239
Harry Christian Hasibuan1, Farel H. Napitupulu2 1,2
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Jalan Almamater Kampus USU Medan 20155
Email : kristian.hasibuan@yahoo.com
Ketel uap adalah pesawat untuk memproduksi uap pada suatu jumlah tertentu pada setiap jamnya dengan suatu tekanan dan suhu yang telah ditentukan besarnya. Boiler atau ketel uap adalah suatu bejana/wadah yang di dalamnya berisi air atau fluida lain untuk dipanaskan. Proses pendidihan memerlukan energi panas yang diperoleh dari sumber panas misalnya dari pembakaran bahan bakar yang berupa padat, cair dan gas, bahan bakar utama yang digunakan pada PGSS adalah ampas tebu, fiber (cangkang + serabut), dan minyak bakar residu MFO. Nilai kalor tiap – tiap bahan bakar dihitung dengan mengetahui komposisi tiap tiap bahan bakar dengan menggunaka persamaan persamaan yang ada dari literatur, perhitungan konsumsi bahan bakar, volume ruang bakar, efisiensi dari tiap tiap bahan bakar terhadap boiler dan efisiensi biaya dari tiap tiap bahan bakar yang digunakan. Dari perhitungan tiap tiap bahan bakar maka didapat hasil bahwa. Efisiensi bahan bakar menggunakan bahan bakar ampas lebih kecil dibandingkan dari bahan bakar fiber dan minyak bakar residu MFO. Kemudian dari segi biaya bahan bakar ampas tebu lebih efisien dari pada bahan bakar fiber dan minyak bakar residu MFO.
Ketel uap adalah pesawat untuk memproduksi uap pada suatu jumlah tertentu pada setiap jamnya dengan suatu tekanan dan suhu yang telah
ditentukan besarnya. Proses
pendidihan memerlukan energi panas yang diperoleh dari sumber panas misalnya dari pembakaran bahan bakar yang berupa padat, cair dan gas. Banyak pabrik atau perusahaan yang sudah menerapkan penggunaan bahan bakar alternatif untuk bahan bakar ketelnya salah satunya Pabrik Gula Sei Semayang yang menggunakan bahan bakar fiber Atau cangkang untuk pembakaran awal boiler sebelum adanya ampas kemudian bagasse (ampas tebu) sebagai bahan bakar utamanya dan residu sebagai bahan bakar pembantunya untuk bahan bakar ketel uap. Dan saat ini Pabrik Gula Sei
Semayang mempunyai ketel uap merek Yoshimine tahun pembuatannya 1981 dengan kapasitas uap 60 ton/jam. Dari beberapa faktor yang berpengaruh terhadap unjuk kerja dari ketel uap maka ditelitilah bahan bakar yang digunakan pada Pabrik Gula Sei Semayang yaitu fiber, ampas tebu dan bahan bakar residu (kg/jam), kebutuhan udara pembakaran (m3/jam), serta efisiensi dari ketel uap terhadap bahan bakar tesebut(%).
240
untuk pembakaran awal, yang kedua (ampas tebu) digunakan langsung pada dan yang ke tiga residue oil digunakan pada burner boiler. Bahan bakar ampas tebu merupakan bahan bakar primer. Ampas tebu atau lazimnya disebut bagase, adalah hasil samping dari proses ekstraksi (pemerahan) cairan tebu. Dari Pabrik Gula Sei Semayang dihasilkan ampas tebu dari berat tebu yang digiling. Pada umumnya, pabrik gula di Indonesia memanfaatkan ampas tebu sebagai bahan bakar bagi pabrik yang bersangkutan, setelah ampas tebu tersebut mengalami pengeringan. Pengeringan ampas dilakukan dengan memanfaatkan dari mesin gilingan yang memeras tebu yang telah dicacah hingga kadar air dan niranya berkurang.
.1 Pengertian Umum Boiler
Boiler atau ketel uap adalah suatu bejana/wadah yang di dalamnya berisi air atau fluida lain untuk dipanaskan. Energi panas dari fluida tersebut selanjutnya digunakan untuk berbagai macam keperluan, seperti untuk turbin uap, pemanas ruangan, mesin uap, dan lain sebagainya. Secara proses konversi energi, boiler memiliki fungsi untuk mengkonversi energi kimia yang tersimpan di dalam bahan bakar menjadi energi panas yang tertransfer ke fluida kerja.
