PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
(Studi Kasus: Pt. Perkebunan Nusantara V Tandun)
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi
Oleh :
DODI ISWANDI 11755100344
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SULTAN SYARIF KASIM RIAU PEKANBARU
2023
iii
LEMBAR HAK ATAS KEKAYAAN INTELEKTUA
LEMBAR HAK ATAS KEKAYAAN INTELEKTUAL
Tugas Akhir yang tidak diterbitkan ini terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau serta terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta pada penulis. Referensi keputusan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau ringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Penggunaan atau penerbitan sebagian atau seluruh Tugas Akhir ini harus memperoleh izin dari Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau. Perpustakaan yang meminjamkan Tugas Akhir ini untuk anggotanya diharapkan untuk mengisi nama, tanda peminjaman dan tanggal pinjam.
v
LEMBAR PERSEMBAHAN
ﻢﻴﺤﺮﻠﺍﻦﻤﺤﺮﻠﺍ ﷲﺍﻢﺴﺒ
Alhamdulillahirabbil ‘alamin
Bersyukur hamba hanya kepada-Mu Ya Allah
Yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Mu kepada hamba Sujud syukur hanya kepada-Mu yang melimpahkan karunia ini
Semoga ini akan menjadi karunia yang penuh Ridho-Mu dalam hidup hamba dan keluarga yang hamba cintai...
Catatan ini kupersembahkan teruntuk Ayahanda dan Ibunda tercinta Ayah… Ibu…
Luar biasa kesabaran dan cintamu padaku
Luar biasa pengorbanan padaku... Luar biasa semua yang telah kau lakukan untukku Betapa beruntungnya aku lahir darimu
Dibesarkan dan dijaga olehmu.. Jika bukan karenamu tak akan bisa aku seperti ini Berdiri tegar sampai hari ini
Ayah.. Ibu..
Ketika badan terasa penat, jalan terasa buntu, hanya kasih sayang dan pengorbananmu yang membuat ananda bangkit lagi
Ananda tak ingin lagi melihat kekecawaan dan kesedihan di wajahmu Semua ini untukmu, Ananda tidak akan bisa mencapainya tanpa sokonganmu
Sekalipun kukumpulkan banyak uang, tak akan terbayar jasamu Sekalipun kukorbankan seluruh kehidupanku, tak tertandingi dengan jasamu
Sekalipun seluruh dunia kuserahkan dibawah kakimu, tak tersaingi cintamu tak akan sebanding apa yang bisa kuberikan dengan apa yang telah kau berikan
Ayahanda tercinta..
Jika suatu saat nanti engkau lelah, bersandarlah dibahuku
Jika suatu saat nanti langkah mu semakin lemah, Melangkahlah disampingku dan pegang erat tanganku.. Jika suatu saat nanti engkau ingin menangis peluklah erat tubuhku.. Jika suatu saat engkau bosan berceritalah bersamaku
Ibunda tercinta..
Tiada hal terindah dalam hidupku Ketika aku mempersembahkan
Sebuah kado kecil untukmu kado terindah yang engkau rajut sendiri dengan benang emas sewaktu aku masih dalam kandunganmu
vi sampai aku mengerti arti hidupku selama ini indah jika kujalani bersamamu
Dan insya Allah engkau pasti bahagia jika melihat kesuksesan anak bungsumu ini
Ya Allah..
Terima kasih untuk ayah dan ibu yang telah Kau beri
Terimakasih juga ku ucapkan untuk orang-orang yang selalu membantu dalam suka dukaku
vii
ANALISIS TEKNIS DAN EKONOMI PEMANFAATAN COFIRING TANDAN KOSONG DAN FIBER SEBAGAI BAHAN BAKAR
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (Studi Kasus: PT.Perkebunan Nusantara V Tandun)
DODI ISWANDI 117551002344
Tanggal Sidang : 12 Januari 2023 Tanggal Wisuda :
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains Dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau JL. HR. Soebrantas No. 155 Pekanbaru
ABSTRAK
PKS Tandun merupakan perusahaan yang bergerak di bidang pengolahan kelapa sawit. Pada Proses pengolahan kelapa sawit terdapat dua jenis limbah yang ada di PKS Tandun yaitu limbah cair dan limbah padat limbah cair yang dihasilkan yaitu POME (palm.oil.mill.effluent) dan limbah padat terdiri dari cangkang, fiber, dan tandan kosong. Saat ini limbah cair sudah dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBG) sedangkan limbah padat cangkang dan fiber juga sudah dimanfaatkan sebagai bahan bakar pembangkit listrik tenaga uap, namun hingga saat ini PKS Tandun belum memaksimalkan limbah yang tersisa yaitu tandan kosong. Potensi limbah terbesar yang ada di PKS Tandun yaitu tandan kosong sebesar.
Potensi limbah terbesar di PKS Tandun yaitu tandan kosong 22%, fiber 13% dan cangkang sebesar 6.5%.
Limbah tandan kosong menimbulkan masalah bagi PKS Tandun limbah tandan kosong memerlukan tempat yang cukup luas untuk menampung limbah tandan kosong selain menghasilkan aroma yang tidak sedap, limbah tandan kosong juga dapat menggangu lingkungan karena tumpukan tandan kosong menjadi tempat berkembangnya hama. Dengan potensi tandan kosong yang besar penelitian ini akan mensubtitusi bahan bakar tandan kosong menggantikan cangkang karena cangkang memiliki nilai ekonomis yang tinggi.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis potensi energi listrik dari pemanfaatan limbah tandan kosong dan limbah fiber menggantikan cangkang dari aspek teknis dan ekonomi. Adapun metode yang digunakan pada penelitan ini adalah metode cofiring bahan bakar dengan Siklus Rankine pada PLTU menggunakan hukum pertama termodinamika dengan bantuan pemograman Software Engineering Equation Solver (EES). Daya yang dihasilkan pada kondisi eksiting PLTU sebesar 947.6 kW hal ini tidak jauh berbeda dengan data yang didapatkan dari perusahaan dimana daya listrik yang dihasilkan sebesar 1000 kW, Untuk potensi daya listrik PLTU pada kondisi cofiring dengan memanfaatkan limbah Tandan kosong dan fiber, didapatkan daya yang dihasilkan sebesar 1251 kW, dengan daya yang dihasilkan PLTU kondisi cofiring dapat memenuhi kebutuhan listrik sebelumnya yang menggunakan bahan bakar cangkang dan fiber.Perhitungan Pada aspek kelayakan ekonomi nilai Net Present Value (NPV) bernilai positif yaitu sebesar Rp.318.485.677.621, PayBack Period (PBP) 0.18 Tahun.
Kata Kunci: Tandan Kosong, fiber , Cofiring, PLTU,EES.
viii
TECHNICAL AND ECONOMIC ANALYSIS OF BENEFIT EMPTY BUNCH COFIRING AND FIBER AS FUEL FOR STEAM POWER
GENERATION
(Case Study: PT.Perkebunan Nusantara V Tandun)
DODI ISWANDI 11755100344
Date of Final Exam : 12 of January 2021 Date of Graduation Ceremony :
Department of Electrical Engineering Faculty of Science and Technology
State Islamic University of Sultan Syarif Kasim Riau Soebrantas Street No. 155 Pekanbaru
ABSTRACT
PKS Tandun is a company engaged in the processing of palm oil. In the palm oil processing process, there are two types of waste in the Tandun PKS, namely liquid waste and solid waste, the resulting liquid waste, namely POME(palm.oil.mill.effluent) and solid waste consisting of shells,fiber, and empty bunch. Currently, the liquid waste has been used as a biogas power plant (PLTBG), while the shell solid waste andfiber also has been used as fuel for steam power plants, but until now PKS Tandun has not maximized the remaining waste, namely empty fruit bunches. The biggest waste potential in Tandun PKS is empty fruit bunches. The biggest waste potential in Tandun PKS is 22% empty fruit bunches,fiber 13% and shell 6.5%. Empty bunches are a problem for OPM. Empty bunches of bunches require a large enough area to accommodate empty bunches.
In addition to producing an unpleasant odor, empty bunches can also be a nuisance to the environment because piles of empty bunches are a breeding ground for pests. With a large potential for empty fruit bunches, this research will substitute empty fruit bunches as fuel to replace shells because shells have high economic value. This study aims to analyze the potential for electrical energy from the utilization of empty fruit bunches and wastefiber replace the shell from a technical and economic perspective. The method used in this research is methodcofiring fuel with the Rankine Cycle at PLTU using the first law of thermodynamics with the help of programmingSoftware Engineering Equation Solver (EES). The power generated in the PLTU's excited condition is 947.6 kW, this is not much different from the data obtained from the company where the electric power generated is 1000 kW.cofiring by utilizing the waste of empty fruit bunches andfiber, it is obtained that the power generated is 1251 kW, with the power generated by the condition PLTUcofiring can meet the previous electricity needs that use shell fuel andfiber.Calculations on the economic feasibility aspect of valueNet Present Value (NPV) has a positive value of IDR 318,485,677,621,PayBack Period (PBP) 0.18 Years.
Keywords:Empty Bunch,fiber , Cofiring, PLTU, EES.
ix
KATA PENGANTAR
ﻢﻴﺤﺮﻠﺍﻦﻤﺤﺮﻠﺍ ﷲﺍﻢﺴﺒ
Assalamu’alaikum Warohmatullahi Wabarokatuh
Alhamdulillahi Rabbil Alamin, Puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT, berkat rahmat dan karunia yang telah dilimpahkan-NYA, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis Teknis.Dan.Ekonomi .pemanfaatan.cofiring Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Fiber Sebagai Bahan Bakar Pembangkit Listrik Tenga Uap (Studi Kasus: PT.Perkebunan Nusantara V Tandun). Shalawat beriringan salam penulis hadiahkan kepada junjungan alam Nabi Muhammad SAW yang merupakan suri tauladan bagi kita semua, semoga kita semua termasuk dalam umatnya yang kelak mendapatkan syafa’at beliau.
