragih yang telah membantu penulis selama melaksanakan surve dilapangan di Pabrik Dolok Palm Oil Mill lima Puluh. 6. Kedua orang tua penulis, Ayahanda P. Batubara dan Ibunda N. br Gultom, yang telah memberikan dukungan doa, materi dan semangat. 7. Segenap kerabat keluarga yang telah memberikan semangat dan doanya kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1. ii

11 8. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2012 juga temanteman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis Penulis menyadari sepenuhnya Tugas Sarjana ini masih jauh dari kesempurnaan dan banyak kekurangannya. Untuk itu penulis sangat mengharapkan adanya saran dari para pembaca untuk memperbaiki dan melengkapi penulisan ini ke depannya, penulis berharap semoga tulisan ini dapat berguna dan memperkaya ilmu pengetahuan bagi para pembaca. akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Medan, September 2014 Penulis, Pesulima Batubara NIM iii

12 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTARA TABEL... viii DAFTAR SIMBOL... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Batasan Masalah Tujuan Manfaat Metode Pengumpulan Data Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Boiler Klasifikasi Boiler Bagian-bagian Boiler Pengoperasian Boiler Bahan Bakar Boiler Siklus Rankine iv

13 2.7 Proses Pembentukan Uap Metode Pengkajian Efisiensi Boiler Neraca Panas Nilai Kalor (Heating Value) Kebutuhan Udara Pembakaran Gas Asap Volume Gas Asap Perhitungan Efisiensi Boiler BAB III METODELOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan Stasiun Boiler Dolok Palm Oil Mill Metodologi Analisa Yang Digunakan Data Spesifikasi Boiler Data Dari Stasiun Boiler Data Hasil Percobaan Bom Kalorimeter BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Nilai Kalor Bahan Bakar Kebutuhan Udara Bahan Bakar Perhitungan Gas Asap Volume Gas Asap v

14 4.5 Perhitungan Efisiensi Boiler Analisa Efisiensi Boiler Saat Baru Analisa Berdasarkan Data Analisa Berdasarkan Data Analisa Berdasarkan Data Analisa Berdasarkan Data Analisa Berdasarkan Data Analisa Data Rata-rata Berdasarkan Data BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram sederhana fire tube boiler... 7 Gambar 2.2 Water tube boiler... 7 Gambar 2.3 Ketel stasioner (stationary boiler)... 9 Gambar 2.4 Ketel mobil (mobile boiler)... 9 Gambar 2.5 Ketel pembakaran didalam Gambar 2.6 Ketel pembakaran diluar Gambar 2.7 Single tube steam boiler Gambar 2.8 Multi fire tube boiler Gambar 2.9 Ketel tegak (vertical steam boiler) Gambar 2.10 Ketel mendatar (horizontal steam boiler) Gambar 2.11 Ketel dengan pipa lurus, bengkok, dan berlekak-lekuk Gambar 2.12 Ketel dengan pipa miring-datar dan miring tegak Gambar 2.13 Fd fan Gambar 2.14 Steam drum Gambar 2.15 Mud drum Gambar 2.16 Pembuangan abu (Ash hopper) Gambar 2.17 Chimney Gambar 2.18 Pressure furnace draft controller Gambar 2.19 Induced draft fan Gambar 2.20 Dust collector Gambar 2.21 Savety valve Gambar 2.22 Gelas Penduga Gambar 2.23 Keran blow down Gambar 2.24 Manometer Gambar 2.25 Keran uap induk Gambar 2.26 Water level controller Gambar 2.27 Soot blower vii

16 Gambar 2.28 Panel utama (main panel) Gambar 2.29 Wall tube boiler Gambar 2.30 Superheater Gambar 2.31 Fiber kelapa sawit Gambar 2.32 Cangkang sawit Gambar 2.33 Diagram alir siklus rankine sederhana Gambar 2.34 Diagram T-S siklus rankine sederhana Gambar 2.35 Diagram alir siklus rankine dengan satu tingkat ekstraksi Gambar 2.36 Diagram T-S siklus rankine dengan satu tingkat ekstraksi Gambar 2.37 Diagram alir siklus rankine terbuka Gambar 2.38 Diagram T-S siklus rankine terbuka Gambar 2.39 Diagram T-S Gambar 2.40 Diagram neraca energi boiler Gambar 2.41 Kehilangan pada boiler yang berbahan bakar batubara Gambar 3.1 Diagram T-S pembentukan uap Gambar 4.1 Grafik hubungan tekanan superheater dengan steam flow Gambar 4.2 Grafik hubungan enthalpy uap dengan efisiensi boiler Gambar 4.3 Grafik hubungan tekanan superheater dengan efisiensi boiler Gambar 4.4 Grafik hubungan suhu air umpan dengan efisiensi boiler Gambar 4.5 Grafik hubungan produksi uap dengan efisiensi boiler Gambar 4.6 Grafik hubungan enthalpy uap, tekanan superheater, suhu air umpan, dan produksi uap dengan efisiensi boiler viii

17 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Komposisi dari unsur-unsur kimia bahan bakar Tabel 3.1 Spesifikasi boiler Tabel 3.2 Data 1 Rabu, 12 Maret Tabel 3.3 Data 2 Kamis, 13 Maret Tabel 3.4 Data 3 Jumat, 14 Maret Tabel 3.5 Data 4 Sabtu, 15 Maret Tabel 3.6 Data 5 Senin, 16 Maret Tabel 3.7 Data 6 Rabu, 12 Maret 2014 s/d Senin 17 Maret Tabel 3.8 Serabut kelapa sawit murni Tabel 3.9 Cangkang kelapa sawit murni Tabel 3.10 Serabut 75 % + Cangkang 25 % kelapa sawit Tabel 4.1 Hasil analisa nilai kalor bahan bakar serabut kelapa sawit murni Tabel 4.2 Hasil analisa nilai kalor bahan bakar cangkang kelapa sawit murni Tabel 4.3 Hasil analisa nilai kalor bahan bakar serabut 75 % + 25 % cangkang kelapa sawit Tabel 4.4 Hubungan tekanan superheater dengan steam flow Tabel 4.5 Hubungan enthalpy uap dengan efisiensi boiler Tabel 4.6 Hubungan tekanan superheater dengan efisiensi boiler Tabel 4.7 Hubungan suhu air umpan dengan efisiensi boiler Tabel 4.8 Hubungan produksi uap dengan efisiensi boiler Tabel 4.9 Hubungan enthalpy uap, tekanan superheater, temperatur air umpan, dan produksi uap dengan efisiensi boiler ix

18 DAFTAR SIMBOL Notasi Arti Satuan Efisiensi (%) t Temperatur ( o C) HHV High heating value (kj/kg) LHV Low heating value (kj/kg) h Entalpi (kj/kg) W f Banyaknya bahan bakar (kg/jam) W s Kapasitas uap (kg uap /jam) V g Volume gas asap (m 3 /kgbb) P Tekanan (bar) α Faktor kelebihan udara (%) G t Berat gas asap teoritis (kg/kgbb) G s Berat gas asap sebenarnya (kg/kgbb) U t Kebutuhan udara teoritis (kg/kgbb) U s Kebutuhan udara sebenarnya (kg/kgbb) h 3 Entalpi uap (kj/kg) h 1 Entalpi air umpan/pengisi ketel (kj/kg) P 3 Tekanan superheater (bar) x