ANALISA KETEL UAP PIPA AIR BERBAHAN BAKAR CANGKANG DAN FIBER DI PTPN IV PKS BAH JAMBI DENGAN KAPASITAS 45 TON UAP/JAM
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh HELWINDY SARAGIH NIM: 1105052067
JURUSAN TEKNIK MESIN PRODI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa dimana telah memberikan petunjuk , rahmat serta kesehatan dan kekuatan bagi penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Laporan Tugas akhir yang berjudul “ANALISA KETEL UAP PIPA AIR BERBAHAN BAKAR CANGKANG DAN FIBER DI PTPN IV PKS BAH JAMBI DENGAN KAPASITAS 45 TON UAP/JAM” ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir semester VI Pendidikan Program Diploma III, Program Studi Teknik Konversi Energi , Jurusan Teknik Mesin , Politeknik Negeri Medan. Dalam proses pembuatan laporan tugas akhir ini, penulis telah mendapat arahan dan bimbingan dari berbagai pihak , baik itu berupa material, spiritual, informasi maupun dari segi administrasi. Untuk itu, sudah selayaknya penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak M.Syahruddin,S.T.,M.T, sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Bapak Idham Kamil,S.T.,M.T, sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Bapak Ir. Abdul Razak,M.T sebagai Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 4. Bapak Ir. Abdul Razak,M.T sebagai
dosen pembimbing yang telah
meluangkan waktu dan tenaganya dalam memberikan saran serta petunjuk dalam penyelesaian laporan tugas akhir; 5. Ayahanda A.Saragih dan Ibunda M.Purba , yang selama ini telah memberikan dorongan serta Motivasi baik material , semangat , doa , kasih sayang, serta mendidik dan membesarkan penulis sampai sekarang ini.
6. Abang dan Eda Brigadir Aljekson Saragih & Sri Rezeki Agustina,S.H Kakak dan Abang Ipar Waslin Jekina Saragih Am.keb & Robeth Eben Sinaga Amd Serta Kakak Hani Fitriani Saragih Am.keb yang telah memberikan materi, semangat dan dukungan yang sangat berarti bagi penulis; 7. Teman – Teman LG ( Lewi Of God ), Tari & Marince dan kakag PA Kakag Indah lestari Tambunan di UKM KMK Politeknik Negeri Medan yang selalu memberikan Motivasi dan Mendoakan penulis saat penulis merasa jenuh; 8. Seseorang yang spesial Elbin Purba Amd , yang selalu memberikan semangat dan
dukungan kepada penulis dalam penyelesaian tugas akhir
ini; 9. Teman teman seperjuangan EN-6D, tetap semangat dan maju terus; Dalam penulisan ini , penulis menyadari masih terdapat kekurangan baik dari Segi Pembuatannya maupun dari segi pembahasannya dan penyajiannya. Untuk itu penulis sangat mengharapkan Kritik serta saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhirnya Penulis Mengucapkan terima kasih, dan semoga bermanfaat bagi pembaca atau siapa saja yang ingin melihat isi bahan atau sebagai pembanding. Medan, Agustus 2014 Hormat Penulis,
Helwindy Saragih NIM : 11050502067
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ……………………………………………….. i LEMBAR PERSETUJUAN……………………………………………………. ii LEMBAR PENGESAHAN………………………………………………………iii KATA PENGANTAR…………………………………………………………... iv DAFTAR ISI………………………………………………………………………vi DAFTAR GAMBAR……………………………………………………………...x DAFTAR TABEL………………………………………………………………...xi INTISARI……………………………………………………………………….. xii ABSTRACT………………………………………………………………………xiii BAB I PENDAHULUAN…………………………………………………………1 A. Latar Belakang Masalah……………………………………………....1 B. Perumusan Masalah…………………………………………………..2 C. Tujuan Tugas Akhir…………………………………………………..2 D. Manfaat Tugas Akhir…………………………………………………2 E. Metode Pengumpulan Data…………………………………...............3 BAB II TEORI DASAR………………………………………………………...4 A. Pengertian dan Fungsi Ketel Uap………………………………….....4 B. Bagian Utama Ketel Uap……………………………………………..6
1. Dapur Pembakar (furnance)……………………………………....6 2. Drum Uap (steam drum)………………………………………….7 3. Pemanas Lanjut (super heater)…………………………………....7 4. Pipa Air (header)……………………………………………….....9 5. Pemanas Udara ( air heater)……………………………………...9 6. Pengumpul Abu ( dust collector)………………………………...10 7. Pembuangan Gas Bekas………………………………………….11 8. Air Seal Damper………………………………………………….11 9. Pembersih Abu pada Katub (Ash Rotary Valve) ...........................11 10. Pembersih Jelaga ( Soot Blower ) ……………………………… 14 11. Pembuangan Air Ketel (Blow Down Continue)………………….14