Banyak sekali yang telah penulis peroleh berupa ilmu pengetahuan dan pengalaman selama menempuh pendidikan di Jurusan Teknik Elektro. Penulis berharap Tugas Akhir ini nantinya dapat berguna bagi semua pihak yang memerlukannya.
Penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan dari berbagai pihak. Maka dari itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang setulus nya kepada pihak- pihak yang terkait berikut:
1. Ayah, Mama, dan adik tercinta yang telah memberikan semangat, dukungan moril maupun materil dan doa kepada penulis serta keluarga besar penulis yang selalu mendoakan penulis.
2. Bapak Prof. Dr. Khairunnas, M.Ag selaku Rektor UIN SUSKA Riau beserta kepada seluruh staf dan jajarannya.
3. Bapak Dr. Hartono selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN SUSKA Riau beserta kepada seluruh Pembantu Dekan, Staf dan jajarannya.
4. Ibu Dr. Zulfatri Aini, S.T., M.T selaku ketua Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN SUSKA Riau sekaligus Dosen Penguji 1 memberikan kritik dan saran selama seminar proposal dan sidang tugas akhir.
5. Bapak Sutoyo, S.T., M.T selaku sekretaris Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN SUSKA Riau.
x 6. Ibu Marhama Jelita, S.Pd., M.Sc. selaku dosen Pembimbing Akademik sekaligus
Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah meluangkan waktu dengan ikhlas untuk membimbing penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir.
7. Bapak Ahmad Faizal S.T, M.T, selaku koordinator Tugas Akhir sekaligus ketua sidang yang telah memberikan kritik dan saran demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
8. Ibu Nanda Putri Miefthawati, B.Sc., M.Sc. selaku Dosen Penguji 2 yang telah memberikan kritik dan saran selama seminar proposal dan sidang tugas akhir.
9. Bapak dan Ibu dosen ProdiTeknik Elektro yang telah memberikan bimbingan dan curahan ilmu kepada penulis sehingga bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10. Alvin Navies, Afdaniel Hakim, Rahmad Kurnia Syam selaku teman seperjuangan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini dan telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
11. Teman teman ALFAJAR yang telah memberikan dukungan dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Semoga bantuan yang telah diberikan baik moril maupun materil mendapat balasan pahala dari Allah SWT, dan sebuah harapan dari penulis semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca semua pada umumnya.
Semua kekurangan hanya datang dari penulis dan kesempurnaan hanya milik Allah SWT, hal ini membuat penulis menyadari bahwa dalam pembuatan Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna karena keterbatasan kemampuan, pengalaman, dan pengetahuan penulis. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat positif dan membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini
Wassalamu’alaikum Warohmatullahi Wabarokatuh
Pekanbaru, 12 Januarii 2023
DODI ISWANDI 11755100344
xi
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
LEMBAR HAK ATAS KEKAYAAN INTELEKTUA ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
LEMBAR PERSEMBAHAN... v
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
DAFTAR RUMUS ... xviii BAB 1 PENDAHULUAN ... I-1 1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Rumusan Masalah ... I-6 1.3 Tujuan Penelitian ... I-6 1.4 Batasan Penelitian ... I-7 1.5 Manfaat Penelitian ... I-7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1 2.1 Penelitian Terkait ... II-1 2.2 Kelapa Sawit... II-3 2.3 Limbah Kelapa Sawit ... II-5 2.3.1 Limbah Padat Kelapa Sawit ... II-5 2.3.1 Limbah Cair Kelapa Sawit (LCKS) ... II-7 2.4 Proses konversi konversi limbah kelapa sawit ... II-7 2.4.1 Pre-treatment Biomassa ... II-7 2.4.2 Torefaksi ... II-8 2.5 Cofiring ... II-8 2.6 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) ... II-9
xii 2.6.1 Komponen Utama PLTU ... II-10 2.7 Perhitungan Aspek Teknis... II-13 2.7.1 Perhitungan Nilai Kalor Tandan Kosong ... II-13 2.7.2 Perhitungan Nilai kalor Tandan kosong dan Fiber ... II-15 2.7.3 Perhitungan Potensi Listrik Tandan Kosong dan Fiber ... II-16 2.8 Siklus Rankine ... II-19 2.8.1 Skema Siklus Rankine ... II-20 2.9 Software Engineering Equation Solver ... II-23 2.10 Analisis Kelayakan Ekonomi ... II-24 2.10.1 Cash Flow (CF) ... II-24 2.10.2 Net Present Value (NPV) ... II-25 2.10.3 Payback Period (PBP) ... II-25 2.11 Potensi Pendapatan Finansial Dari Pemanfaatan Tandan Kosong Untuk Subtitusi
Bahan Bakar Cangkang ... II-26 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... III-1 3.1 Lokasi Penelitian ... III-1 3.2 Alur Penelitian ... III-1 1. Potensi cofiring tandan kosong dan fiber ... III-3 3.3 Tahap Perencanaan ... III-4 3.3.1 Identifikasi Masalah ... III-4 3.3.2 Penentuan Judul ... III-4 3.3.3 Rumusan Penelitian ... III-4 3.3.4 Tujuan Penelitian ... III-4 3.3.5 Manfaat Penelitian ... III-5 3.4 Studi Literatur ... III-5 3.5 Pengumpulan Data ... III-5 3.5.1 Data Primer ... III-5 3.5.2 Data Sekunder ... III-6 3.6 Perhitungan Potensi Tandan kosong ... III-11 3.7 Perhitungan Nilai Kalor Cofiring Tandan Kosong dan Fiber ... III-11 3.8 Perhitungan potensi energi listrik pemanfaatan cofiring tandan kosong dan fiberIII-12
xiii 3.9 Analisis Aspek Teknis ... III-15
3.9.1 Potensi Cofiring Tandan kosong dan Fiber ... III-15 3.9.2 Daya Pembangkitan ... III-15 3.9.3 Energi pembangkitan ... III-15 3.9.4 Daya Listrik Pembangkitan ... III-16 3.10 Perhitungan Aspek Ekonomi ... III-16 3.10.1 Net Present Value (NPV) ... III-16 3.10.2 Payback Period (PBP) ... III-16 3.11 Penilaian Kelayakan Teknis Dan Ekonomi ... III-16 BAB IV 1
HASIL DAN ANALISIS ... IV-1 4.1. Perhitungan Potensi Tandan Kosong dan Fiber ... IV-1 4.2. Perhitungan Potensi Cofiring Tandan Kosong dan Fiber ... IV-2 4.3. Perhitungan Energi Listrik pada Kondisi Eksiting PKS Tandun ... IV-4 4.3.1.Proses 1-2 (Pompa) ... IV-4 4.3.2.Proses 2-3 Boiler ... IV-6 4.3.3.Proses 3-4 (Turbin) ... IV-7 4.3.4.Proses 4-1 Kondenser ... IV-8 4.3.5.Perhitungan Daya Keluaran... IV-9 4.3.6.Hasil Perhitungan PLTU Kondisi Eksiting M ... IV-9 4.4. Perhitungan Potensi Energi Listrik cofiring Tandan Kosong dan Fiber ... IV-10 4.4.1.Proses 1-2 (Pompa) ... IV-10 4.4.2.Proses 2-3 (Boiler) ... IV-12 4.4.3.Proses 3-4 (Turbin) ... IV-13 4.4.4.Proses 4-1 (Kondensor) ... IV-15 4.4.5.Perhitungan Daya Keluaran... IV-15 4.4.6.Hasil Perhitungan PLTU Cofiring Tandan Kosong dan Fiber ... IV-16 4.5. Analisis Hasil ... IV-16 4.5.1.Analisis PLTU dalam Kondisi Eksiting ... IV-17 4.5.1.Analisis Potensi Listrik PLTU Cofiring Tandan Kosong dan Fiber ... IV-17 4.6. Analisis Ekonomi Pemanfaatan Cofiring Tandan Kosong dan Fiber ... IV-18
xiv 4.6.1.Biaya Investasi Awal ... IV-18 4.6.2.Biaya Operasional dan Perawatan (O&M) ... IV-20 4.6.3.Biaya Investasi Total Selama Umur Proyek... IV-22 4.6.4.Manfaat Finansial ... IV-23 4.6.5.Cash Flow Benefit ... IV-23 4.6.6.Cash Flow Cost (CFC) ... IV-25 4.6.7.Net present Value (NPV) ... IV-26 4.6.8.Payback Period ... IV-27 4.7. Hasil Analisa Kelayakan Ekonomi ... IV-28 BAB V 1
5.1. Kesimpulan ... V-1 5.2. Saran ... V-2 LAMPIRAN
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
