Perhitungan Kebutuhan Bahan Bakar Cangkang Sawit Dan Tongkol
Jagung Pada Unit
Thermal Oil Heater
Di PT Shamrock Manufacturing
Corpora
Rosmiati1, Donda2, Adil Barus3, M. Fachrydzi4
1,2,3,4Politeknik Teknologi Kimia Industri 1metty@ptki.ac.id, 2donda@ptki.ac.id
ABSTRAK
Industri pabrik sarung tangan PT. Shamrock Manufacturing Corpora menggunakan cangkang kelapa sawit dan tongkol jagung sebagai bahan bakar pada unit Thermal oil heater untuk memperoleh panas yang digunakan dalam proses pengeringan (Drying). Nilai kalor bahan bakar dihitung dengan mengetauhi komposisi tiap-tiap bahan bakar dengan menggunakan persamaan-persamaan yang ada dari literatur, perhitungan konsumsi bahan bakar, dan effisiensi dari bahan bakar terhadap thermal oil heater. Tongkol jagung yang merupakan limbah biomassa ternyata memiliki nilai kalor tinggi atau (high heating value/HHV) sebesar 4533,7176 Kkal/Kg dan nilai kalor rendah atau (Low heating value/LHV) sebesar 4130,4055 Kkal/Kg. Sehingga merupakan sumber energi baru yang terbarukan untuk di optimalkan pemanfaatannya. Cangkang kelapa sawit memiliki nilai kalor tinggi atau (high heating value/HHV) sebesar 3457,4232 Kkal/kg dan nilai kalor rendah atau (Low heating value/LHV) sebesar 3378,3733 Kkal/Kg. Nilai kalor yang terkandung dari pencampuran bahan bakar cangkang kelapa sawit dan tongkol jagung dengan perbandingan 3 : 1 yaitu nilai kalor tinggi atau (high heating value/HHV) yaitu sebesar 3642,9276 Kkal/Kg dan nilai kalor rendah atau (low heating value/LHV) sebesar 3239,0448Kkal/Kg. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk mendapatkan tekanan proses sebesar 1,5 bar dengan suhu 250 oC dengan volume thermal fluid 10.500 l/jam adalah cangkang
sawit sebesar 972,9581 Kg bahan bakar/jam dan tongkol jagung sebesar 324,3193 Kg bahan bakar/jam. Pemanfaatan energi dari limbah biomassa ini, sangat diperlukan oleh industri-industri yang suplai energi nya bergantung kepada batu bara dan BBM (bahan bakar minyak).
Kata kunci : Thermal oil heater, Tongkol jagung, Cangkang kelapa sawit, (High heating value/HHV), (Low heating value/LHV)
1. PENDAHULUAN
PT.Shamrock Manufacturing Corpora adalah salah satu perusahaan atau pabrik pengolahan lateks menjadi sarung tangan karet. Bahan baku diperoleh dari luar yang sudah memiliki kualitas yang bagus dan siap untuk diolah. Oleh karena itu kelancaran proses pengolahan sangat tergantung pada kondisi peralatan yang digunakan, dimana pabrik ini menggunakan mesin dryring sebagai alat pengering sarung tangan guna memenuhi kebutuhan pada proses pengolahannya. Dimana mesin dryring menggunakan bahan pemanas yaitu panas yang berasal dari Thermal oil heater. Thermal oil heater adalah mesin pengahasil panas dan lebih berfungsi sebagai penghantar panas dengan mempergunakan thermal fluid (media oil) dalam pipa yang dirancang spiral di dalam tabung pemanas yang di desain sedemikian rupa yang kemudian dipanaskan api yang bersumber dari burner dengan bahan bakar tertentu. Temperatur yang dihasilkan oleh thermal oil heater ini bisa mencapai lebih dari 300oC. (Muhammad Afdillah, 2010).
