Analisa Efisiensi Ketel Uap Sebelum Dan Sesudah Menggunakan Ekonomiser Di PT. Multimas Nabati Asahan Chapter III IV

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat penelitian

Tempat penulis melakukan penelitian adalah di Departemen Energi PT. Multimas Nabati Asahan.

3.1.2 Waktu penelitian

Penelitian dilakukan mulai 29 November – 25 Desember 2015

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini untuk memperoleh data di PT. Multimas Nabatai Asahan yaitu sebagai berikut:

• Orificemeter, digunakan untuk mengukur jumlah aliran air atau yang uap yang masuk ke komponen SPTU. Pembacaan data dilakukan di control room.

Gambar 3.1 Orificemeter

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Orifice_meter

Gambar 3.2 Termometer

Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Termometer

• Manometer, digunakan untuk mengukur tekanan uap di dalam ketel dan turbin. Pembacaan data dilakukan di control room.

Gambar 3.3 Manometer

3.2.2. Bahan

Bahan yang digunakan adalah data yang diperoleh dari penelitian ketel uap PT. Multimas Nabati Asahan. Tabel di bawah merupakan data yang diperoleh dari PT. Multimas Nabati Asahan untuk menghitung energy panas yang diserap setiap alat pemanas ketel uap.

Tabel 3.1 Data ketel uap sebelum menggunakan ekonomiser

Unit Sistem Jenis data Pengamatan

(rata-rata)

Satuan

Ketel uap Kapasitas ketel uap 46,12 Ton/jam

Temperatur uap keluar high temperature superheater

391 ℃

Tekanan uap keluar high temperature superheater

48 Bar (g)

Temperatur uap masuk high temperature superheater

365 ℃

Temperatur uap keluar low temperature superheater

365 ℃

Temperatur uap masuk low temperature superheater

334 ℃

Tabel 3.2 Data ketel uap setelah penggunaan ekonomiser

Unit Sistem Jenis data Pengamatan

(rata-rata)

Satuan

Ketel uap Kapasitas ketel uap 45,44 Ton/jam

Temperatur uap keluar high temperature superheater

407,7 ℃

Tekanan uap keluar high temperature superheater

48 Bar (g)

Temperatur uap masuk high temperature superheater

368 ℃

Temperatur uap keluar low temperature superheater

376,5 ℃

Temperatur uap masuk low temperature superheater

Tabel 3.3 Sifat fisik bahan bakar

Nama Unsur Fiber Cangkang Tandan yg

3.3 Prosedur Penelitian

Dalam melakukan penelitian tugas akhir ini metode yang penulis gunakan adalah metode survey. Penulis langsung melakukan survey ke PT. Multimas Nabati Asahan untuk mengumpulkan data-data dalam menganalisa efisiensi watertube ketel uap. Langkah-langkah yang penulis lakukan dalam penelitian ini adalah:

1. Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang digunakan penulis dalam penelitian tugas akhir ini melalui beberapa metode, yaitu :

a. Metode Observasi

Melakukan pengamatan dan pencatatan dengan meninjau secara langsung ke lapangan serta melihat objek yang diteliti secara langsung sehingga akan diperoleh data yang sistematis dan sesuai dengan tujuan yang diharapkan. Dalam melakukan pengumpulan data dalam penelitian ini penulis melakukan survey ke PT. Multimas Nabati Asahan untuk mendapatkan data-data yang diperlukan dalam penulisan skripsi ini. Dimana data-data yang penulis butuhkan adalah sebagai berikut :

• Spesifikasi Ketel uap

• Steam pressure superheater (bar) • Temperatur feed tank (°C) • Temperatur daerator (°C) • Temperatur out let steam (°C) • Steam flow (ton uap/jam)

• Konsumsi bahan bakar (ton/jam) • Analisis bahan bakar

Pengambilan data berdasarkan kerja yang dilakukan siklus pada saat kondisi beban yang sudah ditentukan.

b. Metode Interview

c. Studi Literatur

Pengumpulan referensi dari berbagai tempat dan sumber-sumber yang ada kaitannya dengan objek yang diteliti yang nantinya berguna untuk mengembangkan hasil observasi dan interview.

