commit to user
ANALISIS HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
PADA BOILER OMNICAL DENGAN VARIASI BAHAN BAKAR
DI PT INDO ACIDATAMA Tbk.
SKRIPSI
Oleh :
RIA LAURENSIA
K2512058
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini
Nama
: Ria Laurensia
NIM
: K2512058
Program Studi
: Pendidikan Teknik Mesin
Menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ANALISIS HUKUM KEDUA
TERMODINAMIKA PADA BOILER OMNICAL DENGAN VARIASI
BAHAN BAKAR DI PT INDO ACIDATAMA Tbk.” ini benar-benar
merupakan hasil karya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang dikutip dari
peneliti lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil
jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
Surakarta, Juli 2016
Yang membuat pernyataan
Ria Laurensia
commit to user
ANALISIS HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
PADA BOILER OMNICAL DENGAN VARIASI BAHAN BAKAR
DI PT INDO ACIDATAMA Tbk.
Oleh :
RIA LAURENSIA
K2512058
SKRIPSI
Ditulis dan Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Mendapatkan
Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juli 2016
commit to user
PERSETUJUAN
commit to user
PENGESAHAN SKRIPSI
commit to user
ABSTRAK
Ria Laurensia. ANALISIS HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA PADA
BOILER OMNICAL DENGAN VARIASI BAHAN BAKAR DI PT. INDO
ACIDATAMA Tbk. Skripsi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sebelas Maret Surakarta. Juli 2016
Tujuan penelitian ini adalah: (1) Menemukan kehilangan panas boiler
Omnical dengan menggunakan tiga jenis bahan bakar yang berbeda. (2)
Menemukan efisiensi boiler Omnical dengan menggunakan tiga jenis bahan bakar
yang berbeda. (3) Menemukan eksergi yang dihasilkan boiler Omnical. (4)
Mengetahui cara meningkatkan efisiensi eksergi.
Penelitian ini menggunakan metode deskriptif kuantitatif. Sampel dalam
penelitian ini adalah efisiensi dan eksergi boiler Omnical. Data diperoleh dari data
record harian boiler. Data yang diperoleh dari hasil penelitian dimasukkan ke
dalam tabel dan ditampilkan dalam bentuk grafik, kemudian dianalisis.
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa: (1) Kehilangan
panas pada boiler Omnical dengan tiga jenis bahan bakar yang berbeda yang
paling efisien adalah saat menggunakan bahan bakar minyak, karena kerugian
panasnya paling sedikit. Efisiensi menggunakan bahan bakar minyak paling
efisien dikarenakan oleh temperatur gas buang yang dikeluarkan cerobong cukup
rendah. (2) Efisiensi dengan menggunakan tiga jenis bahan bakar yang berbeda
dapat dihitung menggunakan dua cara yaitu secara langsung dan tidak langsung.
Efisiensi secara langsung lebih mendekati sempurna, karena menghitungnya
dengan mempertimbangkan steam yang dihasilkan dan bahan bakar yang
diperlukan. Berdasarkan perhitungan yang sudah dikerjakan efisiensi boiler
Omnical yang paling tinggi adalah pada saat menggunakan bahan bakar biogas.
(3) Eksergi pada boiler Omnical dengan tiga jenis bahan bakar yang berbeda
mempunyai hasil yang tidak terlalu mencolok dan signifikan. Efisiensi eksergi
yang paling rendah dan yang tertinggi adalah pada komponen yang sama walau
menggunakan bahan bakar yang berbeda. Efisiensi eksergi yang paling rendah
adalah pada boiler dan heat exchanger serta yang paling besar adalah pada
pompa. (4) Berdasarkan software Cycle Tempo komponen yang mempunyai
efisiensi eksergi paling sedikit adalah heat exchanger dengan efisiensi eksergi
16,43%. Efisiensi eksergi pada heat exchanger dapat ditingkatkan dengan cara
meningkatkan temperatur pada heat exchanger karena sudah dihitung bahwa
temperatur dan efisiensi berbanding lurus artinya semakin besar temperatur pada
heat exchanger maka semakin besar pula eksergi yang dihasilkan. (5)
Berdasarkan software Cycle Tempo komponen yang mempunyai efisiensi eksergi
paling sedikit adalah boiler dengan efisiensi eksergi 34,42%. Efisiensi eksergi
pada boiler dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan tekanan pada boiler,
karena sudah dihitung bahwa tekanan dan efisiensi berbanding lurus artinya
semakin besar tekanan pada boiler maka semakin besar pula eksergi yang
dihasilkan.
