Analisa Efisiensi Water Tube Boiler Berbahan Bakar Fiber, Cangkang Sawit dan Kulit Kayu Menggunakan Metode Langsung

(1)

KETEL UAP

ANALISA EFISIENSI WATER TUBE BOILER

BERBAHAN BAKAR FIBER, CANGKANG SAWIT DAN

KULIT KAYU MENGGUNAKAN METODE LANGSUNG

SKRIPSI

Skripsi ini Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

Oleh

:

Dosma Putra Lumban Gaol

110401029

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

ABSTRAK

Beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler adalah tekanan

superheater, temperature feed water, temperature uap, jumlah uap yang

dihasilkan, jumlah konsumsi bahan bakar, dan nilai kalor pembakaran bahan

bakar. Penggunaan perangkat lunak chemicallogic steamtab companion untuk

menghitung nilai enthalpy. Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan

hubungan variasi tekanan superheater dengan efisiensi boiler, hubungan variasi

temperature feed water dengan efisiensi boiler, hubungan variasi jumlah uap yang

dihasilkan dengan efisiensi boiler, menganalisa nilai kalor bahan bakar fiber 50%

+ cangkang sawit 20% + kulit kayu 30%, dan menganalisa efisiensi boiler. Dari

hasil analisa yang telah dilakukan maka hubungan variasi tekanan superheater

dengan efisiensi boiler relatif turun, semakin tinggi tekanan superheater maka

efisiensi boiler semakin rendah. Hubungan variasi temperature feed water dengan

efisiensi boiler tidak konstan naik melainkan tidak teratur atau naik turun.

Hubungan variasi jumlah uap yang dihasilkan dengan efisiensi boiler relatif naik.

Nilai kalor pembakaran tinggi (HHV) adalah 18673,5558 kJ/kg, nilai pembakaran

rendah (LHV) adalah 17166,73986 kJ/kg. Nilai efisiensi boiler tertinggi yang

dihasilkan sebesar 65,96 % dan nilai efisiensi boiler terendah yang dihasilkan

adalah sebesar 55,45 %.

(7)

ABSTRACT

Some of the factors that affect the efficiency of the boiler is a superheater pressure, water feed temperature, steam temperature, the amount of steam produced, the amount of fuel consumption and calorific value fuel combustion. Steamtab chemicallogic use companion software to calculate the value of enthalpy. The aim of this study is to get relations variations in pressure superheater with boiler efficiency, the relationship of variation of temperature feed water to the boiler efficiency, the relationship varying the amount of steam produced by the boiler efficiency, analyzing the calorific value of the fuel fiber 50% + palm shells 20% + bark 30 %, and analyze the efficiency of the boiler. From the analysis that has been done then the relationship with the variation of pressure superheater boiler efficiency is relatively lower, the higher pressure boiler superheater then the lower the efficiency. Temperature variations relationship with the efficiency of the boiler feed water is not constant but irregular or ride up and down. Relationship varying the amount of steam produced by the boiler efficiency relative rise. Burning high calorific value (HHV) is 18673.5558 kJ / kg, a low combustion value (LHV) is 17166.73986 kJ / kg. The highest value boiler efficiency produced by 65.96% and the lowest value resulting boiler efficiency is equal to 55.45%.

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas

segala rahmat dan karunia-Nya yang telah memberikan berkat, kesehatan dan

hikmat, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Penelitian Tugas Akhir di

PT.Toba Pulp Lestari, Tbk.

Penelitian ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Analisa

Efisiensi Water Tube Boiler Berbahan Bakar Fiber, Cangkang Sawit dan Kulit

Kayu Menggunakan Metode Langsung”

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua

pihak yang telah membantu penulis selama pelaksanaan Penelitian Tugas Akhir

maupun dalam penyusunan laporan. Untuk itu, melalui pengantar ini penulis

menyampaikan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Tekad Sitepu, MT selaku Dosen Pembimbing yang telah

meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan kepada penulis

dalam menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Abangda Paulus Purba, S.T dan Bapak Gortap Silaban selaku pembimbing

lapangan penulis yang telah memberikan gambaran mengenai Water Tube

Boiler dan memberikan data-data yang penulis butuhkan dalam penelitian

ini.

5. Bapak Arlodis Nainggolan yang telah memberikan ijin kepada penulis

dalam melakukan pengujian nilai kalor bahan bakar yang penulis butuhkan

dalam penelitian ini.

6. Semua karyawan PT. Toba Pulp Lestari, Tbk yang telah meluangkan

waktunya untuk meninjau ke lapangan dan membantu penulis dalam

melakukan pengujian nilai kalor bahan bakar yang penulis butuhkan dalam

(9)

7. Kedua orang tua penulis, Ayahanda P. Lumban Gaol dan Ibunda T.

Manullang, serta saudara penulis Rivanna, Doharman, Lidia, Yon Rico,

Anisyah, Alex dan Winda atas kasih sayang, doa dan dukungan yang

tidak berkesudahan kepada penulis.

8. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2011 juga teman-

teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah

menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis

”Solidarity Forever”.

Penulis menyadari bahwa laporan ini belum sempurna, baik segi teknik

maupun segi materi. Oleh sebab itu, penulis juga mengharapkan kritik dan saran

yang bersifat membangun dari pembaca demi terciptanya laporan yang lebih baik

di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis berharap laporan ini dapat

memberikan manfaat bagi pembacanya.