3.4 Analisa Data

3.5 Skema alur pengerjaan skripsi

Ya apabila Efisiensi sesudah pemakaian economizer lebih besar dari sebelumnya

Gambar 3.4 Alur Pengerjaan Skripsi Survey

Analisa data • Menghitung efisiensi water tube • Membandingkan efisiensi baru dengan

sekarang

• Menghitung variasi tekanan superheater dengan efisiensi ketel uap

• Variasi jumlah uap dengan efisiensi ketel uap

Hasil

Kesimpulan Tidak

Studi Literatur

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Perhitungan Bahan Bakar

Adapun bahan bakar yang digunakan di ketel uap PT. Multimas

Nabati Asahan adalah bahan bakar padat yang mana bahan bakarnya adalah campuran bahan bahan bakar fiber, bahan bakar cangkang sawit,

dan bahan bakar tandan sawit yg sudah di-press dimana ketiga campuran bahan bakar ini memiliki persentasi yang berbeda. Hal ini dapat dilihat

dari kebutuhan bahan bakar perbulan yang berbeda-beda. Adapun persentasi ketiga bahan bakar ini adalah sebagai berikut:

Jumlah bahan bakar ketel uap yang digunakan perhari adalah sebagai berikut:

a. Bahan bakar fiber adalah 71,645 ton/hari

b. Bahan bakar tandan sawit yang sudah dipress adalah 171,118 ton/hari c. Bahan bakar cangkang adalah 83,856 ton /hari.

Jadi jumlah bahan bakar total yang digunakan sekitar 326,619 ton perhari.

Mencari persentasi bahan bakar yang digunakan: 1 Persentase Bahan bakar fiber = ,

, x 100% = 0,219 x100% = 21,9%

2 Persentase bahan bakar cangkang = ,

, x100% = 0,258x100% = 25,8%

3 Persentase bahan bakar tandan sawit yang sudah dipress = ,

= 52,3%

Komposisi bahan bakar

Berikut data yang diperoleh dari PT. Multimas Nabati Asahan mengenai kandungan unsur-unsur yang terdapat pada fiber, cangkang sawit, dan kulit kayu adalah sebagai berikut:

Tabel 4.1 Komposisi dari unsur-unsur kimia bahan bakar

Nama Unsur Fiber Cangkang Tandan yg

sudah dipress

Karbon (C) 49,50 % 51,60 % 42,50 %

Hidrogen (H₂) 7,17 % 7,79 % 7,81 %

Nitrogen (N₂) 1,21 % 0,381 % 0,274 %

Total Sulfur (S) 0,155 % 0,040 % 0,042 % Chloride content (Cl) 0,222 % 0,035 % 0,116 % Oksigen (O₂) 34,57 % 36,649 % 41,598 %

Ash 7,17 % 3,54 % 7,66 %

Jumlah 100 % 100 % 100 %

Maka komposisi bahan bakar adalah sebagai berikut:

C = ( , , %) + ( , , %) + ( , , %) = , %

H = , , % + , , % + , , % = , %

N = , , % + , , % + , , % = ,

S = ( , , %) + ( , , %) + ( , , %) = , %

Cl = , , % + , , % + , , % = , %

O = ( , , %) + ( , , %) + ( , , %)

= , %

4.2 Nilai Kalor Bahan Bakar

Nilai kalor (heating value) adalah banyaknya energi panas yang diperoleh dari hasil pembakaran 1 kg bahan bakar. Nilai kalor ini dibagi menjadi dua : a. Nilai kalor Tertinggi atau High Heating Value (HHV)

Nilai kalor tertinggi atau High Heating Value (HHV) adalah banyaknya kalor

b. Nilai kalor terendah atau Low Heating Value (LHV)

Nilai kalor terendah atau low heating value (LHV) adalah banyaknya kalor yang dihasilkan pada proses pembakaran 1 kg bahan bakar dan sebagian dimanfaatkan untuk penguapan sehingga kandungan air pada bahan bakar akan habis. Untuk menghitung nilai kalor terendah (LHV) digunakan persamaan (15)

LHV =19.303,766-2400(0 + 9 x 0,07663) =19.303,766-1.655,208

=17.648,558 kJ/kg

4.3 Kebutuhan Bahan Bakar

Pada ketel uap PT. Multimas Nabati Asahan menghasilkan uap maksimal 55 ton/jam, namun jumlah uap yang dimasukkan dalam perhitungan adalah rata-tata uap yang dihasilkan dalam periode 18 November-18 Desember 2016 yaitu sebesar 45,44 ton/jam (dapat dilihat pada tabel penelitian ketel uap ). Untuk menghasilkan uap ini dibutuhkan bahan bakar dengan jumlah tertentu. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan uap sebesar itu dapat dicari dengan persamaan (4)