Kata kunci: boiler, kerugian panas, efisiensi, eksergi
commit to user
ABSTRACT
Ria Laurensia. K2512058. SECOND LAW THERMODYNAMIC ANALYSIS
ON BOILER OMNICAL WITH A VARIETY OF FUEL IN PT. INDO
ACIDATAMA Tbk. Thesis. Surakarta: Teacher Training and Education Faculty,
Sebelas Maret University, July 2016.
The research aims to (1) Determine heat losses in omnical boiler with
three different fuels; (2) Determine the efficiency of omnical boiler with three
different kind of fuels; (3) Find the exergy cycle of omnical boiler; (4) Ways to
improve the efficiency exergy.
The research used quantitative-descriptive method. Samples in this
research were efficiency and exergy of omnical boiler. The data was found from
daily record of omnical boiler’s performance. The data was changed into table
and shown as a graphyc to analyze.
Based on the result of the research, it can be concluded that: (1) Heat
losses of omnical boiler with three different fuels can be explained that the most
efficient shown at oil fuel, because it had the lowest heat losses. Oil fuel was very
efficient because the flue gas temperature at the chimney was low. (2) The
efficiency with three different fuels can be calculated using two methods, those
were direct methoid and indirect method. The direct method was more
suistainable than indirect method, because the calculation used steam product
and fuel consumption. Based on the calculation, the highest efficiency of omnical
boiler was known when it used biogass fuel (3) The omnical boiler’s exergy with
three different fuels had no significant differences. The lowest and the highest
exergetic efficiency were the same component, although used different fuel.
Exergetic efficiency is the boiler and heat exchanger and than the highest is a
pump. (4) Based on the Cycle Tempo software, the component which had the
lowest exergetic efficiency was heat exchanger with efficiency exergetic 16,43%.
It can be increased by increasing the pressure, because temperatures was equal to
exergetic efficiency. It meant the higher heat exchanger temperatures is the higher
exergetic efficiency. (4) Based on the Cycle Tempo software, the component which
had the lowest exergetic efficiency was boiler with efficiency exergetic 34,42%. It
can be increased by increasing the pressure, because pressure was equal to
exergetic efficiency. It meant the higher boiler pressure is the higher exergetic
efficiency.
Keywords: boiler, heat loss, efficiency, exergy
commit to user
MOTTO
“Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar.”
(Khalifah ‘Umar)
“Ilmu itu lebih baik daripada harta. Ilmu menjaga engkau dan engkau menjaga
harta. Ilmu itu penghukum (hakim) dan harta terhukum. Harta itu kurang apabila
dibelanjakan tapi ilmu bertambah bila dibelanjakan.”
(Khalifah Ali bin Abi Talib)
“Manusia yang berakal ialah manusia yang suka menerima dan meminta nasehat.”
(Khalifah ‘Umar)
“Pantang menyerah sebelum bertindak karena apabila menyerah artinya semua
akan berakhir pada waktu itu juga.”
(Ria Laurensia)
commit to user
PERSEMBAHAN
Puji syukur senantiasa peneliti panjatkan kehadirat Allah SWT, atas izin
dan kuasanya, sehingga akhirnya peneliti dapat mempersembahkan skirpsi ini
untuk:
Ibu dan Ayah Tercinta
“Terimakasih telah memberikan semangat, motivasi, dan do’a serta selalu
menyertaiku saat keadaan susah dan senang. Do’amu yang tiada terputus, dan
kerja keras serta pengorbanan yang tak terbatas membuatku bangga dengan
kalian. Terimakasih Ibu dan Ayahku yang aku cintai sepenuh hati tiada kasih
sayang yang seindah dan seabadi kasih saying kalian.”
Keluarga Besar
“Terimakasih semangat, bimbingan, do’a dan dukungan yang kalian berikan
kepadaku.”
Sahabatku
“Suparyani, Rima, Setiana Wulan, Rosandi, Abdul Aziz. Terimakasih semuanya,
kalian yang selalu memberikan masukan dan dorongan motivasi dalam
hidupku. Kalian yang terbaik
.”
