TUGAS AKHIR
EFISIENSI TERMAL WATER TUBE BOILER BAHAN BAKAR LPG PADA PRODUKSI SUPERHEATED STEAM
BERDASARKAN PENGARUH LEVEL KETINGGIAN AIR PADA STEAM DRUM
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Sarjana Terapan (D IV) Teknik Energi pada Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Sriwijaya
OLEH :
MUHAMMAD AL HAFIZ 0617 4041 1846
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG
2021
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN UPGRADE ALAT WATER TUBE
BOILER(Efisiensi Termal Water tube Boiler Bahan Bakar LPG Pada Produksi Superheated Steam Berdasarkan Pengaruh Ketinggian Air Pada Steam
Drum)
OLEH : Muhammad Al Hafiz
061740411846
Palembang, Juli 2021 Menyetujui
Pembimbing I, Pembimbing II,
(Ir. Fatria, M.T.) (Tahdid, S.T.,M.T.) NIDN.0021026606 NIDN.0013017206
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Kimia
(Ir. Jaksen M. Amin., M. Si.) NIP. 196209041990031002
iv
ABSTRAK
Efisiensi Termal Water tube Boiler Bahan Bakar LPG Pada Produksi Superheated Steam Berdasarkan Pengaruh Ketinggian
Air Pada Steam Drum
(Muhammad Al Hafiz, 2021, Laporan Tugas Akhir; 67 Halaman, 6 Tabel, 10 Gambar) Boiler atau ketel uap adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran di alirkan ke air sampai terbentuk air panas atau uap(Steam). Boiler digunakan untuk menurunkan temperatur gas yang dilewatkan melalui tube-tube, dan memisahkan fluida antara fase gas (uap air) dan fase cair (air). Pada sistem umpan balik air Boiler dibutuhkan pengendali yang mampu menjaga kestabilan level air. Boiler yang digunakan seringkali terdapat masalah yang menyebabkan hasil steam yang kurang optimal. Kendala yang terjadi biasanya terdapat pada ketinggian level cairan dengan bahan bakar yang menyebabkan hasil pembakaran yang tidak maksimal dan berdampak pada steam yang dihasilkan menjadi tidak optimal. Oleh karena itu, pada penelitian kali ini akan difokuskan untuk menentukan ketinggian level cairan dengan bahan bakar gas yang paling tepat sehingga didapatkan hasil pembakaran yang maksimal. Tube juga akan dipasang secara vertikal dengan kemiringan 65o dengan tujuan meningkatkan perpindahan panas ke boiler serta mempercepat penguapan molekul air yang diharapkan mampu menghasilkan steam yang lebih optimal.Parameter yang diamati berupa temperature, tekanan, laju alir udara,volume steam dan waktu proses, tujuannya untuk mengetahui pengaruh udara pada bahan bakar gas terhadap kecepatan kenaikan suhu dan tekanan.
Kata Kunci : Boiler, Ketel Uap, Steam, tube, fluida, Bahan bakar gas, Temperature, Tekanan, Laju alir udara, waktu, volume.
v
ABSTRACT
Thermal Efficiency of LPG Fuel Water Tube Boiler in Superheated Steam Production Based on the Effect of Water Level on the Steam
Drum
(Muhammad Al Hafiz, 2021, Thesis; 67 Pages, 6 Tables, 10 Images)
Boiler or steam boiler is a closed vessel where the heat of combustion is flowed into water until hot water or steam is formed (Steam). Boilers are used to lower the temperature of the gas that is passed through the tubes, and separate the fluid between the gas phase (water vapor) and the liquid phase (water). In the Boiler water feedback system, a controller is needed that is able to maintain a stable water level. The boilers used often have problems that cause less than optimal steam results. Constraints that occur are usually at a high level of liquid with fuel which causes the combustion results are not optimal and the resulting steam is not optimal. Therefore, this research will focus on determining the most appropriate liquid level with gas fuel so that maximum combustion results are obtained. The tube will also be installed vertically with a slope of 65o with the aim of increasing heat transfer to the boiler and accelerating the evaporation of water molecules which are expected to produce more optimal steam. determine the effect of air on gas fuel on the speed of temperature and pressure rise.