Bahan bakar yang digunakan di PT.Shamrock Manufacturing Corpora adalah cangkang kelapa sawit dan tongkol jagung dengan perbandingan 3 : 1. Cangkang merupakan limbah dihasilkan dari pemerosesan kernel inti sawit dengan bentuk seperti tempurung kelapa, mempunyai kalor 3500 kkal/kg – 4100 kkal/kg. Pada bahan bakar cangkang kelapa sawit ini terdapat berbagai unsur kimia antara lain: Karbon 51,14%, Hidrogen 3,36%, Nitrogen 1,6%, Oksigen 43,3%, Abu 0,5% dan Kadar Air 7,5 %. Tongkol jagung merupakan limbah pertanian yang jumlahnya terus meningkat. Tongkol jagung selain sifatnya sebagai limbah juga memiliki nilai kalor yang tinggi yaitu sebesar 3500 – 4500 kkal/kg. Komposisi elemnter tongkol jagung, yaitu: Karbon = 48,22%, Hidrogen = 6,2%, Nitrogen = 1,57%,
Oksigen = 42,94 , Sulfur = 0,13 %, Abu 4,3 %, dan Kadar Air 6,2 %. Tongkol jagung memiliki hidrogen yang cukup tinggi sehingga dapat dipakai untuk membantu proses pembakaran cangkang kelapa sawit
Dalam bentuk arang (Charcoal), efektifitas penggunaan energi tongkol jagung dapat ditingkatkan (Effendi dan Sulistiati, 1991). Proses pembentukan arang ( Karbonisasi ) menggunakan prinsip dasar proses pirolisa cepat/karbonisasi cepat, dimana terjadi proses pembakaran pada suhu berkisar 150 – 900 o
C dengan udara sangat terbatas. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan panas sesuai kebutuhan pengeringan harus konstan. Dengan demikian Thermal fluid (mineral oil) dapat dipakai secara tidak berlebihan dan menghindari kekurangan pemasukan themal fluid (mineral oil) sehingga proses dapat berjalan dengan baik dan dapat menunjang kelancaran proses produksi. (Antonio, 2011). Dengan demikian, mengingat begitu pentingnya panas dari thermal oil heater pada proses produksi, sehingga digunakan alat untuk menghasilkan panas yang tinggi pada pabrik sarung tangan . Thermal oil heater merupakan suatu alat yang berfungsi untuk memanaskan oli atau dapat disebut juga sebagai peralatan pemanas oli. Thermal oil heater terdiri dari beberapa bagian diantaranya, burner untuk memanaskan oil, blower yang berfungsi untuk menyuplai udara dari luar dan pipa untuk mengalirkan fluida oil. Thermal oil atau thermal fluid digunakan untuk membawa energi pada aplikasi pemanasan, industri processing dan juga pendinginan mesin - mesin industri. Thermal oil paling sesuai digunakan pada aplikasi bersuhu tinggi di mana kondisi operasi paling optimal berada di antara 150ºC sampai 350ºC.
2. TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN
Praktek kerja ini dilaksanakan di PT. Shamrock Manufacturing Corpora terletak di pasar 4 Jalan Raya Medan, Kab Deli Serdang, Sumatera Utara. Praktek kerja ini dilaksanakan mulai tanggal 01 Juni 2018 S/d 31 Agustus 2018.
3. PENGUMPULAN DATA DAN SPESIFIKASI ALAT
Metode ini merupakan suatu metode penelitian yang dilakukan di tempat penelitian / melakukan kegiatan penelitian dilapangan.
Cara pengumpulan data ini ada dua yaitu : a) Metode Wawancara
Yaitu suatu cara pengumpulan data dengan mengadakan wawancara atau tanya jawab secara langsung dengan karyawan atau mandor lapangan tentang parameter dari Thermal Oil Heater serta kinerja dari pada Thermal Oil Heater.
b) Metode Observasi
Yaitu suatu cara pengumpulan data dengan cara pengamatan langsung dilapangan terhadap objek yang akan diteliti.