Tim Skripsi Acidatama
“Terimakasih atas dukungan dan kerjasamanya. Hambatan kita memang besar,
tapi kita lebih besar, cause we are a great team.”
Pejuang Skripsi PTM 2012
“Terimakasih telah menjadi keluarga yang hebat selama 4 tahun, perjuangan kita
belum selasai sampai disini.”
Almamaterku
commit to user
KATA PENGANTAR
Alhamdulillaahirobbil’aalamiin, segala puja dan puji senantiasa peneliti
panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayat-Nya.
Sholawat serta salam senantiasa tercurah-limpahkan kepada Nabi Muhammad
SAW yang kita nantikan syafaatnya di yaumil qiyamah nanti, Aamiin. Peneliti
bersyukur masih diberi kesempatan dan kekuatan oleh Allah SWT, untuk
menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Analisis Hukum Kedua Termodinamika
pada Boiler Omnical dengan Variasi Bahan Bakar di PT Indo Acidatama Tbk.”
Selama proses penyusunan skripsi ini, peneliti menemui banyak
hambatan, akan tetapi atas kehendak-Nya dengan dibantu beberapa pihak, pada
akhirnya hambatan tersebut dapat teratasi. Oleh karena itu peneliti mengucapkan
terima kasih kepada yang terhormat:
1.
Prof. Dr. Joko Nurkamto, M.Pd., selaku Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu
Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan ijin
menyusun skripsi.
2.
Dr. Suharno, S.T., M.T. selaku Kepala Program Studi Pendidikan Teknik
Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
3.
Budi Harjanto, S.T., M.Eng., selaku Koordinator Skripsi Program Studi
Pendidikan Teknik Mesin sekaligus sebagai Pembimbing Akademik, yang
membantu mempermudah administrasi dan perijinan skripsi.
4.
Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng., selaku Pembimbing I, yang selalu
memberikan motivasi dan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini.
5.
Dr.Eng. Nugroho Agung Pambudi, S.Pd, M.Eng., selaku Dosen Pembimbing
II, yang selalu memberikan motivasi dan bimbingan dengan penuh kesabaran.
6.
Putu Astrawan, S.T., selaku Kepala Sub-Unit Boiler PT. Indo Acidatama Tbk,
yang membantu dalam proses memperoleh dan mengolah data.
7.
Semua pihak yang peneliti tidak bisa sebutkan satu-persatu.
commit to user
Peneliti menyadari sepenuhnya dengan segala keterbatasan yang peneliti
miliki, skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, sehingga peneliti mengharapkan
kritik dan saran dari semua pihak untuk kebaikan kedepannya. Meskipun
demikian, peneliti berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat untuk pembaca
dan untuk pengembangan ilmu.
Surakarta, Juli 2016
Peneliti,
commit to user
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ...
i
HALAMAN PERNYATAAN ...
ii
HALAMAN PENGAJUAN ...
iii
HALAMAN PERSETUJUAN ...
iv
HALAMAN PENGESAHAN ...
v
HALAMAN ABSTRAK ...
vi
HALAMAN MOTTO ... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ...
ix
KATA PENGANTAR ...
x
DAFTAR ISI ...
xii
DAFTAR TABEL ...
xv
DAFTAR GAMBAR ... xviii
DAFTAR LAMPIRAN ...
xx
BAB I. PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang Masalah ...
1
B.
Identifikasi Masalah ...
3
C.
Pembatasan Masalah ...
4
D.
Perumusan Masalah ...
5
E.
Tujuan Penelitian ...
5
F.
Manfaat Penelitian ...
5
BAB II. KAJIAN PUSTAKA
A.
Kajian Teori ...
7
1.
PT INDO ACIDATAMA Tbk ...
7
2.
Proses Pembuatan Ethanol ...
8
3.
Definisi Energi, Eksergi dan Boiler ...
11
4.
Klasifikasi Boiler ...
13
commit to user
5.
Bahan Bakar ...
16
6.
Boiler Omnical ...
19
7.
Bahan Bakar Boiler Omnical ...
25
8.
Neraca Kalor ...
27
9.
Perpindahan Panas Boiler ...
29
10.
Efisiensi ...
31
11.
Interpolasi ...
32
12.
Eksergi ...
34
13.