Gambar 2. 1 Tandan Kosong [6]. ... II-6 Gambar 2. 2 Cangkang [6] ... II-6 Gambar 2. 3 Fiber [6] ... II-7 Gambar 2. 4Proses Kerja PLTU Biomassa PKS [13] ... II-10 Gambar 2. 5Skema Boiler ... II-11 Gambar 2. 6 Kondenser ... II-12 Gambar 2. 7 diagram proses Pretreatment Tandan Kosong [16] ... II-14 Gambar 2. 8 Syarat Panas dan Kerja Sistem [18]... II-17 Gambar 2.9 Perpindahan Kalor Claussius [18] ... II-18 Gambar 2. 10 Perpindahan Kalor Kevin Planck [18] ... II-18 Gambar 2. 11 Skema Siklus Rankine [18] . ... II-20 Gambar 3. 1 Lokasi Penelitian [20] ... III-1 Gambar 3. 2 Flowchart Penelitian ... III-3 Gambar 3.3 Alur Pemograman Engineering Equation Solver ... III-12 Gambar 3. 4 Unit System Pemograman Software EES ... III-13 Gambar 3. 5 Data Input Pemograman EES ... III-13 Gambar 3. 6 Algoritma Persamaan Pemograman EES ... III-14 Gambar 3. 7 Hasil Pemograman EES ... III-14 Gambar 3. 8 Error pada pemograman EES ... III-15 Gambar 4. 3 Entalpi Pada Keadaan 3 ... IV-6 Gambar 4. 4 Hasil dari Kalor Masuk Boiler ... IV-7 Gambar 4. 5 Entalpi keadaan 4 ... IV-8 Gambar 4. 6 Kerja Turbin... IV-8 Gambar 4. 7 Nilai Kalor Kondensasi... IV-9 Gambar 4. 8 Daya Keluaran ... IV-9 Gambar 4. 10 Nilai Entalpi Keadaan 1... IV-11 Gambar 4. 11Hasil Entalpi Pada keadaan 2 ... IV-11 Gambar 4. 12 Kerja Pompa ... IV-12 Gambar 4. 13 Hasil Entalpi keadaan 3 ... IV-13
xvi Gambar 4. 14 Hasil Kalor Masuk Boiler ... IV-13 Gambar 4. 15 Entalpi keadaan 4 ... IV-14 Gambar 4. 16 Kerja Turbin... IV-14 Gambar 4. 17 Nilai Kalor Kondensasi... IV-15 Gambar 4. 18 Daya Keluaran ... IV-16 Gambar 4. 19 Mesin Shredder Tandan Kosong ... IV-19
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Data Primer ... III-6 Tabel 3. 2 Data Sekunder ... III-6 Tabel 3. 3 Produksi tandan buah segar dan limbah PKS Tandun... III-7 Tabel 3. 4 Data Nilai Kalor Bahan Bakar ... III-7 Tabel 3. 5 Spesifikasi Boiler... III-8 Tabel 3. 6 Spesifikasi Turbin Uap ... III-8 Tabel 3. 7 Data Generator... III-9 Tabel 3. 8 Data Pembangkit dan Beban ... III-9 Tabel 3.9 Data Propertis Komponen PLTU PKS Tandun ... III-10 Tabel 4 1 Hasil Perhitungan PLTU Menggunakan Siklus Rankine ... IV-10 Tabel 4 2 Hasil Perhitungan PLTU Menggunakan Siklus Rankine ... IV-16 Tabel 4 3 Perbandingan Performa PLTU Kondisi Eksiting dan Cofiring Tandan Kosong
dan Fiber ... IV-18 Tabel 4 4 Biaya Investasi Awal Penambahan Komponen ... IV-20 Tabel 4 5 Biaya Operasional Dan Perawatan Tahunan ... IV-20 Tabel 4 6 Total Biaya O&M, Pergantian Komponen Selama Umur Proyek ... IV-21 Tabel 4 7 Biaya Investasi Total Pemanfaatan cofiring Tandan kosong dan Fiber... IV-22 Tabel 4 8 Nilai Cash Flow Benefit (CFB) Selama Umur Proyek ... IV-24 Tabel 4 9 Nilai Present Worth Factor (PWF) Selama Umur Proyek... IV-25 Tabel 4 10 Nilai Cash Flow Cost (CFC) Selama Umur Proyek ... IV-26 Tabel 4 11 Nilai Net Present Value (NPV) Selama Umur Proyek ... IV-26 Tabel 4 12 Hasil Perhitungan Analisis Kelayakan Ekonomi ... IV-28
xviii
DAFTAR RUMUS
Persamaan 2.1 Tandan Kosong Pretreatment ... ...II-14 Persamaan 2.2 Ketersediaan Tandan Kosong... II-15 Persamaan 2.3 Ketersediaan Fiber... II-15 Persamaan 2.4 Total Ketersediaan Bahan Bakar ... II-15 Persamaan 2.5 Cofiring Tandan Kosong Dan Fiber.../... II-15 Persamaan 2.6 Kebutuhan Bahan Bakar Tandan Kosong ... II-15 Persamaan 2.7 Kebutuhan Bahan Bakar Fiber... II-15 Persamaan 2.8 Total Kebutuhan Bahan Bakar Cofiring ... II-15 Persamaan 2.9 Kebutuhan Bahan Bakar Boiler... II-15 Persamaan 2.10 Hukum Ke-I Thermodinamika... II-16 Persamaan 2.11 Hukum Ke-I Thermodinamika... II-17 Persamaan 2.12 Daya Pompa ... II-21 Persamaan 2.13 Tekanan Masuk Pada Boiler... II-21 Persamaan 2.14 Daya Keluar ... II-21 Persamaan 2.15 Tekanan Keluar... II-21 Persamaan 2.16 Hukum Ke-I Thermodinamika... II-21 Persamaan 2.17 Hukum Ke-I Thermodinamika... II-21 Persamaan 2.18 Siklus Rankine Ideal... II-21 Persamaan 2.19 Efisiensi Rankine... II -22 Persamaan 2.20 Efisiensi Boiler... II -22 Persamaan 2.21 Efisiensi Pembangkit... II-22 Persamaan 2.22 Daya Turbin... II-23 Persamaan 2.23 Daya Turbin... II-23 Persamaan 2.24 Daya Generator... II-23 Persamaan 2.25 Cash Flow Benefit ... II-24
xix Persamaan 2.26 Cash Flow Cost... II-24 Persamaan 2.27 Net Present Value... II-25 Persamaan 2.28 Payback Periode... II-25 Persamaan 2.29penjualan Cangkang... II-26
I-1
BAB I PENDAHULUAN
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perrmintaan energi nasional meningkat setiap tahunnya sejalan dengan bertambahnya populasi manusia. Peningkatan tersebut dikarenakan energi telah menjadi kebutuhan pokok yang telah mengakar pada semua bidang kehidupan manusia. Indonesia mengalami kenaikan penduduk dari tahun 1971 hingga 1980 menjadi 28.282.069 jiwa (23,72%). Pada umumnya, pertumbuhan penduduk setiap 10 tahun mendekati 20%. pada 2010-2020 rata-rata laju pertumbuhan penduduk adalah 1,49 persen setiap tahun[1].
Berdasarkan data outlook energi Indonesia tahun 2019, kebutuhan energi saat ini didominasi oleh energi fosil yaitu Bahan Bakar Minyak (BBM) sebesar 43.7%, energi listrik 19.9%, Liquified Petroleum gas (LPG) 8.5%, gas alam 15.3%, batu bara 9.6% dan biofuel 2.97%. Sektor-sektor yang membutuhkan energi paling besar adalah sektor transportasi sebesar 40% dan sektor industri 36% sisanya pada sektor komersial, rumah tangga dan lainnya yang mana masih sangat bergantungan kepada energi fosil. Permintaan energi pada sektor transportasi didominasi oleh BBM sebesar 96% sisanya dipasok oleh biodiesel dan gas bumi. Sedangkan pada sektor industri kebutuhan energi didominasi oleh energi fosil berupa batu bara dan gas bumi. Sebagian besar digunakan menjadi bahan bakar pembangkitan energi listrik untuk menjalankan peralatan industri [2].
Industri perkebunan sawit adalah industri yang memanfaatkan energi fosil sebagai bahan bakar pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Menurut data Badan Pusat Statistik (BPS), Indonesia tahun 2020 perusahaan kelapa sawit diindonesia merupakan perkebunan yang terluas saat ini sebesar 8854.5 ribu hektar dengan jumlah industri perkebunan sawit sebanyak 2335 industri. Banyaknya industri perkebunan kelapa sawit menyebabkan pemanfaatan energi fosil secara berlebihan yang mana akan berdampak pada menipisnya sumber daya energi fosil tiap tahunnya [3].
Dilihat dari segi geografis dan perekonomian yang ada, menurut Direktorat Jendral Perkebunan kelapa sawit, Indonesia menjadi produsen kelapa sawit terbesar di dunia dengan hasil produksi Tandan Buah Segar (TBS) sebesar 35.35 juta ton/tahun. Hasil
I-2 produksi ini didominasi oleh Provinsi Riau dengan produksi kelapa sawit mencapai 387.9 ribu ton di tahun 2020, yang dilanjutkan oleh Provinsi Sulawesi Utara dengan produksi 262.9 ribu ton, Provinsi Jawa Timur 250.7 ribu ton, Provinsi Maluku Utara 207.8 ribu ton dan Provinsi Sulawesi Tengah 191.8 ribu ton [3].
Provinsi Riau menjadi produsen minyak sawit terbesar di Indonesia pada tahun 2020 dengan luas lahan 2.430.508 ha pada tahun 2017 dengan hasil produksi 8.721.148 ton/tahun TBS. Riau menyumbang 20% dari produksi minyak sawit mentah terhadap produksi nasional. Hal ini sejalan dengan pesatnya pertumbuhan produksi kelapa sawit di Riau yang mampu menghasilkan 6 juta ton kelapa sawit pada tahun 2010 dan meningkat menjadi 7 juta ton pada tahun 2015 [3]. Pada tahun 2018 Provinsi Riau mempunyai 196 perusahaan9kelapa9sawit9yang9didominasi oleh perusahaan kelapa sawit swasta dengan persentase 91% (178 PKS), sisanya adalah perusahaan kelapa sawit Badan Usaha Milik Negara (BUMN) dengan9persentase09% (18 PKS). Salah satu9perusahaan kelapa sawit BUMN di Provinsi Riau9adalah PT. Perkebunan9Nusantara V (PTPN V) [4].