Spesifikasi Alat
Thermal Oil Heater yang digunakan pada PT. Shamrock Manufacturing Corpora adalah jenis vertical execution dengan spesifikasi sebagai berikut :
Data Spesifikasi Ketel Uap
Merek : Blaze
Tipe : VTO (with burners) Tekanan Maksimal : 2 Bar
Tekanan Kerja : 1,5 Bar Laju Thermal Fluid : 10.000 Kg/jam Effisiensi : 85 % Temp. Thermal Fluid : 250 0C
Thermal Fluid : Hot/MieralOil Bahan Bakar :
-Cangkang :75 % - Tongkol Jagung : 25% Serial No. : 1078
4. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Tabel 3. Data Operasi Unit Thermal Oil Heater
Tabel 4. Komposisi Bahan Bakar Cangkang Kelapa Sawit dan Tongkol Jagung
Analisa Data
Perhitungan Nilai Kalor Bahan Bakar Cangkang Kelapa Sawit a. Perhitungan nilai kalor tinggi (High Heating Value/HHV)
HHV = 33950C+144200(H2- )+9400S[Kj/Kg] HHV = 33.950(51,14%)+144.200(3,36% - )+9400(0) [Kj/Kg] HHV = 17.362,03+144.200(0,0336 - )+9400(0) Kj/Kg HHV = 17.362,03+144200(0,0336-0,0541)+0 Kj/Kg HHV = 17.362,03+ (-2956,1)+0 Kj/Kg HHV = 14.405,93 Kj/Kg HHV = 14.405,93 Kj/Kg x 0,24 Kkal/Kg HHV = 3457,4232 Kkal/Kg
b. Perhitungan nilai kalor rendah (Low Heating Value/LHV)
LHV = HHV-2411(M+9H2) [Kj/Kg] LHV = 14.405,93 Kj/Kg-2411(7,5%+93,36%) Kj/Kg LHV = 14.405,93 Kj/Kg-2411(0,075+0,3024) Kj/Kg LHV = 14.405,93 Kj/Kg-2411(0,3774) Kj/Kg LHV = 13.496,02 Kj/Kg LHV = 13.496,02 Kj/Kg x 0,24 Kkal/Kg LHV = 3239,0448 Kkal/Kg
Perhitungan Nilai Kalor Bahan Bakar Tongkol Jagung a. Perhitungan nilai kalor tinggi (High Heating Value/HHV)
HHV = 33950C+144200(H2- )+9400S[Kj/Kg]
HHV = 33.950(48,22%)+144.200(6,2% - )+9400(0,13) Kj/Kg HHV = 16.370,69+144.200(0,062-0,053)+1222 Kj/Kg
HHV = 16.370,69+144200(0,009)+1222 Kj/Kg HHV = 16.370,69+1297,8+1222 Kj/Kg HHV = 18.890,49 Kj/Kg
HHV = 18.890,49 Kj/Kg x 0,24 Kkal/Kg HHV = 4533,7176 Kkal/Kg
b. Perhitungan nilai kalor rendah (Low Heating Value/LHV)
LHV = HHV-2411(M+9H2) [Kj/Kg] LHV = 18.890,49 Kj/Kg-2411(0,139%+9(6,2%) Kj/Kg LHV = 18.890,49 Kj/Kg-2411(0,139+0,0558) Kj/Kg LHV = 18.890,49 Kj/Kg-2411(0,697) Kj/Kg LHV = 17.210,023 Kj/Kg LHV = 17.210,023 Kj/Kg x 0,24 Kkal/Kg LHV = 4130,4055 Kkal/Kg
Perhitungan Perbandingan dan Komposisi Bahan Bakar Cangkang dan Tongkol Jagung
Untuk memperoleh pembakaran sempurna komponen utama yang terkandung dalam bahan bakar seperti unsur karbon, hidrogen, dan campuran lainnya mudah terbakar dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan panas. Dalam proses pembakaran komponen ini terbakar menjadi karbondioksida dan uap air. Perbandingan campuran bahan bakar yang digunakan untuk cangkang dan tongkol jagung adalah 3:1, yaitu cangkang kelapa sawit 75% dan tongkol jagung 25% maka komposisi bahan dalam 1 Kg bahan bakar setelah dicampur adalah:
C : 0,75(51,14%) + 0,25(48,22%) = 50,35% = 0,5035 Kg H2 : 0,75(3,36%) + 0,25(6,2%)= 4,07% = 0,0407 Kg O2 : 0,75(43,3%) + 0,25(42,94%) = 43,21% = 0,4321 Kg N2 : 0,75(1,65%) + 0,25(1,75%) = 1,67% = 0,0167 Kg S : 0,75(0%) + 0,25(0,13%) = 0,03% = 0,0003 Kg Ash: 0,75(0,5%) + 0,25(4,3) = 1,45% = 0,0145 Kg + Total =100% = 1000 Kg. = 1,0000 Kg
Perhitungan Kalor Bahan Bakar Cangkang Kelapa Sawit dan Tongkol Jagung (Kalor Campuran) a. Perhitungan nilai kalor tinggi (High Heating Value/HHV)