Keywords : Boiler, Steam Boiler, Steam, tube, fluid, gas fuel, temperature, pressure, air flow rate, volume
vi
MOTTO
Play hard, Study hard, Istira Hard
Persembahan
Kupersembahkan Laporan Akhir untuk : 1 Orang tuaku :
Terimakasih Papa, kan 'ku balas segala kebaikanmu suatu saat nanti Terima kasih Mama, kan 'ku balas segala kebaikanmu suatu saat nanti. Berkat Kalian kini aku telah tumbuh dewasa menjadi manusia yang lebih mengerti apa arti kehidupan. Terima kasih. Bahagianya diriku bisa terlahir dari orang tua yang hebat
2 Dosen - dosen pembimbing
Ibu Ir Fatria M.T dan Pak Tahdid, S.T., M.T.. Terima kasih untuk bimbingan, saran dan motivasi yang sangat bermanfaat dalam penyusunan Laporan Akhir ini.
3 Teman
Terimakasih kepada Teman Teman kelas EGD yang telah menjadi teman ,saudara ,dan keluarga buat saya selama 4 tahun meniti pendidikan di bangku perkuliahan . Dan juga Teman Fantastic Four Arif , Rizki , Valen telah menjadi patner yang baik dalam segala hal .
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan ridho-Nya, serta salawat dan salam kita sampaikan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita ke arah kebenaran. Syukur alhamdulillah dengan seizin-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Efisiensi Termal Water tube Boiler Bahan Bakar LPG Pada Produksi Superheated Steam Berdasarkan Pengaruh Ketinggian Air Pada Steam Drum”
Laporan ini disusun berdasarkan hasil Penelitian Tugas Akhir penulis selama enam bulan mulai dari Februari sampai Juli 2021 di Laboratorirum Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya untuk memenuhi persyaratan kurikulum jurusan Teknik Kimia Program Studi DIV Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya.
Dalam melaksanakan laporan Penelitian Tugas Akhir ini penulis telah menerima banyak bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan kali ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Dr. Ing. Ahmad Taqwa, M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya.
2. Ir. Jaksen M. Amin, M.Si., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
3. Ahmad Zikri, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
4. Ir. Sahrul Effendy A, M.T., selaku Koordinator Program Studi DIV Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya.
5. Ir. Fatria, M.T., selaku Dosen Pembimbing I Laporan Tugas Akhir Politeknik Negeri Sriwijaya.
6. Tahdid, S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing II Laporan Tugas Akhir Politeknik Negeri Sriwijaya.
7. Ida Febriana S.SI.,M.T. selaku Pembimbing Akademik Politeknik Negeri Sriwijaya.
viii
8. Bapak/Ibu Dosen Jurusan Teknik Kimia, selaku Dosen Pengajar Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya.
9. Papa, Mama dan keluarga atas dukungan, doa serta kasih sayangnya.
10. Rekan-rekan seperjuangan Tahdid’s team 2021 yang terus berkerjasama dan membangun kesolidan.
11. Teman seperjuangan Fantastic Four yang sudah saling support kepada penulis.
12. Teman teman kelas 8EGD angkatan 2017 yang saling memberikan semangat dan dukungan kepada penulis.
13. Serta pihak-pihak yang secara langsung maupun tidak langsung, besar ataupun kecil, telah membantu penulis dalam kegiatan tugas akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa Politeknik Negeri Sriwijaya Jurusan Teknik Kimia khususnya Program Studi DIV Teknik Energi.
