ANALISA BAHAN BAKAR KETEL UAP PIPA AIR KAPASITAS 20 TON UAP/JAM PADA PTPN II PKS PAGAR MERBAU LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Oleh RAJA SAKTI NASUTION NIM. 1205051039 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
INTISARI Analisa Bahan Bakar Ketel Uap Pipa Air Kapasitas 20 Ton Uap/Jam Pada PTPN II PKS Pagar Merbau Ketel uap adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk uap atau steam. Ketel uap berfungsi sebagai pesawat Konversi energi yang mengkonversikan energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Uap atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Ketel uap yang digunakan yaitu Takuma Water Tube Boiler dengan bahan bakar adalah cangkang dan serabut. Pada operasi ketel untuk memproduksi uap sebesar 20 ton dan tekanan 20 bar terjadi perpindahan panas. Kebutuhan bahan bakar adalah 251,6958 kg/jam. Effisiensi ketel uap adalah 75 %. Kata kunci : Ketel Uap Pipa, Bahan Bakar Uap, Efisiensi.
ABSTRACT Fuel Analysis Water Tube Boiler Steam Capacity of 20 Ton Uap/Jam at PTPN II PKS Pagar Merbau Steam boiler is a closed vessel shaped instrument that is used to produce vapor (steam). Boiler serves as the energy conversion that converts chemical energy (potential) of fuel into heat energy. Hot water or steam at a certain pressure and then used for transferring heat to a process. The steam is used for the production process. Boiler used is Takuma Tube Boiler is a shell with fuel and fiber. In the boiler to produce steam operations of 20 tons and 20 bar pressure heat transfer. Fuel requirement is 251,6958 kg/hour. Boiler efficiency is 75 %. Keywords : Boilers, Fuel, Steam, Efficiency.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia- Nya yang diberikannya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Laporan Tugas Akhir ini disusun dan diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. Sebagai manusia yang penuh dengan kekurangan, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan baik isi maupun bahasannya. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis menerima setiap saran dan kritik yang bersifat membangun, guna kesempurnaan dalam penulisan di masa yang akan datang. Dengan keterbatasan yang penulis miliki selama penyusunan Tugas Akhir ini, maka Tugas Akhir ini tidak terwujud tanpa bantuan dari pihak lain. Atas bantuan dan bimbingan yang diberikan maka dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang tulus ikhlas kepada : 1. M. Syahruddin, S.T.,M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Kamil, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik dan selaku dosen pembimbing Tugas Akhir Politeknik Negeri Medan. 4. Seluruh staff pengajar Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. 5. Para staff dan pegawai di PTPN II Pagar Merbau atas kerja samanya. 6. Kepada seluruh keluarga penulis, terutama kedua orang tua Ayah Mama, Kakak Nurdesiana Nst dan Adik-adik penulis Rizka Sapriana dan Nurlailani i
Nst yang telah memberikan semangat dan dukungan yang sangat berharga untuk penulis. 7. Seluruh teman-teman Teknik Konversi Energi Mekanik, khususnya kelas EN- 6A. Akhir kata semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan karunia-nya dan membalas segala amal budi serta kebaikan pihak-pihak yang membantu penulis dalam penyusunan Tugas Akhir ini dan semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan. Medan, 08 Agustus 2015 Penulis, Raja Sakti Nasution NIM. 1205051039 ii
DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL LEMBAR SPESIFIKASI LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PENGESAHAN INTISARI ABSTRACT KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... vii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Tugas Akhir... 2 1.4 Manfaat Tugas Akhir... 2 1.5 Metode Pengumpulan Data... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB 2 DASAR TEORI... 5 2.1 Teori Umum Uap... 5 2.2 Klasifikasi Ketel Uap... 7 2.2.1 Berdasarkan Fluida yang Mengalir dalam Pipa... 7 2.2.1.1 Ketel Pipa Api (Fire Tube Boiler)... 7