Medan, Juli 2015

Dosma Putra Lumban Gaol

(10)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR SIMBOL ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Metodologi Penulisan ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Pengertian Boiler ... 5

2.2 Prinsip Kerja Boiler ... 6

2.3 Klasifikasi Boiler ... 7

2.4 Komponen Boiler ... 8

2.5 Bahan Bakar ... 18

2.6 Siklus Rankine ... 20

2.7 Metode Pengujian Efisiensi Boiler ... 23

(11)

2.9 Nilai Kalor (Heating Value) ... 26

2.10 Kebutuhan Udara Pembakaran ... 27

2.11 Gas Asap ... 28

2.12 Volume Gas Asap ... 29

2.13 Perhitungan Efisensi Boiler ... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 30

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 30

3.1.1 Tempat Penelitian ... 30

3.1.2 Waktu Penelitian ... 30

3.2 Alat dan Bahan ... 30

3.2.1 Alat ... 30

3.2.2 Bahan ... 34

3.3 Prosedur Penelitian ... 34

3.4 Analisa Data ... 35

3.5 Skema Alur Pengerjaan Skripsi ... 36

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ... 37

4.1 Bahan Bakar Boiler ... 37

4.2 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 39

4.2.1 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Fiber 50 % + Cangkang Kelapa Sawit 20 % + Kulit Kayu 30 % ... 40

4.3 Kebutuhan Udara Bahan Bakar ... 41

4.4 Perhitungan Gas Asap ... 41

4.5 Volume Gas Asap ... 42

4.6 Perhitungan Efisiensi Boiler ... 42

4.6.1 Perhitungan Efisiensi Boiler Saat Baru ... 43

4.6.2 Analisa Berdasarkan Data 1 ... 44

(12)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 96

5.1 Kesimpulan ... 96

5.2 Saran ... 97

DAFTAR PUSTAKA ... 98

(13)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Data hasil percobaan Bom Kalorimeter ... 35

Tabel 4.1 Komposisi dari unsur-unsur kimia bahan bakar ... 38

Tabel 4.2 Hasil analisa nilai kalor bahan bakar fiber 50 % + cangkang sawit 20 % + kulit kayu 30 % ... 41

Tabel 4.3 Hubungan tekanan superheater dengan steam flow ... 85

Tabel 4.4 Hubungan enthalpy uap dengan efisiensi boiler ... 87

Tabel 4.5 Hubungan tekanan superheater dengan efisiensi boiler ... 89

Tabel 4.6 Hubungan temperature feed water dengan efisiensi boiler ... 91

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ketel uap pipa api... 7

Gambar 2.2 Ketel uap pipa air ... 8

Gambar 2.3 Bagian-bagian boiler ... 9

Gambar 2.4 Ruang bakar ... 10

Gambar 2.5 Steam drum ... 10

Gambar 2.6 Air heater ... 11

Gambar 2.7 Dust collector ... 11

Gambar 2.8 Feed water tank ... 12

Gambar 2.9 Daerator tank ... 12

Gambar 2.10 Boiler feed pump ... 13

Gambar 2.11 Secondary air fan... 13

Gambar 2.12 Induced draft fan ... 13

Gambar 2.13 Primary air fan ... 14

Gambar 2.14 Cerobong asap ... 14

Gambar 2.15 Ash convenyor dan penampungan ash ... 15

Gambar 2.16 Savety valve ... 15

Gambar 2.17 Gelas penduga ... 16

Gambar 2.18 Blow down valve ... 16

Gambar 2.19 Manometer ... 17

Gambar 2.20 Kran pemasukan air... 17

Gambar 2.21 Panel utama ... 18

(15)

Gambar 2.23 Cangkang yang telah dihaluskan ... 20

Gambar 2.24 Kulit kayu yang telah dihaluskan ... 20

Gambar 2.25 Bagan alir siklus rankine sederhana ... 21

Gambar 2.26 Diagram T-s siklus Rankine sederhana ... 21

Gambar 2.27 Diagram alir siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi ... 22

Gambar 2.28 DiagramT-s siklus Rankine dengan satu tingkat ekstraksi ... 22

Gambar 2.29 Diagram T-s ... 26

Gambar 3.1 Orificemeter ... 30

Gambar 3.2 Steam flow meter ... 31

Gambar 3.3 Termometer ... 31

Gambar 3.4 Manometer ... 32

Gambar 3.5 Bom Kalorimeter ... 32

Gambar 3.6 Blender ... 33

Gambar 3.7 Timbangan Digital ... 33

Gambar 3.8 Alur pengerjaan skripsi ... 36

Gambar 4.1.Grafik hubungan tekanan superheater dengan jumlah uap yang dihasilkan ... 86

Gambar 4.2.Grafik hubungan antara enthalpy uap dengan efisiensi boiler ... 88

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara tekanan superheater dengan efisiensi boiler ... 90

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara temperature feed water dengan efisiensi boiler ... 92

(16)

DAFTAR SIMBOL

SIMBOL ARTI SATUAN

η Efisensi (%)

T Temperatur (oC)

HHV High heating value (kj/kg)

LHV Low heating value (kj/kg)

h Entalpi (kJ/kg)

W_f Konsumsi bahan bakar (kg/jam)

W_s Kapasitas produksi uap (kg/jam)

V_g Volume gas asap (m3/kgBB)

P Tekanan (bar)

α Faktor kelebihan udara (%)

G_t Berat gas asap teoritis (kg/kgBB)

G_s Berat gas asap sebenarnya (kg/kgBB)

U_t Kebutuhan udara teoritis (kg/kgBB)

U_s Kebutuhan udara sebenarnya (kg/kgBB)

h₁ Enthalpy feed water (kJ/kg)

h₃ Enthalpy uap (kJ/kg)