ANALISA KETEL UAP PIPA AIR TAKUMA N 1000 di PMKS-GM 1 DENGAN KAPASITAS 60 TON/JAM
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh LUSIANA NIM: 1105052079
JURUSAN TEKNIK MESIN PRODI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat karunia-Nya penulis dapat bmenyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Laporan yang berjudul “Analisa Ketel Uap Pipa Air Takuma N 1000 di PMKS-GM 1 Kapasitas 60 Ton/Jam” ini dimasudkan sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III, Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan. Dalam proses pembuatan Laporan Tugas Akhir ini, penulis telah mendapatkan arahan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi maupun dari segi administrasi. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penullis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak M. Syahruddin, S.T.,M.T Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Bapak Idham Kamil , S.T.,M.T Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Ir. Husin Ibrahim, M.T Dosen Pembimbing Pembuatan Laporan Tugas, yang telah membimbing serta menasehati penulis dalam dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir. Hairanus Tarigan, M.T Selaku Dosen Wali penulis EN-6C Politeknik Negeri Medan. 6. Seluruh staff pengajar Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan yang telah banyak memberi masukan pengetahuan kepada penulis dan seluruh pegawai yang ada di Politeknik Negeri Medan. 7. Bapak Ir. Lindon Gultom selaku Manager di PT. Saudara Sejati Luhur Asian Agri Group PMKS-GM-1 yang telah memberikan izin penulis dalam pengambilan data-data di lapangan. 8. Bapak Mulia Binsar, S.T., Selaku Asistent Manager di PT. Saudara Sejati Luhur Asian Agri Group PMKS-GM-1 yang bersedia membantu penulis dalam pengambilan data-data di lapangan. 9. Teristimewa kepada kedua orang tua saya, Ayahanda Alm. Akel Sitompul dan kepada Ibunda Erni br. Silitonga yang senantiasa mendukung penulis baik
i
dukungan moril, materil, spiritual, semangat, maupun doa kepada penulis dan terima kasih atas kasih sayangnya yang tiada hentinya diberikan kepada penulis. 10. Kepada kedua abang penulis Marihot Tua Sitompul dan Mardianto Saputra Sitompul serta adik-adik penulis Apriyanto Sitompul, Angelina Sitompul dan Jaya Kusuma Sitompul yang mana juga turut memberikan semangat kepada penulis. 11. Kepada teman terdekat Hotman Herianto Situmorang yang selalu mendorong penulis untuk dapat lebih semangat dalam proses penulisan Tugas Akhir dan selalu memberikan dukungan dan saran yang tiada hentinya. 12. Kepada teman terbaik penulis Sri Windari Saragih, Nova Novi Sitanggang, Felly Fyanti Ginting, dan Nurhasanah Rambe, yang selalu ada disamping penulis untuk memberikan semangat dan masukan positif kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir penulis ini. 13. Kepada seluruh teman-teman penulis yang turut membantu dalam menyelesaikan laporan ini, khusunya EN - 6C Angkatan Tahun 2011. 14. Seluruh pihak yang telah memberikan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini, baik segi penulisan maupun dari segi isinya. Oleh karena itu penulis mohon masukan kritik dan saran yang bersifat membangun guna demi kesempurnaan laporan ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah memberikan bantuan,dukungan dan masukannya. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri dan juga bagi peningkatan pemahaman dan kecerdasan anak-anak negeri Republik Indonesia. Medan, Juli 2014 Hormat Penulis,
Lusiana NIM. 1105052079
ii
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ………………………………………………………………
i
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ………………………………………………..
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ……………………………………………………
iii
LEMBAR PENGESAHAN …………………………………………………….. iii KATA PENGANTAR …………………………………………………….......... iv DAFTAR ISI ………………………………………………………………….... DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………
vi viii
DAFTAR TABEL …………………………………………………………......... x DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………………………
xi
INTISARI ………………………………………………………………….......... xii ABSTRACK ………………………………………………………………......... xiii
BAB I PENDAHULUAN A. B. C. D. E.
BAB II
Latar Belakang …………………………………………………… Batasan Masalah …………………………………………………. Tujuan Penulisan Laporan Akhir ………………………………… Manfaat Penulisan Laporan Akhir ………………………………. Metode Pengumpulan Data ………………………………………
1 2 2 2 3
SEJARAH PERUSAHAAN A. Sejarah Singkat Perusahaan ……………………………………... B. Visi dan Nilai-Nilai Asian Agri …………………………………..
4 5
iii
BAB III DASAR TEORI A. Pengertian Umum Ketel Uap ……………………………………. B. Klasifikasi Ketel Uap Berdasarkan Pipa ………………………… C. Klasifikasi Ketel Uap Berdasarkan Bahan Bakar ……………….. D. Jenis Ketel Uap ………………………………………………….. E. Bagian Utama Ketel Uap ………………………………………... F. Pengoperasian Ketel Uap ………………………………………… G. Jenis Sirkulasi …………………………………………………… H. Siklus Uap ………………………………………………………. I. Siklus Udara dan Gas Buang …………………………………….. J. Pembersih Pipa (Sootblower) …………………………………….