2.2.1.2 Ketel Pipa Air (Water Tube Boiler)... 8 2.2.2 Berdasarkan Pemakaian... 10 2.2.2.1 Ketel Stationer (Stationary Boiler)... 10 2.2.2.2 Ketel Mobil (Mobile Boiler)... 11 2.2.3 Berdasarkan Letak Dapur (Furnace Position)... 11 2.2.3.1 Ketel dengan Pembakaran di dalam... 11 2.2.3.2 Ketel dengan Pembakaran di luar... 12 2.2.4 Berdasarkan Jumlah Lorong (Boiler Tube)... 12 2.2.4.1 Ketel dengan Lorong Tunggal... 12 2.2.4.2 Ketel dengan Lorong Ganda... 13 2.2.5 Berdasarkan pada Porosnya Tutup Drum (Shell)... 13 2.2.5.1 Ketel Tegak... 13 2.2.5.2 Ketel Mendatar... 14 2.2.6 Berdasarkan Bentuk dan Letak Pipa... 14 2.2.6.1 Ketel dengan Pipa Lurus... 14 2.2.6.2 Ketel dengan Pipa Miring... 14 2.2.7 Berdasarkan Peredaran Air Ketel... 15 2.2.7.1 Ketel dengan Peredaran Alam... 15 2.2.7.2 Ketel dengan Peredaran Paksa... 15 2.2.8 Berdasarkan Tekanan Kerjanya... 15 2.2.9 Berdasarkan Kapasitasnya... 16 2.2.10 Berdasarkan pada Sumber Panasnya... 16 2.3 Prinsip Kerja Ketel Uap... 16
2.4 Keuntungan dan Kerugian Ketel Pipa Air... 19 2.4.1 Keuntungan Ketel Pipa Air... 19 2.4.2 Kerugian Ketel Pipa Air... 19 BAB 3 METODE PENELITIAN... 20 3.1 Bahan Bakar Ketel Uap... 20 3.1.1 Bahan Bakar Padat... 20 3.1.1.1 Proses Pembakaran Bahan Bakar Padat... 21 3.1.2 Bahan Bakar Serabut Sawit... 22 3.1.2.1 Analisa Bahan Bakar Kelapa Sawit... 23 3.1.3 Parameter-parameter Perhitungan Pembakaran... 28 3.2 Pembakaran dan Penguapan... 30 BAB 4 ANALISA DATA... 32 4.1 Spesifikasi Ketel Uap Pipa Air... 32 4.2 Analisa Bahan Bakar... 33 4.2.1 Nilai Kalor Bahan Bakar... 33 4.3 Analisa Gas Asap... 39 4.4 Effisiensi Thermal Ketel Uap... 39 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 41 5.1 Kesimpulan... 41 5.2 Saran... 41 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kurva Steam Jenuh... 6 Gambar 2.2 Ketel Pipa Api... 7 Gambar 2.3 Ketel Pipa Air... 8 Gambar 2.4 Ketel Stationer... 11 Gambar 2.5 Ketel Mobil... 11 Gambar 2.6 Ketel dengan Pembakaran di dalam... 12 Gambar 2.7 Ketel dengan Pembakaran di luar... 12 Gambar 2.8 Ketel dengan Lorong Tunggal... 13 Gambar 2.9 Ketel Tegak... 13 Gambar 2.10 Ketel Mendatar... 14 Gambar 2.11 Ketel dengan Pipa Lurus... 14 Gambar 2.12 Ketel dengan Peredaran Alam dan Paksa... 15 Gambar 2.13 Ilustrasi Sederhana Boiler... 16 Gambar 2.14 Boiler Pipa Air Superheated... 17 Gambar 2.15 Proses Pembentukan di dalam Pipa Boiler... 18 Gambar 2.16 Pipa-pipa Boiler... 18 Gambar 3.1 Grafik yang Menunjukkan Kehilangan Radiasi dan Konveksi... 28 Gambar 4.1 Proses Pembakaran... 39
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Komposisi Serabut Kelapa Sawit... 23 Tabel 3.2 Keuntungan dan Kerugian Ketel Uap Berdasarkan Bahan Bakar... 29 Tabel 4.1 Komposisi Bahan Bakar PKS Pagar Merbau PTPN II... 33 Tabel 4.2 Komposisi Udara... 36
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sekarang ini kebutuhan akan energi semakin meningkat mengingat berkembangnya era baru termasuk pertumbuhan ekonomi di Indonesia khususnya di bidang industri. Salah satu energi yang paling banyak digunakan dalam dunia industri adalah energi listrik, padahal energi listrik yang tersedia dari PLN tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan energi listrik dalam dunia industri, khususnya dalam pabrik kelapa sawit. Secara umum dalam dunia industri khususnya pabrik kelapa sawit lebih banyak menggunakan ketel uap (boiler). Ketel uap (boiler) adalah bagian dari pembangkit uap dimana cairan-jenuh diubah menjadi uap- jenuh. Tenaga uap dari ketel uap berfungsi untuk menggerakkan turbin uap, Uap tersebut mengalir dengan kecepatan tertentu masuk ke sudu-sudu turbin dan menggerakkan rotor pada generator. Turbin uap dapat menghasilkan listrik dengan mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Pada pabrik kelapa sawit di PTP.Nusantara II Pagar Merbau hampir semua stasiun memerlukan uap sebagai pemanas. Seperti dalam Stasiun Perebusan (Sterilizer) menggunakan uap basah (Saturated steam) dengan tekanan 2,8 3,0 kg/cm² dan suhu 130-140 C untuk merebus TBS. Selain stasiun perebusan stasiun lain yang memerlukan uap yaitu stasiun kempa, stasiun klarifikasi minyak, dan stasiun pengolahan biji. Memandang cukup vitalnya peranan ketel uap pipa air di PTPN II PKS PAGAR MERBAU, penulis merasa tertarik dan ingin membahas lebih dalam lagi tentang hal hal yang berkaitan dengan ketel uap (boiler), oleh karena itu penulis mengambil judul ANALISA BAHAN BAKAR KETEL UAP PIPA AIR KAPASITAS 20 TON UAP/JAM PADA PTPN II PKS PAGAR MERBAU.
