ANALISA PERFORMANSI KETEL PIPA API OMNICAL OTOMATIS TYPE DDHI 14.0 TON/JAM /16 BAR PT.ECOGREEN OLEOCHEMICALS-BELAWAN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Oleh HENNI RASKITA BR KABAN NIM: 1005052069 JURUSAN TEKNIK MESIN PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
INTISARI Ketel uap (boiler) suatu alat berbentuk bejana tertutup yang digunakan untuk menghasilkan uap (steam). Uap yang dihasilkan dari ketel uap merupakan gas yang timbul akibat perubahan fase cairan menjadi uap atau gas melalui cara pendidihan yang memerlukan sejumlah energi dalam pembentukannya. Uap tersebut digunakan untuk proses produksi. Ketel uap Otomatis Omnical Type DDHI dengan kapasitas 14 ton/jam dan tekanan 16 bar adalah ketel uap dengan tiga laluan pemanas dan terdiri dari drum silinders mendatar dengan lorong api gelombang, ruang nyala dan sejumlah pipa- pipa api. Bahan bakar yang digunakan adalah residu palm oil. Residu palm oil adalah sisa dari produk oleokimia di industri. Pemanfaatan bahan bakar yang dari berasal dari tumbuhan dapat mengurangi polusi udara karena tidak terlalu mengandung abu. Kebutuhan bahan bakar adalah 1127,54 kg/jam. Pada operasi ketel untuk memproduksi uap sebesar 14,0 ton dan tekanan 16 bar terjadi perpindahan panas, koefisien perpindahan panas total adalah 127,58 W/m 2 0 C, pada laluan II adalah 71,46 W/m 2 0 C dan pada laluan III adalah 43,71 W/m 2 0 C. Efisiensi ketel uap adalah 68 %. Kata Kunci : ketel uap(boiler), bahan bakar, perpindahan panas, efisiensi.
ABSTRACT Steam boilers a closed vessel shaped instrument that is used to produce vapor (steam). Steam generated from a boiler gases arising from changes in the liquid phase to a vapor or gas through the boiling method requires an amount of energy in its formation. The steam is used for the production process. Automatic boiler Omnical Type DDHI with a capacity of 14 tons / hour and 16 bar pressure steam boiler with three passes heating and consists of a horizontal drum with a fire hall silinders wave, a flame and a number of fire pipelines. Fuel used is oil palm residues. Palm oil is the leftover residue from oleochemical products in the industry. Utilization of fuels derived from plants can reduce air pollution because it does not contain ash. Fuel requirement is 1127.54 kg / hour. In the boiler to produce steam operations of 14.0 tons and 16 bar pressure heat transfer, heat transfer coefficient total is 127,58 W/m2 0C, the second passage is 71.35 W/m2 0C and at passage III is 43, 64 W/m2 0C. Boiler efficiency is 70%. Keywords: steam boilers, fuel, heat transfer, efficiency.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia yang diberikan-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, mulai dari awal penyusunan hingga selesai. Laporan yang berjudul ANALISA PERFORMANSI KETEL PIPA API TYPE DDHI 14 TON/JAM /16 BAR ini, dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir Semester VI pendidikan program Diploma III, Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak menerima bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi maupun dari segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T, M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Ir.Gidion Sembiring, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Ir.Isman Harianda, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Medan; 4. Ir.Rufinus Nainggolan, M.T selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu dan tenaga dalam memberikan saran dan arahan kepada penulis; 5. Ir.Abdul Razak, M.T., selaku wali kelas Teknik Konversi Energi EN-6C; 6. Seluruh staf pengajar Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan; 7. Teristimewa kepada orangtua penulis, Bapak Robinson Kaban dan Ibu Marina Br Purba dan serta seluruh adik saya, Fransisko Kaban, Diky Ardi Efrata Kaban, Ekin Aloyna Br Kaban yang telah banyak memberikan doa, materi dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini tepat waktunya;
8. Kepada teman-teman EN -6C yaitu andi apriska, ajis naibaho, ardika suranta bintang, anita sriulina damanik, aria bety simatupang, dina hartati sinaga, dika oktavianda sitepu, fier ricardo sumbayak, hartoyo sinaga, indri mentari pratiwi marapaung, jamot sirait, juwairiah, junika dumaria simanjuntak, mangala putri siagian, m.abidin sidabalok, natal parulian siagian, rini novita, sinta hutabarat, yandri veranika hailitik. 9. Rekan-rekan mahasiswa angkatan 2010, Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan; 10. Kepada orang tersayang dan tercinta, kepada orang yang menyayangi aku yang tidak bisa disebutkan nama nya. 11. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu penulis selama pengerjaan Tugas Akhir ini baik secara langsung maupun tidak langsung. Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini baik dari segi pembuatannya maupun dari segi penyajiannya. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih, semoga laporan Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat bagi kita semua khususnya untuk mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. Medan, 30 Agustus 2013 Hormat Penulis, HENNI RASKITA BR KABAN NIM. 1005052069
DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii INTISARI... iv ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Bahasan Masalah... 2 C. Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir... 2 D. Manfaat Penulisan Laporan Tugas Akhir... 2 E. Metode Pengumpulan data... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 4 A. Pengertian Ketel Uap... 4 B. Klasifikasi Ketel Uap..... 4 1. Berdasarkan fluida yang mengalir... 5 2. Ketel uap berdasarkan pemakaiannya... 7 3. Berdasarkan letak dapur... 7 4. Ketel berdasarkan jumlah lorong api... 7 5. Ketel berdasarkan pada poros tutup drm (shell)... 8 6. Ketel uap berdasarkan bentuk dan letak pipa... 8 7. Ketel berdasarkan sumber panasnya... 8
8. Berdasarkan peredaran air ketel (water circulation)... 15 C. Bagian Utama Ketel Uap... 9 1. Dapur pembakaran (furnace)... 9 2. Steam drum... 10 3. Water drum... 10 4. Pemanas lanjut (superheater)... 11 5. Pipa api (header)... 12 6. Air heater... 13 7. Dust collector... 14 8. Pembuangan gas bekas... 14 9. Air seal damper... 14 10. Ash rotary valve... 15 11. Soor blower... 18 12. Burner... 18 13. Blowdown continue... 19 D. Siklus Rankine Pada Ketel Uap... 20 E. Prinsip Kerja Ketel Uap/Boiler... 22 F. Proses Pembentukan Uap... 22 G. Perpindahan Panas Pada Ketel Uap... 23 1. Radiasi... 23 2. Konduksi... 25 3. Konveksi... 26 H. Evaluasi Kinerja Ketel Uap... 28 1. Neraca panas... 28 2. Proses pembakaran... 29 3. Nilai kalor... 31 4. Kebutuhan bahan bakar... 31 5. Reaksi pembakaran... 32 6. Kebutuhan energi panas... 32 7. Pengendalian udara berlebih... 33 8. Kebutuhan udara pembakarn... 33
9. Suplai energy... 34 10. Efisiensi ketel uap... 34 BAB III PLTU PT.ECOGREEN OLECHEMICALS... 35 A. Latar Belakang..... 35 B. System PLTU PT.ECOGREEN OLECHEMICALS.... 37 C. Ketel Uap di PT.ECOGREEN OLECHEMICALS... 39 1. Bahan Bakar Ketel Uap... 39 2. Proses Kerja Aliran Uap Ketel Omnical DDHI 14/16... 40 3. Fungsi Ketel Fire tube Omnical DDHI 14/16... 40 4. Komponen Ketel Fire Tube Omnical DDHI 14/16... 41 5. System Air Umpan... 42 6. System Steam... 43 BAB IV ANALISA PERFORMANSI KETEL UAP... 44 A. Spesifikasi Ketel Uap... 44 B. Analisa Bahan Bakar... 45 1. Nilai Kalor Bahan Bakar... 46 2. Jumlah Panas Masuk Ketel... 49 3. Jumlah Panas Keluar Ketel... 49 4. Efisiensi Ketel... 49 C. Kebutuhan Udara Pembakaran... 50 D. Analisa Produk Pembakaran (Gas Asap)... 52 E. Analisa Perpindahan Panas pada Ketel... 53 1. Koefisien Perpindahan Panas Total... 53 2. Analisa Perpindahan Panas Pada Masing-Masing Laluan... 54 BAB V PENUTUP... 55 A. Kesimpulan... 55 B. Saran... 55 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Ketel pipa api... 6 Gambar 2.2Ketel pipa air... 7 Gambar 2.3 Bagan ketel uap... 9 Gambar 2.4 Dapurpembakaran... 10 Gambar 2.5 Ilustrasi steam drum dan water drum... 11 Gambar 2.6 Ilustrasi superheater... 12 Gambar 2.7 Ilustrasi api (heater)... 13 Gambar 2.8 Ilustrasi air heater... 14 Gambar 2.9 Ilustrasi dust collector... 14 Gambar 2.10 Katup pengaman... 16 Gambar 2.11 Gelas penduga... 16 Gambar 2.12 Manometer... 17 Gambar 2.13 Katub uap induk... 17 Gambar 2.14 Ilustrasi soot blower... 18 Gambar 2.15 Burner... 19 Gambar 2.16 Blowdown... 20 Gambar 2.17 Diagram alir siklus rankine dan diagram siklus rankine... 21 Gambar 2.18 Diagram alir siklus rankine dengan satu tingkat ekstrasi... 21 Gambar 2.19 Prinsip kerja ketel uap... 22
Gambar 2.20 Dasar untuk penghasil uap... 23 Gambar 2.21 Diagram neraca energy ketel uap... 28 Gambar 2.22 Kehilangan panas pada ketel uap... 29 Gambar 2.23 Pembakaran sempurna, baik dan tidak sempurna... 31 Gambar 3.1 Proses konversi energy... 35 Gambar 3.2 Siklus rankine PLTU... 36 Gambar 3.3 Diagram T-S PLTU... 37 Gambar 3.4 Ketel uap tiga laluan... 38
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Komposisi bahan bakar residu... 46 Tabel 4.2 Nilai Kalor bahan bakar... 47 Tabel 4.3 Komposisi udara... 50
DAFTAR LAMPIRAN Tabel A- 4 Temperatur table water Tabel A- 6 Superheated water