6 8 11 16 24 32 42 44 47 51
BAB VI ANALISA PERFORMASI KETEL UAP A. Spesifikasi Ketel Uap ……………………………………………. B. Analisa Bahan Bakar Ketel Uap ……………………………….... C. Kebutuhan Udara Pembakaran …………………………………. D. Efisiensi Thermal Ketel Uap …………………………………….
53 54 56 59
BAB V PENUTUP A. Kesimpulan ……………………………………………………… B. Saran ……………………………………………………………..
61 61
DAFTAR PUSTAKA
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1. Ketel Uap Pipa Api ……………………………………………...
8
Gambar 3.2. Ketel Uap Pipa Air ………………………………………………
9
Gambar 3.3. Solid Fuel Boiler …………………………………………………
11
Gambar 3.4. Liquid Fuel Boiler ……………………………………………….
12
Gambar 3.5. Gas Fuel Boiler ………………………………………………….
13
Gambar 3.6. Electric Boiler ……………………………………………………
14
Gambar 3.7. Pembakaran Trangensial …………………………………………
16
Gambar 3.8. Pembakaran Dinding …………………………………………….
17
Gambar 3.9. Bubble Fluidized Boiler …………………………………………
19
Gambar 3.10. Circulating Fluidized Boiler ……………………………………
22
Gambar 3.11. Spreader Stoker Ketel Uap ……………………………………..
22
Gambar 3.12. Traveling Grate Stoker Ketel Uap ……………………………...
22
Gambar 3.13. Traveling Grate Stoker …………………………………………
23
Gambar 3.14. Economizer …………………………………………………….
25
Gambar 3.15. Drum Ketel Uap ………………………………………………..
26
Gambar 3.16. Siklus air di Ketel Uap …………………………………………
29
Gambar 3.17. FAN ……………………………………………………………
31
Gambar 3.18. Prinsip Sirkulasi Alami ………………………………………..
43
Gambar 3.19. Prinsip Sirkulasi Paksa ………………………………………...
43
Gambar 3.20. Desuperheater ………………………………………………….
46
Gambar 3.21. Sistem Desuperheater ………………………………………….
46
v
Gambar 3.22. Sistem Udara Pembakaran …………………………………….
47
Gambar 3.23. Siklus Gas di Ketel Uap ……………………………………….
48
Gambar 3.24. Electrostatic Precipitator ………………………………………
49
Gambar 3.25. Air Heater ……………………………………………………..
50
Gambar 3.26. Sootblower …………………………………………………….
52
vi
DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Keuntungan dan Kerugian Ketel Uap Berdasarkan Tipe Pipa ……… 10 Tabel 3.2. Keuntungan dan Kerugian Ketel Uap Berdasarkan Bahan Bakar …..
15
Tabel 4.1. Komposisi Bahan Bakar Serabut dan Cangkang …………………….
54
Tabel 4.2. Komposisi Udara …………………………………………………...
56
vii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Grafik Konduktivitas Termal Bebeerapa Zat Lampiran 2. Tabel Sifat-Sifat Udara Pada Tekanan Atmosfer Lampiran 3. Tabel Sifat-Sifat Air Lampiran 4. Tabel Sifat Uap Jenuh Lampiran 5. Tabel Sifat Uap Panas Lanjut
viii
INTISARI Ketel Uap ialah merupakan suatu bejana yang dapat mengkonversikan energi kimia yang terdapat dalam bahan bakar menjadi energi panas, dimana energi panas tersebut digunakan untuk mengubah air menjadi uap. Energi uap tersebut akan digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Ketel uap yang digunakan pada perusahaan kelapa sawit di PT Saudara Sejati Luhur Asian Agri adalah ketel uap pipa air model N1000R dengan kapasitas 35 Ton/Jam. Bahan bakar yang digunakan diperusahaan ini ialah campuran cangkang dan serabut kelapa sawit yang diambil dari sisa hasil produksi. Proses pembakaran terjadi didalam ruang bakar, dengan bahan bakar yang dibutuhkan untuk memproduksi uap adalah 16.422,51 Kg/Jam, dan nilai Low Heate Value (LHV) adalah sebesar 18.302,43 Kj/Kg dan Nilai High Heate Value (HHV) adalah sebesar 19.587,54 Kj/Kg. Dari proses pembakaran tersebut dihasilkan panas untuk mengubah air menjadi uap. Dimana ketel uap ini mempunyai efisiensi sebesar 73%. Kata Kunci:Ketel Uap, Pembakaran,Perpindahan Panas,Cangkang dan Fiber,Efisiensi
ix
ABSTRACT The boiler is a vessel that can convert chemical energy contained in the fuel into heat energy. Where the heat energy is used to turn water into steam. The steam energy will be used to generate electrical energy. Boiler used in the palm oil company in PT Saudara Sejati Luhur Asian Agri is Water tube boiler models N1000R with capacity 35 Ton/Hour. The fuel used in this company is a mixture of shells and palm fibers taken from the remainder of production. The combustion process occurs in the combustion chamber, the fuel used to generate for steam is 16.422,51 Kg/Kj, and Low Heate Value is 18.302,43 Kg/Hour and High Heate Value is 19.587,54 Kg/Kj. Generated from the combustion process heat to convert water into steam. Where the boiler has an efficiency of 73%. Keywords: Boiler,Combustion,Heat Transfer,Shell and Fiber,Efficiency.
