PERFORMANSI KETEL UAP PIPA AIR KAPASITAS 18 TON/JAM DI PKS MERBAUJAYA INDAHRAYA
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh GABE RAMA PERSADA DAMANIK NIM : 1105052065
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR
Dengan mengucap syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan
pengetahuan
dan
kekuatan
bagi
penulis
sehingga
dapat
menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik. Laporan yang berjudul “Performansi Ketel Uap Pipa Air Kapasitas 18 Ton/Jam di PKS Merbaujaya Indahraya” ini merupakan hasil studi literatur dan perhitungan penulis yang harus ditulis oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III. Terdapat banyak kesalahan dan hambatan yang penulis temukan selama masa penyusunan laporan ini, namun berkat dukungan dan dorongan semangat dari semua pihak maka laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik dan lancar. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Idham Kamil, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Ir. Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. 4. Ir. Husin Ibrahim, M.T., Dosen Pembimbing Pembuatan Laporan Tugas Akhir, yang telah menasehati dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku dosen wali penulis di EN-6C Politeknik Negeri Medan. 6. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan yang telah banyak memberikan masukan pengetahuan kepada penulis dan seluruh pegawai yang ada di Politeknik Negeri Medan.
iv
7. Jhonny TH. Girsang, selaku kepala pabrik PKS Merbaujaya Indahraya yang telah memberikan izin penulis dalam pengambilan data-data di lapangan. 8. Abdi Agung Laksono, S.T., yang bersedia membantu penulis dalam pengambilan data di PKS Merbaujaya Indahraya. 9. Teristimewa kepada orangtua penulis Nurlaili Rahmadani, yang senantiasa mendukung penulis baik dukungan moril, materil, spiritual, dan semangat kepada penulis dan terima kasih atas kasih sayangnya yang tiada henti. 10. Seluruh rekan penulis yang turut membantu dan mendukung dalam menyelesaikan laporan ini, khususnya EN-6C angkatan 2011. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dari penulisan laporan tugas akhir ini, baik segi penulisan maupun dari segi isinya. Oleh karena itu, penulis mohon masukan yang sifatnya membangun guna kebaikan laporan ini. Akhir kata, penulis ucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah memberikan bantuannya, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri juga bagi peningkatan pemahaman dan kecerdasan anak-anak negeri.
Medan,
Agustus 2014
Hormat Penulis,
Gabe Rama Persada Damanik NIM : 1105052065
v
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR …………………………………..….....
i
LEMBAR PERSETUJUAN ……………………………………………...
ii
LEMBAR PENGESAHAAN …………………………………………….
iii
KATA PENGANTAR …………………………………………………….
iv
DAFTAR ISI ……………………………………………………………...
vi
DAFTAR GAMBAR …………………………………………...…………
viii
DAFTAR TABEL ……………………………………………………..…
ix
DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………………...
x
INTISARI …………………………………………………………………
xi
ABSTRACT ……………………………………………………………….
xii
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ………………………………………….……...
1
B. Batasan Masalah ……………………………………………….
1
C. Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir ……………………….
1
D. Manfaat Penulisan Laporan Tugas Akhir ……………………...
2
E. Metode Pengumpulan Data ……………………………………
2
BAB II TEORI DASAR A. Pengertian Ketel Uap …………………………………………..
3
B. Klasifikasi Ketel Uap …………………………………………..
4
C. Bagian Utama Ketel Uap Pipa Air ……………………………..
11
D. Teori Dasar Pembentukan Uap …………………………...……
18
E. Nilai Kalor Bahan Bakar ………………………………………
19
F. Kebutuhan Bahan Bakar ……………………………………….
20
G. Suplai Energi …………………………………………………..
20
H. Energi Evaporasi ………………………………………………
21
I. Efisiensi Ketel Uap ………………………………...…………..
21
vi
BAB III SPESIFIKASI PADA KETEL UAP A. Spesifikasi Ketel Uap ………………………………………….
22
B. Teknik Pengoperasian ………………………………………...
23
BAB IV ANALISA PERFORMANSI KETEL UAP A. Data Operasional Ketel Uap ………….……………………….
29
B. Analisa Bahan Bakar Ketel Uap ………………………………
29
C. Kebutuhan Udara Pembakaran ………………………………..
33
D. Analisa Gas Asap ……………………………………………..
36
E. Efisiensi Ketel Uap …………………………………………….
37
BAB V PENUTUP A. Kesimpulan ……………………………………………………
40
B. Saran …………………………………………………………..
40
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.
Small PFITM Industrial Boiler ……………………………...
4
Gambar 2.2.
Sirkulasi Natural …………………………………………...
5
Gambar 2.3.
Sirkulasi Paksa ……………………………………………..
6
Gambar 2.4.
Once-Through Boiler ………………………………………
6
Gambar 2.5.
Stoker ………………………………………………………
8
Gambar 2.6.
Burner ………………………………………………………
8
Gambar 2.7.
Cyclone Furnace …………………………………………..
9
Gambar 2.8.
Beberapa Bagian dari Boiler ……………………………….
11
Gambar 2.9.
Detail Fire Grate …………………………………………..
12
Gambar 2.10. Sistim Udara Pembakaran dan Penyebaran Panas …………
13
Gambar 2.11. Sistim Pemipaan pada Boiler ………………………………
14
Gambar 2.12. Super heater ………………………………………………..