Cycle Tempo ...
36
B.
Kerangka Berpikir ...
37
C.
Hipotesis ...
38
BAB III. DASAR TEORI
A.
Tempat Dan Waktu Penelitian ... 39
B.
Rancangan Penelitian ... 40
C.
Populasi dan Sampel Penelitian ... 41
D.
Teknik Pengambilan Sampel ... 42
E.
Teknik Pengumpulan Data ... 42
F.
Analisis Data ... 44
G.
Prosedur Penelitian ... 45
BAB IV. HASIL PENELITIAN
A.
Deskripsi Data ...
47
1.
Hari Minggu-Senin, 2-3 November 2014 Menggunakan
Bahan Bakar Minyak ...
47
2.
Hari Sabtu-Minggu, 13-14 Desember 2014 Menggunakan
Bahan Bakar Biogas ...
64
3.
Hari Kamis-Jumat, 17-18 Juli 2014 Menggunakan Bahan
Bakar Delution ...
80
B.
Pembahasan ...
96
commit to user
BAB V. PENUTUP
A.
Simpulan ... 112
B.
Implikasi ... 113
C.
Saran ... 114
DAFTAR PUSTAKA ... 115
LAMPIRAN ... 117
commit to user
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1
Perbedaan Energi Dan Eksergi ... 12
2.2
Spesifikasi Residu ... 25
2.3
Sifat-Sifat Fisik dan Kimia Bakan Bakar Gas ... 26
2.4
Komposisi Kimia Delution ... 26
2.5
Eksergi Fuel dan Eksergi Produk tiap Komponen ... 34
4.1
Record Data Kinerja Boiler Omnical dengan Menggunakan Bahan
Bakar Minyak ... 48
4.2
Kehilangan Panas pada Gas Buang Menggunakan Bahan Bakar
Minyak ... 50
4.3
Kehilangan Panas karena Pembakaran Tidak Sempurna Menggunakan
Bahan Bakar Minyak ... 51
4.4
Kehilangan Panas karena Kandungan H2 dalam Bahan Bakar
Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 52
4.5
Kehilangan Panas karena Kandungan H2O dalam Bahan Bakar
Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 53
4.6
Kehilangan Panas Total Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 55
4.7
Alur Eksergi Boiler Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 59
4.8
Irreversibilitas Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 60
4.9
Efisiensi Eksergi Boiler Tiap Komponen Menggunakan Bahan Bakar
Minyak ... 62
4.10
Record Data Kinerja Boiler Omnical dengan Menggunakan Bahan
Bakar Biogas ... 63
4.11
Kehilangan Panas Energi pada Gas Buang Menggunakan Bahan
Bakar Biogas ... 65
4.12
Kehilangan Panas karena Pembakaran Tidak Sempurna Menggunakan
Bahan Bakar Biogas ... 66
4.13
Kehilangan Panas karena Kandungan H2 dalam Bahan Bakar
Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 67
commit to user
4.14
Kehilangan Panas karena Kandungan H2O dalam Bahan Bakar
Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 68
4.15
Kehilangan Panas Total Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 70
4.16
Alur Eksergi Boiler
Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 74
4.17
Irreversibilitas Menggunakan Bakan Bakar Biogas ... 75
4.18
Efisiensi Eksergi Boiler tiap Komponen Menggunakan Bahan
Bakar Biogas ... 77
4.19
Record Data Kinerja Boiler Omnical dengan Menggunakan Bahan
Bakar Delution ... 78
4.20
Kehilangan Panas Energi pada Gas Buang Menggunakan Bahan Bakar
Delution ... 80
4.21
Kehilangan Panas karena Pembakaran Tidak Sempurna Menggunakan
Bahan Bakar Delution ... 81
4.22
Kehilangan Panas karena Kandungan H2 dalam Bahan Bakar
Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 82
4.23
Kehilangan Panas karena Kandungan H2O dalam Bahan Bakar
Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 84
4.24
Kehilangan Panas Total Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 85
4.25
Alur Eksergi Boiler Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 89
4.26
Irreversibilitas menggunakan Bahan Bakar Delution ... 90
4.27
Efisiensi Eksergi Boiler Tiap Komponen Menggunakan Bahan Bakar
Delution ... 92
4.28
Efisiensi Secara Langsung dengan Bahan Bakar Minyak, Biogas dan
Delution ... 93
4.29
Kehilangan Panas Menggunakan Bahan Bakar Minyak, Biogas dan
Delution ... 96
4.30