x
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Energi listrik merupakan suatu faktor penunjang yang sangat penting bagi perkembangan secara menyeluruh di suatu bangsa. Di Indonesia, dengan semakin meningkatmya kegiatan industri dan jumlah penduduknya, maka kebutuhan energi listrik juga mengalami peningkatan. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi ketersediaan listrik di Indionesia, antara lain ketersediaan energi primer, harga bahan bakar, teknologi, dan budaya masyarakat. Usaha yang dapat ditempuh oleh kegiatan industri tersebut maka banyak perusahaan,khususnya Pabrik Kelapa Sawit menggunakan ketel uap sebagai pembangkit tenaga listrik. Ketel uap merupakan peralatan yang banyak dipakai pada industri-industri pembangkit tenaga maupun pada indusstri pabrik kelapa sawit. Pada sebuah pabrik kelapa sawit ketel uap mempunyai peranan yang sangat penting yaitu sebagai sumber penghasil uap dimana uap tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang menghasilkan tenaga untuk menggerakkan sebagian besar peralatan yang ada pada pabrik kelapa sawit dan sebagai pemasok untuk evaporator atau badan penguapan. Nominal dari ketel uap yang mahal dan mempunyai fungsi yang vital pada sebuah pabrik kelapa sawit, mengharusakan dilakukan pengoperasian dan pemeliharaan dengan benar dan tepat waktu sehingga ketel uap mempunyai umur yang panjang. Ketel uap biasanya menggunakan bahan bakar berupa bahan bakar gas, bahan bakar minyak, serta dapat juga menggunakan bahan bakar berupa limbah industri. Seperti pada Pabrik Kelapa Sawit tepatnya di PT Saudara Sejati Luhur Asian Agri Group Desa Batu Anam Kec. Rahuning-Asahan, Bahan bakar yang digunakan limbah industri yaitu berupa cangkang dan fiber yang merupakan sisa pengolahan buah kelapa sawit. Berdasarkan penjelasan di atas, untuk itu penulis tertarik untuk membahas dan mengangkatnya dalam sebuah tugas akhir dengan judul “ANALISA KETEL UAP PIPA AIR TAKUMA N 1000 di PMKS-GM 1 KAPASITAS 60 TON/JAM”.
B. Batasan Masalah Topik bahasan atau permasalahan yang di bahas dalam laporan tugas akhir ini, penulis membatasi masalah-masalah yang akan dibahas, adapun topik bahasan pada tugas akhir ini adalah : 1 . Menjelaskan komponen-komponen dan perlengkapan ketel uap 2. Membahas pengoperasian ketel uap 3. Menghitung efisiensi ketel uap
C. Tujuan Penulisan Tugas Akhir Adapun tujuan penulisan dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui komponen-komponen dan perlengkapan ketel uap 2. Mengetahui pengoperasian ketel uap 3. Mengetahui efisiensi ketel uap
D. Manfaat Penulisan Tugas Akhir Adapun manfaat penulisan dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk menambah ilmu pengetahuan tentang ketel uap agar nantinya dapat digunakan dipergunakan di berbagai industri sehingga memperoleh kinerja ketel uap yang lebih baik. 2. Sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Diploma III di Politeknik Negri Medan. 3. Menambah pengetahuan penulis dan memperluas wawasan tentang ketel uap pipa air. 4. Sebagai bahan perbandingan antara teori yang diperoleh dari bangku perkuliahaan dengan yang ada dilapangan.
E. Metode Pengumpulan Data Dalam penyusunan laporan ini, penulis melakukan beberapa metode dalam penyusunan laporan ini, diantaranya sebagai berikut: 1. Study secara langsung ke perusahaan PT. Saudara Sejati Luhur Asian Agri. 2. Study ke perpustakaan melalui buku-buku referensi yang berhubungan dengan isi laporan tugas akhir ini. 3. Konsultasi dan melakukan Tanya jawab dengan dosen pembimbing dan dosendosen pengajar, serta tukar pikiran dengan teman-teman mahasiswa.