PTPN V dibangun pada tanggal 11 Maret 1996. Perusahaan ini mulai berjalan dengan lancar pada tanggal 9 April 1996 dengan kantor pusat di Pekanbaru. PTPN V memiliki 52 unit khusus yang tersebar di berbagai daerah di Wilayah Riau, terdiri dari 1 unit kantor Pusat, 6 Unit Bisnis Strategis (UBS), 25 Kebun Inti/Plasma, 12 Pabrik Kelapa Sawit (PKS), 1 Pabrik PKO, dan 3 Rumah Sakit. PKS Tandun merupakan unit kerja BUMN milik PT. Perkebunan Nusantara V yang bergerak di bidang pengolahan kelapa sawit menjadi Crude Palm Oil (CPO) dan kernel sawit yang berkendudukan di desa Talang Danto, kacamatan Tapung Hulu, kabupaten Kampar, Riau [5].
Berdasarkan hasil wawancara dengan Bapak Rudi selaku asisten teknik, kapasitas pengolahan TBS PKS Tandun 40 ton/jam dengan angka produksi tandan buah segar 21.433.810 ton/bulan. Beban listrik yang ada di PKS Tandun yaitu kebutuhan PKS meliputi pengolahan, penerangan, bengkel dan pompa air sebesar 69.39%. Kantor, perumahan karyawan, rumah ibadah, dan sekolah sebesar 30.61%. PKS Tandun mempunyai Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dengan kapasitas daya maksimum sebesar 1.000 kW. Fasilitas terdiri dari 3-unit boiler dan 3-unit turbin uap yang dibangkitkan digunakan untuk kebutuhan pengoperasian PKS Tandun (±800 kW),
I-3 kemudian 200 kW digunakan untuk kebutuhan listrik yang ada di perumahan PKS Tandun.
PKS Tandun memiliki pembangkit listrik cadangan PLTD berkapasitas 500 kW yang digunakan untuk menggerakkan mesin yang membawa bahan bakar boiler menuju furnace serta mengalirkan air menuju boiler pada proses starting up.[6].
Pada proses pengolahan PKS Tandun terdapat dua jenis limbah yang dihasilkan berasal dari proses produksi crude palm oil (CPO) yang berbentuk limbah cair dan limbah padat. Saat ini PKS Tandun sudah memanfaatkan limbah cair POME sebagai pembangkit listrik tenaga biogas dengan kapasitas 1.6 MW. Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) Tandun ini memproduksi listrik untuk pemakaian sendiri pabrik PKO dalam mengolah inti sawit, yang sebelumnya menggunakan gengset untuk memenuhi kebutuhan listriknya. Pada limbah padat cangkang dan fiber juga sudah dimanfaatkan untuk bahan bakar pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Dalam satu bulan limbah yang dihasilkan dari cangkang sekitar 1.286 ton/bulan sedangkan fiber menghasilkan 2.694 ton/bulan.
Seluruh limbah cangkang dan fiber digunakan untuk bahan bakar pembangkit listrik tenaga uap yang ada di PKS Tandun. Namun hingga saat ini PKS Tandun belum memaksimalkan limbah yang tersisa yaitu tandan kosong [6].
Tandan kosong kelapa sawit adalah limbah terbesar yang diperoleh dari perkebunan kelapa sawit. Dalam 1 ton kelapa sawit yang telah diolah didapatkan limbah berupa tandan kosong ssebanyakk22%aatauu220kkg, serabut 13% atau 130 kg, cangkang 6.5%aatauu65kkg dan limbah cair sekitar 600-700 kg. Saat ini PKS Tandun memanfaatkan tandan kosong sebagai pupuk organik untuk tanaman dan sisanya dikumpulkan di area sekitaran pabrik. Berdasarkan hasil wawancara dengan Bapak Rudi selaku asisten teknik mengatakan bahwa limbah tandan kosong yang dihasilkan jumlahnya akan terus bertambah. Dalam satu bulan limbah yang dihasilkan dari tandan kosong sekitar 4.715 ton/bulan. Sebagian limbah ini dibakar untuk dijadikan pupuk sekitar 1.500 ton/bulan sehingga menyisakan limbah sekitar 3.215 ton yang ditempatkan disekitaran area PKS Tandun [6].
Sisa limbah yang terbuang ini menimbulkan masalah bagi PKS Tandun. Limbah tandan kosong memerlukan tempat yang cukup luas untuk menampung limbah tandan kosong. Selain itu limbah tandan kosong dapat mengganggu lingkungan selain menghasilkan aroma yang tidak sedap, limbah tandan kosong juga dapat menggangu
I-4 lingkungan karena tumpukan tandan kosong menjadi tempat berkembangnya hama.
Melihat adanya potensi dari tandan kosong serta dampak yang dihasilkan dari limbah tandan kosong pihak PKS ada wacana untuk memanfaatkan limbah tandan kosong dijadikanbbahanbbakar [6].
Padappenelitianiiniaakan melakukan subtitusibbahanbbakar PLTUyyang awalnya menggunakan cangkang dan fiber menjadi tandan kosong dan fiber. Subtitusi ini dilakukan karena tandan kosong pretreatment merupakan limbah terbesar di PKS tandun dan memiliki nilai LHV (low heating value) yang tinggi sebesar 4.492 kkal/kg yang berpotensi untuk dijadikan bahan bakar, kemudian untuk bahan bakar cangkang akan dijual karena cangkang memiliki nilai jual yang tinggi sehingga mendapatkan keuntungan bagi PKS Tandun dalam penjualan cangkang sawit. Terdapat beberapa perusahaan yang menerima jual beli cangkang sawit seperti PT Euoasiatic Jaya, PT Indira Dwi Mitra , dan PT Afani Global Agro Ketiga perusahaan ini bergerak dalam penjualan dan pembelian cangkang sawit dalam satu ton cangkang senilai Rp.600.000/ton.
Namun sebelum mengolah Tandan kosong sebagai bahan bakar ada kendala dalam mengolah tandan kosong yaitu memiliki kelembaban yang tinggi, berbeda dengan bahan bakar fiber dan cangkang yang tidak perlu dilakukan proses pretreatment karena memiliki kelembapan rendah dan bias langsung diumpan keboiler. Menurut penelitian sebelumnya sudah ada yang mengkaji tentang cara menurunkan kadar air yang ada di tandan kosong.
Ada beberapa metode yang sudah melakukan cara menurunkan kelembapan dan kadar air dari tandan kosong seperti metode torefaksi. Torefaksi ialahpperlakuanppanas terhadap biomassa pada suhu 200-300°C selama sekitar 16-60 menit tanpa adanya oksigen, sehingga biomassa akan menjadi produk yang mirip dengan arang [7]. Metode selanjutnya pretreatment menggunakan dua skenario yaitu pencacahan dan pengeringan pada skenario pertama tandan kosong dicacah memakai mesin pencacah sampai ukuran panjang kira – kira 5cm. buat skenario kedua, sesudah tandan kosong dicacah dilakukan pengeringan memakai mesin pengering sampai kadar air menjadi 30%. Perlakuan pretreatment terhadap sifat fisis tandan kosong, mengakibatkan perubahan unsur kimiawi hal ini berdampak pada proses pembakaran yg terjadi pada boiler. Diantaranya kenaikan nilai efisiensi yg ditimbulkan sebab penurunan kandungan ar [8].
I-5 Pada penelitian ini akan menggunakan metode pretreatment karena dalam penerapan torefaksi memerlukan biaya yang relatif tinggi diawal sehinggatterkesanmmahal, namun pada pretreatment proses penerapannya tidak membutuhkan biaya yang begitu mahal. Pada metode pretreatment ini, 1 ton tandan kosong memiliki kadar air sekitar 60% atau setara dengan 400 kg tandan kosong pada kondisi.kering,.yang memiliki nilai.kalor.sebesar.18,795iMJ/kg...Apabila tandan kosong dikonversi pada PLT Biomasa dengan efisiensi 20%, maka akan menghasilkan.listrik.sebesar.418.kWh. Maka 1 ton tandan kosong dapat menghasilkan listrik sebesar 418 kWh, selanjutnya tandan kosong akan di cofiring dengan fiber [8].
Cofiring adalah pembakarandduavbahanbbakar yangbberbedaddalam sistem pembakaranyyangssama. Pada penggunaan bahan bakar sebelumnya PKS Tandun menggunakan cangkang dan fiber sebagai bahan bakar PLTU yang ada di PKS tandun dengan persentase penggunaan 25% cangkang dan 75% fiber. Pada penelitian ini akan menggantikan bahan bakar cangkang menjadi tandan kosong dengan cara cofiring tandan kosong dengan fiber dengan persentase 25% tandan kosong dan 75% fiber.
Berdasarkan pada permasalahan limbah tandan kosong pada PKS Tandun, penelitian ini akan melakukan kajian kelayakan meliputi kajian aspek.teknis.dan.aspek ekonomi. Pada aspek teknis meliputi studi potensi dari tandan kosong, setelah dilakukan pretreatment untuk mengetahui berapa LHV dari tandan kosong untuk dijadikan bahan bakar, kemudian mengetahui potensi energi listrik yang dihasilkan teknis pembangkit, mengetahui berapa daya pembangkitan menggunakan metode cofiring tandan kosong dan fiber. Pada perancangan pembangkit listrik tenaga uap menerapkan prinsisp-prinsip termodinamika dalam bentuk siklus Rankine.