C. Klasifikasi Ketel Uap……………………………………………….. 14 1. Berdasarkan Fluida yang Mengalir di dalam Pipa……………… 14 a. Ketel Pipa Api (fire tube boiler) …………………………… 14 b. Ketel Uap Pipa Air………………………………………….. 15 2. Menurut Posisi Dapur ( furnance ) …………………………….. 16 a. Pembakaran didalam (internally fired steam boiler).............. 16 b. Pembakaran diluar (Outernally fired steam boiler) ............... 17 3. Menurut Jumlah Pipa……………………………………………..17 a. Pipa Tunggal (single pipe)……………………………………17 b. Pipa Majemuk ( multi pipe)………………………………......17 4. Menurut Metode Sirkulasi Air dan Uap………………………….17 a. Ketel Peredaran Alami ( Natural circulation steam boiler )…17 b. Ketel Peredaran Paksa (forced circulation steam boiler)…….18 5. Menurut Penggunaanya…………………………………………...18 a. Ketel Stationer ( stationary boiler )…………………………..18
b. Ketel Mobil ( mobile boiler )…………………………………19 6. Menurut Sumber Panas…………………………………………...19 a. Bahan Bakar Padat…………………………………………....19 b. Bahan Bakar Cair……………………………………………...20 c. Bahan Bakar Gas……………………………………………....20 d. Bahan Bakar Nuklir…………………………………………....20 D. Perpindahan Panas pada Ketel………………………………………...20 1. Perpindahan Panas Secara Pancaran atau Radiasi………………...20 2. Perpindahan Panas Secara Aliran atau Konveksi………………....22 3. Perpindahan Panas Secara Perambatan atau Konduksi…………...23 E. Teori Dasar Pembentukan Uap………………………………………..25 F. Nilai Kalor Bahan Bakar……………………………………………....26 1. Nilai Kalor atau High Heating Value (HHV)……………………..26 2. Nilai Kalor Bawah atau Low Heating Valvue (LHV)……………..27 3. Kebutuhan Bahan Bakar…………………………………………...27 G. Efisiensi Thermal Ketel Uap…………………………………………..31 BAB III DATA RISET LAPANGAN…………………………………………..32 A. Spesifikasi Ketel Uap………………………………………………….32 B. Komponen Komponen Takuma ………………………………………33 1. Pengisi Air Otomatis…………………………………………………..33 2. Alat Tiup Abu Mekanik ( mechanical soot blower)…………………..33 3. Forced Draft Fan dan 2nd FD Fan.......................................................33 4. Induced Draft Fan……………………………………………………..33 5. Peralatan Pembakaran…………………………………………………34 6. Bahan Untuk Dapur…………………………………………………...34 7. Pengumpul Abu ( Dust Collector)…………………………………….34 C. Pengoperasian Ketel Uap……………………………………………...35
BAB IV PEMBAHASAN………………………………………………………...38 A. Analisa Bahan Bakar Ketel Uap………………………………………38 B. Nilai Kalor Bahan Bakar………………………………………………38 1. Nilai Kalor Atas (HHV)……………………………………………….39 2. Nilai Kalor Bawah (LHV)……………………………………………..39 C. Kebutuhan Bahan Bakar ………………………………………………39 D. Kalor Pembakaran …………………………………………………….41 E. Kebutuhan Udara Pembakaran………………………………………...41 F. Komposisi Gas Asap…………………………………………………..43 G. Efisiensi Thermal Ketel………………………………………………..45 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………………………………………...46 A. Kesimpulan ……………………………………………………………46 B. Saran …………………………………………………………………..46 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Boiler…………………………………………………………………4 Gambar 2.2 Steam Drum………………………………………………………….7 Gambar 2.3 Ilustrasi air Heater…………………………………………………...10 Gambar 2.4 Dust Collector………………………………………………………..11 Gambar 2.5 Gelas Penduga……………………………………………………….12 Gambar 2.6 Ketel Pipa Api……………………………………………………….15 Gambar 2.7 Ketel Pipa Air ……………………………………………………….16 Gambar 2.8 Ketel Stationer……………………………………………………….18 Gambar 2.9 Ketel Mobil…………………………………………………………..19 Gambar 2.10 Cangkang Kelapa Sawit…………………………………………….29 Gambar 2.11 Fiber Kelapa Sawit………………………………………………….30 Gambar 3.1 Ketel Uap Takuma Tipe N-325-600………………………………….35
DAFTAR TABEL
Table 1.1 Keuntungan dan Kerugian Boiler Berdasarkan Material………………5 Table 4.1 Komposisi Bahan Bakar Serabut dan Cangkang………………………38 Table 4.2 Komposisi Udara……………………………………………………….41
INTISARI
Ketel uap adalah 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 di hasilkan, yang akan digunakan untuk membangkitkan energi listrik. Ketel uap yang di gunakan pada PKS Bah jambi adalah ketel uap pipa 2
air model Takuma kapasitas uap 45 ton uap per jam tekanan kerja 20 kg/cm dan temperatur 280 °C. Bahan bakar yang digunakan pada PKS Bah Jambi adalah campuran cangkang dan fiber kelapa sawit dari sisa produksi. Proses pembakaran terjadi pada ruang bakar, dengan bahan bakar yang dibutuhkan untuk memproduksi uap adalah 3167,241686 kg/jam dan nilai kolor bahan bakar sebesar 169919357,1 kg/jam serta menghasilkan gas asap sebesar 41059,98344 kg gas asap/ jam. Dari proses pembakaran tersebut besar effisiensi thermal adalah 70 % Kata Kunci : Ketel Uap , Cangkang dan Fiber , Pembakaran , Efisiensi Thermal Ketel Uap