15
Gambar 2.13. Cerobong asap dengan sistim tarikan gas ………………….
16
Gambar 2.14. Upper Drum ………………………………………………..
17
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Komposisi Bahan Bakar Serabut dan Cangkang ………………
31
Tabel 4.2. Nilai Kalor Berdasarkan Perbandingan Cangkang dan Serabut …………………………………………………….
32
Tabel 4.3. Komposisi Udara ………………………………………………
34
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tabel Sifat Uap Jenuh Lampiran 2. Tabel Sifat Uap Panas Lanjut
x
INTISARI
Ketel uap merupakan suatu alat yang dapat mengkonversikan energi kimia yang terdapat pada bahan bakar menjadi energi panas yang dapat mengubah air menjadi uap air karena energi panas yang dihasilkan, yang akan digunakan untuk membangkitkan energi listrik dan untuk proses produksi. Ketel uap yang digunakan di PKS Merbaujaya Indahraya adalah ketel uap pipa air model SFMW 20 SH kapasitas 18 Ton⁄jam , tekanan kerja 20,5 bar dan temperatur 270 ℃ . Bahan bakar yang digunakan di PKS Merbaujaya Indahraya adalah campuran cangkang dan serabut kelapa sawit dari sisa produksi. Proses pembakaran terjadi pada ruang bakar, dengan bahan bakar yang dibutuhkan untuk memproduksi uap adalah 3400 kg⁄jam , dan dengan kelebihan udara 50 % dibutuhkan udara sebanyak 34540,85871 kg udara⁄jam , serta menghasilkan gas asap sebesar 43084,71871 kg gas asap⁄jam dan efisiensi ketel uap sebesar 71,8 %. Kata Kunci : Ketel Uap, Pembakaran, Efisiensi Ketel Uap
xi
ABSTRACT
Boiler is a tool that can convert chemical energy contained in fuel into thermal energy that can turn water into steam because of heat energy produced, which will be used to generate electrical energy and to the production process. Boiler used in the PKS Merbaujaya Indahraya is a water pipe boiler model SFMW 20 SH capacity 18 Ton⁄hour , 20,5 bar working pressure and temperature of 270 ℃ . Fuel used in the PKS Merbaujaya Indahraya is a mixture of shells and palm fibers from the rest of the production. Combustion process occurs in the engine, the fuel needed to produce the steam is 3400 kg⁄hour , and with 50 % excess air is needed as much air as 34540,85871 air kg⁄hour , and produce gas for smoke 43084,71871 smoke gas kg⁄hour and efficiency of boiler by 71,8 %. Keywords : Boiler, Combustion, Efficiency of Boiler.
xii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Dikalangan pabrik kelapa sawit, boiler dianggap sebagai jantung bagi sistim operasional pabrik. Anggapan ini dapat dimaklumi mengingat hampir seluruh proses pengolahan tandan buah segar (TBS) menjadi minyak dan inti, serta sumber listrik untuk kebutuhan pabrik menggunakan steam yang dihasilkan oleh boiler. Uap (steam) adalah gas yang timbul akibat perubahan fase air (cair) menjadi uap (gas) yang dilakukan dengan cara pendidihan (boiling). Berdasarkan uraian di atas maka penulis merasa tertarik untuk membahas dan mengangkatnya dalam sebuah tugas akhir dengan judul “PERFORMANSI KETEL UAP PIPA AIR KAPASITAS 18 TON/JAM DI PKS MERBAUJAYA INDAHRAYA” dimana data-data yang penulis gunakan untuk penyusunan tugas akhir ini berasal dari PKS Merbaujaya Indahraya dengan menggunakan bahan bakar padat yaitu cangkang dan serabut dengan perbandingan 1 : 3 yang digunakan sebagai pembangkit pada pabrik pengolahan kelapa sawit.
B. Batasan Masalah Adapun masalah yang dibahas dalam laporan tugas akhir adalah : 1. Membahas komponen-komponen dan perlengkapan ketel uap. 2. Menganalisa performansi ketel uap.
C. Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir Adapun tujuan penulisan tugas akhir adalah sebagai berikut : 1. Untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Politeknik Negeri Medan, Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik.
1
2. Untuk mengetahui performansi ketel uap. 3. Untuk mengetahui komponen-komponen dan perlengkapan ketel uap.
D. Manfaat Penulisan Laporan Tugas Akhir 1. Untuk menambah wawasan dan pengetahuan mengenai ketel uap agar nantinya dapat dipergunakan di berbagai industri sehingga memperoleh kinerja ketel uap yang lebih baik. 2. Sebagai bahan perbandingan antara teori yang diperoleh dari bangku perkuliahan dengan yang ada di lapangan. 3. Masukan yang menambah wawasan dan ilmu pengetahuan bagi Mahasiswa Politeknik Negeri Medan, khususnya Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik.
E. Metode Pengumpulan Data Dalam penyusunan laporan ini, penulis melakukan beberapa metode dalam penyusunan laporan ini, diantaranya : 1. Studi observasi atau pengamatan secara langsung ke perusahaan. 2. Studi kepustakaan melalui buku-buku referensi yang berhubungan dengan isi laporan tugas akhir ini. 3. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan orang-orang yang mengerti dengan masalah-masalah yang dibahas dalam laporan tugas akhir ini.
2