Perhitungan aspek ekonomi dapat dilakukan dengan menggunakan Net Present Value (NPV), dan Payback Period (PBP). Menghitung biaya penambahan komponen pada proses pretreatment tandan kosong dan analisis ekonomi dalam penjualan cangkang yang telah digantikan tandan kosong. Proyek dapat dikatakan layak apabila proyek mengalami keuntungan secara finansial ataupun kembali modal dalam jangka waktu tertentu berdasarkan umur proyek tersebut. Keuntungan dapat ditentukan dengan mengurangkan biaya modal awal dan biaya operasi dengan pemasukan mulai dari awal pengoperasian sampai dengan akhir umur proyek [9].
I-6 Untuk memudahkan menganalisa sistem konversi energi tandan kosong menggunakan siklus rankine, Pada penelitian ini menggunakan software Engineer Equation Solver. Engineer Equation Solver merupakan program yang digunakan untuk analisis system termodinamika dan optimalisasi sistem konversi energi seperti pembangkit dan system refigerasi. Perhitungan dalam pemograman disini yaitu mencari daya keluaran serta efisiensi pembangkit dalam keadaan cofiring tandan kosong dan fiber Kemudian pemilihan fluida kerja yang ideal untuk digunakan, seperti melihat dari temperature kritik, tekanan kritik, serta faktor terpenting dalam pemilihan fluida kerja. Setelah itu melakukan perhitungan daya PLTU pada keadaan menggunakan bahan cofiring tandan kosong dan fiber untuk melihat kembali nilai dari daya keluaran listrik. Semua perhitungan dalam pemograman menggunakan metode hukum termodinamika pertama [20]
Dari uraian yang telah dipaparkan tersebut maka penulis tertarik melakukan kajian tugas akhir dengan judul “Analisis Teknis.Dan.Ekonomi .pemanfaatan.cofiring Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Fiber Sebagai Bahan Bakar Pembangkit Listrik Tenga Uap (Studi Kasus: PT.Perkebunan Nusantara V Tandun)”.
1.2 Rumusan Masalah
Berikut beberapa rumusan masalah yang diangkat pada penelitian ini.
1. Berapa nilai kalor dari pemanfatan pretreatment tandan kosong kelapa sawit di PT Perkebunan Nusantara V Tandun?
2. Berapa nilai kalor dari pemanfaatan cofiring tandan kosong dan fiber kelapa sawit di PT Perkebunan Nusantara V Tandun?
3. Bagaimana menganalisis aspek teknis pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit sebagai bahan bakar pembangkit listrik (PLTU) di PT Perkebunan Nusantara V Tandun?
4. Bagaimana menganalisis aspek ekonomi pemanfaatan tandan kosong sebagai bahan bakar pengganti cangkang di PT Perkebunan Nusantara V Tandun?
1.3 Tujuan Penelitian
Berikut beberapa tujuan pada penelitian ini.
1. Menganalisis nilai kalor dari pemanfatan pretreatment tandan kosong kelapa sawit di PT Perkebunan Nusantara V Tandun.
I-7 2. Menganalisis nilai kalor dari pemanfaatan cofiring tandan kosong dan fiber kelapa
sawit di PT Perkebunan Nusantara V Tandun.
3. Menganalisis aspek teknis pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit sebagai bahan bakar pembangkit listrik (PLTU) di PT Perkebunan Nusantara V Tandun.
4. Menganalisis menganalisis aspek ekonomi pemanfaatan tandan kosong sebagai bahan bakar pengganti cangkang di PT Perkebunan Nusantara V Tandun.
1.4 Batasan Penelitian
Agar pembahasan pada penelitian ini lebih terfokus dan tidak melebar, penulis akan membatasi topik tugas akhir ini sebagai berikut,
1. Penelitian hanya mengkaji tentang aspek teknis dan ekonomi.
2. Metode pretreatment digunakan untuk menaikkan nilai kalor tandan kosong.
3. Penelitian ini hanya mengkaji potensi tandan kosong tidak memperhitungkan beban.
4. Analisis ekonomi hanya beberapa peralatan saja tidak sampai investasi pembelian alat yang begitu besar.
5. Pada aspek ekonomi biaya investasi proyek tidak sampai ke biaya kontraktor bangunan.
6. Analisa siklus rankine menggunakan hukum pertama termoninamika.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian yang didapat yaitu sebagai berikut.
1. Penelitian ini dapat menjadi referensi pertimbangan PTPN V Tandun untuk pemanfaatan tandan kosong bahan bakar PLTU dan menjual cangkang sawit untuk tujuan bisnis.
2. Penelitian ini dapat digunakan sebagai acuan untuk pengembangan penilitian selanjutnya.
II-1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terkait
Dalam melkukan penelitian tugas akhir telah dilakukan studi literatur tentang kajian yang berkaitan dengan pembahasan tugas akhir ini, guna mencari referensi untuk penelitian yang dilakukan saat ini yang didapat dari penelitian seperti tugas akhir, paper, jurnal dan artikel-artikel berkaitan dengan penelitian ini.
Penelitian berjudul Analisis Potensi Fiber Dan Cangkang Kelapa Sawit Sebagai Sumber Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Di Pt. Pundi Lahan Khatulistiwa. Pada penelitian ini bertujuan mengkaji Potensi limbah biomassa kelapa sawit pada PT. Pundi Lahan Khatulistiwa. Dengan cara cofiring cangkang dan fiber, hasil dari penelitian ini didapatkan cofiring cangkang dan fiber Sebagai bahan bakar pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) sebesar 5.14 MWh pada 2016, 6.21 MWh pada 2017, dan 6.51 MWh pada 2018.
Total energi yang dihasilkan oleh fiber dan cangkang selama tiga tahun terakhir dari 2016 hingga 2018 adalah 17.86 MWh [10].
Penelitian berikutnya berjudul Studi Keekonomian Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit Pada Pembangkit Listrik Biomassa. Pada penelitian ini bertujuan mengkaji pemanfaatan tandan kosong. Pemanfaatannya dilakukan menjadikan tandan kosong sebagai bahan bakar meliputi tingkat kelayakan teknis, nilai ekonomi dan financial. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini yaitu dari perhitungan biaya produksi listrik didapatkan berdasarkan suku bunga 6 %, 9% dan 12 % adalah Rp. 572,67/kWh, Rp. 680,67/ kWh dan Rp. 814,32 /kWh. Jika harag penjualan listrik lebih dari 1.500 IDR, dengan IRR9sebesar 23,5%0dan5NPV8sebesar7USD92.106.715.6dan0payback0period0sekitar05ptahun0 dengan0suku0bunga012 % [11].
Penelitian berikutnya yang berjudul PLTU Biomasa Tandan Kosong Kelapa Sawit Studi Kelayakan Dan Dampak Lingkungan. Pada penelitian ini membahas tentang kelayakan tandan kosong kelapa sawit untuk dijadikan bahan bakar. Metode yang dilakukan ialah dengan pretratment bahan bakar tandan kosong yang bertujuan agar mengurangi kadar air dari tandan kosong, diketahui bahwa tandan kosong memiliki kadar
II-2 air 60% sebelum dilakukan pretreatment setelah dilakukan pretreatment dapat mengurangi kadar air kurang dari 30%. Penelitian ini menghasilkan nilai kalor tandan kosong setelah di pretreatment sebesar 18,795 MJ/kg (4.492 kcal/kg). Apabila TKKS dikonversi pada PLT Biomasa dengan efisiensi 20%, maka akan menghasilkan listrik sebesar 418 kWh [8].
Penelitian berikutnya Studi Integrasi Torrefaction Sebagai Pre-Treatment Tandan Kosong Kelapa Sawit Pada Co-Firing Biomassa Dengan Pendekatan Computational Fluid Dynamics. Pada penelitian ini bertujuan untuk melakukan studi eksperimental tandan kosong yang akan diproses dengan torefaksi untuk meningkatkan nilai kualitas energi.
Setelah di torefaksi tandan kosong selanjutnya akan dicofiring dengan batubara sebagai bahan bakar. Metode proses pengolahan tandan kosong menggunakan metode torefaksi atau pengarangan, sebelum proses torefaksi dilakukan pengeringan dari cacahan tandan kosong. Selanjutnya dilakukan torefaksi dalam beberapa variasi suhu dengan rentang antara 200-300 °C dan durasi 15, 20, 25, dan 30 menit. Hasil yang diperoleh, nilai kalor TKKS meningkat dengan suhu dan waktu torefaksi. Setelah dilakukan peningkatan suhu selama 30 menit pada suhu 300 ºC durasi 30 menit, TKKS memiliki nilai kalor 4834 kal/gr, lebih tinggi dibandingkan batubara (4200 kal / gr) [7].