Efisiensi Secara Tidak Langsung Menggunakan Bahan Bakar Minyak,
Biogas dan Delution ... 98
4.31
Efisiensi Eksergi Tiap Komponen Menggunakan Bahan Bakar
Minyak, Biogas dan Delution ...103
commit to user
4.32
Efisiensi Eksergi HE dengan Variasi Temperatur Menggunakan
Bahan Bakar Minyak, Biogas dan Delution ...105
4.33
Pengaruh Variasi Temperatur pada HE Terhadap Efisiensi Sistem ...109
4.34
Efisiensi Eksergi Boiler dengan Variasi Tekanan Menggunakan Bahan
Bakar Minyak, Biogas dan Delution ...110
4.35
Pengaruh Variasi Tekanan pada Boiler Terhadap Efisiensi Sistem ...111
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1.1
Konsumsi Energi Final per Sektor ... 2
1.2
Konsumsi Energi Final per Jenis ... 2
2.1
Pembuatan Ethanol ... 8
2.2
Boiler Omnical ... 20
2.3
Biogas Plant ... 22
2.4
Proses Kerja Boiler ... 22
2.5
Sketsa Boiler Omnical ... 23
2.6
Kurva interpolasi ... 32
2.7
Kerangka Berpikir ... 37
3.1
Rancangan Penelitian ... 45
4.1
Grafik Efisiensi Boiler Omnical dengan Metode Langsung
Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 49
4.2
Grafik Efisiensi Boiler Omnical dengan Metode Tidak Langsung
Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 56
4.3
Siklus Boiler Omnical Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 57
4.4
Cycle Tempo Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 58
4.5
Diagram Grassman Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 61
4.6
Grafik Efisiensi Eksergi Boiler Omnical Menggunakan Bahan Bakar
Minyak ... 62
4.7
Grafik Efisiensi Boiler Omnical dengan Metode Langsung
Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 64
4.8
Grafik Efisiensi Boiler Omnical dengan Metode Tidak Langsung
Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 71
4.9
Siklus Boiler Omnical Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 72
4.10
Cycle Tempo Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 73
4.11
Diagram Grassman Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 76
4.12
Grafik Efisiensi Eksergi Boiler Omnical Menggunakan Bahan Bakar
Biogas ... 77
commit to user
4.13
Grafik Efisiensi Boiler Omnical dengan Metode Langsung
Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 79
4.14
Grafik Efisiensi Boiler Omnical dengan Metode Tidak Langsung
Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 86
4.15
Siklus Boiler Omnical Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 87
4.16
Cycle Tempo Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 88
4.17
Diagram Grassman Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 91
4.18
Grafik Efisiensi Eksergi Boiler Omnical ... 92
4.19
Efisiensi Secara Langsung Boiler Omnical ... 94
4.20
Kerugian Panas ... 97
4.21
Efisiensi Secara Tidak Langsung Boiler Omnical ... 99
4.22
Diagram T-s ... 101
4.23
T-s Diagram untuk Air ... 102
4.24
Efisiensi Eksergi Boiler Omnical tiap Komponen ... 104
4.25
Efisiensi Eksergi HE dengan Variasi Temperatur ... 106
4.26
Efisiensi Eksergi Boiler dengan Variasi Tekanan ... 107
commit to user
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
1.
Daftar Simbol dan Keterangan Rumus ... 117
2.
Komponen Boiler Omnical ... 119
3.
Jadwal Pelaksanaan Penelitian ... 131
4.
Tabel Steam ... 132
5.
Data Record Menggunakan Bahan Bakar Minyak ... 135
6.
Data Record Menggunakan Bahan Bakar Biogas ... 136
7.
Data Record Menggunakan Bahan Bakar Delution ... 137
8.
Daftar Seminar Proposal ... 138
9.
Surat Izin Menyusun Skripsi ... 140
10.
Surat Keputusan Dekan tentang Izin Menyusun Skripsi ... 141
11.
Surat Permohonan Izin kepada Dekan ... 142
12.
Surat Izin Penelitian kepada Rektor ... 143
13.
Surat Izin Penelitian kepada Instansi ... 144
14.
Surat Balasan Instansi ... 145