Bejana bertekanan pada boiler umumnya menggunakan bahan baja dengan spesifikasi tertentu yang telah ditentukan dalam standard ASME (The ASME Code Boilers), terutama untuk penggunaan boiler pada industri industri besar. Dalam sejarah tercatat berbagai macam jenis material digunakan sebagai bahan pembuatan boiler seperti tembaga, kuningan, dan besi cor. Namun bahan bahan tersebut sudah lama ditinggalkan karena alasan ekonomis dan juga ketahanan material yang sudah tidak sesuai dengan kebutuhan industri. Panas yang diberikan kepada fluida di dalam boiler
berasal dari proses pembakaran dengan berbagai macam jenis bahan bakar yang dapat digunakan, seperti kayu, batubara, solar/minyak bumi, dan
gas. Dengan adanya kemajuan
teknologi, energi nuklir pun juga digunakan sebagai sumber panas pada boiler. Beban Sepesifik Ruang Bakar : Banyak kalor yang dilepaskan persatuan volume ruang bakar persatuan waktu (Qbb).. (Btu/ft3 jam atau kkal/m3 jam)[1]. Jika susunan bahan bakar diketahui, maka dapat dihitung jumlah kebutuhan udara pembakaran untuk pembakaran yang sempurna. [2]
3.1 Variabel yang Diambil
Pada pengujian ini variabel pengujian untuk mendapatkan nilai kalor bahan
bakar yaitu !"
dan # $ !"%
3.2 Prosedur Pengujian
1. Membersihkan tabung bom dari sisa pengujian sebelumnya 2. Menimbang bahan bakar yang
akan diukur dengan timbangan sebesar 0,15 gram
3. Mengukur volume bahan bakar 4. Menyiapkan kawat untuk
penyala dengan
menggulungnya dan
memasangnya pada tangkai penyala yang terpasang pada penutup bom
5. Menempatkan cawan berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala
6. Menutup bom dengan kuat setelah dipasang ring O dengan memutar penutup tersebut 7. Mengisi Oksigen kedalam bom
dengan tekanan 30 bar
8. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam calorimeter 9. Memasukkan air pendingin
sebanyak 1250 mL.
241
11. Menghidupkan pengaduk air pendingin selama 5 (lima) menit sebelum penyalaan dilakukan. 12. Membaca dan mencatat suhu
air pendingin
13. Menghidupkan penyalaan 14. Mengaduk air pendingin selama
5 (lima) menit setelah penyalaan berlangsung.
15. Membaca dan mencatat
kembali suhu air pendingin. 16. Mematikan pengaduk.
17. Menyiapkan kembali peralatan untuk pengujian selanjutnya 18. Melakukan kembali pengukuran
sebanyak 5 (lima) kali berturut turut untuk suatu bahan bakar yang di uji/di ukur. Hasil pengujian adalah harga rata rata dari hasil kelima pengukuran yang dilakukan.
3.3 Rumus rumus yang Digunakan Adapun rumus rumus yang digunakan dan mendukung adalah sebagai berikut :
1. Nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung dengan rumus
HHV = (T2 T1 Tkp)x Cv (kJ/kg) [3] 2. Nilai kalor bawah (LHV) dapat
dihitung dengan rumus
LHV = HHV – 3240 kJ/kg [3] 3. Bila dilakukan n kali pengujian,
maka :
HHVrata rata =
∑
=
(kJ/kg) [3]
LHVrata rata = HHVrata rata – 3240 kJ/kg [34]
Dimana :
T1 = Suhu air dingin sebelum dinyalakan 27,420C T2 = Suhu air pendingin setelah penyalaan 27,690C Tkp = kenaikan suhu akibat kawat menyala 0,05 0C
Cv = Panas jenis bom calorimeter 73529,6 kJ/kg0C 4. Kebutuhan bahan bakar
# =
(
)
(
)
− −
[4]
5. Analisa volume ruang bakar
Vrb =
( )
(
)
[4]6. Jumlah udara pembakaran bahan bakar
Uog = x (2,67 C + 8 H –
O + S) kg udara/kg bb [5] 7. Efisiensi boiler (ηb)
ηb =
(
)
× −
x 100 % [6]
5.
4.1 Bahan Bakar
Bahan bakar adalah bahan yang dapat dibakar untuk menghasilkan panas ( ). Proses pembakaran merupakan proses kimia antara bahan bakar, udara dan panas. Proses pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar ketel ( ) bertujuan untuk merubah fasa air menjadi fasa uap.
. Berbagai jenis bahan bakar (seperti bahan bakar cair, padat, dan gas) yang tersedia tergantung pada berbagai faktor seperti biaya, ketersediaan, penyimpanan, & , polusi dan peletakan boiler, tungku dan peralatan pembakaran lainnya. Pengetahuan mengenai sifat bahan bakar membantu dalam memilih bahan bakar yang benar untuk keperluan yang benar dan untuk penggunaan bahan bakar yang efisien. Uji laboratorium biasanya digunakan untuk mengkaji sifat dan kualitas bahan bakar.