1.2 Perumusan Masalah Adapun masalah yang dibahas dalam laporan tugas akhir ini : 1. Apa apa saja komponen - komponen ketel uap pipa air? 2. Berapa nilai kalor fiber dan cangkang? 3. Berapa jumlah kebutuhan fiber dan cangkang? 4. Berapa efisiensi thermal ketel uap pipa air? 1.3 Tujuan Tugas Akhir Adapun tujuan penulisan tugas akhir adalah sebagai berikut : 1. Untuk Mengetahui apa saja komponen ketel uap pipa air 2. Untuk Mengetahui nilai kalor fiber dan cangkang 3. Untuk mengetahui jumlah kebutuhan fiber dan cangkang 4. Untuk mengetahui Efisiensi Thermal ketel uap pipa Air 1.4 Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat dari penulisan dan pembuatan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bermanfaat terhadap penulis untuk mendapatkan pengetahuan dan pengalaman mengenai ketel uap sehingga dapat menjadi modal sebelum memasuki dunia kerja. 2. Untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan program DIPLOMA III Politeknik Negeri Medan. 3. Untuk menambah wawasan mengenai ketel uap agar nantinya dapat menambah wawasan dapat dipergunakan diberbagai industri memperoleh kinerja ketel uapyang lebih baik. 4. Sebagai bahan pertimbangan yang di peroleh di bangku perkuliahan dan di lapangan. 5. Sebagai bahan pertimbangan bagi pihak lain yang membahas permasalahan yang sama.
1.5 Metode Pengumpulan Data Data-data yang diperoleh dan diolah dalam laporan Tugas Akhir berikut dikumpulkan dari beberapa metode, yaitu sebagai berikut : 1. Survei Melaksanakan survei pada perusahaan yang dituju dan melakukan peninjauan langsung. 2. Wawancara. Hal ini dilakukan untuk melakukan tanya jawab kepada kedua belah pihak agar mengetahui tentang ketel uap yang dimaksud. 3. Metode kepustakaan. Penulis mempelajari buku-buku tentang topik yang dibahas dan bukubuku referensi baik yang dari perusahaan dan perpustakaan kampus. 4. konsultasi dengan dosen pembimbing dan teman-teman serta orang-orang yang mengerti dengan masalah yang dibahas di tugas akhir ini. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir disusun dalam beberapa bab, yaitu sebagai berikut : BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini berisi pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, batasan masalah, tujuan, manfaat, metodologi penulisan dan sistematika penulisan dari laporan tugas akhir ini. BAB 2 DASAR TEORI Bab ini berisi tentang cakupan konsep dan teori-teori pendukung yang menjadi landasan dari tugas akhir ini.
BAB 3 BAB 4 METODE PENELITIAN Bab ini berisi tentang data-data hasil pengamatan yang diperoleh dari pengamatan langsung di lapangan. ANALISA DATA Bab ini berisi tentang perhitungan data-data parameter yang digunakan sebagai bahan perhitungan yang diolah menjadi data hasil penelitian. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pengamatan yang penulis dapatkan dan saran dari penulis untuk perkembangan di masa yang akan datang.