Ws = 46.120 kg/jam P = 4,8 Mpa

T = 391 ℃

Untuk tekanan 4,5 MPa

−

− =

, − ,

, − ℎ h=3183,346

Untuk tekanan 5 MPa

−

− =

, − ,

, − ℎ h=3173,77

Jadi untuk tekanan 4,8 MPa

, − , , − , =

, − ,

, − ℎ

h=3177,6

Dengan menggunakan tabel termodinamika, didapat nilai H sebesar

LHV = Nilai kalor rendah bahan bakar 17.648,558 kJ/kg Ƞk = Efisiensi termal ketel uap (0,70)

wf = . a _.. _,, − _{x ,} , kJ/kg

= 9.711,127 kg/jam

Kebetuhan bahan bakar setelah menggunakan ekonomiser Ws : 45.440kg/jam

Hsat : Entalpi uap keluar superheater P=48 bar P=4,8 Mpa

T=407,7℃ Untuk tekanan 4,5 MPa

−

− , =

, − ,

, − ℎ h=3208,5

Untuk tekanan 5 MPa

−

− , =

, − ,

, − ℎ h=3215,3

Jadi untuk tekanan 4,8 Mpa

Dengan menggunakan tabel termodinamika ,didapat nilai h sebesar 3212,6 kj/kg.

Ha=Entalpi air pengisi ketel uap T=198 ℃; P=4,8MPa

−

− =

, − ,

, − ℎ h=843,27

LHV = Nilai kalor rendah bahan bakar 17.648,558 kJ/kg Ƞk = Efisiensi termal ketel uap (0,70)

wf = . a _. . _. , − _{x ,} , kJ/kg

= 8.714,784 kg/jam

4.4 Kesetimbangan Panas

Kesetimbangan panas adalah perbandingan energi panas yang

dihasilkan pada proses pembakaran dengan energi yang digunakan: Q = W x LHV x ƞf kJ/jam

Dimana:

Qin = Energi panas yang dihasilkan (kJ/jam) Wf = Kapasitas bahan bakar (kg/jam)

LHV = Nilai kalor rendah (kJ/kg)

Ƞf = Efisiensi dapur teori berkisar 90% − % diasumsikan 90%

Maka: Qin sebelum menggunakn ekonomiser

Qin = 9.711,127kg/jam x 17.648,558 kJ/kg x 0,90

Qin = 8.714,784kg/jam x 17.648,558 kJ/kg x 0,90 = 138.423.033,8 kJ/jam

4.5 Efisiensi Ketel Uap Sebelum Menggunakan Ekonomiser

Energi keluar adalah energi yang diperlukan untuk pembentukan uap saturasi pada ketel uapyaitu :

QSa = Ws x H sat − Ha _JamkJ

Interpolasi pada T =293,5 ℃

−

− , =

, − ,

, − ℎ hsat = 2761,1

Ha= entalpi air pengisi ketel uap pada T = 137℃

Maka besar panas yang dbutuhkan adalah sebesar Qsat=Ws( hsat –ha) kJ/kg

Q sat=46.120 kg/jam x (2761,1 – 576,317)

Qsat=100.762.192 _aJ

4.5.1 Besar panas yang diserap high temperature superheater (HTS)

Besar panas yang diserap high temperature superheater (HTS)

dapat dihitung dengan persamaan (2)

Dari hasil Interpolasi sebelumnya pada P=4,8 Mpa; T=391℃

didapat Hout = 3177,6

Hin = Entalpi masuk HTS Pada P=4,8 Mpa; T=356℃ Interpolasi Pada P=4,8 Mpa T=356℃

Untuk tekanan 4,5 MPa

−

− =

, − ,

, − ℎ h=3118,786

Untuk tekanan 5 MPa

−

− =

, − ,

, − ℎ h=3107,547

Jadi untuk tekanan 4,8 Mpa

, − ,

4.5.2 Besar panas yang diserap low temperature superheater (LTS)

Besar panas yang diserap Low Temperature Superheater (LTS) dapat dihitung dengan persamaan (1)