HHV = 33950C+144200(H2- )+9400S[Kj/Kg] HHV = 33.950(50,35%)+144.200(4,07% - )+9400(0,03%) Kj/Kg HHV = 17.095,5225+144.200(0,047-0,0540)+3,0555 Kj/Kg HHV = 17.095,5255+(-1919,6625)+3,0555 Kj/Kg HHV = 15.178,8650 Kj/Kg HHV = 15.178,8650 Kj/Kg x 0,24 Kkal/Kg HHV = 3642,9276 Kkal/Kg
b.Perhitungan nilai kalor rendah (Low Heating Value/LHV)
LHV = HHV-2411(M+9H2) [Kj/Kg] LHV = 15.178,8650 Kj/Kg-2411(9,09%+9(4,07%) Kj/Kg LHV = 18.890,49 Kj/Kg-2411(0,0909+0,3663) Kj/Kg LHV = 18.890,49 Kj/Kg- 1102,3092 Kj/Kg LHV = 14.076,5558 Kj/Kg LHV = 14.076,5558 Kj/Kg x 0,24 Kkal/Kg LHV = 3378,3733 Kkal/Kg
Perhitungan Kalor Yang Dibutuhkan Thermal Fluid (untuk Data
Q = m.CpThermal Fluid.ΔT
Q = 10.479 Kg/jam x 1,58 Kj/KgoK x (523-298) oK
Q = 17.290,35 Kj/oK Jam x 225oK
Q = 3.725.284,50 Kkal/jam
Perhitungan Kebutuhan Bahan Bakar Berdasarkan Rumus Effisiensi Thermal Oil Heater Secara Langsung
85% = 0,85 =
0,85 mbb x 3378,3733 Kkal/Kg = 3.725.284,50 Kkal/jam 2871,6173 Kkal/kg mbb =3.725.284,50 Kkal/jam
Mbb = 1297,2775 Kg/jam Cangkang kelapa sawit yang dibutuhkan = 75 % x 1297,2775 Kg/jam= 972,9581 Kg/jam
Tongkol jagung yang dibutuhkan = 25 % x 1297,2775 Kg/jam=324,3193 Kg/jam.
Jadi jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk mendapatkan tekanan proses sebesar 1,5 bar dengan suhu 250oC, volume thermal fluid untuk data 1 (10.500 l/jam) adalah cangkang sawit sebesar
972,9581 Kg bahan bakar/jam dan tongkol sebesar 324,3193 Kg bahan bakar/jam.
Pembahasan
Thermal Oil Heater adalah alat pemanas yang dapat digunakan sebagai sumber tenaga panas dengan mempergunakan thermal fluid sebagai media penghantar panas. Pada pabrik PT. Shamrock Manufacturing Corpora Thermal fluid yang digunakan adalah thermal fluid jenis mineral oil yang berasal dari potongan pelumas yang diolah lebih lanjut dan dipilih visikositas dan stabilitasnya sesuai dengan kondisi operasinya. Bahan bakar merupakan bagian penting dari perangkat proses, bahan bakar adalah suatu material yang dapat menghasilkan energi panas melalui proses pembakaran. Proses pembakaran pada dasarnya adalah proses oksidasi bahan bakar dengan oksigen dari udara.
Perbandingan bahan bakar yang digunakan oleh PT. Shamrock Manufacturing Corpora untuk memperoleh panas pada unit thermal oil heater yaitu, cangkang kelapa sawit dan tongkol jagung sebesar 3 : 1 dimana dari hasil analisa perhitungan yang dilakukan dibutuhkan cangkang kelapa sawit sebesar 972,9581 Kg dan tongkol jagung sebesar 324,3193 Kg untuk menghasilkan panas sebesar 3.725.284,50 Kkal/jam. Dimana nilai kalor tinggi atau HHV dari cangkang kelapa sawit sebesar 3457,4232 dan nilai kalor rendah LHV sebesar 3239,0448 Kkal/Kg, sedangkan tongkol jagung memiliki nilai kalor tinggi atau HHV sebesar 4533,7176 Kkal/Kg dan nilai kalor rendah atau LHV sebesar 4130,4055 Kkal/kg. Sementara pada saat terjadi pencampuran bahan bakar antara cangkang kelapa sawit dan tongkol jagung dengan perbandingan 3 : 1 diperoleh nilai kalor tinggi atau HHV sebesar 3642,9276 Kkal/Kg dan nilai kalor rendah atau LHV sebesar 3378,3733 Kkal/Kg. Dari perhitungan yang dilakukan dapat diketauhi nilai kalor dari tongkol jagung dapat meningkatkan nilai kalor dari pada cangkang kelapa sawit, sehingga diperoleh nilai kalor tinggi dan nilai kalor rendah yang lebih tinggi untuk bahan bakar campuran cangkang kelapa sawit dan tongkol jagung dengan perbandingan 3 : 1 pada unit thermal oil heater.