Penelitian berikutnya yang berjudul Analisa Kelayakan Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa Sawit (PLTBS) PT. Perkebunan Nusantara I Aceh. pada penelitian ini bertujuan akan membahas tentang pemanfaatan tandan kosong menggunakan dua kondisi, pada kondisi yang pertama bahan bakar yang digunakan langsung dimasukkan kedalam boiler Sedangkan pada kondisi yang kedua, bahan bakar yang digunakan tidak langsung dimasukkan kedalam boiler ada tahapan pengeringan agar memperoleh kadar air yang sesuai. Pada penelitian ini konversi energi biomassa menggunakan Software diberi nama System Advisor Model atau disingkat dengan nama SAM. Hasil dari penelitian yang telah dilakukan simulasi didapatkan kadar air yang terdapat pada bahan bakar mencapai angka 30% dengan daya yang bisa dibangkitkan sekitar 12,406 MW untuk efisiensi didpatkan 73.82% dikarenakan kondisi bahan bakar terbaik tercatat pada bulan itu. Setelah melihat hasil perbandingan antara Atmospheric Fluidized Bed Boiler dengan boiler Stoker Fired terlihat bahwa penggunaan Atmospheric Fluidized Bed Boiler menghasilkan daya dan efisiensi yang lebih baik dibandingkan dengan boiler Stoker Fired. Tetapi biaya yang akan dikeluarkan lebih mahal[12].
II-3 Berdasarkan penelitian terkait terdahulu menjelaskan tentang kajian potensi pemanfaatan tandan kosong menjadi bahan bakar PLTU [11], kemudian penelitian selanjutnya membahas tentang metode prereatment dalam menurunkan kadar air pada tandan kosong untuk dijadikan bahan bakar [8],penelitian selanjutnya membahas tentang kajian potensi fiber dan cangkang sebagai sumber pembangkit listrik tenaga uap[10], selanjutnya penelitian cofiring tandan kosong yang telah ditorefaksi dengan batubara 7][.
Maka keterbaruan pada penelitian ini adalah dengan menggabungkan beberapa penelitian tersebut dengan kluster penelitian ini adalah feasibility yang mana terfokus pada aspek teknis dan ekonomi. Penelitian ini aspek teknis berupa kajian potensi dilakukan berdasarkan pada penelitian [11], kemudian penelitian ini menggunakan metode pretreatment dalam proses pengolahan tandan kosong menjadi bahan bakar yang terdapat pada penelitian [8], selanjutnya menggunakan system pembakaran cofiring pada boiler yang merujuk pada penelitian [7], dan melakukan perhitungan aspek ekonomi seperti yang dilakukan pada penelitian [12]. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan studi kelayakan terhadap pemanfaatan potensi tandan kosong yang akan dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada boiler menggantikan cangkang dengan menggunakan metode cofiring dengan fiber yang mana studi kelayakan dilakukan berdasarkan aspek teknis dan ekonomi.
2.2 Kelapa Sawit
Kelapa0sawit0adalah0tanaman yang termasuk bernilai ekonomi tinggi yang merupakanssalah satuttanamanppenghasilmminyak nabati. Buahnya kecil, berwarna hitam- merah saat matang. Daging buah yangppadatmmengandungmminyak, dapat dimanfaatkan untuk bahan dalam minyak nabati, sabunndannlilin. Residu obat dimanfaatkan sebagai pakan ternak, terutama sebagai salah satu bahan pembuatan pakan ayam, dan cangkangnya digunakan sebagai bahan bakar dan arang. Dapat memanfaatkan hasil perkebunan kelapa sawit, termasuk sebagai penghasil minyak dan bahan bakar biomassa [13].
a) Minyak 20 - 25%
b) Inti (kernel) 4 - 6%
c) Cangkang (shell) 5 - 9%
d) Tandan Kosong 20 - 22%
e). Serat 12 - 14%
II-4 Sedangkan buah berondolan menghasilkan:
a). Minyak 30 - 40%
b). Biji 15 - 17%
c). Serat 14 - 30%
d). Sampah 2 - 10%
Pada pengolahan kelapa sawit PKS melakukan beberapa proses sebagai berikut 1. Sortasi Tandan Buah Segar (TBS)
Buah yang telah dipanen dari perkebunan selanjutnya di bawak ke PKS yaitu di stasiun loading ramp tujuannya untuk memisahkan TBS kotoran seperti pasir dan ranting sebelum menuju ke perebusan.
2. Sterilizing
Selanjutnya proses perebusan atau sterilizing dimana buah yang telah selesai di sortasi akan dimasukkan kedalam sterilizer pada suhu sekitar 143 oC. prinsip kerja sterilizer dengan memanfaatkan tekanan steam dari turbin digunakan untuk merebus TBS pada bejana yang bertekanan. Tujuannya untuk memudahkan pelepasan antara daging dan biji sawit sebelum di rontokkan.
3. Threshing
Pada proses perontokan buah atau threshing berfungsi untuk melepaskan buah yang telah direbus dari tandannya dengan cara di banting di drum thresher. Selanjutnya buah dibawa kestasiun press sementara tandan kosong di bawa ke tempat pengumpulan tandan kosong di area pabrik.
4. Digestion
Proses selanjutnya pelumatan atau pencacahan daging buah sehingga minyak dan buah terpisah . selama proses pengempaan air panas ditambahkan untuk pengenceran sagar buah yang dikemp tidak terlalu rapat, jumlah penambahan air sekitar 10-15%
5. Klarifikasi
Proses klarifikasi yaitu proses pemurnian yang berfungsi untuk menghasilkan minyak kelapa sawit yang murni. Pada stasiun ini terdapat banyak mesin yang bekerja untuk memurnika CPO, dan setiap mesin sudah diatur posisi dan sesuai waktu bekerja untuk pemurnian minyak kelapa sawit.
II-5 2.3 Limbah Kelapa Sawit
Pada proses pengolahan kelapa sawit menjadi CPO, PKS menghasilkan dua jenis limbah yaitu limbah padat dan cair. Kegiatan produksi tanaman kelapa sawit (PKS) menghasilkan banyak limbah, limbah-limbah tersebut memiliki jumlah nilai kalor yang cukup tinggi apabila dimanfaatkan untuk bahan bakar yang dapat digunakan untuk pembangkit listrik. Secara umum limbah pabrik terbagi menjadi limbah padat dan limbah cair (POME). Biasanya POME Banyak mengandung bahan organik sehingga dapat mencemari lingkungan. [13].
2.3.1 Limbah Padat Kelapa Sawit
Limbah.ini dibedakan menjadi dua jenis, yaitu limbah pengolahan dan limbah dasar pengolahan limbah cair. Limbah padat dihasilkan selama ialah tandan buah kosong, yang dikeluarkan dari perontokan setelah tandan buah matang dipisahkan dari buahnya (yaitu cangkang dan fiber). Berikut jenis-jenis limbah padat kelapa sawit adalah sebagai berikut [13]:
1. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Tandan kosong adalah limbah yang dihasilkan dari sisa TBS. diketahui bahwa dalam 1 ton kelapa sawit dapat menghasilkan 23% tandan kosong, tandan kosong pada umumnya dimanfaatkan sebagai pupuk organik untuk tanaman. Selain itu tandan kosong juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar tetapi harus melakukan berbagai tahapan untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam tandan kosong, nilai kalor tandan kosong pada kadar air 60 % ialah 3353 kkal/kg.
II-6 Gambar 2. 1 Tandan Kosong [6].
2. Cangkang (Shells)
Cangkang sawit merupakan bagian yang keras pada buah kelapa sawit, pada saat ini cangkang sawit banyak digunakan sebagai bahan bakar PLTU. Kandungan yang terdapat pada cangkang sawit meliputi selusosa 45% dan hemiselusosa 26% yang cocok dimanfaatkan sebagai karbon aktif. Nilai kalor yang terdapat pada cangkang sebesar 3500 kkal/kg- 4100 kkal/kg.
Gambar 2. 2 Cangkang [6]
II-7 3. Serat (Fiber)
Fiber merupakan limbah padat yang dihasilkan dari pemerasan sawit pada saat di press. kandungan yang terdapat pada fiber meliputi lignin 28,5%, 59,6% selusosa, 3,6%
protein kasar, dan 5,6% abu. Fiber sering digunakan sebagai bahan bakar pada pabrik kelapa sawit, fiber memiliki nilai kalor sebesar 2637 kkal/kg – 3998 kkal/kg.
Gambar 2. 3 Fiber [6]
2.3.1 Limbah Cair Kelapa Sawit (LCKS)
POME (palm.oil.mill.effluent) atau biasa disebut limbah cair yang masih mengandung banyak padatan terlarut. POME ialah buangan air yang dihasilkan oleh PKS utamanya berasal rebusan, air hidrosiklon, dan sludge separator. Dalam 1 Ton TBS yang diolah akan terbentuk sebanyak 0,6 hingga 1 m3 POME. POME kaya akan karbon organik dengan nilai COD lebih 40 g/l serta kandungan nitrogen sekitar 0,2 dan 0,5 g/l. Selain menghasilkan gas metana saat ini POME juga dillaporkan dapat menghasilkan gas hidrogen sebagai energi[14].
2.4 Proses konversi konversi limbah kelapa sawit 2.4.1 Pre-treatment Biomassa
Penggunaan..biomassa..sebagai..bahan bakar memerlukan..tindakan khusus. Hal ini disebabkan karakteristik biomassa berbeda dengan bahan bakar fosil yang umumnya digunakan sebagai bahan bakar. Salah..satu..cara untuk mengurangi dampak negatif
II-8 penggunaan biomassa sebagai bahan bakar adalah dengan melakukan pretreatment. Ada beberapa perlakuan awal yang dapat dilakukan dengan metode mekanis, termal, kimia, biologis, atau gabungan [7].
Tahap pretreatment biomassa yang paling sederhana adalah pretreatment mekanik yaitu Penggilingan atau penghancuran biomassa. Ketika biomassa dan batu bara digunakan untuk pembakaran bersama, penggilingan biomassa menjadi penting. Hal ini disebabkan keseimbangan distribusi partikel antara batubara dan biomassa. Dengan demikian meningkatkan campuran pembakaran, menghasilkan pembakaran yang lebih baik. Densifikasi..adalah..pretreatment mekanis yang menggunakan tekanan untuk..membentuk partikel atau bahan bakar padat, dan lebih dikenal..sebagai..pelletisasi [7].