Jadi untuk melakukan pembakaran diperlukan tiga unsur, yaitu :
Bahan bakar Oksigen
Suhu untuk memulai pembakaran Panas (kalor) yang timbul karena pembakaran bahan bakar tersebut disebut hasil pembakaran atau nilai
bakar "
242
Nilai kalor ( )
adalah banyaknya energi panas yang diperoleh dari hasil pembakaran 1 kg sebagian dimanfaatkan untuk penguapan sehingga kandungan air pada bahan bakar akan habis.
Tabel 1. hasil percobaan nilai kalor Bom kalorimeter ampas tebu (bagasse)
NO. T1 0C T20C HHV Bom kalorimeter Minyak Residu MFO NO. T1 pembahasan skripsi dengan judul analisa pemakaian bahan bakar dengan melakukan pengujian nilai kalor dan gas buang terhadap performansi boiler type water tube dengan kapasitas uap 60 Ton/Jam maka dapat ditarik kesimpulan sebagai
berikut :
1. Nilai Kalor HHV dan LHV bahan bakar yang digunakan :
a. Nilai HHVrata rata dan LHVrata rata ampas tebu
HHV = 15882,3936 kJ/kg LHV = 12642,3936 kJ/kg b. Nilai HHVrata rata dan LHVrata rata
fiber (cangkang + serabut) HHV = 21323,584 kJ/kg (cangkang + serabut)
Wf = 13481,94 kg % /jam
c. Kebutuhan bahan bakar minyak residu MFO
Wf = 4530,034 kg% /jam
3. Volume Ruang Bakar Vrb = 10902,48 m3
4. Jumlah Udara Pembakaran Bahan bakar
a. Jumlah udara pembakaran bahan bakar ampas tebu. Uog = 21,604 kgudara/kgbb b. Jumlah udara pembakaran
bahan bakar fiber (cangkang + serabut)
Uog = 23,316 kgudara/kgbb c. Jumlah udara pembakaran
243
Tabel 4. perbandingan variasi bahan bakar dari segi konsumsi bahan bakar, efisiensi boiler dan biaya bahan bakar.
Bahan Bakar Efisiensi Boiler (%)
Minyak Residu MFO 73
Faiber (cangkang + serabut )
65
Ampas Tebu
( )
62
6. Nilai kalor ampas tebu lebih kecil dari nilai kalor campuran serabut dan cangkang sawit. Nilai kalor campuran serabut dan cangkang sawit jauh lebih kecil dibandingkan dengan nilai kalor bahan bakar minyak residu. Namun penggunaan bahan bakar ampas tebu, serabut dan cangkang sawit sebagai bahan bakar pada PGS masih cukup ekonomis, mengingat persediaannya yang cukup banyak dan gratis, sedangkan minyak residu jauh lebih mahal.
7. Dari hasil penelitian ini diperoleh hasil nilai kalor yang mempengaruhi jumlah kebutuhan bahan bakar. Semakin besar nilai LHV semakin sedikit bahan bakar yang digunakan dan mempengaruhi nilai efisiensi boiler.
5.2 Saran
Adapun saran – saran yang dapat diajukan bagi pabrik maupun pembaca untuk menyempurnakan penelitian tentang analisa variasi bahan bakar terhadap performansi boiler dikemudian hari ialah sebagai berikut :
1. Di karenakan umur boiler yang sudah lama atau tua maka harus dilakukan perawatan yang optimal agar kinerja boiler tetap optimal
2. Untuk meningkatkan efisiensi
pada boiler sebaiknya
digunakan bahan bakar fiber atau minyak residu MFO sebagai bahan bakar pembantu 3. Dalam penelitian perencanaan
bahan bakar terhadap
performansi boiler selanjutnya, diperlukan pengujian Bom Kalorimeter Oksigen, sehingga hasil perhitungan yang didapatkan lebih realistis atau mendekati kenyataan
4. Penelitian perencanaan bahan bakar alternatif terhadap performansi boiler selanjutnya dengan menggunakan bahan bakar yang lain, misalnya sekam padi, dan sampah kertas maupun plastik.
[1] http://www.scribd.comPengetahuan Umum Boiler/ 9 oktober 2012. [2] Setyardjo M.J. Djoko. 1932.
Edisi Ke 2, hal 71. Jakarta: Pradya Paramitha.
[3] Panduan Percobaan Bom
Kalorimeter Oksigen
Laboratorium Mesin FT USU Medan
[4] Setyardjo M.J. Djoko. 1932. Edisi Ke 2, hal 84 – 85. Jakarta: Pradya Paramitha.
[5] Muin A. Syamsir. 1988.
' # ( #
)( ), Edisi Ke 1.
Hal 47 48. Jakarta: Penerbit CV. Rajawali.
[6] http://repository.usu.ac.id/16