5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Berdasarkan hasil dari pembahasan dan perhitungan analisa data praktek kerja lapangan maka penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Nilai kalor yang terkandung dari pencampuran bahan bakar cangkang kelapa sawit dan tongkol jagung dengan perbandingan 3:1 yaitu nilai kalor tinggi atau (High Heating Value/HHV) yaitu sebesar 3.642,9276 Kkal/Kg dan nilai kalor rendah (Low Heating Value/LHV) yaitu sebesar 3.378,3733 Kkal/Kg.
2. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan panas sebesar 3.725.284,50 Kkal/jam yaitu cangkang kelapa sawit sebesar 972,9581 Kg dan tongkol jagung sebesar 324,3193 Kg.
Saran
Menurut penulis pengaturan suhu outlet yang mencapai 250 – 300 oC pada hermal oil heater di PT.
Shamrock Manufacturing Corpora seharusnya digunakan thermal fluid jenis synthetic oil mengingat kesetabilan dalam pemanasan dan titik didih yang lebih tinggi dari pada thermal fluid jenis mineral oil yang digunakan.
DAFTAR PUSTAKA
Afdillah Muhammad. 2010. Studi Perbandingan Thermal Oil Heater Sebagai Alat Penghasil Panas. Surabaya. Institute Teknologi Surabaya.
Agung putu susastriawan, A. 2011. Perpindahan Panas & massa: konduksi. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada.
persilangan tahun 2001-2003 sebagai penghasil lateks dan kayu. Medan: Universitas Sumatera Utara.
Antonio. 2011. Thermal Oil Guide. Surabaya: Alpha Omega Proses Heating & Cooling. Buwche, Frederick J. 2006. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta: Erlangga.
Cheman, Y.B. 1999. Composition and Thermal Profile of mineral Oil and Its Products. Malaysia : University Putra Malaysia.
Hasibuan Harry Christian, Napitupulu Farel H.. 2013. Analisa Pemakaian Bahan Bakar Dengan Melakukan Pengujian Nilai Kalor Terhadap Performansi Ketel Uap Tipe Pipa Air Dengan Kapasitas Uap 60 Ton/Jam. Medan: Departemen Teknik mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Jose Carlos Oliveira Santos. 2006. Specific Heat capacity Of some Mineral, Synthetic And Semi-Synthetic Automotive Lubricant Oils After Themal Degradation. India: Chemical Technology An Indian Jurnal.
Kern, Donald. Q. 1950. Proses Heat Transfer. New York: Mc Graw-Hi Book Company Manurung, dkk. 2004. Kajian Konsektual Thermal Dan Panas. Jakarta: Lembaga Penerbit UI
Maynard, L.A, J.K. Loosli, H.F. Hintz dan R.E Warner. 2009. Animal Nutrition edisi 7. New Dehli: Tata McGraw Hill Publishing.
Muin A. Syamsir. 1988. Pesawat-Pesawat Konversi Energi I Edisi pertama. Jakarta: CV. Rajawali Rachmawan, Obin. 2001. Modul Keahlian Teknologi Hasil Pertanian Penanganan Susu Segar. Jakarta:
Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan.
Rowell, Roger. M. 2012. Handbook Of Wood Chemistry and Wood Composite. United States Of America: CRC Press.
Simatupang, Fajar Fransiskus. 2013. Maintenance Hot Oil Boiler Kapasitas 1865000 kcal/h di PT. Yudhistira Energy Group: Fakultas Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
Singer, R. 1991. Komponen-Komponen Bahan Bakar Dan Proses Pembakaran. Jakarta: Gelora Wijacksana.
Untoro Budi Surono. 2010. Peningkatan Kualitas Pembakaran Biomassa Limbah Tongkol Jagung sebagai Bahan Bakar Alternatif dengan Proses Karbonisasi dan Pembriketan.Yogyakarta: Fakultas Teknik Universitas Janabadra.
Widiyanto, A. 2011. Kualitas Papan Partikel Kayu Karet (Hevea Brasilensis Muell. Arg) dan Bambu Tali dengan Perekat Likuida Kayu. Ciamis: Balai Penelitian Teknologi Agroforestry.