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. Boiler that used in PKS Bah Jambi is a water tube boiler 2
model Takuma capacity 45 ton/hour, 20 kg/cm of working pressure and temperature of 280 °C. The fuel that used in PKS Bah Jambi is a mixture of shell and palm fiber from the rest of production. Combustion process occurs in the engine, the fuel needed to produce the steam is 3167,241686 kg/hours and the point of kalor fuel is 169919357,1 kg/hours and produce gas for smoke 41059,98344 kg gas of smoke /hours. From the combustion process the efficiency thermal of biler is 70%. Key word : Boiler, eggshell and fiber, Combustion, The Efficiency Thermal of Boiler
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Sekarang ini kebutuhan akan energi semakin meningkat mengingat berkembangnya era baru termasuk pertumbuhan ekonomi di Indonesia khususnya di bidang industri. Salah satu energi yang paling banyak digunakan dalam dunia industri adalah energi listrik, padahal energi listrik yang tersedia dari PLN tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan energi listrik dalam dunia industri, khususnya dalam pabrik kelapa sawit. Secara umum dalam dunia industri khususnya pabrik kelapa sawit lebih banyak menggunakan ketel uap (Boiler). Ketel uap (boiler) adalah bagian dari pembangkit uap dimana cairan-jenuh diubah menjadi uapjenuh. Tenaga uap dari ketel uap berfungsi untuk menggerakkan Turbin uap , Uap tersebut mengalir dengan kecepatan tertentu masuk ke sudu-sudu turbin dan menggerakkan rotor pada Generator. Turbin Uap dapat menghasilkan listrik dengan mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Pada pabrik kelapa sawit di PTP.Nusantara IV Kebun Bah Jambi hampir semua stasiun memerlukan uap sebagai pemanas. Seperti dalam Stasiun Perebusan (Sterilizer) menggunakan uap basah (Saturated steam) dengan tekanan 2,8 – 3,0 kg/cm dan suhu 135° - 140°
untuk merebus TBS. Selain stasiun
perebusan stasiun lain yang memerlukan uap yaitu stasiun kempa, stasiun Klarifikasi Minyak, dan stasiun pengolahan biji. Memandang cukup Vitalnya peranan ketel uap pipa air di PTPN IV PKS BAH JAMBI , penulis merasa tertarik dan ingin membahas lebih dalam lagi tentang hal – hal yang berkaitan dengan ketel uap (boiler), oleh karena itu penulis mengambil judul “ANALISA KETEL UAP PIPA AIR BERBAHAN BAKAR CANGKANG DAN FIBER DI PTPN IV PKS BAH JAMBI DENGAN KAPASITAS 45 TON UAP/JAM”
1
B. Perumusan Masalah Adapun masalah yang dibahas dalam laporan tugas akhir ini : 1. Apa – apa saja komponen - komponen ketel uap pipa air ? 2. Berapa nilai kalor fiber dan cangkang? 3. Berapa jumlah kebutuhan fiber dan cangkang? 4. Berapa Efisiensi Thermal Ketel Uap Pipa Air?
C. Tujuan Tugas Akhir Adapun tujuan penulisan tugas akhir adalah sebagai berikut : 1. Untuk Mengetahui apa saja komponen ketel uap pipa air 2. Untuk Mengetahui nilai kalor fiber dan cangkang 3. Untuk mengetahui jumlah kebutuhan fiber dan cangkang 4. Untuk mengetahui Efisiensi Thermal ketel uap pipa Air
D. Manfaat Tugas Akhir 1. Untuk
memenuhi
persyaratan
dalam
menyelesaikan
Program
Pendidikan Diploma III POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2. Untuk menambah wawasan dan pengetahuan mengenai ketel uap agar nantinya dapat dipergunakan di berbagai industri memperoleh kinerja ketel uap yang lebih baik. 3. Sebagai bahan perbandingan antara teori
dari yang diperoleh dari
bangku perkuliahan dengan ada di lapangan 4. Sebagai bahan pertimbangan bagi pihak lain yang membahas masalah yang sama.
2
E. Metode Pengumpulan Data 1. Survei Melaksanakan survei pada perusahaan yang dituju dan peninjauan langsung.
2. Wawancara Hal ini dilakukan untuk melakukan tanya- jawab antara kedua pihak untuk mengetahui seputar Ketel uap yg dimaksud.
3. Metode Kepustakaan Penulis mempelajari buku-buku mengenai topik yang di bahas dan buku-buku referensi baik dari perusahaan atau dari perpustakaan kampus.
4. Konsultasi dengan Dosen Pembimbing, teman dan orang – orang yang mengerti dengan masalah yang dibahas dalam laporan tugas akhir ini.