2.4.2 Torefaksi
Torefaksi adalah perlakuan panas biomassa selama9kurang9lebih915-609menit pada suhu 200-300 °C dan tekanan atmosfer tanpa adanya oksigen. Akibatnya, biomassa akan menjadi produk yang mirip dengan arang. Konversi torefaksi adalah proses yang efisien (tingkat konversi 85-95%). Torefaksi dilakukan sebagai tahapan pretreatment dalam metode konversi biomassa contohnya gasifikasi dan co-firing.
Perlakuan9panas9tidak7hanya6akan mengubah9struktur9serat, tetapi juga mengubah keuletan biomassa. Selama proses torefaksi, biomassa akan mengalami devolatilisasi, yang menyebabkan penurunan berat. Seluruh proses torefaksi dapat dibagi menjadi beberapa metode seperti pemanasan, pengeringan, dan pendinginan [7].
2.5 Cofiring
Cofiring adalah pembakaran dari dua (atau lebih) jenis bahan yang berbeda pada saat yang bersamaan. Salah satu keuntungan dari pembakaran bersama adalah bahwa pabrik yang ada dapat digunakan untuk membakar bahan bakar baru, yang mungkin lebih murah atau lebih ramah lingkungan. Sebagai contoh, biomassa kadang-kadang dipecat bersama batu bara tanaman bukan tanaman biomassa baru. Contoh lain adalah bahwa fraksi bahan bakar primer biomassa dapat digabungkan dengan bahan bakar yang berasal dari limbah di pabrik biomassa yang mengarah pada penghancuran fraksi limbah yang ramah lingkungan dan panas yang hemat biaya serta produksi listrik. Cofiring juga dapat digunakan untuk Meningkatkan pembakaran bahan bakar berenergi rendah. Sebagai
II-9 contoh, gas TPA mengandung sejumlah besar karbon dioksida, yang tidak mudah terbakar.
Jika gas TPA dibakar tanpa menghilangkan karbon dioksida, peralatan mungkin tidak berfungsi dengan baik atau emisi polutan dapat meningkat. Menembak bersama gas alam meningkatkan konten panas bahan bakar dan meningkatkan pembakaran dan kinerja peralatan [7].
Cofiring juga dikenal dengan pembakaran komplementer atau co-combustion yang mana merupakan pembakaran dari 2 bahan bakar yang berbeda pada suatu sistem yang sama. Bahan bakar yang digunakan dalam cofiring dapat berupa bahan bakar cair, padat, gas bahkan bahan bakar yang berasal dari sumber energi terbarukan. Sehingga penggunaan bahan bakar minyak berat yang dipadukan dengan bahan bakar batu bara dianggap sebagai pembakaran bersama, namun istilah pembakaran bersama bersama digunakan dalam kerangka teknologi saat ini untuk menunjuk pembakaran gabungan dari dua (atau lebih) bahan bakar yang dipertahankan dalam waktu, sebagai praktik normal [7].
Penggunaan bahan bakar sekunder (biomassa atau limbah) mengganti bagian dari bahan bakar fosil asli mungkin memerlukan perubahan sepele di fasilitas, atau lengkap perkuatan dengan reformasi penting. Modifikasi akan tergantung pada karakteristik bahan bakar, teknologi pembakaran asli, tata letak pabrik, dan jenis serta lokasi sistem tambahan.
Persentase bahan bakar asli yang diganti, juga dikenal sebagai laju pembakaran bersama (baik dinyatakan dalam massa atau basis energi) selanjutnya merupakan parameter pasti yang membatasi solusi teknis yang berlaku untuk pabrik tertentu [7].
Penggilingan bersama (dalam hal bahan bakar padat) yaitu pencampuran bahan bakar primer (batu bara) dan sekunder (biomassa atau limbah), penggilingan gabungan (dalam sistem asli) dan injeksi melalui pembakar batu bara (atau sistem pengisian).
Sedangkan Co-feeding yaitu pengolahan bahan bakar primer dan sekunder secara terpisah (penggilingan untuk bahan bakar padat), dan penggabungan bahan bakar sekunder ke aliran utama. Dalam kasus bahan bakar padat, campuran terjadi di hilir pabrik batubara [7].
2.6 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan pembangkit listrik yang memanfaatkan uap air sebagai fluida kerja, fluida tersebut dihasilkan dari pembakaran pada boiler yang mana fluida tersebut akan diubah menjadi energi mekanik pada turbin dan
II-10 dihubungkan dengan generator sehingga energi mekanik tersebut akan diubah menjadi energi listrik. Energi..listrik..yang dihasilkan akan digunakan untuk menyuplai beban listrik nantinya [15].
Gambar 2. 4Proses Kerja PLTU Biomassa PKS [13]
Sistem kerja PLTU pada PKS menggunakan..bahan..bakar..minyak residu.solar dan gas alam, PLTU..memiliki..keunggulan dari pembangkit lain berupa daya yang dihasilkan lebih..besar..namun..memiliki struktur sistem yang rumit dengan alur konversi energi dari ruang pembakaran yang menghasilkan uap dengan tekanan tinggi yang berasal dari air yang dipanaskan sehingga mengubah fase cair menjadi gas yang dapat memutar turbin uap, poros turbin uap akan dihubungkan dengan poros generator atau dihubungkan dengan bantuan transmisi berupa gearbox atau belt sehingga putaran pada generator akan menghasilkan energi listrik [15] :
2.6.1 Komponen Utama PLTU
PLTU terdiri dari beberapa komponen utama yaitu berupa boiler, turbin, generator, transformator dan jaringan distribusi. Selain itu juga terdapat komponen komponen lain atau komponen pembantu dengan kerangka kerja yang berbeda, untuk lebih jelasnya berikut merupakan peralatan yang terdapat pada PLTU secara umum [15].
II-11 1. Boiler
Boiler adalah sebuah wadah yang terbuat dari baja tertutup, dimana..panas pembakaran mengalir melalui air hingga terbentuk uap dalam bentuk energi..kerja. Air adalah..media untuk memindahkan panas ke proses. Uap pada tegangan dan suhu tertentu memiliki nilai energi dan kemudian digunakan untuk memindahkan panas ke proses dalam bentuk energi panas [15].
Proses yang terjadi pada boiler adalah mengubah fase air dari fase cair menjadi fase uap dengan memanaskan air tersebut didalam sebuah pipa dengan menggunakan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran akan dilakukan secara terus menerus dengan mengumpan bahan bakar ke ruang bakar secara berkala dengan flowrate tertentu.
Uap yang dihasilkan tersebut merupakan uap superheated dengan tekanan tinggi dan suhu yang tinggi. Uap yang dihasilkan bergantung pada flowrate bahan bakar, panas pembakaran dan luas permukaan perpindahan panas [15].
Gambar 2. 5Skema Boiler Keterangan :
1 : Air Pengisi 2 : Economizer 3 : Boiler Drum
II-12 4 : Down Comer
5 : Tube Vell
6 : Low Temp Seperheater 7 : Desuperheater
8 : High Temp Superheater 9 : Uap Menuju Turbin 10 : Furnace
2. Kondensor
Kondensor merupakan salah satu peralatan pada PLTU yang berguna sebagai alat untuk..mengkondensasikan..uap yang telah melalui turbin menjadi kembali ke fase cair sehingga akan dapat digunakan kembali pada boiler, adanya kondensor dapat memaksimalkan penggunaan air pada sistem PLTU sehingga konsumsi air akan dapat berkurang karena PLTU memerlukan air yang banyak untuk dapat beroperasi [15].
Gambar 2. 6 Kondenser 3. Turbin
Turbin merupakan alat untuk mengubah energi kinetik pada fluida kerja menjadi energi mekanik. Pada PLTU turbin yang digunakan adalah turbin uap dengan prinsip kerja turbin uap mengubah energi kinetik fluida kerja dari uap air menjadi energi mekanik yang dihasilkan dari perputaran poros turbin yang terjadi. Turbin uap terdiri dari bilah-bilah atau
II-13 runner, runner tersebut akan dihantam oleh uap bertekanan tinggi sehingga memutar poros turbin uap yang mana uap tersebut diinjeksikan ke runner turbin uap. Poros turbin nantinya akan dihubungkan dengan poros generator, gear atau pun menggunakan transmisi belt, sehingga nantinya dapat..menghasilkan..energi..listrik [15].
4. Generator
Generator merupakan peralatan yang menghasilkan energi listrik yang digunakan untuk menyuplai beban listrik. Generator menggunakan prinsip induksi magnet untuk mengunakan energi mekanik menjadi energi listrik. Generator terdiri dari beberapa bagian berupa stator yang merupakan..bagian..yang..diam berisi kumparan..dan rotor yang merupakan bagian yang bergerak dan porosnya terhubung dengan turbin berupa medan elektromagnetik yang terdiri dari inti besi yang dililiti dengan kumparan [15].
5. Pompa
Pompa pada PLTU berguna sebagai alat mensirkulasikan air pada sistem PLTU, selain itu peran pompa juga untuk meningkatkan tekanan air masuk ke steam drum menuju ke boiler. Pemilihan..jenis..pompa..harus..mempertimbangkan..NPSH..pompa yang diperlukan yang mana sejalan dengan konstruksi pipa pada PLTU, semakin panjang pipa dan banyak belokan pada pipa maka akan dibutuhkan NPSH yang lebih besar. Salah satu solusi untuk mengurangi kebutuhan NPSH adalah dengan memanfaatkan bantuan dari gaya gravitasi (lift force) dengan cara menaikkan sisi hisap hingga berada diatas posisi pompa [15].