Palembang,Juli 2021
Penulis
ix DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 4
1.5 Relavansi ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Boiler ... 5
2.1.1 Pengertian Boiler ... 5
2.1.2 Klasifikasi Boiler ... 5
2.1.3 Komponen-Komponen Boiler... 7
2.2 Steam ... 9
2.3 Dasar Termodinamika ... 10
2.3.1. Hukum Pertama Termodinamika ... 12
2.3.1. Hukum Pertama Termodinamika ... 12
2.4 Bahan Bakar ... 13
2.4.1 Pembakaran ... 14
2.4.2 Reaksi Kimia pada Proses Pembakaran ... 15
2.4.3 Ratio Udara dan Bahan Bakar ... 16
2.5 LPG (Liquified Petroleum Gas) ... 16
2.5.1 Sifat Fisik LPG ... 17
2.5.2 Sifat Kimia LPG ... 17
2.5.3 Spesifikasi LPG di Indonesia ... 17
2.5.4 Kegunaan LPG ... 17
2.6 Efisiensi Termal ... 18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 21
3.1 Pendekatan Desain Fungsional ... 21
3.2 Pendekatan Desain Struktural ... 23
3.3 Pertimbangan Percobaan ... 25
3.3.1 Waktu dan Tempat ... 25
3.3.2 Bahan dan Alat ... 26
3.3.3 Perlakuan dan Analisis Stastistik Sederhana ... 30
3.3.4Prosedur Percobaan ... 30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 35
x
4.1 Hasil Penelitian ... 35
4.1.1 Data Teoritis Percobaan ... 35
4.1.2 Data Percobaan Aktual ... 36
4.1.3 Data Nilai Efisiensi Thermal ... 37
4.2 Pembahasan ... 38
4.2.1 Grafik Hubungan Level Ketinggian Air (%) Terhadap Tekanan Steam (Bar) ... 39
4.2.1 Grafik Hubungan Level Ketinggian Air (%) Terhadap Entalpi Steam ... 40
4.2.1 Grafik Hubungan Level Ketinggian Air (%) Terhadap Efisiensi Termal Bahan Bakar Gas ... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 42
5.1 Kesimpulan... 42
5.2 Saran ... 42
DAFTAR PUSTAKA ... 43
LAMPIRAN ... 44
xi
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman Tabel 2.1 Jenis LPG Menurut Peraturan Menteri ESDM No 26 Tahun 2009
Tentang Penyediaan Dan pendistribusian LPG ... 18
Tabel 2.2 Spesifikasi LPG Di Indonesia ... 19
Tabel 2.2 Sifat Fisik dan Komponen Utama LPG ... 19
Tabel 4.1 Data Teoritis Percobaan ... 35
Tabel 4.2 Data Percobaan Aktual ... 36
Tabel 4.3 Data Efisiensi Boiler ... 37
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
Gambar 2.1 Fire Tube Boiler ... 6
Gambar 2.2 Water Tube Boiler ... 7
Gambar 2.3 Kurva Stem Jenuh ... 10
Gambar 3.1 PerangkatWater Tube Boiler ... 23
Gambar 3.2 Skema Rasio Udara Bahan Bakar ... 24
Gambar 3.3 Gambar Teknik RancangBangunWater Tube Boiler Sebelum diupgrade ... 24
Gambar 3.4 Gambar Teknik RancangBangunWater Tube BoilerSetelah diupgrade ... 25
Gambar 4.1 Hubungan Level Ketinggian Air (%) terhadap Tekanan Steam (Bar) ... 39
Gambar 4.2 Hubungan Level Ketinggian Air (%) terhadap Entalpi Steam ... 40
Gambar 4.1 Hubungan Level Ketinggian Air (%) terhadap Efisiensi Termal Boiler Bahan Bakar Gas... 41
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
LAMPIRAN I Data Pengamatan ... 44
LAMPIRAN II Perhitungan ... 45
LAMPIRAN III Dokumentasi ... 48
LAMPIRAN IV Surat-Menyurat ... 72