Hout = Entalpi kaluar LTS pada P=4,8 Mpa; T=365

Dari hasil interpolasi sebelumnya didapat Hout =3112,043

Tout LTS=Tin HTS

Hin=entalpi masuk LTS P=4,8 MPa T=325,5℃

Untuk tekanan 4,5 MPa

−

− =

, − ,

, − ℎ h=3037,564

Untuk tekanan 5 MPa

−

− =

, − ,

, − ℎ h=3023,348

, − ,

Q_LTS=46120 Kg/jam ( 3112,043 kJ/kg-3029,034 kJ/kg) Q_LTS=3.828.375,08 kJ/jam

Jadi panas yang digunakan adalah: Q_TOT =Q_SAT + Q_HTS +Q_LTS kJ/jam

= 100.762.192 + 3.234.488,84 +3.828.375,08kJ/jam =107.825.055,9 kJ/jam

Sehingga efeisiensi dari ketel uapadalah:

฀k=� _{� �} x 100%

฀k= 107.825.055,9 _{. . ,}

Ƞ

k

=

69

,

%

4.6 Efisiensi Ketel Uap Sesudah Menggunakan Ekonomiser

Energi keluar adalah energi yang diperlukan untuk pembentukan uap saturasi pada ketel uap dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan (13)

Interpolasi pada T =312o_C

Ha = entalpi air pengisi ketel uap pada T = 198℃

Ha pada 198o_{C=843,27 kJ/kg}

Maka besar panas yang dbutuhkan adalah sebesar

Qsat=Ws( hsat –ha) kJ/kg

Q sat=45440 kg/jam x (2.722,77 – 843,27)

Qsat=85.404.480 _jamk�

4.6.1 Besar panas yang diserap high temperature superheater (HTS)

Besar panas yang diserap high temperature superheater (HTS) dapat

dihitung dengan persamaan (2)

Dari hasil Interpolasi sebelumnya pada P=4,8 Mpa; T=407,7

Untuk tekanan 5 MPa −

− =

, − ,

, − ℎ h=3115,164

Jadi untuk tekanan 4,8 Mpa

, − ,

4.6.2 Besar panas yang diserap low temperature superheater (LTS)

Besar Panas Yang Diserap Low Temperature Superheater (LTS) dapat dihitung dengan persamaan (2)

Dari hasil interpolasi sebelumnya didapat Hout =3141,033 Tout LTS=Tin HTS

Hin=entalpi masuk LTS P=4,8 Mpa; T=355,5o_C

Untuk tekanan 4,5 MPa

−

− , =

, − ,

, − ℎ h=3095,202

Untuk tekanan 5 MPa

Jadi untuk tekanan 4,8 Mpa

Interpolasi pada suhu T=355,5o_{C P=4,8 M Pa didapat hin=3088,094 kJ/kg}

Maka:

Q_LTS=45440 Kg/jam (3141,033 kJ/kg-3088,094 kJ/kg) Q_LTS=2.405.548 kJ/jam

4.6.3 Besar panas yang diserap ekonomiser

Besar Panas yangdiserap Ekonomiser dapat dihitung dengan

persamaan (3)

hasil interpolasi dari tabel pada Tf = 434.5 K)

Interpolasi panas jenis pada Tf=434.5K −

Jadi panas yang digunakan adalah: Q_TOT =Q_SAT + Q_HTS +Q_LTS+Q_ECO kJ/jam

Sehingga efeisiensi dari ketel uapadalah:

฀k=� _{� �} x 100%

฀k= _{. .} ,48_,

฀k=70,04%

BAB V

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat penulis dari penelitian ini adalah sebaai berikut:

1 Efisiensi ketel uap sebelum menggunakan ekonomiser adalah 69,9% 2 Efisiensi ketel uap setelah menggunakan ekonomiser adalah 70,04%

3 Dari perhitungan efisiensi ketel uap di dapat data-data berikut: ➢ Sebelum penggunan ekonomiser

a.Energi panas yang diserap HTS : 3.234.488,84 kJ/jam

b. Energi panas yang diserap LTS : 3.828.375,08 kJ/jam ➢ Setelah penggunaan ekonomiser

a.Energi panas yang diserap HTS : 4.226.692,48 kJ/jam b. Energi panas yang diserap LTS : 2.405.548 kJ/jam

c.Energi panas yang diserap ekonomiser : 4.927.968 kJ/jam

5.2 Saran

Saran penulis dari penelitian ini adalah:

1 Untuk peneliti selanjutnya dapat dilanjutkan untuk penelitian teoritis

flue gas.