2.7 Perhitungan Aspek Teknis
2.7.1 Perhitungan Nilai Kalor Tandan Kosong
Pada proses perhitungan nilai kalor tandan kosong ini menggunakan metode pretreatment yaitu mengurangi kadar air yang ada didalam tandan kosong untuk meningkatkan nilai kalor tandan kosong untuk dijadikan bahan bahan bakar PLTU. pada metode ini kadar air tandan kosong dikurangi dari 60% sampai 40%. Tahapan proses pretreatment tandan kosong sebagai bahan bakar adalah sebagai berikut :
II-14 Gambar 2. 7 diagram proses Pretreatment Tandan Kosong [16]
1. Pada tahapan pertama tandan kosong akan9disalurkan9ke9sebuah9drum9pemisah agar pasir, batu, dan bahan asing lainnya tidak tercampur atau terpisah.
2. Selanjutnya tandan kosong .dicacah..dan dilakukan pengempressan didalam Fibre Shredder dan Agitator Breaker/Press agar kandungan..moisture-nya dapat berkurang sekitar 40%. Tandan kosong yang keluar dari alat ini akan berbentuk potongan dengan panjang yang berukuran antara 20-100 mm
3. Kemudian disimpan di dalam hopper, sebelum.dibakar.di unit boiler tunggal.
Berdasarkan penelitian Agung Winjono tentang PLTU Biomassa Tandan Kosong Kelapa Sawit Studi Kelayakan dan Dampak Lingkungan Mengatakan bahwa 1 ton tandan kosong dengan kadar air 60% setara dengan 400 kg tandan kosong kering setelah ptretreatment. Pada kondisi pretreatment mempunyai nilai kalor sebesar 18.795 MJ/kg (4.492 kcal/kg). Artinya dalam 1 ton tandan kosong dapat menghasilkan listrik sebesar 418 kWh. Untuk mencari total potensi tandan kosong pretreatment ada pada persamaan berikut [8].
1 𝑇𝑜𝑛𝑡𝑘.𝑝𝑟𝑒= 40% 1 𝑇𝑜𝑛𝑡𝑘𝑘𝑠 (2.1)
Keterangan :
𝑇𝑜𝑛𝑡𝑘𝑘𝑠 : Ton tandan kosong kadar air 60%
𝑇𝑜𝑛𝑡𝑘.𝑝𝑟𝑒 : Ton Tandan Kosong Pretreatment
II-15 2.7.2 Perhitungan Nilai kalor Tandan kosong dan Fiber
Untuk mengetahui jumlah potensi tandan kosong dan fiber kelapa sawit menjadi bahan bakar boiler pada PLTU, akan diuraikan perhitungan sebagai berikut:
1. Perhitungan Ketersediaan Bahan Tandan Kosong
Produksi = Kapasitas Olah Pabrik x Rendamen Tandan Kosong (2.2) 2. Perhitungan Ketersediaan Fiber
Produksi = Kapasitas Olah Pabrik x Rendamen Tandan Kosong (2.3) Maka, total ketersediaan bahan bahan bakar tandan kosong dan serabut adalah :
Biomassa = Tandan kosong + Serabut (2.4)
3. Nilai kalor cofiring tandan kosong dan fiber
Perbandingan penggunaan tandan kosong dan serabut dalam 1 kg bahan umpan boiler yaitu 25 % : 75 %. Maka nilai kalor bahan bakar umpan yaitu :
𝑄 = (0,25 x 𝑁𝐾𝑇𝐾𝐾𝑆) + (0,75 x 𝑁𝐾𝐹) (2.5) Keterangan :
Q : Nilai Kalor cofiring (kj/kg)
𝑁𝐾𝑇𝐾𝐾𝑆 : Nilai Kalor Tandan Kosong (kj/kg) 𝑁𝐾𝐹 : Nilai Kalor Fiber (kj/kg)
Selanjutnya mencari 𝑄𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 cofiring tandan kosong dan fiber 𝑄𝑡𝑘𝑘𝑠= 𝑙𝑎𝑗𝑢 𝑎𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑘𝑘𝑠
3600 x LHV (2.6)
𝑄𝑓 = 𝑙𝑎𝑗𝑢 𝑎𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑒𝑟
3600 x LHV (2.7)
𝑄𝑏𝑏 Total = 𝑄𝑡𝑘𝑘𝑠 + 𝑄𝑓 (2.8)
4. Kebutuhan bahan bakar boiler 𝐺𝑏𝑏 = 𝑀𝑢 𝑥 ∆𝑒𝑛𝑡ℎ𝑎𝑙𝑝𝑦
𝑄 𝑥 ղ (2.9)
II-16 Keterangan :
Gbb : Kebutuhan Bahan Bakar Boiler 𝑀𝑢 : Kapasitas Uap Boiler
∆𝑒𝑛𝑡ℎ𝑎𝑙𝑝𝑦 : Energi Dalam
Q : Nilai Kalor Cofiring Tandan Kosong dan Fiber 𝜂 : Efisiensi Boiler
2.7.3 Perhitungan Potensi Listrik Tandan Kosong dan Fiber
Siklus Rankine adalah sebuah siklus uap bertekanan/bertenaga paling sederhana yang merupakan modifikasi dari siklus Carnot, di mana proses pemanasan dan pendinginan pada siklus ini terjadi pada tekanan yang tetap.
1. Hukum Ke-0 (Nol) Termodinamika
“Apabila kedua sistem terletak pada kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka sistem berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain.” Hukum ke-nol termodinamika adalah bahwa jika kedua sistem suhunya setara dengan sistem ketiga, mereka menyatakan bahwa mereka secara termodinamika setara satu sama lain. Contoh:
Sentuhkan balok tembaga ke termometer sampai suhunya sama, lalu lepaskan. Bawa balok tembaga kedua kedalam kontak dengan termometer yang sama. Jika kandungan merkuri pada termometer tidak berubah selama proses ini, maka kedua balok berada dalam kesetimbangan termal dengan termometernya masing-masing [17].
2. Hukum Ke-1 Termodinamika
“Energi tidak bisa dihasilkan atau dihancurkan, tetapi diubah menjadi bentuk energi lain.” Hukum awal termodinamika adalah bahwa ketika suatu sistem mengalami perubahan keadaan positif atau negatif, baik energi panas dan energi kerja dibatasi.
Dilaporkan bahwa ada kemungkinan melebihi. Perubahan bersih energi sistem sama dengan energi bersih di luar batas sistem dan dapat berubah dalam bentuk energi dalam, energi kinetik, atau energi potensial.
Hukum ini dapat dikatakan sebagai energi tidak mudah dibuat atau dihancurkan, namun bisa dijadikan dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Secara matematis, hukum pertama termodinamika dituliskan sebagai berikut [17]:
𝑄 = 𝐷𝑈 + 𝑊 (2.7)
II-17
D𝑈 = 𝑈𝑎 – 𝑈𝑚 (2.8)
Keterangan :
Q : Perubahan Kalor (J)
∆U : Perubahan Energi Dalam Sistem (J) W : Usaha/Kerja yang dilakukan sistem (J) Um : Energi dalam mula-mula (J)
Ua : Energi dalam akhir (J)
Perjanjian tanda yang berlaku untuk persamaan diatas tersebut adalah sebagai berikut:
1. Jika sistem melakukan kerja maka nilai W positif, dan jika sistem menerima kerja maka nilai W negatif.
2. Jika sistem melepas kalor maka nilai Q negatif, dan jika sistem menerima kalor maka nilai Q positif.
Gambar 2. 8 Syarat Panas dan Kerja Sistem [18]
3. Hukum Ke-2 Termodinamika
Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan entropi. Hukum tersebut menunjukkan bahwa total entropi dari sistem termodinamika terisolasi meningkat dari waktu ke waktu, mendekati maksimumnya. Hukum kedua termodinamika dapat dirumuskan dengan berbagai cara. Dua pernyataan oleh Claussius dan Kelvin Planck [17].
II-18 A. Pernyataan Claussius
"Dalam kasus mesin self-propelled yang beroperasi dalam siklus, tidak mungkin untuk mentransfer panas melalui benda dingin ke benda panas tanpa bantuan eksternal.
Benda dingin mengalir ke benda panas. Pernyataan Clausius berlaku untuk lemari es.".
Gambar 2.9 Perpindahan Kalor Claussius [18]
B. Pernyataan Kevin Planck
“Tidak akan bisa membuat mesin yang beroperasi dalam satu siklus, tujuan utamanya adalah mengubah energi kalor menjadi energi kerja.” Sehingga dapat dikatakan, mesin kalor yang beroperasi satu siklus adalah kalor yang disuplai. Energi tidak dapat diubah menjadi pekerjaan mekanis. Ini berarti bahwa ketika panas menghasilkan kerja mekanis, energi hilang. Karena pernyataan tersebut, hukum kedua termodinamika dapat disebut hukum degradasi tenaga. Pernyataan Kevin Plank berlaku untuk mesin panas [17].
Gambar 2. 10 Perpindahan Kalor Kevin Planck [18]
3. Hukum ke-3 Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika berhubungan pada suhu nol absolut. Hukum ketiga tersebut menunjukkan bahwa ketika entropi sistem mendekati minimum dan sistem mendapatkan suhu nol absolut, semua proses berhenti. Ini menunjukkan bahwa jika
